特許 7201150 流体制御機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-26

(45)【発行日】2023-01-10

(54)【発明の名称】流体制御機器

(51)【国際特許分類】

   F16K 49/00 20060101AFI20221227BHJP

   F16K 7/12 20060101ALI20221227BHJP

【ＦＩ】

F16K49/00 B

F16K7/12 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019013401

(22)【出願日】2019-01-29

(65)【公開番号】P2020122496

(43)【公開日】2020-08-13

【審査請求日】2021-09-22

(73)【特許権者】

【識別番号】390033857

【氏名又は名称】株式会社フジキン

(74)【代理人】

【識別番号】100144048

【弁理士】

【氏名又は名称】坂本 智弘

(72)【発明者】

【氏名】赤本 久敏

(72)【発明者】

【氏名】土口 大飛

【審査官】橋本 敏行

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－２７０７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－２８３９８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５７－０４０７８０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／００９６８４３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００３－０１４１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２６９６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０２１６４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ ７／００－７／２０

１３／００－１３／１０

２５／００－２５／０４

２９／００－２９／０２

３３／００

３９／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

弁体としてのダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムを収容するボディと、を備える流体制御機器であって、
熱交換媒体を流入させる流入口と、前記熱交換媒体を流出させる流出口と、を有するジャケットを更に備え、
前記ボディの外面と前記ジャケットとの間に、前記熱交換媒体が流通する流通空間が形成され、
前記流通空間は、仕切り板で複数の区画に仕切られ、
前記仕切り板は、全閉時に前記ダイヤフラムが前記ボディの内面に接触するシール領域に対応する前記ボディの外面に沿って設けられている、
ことを特徴とする流体制御機器。

【請求項2】

弁体としてのダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムを収容するボディと、を備える流体制御機器であって、
熱交換媒体を流入させる流入口と、前記熱交換媒体を流出させる流出口と、を有するジャケットを更に備え、
前記ボディの外面と前記ジャケットとの間に、前記熱交換媒体が流通する流通空間が形成され、
前記流通空間は、仕切り板で複数の区画に仕切られ、
前記仕切り板は、前記ジャケットに溶接され、
前記ジャケットは、前記ボディに溶接されている、
ことを特徴とする流体制御機器。

【請求項3】

前記仕切り板は、全閉時に前記ダイヤフラムが前記ボディの内面に接触するシール領域に対応する前記ボディの外面に沿って設けられている、
ことを特徴とする請求項２に記載の流体制御機器。

【請求項4】

前記流入口と前記流出口は、前記複数の区画のうち異なる区画に接続され、
前記流入口または前記流出口が接続される各前記区画中において、前記流入口または前記流出口と、他の前記区画に繋がる連通開口とは、離れた側に配置される、
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれかに１項に記載の流体制御機器。

【請求項5】

前記流入口と前記流出口は、前記ボディに接続された供給配管の軸方向から見たとき、同じ方向に配置されている、
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の流体制御機器。

【請求項6】

前記流入口及び前記流出口は、ねじ込み式の継手にそれぞれ接続されている、
ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の流体制御機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体の流れを制御する流体制御機器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、液体、粉体、半固形体などの流動性材料を供給する流体制御機器としてボールバルブが用いられている。このボールバルブは、例えば、チョコレートなどを取り扱う食品工場でも使用されている。

【0003】

食品工場では、原料を供給する配管系の洗浄・殺菌が必須であるため、メンテナンス性の観点、また、パーティクルなどの異物混入対策の観点から、弁体にダイヤフラムを用いたダイヤフラムバルブが注目されている。

【0004】

ところで、チョコレートなどの原料は、加熱されて流動性を有する状態で配管系に供給されるため、新たに採用されるダイヤフラムバルブも加熱又は保温する必要がある。ボールバルブでは、非特許文献１にみられるように、ジャケット構造で加熱可能としたものが製品化されているが、ダイヤフラムバルブでは、そのような構造のものが未だ実用化されていない。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【文献】株式会社日阪製作所，”フルボア型ジャケット付ボールバルブ”，Ｃａｔ Ｎｏ ＨＪ５－１７０９，第１－５ページ

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

非特許文献１にみられるボールバルブの構造では、弁体を取り外す場合、バルブ本体を前後の配管から切り離す必要があり、メンテナンス性が良くなかった。また、バルブの呼び径が大きくなると、２つに完全分離したジャケットになるため、熱交換媒体を送給する配管が２系統になり、熱交換媒体の循環系が複雑化し、設置スペースが大きくなった。そのため、ボールバルブ用のジャケット構造を、ダイヤフラムバルブにそのまま適用することができなかった。

【0007】

そこで、本発明は以上の課題に鑑みてなされたものであり、均一に加熱可能なダイヤフラム型の流体制御機器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
（１）本発明に係る１つの態様は、弁体としてのダイヤフラムと、前記ダイヤフラムを収容するボディと、を備える流体制御機器であって、熱交換媒体を流入させる流入口と、前記熱交換媒体を流出させる流出口と、を有するジャケットを更に備え、前記ボディの外面と前記ジャケットとの間に、前記熱交換媒体が流通する流通空間が形成されているものである。
（２）上記（１）の態様において、前記流通空間は、仕切り板で複数の区画に仕切られてもよい。
（３）上記（２）の態様において、前記仕切り板は、全閉時に前記ダイヤフラムが前記ボディの内面に接触するシール領域に対応する前記ボディの外面に沿って設けられてもよい。
（４）上記（２）又は（３）の態様において、前記仕切り板は、前記ジャケットに溶接され、前記ジャケットは、前記ボディに溶接されてもよい。
（５）上記（２）から（４）までのいずれか１つの態様において、前記流入口と前記流出口は、前記複数の区画のうち異なる区画に接続され、前記流入口または前記流出口が接続される各前記区画中において、前記流入口または前記流出口と、他の前記区画に繋がる連通開口とは、離れた側に配置されてもよい。
（６）上記（１）から（５）までのいずれか１つの態様において、前記流入口と前記流出口は、前記ボディに接続された供給管の軸方向から見たとき、同じ方向に配置されてもよい。
（７）上記（１）から（６）のいずれか１つの態様において、前記流入口及び前記流出口は、ねじ込み式の継手にそれぞれ接続されてもよい。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、均一に加熱可能なダイヤフラム型の流体制御機器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明に係る実施形態の流体制御機器を示す部分断面図である。

【図2】本発明に係る実施形態の流体制御機器を示す分解斜視図である。

【図3】ダイヤフラムを接液側から見た斜視図である。

【図4】ボディを示す下方斜視図である。

【図5】ボディを第１配管側から見た断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という)を、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ符号を付している。
図１は、本発明に係る実施形態の流体制御機器１を示す部分断面図である。図２は、本発明に係る実施形態の流体制御機器１を示す分解斜視図である。なお、図２では、ジャケット３０は省略されている。

【0012】

流体制御機器１は、液体、粉体、蒸気（気体）などの流動性材料Ｆ（以降、「流体Ｆ」という。）の流れを配管系内で制御するものであり、ダイヤフラム１０を弁体として備える、いわゆるダイヤフラムバルブである。なお、流体Ｆには、例えば、チョコレートなど加熱されることで、流動性を呈するようなものも含まれる。

【0013】

そして、流体制御機器１は、図１に示すように、ダイヤフラム１０と、ダイヤフラム１０を収容するボディ２０と、ダイヤフラム１０を開閉方向に駆動させるアクチュエータ５０と、アクチュエータ５０をボディ２０に着脱可能に締結するクランプ部材６０と、を備えている。

【0014】

つぎに、ダイヤフラム１０について、図３も参照しながら説明する。図３は、ダイヤフラム１０を接液側から見た斜視図である。

【0015】

弁体としてのダイヤフラム１０は、丸みを帯びた肉厚の先端部１１ｂを有する略円錐形状に形成されている。ただし、略円錐形状は、一定の傾斜角を保って先端部１１ｂ側に向かって先細りする完全円錐形を意味するものではなく、例えば、先端部１１ｂに向かってほぼ一定の傾斜角度で先細りして先端部１１ｂが丸められたもの、内側に緩やかに窪むＲを描きながら先端部１１ｂに向かって先細りして先端部１１ｂが丸められたもの、中間部がほぼ一定の傾斜角度で先細りして先端部１１ｂが丸められているとともに、先端部１１ｂと反対側となる後端部側が緩やかに末広がりするベルカップ状のものなどの緩やかな曲線を描きながら先細りするものを含むものである。

【0016】

また、ダイヤフラム１０は、先端部１１ｂの中心を通って表面１０ａを横断するように形成された線条シール部１１ｃを有している。この線条シール部１１ｃは、流体Ｆに接触（接液）する表面１０ａ側から突出するように形成されている。

【0017】

なお、ダイヤフラム１０は、吊り具１２が裏面１０ｂ側に設けられている。また、必要に応じて、ダイヤフラム１０は、裏面１０ｂ側にバックアップ部が装着されてもよい。
また、ダイヤフラム１０は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から形成されている。

【0018】

つづいて、ボディ２０について、図４及び図５も参照しながら説明する。図４は、ボディ２０を示す下方斜視図である。図５は、ボディ２０を第１配管２１側から見た断面図である。

【0019】

ボディ２０は、図２に示すように、ダイヤフラム１０が配置されるボディ本体２３と、流体Ｆが供給及び排出される第１配管２１及び第２配管２２と、が一体的に設けられている。なお、本実施形態では、第１配管２１側を供給配管とするが、第２配管２２が供給配管であってもよい。

【0020】

第１配管２１及び第２配管２２は、ボディ本体２３を挟んで対称となるように一直線上に設けられているが、例えば、ボディ本体２３を介してＬ字状やＶ字状をなすように設けられてもよい。そして、第１配管２１及び第２配管２２は、フェルール式の継手を介して、各種設備の配管同士の間にそれぞれ連結される。

【0021】

ボディ本体２３は、中央にダイヤフラム１０の挿入口となる開口部２４ａを有する円形状のフランジ部２４と、フランジ部２４から反対側に位置する底部２６と、フランジ部２４と底部２６とに繋がる側部２５と、から形成された有底形状のものである。

【0022】

側部２５から底部２６に掛けての部分は、第１配管２１から第２配管２２に向かって、第１配管２１及び第２配管２２の内部流路の内面の一部が延長されたような内面、つまり、内部流路の内径に近い曲率半径を有する曲面状の内面を有している（図５参照）。

【0023】

また、側部２５は、第１配管２１から第２配管２２に向かう中間の位置であって、第１配管２１から第２配管２２に向かう方向（Ｙ軸方向）に略直交する方向側（図２のＸ軸方向側）の位置に、内側に向かって突出する突出部２５ａを左右一対有している。なお、第１配管２１から第２配管２２に向かう方向をＹ軸方向とするが、第１配管２１及び第２配管２２が一直線上に配置されていない場合は、供給配管である第１配管２１の軸方向をＹ軸方向とする。

【0024】

この突出部２５ａは、ダイヤフラム１０の表面形状に対応した形状となるように形成されている。この突出部２５ａは、アクチュエータ５０を駆動させて流体Ｆの流れを停止するときに、ダイヤフラム１０の線条シール部１１ｃが押し付けられて当接（接触）するシール領域２７を形成する。このとき、突出部２５ａに押し付けられた線条シール部１１ｃは変形するため、高い密閉度が得られ、流体Ｆの流れを確実に停止させることができる。

【0025】

つぎに、アクチュエータ５０は、ダイヤフラム１０を開閉動作させるもので、図示されない駆動機構と、駆動機構の動作をダイヤフラム１０に伝達する押圧具５２と、を有している。

【0026】

駆動機構は、例えば、単動又は複動式のエアシリンダに圧縮空気が供給されることで、ボディ２０側及びその反対側に上下移動する。ただし、駆動機構は、ハンドルを手動又は電動（モータ）で、時計回りや反時計回りに回すことで、押圧具５２を移動させたネジ機構を用いた機械的なものや、電磁気力で弁棒を直動させるようなものであってもよい。

【0027】

最後に、クランプ部材６０は、ダイヤフラム１０、ボディ２０及びアクチュエータ５０を一体化させるものであり、図２に示すように、一対の半円形状の挟持部材６１，６２と、これら挟持部材６１，６２を略円形状となるように締結する一対の締結部材と、を含んでいる。

【0028】

挟持部材６１は、内側に開口するコの字状溝６１ｃを有する半円形状の挟持部本体６１ａと、挟持部本体６１ａの半円形状の開放端側の両端部の外側にそれぞれ設けられたパイプ状の締結部６１ｂと、を有している。

【0029】

一方、挟持部材６２も、挟持部材６１と同じ形状であり、内側に開口するコの字状溝６２ｃを有する半円形状の挟持部本体６２ａと、挟持部本体６２ａの半円形状の開放端側の両端部の外側にそれぞれ設けられたパイプ状の締結部６２ｂと、を有している。

【0030】

そして、締結部材は、挟持部材６１の締結部６１ｂと挟持部材６２の締結部６２ｂを貫通するように設けられるボルトと、ボルトの先端側に螺合させるナットと、を含んでいる。

【0031】

このクランプ部材６０により、ボディ２０のフランジ部２４とアクチュエータ５０のフランジ部５１との間にダイヤフラム１０の外周縁１１ａを挟持した状態で配置される。つまり、ダイヤフラム１０は、ボディ２０とアクチュエータ５０が一体化されるときに、フランジ部５１とフランジ部２４とで挟持される。このとき、ボディ２０の開口部２４ａは、ダイヤフラム１０で閉塞されている。

【0032】

このような流体制御機器１の構成により、アクチュエータ５０の駆動機構がボディ２０側に駆動されると、駆動機構の先端側に設けられた押圧具５２も移動し、ダイヤフラム１０の裏面１０ｂ側から表面１０ａ側に押圧される力が作用する。これにより、ダイヤフラム１０の表面１０ａがボディ本体２３の側部２５及び底部２６の内面に当接するように変形し、ダイヤフラム１０とボディ２０との間にシール領域２７が形成され、第１配管２１から第２配管２２への流体Ｆの流れが遮断される。

【0033】

逆に、押圧具５２がボディ２０側から離れる方向に駆動されると、シール領域２７が開放され、流体Ｆが第１配管２１側から第２配管２２側に流れるようになる。

【0034】

ところで、流体制御機器１は、流体Ｆを加熱（保温）可能に構成されている。具体的には、ボディ２０が、図１，４，５に示すように、熱交換媒体Ｗが流通するジャケット３０で覆われており、熱交換媒体Ｗの熱をボディ２０などに伝えられるようになっている。

【0035】

ジャケット３０は、ボディ２０において少なくともシール領域２７が形成される内面に対応する外側を覆うように設けられている。そして、このジャケット３０の内面とボディ２０の外面との間に、熱交換媒体Ｗが流通する流通空間４０が形成されている。

【0036】

また、ジャケット３０は、熱交換媒体Ｗを流入させる流入口４１ａに連通する第１継手４１と、熱交換媒体Ｗを流出させる流出口４２ａに連通する第２継手４２と、を有している。なお、第１継手４１は、第２配管２２側に位置し、第２継手４２は、第１配管２１側に位置している。

【0037】

この第１継手４１及び第２継手４２（又は、流入口４１ａ及び流出口４２ａ）は、ボディ２０に接続された供給管となる第１配管２１の軸方向から見たとき、アクチュエータ５０の取付方向の反対側の方向に配置されているが、同じ方向を向いて配置されていれば、アクチュエータ５０の取付方向に対して１８０°でなく、９０°から２７０°の範囲であってもよい。

【0038】

第１継手４１及び第２継手４２には、熱交換媒体Ｗ用の配管をねじ込み連結可能なねじ込み式のものが用いられ、ジャケット３０に溶接されている。なお、第１継手４１及び第２継手４２は、設置スペースが大きくならないものであれば、他の形式のものでもよい。

【0039】

さらに、ジャケット３０は、流入口４１ａと流出口４２ａとの略中間付近に仕切り板３５が設けられている。具体的には、仕切り板３５は、全閉時にダイヤフラム１０がボディ２０の内面に接触するシール領域２７に対応する、ボディ２０の外面に沿って、略Ｕ字状に設けられている。この仕切り板３５により、流通空間４０は、熱交換媒体Ｗの流入口４１ａ側及び流出口４２ａ側の２つの第１区画４０ａ及び第２区画４０ｂに仕切られている。

【0040】

これら第１区画４０ａ及び第２区画４０ｂは、主として２か所の連通開口４０ｃで相互に流通可能になっている。連通開口４０ｃの下端、すなわち、仕切り板３５の上端は、図４の状態において、第１配管２１の中心（軸）よりも上方に存在するとよい。なお、ジャケット３０は、仕切り板３５が溶接された後に、ボディ２０に溶接されているため、ボディ２０と仕切り板３５との間には若干の隙間が形成されている。

【0041】

このようなジャケット３０は、熱交換媒体Ｗが漏れないように、ボディ２０に溶接されている。ジャケット３０をボディ２０に溶接することにより、ボディ２０に寸法変化（歪み）が発生するが、シール領域２７付近の寸法変化は、流体制御機器１のシール性能に影響を与えるため、シール領域２７を避けた位置で溶接するとよい。

【0042】

そして、ジャケット３０に送給される熱交換媒体Ｗには、加熱温度に応じて種々のものが使用可能であるが、例えば、４０℃から１００℃未満の加熱温度であれば、温水を使用するとよい。熱交換媒体Ｗは、加熱手段及び温度コントローラで一定温度に維持され、ポンプ及びタンクなどを備えた循環装置により、ジャケット３０に流入及び流出させられる。

【0043】

以上説明したとおり、本発明に係る実施形態の流体制御機器１は、弁体としてのダイヤフラム１０と、ダイヤフラム１０を収容するボディ２０と、を備える流体制御機器１であって、熱交換媒体Ｗを流入させる流入口４１ａと、熱交換媒体Ｗを流出させる流出口４２ａと、を有するジャケット３０を更に備え、ボディ２０の外面とジャケット３０との間に、熱交換媒体Ｗが流通する流通空間４０が形成されているものである。これにより、ダイヤフラム１０を弁体として備える流体制御機器１であっても、ボディ２０を均一加熱することができるため、制御する流体Ｆの温度を維持することができる。

【0044】

実施形態の流通空間４０は、仕切り板３５で第１区画４０ａ及び第２区画４０ｂの複数区画に仕切られている。特に、第１区画４０ａ及び第２区画４０ｂそれぞれにおいて、流入口４１ａ及び流出口４２ａと連通開口４０ｃとは離れた側に配置されている。これにより、流入口４１ａから流入した熱交換媒体Ｗが、直近で隣接する流出口４２ａに直接向かうことがなく、仕切り板３５（連通開口４０ｃ）を迂回して、流出口４２ａに向かうことになる。そのため、熱交換媒体Ｗがジャケット３０内側の流通空間４０全体に行き渡り、ボディ２０の加熱を効果的に行うことができる。

【0045】

実施形態の仕切り板３５は、全閉時にダイヤフラム１０がボディ２０の内面に接触するシール領域２７に対応するボディ２０の外面に沿って設けられている。これにより、シール領域２７に対する加熱の均等性を高めることができる。つまり、シール領域２７の一部だけが部分的に低温になることで、流体Ｆが凝固するようなことがなく、また、流体制御機器１の閉止性能が低下するような問題を抑制することができる。

【0046】

実施形態のジャケット３０は、ボディ２０に溶接され、仕切り板３５は、ジャケット３０に溶接されている。上記したように、仕切り板３５は、全閉時にダイヤフラム１０がボディ２０の内面に接触するシール領域２７に対応するボディ２０の外面に沿って設けられているが、ボディ２０に溶接されないため、溶接による熱ひずみがボディ２０に発生せず、ダイヤフラム１０による弁閉止性能の低下を抑制することができる。

【0047】

実施形態の流入口４１ａと流出口４２ａは、ボディ２０に接続された第１配管（供給管）２１の軸方向から見たとき、同じ方向に配置されている。これにより、熱交換媒体Ｗを循環させる場合、供給側配管系とリターン側配管系とを流体制御機器１に対して同じ側に配置することができ、配管系の取り回しを、簡素でコンパクトな設計とすることができる。

【0048】

実施形態の流入口４１ａ及び流出口４２ａは、ねじ込み式の第１継手４１及び第２継手４２に接続されている。これにより、フェルール式と比べて、流入口４１ａ及び流出口４２ａ同士を近づけて配置することができ、熱交換媒体Ｗの配管系をコンパクトにすることができる。

【0049】

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

【符号の説明】

【0050】

１ 流体制御機器
１０ ダイヤフラム、１０ａ 表面、１０ｂ 裏面、１１ａ 外周縁、１１ｂ 先端部、１１ｃ 線条シール部、１２ 吊り具
２０ ボディ、２１ 第１配管（供給配管）、２２ 第２配管、２３ ボディ本体、２４ フランジ部、２４ａ 開口部、２５ 側部、２５ａ 突出部、２６ 底部、２７ シール領域
３０ ジャケット、３５ 仕切り板
４０ 流通空間、４０ａ 第１区画、４０ｂ 第２区画、４０ｃ 連通開口、４１ａ 流入口、４２ａ 流出口、４１ 第１継手、４２ 第２継手
５０ アクチュエータ、５１ フランジ部、５２ 押圧具
６０ クランプ部材、６１，６２ 挟持部材、６１ａ，６２ａ 挟持部本体、６１ｂ，６２ｂ 締結部、６１ｃ，６２ｃ コの字状溝、
Ｆ 流動性材料、Ｗ 熱交換媒体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】