(57)【要約】【課題】腐食性の流体に対しても高度の耐久性を有する調節弁装置を提供する。【解決手段】シートリング２はケーシング１の隔壁１３に配されており、一次室１１と二次室１２とに連通する開口Ｏを有する。カバープレート３は、シートリング２と対面する位置でケーシング１に取り付けられている。プラグ４は、カバープレート３を挿通してケーシング１に取り付けられており、シートリング２の開口Ｏに整合している。ステム５は、プラグ４をシートリング２の開口Ｏに対して前進後退可能に駆動して、一次室１１側と二次室１２側とで流体の流量や圧力を調整する。シートリング２は開口Ｏを形成する部分が、流体に対して耐腐食性を有するセラミック材料からなる。またプラグ４も開口Ｏと当接する部分も耐腐食性を有するセラミック材料からなる。更にカバープレート３は、流体に接する部分が耐腐食性でコバルト及びクロムを主成分とする超硬合金材料からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、シートリングと、カバープレートと、プラグと、ステムとを有し、
前記ケーシングは、流体の入口側にある一次室と、流体の出口側にある二次室と、前記一次室と二次室とを隔てる隔壁とを有し、
前記シートリングは、該隔壁に配されており、該一次室と該二次室とに連通する開口を有し、
前記カバープレートは、該シートリングと対面する位置で該ケーシングに取り付けられており、
前記プラグは、該カバープレートを挿通して該ケーシングに取り付けられており、ケーシング内で該シートリングの開口に整合しており、
前記ステムは、該ケーシングから突出した該プラグの端部に係合し、該プラグを該シートリングの開口に対して前進後退可能に駆動して、一次室側と二次室側とで流体の流量若しくは圧力を調整する調整弁装置であって、
前記シートリングは、少なくとも該開口を形成する部分が流体に対して耐腐食性を有するセラミック材料からなり、
前記プラグは、少なくとも該開口と当接する部分が流体に対して耐腐食性を有するセラミック材料からなり、
前記カバープレートは、該ケーシングの内側に露出して流体に接する部分が耐腐食性でコバルト及びクロムを主成分とする超硬合金材料からなる
調節弁装置。
【請求項２】
前記プラグの先端部分をその駆動方向に沿って案内するボトムガイドを備えており、
前記ボトムガイドは、該シートリングを間にして該カバープレートと反対側で該ケーシングに取り付けられており、該ケーシングの内側に露出して流体と接する部分が耐腐食性でコバルト及びクロムを主成分とする超硬合金材料からなる
請求項１記載の調節弁装置。
【請求項３】
前記ボトムガイドは、該プラグを案内する部分から突出する該プラグの先端を逃がすために凹部を有し、
前記凹部は、流体に含まれる微粒子が該凹部に滞留することを防止する切欠部を有する
請求項２記載の調節弁装置。
【請求項４】
前記プラグは、その先端に形成された段付部にナットで取り付けられるプラグインサートを有しており、
前記プラグインサートが、該超硬合金材料からなる
請求項１記載の調節弁装置。
【請求項５】
前記シートリングは、その内側に嵌合するシートリングインサートを有しており、
前記シートリングインサートが該セラミック材料からなる
請求項１記載の調節弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学プラントなどで流体の圧力調整や流量調整に使われる調節弁装置（コントロールバルブ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
調節弁装置は、基本的にケーシング（ボディ）とその上下に位置するボンネット及びボトムフランジとで構成されている。ケーシングの内部には、流体の入口側にある一次室と、流体の出口側にある二次室と、両室を隔てる隔壁とが形成されている。隔壁にはシートリング（弁座）が取り付けられている。このシートリングに対してプラグ（弁体）を前進後退駆動して、一次室側と二次室側とで流体の流量や圧力を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２３６１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
化学プラントなどで処理対象となる流体には、アルカリ性もしくは酸性の廃液なども含まれている。このように腐食性の高い廃液処理に用いる調節弁装置では、プラグやシートリングなどの流量制御部にエロージョン・コロージョンが発生する。これにより、プラグやシートリングの肉厚が減少し（いわゆる減肉）問題となっている。またプラグ（弁体）やシートリング（弁座）などの流量制御部に加え、ボンネットの下部にもエロージョン・コロージョンに起因するかなりの減肉が生じている。これら調節弁装置の主要構成部品の減肉により、流量特性が変化しプロセスの制御性が低下するという課題がある。プロセス制御性を維持するためには、減肉が生じたバルブ部品を頻繁に交換しなければならず、メンテナンスが高コスト化するという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明は腐食性の流体に対しても高度の耐久性を有する調節弁装置を提供することを目的とする。係る目的を達成するために以下の手段を講じた。即ち本発明に係る調節弁装置は、基本的にケーシング（ボディ）と、シートリング（弁座）と、プラグ（弁体）と、カバープレートと、ステムとを有する。ケーシングは、流体の入口側にある一次室と、流体の出口側にある二次室と、これら一次室及び二次室を互いに隔てる隔壁とを有する。シートリングは隔壁に配されており、一次室と二次室とに連通する開口を有する。カバープレートは、シートリングと対面する位置でケーシングに取り付けられている。プラグは、カバープレートを挿通してケーシングに取り付けられている。プラグは、ケーシング内でシートリングの開口に整合している。ステムは、ケーシングから突出したプラグの端部に係合しプラグをシートリングの開口に対して前進後退可能に駆動して、一次室側と二次室側とで流体の流量もしくは圧力を調整する。
特徴事項として、シートリングは少なくとも開口を形成する部分が、流体に対して耐腐食性を有するセラミック材料からなる。またプラグも、少なくとも開口と当接する部分が流体に対して耐腐食性を有するセラミック材料からなる。更にカバープレートは、ケーシングの内側に露出して流体に接する部分が耐腐食性でコバルト及びクロムを主成分とする超硬合金材料からなる。
【０００６】
本発明に係る調節弁装置は、好ましくはプラグの先端部分をその駆動方向に沿って案内するボトムガイドを備えている。このボトムガイドは、シートリングを間にしてカバープレートと反対側でケーシングに取り付けられている。このボトムガイドは、ケーシングの内側に露出して流体と接する部分が耐腐食性でコバルト及びクロムを主成分とする超硬合金材料からなる。更に好ましくは、このボトムガイドはプラグを案内する部分（ブッシング）から突出するプラグの先端を逃がすために凹部を有する。この凹部は、流体に含まれる微粒子が凹部に滞留することを防止する切欠部を有する。
【０００７】
好ましくは、プラグはその先端に形成された段付部にナットで取り付けられるプラグインサートを有している。このプラグインサートはシートリング側の開口に当接して流量もしくは圧力の調整を行うもので、前述したセラミック材料からなる。また好ましくは、シートリングはその内側に嵌合するシートリングインサートを有している。このシートリングインサートが開口を形成しており、前述したセラミック材料からなる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、プラグ及びシートリングが互いに当接する部分（減圧部）にセラミック材料を用いている。このセラミック材料は耐腐食性に優れており、酸性もしくはアルカリ性の流体に対してもエロージョン・コロージョンが生じにくく、長時間使用しても減肉の恐れが少ない。また、ボンネットの下部でケーシングとの間にカバープレートを配している。そしてケーシングの内側に露出して流体に接するカバープレートの部分に、耐腐食性の超硬合金材料を用いている。これにより、ボンネット下部のエロージョン・コロージョンを防いでいる。このように、プラグ、シートリング及びカバープレートなど調節弁装置の主要部に高硬度材料を使用することにより、エロージョン・コロージョンによる減肉を防ぎ、以って制御性の改善を達成している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明に係る調節弁装置の全体構成を示す模式的な断面図である。
【図２】図２は、本発明に係る調節弁装置の部品構成及びその配置関係を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明に係る調節弁装置に組み込まれるプラグの構成を示す模式的な断面図である。
【図４】図４は、プラグの斜視図である。
【図５】図５は、シートリングを示す斜視図である。
【図６】図６は、カバープレートを示す斜視図である。
【図７】図７は、ボトムガイドを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は本発明に係る調節弁装置（コントロールバルブ）の全体構成を示す模式的な縦断面図である。この縦断面図は、Ｘ軸とＺ軸を含む平面を断面とするものである。図示するようにＸ軸は入口と出口との間で水平方向に伸びている。図示の例は、Ｘ軸の左側が入口側になり、右側が出口側となっている。Ｚ軸は垂直方向に伸びており、本調節弁装置の中心軸及び駆動軸となっている。なお理解を容易にするため、Ｚ軸を中心にして左側半分はバルブの全閉状態を表し、右側半分はバルブの全開状態を表している。
【００１１】
本調節弁装置は、基本的な構成要素として、ケーシング１とシートリング２とカバープレート３とプラグ４とステム５とを有する。ケーシング（ボディ）１は例えばＷＣＢなどの鋳鋼からなり鋳造品である。この鋳造品でできたケーシング１はバルブ本体（ボディ）を構成している。一方シートリング２、カバープレート３、プラグ４及びステム５は、このケーシング１に組み込まれる主要構成部品群であって、例えばＳ３１６００などのステンレスチールからなる金属加工部品である。
【００１２】
ケーシング１は、流体の入口側にある一次室１１と、流体の出口側にある二次室１２と、隔壁１３とを有している。隔壁１３は、一次室１１と二次室１２を互いに隔てる境目となっている。図示の例では、ケーシング１の中央部分で一次室１１と二次室１２が上下に配置している。図示の例では、一次室１１が下側（ボトム）に位置し、二次室１２が上側（トップ）に位置している。但し本発明は上述した一次室と二次室の配置に限定されるものではなく、コントロールバルブの使用条件に応じて、適宜レイアウトされる。
【００１３】
シートリング２は隔壁１３に配されており、一次室１１と二次室１２とに連通する開口Ｏを有する。シートリング１はケーシング２の内部でほぼ中央に位置し、その開口Ｏは一次室１１から二次室１２に向かう流体の流路となっている。
【００１４】
カバープレート３は、シートリング２と対面する位置でケーシング１に取り付けられている。このカバープレート３は、ケーシング１のトップに位置し、その下面は二次室１２に露出している。カバープレート３はケーシング１とボンネット８との間に介在しており、両者に挟み込まれる状態で取り付けられている。即ち、ケーシング１のトップにカバープレート３を載置し、その上にボンネット８を搭載し、ナット８１でボンネット８をケーシング１に取り付けるようになっている。
【００１５】
プラグ４はカバープレート３を挿通してケーシング１に取り付けられている。プラグ４は、ケーシング１内でシートリング２の開口に整合している。シートリング２の開口Ｏに対してプラグ４を前進後退させることにより、一次室１１から二次室１２に向かう流体の流量もしくは圧力を制御している。図１のＺ軸を中心にして左側半分は、プラグ４が前進してシートリング２に当接し、開口Ｏを閉じた状態を表している。図１のＺ軸を中心にして右側半分は、プラグ４が後退してシートリング２から離間し、開口Ｏを開いた状態を表している。なお、カバープレート３からケーシング１の外部に突出したプラグ４の後端部分はボンネット８の内部に配されたブッシング８２によって案内されている。
【００１６】
ステム５は、ケーシング１から突出したプラグ４の後端部に係合している。ステム５はボンネット８の中心部を通って外部に延在しており、図示しないアクチュエータと接続している。ステム５はプラグ４をシートリング２の開口Ｏに対して前進後退可能に駆動して、一次室１１側と二次室１２側とで流体の流量もしくは圧力を調整する。以上に説明したシートリング２、カバープレート３、プラグ４、ステム５及びボンネット８は中心軸でもあり駆動軸ともなっているＺ軸に沿って整合している。
【００１７】
本発明の特徴事項として、シートリング２は少なくとも開口Ｏを形成する部分（２１）が流体に対して耐腐食性を有するセラミック材料からなる。このセラミック材料は好ましくは窒化珪素を用いることができる。またプラグ４も、少なくとも開口Ｏと当接する部分（４１）が流体に対して耐腐食性を有するセラミック材料（例えば窒化珪素）からなる。加えて、カバープレート３はケーシング１の内側に露出して流体に接する部分３１が、耐腐食性でコバルト及びクロムを主成分とする超硬合金材料（例えばステライト、登録商標）からなる。このように本発明では、コントロールバルブの主要構成部品であるシートリング２、カバープレート３及びプラグ４に耐腐食性の材料を用いており、腐食性の強い流体を制御する場合でもエロージョン・コロージョンの発生を防ぐことができる。ここで用いたセラミック材料や超硬合金材料はいずれも高硬度材料であり、エロージョン・コロージョンによって減肉が生じるおそれが低くなっている。このようにコントロールバルブの主要構成部品に高硬度材料を用いることで、制御性を格段に改善することができる。
【００１８】
本実施形態では、プラグ４の先端部分４２をその駆動方向（Ｚ軸）に沿って案内するボトムガイド６を備えている。ボトムガイド６は内部にブッシング６２を備えており、プラグ４のＺ軸方向の移動を案内している。ボトムガイド６はケーシング１とボトムフランジ７との間に配されている。ケーシング１にボトムガイド６を配置した後ボトムフランジ７を重ね、ナット７１でケーシング１に取り付けるようになっている。図示するように、ボトムガイド６はシートリング２を間にしてカバープレート３と反対側でケーシング１に取り付けられている。特徴事項として、ケーシング１の内側（図示の例では一次室１１側）に露出して流体と接する部分６１が、耐腐食性でコバルト及びクロムを主成分とする超硬合金材料からなる。前述したシートリング２、プラグ４及びカバープレート３ばかりでなく、ボトムガイド６も耐腐食性の高硬度材料で被覆することにより、本コントロールバルブの制御性を一層改善することができる。なお、ボトムガイド６の内部に組み付けられたブッシング６２の表面も超硬合金材料で被覆している。このボトムガイド６は、プラグ４を案内するブッシング６２から突出するプラグ４の先端４２を逃がすために凹部６３を有する。ボトムガイド６を間にして一次室１１側と凹部６３側とで圧力差が生じないようにするため、一次室１１と凹部６３は連通している。このため流体に微粒子などが含まれている場合、凹部６３には流体によって運ばれる微粒子が滞留するおそれがある。この微粒子の滞留を防止するため、ボトムガイド６の凹部６３には切欠部が形成されている。
【００１９】
プラグ４は、その先端４２に形成された段付部にナット４３で取り付けられるプラグインサート４１を有している。このプラグインサート４１はプラグ４の上下駆動に伴ってシートリング２の開口Ｏに当接する部分である。本実施形態では、このプラグインサート４１が前述したセラミック材料の成形品からなる。またシートリング２はその内側に嵌合するシートリングインサート２１を有している。このシートリングインサート２１が開口Ｏを形成しており、やはり前述したセラミック材料の成形品からなる。
【００２０】
プラグ４の先端部はボトムガイド６によって案内されており、後端側もボンネット８内のブッシング８２によって案内されている。本装置はトップとボトムにガイドがある両端案内構造のボディとなっている。ボンネット８内のブッシング８２とボトムガイド６内のブッシング６２によってＺ軸方向の移動が案内されており、流体による、振動、騒音、摩耗などの影響を少なくすることができる。
【００２１】
上述した調節弁装置は化学プラントに用いて好適である。但し本発明の用途は化学プラントに限られるものではなく、発電設備や他の用途にも適用できることは言うまでもない。本装置は、例えば化学プラントの廃液処理に利用できる。この廃液は例えばｐＨが１０ないし１２のアルカリ性を有し、酸化マグネシウムを主成分とする固形物が含まれている。この固形物は例えば直径が０．５ｍｍ程度の微粒子である。使用温度は２００℃程度に達する。使用圧力は、一次側が３ＭＰａＧ程度で二次側が例えば２．５ＭＰａＧ程度である。本コントロールバルブは蒸気や平常の空気はもとより、高粘度で弁内部に溜まりやすい流動物を含んだプロセス流体制御用にも適している。
【００２２】
図２は本装置の部品構成ならびに部品配置を示す模式図である。図示するように、カバープレート３、シートリング２及びボトムガイド６がＺ軸を中心にして上から順に配置している。カバープレート３は概略環形状を有し、例えばステンレススチールの金属加工品からなる。カバープレート３の中央にはプラグ（図示せず）の後端部を挿通するために穴が開けられている。
【００２３】
特徴事項としてカバープレート３の下面側でケーシングの内側に露出して流体に接する部分３１が耐腐食性でコバルト及びクロムを主成分とする超硬合金材料（ステライト、登録商標）からなる。この超硬合金材料はコバルト４０ないし５５％、クロム１５ないし３５％、タングステン１０ないし２０％、炭素２ないし４%、鉄５%以下を主成分とする。この超硬合金は硬く耐摩耗性に優れているとともに、耐食性にも優れている。この超硬合金材料は、ハードフェーシング（肉盛）により、母材上に成膜することができる。例えばステンレススチールの母材上に超硬合金材料を粉末、箔、線材などの形で供給し、これにレーザーを照射して溶融接合させる。レーザー照射に代えてアーク溶接で超硬合金のクラッディングを行っても良い。
【００２４】
シートリング２も概略環形状を有し、例えばステレススチールの金属加工部品である。シートリングインサート２１も概略環形状で、セラミック材料の成形品からなる。シートリング２の内側にシートリングインサート２１を嵌め込んだ状態で、シートリングリティナ２２により両者をお互いに固定し、一体化する。セラミック材料としては、窒化珪素、炭化珪素、アルミナ、ジルコニアなどが候補として上げられる。本発明では特に窒化珪素が好適である。窒化珪素は化学式Ｓｉ３Ｎ４で表される無機化合物であり、非酸化物セラミックスの代表である。シリコンナイトライドとも云う。シリコンナイトライドの結晶構造は六方晶系で例えば焼結窒化珪素を用いることができる。この窒化珪素は非常に硬質である点に特徴があり、エロージョン・コロージョンによる減肉を防ぐ上で適している。窒化珪素は、例えば珪素粉末と触媒機能を持つ焼結助剤の混合粉末を、ミルで混合し成形、窒化・焼結で作成する。
【００２５】
ボトムガイド６も概略環形状を有し、ステンレススチールの金属加工部品である。ボトムガイド６の内径部分にはブッシング６２が装着されている。ブッシング６２はプラグ（図示せず）の先端部をＺ軸方向に沿って案内する。ブッシング６２の内面にも超硬合金材料の膜が肉盛溶接により形成されている。またボトムガイド６の肩の部分が、ケーシングの内側に露出して流体と接する部分６１となっており、ここにもコバルト及びクロムを主成分とする超硬合金材料が肉盛溶接により形成されている。ボトムガイド６の下の部分はブッシング６２によって案内されたプラグの先端を逃がすために凹部６３が形成されている。
【００２６】
図３は、プラグの具体的な構成を示す模式図である。図示するようにプラグ４は例えばステンレススチールの金属加工品からなり、概略棒状である。プラグ４の本体部は直径が比較的大きい径大部となっており、先端４２が比較的直径の小さい径小部となっている。径大部（本体部）と径小部（先端部４２）との間に段差が形成されている。プラグ４の本体部にはステム５が接続している。このステム５はＺ軸に沿って上方に延在しており、図示しないアクチュエータに接続している。
【００２７】
プラグインサート４１は概略筒形状からなり、窒化珪素の焼結体からなる。プラグインサート４１は内部が中空となっており、ここにプラグ４の先端部４２が挿入される。プラグインサート４１はプラグ４の段差部に度当りし、先端部からはワッシャ４４を介してナット４３により固定される。ナット４３を締め付けることにより、プラグインサート４１はプラグ４の段差部とワッシャ４４との間で圧縮応力を受けて強固に固定される。セラミック材料は圧縮応力に強いため、機械的に安定した状態でプラグ４に取り付けることができる。
【００２８】
本発明では、プラグ４のプラグインサート４１側とシートリング２のシートリングインサート２１側とが互いに当接離間して流量及び圧力制御を行っている。互いに接触するバルブ部分が高硬度のセラミック材料からなるため、エロージョン・コロージョンの影響を受け難く安定したプロセス制御を実現できる。
【００２９】
プラグ４の後端部はボンネットに組み込まれたブッシング８２によって案内されている。プラグ４の先端部はボトムガイド６に組み込まれたブッシング６２によって案内されている。プラグ４は両端をブッシングで案内された両端支持構造を行っており、耐振動性に優れている。また耐摩耗性にも優れている。
【００３０】
図４は、プラグ（弁体）の斜視図である。プラグ４はその先端側にプラグインサート４１がナットによって取り付けられている。プラグインサート４１は、シートリングの開口に当接する外周部分が湾曲している。
【００３１】
図５は、シートリング（弁座）の斜視図である。シートリング２は概略環形状を有し、その内側にシートリングインサートが嵌め込まれている。前述したようにこのシートリングインサートはセラミックの焼結体からなり、弁座の開口を規定している。
【００３２】
図６は、カバープレート３の斜視図である。カバープレート３の中央には、プラグ４の後端部を挿通するための穴が形成されている。カバープレート３の下面側には、肉盛溶接で超硬合金材料の膜が形成されている。
【００３３】
図７は、ボトムガイド６の斜視図である。ボトムガイド６は上側部分と下側部分に分かれている。上側部分にはプラグ４の先端部をＺ軸方向に案内するブッシングが嵌め込まれている。ボトムガイドの下側はプラグの先端を逃がすために凹部が形成されている。特徴事項として、凹部は、流体に含まれる微粒子が滞留することを防止するために切欠部６５を有している。またボトムガイド６の肩の部分は、やはり肉盛溶接で超硬合金材料がクラッディングされている。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係る調節弁装置は、例えば化学プラントのプロセス制御用のコントロールバルブとして産業上利用可能である。本発明に係るコントロールバルブは特に耐腐食性に優れており、廃液処理など過酷な条件下でも安定した制御性能を発揮できる。エロージョン・コロージョンによる弁座や弁体さらにはボンネット下部の減肉が起こり難いため、内弁交換サイクルを延長化でき、メンテナンスコストの削減に繋がる。
【符号の説明】
【００３５】
１：ケーシング  ２：シートリング  ３：カバープレート  ４：プラグ  ５：ステム  ６：ボトムガイド  ７：ボトムフランジ  ８：ボンネット  Ｏ：開口  Ｚ：中心軸（駆動軸）
【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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【図６】
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【図７】
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