WO2017217123A1 - 弁機構 - Google Patents

Abstract

流量調節弁１０は、流入口１２および流出口１３と、これらを繋ぐ流路１４とが形成されたケーシング１０と、流路１４に設けられた弁口２６と、弁口２６へ上流側から進退して弁口２６の上流側開口２６ａの開度を調節する弁体３２ｄとを備える。弁口２６は、上流側開口２６ａよりも開口径が小さい絞り部２６ｃと、絞り部２６ｃの下流側に連続して形成されると共に絞り部２６ｃよりも開口径が大きく形成された拡開部２６ｄとを有し、上流側開口２６ａが所定開度のとき、弁口２６における流体の通過面積が絞り部２６ｃで最小となるように構成されている。

Description

弁機構

　本願は、ドレンや蒸気等の流体を弁口から排出する弁機構に関し、特に弁口における異物除去対策に係るものである。

　ドレンや蒸気等の流体を弁口から排出する弁機構が知られている。このような弁機構では、流体中に含まれる異物が弁口に堆積して弁口が詰まるという問題がある。この問題を解決するための技術が例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示の技術は、弁口（オリフィス）内に配置された異物除去部材が、弁口を通過する流体によって転動することにより、弁口に付着堆積した異物を自動的に排除するものである。

特開２００１－２７３９１号公報

　しかしながら、上述した技術では、特に付着力の大きな異物の場合、異物を十分には除去することができないという問題があった。また、弁体が弁口に進退して弁口の開度を調節するような弁機構では、上述した技術のように異物除去部材を弁口内に配置することは実質困難である。

　本願に開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、弁体が弁口に進退して弁口の開度を調節する弁機構において、弁口に異物が付着堆積するのを未然に防止することにある。

　本願に開示の技術は、上記目的を達成するために、弁口において負圧域を形成するための絞り部を設けて、その負圧域によって異物を下流側へ排出するようにした。

　具体的に、本願の弁機構は、ケーシングと、弁口と、弁体とを備えている。上記ケーシングは、流体の流入口および流出口と、該流入口と流出口とを繋ぐ流路とが形成されている。上記弁口は、上記流路に設けられている。上記弁体は、上記弁口へ上流側から進退して該弁口の上流側開口の開度を調節するものである。上記弁口は、絞り部と、拡開部とを有している。上記絞り部は、上記上流側開口よりも開口径が小さい。上記拡開部は、上記絞り部の下流側に連続して形成されると共に該絞り部よりも開口径が大きく形成されている。そして、上記弁口は、上記上流側開口が所定開度のとき、上記弁口における流体の通過面積が上記絞り部で最小となるように構成されている。

　本願の弁機構によれば、弁口において絞り部で流体の流速が最大となる。これにより、絞り部において負圧が発生し、その負圧によって上流側に存在する異物が絞り部へ吸引され下流側へ排出される。したがって、弁口に異物が付着堆積するのを未然に防止することができる。

図１は、実施形態に係る流量調節弁（弁機構）の概略構成を示す断面図である。 図２は、流量調節弁の要部を拡大して示す断面図である。 図３は、実施形態に係る弁口について全閉時の状態を示す断面図である。 図４は、実施形態に係る弁口について微小開度時の状態を示す断面図である。 図５は、その他の実施形態に係る弁口について全閉時の状態を示す断面図である。 図６は、その他の実施形態に係る弁口について全閉時の状態を示す断面図である。

　以下、本願の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本願に開示の技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

　本実施形態の流量調節弁１０は、例えば蒸気システムに設けられ、蒸気を一定流量だけ排出するものであり、本願の請求項に係る弁機構を構成している。なお、蒸気は流量調節弁１０が対象とする流体の例示である。

　図１に示すように、本実施形態の流量調節弁１０は、ケーシング１１と、スクリーン２０と、弁口部材２５と、流量調節機構３０とを備えている。

　ケーシング１１は、略Ｙ型に形成されており、内部を蒸気が流通する。ケーシング１１には、蒸気の流入口１２および流出口１３と、該流入口１２と流出口１３とを繋ぐ流路１４とが形成されている。流入口１２と流出口１３とは、上下流方向に対向しており、互いに開口軸が同軸に形成されている。流路１４は、ブロー通路１５と、接続通路１６と、弁口用通路１８とを有している。

　ブロー通路１５は、上記開口軸から傾斜して設けられ、流入口１２に接続されている。接続通路１６は、上記開口軸周りの略径方向（開口軸を中心とする円の径方向）に延びる通路であり、ブロー通路１５と弁口用通路１８とを接続する（連通させる）ものである。弁口用通路１８は、上記開口軸周りの径方向に延びる通路であり、流出口１３に接続されている。そして、弁口用通路１８は、後述する弁口部材２５が設けられている。

　スクリーン２０は、ブロー通路１５内に設けられている。スクリーン２０は、ブロー通路１５の軸方向に延びる円筒状に形成され、一端が流入口１２に向かって開口している。ケーシング１１におけるブロー通路１５の開口端には、スクリーン２０を保持するスクリーンホルダ２１が螺合接合されている。スクリーン２０は、流入口１２からブロー通路１５に流入した蒸気に含まれる異物を捕捉するフィルタ部材を構成している。スクリーンホルダ２１には、ブロー弁２２が設けられている。ブロー弁２２は、開弁することにより、スクリーン２０に捕捉された異物を蒸気の流れによって外部に排出する。

　弁口部材２５は、略円筒状に形成されており、上述したように弁口用通路１８に設けられている。図２にも示すように、弁口部材２５は、弁口用通路１８の通路壁に上下流方向に螺合されて取り付けられている。弁口部材２５の中央には、上下流方向に貫通する弁口２６が形成されている。また、弁口部材２５は、上流側端面２７の中央に突出部２８が形成されている。突出部２８は、上流側端面２７において弁口２６の周縁部が上流側へ隆起してなるものである。つまり、突出部２８の端面２８ａ（上流側端面）は、弁口２６の開口面であり、平面に形成されている。弁口２６の詳細については後述する。

　流量調節機構３０は、流量調節弁１０における蒸気の排出流量を調節するものである。流量調節機構３０は、弁口用通路１８の外方側端部が位置するケーシング１１の外周壁、即ち弁口部材２５に対向するケーシング１１の外周壁に取り付けられている。流量調節機構３０は、保持部材３１と、弁部材３２と、キャップ３５とを備えている。

　保持部材３１は、弁部材３２を保持するものであり、ケーシング１１の外周壁に螺合接合されている。弁部材３２は、主軸部３２ａと、弁体３２ｄとを有している。主軸部３２ａは、断面が円形の棒状に形成され、弁口２６と対向する位置に弁口２６（弁口部材２５）と同軸となる状態で設けられている。主軸部３２ａは、保持部材３１のねじ孔３１ａに螺合することで保持されている。具体的に、主軸部３２ａの下端部（弁口２６側の端部）は外周面に雄ねじが形成された螺合部３２ｂとなっており、この螺合部３２ｂが保持部材３１のねじ孔３１ａに螺合する。弁体３２ｄは、主軸部３２ａの下端に連続して形成されている。弁体３２ｄの詳細については後述する。また、保持部材３１におけるねじ孔３１ａの上方には、保持部材３１と弁部材３２の主軸部３２ａとの隙間をシールするパッキン３３が押え部材３４によって装着されている。そして、保持部材３１には、弁部材３２の上端部および押え部材３４を覆うキャップ３５が螺合により取り付けられている。

　流量調節機構３０では、弁部材３２（主軸部３２ａ）を回転させることにより、弁体３２ｄ（弁部材３２）が弁口２６へ上流側から進退して弁口２６における上流側開口２６ａの開度を調節するように構成されている。この弁口２６の開度調節により、弁口２６における蒸気の排出流量が調節される。具体的に、主軸部３２ａは回転されることで図１に示す矢印方向に移動（変位）する。これにより、弁体３２ｄが弁口２６へ向かって進退する。弁体３２ｄが前進して弁口２６に進入することで、弁口２６の上流側開口２６ａの開口面積（開度）が減少し蒸気の排出流量が減少される。

　〈弁口および弁体の構成〉
　図２に示すように、弁口２６は、上流側開口２６ａと、テーパー部２６ｂと、絞り部２６ｃと、拡開部２６ｄとを有している。これら上流側開口２６ａやテーパー部２６ｂ等は、上流側から順に連続して形成されている。上流側開口２６ａは、弁口２６における上流端の開口であり、突出部２８の端面２８ａに形成されている。絞り部２６ｃは、上流側開口２６ａよりも開口径が小さい。テーパー部２６ｂは、上流側開口２６ａと絞り部２６ｃとに繋がる部分であり、上流側開口２６ａから絞り部２６ｃにいくに従って開口径が漸次小さくなっている。拡開部２６ｄは、絞り部２６ｃの下流側に連続して形成されると共に絞り部２６ｃよりも開口径が大きく形成されている。拡開部２６ｄは、絞り部２６ｃから下流側にいくに従って開口径が漸次大きくなるテーパー状に形成されている。なお、拡開部２６ｄの下流端は開口径が上流側開口２６ａの開口径よりも大きい。

　弁体３２ｄは、主軸部３２ａ側から順に、鍔部３２ｃと、テーパー部３２ｅと、円柱部３２ｆと、テーパー部３２ｇとを有し、これらが連続して形成されている。鍔部３２ｃは、外径が主軸部３２ａよりも大径に形成された円板部材である。また、鍔部３２ｃは、外径が弁口部材２５の突出部２８よりも大径に形成されている。

　テーパー部３２ｅ、円柱部３２ｆおよびテーパー部３２ｇは、弁口２６に進入する部分である。テーパー部３２ｅは、鍔部３２ｃの下端面から下流側へ延びており、外径が下流側へいくに従って小さくなっている。テーパー部３２ｅは、図３に示すように、弁口２６に進入し弁口２６のテーパー部２６ｂと面接触して上流側開口２６ａを閉じる部分である。つまり、弁口２６においてテーパー部２６ｂはシート部となっている。また、テーパー部３２ｅは、弁口２６のテーパー部２６ｂと面接触した状態において絞り部２６ｃから下流側へ突出する長さ（弁口２６の軸方向長さ）に形成されている。このように、弁体３２ｄのテーパー部３２ｅが弁口２６のテーパー部２６ｂに面接触すると、上流側開口２６ａ（弁口２６）が全閉状態となる。なお、この全閉状態では、鍔部３２ｃは突出部２８の端面２８ａに接している。

　円柱部３２ｆは、テーパー部３２ｅの下流端から下流側へ延びる部分であり、外径がテーパー部３２ｅの下流端と同径に形成されている。つまり、円柱部３２ｆは、軸方向において外径が一定の部分である。テーパー部３２ｇは、円柱部３２ｆの下流端から下流側へ延びており、外径が下流側へいくに従って小さくなっている。なお、テーパー部３２ｇは、テーパー部３２ｅおよび円柱部３２ｆよりも長く形成されている。

　そして、弁口２６および弁体３２ｄでは、図４に示すように、上流側開口２６ａが所定の微小開度のとき、弁口２６における蒸気の通過面積が絞り部２６ｃで最小となるように構成されている。図４は、全閉状態から弁体３２ｄ（弁部材３２）が少し後退（上方へ移動）した状態を示す。なお、図３および図４では弁部材３２の主軸部３２ａを省略している。つまり、弁体３２ｄにおいてテーパー部３２ｅの下流側に円柱部３２ｆが形成されていることにより、弁体３２ｄが少し後退しても、絞り部２６ｃにおける弁体３２ｄとの隙間（即ち、蒸気の通過面積）を最小にすることができる。なお、上流側開口２６ａ（弁口２６）の全開時では、鍔部３２ｃが保持部材３１の底面に接するまで弁体３２ｄが後退する（図１に示す状態）。

　流量調節弁１０では、高温高圧の蒸気が、流入口１２からスクリーン２０の内部に流入して該スクリーン２０を通過し、接続通路１６および弁口用通路１８の順に流れる。蒸気がスクリーン２０を通過する際、蒸気に含まれる異物がスクリーン２０に捕捉される。弁口用通路１８に流れた蒸気は、弁口２６を通過して流出口１３から外部に排出される。蒸気が弁口２６を通過する際、蒸気の排出流量が上流側開口２６ａの開口面積（開度）に応じた流量に制限される。

　ここで、スクリーン２０で捕捉しきれない微小な異物は、スクリーン２０を通過し、弁口２６へ向かって流れ、弁口２６の上流側開口２６ａ付近に滞留する虞がある。本実施形態の流量調節弁１０では、通常運転時、弁口２６の上流側開口２６ａが上述した所定の微小開度に設定される。弁口２６では、蒸気の通過面積が絞り部２６ｃで最小となっているため、流入した蒸気の流速は絞り部２６ｃで最大となる。そのため、弁口２６では絞り部２６ｃで負圧が発生する。つまり、弁口２６において絞り部２６ｃが負圧域となる。この負圧域の発生により、弁口２６の上流側開口２６ａ付近で滞留する異物は絞り部２６ｃへ吸引されて下流側へ排出される。これにより、スクリーン２０を通過した異物は、弁口２６に付着堆積することなく弁口２６を通過する。

　以上のように、上記実施形態の流量調節弁１０によれば、弁口２６に絞り部２６ｃを設け、弁口２６の上流側開口２６ａが所定開度（所定の微小開度）のとき、弁口２６における蒸気の通過面積が絞り部２６ｃで最小となるようにした。これにより、弁口２６において蒸気の流速を絞り部２６ｃで最大にすることができ、絞り部２６ｃに負圧を発生させることができる。そして、この負圧により、上流側開口２６ａ付近で滞留する異物を吸引して弁口２６から下流側へ排出させることができる。したがって、弁口２６に異物が付着堆積するのを未然に防止することができる。

　また、弁口２６において絞り部２６ｃの下流側に拡開部２６ｄを設けるようにしたため、絞り部２６ｃにおける蒸気の流速を安定させることができる。これにより、安定して絞り部２６ｃに負圧を発生させることができる。

　また、弁口２６では、上流側開口２６ａから絞り部２６ｃに繋がる部分をテーパー部２６ｂとしたため、テーパー部２６ｂに流れ込んだ異物がその自重によって下流側へ流下しやすくなる。したがって、異物を弁口２６に付着させることなく弁口２６から下流側へ効果的に排出させることができる。

　また、弁口２６においてテーパー部２６ｂをシート部とし、そのテーパー部２６ｂに弁体３２ｄのテーパー部３２ｅを面接触させることによって上流側開口２６ａ（弁口２６）を閉じるようにしたため、シール性が安定する。

　また、弁体３２ｄにおけるテーパー部３２ｅは、弁口２６のテーパー部２６ｂと面接触した状態において絞り部２６ｃから下流側へ突出するようにした。さらに、弁体３２ｄにおいて、外径がテーパー部３２ｅの下流端と同径に形成され、該下流端から下流側へ延びる円柱部３２ｆを設けるようにした。そのため、弁体３２ｄが少し後退して上流側開口２６ａが微小開度に設定された状態で、絞り部２６ｃと円柱部３２ｆ（弁体３２ｄ）との間に隙間（即ち、蒸気の通過面積）を形成することができ、その隙間を最小にすることができる。

　また、円柱部３２ｆは一定の長さを有するため、幅広い開度範囲において絞り部２６ｃと円柱部３２ｆ（弁体３２ｄ）との隙間を最小に保持することができる。したがって、上流側開口２６ａの開度調節の範囲が拡がる。

　また、弁口２６において、拡開部２６ｄをテーパー状にしたため、開口径が急激に拡がる形態に比べて、拡開部２６ｄにおけるキャビテーションの発生を抑制することができる。

　また、万一、異物が弁口部材２５における突出部２８の端面２８ａに付着堆積した場合、弁体３２ｄを前進させ鍔部３２ｃを突出部２８の端面２８ａまで移動させる（即ち、全閉状態にする）ことで、端面２８ａに堆積した異物を鍔部３２ｃによって押し潰すことができる。弁口部材２５では突出部２８が隆起しているため、押し潰された異物が突出部２８から周りへ流れる。こうして、端面２８ａから異物を除去することができる。

　（その他の実施形態）
　上記実施形態の流量調節弁１０では、弁口や弁体の構成を以下のように変更するようにしてもよい。例えば、図５に示すように、弁口２６において、絞り部２６ｃの下流側に形成する拡開部２６ｅを、テーパー状ではなく開口径が急激に拡がる形態としてもよい。また、図６に示すように、弁口２６において、上流側開口２６ａから絞り部２６ｃに繋がる部分を開口径が一定の円柱部２６ｆとしてもよい。そして、弁体３２ｈにおいて、鍔部３２ｃの下流側は円柱部３２ｉおよびテーパー部３２ｊで構成するようにしてもよい。図５および図６に示す何れの形態においても、上記実施形態と同様、弁口２６の上流側開口２６ａが所定開度（所定の微小開度）のとき、弁口２６における蒸気の通過面積は絞り部２６ｃで最小となるように構成されている。

　また、上記実施形態の流量調節弁１０において、スクリーン２０やブロー弁２２は省略するようにしてもよい。

　本願に開示の技術は、弁口を有し、流体を弁口から排出する弁機構について有用である。

１０　　　流量調節弁（弁機構）
１１　　　ケーシング
１２　　　流入口
１３　　　流出口
１４　　　流路
２６　　　弁口
２６ａ　　上流側開口
２６ｂ　　テーパー部
２６ｃ　　絞り部
２６ｄ，２６ｅ　　拡開部
３２ｄ，３２ｈ　　弁体
３２ｅ　　テーパー部
３２ｆ　　円柱部

Claims (5)

1. 　流体の流入口および流出口と、該流入口と流出口とを繋ぐ流路とが形成されたケーシングと、
   　上記流路に設けられた弁口と、
   　上記弁口へ上流側から進退して該弁口の上流側開口の開度を調節する弁体とを備え、
   　上記弁口は、上記上流側開口よりも開口径が小さい絞り部と、該絞り部の下流側に連続して形成されると共に該絞り部よりも開口径が大きく形成された拡開部とを有し、上記上流側開口が所定開度のとき、上記弁口における流体の通過面積が上記絞り部で最小となるように構成されている
   ことを特徴とする弁機構。
2. 　請求項１に記載の弁機構において、
   　上記弁口は、上記上流側開口から上記絞り部まで開口径が漸次小さくなるテーパー部を有している
   ことを特徴とする弁機構。
3. 　請求項２に記載の弁機構において、
   　上記弁体は、上記弁口に進入し該弁口のテーパー部と面接触して上記上流側開口を閉じると共に、上記弁口のテーパー部と接した状態において上記絞り部から下流側へ突出するテーパー部を有している
   ことを特徴とする弁機構。
4. 　請求項３に記載の弁機構において、
   　上記弁体は、外径が該弁体のテーパー部の下流端と同径に形成され、該下流端から下流側へ延びる円柱部を有している
   ことを特徴とする弁機構。
5. 　請求項１乃至４の何れか１項に記載の弁機構において、
   　上記弁口の拡開部は、上記絞り部から開口径が漸次大きくなるテーパー状に形成されている
   ことを特徴とする弁機構。

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