(57)【要約】【課題】入力圧と出力圧の平均値であるライン圧が変動しても遮断動作を行なう検出流量の変動がほとんど発生せず、ガスの遮断に用いることができる遮断弁を提供する。【解決手段】アダプタボディ２７の貫通孔２８の部分にプランジャ３０を配し、このプランジャ３０の下端の第１の圧力板３１によって第１のダイヤフラム２４を受けるとともに、プランジャ３０の上端の第２の圧力板３２の上面で第２のダイヤフラム３４を受けるようにし、しかも上記第１のダイヤフラム２４にはボディ１６の出力ポート１８によって出力圧を印加し、これに対して第２のダイヤフラム３４の上面には連通孔３９、４０を通して入力ポート１７に加えられる入力圧を印加する。【選択図】　図２
2004076803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量が設定値を超えたら遮断動作を行なう遮断弁において、
入力ポートと出力ポートとの間に設けられるバルブシートと、
前記バルブシートに対して接近および離間可能に配されるプランジャと、
前記バルブシートに対向するように前記プランジャの一端を受ける第１のダイヤフラムと、
前記プランジャの他端を受ける第２のダイヤフラムと、
を具備し、前記第１のダイヤフラムに出力圧が印加されるとともに、前記第２のダイヤフラムに入力圧が印加されることを特徴とする遮断弁。
【請求項２】
前記プランジャの一端に第１の圧力板が取付けられ、該第１の圧力板を介して前記第１のダイヤフラムが前記プランジャの一端を受けるとともに、前記プランジャの他端に第２の圧力板が取付けられ、該第２の圧力板を介して前記第２のダイヤフラムが前記プランジャの他端を受けることを特徴とする請求項１に記載の遮断弁。
【請求項３】
前記プランジャの外周部にコイルばねが配され、該コイルばねによって前記プランジャが前記第２のダイヤフラムを押圧するように付勢されることを特徴とする請求項１に記載の遮断弁。
【請求項４】
遮断動作を行なう流量がほぼ一定になるように前記第１のダイヤフラムと前記第２のダイヤフラムの有効面積の差が調整されることを特徴とする請求項１に記載の遮断弁。
【請求項５】
入力ポートと出力ポートとの間に前記バルブシートを経由しない絞りが設けられることを特徴とする請求項１に記載の遮断弁。
【請求項６】
入力ポートと前記第２のダイヤフラムの加圧空間とが連通孔を介して連通され、該連通孔を通して前記第２のダイヤフラムに入力圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の遮断弁。
【請求項７】
前記連通孔に絞りが設けられ、該絞りが遮断動作を緩衝することを特徴とする請求項１に記載の遮断弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は遮断弁に係り、とくに流量が設定値を超えたら遮断動作を行なう遮断弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体管路を流れる流体の遮断のために遮断弁が用いられる。遮断弁は流体の流量が設定値を超えた場合に遮断動作を行なうのに用いられる。このような遮断弁は配管の破裂や、事故による破断、あるいは着脱ミスによって流量が急激に増加した場合に、この流量増加による二次的な事故の発生を防止し、流量消費の極端な増加を防止するものである。
【０００３】
従来の遮断弁の一例は図７に示される。ここでボディ２の両端には入力ポート３と出力ポート４とが互いに対向して配されるとともに、中心部を貫通するように貫通孔５が形成され、この貫通孔５に筒体から成るバルブシート６が嵌着される。
【０００４】
上記バルブシート６を嵌着した貫通孔５と連通するように凹部７が同軸状に形成され、この凹部７に軸線方向に摺動可能に弁体８が配される。弁体８はバルブシート６の外周部に装着されたコイルばね９によって図７中左方に弁体８を押圧付勢する。なお弁体８の左方への移動量の最大ストロークはストッパ１０によって規制される。
【０００５】
このような遮断弁は、凹部７と弁体８の間の隙間を通って流体が流れるが、このときの流体の量が増加すると弁体８と凹部７との間の隙間の絞り抵抗によって弁体８が図７中右方への力を受け、コイルばね９に抗してバルブシート６の先端部に圧着し、流路を遮断する遮断動作を行なう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の遮断弁は、ボディ２の両端の入力ポート３側と出力ポート４側の圧力の差によって流量を検出し、流量が設定値を超えた場合に流路を遮断するものである。このような遮断弁を液体の遮断に使用する場合には圧縮性が無視されるために、入力圧と出力圧の平均値、すなわちライン圧が変化しても流量変化は発生しない。
【０００７】
ところがこの種の遮断弁を気体の遮断動作に使用すると、気体の圧縮性によって質量流量が極端に変化する問題があり、このような質量流量の極端な変化に対応して遮断動作を行なう遮断流量が大幅に変化する。従って気体を遮断するための遮断動作としては不適当なものであったり、使用できなかったりする欠点がある。
【０００８】
また従来のこの種の遮断弁は、感度が悪く、しかも遮断動作が急激に行なわれ、ゆっくりと遮断動作を行なうことができなかった。またシステムの起動時に遮断弁が不測に作動する問題があった。
【０００９】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、ライン圧、すなわち入力圧と出力圧の平均値が変動しても遮断流量がほとんど変化することがなく、とくに気体に用いた場合にも安定的に作動し、これによってより確実な遮断動作が可能な遮断弁を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願の主要な発明は、
流量が設定値を超えたら遮断動作を行なう遮断弁において、
入力ポートと出力ポートとの間に設けられるバルブシートと、
前記バルブシートに対して接近および離間可能に配されるプランジャと、
前記バルブシートに対向するように前記プランジャの一端を受ける第１のダイヤフラムと、
前記プランジャの他端を受ける第２のダイヤフラムと、
を具備し、前記第１のダイヤフラムに出力圧が印加されるとともに、前記第２のダイヤフラムに入力圧が印加されることを特徴とする遮断弁に関するものである。
【００１１】
ここで前記プランジャの一端に第１の圧力板が取付けられ、該第１の圧力板を介して前記第１のダイヤフラムが前記プランジャの一端を受けるとともに、前記プランジャの他端に第２の圧力板が取付けられ、該第２の圧力板を介して前記第２のダイヤフラムが前記プランジャの他端を受けるようにすることが好ましい。また前記プランジャの外周部にコイルばねが配され、該コイルばねによって前記プランジャが前記第２のダイヤフラムを押圧するように付勢されることが好適である。また遮断動作を行なう流量がほぼ一定になるように前記第１のダイヤフラムと前記第２のダイヤフラムの有効面積の差が調整されるようにすることが好ましい。また入力ポートと出力ポートとの間に前記バルブシートを経由しない絞りが設けられるようにすることが好適である。また入力ポートと前記第２のダイヤフラムの加圧空間とが連通孔を介して連通され、該連通孔を通して前記第２のダイヤフラムに入力圧が印加されるようにすることが好ましい。また前記連通孔に絞りが設けられ、該絞りが遮断動作を緩衝することが好適である。
【００１２】
本願に含まれる発明の好ましい態様は、圧力補正機構を内蔵し、この圧力補正機構によってガスの質量流量を検出するようにし、入力圧と出力圧の平均値であるライン圧が変動しても遮断動作を行なう検出流量変動がほとんど発生しないようにしたものである。これによって遮断動作を行なう直前のガスの流量をほぼ一定にすることが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１および図２は本発明の一実施の形態に係る遮断弁の構成を示すものであって、この遮断弁はその底部側がブロック状のボディ１６から構成される。ボディ１６はその両側面が平坦にカットされるとともに、左右の両側の円弧面にそれぞれ入力ポート１７と出力ポート１８とが互いに対向するように形成される。そして入力ポート１７に連通するように横孔１９が形成されるとともに、この横孔１９の終端が縦孔２０に連通している。縦孔２０はその上縁の開口縁部がバルブシートを形成している。また上記縦孔２０の外周壁を構成する壁部２１には小孔から成る固定オリフィス２２が形成されている。
【００１４】
上記ボディ１６の上面であって上記縦孔２０および壁部２１の外周側の出力ポート１８と連通される部分に臨むように凹部２３が形成され、この凹部２３に第１のダイヤフラム２４が配されている。ダイヤフラム２４の周縁部は直方体状のブロックから成るアダプタボディ２７の下端側の部分で固定されるようになっている。アダプタボディ２７はその中心部を貫通するように貫通孔２８が形成されるとともに、この貫通孔２８の下端側であってその内周面にはリング状突部２９が形成されている。そして貫通孔２８内にはプランジャ３０が上下方向に摺動可能に配されている。なお貫通孔２８内は小孔４２によって大気開放されている。
【００１５】
上記プランジャ３０はその下端側に第１の圧力板３１を一体に備え、上端側に第２の圧力板３２を一体に備えている。なお第１の圧力板３１はアダプタボディ２７の下端側に形成されている凹部３５内に配されている。これに対して第２の圧力板３２はアダプタボディ２７の上面に設けられている凹部３３に収納されている。そして上側の圧力板３２と接するように第２のダイヤフラム３４が設けられている。このダイヤフラム３４は周縁部がカバープレート３７によって押えられるとともに、このカバープレート３７の下面の凹部３８内に位置している。
【００１６】
上記プランジャ３０はその外周部にコイルばね３６が装着されるとともに、このコイルばね３６の下端側の部分がリング状突部２９によって受けられ、これによってコイルばね３６が第２の圧力板３２の下面を介してプランジャ３０を上方に押圧している。またダイヤフラム３４の上面であって上記凹部３８によって形成される空間はアダプタボディ２７の連通孔３９およびカバープレート３７の連通孔４０を通して入力ポート１７に連通され、第２のダイヤフラム３４の上面に入力圧が印加されるようになっている。
【００１７】
このように本実施の形態の遮断弁は、ボディ１６と、アダプタボディ２７、コイルばね３６、プランジャ３０、上下の圧力板３１、３２、ダイヤフラム２４、３４によって構成される差圧検出アセンブリと、カバープレート３７とによって構成されている。
【００１８】
図３はこのような構成の遮断弁をブロックダイヤグラムによって示したものであって、弁体を構成するプランジャ３０がコイルばね３６によって上方に付勢されるとともに、入力ポート１７と出力ポート１８とを連通するように固定オリフィス２２が設けられている。
【００１９】
以上のような構成に係る遮断弁の動作原理を説明する。入力ポート１７には１次圧すなわち入力圧Ｐｉｎが印加され、ボディ１６内の横孔１９、縦孔２０、およびバルブシートの隙間を通って出力ポート１８に流出するようになっている。ここで入力ポート１７から流入する圧力Ｐｉｎは分岐されて連通孔３９、４０を通して第２のダイヤフラム３４の上部に印加される。また出力ポート１８の出力圧Ｐｏｕｔ　はそのまま第１のダイヤフラム２４の下面に印加される。
【００２０】
従ってこの遮断弁の流量係数をＣｓ　とするとこの弁を流れる流量Ｑは、
Ｑ＝Ｃｓ　√（Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔ　）×√（Ｐｉｎ＋Ｐｏｕｔ　）／２　（１）
で表わされる。ここでＰｉｎ−Ｐｏｕｔ　＝△Ｐ、（Ｐｉｎ＋Ｐｏｕｔ　）／２＝Ｐａ　とすると、上記の（１）式は、
Ｑ＝Ｃｓ　√△Ｐ×√Ｐａ　（２）
ここで上記遮断弁に働く力について考察するに、この遮断弁が開放状態の場合には、コイルばね３６の反力をＦｓｐとし、第１のダイヤフラム２４の有効面積をＳ１　とし、第２のダイヤフラム３４の有効面積をＳ２　とすると、
Ｐｉｎ×Ｓ２　−Ｐｏｕｔ　×Ｓ１　＜Ｆｓｐ　（３）
である。
【００２１】
流量が増大すると出力圧Ｐｏｕｔ　が下がる。流量の増加に伴ってＰｏｕｔ　が低下し、Ｐｉｎ×Ｓ２　−Ｐｏｕｔ　×Ｓ１　＞Ｆｓｐの状態になると、この遮断弁が閉まり始め、同時に閉まる動作によってＰｏｕｔ　がさらに減少するのでこの遮断弁は瞬間的にＯＦＦの状態すなわち遮断状態に移行する。
【００２２】
ＯＦＦの状態に移行する直前の入力圧ＰｉｎをＰｉｎ’　とすると、
Ｐｉｎ’　×Ｓ２　−Ｐｏｕｔ　×Ｓ１　＝Ｆｓｐ　（４）
Ｐｉｎ’　×Ｓ２　−（Ｐｉｎ’　−△Ｐ）×Ｓ１　＝Ｆｓｐ　（５）
Ｐｉｎ’　×（Ｓ２　−Ｓ１　）＋△Ｐ×Ｓ１　＝Ｆｓｐ　（６）
【００２３】
上記（６）式から次の式が導かれる。
△Ｐ＝Ｆｓｐ／Ｓ１　−Ｐｉｎ’　（Ｓ２　−Ｓ１　）／Ｓ１　（７）
この（７）式を（２）式に代入すると、
Ｑ＝Ｃｓ　√（Ｆｓｐ／Ｓ１　−Ｐｉｎ’　（Ｓ２　−Ｓ１　））／Ｓ１　
×√Ｐａ　（８）
【００２４】
つまりＰａ　がＫＰａ　へＫ倍変化した場合に、Ｆｓｐ／Ｓ１　−Ｐｉｎ’　（Ｓ２　−Ｓ１　）がＦｓｐ／Ｓ１　−Ｐｉｎ’　（Ｓ２　−Ｓ１　）／Ｋに近づくようにＳ２　−Ｓ１　を設定すれば、弁がＯＦＦになる直前の流量をほぼ一定にすることが可能になる。
【００２５】
すなわち図２に示すようにアダプタボディ２７の内部に内蔵されている質量流量を検出する機構の動作によって、ライン圧Ｐａ　が変化しても、検出流量の変動がほとんど発生しなくなる利点をもたらす。またこのような遮断弁は、出力圧Ｐｏｕｔ　を第１のダイヤフラム２４によって、入力圧Ｐｉｎを第２のダイヤフラム３４によってそれぞれ受けるようにしており、広い面積のダイヤフラム３４、２４によって入力圧Ｐｉｎと出力圧Ｐｏｕｔ　を検出するようにしているために、遮断動作の感度が非常に良好になる。
【００２６】
このようにして流量の増加により遮断動作を行なった遮断弁は、壁部２１に形成されている小孔２２によってリセットされる。すなわち遮断動作を行なった後に入力ポート１７と接続される入力圧を遮断すると、固定オリフィス２２を通して入力ポート１７から出力ポート１８に直接ガスが流動し、やがて入力圧Ｐｉｎと出力圧Ｐｏｕｔ　とが互いに等しくなる。よってコイルばね３６の弾性復元力によってプランジャ３０が上昇動作し、第１のダイヤフラム２４がバルブシートから離間する。逆に遮断状態で出力ポート１８と接続されている出力側を閉じると、固定オリフィス２２を通して入力ポート１７から出力ポート１８にガスが流動し、やがて入力圧Ｐｉｎと出力圧Ｐｏｕｔ　とが等しくなる。従ってこの場合にも、コイルばね３６の弾性復元力によってプランジャ３０が上昇動作し、第１のダイヤフラム２４がバルブシートから離れて遮断動作が解除される。
【００２７】
図４はこのような遮断動作を行なう遮断弁のライン圧Ｐａ　に対する遮断流量Ｑ、すなわち検出流量の変化を示している。本願の遮断弁の大きな特徴は、入力圧Ｐｉｎと出力圧Ｐｏｕｔ　の平均値であるライン圧Ｐａ　が変化しても、遮断流量がほとんど変化せず、ほぼ一定の特性を示すことになる。これを従来の遮断弁と比較すれば明らかな如く、従来の遮断弁においてはライン圧が増大するに従って遮断流量が増加する欠点を有していたが、このような欠点が本願の遮断弁によって解消されることになる。
【００２８】
図５および図６は第２の実施の形態を示している。この実施の形態の上記第１の実施の形態との差異は、入力ポート１７と凹部３８とを連通させる連通孔３９、４０の内の一方、例えば連通孔３９の終端の部分に絞り４５を設け、この絞り４５によって入力圧Ｐｉｎの伝達の遅延を行なうようにしたものである。このような絞り４５を設けることによって、入力圧が急激に変化した場合における遮断動作を遅延させることが可能になる。なおそれ以外の構成および動作は上記第１の実施の形態と同様である。
【００２９】
以上本願に含まれる発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願の発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願に含まれる発明の技術的思想の範囲内で各種の変更が可能である。例えば全体の形状やダイヤフラム２４、３４の大きさ、あるいは圧力板３１、３２の大きさ等については使用する目的に応じて任意に変更可能である。
【００３０】
【発明の効果】
本願の主要な発明は、流量が設定値を超えたら遮断動作を行なう遮断弁において、入力ポートと出力ポートとの間に設けられるバルブシートと、バルブシートに対して接近および離間可能に配されるプランジャと、バルブシートに対向するようにプランジャの一端を受ける第１のダイヤフラムと、プランジャの他端を受ける第２のダイヤフラムと、を具備し、第１のダイヤフラムに出力圧が印加されるとともに、第２のダイヤフラムに入力圧が印加されるようにしたものである。
【００３１】
従ってこのような遮断弁によれば、プランジャと第１および第２のダイヤフラムとから成る質量流量の検出機構によって通過する質量流量を検出することが可能になり、このような質量流量の検出に応じて遮断動作を行なうことが可能になるために、入力圧と出力圧の平均値であるライン圧が変動しても遮断動作を行なうときの流量の変動がほとんどなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】遮断弁の構成を示す平面図である。
【図２】同遮断弁の縦断面図である。
【図３】同遮断弁のブロックダイヤグラムである。
【図４】遮断弁の遮断流量特性を示すグラフである。
【図５】別の実施の形態の遮断弁の縦断面図である。
【図６】同遮断弁のブロックダイヤグラムである。
【図７】従来の遮断弁の要部平面図である。
【符号の説明】
２　ボディ
３　入力ポート
４　出力ポート
５　貫通孔
６　バルブシート（筒体）
７　凹部
８　弁体
９　コイルばね
１０　ストッパ
１６　ボディ
１７　入力ポート
１８　出力ポート
１９　横孔
２０　縦孔（バルブシート）
２１　壁部
２２　固定オリフィス（小孔）
２３　凹部
２４　ダイヤフラム（第１）
２７　アダプタボディ
２８　貫通孔
２９　リング状突部
３０　プランジャ
３１　圧力板（第１）
３２　圧力板（第２）
３３　凹部
３４　ダイヤフラム（第２）
３５　凹部
３６　コイルばね
３７　カバープレート
３８　凹部
３９、４０　連通孔
４５　絞り
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004076803.tif 000006
【図５】
2004076803.tif 000007
【図６】
2004076803.tif 000008
【図７】
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