JPS6149539B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は流体輸送管路に介装する弁装置に係
り、更に詳しく言えば該弁装置の上流側流体圧力
（以下これを１次圧力と称する）または下流側流
体圧力（以下これを２次圧力と称する）の変化に
関係なく、該流体の流量を所定定流量値に制御す
る弁装置に関する。

「従来の技術」 まず、このような弁装置で、従来最も普遍的と
されている構造例を、第１図に示し説明すると、
シリンダー状弁箱内に嵌装する中空ピストン状の
絞り弁操作部材３には、その中央部にオリフイス
またはノズル状にした基準流路５が設けられてい
て、この基準流路５前後の圧力差が変化すると、
該部材３が流れから受けている推力と、ばねの力
とのつり合いが変化するので、この絞り弁操作部
材は変位させられ、それにつれて絞り弁４が作動
して流量を調節し（基準流路５の流速の変動を阻
止する）、流量を一定値に保つものであり、この
ときの絞り弁操作部材３の作動力は、該部材３の
流体抵抗で生じる差圧力に外ならない。そしてそ
れは圧力損失を伴うものであり、しかもこの圧力
損失は実際上可なり大きく、送水設備によつては
決定的な欠点ともなる。

第２図は第１図に示した定流量弁において、そ
の１次圧力と２次圧力との差、すなわち差圧Ｐと
流量Ｑとの関係を（Ｐ−Ｑ）特性曲線図として示
したものであつて、図中Q₁は定流量値とし、そ
のときオリフイス５前後部での圧力差はP₁、そし
て絞り通路９は全開状態であつて、該所での絞り
損失はないものと見なす。

そして（Ｐ−Ｑ）曲線は原点（Ｐ＝０、Ｑ＝
０）から右上方に向け立ち上がり、Ａ（P₁，
Q₁）点に達し、次いで横軸にほぼ平行する線にな
つてＢ（P₂，Q₂≒Q₁）点に至る。なお（P₂−P₁）
は絞り通路９での圧力降下と見ることができる。

ここで、差圧P₁は流量Q₁のときの絞り弁操作
部材３の流体抵抗に伴う圧力降下分を意味し、そ
れはすなわち、差圧がP₁以下のとき、流量が定流
量Q₁に達しないことを示すものである。即ち該
弁に定流量値Q₁の定流量弁として機能させるに
は、少くともP₁の損失圧力を必要とすることを示
すもので、この差圧P₁は最低差圧と呼ばれ性能判
断上の一要件となる。

しかしながら、従来この種定流量弁は概して１
次圧力の比較的高い噴射ノズルやスプリンクラー
などの多数設けた管路の分岐点などに装着利用せ
られ、普通その使用圧P₂は大きく、この最低差圧
P₁もP₂に比べると小さく、さして問題とはならな
かつた。

「本発明が解決しようとする問題点」 近時、水資源有効利用の課題が重要さを増すに
及んで、農業用水、工業用水などの分野では配水
の合理化のため、勢いその設備計画など大規模
化、集約化が進し、配水管路は低場程長大且つ複
雑となり、その各要所には数多くの可変定流量弁
介装の必要に迫まれるに至つている。そしてその
可変定流量弁はその重要性にかんがみ、それに課
せられる技術的要件は事実上可なり厳しいものと
ならざるを得ず、それらを列記すると、 1.設置する場所（狭い地下ビツトなど）、保守、
安全上などの見地から、構造単純でコンパクト
であること。従来の定流量弁と同等またはそれ
以上簡素な構造になし得る構成であること。

2.定流量値を正確且つ簡便に変更設定できる構造
になし得る構成であること。

3.前に詳説した最低差圧P₁なるものはどこまでも
低くなし得る構成であること。

そこで、第１図に示した従来の定流量弁を上記
の要項にてらしてみると、２項、３項の要件に対
して問題の存することが明らかである。即ち第１
図に示す定流量弁は、その基準流路５の断面積に
変化を加えて（棒状部材１０の先端を流路５に出
入させる）、定流量値の変更はできるが、この基
準流路５が変動する絞り弁操作部材３に設けられ
ている関係上その機構が複雑となり、正確性、実
用性に問題のあることもよく知られるところであ
る。さらにまた、その作用原理から見て最低差圧
P₁をあまり小さくできない（従つて上述の要件第
３項において問題がある）ことも己に詳説したと
おりとする。

次に従来、定流量弁装置として、前述の定流量
弁（オリフイス型）と異り、最低差圧P₁が本発明
のものと同様、低くなし得る構成のものもある。

それは例えば、特公昭35−14986号公報、実公
昭39−29225号公報記載の「流量自動調節装置」
に見ることができる。

この装置は、ベンチユリー管利用の流量調節手
段として、つとに周知の基本構成からなるもので
あつて、流液本管の一部をベンチユリー管状にな
し、該管での差圧をダイヤフラム箱の上下に作用
させて、絞り調節弁の開閉機構の力源としたもの
であるが、実際上本願で言う技術分野に実用し難
い大げさな構造となることが容易に判る。

これとは別は本発明では、その必須構成要素で
ある基準流路が可変的に構成させてあつて、その
点に、構造上、作用効果上の重要かつ独自の技術
的意味を持たせたものであるから、如上の「流量
自動調節装置」とはその技術思想を異にする。

本発明は、依上述べたように、これからの用水
技術分野における新たな技術的要請に即応可能の
構造と性能を備え、普遍的用途にも一層好適な可
変定流量弁装置の創出を目的とし、次に述べる構
成となすことによつて、従来の可変定流量弁装置
における諸問題点をことごとく解決するものであ
る。

ロ．発明の構成 「問題点を解決するための手段」 〔１〕流量も所定値に制御するための絞り弁部材
およびこれに連動する絞り弁操作機構を第１図
に例示の定流量弁と同様、小形簡素な構造にお
いて、弁箱内にコンパクトに収納可能な構成。

〔２〕従来の定流量弁においては、己に述べたと
おり、その絞り弁操作部材の作動力は主として
該部材に作用する流体抗力によるが、本発明
は、弁箱内に装置する絞り弁操作部材の対応す
る２面に、弁箱内において可変的に構成させた
流路の異なる位置での異なる静圧を作用させ、
その合力を作動力とする構成となす。

以上本発明の基本的構成を原理に即して述べた
が、この構成が実際上どのように具体化されたか
につき、第３図に実施例を示し、以下その説明を
する。

第３図は本発明弁装置内に構成する流路を、リ
フト弁装置の弁部材と弁箱内壁面との間に構成さ
せたような構造の一実施例において、そのリフト
弁部材スピンドル中心線を含む平面における縦断
画面を示す。１１はほぼ椀状の形をした弁箱であ
つて、１２は弁箱入口ｂに至る流入開口流路ａを
形成した導入管路である。１３は変位可能とした
流路構成部材であつて弁箱１１への入口部に設け
た弁座１４にのぞみ、弁箱蓋１５に設けたボス部
１６中心に設けたネジ孔１７に螺合するねじ部１
８を有するスピンドル１９に保持固定させてあ
る。よつて外部からスピンドル１９を回わすと該
部材１３は弁座部１４の上面すなわち閉鎖面に垂
直に上下しその下面が弁座部１４の上面に対して
平行を保ちつつ変位し、その間隔を変化させ該両
面圧着に至れば基準流路ｃは閉鎖され締め切り状
態となる点は通常のリフト弁と同様である。

第３図ではこの基準流路ｃの断面積を最大にし
た状態を示すものとする。そして部材１３の下面
側には中央部にノーズコーン２０を形成させ流入
口ｂからの流れを無理なく側方（軸心線に垂直方
向）に転向させるよう配慮してある。流路構成部
材１３（以下説明上、部材１３と略称する）はそ
の外周部において、スピンドル１９の中心線と同
心のほぼ円筒状部２１を構成させ、そして該円筒
状部２１外側面と弁箱１１内壁面との間に滑らか
に断面積を拡大する流路ｃ，ｄ，ｅを構成させて
ある。弁箱１１の上部２２の内側において流路ｃ
の端末部にあたり中心方向に突出し、スピンドル
１９と同心の円形孔を設けて流路ｆを構成させた
隔壁部２３が形成されている。そして該隔壁部２
３の上方において、該弁箱１１の全周にわたつて
部材１３の最大リフトにほぼ等しくした巾の絞り
弁通路ｇを設け、流路ｆを通つて上方に向う流れ
を側方に流出させる通路となす。なお、該絞り弁
通路ｇからの流出流れはその外周に構成する集合
流路ｈに集められ、吐出開口３６に向けて管路２
４に形成される吐出開口流路ｉから流出する。２
４は絞り通路ｇ上方から弁箱１１上端面迄該弁箱
内側に形成されたスピンドル１９と同心の円筒状
孔であつて、その長さは絞り通路ｇの幅より大き
く、直径が隔壁部２３中央に設ける孔のそれとほ
ぼ等しい。そして該孔２４に対して緊密且つ滑動
可能に、該孔２４の軸方向長さとほぼ同じ長さの
円筒状の絞り弁部材２５が嵌装されている。従つ
てこの絞り弁部材２５を孔２４内で軸心方向に滑
動させると、絞り通路ｑの通路面積が変化し流れ
に絞り効果を与える。２８は外形をほぼ台形回転
体にした伏せた植木鉢状の絞り弁操作部材であつ
て、その底辺部２６は、部材１３の円筒状部２１
に、スピンドル１９と同心に形成された孔２７
に、緊密且つ滑動可能に嵌装保持され、その上部
２９はその中央に設けた孔３０をスピンドル１９
に緊密且つ滑動可能に嵌装保持せられている。か
くして絞り弁操作部材２８は、その内外両面を隔
離せられ、それぞれの面に異る圧力が作用するこ
とによりその作動力を得る。なお３１は絞り弁操
作部材２８と絞り弁部材２５との連結部材とす
る。３２は部材１３と絞り弁操作部材２８とによ
り構成された袋室であり、本実施例では該室３２
は弁箱内流路において通路断面積を最も狭く形成
する部分となつている基準流路ｃに通じさせるも
のとし、その連通路３３を設けた。３４はコイル
ばねであつて、絞り弁操作部材２８下面側にその
一端を支持し、他端を弁箱に固定する部材すなわ
ちリフト弁部材１３の上面に支持介装し、その強
さは最大定流量状態のとき絞り弁操作部材２８に
作用する下向き力とつり合う弾力を持たせるもの
とする。

「作用」 さて第３図に示す構造図は１次２次圧力差がほ
ぼ最低圧力差で、最大定流量状態にある場合の通
路状態を示すものである。そしてこのときは絞り
弁通路ｇは全開となつており、その最低差圧は全
流路の圧力損失に相当する。このとき、１次圧力
を増加させるとそれだけ流路内流速が増加し、従
つて断面積の異る流路間の静圧の差は変化（増
加）するから、絞り弁操作部材に作用する力も変
化（増加）し絞り弁部材２５は押し下げられ絞り
果効を与えて流速の増加を抑制し、ほぼ所定定流
量値を保つものである。

第４図は第１図に示す従来の定流量弁の特性曲
線と、この特性曲線に見る定流量値Q₁に等しい
定流量値にした本発明定流量弁装置の特性曲線
（P′−Q′）との比較説明図であつて、その差圧Ｐ
軸のスケールを拡大し、最低差圧点Ａ（P₁，
Q₁）付近における状態を示すものとする。従来の
定流量弁における最低差圧P₁は圧力損失であると
同時に作動圧力であることは己に述べた。然し本
発明のものは、最低差圧P′₁は作動圧力とは直接
関係なく単に流路の流動損失を表わすに過ぎない
から、充分低く出来るものであることを明示す
る。

次に本発明の目的の項に述べたとおり、本発明
の今一つの重要な目的は、本定流量弁装置に、構
成それ自体においてその定流量値を広範囲にのた
つて随意に然も簡単、確実に変化させ得る満足す
べき構造を具備させることにある。

すなわち、本発明の基本的構成は、弁箱内に構
成する流路において静圧の異なる流路を固定節に
属する部材によつて構成するものであるから、そ
の構成上の特徴は該流路の適所に選定可能の部分
（基準流路）において、絞り弁操作部材などの動
作部に関係なく外部から容易に該流路の構成部材
を変化させ基準流路を変化させる簡便な手段が講
じ得る点にある。

第３図に示す実施例に基きこれを具体的に説明
すると、弁箱に固定せられ人為的操作による変位
手段即ちスピンドル１９を回わして、基準流路ｃ
の流路構成部材１３を押し下げると、該流路ｃは
せばめられ、このとき絞り弁操作部材２８が動か
なければ、絞り通路面積に変化がなくなつて流速
は増加し、絞り弁操作部材２８に作用する差圧力
も変化するので、絞り弁部材２５は作動させられ
基準流路ｃの流速が所定流速に復元させられる。
従つて定流量値は減少させられたことになる。そ
してまたこの状態で差圧力P′を変化させても、前
に最大定流状態の場合について説明したと同様の
動作をして、流量をこの所定値に制御する。同様
にして部材１３を更に押し下げることによつて、
定流量値はゼロ即ち締切りに至るまで無段階に変
化させることが可能である。

「実施例」 本発明実施に当つては本発明の要旨にそい、
種々構造的変化を加えることができるものである
が、その一実施態様を示すものとして、絞り弁操
作部材を貫流する姿に流路を構成させた構造の実
施例を第５図に示した。ちなみにこの第２実施例
では、１次圧力が甚だ低く、絞り弁操作部材に作
用させる圧力差を得るために、管内流速を増加さ
せることさえ不利とするような場合、弁箱内流路
において一旦減速させ、ついで基準流路では再び
配管内流速に復帰させる流路構成となすことさえ
可能である点をもかねて説明するものとする。

第５図はこの第２実施例の縦断面図であつて、
５１は弁箱、５２は入口導入管を示す。弁箱５１
内には、下方から入口開口流路ｋ、ふくらみ流路
部５３の中央にリブ５４によつて固定した分流部
材５５の外側に流路が構成されている。分流部
材５５の上端部は軸心に垂直な平面をなし、その
形状は流路ｋの口径とほぼ等しくなしてある。分
流部材５５上端縁と、その下流側弁箱５１内に形
成する流路ｋの口径とほぼ等しくする円筒状孔５
８下端縁との間に絞り通路ｍを構成し、円筒状孔
５８に緊密且つ滑動可能に円筒状にした絞り弁部
材５９を嵌装している。そして該絞り弁部材５９
の上端部６０に該部材５９の中心線に垂直につば
状の絞り弁操作部材６１を一体に構成し、そして
該部材６１の外周部６２を弁箱上部において外周
方向に張り出した部分６４に設けた円筒状孔７２
に緊密且つ滑動可能に嵌装してある。６５は圧縮
コイルばねであつて、その下端は弁箱５１内の段
部６３で支持しその上端は絞り弁操作部材６１の
下面に当てられている。弁箱上端面は中央部がボ
ウル鉢を伏せたような形状とした弁箱蓋６６で密
閉せられ、そして該蓋６６の中央部ボスに設ける
ねじ孔６７には、ねじ７０によつて螺合保持した
スピンドル６９を貫通し、該スピンドル６９には
流路構成部材６８が取り付けられている。そして
該流路構成部材６８は下向き凹状に形成せられ、
その外周部下面は軸心線に垂直な平面における円
環状面７１を形成し、円筒状孔７２の上端面に対
向し、その間に基準流路ｓを構成する。従つてス
ピンドル６９を回わすと、軸方向に変位し基準流
路ｓを変化させ得る。なおｔは流路ｓからの吐出
流集合流路でありｕは出口流路とする。７３は流
路構成部材６１，６５によつて形成した袋室であ
つて、該室７３すなわち絞り弁操作部材下面側は
連通路７４によつて基準流路ｓに通じさせてあ
る。

以上の構成において、入口流路ｋから導入した
流体は流路断面積を等しくした，ｍ，ｎの各流
路を流過し、広い流路ｑで側方に向きを変え減速
流となり静圧を増加し、次いで縮少流路ｒに入り
該所で流速を増し、始めの管内流速に復元して基
準流路ｓから流出する。この弁装置は以上の構成
をなし、その作動の態様については己に詳説した
ところによつて、容易に理解出来るものであり
一々の解説は省略する。なお、７５は可変的に弁
箱に固定した流路構成部材６８の下部内面に設け
る偏流防止部材を示すもので、適当な案内翼、金
あみ、またはしなやかな突出片の慣用的手段を示
すものとする。

ニ．発明の効果 本発明は以上その構成およびその作用効果につ
いて詳説したとおり、最低差圧を理論的にどこま
でも低くなし得る構成において、従つて簡素小形
な絞り弁操作機構を小じんまりと弁箱内に収納構
成し、その作動は確実であつて信頼度も高いこと
が容易に判る。しかも広い１次２次圧力差の範囲
に適応するので利用面から見ても、生産面から見
ても極めて普偏性に富む可変定流量弁装置であ
り、発明の目的の項に述べた諸事項を充分満足
し、従来の定流弁が利用された分野はもとより、
それが有する欠点によつて利用出来ない分野およ
び厳しい性能の要求せられる前述用水技術分野で
も進んで利用可能であつて、その特有の効果は顕
著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の定流量弁装置の縦断面図、第２
図は従来の定流量弁装置における１次２次圧力差
と流量との関係を示す特性線図、第３図は本発明
になる可変定流量弁装置の一実施例の縦断面図、
第４図は従来の定流量弁装置と本発明になる定流
量弁装置との特性線図上での比較図、第５図は本
発明になる可変定流量弁装置の他の実施例の縦断
面図である。 １１，５１……弁箱、１５，６６……弁箱蓋、
ａ，ｋ……入口開口流路、ｉ，ｕ……出口開口流
路、１３，６８……流路構成部材（変位手段を備
えた）、ｃ，ｓ……基準流路、１９，６９……ス
ピンドル、２７，７２……可変軸と同心的にした
孔、２８，６１……絞り弁操作部材、ｄ，ｅ，
ｑ，ｒ……流路断面積を滑らかに変化させた流
路、ｇ，ｍ……絞り通路、２５，５９……絞り弁
部材、３３，７４……連通路、３４，６５……ば
ね、３２，７３……袋室。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 弁箱に設けた２つの開口流路のうち、その一
   方の開口流路に近く、弁箱部に固定せられ、かつ
   適時変位可能となした流路構成部材１３，６８
   と、該流路構成部材１３，６８に対応し、弁箱部
   に固定した弁座状部材１４，６４とによつて可変
   基準流路Ｃ，Ｓを構成し、該基準流路Ｃ，Ｓから
   他の開口ｉ，ｕに向つて流路断面積を滑らかに変
   化させた流路ｄ，ｅ，ｑ，ｒを構成させ、そして
   該流路の端末部ｆ，ｎにあたり絞り弁部材２５，
   ５９を設けてなる絞り通路ｇ，ｍを構成させ、そ
   して流路構成部材に形成した袋室３２，７３には
   絞り弁部材２５，５９に連結した絞り弁操作部材
   ２８，６１を嵌装し、該絞り弁操作部材２８，６
   １の隔離された２受圧面には、それぞれ異る流路
   断面積の流路の静圧を作用させる手段、すなわち
   連通路３３，７４を備え、さらにその絞り弁操作
   部材２８，６１が所定定流量状態で流体から受け
   る力につり合う弾力のばねを該絞り弁操作部材２
   ８，６１と、弁箱に固定する部材の間に介装した
   可変定流量弁装置。