JP2015059616A - 高温流体用仕切弁 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な冷却構造の弁体の高温流体用仕切弁を提供する。【解決手段】弁体２０内部に冷却水ａの流路２２を有する高温流体用仕切弁Ｖである。その流路は、上流側から弁体外周を周回した後、千鳥足状に蛇行して下流側に至る。周回する流路２２ａは同じく周回する隔壁２３ａ、２３ｂによって形成され、蛇行する流路２２ｂは、周回する隔壁２３ｂの内面から交互に突出する隔壁２３ｃによって形成されている。冷却水ａは、弁体外側全周を周回して、最も冷却を優先すべき弁体外周部分を冷却した後、その内部の蛇行流路２２ｂ内を千鳥足状に蛇行して弁全体を冷却する。弁体２０は、隔壁２３ａ、２３ｂ、２３ｃを有する一方の弁板と、その一方の弁板にその周囲で溶接して一体とされた他方の弁板とからなり、その両弁板を隔壁を介して溶接することによって一体にする。【選択図】図２

Description

この発明は、高温流体が流れる配管に設けられる仕切弁に関する。

この種の高温流体が流れる配管、例えば、熱風炉からの熱風を高炉に送る配管は、その配管流路を開閉する熱風弁が設けられ、その熱風弁は、弁体を熱風の流れに直交する方向に配置した仕切弁が一般的である（特許文献１段落０００２、図１〜図７参照）。
このような設備に設置される熱風弁は、例えば、１２００〜１４００℃の熱風に晒されるため、冷却装置を付設している。

また、熱風弁は、開弁している時、その弁体が弁箱キャップ部に収納されて熱風にその大部分が晒されない一方、弁箱は弁体が熱風流路から退去していることから、その弁箱弁座が熱風に晒されることとなる。逆に、閉弁している時は、その弁体は熱風流路を横切って熱風にその大部分が晒される一方、弁箱は弁体によって弁箱弁座が覆われているため、熱風に殆ど晒されないこととなる。すなわち、熱風弁の開閉時において、その弁箱と弁体への熱衝撃度合が異なる。
このため、その冷却装置は、熱風弁の弁箱に冷却水を給排する流路と、同弁体に冷却水を給排する流路とを別々に有している（特許文献１図４、段落０００３〜同０００５参照）。

この熱風弁のような高温流体用仕切弁における弁体の冷却構造は、その冷却水流路を弁体内部に形成したものが一般的である。その流路には、往路を上流側から弁体中心部に向かって渦巻き状に形成するとともに、復路を前記復路の下流端から弁体外周に向かって渦巻き状に形成したものがある（特許文献１図２参照）。

特開２００３−２６２２８０号公報

上記熱風弁等の高温流体用仕切弁は、１メートル以上の大口径の物もある反面、数十センチの小口径の物もある。その小口径の高温流体用仕切弁において、弁体の冷却水流路を上記渦巻き状に形成することは、渦巻き状の隔壁を作ることが煩雑であることから、冷却効果に比べて、手間がかかり製作コストが高くなる問題がある。

この発明は、以上の実状の下、上記小口径であっても、その冷却水流路を冷却効果の低下を招くことなく安価に作ることを課題とする。

上記課題を達成するため、この発明は、弁体内部に冷却水の流路を有する高温流体用仕切弁において、前記流路は、上流側から前記弁体外周を周回した後、千鳥足状に蛇行して下流側に至る構成を採用したのである。
この構成の冷却水流路であると、冷却水は、まず、弁体外側全周を周回して、最も冷却を優先すべき弁箱弁座に接離する弁体外周部分（弁体弁座部分）を冷却した後、その内部を千鳥足状に蛇行して弁全体を冷却する。この千鳥足状の蛇行流路は、弁体内部のほぼ全域に亘って冷却水を長い流路で流すことができるため、その冷却効果が高いものとなる。

このように、冷却水流路が、弁体外周を周回した後、千鳥足状の蛇行態様であると、例えば、その周回する流路は同じく周回する隔壁によって形成し、蛇行する流路は、前記周回する隔壁の内面から弁軸の軸方向に向かって交互に突出する隔壁によって形成することができる。この構成の隔壁は、上記渦巻き状の隔壁に比べて複雑ではないため、その製作も容易である。その交互に突出する隔壁は、弁軸に対し、その軸方向に向かって直交方向などの斜め方向に順々に位置させることができる。

交互に突出する隔壁が弁軸の軸方向に向かって順々に位置する場合、上記冷却水の往路は周回する流路に接続し、冷却水復路は周回する流路及び蛇行する流路を貫通して上記軸方向最先段の突出する隔壁（２３ｃ）を貫通してその表面に開口している構成とすることができる。このとき、その最先段の突出する隔壁の基部に冷却水の通過孔を形成すれば、復路に入る冷却水は、その隔壁の先端縁を回ったもののみならず、前記通過孔を通ったものも含まれるため、冷却水の循環が円滑となる。すなわち、通過孔がない場合、最下段の隔壁の基部下方は、冷却水の流れ方向において復路の開口より後側となるため、冷却水が留まって（流れず）円滑な冷却作用が行われない。

このような弁体は、例えば、上記隔壁を有する（隔壁が一体の）一方の弁板と、その一方の弁板にその周囲で溶接して一体とされた他方の弁板とからなる構成を採用することができる。このとき、一方の弁体と隔壁は、鋳造によって一体にしたり、隔壁を削り出しによって形成して一体にしたり、隔壁を弁板に溶接して一体にしたりすることができる。

この発明は、以上のように、冷却水流路を周回流路と蛇行流路で構成したので、その構成も簡単となり、安価な弁体とすることができる。特に、３００センチ以下の小口径の高温流体用仕切弁に有効である。

この発明に係る高温流体用仕切弁の一実施形態の切断正面図 同実施形態の切断側面図 同実施形態の弁体の分解斜視図

この実施形態の高温流体用仕切弁Ｖは、実験炉の熱風弁であって、口径：２５０ｍｍのものであり、従来の熱風弁と同様に、弁箱１０内に円盤状弁体２０を昇降自在に設け、その弁箱１０の上面に弁体収納部１１を設けている。その弁体２０は二重管からなる弁棒１２が設けられており、この弁棒１２は、従来と同様に、弁体収納部１１上面の駆動装置（図示せず）によって昇降される（特許文献１段落００２０、図４、図５参照）。その二重管の弁棒１２は、その内管が冷却水ａの復路１２ｂ、内外管の間が同往路１２ａとなっている。

弁箱１０は、円筒状の弁箱本体１０ａと、その両端の円環状フランジ１０ｂと、弁箱弁座をなす円環状の弁箱側冷却水流路１０ｃとからなる。その弁箱側冷却水流路１０ｃには適宜な位置に給排口が形成されて冷却水が給排され、その冷却水の弁箱弁座全周の流通によって弁箱弁座の円滑な冷却が行われる。図１、図２中、１０ｄ、１１ｄは弁箱円筒部内全周、弁体収納部１１内全周及び弁箱外周に設けた耐火物である。

弁体２０は、図３に示すように、対の弁板２１ａ、２１ｂとからなり、その一方の弁板２１ａに冷却水流路２２（２２ａ、２２ｂ）を形成する隔壁２３ａ、２３ｂ、２３ｃを設けている。この隔壁２３ａ、２３ｂ、２３ｃは一の部材から削り出した弁板２１ａと一体ものである。各隔壁２３ａ、２３ｂ、２３ｃには、弁体２０の軸心上の弁棒１２の内管（復路）１２ｂが貫通している。
一の隔壁２３ａは弁板２１ａの外周全長に亘って設けられて外壁を形成し、その一の隔壁２３ａの内側に所要の間隔をおいて二の円環状の隔壁２３ｂが設けられて、その隔壁２３ｂ上端の一部に流入口２４が形成されている。この一の隔壁２３ａと二の隔壁２３ｂの間隙によって弁体２０の外周を周回する流路２２ａが形成される。

三の隔壁２３ｃは、水平直線状（平板状）であって、二の隔壁２３ｂの内面に下方に向かって千鳥足状に設けられている（周回する隔壁２３ｂの内面から弁軸１２の軸方向に向かって交互に突出する水平の隔壁２３ｃによって蛇行する流路２２ｂが形成されている）。その千鳥足状の段数は任意であり、この実施形態では、口径：２５０ｍｍであって、製作コストの面と冷却効率の点から、三段としている。
上記軸方向最先段となる最下段の隔壁２３ｃの下面には上記内管１２ｂが開口し、この開口から冷却水ａが内管１２ｂで形成された復路１２ｂに流れ込む。この実施形態においては、内管１２ｂの下端に最下段の隔壁２３ｃが位置し、二の隔壁２３ｂとは切り離されて、その隔壁２３ｃの基部（図２において左端部分）に間隙２５が形成されている。この間隙２５は、図２において、最下段の隔壁２３ｃの右端を二の隔壁２３ｂに連接して設けた場合には、透孔（通過孔）とすることができる。これらの間隙２５、透孔は必ずしも形成する必要はない。

各隔壁２３ａ、２３ｂ、２３ｃを有する弁板２１ａに他の弁板２１ｂを沿わせて一体とする。その一体化は、外壁２３ａの全周を他の弁板２１ｂに水密に溶接し、他の二、三の隔壁２３ｂ、２３ｃは他の弁板２１ｂの内面に圧接する。また、図３鎖線に示すように、他方の弁板２１ｂに二、三の隔壁２３ｂ、２３ｃの端縁が嵌る表裏面に開口するスリット２６を形成し、そのスリット２６に各隔壁２３ｂ、２３ｃを嵌めて弁板２１ｂの外面（図３では左面）から溶接して一体化することもできる。

この実施形態の高温流体用仕切弁Ｖは以上の構成であり、弁体２０に外管（往路）１２ａから冷却水ａが送り込まれると、その冷却水ａは、まず、外壁２３ａと二の隔壁２３ｂの間の流路２２ａに入って弁体２０の外周を周回して、最も冷却を優先すべき弁体２０外周部分を冷却する。
つぎに、その流路２２ａの上端に至った冷却水ａは、流入口２４から二の隔壁２３ｂ内の三の隔壁２３ｃによって形成された千鳥足状の（下方に向かって蛇行する）流路２２ｂに流入し、弁体２０の内部を千鳥足状に蛇行しながら最下段の隔壁２３ｃの下方に至って内管（復路）１２ｂ内に流入し、弁体２０全体を冷却する。
このとき、最下段の隔壁２３ｃには間隙２５が形成されているため、その上段の隔壁２３ｃの先端縁を回った冷却水ａは最下段の隔壁２３ｃの下方に至って復路１２ｂに円滑に流れ込む（図２参照）。すなわち、間隙２５がない場合、最下段の隔壁の基部下方は、冷却水の流れ方向において復路１２ｂの開口より後側となるため、冷却水ａが留まって（流れず）円滑な冷却作用が行われないが、この実施形態ではその不都合はない。

上記実施形態は、一方の弁板２１ａに隔壁２３ａ、２３ｂ、２３ｃを削り出しによって設けたが、その弁板２１ａと隔壁２３ａ、２３ｂ、２３ｃとを鋳造して一体にしたり、弁板２１ａに隔壁２３ａ、２３ｂ、２３ｃを溶接して一体にしたりし得ることは勿論である。削りだしの場合、流路２２ｂが渦巻き状ではなく蛇行状のため、ＮＣ加工機によってその流路２２ｂを容易に形成し得る。
また、この発明は、呼び径３００ｍｍ以下（弁体２０の外径６００ｍｍ以下）が好ましいが、それ以上、例えば、口径：１０００ｍｍ以上の熱風弁にも採用できる。さらに、熱風弁以外の高温流体用仕切弁にも採用できることは勿論である。
さらに、冷却水ａの往復路１２ａ、１２ｂは、弁軸１２とは別の２本の管又は２重管や、特許文献１図４記載の並行した２本の管からなる弁軸１２で形成する等と任意である。

因みに、上記実施形態は、弁軸１２の軸方向を上下方向としたので、各隔壁２３ｃは軸方向下方に向かって交互に突出し、冷却水ａの復路１２ｂは最下段の隔壁（２３ｃ）を貫通してその下表面に開口したが、弁軸１２の軸方向が水平方向等の上下方向と異なる場合は、各隔壁２３ｃは下方ではなくその異なる方向、例えば、水平方向であればその水平の一方に向かって交互に突出し、冷却水ａの復路１２ｂはその異なる方向の最先段、例えば、水平方向であればその水平の一方に最先段の隔壁２３ｃを貫通してその表面に開口することとなることは勿論である。

ａ 冷却水
１０ 弁箱
１０ａ 弁箱本体
１０ｂ 弁箱のフランジ
１２ 弁棒
１２ａ 冷却水の往路（外管）
１２ｂ 冷却水の復路（内管）
２０ 弁体
２１ａ 一方の弁板
２１ｂ 他方の弁板
２２ 流路
２２ａ 周回流路
２２ｂ 蛇行流路
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ 隔壁
２４ 流入口
２５ 間隙（通過孔）

Claims (4)

1. 弁体（２０）内部に冷却水（ａ）の流路（２２）を有する高温流体用仕切弁（Ｖ）において、前記流路（２２）は、上流側から前記弁体（２０）外周を周回した後、千鳥足状に蛇行して下流側に至っていることを特徴とする高温流体用仕切弁。
2. 上記周回する流路（２２ａ）は同じく周回する隔壁（２３ａ、２３ｂ）によって形成され、上記蛇行する流路（２２ｂ）は、前記周回する隔壁（２３ｂ）の内面から弁軸（１２）の軸方向に向かって交互に突出する隔壁（２３ｃ）によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の高温流体用仕切弁。
3. 上記冷却水（ａ）の往路（１２ａ）が上記周回する流路（２２ａ）に接続され、冷却水（ａ）の復路（１２ｂ）が前記周回する流路（２２ａ）及び上記蛇行する流路（２２ｂ）を貫通して上記軸方向最先段の突出する隔壁（２３ｃ）を貫通してその表面に開口していることを特徴とする請求項２に記載の高温流体用仕切弁。
4. 上記最先段の突出する隔壁（２３ｃ）の基部に冷却水（ａ）の通過孔（２５）を形成したことを特徴とする請求項３に記載の高温流体用仕切弁。

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