JP2022090332A - スクリーンの自動清掃機構とこれを備えた減圧弁 - Google Patents

Abstract

【課題】スケールの堆積を防止する弁装置のスクリーンの自動清掃機構とこれを用いた減圧弁を提供する。【解決手段】流体の流入路と流出路との間を開閉する弁体３２と、流入路６２に配置されて流体中の異物を除去する円筒形のスクリーン６６と、スクリーン６６上に付着した異物をはき落とす環状のブラシユニット９０とを備え、ブラシユニット９０は軸心が上下方向に配置されており、ブラシユニット９０に、開弁したときの流入路６２を通る流体の流れによってブラシユニットをその軸心回りに回転させるとともに軸心方向に移動させる溝９３または羽根９５が設けられている。【選択図】図５

Description

本発明は、流体の通路に設けられて通路内の異物を除去するスクリーンを清掃する自動清掃機構とこれを備えた減圧弁に関する。

蒸気配管のような流体通路と接続して使用する減圧弁などの機器には、通路を開閉する弁装置への流入路に、スクリーンと呼ばれるフィルタのような機構の部品が取り付けられる。このスクリーンは清掃を行わないとスケールのような異物による目詰まりが生じて流体の流量が減ってしまうなどの問題を起こすため、定期的にメンテナンスが必要である。メンテナンス中は流体の流れを止めるため、機会損失が生じる。なお、弁装置および減圧弁の先行技術として下記のものがある。

特開２０２０－０２９８７２号公報

本発明は、このようなスケールの堆積を防止するスクリーンの自動清掃機構およびこれを用いた減圧弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のスクリーンの自動清掃機構は、流体の流入路と流出路との間を開閉する弁体と、前記流入路に配置されて前記流体中の異物を除去する円筒形のスクリーンと、前記スクリーン上に付着した異物をはき落とす環状のブラシユニットとを備えている。前記ブラシユニットは軸心が上下方向に配置されており、前記ブラシユニットに、開弁したときの前記流入路を通る前記流体の流れによって前記ブラシユニットをその軸心回りに回転させるとともに軸心方向に移動させる溝または羽根が設けられている。

この構成によれば、開弁したとき、ブラシユニットに設けた溝または羽根に流入路を通る流体の流れが作用すると、ブラシユニットは軸心が上下方向に配置、つまり垂直配置されているため、溝または羽根に作用した流体の流れは旋回流となって、ブラシユニットの軸心回りに回転しながらブラシユニットを軸心方向に移動、つまり、持ち上げて上昇させる。このブラシユニットが回転しながら上昇移動する際に、スクリーン上に付着した異物はブラシユニットによって擦られて強制的にはき落されることでスクリーンが清掃される。これにより、スクリーンへの異物の堆積による目詰まりが防止される。

本発明のスクリーンの自動清掃機構において、さらに前記ブラシユニットをその軸方向に移動自在に支持するガイド部材を備えていてもよい。この場合、環状のブラシユニットはスクリーン上をガイド部材に沿って滑らかに移動させることができる。

本発明の第１構成に係る減圧弁は、流体の主通路に配置されて一次側の圧力を二次側の圧力に減圧する減圧弁であって、前記主通路を開閉する主弁体と、前記主弁体を開閉作動させるパイロット弁ユニットとを備えている。前記パイロット弁ユニットは、本発明のスクリーンの自動清掃機構と、前記弁体を開弁方向に押圧するシャフト部材と、前記シャフト部材を開弁方向に押圧して前記弁体を前記弁シートから離間させる第１の弁駆動部とを有している。前記第１の弁駆動部は、前進して前記シャフト部材を開弁方向に押圧する第２のばね体と、前記二次側の圧力を受けて前記第２のばね体を、そのばね力に抗して閉弁方向に後退させる閉弁力付加部材とを有している。さらに、前記流出路の圧力を受けて前記主弁体を開弁させる第２の弁駆動部が設けられ、前記流入路が前記主通路の一次側に連通している。

本発明の第２構成に係る減圧弁は、流体の主通路に配置されて一次側の圧力を二次側の圧力に減圧する減圧弁であって、前記主通路を開閉する本発明のスクリーンの自動清掃機構と、前記弁体とこの弁体を開弁方向に押圧するシャフト部材と、前記シャフト部材を開弁方向に押圧して前記弁体を前記弁シートから離間させる弁駆動部とを備えている。前記弁駆動部は、前進して前記シャフト部材を開弁方向に押圧する第２のばね体と、前記二次側の圧力を受けて前記第２のばね体を、そのばね力に抗して閉弁方向に後退させる閉弁力付加部材とを有している。前記主通路の一次側と二次側がそれぞれ前記流入路と流出路を形成している。

前記した第１構成および第２構成の減圧弁によれば、スクリーンの目詰まりを防止してメンテナンスの回数を減らすことができる。

本発明のスクリーンの自動清掃機構およびこれを用いた減圧弁によれば、スクリーンへの異物の堆積を効果的に防止できる。

本発明の対象である減圧弁の基本構成を示す縦断面図である。 減圧弁の減圧前の状態を模式的に示す縦断面図である。 同減圧弁の圧力調整状態を模式的に示す縦断面図である。 同減圧弁の減圧保持状態を模式的に示す縦断面図である。 本発明の第１実施形態に係るスクリーンの自動清掃機構の閉弁時のブラシユニットの動作状態を示す要部の縦断面図である。 スクリーンの自動清掃機構の開弁時におけるブラシユニットの動作状態を示す要部の縦断面図である。 スクリーンの自動清掃機構に用いるブラシユニットの正面断面図を示す。 同ブラシユニットの変形例を示す正面断面図である。 本発明の第２実施形態に係るスクリーンの自動清掃機構を採用した減圧弁を示す縦断面図である。 同スクリーンの自動清掃機構の要部を示す拡大縦断面図である。

本発明の実施形態を説明するのに先立って、蒸気通路に用いる減圧弁について説明する。様々な産業において、コスト、利便性、安全性の観点から、蒸気は、熱媒体として用いられている。その最大のメリットとして、単位重量当たりの潜熱量が大きいこと、圧力をコントロールすれば温度も一定に保持できることがあげられる。

蒸気を使用する場合、必要な圧力ごとに蒸気を発生させるのではなく、ボイラーで高圧の蒸気を発生させておいて、その蒸気を生産物や用途に応じて必要な圧力に下げて使用する。その場合、蒸気の圧力をほぼ一定に保つ自動弁が減圧弁である。圧力を下げる目的は、蒸気温度を下げて所望の加熱温度に保つためである。

減圧の基本原理は、絞り現象と呼ばれるもので、蒸気が管内を流れるとき、蒸気が流れる通路を絞ると、絞られた箇所よりも下流側の蒸気圧力が低くなる。これが蒸気の減圧である。単に絞るだけであれば、バルブを中間開度に固定したり、オリフィスプレートを設けたりする方法があるが、この方法では、流量が変化した際に圧力も変わるという問題がある。そこで、流量や、一次側の圧力（絞り箇所の上流側の圧力）が変わっても、二次側の圧力（絞り箇所の下流側の圧力）が変動しないように、弁を通過する流体のエネルギーを直接利用して自動的に弁開度が変化するように設定されたバルブが減圧弁である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の対象である減圧弁の一種としてのパイロット作動式の減圧弁の基本構成を示す。図１において、減圧弁は流体の一種である蒸気Ｓが流れる主通路１に配置されている。減圧弁ＰＲＶのケーシング２は、本体ケース４と、上ケース６と下ケース８とを連結してなる。本体ケース４の内部に、一次側通路１０と、二次側通路１２と、その間にある弁室１４とが形成されている。一次側通路１０および二次側通路１２が、蒸気Ｓが流れる主通路１の一部を形成する。弁室１４には、弁ホルダ１６と、その内部を摺動する主弁体１８とが配置されている。弁ホルダ１６は、その上部が本体ケース４にねじ連結により支持されている。

主弁体１８は、コイルスプリングからなる主ばね体２０により、弁ホルダ１６に形成された主弁シート２２に接触して閉弁する方向にばね力が付加されている。弁室１４の上方には、主弁体１８を駆動する主弁駆動部２４が配置されている。この主弁駆動部２４は、主弁体１８に当接するピストン２６が、本体ケース４に支持されたシリンダ２８に摺動自在に挿入されている。ピストン２６の上方が、後述する主弁体駆動室２７となっている。ピストン２６には主弁体駆動室２７の圧力を逃がす逃がし孔２９が設けられている。

上ケース６の上部に、パイロット弁ユニット３０が配置されている。つまり、上ケース６が、パイロット弁ユニット３０のケーシングを形成する。このパイロット弁ユニット３０は、ボール形の弁体３２を含む弁装置３４と、この弁装置３４を開閉させる弁駆動部３６とを有する。弁装置３４は、弁座ブロック３７を有し、その先端部（図１の左端部）に弁シート４０が形成されている。弁シート４０の中央部に、弁体３２により開閉される弁口４１が開口している。

弁座ブロック３７に、シャフト部材４２が前後方向（図１の左右方向）に貫通して挿入されている。シャフト部材４２の先端部４２aが弁体３２に接触し、後端部４２ｂが弁駆動部３６の後述する先端板３８に対向している。弁体３２は、コイルスプリングからなる第１のばね体４４によって弁シート４０に押し付けられている。第１のばね体４４は上ケース６に設けた第１のばね受け４８との間に介装されている。

弁駆動部３６は、先端（図１の左端）の先端板３８が、後方（図１の右方）から前方（図１の左方）へ向かって、コイルスプリングからなる第２のばね体５４によって押圧されている。第２のばね体５４は、先端板３８に接触する先端部材５６と、カバー部材５０の内側に配置された第２のばね受け５８との間に介装されている。カバー部材５０は、上ケース６（ケーシング）にねじ連結されている。カバー部材５０と先端部材５６との間にプッシュロッド６０が配置され、このプッシュロッド６０は第２のばね体５４の内側空間を通っている。

弁駆動部３６は、圧力調整手段４９を有している。圧力調整手段４９は、前記先端板３８とベローズ４３とを有し、第２のばね体５４を閉弁方向（右方向）に後退させる。つまり、圧力調整手段４９は、第２のばね体５４をそのばね力に抗して閉弁方向に後退させる閉弁力付加部材を構成する。

先端板３８にベローズ４３の先端部４３ａが接続されており、ベローズ４３の基端部４３ｂが、上ケース６とカバー部材５０との間で固定支持されている。カバー部材５０に、圧力調整用の調整ハンドル５２が回動自在にねじ連結されている。

弁装置３４の前側（左側）には第１のばね体４４を収納するパイロット室６２が配置されている。このパイロット室６２に、一次導通路６４を介して一次側通路１０が連通している。パイロット室６２には、異物除去用のスクリーン６６が配置されている。また、弁装置３４における弁体３２の下流側に、弁口４１に連通する貫通路６８が形成されている。これらパイロット室６２と貫通路６８とが、パイロット弁ユニット３０に対する流入路と流出路をそれぞれ形成している。他方、圧力付加手段４９が収納されている圧力導入室７０には、二次導通路７２を介して二次側通路１２が連通している。

つぎに上記構成の作動を説明する。
［減圧前］
図２は減圧動作の開始前を示し、主弁体１８が閉弁状態にある。この減圧弁に蒸気Ｓが通気されると、蒸気Ｓは一次側通路１０から一次導通路６４を通ってパイロット室６２に達する。

［圧力調整］
調整ハンドル５２を減圧方向（左回り）に回転させると、図３に示すように、圧力付加手段４９のプッシュロッド６０が前方（左方向）へ移動する。これに伴い、ベローズ４３が伸長して先端板３８によりシャフト部材４２を前方（左方向）へ移動させ、弁体３２を開く。これにより、流出路（貫通路）６８に蒸気Ｓが流れ、ピストン２６を押し下げて主弁体１８を開弁させる。このとき、圧力付加手段４９の先端の押圧板３８と弁座ブロック３７の背面との間には若干の隙間Ｇが存在する。主弁体１８の開弁により、一次側通路１０内の蒸気Ｓが二次側通路１２に流入して減圧される。

［減圧の保持］
二次側通路１２に流入した蒸気Ｓの一部が、図４に示すように、二次導通路７２を通って圧力導入室７０に達する。圧力導入室７０内の蒸気圧力によって圧力付加手段４９のベローズ４３が押し縮められ、先端板３８が右方向へ後退する。これにより、シャフト部材４２の後方（右方向）への移動を許容して弁体３２を閉弁方向に移動させる。このようにして主弁体駆動室２７の圧力が調整されることで、主弁体１８の開度が調整され、二次側通路１２の圧力が一定に保たれる。

つぎに、本発明の一実施形態の要部である自動清掃機構について図５ないし図８により説明する。この実施形態では、図５や図６に示すように、パイロット室６２が水平向きの弁装置３４に対して垂直配置され、このパイロット室６２の内部に異物除去用の円筒形のスクリーン６６が配置されている。スクリーン６６は、その周壁に多数の網目ないし小孔を有している。ここで、図５はスクリーンの自動清掃機構の閉弁時のブラシユニットの動作状態を示し、図６はスクリーンの自動清掃機構の開弁時におけるブラシユニットの動作状態を示す。

図５に示すように、パイロット室６２内に配置されているスクリーン６６の外側に周方向に一定間隔をおいて複数、例えば４本の真直な棒状のガイド部材９７がスクリーン６６の軸方向である上下方向に延びて設けられ、このガイド部材９７にスクリーン６６上に付着した異物をはき落す環状のブラシユニット９０が上下方向に移動自在に支持されている。ガイド部材９７は、その上端部９７ａがプラグ９２の下部周縁に配置された止めリング１０１の挿入孔に圧入され、その下端部９７ｂが減圧弁ＰＲＶのケーシング２を構成する上ケース６の頂面に設けた挿入孔に嵌入されている。止めリング１０１は上ケース６のプラグ螺合用のねじ孔１０３の下側に設けた段部１１０に溶接または圧入されている。ブラシユニット９０は、保持部材９０ａと、その内径側に突出してスクリーン６６に接触するブラシ９０ｂと、保持部材９０ａを保持してガイド部材９７を上下に摺動する環状の台座９０ｃとを備えている。

図７はブラシユニット９０をより具体的に示すもので、正面から見て全体形状が環状となっており、ブラシユニット９０を構成する環状の保持部材９０ａの内周面に一定間隔で複数のブラシ９０ｂが植毛されている。また、保持部材９０ａの下方の一側面９０ａａには、開弁したときの流入路（一次側通路１０）から一次導通路６４に流れ込んだ蒸気の流れによってブラシユニット９０をその軸心回りに回転させるとともに軸心方向に上方へ移動させる溝９３が、周方向に並んで複数、設けられている（図例では１２個）。この溝９３は保持部材９０ａの内側から外側へと径方向に対して傾斜した方向に延びている。保持部材９０ａは蟻溝構造によって台座９０ｃに回転自在に支持されている。台座９０ｃには周方向に均等に複数（例えば４つ）の貫通孔９８が穿設されている。組付時に、ブラシユニット９０のブラシ９０ｂの先端がスクリーン６６に接触するような向きで、台座９０ｃの貫通孔９８にガイド部材９７を差し込み、このガイド部材９７の下端部９７ｂを上述したように、上ケース６の頂面に設けた挿通孔に嵌入することでセッティングされている。

図６は開弁したときのブラシユニット９０の位置を示す。開弁すると、一次側通路１０（図１）から一次導通路６４を通ってパイロット室６２に入り込んだ流体Ｓはブラシユニット９０の保持部材９０ａの溝９３（図７）に導入されると、導入された流体Ｓが旋回流となってブラシユニット９０はその軸心回り（Ｒ１方向）に回転しながら軸心方向に上昇移動する。つまり、ブラシユニット９０は図６で示すガイド部材９７の上端近くまで持ち上げられる。このブラシユニット９０が図５に示すガイド部材９７の下端位置から図６に示す上端位置まで回転しながら上昇移動する過程で、スクリーン６６に先端が接触するブラシ９０ｂがスクリーン６６に付着しているスケールのような異物８０を擦りとり、異物はスクリーン６６上から強制的にはき落される。閉弁したときには、流体Ｓの流れがなくなり、流体の動圧がかからないので、ブラシユニット９０はその自重によりガイド部材９７に沿って下降し、図５に示す元の定位置に戻る。ブラシユニット９０が自重により下降する際にもスクリーン６６上の異物８０がはき落される。

図８はブラシユニットの変形例を示す。この変形例の場合、図７のブラシユニット９０の保持部材９０ａの一側面９０ａａに設ける溝９３に替えて羽根９５を突出して設けている。この変形例の場合も上述した溝９３を設けたブラシユニット９０と同様の動作をし、同等の効果が期待できる。この羽根９５は、前記溝９３と同様、開弁時に導入される蒸気のような流体Ｓの作用によって保持部材９０ａが軸心周り（回転方向Ｒ１）に回転するような向きと角度で設けられている。

このように、スクリーン６６が自動的に繰り返し清掃されることで、スクリーン６６に付着した異物が比較的小さめの段階で円滑に擦り取られる。また、使用による経年劣化でブラシユニット９０のブラシ９０ｂを交換する場合、ブラシ９０ｂが保持部材９０ａおよび台座９０ｃとセットであることで、プラグ９２を緩めてスクリーン９０とともに取り外せるので、取付・取外作業が簡単に行え、メンテナンス作業が迅速に行える。

本発明はパイロット作動式に限らず、図９に示す直動式の減圧弁ＰＲＶ１にも適用できる。この減圧弁ＰＲＶ１は、図１のパイロット弁ユニット３０と同一または相当する部分に同一の符号が付されている。減圧弁ＰＲＶ１は、図５の第１実施形態の自動清掃機構を採用した弁装置３４を用いており、シャフト部材４２とプッシュロッド６０が垂直に設定された縦型である。図９の要部を拡大した図１０に示すように、ハウジング５とその底部を塞ぐプラグ９２Ａとの間に取り付けたガイド部材９７に、環状のブラシユニット９０がその軸方向に移動自在に支持されている。具体的には、第１のばね体４４のばね受け４８Ａとプラグ９２Ａとの間に支持板１０５を挟持し、ガイド部材９７の上端部９７ａがハウジング５に設けた挿入孔に圧入され、ガイド部材の下端部９７ｂが支持板１０５に設けた挿入孔に嵌入されて、ガイド部材９７がセッティングされている。このブラシユニット９０の保持部材９０ａの下方の一側面９０ａａが径方向外側に向かって上方へ偏位するように斜めに形成されており、この一側面９０ａａに溝９３または羽根９５が加工されている。

この直動式の場合、流体Ｓは一次側通路１０からスクリーン６６を通過し、複数の蒸気通過用孔９９から弁体３２に向かう。このとき、流体Ｓの一部が溝９３または羽根９５に導入され、ブラシユニット９０を旋回させながらその軸心方向に上昇移動させる。このとき、一側面９０ａａが斜めに形成されているので、流入する流体Ｓの圧力を受ける表面積が増大し、溝９３または羽根９５の寸法も大きめに確保できる。これにより、開弁時、ガイド部材９７に沿って摺動するブラシユニット９０に十分な回転力と上昇力を付与することができる。図９において流入路となる一次側通路１０が弁体３２の開弁により減圧されて、流出路である二次側通路１２から流出する。

この直動式の減圧弁ＰＲＶ１の作動はつぎの通りである。
［減圧前］
第１のばね体４４によって弁体３２が弁シート４０に押圧されて閉弁状態にある。

［圧力調整］
ハンドル５２を左に回すと、弁駆動部３６の圧力調整手段４９に含まれた第２のばね体５４が伸長し、シャフト部材４２を押し下げて弁体３２を開く。これにより、一次側通路１０の蒸気Ｓが二次側通路１２に流れる。

［減圧の保持］
二次側通路１２の圧力が高くなると、ベローズ４３が収縮し、シャフト部材４２の上昇が許容されて、弁体３２が閉弁方向（上方向）に移動する。これにより、弁体３２の開度が調整される。

本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、上記各実施形態では、自動清掃機構を減圧弁ＰＲＶに使用したが、減圧弁ＰＲＶに限定されず、例えば、蒸気トラップに使用することもできる。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１８ 主弁体
２４ 主弁駆動部
３０ パイロット弁ユニット
３２ 弁体
３４ 弁装置
３６ 弁駆動部（第１の弁駆動部）
３７ 弁座ユニット
４０ 弁シート
４２ シャフト部材
４４ 第１のばね体（コイルスプリング）
４９ 圧力調整手段（閉弁力付加部材）
５４ 第２のばね体
６２ パイロット室（流入路）
６８ 貫通路（流出路）
９０ ブラシユニット
９０ａ 保持部材
９０ｂ ブラシ
９０ｃ 台座
９３ 溝
９５ 羽根
９７ ガイド部材
ＰＲＶ、ＰＲＶ１ 減圧弁
Ｓ 流体（蒸気）

Claims (4)

1. 流体の流入路と流出路との間を開閉する弁体と、
   前記流入路に配置されて前記流体中の異物を除去する円筒形のスクリーンと、
   前記スクリーン上に付着した異物をはき落とす環状のブラシユニットとを備え、
   前記ブラシユニットは軸心が上下方向に配置されており、
   前記ブラシユニットに、開弁したときの前記流入路を通る前記流体の流れによって前記ブラシユニットをその軸心回りに回転させるとともに軸心方向に移動させる溝または羽根が設けられている、スクリーンの自動清掃機構。
2. 請求項１に記載のスクリーンの自動清掃機構において、さらに前記ブラシユニットをその軸方向に移動自在に支持するガイド部材を備えたスクリーンの自動清掃機構。
3. 流体の主通路に配置されて一次側の圧力を二次側の圧力に減圧する減圧弁であって、
   前記主通路を開閉する主弁体と、
   前記主弁体を開閉作動させるパイロット弁ユニットとを備え、
   前記パイロット弁ユニットが、請求項１または２のいずれか一項に記載のスクリーンの自動清掃機構と、
   前記弁体を開弁方向に押圧するシャフト部材と、前記シャフト部材を開弁方向に押圧して前記弁体を前記弁シートから離間させる第１の弁駆動部とを有し、
   前記第１の弁駆動部は、前進して前記シャフト部材を開弁方向に押圧する第２のばね体と、前記二次側の圧力を受けて前記第２のばね体を、そのばね力に抗して閉弁方向に後退させる閉弁力付加部材とを有し、
   さらに、前記流出路の圧力を受けて前記主弁体を開弁させる第２の弁駆動部が設けられ、 前記流入路が前記主通路の一次側に連通している減圧弁。
4. 流体の主通路に配置されて一次側の圧力を二次側の圧力に減圧する減圧弁であって、
   前記主通路を開閉する請求項１または２のいずれか一項に記載のスクリーンの自動清掃機構と、
   前記弁体を開弁方向に押圧するシャフト部材と、前記シャフト部材を開弁方向に押圧して前記弁体を前記弁シートから離間させる弁駆動部とを備え、
   前記弁駆動部は、前進して前記シャフト部材を開弁方向に押圧する第２のばね体と、前記二次側の圧力を受けて前記第２のばね体を、そのばね力に抗して閉弁方向に後退させる閉弁力付加部材とを有し、
   前記主通路の一次側と二次側がそれぞれ前記流入路と流出路を形成している減圧弁。
   

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