JP2013068287A

JP2013068287A - リリーフ弁

Info

Publication number: JP2013068287A
Application number: JP2011207945A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Niikura; 太新倉
Original assignee: Niikura Kogyo Co Ltd
Current assignee: Niikura Kogyo Co Ltd
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: KR20130032260A; CN103016802B; TWI461620B; CN103016802A; JP5539282B2; KR101410622B1; TW201329374A

Abstract

【課題】密閉容器内の圧力が設定値を超えた際の気体の放出動作、および、圧力が設定値を下回った際の密閉動作の応答性を向上させることのできるリリーフ弁を提供する。
【解決手段】弁体２は、弁箱３の内壁との間に気体の流路を形成する可動体４が同軸上に設けられているとともに、弁体２には、弁箱３内の圧力が常時作用する第１の受圧面２ａと、弁体２が弁箱３の気体排出口の内面に形成された略円錐台形状の弁座３ｃから離間させられた際に弁箱３内の圧力が作用する第２の受圧面２ｂとが形成され、弁箱３の内壁には、弁体２が弁座３ｃから離間させられた際に、可動体４と協働して流路を狭める小径部３ｄが形成され、この小径部３ｄの上流側が大径部３ｅとなされている。
【選択図】図３

Description

本発明は、タンク等の密閉容器に用いられて、この密閉容器内の圧力が設定値に達した際に、密閉容器内の気体を外部へ放出して密閉容器の健全性を確保するようにしたリリーフ弁に関するものである。

前述した密閉容器にあっては、気温の変化や内部の蒸気圧の変化等によってその内部圧力が上昇し、設定圧力以上に達することがある。

例えば、ケミカルタンカーやオイルタンカー等に設備されている密閉容器としてのタンクにあっては、積載物の積み込みよってタンク内の気体が圧縮されて内部圧力が上昇することがある。また、安全上の理由により、積載物が積み込まれた余剰空間部に不活性ガス等を充填している。この場合には、気温により不活性ガスが膨張し内部圧力の上昇をきたすことがある。

このような圧力上昇を抑制するために、密閉容器にリリーフ弁を設けて、内部圧力が設定圧力に至った際に、密閉容器内の気体を外部へ放出して内部圧力を設定圧力以内に保持することが行われている。

例えば、ケミカルタンカー等に設備されるリリーフ弁においては、開弁から閉弁までの間、常に排気速度を３０ｍ／ｓｅｃ以上の高速で上方へ排気することにより、タンクへの火災の侵入を防止する安全策が採られている。
排気速度を３０ｍ／ｓｅｃ以上の高速にするためには、弁体の開弁速度を速くする必要がある。このタンク内圧を利用して弁体の開弁速度を速くする方法として、弁体に設定圧力で開弁させる第１受圧面と、それよりも大きい面積を有する第２受圧面とを設け、タンク内圧を第１受圧面から第２受圧面に作用させることで、開弁速度を速くする方法がある。この方法では、弁体を持ち上げる力が第１受圧面と第２受圧面との面積比分上昇するため、この面積比を大きくすることで、開弁速度をより速くすることが可能である。

しかし、この方法では、逆に、開弁させる際に必要な設定圧力よりも十分に低い圧力にならないと閉弁しないために、それだけ多くの不活性ガスを放出してしまうことになる。これは、開弁速度を速くするための第２受圧面の機能が、閉弁動作においては逆に作用するからである。

この点、特許文献１に記載の技術は、内部気体の放出時における放出気体の圧力変化に起因したリリーフ弁の開閉動作の繰り返し現象を防止することを目的としたものであるが、閉弁時に弁体を下方へ引き寄せる磁石を設けることで、閉弁速度を速くし、圧力が設定圧力以下に降下した際の早期の密閉動作が行えるようにしている。

特許第４２８２３２６号公報

しかしながら、このように弁体を下方へ引き寄せる磁石を設ける方法では、次のような点で解決すべき課題があった。
（１）高価な部品となる磁石を用いた分だけ製造コストが高くなる点。
（２）磁石だけでなく磁石の取付手段等の部品点数も増加する点。
（３）リリーフ弁はタンカー等に装備されることが多いため、腐食性ガスによって磁石が腐食する点。
（４）磁石は鉄分を引き付けるため、磁石の存在する弁箱内に鉄分が付着しやすい点。
また、この特許文献１に記載の圧力弁では、開弁動作の応答性についても改善の余地が残されている。
このように、従来においては開弁動作の応答性と閉弁動作の応答性とを両立させることは難しかった。
以上の理由から、開弁時における気体の放出動作及び閉弁時における密閉動作のいずれにおいてもその応答性を高めることができる新規な解決策が望まれていた。

本発明は、前述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、密閉容器内の圧力が設定値を超えた際の気体の放出動作、および、圧力が設定値を下回った際の密閉動作の応答性を向上させることができる新規な技術を提供することを課題とする。

本発明の請求項１に記載のリリーフ弁は、前述した課題を解決するために、弁体と、この弁体が付勢されて気密に当接させられる弁座が形成された弁箱とを備え、弁箱に導かれる気体の圧力が設定値に至った際に、その圧力により前記弁体が前記弁座から離間させられて前記弁箱内の気体を外部へ放出するようにしたリリーフ弁であって、前記弁体に、この弁体と一体に設けられ前記弁箱の内壁との間に前記気体の流路を形成する可動体が設けられているとともに、前記弁体には、前記弁箱内の圧力が常時作用する第１の受圧面と、弁体が前記弁座から離間させられた際に前記弁箱内の圧力が作用する第２の受圧面とが形成され、前記可動体には、前記弁箱内の圧力を受ける第３の受圧面が形成され、前記弁箱の内壁には、前記弁体が前記弁座から離間させられた際に、前記可動体と協働して前記流路を狭める小径部が形成されていることを特徴とするものである。

このような構成とすることにより、弁箱内の圧力が所定圧力に達すると、弁体に形成されている第１の受圧面に作用する力によって、弁体および可動体が開弁方向へ移動させられる。

開弁動作の初期において、弁体が弁座より離間した際に、この弁体に形成されている第２の受圧面が弁箱へ連通させられるとともに、この第２の受圧面に弁箱内の圧力が作用し、この第２の受圧面に作用する力が前記弁体に加わることにより、弁体の開弁動作が加速される。

弁体が閉弁位置にある状態において、弁箱内部の、可動体を取り巻く気体圧力は一定であり、したがって、可動体に弁の開閉方向への力は作用していない。

前記第１の受圧面および第２の受圧面に作用する力による開弁動作が進むと、可動体の弁体側（すなわち、流路の下流側）の圧力が低下し、この可動体の流路の上流側にこの可動体を開弁方向へ移動させる力が新たに加わる。
これによって、弁体の開弁動作が加速される。

さらに開弁動作が進むと、可動体が弁箱の小径部に移動して弁箱内の流路が狭められ、これによって、可動体の上流側の気体圧力が上昇するとともに、この可動体に作用する開弁方向の力がさらに増加し、弁体の開弁動作が一層加速される。

このように、第１の受圧面へ作用する力に第２の受圧面へ作用する力が加わり、さらに、可動体へ作用する力が加わった後に、この力が圧力上昇に伴って増幅されることにより、弁体の開弁動作が迅速に行われる。

一方、閉弁動作は、前述した開弁動作と逆の動作で行われるが、第２の受圧面に圧力が有効に作用するまえに、可動体が弁箱の小径部から離れ大径部に位置させられる。

このときに、可動体の上流側の気体圧力が低下し、これによって、可動体に加わる開弁方向への力が減少する。
このとき、弁体は閉弁方向へ移動していることから、その慣性力と前述した可動体へ作用している開弁方向への力の減少とにより、弁体が弁座に当接させられてリリーフ弁が閉じられる。
したがって、弁体が迅速に閉じられる。

そして、この可動体へ作用している開弁方向への力の減少量は、弁箱の小径部と大径部との内径差を設計変更することにより調整が可能であり、この減少量を、閉弁動作時に第２の受圧面に生じる開弁方向への力よりも大きく設定しておくとより閉弁動作が加速される。

また、前述した可動体へ作用している開弁方向への力の減少量の調整は、閉弁時の圧力の調整を行うことでもあり、これによって、開弁時の設定圧力に対する閉弁時の圧力を設定することが可能となる。

したがって、閉弁時の圧力を開弁時の設定圧力に極力近づけることが可能となり、過度の気体放出を抑制してリリーフ弁が設置されている密閉容器内の過度の圧力低下を抑制することができる。
ちなみに、閉弁時の圧力は、開弁時の設定圧力７０％〜８０％程度が好適であると考えられる。

このように、過度の気体の放出が抑制されると、たとえば、安全上充填される不活性ガス等の放出量を少なくして、管理コストを軽減することが期待できる。

本発明の請求項２に記載のリリーフ弁は、請求項１に記載の第３の受圧面が、前記第１の受圧面よりも大きい面積であることを特徴とするものである。
このような構成とすることにより、弁体の開弁動作をより迅速にすることができる。

本発明の請求項３に記載のリリーフ弁は、請求項１に記載の可動体が、大径部と小径部とを有し、前記弁体が前記弁座から離間させられた際に、前記可動体の大径部と前記弁箱の小径部との間で前記流路を狭めることを特徴とするものである。
このような構成とした場合、簡易な構造によって、可動体の大径部に弁体のような機能を、弁箱の小径部に弁座のような機能を付与することができる。

本発明の請求項４に記載のリリーフ弁は、請求項１〜３に記載の前記弁箱には、前記弁体が気密状態で摺動可能に嵌合させられるガイド部が前記第２の受圧面を取り囲むように形成されていることを特徴とするものである。

このような構成とすることにより、第２の受圧面から排気される気体の量を前記ガイド部によって抑制することにより、第２の受圧面に作用する力を確実に得ることができる。

本発明の請求項５に記載のリリーフ弁は、請求項１〜４に記載の前記弁体および可動体が、鉛直方向に移動可能に設けられ、これらの質量により前記弁体が前記弁座へ向けて付勢されていることを特徴とするものである。

このような構成とすることにより、弁体の質量と可動体の質量との合計質量に対してのみ、開弁動作ならびに閉弁動作のための諸条件の設定、各種受圧面の面積、可動体の寸法や小径部の寸法等の設定を行うものであるから、設定が簡便で容易である。

本発明によれば、密閉容器内の圧力が設定値を超えた際の気体の放出動作、および、圧力が設定値を下回った際の密閉動作の応答性を向上させることができる。

本発明の一実施形態を示す縦断面である。本発明の一実施形態の動作を説明するための縦断面である。本発明の一実施形態を示す要部の拡大縦断面図である。本発明の可動体の他の実施形態を示す正面図である。

以下、本発明の一実施形態を図１ないし図３を参照して説明する。
図１中、符号１は、本実施形態に係わるリリーフ弁を示している。該リリーフ弁は、弁体２と、図示しない密閉容器に取り付けられて、その内部と連通させられる気体導入口３ａ、および密閉容器内の気体を外部へ放出する気体排出口３ｂを有する弁箱３とを備えている。

前記弁体２には、前記弁箱３の内壁との間に気体の流路Ｌを形成する可動体４が同軸上に設けられている。前記弁体２には、前記弁箱３内の圧力が常時作用する第１の受圧面２ａと、弁体２が前記弁箱３の気体排出口３ｂの内面に形成された略円錐台形状の弁座３ｃから離間させられた際に前記弁箱３内の圧力が作用する第２の受圧面２ｂとが形成されている。前記可動体４には、前記第１の受圧面２ａよりも大きな第３の受圧面４ａが形成されている。前記弁箱３の内壁には、前記弁体２が前記弁座３ｃから離間させられた際に、前記可動体４と協働して前記流路Ｌを狭める小径部３ｄが形成され、この小径部３ｄの上流側が大径部３ｅとなされている。３ｆは吸気弁の取り付け部である。

前記弁体２および可動体４は、前記弁箱３の中心部に一方向（本実施形態においては上下方向）に往復動可能に装着されたロッド５の上端部および略中間部に一体に取り付けられている。
すなわち、前記可動体４は、前記ロッド５に被嵌されているとともに、前記ロッド５にピン６を介して軸方向の移動が拘束された状態で取り付けられたストッパー７と、このストッパー７と所定間隔をおいて螺着されたナット８とによって前記ロッド５に固定されている。

前記弁体２は、前記ロッド５に被嵌されているとともに、このロッド５の上端部近傍に形成された段部（図示略）と、前記ロッド５の端部に螺着されたナット９とによって挟持されて固定されている。
また、この弁体２に形成されている前記第２の受圧面２ｂは、前記弁座３ｃの内面形状とほぼ同一の外面形状に形成され、この弁座３ｃに気密に当接させられるようになっている。

前記弁箱３は、円筒状で略中間部にステー１０ａが形成された本体１０と、この本体１０の上端部に着脱可能に装着された蓋体１１とによって構成されている。

前記ステー１０ａの中央には、前記ロッド５が摺動自在に嵌合させられるガイドブッシュ１２が一体に取り付けられている。また、前記蓋体１１の上端部内面には前記弁座３ｃが形成されているとともに、上下方向略中間部には、前記ロッド５が摺動自在に嵌合されるガイド１３が複数のステー１４を介して一体に設けられている。

このように構成された本実施形態に係わるリリーフ弁１は、図１に示すように、弁体２の第２の受圧面２ｂが蓋体１１の弁座３ｃに全周にわたって気密に当接させられることにより、閉弁状態となされる。
本実施形態においては、前記弁体２や可動体４およびこれらを連結するロッド５やストッパー７、ピン６、ナット８，および、ナット９等の質量によって前記弁体２と弁座３ｃとの当接がなされている。

タンカーのタンク等の図示しない密閉容器に接続されて使用されるリリーフ弁１は、その内部の圧力が前記密閉容器内の圧力と均衡しており、その圧力が、弁体２の第１の受圧面２ａに作用し、開弁方向への力が作用している。
そして、前記可動体４は、前記弁体２が閉弁位置に位置させられているから、その全周にわたって均一な圧力が作用していることから、気体による力は作用していない。

密閉容器内の圧力が上昇すると、弁箱３内の圧力も上昇し、第１の受圧面２ａに作用する開弁方向への力が増加し、設定圧力以上になった時点で弁体２が開方向へ移動させられる。

弁体２の開方向への移動に伴い、第２の受圧面２ｂが弁座３ｃより離間し、この第２の受圧面２ｂに圧力が加わり開弁方向への力が生じ、前記第１の受圧面２ａに加わる力とともに弁体２を開弁方向へ移動させる。

さらに弁体２の開弁動作が継続すると、図２に示すように、弁箱３が大きく開放されて、可動体４の弁座３ｃ側の圧力が低下する。
これによって、可動体４の流路Ｌの上流側と下流側とに圧力差が生じ、この圧力差によって、前記可動体４が、弁座３方向へ移動させられる。

また、可動体４の移動により、この可動体４が弁箱３の小径部３ｄへ移動し流路Ｌを狭め、前記可動体４の上流側の圧力が上昇し、この可動体４の開弁方向への押圧力が高められる。

このように、複数の押圧力が合わさって開弁方向に作用することなり、開弁速度が著しく向上する。

前記密閉容器内の圧力が設定圧力より低くなると閉弁動作が開始されるが、この閉弁動作時において、弁体２を開方向に移動させようとする力が、可動体４の大径部３ｅへの移動によって急激に減少する。
したがって、弁体２は閉弁位置に向かって急速に移動し、その慣性力と相まって、迅速な閉弁が行われる。

なお、前記実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。

たとえば、図３に示すように、前記弁箱３に、前記弁体２が気密状態で摺動可能に嵌合させられるガイド部１５を、前記第２の受圧面２ｂを取り囲むように形成して、第２の受圧面２ｂへの圧力の作用を高めることができる。

また、前記実施形態の可動体４は、肉厚の円筒部材を切削加工して小径部分と大径部分とを形成した例を示しているが、この可動体４としては、図４に示すように、筒状の本体部４１と、その上端部に固定した孔あき円板４２とにより構成しても良い。
このように構成した場合、可動体４自体の制作性が容易で、より低コスト化を図ることができる。

１リリーフ弁
２弁体
２ａ第１の受圧面
２ｂ第２の受圧面
３弁箱
３ａ気体導入口
３ｂ気体排出口
３ｃ弁座
３ｄ小径部
３ｅ大径部
４可動体
５ロッド
６ピン
７ストッパー
８ナット
９ナット
１０本体
１０ａステー
１１蓋体
１２ガイドブッシュ
１３ガイド
１４ステー
１５ガイド部

Claims

弁体と、この弁体が付勢されて気密に当接させられる弁座が形成された弁箱とを備え、弁箱に導かれる気体の圧力が設定値に至った際に、その圧力により前記弁体が前記弁座から離間させられて前記弁箱内の気体を外部へ放出するようにしたリリーフ弁であって、
前記弁体に、この弁体と一体に設けられ前記弁箱の内壁との間に前記気体の流路を形成する可動体が設けられているとともに、
前記弁体には、前記弁箱内の圧力が常時作用する第１の受圧面と、弁体が前記弁座から離間させられた際に前記弁箱内の圧力が作用する第２の受圧面とが形成され、
前記可動体には、前記弁箱内の圧力を受ける第３の受圧面が形成され、
前記弁箱の内壁には、前記弁体が前記弁座から離間させられた際に、前記可動体と協働して前記流路を狭める小径部が形成されていることを特徴とするリリーフ弁。
前記第３の受圧面は、前記第１の受圧面よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のリリーフ弁。
前記可動体は、大径部と小径部とを有し、前記弁体が前記弁座から離間させられた際に、前記可動体の大径部と前記弁箱の小径部との間で前記流路を狭めることを特徴とする請求項１又は２に記載のリリーフ弁。
前記弁箱には、前記弁体が気密状態で摺動可能に嵌合させられるガイド部が前記第２の受圧面を取り囲むように形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のリリーフ弁。
前記弁体および可動体が、鉛直方向に移動可能に設けられ、質量により前記弁体が前記弁座へ向けて付勢されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のリリーフ弁。