JP2007303477A - 偏心形回転弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁本体の閉塞や動作不良の発生を抑制することができ、しかも弁プラグの摩滅を防止することができる偏心形回転弁を提供する。
【解決手段】流体搬送用の流路３を形成した弁本体２と、流路３の中途部に形成された弁室４と、流路３と直交する軸線Ｐ２を備えた弁軸５と、弁室４内で回転可能となるように弁軸５に設けられ且つ流路３を開閉する弁プラグ６とを備え、弁軸５の軸線Ｐ２が流路３の軸線Ｐ１から偏心していると共に、弁プラグ６は流路３を全閉しているときと全開しているときとで９０°の範囲で弁室４内にて回転すると共に流路３を全開しているときには流路３の弁プラグ６によって開閉される開口部分が遮らない。
【選択図】図１

Description

本発明は、本発明は、流体制御のための偏心形回転弁に関する。

特開２００４−３３７０９９号公報 特開２００１−３４９４４７号公報 特開２００６−０９０４０８号公報

従来から、移動用手段としての自動車等の車両の利便性は高いが、地球環境資源との整合性をとる必要がある。
そこで再生可能なバイオマスを原料にしたエタノールをレギュラーガソリンに混合（例えば、５％／重量）した燃料は、既存のガソリンを駆動燃料とする車両エンジンを交換することなく用いられるため、石油危機が懸念される昨今、将来的には再生可能な重要なエネルギー資源として期待されている。

エタノール醗酵はサトウキビ等の糖質資源，穀物等の澱粉質資源，農林産廃棄物やポプラ等のセルロース系資源を原料として醗酵プロセスによりエタノールを生成するものである。
この際、農作物を原料としたエタノール醗酵は実用化されつつあるが、本来食用に供されるものを用いているため、入手する原料価格がエタノール製造価格に対して非常に大きな影響を与えている。

これに対して木質系バイオマスは資源量が豊富であり、食料資源との競合がなく安定して安価に供給される利点があるうえ、産出されている木質系廃材のうち、その一部がパルプ用のチップとしての需要があり、残りはエタノール醗酵用に利用可能となっている。
このような木材チップのような木質系バイオマスなどの天然系の資源収集したチップ化後のバイオマス原料は、加水分解等の糖化工程により糖質に分解した後、微生物の発酵工程によりエタノールに変換し、蒸留・脱水等の精製行程を経てエネルギーや化学原料として利用される（例えば、特許文献１参照）。

ところで、このようなバイオマスエタノール製造プロセスにおいて、上述した加水分解処理を行うに際して、高温希硫酸の分解槽から流体を抜き出す場合、バイオマスチップ残渣がスラリー成分として流体中に存在しているために、バルブの閉塞、作動不良、磨耗（摩滅）等の問題が発生していた。
この際、抜出弁として玉型弁（例えば、特許文献２参照）を用いた場合、主流路に弁プラグが存在しているために、そこを基点としてバイオマスチップ残渣が堆積してきわめて短時間で閉塞が発生してしまうという問題が生じる。

また、このような閉塞を防止するためにボール弁（例えば、特許文献３参照）やプラグ弁を用いた場合、上述した閉塞の問題は発生し難いものの、弁本体と弁プラグとの間に入り込んだスラリーを含んだ流体の反応が進行して、腐食に伴う動作不良等の問題を引き起こしてしまう虞があるうえ、ボールやプラグ等の弁プラグ部分にも摩滅が進行し、早期にメンテナンスが効かない状況に陥ってしまうという問題が発生していた。

本発明は、上記問題を解決するため、弁本体の閉塞や動作不良の発生を抑制することができ、しかも弁プラグの摩滅を防止することができる偏心形回転弁を提供することを目的とする。

その目的を達成するため、本発明の一実施形態に係る偏心形回転弁は、流体搬送用の流路を形成した弁本体と、前記流路の中途部に形成された弁室と、前記流路と直交する軸線を備えた弁軸と、前記弁室内で回転可能となるように前記弁軸に設けられ且つ前記流路を開閉する弁プラグとを備え、前記弁軸の軸線が前記流路の軸線から偏心している偏心形回転弁において、前記弁プラグは、前記流路を全閉しているときと全開しているときとで９０°の範囲で前記弁室内にて回転すると共に、前記流路を全開しているときには前記流路の前記弁プラグによって開閉される開口部分を遮らないことを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る偏心形回転弁によれば、弁プラグが流路を全開しているときには流路の開口部分を遮らないことにより、流体の弁室内での閉塞を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る偏心形回転弁は、前記流路の前記弁室よりも流体排出側にスリーブが設けられていることを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る偏心形回転弁によれば、高差圧のスラリー流体が放出される弁室よりも流体排出側の流路にスリーブが設けられていることにより、流出側流路内に発生する摩滅による弁本体の寿命低下を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る偏心形回転弁は、前記流路中の壁面には、その表面を平滑化すると共に硬度の高いコーティング処理が施されていることを特徴とする。この際、コーティングにはＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）を施すことが望ましい。また、コーティングに合成ダイヤモンドコーティングを用いることによって耐摩耗性を向上することができる。

本発明の一実施形態に係る偏心形回転弁によれば、コーティングを施したことにより、流路中の表面が平滑化されてスラリーの表面付着が防止されると共に硬度化による摩滅を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る偏心形回転弁は、前記弁プラグの回転方向前後に位置する縁部はナイフエッジ状とされていることを特徴とする。この際、前記縁部は３０度以下に設定されることが望ましい。

本発明の一実施形態に係る偏心形回転弁によれば、弁プラグによって開口部分を閉成する時に開口縁部の付着物を削ぎ落とすことができる。

本発明の一実施形態に係る偏心形回転弁は、前記流路の軸線に対する前記弁軸の偏心量をｅ、前記流路の前記弁プラグによって開閉される開口部分の口径をＤとしたときのｅ／Ｄを１／１０以下としたことを特徴とする。この際、前記弁プラグの少なくとも閉成方向前方に位置する縁部寄りの表面は、前記流路の前記弁プラグによって開閉される開口縁部に対して摺接するように回転中心を基準とする円弧状に形成されていることが望ましい。

本発明の一実施形態に係る偏心形回転弁によれば、弁プラグによって開口部分を閉成する直前の弁プラグの進入角度を３度以下とすることができ、開口縁部への付着物を剥離する力学的くさび効果が発揮され、さらには異物噛み込みによる弁プラグの損傷を防止することができる。。

本発明の一実施形態に係る偏心形回転弁は、前記弁本体には、前記弁室に連通するパージ口が設けられていることを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る偏心形回転弁によれば、弁本体にパージ口を設けて高圧スチームで定期パージすることでスラリーの堆積をより一層防止することができる。

本発明の一実施形態に係る偏心形回転弁によれば、弁本体の閉塞や動作不良の発生を抑制することができ、しかも弁プラグの摩滅を防止することができる。

次に、本発明の一実施形態に係る偏心形回転弁の実施の形態を、希硫酸法による木質片バイオマスエタノール製造プロセス用に適用し、図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る偏心形回転弁を示し、図１（Ａ）は偏心形回転弁の平断面図、図１（Ｂ）は弁プラグの一部を拡大した説明図、図２は本発明の一実施形態に係る偏心形回転弁の縦断面図、図３は要部の拡大断面図、図４は閉成過程における弁プラグの前縁部の回動奇跡の説明図、図５は開放過程における弁プラグの前縁部の回動奇跡の説明図である。

図において、偏心形回転弁１は、鋳型等からなる弁本体２と、弁本体２内で直管状に伸びる流路３と、流路３の中途部に形成された弁室４と、流路３の軸線Ｐ１と直交する軸線Ｐ２を回転中心とする弁軸５と、弁軸５に保持された弁プラグ６とを備えている。

弁本体２の流体流入側（図１の弁室４よりも図示左側）にはホルダー７とシートリング８とが設けられている。また、弁本体２の流体排出側（図１の弁室４よりも図示右側）にはスリーブ９が設けられている。流路３は実質的にこのホルダー７とシートリング８及びスリーブ９によって形成されている。さらに、これらホルダー７、シートリング８、スリーブ９の内壁面には、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）コーティング１０によって表面平滑化並びに表面高硬度化されている。尚、ＤＬＣコーティング１０は、便宜上図面では厚肉に記載されているが、実際は薄膜状である。尚、弁本体２は、希硫酸法による木質片バイオマスエタノール製造システムの流路の一部を構成しており、図２に示すように、そのシステム全体流路（配管等）を支持するフレーム１１，１２等にボルト１３等の固定手段を介して固定されている。さらに、弁本体２には、弁室４に連通するパージ口１４が形成されている。

弁軸５は、ここでは流路３を挟むように２本に分割されており、各一端が弁本体２を貫通して弁本体２又はフレーム１１，１２に固定若しくは回転可能に保持されている。また、弁軸５の軸線Ｐ２は、流路３の軸線Ｐ１に対する偏心量ｅは、流路３の開口径Ｄとしたときのｅ／Ｄを１／１０以下に設定されている。これにより、図４，図５に示すように、閉弁間際の開口縁部に対する弁プラグ６の進入時（図４）又は退避時（図５）は進入・退避角度が３°以下となり、特に、進入時には弁プラグ６の表面が開口縁部に摺って進入するように設定されている。ここでの進入・退避角度とは、例えば、図４に示すように、弁プラグ６の回転中心（軸線Ｐ２）に直交する開口縁部の接線と弁プラグ６の表面とのなす角度αを示す。尚、弁プラグ６の回転方向前後に位置する両縁部付近の表面形状は、その回動奇跡が同心円上に位置するように円弧状とすることが好ましい。また、弁軸５は、図２の上方に位置する弁軸５を弁プラグ６と一体に回転するように弁本体２の外側で回転操作し、図２の下方に位置する弁軸５は弁本体２に対して相対回転不能とすることができる。

弁プラグ６は、流路３の流入口を開閉する弁プラグ本体６ａと、この弁プラグ本体６ａを弁軸５に固定するための平面視略扇形状のフランジ６ｂとによって断面略コ字形状に形成されている。また、図３に示すように、弁プラグ本体６ａの少なくとも閉弁時に流路３と対面する表面においてもＤＬＣコーティング１５（図３の太線で示す）が設けられている。さらに、弁プラグ６の回動方向前後の縁部６ｃは角度θ≧３０°のナイフエッジ状とされている。また、弁プラグ２は、弁軸５の偏心により、てこの原理で流路３３閉成したときの締切力を大きくすることができる。従って、弁軸５の軸線Ｐ１に対する軸線Ｐ２の偏心方向は弁プラグ６による流路３の閉成側に偏心させることが好ましい。尚、弁プラグ６は、ここでは一対の弁軸５によって支持されているが、一方（例えば、図２の上方）の弁軸５のみの方持ちとしても良い。

上記の構成において、偏心形回転弁１では、弁プラグ６が流路３を開いているとき、弁本体２の流路３の内部を流体、例えば、木製バイオマス廃材（廃木材やサトウキビ等）をチップ化した後、希硫酸で加水分解（加温・加圧）された流体が流れる。

このとき、図１（Ａ）の鎖線で示すように、弁プラグ６は、流路３を全閉している状態から流路３を全開している状態までの回転角度は略９０°であり、しかも弁プラグ本体６ａは流路３を遮らないように弁室４内に位置している。
の中心線を通り弁軸１２と平行な平面２１に対して弁プラグ６が配置される一方側２２ａと、他方側２２ｂとの流量をほぼ同じに設定してあり、その一方側２２ａより他方側２２ｂが狭く、弁室１９は非対称に形成されている。

このように、本発明の偏心形回転弁１は、弁プラグ６を９０°の回転型にして流路３を遮らないようにしたことにより、流路３を全開しているときには、流体を流路３並びに弁室４内に閉塞させることを防止することができる。

また、流路３中の構成部品表面にＤＬＣコーティング１０，１５を施したことにより、表面平滑化並びに表面高硬度化することができ、流体の通過に伴う構成部品の摩滅を防止することができる。

さらに、弁プラグ６の回転方向前後に位置する縁部（リーディングエッジ）６ｃを角度３０°以下の鋭利なナイフエッジ形状にし、特に、弁プラグ６による閉止時に流路３の開口縁部付近での弁プラグ６の表面との摺動時に付着物を削ぎ落とす効果を持たせることができ、スラリーの堆積をより一層防止することが可能となった。

また、弁軸５の偏心量ｅを流路３の開口径Ｄに対して１／１０以下とすることによって、弁閉止間際の弁プラグ６の進入角度を３度以下とすることができ、付着物を剥離する力学的くさび効果を増大することができ、しかも、異物噛み込みによる弁プラグ本体６ａの損傷を防止することができる。

さらに、スリーブ９を設けたことにより、流体を希硫酸で加水分解（加温・加圧）したものとした場合には、高差圧のスラリー流体を放出することとなるため、特に弁室３の下流側に位置する流路３の排出側の内壁に発生する摩滅による弁本体２の寿命低下を防止することができる。尚、スリーブ９は定期的に交換可能である。

尚、弁プラグ６は、弁本体２と弁プラグ本体６ａとの間にパージ不能のデットスペースは無く、この部分での化学反応の進行（腐食・作動不良）の問題は無いが、開放系ではあるが弁本体２と弁プラグ６との間には主流路から外れて滞留する部分が存在していることに起因するスラリー堆積を防止するため、弁本体２にパージ口１４を設けて高圧スチームで定期パージすることで動作不良を防ぐことができる。

本発明の一実施形態に係る偏心形回転弁を示し、（Ａ）は偏心形回転弁の平断面図、（Ｂ）は弁プラグの一部を拡大した説明図である。 本発明の一実施形態に係る偏心形回転弁の縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る偏心形回転弁の要部の拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係る偏心形回転弁を示し、閉成過程における弁プラグの前縁部の回動奇跡の説明図である。 本発明の一実施形態に係る偏心形回転弁を示し、開放過程における弁プラグの前縁部の回動奇跡の説明図である。

符号の説明

１…偏心形回転弁
２…弁本体
３…流路
４…弁室
５…弁軸
６…弁プラグ
６ｃ…縁部
１０…コーティング
１５…コーティング

Claims (8)

1. 流体搬送用の流路を形成した弁本体と、前記流路の中途部に形成された弁室と、前記流路と直交する軸線を備えた弁軸と、前記弁室内で回転可能となるように前記弁軸に設けられ且つ前記流路を開閉する弁プラグとを備え、前記弁軸の軸線が前記流路の軸線から偏心している偏心形回転弁において、
   前記弁プラグは、前記流路を全閉しているときと全開しているときとで９０°の範囲で前記弁室内にて回転すると共に、前記流路を全開しているときには前記流路の前記弁プラグによって開閉される開口部分を遮らないことを特徴とする偏心形回転弁。
2. 前記流路の前記弁室よりも流体排出側にスリーブが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の偏心形回転弁。
3. 前記流路中の壁面には、その表面を平滑化すると共に硬度の高いコーティング処理が施されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の偏心形回転弁。
4. 前記弁プラグの回転方向前後に位置する縁部はナイフエッジ状とされていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の偏心形回転弁。
5. 前記縁部は３０度以下に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の偏心形回転弁。
6. 前記流路の軸線に対する前記弁軸の偏心量をｅ、前記流路の前記弁プラグによって開閉される開口部分の口径をＤとしたときのｅ／Ｄを１／１０以下としたことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の偏心形回転弁。
7. 前記弁本体には、前記弁室に連通するパージ口が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の偏心形回転弁。
8. 前記弁プラグの少なくとも閉成方向前方に位置する縁部寄りの表面は、前記流路の前記弁プラグによって開閉される開口縁部に対して摺接するように回転中心を基準とする円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の偏心形回転弁。
   

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