JP2022113532A - 弁装置とこれを用いた減圧弁 - Google Patents

Abstract

【課題】使用状況に応じてスクリーンのメッシュサイズを変更できる弁装置とこれを用いた減圧弁を提供する。【解決手段】弁装置３４は、流体Ｓの流入路６２と流出路６４との間を開閉する弁体３２と、ばね力によって弁体３２を弁シート４０に着座させるばね体４４と、ばね体４４のばね力に抗して弁体３２を開弁方向に押圧して弁シート４０から離間させるシャフト部材４２と、流入路６２に設けられて弁体３２およびばね体４４が収納される弁室６５に異物が進入するのを防ぐスクリーン部材６６とを備えている。スクリーン部材６６は、内側スクリーン部８０と外側スクリーン部８２と有している。内側スクリーン部８０と外側スクリーン部８２が相対移動されることで、スクリーン部材６６のメッシュサイズが変更可能に構成されている。【選択図】図５

Description

本発明は、流体の通路に設けられて通路の開閉により通路の圧力を調節する弁装置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のような弁装置では、スクリーンと呼ばれるフィルターのような機構の部品が取り付けられる。スクリーンは、弁体が収納される弁室に異物が浸入するのを防ぐ役割を果たす。

特開昭６２－１０３７１７号公報

本来は、配管の状態や弁装置の用途等によってスクリーンのメッシュサイズを選定する必要があるが、一般的には、メッシュ部が早期に閉塞しないように粗い（サイズが大きめ）設計になっている。このため、使用環境によっては、異物を十分に捕捉できない恐れがある。

本発明は、使用状況に応じてスクリーンのメッシュサイズを変更できる弁装置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、本発明の弁装置は、流体の流入路と流出路との間を開閉する弁体と、ばね力によって前記弁体を弁シートに着座させるばね体と、前記ばね体のばね力に抗して、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シャフト部材と、前記流入路に設けられて、前記弁体および前記ばね体が収納される弁室に異物が進入するのを防ぐスクリーン部材とを備えている。前記スクリーン部材は内側スクリーン部と外側スクリーン部と有し、前記内側スクリーン部と前記外側スクリーン部が相対移動されることで、前記スクリーン部材のメッシュサイズが変更可能に構成されている。

この構成によれば、内側スクリーン部と外側スクリーン部を相対移動させることで、スクリーン部材のメッシュサイズを変更することができる。これにより、使用状況に応じて最適なスクリーンのメッシュサイズを設定できる。その結果、メッシュ部が早期に閉塞するのを抑制しつつ、弁室に異物が侵入するのを防ぐことができる。

本発明において、前記スクリーン部材は円筒形状であり、円筒形の前記内側スクリーン部と円筒形の前記外側スクリーン部が相対回転移動されることで、前記メッシュサイズが変更可能に構成されていてもよい。この構成によれば、スクリーン部材をコンパクトに構成することができる。

この場合、さらに、ケーシングに回動自在に取り付けられて前記内側スクリーン部または前記外側スクリーン部を回転させる調整ボルトを備えていてもよい。この構成によれば、簡単な操作で、メッシュサイズを変更することができる。この場合、前記内側スクリーン部および前記外側スクリーン部は、板材を円筒形状に曲げ、その両端縁を径方向内側と径方向外側にそれぞれ折り曲げて重合させることで形成され、前記外側スクリーン部の重合部が前記ケーシングに係合され、前記内側スクリーン部の重合部が前記調整ボルトに係合されていてもよい。この構成によれば、スクリーン部材の製造過程で形成される重合部を利用して、メッシュサイズを変更させる構造を構築することができる。

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、前記主通路を開閉する主弁体と、前記主弁体を開閉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が、本発明の弁装置と、前記弁装置の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、前記弁装置の前記流入路が前記主通路の一次側に連通している。

本発明の弁装置および減圧弁によれば、使用状況に応じて最適なスクリーンのメッシュサイズを設定できる結果、メッシュ部が早期に閉塞するのを抑制しつつ、弁室に異物が侵入するのを防ぐことができる。

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。 （Ａ）は本発明の第１実施形態に係る弁装置の要部を示す縦断面図で、（Ｂ）は（Ａ）の調整ボルトを矢印Ｂ方向から見た正面図である。 同弁装置のスクリーンの斜視図である。 （Ａ）～（Ｃ）は、スクリーンのメッシュサイズを変更した状態を示す拡大図である。

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。

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、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。弁体３２は、例えば、ボール形（球体）であるが、これに限定されない。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。

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。スクリーン６６には、複数のメッシュ（孔）６６ａが形成されている。メッシュ６６ａは、例えば、パンチ孔である。パイロット室６２の前方（図１の左側）は開口しており、この開口６３が、ケーシング（上ケース）６に着脱自在に取り付けられた蓋部材６９により閉塞されている。蓋部材６９を取り外すことで、開口６３からパイロット室６２内へのスクリーン６６の着脱が可能となっている。

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。

つまり、パイロット室６２が弁体３２の流入路を構成し、貫通路６８が弁体３２の流出路を構成し、その間にパイロット弁室６５が形成されている。パイロット弁室６５に、弁体３２および第１のばね体４４が収納されている。スクリーン６６は、流入路６２に設けられて、パイロット弁室６５に異物が進入するのを防ぐスクリーン部材を構成する。

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、本発明の第１実施形態の要部であるスクリーン６６について図５～７により説明する。図５の（Ａ）に示す弁装置３４では、スクリーン６６が、内側スクリーン部８０と外側スクリーン部８２とを有し、内側スクリーン部８０および外側スクリーン部８２が相対移動可能に構成されている。

図６に示すように、スクリーン６６は円筒形状である。詳細には、スクリーン６６は、円筒形の内側スクリーン部８０と、円筒形の外側スクリーン部８２とを有している。内側スクリーン部８０の外径と、外側スクリーン部８２の内径はほぼ同じである。本実施形態では、内側スクリーン部８０および外側スクリーン部８２は、鋼製の板材を円筒形状に折り曲げることで形成されている。

詳細には、内側スクリーン部８０および外側スクリーン部８２は、板材を円筒形状に湾曲させ、その両端縁を重合させて接合することで形成されている。内側スクリーン部８０の重合部８４は、径方向内側に折り曲げられて、その外面同士が接触するように形成されている。一方、外側スクリーン部８２の重合部８６は、径方向外側に折り曲げられて、その内面同士が接触するように形成されている。これら重合部８４，８６の接合は、例えば、溶接により行われる。ただし、接合方法は溶接に限定されない。

内側スクリーン部８０および外側スクリーン部８２に、内側メッシュ８０ａおよび外側メッシュ８２ａがそれぞれ形成されている。本実施形態では、内側メッシュ８０ａおよび外側メッシュ８２ａは円形のパンチ孔で構成されている。これら内側メッシュ８０ａおよび外側メッシュ８２ａにより、スクリーン６６のメッシュ６６ａが形成されている。

本実施形態では、内側メッシュ８０ａと外側メッシュ８２ａの大きさ（メッシュサイズ）、配置は同じに構成されている。ただし、メッシュのサイズ、配置は異なっていてもよい。また、本実施形態では、図５（Ａ）から分かるように、内側メッシュ８０ａが、外側メッシュ８２ａよりも軸方向に長い領域にわたって形成されている。つまり、内側メッシュ８０ａは、その一部が、外側メッシュ８２ａに覆われていない。

内側スクリーン部８０と外側スクリーン部８２は相対移動することで、スクリーン６６のメッシュサイズが変更可能に構成されている。本実施形態では、図５（Ａ）に示すように、ケーシング（上ケース６）に調整ボルト８８が回動自在に取り付けられ、調整ボルト８８を回動させることで、内側スクリーン部８０と外側スクリーン部８２が相対回転し、これにより、メッシュサイズが変更可能に構成されている。

本実施形態では、調整ボルト８８は、蓋部材６９と一体化されている。詳細には、蓋部材６９は、円筒形状の蓋部材本体９０の中空孔に調整ボルト８８がねじ連結されている。蓋部材本体９０の内周面と調整ボルト８８の外周面との間にシール部材９２が介在されている。蓋部材本体９０は、外周面に雄ねじ９０ａが形成された軸部９０ｂと、軸部９０ｂから径方向外側に延びる円盤状のフランジ部９０ｃとを有している。

調整ボルト８８は、円柱形状であり、外周面に雄ねじ８８ａが形成されたねじ部８８ｂと、雄ねじがない嵌合部８８ｃとを有している。調整ボルト８８におけるねじ部８８ｂ側の一端面（前端面）に、工具用の溝８８ｄが形成されている。嵌合部８８ｃの外周面に環状溝８８ｅが形成されおり、環状溝８８ｅに前記シール部材９２が嵌め込まれている。調整ボルト８８における嵌合部８８ｃ側の他端面（後端面）に、軸方向に延びるキー溝８８ｆが形成されている。

つぎに、スクリーン６６の取り付け、固定構造を説明する。スクリーン６６は、外側スクリーン部８２の内側に内側スクリーン部８０を嵌め込んだ状態で、ケーシング６（上ケース６）に装着される。このとき、ケーシング６に形成されたキー溝６ａに、外側スクリーン部８２の重合部８６が軸方向に嵌り込んで係合する。これにより、スクリーン６６の位置決めがされるとともに、スクリーン６６の回り止めがされる。

この状態で、調整ボルト８８と一体化された蓋部材６９がケーシング６に締結される。詳細には、蓋部材本体９０の雄ねじ９０ａが、ケーシング６に形成された雌ねじ６ｂに螺合され、蓋部材本体９０のフランジ部９０ｃが開口６３の縁に当接する。蓋部材本体９０のフランジ部９０ｃと開口６３の縁との間にはシール部材９４が介在されている。このとき、調整ボルト８８のキー溝８８ｆに、内側スクリーン部８０の重合部８４が係合されるようにする。

最後に、調整ボルト８８のねじ部８８ｂの雄ねじ８８ａに、緩み止め用のナット部材９５が締結される。これにより、調整ボルト８８が、蓋部材本体９０に対して相対回転するのが抑制される。

つぎに、本実施形態の弁装置３４におけるスクリーン６６のメッシュサイズを変更する構造について説明する。まず、調整ボルト８８からナット部材９５を取り外す。つづいて、調整ボルト８８の溝８８ｄに工具を差し込んで、矢印Ｒの方向に調整ボルト８８を回転させる。

図５（Ｂ）に示すように、蓋部材本体９０のフランジ部９０ｃの前端面（図５（Ａ）の左端面）に、３つの指標９６－１，９６－２，９６－３が設けられている。ここで、スクリーン６６のメッシュサイズが大きい順に、第１の指標９６－１、第２の指標９６－２、第３の指標９６－３とする。ただし、指標の数は３つに限定されない。

つまり、溝８８ｄの先端８８ｄａが第１の指標９６－１に合致するとき、内側メッシュ８０ａと外側メッシュ８２ａが重なって、スクリーン６６のメッシュサイズは最大となる（図７（Ａ））。一方、溝８８ｄの先端８８ｄａが第３の指標９６－３に合致するとき、内側メッシュ８０ａと外側メッシュ８２ａが最も大きくずれて、スクリーン６６のメッシュサイズは最小となる（図７（Ｃ））。溝８８ｄの先端８８ｄａが第２の指標９６－２に合致するときは、スクリーン６６のメッシュサイズは中間サイズ（最大の約５０％）となる（図７（Ｂ））。

第１～３の指標９６－１，９６－２，９６－３を目安に、調整ボルト８８を矢印Ｒの方向に回転させることで、スクリーン６６のメッシュサイズを所望の大きさに設定できる。メッシュサイズの設定後、調整ボルト８８のねじ部８８ｂの雄ねじ８８ａに、ナット部材９５が締結される。

上記構成によれば、図５（Ａ）の内側スクリーン部８０と外側スクリーン８２部を相対移動させることで、スクリーン６６のメッシュサイズを変更することができる。これにより、使用状況に応じて最適なスクリーン６６のメッシュサイズを設定できる。その結果、メッシュ６６ａが早期に閉塞するのを抑制しつつ、弁室６５に異物が侵入するのを防ぐことができる。

円筒形の内側スクリーン部８０と円筒形の外側スクリーン部８２が相対回転移動されることでメッシュサイズが変更される。これにより、コンパクトな構成でメッシュサイズを変更できる。

外側スクリーン部８２の重合部８６がケーシング６のキー溝６ａに係合され、内側スクリーン部８０の重合部８４が調整ボルト８８のキー溝８８ｆに係合されている。このように、スクリーン６６の製造過程で形成される重合部８４，８６を利用して、内側スクリーン部８０の回転によるメッシュサイズの変更と、外側スクリーン部８２の位置決め、固定（回り止め）を実現することができる。

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、上記実施形態では、パイロット弁ユニット３０の弁装置３４について説明したが、本発明は、パイロット弁を有しない直動型の減圧弁にも適用できる。また、本発明は、減圧弁以外の弁装置にも適用できる。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。

３２ 弁体
３４ 弁装置
４０ 弁シート
４２ シャフト部材
４４ 第１のばね体（ばね体）
６２ パイロット室（流入路）
６５ パイロット弁室（弁室）
６６ スクリーン（スクリーン部材）
６８ 貫通路（流出路）
８０ 内側スクリーン部
８２ 外側スクリーン部
８４ 内側スクリーン部の重合部
８６ 外側スクリーン部の重合部
８８ 調整ボルト
ＰＲＶ 減圧弁
Ｓ 蒸気（流体）

Claims (5)

1. 流体の流入路と流出路との間を開閉する弁体と、
   ばね力によって前記弁体を弁シートに着座させるばね体と、
   前記ばね体のばね力に抗して、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シャフト部材と、
   前記流入路に設けられて、前記弁体および前記ばね体が収納される弁室に異物が進入するのを防ぐスクリーン部材と、を備え、
   前記スクリーン部材は内側スクリーン部と外側スクリーン部とを有し、
   前記内側スクリーン部と前記外側スクリーン部が相対移動されることで、前記スクリーン部材のメッシュサイズが変更可能に構成されている弁装置。
2. 請求項１に記載の弁装置において、前記スクリーン部材は円筒形状であり、
   円筒形の前記内側スクリーン部と円筒形の前記外側スクリーン部が相対回転移動されることで、前記メッシュサイズが変更可能に構成されている弁装置。
3. 請求項２に記載の弁装置において、さらに、ケーシングに回動自在に取り付けられて前記内側スクリーン部または前記外側スクリーン部を回転させる調整ボルトを備えている弁装置。
4. 請求項３に記載の弁装置において、前記内側スクリーン部および前記外側スクリーン部は、板材を円筒形状に曲げ、その両端縁を径方向内側と径方向外側にそれぞれ折り曲げて重合させることで形成され、
   前記外側スクリーン部の重合部が前記ケーシングに係合され、前記内側スクリーン部の重合部が前記調整ボルトに係合されている弁装置。
5. 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から４のいずれか一項に記載の弁装置と、
   前記弁装置の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、
   前記弁装置の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。

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