JP3737050B2 - 定圧レギュレータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は一次側(上流側)の流体圧力が変動しても二次側(下流側)の流体圧力を一定に保つ定圧レギュレータに関するものであり、さらに詳しくは主として化学プラントなど各種化学薬液ラインで好適に用いられるコンパクトで安定した流体圧力制御が得られる定圧レギュレータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
本発明者等は先に、定圧レギュレータ内部での部品の接触による発塵や、微小流量での圧力制御性能の悪化などを解決した定圧レギュレータについて先行出願しており、その内容は特開2001−141083号公報に開示されている。
【0003】
その構造は図7に示すとおり、第一弁室40と入口流路41を有する本体42と、第二弁室43と出口流路44を有する蓋体45と、第一弁室40の上部周縁に固定された第一ダイヤフラム46と本体42と蓋体45とによって挟持された第二ダイヤフラム47と、第一及び第二のダイヤフラム46,47の中央に設けた環状接合部48,48′に接合され軸方向に移動自在のスリーブ49とから構成されるダイヤフラム50と、第一弁室40の底部に固定されスリーブ49下端部との間に流体制御部51を形成するプラグ52とからなり、本体42の内周面とダイヤフラム50とに包囲された気室53を有し、気室53に連通するエア供給口54が設けられ、第二ダイヤフラム47の受圧面積が第一ダイヤフラム46の受圧面積より大とした構造となっている。
【0004】
上記の構成よりなる従来の定圧レギュレータは気室53内に圧縮空気や不活性ガスを導入して使用され、その動作は次のようなものである。
【0005】
ダイヤフラム50は、第一ダイヤフラム46下面において一次側の流体圧力を、第二ダイヤフラム47上面において二次側の流体圧力を受け、さらに、第一ダイヤフラム46上面と第二ダイヤフラム47下面において気室53内の空気や不活性ガスの圧力を受けている。したがって、ダイヤフラム50には二次側流体圧による下向きの力と一次側流体圧による上向きの力、気室53内圧力による上向きと下向きの力が働いており、ダイヤフラム50のスリーブ49は、これら四つの力が釣り合う位置に安定している。
【0006】
ここで、例えば一次側の流体圧力が増加すると、瞬時に二次側の流体圧力も増加し、第一ダイヤフラム46、第二ダイヤフラム47ともに流体から受ける力は増加する。このとき、気室53内の圧力は不変であり、さらに、第二ダイヤフラム47の受圧面積は第一ダイヤフラム46のものより大きく設計されているため、ダイヤフラム50を押し下げる力が優勢となり、ダイヤフラム50のスリーブ49は下方に移動する。そのため、流体制御部51の開口面積は減少し、前記四つの力が釣り合うまで二次側の流体圧力も減少する。
【0007】
逆に、一次側の流体圧力が減少すると、同時に二次側の流体圧力も減少する。しかしながら、気室53内の圧力は不変であるため、ダイヤフラム50を押し上げる力が優勢となり、ダイヤフラム50のスリーブ49は上方へと移動し、流体制御部51の開口面積は増加する。したがって、前記四つの力が釣り合うまで二次側の流体圧力も増加する。
【0008】
以上のように一次側の流体圧が増減しても、瞬時にダイヤフラム50のスリーブ49の位置が変化して、常に二次側の圧力は気室53内の圧力とほぼ同等に保たれるようになっている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の定圧レギュレータは、流体圧の低いライン用に好適なものとして開発されたものであり、流体圧の高いラインに使用した場合は、次のような課題があった。
【0010】
流体圧の高いラインにおいては、当然のことながら二次側の流体圧力が高圧となっており、気室53内の圧力は、それに釣り合うよう高く設定されている。この状態において、一次側に設けられたバルブを閉じたり、加圧ポンプを止めたりして、一次側の流体圧が気室53内の圧力より低い状況になると、ダイヤフラム50に働く前記四つの力は釣り合うことができず、気室53内の圧縮空気や不活性ガスによりダイヤフラム50は常に上方に押し上げられることとなる。これにより、ダイヤフラム50の伸びや破損をまねき、ひいては圧力制御性能の劣化が起こることがあった。
【0011】
また、二次側に設けられたバルブを閉じるなど、二次側を完全に遮断すると、必然的に二次側の流体圧力は一次側の流体圧力と同等まで増加し、気室53内の圧力よりも大きくなる。そのため、ダイヤフラム50が受ける力は釣り合うことができず、ダイヤフラム50は下方へ押し下げられ、プラグ52にスリーブ49が押し付けられることとなる。これにより、プラグ52にキズが入ったり、さらに悪い場合には座屈を引き起こしてしまう。また、スリーブ49にもキズが入ることがあり、このキズや座屈によって圧力制御性能が悪化することがあった。
【0012】
本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みて改良されたもので、長期にわたって弁室のシール性能を保持し、高圧の液体ラインにおいても使用可能で、コンパクトで安定した流体圧力制御が得られる定圧レギュレータを提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明の構成を図1にもとづいて説明すると、本体1、蓋体2、本体1と蓋体2の間に挟持された気室形成用リング3及び上部及び下部がそれぞれ蓋体2及び気室形成用リング3に係合されたダイヤフラム4を内部に備えた定圧レギュレータであって、本体1には、その中央部に位置し底面中央より突出して設けられた円柱状のプラグ6を有する第一弁室7と第一弁室7と連通した入口流路8とが設けられ、ダイヤフラム4には、中央に、前記プラグ6とで流体制御部10を形成するプラグ6の外径よりも小さい内径を有する円筒部11と円筒部11の上部に設けられた鍔部13と鍔部13の径方向に延長して設けられかつその周縁部に環状突部14を有する第一膜部15と円筒部11の下端面に径方向に延長して設けられた第二膜部16と第二膜部16に連続して設けられ、気室形成用リング3の接合部24に接合される環状接合部17とが設けられ、該環状接合部17の底面は本体1の上面と密封状態で接触されており、蓋体2には、下端面周縁部にダイヤフラム4の環状突部14が嵌合される環状溝19と該溝19の内側に位置しダイヤフラム4の上下動を許容する第二弁室20と第二弁室20上面より突出して設けられた前記ダイヤフラム4の上限位置を規定するストッパー21と第二弁室20に連通する出口流路22とが設けられ、また、本体1と蓋体2の間に挟持され、ダイヤフラム4との間に気室5を形成する気室形成用リング3には、ダイヤフラム4の鍔部13を内包する段差部23とその下部にダイヤフラム4の環状接合部17が接合される接合部24とが連続して設けられ、また、前記気室5と外部とを連通する通気孔25が設けられており、蓋体2と気室形成用リング3は気室形成用リング3の段差部23の外側においてシールリング28を介して接合され、本体1と気室形成用リング3は該リング3の接合部24の外側においてシールリング9を介して接合されていることを第一の特徴とする。
【0014】
また、ダイヤフラム4の環状接合部17の外径が鍔部13の外径より小さく設けられていることを第二の特徴とする。
【0015】
ダイヤフラム4の環状突部14の外周下面に環状切欠き部27が設けられ、該切欠き部27にシールリング28が嵌挿されていることを第三の特徴とする。
【0016】
気室5と外部とを連通する通気孔25が少なくとも二個設けられたことを第四の特徴とする。
【0017】
ダイヤフラム4の材質がPTFEであることを第五の特徴とする。
【0018】
尚、本体1、蓋体2の材質はPTFEやPFA等のフッ素樹脂が好適に使用されるが、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレンなどのその他のプラスチック或いは金属でも良く特に限定されない。また、気室形成用リング3は強度、耐熱性の観点からポリプロピレンが好適に使用されるが、同様に、その他のプラスチックや金属でも良く特に限定されない。さらに、ダイヤフラム4の材質はPTFE等のフッ素樹脂が好適に使用されるが、ゴム及び金属でも良く特に限定されない。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施態様について、図面を参照して説明するが、本発明が本実施態様に限定されないことは言うまでもない。
【0020】
図1は、本発明の定圧レギュレータの第一の実施態様を示す縦断面図である。図2は、本発明の定圧レギュレータにおいて一次側圧力が低下した状態を示す縦断面図である。図3は、本発明の定圧レギュレータにおいて図2の状態よりさらに一次側圧力が低下した状態を示す縦断面図である。図4は二次側の配管が遮断された場合を示す縦断面図である。図5は図1における蓋体の底面図である。図6は、本発明の定圧レギュレータの第二の実施態様を示す縦断面図である。
【0021】
図において、1はPTFE製の本体であり、内部に第一弁室7を有し、側面には第一弁室7と連通している入口流路8が設けられている。さらに、上面には第一弁室7よりも大径で、ダイヤフラム4の環状接合部17底面に設けられた環状突部18が嵌合される環状溝と、該溝よりさらに大径で、気室形成用リング3と本体1との間を密封するためのシールリング9が嵌挿される環状溝が設けられている。第一弁室7の底面中央には円柱状のプラグ6が突出して設けられている。
【0022】
2はPTFE製の蓋体であり、下端面周縁部にダイヤフラム4の環状突部14が嵌合される環状溝19と、該溝19内側に位置しダイヤフラム4の上下動を許容する横断面形状が円形の第二弁室20と、側面には第二弁室20に連通する出口流路22が設けられている。また、第二弁室20の上面からは、横断面形状がC形のストッパー21が突出して設けられている。ストッパー21の形状は、第二弁室20に開口しているため、ダイヤフラム4がストッパー21に接触した場合でも、ダイヤフラム4の流体流通孔12から第二弁室20及び出口流路22へ流れるようになっている(図5参照)。本実施態様では、ストッパー21は流体の滞留を防ぐため横断面形状がC形に形成されているが、流体の流れを阻害しなければ一個あるいは複数個の柱状や円筒状でもよく、形状及び数量は限定されない。
【0023】
気室形成用リング3はポリプロピレン製であり、ダイヤフラム4の鍔部13を内包する段差部23と、その下部にダイヤフラム4の環状接合部17が接合される接合部24が連続して設けられている。さらに、気室5と外部とを連通する通気孔25,26と、気室5を蓋体2との間で密封するためのシールリング28が嵌挿される環状溝が段差部23の外側に設けられている。なお、通気孔は吸気用と排気用の二個25,26が設けられているが、一個でも使用可能で数量は限定されない。
【0024】
ダイヤフラム4はPTFE製であり、中央に前記本体1のプラグ6の外径よりも小さい内径を有する円筒部11と、円筒部11の上部に設けられた鍔部13と、鍔部13の径方向に延長して設けられかつその周縁部に環状突部14を有する第一膜部15と、円筒部11の下端面に径方向に延長して設けられた第二膜部16と、第二膜部16に連続して設けられ気室形成用リング3の接合部24に螺合される環状接合部17が設けられている。環状接合部17の底面には、本体1の第一弁室7の外側に設けられた環状溝と嵌合する環状突部18が設けられており、それによって、ダイヤフラム4と本体1との間で第一弁室7と気室5が密封されている。しかしながら、両者間の密封にはOリングやプラスチック製のシールリングを用いてもよく、その方法は限定されない。円筒部11の下端部は前記第一弁室7の中央部に設けられたプラグ6の上面との間に流体制御部10を形成している。環状接合部17の気室形成用リング3の接合部24への接合方法は、螺合に限定されず他の接合方法を用いてもかまわない。尚、ダイヤフラム4の上面の受圧面積は、下面の受圧面積すなわち第二膜部16の受圧面積より大きく設けなければならない。
【0025】
気室5はダイヤフラム4と気室形成用リング3で囲まれて形成されている。気室5の内部には前記通気孔25から、気体用レギュレータ等を用いて圧力調整された圧縮空気または不活性ガス等が導入され、また、通気孔26からはそれらが微量に排出されながら一定圧力を保つよう調整される。また、空気またはガスの圧力を変更すれば、定圧レギュレータの二次側流体圧力はそれに対応した値に保たれるため、空気またはガスの圧力を調整することで、レギュレータの二次側圧力を望む圧力に調整できる。
【0026】
上記の構成からなる本実施態様の定圧レギュレータの作動は次のとおりである。
【0027】
図1の状態においては、第二膜部16は第一弁室7内部の圧力すなわち上流側(一次側)圧力による上向きの力と、気室5内部の圧力による下向きの力を受けている。一方、ダイヤフラム4の上面は第二弁室20内部の圧力すなわち下流側(二次側)圧力による下向きの力を、またダイヤフラム4の上面に対応した第一膜部15及び鍔部13の下面が気室5内部の圧力による上向きの力を受けており、これら4つの力が釣り合いによってダイヤフラム4と一体に設けられた円筒部11の位置が決定されている。
【0028】
今、図1の状態において一次側の圧力が低下した場合、一時的に二次側の圧力が降下する。そのため、第二弁室20の圧力が低下するとともにダイヤフラム4の上面が受ける圧力も低下し、ダイヤフラム4が下向きに受ける力も減少する。一方、第一膜部15及び鍔部13が受ける気室5の内部圧力は不変であるためダイヤフラム4に上向きに働く力は変化しない。したがって、ダイヤフラム4に上向きに働く力の方が大きくなり、円筒部11を上方へ引き上げようとする。また、第一弁室7の圧力も低下しているので、第二膜部16が流体から受ける力は減少するが、気室5の圧力は不変であるため、第二膜部16は円筒部11を引き下げようとする。この時、第一膜部15及び鍔部13の面積は、第二膜部16の面積より十分大きいため、結果として円筒部11を上方へ引き上げることとなる(図3の状態)。これによって、流体制御部10の開口面積は増加し、二次側の流体圧力は瞬時に元の圧力まで増加し、再び気室5内部の圧力と流体圧による力の釣り合いが保たれる。
【0029】
一方、図3の状態において一次側の圧力が上昇した場合、一時的に二次側の圧力も上昇する。したがって、第二弁室20の圧力は上昇し、円筒部11を押し下げようとする。また、第一弁室7の圧力も上昇するため第二膜部16は円筒部11を押し上げようとする。同様に、ダイヤフラム4の上面の面積は第二膜部16の面積より十分大きいため、円筒部11は押し下げられる。これによって、流体制御部10の開口面積は減少し(図1の状態)、二次側の流体圧力は瞬時に元の圧力まで減少し、再び気室5内部の圧力と流体圧力による力の釣り合いが保たれる。
【0030】
以上のように一次圧が増減しても、瞬時にダイヤフラム4の円筒部11の位置が変化して、常に気室5内部の圧力と二次側の圧力はほぼ同等に保たれる。
【0031】
ここで、図2の状態からさらに一次側の流体圧力が低下して、気室5内部の圧力よりも低くなると、当然二次側の流体圧力も一次側の流体圧力と同等まで低下する。したがって、ダイヤフラム4の上面が受ける力は減少する。このとき、ダイヤフラム4に対応する第一膜部15及び鍔部13が受ける気室5内部の圧力は不変であるためダイヤフラム4はさらに上方に押し上げられ、流体制御部10の開口面積は大きくなる。しかし、一次側の流体圧力が低いため二次側の流体圧力も上昇せず、結果としてダイヤフラム4はさらに上方へ押し上げられることとなるが、蓋体2に設けられたストッパー21にダイヤフラム4が接触することにより、ダイヤフラム4の上限位置が決定されているため、必要以上にダイヤフラム4が引き上げられることは防止されている(図3の状態)。そのため、ダイヤフラム4の伸びや破損が防止され、それによる圧力制御性能の劣化を防ぐことができる。
【0032】
また、レギュレータの二次側に設けられたバルブを閉じるなどして、二次側の流路を遮断してしまうと、レギュレータの二次側圧力は必然的に一次側圧力と同等となってしまう。このとき、一次側の流体圧力が気室5内部の圧力より高ければ、当然、二次側の流体圧力も気室5内部の圧力より高くなる。ダイヤフラム4の上面の面積はそれに対応する第一膜部15及び鍔部13の面積より大きいため、ダイヤフラム4の上面が流体から下向きに受ける力は気室5内部の空気または不活性ガスから上向きに受ける力より大きくなり、ダイヤフラム4には常に下向きの力が働くこととなる。したがって、ダイヤフラム4の円筒部11は、本体1のプラグ6に押し付けられるが、円筒部11とプラグ6が接触するとほぼ同時にダイヤフラム4の鍔部13が気室形成用リング3の段差部23と接触しダイヤフラム4の下降は防止されるため、円筒部11とプラグ6との必要以上の押圧が防がれる(図4の状態)。それによって、プラグ6のキズや座屈、円筒部11のキズの発生などを防ぐことができ、流体圧力制御性能の劣化が防止される。
【0033】
図6は本発明の第二の実施態様を示す縦断面図である。前記第一の実施態様と異なる点は、ダイヤフラム4の環状突部14の外周下面に環状切欠き部27が設けられ、さらに、環状切欠き部27に本体1と気室形成用リング3の間を密封するシールリング28が嵌挿されている点である。弁の動作については前記と同一であるので説明は省略する。
【0034】
【発明の効果】
本発明の定圧レギュレータは以上説明したような構造をしており、これを使用することで以下の優れた効果が得られる。
【0035】
(1)蓋体に設けられたストッパーにダイヤフラムが接触することにより、ダイヤフラムの上限位置が決定されており、必要以上にダイヤフラムが引き上げられることが無くなったため、流体圧の高いラインに使用しても、ダイヤフラムの伸びや破壊を防止することができる。
【0036】
(2)定圧レギュレータの二次側流体圧が過大に上昇しても、ダイヤフラムの鍔部と気室形成用リングの段差部が接触しダイヤフラムを支承することにより、ダイヤフラムの円筒部がプラグに必要以上に押圧されることがなくなったため、プラグのキズや座屈及び円筒部のキズの発生を防止することができる。
【0037】
(3)コンパクトな構造でありかつ、低圧の液体ラインから高圧の液体ラインにおいて、安定した流体圧力制御が得られる。
【0038】
(4)接液する部材にPTFE等の耐薬品性に優れた材質を用いると、不純物の溶出や薬液の汚染が極めて少ないため、腐食性の高い薬液ラインに好適に使用される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の定圧レギュレータの第一の実施態様を示す縦断面図である。
【図2】図1において一次側圧力が減少した状態を示す縦断面図である。
【図3】図2において一次側圧力がさらに減少した状態を示す縦断面図である。
【図4】図1において二次側の配管が完全に遮断された状態を示す縦断面図である。
【図5】蓋体の底面図である。
【図6】本発明の定圧レギュレータの第二の実施態様を示す縦断面図である。
【図7】従来の定圧レギュレータを示す縦断面図である。
【符号の説明】
1…本体
2…蓋体
3…気室形成用リング
4…ダイヤフラム
5…気室
6…プラグ
7…第一弁室
8…入口流路
9…シールリング
10…流体制御部
11…円筒部
12…流体流通孔
13…鍔部
14…環状突部
15…第一膜部
16…第二膜部
17…環状接合部
18…環状突部
19…環状溝
20…第二弁室
21…ストッパー
22…出口流路
23…段差部
24…接合部
25…通気孔
26…通気孔
27…環状切欠き部
28…シールリング
Claims (5)
- 本体(1)、蓋体(2)、本体(1)と蓋体(2)の間に挟持された気室形成用リング(3)及び上部及び下部がそれぞれ蓋体(2)及び気室形成用リング(3)に係合されたダイヤフラム(4)を内部に備えた定圧レギュレータであって、本体(1)には、その中央部に位置し底面中央より突出して設けられた円柱状のプラグ(6)を有する第一弁室(7)と第一弁室(7)と連通した入口流路(8)とが設けられ、ダイヤフラム(4)には、中央に、前記プラグ(6)とで流体制御部(10)を形成するプラグ(6)の外径よりも小さい内径を有する円筒部(11)と円筒部(11)の上部に設けられた鍔部(13)と鍔部(13)の径方向に延長して設けられかつその周縁部に環状突部(14)を有する第一膜部(15)と円筒部(11)の下端面に径方向に延長して設けられた第二膜部(16)と第二膜部(16)に連続して設けられ、気室形成用リング(3)の接合部(24)に接合される環状接合部(17)とが設けられ、該環状接合部(17)の底面は本体(1)の上面と密封状態で接触されており、蓋体(2)には、下端面周縁部にダイヤフラム(4)の環状突部(14)が嵌合される環状溝(19)と該溝(19)の内側に位置しダイヤフラム(4)の上下動を許容する第二弁室(20)と第二弁室(20)上面より突出して設けられ前記ダイヤフラム(4)の上限位置を規定するストッパー(21)と第二弁室(20)に連通する出口流路(22)とが設けられ、また、本体(1)と蓋体(2)の間に挟持され、ダイヤフラム(4)との間に気室(5)を形成する気室形成用リング(3)には、ダイヤフラム(4)の鍔部(13)を内包する段差部(23)とその下部にダイヤフラム(4)の環状接合部(17)が接合される接合部(24)とが連続して設けられ、また、前記気室(5)と外部とを連通する通気孔(25)が設けられており、蓋体(2)と気室形成用リング(3)は気室形成用リング(3)の段差部(23)の外側においてシールリング(28)を介して接合され、本体(1)と気室形成用リング(3)は該リング(3)の接合部(24)の外側においてシールリング(9)を介して接合されていることを特徴とする定圧レギュレータ。
- ダイヤフラム(4)の環状接合部(17)の外径が鍔部(13)の外径より小さく設けられていることを特徴とする請求項1に記載の定圧レギュレータ。
- ダイヤフラム(4)の環状突部(14)の外周下面に環状切欠き部(27)が設けられ、該切欠き部(27)にシールリング(28)が嵌挿されていることを特徴とする請求項1,2のいずれかに記載の定圧レギュレータ。
- 通気孔(25)が少なくとも二個設けられたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の定圧レギュレータ。
- ダイヤフラム(4)の材質がポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の定圧レギュレータ。
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