JP2022106162A - バルブとこれを用いた減圧弁 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造でありながら、ピストンの傾きを抑制することができるバルブとこれを用いた減圧弁を提供する。【解決手段】本発明のバルブＶＡは、流体Ｓの流入路１０と流出路１２との間を開閉する弁体１８と、弁体１８をばね力によって弁シート２２に着座させるばね体２０と、弁体１８に接触するロッド８２と、ロッド８２を介して弁体１８を開弁方向に押圧して弁シート２２から離間させるピストン２６と、ロッド８２およびピストン２６を移動自在に案内するシリンダ２８とを備えている。ピストン２６に、流体の流れによりピストン２６をロッド８２の軸心ＡＸ周りに回転させるピストン旋回手段８５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を開閉するバルブと、これを用いた減圧弁に関する。

流体の通路には、通路内の圧力を調節するために種々の弁装置が配置される（例えば、特許文献１）。特許文献１のような減圧弁では、一般的に弁軸として円筒形状または円板形状のピストンにロッドが一体に連結されたものが使用されており、シリンダ内をピストンが摺動することで弁体の開閉動作を行っている。そのため、シリンダ内でピストンが傾くと、弁軸の摺動性が悪化する。

特開昭６２－１０３７１７号公報

特許文献１の装置では、ピストンとロッドを半球面状の接続部で連結し、ピストンの傾きを抑制している。しかしながら、特許文献１の装置では、半球面状の接続部を設けたことにより、弁軸の構成が複雑化する。また、ピストン、ロッドおよび半球面状の接続部が一体に形成されているので、製造も難しい

本発明は、簡単な構造でありながら、ピストンの傾きを抑制することができるバルブとこれを用いた減圧弁を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のバルブは、流体の流入路と流出路との間を開閉する弁体と、前記弁体をばね力によって弁シートに着座させるばね体と、前記弁体に接触するロッドと、前記ロッドを介して前記弁体を開弁方向に押圧して前記弁シートから離間させるピストンと、前記ロッドおよび前記ピストンを移動自在に案内するシリンダとを備えている。前記ピストンまたは前記ロッドに、前記流体の流れにより前記ピストンを前記ロッドの軸心周りに回転させるピストン旋回手段が設けられている。

この構成によれば、ピストン旋回手段によりピストンが旋回する。つまり、ピストンが旋回しながら摺動する。これにより、ロッドが軸心方向に対して傾いた場合でも、ピストンの傾きが抑制される。その結果、ピストンの摺動性が悪化するのを防ぐことができる。しかも、ピストンが旋回しながら摺動するので、ピストンとシリンダとの間にごみが溜まるのを防ぐことができる。

本発明において、前記ピストン旋回手段は、前記ピストンの底壁に設けられたスパイラル状の溝であってもよい。この構成によれば、ピストンの底壁に溝を形成するだけなので、構造も簡単である。

本発明において、前記ピストン旋回手段は、前記ロッドに設けられた羽根であってもよい。この構成によれば、ロッドに羽根を設けるだけなので、構造も簡単である。

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、本発明のバルブを構成する主弁体を備えている。この場合、さらに、前記主弁体を開閉させるパイロット弁ユニットを備えていてもよい。

パイロット作動式の減圧弁では、主弁体の開閉度が二次側圧力の安定性につながるので、主弁体に繋がるピストンの摺動性は減圧弁の性能を評価するうえでの重要なファクターである。上記構成によれば、ピストンの摺動性が悪化するのを防ぐことができるので、パイロット作動式の減圧弁に特に有効である。

本発明の弁装置および減圧弁によれば、簡単な構造で、ピストンの傾きを抑制できる。

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。 同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実施形態に係るバルブの要部を示す縦断面図である。 同バルブのピストンの底面図である。 本発明の第２実施形態に係るバルブの要部を示す縦断面図である。

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、本発明の好ましい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弁装置を用いた減圧弁の一種であ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。つまり、一次側通路１０および二次側通路１２が、主弁体１８に対する流入路と流出路をそれぞれ形成している。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。これら主弁体１８、主ばね体２０、ピストン２６およびシリンダ２８により主弁装置であるバルブＶＡが構成されている。

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、弁体３２を含むパイロット弁装置３４と、このパイロット弁装置３４を開閉させるパイロット弁駆動部３６とを有する。本実施形態では、弁体３２は、ボール形（球体）であるが、これに限定されない。パイロット弁装置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。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。

パイロット弁装置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、パイロット弁装置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内の圧力Ｐ１の蒸気Ｓが二次側通路１２に流入して圧力Ｐ２に減圧される。

［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、本発明の要部であるバルブＶＡについて図５～６の第１実施形態および図６の第２実施形態により説明する。図５に示すように、ピストン２６は、ピストン２６から主弁体１８に向かって延びて主弁体１８に当接するロッド８２を有している。ピストン２６とロッド８２とは一体で構成されている。

ピストン２６は、シリンダ２８の内面を摺動しながらロッド８２の軸心方向ＡＸに移動する。本実施形態では、ピストン２６は、有底の円筒形状を有している。詳細には、ピストン２６は、円盤状の底壁２６ａと、底壁２６ａからピストン２６の軸心方向ＡＸに延びる筒状の周壁２６ｂとを有している。ピストン２６の底壁２６ａに、前記逃がし孔２９が設けられている。ピストン２６は、底壁２６ａの外周面と周壁２６ｂの外面でシリンダ２８の内周面に摺動している。

底壁２６ａの外周面および周壁２６ｂの外面に、環状の溝２６ｃが形成されており、各凹溝２６ｃにピストンリング８４が介装されている。このようなピストンリング８４を設けることで、ピストン２６の傾きが抑制される。ピストンリング８４は、例えば、フッ素樹脂である。ただし、ピストンリング８４の材質はこれに限定されない。本実施形態では、ピストンリング８４は、２つ設けられているが、ピストンリング８４の数はこれに限定されず、１つであてもよく、３つ以上であってもよい。また、ピストンリング８４はなくてもよい。また、本実施形態では、ピストン２６は円筒形状であるが、周壁２６ｂのない円板状であってもよい。

ロッド８２は、円柱形の棒状の部材であり、その軸心がピストン２６の軸心ＡＸに一致する。ロッド８２の基端部（図５の上端部）８２ａがピストン２６の底壁２６ａに一体に連結され、先端部（図５の下端部）８２ｂが主弁体１８に当接している。ロッド８２と主弁体１８は、溶接または圧接により連結されている。

ピストン２６の底壁２６ａにおける主弁体１８側の底面２６ａａに、図６に示すスパイラル状の溝８５が設けられている。スパイラル状の溝８５は、図５に示す流体Ｓの流れによりピストン２６をロッド８２の軸心ＡＸ周りに回転させる。つまり、溝８５は、流体Ｓの流れによりピストン２６をロッド８２の軸心ＡＸ周りにＡ１方向に回転させるピストン旋回手段を構成する。

図６に示すように、本実施形態の溝８５は、底壁２６ａの中心部から径方向外側に向かって渦状に湾曲しながら延びる。溝８５は、周方向に並んで複数設けられ、本実施形態では、１２個設けられている。溝８５は、流体Ｓの流れによりピストン２６をロッド８２の軸心ＡＸ周りに回転させるものであればよく、その形状、数は図６の例に限定されない。

図５に示すピストン２６は、例えば、主弁体１８が開く際の弁口からの噴出流体Ｓの影響等により、ロッド８２が軸心ＡＸに対して傾くことがある。これに伴い、ピストン２６も傾くと、その摺動性が悪化する恐れがある。上記構成によれば、ピストン旋回手段（溝）８５が設けられているので、流体Ｓの流れによりピストン２６が矢印Ａ１の方向に旋回する。つまり、ピストン２６が旋回しながら摺動する。これにより、ロッド８２が軸心方向ＡＸに対して傾こうとした場合でも、ピストン２６の傾きが抑制される。その結果、ピストン２６の摺動性が悪化するのを防ぐことができる。しかも、ピストン２６が旋回しながら摺動するので、ピストン２６とシリンダ２８との間にごみが溜まるのを防ぐことができる。

特に、パイロット作動式の減圧弁ＰＲＶでは、主弁体１８の開閉度が二次側圧力Ｐ２（図１）の安定性につながるので、主弁体１８に繋がるピストン２６の摺動性は減圧弁ＰＲＶの性能を評価するうえでの重要なファクターである。上記構成では、ピストン２６の摺動性が悪化するのを防ぐことができるので、パイロット作動式の減圧弁ＰＲＶに特に有効である。

図６に示すように、ピストン旋回手段は、ピストン２６の底壁２６ａに設けられたスパイラル状の溝８５からなる。このように、ピストン２６の底壁２６ａに溝８５を形成するだけなので、構造も簡単である。

図７は、本発明の第２実施形態を示す。第２実施形態では、スパイラル状の溝８５に代えて、ロッド８２に羽根９０が設けられている。流体Ｓの流れが羽根９０に付与されると、ピストン２６が矢印Ａ１方向に旋回する。つまり、羽根９０は、流体Ｓの流れによりピストン２６をロッド８２の軸心ＡＸ周りに回転させるピストン旋回手段を構成する。

本実施形態の羽根９０は、ロッド８２の外周面に設けられ、ロッド８２の軸心方向ＡＸに沿って周方向に湾曲しながら延びている。羽根９０は、周方向に並んで複数設けられ、例えば、８個設けられている。ただし、羽根９０は、流体Ｓの流れによりピストン２６をロッド８２の軸心ＡＸ周りに回転させるものであればよく、その形状、数は図７の例に限定されない。

第２実施形態においても、上述の第１実施形態と同様に、ピストン２６の傾きが抑制される結果、ピストン２６の摺動性が悪化するのを防ぐことができる。しかも、ピストン２６が旋回しながら摺動するので、ピストン２６とシリンダ２８との間にごみが溜まるのを防ぐことができる。また、ロッド８２の外周面に羽根９０を設けるだけなので、構造も簡単である。

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、本発明のバルブは、減圧弁の主弁体１８以外にも適用できる。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。

１０ 一次側通路（流入路）
１２ 二次側通路（流出路）
１８ 主弁体（弁体）
２０ 主ばね体（ばね体）
２２ 主弁シート（弁シート）
２６ ピストン
２６ａ 底壁
２８ シリンダ
３０ パイロット弁ユニット
８２ ロッド
８５ 溝（ピストン旋回手段）
９０ 羽根（ピストン旋回手段）
ＰＲＶ 減圧弁
Ｓ 蒸気（流体）
ＶＡ バルブ

Claims (5)

1. 流体の流入路と流出路との間を開閉する弁体と、
   前記弁体をばね力によって弁シートに着座させるばね体と、
   前記弁体に接触するロッドと、
   前記ロッドを介して前記弁体を開弁方向に押圧して前記弁シートから離間させるピストンと、
   前記ロッドおよび前記ピストンを移動自在に案内するシリンダと、を備え、
   前記ピストンまたは前記ロッドに、前記流体の流れにより前記ピストンを前記ロッドの軸心周りに回転させるピストン旋回手段が設けられているバルブ。
2. 請求項１に記載のバルブにおいて、前記ピストン旋回手段は、前記ピストンの底壁に設けられたスパイラル状の溝であるバルブ。
3. 請求項１に記載のバルブにおいて、前記ピストン旋回手段は、前記ロッドに設けられた羽根であるバルブ。
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、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のバルブを構成する主弁体を備えた減圧弁。
5. 請求項４に記載の減圧弁において、さらに、前記主弁体を開閉させるパイロット弁ユニットを備えた減圧弁。

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