JPS61130677A - 流量制限弁と方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、広義には加圧された流体流を制御　　　　　
　１する流量制限弁に関し、更に詳細には流速が限界値
を越えた場合に閉じられる流量制限弁に関する。

〔従来の技術とその問題点〕

流量制限弁は普通、圧力流体を配送する装置の安全装置
として使用され、流体源を一切の破裂または破壊から無
縁のものとし、圧力流体の損失を最小限にする。毒性、
腐食性、爆発性の加圧ガスまたは液体を使用する装置と
して正しく設計されたものは、流量制限弁を採用してお
り、事故が生じた場合に上記の危険な物質にさらされて
しまうのを極減する。また配水装置も多くは流量制限弁
を利用しており、管の破損による水の過大な損失を防止
する。

機能的に言えば、流量制限弁は所定の限界流速までの流
量を許容するものである。装置中の流速は、上流の供給
圧力と下流の出口圧力との差に比例する。通常の作動中
、弁を横切るこの差圧は、限界流速以下かまたはそれに
等しい流速を弁に生ずる。下流における配送管（装置）
の破裂は下流の圧力を減少するので、この場合弁を横切
る差圧は増大する。この増大した差圧は弁を通る流速に
反応し、該流速が限界流速を越えることがある。そこで
流量制限弁を通る流速を所定限界に制限するために、ピ
ストンまたはこれに類似の装置が設けられ、限界流速に
相当する差圧を越える場合に流路を閉塞する。かくして
破裂を修理することにより差圧が低減され、ピストンが
その最初の位１へと再設定されるまで、当該弁を通る総
ての流れは阻止される。

従来技術の代表的な流量制限弁は、オリフィスを介して
入口から出口に至る主流路を含んでなる。オリフィスを
横切る差圧がある値を越えた場合にこの主流路を閉じる
よう、可動のピストンが設けられる。オリフィスの入口
側及び出口側からのそれぞれの流体は、ピストンの向か
い合ったそれぞれの側へと導かれる。ばねにより助勢さ
れる出口側の圧力はピストンを開放位置に動かそうとし
、それにより流体は弁を通って流れる。人口側の圧力は
ピストンを閉鎖位置に動かそうとするが、これは流体流
を阻止するものである。上記のばねとピストンとは、限
界流速に相当する差圧以上のいかなる差圧によっても、
入口圧力が出口圧力及びばねの力に打ち勝って、ピスト
ンを閉鎖位置に動かすように設計されている。この流量
制限弁を再設定（リセット）するためには、バイパス弁
を開放し、流体が第２の流路を流通するようにしてピス
トンの各側の圧力を均等化し、それによりばねがピスト
ンを開放位置に動かすようにする。ある公知の弁は、一
体の弁を有する第３の流路を使用し、前記の遮断用ピス
トンをバイパスして限界流量を調節する。

しかしながら、これらの型の流量制限弁は製作費が高く
、また多数の流路とバイパス弁を含むため清浄が困難で
ある。また、流量制限弁を通る流速は、流速が限界値に
至るまで差圧に比例する必要があり、限界値を越えた場
合には急速に零まで下落する必要がある。ばねにより偏
倚された流量制限弁は、ピストンがばねを圧縮し、開放
位置から閉鎖位置へと移動し始める時までは、流速を差
圧に比例させる。しかしばねを更に圧縮して開放位置か
ら閉鎖位置までピストンの運動を完了させるためには、
さらなる差圧が必要であり、このため急速な閉鎖を起こ
さない。

また、毒性や腐食性の流体及びガスの流量を制御するた
めの既知の弁は、通常、外部から作動を制御し、または
リセットするために、可撓性の部材や摺動シールに依有
している。然しかかるやり方は、可撓性の部材や摺動シ
ールが圧縮流体下で破損した場合、弁を流通する有毒な
流体により環境が汚染される危険があるため、一般に満
足できるものではない。更に、ベローズ型若しくはダイ
ヤフラム型のような可撓性の部材、または摺動シールは
、普通、流体通路に沿って変則的な“ポケット”即ち室
を導入する。

このようなポケットは、流体システムが清掃されなけれ
ばならない場合や、または残留流体によって汚染されて
はならないような新しい流体　　　　　　　１を導入す
ることになる場合の、残留流体の清掃を困難にする。

〔発明の解決しようとする問題点〕

従って必要なものは、低コトスであって、かつ限界流速
で急速に弁を閉鎖することのできる流量制限弁である。

また、開放位置に再設定するのに便利であり、異なる限
界流速に合わせて調節できる流量制限弁も必要である。

このような弁は清掃を容易にするため“ポケット”が最
小である必要があり、有毒な流体が摺動シールを介して
環境に漏洩する危険を排除する必要がある。本発明はこ
れらの必要性、問題点に応えるために提供されているの
である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の好適な実施例によれば、流量制限弁は、螺着ま
たは溶接されたパツキン押さえを入口側と出口側に有す
る弁体と、入口と出口を相互に連結する円形横断面のキ
ャビティとを含む。

該キャビティ内には通路の付いたピストンがあり、該通
路の弁の限界流速を決定し、ピストンを流体が流れる結
果としての、ピストンを横切る差圧をつくる。弁を通る
流体の流路は、入口ボートからキャビティの入口側へ通
じ、ピストン側部に沿ってキャビティの出口側に入り、
それから出口ボートへと至る。ピストンを横切る差圧に
よって生ずる力がピストンの質量または重量を持ち上げ
るのに要する力を越えたとすると、ピストンはキャビテ
ィ内で閉鎖位置まで摺動し、弁を通過する流体流を阻止
する。弾性パッドがピストンと一体に設けられ、ピスト
ンが閉鎖位置にある時に流路を遮断するシールを形成す
る。ピストンにはピンが装着され、該ピンはピストンが
閉鎖位置にあるときにキャビティの出口側へとピストン
座（弁座）を通って突出する。一実施例によれば、容器
入りの磁石がピンと接触するように配置され、ピン及び
これが装着されたピストンを開放位置まで動かす。

本発明の他の実施例によれば、有毒な流体を弁で制御す
るための改良された方法及び装置が設けられる。この実
施例では、改良された設計の中実な弁体と共働し、完全
に漏洩を防止すると共に残留流体を実質的に完全に清掃
することを確実ならしめる磁気アクチュエータを含む。

〔発明の効果〕

本発明の利点は、後述の実施例からも明らかになるよう
に、流通状態から流通阻止状態への急速な転移が得られ
ることにある。また本発明の別な利点は、流通阻止状態
から流通状態へと弁を容易に再設定でき、その際ベロー
ズやダイヤフラム、または摺動シールの完全性に依拠し
ないことにある。本発明のなおもう一つの利点は、内部
ピストンを重量の関連パラメータや流体通路の横断面な
ど共に変更することにより、容易に限界流速を変更でき
ることにある。

〔実　施　例〕

第１図には、加圧流体の流量を選択されたある限界値に
制限する、本発明の流量制限弁が示されている。詳しく
言えば、そこには中空のキャビティを有しほぼ円筒状の
弁体９と、これに対して横方向に配置された入口側の流
入路１１及び出口側の流出路１３をもつ好適な実施例の
断面図が示されている。弁体９の下端部１５は栓７によ
り閉塞されているが、該栓７ば弁体９にねじ込まれる等
により、取り外し自在に装着されている。弾性シール１
９が栓７と弁体９との間で圧縮され、装置内の流体が外
部へと漏出するのを防止するためのシールを形成してい
る。栓７は、取り外された場合に弁内部の部品の組み立
てと修理ができるように、充分な直径ををする。

弁内部の部品としては、弁座及びピストン３１の案内用
のハウジング２１がある。該ハウジング２１は弁体９の
ボア２３内の肩部８に当接して配置される。シールリン
グ２７が弁体９とハウジング２１の間に配置されており
、弁座２９がピストン３１と弾性シート３３により閉鎖
された場合に、該弁座２９を通って流体が漏出するのを
防止する。ピーストン３１はその円筒表面に形成された
通路たる、長手方向の溝または平坦部６を有し、流体が
流入路１１、接続ダクト３５及び３７からそこを通って
流れることを許容する。　　　　　　　　　　　　　　
　　　ｊピストン３１と弁座２９の上方即ち“下流”に
は上方室３９があり、この上方室３９はダクト７１を介
して流出路１３へと接続されている。板ばね４３がハウ
ジング２１の頂部と磁石４５の底部との間で且つ上方室
内に置かれている。磁石４５はステンレス鋼のハウジン
グやケーシング内に納めるか、或いはポリプロピレンも
しくはポリテトラフルオロエチレン（デュポン社から入
手できる“テフロン（商標名）”材料）のような流体を
透過しない材料中に納めることができる。格納された磁
石４５は上方室内で摺動するように配置されているので
、その下面４７はピストン３１に担持されたピン４９と
接触する。ビン４９は弁座２９を通って突出し、後述す
る如く再設定（リセット）の・目的に使用される。

上方のハウジング５１が弁体９の頂部に適宜（例えばね
じ込みや止めねし７３などにより）装着されており、磁
石４５と心を合わせた方向における、もう一つの磁石７
５の弁体９内での運動を制限する。両磁石４５．７５は
磁気反発力を生ずるように方向付けられており、上方の
磁石７５は明色の陽極処理アルミニウム５３の中に納め
られ、後述するように磁石が突出していることを識別さ
せ、また再設定のための釦として用いられるようにする
ことができる。弁体９は好ましくは黄銅、ステンレス鋼
、アルミニウム、プラスチツタなどの非磁気（または低
レベルの磁気）材料で形成され、磁石間に適当な相互作
用を起こすようにする。

作動の際、本発明の弁は図示の如くほぼ垂直方向に方向
付けられ、板ばね４３は磁石４５及びこれと反発する磁
石７５とを支持する。ピストン３１は通常はハウジング
２１内の基底部に下がっているので、弁座２９と弾性シ
ート３３の間は開いたままであり、流体を流通させる。

流入路１１に入る流体は通常、ダクト３５．３７及び平
坦部６を通り、弁座２９、弾性シール３３通って上方室
３９に至り、そこからダクト７１を通って流出路１３へ
と流れて行くことに注目されたい。ピストン３１の重量
及びピストン３１の壁（円筒表面）における長手方向の
溝即ち平坦部６の横断面積は、ある濃度の流体に対し、
ピストンが上昇して弁座２９と弾性シート３３の間での
流通を閉鎖する前にピストン３１を通過することのでき
る流体流速の限界を決定する。本実施例のピストン３１
は、従って、計量装置及び遮断装置の双方として作動す
る。ピストンを弁座に当てて密封位置に維持するために
、実質的な差圧が弁座２９と弾性シート３３を横切って
存在することができる。流量がある選択した量よりも過
大になると、流体流はピストン３１を動かして流通を遮
断する。異なる重量の、また種々な大きさの通路６を備
えたピストンを栓７の取り外しに続いてハウジング２１
に挿入することにより、ピストン３１が動いて流通を閉
鎖する流体速度の様々な上方限界を設定することができ
る。即ち流体流の最大値の範囲は、毎分何分の一リット
ルから毎分数百リットルまでの選択された静圧でピスト
ン３１を変えることにより（即ち色々な重量と平坦部に
より）、有毒な流体を制御しなければならない多くの用
途に対し簡単かつ容易に決定することができる。

過大な流体流が生じてピストン３１が上昇し、それ以上
の流通を遮断する場合、静圧が弁の流入側で維持されて
いる限り弁自体は再設定されない。従って弁はピストン
３１を弁座２９から離すように再設定されなければなら
ない。これは外部から、摺動シールやベローズなどを用
いることなしに、弁座２９の孔をゆるく通って突出して
磁石４５の下面４７と係合するピン４９の作用により行
われる。即ち上方の磁石７５が押圧され降下されると、
磁石間の間隔が減少し、それにより磁石４５に対し下方
に加えられる斥力が増大する。

磁石４５に板ばね４３により加えられている上向きの力
を斥力が克服すると、下面４７はピン４９に係合し、ピ
ン４９をピストン３１と共に下方に動かし弁座２９から
離す。これによって再び流体流が回復する。弁座２９の
表面積は作動流体圧力に逆比例して選択し、約０．０７
〜２１０ｋｇ−ｃｍ−”（１〜３０００ボンド／平方イ
ンチ）の圧力範囲で作動する弁とすることができる。

第６図に示す本発明のもう一つの実施例によれば、基本
的な弁の再設定作動は、アクチュエータ７７により遠隔
制御される。該アクチュエータ７７は空気（または電磁
）構造物であり、その中に上方の磁石７５を含む。この
実施例においては、上方の磁石７５はピストン７９内に
含まれ、該ピストン７９は上端部に流体ボート８３を形
成しているハウジング８１内に摺動自在に取り付けられ
る。加圧流体を流体ボート８３に加えることにより、ピ
ストン７９は磁石７５を磁石４５に更に近づけ、従って
ピストン３１を前述の如く再設定することができる。ば
ね６５は流体ボート８３の流体圧力が低減した後、上方
の磁石７５を最も高い位置に戻す。勿論アクチュエータ
７７は、磁石７５と円筒状に心を合わせたソレノイドを
形成してこれに電流を加え、その結果生ずる磁界が公知
のようにして磁石７５と相互作用し、磁石７５を磁石４
５に近づけ前述の如く再設定するように、簡単に電磁性
のものにすることができる。

各実施例における流入路１１及び流出路１３は弁体９に
溶接することができ、構造物全体は約３．１７５ｃｍ　
　（１’Ａインチ）の直径と６．３５ｃｍ　（２’Ａイ
ンチ）の高さの中に納め、小型で確実な作動を行うよう
にすることができる。各実施例において、構造物を清掃
して残留流体を除去することは、大きさを縮小し内部容
積を小さくしたこと、及び従来の如き多数の通路の必要
性を排除した内部流体路の円滑な流通を行いうる設針に
より簡単にされている。

従って、本発明の弁構造物は、密封された構造物内に有
毒な流体を含んでいても、該密封構造物は外部から制御
作用を加えるために摺動シールや可撓性の部材に依拠し
ていない。更に、該構造物全体は密封自在の開口を通し
て組み立て、修理することができ、一度組み立てられる
と、自動的に遮断が生ずる最大流量の設定が乱されるこ
ともない。また本発明の弁構造物は、簡単な変更により
オン・オフ作動、または自動遮断作用の再設定機能を遠
隔制御するなどの条件に適合するように種々の方法で作
動することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による弁の断面図、第２図は第１図の弁
のもう一つの実施例の断面図である。 ６・・・平坦部　　　　　７・・・栓 ８・・・肩部　　　　　　１１・・・流入路１３・・・
流出路　　　　　１５・・・下端部１９・・・弾性シー
ル　　　ｚｌ・・・ハウジング２３・・・ボア　　　　
　　２７・・・シールリング２９・・・弁座３１・・・
ピストン ３３・・・弾性シート３５・・・接続ダクト３９・・・
上方室　　　　　４３・・・板ばね４５・・・磁石　　
　　　　４７・・・下面４９・・・ビン　　　　　　５
１・・・ハウジング５３・・・陽極処理アルミニウム ６５・・・ばね　　　　　　７１・・・ダクト７３・・
・止めねじ　　　　７５・・・磁石７７・・・アクチュ
エータ　７９・・・ピストン８１・・・ハウジング　　
　８．３・・・流体ボート出願人代理人　　古　谷　　
　馨 同　　溝部孝彦 同　　古谷　聡

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　加圧流体の過剰な流通を禁止する装置であって、第
   １室および第２室間にあって第１室から第２室への流体
   流通を可能にする開口を有し該開口が第１室内のその側
   部に密封面を持つ本体と；前記開口から遠い位置で第１
   室に結合された流体入口及び第２室に結合された流体出
   口と；前記流体入口と前記開口の中間で第１室内に配置
   され前記開口に出入して選択的に前記開口と係合し液密
   な係合を行う機素であって、流体入口から前記開口まで
   選択された値の横断面積の流体通路を提供し該横断面積
   を通る流体流に応答して前記開口の密封面に向けての自
   己起動力を機素に与える前記機素と；前記機素上に担持
   され前記開口を通るように配置され第２室から第１室内
   の機素を選択的に動かすアクチュエータと；第２室内で
   動くように取り付けられ選択的にアクチュエータに係合
   する磁石を含む制限手段と；本体外に配置され制御手段
   と直接整合して相互に磁気的に作用し合い選択的にアク
   チュエータを動かし、前記開口の密封面との密封係合か
   ら機素を離す磁石装置とを含む流量制限弁。 ２　特許請求の範囲第１項記載の弁であって、前記第２
   室が前記開口を介して前記第１室と実質的に心を合わせ
   てあり、加圧流体の流速が過大になると流通する加圧流
   体に瞬間的に応答して前記機素が自ら起動して前記開口
   と密封係合するように前記流体通路の横断面積が選択さ
   れている前記弁。 ３　特許請求の範囲第２項記載の弁であって、第２室内
   に配置され前記制限手段をアクチュエータとの係合から
   離し、前記流体入口における加圧流体が前記機素と前記
   開口との密封係合を維持するようになっているばね手段
   を含む前記弁。 ４　特許請求の範囲第３項記載の弁であって、前記磁石
   装置は磁石を含み、加えられた力に応答して作動して制
   御手段の磁石に近い位置まで移動し、それとの磁気反発
   力により第２室内の位置を選択的に変更し、力をアクチ
   ュエータに加えて機素を前記開口との密封係合から選択
   的に離すようになっている前記弁。 ５　剛体内の入口室と出口室間の開口を通る加圧流体の
   過大な流量を禁止する方法であって、該開口に対して移
   動できそれを選択的に密封し、前記開口を通して出口室
   内に配置されるアクチュエータを担持する機素を入口室
   内に介装する段階と；加圧流体流を入口室に通し機素の
   周囲から前記開口の方に流す通路を設け、選択された流
   速が過大になった時の加圧流体の瞬間通路流通に応答し
   て機素を流体密に密封係合させる段階と；磁気特性をも
   つ補助機素を出口室内に介装し、前記開口を通して配置
   されるアクチュエータと選択的に接触させる段階と；出
   口室外から選択的に磁力を加えて補助機素を選択的に動
   かし、アクチュエータと関連機素とを付勢し前記開口と
   の密封係合から外す段階と含む前記加圧流体の過大な流
   量を禁止する方法。 ６　特許請求の範囲第５項による方法であって、選択的
   な磁力付加段階において、磁力が補助機素の運動に対し
   軸線方向に心を合わせた磁気反発力を与えるように加え
   られアクチュエータと機素を入口室内の加圧流体により
   維持される前記開口との密封係合から離すようになって
   いる前記方法。