(57)【要約】      （修正有）【課題】安全弁の作動時におけるメンブレンシートの破裂を防止する。【解決手段】弁体１の下方に張ったメンブレンシート２の中央孔から下方に突き出る取付軸３と、メンブレンシート２を下から支えるように取付軸３に固定されるシート支持部４と、取付軸３に固定される延長部材２６とを備える。延長部材２６は、取付軸３の外径面に形成された雄ねじ部１８にねじ込む袋ナットからなる。延長部材２６の外径面に形成された圧力取込み口２９は、軸径方向に取付軸３の外径よりも遠方に位置し、取付軸３の内部の中空穴２３まで連なる。圧力導入路は、一次側圧力を圧力取込み口２９、中空穴２３経由で弁体１とメンブレンシート２間の隙間５に導く。開弁時、エジェクタ効果によって圧力取込み口２９からの吸い出しで、隙間５を減圧する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体（１）の下方に張ったメンブレンシート（２）と、このメンブレンシート（２）の中央孔（１５）から下方に突き出る取付軸（３）と、前記メンブレンシート（２）を下から支えるように前記取付軸（３）に固定されるシート支持部（４）と、一次側圧力を前記取付軸（３）の内部経由で前記弁体（１）と前記メンブレンシート（２）間の隙間（５）に導く圧力導入路とを備え、
前記圧力導入路から前記隙間（５）に導いた圧力によってメンブレンシート（２）が弁座（７）に押さえ付けられる安全弁において、
前記圧力導入路が、軸径方向に前記取付軸（３）の外径以遠のみから一次側圧力を取り込むように設けられていることを特徴とする安全弁。
【請求項２】
圧力導入路の圧力取込み口（２９）が下端閉塞状になっている請求項１に記載の安全弁。
【請求項３】
前記取付軸（３）に固定される延長部材（２６）を備え、
前記延長部材（２６）が、軸径方向に前記取付軸（３）の外径よりも遠方に位置する圧力取込み口（２９）から前記取付軸（３）の内部まで連なり、
前記圧力導入路が前記圧力取込み口（２９）から一次側圧力を取り込む請求項１又は２に記載の安全弁。
【請求項４】
前記シート支持部（４）が、前記取付軸（３）の外径面に形成された雄ねじ部（１８）にねじ込むナット（１９、２０）を有し、前記延長部材（２６）が、前記雄ねじ部（１８）にねじ込む袋ナットからなる請求項３に記載の安全弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自緊式のメンブレンシートを備えた安全弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
安全弁は、バルブの一次側（入口側）の圧力が上昇して予め定められた圧力になったとき自動的に作動し、弁体が開き、圧力が所定の値に降下すれば、再び弁体が閉じる機能をもっている。一般に、安全弁は、蒸気又はガスの発生装置、圧力容器及び配管の安全確保のために使用される。
【０００３】
ＬＮＧ、ＬＰＧ等の低圧ガス用の安全弁として、弁体に柔軟なメンブレンシートを張り、弁体との間の隙間内に一次側圧力を導入し、この圧力をメンブレンシートの内側シート面に作用させることにより、メンブレンシートを弁座のシール面に密着させ、気密を保つ自緊式のものがある（例えば、非特許文献１）。
【０００４】
自緊式の安全弁は、図３に例示するように、弁体１の下方に張ったメンブレンシート２と、メンブレンシート２の中央孔から下方に突き出る取付軸３と、メンブレンシート２を下から支えるように取付軸３に固定されるシート支持部４と、一次側圧力を取付軸３の内部経由で弁体１とメンブレンシート２間の隙間５に導く圧力導入路とを備えている。メンブレンシート２の外周部は、二次シート６によって弁体１に固定されている。シート支持部４は、メンブレンシート２の中央側を支えている。閉弁時、圧力導入路から隙間５に導いた圧力も一次側圧力になるが、メンブレンシート２の上面側での受圧面積が下面側での受圧面積よりも大きいため、メンブレンシート２が下側に押される。その結果、シート支持部４及び二次シート６に支えられていないメンブレンシート２の非支持部分が、弁座７に押さえ付けられ、気密を保つようになっている。このとき、メンブレンシート２に大きな力は作用せず、非支持部分が破れることはない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】特許庁作成  標準技術集「バルブ」（特に「技術名称１−１−２−３  ＬＮＧ／ＬＰＧ用パイロット弁付安全弁」）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常作動しない安全弁の性質上、閉弁時の気密性も重要である。メンブレンシート２の非支持部分を弁座７に密着させるには、その非支持部分を薄くして柔軟性を高める必要がある。
【０００７】
ところが、メンブレンシート２の非支持部分が弁座７から離れた開弁時、一次側圧力が逃げると、弁体１の直下の圧力分布は、理論的に図４のようになる。従来の自緊式の安全弁では、図３の圧力導入路が取付軸３の下面中央部に下向きの圧力取込み口を有するため、図４の圧力分布ピークである淀み点圧を図３の隙間５内に導くことになる。したがって、隙間５内の圧力は、図４の圧力分布の平均圧力よりもかなり高くなる。その結果、図３のメンブレンシート２の上面側に比較的高圧が作用し、下面側に比較的低圧が作用し、その差圧によって非支持部分が下側へ膨らんでしまう。非支持部分を薄くする程、膨らんだ際に破裂を生じ易くなる。一般に、安全弁を施設の安全系統に組み込んだ後、安全弁の作動試験を実施するが、上述の破裂に至る欠陥を不運にも作動試験で発見できなかった場合、通常作動しない安全弁の性質上、次の定期点検まで欠陥発見の機会がない。このため、気密性を向上させるとしても、破裂を生じ易くすることは避けるべきである。
【０００８】
そこで、この発明が解決しようとする課題は、安全弁の作動時におけるメンブレンシートの破裂を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するため、この発明は、弁体の下方に張ったメンブレンシートと、このメンブレンシートの中央孔から下方に突き出る取付軸と、前記メンブレンシートを下から支えるように前記取付軸に固定されるシート支持部と、一次側圧力を前記取付軸の内部経由で前記弁体と前記メンブレンシート間の隙間に導く圧力導入路とを備え、前記圧力導入路から前記隙間に導いた圧力によってメンブレンシートが弁座に押さえ付けられる安全弁において、前記圧力導入路が、軸径方向に前記取付軸の外径以遠のみから一次側圧力を取り込むように設けられている構成を採用した。
【００１０】
この構成によれば、開弁時、圧力導入路が軸径方向に取付軸の外径以遠のみから一次側圧力を取り込むため、図示圧力分布の淀み点圧力を隙間に導くことはない。この分、メンブレンシートの非支持部分を膨らませる力が軽減されるので、非支持部分の破裂を防止することができる。
【００１１】
特に、前記圧力導入路の圧力取込み口が下端閉塞状になっているとよい。淀み点から軸径方向に離れた圧力取込み口は、一次側圧力が二次側に吹き出る流れの中にある。開弁当初、前記隙間及び圧力導入路の圧力は安全弁の作動圧力になっているため、その吹き出し流は、隙間の圧力よりも低圧となる。下端閉塞状の圧力取込み口にしておけば、その吹き出し流が圧力導入路へ直に入り込まず、圧力取込み口から吸い出すエジェクタ効果が得られる。これにより、図示圧力分布における圧力取込み口の位置での圧力よりも隙間の圧力が減圧されるので、メンブレンシートの非支持部分の破裂を一層防止することができる。
【００１２】
また、前記取付軸に固定される延長部材を備え、前記延長部材が、軸径方向に前記取付軸の外径よりも遠方に位置する圧力取込み口から前記取付軸の内部まで連なり、前記圧力導入路が前記圧力取込み口から一次側圧力を取り込むようにしてもよい。この場合、取付軸の外径面に圧力取込み口を形成する場合よりも低圧力を導くことができる。
【００１３】
前記シート支持部が前記取付軸の外径面に形成された雄ねじ部にねじ込むナットを有する場合、前記延長部材が、その雄ねじ部にねじ込む袋ナットからなることが好ましい。従来、メンブレンシートを下から支えるため、ナットが利用されている。そのナットと同じ雄ねじ部にねじ込む延長部材の内部で取付軸の内部と連通させ、延長部材の外径選択で圧力取込み口の軸径方向位置を設定することができる。また、雄ねじ部及び下面中央部に開口する中空穴をもった従来構造の取付軸に延長部材を追加するだけでこの発明を実現することができるので、既存の安全弁への適用が容易である。
【発明の効果】
【００１４】
この発明は、上記構成の採用により、安全弁の作動時、メンブレンシートの非支持部分を膨らませる力を軽減し、メンブレンシートの破裂を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施形態に係る安全弁の弁体付近を開弁状態で示した部分縦断正面図
【図２】（ａ）は図１の安全弁の弁体付近を開弁状態で示した部分縦断正面図、（ｂ）は前記（ａ）の状態での一次側圧力の作用を示すメンブレンシートの非支持部分の拡大図
【図３】従来の安全弁の全体構成を示す縦断正面図
【図４】図１又は図３の安全弁の作動時における弁体直下の圧力分布を示す概念図
【図５】図１の延長部材の縦断正面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明の実施形態に係る安全弁を添付図面に基いて説明する。この安全弁の基本構造は、図３に例示した安全弁と共通になっている。すなわち、この安全弁は、主弁１００とパイロット弁２００とを備え、パイロット弁２００の吹出しによって、主弁１００が作動するパイロット弁付き安全弁として構成されている。
【００１７】
この安全弁は、ドーム室２０１内に一次側圧力が導入され、パイロット弁２００が所定の圧力になると開弁し、ドーム室２０１内の一次側圧力を大気に逃す。閉弁中、パイロット弁２００のばねとセンス室ダイヤフラムにかかる圧力荷重がバランスしており、ドーム室２０１内に導入された一次側圧力がばねの設定圧力以上に達するとパイロット弁のばねを押し上げ、パイロット弁２００の弁体が開弁位置へ変位させられるようになっている。
【００１８】
主弁１００は、弁体１の下方に張ったメンブレンシート２と、メンブレンシート２の中央孔から下方に突き出る取付軸３と、メンブレンシート２を下から支えるように取付軸３に固定されるシート支持部４と、一次側圧力を取付軸３の内部経由で弁体１とメンブレンシート２間の隙間５に導く圧力導入路とを備えている。メンブレンシート２の外周部は、二次シート６によって弁体１に固定されている。弁体１と共にメンブレンシート２の外周部を挟む二次シート６は、弁体１にボルト・ナットで締結されている。
【００１９】
弁体１に軸部８が連設されている。軸部８は、主弁ダイヤフラム９に設けられたガイド部１０に通され、ドーム室２０１内でダイヤフラム押さえ、ダイヤフラムリテーナと結合されている。ガイド部１０の案内方向を上下方向とする。パイロット弁２００が閉弁中のとき、弁体１が主弁ボディ１１の入口１２に入った一次側圧力に押される面積（弁体受圧面積）と比して、主弁ダイヤフラム９がドーム室２０１内の一次側圧力に押される有効面積が大きいため、主弁ダイヤフラム９から軸部８を介して弁体１に与えられる下向き荷重が、入口１２から流入した一次側圧力に押される力を上回る。このため、パイロット弁２００が閉弁中のとき、弁体１が下側に押され、これに伴い、二次シート６、メンブレンシート２が弁座７に押し付けられる。一次側圧力がパイロット弁２００の設定圧力以上に達すると、パイロット弁２００が開いてドーム室２０１の圧力が低下し、弁体１を押す下向き荷重も低下し、弁体１がリフトし、メンブレンシート２、二次シート６が弁座７から離れ、一次側圧力が主弁ボディ１１の出口１３から逃げる。ドーム室２０１内の圧力がゼロ近くまで下がると主弁１００が全開し、一次側圧力が降下して、所定の圧力になると、パイロット弁２００、主弁１００が閉じる。
【００２０】
この安全弁の取付軸３は、図２（ａ）に示すように、弁体１の中央孔１４に通す雄ねじ部品のうち、メンブレンシート２の中央孔１５から下方に突き出る部分からなる。取付軸３の外径は、ねじ山頂部での外径に相当している。雄ねじ部品の残部は、中央孔１４を塞いで弁体１の一部を成している。軸部８は、その雄ねじ部品の頭部１６と連結されている。
【００２１】
シート支持部４は、メンブレンシート２の中央側を下から支えるリテーナ１７と、取付軸３の外径面に形成された雄ねじ部１８にねじ込むナット１９、２０とで構成されている。ナット１９、２０はダブルナットになっている。
【００２２】
メンブレンシート２の中央孔１５の周囲と、弁体１の中央孔１４の周囲との間に環状のスペーサ２１が介在している。弁体１は、メンブレンシート２を二次シート６と共に挟持する外周側突部２２を有する。スペーサ２１と外周側突部２２とによって、隙間５を保てるようにメンブレンシート２が弁体１に張られている。
【００２３】
取付軸３の内部には、下面中央部に開口するように軸心部を通る中空穴２３と、取付軸３の外径面から中空穴２３まで軸径方向に貫通する孔２４とが形成されている。スペーサ２１には、孔２４と隙間５間に亘って連通するように孔２５が形成されている。
【００２４】
この安全弁は、取付軸３に固定される延長部材２６を備えている。延長部材２６は、雄ねじ部１８にねじ込む袋ナットからなる。延長部材２６には、図５に示すように、雌ねじ部２７と、雌ねじ部２７からさらに軸方向に深く形成された吹抜け穴２８と、袋ナットの外径面から吹抜け穴２８まで軸径方向に貫通する圧力取込み口２９とが形成されている。圧力取込み口２９は、軸径方向に対向する配置で複数個所に形成されている。各圧力取込み口２９は、下端閉塞状になっているので、延長部材２６の下面に露出しない。図２（ａ）に示すように、延長部材２６を雄ねじ部１８にねじ込むことによって取付軸３に固定すると、延長部材２６の外径上に位置する圧力取込み口２９は、軸径方向に取付軸３の外径を成す雄ねじ部１８よりも遠方に位置し、この圧力取込み口２９から吹抜け穴２８を通って取付軸３の内部の中空穴２３まで連なる。
【００２５】
前記圧力導入路は、延長部材２６、取付軸３及びスペーサ２１からなり、入口１２側から順に延長部材２６の内部（圧力取込み口２９、吹抜け穴２８の流路壁面）、取付軸３の内部（中空穴２３、孔２４の流路壁面）、スペーサ２１の内部（孔２５の流路壁面）、隙間５まで連通している。したがって、圧力導入路は、閉弁時、入口１２からの一次側圧力を、圧力取込み口２９、２９のみから取り込んで隙間５まで導く。図２（ｂ）に閉弁中の弁座７付近を拡大し、一次側圧力の作用を矢線で概念的に描いた。同図に示すように、メンブレンシート２の上面側での受圧面積がメンブレンシート２の下面側での受圧面積よりも大きいため、メンブレンシート２が下側に押される。その結果、リテーナ１７及び二次シート６によって下から支えられていないメンブレンシート２の非支持部分３０は、自己の上面側に作用する一次側圧力によって、弁座７のシール面３１に沿うように変形させられ、非支持部分３０とシール面３１の確実な密着が得られる。このように、非支持部分３０は、弁座７のシール面３１に押さえ付けられ、気密を保つようになっている。非支持部分３０でのシート厚は、前述の変形・密着を実現可能な柔軟性が得られるように、十分に薄く設定されている。
【００２６】
図１に、この安全弁の全開時の弁体１付近を示す。同図に示すように、この安全弁が作動して弁体１がリフトすると、入口１２から入った一次側圧力は、二次シート６と弁座７間の隙間から、大気に連通している二次側に逃げる。このとき、圧力導入路は、軸径方向に取付軸３の外径よりも遠方に位置する各圧力取込み口２９のみから一次側圧力を取り込むため、図４の圧力分布の淀み点圧力よりも低い圧力を隙間５に導く。この分、隙間５の圧力によってメンブレンシート２の非支持部分３０を膨らませる力は、淀み点圧力よりも軽減される。図１中に二点鎖線で非支持部分３０が膨らんだ状態を描いた。したがって、この安全弁は、メンブレンシート２の非支持部分３０のシート厚を薄くしても、作動時、メンブレンシート２の非支持部分３０での破裂を防止することができる。なお、メンブレンシート２のうち、リテーナ１７等のシート支持部４や二次シート６で下方から支えられている部分では破裂の恐れがない。
【００２７】
また、各圧力取込み口２９は、一次側圧力が二次側に吹き出る流れの中にある。なお、図中では、吹き出す気体をドットで描き、平均的な流線を矢線で描いた。各圧力取込み口２９が下端閉塞状のため、その吹き出し流が圧力導入路へ直に入り込まない。開弁当初、隙間５の圧力は安全弁の作動圧力になっているため、その吹き出し流は、隙間５の圧力よりも低圧となる。開弁中、各圧力取込み口２９の直近を通る吹き出し流が、隙間５の圧力よりも低圧である限り、各圧力取込み口２９から隙間５の一次側流体を吸い出すエジェクタ効果が得られる。これにより、隙間５の圧力が減圧されるので、この安全弁は、メンブレンシート２の非支持部分３０の破裂を一層防止することができる。このようにエジェクタ効果を利用すれば、隙間５の圧力を弁体１の直下の平均圧力以下まで減圧することが可能である。
【００２８】
また、シート支持部４に必要なナット１９と同じ雄ねじ部１８にねじ込む延長部材２６の内部で取付軸３の内部と連通させ、延長部材２６の外径選択で圧力取込み口２９の軸径方向位置を設定することができる。したがって、この安全弁は、雄ねじ部１８及び下面中央部に開口する中空穴２３をもった従来構造の取付軸３に延長部材２６を追加するだけでこの発明を実現することができるので、図３のような既存の安全弁への適用が容易である。
【００２９】
なお、雄ねじ部１８の長さに余裕がない場合、ナット２０を省略し、ナット１９と延長部材２６とでダブルナットを構成してもよい。また、安全弁が開弁する作動圧力の設定上、軸部８の吊り下げ荷重の軽量化を優先したいときは、取付軸３の外径面に圧力取込み口を形成すればよい。このように、この発明の技術的範囲は、上述の実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載に基く技術的思想の範囲内での全ての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００３０】
１  弁体
２  メンブレンシート
３  取付軸
４  シート支持部
５  隙間
６  二次シート
７  弁座
８  軸部
９  主弁ダイヤフラム
１０  ガイド部
１１  主弁ボディ
１２  入口
１３  出口
１４  中央孔
１５  中央孔
１６  頭部
１７  リテーナ
１８  雄ねじ部
１９  ナット
２０  ナット
２１  スペーサ
２２  外周側突部
２３  中空穴
２４  孔
２５  孔
２６  延長部材
２７  雌ねじ部
２８  吹抜け穴
２９  圧力取込み口
３０  非支持部分
３１  シール面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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