JP7233734B2 - バルブとこれを用いた減圧弁 - Google Patents

Description

本発明は、流体の通路に設けられて通路を開閉するバルブ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バルブが配置される（例えば、特許文献１）。特許文献１のような減圧弁では、使用に伴いエロージョンや摩耗によってシール面が劣化すると、蒸気漏れが発生する恐れがある。このため、適度なメンテナンスによって状態を確認し、部品を交換する必要がある。

特開２０２０－０２９８７２号公報

しかしながら、装置を分解してバルブの状態を確認するまでは、バルブの交換が必要か分からないので、メンテナンスの度に予備部品を携帯する必要があった。

本発明は、メンテナンス時に予備部品を携帯することなく容易に交換することができるバルブ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、本発明のバルブは、流体の流入路と流出路との間を開閉する弁体と、前記弁体を収納する弁ホルダと、前記弁体をばね力によって弁シートに着座させるばね体と、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弁軸とを備えている。前記弁体は、前記弁ホルダの内面に沿って移動する筒形状の摺動部と、前記摺動部の中空孔に嵌合されて前記弁シートに着座するシール部とを有している。前記摺動部と前記シール部が別体で構成されている。前記シール部が、前記弁体の移動方向に並ぶ複数のシール部材を有している。この場合、前記シール部の一端面が前記弁軸に当接し、他端面が前記ばね体に当接していてもよい。

この構成によれば、バルブの弁体が摺動部とシール部とからなり、シール部が弁体の移動方向に並ぶ複数のシール部材を有している。メンテナンスの際に装置を分解し、シール部のシール面が劣化していた場合、劣化している最も弁軸側のシール部材を摺動部から取り外し、最もばね体側に嵌め込む。これにより、予備部品を携帯することなく容易にバルブのメンテナンスを行うことができる。

本発明の減圧弁は、主弁体として、本発明のバルブを備えている。この場合、さらに、前記主弁体を開閉させるパイロット弁ユニットを備えていてもよい。

本発明のバルブおよび減圧弁によれば、予備部品を携帯することなく容易にバルブのメンテナンスを行うことができる。

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。 本発明の第１実施形態に係るバルブの要部を示す縦断面図である。 同バルブのメンテナンス手順を示す縦断面図である。

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バルブ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。つまり、一次側通路１０および二次側通路１２が、主弁体１８に対する流入路と流出路をそれぞれ形成している。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。

ピストン２６は、シリンダ２８に対して摺動するスライド部２６ａと、スライド部２６ａから主弁体１８に向かって延びる主弁軸２６ｂを有している。主弁軸２６ｂは、主弁体１８に当接し、主弁体１８を開弁方向に押圧して主弁シート２２から離間させる。これら主弁体１８、弁ホルダ１６、主ばね体２０および主弁軸２６ｂにより、主弁装置であるバルブＶＡが構成されている。

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を含むパイロット弁装置３４と、このパイロット弁装置３４を開閉させるパイロット弁駆動部３６とを有する。本実施形態では、弁体３２は、ボール形（球体）であるが、これに限定されない。パイロット弁装置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。

パイロット弁装置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。また、パイロット弁装置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。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バルブＶＡについて図５～６により説明する。図５に示すように、主弁体１８は、摺動部８０と、シール部８２とを有している。摺動部８０とシール部８２は別体で構成されている。摺動部８０は、筒形状（本実施形態では円筒形状）であり、弁ホルダ１６の内面に沿って（図５の上下方向に）移動する。

シール部８２は、摺動部８０の中空孔８０ａに嵌合されており、主弁シート２２に着座する着座面（シール面）８２ａを有する。詳細には、摺動部８０の内周面に環状の溝８０ｂが形成されており、この溝８０ｂにＯリング８５が介装されている。シール部８２は、このＯリング８５を介して摺動部８０の中空孔８０ａに支持されている。

シール部８２は、主弁体１８の移動方向（図５の上下方向）に並ぶ複数のシール部材８４を有している。本実施形態では、シール部材８４は５つ設けられている。ただし、シール部材８４の数はこれに限定されない。各シール部材８４は、同一サイズで同一形状に形成されている。

以下の説明において、主弁軸２６ｂ側から主ばね体２０側に向かって、５つのシール部材８４をシール部材８４－１～８４－５と呼ぶ。したがって、着座面８２ａは、最も主弁軸２６ｂ側のシール部材８４－１に形成されている。また、Ｏリング８５は、最も主弁軸２６ｂ側のシール部材８４－１と摺動部８０との間に介装されている。ただし、複数のＯリング８５を設けて、複数のシール部材８４と摺動部８０との間に介装してもよい。

シール部８２の一端面（図５の上面）が主弁軸２６ｂに当接し、他端面（図５の下面）が主ばね体２０に当接している。つまり、最も主弁軸２６ｂ側のシール部材８４－１の一端面に主弁軸２６ｂが当接し、最も主ばね体２０側のシール部材８４－５の他端面に主ばね体２０が当接している。

各シール部材８４は、円盤形状を有している。詳細には、各シール部材８４（８４－１～８４－５）は、本体部８４ａと、その外縁の縁部８４ｂとを有している。縁部８４ｂは、一端面側（図５の上端面側）に突出する凸部８４ｂａを有するとともに、他端面側（図５の下端面側）に凹入する凹部８４ｂｂが形成されている。

つまり、閉弁時に最も主弁軸２６ｂ側のシール部材８４－１の凸部８４ｂａが主弁シート２２に当接し、着座面（シール面）８２ａを構成する。最も主ばね体２０側のシール部材８４－５の凹部８４ｂｂに主ばね体２０の一端部が配置されている。主ばね体２０の他端部は下ケースに支持されている。最も主弁軸２６ｂ側のシール部材８４－１の本体部８４ａに主弁軸２６ｂの先端が当接している。各シール部材８４は、本体部８４ａが当接した状態、すなわち本体部８４ａが主弁体１８の移動方向に積み重ねられた状態で摺動部８０内に配置されている。

閉弁状態では、主ばね体２０のばね力により最も主ばね体２０側のシール部材８４－５が主弁軸２６ｂ側に押圧されるとともに、最も主弁軸２６ｂ側のシール部材８４－１が主弁シート２２に当接している。一方、開弁状態では、主ばね体２０のばね力により最も主ばね体２０側のシール部材８４－５が主弁軸２６ｂ側に押圧されるとともに、最も主弁軸２６ｂ側のシール部材８４－１が主弁軸２６ｂにより主ばね体２０側に押されている。よって、５つのシール部材８４は、常に一体化された状態である。

つぎに、主弁体１８のメンテナンス手順について説明する。使用に伴いエロージョンや摩耗によってシール面８２ａが劣化すると、主弁体１８と主弁シート２２との間から蒸気漏れが発生する恐れがある。そのため、主弁体１８は定期的にメンテナンスを行う必要があるが、主弁体１８のメンテナンスを行うにはバルブＶＡを分解する必要がある。

具体的には、下ケース８を本体ケース４から取り外す。これにより、主ばね体２０を取り外すことができる。主ばね体２０を取り外すことで、主弁体１８を弁ホルダ１６から取り出すことができるようになる。

図６の（Ａ）は、取り出された主弁体１８を示す。主弁体１８のシール面８２ａを目視で確認する。シール面８２ａの劣化がない場合、主弁体１８をそのまま弁ホルダ１６に戻す。シール面８２ａに劣化がある場合、図６の（Ｂ）に示すように、最も主ばね体２０側のシール部材８４－５に対して矢印Ａ１の方向（主弁軸２６ｂ側）に手または工具により力を付与して、劣化した最も主弁軸２６ｂ側のシール部材８４－１を摺動部８０から押し出す。

さらに、図６の（Ｃ）に示すように、摺動部８０から押し出したシール部材８４－１をシール部材８４－５の下方（主ばね体２０側）に配置し、矢印Ａ２の方向（主弁軸２６ｂ側）に押し込む。これにより、シール部材８４－２が最も主弁軸２６ｂ側のシール部材８４となり、シール部材８４－１が最も主ばね体２０側のシール部材８４となる。この状態の主弁体１８を弁ホルダ１６に戻す。最後に、ケース８と主弁体１８との間に主ばね体２０介在させた状態で、下ケース８を本体ケース４に取り付ける。

上記構成によれば、バルブＶＡの主弁体１８が摺動部８０とシール部８２とからなり、シール部８２が複数のシール部材８４を有している。メンテナンスの際、劣化している最も主弁軸側２６ｂのシール部材８４－１を摺動部８０から取り外し、最も主ばね体２０側に嵌め込む。これにより、予備部品を携帯することなく容易にバルブＶＡのメンテナンスを行うことができる。

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、本発明のバルブは、弁体１８を弁シート２２に着座させるばね体２０と、弁体１８を弁シート２２から離間させる弁軸２６ｂを有していればよく、減圧弁のバルブＶＡに限定されない。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。

１０ 一次側通路（流入路）
１２ 二次側通路（流出路）
１６ 弁ホルダ
１８ 主弁体（弁体）
２０ 主ばね体（ばね体）
２２ 主弁シート（弁シート）
２６ｂ 主弁軸（弁軸）
３０ パイロット弁ユニット
８０ 摺動部
８２ シール部
８４ シール部材
Ｓ 蒸気（流体）
ＶＡ バルブ

Claims (4)

1. 流体の流入路と流出路との間を開閉する弁体と、
   前記弁体を保持する弁ホルダと、
   前記弁体をばね力によって弁シートに着座させるばね体と、
   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弁軸と、を備えたバルブであって、
   前記弁体は、前記弁ホルダの内面に沿って移動する筒形状の摺動部と、前記摺動部の中空孔に嵌合されて前記弁シートに着座するシール部とを有し、
   前記摺動部と前記シール部が別体で構成され、
   前記シール部が、前記弁体の移動方向に並ぶ複数のシール部材を有しているバルブ。
2. 請求項１に記載のバルブにおいて、前記シール部の一端面が前記弁軸に当接し、他端面が前記ばね体に当接しているバルブ。
3. 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、
   請求項１または２に記載のバルブを構成する主弁体を備えた減圧弁。
4. 請求項３に記載の減圧弁において、さらに、前記主弁体を開閉させるパイロット弁ユニットを備えた減圧弁。

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