(57)【要約】【課題】高温で使用してもリークが生じない弁を提供する。【解決手段】環状の弁座７と、弁座７と反対側に向かって外側に開いた、弁座７側に凸状の板状の弁体８と、弁体８の中央部を支持する支持部材９とを有し、支持部材９は、弁体８を弁座７に押圧し、弁体８を弾性変形させることによって、弁体８を弁座７に密着させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の弁座と、
少なくとも外側が前記弁座と反対側に向かって開いた板状に形成された弁体と、
前記弁体の中央部を支持する支持部材とを有し、
前記支持部材は、前記弁体を前記弁座に押圧し、前記弁体を弾性変形させることによって、前記弁体を前記弁座に密着させることを特徴とする弁。
【請求項２】
前記弁体は、少なくとも外側が前記弁座側に凸状であることを特徴とする請求項１に記載の弁。
【請求項３】
前記支持部材は、前記弁体を揺動可能に支持することを特徴とする請求項１または２に記載の弁。
【請求項４】
前記弁体の前記支持部材に支持される部分の外形形状は円形であることを特徴とする請求項１から３のいずれかにに記載の弁。
【請求項５】
前記支持部材は、前記弁体を押圧する負荷が予め定めた値となるまで、前記弁体を前記弁座に押圧することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁、特に高温の気体の流路を閉鎖するための弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な流体の流れを制御するために、多様な弁が使用されている。例えば、特許文献１のような燃焼装置等では、高温の空気や排ガスの流れを切り換えるためにも弁が使用される。そのような高温で使用される弁では、熱によって弁体等が変形するため、リークが発生し易い。
【０００３】
弁の気密性を高めるためには、弾性変形可能な樹脂を用いることが一般的であるが、高温の気体用の弁には、耐熱性の問題によりそのような樹脂を使用することができない。また、燃焼装置の燃焼用空気や排ガスの流路は、流路面積が大きい場合が多く、特に、変形によるリークが問題となりやすい。
【０００４】
特許文献１のような蓄熱交番式の燃焼装置では、排ガスの流路と燃焼空気の流路とを弁によって切り換える必要がある。そのための弁にリークがあると、熱効率が悪化したり、燃焼状態が不安定になったりする可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７９６３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記問題点に鑑みて、本発明は、高温で使用してもリークが生じない弁を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明による弁は、環状の弁座と、少なくとも外側が前記弁座と反対側に向かって開いた板状に形成された弁体と、前記弁体の中央部を支持する支持部材とを有し、前記支持部材は、前記弁体を前記弁座に押圧し、前記弁体を弾性変形させることによって、前記弁体を前記弁座に密着させるものとする。
【０００８】
この構成によれば、弁体と弁座との相対位置が変わったり弁体や弁座が変形したりしても、弁体を弾性変形させることによって弁座の形状に合致させて、隙間をなくすることができる。このため、熱膨張による変形が生じるような高温で使用しても、流路を気密に閉鎖してリークを防止できる。
【０００９】
また、本発明の弁において、前記弁体は、少なくとも外側が前記弁座側に凸状であってもよい。
【００１０】
この構成によれば、弁体が弁座の形状に合致するように弾性変形しやすい。
【００１１】
また、本発明の弁において、前記支持部材は、前記弁座を揺動可能に支持することが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、支持部材や他の部材の変形によって支持部材の位置や向きが変わっても、弁体を弁座に対して正対させて押圧できる。
【００１３】
また、本発明の弁において、前記弁体の前記支持部材に支持される部分の外形形状は円形であることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、弁体の支持部材に支持された部分から弁座に当接する部分までの距離が一定になるので、どの位置に隙間が生じても弁体の弾性変形により隙間をなくすことができる。
【００１５】
また、本発明の弁において、前記支持部材は、前記弁体を押圧する負荷が予め定めた値となるまで、前記弁体を前記弁座に押圧してもよい。
【００１６】
この構成によれば、弁体と弁座との間に隙間がある間は、隙間のある部分に弁体が逃げるように弾性変形可能であるので、支持部材に対する反力が緩和されるが、弁体が全周に亘って弁座に当接すると、支持部材に対する反力が大きくなる。したがって、弁体が全周に亘って弁座に当接しているときに予測される反力に相当する負荷となるまで押圧すれば、弁体と弁座の間の隙間をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の１つの実施形態の３方弁の断面図である。
【図２】図１の３方弁の側面図である。
【図３】図１の３方弁の弁体の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の弁１つの実施形態である三方弁１の断面を示す。三方弁１は、流体の流路となる内部空間を形成する金属製のハウジング２に、本発明に係る弁構造を有する２つの開閉ポート３，４と、１つの常時開放された固定ポート５とが設けられている。
【００１９】
三方弁１は、開閉ポート３，４のいずれかと固定ポート５との間に流体の流れを許す切換弁である。各ポート３，４，５には、外部の流路に接続するためのフランジ６が配設されている。
【００２０】
開閉ポート３，４において、それぞれ、ハウジング２には、金属製の環状の弁座７が固定され、弁座７に欠球状の金属製鏡板からなる弁体８が圧接されて流路を封止できるようになっている。弁座７の弁体に当接する部分、つまり、内部空間側の内周のエッジは、半径５ｍｍ程度に丸面取りされている。
【００２１】
弁体８は、その中央部が、棒状の支持部材９によって若干の揺動が可能なように支持されている。具体的には弁体８の中央部には、剛性のある筒状の保持部１０が溶接されており、保持部１０には、支持部材９の拡径した先端部１１を受け入れる支持凹部１２が設けられている。弁体８は、先端部１１と支持凹部１２との遊びの範囲内で、支持部材９に対して揺動可能である。
【００２２】
支持部材９は、ハウジング２を貫通する操作軸１３の回転によって揺動する揺動アーム１４に保持されている。揺動アーム１４は、先端がポート３またはポート４に接近するように揺動可能であり、ポート３の弁座７に圧接される弁体８を支持する支持部材９と、ポート４の弁座７に圧接される弁体８を支持する支持部材９とを保持している。
【００２３】
図２に示すように、ハウジング２の外側に延伸する操作軸１３の端部に、操作レバー１５が取り付けられている。操作レバー１５は、ボールねじを用いたメカニカルシリンダ１６によって揺動させられるようになっている。メカニカルシリンダ１６を駆動するブレーキ付モータ１７には、電流を検出することによってメカニカルシリンダ１６の負荷を算出する負荷検出装置が組み込まれている。
【００２４】
三方弁１は、開閉ポート３，４のいずれかを閉鎖するために、モータ１７を駆動し、支持部材９が支持している弁体８を弁座７に押圧して、弁体８によって弁座７の開口を封止する。モータ１７は、検出したメカニカルシリンダ１６の負荷が所定の値に達したとき、ブレーキをかけてメカニカルシリンダ１６の位置を固定する。これにより、三方弁１は、弁体８を弁座７に所定の圧力で押圧する状態を保持する。
【００２５】
三方弁１において、揺動アーム１４を開閉ポート３，４のいずれかに向かって揺動させて、支持部材９を介して弁体８を弁座７に押圧する際、理想的には、弁体８の外周部（正確には外縁のやや内側）が、全周に亘って同時に弁座７に当接する。しかしながら、実際には、弁体８の歪みや傾斜等によって、弁体８の外周部のいずれか一点のみが、最初に、弁座７に当接する。さらに揺動アーム１４を揺動させると、弁体８の弁座７に当接している部分の移動が弁座７によって阻まれるため、弁体８の弁座７に当接している部分が揺動アーム１４に接近するように、弁体８が支持部材９に対して揺動する。
【００２６】
弁座７のエッジが真円であり、弁体８が完全な球面であれば、弁体８は、支持部材９に対する揺動によって、弁座７の全周に亘って当接する。しかしながら、弁座７や弁体８は、熱による歪み等によって僅かに変形していることが少なくない。したがって、弁体８は、周方向に分散した少なくとも３箇所が弁座７に当接し、弁座７との間に隙間が残った状態となる。
【００２７】
さらに、揺動アーム１４を強いトルクで揺動させると、弁体８が弾性変形して、弁座７との隙間を埋める。つまり、弁体８を支持部材９で弁座７に強く押圧すると、弁体８の弁座７から抗力を受ける部分が支持部材９側且つ内側に押し込まれ、弁座７に当接していない部分が外側に広がって、その応力を緩和する。これにより、弁座７と弁体８との隙間が埋められる。
【００２８】
弁座７と弁体８との間に隙間なくなると、弁体８は、弁座７によって内側に押し込まれた分の応力を、外側に広がって緩和することができなくなる。つまり、弁座７と弁体８との間に隙間なくなると、支持部材９が弁体８から受ける反力が大きくなる。これにより、メカニカルシリンダ１６が高負荷となるため、前記負荷検出装置で検出する負荷が予め定めた値に達したとき、この状態でモータ１７をロックすることで、支持部材９が所定の力で弁体８を弁座７に押圧した状態、つまり、弁体８が弾性変形して弁座７に密着している状態を保持できる。
【００２９】
弁体８は、少なくとも外側部分が弁座７と反対側に向かって開いた板状に形成されていれば、外側部分の弾性変形によって弁座７との隙間を埋めることが可能である。弁体８は、好ましくは、本実施形態の欠球形状に代表されるように、弁座７側に凸状、つまり、外側ほど流路方向に対する傾斜が小さくなる形状にすることで、よりスムーズに弁座７との隙間を埋めるような変形が可能となる。しかしながら、弁体８は、円錐状であってもよく、外側ほど開放角度が小さく、流路方向に対して傾斜が小さくなるような形状であってもよい。
【００３０】
ただし、弁体８は、図３（ａ）に示すように、その外縁部が直胴に近い形状になっていると、外縁部が弁体８の変形を阻害するフランジとして作用するため、図３（ｂ）に示すように、外縁部が外側に大きく開いた形状であることが好ましい。一方、弁体８の弾性変形に対する寄与の少ない中央部は、流体を封止できれば、いかなる形状であってもよく、例えば、弁座７側から見て凹状に形成してもよい。
【００３１】
また、弁座７と弁体８との間の隙間は、周方向のどの位置に発生するか予想できない。このため、弁体８は、どの方向にも等しい変形能を有することが望まれる。そのために、弁体８の支持部材９に保持される剛性のある保持部１０から弁座７に当接する部分までの弾性変形する部分の長さ、および、弁体８の強度を増大させる弁座７に当接する部分から外縁までの長さが、それぞれ、周方向に一定であることが望まし。したがって、保持部１０外形形状は、弁体８の中心に位置する円形であることが望ましい。
【００３２】
また、保持部１０の外径Ｄが小さいほど、弁体８の弾性変形可能な部分が多くなるので、保持部１０は、支持部材９の押圧力により弁体８が破断しない程度に応力を分散できる最小限の大きさに留めることが好ましい。
【００３３】
弁体８の厚みは、弁体８の材質や開閉ポート３，４の口径（弁座７の内径）、その他の構造や使用温度などの条件から予想される三方弁１の各構成要素の歪み（変形）によって適宜選択すべきであるが、例えば、開閉ポート３，４の口径が６００ｍｍである本実施形態において、厚さ２ｍｍのステンレス鋼製の市販の鏡板を用いることができる。このとき、弁座７と弁体８との隙間をなくすために必要な、支持部材９によって弁体８を弁座７に押圧する力（負荷）は、約２０００Ｎであった。
【００３４】
弁体８を弁座７に押圧する際、弁座７に対して弁体８が僅かに擦れる。このため、弁座７のエッジを丸面取りすることによって、弁体８の擦過する際の摩擦抵抗を軽減し、局所摩耗を抑制することが好ましい。
【００３５】
本発明の三方弁１は、ゴム製のシール部材を使用しておらず、金属製の部材のみで構成しても、開閉ポート３，４をリークなく閉鎖できる。また、各構成要素が熱膨張等によって変形しても、弁体８の弾性変形によって弁座７と弁体８との隙間をなくすように構成されているので、高温または温度変化の大きい流体の流路を切換えることができる。
【００３６】
また、本発明は、三方弁１に関連して説明してきたが、二方弁や四方以上の弁にも適用できることは言うまでもない。さらに、支持部材９の駆動は、三方弁１のように揺動するものに限らず、直動タイプのものであってもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１…三方弁
２…ハウジング
３，４…開閉ポート
５…固定ポート
６…フランジ
７…弁座
８…弁体
９…支持部材
１０…保持部
１１…先端部
１２…支持凹部
１３…操作軸
１４…揺動アーム
１５…操作レバー
１６…メカニカルシリンダ
１７…モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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