JP2019120285A - 弁 - Google Patents

Abstract

【課題】エロージョンの発生を抑制することができる弁を提供する。【解決手段】弁は、ケーシングと、弁口２２が形成された弁座２１と、弁体３１とを備え、弁座２１は、内周シート部２４および外周シート部２５を有する環状の凹溝２３が設けられ、弁体３１は、内周シート部３３および外周シート部３４を有する凸環部３２が設けられ、弁体３１が弁座２１から離座し弁座２１と弁体３１との間隙が途中開度のとき、弁座２１の内周シート部２４と弁体３１の内周シート部３３とで形成される間隙Ｓ２から弁座２１の外周シート部２５と弁体３１の外周シート部３４とで形成される間隙Ｓ３に至る流路に流路面積を拡大する拡大部４４が設けられている。【選択図】図３

Description

本願は、蒸気や空気等の気体又は温水や水等の液体が流れる流体配管系統に設けられて流体の流れを制御する弁に関するものである。

例えば特許文献１には、リリーフ弁が開示されている。このリリーフ弁は、流体が通過する弁口（圧力開放口）が形成された弁座と、弁座に離着座して弁口を開閉する弁体とを備えている。弁座には、凸環部が弁体側端に設けられ、弁体には、環状の凹溝が弁座側端に設けられている。弁体は、環状の凹溝の外表面全体が弁座の凸環部の外表面全体に着座することにより弁口を閉じる。

実開平２−９３８１号公報

ところで、前述のようなリリーフ弁においては、弁座と弁体との間隙が所定以下の途中開度のとき、弁口を通過する流体が弁座と弁体との間を高速で通過するため、弁座と弁体とにエロージョンが発生する可能性があった。

本願に開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エロージョンの発生を抑制することができる弁を提供することにある。

本願の弁は、ケーシングと、弁座と、弁体とを備えている。前記ケーシングは、流体の流入口および流出口が設けられたものである。前記弁座は、前記流入口から流入した流体が通過して前記流出口へ流れる弁口が形成されたものである。前記弁体は、前記弁座に離着座して前記弁口を開閉するものである。前記弁座は、内周シート部および外周シート部を有する環状の凹溝又は凸環部が設けられたものである。前記弁体は、前記弁座の環状の凹溝の内周シート部および外周シート部に離着座する内周シート部および外周シート部を有する凸環部又は前記弁座の凸環部の内周シート部および外周シート部に離着座する内周シート部および外周シート部を有する環状の凹溝が設けられたものである。そして、前記弁体が前記弁座から離座し前記弁座と前記弁体との間隙が途中開度のとき、前記弁座の内周シート部と前記弁体の内周シート部とで形成される間隙から前記弁座の外周シート部と前記弁体の外周シート部とで形成される間隙に至る流路に流路面積を拡大する拡大部が設けられている。

本願の弁によれば、エロージョンの発生を抑制することができる。

図１は、実施形態１に係る弁の概略構成を示す断面図である。 図２は、実施形態１に係る弁の弁座と弁体とについて弁体が弁座に着座した状態を拡大して示す断面図である。 図３は、実施形態１に係る弁の弁座と弁体とについて弁体が弁座から離座し弁座と弁体との間隙が所定以下の途中開度時の状態を拡大して示す断面図である。 図４は、実施形態２に係る弁の弁座と弁体とについて弁体が弁座から離座し弁座と弁体との間隙が所定以下の途中開度時の状態を拡大して示す断面図である。 図５は、実施形態１の変形例に係る弁の弁座と弁体とについて弁体が弁座から離座し弁座と弁体との間隙が所定以下の途中開度時の状態を拡大して示す断面図である。 図６は、実施形態２の変形例に係る弁の弁座と弁体とについて弁体が弁座から離座し弁座と弁体との間隙が所定以下の途中開度時の状態を拡大して示す断面図である。

以下、本願の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本願に開示の技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る弁の概略構成を示す断面図である。図２は、実施形態１に係る弁の弁座と弁体とについて弁体が弁座に着座した状態を拡大して示す断面図である。図３は、実施形態１に係る弁の弁座と弁体とについて弁体が弁座から離座し弁座と弁体との間隙が所定以下の途中開度時の状態を拡大して示す断面図である。本実施形態１の弁１は、流体として蒸気が流通するものである。図１に示すように、本実施形態１の弁１は、ケーシング１１と、弁座２１と、弁体３１とを備えている。

ケーシング１１は、本体１２と、上蓋１３と、下蓋１４とを有している。なお、図１ではその縦方向が上下方向である。本体１２の上部開口には、仕切部材１５を挟んで上蓋１３が設けられている。上蓋１３および仕切部材１５は、上蓋１３に設けられているフランジ１６によって本体１２に締結されている。本体１２の下部開口には、下蓋１４が締結されている。本体１２には、蒸気の流入口１７および流出口１８が設けられている。流入口１７および流出口１８は互いに対向している。

弁座２１は、本体１２の内部に設けられている。弁座２１は、略円筒状に形成され、円筒軸が上下方向に延びる状態で設けられている。そして、弁座２１は、円筒内部が弁口２２となっている。ケーシング１１の内部は、弁座２１の下方が流入空間１９となり、弁座２１の上部が流出空間２０となっている。流入空間１９は流入口１７と連通し、流出空間２０は流出口１８と連通し、流入空間１９と流出空間２０とは弁座２１の弁口２２によって連通している。弁座２１の弁口２２は、流入口１７と流出口１８とを連通させるものであり、流入口１７から流入した蒸気が通過して流出口１８へ流れるものである。

弁体３１は、流出空間２０に配置されている。弁体３１には、上下方向に延びる弁軸３２が一体に設けられている。弁体３１は、弁軸３２が上下方向に変位することにより弁座２１の弁体側端に離着座し、弁口２２を開閉するものである。弁軸３２の上部は、仕切部材１５および上蓋１３を貫通して外部に突出している。弁軸３２と上蓋１３との間には、コイルバネ４１およびパッキング４２が押え部材４３によって装着されている。

弁座２１は、図２および図３に示すように、弁体側端に環状の凹溝２３が形成されている。環状の凹溝２３は、横断面が三角形に形成されている。環状の凹溝２３には、内周シート部２４及び外周シート部２５が設けられている。

弁体３１は、図２および図３に示すように、弁座側端に凸環部３２が形成されている。凸環部３２の先端は、横断面が半円形に形成されている。凸環部３２の先端側には、内周シート部３３及び外周シート部３４が設けられている。弁体３１は、凸環部３２の内周シート部３３及び外周シート部３４が弁座２１の環状の凹溝２３の内周シート部２４及び外周シート部２５に離着座することにより、弁口２２を開閉する。図２に示すように、弁体３１の内周シート部３３および外周シート部３４が弁座２１の内周シート部２４および外周シート部２５に着座して弁口２２を閉じたとき、弁座２１の内周シート部２４と外周シート部２５との間と、弁体３１の内周シート部３３と外周シート部３４との間とに拡大部４４が設けられている。

図３に示すように、弁体３１が弁座２１から離座し弁座２１と弁体３１との間隙が所定以下の途中開度のとき、弁座２１の内周シート部２４と外周シート部２５との間と、弁体３１の内周シート部３３と外周シート部３４との間とに形成される間隙Ｓ１における流路は、弁座２１の内周シート部２４と弁体３１の内周シート部３３とで形成される間隙Ｓ２から弁座２１の外周シート部２５と弁体３１の外周シート部３４とで形成される間隙Ｓ３に至る流路において流路面積を拡大する拡大部４４が設けられている。

弁体３１が弁座２１から離座し弁口２２が開けられると、流入口１７から流入した蒸気は、弁座２１の弁口２２を通過し、弁座２１の内周シート部２４と弁体３１の内周シート部３３との間から弁座２１の外周シート部２５と弁体３１の外周シート部３４との間を通過し、流出口１８から外部に流出する。

本実施形態の弁１においては、弁体３１が弁座２１から離座し弁座２１と弁体３１との間隙が所定以下の途中開度のとき、弁座２１の内周シート部２４と外周シート部２５との間と、弁体３１の内周シート部３３と外周シート部３４との間とに形成される間隙Ｓ１における流路は、弁座２１の内周シート部２４と弁体３１の内周シート部３３とで形成される間隙Ｓ２から弁座２１の外周シート部２５と弁体３１の外周シート部３４とで形成される間隙Ｓ３に至る流路において流路面積を拡大する拡大部が設けられている。この場合、間隙Ｓ２における上流側圧力、間隙Ｓ１における中間圧力、間隙Ｓ３における下流側圧力の順に圧力が段階的に低下し、蒸気の流れは拡大部４４において減速する。このため、蒸気が弁座２１と弁体３１との間を高速で通過することを抑制することができる。これにより、エロージョンの発生を抑制することができる。

（実施形態２）
図４は、実施形態２に係る弁の弁座と弁体とについて弁体が弁座から離座し弁座と弁体との間隙が所定以下の途中開度時の状態を拡大して示す断面図である。本実施形態２の弁の弁座１２１と弁体１３１とは、図４に示すように、弁座１２１に凸環部１２３を形成し、弁体１３１に環状の凹溝１３２を形成したものである。

弁座１２１は、弁体側端に凸環部１２３が形成されている。凸環部１２３は、横断面が半円形に形成されている。凸環部１２３には、内周シート部１２４及び外周シート部１２５が設けられている。

弁体１３１は、弁座側端に環状の凹溝１３２が形成されている。環状の凹溝１３２は、横断面が三角形に形成されている。環状の凹溝１３２には、内周シート部１３３及び外周シート部１３４が設けられている。弁体１３１は、環状の凹溝１３２の内周シート部１３３及び外周シート部１３４が弁座１２１の凸環部１２３の内周シート部１２４及び外周シート部１２５に離着座することにより、弁口１２２を開閉する。

弁体１３１が弁座１２１から離座し弁座１２１と弁体１３１との間隙が所定以下の途中開度のとき、弁座１２１の内周シート部１２４と外周シート部１２５との間と、弁体１３１の内周シート部１３３と外周シート部１３４との間とに形成される間隙Ｓ４における流路は、弁座１２１の内周シート部１２４と弁体１３１の内周シート部１３３とで形成される間隙Ｓ５から弁座１２１の外周シート部１２５と弁体１３１の外周シート部１３４とで形成される間隙Ｓ６に至る流路において流路面積を拡大する拡大部１４４が設けられている。

弁体１３１が弁座１２１から離座し弁口１２２が開けられると、蒸気は、弁座１２１の弁口１２２を通過し、弁座１２１の内周シート部１２４と弁体１３１の内周シート部１３３との間から弁座１２１の外周シート部１２５と弁体１３１の外周シート部１３４との間を通過する。

本実施形態２の弁においては、弁体１３１が弁座１２１から離座し弁座１２１と弁体１３１との間隙が所定以下の途中開度のとき、弁座１２１の内周シート部１２４と外周シート部１２５との間と、弁体１３１の内周シート部１３３と外周シート部１３４との間とに形成される間隙Ｓ４における流路は、弁座１２１の内周シート部１２４と弁体１３１の内周シート部１３３とで形成される間隙Ｓ５から弁座１２１の外周シート部１２５と弁体１３１の外周シート部１３４とで形成される間隙Ｓ６に至る流路において流路面積を拡大する拡大部１４４が設けられている。この場合、間隙Ｓ５における上流側圧力、間隙Ｓ４における中間圧力、間隙Ｓ６における下流側圧力の順に圧力が段階的に低下し、蒸気の流れは拡大部１４４において減速する。このため、蒸気が弁座１２１と弁体１３１との間を高速で通過することを抑制することができる。これにより、エロージョンの発生を抑制することができる。

以上のように、上記実施形態の弁は、弁体３１，１３１が弁座２１，１２１から離座し弁座２１，１２１と弁体３１，１３１との間隙が所定以下の途中開度のとき、弁座２１，１２１の内周シート部２４，１２４と外周シート部２５，１２５との間と、弁体３１，１３１の内周シート部３３，１３３と外周シート部３４，１３４との間とに形成される間隙Ｓ１，Ｓ４における流路は、弁座２１，１２１の内周シート部２４，１２４と弁体３１，１３１の内周シート部３３，１３３とで形成される間隙Ｓ２，Ｓ５における流路から弁座２１，１２１の外周シート部２５，１２５と弁体３１，１３１の外周シート部３４，１３４とで形成される間隙Ｓ３，Ｓ６に至る流路において流路面積を拡大する拡大部４４，１４４が設けられている。

上記の構成によれば、間隙Ｓ２，Ｓ５における上流側圧力、間隙Ｓ１，Ｓ４における中間圧力、間隙Ｓ３，Ｓ６における下流側圧力の順に圧力が段階的に低下し、蒸気の流れは拡大部４４，１４４において減速する。このため、蒸気が弁座２１，１２１と弁体３１，１３１との間を高速で通過することを抑制することができる。これにより、エロージョンの発生を抑制することができる。

（その他の実施形態）
上記実施形態１において弁座２１の環状の凹溝２３は、横断面が三角形に形成されているが、これに限られるものではない。例えば、図５に示すように、弁座２２１の環状の凹溝２２３は、横断面が矩形に形成されてもよい。矩形の環状の凹溝２２３には、内周シート部２２４及び外周シート部２２５が設けられている。弁体３１は、凸環部３２の内周シート部３３及び外周シート部３４が弁座２２１の環状の凹溝２２３の内周シート部２２４及び外周シート部２２５に離着座することにより、弁口２２２を開閉する。弁体３１が弁座２２１から離座し弁座２２１と弁体３１との間隙が所定以下の途中開度のとき、弁座２２１の内周シート部２２４と外周シート部２２５との間と、弁体３１の内周シート部３３と外周シート部３４との間とに形成される間隙Ｓ７における流路は、弁座２２１の内周シート部２２４と弁体３１の内周シート部３３とで形成される間隙Ｓ８から弁座２２１の外周シート部２２５と弁体３１の外周シート部３４とで形成される間隙Ｓ９に至る流路において流路面積を拡大する拡大部２４４が設けられている。

また、上記実施形態２において弁体１３１の環状の凹溝１３２は、横断面が三角形に形成されているが、これに限られるものではない。例えば、図６に示すように、弁体３３１の環状の凹溝３３２は、横断面が矩形に形成されてもよい。矩形の環状の凹溝３３２には、内周シート部３３３及び外周シート部３３４が設けられている。弁体３３１は、環状の凹溝３３２の内周シート部３３３及び外周シート部３３４が弁座１２１の凸環部１２３の内周シート部１２４及び外周シート部１２５に離着座することにより、弁口１２２を開閉する。弁体３３１が弁座１２１から離座し弁座１２１と弁体３３１との間隙が所定以下の途中開度のとき、弁座１２１の内周シート部１２４と外周シート部１２５との間と、弁体３３１の内周シート部３３３と外周シート部３３４との間とに形成される間隙Ｓ１０における流路は、弁座１２１の内周シート部１２４と弁体３３１の内周シート部３３３とで形成される間隙Ｓ１１から弁座１２１の外周シート部１２５と弁体３３１の外周シート部３３４とで形成される間隙Ｓ１２に至る流路において流路面積を拡大する拡大部３４４が設けられている。

また、上記実施形態の弁は、蒸気以外の流体、例えば、空気、温水、水であっても同様に適用することができる。

本願に開示の技術は、流体の流れを制御する弁について有用である。

１ 弁
１１ ケーシング
１７ 流入口
１８ 流出口
２１，１２１，２２１ 弁座
２２，１２２，２２２ 弁口
２３，１２３，２２３ 凹溝
２４，１２４，２２４ 内周シート部
２５，１２５，２２５ 外周シート部
３１，１３１，３３１ 弁体
３２，１３２，３３２ 凸環部
３３，１３３，３３３ 内周シート部
３４，１３４，３３４ 外周シート部
４４，１４４，２４４，３４４ 拡大部
Ｓ１，Ｓ４，Ｓ７，Ｓ１０ 間隙
Ｓ２，Ｓ５，Ｓ８，Ｓ１１ 間隙
Ｓ３，Ｓ６，Ｓ９，Ｓ１２ 間隙

Claims (1)

1. 流体の流入口および流出口が設けられたケーシングと、
   前記流入口から流入した流体が通過して前記流出口へ流れる弁口が形成された弁座と、
   前記弁座に離着座して前記弁口を開閉する弁体とを備え、
   前記弁座は、内周シート部および外周シート部を有する環状の凹溝又は凸環部が設けられ、
   前記弁体は、前記弁座の環状の凹溝の内周シート部および外周シート部に離着座する内周シート部および外周シート部を有する凸環部又は前記弁座の凸環部の内周シート部および外周シート部に離着座する内周シート部および外周シート部を有する環状の凹溝が設けられ、
   前記弁体が前記弁座から離座し前記弁座と前記弁体との間隙が途中開度のとき、前記弁座の内周シート部と前記弁体の内周シート部とで形成される間隙から前記弁座の外周シート部と前記弁体の外周シート部とで形成される間隙に至る流路に流路面積を拡大する拡大部が設けられていることを特徴とする弁。
   

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