JP7378149B2 - 回転式自動清掃機能付き弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体の通路に設けられて通路の開閉により通路の圧力を調節する回転式自動清掃機能付き弁装置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弁装置が配置される。そのような弁装置は、弁体を弁シートに対して着座および離間させることで閉弁および開弁を行う。弁体は、ばね体（通常、コイルばね）により弁シートに圧接される。その際、弁体は常に同じリング状の接触部で弁シートと接触する。その結果、弁体３２と弁シートとの接触箇所に、図８に示すように、リング状に水垢のようなスケール８０が堆積していた。このスケール８０が弁体と弁シート間に噛み込むと、蒸気のような流体の漏れが発生するおそれがある。なお、弁装置および減圧弁の先行技術として下記のものがある。

特開２０２０－０２９８７２号公報

本発明は、このようなスケールの堆積を防止する弁装置およびこれを用いた減圧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、本発明の弁装置は、流体の流入路と流出路との間を開閉する弁体と、前記弁体をばね力によって弁シートに着座させる第１のばね体と、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シャフト部材と、前記弁体における前記弁シートとの接触面とこれよりも前記第１のばね体寄りの近傍面に接触して清掃するブラシユニットとを備えている。前記ブラシユニットに、開弁したときの前記流体の流れによって前記弁シートを有する弁座ブロックに対して前記ブラシユニットを軸心回りに回転させる溝または羽根が設けられている。

この構成によれば、ブラシユニットに溝または羽根が設けられ、開弁したときの流体の流れが前記溝または羽根に作用することにより、ブラシユニットが軸心回りに回転する。このブラシユニットは開弁するたびに回転し、弁体における少なくとも弁シートとの接触面を清掃するので、弁体と弁シートとの接触面にスケールが堆積するのを防止することができる。また、スケールの堆積を防止することで弁体と弁シートとの間でのスケールの噛み込みに起因する流体漏れを抑制することができる。

本発明の弁装置において、前記ブラシユニットは前記弁シートを有する弁座ブロックに回転自在に支持された環状の保持部材と、この保持部材に保持されて前記保持部材から内径側に突出して前記弁体に接触するブラシとを備え、前記溝または羽根が前記保持部材における前記弁シートに対向する側面と反対側の側面に設けられていてもよい。

この構成によれば、ブラシユニットが保持部材により弁座ブロックに安定して支持される。また、溝または羽根が保持部材における弁シートに対向する側面と反対側の側面に設けられているので、開弁時、導入される流体が前記側面に直接当たって保持部材とブラシを効率よく回転させる。

本発明の弁装置において、前記ブラシユニットは、さらに、前記弁座ブロックに取り付けられる環状の台座を有し、この台座に前記保持部材が回転自在に支持されていてもよい。この構成によれば、使用による経年劣化でブラシユニットのブラシを交換する場合、ブラシが保持部材および台座とセットであることで、弁座ブロックに対する取付・取外作業が簡単に行え、メンテナンス作業が迅速に行える。

本発明の弁装置において、前記弁体はボール形であってもよい。弁体がボール形であると、ブラシユニットのブラシの先端が前記弁体の滑らかな接触面に接触してスケールを削ぎ落すことができる。

本発明の弁装置において、前記弁体は円筒形であり、その頂部に設けた円錐台形状の傾斜面が前記接触面を形成していてもよい。

本発明の第１構成に係る減圧弁は、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、前記主通路を開閉する主弁体と、前記主弁体を開閉作動させるパイロット弁ユニットとを備えている。前記パイロット弁ユニットは、本発明の弁装置と、前記弁装置の前記シャフト部材を開弁方向に押圧して前記弁体を前記弁シートから離間させる第１の弁駆動部とを有している。前記第１の弁駆動部は、前進して前記シャフト部を開弁方向に押圧する第２のばね体と、前記二次側の圧力を受けて前記第２のばね体を、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とを有している。さらに、前記流出路の圧力を受けて前記主弁体を開弁させる第２の弁駆動部が設けられ、前記弁装置の前記流入路が前記主通路の一次側に連通している。

本発明の第２構成に係る減圧弁は、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、前記主通路を開閉する請求項１から４のいずれか一項に記載の弁装置と、前記弁装置の前記シャフト部材を開弁方向に押圧して前記弁体を前記弁シートから離間させる弁駆動部とを備えている。前記弁駆動部は、前進して前記シャフト部を開弁方向に押圧する第２のばね体と、前記二次側の圧力を受けて前記第２のばね体を、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とを有している。前記主通路の一次側と二次側がそれぞれ前記弁装置の流入路と流出路を形成している。

前記した第１構成および第２構成の減圧弁によれば、上述のように、弁体と弁シートとの接触箇所および弁体とばね体との接触箇所にスケールが堆積するのを防ぐことができる。

本発明の弁装置および減圧弁によれば、スケールの堆積を防止して、流体漏れを抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る弁装置を備えた減圧弁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。 （Ａ）は同弁装置を示す縦断面図、（Ｂ）は閉弁時のブラシユニットの正面断面図を示す。 （Ａ）は同弁装置を示す縦断面図、（Ｂ）は開弁時のブラシユニットの正面断面図を示す。 従来の弁装置を示す縦断面図である。 同弁装置の弁体と弁シートとの接触箇所にスケールが堆積した状態を示す斜視図である。 （Ａ）は本発明の第２実施形態に係る弁装置のブラシユニットを示す縦断面図、である。 （Ａ）は本発明の第３実施形態に係る弁装置の要部の縦断面図、（Ｂ）は同じく要部の正面図である。 本発明の弁装置を備えた減圧弁の変形例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は本発明の第１実施形態に係る弁装置を用いたパイロット作動式の減圧弁を示す。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。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。

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、ボール形の弁体３２を含む弁装置３４と、この弁装置３４を開閉させる弁駆動部３６とを有する。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。前記弁体３２は滑らかな接触面を有している。

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。

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。

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。

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、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。これらパイロット室６２と貫通路６８とが、パイロット弁ユニット３０に対する流入路と流出路をそれぞれ形成している。他方、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、本発明の要部である自動清掃機能付き弁装置３４について図５および図６により説明する。ここで、図５（Ａ）は同弁装置を示す縦断面図であって、閉弁状態を示し、図５（Ｂ）はブラシユニットの正面図を示す。同じく図６（Ａ）は同弁装置を示す縦断面図であって開弁状態を示し、図６（Ｂ）はブラシユニットの正面図を示す。図５に示すように、弁装置３４は、弁体３２を開弁方向に押圧して弁シート４０から離間させるシャフト部材４２と、前記弁体３２における前記弁シート４０との接触面８２とこれよりも前記第１のばね体４４寄りの近傍面８４に接触して清掃するブラシユニット９０とを備えている。ブラシユニット９０は第１のばね体４４のばね受けとなるプラグ９２の先端面９２ａによって弁座ブロック３７の段部９４に押し付けられて支持されている。プラグ９２は外ねじ部９２ｂにより弁座ブロック３７にねじ込まれて接続されている。

ブラシユニット９０は弁シート４０を有する弁座ブロック３７に取り付けられた環状の台座９０ｃを有し、この台座９０ｃに環状の保持部材９０ａが回転自在に支持されている。この保持部材９０ａは、内径側に突出して弁体３２に接触するブラシ９０ｂを備えている。保持部材９０ａには、図５（Ｂ）に示すように、溝９３が保持部材９０ａにおける弁シート４０に対向する側面と反対側の側面９０ａａに周方向に並んで複数、設けられている。この溝９３は保持部材９０ａの径方向の内側から外側へと径方向に対して傾斜した方向に延びている。開弁時には図６（Ｂ）に示すように、溝９３に導入される流体Ｓが旋回流となって保持部材９０ａを軸心周り（Ｒ１方向）に回転させる。

ここで、本発明のブラシユニット９０が設けられていない図７に示す従来の弁装置３４では、弁体３２は、前述のとおり、弁体３２における周方向の常に同じ接触箇所ＣＴで弁シート４０に接触していた。その結果、接触箇所ＣＴの周囲に、図８に示すように、弁体３２と弁シート４０との接触箇所に、リング状にスケール８０が堆積していた。

これに対し、図５および図６に示す第１実施形態では、上述のとおり、弁体３２の閉弁時の図５の状態から開弁時の図６の状態に切り替わると、流体Ｓが溝９３に流れ込んでブラシユニット９０の保持部材９０ａとブラシ９０ｂを弁体３２の軸心ＣＰ周りに矢印Ｒ１方向に回転させる（図６（Ｂ））。この結果、弁体３２における弁シート４０との接触面８２とこれよりも第１のばね体４４寄りの近傍面８４を含む、弁シート４０との接触箇所がブラシ９０ｂによって擦られて清掃され、接触箇所の周囲にスケールが堆積しない。また、使用による経年劣化でブラシユニット９０のブラシ９０ｂを交換する場合、ブラシ９０ｂが保持部材９０ａおよび台座９０ｃとセットであることで、弁座ブロック３７に対する取付・取外作業が簡単に行え、メンテナンス作業が迅速に行える。

図９は、本発明の第２実施形態の要部を示し、同図（A）はブラシユニット９０の縦断面図、同図（Ｂ）はブラシユニット９０の正面図を示す。この第２実施形態では、第１実施形態の溝９３に代えて、ブラシユニット９０の保持部材９０ａに羽根９５が形成されている。この羽根９５は、前記溝９３と同様、開弁時に導入される蒸気のような流体Ｓの作用によって保持部材９０ａが軸心ＣＰ周り（回転方向Ｒ１）に回転するような向きと角度で湾曲して設けられている。この羽根９５は、保持部材９０ａにおける弁シート４０と反対側の側面９０ａａに周方向に並んで複数、突出して設けられている。

図１０は、第３実施形態に係る弁装置を示す。第３実施形態では、弁体３２が円筒形である。この弁体３２の頂部の外周に、傾斜面８３が設けられている。具体的には、弁体３２の円筒部３２ａの頂部が円錐台形状を有しており、この円錐台部３２ｂの外周面が傾斜面８３を構成している。弁体３２の閉弁時に、この傾斜面８３が弁シート４０に接触する。この第３実施形態の場合においても第１実施形態の溝９３または第２実施形態の羽根９５のいずれかが保持部材９０ａに設けられている。その他の構成は、第１実施形態と同じであり、この第３実施形態においても第１実施形態と同様の効果を奏する。

本発明はパイロット作動式に限らず、図１１に示す直動式の減圧弁ＰＲＶ１にも適用できる。この減圧弁ＰＲＶ１は、図１のパイロット弁ユニット３０とほぼ同一の構造であり、同一部分に同一の符号が付されている。この減圧弁ＰＲＶ１は、図５の第１実施形態の弁装置３４を用いている。図１１において流入路となる一次側通路１０が弁体３２の開弁により減圧されて、流出路である二次側通路１２から流出する。

この直動式の減圧弁ＰＲＶ１の作動はつぎの通りである。
［減圧前］
第１のばね体４４によって弁体３２が弁シート４０に押圧されて閉弁状態にある。

［圧力調整］
ハンドル５２を左に回すと、弁駆動部３６の圧力調整手段４９に含まれた第２のばね体５４が伸長し、シャフト部材４２を押し下げて弁体３２を開く。これにより、一次側通路１０の蒸気Ｓが二次側通路１２に流れる。

［減圧の保持］
二次側通路１２の圧力が高くなると、ベローズ４３が収縮し、シャフト部材４２の上昇が許容されて、弁体３２が閉弁方向（上方向）に移動する。これにより、弁体３２の開度が調整される。

上記実施形態に開示された複数の構成の組合せも本発明に含まれる。例えば、図５の第２実施形態の溝９３が設けられた弁体３２の底部に、図１０の第３実施形態の傾斜面８３が設けられてもよい。

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、上記実施形態では、図５の弁装置３４を減圧弁ＰＲＶに使用したが、減圧弁ＰＲＶに限定されず、例えば、蒸気トラップに使用することもできる。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。

１８ 主弁体
４ 主弁駆動部（第２の弁駆動部）
３０ パイロット弁ユニット
３２ 弁体
３２ａ 円筒部
３２ｂ 円錐台部
３４ 弁装置
３６ 弁駆動部（第１の弁駆動部）
３７ 弁座ユニット
４０ 弁シート
４２ シャフト部材
４４ 第１のばね体（コイルスプリング）
４９ 圧力調整手段（閉弁力付加部材）
５４ 第２のばね体
６２ パイロット室（流入路）
６８ 貫通路（流出路）
９０ ブラシユニット
９０ａ 保持部材
９０ａａ 側面
９０ｂ ブラシ
９０ｃ 台座
９３ 溝
９５ 羽根
８２ 接触面
８３ 傾斜面
８４ 近傍面
ＰＲＶ、ＰＲＶ１ 減圧弁
Ｓ 流体（蒸気）

Claims (6)

1. 流体の流入路と流出路との間を開閉する弁体と、
   前記弁体をばね力によって弁シートに着座させる第１のばね体と、
   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シャフト部材と、前記弁体における前記弁シートとの接触面とこれよりも前記第１のばね体寄りの近傍面に接触して清掃するブラシユニットとを備え、
   前記ブラシユニットに、開弁したときの前記流体の流れによって前記弁シートを有する弁座ブロックに対して前記ブラシユニットを軸心回りに回転させる溝または羽根が設けられ、
   前記ブラシユニットは前記弁シートを有する弁座ブロックに回転自在に支持された環状の保持部材と、この保持部材に保持されて前記保持部材から内径側に突出して前記弁体に接触するブラシとを備え、前記溝または羽根が前記保持部材における前記弁シートに対向する側面と反対側の側面に設けられている自動清掃機能付き弁装置。
2. 請求項１に記載の弁装置において、前記ブラシユニットは前記弁座ブロックに取り付けられた環状の台座を有し、この台座に前記保持部材が回転自在に支持されている自動清掃機能付き弁装置。
3. 請求項１または２に記載の弁装置において、前記弁体はボール形である自動清掃機能付き弁装置。
4. 請求項１または２に記載の弁装置において、前記弁体は円筒形であり、その頂部に設けた円錐台形状の傾斜面が前記接触面を形成している自動清掃機能付き弁装置。
5. 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、
   前記主通路を開閉する主弁体と、
   前記主弁体を開閉作動させるパイロット弁ユニットとを備え、
   前記パイロット弁ユニットが、請求項１から３のいずれか一項に記載の弁装置と、
   前記弁装置の前記シャフト部材を開弁方向に押圧して前記弁体を前記弁シートから離間させる第１の弁駆動部とを有し、
   前記第１の弁駆動部は、前進して前記シャフト部材を開弁方向に押圧する第２のばね体と、前記二次側の圧力を受けて前記第２のばね体を、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とを有し、
   さらに、前記流出路の圧力を受けて前記主弁体を開弁させる第２の弁駆動部が設けられ、
   前記弁装置の前記流入路が前記主通路の一次側に連通している減圧弁。
6. 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、
   前記主通路を開閉する請求項１から３のいずれか一項に記載の弁装置と、
   前記弁装置の前記シャフト部材を開弁方向に押圧して前記弁体を前記弁シートから離間させる弁駆動部とを備え、
   前記弁駆動部は、前進して前記シャフト部材を開弁方向に押圧する第２のばね体と、前記二次側の圧力を受けて前記第２のばね体を、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とを有し、
   前記主通路の一次側と二次側がそれぞれ前記弁装置の流入路と流出路を形成している減圧弁。

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