(57)【要約】【課題】密封性の優れた流量調整弁を提供すること。【解決手段】ハウジング３と、流路３３に開口する窓２１が外筒５の側面に設けられている外筒５と、外筒５内部に回転可能に備えられた内筒７であって、内筒７の側面で、かつ内筒の回転によって窓に開口する位置に流入孔２３が設けられた内筒７と、内筒の回転によって流路に開口する位置に内側流出孔２５が設けられた内側回転板９と、流路３３に開口する外側流出孔２７が設けられた外側回転板１１、を備える流量調整弁１であって、内筒７の回転に対応して、流入孔２３の流路３３に開口する面積、及び内側流出孔２５の流路３３に開口する面積が変化することを特徴とする流量調整弁。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口ポート（３１）、出口ポート（３５）、及び前記入口ポート（３１）と前記出口ポート（３５）とを連通する流路（３３）、を有するハウジング（３）と、
前記ハウジング（３）内部に固定された外筒（５）であって、前記流路（３３）に開口する窓（２１）が前記外筒（５）の側面に設けられている前記外筒（５）と、
前記外筒（５）内部に回転可能に備えられた内筒（７）であって、前記内筒（７）の側面で、かつ前記内筒の回転によって前記窓に開口する位置に流入孔（２３）が設けられ、前記外筒（５）の内側側面と前記内筒（７）の外側側面の間で流体の流れが阻止されるよう相互に接して備えられた前記内筒（７）と、
前記内筒（７）の少なくとも一方の端部に備えられ、前記内筒の回転によって前記流路に開口する位置に内側流出孔（２５）が設けられた内側回転板（９）と、
前記ハウジング（３）内部に固定された外側回転板（１１）であって、前記流路（３３）に開口する外側流出孔（２７）が設けられ、前記外側回転板（１１）と前記内側回転板（９）の間で流体の流れが阻止されるよう相互に接して備えられた前記外側回転板（１１）、を備える流量調整弁（１）であって、
前記内筒（７）の回転に対応して、前記流入孔（２３）の前記流路（３３）に開口する面積、及び前記内側流出孔（２５）の前記流路（３３）に開口する面積が変化することを特徴とする流量調整弁。
【請求項２】
前記内筒（７）を回転させることで、前記外筒（５）の前記側面により前記流入孔（２３）が閉鎖されるとき、前記外側回転板（１１）により前記内側流出孔（２５）が閉鎖され、かつ前記内側回転板（９）により前記外側流出孔（２７）が閉鎖されることを特徴とする、請求項１に記載の流量調整弁。
【請求項３】
前記窓（２１）は、前記外筒（５）の直径方向断面において、前記外筒（５）の中心に関して点対称に設けられており、前記流入孔（２３）は、前記内筒（７）の直径方向断面において、前記内筒（７）の中心に関して点対称に設けられていることを特徴とする、請求項１ないし２に記載の流量調整弁。
【請求項４】
前記内側流出孔（２５）は、前記内側回転板（９）の直径方向断面において、前記内側回転板（９）の中心に関して点対称に設けられており、前記外側流出孔（２７）は、前記外側回転板（１１）の直径方向断面において、前記外側回転板（１１）の中心に関して点対称に設けられていることを特徴とする、請求項１ないし３に記載の流量調整弁。
【請求項５】
前記流入孔（２３）は、複数の円孔からなることを特徴とする、請求項１ないし４に記載の流量調整弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然ガス井、油井、発電所、各種プラント等で使用される、流量調整弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、天然ガス井、油井、各種プラント等において、流体の流れを制御するため流量調整弁が使用されている。特に天然ガス井、及び油井においては、地下高圧流体源から高圧ガスあるいは高圧油等を採掘することとなるため、流体を減圧する流量調整弁は大きな役割を担う。
【０００３】
流量調整弁は、一般的に図１に示すごとく構成されている。当該調整弁は、スカート部に設けられた開口（７０ＡからＤ、８４ＡからＤ）により流量を調整するものであり、より具体的には、ステム（４２）を上下方向に移動させることで、開口の面積に比例することとなる流体の流量を調整する。しかしながら、上記の先行技術は次のような欠点があった。まず、図１に示された流量調整弁は、ステム（４２）を上下させる構成であることから、上下方向に移動させる際に加わる圧力等により、使用時間が長くなるに従い部品間の間隙が変化し易く、密封性に問題があった。つまり、流体を遮断する能力が不十分であった。また、同流量調整弁は、開口（７０ＡからＤ、８４ＡからＤ）のみで流量を調整する構成、すなわち一段階で流量調整を行う構成であり、その流量調整能力にも限界があった。尚、本明細書において流量調整能力とは、流量調整弁によりもたらされる流量変化の程度に関する能力をいい、大きな流量変化をもたらすものを、優れた流量調整能力とする。
【０００４】
また、図１に示した先行技術に限らず、高速流体を扱う天然ガス井、油井、各種プラント等においては、近年特に生産量増加が求められていることにともない、エロージョンが問題となっている。なお、エロージョンとは、プラントの配管内で発生する減肉減少をいい、ＦＩＣ（Ｆｌｏｗ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ）とも呼ばれる。ここでは、高速流体及び粉体などの衝突及びキャビテーションなど物理的または機械的な作用による侵食をいうが、同時に電気化学的作用による腐食（コロージョン）が発生した場合の侵食も含むものとする。
【０００５】
さらに、労働環境改善の観点から、天然ガス井、油井、各種プラント等における騒音を低減することも当該技術分野では求められている。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第３８２１９６８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来技術の欠点を解消する流量調整弁を提供することを目的とするものである。より具体的には、密封性の優れた流量調整弁を提供することをその目的とする。また、流量調整能力のより優れた流量調整弁を提供することをその目的とする。さらに、エロージョンを抑制する流量調整弁を提供することをその目的とする。加えて、騒音を低減させる流量調整弁を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明の流量調整弁は、入口ポート、出口ポート、及び前記入口ポートと前記出口ポートとを連通する流路、を有するハウジングと、前記ハウジング内部に固定された外筒であって、前記流路に開口する窓が前記外筒の側面に設けられている前記外筒と、前記外筒内部に回転可能に備えられた内筒であって、前記内筒の側面で、かつ前記内筒の回転によって前記窓に開口する位置に流入孔が設けられ、前記外筒の内側側面と前記内筒の外側側面の間で流体の流れが阻止されるよう相互に接して備えられた前記内筒と、前記内筒の少なくとも一方の端部に備えられ、前記内筒の回転によって前記流路に開口する位置に内側流出孔が設けられた内側回転板と、前記ハウジング内部に固定された外側回転板であって、前記流路に開口する外側流出孔が設けられ、前記外側回転板と前記内側回転板の間で流体の流れが阻止されるよう相互に接して備えられた前記外側回転板、を備える流量調整弁であって、前記内筒の回転に対応して、前記流入孔の前記流路に開口する面積、及び前記内側流出孔の前記流路に開口する面積が変化することを特徴とする流量調整弁である。
【０００９】
本願発明の第一の実施形態によれば、前記内筒を回転させることで、前記外筒の前記側面により前記流入孔が閉鎖されるとき、前記外側回転板により前記内側流出孔が閉鎖され、かつ前記内側回転板により前記外側流出孔が閉鎖されることを特徴とする流量調整弁である。
【００１０】
本願発明の第二の実施形態によれば、前記窓は、前記外筒の直径方向断面において、前記外筒の中心に関して点対称に設けられており、前記流入孔は、前記内筒の直径方向断面において、前記内筒の中心に関して点対称に設けられていることを特徴とする流量調整弁である。
【００１１】
本願発明の第三の実施形態によれば、前記内側流出孔は、前記内側回転板の直径方向断面において、前記内側回転板の中心に関して点対称に設けられており、前記外側流出孔は、前記外側回転板の直径方向断面において、前記外側回転板の中心に関して点対称に設けられていることを特徴とする流量調整弁である。
【００１２】
本願発明の第四の実施形態によれば、前記流入孔は、複数の円孔からなることを特徴とする流量調整弁である。
【００１３】
本願発明は、上述のように内筒を相対的に回転させることにより、流体の流量を調整することが可能となる。また、円柱状の部品を回転させることで流量を調整することから原則として物品間の間隙を変化させないため、本願発明の流量調整弁は、より高い密封性がもたらされる。本願発明は、内側回転板及び外側回転板を採用しており、内筒を回転させ内筒内に流体を密封した際に、２つの回転板が相互に押し付けられる方向に力が加わる構成である。つまり、両回転板の間隙はより減少する方向に力が加わるため、両回転板間は気液密となる。
【００１４】
本願発明は、内筒及び外筒間で第一段階の流体の閉鎖が行われ、さらに、内側回転板及び外側回転板間で第二段階の流体の閉鎖が行われる構成である。従って、入口ポートから流入する流体を流量調整弁外へ流出することを妨げる能力、すなわち密封性が向上することは明らかであろう。
【００１５】
本願発明は、二段階で流体の減圧を行うことから、優れた流量調整能力を有することとなり、本願発明の流量調整弁により大きな減圧がもたらされることも明らかである。
【００１６】
本願発明は、二段階で流体の減圧を行うことにより、エロージョンが抑制される。
【００１７】
本願発明は、回転式の流量調整弁であることにより、騒音も抑制される。
【実施例】
【００１８】
図２に本願発明の実施例を示す。
まず、実施例の流量調整弁１は、ハウジング３を有する。ハウジング３は、流体がハウジングに流入する入口ポート３１、入口ポートと出口ポートを連通しその中を流体が流れる流路３５、及びハウジングから流体を排出する出口ポート３７とを備える。図２において、流量調整弁１中の流体の流れは、矢印で示されている。
【００１９】
ハウジング３の内部には、外筒５が固定されている。外筒５は、その側面に設けられ、流路３５に面する窓２１を有する。流路内の流体は、窓２１を通して外筒５内部へ流入し、さらに、後述する内筒内部へと進む。窓２１は、外筒の直径方向断面において、外筒の中心に関して点対称に設けられており、互いに対向するように構成されている（図３（Ｂ）参照）。外筒の材質は、タングステンカーバイトの他、セラミック、工具鋼等の耐摩耗性に優れた材料であることが好ましい。尚、窓２１は、図３においては、側面からみて略長方形であるが、その形状が円形、楕円、多角形、その他の形状であってもよい。
【００２０】
外筒５内には、回転可能に備えられた内筒７が備えられる。外筒５の内側側面と内筒７の外側側面の間では、流体の流れが阻止されるよう相互に接して備えられている。すなわち、流体は、次に述べる流入孔２３を通してのみ、内筒７内に流入する構成である。
【００２１】
内筒７の側面には、内筒を回転させると窓に開口する位置に流入孔２３が設けられている。当該流入孔２３は、内筒７の直径方向断面において、内筒７の中心に関して点対称に設けられている（図４（Ｂ）参照）。内筒の材質は、タングステンカーバイトの他、セラミック、工具鋼等の耐摩耗性に優れた材料であることが好ましい。尚、流入孔２３は、図４においては、側面から見て複数の円形の流入孔であるが、当該構成に限定するものではなく、楕円、多角形等、他の形状であってもよい。
【００２２】
上記のように、窓２１及び流入孔２３が、それぞれの中心に関して点対称で設けられており、各窓２１及び流入孔２３が対向する位置関係である。そして、対向する窓及び流入孔、すなわち点対称の位置にあるそれぞれの窓及び流入孔から流体が流入することとなり、図２の矢印で示されるように、内筒７内でそれぞれが逆方向の流れとなる。このことにより、それぞれの流れは相殺されることとなり、高い減圧効果を生じさせる。
【００２３】
図２において、内筒７の上方端部には、ロッド５１、及び揺動するクランク５３が連結されている。当該クランク５３をシリンダ５５で駆動することにより、内筒７を回転させる。尚、本実施例においては、シリンダ５５を用いて内筒７を回転させているが、当該構成に限定するものではなく、ハンドル等を用いて手動で回転させる構成や、モータ等の電動で回転させる等、他の方法で内筒７を回転さる構成であってもよい。
【００２４】
ここで、図２及び図４を見ると明らかなように、内筒７がシリンダ５５によって回転させられることにより、流路内に開口する流入孔２３の面積、及び流入孔２３の数が変化する。すなわち、内筒７の回転に対応して、流路に開口する流入孔の総面積が変化することとなる。よって、内筒７の回転角度を調節することにより、流体の流量を変化させることが可能となる。
【００２５】
また、図２において、内筒７の下方端部は、内側回転板９を備える。内側回転板９は、内筒７及び内側回転板９の回転により流路に開口する位置に内側流出孔２５が設けられた内側回転板９を有し、内側流出孔２５を通じて、流体が内筒７内部から流路を経て出口ポート３７に流出する。尚、図２においては、内筒７と内側回転板９は別々の部材を結合させた構成となっているが、内筒７と内側回転板９を一体に形成することにより、内筒７の一部として内側回転板９を備える構成であっても良い。内側回転板９の材質は、タングステンカーバイトの他、セラミック、工具鋼等の耐摩耗性に優れた材料であることが好ましい。
【００２６】
ハウジング３内部には、外側流出孔２７を有する外側回転板１１をさらに備える。図２において、当該外側回転板１１は、内筒７の下部に設けられ、外側回転板１１の上面が内側回転板９の下面と接するように備えられる。本実施例では、ハウジング３が外側流出孔２７を有する外側回転板１１を備える構成であるが、ハウジング３そのものが、外側流出孔２７を有する構成であってもよい。また、本実施例は外側回転板１１をウェアーブッシング１３に固定する構成であるが、外側回転板１１をハウジング３に固定する構成であってもよい。
【００２７】
尚、内側流出孔２５および外側流出孔２７は、直径方向断面において、中心に関して点対称に設けられていることが望ましい（図５（Ｂ）参照）。当該構成により、内側流出孔に加わる圧力が直径方向において均等になり、内筒７及び内側回転板１１の回転が円滑になるためである。外側回転板１１の材質は、タングステンカーバイトの他、セラミック、工具鋼等の耐摩耗性に優れた材料であることが好ましい。
【００２８】
図２において、内側回転板９の下側面および外側回転板１１の上側面の間は、内筒７内から流出する流体の流れが阻止されるよう、相互に接して備えられている。すなわち、流体は、内側流出孔２５及び外側流出孔２７により形成される開口部を通してのみ、内筒７内から流出することとなる。
【００２９】
図２において、内筒７の下部にウェアーブッシング１３を設けることにより、ハウジング３のエロージョンをさらに抑制することができる。ウェアーブッシング１３は、タングステンカーバイトの他、セラミック、工具鋼等の耐摩耗性に優れた材料であることが好ましい。
【００３０】
図５及び図６の内側流出孔２５及び外側流出孔２７は、両者とも中心に関して点対称に設けられている略扇型の形状である。同構成を採用することにより、内側流出孔２５及び外側流出孔２７により形成される開口部の面積が、内筒７の回転角度と概ね比例関係となる。これにより、流量の調整および、減圧の程度の調整をより容易に行うことができる。尚、内側流出孔２５及び外側流出孔２７の形状は、略扇型に限定されるものではない。従って、円形、多角形等、その他の形状であってもよい。また、内側流出孔２５及び外側流出孔２７の形状は同一の形状でなくてもよい。
【００３１】
図６に示すように、内側流出孔２５及び外側流出孔２７を組み合わせることで、流体流出のための開口面積が、内筒７の回転角度に応じて変化する（図６Ａ〜Ｃ）。図６（Ａ１）及び（Ｂ１）の組み合わせが、流体がまったく流れない全閉の状態を示し、図６（Ａ２）及び（Ｂ２）が、孔の一部を通じて流体が流れる半開の状態を示し、図６（Ａ３）及び（Ｂ３）が、孔が全て開いている全開の状態を示す。内筒７の回転角度、及び内筒７と結合されている内側回転板１１の回転角度に対応して、孔の開口面積の総和が変化することとなる。よって、内筒７の回転角度を調節することにより、流量の調整及び流体の減圧の程度を変化させることが可能となる。
【００３２】
ここで、図６（Ｂ１）に示すように、内筒７のある回転角度によっては、完全に流路を閉鎖することが可能である。完全に流路を閉鎖すると、内筒７内の高圧の流体が、内側回転板を外側回転板に向けて押圧することにより、密封性がさらに向上することとなる。
【００３３】
また、上述のように、図６（Ａ１）及び（Ｂ１）の全閉の状態は、流入孔２３が閉じられているときに、内側流出孔２５および外側流出孔２７も閉じられる構成である。従って、流入孔２３の閉鎖及び、流出孔２５、２７の閉鎖という、２段階の閉鎖手段を備えることとなり、本流量調整弁全体としての密封性が向上することが明らかであろう。また、二段階で流量調整を行うことから、優れた流量調整能力を有することも明らかであろう。
【００３４】
エロージョンを抑制する効果、及び騒音を抑制する効果については、上記実施例に伴う流量調整弁を、ガス坑井に使用して実験を行った。当該実験においては、２箇所のガス坑井において流量調整弁を使用した。第１の坑井における実験では、３０万ｍ３／ｄの使用環境で１ヶ月使用した後に流量調整弁を開放検査した。また、第２の坑井における実験では、３０〜５０万ｍ３／ｄの使用環境で３ヶ月使用した後、および１０ヶ月使用した後にそれぞれ開放検査をした。いずれの流量調整弁においても、エロージョンは確認されなかった。また、当該流量調整弁の使用中の騒音は、従来装置と比べて低減されていることも確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来の流量調整弁の断面図である。
【図２】本願発明の実施例による流量調整弁の縦断面図である。
【図３】（Ａ）本願発明の実施例における外筒の縦断面図であり、（Ｂ）同外筒の（Ａ）中のＢ−Ｂにおける断面図である。
【図４】（Ａ）本願発明の実施例における内筒の縦断面図であり、（Ｂ）同内筒の（Ａ）中のＢ−Ｂにおける断面図である。
【図５】（Ａ）本願発明の実施例における回転板の上面図であり、（Ｂ）同回転板の縦断面図である。
【図６】本願発明の実施例における、窓と流入孔、及び内側流出孔と外側流出孔の組合せの説明図であり、（Ａ１）全閉状態の外筒と内筒の直径方向断面図であり、（Ｂ１）全閉状態の回転板の上面図であり、（Ａ２）半開状態の外筒と内筒の直径方向断面図であり、（Ｂ２）半開状態の回転板の上面図であり、（Ａ３）全開状態の外筒と内筒の直径方向断面図であり、（Ｂ３）全開状態の回転板の上面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  流量調整弁、
３  ハウジング、
５  外筒、
７  内筒、
９  内側回転板、
１１  外側回転板、
１３  ウェアーブッシング、
２１  窓、
２３  流入孔、
２５  内側流出孔、
２７  外側流出孔、
３１  入口ポート、
３３  流路、
３５  出口ポート、
５１  ロッド、
５３  クランク、
５５  シリンダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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