JP6688591B2 - 自力式調整弁 - Google Patents
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Description
しかしながら、電気や空気圧などの外部動力を使用して作動する他力式調節弁と比較すると、自力式調整弁は制御精度において大幅に劣る欠点があるため、その制御精度が大きな問題とはならない用途に限定して使用されている。
減圧弁は、二次側流路の二次側圧力を検出し、その二次側圧力を予め設定した圧力となるよう一定に保持するように構成されている。
減圧弁において、一次側流路から二次側流路への流量を小流量から定格の大流量に変化させると、図9に示すように、二次側流路の二次側圧力が低下するので、当該減圧弁の主弁の開度を自動的に大きくして二次側圧力の低下を防ごうとする。
オフセット=(K×L)/A…………………………………………………………(式1)
また、パイロット作動式であれば、例えばパイロット弁を高精度にする方法がある。しかしながら、直動式およびパイロット作動式のいずれにしても主弁が大型化してしまう等の欠点がある。
これにより、バネ室(40)の圧力増加を補助圧力により時間の経過とともに徐々に変化させることができるので、弁座(14)から弁体(15)を徐々に離反させることができる。
<パイロットコントローラ分離設置型減圧弁の全体構成>
図1に示すように、第1実施の形態における自力式調整弁としてのパイロットコントローラ分離設置型減圧弁1(以下、これを単に「分離型減圧弁」と呼ぶ。)は、上流側配管H1および下流側配管H2の間に配置されるものである。
図1および図2に示すように減圧弁本体2は、上流側配管H1および下流側配管H2の間に接続される弁箱11と、その弁箱11の矢印B方向の上部に固定されたバネ保護筒35とを有している。
弁箱11は、流路12の入口側(上流側)に設けられたフランジ部11aに上流側配管H1が接続されるとともに、この流路12の出口側(下流側)に設けられたフランジ部11bに下流側配管H2が接続される。このため、上流側配管H1内の流体通路4が弁箱11の一次側流路12aに接続されるとともに、下流側配管H2内の流体通路5が弁箱11の二次側流路12bに接続される。
弁座14と対向する位置には円環状でなる弁体15が設けられ、この弁体15が円環状でなる弁体受16の上端面の凹部に嵌合固定されている。したがって、弁座14と弁体15との間隙が狭まったり拡がったりすることにより、一次側流路12aから二次側流路12bへ流れる流体の流量が調整される。
この弁体受16の下方に突出した弁棒17の下端部17bは、弁箱11の底部に取り付けられた下部蓋21における弁棒ガイド部21aのガイド孔21bに摺動自在に支持されている。
下部蓋21における弁棒ガイド部21aの周囲底面には環状の凹部21cが形成されており、その凹部21cに弁体バネ19の下端が支持されている。この弁体バネ19の上端は六角ナット18を囲むように弁体受16の下面に支持されている。なお、弁体バネ19は、弁体15を弁座14に当接させる矢印B方向へ弁体受16を付勢している。
ライナー22の上方の貫通孔22bには、バランスピストン23が摺動自在に支持されている。この貫通孔22bの内周部には、ライナー22とバランスピストン23との間をシールするためのOリング31が取り付けられている。
ダイヤフラム30の上端面には、ダイヤフラム受24が載置されている。このダイヤフラム受24の貫通孔24aに対して弁棒17の上端部17aが貫通され、その上端部17aに対して六角ナット26が螺着されている。
また、ダイヤフラム30の外周縁は、弁箱11の開口部に設けられた段部に載置される。弁箱11の開口部の外周縁には、バネ保護筒35の外周縁が対向した状態で当接され、ボルト41により弁箱11の外周縁とバネ保護筒35の外周縁とが一体に取り付けられる。
バネ受39の上端面中央に設けられた凹部39aには、バネ保護筒35の頂部35aに形成された雌ネジ部35bに螺着された調節ネジ36の先端部36aが嵌合されている。
なお、調節バネ34は、弁座14から弁体15を離反させる矢印A方向へダイヤフラム受24およびダイヤフラム30を付勢している。
したがって、その調節ネジ36の先端部36aを介してバネ受39を矢印A方向へ移動させることにより調節バネ34を圧縮させることができる。また、その調節ネジ36の先端部36aを介してバネ受39を矢印B方向へ移動させることにより調節バネ34を伸張させることができる。これにより弁体15および弁座14による弁開度を調節バネ34の設定圧力により調整することが可能となる。
この実施の形態によるパイロットコントローラ3には、図1および図3に示すように、上流側配管H1から分岐された上流側サブ配管H1aと、配管H2から分岐された下流側下流側サブ配管H2aと、このパイロットコントローラ3から減圧弁本体2のバネ室40へ補助圧力を生成して供給するための補助圧力供給用配管H3とが接続されている。
本体部60は、矢印A方向の下方から下段部61、中段部62および上段部63が積層されて構成されている。その本体部60の上段部63に対して上蓋部80がさらに積層された状態で、ボルト81により上蓋部80、上段部63、中段部62および下段部61が一体に固定される。なお中段部62と下段部61との間にはOリング61aが装着されている。
中段部62の供給路65と出力路66との間には、直径W2(W2<W1)の絞り67が形成されている。出力口66aと絞り67との間には、補助室70が構成される。
中段部62における補助室70の矢印B方向の上方には、上流側サブ配管H1aから供給路65に供給された補助圧力用流体を排出するための貫通孔69が形成されている。したがって、補助室70と排出路68とは中段部62の貫通孔69を介して連通される。
中段部62の上端面には下ダイヤフラム71が載置されており、この下ダイヤフラム71の中央の貫通孔に弁体72が貫通されている。弁体72は、弁座64に対向配置された弁部72aを有し、その弁部72aが下ダイヤフラム71よりも矢印A方向の下方に位置付けられるとともに排出路68に配置されている。
調節ネジ86は、その頭部86bの回転により上蓋部80の内部空間に押し込まれることが可能である。調節ネジ86には上蓋部80の頂部80aにおいて六角ナット87が取り付けられている。この六角ナット87は、上蓋部80の内部にその調節ネジ86を押し込んだ状態を固定するために用いられる。
一方、バネ受84が矢印B方向へ移動したときには、上蓋部80の内側空間の空気を貫通孔80cから排気する。これにより、バネ受84の矢印AB方向への移動が円滑に行われる。
すなわち、絞り67を介して補助室70に供給された流体は、出力路66から補助圧力供給用配管H3を経由して減圧弁本体2のバネ室40に供給されることはない。
これにより、調節バネ85の付勢力により上ダイヤフラム76および下ダイヤフラム71と共に弁体72が矢印A方向へ押し下げられ、弁部72aが弁座64に向かって次第に近づいていく。
したがって、出力路66から補助圧力供給用配管H3を経由して減圧弁本体2のバネ室40に供給される補助室70の中間圧力は、パイロットコントローラ3における上ダイヤフラム76の下面に対する減圧弁本体2の二次側圧力が高くなると低下し、上ダイヤフラム76の下面に対する減圧弁本体2の二次側圧力が低くなると高くなる。
このような構成の分離型減圧弁1における全体の動作について説明する。
分離型減圧弁1では、二次側流路12b側の蛇口(図示せず)が閉栓された状態、すなわち、減圧弁本体2における二次側流路12bの二次側圧力が高い場合、連通孔32およびダイヤフラム室50を介してダイヤフラム30に作用する上方への力が大きく、弁棒17と共に弁体15が上方に持ち上げられるため弁体15と弁座14とが当接されて閉弁する。
この場合、パイロットコントローラ3の供給路65に上流側サブ配管H1aから供給される流体は殆どが排出路68を通って排出されてしまい、補助室70の流体が出力路66および補助圧力供給用配管H3を経由して減圧弁本体2のバネ室40に供給されることはない。つまり、この時点では、パイロットコントローラ3が設置されていない場合の従来の減圧弁本体2と何ら変わることはない。
このとき、減圧弁本体2の二次側流路12b、下流側サブ配管H2a、パイロットコントローラ3の二次側圧力検出路74を介して上ダイヤフラム76に作用する上方への力が次第に小さくなる。このため、パイロットコントローラ3では、調節バネ85の付勢力により上ダイヤフラム76および下ダイヤフラム71と共に弁体72が下方へ押し下げられ、弁体72の弁部72aが弁座64に対して次第に近づいていく。
ここで、パイロットコントローラ3に内蔵されている弁座64の弁口径は非常に小さいため、出力路66から減圧弁本体2のバネ室40に供給される流体の圧力は、排出路68からの微量の排気によって精密に制御される。
このため、パイロットコントローラ3の補助室70から減圧弁本体2のバネ室40に供給される流体の中間圧力は、時間の経過とともに徐々に高くなる。
減圧弁本体2のダイヤフラム30がパイロットコントローラ3から供給される流体の中間圧力によって下方へ更に押し下げられる分だけ、弁座14から弁体15が離反することになり、図4に示すように、従来に比べて弁座14に対する弁体15の弁開度が次第に大きくなる。
そして、調節バネ85の付勢力により上ダイヤフラム76および下ダイヤフラム71と共に弁体72が最も下方へ押し下げられ、やがて弁体72の弁部72aと弁座64とが当接されてパイロットコントローラ3が閉弁する。
パイロットコントローラ3における弁体72の弁部72aが弁座64に当接して閉弁すると、補助室70からの流体の中間圧力が最大となり、その時点以降の減圧弁本体2の弁体15および弁座14間の弁開度は一定となる(図4)。
その後、二次側流路12bの二次側圧力が高くなると、パイロットコントローラ3が徐々に開弁していくため、パイロットコントローラ3から減圧弁本体2のバネ室40に供給される流体(補助圧力)も減少し、減圧弁本体2の弁体15および弁座14間の弁開度を小さくし、やがて閉弁する。
このように、分離型減圧弁1では、減圧弁本体2の二次側流路12bの二次側圧力が低下したときの弁体15および弁座14間の弁開度は数秒以内に安定する(図4)。
この間は、パイロットコントローラ3の補助室70からの流体が減圧弁本体2のバネ室40に供給されていても、弁体15および弁座14間の弁開度が安定しておらずオフセットが生じていると考えられるため高精度ではない。
このように分離型減圧弁1では、弁体15および弁座14間の弁開度が安定してから、その弁開度を更に大きくしながらオフセットを無くすように修正制御することができる。
<パイロットコントローラ一体設置型減圧弁の全体構成>
図1との対応部分に同一符号を付した図6に示すように、第2実施の形態における自力式調整弁としてのパイロットコントローラ一体設置型減圧弁100(以下、これを単に「一体型減圧弁」と呼ぶ。)は、上流側配管H1および下流側配管H2の間に配置される。
バネ保護筒150は、弁箱11の上端部にボルト41により一体に取り付けられている。このバネ保護筒150は、その上端部に貫通孔151aが形成されている。またバネ保護筒150は、その上端部の下面151bとダイヤフラム受24の段差部24bとに対して、調節バネ152の一端および他端が支持されている。
パイロットコントローラ130は、第1の実施の形態における分離型減圧弁1のパイロットコントローラ3の下段部61が取り外された状態でバネ保護筒150の上端面に一体に固定された構成を有している。すなわちパイロットコントローラ130は、下段部61が存在しない以外、パイロットコントローラ3と同一の基本構成である。なお、図示しないが、パイロットコントローラ3の出力路66aはプラグ等で閉塞されている。
このような構成の一体型減圧弁100の動作について説明する。一体型減圧弁100では、減圧弁本体2における二次側流路12bの二次側圧力が高い場合、連通孔32およびダイヤフラム室50を介してダイヤフラム30に作用する上方への力が大きく、弁棒17と共に弁体15が上方に持ち上げられるため弁体15と弁座14とが当接されて閉弁する。
その後、一体型減圧弁100では、二次側流路12bの二次側圧力が低下すると、連通孔32およびダイヤフラム室50を介してダイヤフラム30に作用する上方への力が小さくなる。
このとき、二次側流路12bから下流側サブ配管H2aを介してパイロットコントローラ130に伝達されて二次側圧力検出路74から上ダイヤフラム76に作用する上方への力が次第に小さくなるため、調節バネ85の付勢力により上ダイヤフラム76および下ダイヤフラム71と共に弁体72が下方へ押し下げられ、弁体72の弁部72aが弁座64に次第に近接していく。
したがって、パイロットコントローラ130の補助室70からの流体の中間圧力が増大するに連れて(時間の経過とともに)、徐々にバネ室40の圧力が増大される。
すなわち、バネ室40に供給される中間圧力が次第に高くなりながら供給されるため、この中間圧力が補助圧力となり、ダイヤフラム30が下方へ更に押し下げられることになる。
パイロットコントローラ130の弁体72の弁部72aが弁座64に当接して閉弁すると、補助室70からの流体の中間圧力が最大となるため、その時点以降の減圧弁本体2の弁体15および弁座14間の弁開度が一定となる(図4)。
一体型減圧弁100においても、二次側流路12bの二次側圧力が次第に低下していくときのパイロットコントローラ130からバネ室40に供給される流体(補助圧力)の増大とともに、弁体15および弁座14間の弁開度を次第に大きくすることができる。
このように一体型減圧弁100は、弁体15および弁座14間の弁開度を次第に大きくして修正制御するので、弁体15に振動等を生じさせることなく動作の安定性を保ちながら、二次側流路12bの二次側圧力の低下を防止し高精度化することができる。かくして、一体型減圧弁100は、大型化することなく、従来の直動式の減圧弁とは比較にならないほどの高精度な制御を行うことができる。
<パイロット作動式減圧弁の全体構成>
図1との対応部分に同一符号を付した図7に示すように、第3実施の形態における自力式調整弁としてのパイロット作動式減圧弁200は、上流側配管H1および下流側配管H2の間に配置され、主弁201、エゼクタ(絞り弁)220およびパイロット弁230により構成された従来の一般的なものであるが、従来と異なる点として、このパイロット弁230に対してパイロットコントローラ3(図3)が分離設置されている。
この場合、パイロット作動式減圧弁200は、二次側流路202bの二次側圧力が低下すると、二次側流路202bから下流側サブ配管H2aを介してパイロットコントローラ3に伝達され、パイロットコントローラ3の弁体72の弁部72aが弁座64に次第に近接していく。
したがって、パイロットコントローラ3の補助室70からの流体の中間圧力が増大するに連れて(時間の経過とともに)、徐々にパイロット弁230のバネ室240の圧力が高くなるので、パイロット弁230の開弁度が大きくなる。
かくして、パイロット作動式減圧弁200は、パイロット弁230の開弁度が従来よりも大きくなった分だけ、主弁201の弁体211が矢印B方向へ従来よりも大きく開弁するので、一次側流路202aの圧力に対して二次側流路202bの圧力低下を防止し、オフセットを無くすことができる。
なお、上述した第1および第2の実施の形態においては、直動式の減圧弁1、100に対してパイロットコントローラ3、130を分離型または一体型のように設置する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、直動式の背圧弁に対してパイロットコントローラ3、130を分離型または一体型のように設置するようにしても良い。
Claims (5)
- 一次側流路と二次側流路との間に設けられた弁座に対向配置された弁体が弁棒を介して一体化されたダイヤフラムを前記二次側流路の二次側圧力で駆動することにより前記一次側流路から前記二次側流路へ流体を流出させる弁箱と、
前記弁座に対して前記弁体を離反させるように付勢する前記ダイヤフラムと一体化された調節バネと、
前記ダイヤフラムの上方に設けられ、前記調節バネをその内部空間のバネ室に収納したバネ保護部と、
前記バネ保護部の外部に設置され、そのバネ保護部の前記バネ室に対し、前記一次側流路を含む上流側の流体通路から減圧弁を介して供給される補助圧力用流体を用いて前記二次側圧力に応じた補助圧力を生成して供給する補助圧力供給部とを備え、
前記補助圧力供給部は、
前記二次側圧力を検出するための前記二次側流路と連通した圧力検出路と、
前記補助圧力を生成するための前記補助圧力用流体が供給される供給路と、
前記供給路からの前記補助圧力用流体を前記バネ保護部の前記バネ室に出力する出力路と、
前記供給路から前記出力路に延びる通路に貫通孔を介して連通され、前記供給路に供給される前記補助圧力用流体を排出する排出路と、
前記貫通孔を開閉する弁部と、
前記圧力検出路を介して前記二次側圧力を検出するために前記弁部と一体になって設けられた圧力検出用ダイヤフラムと、
前記圧力検出用ダイヤフラムと一体化され、前記弁部により前記貫通孔を閉塞するように付勢する調節バネとを備え、
前記弁部は、前記二次側圧力が高いときには前記貫通孔を開き、かつ前記二次側圧力が低下することにより前記貫通孔を閉じるように構成され、
前記圧力検出用ダイヤフラムを介して検出した前記二次側圧力に応じて前記弁部による前記貫通孔に対する開度を変化させ、その変化に対応した前記補助圧力用流体による前記補助圧力を前記バネ保護部の前記バネ室に供給することを特徴とする自力式調整弁。 - 前記供給路と前記出力路との間に前記補助圧力を生成するための絞りが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の自力式調整弁。
- 前記供給路の上流側に前記補助圧力を生成するための絞り弁が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の自力式調整弁。
- 前記補助圧力供給部は、前記バネ保護部の外部に分離設置されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のうちいずれか一つに記載の自力式調整弁。
- 前記補助圧力供給部は、前記バネ保護部の上部に一体設置されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のうちいずれか一つに記載の自力式調整弁。
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