JP7398805B2

JP7398805B2 - 自動清掃機能付き弁装置とこれを備えた減圧弁

Info

Publication number: JP7398805B2
Application number: JP2020188617A
Authority: JP
Inventors: 有希雄北邑
Original assignee: 株式会社ミヤワキ
Priority date: 2020-11-12
Filing date: 2020-11-12
Publication date: 2023-12-15
Anticipated expiration: 2040-11-12
Also published as: JP2022077677A

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、弁体と弁シートとの接触箇所に、図７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して、流体漏れを防止する自動清掃機能付き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。

（請求項１）
上記目的を達成するために、本発明の自動清掃機能付き弁装置は、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。

この構成によれば、弁体の閉弁と開弁の繰り返しにともない、ブラシユニットのブラシは弁体に対して起立状態と傾斜状態を交互に繰り返す動作をすることになる。このような弁体３２に対するブラシの動作により、ブラシが弁体における弁シートとの接触面とこれよりも第１のばね体寄りの近傍面に接触してブラッシングが行われる。この結果、弁体における少なくとも弁シートとの接触面にスケールが堆積することを防止できる。また、スケールの堆積を防止できることでスケールの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。

（請求項２）
本発明において、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有する。

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、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。

（請求項３）
本発明において、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球面状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。

（請求項４）
本発明において、前記シャフト部材または前記第１のばね体による押圧力の方向が前記弁体の中心点から偏位してもよい。

この構成によれば、シャフト部材の押圧力により弁体が回転するので、弁体と弁シートとの接触箇所が変化するから、ブラシユニットのブラシによるブラッシング作用との相乗効果により、接触箇所の周囲にスケールが堆積することを防止できる。

（請求項５）
本発明において、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。この場合、傾斜面に円滑にブラシを接触させて清掃できる。

（請求項６）
本発明の第1構成の減圧弁は、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、前記パイロット弁ユニットが、前記したいずれか一つの弁装置と、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。

（請求項７）
本発明の第2構成の減圧弁は、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前記したいずれか一つの弁装置と、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。

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。

本発明の自動清掃機能付き弁装置および減圧弁によれば、スケールが弁体における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堆積するのを強制的に防止できる。また、スケールの堆積を防止できることで、スケールの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蒸気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であって閉弁状態を示し、（Ｂ）はブラシユニットの正面図を示す。（A）は同弁装置を示す縦断面図であって開弁状態を示し、（Ｂ）はブラシユニットの正面図を示す。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。本発明の第２実施形態に係る弁装置を示す縦断面図である。本発明の第３実施形態に係る弁装置を示す縦断面図である。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。ここで、前記ボール形の弁体３２はマルテンサイト系のステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４４０Ｃ）を素材として作られている。

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と弁体３２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。

つぎに上記構成の動作について説明する。
［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の先端の先端板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。

このブラシユニット９０は、弁シート４０を有する弁座ブロック３７に支持された環状の保持部材９０aと、この保持部材９０aに保持されて前記保持部材９０aから内径側に突出して弁体３２に接触するブラシ９０ｂとを有する。この環状の保持部材９０aから内径側に突出したブラシユニット９０のブラシ９０ｂの先端が、弁体３２の開閉動作のたびに弁体３２の接触面８２と近傍面８４に当たってこれらの面を擦るので、弁体３２と弁シート４０との間にスケールが堆積するのを安定的に防止することができる。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・取外作業が容易になり、メンテナンス作業が迅速に行える。ここで、前記ブラシ９０ｂは蒸気のような高温流体に曝されても変形せず、劣化の少ない金属や樹脂などの素材からなる。

図５（A）に示すように、弁体３２の閉弁時には、ブラシユニット９０のブラシ９０ｂが曲がって、その先端が弁シート４０に近づくように傾斜している。また、弁体３２の開弁時では、図６（A）に示すように、ブラシユニット９０のブラシ９０ｂの先端が弁体３２の表面に起立した状態で接触面８２および近傍面８４に接触している。

ここで、従来のシャフト部材４２は、図７に示すように、丸棒状であり、その先端面がシャフト軸心Ｃ１と直交する平面であった。そのために、前述のとおり、弁体３２はシャフト軸心Ｃ１上の常に同じ接触箇所ＣＴで接触していた。その結果、接触箇所ＣＴの周囲に、図８に示すように、リング状にスケール８０が堆積して弁体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、この第１実施形態では、弁体３２の閉弁と開弁の繰り返しにともない、ブラシ９０ｂは弁体３２に対して起立状態と傾斜状態を交互に繰り返す動作をすることになる。このような弁体３２に対するブラシ９０ｂの動作により、ブラシ９０ｂが弁体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に接触してブラッシングが行われる。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とを含む、弁体・弁シール間の接触箇所にスケールが堆積することを防止できる。

図９に示す第２実施形態のように、シャフト部材４２を、大径の基部４２cと、この基部４２ｃの軸心Ｃ１から偏位した軸心Ｃ２を持つ棒状の小径の押し込み部４２dとで形成してもよい。この場合でも、シャフト部材４２の押圧力Ｐにより弁体３２が回転（Ｒ１）することで、弁体３２と弁シート４０との接触箇所が変化するので、ブラシ９０ｂによるブラッシング作用により、接触箇所の周囲にスケールが堆積することを一層防止できる。

図１０に示す第３実施形態のように、弁装置３４において、前記弁体３２は円筒形３２ａであり、その頂部に設けた円錐台形状の傾斜面３２ｂが弁シート４０に接触する接触面となるように形成してもよい。

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、図６に示す第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。弁体３２の開閉動作のたびにブラシユニット９０のブラシ９０ｂによって弁体３２と弁シール４０との接触箇所が清掃される。

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。

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
２４主弁駆動部（第２の弁駆動部）
３０パイロット弁ユニット
３２ボール形の弁体
３４弁装置
３６弁駆動部（第１の弁駆動部）
３７弁座ブロック
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
９０ｂブラシ
ＰＲＶ、ＰＲＶ１減圧弁
Ｓ流体（蒸気）

Claims

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た自動清掃機能付き弁装置と、
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。
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、
前記主通路を開閉し、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た自動清掃機能付き弁装置と、
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。
請求項１または２に記載の減圧弁において、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有する減圧弁。
請求項１ないし３に記載の減圧弁において、前記弁体はボール形である減圧弁。
請求項４に記載の減圧弁において、前記シャフト部材または前記第１のばね体による押圧力の方向が前記弁体の中心点から偏位している減圧弁。
請求項１ないし３に記載の減圧弁において、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減圧弁。