(57)【要約】【課題】  閉止時、熱膨張等によって弁棒と弁座との中心にずれが生じても、確実に高温流体を遮断することが可能な高温用弁を提供する。【解決手段】  弁体１０は閉止時に弁座８に全周にわたり線接触する凸球面状の球面部２１を有し、弁棒９の下端部が弁体１０の支持空間内に挿入され、弁棒９の下端部に形成された弁体支持部９ｂが支持空間内で弁体１０に形成された係合部２０ｂに下方から係合して弁体１０を支持し、支持空間内の底面２４は凹球面状に形成され、弁体１０で弁座８を閉じた状態で、弁棒９の下端球面部９ｄが支持空間内の底面２４に一箇所で点接触し、支持空間内に、弁体１０を閉方向へ押圧する皿ばね２６が設けられている。【選択図】  図６
2005321061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉時、弁体が弁棒軸心方向に移動して弁座に当接離間する高温用弁であって、
上記弁座は開口部の径が弁体の閉方向ほど次第に縮小する形状に形成され、
上記弁体は 閉止時に弁座に全周にわたり接触する凸球面状の球面部を有し、
上記弁体内に、弁座とは反対側の端部に開口する支持空間が形成され、
上記弁棒の下端部が支持空間内に挿入され、
上記弁棒の下端部に形成された弁体支持部が弁体に形成された係合部に係合して弁体を支持し、
上記弁体支持部と係合部との間および弁棒の外周面と弁体の内周面との間に隙間が形成され、
支持空間内の底面は凹球面状に形成され、
弁体で弁座の開口部を閉じた状態で、弁棒の下端が支持空間内の底面に一箇所で点接触するように構成されていることを特徴とする高温用弁。
【請求項２】
開閉時、弁体が弁棒軸心方向に移動して弁座に当接離間する高温用弁であって、
上記弁座は開口部の径が弁体の閉方向ほど次第に縮小する形状に形成され、
上記弁体は 閉止時に弁座に全周にわたり接触する凸球面状の球面部を有し、
上記弁体内に、弁座とは反対側の端部に開口する支持空間が形成され、
上記弁棒の下端部が支持空間内に挿入され、
上記弁棒の下端部に形成された弁体支持部が弁体に形成された係合部に係合して弁体を支持し、
上記弁体支持部と係合部との間および弁棒の外周面と弁体の内周面との間に隙間が形成され、
上記支持空間内に、弁体を閉方向へ押圧する押圧部材が設けられていることを特徴とする高温用弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば高温ガス等の高温流体を遮断する場合などに用いられる高温用弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の弁としては、例えば、図７に示すように、開閉時、弁体６１が弁棒６２の軸心６３に沿って上下動し弁座６４に当接離間するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
すなわち、弁座６４がケーシング６５内の下部に設けられ、ケーシング６５上に設けられた円筒状のボンネット６６内を弁棒６２が貫通し、ボンネット６６の下部に、弁室６７内に挿入された弁ガイド６８が設けられている。上記弁体６１は、弁棒６２の下端部に設けられ、弁ガイド６８に案内されて上下動し、弁座６４の開口部６９を開閉する。弁体６１の下部には、弁座６４に対して当接離間自在な球面部７０が形成されている。
【０００４】
また、弁棒６２の下端には、下部に球面部７１を有する弁体支持部７２が形成されている。図８に示すように、上記弁体６１内には、上端部に開口する支持空間７３が形成されている。上記弁体支持部７２は上方から支持空間７３内へ挿入され、弁棒６２の下端に弁ナット７４が外嵌され、この弁ナット７４が弁体６１の上部にねじ込まれている。上記支持空間７３内の底面７５は平坦面として形成されている。
【０００５】
これによると、図７に示すように、閉止時、弁棒６２を下降させることにより、弁体６１が弁座６４に接触して開口部６９を閉じる。
しかしながら上記の従来形式では、図８に示すように、弁体６１の支持空間７３内の底面７５を平坦に形成しているため、閉止時、支持空間７３内の底面７５と内周面７６との境界部Ｃ（コーナー部）に応力が集中し易いといった問題がある。
【０００６】
また、上記底面７５から弁体６１の下端までの肉厚Ｔは、径方向の中央部が最も分厚く、中央部から端になるほど減少するため、このような肉厚差によって、高温での使用時に、弁体６１の下部に温度むらが発生し、弁体６１の下部に生じる熱応力が増大し、弁体６１が割れるおそれがある。
【０００７】
また、閉止時、図９に示すように、熱膨張や加工誤差・公差或いは長年の使用による偏芯の影響によって、弁棒６２の軸心６３が弁座６４の中心線６４ａに対して径方向にずれた場合、弁体６１が弁座６４の縁に片当りすることがある。この際、弁体支持部７２の球面部７１が支持空間７３内の平坦な底面７５と接触するため、弁体６１が傾斜し、これにより、弁体６１の球面部７０が弁座６４の縁に全周にわたって密着する。
【０００８】
しかしながら、この際、弁体６１と弁座６４との接触部のうち、弁体６１のずれ方向とは反対側の箇所Ｂにおいて、弁座６４に対する弁体６１の面圧が不足するといった問題が起きる。このように面圧が不足すると、流体が漏れて確実に遮断することができないといった恐れがある。
【０００９】
尚、図１０の（ａ）（ｂ）は、弁座６４に対する弁体６１の面圧のグラフであり、（ａ）は図７のように弁棒６２の軸心６３が弁座６４の中心線６４ａと一致している場合を示し、（ｂ）は図９のように弁棒６２の軸心６３が弁座６４の中心線６４ａに対して径方向にずれている場合を示す。（ａ）のグラフにおいては、閉止時、弁座６４に対する弁体６１の面圧はどの箇所においても最低必要面圧Ｐより高い。しかしながら、ずれが生じた場合、（ｂ）のグラフのように、弁体６１のずれた側の箇所Ａの面圧は最低必要面圧Ｐより高くなるが、弁体６１のずれとは反対側の箇所Ｂの面圧は最低必要面圧Ｐより低くなり、この箇所Ｂの面圧が不足することがあった。
【特許文献１】特開平１１−２８０４１１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、高温用弁ゆえに発生する特有の問題を解決すること、具体的には、熱膨張等によって弁棒と弁座との中心にずれが生じても、閉止時、弁体が弁座に全周にわたって当接し、さらには、弁体に発生する応力集中を緩和し、弁体の下部に生じる熱応力を低減し、弁座に対する弁体の面圧が不足するのを防止することが可能であり、高温流体に一層適した構造を有する高温用弁を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本第１発明は、開閉時、弁体が弁棒軸心方向に移動して弁座に当接離間する高温用弁であって、
上記弁座は開口部の径が弁体の閉方向ほど次第に縮小する形状に形成され、
上記弁体は 閉止時に弁座に全周にわたり接触する凸球面状の球面部を有し、
上記弁体内に、弁座とは反対側の端部に開口する支持空間が形成され、
上記弁棒の下端部が支持空間内に挿入され、
上記弁棒の下端部に形成された弁体支持部が弁体に形成された係合部に係合して弁体を支持し、
上記弁体支持部と係合部との間および弁棒の外周面と弁体の内周面との間に隙間が形成され、
支持空間内の底面は凹球面状に形成され、
弁体で弁座の開口部を閉じた状態で、弁棒の下端が支持空間内の底面に一箇所で点接触するように構成されているものである。
【００１２】
これによると、閉止時、弁棒を閉方向へ移動させることによって、弁体の球面部が弁座に全周にわたり接触し、弁座の開口部が弁体によって閉じられる。また、熱膨張や加工誤差・公差或いは長年の使用による偏芯などにより弁棒の中心が弁座の中心に対して径方向にずれた場合、閉止時、弁棒が閉方向へ移動するのにともなって、弁体のずれた側の箇所が先に弁座に当接し、その直後、弁体が傾斜して全周にわたり確実に弁座に当接する。これにより、弁体と弁座との間に隙間が生じることはなく、シール性が保たれる。
【００１３】
この際、弁棒の下端が支持空間内の凹球面状の底面に一箇所で点接触するため、弁棒の下端が上記底面によって弁座の中心側へ案内され、これにより、弁棒のずれの拡大を抑制することができる。
【００１４】
また、支持空間内の底面を凹球面状に形成したため、閉止時、支持空間内の底面と内周面との境界部における応力集中が緩和される。
また、支持空間内の底面から弁体の下端までの肉厚は径方向においてほとんど均等になり、このような肉厚差の減少により、高温使用時の弁体の温度むらが緩和され、弁体に生じる熱応力が低減される。
【００１５】
さらに、製造時、支持空間内の底面の機械加工が容易である。上記のようなことから、高温流体に一層適した高温用弁を提供することができる。
また、本第２発明は、開閉時、弁体が弁棒軸心方向に移動して弁座に当接離間する高温用弁であって、
上記弁座は開口部の径が弁体の閉方向ほど次第に縮小する形状に形成され、
上記弁体は 閉止時に弁座に全周にわたり接触する凸球面状の球面部を有し、
上記弁体内に、弁座とは反対側の端部に開口する支持空間が形成され、
上記弁棒の下端部が支持空間内に挿入され、
上記弁棒の下端部に形成された弁体支持部が弁体に形成された係合部に係合して弁体を支持し、
上記弁体支持部と係合部との間および弁棒の外周面と弁体の内周面との間に隙間が形成され、
上記支持空間内に、弁体を閉方向へ押圧する押圧部材が設けられているものである。
【００１６】
これによると、熱膨張や加工誤差・公差或いは長年の使用による偏芯などにより弁棒の中心が弁座の中心に対して径方向にずれた場合、閉止時、弁棒が閉方向へ移動するのにともなって、弁体のずれた側の箇所が先に弁座に当接し、その直後、弁体が傾斜して全周にわたり確実に弁座に当接する。この際、弁体は押圧部材によって閉方向へ押圧されているため、弁体の弁座への面圧が確保され、弁体のずれ方向とは反対側の箇所における面圧の不足を防止することができる。上記のようなことから、高温流体に一層適した高温用弁を提供することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本第１発明によると、閉止時、熱膨張等により弁棒の中心が弁座の中心に対してずれても、弁体と弁座との間に隙間が生じることはなく、シール性が保たれる。また、弁棒のずれの拡大を抑制することができ、支持空間内の底面と内周面との境界部における応力集中が緩和され、弁体に生じる熱応力が低減される。
【００１８】
また、本第２発明によると、弁棒の中心が弁座の中心に対してずれても、弁体の弁座への面圧が確保され、弁体のずれ方向とは反対側の箇所における面圧の不足を防止することができる。
【００１９】
上記第１および第２発明によって、高温流体に一層適した高温用弁を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明における実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。
図１〜図３に示すように、１は高温流体（例えば１０００℃以下のガス等）に用いられる高温用弁であり、下記のように構成されている。
【００２１】
弁箱３の上部には円筒状のボンネット４が設けられ、弁箱３内には、入口部５から出口部６へ到る流路７と、弁座８とが形成されている。また、ボンネット４から弁箱３内に弁棒９が挿通され、弁棒９の下端に弁体１０が設けられている。上記弁棒９の軸心１１は鉛直方向に設定され、開閉時、弁体１０が弁棒９の軸心１１の方向に上下動して弁座８に当接離間する。
【００２２】
ボンネット４の上部には、弁棒９の外周面とボンネット４の内周面との間をシールする複数のグランドパッキン１２が内蔵されている。尚、グランドパッキン１２として、黒鉛系のパッキンを使用している。また、ボンネット４の上端には、グランドパッキン１２を押えるパッキン押え１３がボルト１４，ナット１５を介して取付けられている。上記ボンネット４の外周部には、放熱用のフィン１６が上下複数枚取付けられている。尚、これらフィン１６はグランドパッキン１２と弁箱３との間に配置されている。
【００２３】
また、ボンネット４の上方には、弁棒９を上下動させて弁体１０を開閉するエアシリンダ等の弁開閉手段（図示省略）が設けられている。
上記弁箱３とボンネット４と弁棒９と弁体１０の材質はそれぞれ、ニッケル−モリブデン系の時効性耐塩酸合金（例えば、アメリカのハイネス・ステライト社のハステロイＸなど）が用いられている。
【００２４】
図４に示すように、上記弁座８は、その開口部１７の径が弁体１０の閉方向（すなわち下方）ほど次第に縮小する円錐形状に傾斜して形成されている。
図３に示すように、上記弁体１０は弁体本体部材１９と弁体係合部材２０とで構成されている。上記弁体本体部材１９の下部には、凸球面状の球面部２１が形成されている。また、弁体本体部材１９内には、上端部（すなわち弁座８とは反対側の端部）に開口する支持空間２２が形成されている。弁体本体部材１９の上部内周面には雌ねじ部２３が形成されている。また、支持空間２２内の底面２４は凹球面状に形成されている。尚、球面部２１と底面２４とは同一の中心Ｏを有する球面として形成されている。
【００２５】
上記弁体係合部材２０は、軸心１１の方向に貫通する貫通孔２０ａを備えた円環状の部材であり、下向きに突出する円筒状の係合部２０ｂを有している。この係合部２０ｂの外周面には雄ねじ部２５が形成されている。この雄ねじ部２５を上記雌ねじ部２３に螺合することによって、係合部２０ｂが支持空間２２内の上部に挿入されるとともに、弁体係合部材２０が弁体本体部材１９の上部に取付けられる。
【００２６】
図２に示すように、上記弁棒９は、弁棒本体９ａと、弁棒本体９ａの下端部に形成されかつ弁棒本体９ａよりも大径である弁体支持部９ｂと、この弁体支持部９ｂの下端部に形成されかつ弁棒本体９ａよりも小径である小径棒部９ｃとを有している。この小径棒部９ｃの下端には、閉止時において支持空間２２内の底面２４に一箇所で点接触する凸球面状の下端球面部９ｄが形成されている。
【００２７】
支持空間２２内の底面２４と弁体支持部９ｂとの間には、弁体１０を閉方向へ押圧する複数の皿ばね２６（押圧部材の一例）が設けられている。尚、これら皿ばね２６は、軸心１１の方向に伸縮自在であり、小径棒部９ｃに外嵌されている。
【００２８】
図２，図３に示すように、弁棒９の下端部は上記貫通孔２０ａを貫通して支持空間２２内に挿入されており、支持空間２２内で弁体支持部９ｂが係合部２０ｂに下方から係合して弁体１０を支持している。尚、弁棒本体９ａの外周面と弁体係合部材２０の内周面との間および弁体支持部９ｂの外周面と弁体本体部材１９の内周面との間にはそれぞれ所定の隙間２７が形成されている。また、閉止時、上記弁棒９の下端球面部９ｄが支持空間２２内の底面２４に点接触した状態で、弁体支持部９ｂと係合部２０ｂとの間にも所定の隙間２８が形成される。
【００２９】
また、弁座８の傾斜面と弁体１０の球面部２１の一部とにはそれぞれ、耐熱耐摩耗材料の一例であるコバルト−モリブデン−クロム系の材質（例えば、ニッコーシ株式会社のトリバロイＴ−８００など）からなるシール部２９，３０が盛金（肉盛溶接）によって形成されており、閉止時、弁体１０のシール部３０が弁座８のシール部２９に全周にわたり線接触する。
【００３０】
以下、上記構成における作用を説明する。
閉止時、弁棒９を閉方向へ移動させることによって、図２に示すように、弁体１０の球面部２１が弁座８に全周にわたり線接触し、弁座８の開口部１７が弁体１０によって閉じられる。この際、弁棒９の下方への押圧力によって、皿ばね２６が圧縮され、弁棒９の下端球面部９ｄが支持空間２２内の底面２４に一箇所で点接触し、弁体支持部９ｂと係合部２０ｂとの間に隙間２８が形成される。
【００３１】
また、上記閉止時において、図４に示すように、熱膨張や加工誤差・公差或いは長年の使用による偏芯等により弁棒９の軸心１１が弁座８の中心線８ａに対して径方向にずれた場合、弁棒９が閉方向へ移動するのにともなって、図５に示すように、弁体１０のずれた側の箇所Ａが先に弁座８に当接し、その直後、図６に示すように、上記箇所Ａを支点として弁体１０が傾斜し、弁体１０の球面部２１が弁座８に全周にわたり確実に線接触する。これにより、弁体１０と弁座８との間に隙間が生じることはなく、シール性が保たれる。
【００３２】
この際、皿ばね２６は上記箇所Ａ側が圧縮されるとともに上記箇所Ａ側と反対の箇所Ｂ側が伸長され、これら皿ばね２６によって弁体１０が閉方向へ押圧されているため、弁体１０の弁座８への面圧が確保され、弁体１０のずれた側の箇所Ａとは反対側の箇所Ｂにおける面圧の不足を防止することができる。これにより、高温流体の漏れを確実に防止することができ、高温流体を確実に遮断することが可能となる。
【００３３】
尚、図１０（ｃ）は、本実施の形態の高温用弁１において、図６のように弁棒９の軸心１１が弁座８の中心線８ａに対して径方向へずれた場合の、弁座８に対する弁体１０の面圧のグラフである。これによると、弁棒９による下方への押圧力に皿ばね２６による押圧力Ｆが加味されるため、弁体１０のずれとは反対側の箇所Ｂにおける面圧が最低必要面圧Ｐより高くなる。これにより、弁体１０のずれた側の箇所Ａとは反対側の箇所Ｂにおける面圧の不足を防止することができる。
【００３４】
また、図６に示すように、閉止時、弁棒９の下端球面部９ｄが支持空間２２内の凹球面状の底面２４に一箇所で点接触するため、下端球面部９ｄが上記底面２４によって弁座８の中心線８ａへ案内され、これにより、弁棒９のずれの拡大を抑制することができる。
【００３５】
また、図３に示すように、支持空間２２内の底面２４を凹球面状に形成したため、閉止時、支持空間２２内の底面２４と内周面３２との境界部Ｃ（コーナー部）における応力集中が緩和される。
【００３６】
また、支持空間２２内の底面２４から弁体１０の下端までの肉厚Ｔは径方向においてほとんど均等となり、このような肉厚差の減少により、高温使用時の弁体１０の温度むらが緩和され、弁体１０に生じる熱応力が低減される。
【００３７】
さらに、製造時、支持空間２２内の底面２４の機械加工が容易である。
また、図２に示すように、閉止時においては、耐熱性や耐摩耗性に優れたコバルト−モリブデン−クロム系の材質からなるシール部２９，３０同士が接触するため、弁座８や弁体１０が傷付くのを防止することができる。
【００３８】
また、図１に示すように、高温流体による熱は、弁箱３からボンネット４に伝達され、グランドパッキン１２の手前でフィン１６によって放散されるため、グランドパッキン１２が高温になるのを防止することができ、グランドパッキン１２によるシール性が維持される。
【００３９】
尚、開放時、弁棒９を開方向へ移動させることによって、図４に示すように、弁体１０が弁座８から離間し、皿ばね２６が伸長し、弁体支持部９ｂが係合部２０ｂに下方から係合して、弁体１０が弁棒９の下端部に支持される。
【００４０】
上記実施の形態では、図２に示すように、弁棒９の下端に下端球面部９ｄを設けたが、下端球面部９ｄの代わりに、例えば円錐状に尖った下端円錐部を設け、この下端円錐部の先端を支持空間２２内の底面２４に一箇所で点接触させてもよい。
【００４１】
上記実施の形態では、押圧部材の一例として皿ばね２６を用いたが、コイルばね等を用いてもよい。
上記実施の形態では、図３に示すように、弁体１０の球面部２１と支持空間２２内の底面２４とが同一の中心Ｏを有する球面として形成されているが、上記球面部２１の中心と底面２４の中心とが異なっていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態における高温用弁の側面図である。
【図２】同、高温用弁の弁座と弁体の拡大図であり、弁体の中心が弁座の中心と一致した状態で閉止した場合を示す。
【図３】同、高温用弁の弁体の分解図である。
【図４】同、高温用弁の弁体が弁座の上方に離間した状態を示す図であり、弁体の中心が弁座の中心に対してずれている場合を示す。
【図５】同、高温用弁の弁体の中心が弁座の中心に対してずれている状態で、弁体が弁座に接触した場合の図である。
【図６】同、高温用弁の弁体の中心が弁座の中心に対してずれている状態で、弁体が弁座の開口部を閉止した場合の図である。
【図７】従来の弁の断面図である。
【図８】同、弁の弁体の図である。
【図９】同、弁の弁体の中心が弁座の中心に対してずれている状態で、弁体が弁座の開口部を閉止した場合の図である。
【図１０】弁座に対する弁体の面圧のグラフであり、（ａ）は従来の弁において弁体の中心が弁座の中心と一致している場合を示し、（ｂ）は従来の弁において弁体の中心が弁座の中心に対してずれている場合を示し、（ｃ）は本発明の実施の形態の弁において弁体の中心が弁座の中心に対してずれている場合を示している。
【符号の説明】
【００４３】
１      高温用弁
８      弁座
９      弁棒
９ｂ    弁体支持部
１０    弁体
１１    軸心
１７    開口部
２０ｂ  係合部
２１    球面部
２２    支持空間
２４    底面
２６    皿ばね（押圧部材）
２７，２８    隙間
【図１】
2005321061.tif 000003
【図２】
2005321061.tif 000004
【図３】
2005321061.tif 000005
【図４】
2005321061.tif 000006
【図５】
2005321061.tif 000007
【図６】
2005321061.tif 000008
【図７】
2005321061.tif 000009
【図８】
2005321061.tif 000010
【図９】
2005321061.tif 000011
【図１０】
2005321061.tif 000012