JP6033119B2

JP6033119B2 - 調節弁

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Publication number: JP6033119B2
Application number: JP2013036534A
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Inventors: 耕久保田
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Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2016-11-30
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Description

本発明は、液化天然ガス、液体窒素、ヘリウムガスなどの各種低温流体の流量を調節する調節弁に関するものである。

液化天然ガス、液体窒素、ヘリウムガスなどの低温流体を取り扱う工業用プロセスなどでは低温流体用調節弁が用いられる。調節弁は、配管と接続されて、流量調節対象の流体がその内部流路を流れるバルブ本体と、バルブ本体を通過する流体の流量を調節するためバルブ本体の内部流路の開口面積を変更可能に規制する弁体を先端に装着した弁軸と、バルブ本体を流れる流体が外部に漏れることをグランドパッキンにより極力防止しつつ、弁軸を内部で摺動可能にガイドするグランド部とを備える。

ところで、低温流体用調節弁はバルブ本体の内部流路を流れる流体が氷点以下であるため、低温流体の冷熱がバルブ本体からグランド部へと熱伝導し、グランド部のグランドパッキンを低温化させる。グランドパッキンは低温となると弾性が低下しシール性が悪化するため、グランド部からバルブ本体を流れる流体が外部に漏れ易くなるという問題が生じる。また、弁軸とグランド部との間で着霜、あるいは氷結が生じ易くなるが、それによってグランドパッキンが傷ついたり、弁軸が摺動不能になって流量調節機能が損なわれるという問題も生じる。したがって、低温流体用調節弁では低温流体からの熱伝導による調節弁への悪影響を緩和させる構造が求められる。

この低温流体からの熱伝導による調節弁への悪影響を緩和させる構造としては、低温流体用調節弁のバルブ本体とグランド部との間にエクステンションと呼ばれる長尺の管状部材を弁軸を取り囲むように接続して、グランド部をバルブ本体の内部流路から遠ざけるとともに、エクステンションの大きな外表面積を利用して外部へ放熱し易くする構造が一般的に採用されている（特許文献１の図３参照）。このようなエクステンションを有する低温流体用調節弁は、特許文献１の図３に示すように、エクステンションが垂直の状態で現場に設置されることを前提として設計製造される。しかしながら、現場の事情によって、低温流体用調節弁がエクステンションが大きく傾いた状態で設置されることが望ましい場合がある。

エクステンションが大きく傾いた状態で設置された低温流体用調節弁が開弁状態になると、バルブ本体の内部流路を流れる低温流体はエクステンション内部に浸入し易くなり低温流体の上部がグランド部に近づく。すると、エクステンションの放熱機能が低下して低温流体の冷熱による悪影響を抑え難くなり、上述したような氷結などの問題が生じ易くなる。よって、エクステンション内部への低温流体の浸入を極力防ぐために、弁体の外周面とバルブ本体内で弁体が摺動する内周面（弁体ガイド部）との隙間にシール部材を装着している。しかしながら、シール部材による完全密閉は困難なため、エクステンション内部に低温流体が浸入してエクステンション内部に滞留すると、外部から供給される熱により低温流体は気化したり、膨張する。そのような状況下で、シール部材が逆に機能すると、気化した気体の逃げ場がなく、エクステンションの内部空間の圧力が上昇して危険な状態に陥る可能性がある。したがって、このような低温流体用調節弁は安全上、エクステンションが大きく傾いた状態で設置して運用することができなかった。

そこで、このような事情に鑑み、エクステンションが大きく傾いた状態、あるいは横向きの状態で現場に設置されたとしても、安全に使用可能な低温流量用弁調節弁が望まれており、特許文献１の図１にそのような低温弁（低温流量用調節弁）の一例が開示されている。特許文献１の図１に開示されている低温弁は、エクステンションパイプ１１を無くして、弁箱７（バルブ本体）と弁棒１０（弁軸）との間に、弁棒挿入口を液密保持可能に閉塞するとともに弁棒の軸方向の移動の際に伸縮するベローズ２１を有することを特徴としている。そのため、低温弁が横向きに設置（即ち、弁棒１０が水平な状態で設置）されたとしても、低温流体はベローズ２１の内部までは流入するが外部に漏れることはなく、弁箱７に戻されて下流側の管路へと流れていくので、安全に使用することができるものである。

しかしながら、特許文献１に開示された低温弁は以下の欠点を有する。
（１）ベローズは直接、低温流体に晒されるので高い耐冷熱性を有し、かつ、極低温でも伸縮できなければならないので、ベローズとして使用可能な材料が限られ高価となる。
（２）ベローズは有寿命製品なので定期的に交換しなければならないが、交換時にはベローズのみならず、ベローズ周辺部品も含めて交換する必要があるので、更に高価となる。
（３）エクステンションが無いので、万が一、ベローズが破損して孔が生じると、そこから外部に一気に低温流体が流出する可能性がある。

特開平７−１９８０６４号公報

本発明は、バルブ本体とグランド部との間に弁軸を取り囲むようにエクステンションを設けた低温流体用の調節弁を、エクステンションが大きく傾けられた状態で現場に設置され、エクステンション内部に低温流体が浸入して気化・膨張したとしても、エクステンションの内部空間の圧力の上昇を防ぐことができる安全性の高い調節弁を提供しようとするものである。

本発明の調節弁は、低温流体が流れる配管途中に設けられ、この配管に連通する内部流
路を有するバルブ本体と、このバルブ本体の内部流路を通過する低温流体の流量を規制する弁体を先端に装着した弁軸を摺動可能にガイドするグランド部と、弁軸を取り囲んでバルブ本体とグランド部との間に接続される長尺の管状のエクステンションとを有し、弁体の外周面にバルブ本体内の弁体ガイド部の内周面との隙間を流体が通過するのを防ぐためシール部材を装着した調節弁であって、弁体の内部にバルブ本体内の内部流路とエクステンションの内部空間との間を連通する連通路と、この連通路の途中に連通路を開閉する連通路開閉機構とを設け、この連通路開閉機構は、前記バルブ本体の内部流路の圧力が前記エクステンションの内部空間の内部空間の圧力より大きい場合であってかつ、エクステンションの内部空間の圧力とバルブ本体の内部流路の圧力との差圧が所定値を越えたときのみ連通路を開放し、それ以外は連通路を閉鎖することを特徴とする。

本発明では、バルブ本体とグランド部との間に弁軸を取り囲むようにエクステンションを設けた低温流体用の調節弁を、エクステンションが大きく傾けられた状態で現場に設置され、エクステンション内部に低温流体が浸入して気化・膨張したとしても、それに伴ってエクステンションの内部空間の圧力が上昇し始めてバルブ本体の内部流路の圧力との差圧が大きくなって所定値を越えると、弁体内部に形成されたバルブ本体内の内部流路とエクステンションの内部空間との間を連通する連通路の途中に設けた連通路開閉機構が連通路を開放することにより、エクステンションの内部空間の圧力の上昇を防ぐことができる。

図１は本発明の一実施例の全体図である。図２は本発明の弁体の一例を示した図である。図３は本発明の弁体の他の例を示した図である。図４は本発明の弁体の更に別の例を示した図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の調節弁の一実施例の全体図であり、図２は、図１中の調節弁の弁体の一例を示した図である。

図１中、１１および１２は、それぞれ氷点以下の低温の液体又は気体である低温流体を白抜きの矢印方向へ流す上流側配管と下流側配管であり、上流側配管１１と下流側配管１２の間に調節弁１のバルブ本体２が接続されている。バルブ本体２は内部に上流側配管１１および１２へ連通する内部流路８を有する。また、バルブ本体２の上部には弁体４が上下動可能に挿入される開口部があり、その開口部の内壁面は弁体４を摺動可能にガイドする弁体ガイド部９となっている。

弁体４は弁軸５の下端部の先端に装着されており、弁軸５の上端部は弁軸５を駆動する操作器３に連結されている。その操作器３は弁軸５の上端部を固定連結したダイアフラムによって、操作器３の内部空間を２つの室に仕切られ、少なくとも何れか一方の室に空気圧を導入し、その空気圧に応じてダイアフラムが変位することで弁軸５を上下に駆動させ、弁軸５に連動して弁体４も上下動する。その結果、弁体４に規制される内部流路８を通過する低温流体の流量が調節される。なお、操作器３はこのようなダイアフラム式空気圧作動型に限らず、シリンダ式空気圧作動型やモータ駆動式電動型のものも使用可能である。

弁軸５の操作器３側の端部の外周には、弁軸５を摺動可能にガイドしつつ、バルブ本体２の内部流路８を流れる低温流体が弁軸５に沿って外部に漏れないようにシールするグランドパッキンを詰めたグランド部６が設けられている。７は長尺の管状部材のエクステンションであり、バルブ本体２の上部から垂直に延びるように接続され、弁体４、弁軸５およびグランド部６を取り囲んで外部から隔絶している。

なお、本発明の実施例１では弁体４が図２に示すような独特の構造を有しているので、図２に基づいて弁体４の構造について詳細に説明する。

まず、弁体４には、その外周面にバルブ本体２の弁体ガイド部９との隙間から内部流路８を流れる低温流体がエクステンション７の内部空間に極力浸入しないようにシールするシール部材４１を装着する段部であるシール部材装着部４０が形成されるとともに、シール部材４１がシール部材装着部４０から脱落することを防止する脱落防止部材としてのＣリング４２が弁体４の外周面上のシール部材４１の下端近傍に装着されている。

また、弁体４には弁体４の外周面のシール部材装着部４０より上方（即ち、弁軸５側）に位置して常にエクステンション７の内部空間に開口する第１の開口４３と、弁体４の外周面のＣリング４２より下方（即ち、内部流路８側）に位置して常にバルブ本体２の内部流路８に開口する第２の開口４４と、弁体４内部に第１の開口４３と第２の開口４４との間を連通する連通路４７とが形成されている。そして、連通路４７は、第１の開口４３から連通路４７内の第１の位置４７ｄまで第１の内径Ｄ１を有する第１内径部４７ａと、第２の開口４４から連通路４７内の第２の位置４７ｅまで第２の内径Ｄ２を有する第２内径部４７ｂと、連通路４７内の第１の位置４７ｄから第２の位置４７ｅまで第３の内径Ｄ３を有する第３内径部４７ｃとから構成されている。なお、第１の内径Ｄ１、第２の内径Ｄ２、および第３の内径Ｄ３の間には、Ｄ１＜Ｄ３＜Ｄ２の関係がある。

そして、連通路４７内の第１の位置４７ｄにその先端面５１ａが位置するようにその外径が第３の内径Ｄ３と等しい弁栓部材５１が第２の開口４４から連通路４７内に挿入され、第３内径部４７ｃを塞ぐように設置される。続いて、コイルばね５２が弁栓部材５１の後端面５１ｂに当接して弾性押圧力Ｆ１を弁栓部材５１に及ぼすように第２の開口４４から連通路４７内に第２内径部４７ｂの通路を塞がないように挿入される。続いて、支持部材５４をコイルばね５２の後端に当接してコイルばね５２を圧縮し、コイルばね５２が弁栓部材５１の後端面５１ｂに弾性押圧力Ｆ１を及ぼすようにするとともに、弁栓部材５１の先端面５１ａが受ける圧力Ｐ１が過大となり、後端面５１ｂが受ける圧力Ｐ２よりも所定値以上大きくなった場合に、弁栓部材５１の先端面５１ａがコイルばね５２の弾性押圧力Ｆ１に逆らって、第２内径部４７ｂ内まで後退することを許容するように第２内径部４７ｂ内に通路を塞がないように第２の開口４４から装着固定する。

支持部材５４を第２内径部４７ｂ内に装着固定するには、予め、第２内径部４７ｂの内周面に雌ねじを形成しておくとともに、支持部材５４の外周面に雄ねじを形成しておき、ドライバー等の工具により支持部材５４を第２の開口４４からねじ込むようにすれば容易に実現できる。なお、弁栓部材５１、コイルばね５２、および支持部材５４が協働して本発明の連通路開閉機構５０を構成する。

ここで、連通路開閉機構５０が図２に示すように第３内径部４７ｃにて連通路４７を閉鎖している状態（通常状態）下で、バルブ本体２の内部流路８を流れる低温流体の一部が弁体４の外周面とバルブ本体２の弁体ガイド部９との間を通ってエクステンション７の内部空間に浸入した後に気化し、その際にシール部材４１が逆に機能した場合を想定すると、エクステンション７の内部空間は気化した気体の逃げ場がなく、エクステンション７の内部空間の圧力が大きく上昇する。すると、第１の開口４３、連通路４７の第１内径部４７ａを介してエクステンション７の内部空間と連通している弁栓部材５１の先端面５１ａ側の圧力Ｐ１が過大となり、やがて、先端面５１ａ側の圧力Ｐ１と後端面５１ｂ側の圧力Ｐ２との差圧（Ｐ１−Ｐ２）が所定値を越える。

すると、コイルばね５２により弁栓部材５１が連通路４７を閉鎖するように弁栓部材５１の後端面５１ｂに及ぼしている弾性押圧力Ｆ１よりも、先端部５１ａ側と後端部５１ｂ側との差圧に起因して先端部５１ａに及ぼしている弁栓部材５１を保持部材５４側に押し付ける差圧押圧力Ｆ２の方が大きくなり、結果的に弁栓部材５１は保持部材５４に近づくように第３内径部４７ｃを脱して、連通路４７の第２内径部４７ｂ内に後退するようになる。しかし、先端部５１ａの外径Ｄ３は第２内径部４７ｂの内径Ｄ２より小さいので、第２内径部４７ｂが弁栓部材５１によって完全に塞がれることはない。したがって、連通路４７の第１内径部４７ａ→第３内径部４７ｃ→第２内径部４７ｂという経路が開放されて、連通路４７を介してエクステンション７の内部空間とバルブ本体２の内部流路８が連通することになる。すると、エクステンション７の内部空間に閉じ込められていた高圧の気体は連通路４７を通って、バルブ本体２の内部流路８へ、そして下流側配管１２へと逃れることができる。

エクステンション７の内部空間に閉じ込められていた高圧の気体が連通路４７を通ってバルブ本体２の内部流路８へと逃れるにしたがって、エクステンション７の内部圧力、即ち弁栓部材５１の先端面５１ａ側圧力Ｐ１が低下していく。やがて、先端面５１ａ側の圧力Ｐ１と後端面５１ｂ側の圧力Ｐ２との差圧（Ｐ１−Ｐ２）が所定値を下回るようになると、コイルばね５２による弾性押圧力Ｆ１に対して差圧押圧力Ｆ２が小さくなるので、弁栓部材５１は連通路４７の第３内径部４７ｃに向かって前進し、最終的に先端面５１ａが第１の位置４７ｄに到達し、再び第３内径部４７ｃにて連通路４７を閉鎖する。

このように弁体４内の連通路開閉機構５０が連通路４７を通常は閉鎖するとともに、エクステンション７の内部空間に浸入した低温流体の気化・膨張によりエクステンション７の内部空間の圧力が過大となると連通路４７を開放して、エクステンション７の内部空間の高圧気体をバルブ本体２の内部流路８を経て下流側配管１２へと逃すことを可能とするので、調節弁の安全性を高めることができる。また、下流側配管１２へ逃れた気体は、そこで下流側配管を流れる低温流体によって冷やされて液化されるので、外部に漏れることなく流量の損失も抑えられる。

次に本発明の別の実施の形態を図１および図３に基づいて説明する。なお、本実施の形態では、図１に示す調節弁の一実施例の全体図については実施例１と同じであり、弁体４の構造のみが図３に示すように実施例１と異なるものである。したがって、実施例１と同様の点は説明を省略し、相異点について図３に基づいて詳細に説明する。

図３に示すように、本実施の形態では、弁体４は弁体基部４ａと弁体先端部４ｂで構成される２分割構造となっており、弁体基部４ａの下方に突出した雄ねじ部４ａ１を弁体先端部４ｂの中心に設けた凹部に形成した雌ねじ部４ｂ２に螺着することで、弁体基部４ａと弁体先端部４ｂは一体化されて弁体４として機能する。なお、弁体基部４ａに雄ねじ部４ａ１の代わりに雌ねじ部４ｂ２を設け、反対に弁体先端部４ｂに雌ねじ部４ｂ２の代わりに雄ねじ部４ａ１を設けて両者を螺着して一体化するようにしてもよい。

弁体基部４ａの弁体先端部４ｂの端面と当接する面の外周端には弁体基部４ａの外周面より凹んだシール部材装着部４ａ２が形成され、バルブ本体２の弁体ガイド部９との隙間から内部流路８を流れる低温流体がエクステンション７の内部空間に極力浸入しないようにシールするシール部材４１が装着される。なお、シール部材装着部４ａ２にシール部材４１を装着した状態で弁体基部４ａと弁体先端部４ｂとを螺着して一体化したとき、弁体先端部４ｂの弁体基部４ａと当接する面の外周端がシール部材４１を支持してシール部材装着部４ａ２から脱落するのを防止するようになっており、実施例１の弁体４に設けられていたＣリング４２が不要となる。

また、弁体基部４ａには、その外周面にシール部材装着部４０よりは上方（即ち、弁軸５側）に位置して常にエクステンション７の内部空間に開口する第１の開口４３、および、弁体先端部４ｂの端面と当接する面には第３の開口４５が設けられ、弁体基部４ａ内に第１の開口４３と第３の開口４５との間を連通する第１の内径Ｄ１を有する第１連通路４８が形成されている。

一方、弁体先端部４ｂには、その外周面に常にバルブ本体２の内部流路８に開口する第２の開口４４、および、弁体基部４ａの端面と当接する面の第１の位置４９ｄには第４の開口４６が設けられ、弁体先端部４ｂ内に第２の開口４４と第４の開口４６との間を連通する第２連通路４９が形成されている。なお、弁体基部４ａの第３の開口４５と弁体先端部４ｂの第４の開口４６とは、弁体基部４ａと弁体先端部４ｂとを螺着して一体化したとき、同軸上に対向する位置関係にある。第２連通路４９は、第４の開口４６から第２連通路４９内の第２の位置４９ｅまで第３の内径Ｄ３を有する第３内径部４９ａと、第２の開口４４から第２連通路４９内の第３の位置４９ｆまで第５の内径Ｄ５を有する第５内径部４９ｃと、第２連通路４９内の第２の位置４９ｅから第３の位置４９ｆまで第４の内径Ｄ４を有する第４内径部４９ｂとから構成されている。また、第１の内径Ｄ１、第３の内径Ｄ３、第４の内径Ｄ４、および第５の内径との間には、Ｄ１＜Ｄ３＜Ｄ４、および、Ｄ５＜Ｄ４の関係がある。また、第２連通路４９の第４内径部４９ｂは第３の位置４９ｆで弁体先端部４ｂの穴底部５５に突き当たるが、この穴底部５５の径の寸法はほぼＤ４−Ｄ５であり、第４内径部４９ｂは第３の位置４９ｆにおいて縮径して第５内径部４９ｃへ連通している。

そして、弁体先端部４ｂが単体の状態下で、第４の開口４６からコイルばね５２を穴底部５５に支持されるように第２連通路４９内に挿入した後、続いて、第４の開口４６から第３内径部４９ａの内径Ｄ３と等しい外径Ｄ３を有する弁栓部材５１をその後端面５１ｂがコイルばね５２に当接するまで第２連通路４９内に挿入する。この状態で弁栓部材５１の先端面５１ａが第４の開口４６が形成された第１の位置４９ａから外部に突き出るようにしておくと、弁体先端部４ｂと弁体基部４ａとを螺着して両者を一体化させると、弁栓部材５１はその先端面５１ａが第１の位置４９ａに位置するように押し込まれ、それにともなって、弁栓部材５１と穴底部５５との間に挟まれたコイルばね５２は圧縮されるので付勢されて、結果的にコイルばね５２は弁栓部材５１の後端面５１ｂに対して弁栓部材５１が第３内径部４９ａにおいて第２連通路４９を閉鎖するように弾性押圧力Ｆ１を及ぼす。なお、弁栓部材５１の先端面５１ａが受ける圧力Ｐ１が過大となり、後端面５１ｂが受ける圧力Ｐ２よりも所定値以上大きくなった場合に、弁栓部材５１の先端面５１ａがコイルばね５２の弾性押圧力Ｆ１に逆らって、第４内径部４９ｂ内まで後退することを許容するように穴底部５５の位置（即ち、第３の位置４９ｆ）は決められている。本実施の形態において、弁栓部材５１、コイルばね５２、および穴底部５５が協働して本発明の連通路開閉機構５０を構成する。

ここで、連通路開閉機構５０が図３に示すように第３内径部４９ａにて第２連通路４９を閉鎖している状態（通常状態）下で、バルブ本体２の内部流路８を流れる低温流体の一部が弁体４の外周面とバルブ本体２の弁体ガイド部９との間を通ってエクステンション７の内部空間に浸入した後に気化し、その際にシール部材４１が逆に機能した場合を想定すると、気化した気体の逃げ場がなく、エクステンション７の内部空間の圧力が過大となる。すると、第１の開口４３、第１連通路４８を介してエクステンション７の内部空間と連通している弁栓部材５１の先端面５１ａ側の圧力Ｐ１が過大となり、やがて、先端面５１ａ側の圧力Ｐ１と後端面５１ｂ側の圧力Ｐ２との差圧（Ｐ１−Ｐ２）が所定値を越える。

すると、コイルばね５２により弁栓部材５１が第２連通路４９を閉鎖するように弁栓部材５１の後端面５１ｂに及ぼしている弾性押圧力Ｆ１よりも、先端面５１ａ側と後端面５１ｂ側との差圧に起因して先端面５１ａに及ぼしている弁栓部材５１を穴底部５５側に押し付ける差圧押圧力Ｆ２の方が大きくなり、結果的に弁栓部材５１は穴底部５５に近づくように第３内径部４９ａを脱して、第２連通路４９の第４内径部４９ｂ内に後退するようになる。しかし、先端面５１ａの外径Ｄ３は第４内径部４９ｂの内径Ｄ４より小さいので、第４内径部４９ｂが弁栓部材５１によって完全に塞がれることはない。したがって、第３内径部４９ａでの閉鎖が解除され、第１連通路４８→第３内径部４９ａ→第４内径部４９ｂ→第５内径部４９ｃという経路が連通し、エクステンション７の内部空間とバルブ本体２の内部流路８が連通することになる。すると、エクステンション７の内部空間に閉じ込められていた高圧の気体は第１連通路４８から第２連通路４９を通って、バルブ本体２の内部流路８へ、そして下流側配管１２へと逃れることができる。

エクステンション７の内部空間に閉じ込められていた高圧の気体が第１連通路４８および第２連通路４９を通ってバルブ本体２の内部流路８へと逃れるにしたがって、エクステンション７の内部空間の圧力、即ち弁栓部材５１の先端面５１ａ側の圧力Ｐ１が低下していく。やがて、先端面５１ａ側の圧力Ｐ１と後端面５１ｂ側の圧力Ｐ２との差圧（Ｐ１−Ｐ２）が所定値を下回るようになると、コイルばね５２による差圧押圧力Ｆ２が弾性押圧力Ｆ１より小さくなるので、弁栓部材５１は第２連通路４９の第３内径部４９ａに向かって前進し、最終的に先端面５１ａが第１の位置４９ｄに到達し、再び第３内径部４９ａにて第２連通路４９を閉鎖する。

このように弁体４内の連通路開閉機構５０が第２連通路４９を通常は閉鎖するとともに、エクステンション７の内部空間に浸入した低温流体の気化によりエクステンション７の内部空間の圧力が過大となると第２連通路４９の閉鎖を解除することで第１連通路４８と第２連通路４９とを連通させ、エクステンション７の内部空間の高圧気体をバルブ本体２の内部流路８を経て下流側配管１２へと逃すことを可能とするので、実施例１と同様に調節弁の安全性を高めることができる。更に本実施の形態では、実施例１の弁体４の構造におけるＣリング４２および支持部材５４を不要とするとともに、弁体４を弁体基部４ａと弁体先端部４ｂの２分割構造で構成することにより、弁体４内への連通路開閉機構５０やシール部材４１の装着が容易となるなど実施例１に比較して優位点を有するものである。

次に本発明の更に別の実施の形態を図１および図４に基づいて説明する。なお、本実施の形態では、図１に示す調節弁の一実施例の全体図については実施例１および２と同じであるが、図４に示すように弁体先端部４ｂに装着される連通路開閉機構５０が図３に示す実施例２と異なるものである。したがって、実施例１および２と同様の点は説明を省略し、相異点について図４に基づいて詳細に説明する。

図４に示すように、本実施の形態も実施例２と同様に弁体４が弁体基部４ａと弁体先端部４ｂとで構成される２分割構造となっており、弁体基部４ａの構造は実施例２と同じである。一方、弁体先端部４ｂには、その外周面に常にバルブ本体２の内部流路８に開口する第２の開口４４、および、弁体基部４ａの端面と当接する面の第１の位置４９ｄには平面視環状の第４の開口４６が設けられ、弁体先端部４ｂ内に第２の開口４４と第４の開口４６との間を連通する第２連通路４９が形成されている。なお、弁体基部４ａの第３の開口４５と弁体先端部４ｂの第４の開口４６の一部分とは、弁体基部４ａと弁体先端部４ｂとを螺着して一体化したとき、対向する位置関係にある。そして、第２連通路４９は、第４の開口４６から第２連通路４９内の第２の位置４９ｅまで第３の内径Ｄ３を有する平面視環状の第３内径部４９ａと、第２の開口４４から第２連通路４９内の第３の位置４９ｆまで第５の内径Ｄ５を有する第５内径部４９ｃと、第２連通路４９内の第２の位置４９ｅから第３の位置４９ｆまで第４の内径Ｄ４を有する平面視環状の第４内径部４９ｂとから構成されている。

なお、第１の内径Ｄ１、第３の内径Ｄ３、第４の内径Ｄ４、および第５の内径Ｄ５との間には、Ｄ１＜Ｄ３＜Ｄ４、および、Ｄ５＜Ｄ４の関係がある。また、第４の開口４６、第３内径部４９ａ、および第４内径部４９ｂは各々平面視で同心上に配置され、かつ、平面視で第４の開口４６の全領域が第３内径部４９ａに含まれるとともに、第３内径部４９ａの全領域が第４内径部４９ｂに含まれる。また、第２連通路４９の第４内径部４９ｂは第３の位置４９ｆで弁体先端部４ｂの平面視環状の穴底部５５に突き当たるが、この穴底部５５の径の寸法はほぼＤ４−Ｄ５となっているので、第４内径部４９ｂは第３の位置４９ｆにおいて縮径して第５内径部４９ｃへ連通している。

そして、弁体先端部４ｂが単体の状態下で、第４の開口４６から平面視環状の皿ばね５３を穴底部５５に支持されるように第２連通路４９内に挿入した後、続いて、第４の開口４６から第３内径部４９ａの内径Ｄ３と等しい外径Ｄ３を有する平面視環状の弁栓部材５６をその後端面５６ｂが皿ばね５３に当接するまで第２連通路４９内に挿入する。この状態で、弁栓部材５６の先端面５６ａが第４の開口４６が形成された第１の位置４９ａから外部に突き出るようにしておくと、弁体先端部４ｂと弁体基部４ａとを螺着して両者を一体化すると、弁栓部材５６の先端面５６ａが第１の位置４９ａに位置するように押し込まれる。すると、弁栓部材５６と穴底部５５との間に挟まれた皿ばね５３は圧縮されるので付勢され、結果的に皿ばね５３は弁栓部材５６の後端面５６ｂに対して弁栓部材５６が第３内径部４９ａにおいて第２連通路４９を閉鎖するように弾性押圧力Ｆ１を及ぼす。なお、弁栓部材５６の先端面５６ａが受ける圧力Ｐ１が過大となり、後端面５６ｂが受ける圧力Ｐ２よりも所定値以上大きくなった場合に、弁栓部材５６の先端面５６ａが皿ばね５３の弾性押圧力Ｆ１に逆らって、第４内径部４９ｂ内まで後退することを許容するように穴底部５５の位置（即ち、第３の位置４９ｆ）は決められている。本実施の形態において、弁栓部材５６、皿ばね５３、および穴底部５５が協働して本発明の連通路開閉機構５０を構成する。

ここで、連通路開閉機構５０が図４に示すように第３内径部４９ａにて第２連通路４９を閉鎖している状態（通常状態）下で、バルブ本体２の内部流路８を流れる低温流体の一部が弁体４の外周面とバルブ本体２の弁体ガイド部９との間を通ってエクステンション７の内部空間に浸入した後に気化し、その際にシール部材４１が逆に機能した場合を想定すると、エクステンション７の内部空間の気化した気体の逃げ場がなく、エクステンション７の内部空間の圧力が過大となる。すると、第１の開口４３、第１連通路４８を介してエクステンション７の内部空間と連通している弁栓部材５６の先端面５６ａ側の圧力が過大となり、やがて、先端面５６ａ側の圧力Ｐ１と後端面５６ｂ側の圧力Ｐ２との差圧（Ｐ１−Ｐ２）が所定値を越える。

すると、皿ばね５３により弁栓部材５６が第２連通路４９を閉鎖するように弁栓部材５６の後端面５６ｂに及ぼしている弾性押圧力Ｆ１よりも、先端面５６ａ側と後端面５６ｂ側との差圧に起因して先端面５６ａに及ぼしている弁栓部材５６を穴底部５５側に押し付ける差圧押圧力Ｆ２の方が大きくなり、結果的に弁栓部材５６は穴底部５５に近づくように第３内径部４９ａを脱して、第２連通路４９の第４内径部４９ｂ内に後退するようになる。しかし、先端面５６ａの外径Ｄ３は第４内径部４９ｂの内径Ｄ４より小さいので、第４内径部４９ｂが弁栓部材５６によって完全に塞がれることはない。したがって、第３内径部４９ａでの閉鎖が解除され、第１連通路４８→第３内径部４９ａ→第４内径部４９ｂ→第５内径部４９ｃという経路が連通し、エクステンション７の内部空間とバルブ本体２の内部流路８が連通することになる。すると、エクステンション７の内部空間に閉じ込められていた高圧の気体は第１連通路４８から第２連通路４９を通って、バルブ本体２の内部流路８へ、そして下流側配管１２へと逃れることができる。

エクステンション７の内部空間に閉じ込められていた高圧の気体が第１連通路４８および第２連通路４９を通ってバルブ本体２の内部流路８へと逃れるにしたがって、エクステンション７の内部圧力、即ち弁栓部材５６の先端面５６ａ側の圧力Ｐ１が低下していく。やがて、先端面５６ａ側の圧力Ｐ１と後端面５６ｂ側の圧力Ｐ２との差圧（Ｐ１−Ｐ２）が所定値を下回るようになると、差圧押圧力Ｆ２が弾性押圧力Ｆ１より小さくなるので、弁栓部材５６は第２連通路４９の第３内径部４９ａに向かって前進し、最終的に先端面５６ａが第１の位置４９ｄに到達し、再び第３内径部４９ａにて第２連通路４９を閉鎖する。

このように弁体４内の連通路開閉機構５０が第２連通路４９を通常は閉鎖するとともに、エクステンション７の内部空間に浸入した低温流体の気化によりエクステンション７の内部空間の圧力が過大となると第２連通路４９の閉鎖を解除することで第１連通路４８と第２連通路４９とを連通させ、エクステンション７の内部空間の高圧気体をバルブ本体２の内部流路８を経て下流側配管１２へと逃すことを可能とするので、実施例１および２と同様に調節弁の安全性を高めることができる。また、本実施の形態でも実施例２と同様に、実施例１の弁体４の構造におけるＣリング４２および支持部材５４を不要とするとともに、弁体４を弁体基部４ａと弁体先端部４ｂの２分割構造で構成することにより、弁体４への連通路開閉機構５０やシール部材４１の装着が容易となるなど実施例１に比較して優位点を有するものである。

以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。

本発明は、工業用プロセスや低温流体を扱う各種設備などにおいて、各種低温流体の流量を調節する調節弁として適用できるものである。

１・・・調節弁、２・・・バルブ本体、３・・・操作器、４・・・弁体、４ａ・・・弁体基部、４ａ１・・・雄ねじ部、４ａ２・・・シール部材装着部、４ｂ・・・弁体先端部、４ｂ１・・・雌ねじ部、５・・・弁軸、６・・・グランド部、７・・・エクステンション、８・・・内部流路、９・・・弁体ガイド部、１１・・・上流側配管、１２・・・下流側配管、４０・・・シール部材装着部、４１・・・シール部材、４２・・・Ｃリング、４３・・・第１開口、４４・・・第２開口、４５・・・第３開口、４６・・・第４開口、４７・・・連通路、４７ａ・・・第１内径部、４７ｂ・・・第２内径部、４７ｃ・・・第３内径部、４７ｄ・・・第１位置、４７ｅ・・・第２位置、４８・・・第１連通路、４８ａ・・・第１内径部、４９・・・第２連通路、４９ａ・・・第３内径部、４９ｂ・・・第４内径部、４９ｃ・・・第５内径部、４９ｄ・・・第１位置、４９ｅ・・・第２位置、４９ｆ・・・第３位置、５０、連通路開閉機構、５１・・・弁栓部材、５１ａ・・・先端面、５１ｂ・・・後端面、５２・・・コイルばね、５３・・・皿ばね、５４・・・支持部材、５５・・・穴底部、５６・・・弁栓部材、５６ａ・・・先端面、５６ｂ・・・後端面

Claims

低温流体が流れる配管途中に設けられ、この配管に連通する内部流路を有するバルブ本体と、前記バルブ本体の内部流路を通過する低温流体の流量を規制する弁体を先端に装着した弁軸を摺動可能にガイドするグランド部と、前記弁軸を取り囲んで前記バルブ本体と前記グランド部との間に接続される長尺の管状のエクステンションとを有し、前記弁体の外周面に前記バルブ本体内の弁体ガイド部の内周面との隙間を流体が通過するのを防ぐためのシール部材を装着した調節弁であって、前記弁体の内部に前記バルブ本体内の内部流路と前記エクステンションの内部空間との間を連通する連通路と、前記連通路の途中に前記連通路を開閉する連通路開閉機構とを設け、前記連通路開閉機構は、前記バルブ本体の内部流路の圧力が前記エクステンションの内部空間の内部空間の圧力より大きい場合であってかつ、前記エクステンションの内部空間の圧力と前記バルブ本体の内部流路の圧力との差圧が所定値を越えたときのみ前記連通路を開放し、それ以外は前記連通路を閉鎖することを特徴とする調節弁。
請求項１に記載の調節弁において、前記連通路開閉機構は、前記連通路内に置かれ前記連通路を閉鎖する位置および開放する位置に移動可能な弁栓部材と、前記弁栓部材が前記連通路を閉鎖する位置を保つように前記弁栓部材を前記連通路の前記バルブ本体の内部流路側から前記連通路の前記エクステンションの内部空間側に向けて押圧する弾性部材と、前記弾性部材を付勢状態で支持する支持部材とを有することを特徴とする調節弁。
請求項２に記載の調節弁において、前記連通路は、前記エクステンションの内部空間に開口する第１の開口から第１の位置まで第１の内径を有する第１内径部と、前記バルブ本体の内部流路に開口する第２の開口から第２の位置まで第２の内径を有する第２の内径部と、前記第１の位置から第２の位置まで第３の内径を有する第３の内径部とで構成され、第３の内径部は第１の内径部よりも大径であって、かつ、第２の内径部よりも小径であり、前記連通路開閉機構の弁栓部材は前記連通路の第３の内径と等しい外径を有し、かつ、前記弁栓部材の先端面が前記連通路の第１の位置に保たれて前記連通路を閉鎖するように前記弁栓部材の後端面を前記弾性部材により押圧され、前記弁栓部材がその先端面に過大圧力を受けた際に前記弾性部材による押圧力に逆らって、その先端面が第２の内径部中に後退することを許容するように前記弾性部材を支持する前記支持部材を前記連通路の第２の開口から第２の位置まで連通する隙間を確保して前記連通路の第２の内径部内に装着固定したことを特徴とする調節弁。
請求項２に記載の調節弁において、前記弁体は前記弁軸に軸着される弁体基部と、この弁体基部の先端に着脱自在に取付けられる弁体先端部とで構成され、前記弁体基部は、その外周面に前記エクステンションの内部空間に開口する第１の開口と、前記弁体先端部と当接する面に開口し第１の内径を有する第３の開口と、第１の開口と第３の開口とを連通する第１の連通路を有し、前記弁体先端部は、その外周面に前記バルブ本体の内部流路に開口する第２の開口と、前記弁体基部と当接する面の前記弁体基部の第３の開口に対応する位置に第１の内径よりも大径の第３の内径を有する第４の開口と、第２の開口と第４の開口とを連通する第２の連通路とを有し、前記第２の連通路は、第４の開口から第２の位置まで第３の内径を有し、第２の位置から第３の位置まで第３の内径よりも大径の第４の内径を有し、第３の位置から第２の開口まで第５の内径を有し、前記連通路開閉機構の弁栓部材は前記第２の連通路の第３の内径と等しい外径を有し、かつ、前記弁栓部材の先端面が前記第２の連通路の第４の開口に位置するように保たれて前記第２の連通路を閉鎖するように、前記弁栓部材の後端面を前記弾性部材により押圧され、前記弁栓部材がその先端面に過大圧力を受けた際に前記弾性部材による押圧力に逆らって、その先端面が第４の内径部中に後退することを許容するように前記弾性部材を支持する前記支持部材を前記第２の連通路の第３の位置に形成された前記弁体先端部の穴底部により構成したことを特徴とする調節弁。