微流閥的製作方法

2023-04-25 09:00:01 1

專利名稱：微流閥的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種確保用於保護壓送液體的泵的最小流量的微流道 上設置的微流閥。
本申請基於日本專利申請No.2007-106369，其內容作為參考援用 於此。
背景技術：
為了壓送水等液體多使用離心泵等泵。該泵在排出側關閉等不能 確保預定的排出流量的情況下，保持原狀繼續運轉的話，會產生液體 在泵中循環，溫度異常上升的問題。為了避開這種問題，在泵的排出 側和吸入側之間設置有微流道。微流道由連接泵的排出側和吸入側的 旁通配管和設置於該旁通配管上的微流閥構成。通過設置這種微流道， 在泵的排出側的流量變為預定流量以下的情況下，微流閥打開，從泵 的排出側向吸入側分流液體，確保用於保護泵的最小流量(微流)。
採用這樣的微流道的發明有日本特開平7-208346號公報中公開的 最小流量分流閥的控制裝置。該文獻公開的最小流量分流閥被根據設 置於泵的排出側的流量計的輸出信號和驅動泵的馬達的驅動電流的輸 出信號進行計算的控制電路控制。
上述日本特開平7-208346號公報所述的最小流量分流閥的控制裝 置需要具有根據流量計的輸出信號等計算的控制電路，因此由於信號 布線等使裝置結構複雜，難以降低成本。並且，在用於較大規模的工 廠的情況下，導入這種控制電路是非常合算的，但是在採用小於 100mVh的小型泵的設備中，由於具有電路控制裝置的系統性能過剩，因此實際上導入是比較困難的。
因而，作為不具有電路控制裝置的微流道，採用在微流道上設置 流量固定的節流孔，無論泵的排出流量多少， 一直分流一部分流量的 結構。然而，這樣的話，即使額定工作時也一直有無謂的流量流過分 流管線，因而增大了運轉成本。進而，由於不得不選用附加上分流流 量後的額定流量的泵，因此不能選擇小的泵，使得設備成本增加。
對此，考慮代替設置於微流道上的節流孔，採用在預定的排出壓 力以上動作的安全閥或自動調壓閥。然而，安全閥或者自動調壓閥構 成為根據液體的排出壓力直接打開，因而不能以較高精度設定開發時
間。例如，根據安全閥相關的JIS (Japanese Industrial Standard;日本 工業規格)，要求有±5%的以內的精度，但是這種精度對於微流閥要 求的精度是不夠的。對該理由，通過圖6進行說明。
該圖為表示典型的離心泵特性的圖表，橫軸為流量Q (m3/h)， 縱軸為揚程H(m)。離心泵的特性如該圖所示，為橫向倒伏形狀的曲 線，特別是其特徵為在小流量時，相對流量變化，揚程的變化較小。 因而，在為用於保護泵的最小流量Q1時的揚程H1時，為了切實地使 微流閥打開，需要在微流閥的上側最大誤差時設定微流閩的設定開度。 這樣的話，微流閥的下側最大誤差時變為遠遠超過最小流量Q1的流量 Q2，在為該大流量Q2時微流閥打開。因而，離心泵的額定運轉點不得 不為以較流量Q2大的流量Q3亦即較揚程H2小的揚程H3運行。艮P ， 具有在精度低的微流闊中，不得不將額定運轉點設定為較低的揚程的 問題。
進而，安全閥和自動調壓閥由於僅根據泵的排出側壓力打開，因 而可以預想到到會有在排出側的壓力由於某種理由而較大變動的情況 下，無意地將微流閥打開的問題。

發明內容
本發明為鑑於以上情況做出的，目的在於提供一種構成簡便，且 能夠以較高精度開關的微流閥。
為了解決上述問題，本發明的微流閥採用以下方式。
亦即，本發明提供一種微流閥，設置於連接於主配管的排出側和 吸入側之間的旁通配管上，由泵壓送的液體在所述主配管中流通，該 微流閥在該泵的揚程達到預定值以上時打開，從而經由上述旁通配管 將液體由排出側返送回吸入側，其中，具有基於上述液體的排出側 壓力和吸入側壓力的壓力差開閉的先導閥；以及與該先導閥的開閉動 作對應地開閉的主閥。
由於是根據基於液體的排出側壓力和吸入側壓力的壓力差開閉的 先導閥決定主閥的開閉，因此能夠以較高精度調整微流閥動作的壓力 差。因而，與根據泵排出的流體的壓力直接驅動的安全閥或自動調壓 閥相比，能夠明顯地提高精度。
上述先導閥可以構成為具有隔膜，該隔膜在上述壓力差達到預定 值以上時變形，使上述液體流向上述主閥側，上述主閥根據由上述隔 膜引導來的上述液體的壓力打開。
這樣，通過除了具有根據壓力差變形將液體引導到主閥側的隔膜 的先導閥之外，還使主閥構成為根據由隔膜導入的液體的壓力打開， 從而構成機械式的自行控制動作的微流閥。因而，不必使用來自流量 傳感器或者壓力傳感器的輸出信號進行電控制，能夠以簡便的構成廉 價提供。
上述先導閥和上述主閥可以配置於共同的殼體內。這樣，通過先導閥和主閥設置於共同的殼體內，能夠緊湊地構成 微流閥。
本發明的微流閥可以具有與上述隔膜的一側抵接的隔膜支撐部 件，該隔膜支撐部件通過彈性部件向上述隔膜側施加作用力。
該情況下，通過彈性部件對隔膜支撐部件向隔膜側施加作用力， 能夠設定隔膜動作的壓力差。另外，彈性部件可以使用例如螺旋彈簧。
本發明的微流閥的特徵在於，通過改變上述彈性部件的設置長度， 能夠調整該彈性部件施加的作用力。
例如，通過調整螺釘等改變支撐作為彈性部件的螺旋彈簧的一端 的彈簧座的設置位置，能夠改變螺旋彈簧的設置長度。這樣，通過改 變彈性部件的設置長度，可以調整彈性部件產生的作用力，因而能夠 細緻地調整先導閥的動作壓力差。
本發明的微流閥中，上述彈性部件可更換。
通過使彈性部件可更換，能夠改變為具有不同彈力的彈性部件。 由此，由於能夠改變對隔膜施加的力，因而能夠較寬範圍地設置先導 閥的動作壓力差。
本發明的微流閥可以採用通過設在上述旁通配管上的凸緣從兩側 夾持而連接的夾持連接(々工八接続)構造。
通過採用在由旁通配管的凸緣從兩側夾持的狀態下連接的夾持連 接構造，能夠不依賴於旁通配管的凸緣的規格而連接微流閥。
並且，由於不必在微流閥上形成凸緣，因而能夠減輕主體重量，並能夠廉價提供。
進而，本發明的微流閥中，液體接觸部可以由不鏽鋼製成。
這樣，由於液體接觸部由不鏽鋼構成，能夠不依賴於液體的種類 使用。
根據本發明，通過根據液體的排出側壓力和吸入側壓力的壓力差 開閉的先導閥決定主閥的開閉，因此能夠提供以較高精度控制開閉的 微流閥。
並且，在本發明中，採用具有根據壓力差變形而將液體引導到主 閥側的隔膜的先導閥，且主閥構成為根據由隔膜導入的液體的壓力打 開，從而構成機械式的自行控制動作的微流閥，能夠以簡便的構成提 供廉價的微流閥。


圖1為表示設置有本發明的一實施方式的微流闊的給水設備的概 要圖。
圖2為表示本發明的一實施方式的微流閥的主視圖。 圖3為表示圖2中的微流閥關閉時的縱向截面圖。 圖4為表示圖2中的微流閥打開時的縱向截面圖。 圖5為表示圖2中的微流閥的夾持連接縱向截面圖。 圖6為表示離心泵的特性的圖表。
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。
圖1為表示設置有本發明的一實施方式相關的微流閥1的給水設 備3的概要圖。給水設備3具有儲存水(液體)的給水箱5，設置於從給水箱5 到給水目標(未圖示)之間的給水配管(主配管)7，以及設置於給水 配管7上，將給水箱5內的水汲出並壓送到給水目標的離心泵9.
離心泵9通過未圖示的驅動馬達被旋轉驅動。
離心泵9的排出側的給水配管7和給水箱5之間設置有微流配管 (旁通配管)10。該微流配管10上設置有微流閥1。
微流閥1具有先導閥部12和主閥部14。在先導閥部12上連接引 導離心泵9的排出側的液體的排出流體導入管16和引導離心泵9的吸 入側流體的吸入流體導入管18。基於該導入管16、 18所引導的流體的 壓力差，先導閥部12的閥開閉，與此對應地主閥部14也開閉。另外， 在圖1中，微流閥1的先導閥部12與主閥部14是分開表示的，其目 的是為了示意性地表示各自的功能，如後面所述，先導閥部12和主閥 部14由一體的殼體構成。
圖2中表示微流閥1的主視圖，圖3和圖4中表示微流閥1的縱 向截面圖。並且，圖3表示微流閥l關閉時的情況，圖4表示微流閥1 打開時的情況。
如圖2至圖4的任意一個所示，微流閥1具有與微流配管10連接 的主閥部14，以及連接於主閥部14上方的先導閥部12。
如圖3所示，形成主閥部14的外形的主閥部主體(殼體)19上設 置有水從微流配管10流入的入口部20，以及水流出到微流配管10的 出口部22。入口部20及出口部22在圖3中以沿平行方向並列的狀態 設置。在入口部20處形成有入口室20a，在出口部22處形成有出口室 22a。另外，需要注意的是在圖3和圖4中，入口部20表示在左側，出口部22表示在右側，與圖1相反。
主閥部主體19內，在與並排設有入口部20和出口部22的水平方 向正交的中心軸線上設置有閥杆24。在閥杆24的上端(一端)固定有 活塞26，在閥杆24的下端(另一端)固定有主閥體28。
活塞26設置於形成在主閥部主體19上方的活塞室27內，且在中 心軸向方向上可滑動。
主閥體28為有底圓筒形，以使其底部28a朝向上方(閥杆24偵lJ) 的狀態配置。主閥體28的凹部28b側的一部分容納於螺合在主閥部主 體19的底部19a上的蓋體30的上部所形成的凹部30a內。主閥體28 在蓋體30的凹部30a內，沿凹部30a的內面一邊滑動一邊往復移動。 主閥體28的凹部28b和蓋體30的凹部30a形成的空間中設置有主閥體 彈簧32。主閥體彈簧32以與閩杆24具有同一軸線的狀態配置，對主 閥體28向上方(閥杆24頂U)施力。
主閥體28的上方(閥杆24側)設置有閥座34。閥座34為有底圓 筒形，以使其底部34a朝向上方的狀態配置。閥座34的底部34a的中 央形成有孔34b，閥杆24穿過該孔34b。閥座34的開口端34c與隔開 入口室20a和出口室22a的隔壁36相嵌合。在閥座34的底部34a側的 側壁上沿周方向形成有多個流通孔34d，水經由該流通孔34d流過。主 閥體28的底部28a側的端面相對閥座34的開口端34c側的端面抵接或 者分離。主閥體28與閥座34相抵接的狀態(圖3的狀態)為閥關閉 狀態，主閥體28與閥座34相分離的狀態(圖4的狀態)為閥打開狀 態。
先導閥部12由位於主閥部14側的第一先導閥部主體(殼體)40， 與該第一先導閥部主體40相連接的第二先導閥部主體(殼體)42構成 其外形。第一先導閥部主體40設置於主閥部主體19和第二先導閥部主體42之間。主閥部主體19、第一先導閥部主體40以及第二先導閥 部主體42由多個螺栓固定為一體。由此，先導闊部12和主閥部14一 體構成。
在第一先導閥部主體40的中央形成具有與閥杆24大致同一軸線 的中心孔40a。在中心孔40a的周圍形成有由突出部40c分隔的排出流 體導入室40b。突出部40c的上端可與後面所述的隔膜41相抵接。向 排出流體導入室40b中，經由排出流體導入口 40d導入從排出流體導 入管16 (參照圖2)引導來的排出流體。
第二先導閥部主體42具有下方的凸緣部42a和上方的筒狀部42b。
在凸緣部42a的下端(第一先導閩部40偵ij)設置有凸部42c，嵌 合在形成於第一先導閥部主體40的上端的凹處。這樣，使凸緣部42a 的凸部42c與第一先導閥部40相嵌合時，隔膜41的周圍被凸緣部42a 和第一先導閥部40按壓固定。
在凸緣部42a的下端中央形成有凹部，在該凹部內容納有隔膜支 撐部件49。隔膜支撐部件49相對凸緣部42a的凹部內表面一邊滑動一 邊往復移動。隔膜支撐部件49的下表面與隔膜41相抵接。
位於隔膜支撐部件49的上表面側的第二先導閥部主體42上形成 有吸入流體導入室42d。吸入流體導入室42d經由吸入流體導入口 42e 導入從吸入流體導入管18 (參照圖2)引導來的吸入流體。
在隔膜支撐部件49的中央形成有向上方突出的凸部49a。該凸部 49a從下方收納於在凸緣部42a的中央形成的中央孔部42f內。在該中 央孔部42f內，從上方收納有形成於下方彈簧支撐部件51的下方的凸 部51a，該凸部51a的下端面與隔膜支撐部件49的凸部49a的上端面 相抵接。在第二先導閥部主體42的筒狀部42b內收納有與隔膜支撐部件49 具有同一軸線的調整螺旋彈簧53。調整螺旋彈簧53的下方由下方彈簧 支撐部件51支撐，調整螺旋彈簧53的上方由上方彈簧支撐部件55支 撐。
在上方彈簧支撐部件55的上部形成有向上方突出的凸部55a，與 位於上方的調節螺釘57的下端抵接。調節螺釘57螺合在與筒狀部42b 的上端螺紋聯接的上部蓋體59的中央。通過使調節螺釘57旋轉來相 對上部蓋體59在上下方向上進退，能夠改變調整螺旋彈簧53的設置 長度。這樣，通過改變調整螺旋彈簧53的設置長度，能夠改變調整螺 旋彈簧53的作用力。S卩，能夠調整通過下方彈簧支撐部件51以及隔 膜支撐部件49傳遞到隔膜41的作用力。因而，能夠細緻地調整隔膜 41的動作壓力，亦即先導閥的動作壓力差。
調整螺旋彈簧53可以通過取下上部蓋體59來更換。由此，由於 能夠通過改變成具有不同彈力的調整螺旋彈簧而大幅地改變施加在隔 膜上的力，因而能夠以寬範圍設定先導閥動作的壓力差。
上述的微流閥1的主閥部主體19、第二先導閥部主體42、隔膜41、 隔膜支撐部件49、活塞26、主閥體28以及閥座34這些液體接觸部由 不鏽鋼構成。由此，可以不依賴液體的種類使用微流閥。
圖5表示微流閥1夾持連接的狀態。如該圖所示，微流配管10上 設置有相對的兩個凸緣10a，在這些凸緣10a之間設置微流閥1。具體 來說，在微流配管10內的流路與微流闊1的入口部20及出口部22的 流路配置成一致的狀態下，在相對的兩個凸緣10a之間穿過多個長螺栓 60，以另一端的螺母61固定。
這樣，微流閥1構成以從兩側夾持的狀態進行連接的夾持連接，因而能夠不依賴於微流配管的凸緣的規格而連接微流閥1.
並且，由於不必在微流閥1上形成凸緣，因而能夠減輕主體重量， 並能夠廉價提供。
接著，對使用上述構成的微流閥的給水設備的動作進行說明。
如圖1所示，給水箱5內儲存的水由離心泵9經由給水配管7供 給至給水目標。
離心泵9的揚程在微流閥1的設定值以下的情況下，即離心泵9 的排出流體的壓力與吸入流體的壓力的壓力差在設定壓力差以下的情 況下，微流閥1關閉，水不會流到微流配管10中。離心泵9的排出流 體的壓力和吸入壓力的壓力差，由排出流體導入管16和吸入流體導入 管18所引導來的流體在微流閥1的先導閥部12處得到。
具體來說，如圖3所示，來自排出流體導入管16的流體經由排出 流體導入口 40d導入排出流體導入室40b。來自吸入流體導入管18的 流體經由吸入流體導入口 42e導入吸入流體導入室42d。此時，隔膜41 上施加有由排出流體導入室40b內的壓力產生的向上的力。另一方面， 隔膜41上施加有吸入流體導入室42內的壓力產生的向下的力和來自 調整螺旋彈簧53的向下的力的合力。離心泵9的揚程在預定值以下的 情況下，隔膜41上施加的向下的力大於向上的力，因此隔膜41被隔 膜支撐部件49向下方壓下，與突出部40c的上端抵接。亦即，由隔膜 41和突出部40c構成的先導閥關閉。該情況下，由於排出流體導入室 40b內的流體不會通過中心孔40a流入活塞室27，因此不會對活塞26 施加向下按壓的力。另一方面，固定有活塞26的閥杆24的另一端(下 端)上固定有主閥體28，該主閥體28由主閥體彈簧32向上施力。因 而，主閥體28與閥座34相抵接，切斷流路，入口室20a內的流體不會 向出口室22a流動。接著，對離心泵9的揚程增大的情況進行說明。
給水目標被切斷的情況下，離心泵9的運轉保持原狀繼續的話， 在流量減少的同時離心泵9的揚程增大。離心泵9的揚程超過微流閥1 的設定值的情況下，亦即離心泵9的排出流體和吸入流體的壓力差超 過設定壓力差的情況下，微流閥1打開，水流過微流配管IO返回到給 水箱5。由此，能夠確保用於保護離心泵9的最小流量。
此時，微流閥l進行如下動作。如圖4所示，揚程增大的話，排 出流體的壓力增大，排出流體導入室40b內的壓力上升。由此，將隔 膜41向上推壓的力增大，最終超過吸入流體導入室42d內的壓力產生 的向下的力和來自調整螺旋彈簧53的向下的力的合力，隔膜41離開 突出部40c的上端。亦即，由隔膜41和突出部40c構成的先導閥打開。 這樣，由於排出流體導入室40b內的流體通過中心孔40a流入活塞室 27，對活塞26施加向下按壓的力。由該排出流體產生的壓力而將活塞 26向下按壓的力超過主閥體彈簧32經由主閥體28和闊杆24向上推壓 活塞26的力，將活塞26向下方壓下。由此，主閥體28離閥座34形 成流路，入口室20a內的流體向出口室22a流動。
並且，在離心泵9的揚程減小到小於微流閥1的閥打開設定值的 情況下，施加於隔膜41上的向上的力小於向下的力，隔膜41與突出 部40c相抵接。由此，排出流體導入室40b內的流體不會通過中心孔 40a流入活塞室27，因此對活塞26向下方按壓的力減弱，活塞26被主 閥體彈簧32的力向上方推壓，主閥體28與閥座34抵接而關閉。
如以上所說明，根據本實施方式能夠產生以下效果。
通過根據離心泵9的排出側壓力和吸入側壓力的壓力差變形的隔 膜41構成先導閥，通過該先導閥的開閉決定主閥體28的開閉，因此能夠高精度地調整微流閥1動作的壓力差。因而，與根據離心泵1排 出的流體的壓力直接驅動的安全閥或自動調壓閥相比，能夠明顯地提 高精度。
並且，在本實施方式的微流閥1中，採用了具有根據壓力差變形
以將流體導向活塞室27的隔膜41的先導閥，並且主閥體28構成為利 用隔膜41引導來的流體的壓力下壓活塞26而打開閥，從而構成為機 械式自行控制動作的構成。因而，不必使用來自流量傳感器或者壓力 傳感器的輸出信號進行電控制，能夠以簡便的構成廉價提供。
並且，通過連接先導閥部12和主閥部14，將先導閥和主閥配置於 共同的殼體內，因而能夠緊湊地構成微流閥1。
另外，在本實施方式中，作為流體的一個例子用水作說明，即使 是其他液體，也能夠適用本發明。
權利要求
1. 一種微流閥，設置在連接於主配管的排出側和吸入側之間的旁通配管上，由泵壓送的液體在所述主配管中流通，該微流閥在該泵的揚程達到預定值以上時打開，從而經由上述旁通配管將液體由排出側返送回吸入側，其中，具有基於上述液體的排出側壓力和吸入側壓力的壓力差開閉的先導閥；以及與該先導閥的開閉動作對應地開閉的主閥。
2. 根據權利要求l所述的微流閥，其中，上述先導閥具有隔膜，該隔膜在上述壓力差達到預定值以上時變形而使上述液體流向上述主 閥側，上述主閥根據由上述隔膜引導來的上述液體的壓力打開。
3. 根據權利要求l所述的微流閥，其中，上述先導閥和上述主閥 配置於共同的殼體內。
4. 根據權利要求2所述的微流閥，其特徵在於，具有與上述隔膜 的一側抵接的隔膜支撐部件，該隔膜支撐部件通過彈性部件向上述隔膜側施加作用力。
5. 根據權利要求4所述的微流閥，其特徵在於，通過改變上述彈 性部件的設置長度，能夠調整該彈性部件施加的作用力。
6. 根據權利要求4所述的微流閥，其特徵在於，上述彈性部件可 更換。
7. 根據權利要求l所述的微流闊，其特徵在於，採用由設置於上 述旁通配管的凸緣從兩側夾持而連接的夾持連接構造。
8.根據權利要求l所述的微流閥，其特徵在於，液體接觸部由不 鏽鋼製成
全文摘要
本發明提供一種構成簡便，且能夠以較高精度開閉的微流閥。該微流閥，設置在連接於主配管的排出側和吸入側之間的旁通配管上，由泵壓送的液體在所述主配管中流通，該微流閥通過在該泵的揚程達到預定值以上時打開，經由上述旁通配管將液體由排出側返送回吸入側，其中，具有基於上述液體的排出側壓力和吸入側壓力的壓力差開閉的先導閥；以及與該先導閥的開閉動作對應地開閉的主閥。
文檔編號F04D29/00GK101285474SQ20081009191
公開日2008年10月15日 申請日期2008年4月10日 優先權日2007年4月13日
發明者濱本武志, 荻野信二 申請人:三菱重工業株式會社