JP2021095917A - クリーニング機構を有するバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】クリーニングバー等の適正な進退動作を確保し、確実にクリーニングを行うことができるクリーニング機構を有するバルブの提供。【解決手段】スチームトラップ９０のオリフィス５１に異物が付着して詰まり状態が発生した場合、オリフィス５１からドレンが排出されなくなり、中間室５３内のバイメタル４が高温のドレンに曝されなくなるため、バイメタル４は伸長を開始する。これに従って、クリーニングバー２は矢印１０６方向に前進するが、クリーニングバー２に固定された３つの摺動リブ６ａによって、クリーニングバー２は中心軸Ｌ１０からぶれることなく直進し、先端部がオリフィス５１に適正に進入して異物を除去する。その後、バイメタル４が高温のドレンに曝され収縮する際にも、３つの摺動リブ６ａによって、クリーニングバー２は中心軸Ｌ１０からぶれることなく後退する。【選択図】図１

Description

本願に係るクリーニング機構を有するバルブは、バルブの流路をクリーニングする技術に関する。

バルブの流路をクリーニングする技術としては、スチームトラップがある。産業プラントには、ボイラーで生成された蒸気等を供給先に向けて高温・高圧で移送する配管系統が設置されていることがある。そして、この配管内で蒸気が液化しドレン（蒸気の凝縮水）が発生した場合、蒸気等の移送の障害になるため、適宜、ドレンを配管外に排出する必要がある。

このために、配管系統の随所に設けられているのがスチームトラップである。フロート式スチームトラップは内部に中空のフロートを備えており、スチームトラップにドレンが流入した場合、このフロートが浮上し、スチームトラップに設けられているドレン排出口を開放する。ドレン排出口が開放されると配管内の高圧の勢いに従い、ドレンは自動的に配管外に排出される。ドレン排出後はフロートが下降してドレン排出口を閉塞するため、蒸気漏れは生じない。

ところで、このドレン排出口には、ゴミやスケール等の異物が付着堆積して詰まりが生じることがある。詰まりが生じた場合、フロートが浮上しても適正にドレンが排出されない。

このような事態に対処するために、後記特許文献１に開示されているスチームトラップがある。このスチームトラップは、排出通路16にドレン排出口である小径部16aが形成されている。そして、この小径部16aに向けて進退可能に清掃部材30を設け、この清掃部材30にはバイメタル22が取り付けられている（特許文献1、段落番号［0012］、［0017］、［0018］）。バイメタル22は螺旋形状を有しており、温度変化に応じて軸方向に伸縮する変位部材である（特許文献1、段落番号［0015］）。

ドレン排出口である小径部16aに詰まりが生じた場合、排出通路16に向けてドレンが排出されなくなり、バイメタル22が高温のドレンに曝されなくなる。これによってバイメタル22が伸長し、清掃部材30を前進させて先端部35を小径部16aに進入させ、異物を除去しクリーニングを行う（特許文献1、段落番号［0021］、［0022］）。そしてドレンが適正に排出通路16に排出され、バイメタル22が高温のドレンに曝されるとバイメタル22は縮小し、清掃部材30の先端部35を小径部16aから後退させて復位させる（特許文献1、段落番号［0023］）。

特開2015-215027号公報

しかし、前述の特許文献１に開示された技術においては、部材の加工精度が低い場合やクリーニングバーとケースとの間にガタつき等がある場合等には、クリーニングバーである清掃部材30が適正に進退動作を行えないことが考えられる。この場合、確実にクリーニング動作を行うことができない虞がある。

すなわち、前述のように、ドレン排出口である小径部16aに詰まりが生じた場合、バイメタル22が伸長することによって清掃部材30の先端部35を小径部16aに向けて前進させる。ここでバイメタル22は螺旋形状を有しているため、清掃部材30に対する押圧力に螺旋方向の斜めの偏りが生じ、清掃部材30が進退の軸方向に対して斜めにずれながら前進する虞がある。清掃部材30の前進に斜めのずれが生じると、清掃部材30の先端部35が小径部16aの直前個所に引っ掛かり、先端部35が小径部16aに適正に進入せずに異物が除去されない虞がある。

また、先端部35が小径部16aに進入して異物を除去することができたとしても、バイメタル22が収縮して清掃部材30を後退させる際、清掃部材30が斜めにずれながら後退すると先端部35が小径部16a内で引っ掛かり、清掃部材30が適正に復位することができない虞がある。

なお、クリーニング機構としては、バイメタルの伸縮を用いるもの以外に、コイルバネ等を用いて清掃部材等のクリーニングバーを進退させる他の構成も考えられる。しかし、この場合においても、クリーニングバーのストロークがある程度長く設定されているため、進退にぶれが発生し、適正な進退動作が行われない虞がある。また、クリーニングバー自体に歪みが生じた場合にも適正な進退動作を行うことが困難になり、確実にクリーニングを行うことができない虞がある。

そこで本願に係るクリーニング機構を有するバルブは、これらの問題を解決することを目的とし、クリーニングバー等の適正な進退動作を確保し、確実にクリーニングを行うことができるクリーニング機構を有するバルブの提供を課題とする。

本願に係るクリーニング機構を有するバルブは、
流体が流入するバルブ本体、
バルブ本体に設けられた開閉可能な流路であって、バルブ本体に流入した流体を一次側から二次側に通過させるための流路、
流路に連通した進退路、
流路に対し進入可能な進入部を有するクリーニング手段であって、進退路の内部で所定の進退動作を行うことによって、進入部が流路に進入した状態のクリーニング位置、及び進入部が流路から退避した状態の待機位置の間を移動可能なクリーニング手段、
を備えたクリーニング機構を有するバルブにおいて、
進退路とクリーニング手段との間に設けられた3以上の補助部であって、クリーニング手段の所定の進退動作を補助する補助部、
を備えたことを特徴とする。

本願に係るクリーニング機構を有するバルブにおいては、進退路とクリーニング手段との間に設けられた3以上の補助部であって、クリーニング手段の所定の進退動作を補助する補助部を備えている。

このように、進退路とクリーニング手段との間に補助部が設けられていることによって、クリーニング手段の適正な進退動作を確保することが可能であり、確実なクリーニングを行うことができる。また、補助部が3以上設けられていることによって、より確実にクリーニング手段の進退動作を補助することができる。

本願に係るクリーニング機構を有するバルブの第１の実施形態を示すスチームトラップ90の断面図である。 図１に示す弁座50及びクリーニングバー2の先端近傍の拡大図であって、待機状態を示す拡大図である。 図２に示すIII−III方向の矢視断面図である。 図１に示す弁座50及びクリーニングバー2の先端近傍の拡大図であって、クリーニング状態を示す拡大図である。

［実施形態における用語説明］
実施形態において示す主な用語は、それぞれ本願に係るクリーニング機構を有するバルブの下記の要素に対応している。

クリーニングバー2・・・クリーニング手段
バイメタル4・・・感温手段
摺動リブ6a、6b、6c・・・補助部
小径バー25、先端テーパー面27、バー先端29・・進入部
弁座空間50S・・・進退路
オリフィス51・・・流路
上部本体91及び下部本体92・・・バルブ本体
ドレン・・・流体
クリーニング状態における位置・・・クリーニング位置
待機状態における位置・・・待機位置

［第１の実施形態］
本願に係るクリーニング機構を有するバルブの第１の実施形態を説明する。本実施形態では、本願に係るクリーニング機構を有するバルブをスチームトラップに適用した例を掲げる。

（スチームトラップの構成及び動作の説明）
産業プラントには、ボイラーで生成された蒸気を供給先に向けて高温・高圧で移送する配管系統が設置されていることがある。この配管内で蒸気が液化するとドレン（蒸気の凝縮水）が滞留し、蒸気の移送の障害になる。

このような事態を回避するために、配管には随所に多数のスチームトラップが設けられている。図１は本実施形態におけるスチームトラップ90の断面図である。上部本体91及び下部本体92が、スチームトラップ90の本体を構成している。上部本体91と下部本体92とはボルト94によって固定され、内部に気密性を保った弁室95を形成する。

配管の主管（図示せず）には支管81が連通して設けられており、この支管81に、上部本体91に形成された流入口97が接続される。そして、流入口97 から弁室95内に蒸気やドレンが矢印101方向に流入する。なお、弁室95の上部には、網状のストレーナ80が設けられており、蒸気やドレンはこのストレーナ80を透過して弁室95に流入する。ストレーナ80を透過することによって、蒸気やドレンに混入しているゴミやスケール等の異物がストレーナ80によって捕捉される。

弁室95の下方には、内部に弁座空間50sを備えた弁座50が固定されており、この弁座50には弁室95と弁座空間50sとを連通させるオリフィス51が形成されている。そして、弁座50の後方には中間筒58が位置しており、弁座空間50sはこの中間筒58内に形成された中間室53に通じている。なお、弁座空間50sは、上部本体91及び下部本体92に連続的に形成されている流出路98にも連通している。

そして、流出路98は、上部本体91の流出口99に接続されたドレン回収管82に連通している。これによって、弁室95内に滞留したドレン9を、オリフィス51を通じてドレン回収管82に向けて矢印102方向に排出することができる。なお、本実施形態において、オリフィス51を基点とした弁室95側が一次側、弁座空間50s以後の経路が二次側である。

弁室95内には、中空の球状体として構成されたフロート70が浮動可能に配置されている。弁室95内に滞留したドレン9の水位が基準レベルL1にあるとき、フロート70は図1に示す状態に位置し、オリフィス51を閉塞する。

弁室95にドレンが流入してドレン9の水位が上昇した場合、フロート70はこれに従って矢印103に浮上し、ドレン9の水位が開放レベルL2に達したときオリフィス51を完全に開放する（図示せず）。これによって、弁室95内に滞留したドレン9は、配管内の高圧に基づく勢いに従い、オリフィス51から弁座空間50s及び流出路98を通して矢印102方向に抜け、ドレン回収管82に排出される。

排出後は、弁室95内のドレン9の水位が下降するため、これに従ってフロート70も下降し、ドレン9の水位が基準レベルL1に戻ったとき、フロート70は図１に示す状態に復位してオリフィス51を閉塞する。こうして、フロート70の上昇、下降によってオリフィ51が開閉を繰り返すが、オリフィス51は常時、ドレン9に水没した状態にあるため、オリフィス51から蒸気漏れが生じることはない。

中間筒58に形成された中間室53内には、クリーニングバー2が設けられている。このクリーニングバー2の中心軸は、オリフィス51、弁座空間50s及び中間室53の中心軸L10に一致するように配置されている。クリーニングバー2は、いずれの個所においても中心軸に直行する断面が円であるバー形状を備えている。クリーニングバー2の後端側には、螺旋形状を有するバイメタル4が取り付けられている。なお、図において、クリーニングバー2及びバイメタル4は断面図ではなく側面図として表されている。

バイメタル4は、熱膨張係数の異なる二種類の金属又は合金を強固に接着した感温部材である。すなわち、バイメタル4は、周辺温度が所定の基準温度よりも高温になると螺旋半径が大きくなって軸方向における全体の長さが収縮し、逆に基準温度よりも低温になると螺旋半径が小さくなって軸方向における全体の長さが伸長する。

バイメタル4の後端は、中間筒58の後端キャップ54に固定されており、バイメタル4の先端は、クリーニングバー2に固着している受け部20に固定されている。すなわち、バイメタル4が低温に曝され伸長した場合、これに従ってクリーニングバー2は図１に示す状態から矢印106方向に前進し、逆にバイメタル4が高温に曝され収縮した場合、これに従ってクリーニングバー2は矢印105方向に後退する。

なお、通常時においては、頻繁にフロート70が浮上してオリフィス51を開放し、オリフィス51から高温のドレンが排出され、中間筒58の先端面58aに形成された空間からドレンが中間室53に流入するため、バイメタル4は高温のドレンに曝された状態にある。したがって、通常時、バイメタル4は収縮しており、これに従ってクリーニングバー2は図１に示す待機位置にある。

図２は、図１に示す弁座50及びクリーニングバー2の先端近傍の拡大図である。クリーニングバー2のバー本体21の先端側には、先端に向けて漸次径が小さくなる本体テーパー面23が形成されており、この本体テーパー面23に連続して、バー本体21の径よりも小さな径を備えた小径バー25が形成されている。

そして、さらに小径バー25に連続して先端に向けて漸次径が大きくなる先端テーパー面27が形成されている。先端テーパー面27の先端部分がバー先端29である。なお、バー先端29の円形状における直径は、オリフィス51の内径よりもやや小さく構成され、バー先端29はオリフィス51の内径とほぼ同様の大きさを有している。

クリーニングバー2のバー本体21には、３つの摺動リブ6a、6b、6cが一体的に形成されている。図３は、図２におけるIII−III方向の矢視断面図である。摺動リブ6a、6b、6cは、それぞれ同一形状の略直方体を備えており、バー本体21と一体的に構成されている。図３に示すように、摺動リブ6a、6b、6cはバー本体21の周方向において、均等な間隔をもって配置されている。また、摺動リブ6a、6b、6cの幅長さL62は、軸方向長さL61（図２）よりも長く形成されている。なお、各々の摺動リブ6a、6b、6cの間に形成されるリブ空間6sをドレンが通過する。

このように、バー本体21に外側に向けて突出するように摺動リブ6a、6b、6cが設けられていることによって、バー本体21と弁座空間50sの内周面との間に摺動リブ6a、6b、6cが位置することになる。そして、摺動リブ6a、6b、6cの外側の周端面は弁座空間50sの内周面に近接して配置されている。

（クリーニング動作の説明）
スチームトラップ90に流入する蒸気やドレンに混入しているゴミやスケール等の異物は、前述のようにストレーナ80によって捕捉されるが、細かい異物はストレーナ80を透過して弁室95に侵入する。そして、図２に示すように、オリフィス51部分に異物75が付着した場合、オリフィス51を塞ぎ、ドレンを適正に排出することができないといった詰まり状態が作動不良として発生することがある。特に、オリフィス51は、フロート70の球面で確実に閉塞することができるよう、一般に小径に形成されているため、詰まり状態が発生しやすい。

詰まり状態が発生した場合、オリフィス51から中間室53に向けて高温のドレンが排出されなくなる。そして、その結果バイメタル4は高温に曝されなくなって周辺温度が低下し、基準温度を下回った時点で自動的に伸長を開始する。これに従って、クリーニングバー2は矢印106方向に押圧されて前進を始める。

ここで前述のように、クリーニングバー2のバー本体21には、３つの摺動リブ6a、6b、6cが一体的に形成されている。このため、クリーニングバー2にバイメタル4による螺旋方向の押圧力が加わっても、摺動リブ6a、6b、6cが弁座空間50sの内周面に対して摺動してクリーニングバー2の軸方向への前進を案内することによって補助する。これによって、クリーニングバー2は中心軸L10に沿って円滑に直線的に前進することができる。

なお、前述のように摺動リブ6a、6b、6cは周方向において、均等な間隔をもって配置され、さらに幅長さL62は軸方向長さL61よりも長く形成されているため、クリーニングバー2が移動する際の軸のぶれを確実に防止することができる。このため、より確実にクリーニングバー2の円滑な直進を補助することができる。これによって、クリーニングバー2の先端箇所が弁座50に引っ掛かり、オリフィス51に適正に進入しない事態を回避することができる。

こうして、クリーニングバー2は矢印106方向に徐々に前進し、クリーニングバー2のバー先端29がオリフィス51に進入するに至る。バー先端29のオリフィス51への進入によって、オリフィス51に付着した異物75は弁室95内に押し込まれ、異物75はオリフィス51から剥ぎ落される。前述のように、バー先端29の円形状における直径はオリフィス51の内径とほぼ同様であるため、確実に異物75を弁室95内に押し込むことができる。

そして、引き続きクリーニングバー2が矢印106方向に前進し、オリフィス51にクリーニングバー2の先端テーパー面27が位置したとき、オリフィス51との間に僅かな隙間が生じ、この隙間から剥ぎ落された異物75が高圧の作用によって高速で排出される。この隙間は、クリーニングバー2の矢印106方向への前進により、先端テーパー面27の斜面に沿って徐々に大きくなり、オリフィス51周囲に残存した異物75がこの隙間から確実に排出される。

その後、クリーニングバー2はさらに矢印106方向に前進し、オリフィス51に小径バー25が達する。小径バー25の径はオリフィス51よりも十分に小さいため、ドレンの流通抵抗を低く抑えることができ、十分な流量のドレンがオリフィス51から排出される。

クリーニングバー2の矢印106方向への前進が限界に達した状態が図４である。クリーニングバー2に固着した受け部20が、中間筒58の先端面58aに当接することによってクリーニングバー2の矢印106方向への前進は停止し（図１参照）、限界位置になる。

なお、ドレンの詰まり状態が生じている場合、弁室95内のドレンの充満によってフロート70は浮上してオリフィス51から離れて位置しているため、オリフィス51から突出したバー先端29がフロート70を損傷させることはない。

オリフィス51に付着した異物75が除去され、オリフィス51からドレンが排出されたことによって中間筒58の中間室53にもドレンが流入し、バイメタル4は高温のドレンに曝されることになる（図１）。これによってバイメタル4は収縮を開始し、クリーニングバー2はバイメタル4の収縮によって矢印105方向に引き下げられ徐々に後退する。

この場合、クリーニングバー2にバイメタル4による螺旋方向の引き下げ力が加わるが、クリーニングバー2のバー本体21に３つの摺動リブ6a、6b、6cが一体的に形成されているため、摺動リブ6a、6b、6cが弁座空間50sの内周面に対して摺動してクリーニングバー2の軸方向への後退を案内することによって補助する。これによって、クリーニングバー2は中心軸L10からぶれることなく、中心軸L10に沿って円滑に直線的に後退することができる。これによって、クリーニングバー2の先端箇所がオリフィス51に引っ掛かり、オリフィス51から適正に後退しない事態を回避することができる。

［その他の実施形態］
前述の実施形態において示した構成及び動作は、本願に係るクリーニング機構を有するバルブの一例であり、進退路とクリーニング手段との間に、クリーニング手段の所定の進退動作を補助する3以上の補助部が設けられているものである限り他の構成を採用することができる。

たとえば、前述の実施形態においては、補助部として３つの摺動リブ6a、6b、6cを掲げたが、４以上設けることもできる。また、摺動リブ6a、6b、6cがクリーニングバー2に一体的に固定されている構成を例示したが、弁座空間50S（進退路）側に摺動リブ6a、6b、6c（３つ以上の補助部）を固定し、クリーニングバー2（クリーニング手段）の進退動作を補助してもよい。

さらに、前述の実施形態においては、摺動リブ6a、6b、6c（３つ以上の補助部）の外側周端面は平坦面である構成を例示したが、弁座空間50S（進退路）の内周曲面に対応する曲面として形成してもよい、これによって、より円滑なクリーニングバー2（クリーニング手段）の進退動作を確保することができる。

また、前述の実施形態においては、クリーニングバー2（クリーニング手段）の軸方向における同一個所に摺動リブ6a、6b、6c（３つ以上の補助部）を配置したが、クリーニングバー2の軸方向における異なる箇所に２段以上の配置をもって摺動リブを設けてもよい。たとえば、前述の実施形態において示した摺動リブ6a、6b、6cとは別に、軸方向に一定の間隔をおいて他の3つの摺動リブを設けることができる。

2：クリーニングバー 4：バイメタル 6a、6b、6c：摺動リブ
25：小径バー 27：先端テーパー面 29：バー先端 50S：弁座空間
51：オリフィス 91：上部本体 92：下部本体

Claims (3)

1. 流体が流入するバルブ本体、
   バルブ本体に設けられた開閉可能な流路であって、バルブ本体に流入した流体を一次側から二次側に通過させるための流路、
   流路に連通した進退路、
   流路に対し進入可能な進入部を有するクリーニング手段であって、進退路の内部で所定の進退動作を行うことによって、進入部が流路に進入した状態のクリーニング位置、及び進入部が流路から退避した状態の待機位置の間を移動可能なクリーニング手段、
   を備えたクリーニング機構を有するバルブにおいて、
   進退路とクリーニング手段との間に設けられた3以上の補助部であって、クリーニング手段の所定の進退動作を補助する補助部、
   を備えたことを特徴とするクリーニング機構を有するバルブ。
2. 請求項１に係るクリーニング機構を有するバルブにおいて、
   クリーニング手段の周囲に螺旋状に配置され、周辺温度に応じて形状が変化して、クリーニング手段の進退方向に沿って伸縮する感温手段、
   を備えており、
   クリーニング手段は、感温手段の伸縮に従って進退動作を行う、
   ことを特徴とするクリーニング機構を有するバルブ。
3. 請求項１又は請求項２に係るクリーニング機構を有するバルブにおいて、
   ３以上の補助部は、クリーニング手段の進退方向を中心とした周方向に、均等な間隔をもって配置されている、
   ことを特徴とするクリーニング機構を有するバルブ。
   
   

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