(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる開口を有し、流路軸と同軸に設けられる円形の固定基板と、
上記流体が流れる開口を有し、該開口が上記固定基板の開口とラップするように上記固定基板の上流側に該固定基板と重ねて設けられる回転自在な円形の可動基板と、
上記可動基板の上流側の側面に設けられ、上記流体の流体力が作用することによって上記可動基板に一定方向の回転力を作用させる羽根と、
上記羽根による回転力に対抗する力を上記可動基板に作用させる対抗力付与機構とを備え、
上記固定基板は、略水平な流路軸と同軸に設けられるものであり、上記固定基板の開口の内縁部から該開口内に突出するストッパーが形成され、
上記可動基板は、該可動基板の開口の内縁部の一部が下流側へ突出する突片が形成され、
上記対抗力付与機構は、上記可動基板の上流側の側面において該可動基板の回転中心から離れた位置に設けられる錘であり、
上記可動基板が上記一定方向に回転するに従って、上記２つの開口のラップ面積が大きくなるように構成されており、
上記突片がストッパーに当たることで、上記可動基板の上記一定方向と逆方向の回転動作が規制される
ことを特徴とする流量調整機構。
【請求項２】
流体が流れる開口を有し、流路軸と同軸に設けられる円形の固定基板と、
上記流体が流れる開口を有し、該開口が上記固定基板の開口とラップするように上記固定基板の上流側に該固定基板と重ねて設けられる回転自在な円形の可動基板と、
上記可動基板の上流側の側面に設けられ、上記流体の流体力が作用することによって上記可動基板に一定方向の回転力を作用させる羽根と、
上記羽根による回転力に対抗する力を上記可動基板に作用させる対抗力付与機構とを備え、
上記対抗力付与機構は、上記固定基板に取り付けられ、端部が上記可動基板に接して該可動基板を上記一定方向と逆方向に付勢するコイルバネであり、
上記固定基板は、下流側の側面の中心に設けられ、上記コイルバネが挿入される軸部が形成されると共に、上記固定基板の開口の内縁部の一部が下流側へ突出して設けられ、上記コイルバネの固定端が固定される突片が形成され、
上記可動基板は、該可動基板の開口の内縁部の一部が下流側へ突出して設けられ、上記コイルバネの可動端が接する突片が形成され、
上記可動基板が上記一定方向に回転するに従って、上記２つの開口のラップ面積が大きくなるように構成されており、
上記可動基板の突片が上記コイルバネの固定端に当たることで、上記可動基板の上記一定方向と逆方向の回転動作が規制される
ことを特徴とする流量調整機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、流量を自動的に調整する流量調整機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示されているような熱交換器では、熱媒体である冷却流体が熱交換容器（反応釜）に供給されて対象物と熱交換して蒸発し、対象物が冷却される。熱交換容器には弁を有する排出管が接続されており、熱交換容器で蒸発した流体が排出管から排出され利用側へ送られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３１６９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した熱交換器の排出管に設けられた弁は、一般に開度が一定に設定されており、一定流量の流体が流れる。つまり、排出管における排出量は一定である。ここで、例えば熱交換器の負荷が急激に増大（対象物の量が増加）した場合、熱交換容器では流体の蒸発量が増大する。そうすると、熱交換容器では、蒸発した流体の排出量は一定であるため、その排出量よりも蒸発量が著しく多くなり、熱交換容器の圧力が異常に高くなる虞がある。そこで、熱交換容器の圧力を検出するセンサを設けると共に排出管の弁を電動式の弁等で構成し、センサの検出圧力に応じて電動弁の開度を調整することが考えられるが、高価な電動弁や制御器等が必要となるため、コストが懸かってしまう。
【０００５】
本願に開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、安価な構成で流量を自動的に調整することができる流量調整機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願に開示の技術は、固定基板と、可動基板と、羽根と、対抗力付与機構とを備えた流量調整機構に係るものである。上記固定基板は、流体が流れる開口を有し、流路軸と同軸に設けられる円形のものである。上記可動基板は、上記流体が流れる開口を有し、該開口が上記固定基板の開口とラップするように上記固定基板の上流側に該固定基板と重ねて設けられる回転自在な円形のものである。上記羽根は、上記可動基板の上流側の側面に設けられ、上記流体の流体力が作用することによって上記可動基板に一定方向の回転力を作用させるものである。上記対抗力付与機構は、上記羽根による回転力に対抗する力を上記可動基板に作用させるものである。そして、本願の流量調整機構は、上記可動基板が上記一定方向に回転するに従って、上記２つの開口のラップ面積が大きくなるように構成されているものである。
【発明の効果】
【０００７】
本願の流量調整機構によれば、例えば上流側の流体圧力が低い場合、羽根に作用する流体力は小さくなり、可動基板に作用する回転力も小さくなる。この回転力が対抗力付与機構の力よりも小さいと、可動基板は回転しない（例えば、図２に示す状態）。このとき、２つの開口がラップする部分の面積は小さい。つまり、流路面積は小さい。また、上流側の流体圧力が高くなると、羽根に作用する流体力は大きくなり、可動基板に作用する回転力も大きくなる。この回転力が対抗力付与機構の力よりも大きくなると、可動基板は一定方向に回転する（例えば、図３に示す状態）。これにより、２つの開口がラップする面積が大きくなり、流路面積が大きくなる。したがって、流量を増大させることができる。可動基板の回転角度は上流側の流体圧力が高くなるほど大きくなり、それに従って流路面積も大きくすることができる。以上のように、本願の流量調整機構では、安価な構成で流量を自動的に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態１に係る熱交換器を示す概略の構成図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る流量調整機構の概略構成を示す斜視図である。
【図３】図３は、実施形態１に係る流量調整機構の概略構成を示す斜視図である。
【図４】図４は、実施形態２に係る流量調整機構の概略構成を上流側から視て示す斜視図である。
【図５】図５は、実施形態２に係る流量調整機構の概略構成を下流側から視て示す斜視図である。
【図６】図６は、実施形態２に係る流量調整機構の概略構成を上流側から視て示す斜視図である。
【図７】図７は、実施形態２に係る流量調整機構の概略構成を下流側から視て示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本願の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本願に開示の技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００１０】
（実施形態１）
本願の実施形態１について説明する。図１に示すように、本実施形態の熱交換器１は、本願の請求項に係る流量調整機構９が用いられており、加熱流体（本実施形態では、蒸気）が被加熱流体（本実施形態では、水）と熱交換して凝縮するものである。本実施形態では、蒸気として、蒸気使用装置で残った蒸気や、高温ドレンから発生した再蒸発蒸気（フラッシュ蒸気）等が用いられる。
【００１１】
熱交換器１は、熱交換容器２と伝熱管３を備えている。熱交換容器２は、縦長の略円柱状に形成された容器である。熱交換容器２には、蒸気供給菅４、ドレン排出管５、冷水供給菅６および温水排出管７が接続されている。
【００１２】
蒸気供給菅４は、熱交換容器２の上部に接続されており、上述したように蒸気使用装置で残った蒸気等が熱交換容器２に供給される。ドレン排出管５は、熱交換容器２の底部に接続されており、熱交換容器２内で蒸気の凝縮によって発生したドレンが排出される。この排出されたドレンは、例えばドレンの利用側（図示省略）へ送られる。冷水供給菅６は、熱交換容器２の側部に接続されており、被加熱流体である水（冷水）が熱交換容器２に供給される。温水排出管７は、熱交換容器２の側部に接続されており、後述する伝熱管３で生成された温水が排出される。温水排出管７に排出された温水は、温水の利用側（図示省略）へ送られる。蒸気供給菅４および冷水供給菅６には供給弁８，１０が設けられ、温水排出管７には排出弁１１が設けられている。
【００１３】
伝熱管３は、熱交換容器２内に設けられている。伝熱管３は、入口端が冷水供給菅６に接続され、出口端が温水排出管７に接続され、被加熱流体である水（冷水）が下から上へ向かって流れる。熱交換容器２では、蒸気供給菅４から供給された蒸気が伝熱管３の水（冷水）と熱交換して凝縮し、水が加熱される。熱交換容器２は、蒸気の凝縮によって発生したドレンが底部に溜まるように構成されており、その溜まったドレンはドレン排出管５に排出される。
【００１４】
ドレン排出管５には、ドレンの流量（即ち、ドレンの排出量）を自動的に調整する流量調整機構９が設けられている。図２に示すように、流量調整機構９は、固定部材２０と可動部材３０を備えている。
【００１５】
固定部材２０は、円形の固定基板２１を有している。固定基板２１は、ドレン排出管５の管軸と同軸に配置されている。固定基板２１には、ドレンが流れる開口２２が形成されている。本実施形態において、開口２２は半円に近い扇形に形成されている。また、固定基板２１の中心には、可動部材３０を支持する軸部２３が設けられている。軸部２３は、固定基板２１の上流側の側面から突出する丸棒である。
【００１６】
可動部材３０は、円形の可動基板３１と、複数（本実施形態では、４つ）の羽根３４と、錘３５とを有し、固定部材２０の上流側に配置されている。
【００１７】
可動基板３１は、固定基板２１と同じ外径であり、ドレン排出管５の管軸（固定基板２１の軸）と同軸に配置されている。可動基板３１には、ドレンが流れる開口３２が形成されている。本実施形態において、開口３２は略半円に形成されている。ドレン排出管５の管軸は、略水平な軸であり、本願の請求項に係る流路軸を構成している。
【００１８】
４つの羽根３４は、湾曲した板状部材であり、可動基板３１の上流側の側面に設けられている。４つの羽根３４は、可動基板３１の周方向において等間隔に設けられている。羽根３４は、可動基板３１の側面に沿って延びる板状部材であり、長手方向の辺が可動基板３１の側面に接して立設されている。各羽根３４は、互いに可動基板３１の周方向において同じ方向（本実施形態では、上流側から視て右回り方向）へ湾曲している。錘３５は、可動基板３１の上流側の側面において外縁部に設けられている。つまり、錘３５は可動基板３１の側面において軸部２３（即ち、可動基板３１の回転中心）から離れた位置に設けられている。以下、「右回り」および「左回り」の語は、上流側から視たときの方向を示す。
【００１９】
可動部材３０は、可動基板３１が固定部材２０の軸部２３に嵌め込まれて回転自在に支持されている。固定部材２０と可動部材３０とは、互いの基板２１，３１が重なった状態で設けられている。また、各基板２１，３１は、互いの開口２２，３２がラップするように設けられている。流量調整機構９では、２つの開口２２，３２がラップする部分がドレンの流路となる。
【００２０】
可動部材３０は、ドレンの流体力（圧力）が羽根３４に作用することによって回転するように構成されている。つまり、可動部材３０はドレンの羽根３４を押す力（抗力）によって回転する。このドレンによる抗力は、羽根３４の湾曲形状の内側面（凹面）と外側面（凸面）の両方に作用するが、内側面に作用する抗力の方が外側面に作用する抗力よりも大きい。その結果、可動部材３０には右回りの回転力（以下、単に回転力とも言う。）が作用する。つまり、羽根３４はドレンの流体力が作用することによって可動基板３１に一定方向（右回り）の回転力を作用させる。そして、錘３５は、自身の重力によって、羽根３４による回転力に対抗する力（即ち、左回りの回転力）を可動基板３１に作用させるものであり、本願の請求項に係る対抗力付与機構を構成している。
【００２１】
可動部材３０は、上述した回転力が錘３５の重力よりも小さいときは、回転せずに錘３５が最下に位置した状態（図２に示す状態）となる。このとき、２つの開口２２，３２がラップする部分の面積（以下、ラップ面積と言う。）は最小面積となる。可動部材３０は、上述した回転力が錘３５の重力よりも大きくなると、図３に示すように、右回りに回転する。その可動部材３０の回転角度は、回転力が大きくなるほど大きくなる。流量調整機構９は、可動部材３０の回転角度が大きくなるに従って、２つの開口２２，３２のラップ面積が大きくなる。つまり、ドレンの流路面積が大きくなる。
【００２２】
このように、流量調整機構９は、ドレンの流体力（圧力）を可動部材３０の回転力に変換し、その可動部材３０の回転によって２つの開口２２，３２のラップ面積（ドレンの流路面積）が大きくなる（変化する）ように構成されている。
【００２３】
また、流量調整機構９は、可動部材３０の回転角度を所定範囲内に制限するように構成されている。具体的に、固定基板２１には、開口２２の内縁部から開口２２内に突出するストッパー２４が形成されている。可動部材３０の可動基板３１には、開口３２の内縁部の一部が下流側へ突出する突片３３が形成されている。可動部材３０は、突片３３が固定部材２０のストッパー２４に当たることで、左回りの回転動作が規制される。可動部材３０は、突片３３がストッパー２４に当たると、錘３５が最下に位置した状態（図２に示す状態）となり、２つの開口２２，３２のラップ面積（ドレンの流路面積）が最小となる。また、可動部材３０は、右回りに回転して突片３３が固定部材２０の開口２２の内縁部に当たることで、右回りの回転動作が規制される。つまり、突片３３が固定部材２０の開口２２の内縁部に当たるまで可動部材３０が回転すると、２つの開口２２，３２のラップ面積（ドレンの流路面積）は最大となる。
【００２４】
上記の熱交換器１では、蒸気供給菅４から熱交換容器２に供給された蒸気が伝熱管３の冷水と熱交換して凝縮し、冷水は加熱されて温水となる。温水は、温水排出管７に排出されて利用側へ送られる。蒸気の凝縮によって発生したドレンは、熱交換容器２の底部に溜まる。熱交換容器２に溜まったドレンは、ドレン排出管５に排出される。
【００２５】
ドレン排出管５に排出されたドレンは、流量調整機構９において形成されたドレン流路（２つの開口２２，３２がラップする部分）を通過する。熱交換器１の負荷が通常の場合、可動部材３０は例えば錘３５が最下に位置した状態（図２に示す状態）となり、ドレンの流路面積は最小となる。つまり、ドレンの流量（排出量）は最小となる。熱交換器１の負荷が急激に増大（例えば、冷水の供給量が増大）した場合、熱交換容器２では蒸気の凝縮量が増加して圧力が高くなる。そうすると、流量調整機構９では、可動部材３０の羽根３４に作用するドレンの流体力（圧力）が高くなるので、可動部材３０に作用する回転力が大きくなる。そして、この回転力が錘３５の重力よりも大きくなると、可動部材３０は回転する。これにより、流量調整機構９では、ドレンの流路面積が大きくなり、ドレンの流量が増加する。つまり、熱交換容器２から排出されるドレン流量が増大する。これにより、熱交換容器２の圧力が低下して通常の状態に戻る。流量調整機構９では、熱交換容器２の圧力が高くなるほど可動部材３０の回転角度が大きくなり、ドレンの流路面積が大きくなる。このように、流量調整機構９では、熱交換容器２の圧力に応じてドレンの流量（排出量）が自動的に調整される。
【００２６】
以上のように、上記実施形態の流量調整機構９によれば、互いの開口２２，３２がラップするように固定基板２１の上流側に回転自在な可動基板３１を重ね、ドレンの流体力が作用することによって可動基板３１に一定方向の回転力を作用させる羽根３４を可動基板３１の上流側の側面に設け、さらに可動基板３１の上流側の側面において軸部２３から離れた位置に錘３５（対抗力付与機構）を設けるようにした。そして、流量調整機構９では、可動基板３１が一定方向に回転するに従って、２つの開口２２，３２のラップ面積（ドレンの流路面積）が大きくなるように構成した。これにより、上流側のドレンの流体力（熱交換容器２の圧力）が大きくなるほど、可動基板３１（可動部材３０）の回転角度を大きくすることができ、これに従ってドレンの流路面積を大きくすることができる。よって、安価な構成でドレン流量を自動的に調整することができる。
【００２７】
（実施形態２）
本願の実施形態２について説明する。図４〜図７に示すように、本実施形態は、流量調整機構９における対抗力付与機構の構成を変更したものである。つまり、本実施形態の流量調整機構９は、上記実施形態１が対抗力付与機構として錘３５を用いたのに代えて、対抗力付与機構としてコイルバネ４１（バネ）を用いたものである。ここでは、上記実施形態１と異なる点について言及する。
【００２８】
本実施形態の流量調整機構９は、例えば管軸（流路軸）が上下方向に延びるドレン排出管５ａに設けられる。コイルバネ４１は、固定基板２１に取り付けられており、端部（可動端４１ｂ）が可動基板３１に接して該可動基板３１を上記一定方向と逆方向（即ち、左回り）に付勢するものである。具体的に、固定基板２１には、下流側の側面の中心に軸部４２が設けられている。軸部４２は、固定基板２１の側面から突出する丸棒である。コイルバネ４１は、軸部４２に挿入されて取り付けられている。また、固定基板２１および可動基板３１には、突片４３，４４が形成されている。突片４３は、固定基板２１における開口２２の内縁部の一部が下流側へ突出して形成されている。突片４４は、可動基板３１における開口３２の内縁部の一部が下流側へ突出して形成されている。コイルバネ４１は、一端部である固定端４１ａが固定基板２１の突片４３に固定され、他端部である可動端４１ｂが可動基板３１の突片４４に接している。
【００２９】
こうしてコイルバネ４１が取り付けられた流量調整機構９では、コイルバネ４１が可動基板３１を付勢することによって可動部材３０に左回りの回転力が作用する。可動部材３０は、羽根３４による右回りの回転力がコイルバネ４１による左回りの回転力よりも小さいときは、回転しない（図４および図５に示す状態）。このとき、２つの開口２２，３２のラップ面積は最小となる。また、可動部材３０は、羽根３４による右回りの回転力がコイルバネ４１による左回りの回転力よりも大きくなると、図６および図７に示すように、右回りに回転する。この可動部材３０の回転角度は、羽根３４による回転力が大きくなるほど大きくなる。そして、流量調整機構９では、上記実施形態１と同様、可動部材３０の回転角度が大きくなるに従って、２つの開口２２，３２のラップ面積が大きくなる。つまり、ドレンの流路面積が大きくなる。
【００３０】
また、本実施形態の流量調整機構９においても、可動部材３０の回転角度が所定範囲内に制限されている。可動部材３０は、突片４４がコイルバネ４１の固定端４１ａ側に当たることで、左回りの回転動作が規制される（図４および図５に示す状態）。このように可動部材３０の突片４４がコイルバネ４１の固定端４１ａ側に当たった状態で、２つの開口２２，３２のラップ面積（ドレンの流路面積）は最小となる。また、可動部材３０は、右回りに回転して突片４４が固定部材２０の開口２２の内縁部に当たることで、右回りの回転動作が規制される。このように可動部材３０の突片４４が固定部材２０の開口２２の内縁部に当たった状態で、２つの開口２２，３２のラップ面積（ドレンの流路面積）は最大となる。その他の構成は、上記実施形態１と同様である。
【００３１】
以上のように構成された本実施形態の流量調整機構９においても、上記実施形態１と同様の作用効果を奏する。特に、本実施形態では、対抗力付与機構としてコイルバネ４１を用い、そのコイルバネ４１の付勢力によって可動部材３０に回転力を作用させるようにしたため、ドレン排出管の管軸（流路軸）が上下方向に延びるものであっても、羽根３４による回転力に対抗する回転力を可動部材３０に作用させることができる。つまり、本実施形態の対抗力付与機構によれば、ドレン排出管の管軸方向（流路軸方向）の如何に関係なく、上述した回転力を可動部材３０に作用させることができる。
【００３２】
なお、上記の各実施形態の流量調整機構９では、羽根３４を湾曲した板状部材で構成したが、本願の請求項に係る羽根はこれに限らず、例えばＶ字状に屈曲させた板状部材であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本願に開示の技術は、上流側の流体圧力に応じて流量を自動的に調整する流量調整機構について有用である。
【符号の説明】
【００３４】
９        流量調整機構
２１      固定基板
２２      開口
２３      軸部（回転中心）
３１      可動基板
３２      開口
３４      羽根
３５      錘（対抗力付与機構）
４１      コイルバネ（バネ、対抗力付与機構）
４１ｂ    可動端（端部）
【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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【図７】
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