(57)【要約】【課題】流体入口と流体出口とが同一軸線上に配されない位置関係であっても、圧力損失を抑えつつ流体入口から流体出口へと流体をスムーズに流すことができる流量制御弁装置を提供する。【解決手段】弁本体２は、弁体３の進退方向と交差する方向に形成される流体入口８２と、弁体３の進行方向側に形成される流体出口３８と、弁体３が配される弁室７０とを有し、流体入口８２と弁室７０との間に拡大流路部９０が形成され、拡大流路部９０は、横断面形状の断面積が、弁室７０に向かって進むに従って大きくなるとともに、横断面形状の断面重心が、弁室７０に向かって進むに従って弁体３の進行方向側に移動するような形状である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁本体の内部に弁体が弁座に対し進退自在に組み込まれ、前記弁座に対する前記弁体の進退作動により流体の流量を制御するように構成される流量制御弁装置であって、
前記弁本体は、前記弁体の進退方向と交差する方向に形成される流体入口と、前記弁体の進行方向側に形成される流体出口と、前記弁体が配される弁室とを有し、
前記流体入口と前記弁室との間に拡大流路部が形成され、
前記拡大流路部は、横断面形状の断面積が、前記弁室に向かって進むに従って大きくなるとともに、横断面形状の断面重心が、前記弁室に向かって進むに従って前記弁体の進行方向側に移動するような形状である流量制御弁装置。
【請求項２】
前記拡大流路部における前記弁体の退行方向側の構成壁面部は、前記流体入口と前記拡大流路部との間に形成される入口側流路部における前記弁体の退行方向側の構成壁面部と面一である請求項１に記載の流量制御弁装置。
【請求項３】
前記拡大流路部における横断面形状の断面重心の単位移動量をＬとした場合、前記断面重心は、前記弁室に向かって１Ｌ進むと、前記弁体の進行方向側に０．５〜０．８Ｌ移動する請求項１又は２に記載の流量制御弁装置。
【請求項４】
前記拡大流路部の横断面形状における前記流体入口に最も近い側の断面積をＳ１とし、前記弁室に最も近い側の断面積をＳ２とし、前記拡大流路部に隣接する前記弁室の部分の横断面形状の断面積から前記弁体の横断面形状の断面積を差し引いた断面積をＳ３とした場合、下記式（１）：
Ｓ１  ＜  Ｓ２  ≦  Ｓ３    ・・・（１）
の条件を満足する請求項１〜３の何れか一項に記載の流量制御弁装置。
【請求項５】
前記Ｓ２は、下記式（２）：
１．３Ｓ１  ≦  Ｓ２  ≦  １．７Ｓ１    ・・・（２）
の条件を満足し、
前記Ｓ３は、下記式（３）：
１．８Ｓ１  ≦  Ｓ３  ≦  ２．２Ｓ１    ・・・（３）
の条件を満足する請求項４に記載の流量制御弁装置。
【請求項６】
前記弁座の流体流れ方向上流側に、前記弁体の進行方向に順に連設される第一先細テーパ部、及び第二先細テーパ部を有する絞り流路部が形成され、
前記第一先細テーパ部は、前記弁体の進行方向に進むに従って縮径するような形状であり、
前記第二先細テーパ部は、前記弁体の進行方向に進むに従って縮径し、且つ、前記第一先細テーパ部よりも前記弁体の進行方向に対して成す角度が小さい形状である請求項１〜５の何れか一項に記載の流量制御弁装置。
【請求項７】
前記弁座と前記流体出口との間に、前記弁体の進行方向に順に連設される先細ノズル部、スロート部、及び末広ノズル部を有するラバルノズル部が形成されている請求項１〜６の何れか一項に記載の流量制御弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁本体の内部に弁体が弁座に対し進退自在に組み込まれ、弁座に対する弁体の進退作動により流体の流量を制御するように構成される流量制御弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、配管系統で流体の流量を制御する流量制御弁装置として、グローブ弁が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に係るグローブ弁は、同一軸線上に配される流体入口と流体出口とを有する弁本体を備えている。弁本体には、流体入口と流体出口との中間を仕切る仕切り壁が設けられ、この仕切り壁には、弁座を有する弁座リングが嵌設されている。このグローブ弁においては、弁本体の内部に弁体が弁座に対し進退自在に組み込まれ、弁座に対する弁体の進退作動により流体の流量を制御するように構成されている。
【０００３】
ところで、流体を供給する側の装置（流体供給側装置）と、流体の供給を受ける側の装置（流体被供給側装置）との間に上記のグローブ弁を設置するにあたって、流体供給側装置の流体送出口と、流体被供給側装置の流体受入口とが一直線上に位置しない場合がある。この場合、曲管や直管、管継手等を用いて、グローブ弁の入口と流体供給側装置の流体送出口とを接続するとともに、グローブ弁の出口と流体被供給側装置の流体受入口とを接続しなければならず、配管の取り回しに広いスペースが必要となり、グローブ弁を設置することが難しい場合がある。また、上記の手法では、弁の容量係数ＣＶの値を向上させて、流量制御弁装置の小型化を図ることも困難である。
【０００４】
そこで、流体送出口と流体受入口とが一直線上に位置せずに、例えば、流体送出口の軸線と流体受入口の軸線とが直交するような流体送出口及び流体受入口の位置関係でも対応可能な流量制御弁装置が提案されている（例えば、特許文献２及び３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３３７４４９号公報
【特許文献２】特開２００６−１５３０３９号公報
【特許文献３】特開２００５−２９１２０１号公報
【０００６】
特許文献２に係る流量制御弁装置は、直線状の入口側流路部と直線状の出口側流路部とが弁室で直角に交わるように形成された弁本体を備え、弁本体の内部に組み込まれた弁体の弁座に対する進退作動により、入口側流路部から弁室を経て出口側流路部へと流れる流体の流量を制御するように構成されている。
【０００７】
一方、特許文献３に係る流量制御弁装置は、特許文献２に係る流量制御弁装置と同様に、弁本体の内部に組み込まれた弁体の弁座に対する進退作動により流体の流量を制御するものであり、弁本体には、弁体の退行方向側に一旦迂回してその後弁室に向かって流体が流れるように弁体の退行方向側に凸の曲線状の入口側流路部が形成されるとともに、弁本体の外部に向かって流体が流れるように弁体の進行方向側に出口側流路部が形成されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２に係る流量制御弁装置では、弁本体に設けられた直線状の入口側流路部と直線状の出口側流路部とが弁室で直角に交わるため、流体が入口側流路部から出口側流路部に向けて曲がる際に内側と外側との流れが不均衡になり、流体がスムーズに流れないという問題点がある。
【０００９】
一方、特許文献３に係る流量制御弁装置では、流体が入口側流路部を流れる際、弁体の退行方向側に一旦迂回してその後弁室に向かって流れるので、内側と外側との流れが均一になり、流体の流れはスムーズになる。しかしながら、入口側流路部が弁体の退行方向側に凸の曲線状に形成されているため、直線状の流路と比べて流路抵抗が増え、圧力損失が大きくなるという問題点がある。
【００１０】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、流体入口と流体出口とが同一軸線上に配されない位置関係であっても、圧力損失を抑えつつ流体入口から流体出口へと流体をスムーズに流すことができる流量制御弁装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明に係る流量制御弁装置の特徴構成は、
弁本体の内部に弁体が弁座に対し進退自在に組み込まれ、前記弁座に対する前記弁体の進退作動により流体の流量を制御するように構成される流量制御弁装置であって、
前記弁本体は、前記弁体の進退方向と交差する方向に形成される流体入口と、前記弁体の進行方向側に形成される流体出口と、前記弁体が配される弁室とを有し、
前記流体入口と前記弁室との間に拡大流路部が形成され、
前記拡大流路部は、横断面形状の断面積が、前記弁室に向かって進むに従って大きくなるとともに、横断面形状の断面重心が、前記弁室に向かって進むに従って前記弁体の進行方向側に移動するような形状であることにある。
【００１２】
本構成の流量制御弁装置によれば、流体入口と弁室との間に、横断面形状の断面積が、弁室に向かって進むに従って大きくなるとともに、横断面形状の断面重心が、弁室に向かって進むに従って弁体の進行方向側に移動するような形状の拡大流路部が形成されているので、流体が拡大流路部を通過する際、流体が弁室に向かって拡がりながら弁体の進行方向側、すなわち流体出口が設けられている側に流れることになる。従って、流体入口と流体出口とが同一軸線上に配されない位置関係であっても、圧力損失を抑えつつ流体入口から流体出口へと流体をスムーズに流すことができる。
【００１３】
本発明に係る流量制御弁装置において、
前記拡大流路部における前記弁体の退行方向側の構成壁面部は、前記流体入口と前記拡大流路部との間に形成される入口側流路部における前記弁体の退行方向側の構成壁面部と面一であることが好ましい。
【００１４】
本構成の流量制御弁装置によれば、拡大流路部における弁体の退行方向側の構成壁面部が、入口側流路部における弁体の退行方向側の構成壁面部と面一とされているので、流体が入口側流路部から拡大流路部を通って弁室へと流れ込む際、流体が過剰に拡がって圧力が急降下するのを防ぐことができ、圧力急降下に起因する圧力損失の増大を未然に防ぐことができる。
【００１５】
本発明に係る流量制御弁装置において、
前記拡大流路部における横断面形状の断面重心の単位移動量をＬとした場合、前記断面重心は、前記弁室に向かって１Ｌ進むと、前記弁体の進行方向側に０．５〜０．８Ｌ移動することが好ましい。
【００１６】
本構成の流量制御弁装置によれば、拡大流路部における横断面形状の断面重心が、弁室に向かって１Ｌ進むと、弁体の進行方向側に０．５〜０．８Ｌ移動するような形状に拡大流路部が形成されているので、流体が拡大流路部を通過する際、流体が弁体の進行方向側に急激に向きが変えられて流体流れが乱れるのを防ぎつつ、流体が速やかに弁室を経て流体出口側に向かって流れることになり、流体流れの乱れに起因する圧力損失を抑えながら流体入口から流体出口へと流体をスムーズに流すことができる。
【００１７】
本発明に係る流量制御弁装置において、
前記拡大流路部の横断面形状における前記流体入口に最も近い側の断面積をＳ１とし、前記弁室に最も近い側の断面積をＳ２とし、前記拡大流路部に隣接する前記弁室の部分の横断面形状の断面積から前記弁体の横断面形状の断面積を差し引いた断面積をＳ３とした場合、下記式（１）：
Ｓ１  ＜  Ｓ２  ≦  Ｓ３    ・・・（１）
の条件を満足することが好ましい。
【００１８】
本構成の流量制御弁装置によれば、流路横断面形状の断面積がＳ１からＳ２（＞Ｓ１）を経てＳ３（≧Ｓ２）へと段階的に増加されるので、流体を拡大流路部から、弁室と弁体との間の環状空間へとよりスムーズに送り込むことができる。
【００１９】
本発明に係る流量制御弁装置において、
前記Ｓ２は、下記式（２）：
１．３Ｓ１  ≦  Ｓ２  ≦  １．７Ｓ１    ・・・（２）
の条件を満足し、
前記Ｓ３は、下記式（３）：
１．８Ｓ１  ≦  Ｓ３  ≦  ２．２Ｓ１    ・・・（３）
の条件を満足することが好ましい。
【００２０】
本構成の流量制御弁装置によれば、断面積Ｓ１を基準として、断面積Ｓ２が１．３Ｓ１  ≦  Ｓ２  ≦  １．７Ｓ１の範囲にあり、断面積Ｓ３が１．８Ｓ１  ≦  Ｓ３  ≦  ２．２Ｓ１の範囲にあれば、流体入口側、拡大流路部、及び弁室と弁体との間の環状空間での圧力バランスがより適切なものとなり、圧力損失をより低く抑えつつ流体入口から拡大流路部及び弁室と弁体との間の環状空間を経て流体出口へと流体をスムーズに流すことができる。
【００２１】
本発明に係る流量制御弁装置において、
前記弁座の流体流れ方向上流側に、前記弁体の進行方向に順に連設される第一先細テーパ部、及び第二先細テーパ部を有する絞り流路部が形成され、
前記第一先細テーパ部は、前記弁体の進行方向に進むに従って縮径するような形状であり、
前記第二先細テーパ部は、前記弁体の進行方向に進むに従って縮径し、且つ、前記第一先細テーパ部よりも前記弁体の進行方向に対して成す角度が小さい形状であることが好ましい。
【００２２】
本構成の流量制御弁装置によれば、流体が絞り流路部を通過する際、初めに、第一先細テーパ部によって流体が急激に絞られ、その後、第二先細テーパ部によって絞り具合が緩められ、流体流れが段階的に整えられるので、弁座への流体流れをよりスムーズにすることができる。
【００２３】
本発明に係る流量制御弁装置において、
前記弁座と前記流体出口との間に、前記弁体の進行方向に順に連設される先細ノズル部、スロート部、及び末広ノズル部を有するラバルノズル部が形成されていることが好ましい。
【００２４】
本構成の流量制御弁装置によれば、弁座と流体出口との間に上記構成を有するラバルノズル部が形成されているので、流体が例えば天然ガス等のガスで、スロート部の上流側の圧力（Ｐ１）と下流側の圧力（Ｐ２）との関係が臨界膨張条件Ｐ１／Ｐ２  ≧  約２を満たす場合、スロート部を通過するガスの流速が音速となり、流量はスロート部の速度が音速で不変であるため、上流側の圧力（Ｐ１）にのみ比例し、下流側の圧力（Ｐ２）の影響を受けないことになり、高精度に流量を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る流量制御弁装置の縦断面図である。
【図２】図２は、図１中のＡ部拡大図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る流量制御弁装置の要部の流路形状を模式的に示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は弁室側から拡大流路部及び入口側流路部を見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることは意図しない。
【００２７】
＜全体構成＞
図１に示される本実施形態の流量制御弁装置１は、図１において左側に設置される図示されない燃料供給装置と、図１において下側に設置される図示されないガスタービンとの間に配されており、燃料供給装置からガスタービンへと供給される例えば天然ガス等のガス燃料の流量を制御するものである。この流量制御弁装置１は、弁本体２と、弁本体２の内部に組み込まれる弁体３とを備えている。
【００２８】
＜弁本体＞
図２に示されるように、弁本体２は、鉛直軸線Ｌ１を中心軸線とする円柱状で内径が順に大きくなる第一組込孔１１、第二組込孔１２、第三組込孔１３、第四組込孔１４、及び第五組込孔１５を有している。第一組込孔１１、第二組込孔１２、第三組込孔１３、第四組込孔１４、及び第五組込孔１５は、鉛直方向に下側から上側に向けて順に配されている。第一組込孔１１と第二組込孔１２との境界部には、第一段面２１と第二段面２２と第三段面２３とが形成されている。第一段面２１は、第二段面２２の内側で、且つ、第二段面２２よりも低い位置に配されている。第二段面２２は、第三段面２３の内側で、且つ、第三段面２３よりも低い位置に配されている。第三組込孔１３と第四組込孔１４との境界部には、第四段面２４が形成されている。第四組込孔１４と第五組込孔１５との境界部には、第五段面２５が形成されている。
【００２９】
＜ノズル部材＞
図１に示されるように、弁本体２の第一組込孔１１には、ノズル部材３０が嵌着されている。ノズル部材３０は、第一組込孔１１に嵌挿されるノズル部材本体３１（本発明の「ラバルノズル部」に相当する。）と、ノズル部材本体３１の上端部に外向きで円環状に形成されるフランジ部３２とを有している。
【００３０】
＜弁座、先細ノズル部、スロート部、末広ノズル部、出口側流路部＞
ノズル部材本体３１は、鉛直軸線Ｌ１を中心軸線とする中空状部材からなり、下方（弁体３の進行方向）に向かって順に連設される弁座３３、先細ノズル部３４、スロート部３５、末広ノズル部３６、及び出口側流路部３７を有している。弁座３３は、下方に進むに従って縮径するようなテーパ面によって形成され、弁体３における後述する弁ニードル部７３が着座可能とされている。先細ノズル部３４は、弁座３３に連続するように形成され、下方に進むに従って縮径する形状に形成されている。スロート部３５は、ノズル部材本体３１において喉部を形成する断面積が最も小さい部分であり、先細ノズル部３４に連続し下方に所定距離だけ直線状に延びる形状に形成されている。末広ノズル部３６は、スロート部３５に連続し下方に進むに従って拡径する形状に形成されている。出口側流路部３７は、末広ノズル部３６に連続するように形成され、同一断面積で下方に所定距離だけ直線状に延びる形状で、鉛直軸線Ｌ１が中心を通る流体出口３８を下端側に有している。
【００３１】
図２に示されるように、ノズル部材３０のフランジ部３２は、弁本体２の第一段面２１と当接する小径フランジ部３２ａと、弁本体２の第二段面２２及び第３段面２３と対向するとともに第二組込孔１２に嵌合する大径フランジ部３２ｂとを有している。大径フランジ部３２ｂと第二段面２２との間には、ガスケット３９が介設されている。ノズル部材３０においては、大径フランジ部３２ｂと第二段面２２との間にガスケット３９を介在させた状態で、小径フランジ部３２ａが第一段面２１に当接するまで、ノズル部材本体３１を第一組込孔１１に嵌挿することにより、弁本体２に対し上下方向の位置決めがなされ、且つ、弁本体２に対し気密状態で嵌着される。ノズル部材３０が弁本体２に嵌着された状態では、図１に示されるように、ノズル部材本体３１の下半分が弁本体２の下端から突出される。
【００３２】
図２に示されるように、第三組込孔１３には、円環状の押えリング４０が螺着されており、所定の締付操作量で押えリング４０を締め付けることにより、ノズル部材３０のフランジ部３２（大径フランジ部３２ｂ）が所定の押圧力で押えリング４０によって押し付けられて、ノズル部材３０が弁本体２に固定される。
【００３３】
＜ケージ、流体通過部＞
第三組込孔１３から第四組込孔１４の上下方向中間部に亘る部分には、鉛直軸線Ｌ１を中心軸線とする中空状部材からなるケージ５０が組み込まれている。ケージ５０は、流体通過部５０ａと、ガイドスリーブ部５０ｂとを有している。流体通過部５０ａは、ノズル部材３０の上端面に対して近接状態で押えリング４０の内周部に嵌挿される小径中空軸部５１と、押えリング４０の上端面及び第四段面２４に対して隙間を存した状態で第四組込孔１４に嵌挿される大径中空軸部５２とを有している。大径中空軸部５２には、後述する拡大流路部９０に対応するように開口部５３が形成されており、この開口部５３は、後述する拡大流路部９０における流路断面積が最も大きい開口部よりも若干大きく設定されている。
【００３４】
本実施形態では、ノズル部材３０及び流体通過部５０ａによって全体としてラバルノズルの機能を有するノズル領域が形成されている。
【００３５】
＜絞り流路部＞
流体通過部５０ａの下部における内周側には、絞り流路部６０が形成されている。絞り流路部６０は、下方（弁体３の進行方向）に向かって順に連設される第一先細テーパ部６１、及び第二先細テーパ部６２を有している。第一先細テーパ部６１は、下方に向かって進むに従って縮径するような形状に形成されている。第二先細テーパ部６２は、第一先細テーパ部６１と同様に下方に向かって進むに従って縮径し、且つ、第一先細テーパ部６１よりも鉛直方向（弁体３の進退方向）に対して成す角度が小さい形状に形成されている。
【００３６】
＜ガイドスリーブ部＞
ケージ５０におけるガイドスリーブ部５０ｂは、弁本体２における第四組込孔１４の上部から第五組込孔１５に亘る部分に組み込まれている。ガイドスリーブ部５０ｂは、鉛直軸線Ｌ１を中心軸線とする弁体挿通孔６６と、第五段面２５と当接状態で第五組込孔１５に嵌挿されるフランジ部６７とを有している。
【００３７】
＜弁室、弁体＞
弁本体２の内部には、流体通過部５０ａの内周側構成壁面とガイドスリーブ部５０ｂの下端面とによって弁室７０が区画形成されている。弁室７０は、後述する拡大流路部９０に向かって開口されるとともに下方に開口されている。弁室７０には、弁体３が鉛直軸線Ｌ１方向に昇降自在で、弁座３３に対し進退自在に配されている。弁体３は、鉛直軸線Ｌ１を中心軸線とする棒状部材からなり、ガイドスリーブ部５０ｂの弁体挿通孔６６に摺動可能に挿入される大径軸部７１と、大径軸部７１よりも軸径が小さい小径軸部７２と、弁座３３に着座可能な弁ニードル部７３とを有している。大径軸部７１と小径軸部７２とは、逆円錐台部７４を介して一体的に連結されている。小径軸部７２と弁ニードル部７３とは、略円錐台部７５を介して一体的に連結されている。弁ニードル部７３は、最大外径が大径軸部７１の外径と略同じであり、弁座３３を構成するテーパ面に接触可能なテーパ面を有する逆円錐形状に形成されている。なお、大径軸部７１には、ガイドスリーブ部５０ｂの弁体挿通孔６６と弁体３との間を気密に保つためのシール７６が装着されている。
【００３８】
図１に示されるように、弁本体２の上端面には、弁本体２とガイドスリーブ部５０ｂとに跨るように配されたガスケット７７を介在させた状態で弁体３及びガイドスリーブ部５０ｂを覆うように蓋体７８が図示されない締結具によって固定されている。これにより、弁本体２に対しケージ５０が固定される。蓋体７８の上方には、弁体３を昇降駆動するための図示されない昇降駆動機構が配設されている。この昇降駆動機構と弁体３とは、蓋体７８を貫通するように配されるステム７９によって連結されている。
【００３９】
弁本体２の左側部には、ケージ５０の開口部５３に対応する位置に左方向に向けて流体入口管部８１が突設されている。流体入口管部８１の左端には、鉛直軸線Ｌ１と直交する水平軸線Ｌ２を有する流体入口８２が形成されている。なお、本実施形態では、流体入口８２の軸線と流体出口３８の軸線とが直交する例を示したが、これに限定されるものではなく、流体入口８２の軸線と流体出口３８の軸線とが９０°よりも大きい角度、又は小さい角度を成して交わる態様例もあり得る。また、本実施形態では、流体入口８２の軸線と流体出口３８の軸線とが同一面上で交わる態様例を示したが、これに限定されるものではなく、流体入口８２の軸線と流体出口３８の軸線とが必ずしも同一面上で交わらずに、流体入口８２の軸線と、流体入口８２の軸線を含む平面上に投影した流体出口３８の軸線とが交わるような態様例もある。
【００４０】
流体入口管部８１は、入口側流路部８５と拡大流路部９０とを有している。
【００４１】
＜入口側流路部＞
入口側流路部８５は、水平軸線Ｌ２を中心軸線として流体入口８２からケージ５０の開口部５３に向かって所定距離だけ直線状に形成されるものであり、水平軸線Ｌ２と直交する方向（流体流れ方向と直交する方向）に切断した横断面形状が円形又は楕円形で、横断面形状の断面積がＳ１であり、横断面形状の断面重心が水平軸線Ｌ２上にある。ここで、断面重心とは、断面を薄板と仮定した場合、当該薄板を一点で吊り下げたときに重力的に釣り合いが保たれる点（断面一次モーメントが０となる点）である。なお、入口側流路部８５において、横断面形状が円形又は楕円形の場合、断面重心と断面中心とが一致するのは言うまでもない。
【００４２】
＜拡大流路部＞
拡大流路部９０は、入口側流路部８５とケージ５０の開口部５３との間に形成されている。拡大流路部９０は、水平軸線Ｌ２と直交する方向（流体流れ方向と直交する方向）に切断した横断面形状が円形又は楕円形で、横断面形状の断面積が、ケージ５０の開口部５３に向かって進むに従って大きくなるとともに、横断面形状の断面重心が、ケージ５０の開口部５３に向かって進むに従って弁体３の進行方向側（下方側）に移動するような形状に形成されている。なお、拡大流路部９０においても、入口側流路部８５と同様に、横断面形状が円形又は楕円形の場合、断面重心と断面中心とが一致するのは言うまでもない。
【００４３】
図３（ａ）に示されるように、拡大流路部９０は偏心円錐台形状であり、拡大流路部９０における横断面形状の断面重心Ｇの単位移動量をＬとした場合、断面重心Ｇは、一点鎖線の軌跡ラインＬＧで示されるように、ケージ５０の開口部５３に向かって１Ｌ進むと、弁体３の進行方向側（図３（ａ）において下側）に０．５〜０．８Ｌ、好ましくは０．６〜０．７Ｌ移動する。
【００４４】
拡大流路部９０における弁体３の退行方向側（図３（ａ）において上側）の構成壁面部は、入口側流路部８５における弁体３の退行方向側（図３（ａ）において上側）の構成壁面部と面一とされている。すなわち、図３（ｂ）に示されるように、入口側流路部８５における水平軸線Ｌ２方向（図３の紙面を垂直に貫く方向で流体流れ方向に一致する）の任意の位置の横断面形状の円と、拡大流路部９０における水平軸線Ｌ２方向の任意の位置の横断面形状の円とは、両方の円を同一面に投影した場合に、互いに図３（ｂ）において上側を接触させるようにして、拡大流路部９０の横断面形状の円に対し、入口側流路部８５の横断面形状の円が内接する関係にある。
【００４５】
ここで、拡大流路部９０の横断面形状における流体入口８２に最も近い側の断面積（図２中記号Ｂ矢印ライン位置での断面積）をＳ１とし、ケージ５０の開口部５３に最も近い側の断面積（図２中記号Ｃ矢印ライン位置での断面積）をＳ２とし、拡大流路部９０に隣接する弁室７０の部分の横断面形状の断面積から弁体３の横断面形状の断面積を差し引いた環状領域の断面積をＳ３とする。また、断面積Ｓ３において、図２中記号Ｄ矢印ライン位置での断面積、すなわち弁室７０の横断面形状の断面積から弁体３の大径軸部７１の横断面形状の断面積を差し引いた断面積が断面積Ｓ３の最小断面積であり、これを断面積Ｓ３１とし、図２中記号Ｅ矢印ライン位置での断面積、すなわち弁室７０の横断面形状の断面積から弁体３の小径軸部７２の横断面形状の断面積を差し引いた断面積が断面積Ｓ３の最大断面積であり、これを断面積Ｓ３２とする。
【００４６】
断面積Ｓ１、断面積Ｓ２、断面積Ｓ３１、断面積Ｓ３２においては、下記式（１ａ）及び（１ｂ）の条件を満足する。
Ｓ１  ＜  Ｓ２  ＝  Ｓ３１    ・・・（１ａ）
Ｓ１  ＜  Ｓ２  ＜  Ｓ３２    ・・・（１ｂ）
【００４７】
断面積Ｓ１を基準として、断面積Ｓ２は下記式（２）の条件を満足し、断面積Ｓ３１は下記式（３ａ）の条件を満足し、断面積Ｓ３２は下記式（３ｂ）の条件を満足する。
１．３Ｓ１  ≦  Ｓ２  ≦  １．７Ｓ１    ・・・（２）
１．７Ｓ１  ≦  Ｓ３１  ≦  ２．２Ｓ１    ・・・（３ａ）
１．８Ｓ１  ≦  Ｓ３２  ≦  ２．２Ｓ１    ・・・（３ｂ）
【００４８】
図１に示されるように、弁本体２における流体入口管部８１の端部には、供給側取付フランジ部９３が形成され、この供給側取付フランジ部９３は、図示されない燃料供給装置の燃料送出口に繋がる配管のフランジ部に締結具によって締結されている。弁本体２の下端部には、被供給側取付フランジ部９５が形成され、この被供給側取付フランジ部９５は、図示されないガスタービンの燃料受入口に繋がる配管のフランジ部に締結具によって締結されている。こうして、燃料供給装置から送り出されるガス燃料は、流体入口８２から入口側流路部８５、拡大流路部９０、ケージ５０の開口部５３、弁室７０、絞り流路部６０、弁ニードル部７３と弁座３３との間の隙間、先細ノズル部３４、スロート部３５、末広ノズル部３６、出口側流路部３７を通り流体出口３８へと流れてガスタービンに供給される。
【００４９】
＜作動説明＞
以上に述べたように構成される流量制御弁装置１において、図示されない昇降駆動機構の上昇作動により、ステム７９を介して弁体３が上昇されると、図２において実線で示されるように、弁ニードル部７３が弁座３３から離れるように退行し、弁ニードル部７３と弁座３３との間の隙間Ｔが大きくなる。図示されない燃料供給装置から送り出されるガス燃料は、図１に示されるように、流体入口８２から入口側流路部８５、拡大流路部９０、大径中空軸部５２の開口部５３、弁室７０、絞り流路部６０、弁ニードル部７３と弁座３３との隙間Ｔ、先細ノズル部３４、スロート部３５、末広ノズル部３６、出口側流路部３７を通り流体出口３８へと流れる。
【００５０】
ガス燃料が拡大流路部９０を通過する際、ガス燃料が弁室７０に向かって拡がりながら弁体３の進行方向側（図１及び図２において下側）、すなわち流体出口３８が設けられている側に流れることになる。従って、流体入口８２と流体出口３８とが同一軸線上に配されない位置関係であっても、圧力損失を抑えつつ流体入口８２から流体出口３８へと流体をスムーズに流すことができる。これにより、弁の容量係数ＣＶの値を向上させることができ、その結果、弁本体２や、弁体３の昇降駆動機構等の小型化を図ることができる。
【００５１】
また、拡大流路部９０における弁体３の退行方向側（図１及び図２において上側）の構成壁面部は、入口側流路部８５における弁体３の退行方向側の構成壁面部と面一とされているので、ガス燃料が拡大流路部９０を通って弁室７０へと流れ込む際、ガス燃料が過剰に拡がって圧力が急降下するのを防ぐことができ、圧力急降下に起因する圧力損失の増大を未然に防ぐことができる。
【００５２】
図３に示されるように、拡大流路部９０は、流路横断面形状の断面積が無段階的に増加されるので、ガス燃料を拡大流路部９０から、弁室７０と弁体３との間の環状空間へとよりスムーズに送り込むことができる。本実施形態では、拡大流路部９０の横断面形状における流体入口８２に最も近い側の断面積Ｓ１を基準として、弁室７０を構成する大径中空軸部５２の開口部５３に最も近い側の断面積Ｓ２が１．３Ｓ１  ≦  Ｓ２  ≦  １．７Ｓ１の範囲にあり、拡大流路部９０に隣接する弁室７０の部分の横断面形状の断面積から弁体３の横断面形状の断面積を差し引いた断面積Ｓ３が１．８Ｓ１  ≦  Ｓ３  ≦  ２．２Ｓ１の範囲に設定されているので、流体入口８２側、拡大流路部９０、及び弁室７０と弁体３との間の環状空間での圧力バランスがより適切なものとなり、圧力損失をより低く抑えつつ流体入口８２から拡大流路部９０及び弁室７０と弁体３との間の環状空間を経て流体出口３８へとガス燃料をスムーズに流すことができる。
【００５３】
また、拡大流路部９０は、その横断面形状の断面重心Ｇが、弁室７０に向かって１Ｌ進むと、弁体３の進行方向側に０．５〜０．８Ｌ移動するような形状に形成されているので、ガス燃料が拡大流路部９０を通過する際、ガス燃料が弁体３の進行方向側に急激に向きが変えられてガス燃料の流れが乱れるのを防ぎつつ、ガス燃料が速やかに弁室７０を経て流体出口側３８に向かって流れることになり、ガス燃料流れの乱れに起因する圧力損失を抑えながら流体入口８２から流体出口３８へとガス燃料をスムーズに流すことができる。
【００５４】
図２に示されるように、ガス燃料が絞り流路部６０を通過する際、初めに、第一先細テーパ部６１によって流体が急激に絞られ、その後、第二先細テーパ部６２によって絞り具合が緩められ、ガス燃料流れが段階的に整えられるので、弁座３３へのガス燃料流れをスムーズにすることができる。
【００５５】
図１に示されるように、弁座３３と流体出口３８との間には、ガス燃料の流れ方向に順に連設される先細ノズル部３４、スロート部３５、及び末広ノズル部３６を有するラバルノズル部が形成され、スロート部３５の上流側の圧力（Ｐ１）と下流側の圧力（Ｐ２）との関係が臨界膨張条件Ｐ１／Ｐ２  ≧  約２を満たすようにされている。これにより、スロート部３５を通過するガス燃料の流速が音速となり、流量はスロート部３５の速度が音速で不変であるため、上流側の圧力（Ｐ１）にのみ比例し、下流側の圧力（Ｐ２）の影響を受けないことになり、高精度にガス燃料の流量を制御することができる。
【００５６】
図示されない昇降駆動機構の下降作動により、ステム７９（図１参照）を介して弁体３が下降されると、弁ニードル部７３が弁座３３に向かって進行し、弁ニードル部７３と弁座３３との間の隙間Ｔが小さくなり、この隙間Ｔを通って流れ出すガス燃料の流量が減少し、図２において二点鎖線で示されるように、弁ニードル部７３が弁座３３に着座すると、ガス燃料の流れが止まる。こうして、弁座３３に対する弁体３の進退作動によりガス燃料の流量を高精度に制御することができる。
【００５７】
以上、本発明の流量制御弁装置について、一実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の流量制御弁装置は、例えばガスタービンに供給するガス燃料の流量を制御する用途において好適に利用可能であるが、その他のガスの流量制御の目的においても利用可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１    流量制御弁装置
２    弁本体
３    弁体
３３  弁座
３４  先細ノズル部
３５  スロート部
３６  末広ノズル部
３８  流体出口
６０  絞り流路部
６１  第一先細テーパ部
６２  第二先細テーパ部
７０  弁室
８２  流体入口
８５  入口側流路部
９０  拡大流路部
【図１】
2020094607.tif 000003
【図２】
2020094607.tif 000004
【図３】
2020094607.tif 000005