WO2019026814A1 - バルブ - Google Patents

Abstract

パッキンに歪みが生じにくくメンテナンスが容易である高圧ガス用のバルブを提供すること。 高圧ガス用のバルブ（Ｖ）であって、前記バルブ（Ｖ）のバルブボディ（１）に形成された貫通孔（５）の内部には、シート部材（６）が設けられており、前記シート部材（６）は貫通孔内部で高圧ガスの流路を構成し、前記シート部材（６）は押さえ部材（９）によって貫通孔内部で固定され、前記貫通孔（５）の端部開口は蓋部材（１０）によって閉じられ、前記貫通孔（５）の端部開口の周縁部にはガスケット（１１）が設けられ、前記ガスケット（１１）は、前記蓋部材（１０）と前記バルブボディ（１）とによって挟持され、前記蓋部材（１０）はプラグ（１２）によって前記バルブボディ（１）へ近づく方向へ押圧され、前記プラグ（１２）と蓋部材（１０）との間にはベアリング（１３）が設けられていることを特徴とするバルブとする。

Description

バルブ

　本発明は、流体の制御弁に関し、特に、高圧流体を制御する開閉弁として好適に用いられるバルブに関する。

　バルブは、配管などの流路に設けられ、流体を通したり、止めたり、制御したりするために、流路を開閉できる可動機構（弁）を持つ機器である。
　弁を上げ流路が開いたときは流体が上流から下流に流れ、弁を下げ流路が閉じたときは　流体の流れが止められる。
　加えて弁を少し上下させ、流路を狭めることで流量を調整することができるバルブもある。

　流路は上流側と接続する第一流路、下流側と接続する第二流路および第一流路と第二流路を繋ぎ、かつステムが移動する空間としてバルブボディ内に設けられた貫通孔から構成　される。
流体の圧力によっては流体が流路内を通る際に漏れるおそれがあったため漏れを防ぐため　の対策がされてきた。

　例えば文献１に記載されているように流路を形成するシート部材をバルブボディに挿入する構成のバルブでは、例えば弁体駆動部材に直接ゴム材を取り付ける、あるいはシート部材の外用面とバルブボディの貫通孔の内面との対向面にＯリングなどのパッキンを取り付けることで外部に流体が漏れないように密閉をしていた。

国際公開第２０１７／０２２８３８号

　しかし、上記したようなＯリングを用いる従来のバルブでは、シート部材の外面とバルブボディの貫通孔の内面との対向面に設けられたＯリングが、ステムとの摩擦に伴って摩耗する、あるいはステムやボディ等からの押圧力によってＯリングが変形する。通常、これらの変形が発生している状態で、流体の圧力がさらに加わることで、Ｏリングが更に歪むが、流体の圧力が高くない場合は、Ｏリングの歪みも小さく、流体が漏れることなくシールとしての機能を果たす事が出来る。しかし、高圧の流体の場合、Ｏリングに加わる圧力が高いため、Ｏリングの歪みも大きくなる。また、Ｏリングはゴムまたは樹脂素材により形成されているため、流体の温度が常温程度の温度なら特に問題は発生しないが、特に低温流体が流れる場合、Ｏリングは収縮してしまう。それによって隙間が生じることで、流路から流体が漏れることがあった。さらに、流体が水素のような、低温で高圧力である分子数の小さい流体の場合、樹脂製のＯリングを透過して流路の外に漏れてしまう問題があった。
　従来のバルブでは押え部材、蓋部材及びプラグがすべて一体となり、Ｏリングを貫通孔内に２カ所に設ける構成をしていた。
　この従来のバルブのＯリングをメタルシールに変えた場合、メタルシール２カ所を１つの部材で押さえることになる。
そうするとメタルシールは変形しないため一方のメタルシールで押圧が完了すると他方のシールの押圧が完了せずシールの押圧力が弱くなる。
　またシート部材とバルブボディとの間はシールの機能があり、漏れることは無いが、シール部材と押え部材、それにバルブボディとの間にはシールをする部材が無いので漏れる。そのため、押え部材とは別に、外部にガスが漏れないように、ガスケットでシールする必要があった。

　本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、押え部材、蓋部材及びプラグを別部材とし、上記のようなシート部材は押え部材によって前記バルブボディ内の前記弁室に固定され、前記貫通孔の端部開口は蓋部材により閉止され、前記端部開口と前記蓋部材との間には、ガスケットが狭持されており、前記蓋部材はバルブボディへ近づく方向に押圧するプラグによって固定されるという構成のバルブとした。

　請求項１に記載された発明は流体入口及び流体出口を有するバルブボディと、前記バルブボディ内に前記流体入口及び前記流体出口と連通する弁室を有し、前記弁室には弁座を有するシート部材が固定されているバルブにおいて、前記バルブボディには前記弁室と連通する貫通孔が設けられ、前記シート部材は、前記貫通孔から弁室内に挿入され、挿入された前記シート部材は押え部材によって前記バルブボディ内の前記弁室に固定され、前記貫通孔の端部開口は蓋部材により閉止され、前記端部開口と前記蓋部材との間には、ガスケットが狭持されており、前記蓋部材はバルブボディへ近づく方向に押圧するプラグによって固定されていることを特徴とする、バルブに関する。

　請求項２に記載された発明は、前記ガスケットは、メタルシールであることを特徴とする、請求項１のバルブに関する。

　請求項３に記載された発明は、前記蓋部材と前記プラグとの間には、摺動部材が設けられていることを特徴とする、請求項１のバルブに関する。

　請求項４に記載された発明は、前記摺動部材は、ベアリング、若しくはスラストリングであることを特徴とする、請求項３のバルブに関する。

　請求項１に係る発明によれば、シート部材は押え部材によりバルブボディ内の弁室に直接固定されているため、弁閉の時に弁座部からのリークの発生を防ぐことができ、また、外部へのリークには、ガスケットを蓋部材で狭持し、蓋部材をプラグによってバルブボディに近くように押圧することで、ガスケットが変形し、それによって、外部へのリークを防ぐ事が出来る。シート部材を交換する場合は、プラグのネジを緩めてはずし、蓋部材、ガスケット及び押え部材を外すことで、シート部材を取り外す事が出来るので、容易に交換する事が可能である。

　請求項２に係る発明によれば、ガスケットがメタルシールであるため、従来のＯリングのように、摩耗による変形はほとんど発生せず、ガスの圧力による変形も発生しないため、外部影響によらず長期的な気密性能の維持を図る事が出来る。

　請求項３および４に係る発明によれば、蓋部材とプラグとの間に摺動部材を用いることで、プラグをバルブボディに固定する際、プラグを回転させるが、摺動部材によって、蓋部材にはプラグの回転が伝達されず、プラグによる押圧力のみが蓋部材に加わることになる。蓋部材に回転力が加わらない事で、蓋部材と接触しているガスケットも回転力は加わらず、蓋部材からの押圧力のみを受けることになり、ガスケットに歪等が発生しなくなる。

本発明にかかるバルブの部分断面図である。 図１の貫通孔の端部開口を拡大した図であり、本発明の一実施形態を示す図である。

　本発明の実施形態を図面の記載を用いて説明する。
　図１は本発明に係るバルブＶの部分断面図である。
　図１に示す通り本発明のバルブＶのバルブボディ１は、流体入口２、流体出口３、弁室４、及び貫通孔５から構成される。
　流体入口２、流体出口３、弁室４、及び貫通孔５は連通しており、流体入口１から入った流体は貫通孔５に挿入されたシート部材６及び弁座７を通り、弁室４内に入り弁室４から流体出口３へ流れ排出される。
弁室４内をステム８が上下に摺動し、それにより流路の開閉及び流量の調節を行う。
図２に示すとおり本発明に係るバルブボディ１の貫通孔内には弁座７、シート部材６、前記シート部材６を貫通孔５内部に固定する押さえ部材９、前記貫通孔の端部開口に設けられた蓋部材１０、前記貫通孔５の端部開口の周縁部に設けられたガスケット１１、前記蓋部材１０を前記バルブボディ１へ近づく方向へ押圧しているプラグ１２から構成されている。
　本発明のバルブＶは図２に示す通り前記プラグ１２と蓋部材１０との間に摺動部材１３を設けてもよい。

　本発明に係るバルブは、高圧ガス用のバルブである。
本発明に係るバルブは水素などの高圧ガスなどの高圧の流体に適用することができる。
　「高圧」とは、流体による圧力であって、１メガパスカル以上の圧力をいう。
　近年では、燃料電池技術等の発展により、非常に高圧である５０メガパスカル以上の流体を流すことも求められている。

　本発明に係るバルブＶのバルブボディ１は流体入口２、流体出口３、弁室４、及び貫通孔５から構成される。
流体入口２、流体出口３、弁室４、及び貫通孔５は連通しており、流体入口２から入った流体は貫通孔５に挿入されたシート部材６及び弁座７を通り、弁室４内に入り弁室４から流体出口３へ流れ排出される。
弁室内をステム８が上下に摺動し、ステム先端に形成された弁体１４が弁座７と着・離座することで流路の開閉、流量の調製が可能である。
　ステム８を上下に摺動させるためにステム８の上部にはアクチュエーター１５が設けられる。
　アクチュエーター１５は自動式あるいは手動式のいずれかであってもよく、自動の場合は電磁、モーター、エアなどによって駆動してもよい。

　バルブボディ１に設けられた貫通孔５にシート部材６が挿入される。
　シート部材６は流路を閉じた際に、弁座７に設けられた孔と入口流路２とを連通させる流路を構成する。
　シート部材６は気密性の保持、耐摩耗性、熱伝導性、強度が求められ、材質は一般的なカーボンや金属製であってもよい。

　シート部材６は押さえ部材９によって貫通孔５内部で固定される。
　シート部材６は弁室４と貫通孔５の境界に段差部分を設け、段差部分に挿入されてもよい。
　押さえ部材９を固定する方法は例えば貫通孔内をねじ切りすることでねじ部を設け、貫通孔内部に螺合させてもよい。
　押さえ部材は金属等一般的に用いられるものであってもよくこれに限定されない。
押さえ部材９によってシート部材６とバルブボディ１が密着するため、弁を閉じた時に弁室４側にリークが発生しない。
押さえ部材９の中央に孔を設けてもよい。
そうすることで押さえ部材９のねじ部から漏れた流体が孔を通って元の流体に戻っていくことが可能となる。

　貫通孔５の端部開口は蓋部材１０によって閉じられる。
　蓋部材１０の材質は金属等の一般に用いる物であってもよくこれに限定されない。
蓋部材１０は端部開口とは密接に接合するが、押さえ部材９とは接合する必要がない。

　貫通孔５の端部開口の周縁部にはガスケット１１を設け、気密性を向上させる。
　ガスケット１１は特に限定されないが、外部影響によらず長期的な気密性の維持が見込めることからメタルシールを用いることが好ましい。
　ガスケットは蓋部材１０とバルブボディ１とによって挟持される。

　蓋部材１０はプラグ１２によってバルブボディ１へ近づく方向へ押圧される。
プラグ１２をバルブボディ１に固定する方法は例えばバルブボディにねじ切りを設け、螺合させてもよい。
　プラグ１２と蓋部材１０の間には摺動部材１３を設ける。
摺動部材１３を設けることで回転トルクが減少し、ガスケット１１へ回転力がかからなくなりガスケット１１が歪みにくくなる。
摺動部材１３としてはベアリング、スラストリングなどが挙げられるがこれに限定されない。

　本発明のバルブＶは上記のようなシート部材６、押さえ部材９、蓋部材１０及びプラグ１２がそれぞれ別部材から構成されているためステムを交換することが容易である。
　以下螺合させることで固定した場合について記載するがこれに限定されない。
　ステムを交換する場合はまずプラグ１２を装着時とは逆の方向に回転させてバルブボディ１から外す。
　その次に蓋部材１０を取り外し、貫通孔５から押さえ部材９を取り外す。
押さえ部材９は装着時と反対の方向に回転させることで取り外すことが可能となる。
　次にシート部材６を取り外し、最後にステム８を取り外し、新しいステムに交換する。
　ステムの交換後シート部材、押さえ部材、蓋部材、プラグの順番で装着させていくことで交換作業が終了する。

　本発明のバルブは従来のバルブと違い、ガスケットが流体の圧力によって変形せず、外部影響によらないため長期的な気密性の維持が見込めるバルブとすることができる。
また前記バルブのバルブボディに形成された貫通孔の内部には、シート部材が設けられており、前記シート部材は貫通孔内部で高圧ガスの流路を構成し、前記シート部材は押さえ部材によって貫通孔内部で固定され、前記貫通孔の端部開口は蓋部材によって閉じられ、前記貫通孔の端部開口の周縁部にはガスケットが設けられ、前記ガスケットは、前記蓋部材と前記バルブボディとによって挟持され、前記蓋部材はプラグによって前記バルブボディへ近づく方向へ押圧されている構成とすることで、ステムが容易に交換可能でありメンテナンスの容易なバルブである。

１　バルブボディ
２　流体入口
３　流体出口
４　弁室
５　貫通孔
６　シート部材
７　弁座
８　ステム
９　押さえ部材
１０　蓋部材
１１　ガスケット
１２　プラグ
１３　摺動部材
１４　弁体
１５　アクチュエーター
Ｖ　　バルブ

Claims (4)

1. 流体入口及び流体出口を有するバルブボディと、
   前記バルブボディ内に前記流体入口及び前記流体出口と連通する弁室を有し、
   前記弁室には弁座を有するシート部材が固定されているバルブにおいて、
   前記バルブボディには前記弁室と連通する貫通孔が設けられ、
   前記シート部材は、前記貫通孔から弁室内に挿入され、
   挿入された前記シート部材は押え部材によって前記バルブボディ内の前記弁室に固定され、
   前記貫通孔の端部開口は蓋部材により閉止され、
   前記端部開口と前記蓋部材との間には、ガスケットが狭持されており、
   前記蓋部材はバルブボディへ近づく方向に押圧するプラグによって固定されている、
   ことを特徴とする、バルブ。
2. 前記ガスケットは、メタルシールであることを特徴とする、請求項1のバルブ。
3. 前記蓋部材と前記プラグとの間には、摺動部材が設けられていることを特徴とする、請求項１のバルブ。
4. 前記摺動部材は、ベアリング、若しくはスラストリングであることを特徴とする、請求項３のバルブ。

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