JP4825466B2 - 定流量弁 - Google Patents

Description

本発明は、液化石油ガスを蓄えた貯槽からガスを供給する供給路の途中に設けられ、ガスを一定の流量以下で下流側に供給するための定流量弁に関するものである。

従来、液化石油ガスを供給する際には、自然気化したガスをそのまま燃焼装置に供給する気相ラインと、液化石油ガス（液）を蒸発器で強制的に気化させて供給する液相ラインとを並列に有しており、これを切り替えて使用している（例えば、特許文献１）。そして液相ラインには定流量弁が設けられており、蒸発器の能力に応じたガス流量に制限しつつ、液相ラインからガス供給を行う構成である。

従来の定流量弁は、バルブ本体内部のガス流路にオリフィスが設けられており、スプリングによって付勢されたニードルがガス流量に応じてオリフィスに対して進退する構成であり、ガス流量が少ないときにはニードルがオリフィスから後退してガス流路を大きくする一方、ガス流量が多いときにはニードルがオリフィスに接近してガス流路を小さくすることにより、液相ラインのガス流量が蒸発器の定格蒸発能力を超えないように制限するものである。

特開２０００−１２１０３６号公報

ところで、従来の定流量弁は、オリフィス、ニードル、スプリング等の各部材の加工上のバラツキから、制限する流量にバラツキが生じている。そのため定流量弁を設計する際には、加工時のバラツキによって制限流量が大きくなる場合であっても蒸発器の定格蒸発能力を超えないようにするため、蒸発器の定格蒸発能力に対して一定の余裕をもった制限流量で設計していた。しかしこの場合、加工時のバラツキによって制限流量が小さくなると、蒸発器の定格蒸発能力を大幅に下回る性能しか発揮できないという問題を生じさせていた。そして従来は、この問題を解決するため、定流量弁を組み付けた後に実際に流量測定を行い、その測定結果に基づいてオリフィスやスプリング等の各部材に追加工を施して制限流量の調整を行っていた。このような追加工は非常に手間とコストがかかる作業であり、大きな問題となっていた。

本発明は、上記従来の問題点を解決することを目的としてなされたものであり、定流量弁を構成する各部材の追加工を必要とせず、蒸発器の定格蒸発能力にほぼ一致する制限流量を簡単に実現することのできる定流量弁を提供するものである。

上記目的を達成するため、本発明が解決手段として採用したところは、バルブ本体内部のガスの主流路にオリフィスを設けると共に、弾性力を収縮方向に作用させるスプリングにより前記オリフィスから後退する方向に付勢されたニードルを前記オリフィスに向かって所定量移動可能に設け、ガス流量が少ないときには前記スプリングの付勢力によりニードルがオリフィスから後退してガス流路を大きくする一方、ガス流量が多いときには前記スプリングの付勢力に抗してニードルがオリフィスに接近してガス流路を小さくし、前記ニードルが移動可能な最上位に位置するとき固定オリフィス状態となる定流量弁であって、バルブ本体内部にオリフィスの上流側から下流側にガスを導くバイパス流路を形成し、該バイパス流路に流量調整弁を設けた点にある。

この場合において前記流量調整弁は、バイパス流路に設けられた弁座に対して進退するバイパス弁体を備えており、該バイパス弁体が弁座に当接したときにはバイパス流路を閉塞する一方、バイパス弁体が弁座から後退することにより次第に弁開度を大きくする構成とすることが好ましい。

また前記流量調整弁は、前記バイパス弁体を前記弁座に対して進退させる回転操作部を備え、前記回転操作部の回転に応じて前記バイパス弁体の弁開度を変化させる構成とすることが好ましい。

また前記回転操作部の回転範囲は１回転以内となるように構成することが好ましい。また更には前記回転操作部に対して目盛板を付設しておくことがより好ましい。

本発明に係る定流量弁によれば、バルブ本体内部にオリフィスの上流側から下流側にガスを導くバイパス流路が形成されており、そのバイパス流路に流量調整弁が設けられた構成であるので、定流量弁を構成する各部材の加工状態にバラツキがあったとしても、オリフィスを通過するガス流量が不足するときには、バイパス流路を開くと共に、そのバイパス流路を流れるガス流の流量調整を行うことで、ガス流量の不足分を補うことができる。したがって、加工のバラツキを修正するための追加工等は一切必要とせず、必要な制限流量を簡単に実現できるようになる。

また流量調整弁を操作するために回転操作部を設け、その回転操作部の回転に応じてバイパス弁体の弁開度が変化するように構成すれば、流量調整操作が行いやすくなる。特に、その回転操作部の回転範囲を１回転以内としておくことにより、より操作し易い態様となる。そして更には回転操作部に対して目盛板を付設することにより、弁開度が把握しやすくなり、バイパス流路の流量調整が極めて簡単になる。

以下図面に基づいて本発明の好ましい実施形態を詳述する。図１は本発明に係る定流量弁の構造を示す図である。図においてガス流は下方から上方に向かって流れる。定流量弁は、バルブ本体１の下部にガス流入口２が設けられると共に、上部にガス流出口３が設けられ、その間にガスの主流路４が形成されている。その主流路４の途中には流路を狭くするように設けられたオリフィス５が形成されており、オリフィス５の上流側にはニードル６が設けられる。

ニードル６は先端部（即ちオリフィス側）に向かうに従って漸次幅細となる構造であり、その下端部にはスプリングホルダ７が設けられる。そしてスプリングホルダ７にはスプリング８が接続される。スプリング８は弾性力を収縮方向に作用させるために設けられており、ニードル６をオリフィス５から後退させる方向（即ち、ガス流の上流側）に付勢する。またニードル６はスプリング８による付勢力に抗してオリフィス５に向かって所定量移動可能なように設けられている。そしてニードル６、スプリングホルダ７及びスプリング８はニードルホルダ９によってバルブ本体内部のオリフィス上流側所定位置に取り付けられている。

主流路４を流れるガス流は、ニードル６が設けられたオリフィス上流側から、ニードル６の先端部とオリフィス５との隙間１０を通ってオリフィス下流側に流れ込み、その後、定流量弁から流出する。

またバルブ本体１の内部には、オリフィス５を通過するガスの主流路４とは別に、オリフィス５の上流側から下流側にガスを導くバイパス流路１１が形成される。このバイパス流路１１は、オリフィス上流側の主流路側面に設けられた弁座開口１２からガスを導入し、オリフィス下流側の開口１３から再び主流路４にガスを導出する経路となっている。本実施形態では、バルブ本体１に対して外側から穿孔することによってバイパス流路１１を形成しており、穿孔して形成された開口からのガス漏れを塞ぐために沈みプラグ３０が埋設される。

またバイパス流路１１には、弁座開口１２に対向して流量調整弁２０が設けられる。この流量調整弁２０は、バルブ本体１に固定された弁体ホルダ２１がバイパス弁体２２を保持した構成である。バイパス弁体２２は、バイパス流路１１の気密性を保持しつつ、弁体ホルダ２１と螺合し、弁座開口１２に対して進退する。また流量調整弁２０は、バイパス弁体２２を弁座開口１２に対して進退させるための回転操作部２３を備えており、この回転操作部２３をＲ方向に回転操作することにより、バイパス弁体２２が弁座開口１２に対して進退する構成である。そしてバイパス弁体２２が弁座開口１２の縁部に当接したときにはバイパス流路１１を閉塞する一方、バイパス弁体２２が弁座開口１２から後退することによりバイパス弁体２２と弁座開口１２との弁開度が次第に大きくなり、バイパス流路１１を経由するガス流量が増加する。したがって、バイパス流路１１を流れるガス流量の調整は、回転操作部２３を回転操作してバイパス弁体２２の弁開度を変化させることによって行われる。

ところで、バイパス弁体２２の弁開度を最小開度（閉塞状態）から最大開度にまで変化させるために、回転操作部２３を複数回転させなければならない場合、操作しづらく、しかも回転操作部２３を一見しただけでは弁開度がどの程度であるのかを把握しづらいという不都合がある。そこで、本実施形態の定流量弁では、バイパス弁体２２の弁開度を最小開度から最大開度にまで変化させるために要する回転操作部２３の回転範囲を１回転以内とし、弁体ホルダ２１には回転操作部２３に対する目盛板２４が付設される。回転操作部２３の回転範囲が１回転以内であることにより、回転操作部２３がより操作しやすくなり、しかも目盛板２４が付設されているので、弁開度を把握しやすく、流量調整が極めて簡単になる。

次に、上記構成を有する定流量弁の動作について説明する。上述のようにニードル６はオリフィス５から遠ざかる方向に付勢されている。このとき定流量弁を流れるガス流量が増加すると、ニードル６はスプリング８の付勢力に抗してオリフィス５に接近し、オリフィス５とニードル６の隙間１０のガス流路が狭くなって、主流路４を流れるガス流量は一定流量に制限される。逆に、ガス流量が減少すると、ニードル６をオリフィス５に引き寄せる力が減少し、スプリング８の付勢力によってニードル６はオリフィス５から遠ざかり、オリフィス５とニードル６の隙間１０のガス流路が大きくなる。したがって、この定流量弁では主流路４を流れるガス流量に応じたニードル６の動作によって、ガス流量を一定に制限する機能が働くのである。

このようにして一定流量に制限されたガス流量が蒸発器の定格蒸発能力を下回る場合には、流量調整弁２０を調整してバイパス流路１１にガスを流し、制限されたガス流量の不足分はバイパス流によって補うことができる。その手順の一例を示すと以下の通りである。初めに、流量調整弁２０のバイパス弁体２２を弁座開口１２の縁部に当接させてバイパス流路１１を閉塞した状態としておき、この状態で定流量弁を流れるガス流量を測定する。この測定したガス流量が蒸発器の定格蒸発能力等の所望する流量に満たない場合には、回転操作部２３を回転操作してバイパス弁体２２の弁開度を徐々に大きくしていき、定流量弁を流れるガス流量が所望する流量となったところで回転操作部２３を固定する。この固定状態で定流量弁を使用することにより、定流量弁を流れるガス流量は、蒸発器の定格蒸発能力とほぼ一致する。したがって、この定流量弁は、オリフィスやスプリング等の各部材の追加工を行う必要がなく、極めて簡単な調整操作で適正な制限流量を実現できるのである。

ところで、上記の定流量弁は、主流路４のガス流量が増加してニードル６がオリフィス５に接近し、ニードル６が移動可能な最上位の位置（オリフィス５に最も近接した位置）に到達すると、それ以後は更にガス流量が増加してもニードル６とオリフィス５の位置関係は変化せず、固定オリフィス状態となる。そのため、このような使用状況下では定流量弁としての流量制限が機能しなくなる。そこでこの状態を避けるためには、定流量弁の上流側と下流側との圧力差を使用条件に応じた一定範囲以内として設計し、使用することが好ましい。以下、このような使用態様の一例について説明する。

図２は上述の定流量弁を使用したガス供給装置の一構成例を示す図であり、このガス供給装置は液化石油ガスを貯留する貯槽４０から燃焼装置に対してガスを供給するように構成される。液化石油ガスは沸点が低く、常温常圧雰囲気では気化することから、貯槽４０内には液化石油ガスの液からなる液相と、これが蒸発したガス状の気相との二相が形成される。そして夏場等のように外気温が高く、貯槽４０内の圧力が高い場合には気相からガスを取り出して燃焼装置に直接供給するための気相ライン４１と、冬場や自然気化ガスの消費によって貯槽４０内の圧力が低下した場合等に液相から液を取り出し、蒸発器を介して燃焼装置にガス供給する液相ライン４２とが設けられている。

気相ライン４１の途中には手動弁４３、４４と圧力調整弁４５とが設けられている。一方、液相ライン４２は途中で二つに分岐した並列ライン４２ａ、４２ｂを有し、それぞれの並列ライン４２ａ、４２ｂに蒸発器５１、６１が設けられる。そして並列ライン４２ａ、４２ｂはその下流側で再び合流して１本のラインとなる。尚、蒸発器５１、６１の下流側では液化石油ガスはガス状となる。このような液相ライン４２では分岐部の上流側に手動弁４６と圧力計７１が設けられ、合流部の下流側に圧力計７６と手動弁４７が設けられる。並列ライン４２ａには、蒸発器５１の下流側に、圧力計７２、圧力調整弁５２、圧力計７３、定流量弁５３及び手動弁５４がこの順で設けられると共に、他方の並列ライン４２ｂには、蒸発器６１の下流側に、圧力計７４、圧力調整弁６２、圧力計７５、定流量弁６３及び手動弁６４がこの順で設けられる。尚、定流量弁５３、６３は上述した構成の定流量弁である。そして気相ライン４１における手動弁４４の下流側と液相ライン４２における手動弁４７の下流側は合流して１本の配管になり、その後に最終的な圧力調整弁４８を介して燃焼装置へガス供給が行われる。

このように液相ラインにおいて複数台の蒸発器を並列設置した構成のガス供給装置では、例えば一方の並列ラインのガス流量が多くなり、他方の並列ラインが少なくなるといった偏流等が生じると、ガス流量の多い蒸発器が過負荷状態となり、液化石油ガスの液流出防止機能が作動してガスの安定供給ができなくなる。そのため、各並列ラインを流れるガス流量は各ラインの蒸発器の定格蒸発能力以内であることが好ましく、定流量弁５３、６３は各並列ライン４２ａ、４２ｂを流れるガス流量を適性状態に制限すべく設けられている。そして各並列ライン４２ａ、４２ｂにおいて定流量弁５３、６３の流量制限機能が常に有効に発揮されるように、各並列ラインには圧力調整弁５２、６２が設けられている。即ち、この圧力調整弁５２、６２を操作することによって定流量弁５３、６３の上流側と下流側の圧力差が一定範囲内となるように調整できるのである。

液化石油ガスとしては、例えば液化プロパンガスや液化ブタンガスをそれぞれ単独で使用する場合、或いはそれらを任意の割合で混合した混合ガスを使用する場合がある。そして定流量弁５３、６３を上述のように常に有効に機能させるためには、液化石油ガスの使用条件に応じて圧力調整弁５２、６２を調整する必要がある。

例えば、ガス供給装置において使用する液化石油ガスの組成にかかわらず、定流量弁５３、６３による制限流量を常に一定の状態に維持したい場合には、圧力調整弁５２、６２を操作して圧力計７３、７５が示す圧力値を図３の調整ラインＰ１に示すように調整する。即ち、１００％の液化ブタンガスを使用する場合には圧力計７３及び７５が０．０７（ＭＰａ）を示すように圧力調整弁５２、６２を調整し、液化プロパンガスの混合率が増加することに比例して定流量弁５３、６３の上流側圧力が上昇するように調整する。そして１００％の液化プロパンガスを使用する場合には圧力計７３及び７５が０．０９（ＭＰａ）を示すように圧力調整弁５２、６２を調整するのである。このとき、並列ライン４２ａ、４２ｂが合流した後の圧力計７６は、圧力計７３、７５が示す圧力値よりも０．０２（ＭＰａ）程度低い圧力、ないし圧力計７３、７５が示す圧力値と同等の圧力を示すことになり、定流量弁５３、６３の上流側と下流側の圧力差は、本実施形態において十分に流量制限機能を発揮し得る圧力差となっている。したがって、図３の調整ラインＰ１に従った圧力調整を行うことにより、ガス組成にかかわらず、各並列ライン４２ａ、４２ｂを流れるガス流量を常に一定の状態に維持できるのである。

また、ガス供給装置において使用する液化石油ガスの組成にかかわらず、圧力計７３、７５が示す圧力値を常に０．０７ＭＰａ（０．７ｋｇ／ｃｍ2）とした状態で使用したい場合もある。例えば、年間を通じて、ガスの組成を変えながら使用する場合で、ガスの組成変更時は圧力計７３、７５が示す圧力値を変更せずに、常に０．０７ＭＰａとして固定した状態で使用する場合である。この場合、ガスの組成が変わっても、定流量弁５３、６３の上流側と下流側の圧力差は十分に流量制限機能を発揮し得る一定範囲内の値になるので、流量制限が機能しなくなることはない。しかし、この場合、ガス組成に応じて定流量弁５３、６３の制限流量が変化する。図４はガス組成に応じた制限流量の変化を示す図である。図４に示す如く、１００％の液化ブタンガスを使用する場合には定流量弁の制限流量が１００％であったとすると、液化プロパンガスの混合率が増加することに比例して定流量弁の制限流量は次第に低下し、１００％の液化プロパンガスを使用する場合に至っては、制限流量は９２％に減少する。したがって、この場合には、燃焼装置におけるガス消費量が定流量弁５３、６３の制限流量の合計を超えないようにして、ガス供給装置が使用されることになる。

本発明に係る定流量弁の構造を示す図である。 本発明の定流量弁を使用したガス供給装置の一構成例を示す図である。 ガス組成に応じた圧力調整の一態様を示す図である。 ガス組成に応じた制限流量変化の一態様を示す図である。

符号の説明

１ バルブ本体
４ 主流路
５ オリフィス
６ ニードル
８ スプリング（弾性手段）
１１ バイパス流路
１２ 弁座開口（弁座）
２０ 流量調整弁
２２ バイパス弁体
２３ 回転操作部
２４ 目盛板

Claims (5)

1. バルブ本体内部のガスの主流路にオリフィスを設けると共に、弾性力を収縮方向に作用させるスプリングにより前記オリフィスから後退する方向に付勢されたニードルを前記オリフィスに向かって所定量移動可能に設け、ガス流量が少ないときには前記スプリングの付勢力によりニードルがオリフィスから後退してガス流路を大きくする一方、ガス流量が多いときには前記スプリングの付勢力に抗してニードルがオリフィスに接近してガス流路を小さくし、前記ニードルが移動可能な最上位に位置するとき固定オリフィス状態となる定流量弁であって、
   バルブ本体内部にオリフィスの上流側から下流側にガスを導くバイパス流路を形成し、該バイパス流路に流量調整弁を設けたことを特徴とする定流量弁。
2. 前記流量調整弁は、バイパス流路に設けられた弁座に対して進退するバイパス弁体を備えており、該バイパス弁体が弁座に当接したときにはバイパス流路を閉塞する一方、バイパス弁体が弁座から後退することにより次第に弁開度を大きくすることを特徴とする請求項１記載の定流量弁。
3. 前記流量調整弁は、前記バイパス弁体を前記弁座に対して進退させる回転操作部を備えており、前記回転操作部の回転に応じて前記バイパス弁体の弁開度を変化させることを特徴とする請求項２記載の定流量弁。
4. 前記回転操作部の回転範囲が１回転以内であることを特徴する請求項３記載の定流量弁。
5. 前記回転操作部に対して目盛板を付設したことを特徴とする請求項３又は４記載の定流量弁。

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