JP6093568B2

JP6093568B2 - 調節弁

Info

Publication number: JP6093568B2
Application number: JP2012285007A
Authority: JP
Inventors: 耕久保田
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: JP2014126175A

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、その弁軸を動作させる操作器と、バルブ本体に連接し、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を内部に有する中間部とを備える。

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中間部へと熱伝導し、中間部の内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、中間部の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、弁軸と中間部との間で着霜、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中間部の長さを長くしたり、中間部にフィンを設けることにより中間部の外表面積を大きくして外部への放熱機能を高める構造が一般的であるが、このような構造は低温流体用調節弁の大型化、重量化、コストアップを招くなどの別の問題を生じる。

この改善策として、特許文献１では、その図１に低温流体用バルブの氷結防止構造が開示されている。即ち、バルブの可動部の外部に露出する部分を囲むパージボックスと、バルブの上流側の流体の流路から分岐してパージボックス内に接続されたパージラインと、パージボックスの排出ポートに逆止弁を設けることにより、バルブの可動部の外部に露出する部分にパージラインを経由して低温流体の一部を導入してパージボックス内を同低温流体で満し、かつ、水分を含む空気を排出ポートよりパージボックス外へ排出し、また、排出ポートに設けられた逆止弁によって外気がパージボックス内に侵入することを防止したものである。

しかしながら、特許文献１に開示された低温流体用バルブの氷結防止構造では、以下の欠点がある。
（１）低温流体が液体の場合では採用できない。
（２）パージボックスから逆止弁を経て外部に低温流体が排出されるので、低温流体が人体や環境に影響を与える成分を有する場合は採用できない。
（３）低温流体によってグランドパッキンが低温化され、グランドパッキンのシール性が悪化して外部に低温流体が漏れ易くなる点は改善されない。

特開平７−１６７３４１号公報

本発明は、低温流体が液体および気体のどちらでも採用することができ、かつ、調節弁の大型化を招くことなく、低温流体による低温化の悪影響を緩和する構造を備えた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、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を内部に有するとともに前記バルブ本体に連接する中間部と、空気圧を受けて前記弁軸を駆動する操作器とを備えた空気作動弁と、前記空気作動弁が設定開度となるように前記空気作動弁の操作器へ出力する空気圧を制御するポジショナとから構成される調節弁であって、前記空気作動弁の少なくとも前記中間部を気密状態を保って囲うパージカバーを設け、前記ポジショナが外部より供給される空気の一部をパージ空気として前記ポジショナから前記パージカバーの内部空間に放出するパージ空気放出管路を設けたことを特徴とする。

本発明では、ポジショナから放出されるパージ空気を空気作動弁の少なくとも中間部を気密状態を保って囲ったパージカバー内に放出する構造を調節弁に設けたので、低温流体が液体および気体のどちらの場合でも採用することができ、かつ、調節弁の大型化を招くことなく、人体や環境に悪影響を与えることなく低温流体による低温化の悪影響を有効に緩和できる。また、もともとポジショナが外部より供給される空気の一部をパージ空気として利用するので、新たにパージ空気用の空気源を用意する必要はなく簡易に構成できる。

図１は本発明の一実施例の全体図である。図２は図１中のポジショナの内部構造および空気作動弁との接続関係を示した説明図である。

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中の調節弁の説明図である。

図１中、１８，１９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と下流側の配管であり、両配管１８，１９の間に空気作動弁１のバルブ本体１１が配置されている。バルブ本体１１は内部に配管１８及び１９へ連通する内部流路を有する。１２はバルブ本体１１から上方に連接する中間部であり、その内部にはバルブ本体１１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１３を摺動可能にガイドしつつ、弁軸１３に沿ってバルブ本体１１から外部に低温流体が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を有する。

中間部１２の上方には、後述するポジショナ２からの出力空気圧Ｐｏを受けて弁軸１３を駆動する操作器１４が設けられている。操作器１４は弁軸１３の弁体が装着されている側と反対側の端部を固定したダイアフラムによって、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ポジショナ２からの出力空気圧Ｐｏを導入することにより、その出力空気圧Ｐｏに応じてダイアフラムが変位することで弁軸１３を駆動させ、その結果、弁体に規制される低温流体の流量が調節される。

２は空気作動弁１の実開度θｐｖを設定開度θｓｐとなるように、操作器１４へ出力する出力空気圧Poを制御するポジショナであり、空気作動弁１のヨーク１５に固定される。なお、ポジショナには、入力信号である設定開度θｓｐを電気信号で受信し、内部で電気信号を空気圧信号に変換したうえで、出力信号である出力空気圧Poを出力する電空ポジショナと、入力信号である設定開度θｓｐを空気圧信号Ｐ（θｓｐ）で受信し、内部でこの空気圧信号の圧力値を変換して、出力信号である出力空気圧Poを出力する空空ポジショナとが存在する。本願発明では、ポジショナとして電空ポジショナも空空ポジショナも何れも採用可能であり両方を含むが、以下ではポジショナが電空ポジショナである場合を説明する。図２は、電空ポジショナ２の内部構造を示しており、電空ポジショナ２は、制御演算部２１、電空変換部２２、空気圧信号増幅部２３、および弁開度センサ２４を内蔵する。次に図２に基づき、電空ポジショナ２の動作を説明する。

制御演算部２１は上位装置２００から受信した空気作動弁１の設定開度θｓｐを示す電気信号と、弁開度センサ２４から受信した空気作動弁１の実開度θｐｖを示す電気信号との偏差（θｓｐ−θｐｖ）に基づいて、この偏差を解消するべく制御演算を実行し、制御演算の結果として求められた制御出力MVを表す電気信号を電空変換部２２に出力する。電空変換部２２は、外部の空気圧供給源３００から供給空気圧管路３を介して供給される供給空気圧Psを用いて、制御演算部２１から入力した制御出力MVに対応する空気圧信号Pnを生成し、空気圧信号増幅部２３に出力する。空気圧信号増幅部２３は、電空変換部２２から入力した空気圧信号Pnを供給空気圧Psを利用して増幅して出力空気圧Poを生成し、出力空気圧管路４を介して空気作動弁１の操作器１４へ出力空気圧Poを出力する。

空気圧信号増幅部２３から出力空気圧Poが操作器１４内に導入されると、操作器１４のダイアフラムが出力空気圧Poに応じて変位し、その結果、弁軸１３が駆動されて空気作動弁１の弁開度が変更される。ここで、弁開度センサ２４は回転軸２４ａを有し、この回転軸２４ａにフィードバックレバー５の一端を固定するとともに、このフィードバックレバー５内に形成された長孔５１内に弁軸１３の所定位置から突き出たピン１３ａを摺動可能に挿通され、弁軸１３の上下動に応じて、フィードバックレバー５は弁開度センサ２４の回転軸を中心として回動する。弁開度センサ２４はフィードバックレバー５の基準位置と、そこからフィードバックレバー５が回動した位置とがなす角度を検出し、制御演算部２１へその検出した角度に対応した電気信号を空気作動弁１の実開度θｐｖとして出力する。以上のように電空ポジショナ２は空気作動弁の弁開度を制御する。

上述した電空ポジショナ２によって弁開度制御される空気作動弁１を調節弁１００と称するが、本発明の調節弁１００の特徴的な構成を次に説明する。図１に示すように、本発明の調節弁１００は、空気作動弁１の中間部１２の一部、弁軸１３の露出部、操作器１４、および電空ポジショナ２を密閉状態を保って囲ったパージカバー６を設けるとともに、電空ポジショナ２から外にパージ空気として空気を放出するパージ空気放出管路７を設け、パージカバー６の内部空間へパージ空気を放出するようにしている。

ところで、電空ポジショナ２には上述したように、空気圧供給源３００から供給空気圧Ｐｓが供給されているが、この供給空気圧Ｐｓは常温の空気をコンプレッサーで圧縮した後、所定の圧力に調整したうえで供給されることが一般的だが、コンプレッサーで圧縮される過程で除湿されるので乾燥した空気であり、電空ポジショナ２の稼動中は常に供給されるものである。

そこで、本発明では、電空ポジショナ２にもともと供給されている供給空気圧Ｐｓの一部を利用し、パージ空気としてパージカバー６の内部空間に放出することで、パージカバー６の内部空間は乾燥した常温の空気で満たされ、空気作動弁１のバルブ本体１１の内部流路を流れる低温流体からの冷熱の熱伝導により空気作動弁１の中間部１２、弁軸１３および操作器１４が受ける低温化の影響を大きく緩和できる。

なお、パージカバー６を構成する素材としては、気密状態を保つことができるのならば各種材料を使用することができるが、流体および気体は低温であり、また寒冷地に設置される場合も考慮して断熱性の高い材料を用いる。また、パージカバー６は排気ポート８を有し、その排気ポート８には逆止弁９が設けられているので、パージカバー６の外の湿度の高い外気湿度が容易にパージカバー６内に入ることが防止される。また、電空ポジショナ２にから放出されたパージ空気はやがてパージカバー６の外に排出されるが、空気なので人体や環境に対して無害である。ただし、逆止弁９を省略して排気ポート８を微小な開口として構成してもよい。

なお、この実施の形態では、パージ空気として、電空ポジショナ２から供給空気圧Ｐｓの一部を放出するようにしたが、供給空気圧Ｐｓの代わりに、空気圧信号増幅部２３から出力される出力空気圧Ｐｏの一部をパージ空気としてパージカバー６の内部空間に放出するようにしてもよい。要は、電空ポジショナ２から放出可能な空気の一部をパージ空気として適用すればよいのである。

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。本発明の構成や詳細には、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・・・空気作動弁、２・・・電空ポジショナ、３・・・供給空気圧管路、４・・・出力空気圧管路、５・・・フィードバックレバー、６・・・パージカバー、７・・・パージ空気放出管路、８・・・排気ポート、９・・・逆止弁、１１・・・バルブ本体、１２・・・中間部、１３・・・弁軸、１３ａ・・・ピン、１４・・・操作器、１５・・・ヨーク、１８・・・上流側配管、１９・・・下流側配管、２１・・・制御演算部、２２・・・電空変換部、２３・・・空気圧信号増幅部、２４・・・弁開度センサ、２４ａ・・・回転軸、５１・・・長孔、１００・・・調節弁、２００・・・上位装置、３００・・・空気圧供給源

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を内部に有するとともに前記バルブ本体に連結する中間部と、空気圧を受けて前記弁軸を駆動する操作器とを備えた空気作動弁と、前記空気作動弁が設定開度となるように前記空気作動弁の操作器へ出力する空気圧を制御するポジショナとから構成される調節弁であって、前記空気作動弁の少なくとも前記中間部を気密状態を保って囲う、断熱材料を用いたパージカバーを設け、前記ポジショナが外部より供給される空気の一部をパージ空気として前記ポジショナから前記パージカバーの内部空間に放出するパージ空気放出管路を設けたことを特徴とする調節弁。