(57)【要約】      （修正有）【課題】広範な流量範囲において高精度な流量調節が可能で、円柱弁体の回転角と流量に直線的又は緩やかな曲線的な比例関係性をもつ流量調節弁を供給する。【解決手段】近接して略平行に相対する一対の円柱弁体２を備え、かつ、円柱弁体２の円周側から円柱弁体２の軸心方向に切欠き状流量調節溝３を設け、円柱弁体２を対向回転させることにより流量調節溝３によって形成される通過部の開口面積を変化させて流動性粉粒体の通過量を調節する流量調節弁１において、円柱弁体２に、円柱弁体２の回転角の増加につれて通過部の開口面積が徐々に増加するように流量調節溝３が設けられた第１制御区間と、回転角の増加につれて通過部の開口面積が徐々に減少するように流量調節溝が設けられた第２制御区間と、流量調節溝が設けられていない閉塞区間とを備え、少なくとも第１制御区間において回転角と開口面積とが略直線的な比例関係を持つように流量調節溝３を形成する。【選択図】図３
2017172776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動性粉粒体の流れ方向に対して略直角に配置され、近接して略平行に相対する一対の円柱弁体を備え、かつ、前記円柱弁体の円周側から前記円柱弁体の軸心方向に切欠き状流量調節溝を設けるとともに、前記円柱弁体を対向回転させることにより前記円柱弁体の前記流量調節溝によって形成される通過部の開口面積を変化させることにより、前記流動性粉粒体の通過量を調節する流量調節弁において、
前記円柱弁体が、
前記円柱弁体の回転角の増加につれて前記通過部の開口面積が徐々に増加するように前記流量調節溝が設けられた第１制御区間と、
前記円柱弁体の回転角の増加につれて前記通過部の開口面積が徐々に減少するように前記流量調節溝が設けられた第２制御区間と、
前記流量調節溝が設けられていない閉塞区間を有しており、さらに、
少なくとも前記第１制御区間において前記回転角と前記開口面積とが略直線的な比例関係を持つように前記流量調節溝が形成されていることを特徴とする流量調節弁。
【請求項２】
前記第１制御区間と前記第２制御区間のいずれにおいても、前記回転角と前記開口面積とが略直線的な比例関係を持つように前記流量調節溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流量調節弁。
【請求項３】
前記円柱弁体の回転角と開口面積との直線的な比例関係からの最大偏差が１５％以内になるように、前記流量調節溝の大きさを補正したことを特徴とする請求項１又は２に記載の流量調節弁。
【請求項４】
前記円柱弁体の回転角と開口面積との直線的な比例関係からの最大偏差が１０％以内になるように、前記流量調節溝の大きさを補正したことを特徴とする請求項３に記載の流量調節弁。
【請求項５】
前記第１制御区間と前記第２制御区間の前記流量調節溝の溝パターンが、前記第１制御区間と前記第２制御区間の境界を中心として左右対称形であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の流量調節弁。
【請求項６】
少なくとも前記第１制御区間の流量調節溝が形成される範囲が、前記円柱弁体の円周の１／４周未満であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の流量調節弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円柱表面に流体が通過できるように流量調節溝が形成された一対の円柱弁体対を、ほぼ平行な回転軸で互いに対向方向に連動回転するように構成した流量調節弁に関する。詳しくは、円柱対構造を持つ流量調節弁に関し、広範な流量範囲において高精度な流量調節が可能で、円柱弁体対の回転角と流量に高い直線的な比例関係をもつ流量調節弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、円柱表面に流体が通過できるように流量調節溝が形成された一対の円柱をほぼ平行な回転軸で互いに対向方向に連動回転するように構成した流量調節弁が知られており（例えば、下記特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４参照。）、粉体又は粒体（以下「粉粒体」という。）あるいは粉粒体と気体、及び／又は液体との混合流体（以下「流動性粉粒体」という。）の流量を調節するのに好ましく用いられてきた。
【０００３】
これらの流量調節弁においては、流動性粉粒体の流量は、円柱弁体対に設けられた流量調節溝の開口面積により定められる。しかしながら、かかる従来の流量調節弁においては、回転角と開口面積は直線的な比例関係を有していないため、回転角と流量との関係も直線的な比例関係を有しておらず、流量調節において煩雑な調節制御操作を必要とするという問題があった。
【０００４】
すなわち、従来の流量調節溝の形成においては、回転角と一対の流量調節溝が形成する開口円の半径とが直線的な比例関係を持つように形成されているために、回転角と開口面積との関係は直線的な比例関係にはならず、その結果として、回転角と流量との関係は直線的な比例関係にはならなかった。
【０００５】
例えば、特許文献２の第１頁の「特許請求の範囲」には、「・・・、前記両弁体(3)、(3)の単位角回転当りの流量変化がほぼ一定になるべく、前記両弁体(3)、(3)の流路形成用切欠部(7)の形状を設定してあることを特徴とする流量調整弁。」と記載されているにもかかわらず、同第３頁右上段落の下から４行目以降には「そして、前記両弁体(3)、(3)の流路形成用切欠部(7)、(7)の形状を、例えば切り欠き部(7)、(7)の流路断面積を弁体開度のほぼ二乗の比で絞るようにするなどの設計値や、・・・（以下略）」と記載されているように、開口面積（上記の流路断面積に相当）と回転角（上記弁体開度に相当）とが直線的な比例関係になっていないため、特許請求の範囲に記載されている「前記両弁体(3)、(3)の単位角回転当りの流量変化がほぼ一定になる・・・」ことを実現することはできない。
【０００６】
また、特許文献３には、従来のコントロールバルブ（流量調節弁）が流量特性をリニアに近づけることが困難であることに鑑み（第２頁下から２行目以降参照）、「回転角度（開度）と流量がリニアになるような特性に（調整溝１０，１１を）設定する」ことが記載されている（第６頁上から４行目〜７行目参照）。そして、それを実現するための調節弁口の大きさ（面積）と回転角との関係を第４図に示しているが、この図では、穴径ｄと回転角αは一次比例（直線比例）しているが、回転角αと調節弁口の面積（＝πｄ２／４）は理論的には二次比例の関係になっており、回転角度と流量とはリニア（直線比例）にはならないことは明らかである。従って、「考案の詳細な説明」に記載した方法では、回転角度（開度）と流量がリニアになるような特性にすることは不可能である。
【０００７】
さらに、特許文献４には、弁体としての円柱３を回転させ、粉粒体上流側の通過口投影面積を小さくすることによって流量を減少させることを特徴とする回転式調節弁（流量調節弁）が開示されている。また、同文献の図１、図２及び図３には切欠部４（流量調節溝）が左右対称形に設けられていることが示されている。しかしながら、これらの左右対称形に設けられた流量調節溝の開口面積が回転角に対して直線的な比例関係をもち、従って回転角と流量に直線的な比例関係を有することが出来るか否かについては何ら言及されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５３−１３８５１７号公報
【特許文献２】特開昭５６−０１８１７２号公報
【特許文献３】実開平２−０００４７４号公報
【特許文献４】特開平６−２９４４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、流動性粉粒体などの精密で迅速な流量制御、具体的には±５％程度の精度の流量制御を可能とするには回転角と流量の良好な直線的な相関性が特に重要となる。直線関係は精密な流量制御のみならず時間遅れの無い迅速な制御に必要である。特に、圧縮性の流体を扱う場合には、回転角と開口面積に直線的な比例関係がない場合には、円柱弁体の回転角精度を高度に制御する必要が生じたり、圧縮性流体の体積変化により生じる制御の時間遅れが顕著となるために好ましくない。
本発明は、上述のような問題に鑑み為されたものであり、本発明の第１の目的は、円柱表面に流体が通過できるように流量調節溝が形成された一対の円柱弁体対を、ほぼ平行な回転軸で互いに対向方向に連動回転するように構成した流量調節弁において、これを使用した場合に、円柱弁体対の回転角と流量が高い直線的な比例関係をもつように構成された流量調節弁を提供することにある。
【００１０】
また、円柱弁体対の回転角が小さく、開口面積の比較的小さな区間においては、開口面積の減少および面積減少に伴う流速の増加や圧力の増加、さらに流動性粉粒体などの圧縮性流体においては気体の圧縮などの複雑な現象が生じる。
さらに、流動性粉粒体においては粒子径の大きさによっては管内圧損や流路抵抗の上昇が予想される。従って、実際の単位面積当たりの流量は比較的大きな開口面積の場合より減少する。
【００１１】
すなわち、開口面積の比較的小さな区間においては、流動性粉粒体の固気比や含まれる粉粒体の粒子径や粒子のアスペクト比なども考慮して開口面積が設計されるべきである。
例えば、固気比が低い場合は、含まれる気体の割合が大きくなる為に流動性粉粒体の気体圧縮が大きくなる傾向にあり、固気比が大きな流動性粉体の場合は、気体圧縮による変化は比較的小さいが固体粒子による流路抵抗の増大が生じて流動性が低下することがある。
その結果、それらの区間においては、回転角と開口面積との間に直線比例関係があったとしても、回転角と流量とは理論通りの直線比例関係にはならず、回転角の変化にともなって急激な流量の変化を生じるおそれがある等の問題点が有った。
【００１２】
しかしながら、従来の流量調節弁においては、開口面積の比較的小さな区間における上述のような問題に対処するための考慮は為されていなかった。
そこで、本発明の第２の目的は、開口面積の比較的小さな区間におけるこれらの影響を考慮し、広範な回転角範囲において、回転角と流量との間に良好な直線比例関係又は緩やかな曲線比例関係を有した流量調節弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、流動性粉粒体の流れ方向に対して略直角に配置され、近接して略平行に相対する一対の円柱弁体を備え、かつ、前記円柱弁体の円周側から前記円柱弁体の軸心方向に切欠き状流量調節溝を設けるとともに、前記円柱弁体を対向回転させることにより前記円柱弁体の前記流量調節溝によって形成される通過部の開口面積を変化させることにより、前記流動性粉粒体の通過量を調節する流量調節弁に関し、本発明の上記第１の目的は、前記円柱弁体が、前記円柱弁体の回転角の増加につれて前記通過部の開口面積が徐々に増加するように前記流量調節溝が設けられた第１制御区間と、前記円柱弁体の回転角の増加につれて前記通過部の開口面積が徐々に減少するように前記流量調節溝が設けられた第２制御区間と、前記流量調節溝が設けられていない閉塞区間を有しており、さらに、少なくとも前記第１制御区間において前記回転角と前記開口面積とが略直線的な比例関係を持つように前記流量調節溝が形成されていることを特徴とする流量調節弁によって達成される。
【００１４】
本発明に係る流量調節弁においては、第１制御区間と第２制御区間のいずれか、あるいは両方において回転角と開口面積の関係が直線的又は緩やかな曲線的な比例関係性をもつように流量調節溝が形成されており、広範な回転角範囲において流量との直線的比例関係が保たれている。特に、円柱弁体を閉塞して粉粒体の流れを止める場合には、従来の流量調節弁においては急激な流量変化が生じるのに対して、本発明においては緩やかな流量変化を経て流れを止めることが出来る。このような緩やかな閉塞操作は供給ラインにおける粉粒体の詰まりなど不具合を生じないために好ましい。
【００１５】
また、本発明の上記第１の目的は、前記第１制御区間と前記第２制御区間の流量調節溝の溝パターンが、前記第１制御区間と前記第２制御区間の境界を中心として左右対称形であることを特徴とする前記流量調節弁によって効果的に達成される。
従来技術による流量調節弁においては、第１制御区間と第２制御区間の流量調節溝の溝パターンが左右対称形に設けられていないため、特に大きな回転角範囲において回転角と流量との相関性が急激に変化するために精密な流量調節が困難であったが、本発明に係る流量調節弁によってこの問題が解決される。
またさらに、本発明の上記第１の目的は、少なくとも前記第１制御区間の流量調節溝が形成される範囲が、前記円柱弁体の円周の１／４周未満であることを特徴とする前記流量調節弁によって効果的に達成される。
【００１６】
さらにまた、本発明の上記第２の目的は、前記円柱弁体の回転角と開口面積との直線的な比例関係からの最大偏差が１５％以内、好ましくは１０％以内になるように、前記流量調節溝の大きさを補正したことを特徴とする前記流量調節弁によって達成される。
【００１７】
この直線的比例関係から偏差を加える補正は、単に開口面積が回転角に対して直線的に変化させるのではなく管内圧損などから生じる流量変化を補正するものである。これらの補正は開口面積が直線関係となる面積に対してプラスあるいはマイナスの補正を加えることが出来る。通常、これらの圧損を補正するためには開口面積が回転角に対して直線的変化に加えて最大偏差が好ましくは１５％以内でプラスの補正により大きな開口面積とすることが好ましく、より好ましくは、１０％以内でやや大きな開口面積とすることが良い。
【００１８】
しかしながら、いずれの補正においても回転角と開口面積の直線的な比例関係に最大偏差が１５％を超える補正を加えると、回転角と流量の良好な直線的比例関係が得にくく、回転角の変化に対して急激な流量変化が生じるなど理由で精密な流量制御が困難となって好ましくない。
上記の補正は流量調節溝の全域に対して行ってもよいが、特に圧縮性を有する流動性粉粒体などの場合においては、開口面積の小さい区間において行うのが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る流量調節弁は、円柱弁体対の回転角と開口面積に直線的又は緩やかな曲線的な比例関係性をもつために、これを使用した場合は、広範な流量範囲において高精度な流量調節が可能となる。
【００２０】
また、円柱弁体の回転角の増加につれて流量調節溝の開口面積が徐々に増加する第１制御区間と、徐々に減少する第２制御区間、ならびに流量調節溝が形成されていない閉塞区間を有しており、少なくとも第１制御区間、好ましくは両方の制御区間において回転角と開口面積とが略直線的な比例関係を持つように流量調節溝を形成することにより、広範な回転角範囲において回転角と流量との直線比例性を有することが出来る為に流量調節において煩雑な調節操作を容易とすることが出来る。
【００２１】
さらに、第１制御区間と第２制御区間の流量調節溝の溝パターンを左右対称形に設けることにより広範な回転角範囲において回転角と流量との直線比例性を有した流量調節弁とすることが出来る。
【００２２】
少なくとも第１制御区間の流量調節溝が形成される範囲が、円柱弁体の円周の１／４周未満であるため、閉塞区間の範囲が過少とならない。このために流動性粉粒体が流量調節溝のみならず弁体ケースと円柱弁体の間に裏回りするなどの不具合を生じることはない。
【００２３】
また、円柱弁体の回転角と開口面積との直線的な比例関係からの最大偏差が好ましくは１５％以内、さらに好ましくは１０％以内であるように流量調節溝を形成されているため、広範な回転角範囲、特に開口面積が比較的小さな回転角範囲においても優れた回転角と流量との直線又は緩やかな曲線比例性を有することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る流量調節弁を分解したところを示す斜視図である。
【図２】本発明に係る流量調節弁を構成する円柱弁体対を示す斜視図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ’線断面図である。
【図４】従来技術における回転角と開口面積との関係をグラフで示したものである。
【図５】従来技術における円柱弁体の流量調節溝パターンを示す断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態における回転角と開口面積との関係をグラフで示したものである。
【図７】本発明の第１実施形態における円柱弁体の流量調節溝パターンを示す断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態の第１例における回転角と開口面積との関係をグラフで示したものである。
【図９】本発明の第２実施形態の第１例における円柱弁体の流量調節溝パターンを示す断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の第２例における回転角と開口面積との関係をグラフで示したものである。
【図１１】本発明の第２実施形態の第２例における円柱弁体の流量調節溝パターンを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明に係る流量調節弁１を分解したところを示す斜視図である。一対の円柱弁体２の面上には流量調節溝（以下「溝」という。）３が形成されてお互いに向かい合うようにして設置されている。円柱弁体２は弁体ケース４により保護されており、その上方には粉粒体流入路（以下「流入路」という。）５が、また、下方には粉粒体排出路（以下「排出路」という。）６が設置されている。
流入路５より導入された流動性粉粒体は、溝３により形成された開口部を通り排出路６から排出される。また、円柱弁体２は、駆動装置７と駆動装置７の反対側において弁体軸受８で保持されている。円柱弁体２は駆動装置７に接続されており、駆動装置７の回転に従って回転することにより、溝３により形成された開口部分の面積が変化して流量調節を行うことが出来る
【００２７】
図２は、本発明に係る流量調節弁を構成する一対の円柱弁体２，２を示す斜視図である。円柱弁体２の表面には円柱弁体の周に沿って軸心方向に形成された切欠き状の溝３が形成されている。円柱弁体２を回転軸９に沿って互いに反対方向に同期回転させることによって、円柱弁体２が接する通過口の開口面積を変化させ、流動性粉粒体の通過量を調節するように設計されている。
【００２８】
溝３を形成する加工法としては、回転する円柱リーマーや円錐状リーマーを用いて円柱弁体２に切削させつつ、円柱弁体２を徐々に回転させて溝３を切る方法がとれる。この際に溝３の深さと幅は、リーマーの位置を変化させながら調節することができる。
また、リーマーなどの切削加工によらず多軸制御の加工機により３次元加工することもできる。溝３の表面は流動性をよくするために平滑な面とすることが必要である。円柱弁体２の半径は、目的とする流動性粉粒体の流量により適宜選択することができるが、例えば、２５ｍｍ〜２５０ｍｍが例示できる。円柱弁体２の長さは、設ける溝３の最大幅の２〜４倍が好ましい。２倍未満の場合は粉粒体の漏れなどを生じやすく、好ましくない。
【００２９】
円柱弁体２に形成される溝３の断面形状は、半円状で、相対するもう一方の溝３と組み合わせて円形の開口形状とすることができ、半楕円形状や矩形形状とすることもできるが、流動性の観点から半円状が特に好ましい。
溝３の深さはやはり目的とする流量により適宜選択することが出来るが、最大深さは円柱弁体２の半径の１０〜７０％が好ましい。７０％を超える深さにすると、回転角に対する開口面積の変化が過大となり、回転角との直線的比例関係のある流量制御が困難になり、好ましくない。
【００３０】
一対の円柱弁体２は、相対して互いに接するように組み合わされているが、特に流動性粉粒体においては粒子の噛み込みを防止することや摩耗の防止のために、隙間をおくことが好ましい。
好ましい隙間としては、粉粒体の最大粒子径の２〜１０倍が好ましい。さらに、一対の円柱弁体２は弁体ケース４により囲まれているが、同様の理由により隙間を置くことが好ましい。
【００３１】
本発明における円柱弁体２ならびに弁体ケース４は、特に流動性粉粒体などの摩耗性材料を取り扱う際には、耐摩耗性に優れた材料を選定する必要がある。機械加工性の優れた材料としては、機械構造用炭素鋼、例えば、S40C、S45C、S50CあるいはS55Cなどの基材が好ましく用いることが出来るが、取り扱う流動性体の特性を考慮して他の材料を用いてもよい。
また、超硬工具協会規格（CIS）のV30、V40に規定された炭化タングステンとコバルトを主成分とした超硬合金なども耐摩耗性に優れており、好ましく用いることが出来る。
【００３２】
流量調節弁１に用いる部材に耐摩耗性を付与するために、硬質クロムめっきにより被膜厚さ３０μｍ〜１００μｍで表面皮膜を行ってもよい。さらに、タングステンカーバイド系被膜、グレーアルミナ系被膜、クロミア系被膜、ハステロイ系被膜などの無機系材料を２００μｍ〜５００μｍの厚さで溶射処理により設置することも耐摩耗性の向上の点から特に好ましい。
特に、耐摩耗性向上の観点からはセラミックス系表面皮膜が好ましく、例えば、アルミナセラミックやジルコニアセラミックなどを用いることが出来る。さらに、無機系の粉粒体を扱う場合にはダイアモンドコーティングなどを行ってもよい。
【００３３】
本発明に適応される流動性粉粒体の種類は特に制限されるものではないが、石灰石、生石灰、石炭、鉄鉱石等々の有機質又は無機質の粉粒体を例示できる。適応可能な粉粒体の粒子径も適宜選択可能であるが、平均粒子径として５０〜１５０μｍの範囲が流動性や閉塞性の観点から好ましい。また、粉粒体の固気比（固体成分と気体成分の重量比）も適宜選択できるが、例えば、１０〜８０程度が好ましい。
【００３４】
図３は、一対の円柱弁体２の溝３の中心線（図２のＡ−Ａ’線）に沿った断面図を示すものである。溝３上の任意の点Ｄ、及び溝３の底部の点Ｄ１は溝３の開始点Ａからの角度∠ＡＯＤ（これをθとする。）と溝の深さＤＤ１により表すことが出来る。
本発明における開口面積とは、一対の円柱弁体２が接する点Ｐにおいて断面が半円状の溝３が二つ組み合わさって形成されている円形の開口部の面積を意味する。図３においてはＰ１−Ｐ−Ｐ１’の断面で示されており、開口形状が模式的に破線状の円１０で示されている。
この時の開口部における開口溝深さはＰ１Ｐで表すことができる。また、円柱弁体２の回転中心Ｏに沿った回転角∠ＰＯＡ（これをαとする。）の増加につれて溝３の開口面積が徐々に増加する第１制御区間が外周区間ＡＢで、徐々に減少する第２制御区間が外周区間ＢＣで、並びに溝３が形成されていない閉塞区間が外周区間ＣＡで示されている。第１制御区間と第２制御区間の境界点はＢ並びに溝３の底部Ｂ１で示されている。
【００３５】
図４は、従来技術における回転角と開口面積との関係をグラフで示したものである。図４には従来技術における溝３の深さのパターンの変化を、横軸に回転角α、縦軸に最大開口面積で正規化した正規化開口面積を曲線Ｌで、最大深さ（開口の最大半径）で正規化した正規化開口溝深さを破線Ｍで、さらに、直線的な比例関係をもつ開口面積からの偏差を正規化した正規化偏差が一点鎖線Ｎで示されている。この溝３は第１制御区間が０度〜９０度、第２制御区間が９０度〜１８０度の角度範囲において対称形のパターンで設置されており、また、回転角と正規化開口溝深さが直線的な比例関係となるように形成されている。このため、開口面積は回転角に対して直線的な関係から大きく外れており、最大偏差は約２５％と大きく、回転角と開口面積が直線的な比例関係を有していない。従って、回転角と流量の良好な直線的比例関係を得ることは困難である。
【００３６】
図５は、従来技術における円柱弁体２の溝３のパターンを示す断面図である。
【００３７】
図６は、本発明の第１実施形態における回転角と開口面積との関係をグラフで示したものである。図６には本発明の第１実施形態の円柱弁体２における溝３の深さのパターンの変化が示されている。この実施形態においては第１制御区間が０度〜９０度、第２制御区間が９０度〜１８０度の角度範囲において対称形のパターンで設置されており、また、回転角と開口面積がいずれも直線的な比例関係となるように形成されていることが直線Ｌにより示されている。一方、破線Ｍで示された正規化開口溝深さは回転角に対して直線的な関係から大きく外れている。
すなわち、正規化開口溝深さは、例えば開口部が円形の場合は、その半径に相当する。その半径をｒとすると、開口面積はπｒ２になり、これが回転角αに比例するから、比例定数をｋとすれば、ｒ＝ｋ√αの関係になる。これが破線Ｍで示される曲線である。
また、直線的な比例関係をもつ開口面積からの偏差を正規化した正規化偏差が一点鎖線Ｎで示されており、いずれの回転角においても偏差はない。従って、図６における溝３の深さのパターンでは回転角と開口面積が直線的な比例関係が保たれているので回転角と流量の良好な直線的比例関係を得ることは容易である。
なお、図７は、本発明の第１実施形態における円柱弁体２の溝３のパターンを示す断面図である。
【００３８】
図８は、本発明の第２実施形態の第１例における回転角と開口面積との関係をグラフで示したものである。図８には本発明の第２実施形態の第１例における溝３の深さのパターンの変化が示されている。この実施形態においては、第１制御区間は第１実施形態と同じであり、０度〜９０度の範囲で回転角と開口面積が直線的な比例関係となるように形成されている。従って、回転角と流量の良好な直線的比例関係を得ることは容易である。
【００３９】
一方、第２制御区間は９０度〜１８０度の角度範囲において、第１制御区間に対して非対称形のパターンで形成されている。
すなわち、第２制御区間の回転角が約１２０度〜１８０度の範囲においては、直線関係を得る溝深さ或いは開口面積よりやや大きな設計がなされている。その最大偏差は約１２％とされている。このような偏差を加える理由は、開口面積の比較的小さな区間（例えば、図８で言えば、回転角が約１５０〜１８０度の区間）においては、流路面積の減少および面積減少に伴う流速の増加や圧力の増加、さらに流動性粉粒体などの圧縮性流体においては気体の圧縮などの複雑な現象が生じ、また、流動性粉粒体においては粒子径の大きさによっては管内圧損や流路抵抗の上昇が予想されるため、単位面積当たりの流量は、開口面積が比較的大きな場合より減少しがちであるので、開口面積を広げる補正を必要とするからである。この補正により、第２制御区間における回転角と流量の直線的比例関係をより良好とすることが出来る。なお、図９は、本発明の第２実施形態の第１例における円柱弁体２の溝３のパターンを示す断面図である。
【００４０】
図１０は、本発明の第２実施形態の第２例における回転角と開口面積との関係をグラフで示したものである。図１０には本発明における他の溝３の深さのパターンの変化が示されている。この実施態様においては、第１制御区間が０度〜９０度の範囲で、第２制御区間は９０度〜１８０度の角度範囲において互いに対称形のパターンで形成されている。
【００４１】
第１制御区間の回転角が約０度〜５０度の範囲、第２制御区間の回転角が約１３０度〜１８０度の範囲において、直線関係を得る溝深さ、あるいは開口面積よりやや大きくなるように補正が行われている。その偏差は約７％とされている。このような偏差を加える理由は、やはり開口面積の比較的小さな区間においては、流路面積の減少および面積減少に伴う流速の増加や圧力の増加、さらに流動性粉粒体などの圧縮性流体においては気体の圧縮などの複雑な現象が生じる。また、流動性粉粒体においては粒子径の大きさによっては管内圧損や流路抵抗の上昇が予想される。従って、単位面積当たりの流量は大きな開口面積の場合より減少しがちであるので大き目の開口面積とする補正を必要とするからである。この補正によりいずれの制御区間においても回転角と流量の直線的比例関係をより良好とすることが出来る。また、図１１は、本発明の第２実施形態の第２例における円柱弁体の流量調節溝パターンを示す断面図である。
上述の補正を行う区間を第１制御区間の回転角が約０度〜５０度の範囲、第２制御区間の回転角が約１３０度〜１８０度の範囲としたが、好ましくは、それぞれ、約０度〜４０度の範囲、約１４０度〜１８０度の範囲、さらに好ましくは約０度〜３０度の範囲、約１５０度〜１８０度の範囲がよい。本来的な直線的な比例関係を持つ範囲が広いからである。
【００４２】
なお、図７、図９及び図１１で示した溝３の断面パターンは本発明を説明する実施形態の一例であり、溝の深さや制御区間の広さはこれらの実施例に限定されるものではない。第１制御区間と第２制御区間の範囲は非対称形であっても対称形に設置されていてもよく、また、少なくとも第１制御区間の流量調節溝が形成される範囲が、円柱弁体２の円周の１／４周未満（中心角９０度未満）であればいずれの範囲であっても構わない。また、開口面積の大きさにおける補正の範囲に特に制限はなく、溝３の深さや通過する流動性粉粒体に含まれる粉粒体の粒子径や含有率（固気比）などにより補正範囲や偏差を適宜調節することが出来る。
【００４３】
本発明による流量調節弁１は、流動性流体、特に流動性粉粒体の流量調節弁として好ましく用いられるが、さらに流量調節弁とともに圧力制御弁としても用いることが出来る。粉粒体流入路と排出路において流量調節弁の開口面積を変化させることにより粉粒体流入路と排出路の間において圧力の変化を生じさせることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係る流量調節弁１は、種々の流体、特に高粘性液体や粉体粒子と気体が混合された流動性粉粒体の高精度な流量調節弁として好ましく用いることが出来る。
【００４５】
特に、流動性粉粒体の流体圧力や固気濃度比が変化しやすい粉体供給設備において、高精度に粉粒体の供給量を制御可能な流量調節弁として用いることが出来る。例えば各種の燃焼装置に粉体燃料を供給する設備において流量を精密に制御できる為に燃焼効率を精度よく制御することが出来る。
【符号の説明】
【００４６】
１：流量調節弁
２：円柱弁体
３：流量調節溝
４：弁体ケース
５：流入路           
６：排出路
７：駆動装置
８：弁体軸受
９：回転軸
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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