JP6846169B2

JP6846169B2 - 弁装置

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Publication number: JP6846169B2
Application number: JP2016223827A
Authority: JP
Inventors: 智行藤田; 藤田　　智行
Original assignee: Tlv Co Ltd
Current assignee: Tlv Co Ltd
Priority date: 2016-11-17
Filing date: 2016-11-17
Publication date: 2021-03-24
Anticipated expiration: 2036-11-17
Also published as: JP2018080766A

Description

ここに開示された技術は、弁装置に関する。

従来より、弁装置の一例として、蒸気の排出を抑制する一方、ドレンを排出するドレントラップが知られている。

例えば、特許文献１に係るドレントラップは、ドレンが流通する流路中に、弁孔を有する弁座と、弁孔を開閉する弁体とを設けている。このようなドレントラップにおいては、ドレンが流入してきた際には、弁体が弁孔を開き、ドレンを流通させる。一方、蒸気が流入してきた際には、弁体が弁孔を閉じ、蒸気の流通を阻止する。

特開２００２−８９７８５号公報

ところで、前述のような弁装置においては、使用を継続していくと、やがて、弁体又は弁座にスケールやゴミ等の異物が堆積する虞がある。このような異物が堆積すると、開口を密閉することが難しくなり、蒸気の漏れにつながる。

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、弁体又は弁座への異物の付着に起因する蒸気の漏れを低減することにある。

ここに開示された弁装置は、流体が流通する流路が形成されたケーシングと、前記流路中に設けられ、流路の開通及び遮断を切り替える弁とを備え、前記弁は、第１弁座と、前記第１弁座に離着座する第１弁体と、前記流路の流れ方向において前記第１弁座の上流側に設けられた第２弁座と、前記第２弁座に離着座する第２弁体とを有している。

前記弁装置によれば、弁体又は弁座への異物の付着に起因する蒸気の漏れを低減することができる。

図１は、ドレントラップの断面図である。図２は、弁の断面図である。図３は、開弁状態における第１弁体、第２弁体及び弁座の拡大断面図である。図４は、第２弁体のみが着座した状態における第１弁体、第２弁体及び弁座の拡大断面図である。図５は、第１弁体及び第２弁体が着座した状態における第１弁体、第２弁体及び弁座の拡大断面図である。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、ドレントラップ１００の断面図である。

ドレントラップ１００は、ドレンが流通する流路１８が形成されたケーシング１と、流路中に設けられ、流路の開通及び遮断を切り替える弁３とを備えている。ドレントラップ１００は、弁装置の一例であり、ドレンは、流体の一例である。ドレントラップ１００は、所定の温度未満の流体（例えば、ドレン）を排出する一方、所定の温度以上の流体（例えば、蒸気）の排出を停止する熱応動式のドレントラップである。

ケーシング１は、流入口１２と、流出口１３と、流入口１２及び流出口１３のそれぞれと連通する弁室１４とが形成されている。ケーシング１は、本体１０と、本体１０に取り付けられる蓋１１とを有している。

本体１０には、流入口１２と流出口１３とが水平に延びる同一の軸上に形成されている。本体１０には、上方に開口する開口部１５が形成されている。蓋１１は、開口部１５を閉じるように本体１０に取り付けられ、開口部１５と蓋１１とで弁室１４が区画される。

本体１０には、流入口１２と連通する第１連通路１６と、第１連通路１６と開口部１５とを連通させる第２連通路１７とが形成されている。流入口１２は、第１連通路１６と第２連通路１７とを介して弁室１４と連通する。第１連通路１６には、ストレーナ１６ａが設けられている。

このように、流路１８は、流入口１２、第１連通路１６、第２連通路１７、弁室１４及び流出口１３によって形成されている。

図２は、弁３の断面図である。弁３は、弁室１４に収容される。弁３は、温度に応じて弁孔の開閉を行う熱応動式の弁である。弁３は、第１弁座４１及び第２弁座４２を含む弁座４と、第１弁座４１に離着座する第１弁体３１と、第２弁座４２に離着座する第２弁体３２と、第１弁体３１及び第２弁体３２とが取り付けられたダイヤフラム３３と、ダイヤフラム３３とで収容室を形成する第１壁３４と、ダイヤフラム３３と第１壁３４との収容室に収容される膨張媒体３５と、ダイヤフラム３３の変形を制限する第２壁３６とを有している。第１弁体３１、第２弁体３２、ダイヤフラム３３、第１壁３４、膨張媒体３５及び第２壁３６は、１つのユニットとして組み立てられおり、以下、「弁ユニット３０」と称する。

ダイヤフラム３３は、略円盤状の複数枚の金属膜によって形成されている。ダイヤフラム３３の各金属膜は、平板ではなく、半径方向に波打っている。

第１弁体３１は、ダイヤフラム３３の下面の略中央に取り付けられている。第１弁体３１の下端面（即ち、第１弁座４１に着座する面）は、略円形の平面状に形成されている。第２弁体３２は、略円筒状に形成されている。第２弁体３２は、第１弁体３１の外周に設けられた状態（即ち、第１弁体３１を囲む状態）でダイヤフラム３３の下面に取り付けられている。第２弁体３２の下端面（即ち、第２弁座４２に着座する面）は、略円環の平面状に形成されている。

第１壁３４は、略円盤状であって、中央に向かって上方に膨出するように形成されている。第２壁３６は、略円盤状であって、中央に向かって下方に膨出するように形成されている。第２壁３６の中央には開口が形成されている。第１壁３４、ダイヤフラム３３及び第２壁３６は、この順で積層され、周縁部が溶接により固着されている。

第１壁３４とダイヤフラム３３との間には収容室が形成され、収容室に膨張媒体３５が収容されている。第１壁３４の中央には、収容室に膨張媒体３５を注入するための開口が形成されている。開口は、栓３４ａによって封止されている。膨張媒体３５は、温度によって膨張する媒体である。例えば、膨張媒体３５は、水、水より沸点が低い液体、又はそれらの混合物である。膨張媒体３５が膨張収縮することによって、ダイヤフラム３３が変形し、それに伴い、第１弁体３１及び第２弁体３２が変位する。

第１弁体３１及び第２弁体３２は、第２壁３６の開口内に配置され、第２壁３６よりも下方に突出している。ダイヤフラム３３は、膨張媒体３５の膨張によって変形すると、第２壁３６に接近する。最終的には、ダイヤフラム３３は、第２壁３６に接触し、変形が制限される。

弁室１４には、保持部材２が設けられている。弁ユニット３０は、保持部材２に保持される。保持部材２は、円筒状の周壁２１と底壁２２とを有している。周壁２１には、周方向に等間隔に配置された３つの保持孔２３が形成されている（図２では、１つだけ図示）。保持孔２３は、概ね横長の長方形状に形成されている。周壁２１のうち、保持孔２３の下端縁よりも下の部分は、平板状に形成され、内側に少し凹んでいる。つまり、上から見た場合に、保持孔２３の下端縁は、周壁２１の他の部分よりも少し内側に位置している。この保持孔２３の下端縁の上に弁ユニット３０が載置される。

さらに、周壁２１には、周方向に等間隔に配置された３つの連通孔２４が形成されている（図２では、１つだけ図示）。連通孔２４を介して、保持部材２の外側から内側へドレン又は蒸気が流入する。連通孔２４は、保持孔２３の下端縁に連結されており、保持孔２３と連通孔２４とで１つの孔を形成している。連通孔２４の横幅は、保持孔２３の横幅よりも狭い。そのため、保持孔２３と連通孔２４とで、略Ｔ字状の孔が形成される。

弁ユニット３０は、バネ２５によって保持部材２に押し付けられている。バネ２５は、保持部材２に保持されると共に、弁ユニット３０を下方に押圧している。

弁座４は、弁孔４３が貫通形成され、略円筒状にされている。弁座４の上端部には、鍔部４４が形成されている。弁座４は、保持部材２の底壁２２を貫通して配置され、鍔部４４が底壁２２に係止されている。弁孔４３によって弁室１４と流出口１３とが連通している。

鍔部４４は、弁ユニット３０と対向している。鍔部４４の中央部は、その周囲に比べて隆起しており、この中央部に第１弁座４１が形成されている。鍔部４４のうち第１弁座４１の外周であって第１弁座４１よりも低い位置に第２弁座４２が形成されている。第１弁座４１及び第２弁座４２はそれぞれ、平面状に形成されている。第１弁座４１には、弁孔４３の上流端が開口しており、略円環状に形成されている。第１弁座４１は、第１弁体３１の下端面と略同じ大きさであり、第２弁体３２の下端面よりも小さく形成されている。第１弁座４１は、第１弁体３１と対向しており、第２弁座４２は、第２弁体３２と対向している。流路１８を流通する流体は、弁孔４３を中心とする半径方向外側から弁孔４３に流入するので、第２弁座４２は、流路１８の流れ方向において第１弁座４１の上流に配置されている。

続いて、ドレントラップ１００の動作について説明する。

図１に示すように、ドレン又は蒸気等の流体が流入口１２からドレントラップ１００に流入する。流入口１２から流入した流体は、第１連通路１６に流入し、ストレーナ１６ａを通過することによってゴミ等が除去される。ストレーナ１６ａを通過した流体は、第２連通路１７を介して弁室１４に流入する。

始動時等のように弁室１４が低温の場合には、膨張媒体３５の体積（即ち、膨張の度合い）は小さく、第１弁体３１及び第２弁体３２が弁座４から離座し、弁孔４３が開放されている。この場合、弁室１４に流入した流体は、弁孔４３を介して流出口１３から排出される。ドレントラップ１００に流入する流体がドレン又は空気等の比較的低温の流体の場合には、第１弁体３１及び第２弁体３２が開弁した状態が維持され、流出口１３からの流体の排出が継続される。

一方、ドレントラップ１００に流入する流体が蒸気等の比較的高温の流体である場合には、弁室１４の温度が上昇し、ひいては膨張媒体３５が膨張する。膨張媒体３５の膨張によりダイヤフラム３３が変形し、第１弁体３１及び第２弁体３２が下方へ変位する。第１弁体３１及び／又は第２弁体３２が弁座４に着座することによって弁孔４３が閉鎖される。これにより、流出口１３からの蒸気の排出が阻止される。

尚、膨張媒体３５の温度が放熱等によって低下すると、膨張媒体３５は収縮し、ダイヤフラム３３は上方へ変形する。これにより、第１弁体３１及び第２弁体３２が弁座４から離座し、弁孔４３が開放される。このように膨張媒体３５の温度が低下するときには、弁室１４内の蒸気は凝縮してドレンとなっている。つまり、流出口１３から排出される流体は、蒸気ではなく、ドレンとなっている。

以下、第１弁体３１及び第２弁体３２の動作についてさらに詳細に説明する。図３は、開弁状態における第１弁体３１、第２弁体３２及び弁座４の拡大断面図である。図４は、第２弁体３２のみが着座した状態における第１弁体３１、第２弁体３２及び弁座４の拡大断面図である。図５は、第１弁体３１及び第２弁体３２が着座した状態における第１弁体３１、第２弁体３２及び弁座４の拡大断面図である。

前述の如く、膨張媒体３５が比較的低温のときには、図３に示すように、第１弁体３１は、弁座４の第１弁座４１から離間し、第２弁体３２は、弁座４の第２弁座４２から離間している。このように、膨張媒体３５の膨張の度合いが第１弁体３１及び第２弁体３２が弁座４から離座している程度の場合には、ダイヤフラム３３のうち第１弁体３１が取り付けられた中央部は収容室の方へ凹んでいる。このとき、第１弁体３１と第１弁座４１との間隔は、第２弁体３２と第２弁座４２との間隔よりも大きい。この状態においては、流体は、第２弁体３２と第２弁座４２との間を通り、第１弁体３１と第１弁座４１との間を通り、弁孔４３へ進入していく。

この状態から膨張媒体３５が膨張すると、図４に示すように、ダイヤフラム３３が全体的に下方へ変形し、第２弁体３２が第２弁座４２に着座して弁孔４３を閉鎖する。この段階では、第１弁体３１は、まだ第１弁座４１に着座していない。この状態においては、第２弁体３２及び第２弁座４２によって流体の流通が遮断され、流体の弁孔４３への進入が防止される。

膨張媒体３５がさらに膨張すると、図５に示すように、収容室の方へ凹んでいた、ダイヤフラム３３の中央部が下方へ変形し、第１弁体３１が第１弁座４１に着座する。このとき、第２弁体３２も第２弁座４２に着座している。このように二重の弁構造とすることによって、第１弁体３１及び第２弁体３２の一方で蒸気の漏洩が生じるとしても、第１弁体３１及び第２弁体３２の他方で蒸気の漏洩を低減することができる。

尚、膨張媒体３５がさらに膨張すると、ダイヤフラム３３は、第２壁３６に接触し、それ以上の変形が制限される。

このように、第１弁体３１を囲むように第２弁体３２を設けることによって、第１弁体３１及び第１弁座４１に堆積する異物を低減することができる。詳しくは、スケール等の異物は、流体が減圧される部分に堆積しやすい。ドレンが減圧されて蒸発する際にスケールが発生しやく、そのことが異物の堆積を助長する。第１弁体３１と第１弁座４１との間、及び、第２弁体３２と第２弁座４２との間は、図３に示すように、開弁時であっても流路の他の部分に比べて流路断面積が小さくなっている。そのため、第１弁体３１及び第１弁座４１、並びに、第２弁体３２及び第２弁座４２はそれぞれ、絞りとして機能し、通過する流体を減圧させる。ここで、第２弁体３２は、流体の流れ方向において第１弁体３１の上流に配置されている。つまり、第１弁体３１及び第１弁座４１との間に流入する流体は、先に第２弁体３２と第２弁座４２との間を通過することによって減圧されている。そのため、第２弁体３２が設けられていない構成と比較して、流体が第１弁体３１と第１弁座４１とを通過する際の減圧の度合いが小さくなる。これにより、第１弁体３１及び第１弁座４１において発生するスケールが低減され、第１弁体３１及び第１弁座４１に堆積する異物が低減される。その結果、第１弁体３１及び第１弁座４１のシール性が高いまま維持され、蒸気の漏洩が低減される。

尚、第２弁体３２及び第２弁座４２に異物が堆積すると、第２弁体３２及び第２弁座４２において蒸気の漏洩が生じる。その場合、蒸気が第２弁体３２の内方に流入し、ダイヤフラム３３の中央部が加熱される。その結果、ダイヤフラム３３の中央部近傍の膨張媒体３５の加熱が促進され、第１弁体３１の下方への変位、即ち、閉弁が促進される。それに加えて、前述のように、第１弁体３１及び第１弁座４１に堆積する異物が低減されるので、第１弁体３１及び第１弁座４１のシール性は向上している。つまり、全体としては、蒸気の漏洩が低減される。

尚、第２弁体３２による減圧の作用が小さいと、第２弁体３２及び第２弁座４２に堆積する異物が少なく、第１弁体３１及び第１弁座４１に堆積する異物が多くなる場合がある。しかし、このことは、第２弁体３２及び第２弁座４２のシール性が高いまま維持されていることを意味するので、第２弁体３２及び第２弁座４２によって蒸気の漏洩を低減することができる。

以上のように、ドレントラップ１００は、ドレンが流通する流路１８が形成されたケーシング１と、流路１８中に設けられ、流路１８の開通及び遮断を切り替える弁３とを備え、弁３は、第１弁座４１と、第１弁座４１に離着座する第１弁体３１と、流路１８の流れ方向において第１弁座４１の上流側に設けられた第２弁座４２と、第２弁座４２に離着座する第２弁体３２とを有している。

この構成によれば、２組の弁体及び弁座が設けられているので、一方で異物が堆積したとしても、他方で蒸気の漏洩を低減することができる。また、２組の弁体及び弁座の両方に異物が堆積したとしても、堆積する異物をそれぞれの組に分散することができるので、それぞれの組での蒸気の漏洩を低減することができ、ひいては、全体の蒸気の漏洩を低減することができる。

また、第２弁体３２及び第２弁座４２は、流路１８の開通中に、流路１８を流通する流体を減圧させる絞りとして機能する。

この構成によれば、第２弁体３２及び第２弁座４２に異物が堆積しやすくなるので、その代わりに第１弁体３１及び第１弁座４１に堆積する異物を低減することができる。その結果、少なくとも第１弁体３１及び第１弁座４１のシール性を高いまま維持することができる。

具体的には、第１弁座４１には、弁孔４３が開口しており、第２弁座４２は、第１弁座４１の外周に形成され、第２弁体３２は、第１弁体３１の外周に設けられている。

この構成によれば、弁孔４３を囲むように第１弁座４１及び第２弁座４２が形成されているので、第１弁体３１が第１弁座４１に着座することによっても弁孔４３が閉鎖され、第２弁体３２が第２弁座４２に着座することによっても弁孔４３が閉鎖される。

また、第２弁体３２は、第１弁体３１が第１弁座４１に着座するよりも先に第２弁座４２に着座する。

この構成によれば、第１弁体３１及び第２弁体３２は、上流側から順番に着座する。

さらに、弁３は、温度によって膨張する膨張媒体３５と、膨張媒体３５の膨張収縮によって変形させられるダイヤフラム３３とをさらに有し、第１弁体３１及び第２弁体３２は、ダイヤフラム３３に設けられており、ダイヤフラム３３は、膨張媒体３５が膨張する際に、第１弁体３１が第１弁座４１に着座するよりも先に第２弁体３２を第２弁座４２に着座させるように変形する。

この構成によれば、第２弁体３２が第１弁体３１よりも先に着座する構成が、ダイヤフラム３３の変形により実現される。つまり、ダイヤフラム３３の形状に応じてダイヤフラム３３が変形する態様が異なる。そこで、第２弁体３２が第１弁体３１よりも先に着座するように、ダイヤフラム３３の形状を形成する。これにより、第２弁体３２が第１弁体３１よりも先に着座する構成を容易に実現することができる。

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

例えば、ドレントラップ１００は、蒸気の排出を阻止するスチームトラップに限らず、空気の排出を阻止するエアトラップ、又はガスの排出を阻止するガストラップ等であってもよい。

また、ここに開示された技術は、ドレントラップ１００に限らず、流体として気体又は液体の流通を制御する任意の弁装置に適用することができる。

例えば、第２弁体３２及び第２弁座４２が弁孔４３の上流端を開閉し、第１弁体３１及び第１弁座４１が弁孔４３の下流端を開閉するように構成されていてもよい。つまり、第２弁体３２及び第２弁座４２が第１弁体３１及び第１弁座４１よりも上流側に設けられていれば、二段階の弁構造によって、堆積する異物の分散及び蒸気の漏洩の低減を実現することができる。

また、第１弁体３１及び第２弁体３２は、共通のダイヤフラム３３によって駆動されるが、別々の駆動源によって駆動されてもよい。さらには、弁３は、熱応動式の弁でなくてもよい。

また、第１弁体３１は、第２弁体３２よりも先に着座してもよい。

以上説明したように、ここに開示された技術は、弁装置について有用である。

１００ドレントラップ（弁装置）
１ケーシング
１８流路
３弁
３１第１弁体
３２第２弁体
３３ダイヤフラム
３５膨張媒体
４１第１弁座
４２第２弁座
４３弁孔

Claims

流体が流通する流路が形成されたケーシングと、
前記流路中に設けられ、流路の開通及び遮断を切り替える弁とを備え、
前記弁は、第１弁座と、前記第１弁座に離着座する第１弁体と、前記流路の流れ方向において前記第１弁座の上流側に設けられた第２弁座と、前記第２弁座に離着座する第２弁体とを有し、
前記第１弁座には、弁孔が開口しており、
前記第２弁座は、前記第１弁座の外周に形成され、
前記第２弁体は、前記第１弁体の外周に設けられ、前記第１弁体が前記第１弁座に着座するよりも先に前記第２弁座に着座することを特徴とする弁装置。
請求項１に記載の弁装置において、
前記第２弁体及び前記第２弁座は、前記流路の開通中に、前記流路を流通する流体を減圧させる絞りとして機能することを特徴とする弁装置。
請求項１又は２に記載の弁装置において、
前記弁は、温度によって膨張する膨張媒体と、前記膨張媒体の膨張収縮によって変形させられるダイヤフラムとをさらに有し、
前記第１弁体及び前記第２弁体は、前記ダイヤフラムに設けられており、
前記ダイヤフラムは、前記膨張媒体が膨張する際に、前記第１弁体が前記第１弁座に着座するよりも先に前記第２弁体を前記第２弁座に着座させるように変形することを特徴とする弁装置。