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(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】2023-07-21
(45)【発行日】2023-07-31
(54)【発明の名称】弁装置とこれを用いた減圧弁
(51)【国際特許分類】
   G05D 16/16 20060101AFI20230724BHJP
   F16K 51/00 20060101ALI20230724BHJP
   F16K 17/30 20060101ALI20230724BHJP
   G05D 16/06 20060101ALI20230724BHJP
【FI】
G05D16/16 Z
F16K51/00 B
F16K17/30 A
G05D16/06 R
【請求項の数】 3
(21)【出願番号】P 2021009838
(22)【出願日】2021-01-25
(65)【公開番号】P2022113532
(43)【公開日】2022-08-04
【審査請求日】2022-03-07
(73)【特許権者】
【識別番号】000137889
【氏名又は名称】株式会社ミヤワキ
(74)【代理人】
【識別番号】100087941
【弁理士】
【氏名又は名称】杉本 修司
(74)【代理人】
【識別番号】100112829
【弁理士】
【氏名又は名称】堤 健郎
(74)【代理人】
【識別番号】100154771
【弁理士】
【氏名又は名称】中田 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100155963
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 大輔
(72)【発明者】
【氏名】北邑 有希雄
【審査官】牧 初
(56)【参考文献】
【文献】特開2004-316454(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G05D 16/00-16/20
F16K 17/18-17/34
F16K 39/00-51/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体の流入路と流出路との間を開閉する弁体と、
ばね力によって前記弁体を弁シートに着座させるばね体と、
前記ばね体のばね力に抗して、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、
前記流入路に設けられて、前記弁体および前記ばね体が収納される弁室に異物が進入するのを防ぐスクリーン部材と、を備え、
前記スクリーン部材は内側スクリーン部と外側スクリーン部とを有し、
前記内側スクリーン部と前記外側スクリーン部が相対移動されることで、前記スクリーン部材のメッシュサイズが変更可能に構成され、
前記スクリーン部材は円筒形状であり、
円筒形の前記内側スクリーン部と円筒形の前記外側スクリーン部が相対回転移動されることで、前記メッシュサイズが変更可能に構成され、
さらに、ケーシングに回動自在に取り付けられて前記内側スクリーン部または前記外側スクリーン部を回転させる調整ボルトを備えている弁装置。
【請求項2】
請求項1に記載の弁装置において、前記内側スクリーン部および前記外側スクリーン部は、板材を円筒形状に曲げ、その両端縁を径方向内側と径方向外側にそれぞれ折り曲げて重合させることで形成され、
前記外側スクリーン部の重合部が前記ケーシングに係合され、前記内側スクリーン部の重合部が前記調整ボルトに係合されている弁装置。
【請求項3】
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、請求項1または2に記載の弁装置と、
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材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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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弁装置とこれを用いた減圧弁に関する。
【背景技術】
【0002】
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(例えば、特許文献1)。特許文献1のような弁装置では、スクリーンと呼ばれるフィルターのような機構の部品が取り付けられる。スクリーンは、弁体が収納される弁室に異物が浸入するのを防ぐ役割を果たす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開昭62-103717号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本来は、配管の状態や弁装置の用途等によってスクリーンのメッシュサイズを選定する必要があるが、一般的には、メッシュ部が早期に閉塞しないように粗い(サイズが大きめ)設計になっている。このため、使用環境によっては、異物を十分に捕捉できない恐れがある。
【0005】
本発明は、使用状況に応じてスクリーンのメッシュサイズを変更できる弁装置とこれを用いた減圧弁を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、本発明の弁装置は、流体の流入路と流出路との間を開閉する弁体と、ばね力によって前記弁体を弁シートに着座させるばね体と、前記ばね体のばね力に抗して、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、前記流入路に設けられて、前記弁体および前記ばね体が収納される弁室に異物が進入するのを防ぐスクリーン部材とを備えている。前記スクリーン部材は内側スクリーン部と外側スクリーン部と有し、前記内側スクリーン部と前記外側スクリーン部が相対移動されることで、前記スクリーン部材のメッシュサイズが変更可能に構成されている。
【0007】
この構成によれば、内側スクリーン部と外側スクリーン部を相対移動させることで、スクリーン部材のメッシュサイズを変更することができる。これにより、使用状況に応じて最適なスクリーンのメッシュサイズを設定できる。その結果、メッシュ部が早期に閉塞するのを抑制しつつ、弁室に異物が侵入するのを防ぐことができる。
【0008】
本発明において、前記スクリーン部材は円筒形状であり、円筒形の前記内側スクリーン部と円筒形の前記外側スクリーン部が相対回転移動されることで、前記メッシュサイズが変更可能に構成されていてもよい。この構成によれば、スクリーン部材をコンパクトに構成することができる。
【0009】
この場合、さらに、ケーシングに回動自在に取り付けられて前記内側スクリーン部または前記外側スクリーン部を回転させる調整ボルトを備えていてもよい。この構成によれば、簡単な操作で、メッシュサイズを変更することができる。この場合、前記内側スクリーン部および前記外側スクリーン部は、板材を円筒形状に曲げ、その両端縁を径方向内側と径方向外側にそれぞれ折り曲げて重合させることで形成され、前記外側スクリーン部の重合部が前記ケーシングに係合され、前記内側スクリーン部の重合部が前記調整ボルトに係合されていてもよい。この構成によれば、スクリーン部材の製造過程で形成される重合部を利用して、メッシュサイズを変更させる構造を構築することができる。
【0010】
本発明の減圧弁は、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、前記主弁体を開閉させるパイロット弁ユニットとを備えている。前記パイロット弁ユニットが、本発明の弁装置と、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ている。前記第1の弁駆動部は、前進して前記シャフト部材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ている。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。
【発明の効果】
【0011】
本発明の弁装置および減圧弁によれば、使用状況に応じて最適なスクリーンのメッシュサイズを設定できる結果、メッシュ部が早期に閉塞するのを抑制しつつ、弁室に異物が侵入するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1】本発明の対象である減圧弁の基本構成を示す縦断面図である。
図2】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。
図3】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。
図4】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。
図5】(A)は本発明の第1実施形態に係る弁装置の要部を示す縦断面図で、(B)は(A)の調整ボルトを矢印B方向から見た正面図である。
図6】同弁装置のスクリーンの斜視図である。
図7】(A)~(C)は、スクリーンのメッシュサイズを変更した状態を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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するように設定されたバルブが減圧弁である。
【0016】
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は本発明の対象である弁装置を用いた減圧弁の一種であるパイロット作動式の減圧弁の基本構成を示す。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。
【0017】
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。
【0018】
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、弁体32を含む弁装置34と、この弁装置34を開閉させるパイロット弁駆動部36とを有する。弁体32は、例えば、ボール形(球体)であるが、これに限定されない。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。
【0019】
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がパイロット弁駆動部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との間に介装されている。
【0020】
パイロット弁駆動部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。
【0021】
パイロット弁駆動部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。
【0022】
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。
【0023】
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。スクリーン66には、複数のメッシュ(孔)66aが形成されている。メッシュ66aは、例えば、パンチ孔である。パイロット室62の前方(図1の左側)は開口しており、この開口63が、ケーシング(上ケース)6に着脱自在に取り付けられた蓋部材69により閉塞されている。蓋部材69を取り外すことで、開口63からパイロット室62内へのスクリーン66の着脱が可能となっている。
【0024】
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。
【0025】
つまり、パイロット室62が弁体32の流入路を構成し、貫通路68が弁体32の流出路を構成し、その間にパイロット弁室65が形成されている。パイロット弁室65に、弁体32および第1のばね体44が収納されている。スクリーン66は、流入路62に設けられて、パイロット弁室65に異物が進入するのを防ぐスクリーン部材を構成する。
【0026】
つぎに上記構成の作動を説明する。
[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。
【0027】
[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の先端の押圧板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。
【0028】
[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。
【0029】
つぎに、本発明の第1実施形態の要部であるスクリーン66について図5~7により説明する。図5の(A)に示す弁装置34では、スクリーン66が、内側スクリーン部80と外側スクリーン部82とを有し、内側スクリーン部80および外側スクリーン部82が相対移動可能に構成されている。
【0030】
図6に示すように、スクリーン66は円筒形状である。詳細には、スクリーン66は、円筒形の内側スクリーン部80と、円筒形の外側スクリーン部82とを有している。内側スクリーン部80の外径と、外側スクリーン部82の内径はほぼ同じである。本実施形態では、内側スクリーン部80および外側スクリーン部82は、鋼製の板材を円筒形状に折り曲げることで形成されている。
【0031】
詳細には、内側スクリーン部80および外側スクリーン部82は、板材を円筒形状に湾曲させ、その両端縁を重合させて接合することで形成されている。内側スクリーン部80の重合部84は、径方向内側に折り曲げられて、その外面同士が接触するように形成されている。一方、外側スクリーン部82の重合部86は、径方向外側に折り曲げられて、その内面同士が接触するように形成されている。これら重合部84,86の接合は、例えば、溶接により行われる。ただし、接合方法は溶接に限定されない。
【0032】
内側スクリーン部80および外側スクリーン部82に、内側メッシュ80aおよび外側メッシュ82aがそれぞれ形成されている。本実施形態では、内側メッシュ80aおよび外側メッシュ82aは円形のパンチ孔で構成されている。これら内側メッシュ80aおよび外側メッシュ82aにより、スクリーン66のメッシュ66aが形成されている。
【0033】
本実施形態では、内側メッシュ80aと外側メッシュ82aの大きさ(メッシュサイズ)、配置は同じに構成されている。ただし、メッシュのサイズ、配置は異なっていてもよい。また、本実施形態では、図5(A)から分かるように、内側メッシュ80aが、外側メッシュ82aよりも軸方向に長い領域にわたって形成されている。つまり、内側メッシュ80aは、その一部が、外側メッシュ82aに覆われていない。
【0034】
内側スクリーン部80と外側スクリーン部82は相対移動することで、スクリーン66のメッシュサイズが変更可能に構成されている。本実施形態では、図5(A)に示すように、ケーシング(上ケース6)に調整ボルト88が回動自在に取り付けられ、調整ボルト88を回動させることで、内側スクリーン部80と外側スクリーン部82が相対回転し、これにより、メッシュサイズが変更可能に構成されている。
【0035】
本実施形態では、調整ボルト88は、蓋部材69と一体化されている。詳細には、蓋部材69は、円筒形状の蓋部材本体90の中空孔に調整ボルト88がねじ連結されている。蓋部材本体90の内周面と調整ボルト88の外周面との間にシール部材92が介在されている。蓋部材本体90は、外周面に雄ねじ90aが形成された軸部90bと、軸部90bから径方向外側に延びる円盤状のフランジ部90cとを有している。
【0036】
調整ボルト88は、円柱形状であり、外周面に雄ねじ88aが形成されたねじ部88bと、雄ねじがない嵌合部88cとを有している。調整ボルト88におけるねじ部88b側の一端面(前端面)に、工具用の溝88dが形成されている。嵌合部88cの外周面に環状溝88eが形成されおり、環状溝88eに前記シール部材92が嵌め込まれている。調整ボルト88における嵌合部88c側の他端面(後端面)に、軸方向に延びるキー溝88fが形成されている。
【0037】
つぎに、スクリーン66の取り付け、固定構造を説明する。スクリーン66は、外側スクリーン部82の内側に内側スクリーン部80を嵌め込んだ状態で、ケーシング6(上ケース6)に装着される。このとき、ケーシング6に形成されたキー溝6aに、外側スクリーン部82の重合部86が軸方向に嵌り込んで係合する。これにより、スクリーン66の位置決めがされるとともに、スクリーン66の回り止めがされる。
【0038】
この状態で、調整ボルト88と一体化された蓋部材69がケーシング6に締結される。詳細には、蓋部材本体90の雄ねじ90aが、ケーシング6に形成された雌ねじ6bに螺合され、蓋部材本体90のフランジ部90cが開口63の縁に当接する。蓋部材本体90のフランジ部90cと開口63の縁との間にはシール部材94が介在されている。このとき、調整ボルト88のキー溝88fに、内側スクリーン部80の重合部84が係合されるようにする。
【0039】
最後に、調整ボルト88のねじ部88bの雄ねじ88aに、緩み止め用のナット部材95が締結される。これにより、調整ボルト88が、蓋部材本体90に対して相対回転するのが抑制される。
【0040】
つぎに、本実施形態の弁装置34におけるスクリーン66のメッシュサイズを変更する構造について説明する。まず、調整ボルト88からナット部材95を取り外す。つづいて、調整ボルト88の溝88dに工具を差し込んで、矢印Rの方向に調整ボルト88を回転させる。
【0041】
図5(B)に示すように、蓋部材本体90のフランジ部90cの前端面(図5(A)の左端面)に、3つの指標96-1,96-2,96-3が設けられている。ここで、スクリーン66のメッシュサイズが大きい順に、第1の指標96-1、第2の指標96-2、第3の指標96-3とする。ただし、指標の数は3つに限定されない。
【0042】
つまり、溝88dの先端88daが第1の指標96-1に合致するとき、内側メッシュ80aと外側メッシュ82aが重なって、スクリーン66のメッシュサイズは最大となる(図7(A))。一方、溝88dの先端88daが第3の指標96-3に合致するとき、内側メッシュ80aと外側メッシュ82aが最も大きくずれて、スクリーン66のメッシュサイズは最小となる(図7(C))。溝88dの先端88daが第2の指標96-2に合致するときは、スクリーン66のメッシュサイズは中間サイズ(最大の約50%)となる(図7(B))。
【0043】
第1~3の指標96-1,96-2,96-3を目安に、調整ボルト88を矢印Rの方向に回転させることで、スクリーン66のメッシュサイズを所望の大きさに設定できる。メッシュサイズの設定後、調整ボルト88のねじ部88bの雄ねじ88aに、ナット部材95が締結される。
【0044】
上記構成によれば、図5(A)の内側スクリーン部80と外側スクリーン82部を相対移動させることで、スクリーン66のメッシュサイズを変更することができる。これにより、使用状況に応じて最適なスクリーン66のメッシュサイズを設定できる。その結果、メッシュ66aが早期に閉塞するのを抑制しつつ、弁室65に異物が侵入するのを防ぐことができる。
【0045】
円筒形の内側スクリーン部80と円筒形の外側スクリーン部82が相対回転移動されることでメッシュサイズが変更される。これにより、コンパクトな構成でメッシュサイズを変更できる。
【0046】
外側スクリーン部82の重合部86がケーシング6のキー溝6aに係合され、内側スクリーン部80の重合部84が調整ボルト88のキー溝88fに係合されている。このように、スクリーン66の製造過程で形成される重合部84,86を利用して、内側スクリーン部80の回転によるメッシュサイズの変更と、外側スクリーン部82の位置決め、固定(回り止め)を実現することができる。
【0047】
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、パイロット弁ユニット30の弁装置34について説明したが、本発明は、パイロット弁を有しない直動型の減圧弁にも適用できる。また、本発明は、減圧弁以外の弁装置にも適用できる。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。
【符号の説明】
【0048】
32 弁体
34 弁装置
40 弁シート
42 シャフト部材
44 第1のばね体(ばね体)
62 パイロット室(流入路)
65 パイロット弁室(弁室)
66 スクリーン(スクリーン部材)
68 貫通路(流出路)
80 内側スクリーン部
82 外側スクリーン部
84 内側スクリーン部の重合部
86 外側スクリーン部の重合部
88 調整ボルト
PRV 減圧弁
S 蒸気(流体)
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7