JP6494350B2 - 減圧用弁 - Google Patents

Description

本発明は、例えば高温の排ガス等の流体が流れる減圧用弁に関する。

従来、この種の減圧用弁としては、例えば図７に示すように、流入口１０１と流出口１０２とを有する円筒状のボディ１０３と、ボディ１０３内に設けられたオリフィス装置１０４と、ボディ１０３の内周面に設けられた断熱用ライニング材１０５とを有するものがある。

オリフィス装置１０４はオリフィス板１０６と可変オリフィス１０７とを有している。オリフィス板１０６は、中央部が開口した円形の板であり、複数の流通孔１０８を有している。また、可変オリフィス１０７にはバタフライ弁が用いられており、可変オリフィス１０７はオリフィス板１０６の下流側に設けられている。

ボディ１０３の内周面には円環状の座板１１０が全周にわたり設けられている。オリフィス板１０６は複数のボルト，ナット１１１によって座板１１０に接続されている。
これによると、高温の排ガス１１６が、スライド弁１１５を通って、減圧用弁１１４の流入口１０１からボディ１０３内に流れ込み、オリフィス板１０６の流通孔１０８と可変オリフィス１０７を通過して、流出口１０２から流出する。これにより、排ガス１１６が減圧される。

尚、上記のような減圧用弁１１４の上流側には、適切な長さの配管１１５を介して高温用のスライド弁（図示省略）が設置されており、この高温用のスライド弁については例えば下記特許文献１に記載されている。

実開平２−６６７７０

しかしながら上記の従来形式では、排ガス１１６の熱によりオリフィス板１０６が高温に加熱され、オリフィス板１０６の熱が座板１１０とボルト，ナット１１１を経てボディ１０３に伝わり、ボディ１０３の一部分Ｂが他の部分よりも局所的に高温になり、ボディ１０３の一部分Ｂが径方向へ熱膨張する。

これに対して、断熱用ライニング材１０５の熱膨張量はボディ１０３の熱膨張量よりも少なく、このため、図８に示すように、ボディ１０３の一部分Ｂと断熱用ライニング材１０５との間に微小な隙間１１７が発生し、ボディ１０３内を流れる高温の排ガス１１６の一部が、オリフィス板１０６と断熱用ライニング材１０５との境界部分１１８、座板１１０と断熱用ライニング材１０５との境界部分１１９およびオリフィス板１０６と座板１１０との間等を伝って、上記隙間１１７に侵入する。

これにより、次第にボディ１０３の高温箇所が増加し、上記隙間１１７に高温の排ガス１１６の流れが生じた場合、ボディ１０３の内面が排ガス１１６の流れにより摩耗し、ボディ１０３が損傷するといった問題がある。

本発明は、ボディの損傷を防止することが可能な減圧用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、本第１発明は、高温の流体が流れる減圧用弁であって、
流入口と流出口とを備えた筒状のボディと、ボディ内に設けられたオリフィス装置および内筒と、ボディの内面に設けられた断熱材とを有し、
オリフィス装置はオリフィス板を有し、
内筒の入口側端部がボディの流入口側端部に取り付けられ、
オリフィス板が内筒の出口側端部に取り付けられ、
内筒は、出口側が入口側よりも縮径した円錐台状であり、断熱材に埋め込まれており、ボディと同じ材質の接合用筒部と、接合用筒部よりも耐熱性に優れた異なる材質の本体筒部とを有し、
接合用筒部の一端がボディの流入口側端部に溶接され、
接合用筒部の他端と本体筒部の一端とが溶接され、
本体筒部の他端にオリフィス板が取り付けられているものである。

これによると、流入口からボディ内に流入した高温の流体は、オリフィス装置によって減圧され、流出口から流出する。この際、高温の流体の熱によりオリフィス板が高温に加熱され、オリフィス板の熱が内筒を経てボディに伝わる。これにより、オリフィス板の熱がボディに伝わるまでの伝熱経路の長さが従来よりも長くなり、さらに、内筒は断熱材に埋め込まれているため、内筒の入口側端部の温度が出口側端部の温度よりも大幅に低下する。

これにより、ボディの一部分が他の部分よりも局所的に高温になるのを抑制することができ、ボディの一部分と断熱材との間に微小な隙間が発生するのを防止することができるため、ボディの内面が高温の流体により摩耗して損傷するのを防止することができる。

また、本体筒部の一端と接合用筒部の他端とを溶接することにより、内筒が形成される。この際、本体筒部の材質と接合用筒部の材質とは異なっているが、内筒の内周面側と外周面側との両側から完全溶け込み溶接することが可能であるため、溶接部分の強度を高く保つことができる。

また、内筒の接合用筒部の材質はボディの材質と同じであるため、接合用筒部の一端をボディの流入口側端部に溶接する際、容易かつ確実に溶接することができる。これにより、内筒を容易にボディ内に取り付けることができる。

本第２発明における減圧用弁は、高温の流体が流れる減圧用弁であって、
流入口と流出口とを備えた筒状のボディと、ボディ内に設けられたオリフィス装置および内筒と、ボディの内面に設けられた断熱材とを有し、
オリフィス装置はオリフィス板と可変オリフィスを有し、
内筒の入口側端部がボディの流入口側端部に取り付けられ、
オリフィス板が内筒の出口側端部に取り付けられ、
内筒は、出口側が入口側よりも縮径した円錐台状であり、断熱材に埋め込まれており、
可変オリフィスは、オリフィス板の下流側に設けられた弁箱と、弁箱内に設けられた回動自在な弁体と、弁体に設けられた弁棒とを有し、
弁箱は流れ方向における両端部が開口し、
弁箱に第１弁棒挿通穴が貫通して形成され、
ボディに第２弁棒挿通穴が貫通して形成され、
弁棒は流れ方向に直交する方向から第１および第２弁棒挿通穴に挿通され、
弁棒と第１弁棒挿通穴の周縁との間に、ボディの流路軸心方向における弁箱とボディとの熱膨張量の差を吸収する熱膨張吸収代が形成されているものである。

これによると、流入口からボディ内に流入した高温の流体は、オリフィス装置によって減圧され、流出口から流出する。この際、弁棒を介して弁体を回動して、可変オリフィスの開度を変更することにより、減圧される流体の圧力を調節することができる。

この際、弁箱とボディとは高温の流体によって流路軸心方向へ熱膨張するが、弁箱の熱膨張量とボディの熱膨張量とに差がある場合、両者の熱膨張量の差は熱膨張吸収代によって吸収される。これにより、弁箱とボディとの熱膨張量の差によって弁箱又はボディ或いは弁棒が損傷するのを防止することができる。

本第３発明における減圧用弁は、断熱材は、オリフィス板よりも流入口側の領域から、オリフィス板の外周とボディの内周との間の領域を介し、オリフィス板よりも流出口側の領域にわたって、流れ方向に連続して設けられているものである。

これによると、断熱材は、オリフィス板を境にして流入口側の領域と流出口側の領域とに分断されることなく、オリフィス板よりも流入口側の領域から流出口側の領域にわたって、流れ方向に連続して設けられている。これにより、断熱効果が向上し、内筒の入口側端部の温度が出口側端部の温度よりも大幅に低下するため、ボディの一部分が他の部分よりも局所的に高温になるのを防止することができる。

以上のように本発明によると、ボディの一部分が他の部分よりも局所的に高温になるのを抑制することができ、ボディの一部分と断熱材との間に微小な隙間が発生するのを防止することができるため、ボディの内面が高温の流体により摩耗して損傷するのを防止することができる。

本発明の実施の形態における減圧用弁の断面図である。 図１におけるＸ−Ｘ矢視図である。 同、減圧用弁の内筒の入口側端部の拡大断面図である。 図１におけるＹ−Ｙ矢視図である。 図４における弁箱の両第１ボス部２８の箇所の拡大断面図である。 図５におけるＺ−Ｚ矢視図であり、（ａ）はボディと弁箱とに熱膨張量の差が生じていない状態を示し、（ｂ）はボディと弁箱とに生じた熱膨張量の差を熱膨張吸収代で吸収した状態を示す。 従来の減圧用弁の断面図である。 図７における座板１１０の箇所の拡大断面図である。

以下、本発明における実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１，図２に示すように、１はガソリンの製造設備の流動接触分解装置の再生塔排ガスライン等に設けられる減圧用弁であり、この減圧用弁１の上流側には、適切な長さの配管２を介して高温用のスライド弁（図示省略）が接続されている。これら減圧用弁１とスライド弁とには、高温の流体の一例として、摩耗性触媒を含有する約８００℃の高温で且つ高流速の排ガス３が流れる。

減圧用弁１は、円筒状のボディ７と、ボディ７内に設けられたオリフィス装置８および内筒９と、ボディ７の内周面に設けられた断熱ライニング材１０（断熱材の一例）とを有している。

ボディ７は、一端部に流入口１４を有するとともに、他端部に流出口１５を有し、内部に、流入口１４から流出口１５に至る流路が形成されている。また、ボディ７の材質は炭素鋼である。

オリフィス装置８はオリフィス板１７と可変オリフィス１８とを有している。
内筒９の入口側端部Ｅ１がボディ７の流入口１４側の端部内周に取り付けられ、オリフィス板１７が内筒９の出口側端部Ｅ２に取り付けられている。内筒９は、出口側が入口側よりも縮径した円錐台状であり、断熱ライニング材１０に埋め込まれている。
図１，図３に示すように、内筒９は、ボディ７と同じ材質である炭素鋼からなる接合用筒部９ａと、接合用筒部９ａよりも耐熱性に優れた材質であるステンレス鋼からなる本体筒部９ｂとを有している。接合用筒部９ａの一端はボディ７の流入口１４側の端部内周に全周溶接されている。また、接合用筒部９ａの他端と本体筒部９ｂの一端とは、両側突き合せ溶接により、内周側と外周側との両側から全周溶接されている。

図１，図２に示すように、オリフィス板１７は、中央部が開口したステンレス鋼製の円形の板であり、周方向における複数箇所に流通孔２０を有している。オリフィス板１７は内筒９の本体筒部９ｂの他端に溶接されて取付けられている。

図１，図４に示すように、可変オリフィス１８は、バタフライ弁であり、オリフィス板１７の下流側に設けられた弁箱２１と、弁箱２１内に設けられた回動自在な弁体２２と、弁体２２に設けられた弁棒２３とを有している。

弁箱２１は上流側と下流側とに開口部２５，２６を有するステンレス鋼製の円筒状の部材である。
図１，図４，図５に示すように、弁棒２３は流れ方向Ａに直交する方向からボディ７と弁箱２１とに貫通している。すなわち、弁箱２１は弁棒２３の軸心方向において相対向する一対の円筒状の第１ボス部２８を有している。これら両第１ボス部２８はそれぞれ、弁箱２１の内外両側に貫通する第１弁棒挿通穴２９と、内周面に設けられた耐摩耗用ライニング材４１とを有している。

ボディ７は弁棒２３の軸心方向において相対向する一対の円筒状の第２ボス部３１を有している。これら両第２ボス部３１はそれぞれボディ７の内外両側に貫通する第２弁棒挿通穴３２を有している。

弁棒２３は、両第１ボス部２８の第１弁棒挿通穴２９と、両第２ボス部３１の第２弁棒挿通穴３２とに挿通されて、回動自在に保持されている。尚、弁棒２３はその外周面に溶接によって固着された円筒状の耐摩耗用のカラー４２を有しており、これらカラー４２は第１弁棒挿通穴２９内に挿入されている。

図６（ａ）に示すように、第１弁棒挿通穴２９は、流路軸心１６の方向Ｃにおける直径が上記方向Ｃに直交する方向Ｄの直径よりも長い長穴である。これにより、弁棒２３のカラー４２と第１弁棒挿通穴２９の周縁（すなわち耐摩耗用ライニング材４１の内周）との間には、上記方向Ｃにおける弁箱２１とボディ７との熱膨張量の差を吸収する熱膨張吸収代３３が形成されている。尚、熱膨張吸収代３３とは、弁棒２３のカラー４２と第１弁棒挿通穴２９の周縁との間に形成された隙間である。

図１に示すように、断熱ライニング材１０には例えばキャスタブル耐火物等が用いられている。断熱ライニング材１０は、オリフィス板１７よりも流入口１４側（上流側）の領域３６から、オリフィス板１７の外周とボディ７の内周との間の領域３７を介し、オリフィス板１７よりも流出口１５側（下流側）の領域３８にわたって、流れ方向Ａに連続して設けられている。

尚、図２に示すように、ボディ７の外側には、ハンドル４４を回すことにより弁棒２３を回動させる操作機４５が設けられている。
以下、上記構成における作用を説明する。

図１に示すように、高温の排ガス３は、スライド弁及び配管２を通過した後、減圧用弁１の流入口１４からボディ７内に流入し、オリフィス装置８の流通孔２０と弁箱２１内を通り、減圧されて流出口１５から流出する。この際、操作機４５のハンドル４４を回すことによって、弁棒２３と共に弁体２２を回動させ、可変オリフィス１８の開度を変更することができるため、減圧される排ガス３の圧力を可変オリフィス１８の開度に応じて調節することができる。

ボディ７内を流れる排ガス３の熱により、オリフィス装置８が高温に加熱され、オリフィス板１７の熱が内筒９を経てボディ７に伝わる。これにより、オリフィス板１７の熱がボディ７に伝わるまでの伝熱経路の長さが従来よりも長くなり、さらに、内筒９は断熱ライニング材１０に埋め込まれているため、内筒９の入口側端部Ｅ１の温度が出口側端部Ｅ２の温度よりも大幅に低下する。

また、断熱ライニング材１０は、オリフィス板１７を境にして流入口１４側の領域３６と流出口１５側の領域３８とに分断されることなく、オリフィス板１７よりも流入口１４側の領域３６から流出口１５側の領域３８にわたって、流れ方向Ａに連続して設けられている。これにより、断熱効果が向上し、内筒９の入口側端部Ｅ１の温度が出口側端部Ｅ２の温度よりも大幅に低下する。

以上のことから、ボディ７の一部分が他の部分よりも局所的に高温になるのを抑制することができ、ボディ７の一部分と断熱ライニング材１０との間に微小な隙間が発生するのを防止することができるため、ボディ７の内面が排ガス３により摩耗して損傷するのを防止することができる。

また、図６（ａ）に示すように、弁棒２３のカラー４２と第１弁棒挿通穴２９の周縁との間に熱膨張吸収代３３が形成されているため、弁箱２１の第１ボス部２８が弁棒２３に対して流路軸心１６の方向Ｃへ変位可能となる。従って、高温の排ガス３によってボディ７と弁箱２１とが上記方向Ｃへ熱膨張した際、ボディ７の熱膨張量と弁箱２１の熱膨張量とに差がある場合、両者の熱膨張量の差は熱膨張吸収代３３によって吸収される。

例えば、図６（ａ）を熱膨張する前の状態とし、ボディ７と弁箱２１とが排ガス３で加熱されて流れ方向Ａに熱膨張する場合、ボディ７の熱膨張量をＬ１、弁箱２１の熱膨張量をＬ２とすると、弁箱２１はボディ７よりも高温になるため、弁箱２１の熱膨張量Ｌ２はボディ７の熱膨張量Ｌ１よりも大きくなり、ボディ７と弁箱２１との熱膨張量Ｌ１，Ｌ２に差Ｌ３（Ｌ３＝Ｌ２−Ｌ１）が生じることがある。この熱膨張量Ｌ１，Ｌ２の差Ｌ３に応じて、図６（ｂ）に示すように、弁箱２１の第１ボス部２８が、弁棒２３に対して、熱膨張吸収代３３を上記差Ｌ３の距離だけ流れ方向Ａに変位する。これにより、両者の熱膨張量Ｌ１，Ｌ２の差Ｌ３は熱膨張吸収代３３によって吸収され、ボディ７と弁箱２１との熱膨張量Ｌ１，Ｌ２の差Ｌ３によってボディ７又は弁箱２１或いは弁棒２３が損傷するのを防止することができる。

尚、図６（ａ）に示す熱膨張吸収代３３は、想定されるボディ７と弁箱２１との熱膨張量Ｌ１，Ｌ２の差Ｌ３の最大値以上の寸法に設定されている。
また、減圧用弁１を製作する際、図３に示すように、接合用筒部９ａの材質（炭素鋼）と本体筒部９ｂの材質（ステンレス鋼）とは異なっているが、内筒９の内周面側と外周面側との両面側から接合用筒部９ａと本体筒部９ｂとを完全溶け込み溶接することが可能であるため、溶接部分の強度を高く保つことができる。

また、内筒９の接合用筒部９ａの材質（炭素鋼）はボディ７の材質（炭素鋼）と同じであるため、接合用筒部９ａを容易かつ確実にボディ７の流入口１４側の端部内周に溶接することができる。これにより、内筒９を容易にボディ７内に取り付けることができる。

上記実施の形態では、ボディ７と内筒９の接合用筒部９ａとの材質を炭素鋼とし、内筒９の本体筒部９ｂの材質をステンレス鋼としているが、ボディ７と内筒９の接合用筒部９ａとが同じ材質であり、内筒９の本体筒部９ｂが接合用筒部９ａと異なる材質で且つ接合用筒部９ａよりも耐熱性に優れた材質であれば、上記の材質に限定されるものではない。

上記実施の形態では、図２に示すように、操作機４５のハンドル４４を手動で回して可変オリフィス１８の開度を変更したが、手動操作ではなく、電動機等を用いて自動的に弁棒２３を回動させ、可変オリフィス１８の開度を変更してもよい。

上記実施の形態では、高温の流体の一例として排ガス３を挙げたが、排ガス３以外の流体であってもよい。

１ 減圧用弁
３ 排ガス（流体）
７ ボディ
８ オリフィス装置
９ 内筒
９ａ 接合用筒部
９ｂ 本体筒部
１０ 断熱ライニング材（断熱材）
１４ 流入口
１５ 流出口
１６ａ 流路軸心
１７ オリフィス板
１８ 可変オリフィス
２１ 弁箱
２２ 弁体
２３ 弁棒
２９ 第１弁棒挿通穴
３２ 第２弁棒挿通穴
３３ 熱膨張吸収代
３６〜３８ 領域
Ａ 流れ方向
Ｃ 流路軸心の方向
Ｅ１ 内筒の入口側端部
Ｅ２ 内筒の出口側端部

Claims (3)

1. 高温の流体が流れる減圧用弁であって、
   流入口と流出口とを備えた筒状のボディと、ボディ内に設けられたオリフィス装置および内筒と、ボディの内面に設けられた断熱材とを有し、
   オリフィス装置はオリフィス板を有し、
   内筒の入口側端部がボディの流入口側端部に取り付けられ、
   オリフィス板が内筒の出口側端部に取り付けられ、
   内筒は、出口側が入口側よりも縮径した円錐台状であり、断熱材に埋め込まれており、ボディと同じ材質の接合用筒部と、接合用筒部よりも耐熱性に優れた異なる材質の本体筒部とを有し、
   接合用筒部の一端がボディの流入口側端部に溶接され、
   接合用筒部の他端と本体筒部の一端とが溶接され、
   本体筒部の他端にオリフィス板が取り付けられていることを特徴とする減圧用弁。
2. 高温の流体が流れる減圧用弁であって、
   流入口と流出口とを備えた筒状のボディと、ボディ内に設けられたオリフィス装置および内筒と、ボディの内面に設けられた断熱材とを有し、
   オリフィス装置はオリフィス板と可変オリフィスを有し、
   内筒の入口側端部がボディの流入口側端部に取り付けられ、
   オリフィス板が内筒の出口側端部に取り付けられ、
   内筒は、出口側が入口側よりも縮径した円錐台状であり、断熱材に埋め込まれており、
   可変オリフィスは、オリフィス板の下流側に設けられた弁箱と、弁箱内に設けられた回動自在な弁体と、弁体に設けられた弁棒とを有し、
   弁箱は流れ方向における両端部が開口し、
   弁箱に第１弁棒挿通穴が貫通して形成され、
   ボディに第２弁棒挿通穴が貫通して形成され、
   弁棒は流れ方向に直交する方向から第１および第２弁棒挿通穴に挿通され、
   弁棒と第１弁棒挿通穴の周縁との間に、ボディの流路軸心方向における弁箱とボディとの熱膨張量の差を吸収する熱膨張吸収代が形成されていることを特徴とする減圧用弁。
3. 断熱材は、オリフィス板よりも流入口側の領域から、オリフィス板の外周とボディの内周との間の領域を介し、オリフィス板よりも流出口側の領域にわたって、流れ方向に連続して設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の減圧用弁。

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