JP2022094148A - 自動清掃機能付き減圧弁 - Google Patents

Abstract

【課題】スクリーン上の異物の堆積を防止する自動スクリーン清掃機構を備えた減圧弁を提供する。【解決手段】流体Ｓの主通路１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、主通路１を開閉する主弁体１８と、主弁体１８を開閉作動させるパイロット弁ユニット３０とを備える。パイロット弁ユニット３０は、流体Ｓの流入路６２と流出路６８との間を開閉するパイロット弁体３２と、流入路６２に配置されて流体Ｓ中の異物８０を除去するスクリーン６６と、スクリーン６６上に付着した異物８０をはき落とすブラシユニット９０と、スクリーン６６の自動清掃機構とを備える。自動清掃機構は閉弁時の一次側の圧力と二次側の圧力との差を受けてスクリーン６６の軸心に沿った第１の方向Ｘ１にブラシユニット９０を移動させる第１のブラシ駆動部７４と、開弁時にブラシユニット９０を第１の方向Ｘ１と反対の第２の方向Ｘ２に移動させる第２のブラシ駆動部７５とを有する。【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（例えば酸化鉄）のような異物による目詰まりが生じて蒸気のような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、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を備え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、流体の流入路と流出路との間を開閉するパイロット弁体と、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ブラシユニットと、前記スクリーンの自動清掃機構と、前記パイロット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パイロット弁体を前記弁シートから離間させるパイロット弁駆動部とを備えている。前記パイロット弁駆動部は、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圧力調整手段とを備えている。前記自動清掃機構は、閉弁時の前記一次側の圧力と二次側の圧力との差を受けて前記スクリーンの軸心に沿った第１の方向に前記ブラシユニットを移動させる第１のブラシ駆動部と、開弁時にブラシユニットを前記第１の方向と反対の第２の方向に移動させる第２のブラシ駆動部とを有する。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主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。

この構成によれば、流体の流入路と流出路との間を開閉するパイロット弁体の閉弁時にはパイロット室の圧力（一次側圧力）が高く、前記パイロット弁体の開弁時には低くなる。この圧力差を利用して自動清掃機構が機能し、閉弁時の一次側の圧力が高い場合には第１のブラシ駆動部よってブラシユニットが第１の方向に移動し、開弁時の一次側の圧力が低い場合には第２のブラシ駆動部によってブラシユニットが第１の方向と反対の第２の方向に移動する。このように、パイロット室内の圧力の変化によりブラシユニットがスクリーン上をその軸心に沿って前後に移動することでスクリーンが擦られ、スクリーン上に付着した異物が自動的にはき落とされる。これにより、スクリーンが異物による目詰まりを生じることがなく，メンテナンスの回数も少なく抑えることができる。

本発明の減圧弁において、前記第１のブラシ駆動部は前記ブラシユニットが収納されて前記主通路の一次側圧力が導入されるパイロット室と、前記主通路の二次側圧力が導入される圧力導入室との間を連通する連通路と、この連通路に挿入されたピストンと、前記ピストンとブラシユニットとを連結するリンクユニットとを備えたものであってもよい。

この構成によれば、減圧弁がパイロット作動式であるので、その構造上、パイロット室と主通路の二次側圧力が導入される圧力導入室との間を連通する連通路を第１のブラシ駆動部の設置スペースとして確保できる。また、この第１のブラシ駆動部は、ピストンと、このピストンとブラシユニットとを連結するリンクユニットという簡易な手段であるため、その設置が容易でコストも低く抑えることができる。

本発明の減圧弁において、前記第２のブラシ駆動部ブラシユニットに第２の方向へのばね力を付加するブラシ用ばね体としてもよい。この場合、構造の簡素化が図れる。

本発明の減圧弁において、前記第１の方向に移動したブラシユニットを磁力で保持する第１の磁石体と前記第２の方向に移動したブラシユニットを磁力で保持する第２の磁石体を備えるようにしてもよい。この場合、ブラシユニットが第１の方向または第２の方向のいずれの方向に移動しても第１の磁石体または第２の磁石体によって安定的に保持される。また、ブラシユニットが第１の方向または第２の方向に移動するとき、ブラシユニットの移動により擦りとってはき落したスクリーン上に付着した酸化鉄のような異物は第１の磁石体または第２の磁石体に付着するので、異物によるスクリーンの目詰まりが抑制される。これにより、蒸気のような流体の流量が減る現象を回避することができ、メンテナンスの回数も少なくなり、機会損失を低減できる。

本発明の減圧弁において、前記スクリーンを円筒形とし、ブラシユニットを環状としたものであってもよい。この場合、通常、この種パイロット作動式の減圧弁においてパイロット室に配置されるスクリーンが円筒形であることにかんがみ、ブラシユニットを環状とすることで、組立時での装着性がよく、スクリーン上に付着した異物のはき落し効果も向上する。

本発明の減圧弁によれば、スクリーン上に付着した異物を簡単な構造でしかも効率的にはき落すことができ、異物の目詰まりによる流体流量の減少を防止できるので、メンテナンス回数も少なり、機会損失も少なくなる。

本発明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実施形態に係る減圧弁の閉弁時のブラシユニットの動作を示す要部の縦断面図である。 同実施形態に係る減圧弁の開弁時のブラシユニットの動作を示す要部の縦断面図である。

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、これらの方法では、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は本発明の第１実施形態に係る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ＰＲＶ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、流出路の圧力を受けて主弁体１８を開弁させる主弁駆動部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、ボール形のパイロット弁体３２を含む弁装置３４と、この弁装置３４を開閉させるパイロット弁駆動部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、パイロット弁体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がパイロット弁体３２に接触し、後端部４２ｂがパイロット弁駆動部３６の後述する先端板３８に対向している。パイロット弁体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。

パイロット弁駆動部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。

パイロット弁駆動部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、そのばね力に抗して閉弁方向（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におけるパイロット弁体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、圧力調整手段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、圧力調整手段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、圧力調整手段４９の先端の先端板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調整手段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パイロット弁体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、本発明の第１実施形態の要部である自動スクリーン清掃機構について図５および図６により説明する。ここで、図５は自動スクリーン清掃機構の閉弁時のブラシユニットの動作を示し、図６は自動スクリーン清掃機構の開弁時におけるブラシユニットの動作を示す。

図５に示すように、パイロット室６２内には円筒形のスクリーン６６が水平配置されており、このスクリーン６６上に付着した異物８０をはき落す環状のブラシユニット９０がスクリーン６６の軸方向（図５の左右方向）に移動自在に支持されている。このブラシユニット９０は保持部材９０ａとブラシ９０ｂとを有し、ブラシ９０ｂは保持部材９０ａの内周面にその先端が内径側に突出してスクリーン６６の外周面に接触するように一定間隔毎に複数本が植毛されている。このブラシユニット９０は自動清掃機構により一定の動作をするように構成されている。

自動清掃機構は、閉弁時の一次側の圧力と二次側の圧力の差、つまり、一次側通路１０に連通する一次導通路６４内の圧力Ｐ１と、二次側通路７２に連通する圧力導入室７０の圧力Ｐ２の圧力差を受けてスクリーン６６の軸心に沿った第１の方向（図５の右側）Ｘ１にブラシユニット９０を移動させる第１のブラシ駆動部７４と、開弁時にブラシユニット９０を第１の方向Ｘ１と反対の第２の方向（図５の左側）Ｘ２に移動させる第２のブラシ駆動部７５とを有している。また、第１の方向Ｘ１に移動したときのブラシユニット９０を保持する第１の磁石体９３が、スクリーン６６のパイロット弁体３２寄りの一端に近接して上ケース６に支持されており、第２の方向Ｘ２に移動したときのブラシユニット９０を保持する第２の磁石体９４が、スクリーン６６の他端に近接して上ケース６に支持されている。両磁石体９３，９４は磁性の鉄材からなる保持部材９０ａと同様、環状に設けられている。

第１のブラシ駆動部７４は、ブラシユニット９０が収納されて主通路１の一次側圧力が導入されるパイロット室６６と、主通路１の二次側圧力が導入される圧力導入室７０との間を連通する連通路７７と、この連通路７７に挿入されたピストン７８と、ピストン７８とブラシユニット９０とを連結するリンクユニット７９とから構成されている。リンクユニット７９は２つのリンク編７９ａ、７９ｂを連結ピン７９ｃで相対回動自在に連結したものである。一方、第２のブラシ駆動部７５はばね体（例えばコイルスプリング）からなり、開弁時にブラシユニット９０を第１の方向Ｘ１に押圧するように付勢されている。

以上のように構成された減圧弁ＰＲＶは、流体の流入路であるパイロット室６２と流出路である貫通路６８との間を開閉するパイロット弁体３２の閉弁時には、パイロット室６２の圧力（一次側圧力）Ｐ１が圧力導入室７０の圧力Ｐ２よりも十分高く（Ｐ１＞＞Ｐ２）、パイロット弁体３２の開弁時には低くなって圧力導入室７０の圧力Ｐ２よりも若干高い程度となる（Ｐ１＞Ｐ２）。この圧力差を利用して自動清掃機能が機能し、閉弁時の一次側の圧力Ｐ１が高い場合には第１のブラシ駆動部７４によってブラシユニット９０が第１の方向（パイロット弁体３２寄り）Ｘ１に移動する。

開弁時の一次側の圧力Ｐ１が低い場合には、図６に示すように、第２のブラシ駆動部７５により、圧力差Ｐ１－Ｐ２に打ち勝ってブラシユニット９０がスクリーン６６の軸心に沿った第２の方向Ｘ２に移動する。このように、パイロット室６２内の圧力変化によりブラシユニット９０がスクリーン６６上を左右に移動することでスクリーン６６が擦られ、スクリーン６６上に付着した異物８０が自動的にはき落とされる。これにより、スクリーン６６が異物による目詰まりを生じることがなく，メンテナンスの回数も少なく抑えることができる。

また、減圧弁ＰＲＶがパイロット作動式であるので、その構造上、パイロット室６２と主通路１の二次側圧力が導入される圧力導入室７０との間を連通する連通路７７を、ピストン７８とリンクユニット７９の設置スペースとして確保できて比較的容易に形成することができる。第１のブラシ駆動部７４は、ピストン７８と、このピストン７８とブラシユニット９０とを連結するリンクユニット７９という簡易な手段であるため、その設置も容易でコストも低く抑えることができる。

さらに、第２のブラシ駆動部７５はブラシユニット９０に第２の方向Ｘ２へのばね力を付加するブラシ用ばね体７６を採用できるので、構造の簡素化も図れる。

また、本発明の減圧弁ＰＲＶでは、第１の方向Ｘ１に移動したブラシユニット９０を保持する第１の磁石体９３と、第２の方向Ｘ２に移動したブラシユニット９０を保持する第２の磁石体９４とを備えたので、ブラシユニット９０が第１の方向Ｘ１または第２の方向Ｘ２のいずれの方向に移動しても第１の磁石体９３または第２の磁石体９４によって安定的に保持される。さらに、ブラシユニット９０の移動により擦りとってはき落した異物８０は第１の磁石体９３または第２の磁石体９４に付着するので、異物８０によるスクリーン６６の目詰まりが抑制され、蒸気のような流体Ｓの流量が減る現象を回避することができる。したがって、メンテナンスの回数も抑えられて機会損失を低減できる。

さらに、通常、この種パイロット作動式の減圧弁においてパイロット室６２に配置されるスクリーン６６が円筒形であることにかんがみ、ブラシユニット９０を環状とすることで組立時に装着性がよく、スクリーン６６上に付着した異物８０のはき落し効果が一層期待できる。

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 パイロット弁体
３２ａ 円筒部
３２ｂ 円錐台部
３４ 弁装置
３６ パイロット弁駆動部
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）
７０ 圧力導入室
７４ 第１のブラシ駆動部
７５ 第２のブラシ駆動部
７７ 連通路
７８ ピストン
７９ リンクユニット
９０ ブラシユニット
９０ａ 保持部材
９０ｂ ブラシ
９３ 第１の磁石体
９４ 第２の磁石体
ＰＲＶ 減圧弁
Ｓ 流体（蒸気）
Ｘ１ 第１の方向
Ｘ２ 第２の方向

Claims (5)

1. 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は、流体の流入路と流出路との間を開閉するパイロット弁体と、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ブラシユニットと、前記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パイロット弁駆動部とを備え、
   前記パイロット弁駆動部は、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圧力調整手段とを備え、
   前記自動清掃機構は、閉弁時の前記一次側の圧力と二次側の圧力との差を受けて前記スクリーンの軸心に沿った第１の方向に前記ブラシユニットを移動させる第１のブラシ駆動部と、開弁時にブラシユニットを前記第１の方向と反対の第２の方向に移動させる第２のブラシ駆動部とを有し、
   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主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。
2. 請求項１に記載の減圧弁において、前記第１のブラシ駆動部は前記ブラシユニットが収納されて前記主通路の一次側圧力が導入されるパイロット室と、前記主通路の二次側圧力が導入される圧力導入室との間を連通する連通路と、この連通路に挿入されたピストンと、前記ピストンとブラシユニットとを連結するリンクユニットを備えた減圧弁。
3. 請求項１に記載の減圧弁において、前記第２のブラシ駆動部はブラシユニットに第２の方向へのばね力を付加するブラシ用ばね体である減圧弁。
4. 請求項１に記載の減圧弁において、第１の方向に移動したブラシユニットを保持する第１の磁石体と前記第２の方向に移動したブラシユニットを保持する第２の磁石体を備えた減圧弁。
5. 請求項１に記載の減圧弁において、前記スクリーンは円筒形であり、ブラシユニットは環状である減圧弁。

Images