(57)【要約】【課題】機械的駆動装置を特に必要とすることなく遠隔操作が可能で、従って安価であり、しかも流路開放時の流体圧力損失が低い流量制御装置を得ることを目的とする。【解決手段】ハウジング１内の空間２に、それぞれ第１の径を有する第１の円筒面４とこの第１の円筒面４と同軸で第１の径より小さい第２の径を有する第２の円筒面５、および所定の深さを有し第２の円筒面５に開口する環状溝６からなる開閉動作空間部３を形成し、この開閉動作空間部６内に、環状溝６の側面と気密に当接して配設され、環状溝６の底面から導入する制御流体の圧力変化によりその外径が変化する環状弾性体１０および環状弾性体１０内に配設された環状バネ１１を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に空間を有するハウジング、このハウジングに形成され上記空間の一端に連通する被制御流体導入口、上記ハウジングに形成され上記空間の他端に連通する被制御流体導出口、上記ハウジングに形成され制御流体を導入する制御流体導入口、上記空間内の上記一端と他端との間に形成された開閉動作空間部、およびこの開閉動作空間部に設けられ、上記制御流体導入口からの制御流体の圧力に応じて上記開閉動作空間部における上記被制御流体の通路断面を制御する開閉制御体を備えた流量制御装置であって、
上記開閉動作空間部は、上記空間内面を形成する、それぞれ第１の径を有する第１の円筒面とこの第１の円筒面と同軸で上記第１の径より小さい第２の径を有する第２の円筒面、および所定の深さを有し上記第２の円筒面に開口する環状溝で形成されており、
上記開閉制御体は、上記開閉動作空間部内に上記環状溝の側面と気密に当接して配設され、上記環状溝の底面から導入する上記制御流体の圧力変化によりその外径が変化する環状弾性体からなることを特徴とする流量制御装置。
【請求項２】
上記環状弾性体は、断面が中空のパイプ状に形成され、上記環状弾性体の外径を低減させる方向に蓄勢された環状バネを上記中空内に配設したことを特徴とする請求項１記載の流量制御装置。
【請求項３】
上記環状弾性体は、断面が中空でその内径中央で分離された略Ｃ字状で上記制御流体が上記中空内に導入されるように形成され、上記環状弾性体の外径を低減させる方向に蓄勢された環状バネを上記中空内に配設したことを特徴とする請求項１記載の流量制御装置。
【請求項４】
上記環状溝は、その溝幅が、径が大きくなるにつれて減少するように、その両側面が径方向にテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の流量制御装置。
【請求項５】
内部に空間を有するハウジング、このハウジングに形成され上記空間の一端に連通する被制御流体導入口、上記ハウジングに形成され上記空間の他端に連通する被制御流体導出口、上記空間内の上記一端と他端との間に形成された開閉動作空間部、およびこの開閉動作空間部に設けられ、上記開閉動作空間部における上記被制御流体の通路断面を制御する開閉制御体を備えた流量制御装置であって、
上記開閉動作空間部は、上記空間内面を形成する、それぞれ第１の径を有する第１の円筒面とこの第１の円筒面と同軸で上記第１の径より小さい第２の径を有する第２の円筒面、および所定の深さを有し上記第２の円筒面に開口する環状溝で形成されており、
上記開閉制御体は、上記開閉動作空間部内に上記環状溝の側面と気密に当接して配設された環状弾性体、および温度によって上記環状弾性体の外径が変化するよう、上記温度によって異なる形状を取るよう記憶され上記環状弾性体と一体に構成された形状記憶合金を備えたことを特徴とする流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体や気体の流量を調節制御する流量制御装置に関し、特に、遠隔操作が簡単に行え、流路開放時における流体圧力損失の低減が可能な流量制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、水処理場や各種化学プラント等では、各種の液体、気体の供給、流量を制御するため、各種の流量制御弁が大量に使用される。特に、流路開放時の流体圧力損失が低いことを要求される流量制御弁は、一般に、開位置と閉位置との間の弁の駆動変位が大きく、これを遠隔操作で実現するためには、電動機や電磁弁等の機械的駆動装置を備えたものが必要とされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
以上のように、遠隔操作式であって、しかも、流路開放時の流体圧力損失が低いことを要求される流量制御弁は、電動機や電磁弁等の機械的駆動装置を備えたものが必要とされ、コストが高くなると共に、これら駆動装置の保守にも費用が掛かり、全体として経済性に改善の余地があった。
この発明は以上のような要請に応えるもので、機械的駆動装置を特に必要とすることなく遠隔操作が可能で、従って安価であり、しかも流路開放時の流体圧力損失が低い流量制御装置を得ることを目的とする。
また、流路開放時の流体圧力損失が低く、温度の異常で自動的に流路を遮断できる流量制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明に係る流量制御装置は、内部に空間を有するハウジング、このハウジングに形成され空間の一端に連通する被制御流体導入口、ハウジングに形成され空間の他端に連通する被制御流体導出口、ハウジングに形成され制御流体を導入する制御流体導入口、空間内の一端と他端との間に形成された開閉動作空間部、およびこの開閉動作空間部に設けられ、制御流体導入口からの制御流体の圧力に応じて開閉動作空間部における被制御流体の通路断面を制御する開閉制御体を備えた流量制御装置であって、
開閉動作空間部は、空間内面を形成する、それぞれ第１の径を有する第１の円筒面とこの第１の円筒面と同軸で第１の径より小さい第２の径を有する第２の円筒面、および所定の深さを有し第２の円筒面に開口する環状溝で形成されており、
開閉制御体は、開閉動作空間部内に環状溝の側面と気密に当接して配設され、環状溝の底面から導入する制御流体の圧力変化によりその外径が変化する環状弾性体からなるものである。
【０００５】
また、この発明に係る流量制御装置は、内部に空間を有するハウジング、このハウジングに形成され空間の一端に連通する被制御流体導入口、ハウジングに形成され空間の他端に連通する被制御流体導出口、空間内の一端と他端との間に形成された開閉動作空間部、およびこの開閉動作空間部に設けられ、開閉動作空間部における被制御流体の通路断面を制御する開閉制御体を備えた流量制御装置であって、
開閉動作空間部は、空間内面を形成する、それぞれ第１の径を有する第１の円筒面とこの第１の円筒面と同軸で第１の径より小さい第２の径を有する第２の円筒面、および所定の深さを有し第２の円筒面に開口する環状溝で形成されており、
開閉制御体は、開閉動作空間部内に環状溝の側面と気密に当接して配設された環状弾性体、および温度によって環状弾性体の外径が変化するよう、温度によって異なる形状を取るよう記憶され環状弾性体と一体に構成された形状記憶合金を備えたものである。
【発明の効果】
【０００６】
この発明に係る流量制御装置は、以上のように、例えば、閉路状態にある場合、制御流体の圧力を下げるのみで、環状弾性体の外径が減少し、これによって、空間の第１の円筒面との間に隙間が発生し、この隙間の寸法に第１の円筒面の周長をかけた面積の大きな流路断面が確保され、低圧力損失での流路開放が実現する。
【０００７】
また、この発明に係る流量制御装置は、以上のように、例えば、低圧力損失での流路開放中に、温度が所定以上上昇すると、形状記憶合金の形状が高温時の記憶形状に変形し、これに伴い環状弾性体の外径が増大して第１の円筒面と当接し自動的に流路を遮断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１および図２は、この発明の実施の形態１における流量制御装置の構成、動作を説明するための断面図で、図１は、開路状態、図２は、閉路状態を示す。図において、全体は、外径が円筒形のハウジング１に組み込まれている。ハウジング１は、例えば、アルミニゥムや鉄の鋳物に一部機械加工を施して製作され、上段部１Ａ、下段部１Ｂ、そして中段部１Ｃから構成されている。詳細な図示は省略しているが、上段部１Ａの軸中心位置に下方に突出して形成された雄ねじ部を、中段部１Ｃの軸中心位置に形成された雌ねじ部に螺合することで、上段部１Ａと中段部１Ｃとが一体に結合されている。上段部１Ａと下段部１Ｂとは、下段部１Ｂの上部周縁部に一定間隔で形成された雌ねじ部に上段部１Ａから雄ねじを螺合することにより一体に結合されている。
【０００９】
ハウジング１の内部には空間２が形成されており、流量制御の対象流体である被制御流体を導入する導入口７は、上段部１Ａに設けられており、空間２の一端７Ａに連通する構造となっている。被制御流体を導出するための導出口８は、下段部１Ｂに設けられており、空間２の他端８Ａに連通する構造となっている。
下段部１Ｂの内面円筒部分は、第１の径を有する第１の円筒面４に仕上げられている。上段部１Ａと中段部１Ｃとの内面円筒部分は、第１の径より小さい第２の径を有する第２の円筒面５に仕上げられている。
更に、上段部１Ａと中段部１Ｃとの組み合わせ体には、所定の深さの第２の円筒面５に開口する、後述する環状弾性体１０を挿入する環状溝６が形成されている。環状溝６の両側面は、挿入される環状弾性体１０との滑りが良くなるようフッ素樹脂加工がなされている。そして、この第１の円筒面４と第２の円筒面５と環状溝６とで形成される空間を開閉動作空間部３と称するものとする。
被制御流体の流量を制御するための制御流体を導入する制御流体導入口９が上段部１Ａに設けられており、開孔９Ａを介して環状溝６の底面に連通する構造となっている。
【００１０】
環状弾性体１０は、図示のように、断面が中空でその内径中央で分離された略Ｃ字状の形状に成形されており、その上下両外表面が環状溝６の側面と気密に当接するようになっている。また、制御流体導入口９からの制御流体が、環状弾性体１０の中空内に導入される構造となっている。更に、この環状弾性体１０の中空内には、環状バネ１１が挿入されており、その蓄勢力により、環状弾性体１０の外径を低減させる方向に作用するようになっている。
この発明では、環状弾性体１０と環状バネ１１とにより開閉制御体を構成する。
なお、環状弾性体１０の材料としては、主として、被制御流体の種別や温度等の使用条件を考慮して、フッ素ゴム、シリコンゴム、ニトリルゴム等を適宜選択して使用する。
【００１１】
次に、開閉操作の要領について説明する。図１は、流路開路位置に操作した場合を示し、制御流体の圧力Ｐ１は、例えば、Ｐ１＝０Ｍｐａ（ゲージ圧）に操作している。環状弾性体１０は、最も外径を小さくした形状で環状溝６内に収まっており、開閉動作空間部３においては、第１の径の第１の円筒面４と環状弾性体１０の外径との間に所定の間隙が生じ、この間隙の寸法と第１の円筒面４の周長を掛けた面積の流路断面が確保される。従って、その流路断面の形態から流体圧力損失は極めて小さい値となり、例えば、大きな流量Ｑ１の被制御流体を導入口７から導入して導出口８から導出することができる。
【００１２】
図２は、流路閉路位置に操作した場合を示す。制御流体の圧力Ｐ２は、例えば、Ｐ２＝１．０Ｍｐａに操作しており、この圧力を受けて環状弾性体１０は、環状バネ１１の収縮力に抗して伸張しその一部先端が環状溝６からはみ出し、第１の円筒面４に当接して開閉動作空間部３における流路断面を完全に閉塞して被制御流体の流量Ｑ２は０となっている。
なお、閉路操作時の制御流体の圧力Ｐ２は、被制御流体の圧力より高い範囲で、環状弾性体１０と環状バネ１１の弾性力を考慮して設定する必要がある。
【００１３】
再度、流路開路位置に操作する場合は、制御流体の圧力を下げて環状弾性体１０を収縮させればよいが、例えば、閉路操作期間が長期間となった場合や、流量制御装置としての使用期間が長年月にわたり環状弾性体１０の材質の経年劣化による弾性力の低下等による収縮力不足を考慮して、環状弾性体１０の中空内に環状バネ１１を挿入している。即ち、環状バネ１１は常に収縮する方向に蓄勢されているので、流路開路操作に向けた環状弾性体１０の収縮動作をこの環状バネ１１の蓄勢力が補助し、確実な流路開路操作がなされる。
【００１４】
以上のように、この発明の実施の形態１の流量制御装置においては、制御流体の圧力を調整することで流路開閉操作が可能となるので、特別の機械的駆動装置を必要とせず、安価な装置で遠隔開閉操作が実現する。かつ、流体開路操作時は、リング状の大きな流路断面が確保できるので、開路時の流体圧力損失を低くできる。
なお、環状弾性体１０を断面中実のものとし、開閉制御体をこの環状弾性体１０のみで構成するようにしてもよい。
【００１５】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２における流量制御装置で使用する環状弾性体１０ａおよび環状バネ１１ａを示す。特に、環状弾性体１０ａは、図に示すように、そのＣ字状断面の、下端から上方に突出して形成された舌片の先端が、上端に設けられた溝に嵌合し、断面内部に環状バネ１１ａを囲む袋状となる。
従って、特に、流路閉路位置から流路開路位置に操作する場合、環状バネ１１ａの収縮力が環状弾性体１０ａに確実に伝達され開路操作がより確実になされる。
【００１６】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３における流量制御装置の構成を示す断面図で、ここでは、開路位置操作状態を示している。先の実施の形態１での図１と異なるのは、開閉動作空間部３における、環状溝の形状のみである。即ち、この実施の形態３の図４の環状溝６ａは、その溝幅（図の縦方向の寸法）が、径が大きくなるにつれて減少するように、その上下に位置する両側面が径方向にテーパ状に形成されている。
従って、特に、流路閉路位置から図４に示す流路開路位置に操作する場合、このテーパ面の効果により環状バネ１１が収縮して図４に示す元の外形に復帰し易くなり、結果として開閉操作の信頼性が向上する。
【００１７】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４における流量制御装置の構成を示す断面図である。流路開路位置における流体圧力損失を小さくする点は、先の各実施の形態と同一の構成を採用しているが、開閉の動作原理が異なる。即ち、ここでは、制御流体は使用せず、開閉制御体は、環状溝６内に収められた環状弾性体１２とこの環状弾性体１２内に一体に埋め込まれた形状記憶合金１３とから構成されている。そして、形状記憶合金１３は、所定の温度範囲内では、図５に示すように、比較的小さい径の形状を記憶しているが、上記範囲を越えて温度が上昇すると、予め記憶している、大きな径の形状に自ら変形し、一体に形成された環状弾性体１２を変形させてその外径を増大させ開閉動作空間部３における流路断面を閉塞して被制御流体の導出を阻止する。
【００１８】
この実施の形態４の流量制御装置は、各種設備プラントにおいて要求され得る、温度の異常上昇時、被制御流体の導出を自動的に遮断する流量制御装置として利用することができる。外部からの制御手段を必要とすることなく、自ら自動的に上述した保護動作を実行するので、装置が簡便安価となり、また、被制御流体を導出する正常時に、その流路圧力損失が小さいので、特に、常時、大流量の流体を扱う用途に利用するとメリットが大きい。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
以上では、流量制御装置として動作する独立した装置として説明したが、この発明は、例えば、図１における、ハウジングの下段部１Ｂに近い形状に製作されたシリンダの漏れ試験等にも利用することができる。即ち、この場合は、ハウジングの上段部１Ａおよび中段部１Ｃの部分を漏れ試験用の治具とし、この治具を上記シリンダに取り付けた状態で制御流体の圧力を高めて環状弾性体１０により開閉動作空間部３における流路断面を閉塞し、導入口７から所定の試験圧力の流体を供給して漏れ試験を行うことができる。シリンダを含む機械装置の組み立て工程の途中で当該シリンダのみの漏れ試験が要求される場合等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施の形態１における流量制御装置の流路開路位置操作状態を示す断面図である。
【図２】同じく、流量制御装置の流路閉路位置操作状態を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２における流量制御装置で使用する環状弾性体１０ａおよび環状バネ１１ａを示す図である。
【図４】この発明の実施の形態３における流量制御装置の構成を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態４における流量制御装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  ハウジング、２  空間、３  開閉動作空間部、４  第１の円筒面、
５  第２の円筒面、６，６ａ  環状溝、７  導入口、８  導出口、９  制御流体導入口、１０，１０ａ，１２  環状弾性体、１１，１１ａ  環状バネ、１３  形状記憶合金。
【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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