WO2021220963A1 - バルブ - Google Patents

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WO2021220963A1
WO2021220963A1 PCT/JP2021/016483 JP2021016483W WO2021220963A1 WO 2021220963 A1 WO2021220963 A1 WO 2021220963A1 JP 2021016483 W JP2021016483 W JP 2021016483W WO 2021220963 A1 WO2021220963 A1 WO 2021220963A1
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seal
valve
space
stem
valve chamber
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PCT/JP2021/016483
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浩司 平松
友裕 毛利
智哉 神崎
忠幸 薬師神
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株式会社フジキン
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Publication date
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Priority to US17/921,685 priority patent/US20230160478A1/en
Priority to DE112021002515.5T priority patent/DE112021002515T5/de
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    • F16K1/34Cutting-off parts, e.g. valve members, seats
    • F16K1/46Attachment of sealing rings
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    • F16J15/3236Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip having two or more lips with at least one lip for each surface, e.g. U-cup packings
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16K27/02Construction of housing; Use of materials therefor of lift valves
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    • F16K41/02Spindle sealings with stuffing-box ; Sealing rings
    • F16K41/06Spindle sealings with stuffing-box ; Sealing rings with at least one ring attached to both spindle and housing

Definitions

  • the present invention relates to a valve that controls the flow of fluid.
  • the present invention also relates to a valve that controls the flow of fluid and that requires retightening of a packing that is arranged in a high-pressure flow path and prevents fluid from leaking from an annular gap between the stem and the bonnet. It is a thing.
  • the valve disclosed in Patent Document 1 is a needle valve type control valve for high-pressure fluid, and its structure is such that the needle portion is moved up and down in a non-rotating manner on a valve seat in a body having an inflow port and an outflow port to perform high-pressure fluid.
  • This is a high-pressure needle valve that can be opened / closed or the flow rate can be adjusted.
  • the structure is such that the valve seat and the needle portion are in strong contact with each other to block the fluid.
  • control valve capable of adjusting the flow rate of the fluid and opening and closing
  • a control valve as described in Patent Document 2 is known.
  • This control valve includes a valve body having a fluid flow path, a valve body that controls the flow rate of the fluid, and an actuator that moves the valve body up and down. When the valve is closed, the contact portion of the valve body contacts the valve seat formed on the valve body and shuts off the fluid according to the descent by the actuator.
  • These control valves have a structure that can withstand a high-pressure fluid by strongly pressing the valve body against the opposing valve seats by vertical movement without rotation.
  • a sealing member is arranged so that fluid does not leak to the outside from the space where the stem moves, but since the valve chamber is used at high pressure, the sealing member is placed on the valve chamber side after a long period of use.
  • the seal pressing member that presses against may loosen. In that case, although the seal pressing member is retightened to cope with the problem, a pressure pool may be generated on the valve chamber side of the seal member. When a pressure pool is generated, there is a problem that it is not possible to tighten to a predetermined position only by retightening with a predetermined tightening torque, and it is not possible to retighten with a torque wrench with a set torque.
  • FIG. 11A shows a state in which the seal pressing member 230 is screwed all the way in
  • FIG. 11B shows a state in which the seal pressing member 230 is loosened, but the pressure of the high-pressure fluid in the valve chamber 214 is still maintained. Indicates the state in which it is being used. Further, when the screw of the seal pressing member 230 is loosened, the high-pressure fluid in the valve chamber 214 is released to the upper seal opening space (above the position P) at the moment when the male screw of the seal pressing member 230 is disengaged. , The outer sealing material 232 may have scratches or the like that impair the sealing property. (See FIG. 11 (c))
  • FIG. 12A shows a state in which the seal pressing member 330 is screwed all the way in, and there is a gap between the inner seal member 331 and the outer seal member 332 and the outer peripheral surface of the stem 320 and the inner peripheral surface 319 of the seal space.
  • a pressure pool portion P in which a high-pressure fluid collects is formed in the space.
  • FIG. 12B shows a state in which the pressure of the high-pressure fluid in the valve chamber 314 is still maintained, although the seal pressing member 330 is loosened. At this time, the pressure of the pressure pool portion P is held.
  • the screw of the seal pressing member 330 when the screw of the seal pressing member 330 is loosened, the male screw of the seal pressing member 330 is disengaged, and the high-pressure fluid in the pressure pool portion P is at the moment when the outer seal member 332 and the inner peripheral surface 319 are no longer in contact with each other.
  • the high-pressure fluid in the valve chamber 314 may escape to the upper seal opening space, and the outer seal member 332 may be scratched or the like to impair the sealability.
  • An object of the present invention is to provide a valve that does not damage the sealing material due to pressure release when the pressure accumulated in the vicinity of the sealing material is once released to the outside in order to tighten the sealing material. And.
  • the valve according to the present invention (1) which has been made to solve the above problems, includes a valve box provided with a fluid inlet, a fluid outlet, and a valve chamber, a valve seat having a seat surface provided in the valve chamber, and an actuator.
  • a seal space in which a stem having a valve body at the tip, which is connected to the valve body and is brought into contact with and separated from the seat surface by the operation of an actuator, and a seal member which is connected to the valve chamber and prevents fluid from leaking from the valve chamber are arranged.
  • a valve including a seal opening space connected to the seal space and outside the seal space, and a seal pressing member for pressing and fixing the seal member to the valve chamber side.
  • the valve box has the seal.
  • a leak hole is formed to communicate the space with the outside of the valve box, and the sealing member is formed from an outer sealing material that prevents fluid from leaking from the inner peripheral surface of the sealing space and an outer peripheral surface of the stem.
  • An inner sealing material for preventing fluid from leaking is provided, and the leak hole is the sealing space on the seal opening space side of the sealing effective region in which the outer sealing material is in close contact with the peripheral wall forming the sealing space. I am trying to open it.
  • the valve box is formed with a leak hole that communicates the seal space with the outside of the valve box, and the seal member leaks fluid from the inner peripheral surface of the seal space. It is provided with an outer sealing material that prevents fluid from leaking from the outer peripheral surface of the stem, and a leak hole from the sealing effective area where the outer sealing material is in close contact with the peripheral wall forming the sealing space. Since it is open to the seal space on the seal open space side, the high pressure fluid in the valve chamber is discharged from the leak hole before the outer seal material is exposed to the seal open space. Since the pressure in the valve chamber is reduced, the pressure in the sealing space is also reduced, the screws of the seal pressing member can be loosened smoothly, and the outer sealing material is not damaged. By doing so, retightening can be easily performed. Further, even when a diaphragm is provided as a noise countermeasure in the seal open space, retightening can be easily performed in the same manner.
  • the valve of the present invention (2) which has been made to solve the above problems, has a valve body provided with a fluid inflow port, an outflow port, and a valve chamber, and a flow path provided in the valve chamber and connected to the inflow port.
  • a valve seat having an open end as a seat surface, a columnar stem having a valve body connected to an actuator and abutting and separating from the seat surface by the operation of the actuator at the tip, and a stem insertion connected to the outside from the valve chamber.
  • a valve having a seal member arranged at the mouth and fitted to a stem that suppresses fluid leakage from the valve chamber, and a seal pressing member that presses and fixes the seal member to the valve chamber side.
  • the stem is configured to form a pressure relief portion on the seal pressing member side rather than the position where the seal member is in sliding contact in the assembled state.
  • the outer diameter of the stem of the pressure relief portion can be made smaller than the outer diameter of the other portion.
  • the seal member externally fitted to the stem moves along with the seal member by loosening the seal pressing member, reaches the pressure relief portion of the stem, and releases the pressure accumulated in the vicinity of the seal member. Release to the outside.
  • the pressure accumulation between the seal members is eliminated, and retightening can be easily performed.
  • the outer seal member will not be damaged.
  • the pressure relief portion can be an inflow hole and an outflow hole that communicate with each other inside the stem.
  • the seal member may be configured by attaching an inner seal member and an outer seal member to a continuous cylindrical seal holding member having different outer diameters and inner diameters, and the inner seal member may be on the actuator side. can. As a result, the depressurization of the seal space can be completed quickly.
  • the valve of the present invention in order to tighten the seal material of the valve, when the pressure accumulated in the vicinity of the seal material is once released to the outside, the valve is provided so that the seal material is not damaged due to the pressure release. can do. Further, it is possible to provide a valve that can be easily retightened even when a throttle is provided as a noise countermeasure.
  • the valve component of the present invention (2) is shown, (a) is a front view of a partial notch of the stem, (b) is a cross-sectional perspective view before attaching the seal holding member and the seal member, and (c) is a seal member. It is a cross-sectional perspective view of a partial notch showing a state in which the stem is fitted and inserted into the seal holding member to which is attached. It is an enlarged view of the main part of the valve of this invention (2), and is the front enlarged sectional view of the partial notch which shows the state which the seal pressing member is tightened. It is a front enlarged cross-sectional view of the partial notch which shows the state in which the seal pressing member of the valve of this invention (2) is loosened.
  • valve of the present invention (2) is shown, (a) is a front view of a partial notch of the stem, and (b) shows a state in which the stem is fitted into a seal holding member to which a seal member is attached.
  • a cross-sectional perspective view of a partial notch (c) is a cross-sectional perspective view of a partial notch showing a state in which the seal pressing member is loosened and the pressure relief portion is functioning, and (d) is a partial view showing still another embodiment. It is a cross-sectional perspective view of a notch.
  • the conventional valve sealing material is shown in a tightened state (a), a slightly loosened state (b), and an open state (c).
  • FIG. 1 shows a tightened state
  • b shows a slightly loosened state
  • (c) shows an opened state.
  • FIG. 1 is a front sectional view of a partial notch of the valve 1 of the present invention (1).
  • a fluid inlet 11 into which a fluid flows in and a fluid outlet 12 in which a fluid flows out are opened on the outer surface of the valve box 10 of the valve 1 of the present invention (1).
  • a fluid inflow passage 16 is formed between the valve chamber 14 and the fluid inlet 11 where the fluid is controlled, and a fluid outflow passage 17 is formed between the valve chamber 14 and the fluid inlet 11.
  • a valve seat 13 is formed on the lower surface of the valve chamber 14, and the fluid is controlled to open and close by contacting and separating from the valve body 21 formed at the lower end of the stem 20.
  • a seal pressing member 30 that presses the seal is arranged on the upper surface side of the valve box 10.
  • An actuator 40 that drives the stem 20 up and down is arranged above the valve box 10.
  • FIG. 2 is a side sectional view of a partial notch of the valve 1 of the present invention (1).
  • the leak hole 15 is drawn as a dotted line, whereas in this figure, it is drawn as a through hole penetrating the inside of the valve box 10.
  • the present invention (1) is characterized in that the leak hole 15 is formed and the arrangement position of the leak hole 15.
  • FIG. 3 is a front enlarged cross-sectional view of a partially cutout showing a state in which the seal pressing member 30 is tightened to a specified position in the valve 1 of the present invention (1).
  • the male screw 31 of the seal pressing member 30 is screwed with the female screw 18 formed on the upper portion of the valve box 10.
  • An inner sealing material 31 is arranged around the stem 20 to prevent fluid from leaking along the outer peripheral surface of the stem 20.
  • a tapered surface is formed above the position P, the seal open space is above the position P, and the space below the position P and above the valve chamber 14 is the seal on which the outer seal material 32 is arranged. It is a space.
  • the outer sealing material 32 is in close contact with the inner peripheral wall 19 forming the sealing space, and prevents the fluid from the valve chamber 14 from leaking through the inner peripheral wall 19 forming the sealing space.
  • the inner seal member 31 and the outer seal member 32 are arranged in the seal space in a state of being arranged on a continuous cylindrical seal holding member 33 having a different outer diameter and inner diameter.
  • FIG. 4 shows a state when the male screw 31 of the seal pressing member 30 is loosened and the seal material 31 and the seal material 32 are moved upward.
  • the male screw 31 is loosened to this state, the high-pressure fluid in the valve chamber 14 goes out of the valve 1 through the leak hole 15, so that the pressure in the valve chamber 14 drops and the male screw 31 of the seal pressing member 30 is lightly loosened. Can be done.
  • the outer periphery of the outer sealing material 32 is in contact with the inner peripheral wall 19 of the sealing space, so that the outer sealing material 32 is not damaged. Further, even if a throttle is provided as a noise countermeasure on the discharge side, the high-pressure fluid is easily discharged from the leak hole 15, so that subsequent retightening can be easily performed.
  • the leak hole 15 is arranged on the valve box 14 side of the boundary P between the seal space and the seal open space. Therefore, the high-pressure fluid can be leaked only by loosening the seal pressing member 30 and moving the upper part of the outer seal member 32 to the leak hole 15, so that the movement amount can be reduced and the work can be easily performed.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the seal effective region A.
  • the seal effective region A is an region in which the inner peripheral wall 19 of the seal space and the outer seal material 32 are in close contact with each other to prevent leakage of high-pressure fluid.
  • the outer seal material 32 is one, but in the valve equipped with two or more outer seal materials, the seal effective region A is included in the plurality of outer seal materials 32.
  • the seal region of the outer seal material 32 closest to the seal open space is the seal effective region A.
  • FIG. 6 is a front sectional view of a partial notch of the valve 101 of the present invention (2).
  • the inflow port 111 into which the fluid flows in and the outflow port 112 from which the fluid flows out are opened on the outer surface of the valve body 110 of the valve 101 of the present invention (2).
  • the valve chamber 114 and the inflow port 111 in which the fluid is controlled are communicated with each other by the fluid inflow passage 116, and the valve chamber 114 and the inflow port 111 are communicated with each other by the fluid outflow passage 117.
  • a valve seat 113 is formed at the open end of the fluid inflow path 116 of the valve chamber 114, and the fluid is controlled to open and close by contacting and separating from the valve body 121 formed at the lower end of the stem 120.
  • a seal pressing member 130 that presses the seal is screwed onto the upper surface side of the valve body 110, and an actuator 140 that drives the stem 120 up and down is connected to the stem 120 and is arranged above the valve body 110.
  • a part of the outer diameter D1 on the seal pressing member 130 side of the position where the seal members 131 and 132 are in sliding contact with each other in the assembled state is outside the stem 120 of the other part.
  • the diameter is smaller than the diameter D, and such a portion forms the pressure relief portion 122.
  • FIG. 7A is a front view of a partial notch of the stem 120 of the valve 101 of the present invention (2).
  • the axial length of the pressure relief portion 122 is not particularly limited, but is set to about the axial length of the inner diameter d2 portion in which the inner seal member 131 of the seal holding member 133 is housed.
  • the seal member of the present invention (2) is configured by attaching the inner seal member 131 and the outer seal member 132 to a continuous cylindrical seal holding member 133 having different outer diameters and inner diameters, and the inner seal member 131 is on the actuator 140 side. It is attached to the stem 120 so as to be.
  • the continuous cylindrical seal holding member 133 having a different outer diameter and inner diameter has a portion of outer diameter d1 and inner diameter d2 and an outer seal to which the inner seal member 131 is attached.
  • the portions of the outer diameter d3 and the inner diameter d4 to which the member 132 is attached are continuously integrated.
  • the outer diameter d1 is slightly smaller than the inner diameter of the seal space 119 of the valve body 110, which will be described later
  • the inner diameter d4 is slightly larger than the outer diameter D of the stem 120
  • the seal holding member 133 is the seal member 131, 132.
  • the stem 120 is fitted with a plurality of backup rings BK attached, and is fitted in the seal space.
  • FIG. 8 is a front enlarged cross-sectional view of a partially cutout showing a state in which the seal pressing member 130 is tightened to a specified position in the valve 101 of the present invention (2).
  • the male screw 130a of the seal pressing member 130 is screwed with the female screw 118a formed in the seal open space 118 above the valve body 110.
  • An inner sealing member 131 is slidably contacted around the stem 120 to prevent fluid from leaking along the outer peripheral surface of the stem 120.
  • a tapered surface T is formed on the upper part of the seal space 119, and the space above the tapered surface T is the seal opening space 118, and the space below the tapered surface T and above the valve chamber 114 holds the seal. It is a seal space 119 in which the outer seal member 132 attached to the member 133 is arranged. The outer seal member 132 is in close contact with the inner peripheral wall forming the seal space 119 to prevent the fluid from the valve chamber 114 from leaking along the inner peripheral wall forming the seal space 119.
  • the Q represented by the thick line indicates the pressure pool in which the high-pressure fluid from the valve chamber 114 is accumulated, and the space (gap) of the pressure pool portion Q is from the valve chamber 114 side to the seal portion of the inner seal member 131 and the outer seal member 132, respectively.
  • FIG. 9 shows a state when the male screw 130a of the seal pressing member 130 is loosened and the inner seal member 131 and the outer seal member 132 are moved upward in the pressure release step before the retightening. Since the seal holding member 133 holding the seal members 131 and 132 is urged toward the seal pressing member 130 by the pressure of the pressure pool portion Q, it rises together with the seal pressing member 130 by loosening the male screw 130a. When the male screw 130a is loosened to the position shown in FIG. 9, the sealing surface of the inner sealing member 131 reaches the small-diameter pressure relief portion 122, and the high-pressure fluid of the pressure pool portion Q is released from the seal of the inner sealing member 131 to seal.
  • FIG. 10 shows a second embodiment of the present invention (2).
  • the second embodiment is the same as the first embodiment except that the structure of the pressure relief portion 122 is different, and the description thereof will be omitted.
  • the pressure release portion 122 of the valve 101 of the present invention (2) is composed of an inflow hole 122a and an outflow hole 122b that communicate with each other inside the stem 120.
  • the inflow hole 122a of the pressure release portion 122 is always located closer to the seal pressing member 130 than the inner seal member 131, and the pressure in the valve chamber 114 (high pressure fluid of the pressure pool portion Q) leaks to the outside. There is nothing to do (see FIG. 10 (b)).
  • the seal holding member 133 holding the seal members 131 and 132 is urged toward the seal pressing member 130 by the pressure of the pressure pool portion Q, so that the male screw 130a is loosened. Ascends with the seal pressing member 130.
  • FIG. 10 (c) when the seal portion of the inner seal member 131 exceeds the inflow hole 122a, the high-pressure fluid of the pressure pool portion Q passes from the inflow hole 122a through the communication passage in the stem. , It is discharged to the outside through the outflow hole 122b. As a result, the pressure in the valve chamber 114 is lowered, and when the valve chamber 114 is retightened again, the male screw 130a of the seal pressing member 130 can be lightly tightened.
  • the valve according to the present invention can reliably release the pressure even if the seal pressing member is slightly loosened and the moving distance of the seal member is reduced when the pressure accumulated in the vicinity of the seal member is released to the outside. It can be suitably used in a high pressure environment, for example, as a valve for a hydrogen station. Further, in the valve of the present invention, since it is not necessary to modify the valve body by modifying the valve body to provide a leak port called a leak hole or by using a stem having a pressure relief portion formed therein, maintenance or modification of existing equipment is required. Can be suitably used for the above-mentioned applications.
  • Valve box 11 Fluid inlet 12 Fluid outlet 13, 113 Valve seat 14, 114 Valve chamber 15 Leak hole 16, 116 Fluid inflow passage 17, 117 Fluid outflow passage 18
  • Female screw 32 Seal effective area 40, 140
  • Actuator 110 Valve body 111 Inlet 112 Outlet 118 Seal open space 118a Female screw 119 Seal space 122 Depressurization part 130a Male screw 131 Inner seal member 132 Outer seal member 133 Seal holding member P Boundary position between seal open space and seal space Q Pressure reservoir

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Abstract

シール材近傍に溜まった圧力開放に伴うシール材が破損することがないようなバルブを提供する。 弁室(14)を備えた弁箱(10)と、弁室に設けられたシート面を有する弁座(13)と、アクチュエータ(40)の作動によってシート面に当接離間する弁体(21)を先端に備えたステム(20)と、流体の漏れを抑止するシール部材を配設するシール空間(119)と、該空間の外のシール開放空間(118)と、シール部材を弁室側に押圧固定するシール押圧部材(30)と、を備えたバルブであって、弁箱には、シール空間と弁箱の外部とを連通するリーク穴(15)が形成され、シール部材は、シール空間の内周壁(19)から流体が漏れ出ることを防ぐ外側シール部材(132)と、ステムの外周面から流体が漏れ出ることを防止する内側シール部材(131)と、を備え、リーク穴は、外側シール部材がシール空間を形成する内周壁と密着するシール有効領域Aよりもシール開放空間側のシール空間に開口している。

Description

バルブ
 本発明は、流体の流れを制御するバルブに関する。また、本発明は、流体の流れを制御するバルブに関し、高圧の流路に配設され、ステムとボンネット間の環状隙間からの流体の漏れを防止するパッキンに対し増し締めが必要となるバルブに関するものである。
 特許文献1に開示の弁は、ニードルバルブタイプの高圧流体用制御弁であり、その構造は、流入口と流出口を有するボディ内の弁座にニードル部を非回転に上下動させて高圧流体を開閉又は流量調節可能に設けた高圧用ニードルバルブである。弁座とニードル部が強く当接することにより流体を遮断する構造となっている。
 また、流体の流量を調節し、開閉を行うことができる制御弁として、特許文献2に記載のような制御弁が知られている。この制御弁は、流体の流路を有するバルブボディと、流体の流量を制御する弁体と、弁体を上下動させるアクチュエータを備えている。弁体の当接部は、弁閉時はアクチュエータによる降下にしたがって、バルブボディに形成された弁座に当接して流体を遮断する。これらの制御弁は、弁体が回転を伴わない上下動によって対向する弁座に強く押圧されることによって、高圧流体に耐えられる構造となっている。
特開2016-156442号公報 特開2016-014405号公報
 この種のバルブでは、ステムが移動する空間から外部に流体が漏洩しないようシール部材が配設されているが、弁室内が高圧で使用されるため、長時間の使用によってシール部材を弁室側に押圧するシール押圧部材が緩むことがある。その場合、シール押圧部材を増し締めすることで対応するようにしているものの、シール部材の弁室側に圧力溜りが生じている場合がある。圧力溜りが発生すると、所定の締め付けトルクで増し締めするだけでは所定の位置まで締め付けることができず、トルク設定したトルクレンチでは増し締めができないという問題があった。
 圧力溜りにより十分な増し締めができないときは、一旦、シール押圧部材を完全に緩め、上部から溜まった圧力を外部に開放したのち、再度締め付けを行うようにしている。圧力溜りがあるため、シール押圧部材を緩めることでシール部材はせり上がり、圧抜きは完了するものの、このような作業は手数を要するとともにシール材を傷つけることがあるという問題があった。
 また、近年、制御対象の流体として高圧の流体を制御する環境でのバルブが求められている。そして、このような環境で、排出用のバルブとして使用する場合、排出側に騒音対策として絞りを設けることがある。絞りを設けることで、圧力の開放がスムーズに行われず、ステム側(シール部材側)に影響を及ぼすこととなり、その結果、シール部材を押圧するシール押圧部材が緩むことがある。
 図11(a)は、シール押圧部材230を奥までねじ込んだ状態を示し、図11(b)は、シール押圧部材230を緩めてはいるが、弁室214内の高圧流体の圧力がまだ維持されている状態を示す。さらに、シール押圧部材230のねじを緩めると、シール押圧部材230の雄ねじの係合が外れた瞬間に、弁室214内の高圧流体が上方のシール開放空間(位置Pよりも上側)に抜けるとともに、外側シール材232にシール性を損なう傷等が生じる場合がある。(図11(c)参照)
 図12(a)は、シール押圧部材330を奥までねじ込んだ状態を示し、内側シール部材331及び外側シール部材332とステム320外周面及びシール空間の内周面319が当接するシール部までの隙間空間に高圧流体が溜まる圧溜り部Pが形成されている。図12(b)は、シール押圧部材330を緩めてはいるが、弁室314内の高圧流体の圧力がまだ維持されている状態を示す。このとき、圧溜り部Pの圧力は保持された状態である。さらに、シール押圧部材330のねじを緩めると、シール押圧部材330の雄ねじの係合が外れ、圧溜り部Pにある高圧流体が、外側シール部材332と内周面319の当接がなくなった瞬間に、弁室314内の高圧流体が上方のシール開放空間に抜けるとともに、外側シール部材332にシール性を損なう傷等が生じる場合がある。
 本発明は、シール材を増し締めするために、一旦、シール材近傍に溜まった圧力を外部に放出する際、圧力開放に伴うシール材が破損することがないようなバルブを提供することを目的とする。
 上記課題を解決するためになされた本発明(1)に係るバルブは、流体入口、流体出口及び弁室を備えた弁箱と、前記弁室に設けられたシート面を有する弁座と、アクチュエータに接続され、アクチュエータの作動によって前記シート面に当接離間する弁体を先端に備えたステムと、前記弁室に連なり、弁室からの流体の漏れを抑止するシール部材を配設するシール空間と、前記シール空間と連なり当該シール空間の外のシール開放空間と、前記シール部材を弁室側に押圧固定するシール押圧部材と、を備えたバルブであって、前記弁箱には、前記シール空間と前記弁箱の外部とを連通するリーク穴が形成されており、前記シール部材は、前記シール空間の内周面から流体が漏れ出ることを防ぐ外側シール材と、前記ステムの外周面から流体が漏れ出ることを防止する内側シール材と、を備え、前記リーク穴は、前記外側シール材が前記シール空間を形成する周壁と密着するシール有効領域よりも前記シール開放空間側の前記シール空間に開口するようにしている。
 本発明(1)のバルブは、弁箱には、前記シール空間と前記弁箱の外部とを連通するリーク穴が形成されており、シール部材は、シール空間の内周面から流体が漏れ出ることを防ぐ外側シール材と、ステムの外周面から流体が漏れ出ることを防止する内側シール材と、を備え、リーク穴は、外側シール材がシール空間を形成する周壁と密着するシール有効領域よりもシール開放空間側のシール空間に開口しているので、外側シール材がシール開放空間に露出する前に、弁室内の高圧流体がリーク穴から排出される。弁室内の圧力が下がるので、シール空間の圧力も下がり、シール押圧部材のねじもスムーズに緩めることができ、外側シール材が破損することはない。このようにすることによって、増し締めを容易に行うことができる。また、シール開放空間に騒音対策として絞りを設けた場合でも、同様に、容易に増し締めを行うことができる。
 上記課題を解決するためになされた本発明(2)のバルブは、流体の流入口、流出口及び弁室を備えたバルブボディと、前記弁室に設けられ、前記流入口と連なる流路の開放端をシート面とする弁座と、アクチュエータに接続され、アクチュエータの作動によって前記シート面に当接離間する弁体を先端に備えた円柱状のステムと、前記弁室から外部に連なるステム挿通口に配設され、弁室からの流体の漏れを抑止するステムに外嵌されたシール部材と、該シール部材を弁室側に押圧固定するシール押圧部材とを備えたバルブであって、前記ステムは、組立状態においてシール部材が摺接する位置よりもシール押圧部材側に圧抜き部を形成するようにしている。
 本発明(2)のバルブにおいて、当該圧抜き部のステム外径を、他の部分の外径よりも小径とすることができる。
 本発明(2)のバルブは、ステムに外嵌されるシール部材がシール押圧部材を緩めることでシール部材に伴って移動し、ステムの圧抜き部に到達し、シール部材近傍に溜まった圧力を外部に放出する。これによりシール部材間の圧力溜りが解消され増し締めを容易に行うことができる。また、外側シール部材が破損することもなくなる。
 また、圧抜き部は、ステム内部で連通する流入孔及び流出孔とすることができる。流出孔を流入孔より軸方でシール押圧部材側となるようにすることで、内側シール部材が流入孔よりシール押圧部材側にきたとき圧溜り部の圧力は外部に放出される。
 また、これら場合において、シール部材は、外径と内径が異なる連続した円筒状のシール保持部材に内側シール部材及び外側シール部材を取り付けて構成し、前記内側シール部材が前記アクチュエータ側とすることができる。これにより、シール空間の圧抜きを速やかに完了させることができる。
 本発明のバルブによれば、バルブのシール材を増し締めするために、一旦、シール材近傍に溜まった圧力を外部に放出する際、圧力開放に伴うシール材が破損することがないバルブを提供することができる。また、騒音対策として絞りを設けた場合でも、容易に増し締めを行うことができるバルブを提供することができる。
本発明(1)のバルブを示す、一部切り欠きの正面断面図である。 本発明(1)のバルブを示す、一部切り欠きの側面断面図である。 本発明(1)のバルブのシール押圧部材が締めこまれた状態を示す、一部切り欠きの正面拡大断面図である。 本発明(1)のバルブのシール押圧部材が緩められた状態を示す、一部切り欠きの正面拡大断面図である。 本発明(1)のバルブのシール有効領域を模式的に示す断面図である。 本発明(2)のバルブを示す一部切り欠きの正面断面図である。 本発明(2)のバルブの部品を示し、(a)はステムの一部切り欠きの正面図、(b)はシール保持部材とシール部材を取り付ける前の断面斜視図、(c)はシール部材を取り付けたシール保持部材にステムを嵌挿した状態を示す一部切り欠きの断面斜視図である。 本発明(2)のバルブの要部拡大図で、シール押圧部材が締め込んだ状態を示す一部切り欠きの正面拡大断面図である。 本発明(2)のバルブのシール押圧部材が緩められた状態を示す一部切り欠きの正面拡大断面図である。 本発明(2)のバルブの別の実施例を示し、(a)はステムの一部切り欠きの正面図、(b)はシール部材を取り付けたシール保持部材にステムを嵌挿した状態を示す一部切り欠きの断面斜視図、(c)はシール押圧部材を緩め、圧抜き部が機能した状態を示す一部切り欠きの断面斜視図、(d)は更に別の実施形態を示す一部切り欠きの断面斜視図である。 従来のバルブのシール材を締めこまれた状態(a)、少し緩めた状態(b)及び開放された状態(c)を示す。 従来のバルブのシール部材の圧抜きを示す概略説明図で、(a)は締め込んだ状態、(b)は少し緩めた状態、(c)は開放された状態を示す。
 以下、本発明に係るバルブの好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。この実施例に記載されている構成部品の形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。また、便宜的に図面上での方向によって部材等の方向を上下左右と指称することがあるが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。
<本発明(1)の実施形態1>
 図1~図5に、本発明(1)の第1の実施形態を示す。図1は、本発明(1)のバルブ1の一部切り欠きの正面断面図である。本発明(1)のバルブ1の弁箱10の外側面には、流体が流入する流体入口11及び流体が流出する流体出口12が開口している。流体の制御が行われる弁室14と流体入口11との間には流体流入通路16が形成され、弁室14と流体入口11との間には流体流出通路17が形成されている。弁室14の下面には、弁座13が形成され、ステム20の下端に形成された弁体21と当接・離間して流体は開閉制御される。弁箱10の上面側には、シールを押圧するシール押圧部材30が配置されている。ステム20を上下に駆動させるアクチュエータ40が弁箱10の上方に配置されている。
 本発明(1)の特徴部分であるリーク穴15が、弁箱10にあけられており、点線で描かれている。
 図2は、本発明(1)のバルブ1の一部切り欠きの側面断面図である。図1では、リーク穴15が点線で描かれていたのに対して、本図では、弁箱10の内部を貫通する貫通孔として描かれている。本発明(1)は、このリーク穴15が形成されていることと、このリーク穴15の配置位置を特徴として有している。
 図3は、本発明(1)のバルブ1において、シール押圧部材30が規定の位置まで締めこまれた状態を示す、一部切り欠きの正面拡大断面図である。シール押圧部材30の雄ねじ31は、弁箱10の上部に形成された雌ねじ18と螺合している。ステム20の周囲には、内側シール材31が配置され、ステム20の外周面に沿った流体の漏出を防止している。
 位置Pより上にテーパー面が形成され、位置Pより上がシール開放空間となっており、位置Pより下であって、弁室14より上の空間は、外側シール材32が配置されるシール空間となっている。外側シール材32は、シール空間を形成する内周壁19と密着して、弁室14からの流体がシール空間を形成する内周壁19を伝って漏出するのを防止している。なお、内側シール部材31及び外側シール部材32は、外径と内径が異なる連続した円筒状のシール保持部材33に配備された状態でシール空間に配設される。
 図4は、シール押圧部材30の雄ねじ31の螺合を緩めてシール材31とシール材32を上方に移動させたときの状態を示している。この状態まで雄ねじ31を緩めると、弁室14内の高圧流体は、リーク穴15からバルブ1の外部に出るので、弁室14内の圧力は下がり、シール押圧部材30の雄ねじ31を軽く緩めることができる。この状態で、外側シール材32の外周は、シール空間の内周壁19と当接しているので、外側シール材32が破損することはない。また、排出側に騒音対策として絞りが設けられていたとしても、高圧流体はリーク穴15から容易に排出されるので、その後の増し締めも容易にできる。
 また、リーク穴15は、シール空間とシール開放空間の境界Pよりも弁箱14側に配置されている。よって、シール押圧部材30を緩めて、外側シール部材32の上部をリーク穴15のところまで移動させるだけで高圧流体をリークできるので、移動量を少なくして作業が容易にできるようになる。
 図5は、シール有効領域Aを模式的に示す断面図である。シール有効領域Aとは、シール空間の内周壁19と外側シール材32が密着して高圧流体の漏出を防ぐ領域である。図1~図4に示す実施例では外側シール材32がひとつであるが、2つ以上の外側シール材が装備されるバルブにおいては、シール有効領域Aは、複数の外側シール材32の内、最もシール開放空間に近い外側シール材32のシール領域が、シール有効領域Aとなる。
<本発明(2)の実施形態1>
 図6~図9に、本発明(2)の第1の実施形態を示す。図6は、本発明(2)のバルブ101の一部切り欠きの正面断面図である。本発明(2)のバルブ101のバルブボディ110の外側面には、流体が流入する流入口111及び流体が流出する流出口112が開口している。流体の制御が行われる弁室114と流入口111とは流体流入通路116によって連通され、弁室114と流入口111とは流体流出通路117によって連通されている。弁室114の流体流入路116の開放端には、弁座113が形成され、ステム120の下端に形成された弁体121と当接・離間して流体は開閉制御される。バルブボディ110の上面側には、シールを押圧するシール押圧部材130が螺合され、ステム120を上下に駆動させるアクチュエータ140がステム120と連結され、バルブボディ110の上方に配置されている。
 そして、本実施形態に係るバルブ101のステム120は、組立状態においてシール部材131、132が摺接する位置よりもシール押圧部材130側の一部の外径D1が、その他の部分のステム120の外径Dよりも小径となっており、係る部分が圧抜き部122を形成している。
 図7(a)は、本発明(2)のバルブ101のステム120の一部切り欠きの正面図である。圧抜き部122の軸方向の長さは特に限定するものではないが、シール保持部材133の内側シール部材131が収納される内径d2部の軸方向長さ程度に設定されている。
 本発明(2)のシール部材は、外径と内径が異なる連続した円筒状のシール保持部材133に内側シール部材131及び外側シール部材132を取り付けて構成し、内側シール部材131がアクチュエータ140側となるようにステム120に取り付けられている。
 外径と内径が異なる連続した円筒状のシール保持部材133は、具体的には図7(b)に示すように、内側シール部材131が取り付けられる、外径d1、内径d2の部分と外側シール部材132が取り付けられる、外径d3、内径d4の部分とが連続し一体となっている。外径d1は、後述するバルブボディ110のシール空間119の内径より若干小さい径で、内径d4はステム120の外径Dより若干大きい径となっており、シール保持部材133はシール部材131,132、複数のバックアップリングBKを取り付けた状態でステム120を嵌装し、シール空間に嵌入されている。
 図8は、本発明(2)のバルブ101において、シール押圧部材130を規定の位置まで締め込んだ状態を示す、一部切り欠きの正面拡大断面図である。シール押圧部材130の雄ねじ130aは、バルブボディ110の上部のシール開放空間118に形成された雌ねじ118aと螺合している。ステム120の周囲には、内側シール部材131が摺接され、ステム120の外周面に沿った流体の漏出を防止している。
 シール空間119の上部にはテーパ面Tが形成され、このテーパ面Tより上がシール開放空間118となっており、テーパ面Tより下であって、弁室114より上の空間は、シール保持部材133に取り付けられた外側シール部材132が配置されるシール空間119となっている。外側シール部材132は、シール空間119を形成する内周壁と密着して、弁室114からの流体がシール空間119を形成する内周壁を伝って漏出するのを防止している。太線で表したQは弁室114からの高圧流体が溜まる圧力溜りを示し、それぞれ弁室114側から内側シール部材131及び外側シール部材132のシール部までが圧溜り部Qの空間(隙間)となる。
 図9は、増し締め前の圧抜き工程で、シール押圧部材130の雄ねじ130aの螺合を緩めて内側シール部材131と外側シール部材132を上方に移動させたときの状態を示している。シール部材131、132を保持したシール保持部材133は、圧溜り部Qの圧力によってシール押圧部材130側に付勢されているので、雄ねじ130aを緩めることでシール押圧部材130と共に上昇する。図9に示す位置まで雄ねじ130aを緩めると、内側シール部材131のシール面が小径の圧抜き部122に到達し、圧溜り部Qの高圧流体は、内側シール部材131のシールから解放され、シール押圧部材130の内面とステム120の外面の隙間を抜け、バルブ101の外部に出るので、弁室114内の圧力は下がり、改めて増し締めする際には、シール押圧部材130の雄ねじ130aを軽く締め込むことができる。
 シール押圧部材130を緩めた状態でも、外側シール部材132の外周は、シール空間119の内周壁と当接しているので、外側シール部材132が破損することはない。
<本発明(2)の実施形態2>
 図10に、本発明(2)の第2の実施形態を示す。第2の実施形態は、圧抜き部122の構造が異なる以外は、第1の実施形態と同様であり説明を省略する。
 本発明(2)のバルブ101の圧抜き部122は、図10(a)に示すとおり、ステム120の内部で連通する流入孔122a及び流出孔122bとから構成されている。
 この圧抜き部122の流入孔122aは、常時は、内側シール部材131よりもシール押圧部材130側に位置しており、弁室114内の圧力(圧溜り部Qの高圧流体)が外部に漏れだすことはない(図10(b)参照)。
 そして、増し締め前の圧抜き工程において、シール部材131、132を保持したシール保持部材133は、圧溜り部Qの圧力によってシール押圧部材130側に付勢されているので、雄ねじ130aを緩めることでシール押圧部材130と共に上昇する。上昇に伴い、図10(c)に示すように、内側シール部材131のシール部が、流入孔122aを越えたとき、圧溜り部Qの高圧流体は流入孔122aからステム内の連通路を介し、流出孔122bを経て外部へ放出される。これによって、弁室114内の圧力は下がり、改めて増し締めする際には、シール押圧部材130の雄ねじ130aを軽く締め込むことができる。
 本国際出願は、2020年4月28日に出願した日本国特許出願2020-078892号に基づく優先権、及び、2020年12月25日に出願した日本国特許出願2020-216537号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願2020-078892号、及び、日本国特許出願2020-216537号の全内容を本国際出願に援用する。
 本発明に係るバルブは、シール部材近傍に溜まった圧力を外部に放出する際、シール押圧部材を僅かに緩めシール部材の移動距離を小さくしても、確実に圧力を放出することができるので、高圧環境、例えば、水素ステーション用バルブとして好適に用いることができる。また、本発明のバルブでは、リーク穴というリークポートを設ける改造を行うこと,または圧抜き部を形成したステムを利用することからバルブボディに変更を加える必要がないため、既存設備の保守や改造の用途に好適に用いることができる。
 1、101  バルブ
10      弁箱
11      流体入口
12      流体出口
13、113  弁座
14、114  弁室
15      リーク穴
16、116  流体流入通路
17、117  流体流出通路
18      雄ねじ
19      内周壁
20、120  ステム
21、121  弁体
30、130  シール押圧部材
31      雌ねじ
32      シール有効領域
40、140  アクチュエータ
110     バルブボディ
111     流入口
112     流出口
118     シール開放空間
118a    雌ねじ
119     シール空間
122     圧抜き部
130a    雄ねじ
131     内側シール部材
132     外側シール部材
133     シール保持部材
 P      シール開放空間とシール空間の境界位置
 Q      圧溜り部
 

Claims (5)

  1.  流体入口、流体出口及び弁室を備えた弁箱と、前記弁室に設けられたシート面を有する弁座と、アクチュエータに接続され、アクチュエータの作動によって前記シート面に当接離間する弁体を先端に備えたステムと、前記弁室に連なり、弁室からの流体の漏れを抑止するシール部材を配設するシール空間と、前記シール空間と連なり当該シール空間の外のシール開放空間と、前記シール部材を弁室側に押圧固定するシール押圧部材と、を備えたバルブであって、
     前記弁箱には、前記シール空間と前記弁箱の外部とを連通するリーク穴が形成されており、
     前記シール部材は、前記シール空間の内周面から流体が漏れ出ることを防ぐ外側シール材と、前記ステムの外周面から流体が漏れ出ることを防止する内側シール材と、を備え、
     前記リーク穴は、前記外側シール材が前記シール空間を形成する周壁と密着するシール有効領域よりも前記シール開放空間側の前記シール空間に開口していることを特徴とするバルブ。
  2.  流体の流入口、流出口及び弁室を備えたバルブボディと、
     前記弁室に設けられ、前記流入口と連なる流路の開放端をシート面とする弁座と、
     アクチュエータに接続され、アクチュエータの作動によって前記シート面に当接離間する弁体を先端に備えた円柱状のステムと、
     前記弁室から外部に連なるシール空間に配設され、弁室からの流体の漏れを抑止するステムに外嵌されたシール部材と、
     該シール部材を弁室側に押圧固定するシール押圧部材とを備えたバルブであって、
     前記ステムには、組立状態においてシール部材が摺接する位置よりもシール押圧部材側に圧抜き部を形成したバルブ。
  3.  請求項2に記載のバルブであって、前記圧抜き部は、当該圧抜き部のステム外径を、他の部分の外径よりも小径としたバルブ。
  4.  請求項2に記載のバルブであって、前記圧抜き部は、前記ステム内部で連通する流入孔及び流出孔としたバルブ。
  5.  請求項2乃至4に記載のバルブであって、前記シール部材は、外径と内径が異なる連続した円筒状のシール保持部材に内側シール部材及び外側シール部材を取り付けて構成し、前記内側シール部材が前記アクチュエータ側であるバルブ。
     
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