JPH09126349A - 可変定流量弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 従来の直動型の可変定流量弁装置の大型化に
伴う「釣り合いばね」の肥大化という課題を解決して、
容易に大型化や高圧化が実施できるようにし、流量制御
性能の安定した、しかも、弁操作のための動力は極めて
小さくて済み、パイロット弁も含めた各弁部の自掃作動
による目詰まり事故防止機能をも備えた、可変定流量弁
装置を得ること。 【解決手段】 主弁装置は、緩流室ｃを挟んで直列に設
けられた、開閉操作用の流量調節弁部と、自動絞り調節
作動を行う滑り弁部とからなる。流量調節弁７の前後の
流体圧力差が所定値より大きくなれば開く滑り弁閉作動
用パイロット１次弁部と、該圧力差が所定値より小さく
なれば開く滑り弁開作動用パイロット２次弁部とが、袋
室ｆを介して、入口流路ａと出口流路ｅとの間に直列的
に連通されて、滑り弁９駆動用のパイロット弁装置を構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、流体輸送管路に設置
する自動絞り調節用流路を備えた可変定流量弁装置に関
するものであり、通過流体の状態（入口流路圧力、中間
流路圧力等）から作用力を引き出して作動する定流量弁
装置において、弁操作のための動力を極めて軽少にし、
また主弁装置がパイロット弁装置と協動する仕組とする
ことによって、容易に大型化や高圧化が実施できるよう
にしたものである。この発明はさらに、パイロット弁装
置に、例えばニードル弁やコック類等のような固定絞り
調節流路がなく、しかも土砂・塵埃等による各弁部の目
詰まりを自掃作動によって防止する機能も備えており、
適用される産業分野と仕様範囲が広いという特徴を有す
る弁装置である。なお、本明細書中、「水」の言語は流
体を総称的に代表するものとする。

【０００２】

【従来の技術】従来から一般的に、単なる流路開閉の用
途に供する時には、例えば、バタフライ弁、ゲート弁等
の弁装置でも支障はないが、この種弁装置により高圧水
など厳しい条件下での流量調節を行った場合は、該弁開
口の形状が一般的に不整形なものであるために、弁開口
を通過する流れが偏流や乱流となりやすく、騒音や振
動、衝撃現象を誘発しやすいと言う問題があった。それ
に引換え、リフト弁装置であれば、弁開口が整った形状
となるので偏流や乱流は少なく、流量を正確に制御でき
るという利点をもっている反面、配慮を欠くと、弁部の
受圧力の偏差によって偏った軸推力が発生し、一旦締め
た弁が開きにくい等の問題があった。

【０００３】このリフト弁の軸推力の問題を解決して、
簡明で高性能な直動型（パイロット弁を持たない）の可
変定流量弁を実現したのが、特公平２−４６８１８「リ
フト弁装置」（以降、「原発明」と呼称する）であっ
た。その基本的構成は、図４に例示したように、弁箱１
の中は、開閉操作用のリフト型流量調節弁７と自動絞り
調節用のリフト型滑り弁９とによって、流れ方向に向か
って、入口流路ａ→緩流室ｃ→出口流路ｅ、の三つの流
路部に区切られ、流量調節弁開口ｂと滑り弁開口ｄとに
よって、絞られる形状に構成されている。また、滑り弁
受圧面部１０と弁箱蓋２との間に包容形成された袋室ｆ
を、連通路１７によって入口流路ａに連通させると共
に、釣り合いばね１６を介装することによって、滑り弁
開口ｄに自動絞り調節流路を構成させてある。流量調節
弁７と滑り弁受圧面部１０との受圧面積の関係はほぼ均
等であり、流量調節弁７をほぼ締め切って流量が零に近
づいた時点で、流量調節弁ボス部８と滑り弁ボス部１１
とが当接し、該両弁の相対応する両受圧面に作用する入
口圧力同志がほぼ均衡するので、流量調節弁７の開閉操
作のための動力は軽少である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】原発明の直動型の可変
定流量弁装置は、上記のように、定流量特性とリフト弁
の場合の軸推力というそれまでの課題を軽妙に同時解決
し、大いに実施・利用されたものであるが、しかし、こ
れを大型化した装置に適用するには、なお未解決の問題
点が残っている。即ち、該弁装置が高圧化・大型化する
につれて、その作動を制御するための必須要件となる
「釣り合いばね１６」が際限なく大型にならざるを得
ず、組立が困難となる等、設計・製作上の難点が生じ、
しかも圧力変動の激しい管路内における流量の制御に当
たっては、適切な「釣り合いばね１６」の選択は容易で
はない。一方、これをパイロット弁の導入により解決す
ることは可能ではあるが、配慮を欠くとパイロット弁自
身の土砂・塵埃等の目詰まり事故も難題となる。従っ
て、この発明は、新しい技術思想に基づくパイロット弁
の導入により、従来の直動型の可変定流量弁装置の大型
化に伴う課題を解決して、容易に大型化や高圧化が実施
できるようにし、流量制御性能の安定した、しかも、弁
操作のための動力は極めて小さくて済み、パイロット弁
部も含めた各弁部の自掃作動による目詰まり事故防止機
能をも備えた、便利な可変定流量弁装置を得ることを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る可変定流
量弁装置においては、流量調節弁７の前後の流体圧力差
が所定値にある時は、共にほぼ閉鎖の状態を保ち、該圧
力差が所定値より大きくなれば開く滑り弁閉作動用パイ
ロット１次弁部（以降、「１次弁部」と呼称する）と、
該圧力差が所定値より小さくなれば開く滑り弁開作動用
パイロット２次弁部（以降、「２次弁部」と呼称する）
とが連係作動を行って、流量調節弁７の前後の圧力差を
所定値に維持することによって、定流量を維持するもの
である。

【０００６】この発明の詳細を、一実施例を示した図１
に従って説明する。図１の主弁装置部においては、入口
流路ａ、出口流路ｅを有する弁箱１と、弁箱蓋２からな
る弁箱内には、リフト型の流量調節弁７と流量調節弁弁
座３との間に流量調節弁開口ｂが形成され、リフト型の
滑り弁９と滑り弁弁座４との間に滑り弁開口ｄが形成さ
れている。そして弁開口ｂと弁開口ｄとに挟まれるよう
に緩流室ｃが構成されている。従って、弁箱１の中は、
流量調節弁７と滑り弁９とによって、流れ方向に向かっ
て、入口流路ａ→緩流室ｃ→出口流路ｅ、の三つの流路
部に区切られ、流量調節弁開口ｂと滑り弁開口ｄとによ
って、絞られる形状に構成されている。また、シール部
材１２を介して、滑り弁受圧面部１０と弁箱蓋２との間
に包容形成された袋室ｆがパイロット弁装置に連通さ
れ、パイロット弁装置によって滑り弁９が駆動されるこ
とによって、滑り弁開口ｄに自動絞り調節流路を構成さ
せてある。

【０００７】パイロット弁装置部においては、２１は１
次弁部、２次弁部及び１次圧作動室ｍを形成する弁箱を
示し、２２は弁箱蓋を示す。２３は受圧板、２８はシー
ル部材、２６は１次弁体２４及び２次弁体２５を受圧板
２３と一体的に組み合わせる弁軸を示す。また、弁箱蓋
２２のコイルばね室ｎには所定付加外力手段としてのコ
イルばね２７が納めてある。１次弁部の部分には１次圧
力室ｇ及び１次弁体２４が配設され、２次弁部の部分に
は２次圧力室ｈ及び２次弁体２５が配設され、１次弁部
と２次弁部の間に中間圧力室ｉが配設されている。そし
て、１次弁部と２次弁部は、作動時に、一方が開き一方
が閉鎖するという状態のみならず、両弁部共にほぼ閉鎖
する状態も生み出し得る位置間隔に配設される。なお、
２次弁体２５については、閉鎖時の厳密な水密性を示す
ため、シール部材２５ｓが図示され、１次弁体２４につ
いては、閉鎖時の厳密な水密性は必要なく、幾分洩れ気
味であってもよいことが図示されている。（勿論、１次
弁体２４にも厳密な水密性を付加して何ら差し支えな
い。） Ｐａは１次圧力室ｇと入口流路ａ（１次圧力）とを結ぶ
連通路、Ｐｅは２次圧力室ｈと出口流路ｅ（２次圧力）
とを結ぶ連通路、Ｐｆは中間圧力室ｉと袋室ｆとを結ぶ
連通路を示す。そして、Ｐｃはコイルばね室ｎと緩流室
ｃとを結ぶ連通路を示す。また、１次圧作動室ｍは連通
路により１次圧力室ｇ及び入口流路ａ（１次圧力）に連
通されている。

【０００８】なお、流量調節弁７と滑り弁受圧面部１０
との受圧面積の関係は、ほぼ均等であり、流量調節弁７
をほぼ締め切って、流量が零に近づいた時点で、流量調
節弁ボス部８と滑り弁ボス部１１とが当接する構造に形
成されている。そして、当接と同時に、該両弁の相対応
する両受圧面に作用する入口流路圧力（１次圧力）同志
がほぼ均衡する。従って、流量調節作動中における弁軸
６に掛かる作用力の僅少さと相まって、流量調節弁７の
開閉の全行程にわたって、弁操作のための動力は極めて
小さくてよい。

【０００９】

【作用】この発明の一実施例を示した図１によって、そ
の作用を観察する。流量調節弁７が全開の状態になって
いる時、入口流路ａから出口流路ｅへの流れは、入口流
路ａ→流量調節弁開口ｂ→緩流室ｃ→滑り弁開口ｄ→出
口流路ｅの順に流れている。この時、パイロット弁装置
においては、コイルばね２７の力が、１次圧作動室ｍと
コイルばね室ｎの中の流体圧力の差（即ち、流量調節弁
７の前後の流体圧力の差）に打ち勝つので、パイロット
受圧板２３はコイルばね２７が伸びる方向に押されてい
る。従って、１次弁体２４は閉鎖していると同時に、２
次弁体２５は全開の状態であり、主弁装置の袋室ｆの圧
力は２次圧力となるので、滑り弁９は全開の状態とな
る。なお、コイルばね２７の力は、入口流路ａと緩流室
ｃとの圧力の差（即ち、流量調節弁７の前後の流体圧力
の差）に均衡させてあるが、この圧力の差とは勿論、流
量調節弁開口ｂの流路抵抗に起因するものである。

【００１０】次に、流量調節のために、流量調節弁７を
絞り操作して弁座３に近づけると、該弁開口ｂの抵抗が
増加するに従って、緩流室ｃの圧力が低下する。この
時、パイロット弁装置においては、１次圧作動室ｍとコ
イルばね室ｎの中の流体圧力の差（即ち、流量調節弁７
の前後の流体圧力の差）が、コイルばね２７の力に打ち
勝ち、パイロット受圧板２３はコイルばね２７を縮める
方向に押し返される。そして、１次弁体２４は全開し、
２次弁体２５は閉鎖し、主弁装置の袋室ｆの内圧力は１
次圧力に向けて昇圧し、滑り弁９は、その前後面に作用
する袋室ｆの内圧力と緩流室ｃの内圧力との推力の差に
よって閉鎖作動を行い、滑り弁弁座４に近づき、流量調
節弁７による調節流量に見合う自動絞り調節流路となっ
て安定する。この状態にある時、流量調節弁７の下流向
き即ち、図面において上向きに作用する偏圧力は、流量
調節弁開口ｂにおける僅かな流路抵抗分であり、弁軸６
への作用力は軽微である。

【００１１】次いで、流量調節弁７の前後の圧力差が所
定値に達した後は、上流側の供給流量の多寡などにより
変化する流量調節弁７の前後の圧力差の変化を受けて、
パイロット弁装置の１次弁部、２次弁部の各弁体２４；
２５が応動し、袋室ｆの内圧力を適宜に増減して、滑り
弁９の開度を調整しながら所定の流量調節弁７の前後の
圧力差を維持する。流量調節弁７の前後の圧力差が均衡
安定している時は、１次弁体２４、２次弁体２５共に、
ほぼ閉鎖の状態で安定する。なお、コイルばね２７を調
整ねじ２９によりワンタッチで調整することにより、定
流量値を微調整することができる。

【００１２】更に、流量調節弁７が締め切り寸前に至る
と、緩流室ｃの内圧力は出口圧力（２次圧力）近くまで
下がり、流量調節弁ボス部８と滑り弁ボス部１１とが当
接して、前述の通り、弁軸６の軸推力が均衡する。従っ
て、これらの作用によって、全行程を通して流量調節弁
７の開閉操作のための動力は軽少である。

【００１３】主弁装置の流量調節弁７が締切りを完了し
た時点では、パイロット弁装置部においては、パイロッ
ト受圧板２３はコイルばね２７を縮める方向に強く押さ
れ、１次弁体２４は全開、２次弁体２５は閉鎖の状態で
あるが、この時、この発明の構成により、厳密に水密性
の機能を果たすべき部分は、流量調整弁７のシール部材
（図示は省略した）、滑り弁９のシール部材１２、２次
弁体２５のシール部材２５ｓであり、これらはいずれも
従来技術によって容易に水密性を達成できる部材であ
る。

【００１４】図２の一実施例においては、１次弁部と２
次弁部の位置が図１とは逆になる等、各要素の配設位置
が変わるが、その作用は図１のものと同様であるので、
詳述は省略する。なお、本発明の弁装置において、滑り
弁開口ｄ、パイロット１次弁部、２次弁部のいずれも、
塵埃等による目詰まりの発生に際しては、その目詰まり
によって生ずる流量調節弁７の前後の圧力差の変化によ
って、目詰まりの弁が自動的に開弁作動を行い、自掃流
動によって目詰まりを排除するという優れた機能を備え
ている。従って、細目のストレーナー等が不要となり、
保守管理上もその効果は大きい。

【００１５】

【実施例】この発明の実施に当っては、流量調節弁７を
開閉操作する方法は種々あるが、その一実施例として、
図１においては、弁軸ねじ部６ｓと軸受１５を螺合させ
てハンドル１３により流量調節弁７を操作する内ねじ式
の構造を示した。また、流量調節弁７を開閉操作する方
法の他の一実施例として、図２においては、弁軸６をキ
ー溝６ｋによる回り止め付きとして、弁軸ねじ部６ｓと
ハンドル１３との螺合構造を備え、ハンドル１３の回動
により弁軸６を上下動させて、流量調節弁７を開閉操作
する外ねじ式の構造を示した。なお、主弁装置内の各弁
体あるいは対応する弁座に、キャビテーション防止等の
目的で櫛歯状突起や整流格子等を形成してもよいことは
勿論である。

【００１６】図１〜図２においては図示は省略したが、
弁軸６及びハンドル１３を弁箱蓋２の反対側に装着し
て、該弁軸６を滑り弁９に嵌装しない構造に構成して
も、本発明の弁装置としての作動には何ら差し支えはな
い。また、図１〜図２においては図示は省略したが、流
量調節弁７を弁座３より下流側に（滑り弁９に包まれる
ような形に）設けることもできるし、流れ方向が図１〜
図２とは逆向きになるよう構成することもできる。それ
らに伴って、各構成要素の配設位置と作動方向が変わる
が、その作用効果は図１〜図２のものとほぼ同様とな
る。さらに、図１〜図２においては図示は省略したが、
本発明において流量調節弁７の開閉操作のための動力が
軽少であるという利点を生かして、開閉操作の動力源と
して弱電力のアクチュエーターやソーラー・システムを
も適用できる他、本発明の弁装置を液面制御用に使用す
るために、フロートを動力源とすることもできる。その
場合の定流量弁としての作動は、図１〜図２のものとほ
ぼ同様であるが、流量が液面レベルの変化に従ってリニ
アー特性的に増減するので、入口流路の圧力が高くて
も、その吐き出し流動は極めて穏当であり、過大配水が
起こらない利点もある。フロートと弁軸６との連結の方
法には、直結したり、連接部を介したり、梃子を介した
りする等、従来技術を適用した種々の方法があることは
勿論である。

【００１７】パイロット弁装置の構造については、図１
〜図２のいずれの実施例においても、１次弁体２４及び
２次弁体２５を一本の弁軸２６上に揃えて設け、一個の
所定付加外力手段に対して一体的に連動させ、しかも両
弁体２４；２５が互いに相手の作動を妨げないよう、シ
リンダー・ピストン様式の弁開閉機構が適用され、さら
に、図２においては、１次弁体２４と２次弁体２５とを
中間圧力室ｉの中に同居させたものを例示した。その
他、パイロット弁装置の各室ｇ；ｈ；ｉ；ｍ；ｎの配置
（位置関係）及び組み合わせ等、この発明の意図する範
囲において設計変更可能であり、この発明を上記の実施
例に限定するものではない。また、パイロット弁装置の
所定付加外力手段については、各実施例のようなコイル
ばね２７を用いる方法の他にも、他の弾性部材を用いた
り、力の一定した重錘にリンクしたり、倍力機構を付加
したり、気圧、液圧装置等の適用が容易にできることは
勿論である。さらに、仕様条件によっては、作動中の不
意な流動変化による圧力脈動（ハンチング）を防止する
ために、パイロット弁装置や主弁装置を緩徐に作動させ
ることが必要となる場合もあるが、その対処例として、
パイロット弁装置や主弁装置に緩衝装置（ダンパー）を
付設することもできる。

【００１８】さて、図１〜図２の各実施例においては、
主弁装置の流量調節弁７にはリフト弁形式を適用してい
るが、この発明の趣旨の範囲内で、その他の形式の弁
（例えば、バタフライ弁、ゲート弁、ボール弁等）を適
用することもできる。例えば、バタフライ弁を主弁装置
の流量調節弁７に適用した一実施例を示したものが図３
であり、この場合、リフト弁に比較すれば、定流量特性
の正確さにはやや欠けるものの、前述の流量調節弁７の
軸推力バランスのための機構が不要となる利点があり、
定流量特性の要求の厳しくない用途には大いに活用され
得るものである。なお、緩流室ｃの存在により、流量調
節弁７がバタフライ弁であっても乱流、偏流傾向は緩和
されている。その他の作用は図１〜図２のものと同様で
あるので、詳述は省略する。

【００１９】なお、各実施例にわたり、主弁装置及びパ
イロット弁装置の各所に装着されるシール部材について
は、現地の仕様に合わせて適宜にＯリング、オイルシー
ル、ダイヤフラム、ベロフラムを適用したり、直接接触
により良好な水密性を保持できる場合は、該シール部材
を省略する等、本発明の趣旨の範囲内で種々設計変更が
可能であり、上記の実施例の使用法に限定されるもので
はない。その他、この発明における弁装置を構成する各
部材にわたり、従来技術の援用は何ら妨げるものではな
い。

【００２０】

【発明の効果】この発明に係る可変定流量弁装置は、流
量調節弁の開閉操作の動力を極めて軽少にすると共に、
主弁装置部の「釣り合いばね」を排除してその機能を巧
妙にパイロット弁装置部に担わせることによって、大型
化や高圧化に伴う設計・製作上の課題を明快に解決し、
優れた定流量特性を維持しつつ、容易に大型化や高圧化
が実施できるようにしたものである。この発明はさら
に、パイロット弁装置部に例えばニードル弁等のような
固定絞り調節流路がない上に、パイロット弁体も含めた
各自動弁体が目詰まりに際して適宜に自掃作動を行う構
造に構成され、目詰まり事故を防止すると共に、止水時
の水密性も完璧であり、メンテナンス・フリーの利点も
兼ね備えている。構造が簡潔で、設計・製作・運転・保
守管理に苦慮すべき部分もなく、信頼性と経済性の高い
可変定流量弁装置を得ることができたものであり、その
実施効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す全体的縦断面図であ
る。

【図２】この発明の他の一実施例を示す全体的縦断面図
である。

【図３】この発明の他の一実施例を示す全体的縦断面図
である。

【図４】従来技術の一例を示す全体的縦断面図である。

【符号の説明】

１…弁箱 １ａ…弁箱 １ｂ…弁箱 ２…弁箱蓋 ３…流量調節弁弁座 ４…滑り弁弁座 ５…隔壁部
材 ６…弁軸 ６k…キー溝 ６q…弁軸段付部 ６s
…弁軸ねじ部 ７…流量調節弁 ８…流量調節弁ボス部 ９…滑り弁 １０…滑り弁受圧面部 １１…滑り弁
ボス部 １２…シール部材 １３…ハンドル １４、１５…
軸受 １６…釣り合いばね １７…連通路 ２１…パイロット弁箱 ２２…パイロット弁箱蓋
２３…パイロット受圧板 ２４…１次弁体 ２５…２次弁体 ２５ｓ…シール
部材 ２６…パイロット弁軸 ２７…コイルばね ２８…
シール部材 ２９…調整ねじ ａ…入口流路 ｂ…流量調節弁開口 ｃ…緩流室
ｄ…滑り弁開口 ｅ…出口流路 ｆ…袋室 ｇ…１次圧力室 ｈ…２次圧力室 ｉ…中間圧力室 ｍ…１次圧作動室 ｎ…コイルばね室 Ｐａ；Ｐｃ；Ｐｅ；Ｐｆ…連通路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主弁装置が、それを流過する流体の圧力
   変化により作動するパイロット弁装置に連係して、駆動
   される自動調整弁装置において、 前記主弁装置は、緩流室（ｃ）を挟んで直列に設けられ
   た、開閉操作用の流量調節弁（７）部と、自動絞り調節
   作動を行う滑り弁（９）部とからなり、流量調節弁
   （７）は、流量調節弁弁座（３）との間に流量調節弁開
   口（ｂ）を形成し、滑り弁（９）は弁箱（１）の隔壁部
   材（５）にシール部材（１２）を介して密封的且つ滑動
   自在に嵌装されて、滑り弁弁座（４）との間に滑り弁開
   口（ｄ）を形成すると共に、弁箱（１）乃至弁箱蓋
   （２）との間に袋室（ｆ）を形成する構造に構成された
   こと、及び、 前記パイロット弁装置は、流量調節弁（７）の前後の流
   体圧力差と一個の所定付加外力手段との総合作用力によ
   って作動する、同軸上のパイロット１次弁部と２次弁部
   からなり、流量調節弁（７）の前後の流体圧力差が所定
   値にある時は共にほぼ閉鎖の状態を保ち、該圧力差が所
   定値より大きくなれば開く滑り弁閉作動用パイロット１
   次弁部と、該圧力差が所定値より小さくなれば開く滑り
   弁開作動用パイロット２次弁部とが、袋室（ｆ）を介し
   て、入口流路と出口流路との間に直列的に連通されて、
   滑り弁（９）駆動用のパイロット弁装置の構造に構成さ
   れたことを特徴とする、可変定流量弁装置。
2. 【請求項２】 流量調節弁（７）と滑り弁受圧面部（１
   ０）の受圧面積がほぼ均等に形成されると共に、流量調
   節弁（７）の締め切り寸前の時点で、流量調節弁ボス部
   （８）と滑り弁ボス部（１１）とが当接する構造に構成
   されたことを特徴とする、請求項１記載の可変定流量弁
   装置。
3. 【請求項３】 流量調節弁（７）の駆動力源としてフロ
   ートを連結したことを特徴とする、請求項１又は２記載
   の可変定流量弁装置。