(57)【要約】【課題】高温環境及び腐食環境で使用しても、メタルシートの劣化、弁本体のメッキ剥がれを抑制することができる排ガス切替弁を提供する。【解決手段】弁本体２１の表面皮膜に硬質炭化クロムメッキを施とともに、メタルシート２２を、インコネル（登録商標）で形成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バタフライ弁と、このバタフライ弁の開閉動作を行う弁駆動部とを備え、前記バタフライ弁は、排ガス通路を設けたハウジングと、このハウジング内に配置されて前記排ガス通路を開閉する弁本体と、前記排ガス通路を設けた前記ハウジングの内周面から該排ガス通路に向けて突出し、弁本体の周縁部に当接する環状のメタルシートと、を有する排ガス切替弁において、
前記弁本体の表面皮膜に硬質炭化クロムメッキを施し、
前記メタルシートをインコネル（登録商標）で形成したことを特徴とする排ガス切替弁。
【請求項２】
前記メタルシートは、板材を折曲することで、該メタルシートの軸方向に膨出して径方向に弾性変形自在な断面形状としたことを特徴とする請求項１記載の排ガス切替弁。
【請求項３】
前記メタルシートは、前記排ガス通路を設けた前記ハウジングの周面に固定された被固定部と、
この被固定部の内側周縁部から該メタルシートの略軸方向の一方に延在する軸方向シール部と、
この軸方向シール部から該メタルシートの径方向内方に延在する径方向シール部と、
この径方向シール部から該メタルシートの軸方向の他方に向かって、径方向内方に傾斜しながら延在する傾斜シール部と、
この傾斜シール部の先端から該メタルシートの軸方向の他方に延在し、前記弁本体の周縁部に当接する弁本体接触部と、を備えていることを特徴とする請求項２記載の排ガス切替弁。
【請求項４】
前記メタルシートの板厚さを０．４mmに設定したことを特徴とする請求項２又は３記載の排ガス切替弁。
【請求項５】
前記メタルシートの軸方向の前記弁本体接触部の長さを、１．２mmに設定したことを特徴とする請求項３又は４に記載の排ガス切替弁。
【請求項６】
前記傾斜シール部及び前記弁本体接触部がなす角度を、１４２°に設定したことを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項に記載の排ガス切替弁。
【請求項７】
バーナ及び蓄熱体を備えた一対の蓄熱式バーナを、炉幅方向に相互に対向し、それら一対の蓄熱式バーナを炉長方向に複数組備えた加熱炉において、
前記一対の蓄熱式バーナの一方の前記蓄熱体を通過した燃焼排気ガスを吸引する流路に、請求項１乃至６の何れか１項に記載の排ガス切替弁を配置したことを特徴とする加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス切替弁及び加熱炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
被加熱体を炉長方向に搬送して加熱する加熱炉において、炉幅方向に相互に対向した一対のリジェネバーナ（蓄熱式バーナ）を配置し、それら一対の蓄熱式バーナを炉長方向に複数組備えた加熱炉が知られている（例えば、特許文献１）。
図４は、特許文献１に類似した加熱炉１を示すものであり、炉体１ａの炉幅方向から相互に対向するように一対の蓄熱式バーナ２ａ，２ｂが配置されており、これら一対の蓄熱式バーナ２ａ，２ｂが、炉体１ａの炉長方向に沿って複数対配置されている。一方の蓄熱式バーナ２ａは、バーナ３ａと蓄熱体４ａとで構成され、他方の蓄熱式バーナ２ｂは、バーナ３ｂと蓄熱体４ｂとで構成されている。そして、一対のバーナ３ａ，３ｂに燃焼空気を供給する流路に一対の切替弁５ａ，５ｂを配置し、一対の蓄熱体４ａ，４ｂを通過した燃焼排気ガスを吸引する流路に一対の切替弁６ａ，６ｂを配置し、一対のバーナ３ａ，３ｂに燃料ガスを供給する流路に一対の切替弁７ａ，７ｂを配置している。
そして、所定時間毎に一対の切替弁５ａ，５ｂ、一対の切替弁６ａ，６ｂ、及び一対の切替弁７ａ，７ｂを切り換えることで、一対の蓄熱式バーナ２ａ，２ｂの交番燃焼を行う。
【０００３】
すなわち、図４に示すように、切替弁５ａ，６ｂ，７ａを全開状態、切替弁５ｂ，６ａ，７ｂを全閉状態に切替え、一方のバーナ３ａに燃焼ガス及び燃焼空気を供給して一方のバーナ３ａを燃焼状態とし、他方のバーナ３ｂから燃焼排気ガスを強制吸引する。これによって、他方の蓄熱体４ｂを通過する燃焼排気ガスとの熱交換によって蓄熱体４ｂに顕熱が蓄えられる。このように、一方のバーナ３ａが燃焼している間に、他方の蓄熱体４ｂへの蓄熱が実行される。
【０００４】
そして、所定時間の経過後に、図５に示すように、切替弁５ａ，６ｂ，７ａを全閉状態、切替弁５ｂ，６ａ，７ｂを全開状態に切替え、他方のバーナ３ｂに燃焼ガス及び燃焼空気を供給して他方のバーナ３ｂを燃焼状態とし、一方のバーナ３ａから燃焼排気ガスを強制吸引する。これによって、一方の蓄熱体４ａを通過する燃焼排気ガスとの熱交換によって蓄熱体４ａに顕熱が蓄えられる。このように、他方のバーナ３ｂが燃焼している間に、一方の蓄熱体４ａへの蓄熱が実行される。
【０００５】
一対の切替弁５ａ，５ｂ、一対の切替弁６ａ，６ｂ及び一対の切替弁７ａ，７ｂは、図６に示すように、バタフライ弁８と、このバタフライ弁８の開閉動作を行う弁駆動部９とを備えている。
バタフライ弁８は、図７に示すように、ハウジング１０と、略円盤形状の弁本体１１と、円筒形状の空間としてハウジング１０に形成され、弁本体１１を配置する円筒形状の流体通路１２と、流体通路１２に向けて連通するようにハウジング１０に形成したシャフト挿通部１３と、シャフト挿通部１３に挿通されて一端が弁本体１１に固定され、弁駆動部９から回転駆動力が伝達される駆動シャフト１４と、流体通路１２を形成しているハウジング１０の内周面から流体通路１２に向けて突出しているリング形状のメタルシート１５と、を設けている。
ここで、弁本体１１は、ＳＣＳ材（ステンレス鋼鋳鋼品）を材料とし、表面皮膜として硬質クロムメッキが施されており、メタルシート１５は、例えばＳＵＳ３１６等の低炭素ステンレス鋼で形成されている。
【０００６】
ハウジング１０は、ハウジング本体１０ａと、ハウジング本体１０ａの一側に設けた環状の凹部に嵌まり込むリング形状のインサート部材１０ｂとで構成されており、メタルシート１５は、シート外周部１５ａがハウジング本体１０ａ及びインサート部材１０ｂに挟み込まれて保持され、シート内周部１５ｂが流体通路１２に向けて傾斜しながら突出している。
そして、弁駆動部９から駆動シャフト１４に回転駆動力が伝達されると、弁本体１１は、流体通路１２を閉塞する全閉動作、或いは流体通路１２を開口する全開動作を行い、弁本体１１が全閉動作を行うときには、弁本体１１の周縁部がメタルシート１５のシート内周部１５ｂを押圧して弾性変形させながら密接することで、バタフライ弁内部の流体シールを行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２６５５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、一対の蓄熱体４ａ，４ｂから燃焼排気ガスが流れ込む一対の切替弁６ａ，６ｂは、高温環境、且つ、硫黄酸化物を含んだ燃焼排気ガスが通過する腐食環境で使用される。このため、切替弁６ａ，６ｂは、他の切替弁５ａ，５ｂ、７ａ，７ｂと異なり、低炭素ステンレス鋼製のメタルシート１５に亀裂、塑性変形が生じやすく、弁本体１１のメッキ（硬質クロムメッキ）剥がれが生じやすく、燃焼排気ガスの内部漏れ（シートリーク）を引き起こすおそれがある。
【０００９】
また、切替弁６ａ，６ｂは、メタルシート１５の亀裂、塑性変形や弁本体１１のメッキ剥がれによって弁本体１１を開閉動作する際の開閉トルクが増大していき、そのトルクが弁駆動部９の出力を超えた場合には、動作不良を引き起こすおそれがある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、高温環境及び腐食環境で使用しても、メタルシートの劣化、弁本体のメッキ剥がれを抑制することで、シートリークを抑制し、弁本体の開閉トルクを低下させて正常な開閉動作を行うことができる排ガス切替弁及び加熱炉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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の排ガス切替弁は、バタフライ弁と、このバタフライ弁の開閉動作を行う弁駆動部とを備え、前記バタフライ弁は、排ガス通路を設けたハウジングと、このハウジング内に配置されて前記排ガス通路を開閉する弁本体と、前記排ガス通路を設けた前記ハウジングの内周面から該排ガス通路に向けて突出し、弁本体の周縁部に当接する環状のメタルシートと、を有する排ガス切替弁において、前記弁本体の表面皮膜に硬質炭化クロムメッキを施し、前記メタルシートをインコネル（登録商標）で形成した。
【００１１】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の排ガス切替弁において、前記メタルシートは、板材を折曲することで、該メタルシートの軸方向に膨出して径方向に弾性変形自在な断面形状とした。
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の排ガス切替弁において、前記メタルシートは、前記排ガス通路を設けた前記ハウジングの周面に固定された被固定部と、この被固定部の内側周縁部から該メタルシートの略軸方向の一方に延在する軸方向シール部と、この軸方向シール部から該メタルシートの径方向内方に延在する径方向シール部と、この径方向シール部から該メタルシートの軸方向の他方に向かって、径方向内方に傾斜しながら延在する傾斜シール部と、この傾斜シール部の先端から該メタルシートの軸方向の他方に延在し、前記弁本体の周縁部に当接する弁本体接触部とを備えている。
また、請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の排ガス切替弁において、前記メタルシートの板厚さを０．４mmに設定した。
【００１２】
また、請求項５記載の発明は、請求項３又は４に記載の排ガス切替弁において、前記メタルシートの軸方向の前記弁本体接触部の長さを、１．２mmに設定した。
また、請求項６記載の発明は、請求項３乃至５の何れか１項に記載の排ガス切替弁において、前記傾斜シール部及び前記弁本体接触部がなす角度を、１４２°に設定した。
さらに、請求項７記載の発明は、バーナ及び蓄熱体を備えた一対の蓄熱式バーナを、炉幅方向に相互に対向し、それら一対の蓄熱式バーナを炉長方向に複数組備えた加熱炉において、前記一対の蓄熱式バーナの一方の前記蓄熱体を通過した燃焼排気ガスを吸引する流路に、請求項１乃至６の何れか１項に記載の排ガス切替弁を配置した。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る排ガス切替弁によれば、メタルシートが、機械的特性及び高温強度に優れたインコネルを材料としているので、亀裂、塑性変形が生じ難く、弁本体の表面皮膜に硬質炭化クロムメッキが施されているので、メッキ剥がれが生じ難くなり、シートリークを抑制するので、高温環境、腐食環境であってもシール性能を十分に確保することができる。また、メタルシートに亀裂、塑性変形が生じ難く、弁本体にメッキ剥がれが発生し難いために、弁本体を開閉動作する際の開閉トルクが減少し、正常な開閉動作を行うことができる。
また、本発明に係る加熱炉によると、高温環境及び腐食環境に優れた加熱炉を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る排ガス切替弁を示す図である。
【図２】本発明に係る排ガス切替弁の要部を示す図である。
【図３】本発明に係る排ガス切替弁と従来の排ガス切替弁の作動回数及びシートリークの関係を示した図である。
【図４】加熱炉の第１の燃焼パターンを示す図である。
【図５】加熱炉の第２の燃焼パターンを示す図である。
【図６】従来の排ガス切替弁の外観を示す図である。
【図７】従来の排ガス切替弁のバタフライ弁の内部構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図４から図７で構成したものと同一構成部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図１は、本発明に係る排ガス切替弁（以下、切替弁と称する）２０を示すものであり、この切替弁２０は、図４及び図５で示した加熱炉１の、一対の蓄熱体４ａ，４ｂを通過した燃焼排気ガスを吸引する流路に、一対の切替弁６ａ，６ｂに替えて一対配置される弁である。
【００１６】
この切替弁２０は、シャフト挿通部１３に挿通された駆動シャフト１４に固定された弁本体２１が流体通路１２に配置されており、弁駆動部９から駆動シャフト１４に回転駆動力が伝達されると、弁本体２１は、流体通路１２を閉塞する全閉動作、或いは流体通路１２を開口する全開動作を行う。
また、流体通路１２を形成しているハウジング１０の内周面から流体通路１２に向けて突出するリング形状のメタルシート２２が設けられている。
【００１７】
弁本体２１は、ＳＣＳ材（ステンレス鋼鋳鋼品）を材料とし、表面皮膜として硬質炭化クロムメッキが施されている。硬質炭化クロムメッキのビッカース硬度ＨＶは１０００程度である。
また、メタルシート２２は、例えばインコネル６００（登録商標）等のインコネル（登録商標）を材料としている。インコネル６００は、常温における耐力が５４９Ｎ／mm２程度、引張強さが７１５Ｎ／mm２程度であり、耐熱性、耐腐性、耐酸化性、耐クリープ性などの高温特性にも優れている。なお、インコネル６００以外のメタルシート２２の材料として、インコネル６２５（登録商標）、インコネル７１８（登録商標）、インコネル７５０（登録商標）が考えられる。
【００１８】
本実施形態のメタルシート２２は、図２に示すように、厚さＴが０．４mmの板材で形成されており、ハウジング本体１０ａ及びインサート部材１０ｂに挟持されるメタルシート２２の径方向に延在している被挟持部２２ａと、被挟持部２２ａの内側周縁部からメタルシート２２の略軸方向の一方に延在する軸方向シール部２２ｂと、この軸方向シール部２２ｂからメタルシート２２の径方向内方に延在する径方向シール部２２ｃと、この径方向シール部２２ｃからメタルシート２２の軸方向の他方に向かって、径方向内方に傾斜しながら延在する傾斜シール部２２ｄと、この傾斜シール部２２ｄの先端からメタルシート２２の軸方向の他方に延在し、弁本体２１の周縁部に当接する弁本体接触部２２ｅと、を備え、軸方向に膨出する断面形状とすることで径方向に弾性変形自在な形状とされている。
そして、本実施形態の一対の切替弁２０を、図４及び図５で示した加熱炉１の一対の蓄熱体４ａ，４ｂから燃焼排気ガスが流れ込む切替弁として使用する。
【００１９】
したがって、本実施形態の一対の切替弁２０は、高温環境、且つ、硫黄酸化物を含んだ燃焼排気ガスが通過する腐食環境で使用されるが、切替弁２０を構成するメタルシート２２が、機械的特性及び高温強度に優れたインコネル６００等のインコネルを材料としているので、亀裂、塑性変形が生じ難い。また、切替弁２０を構成する弁本体２１の表面皮膜には、密着性の高い硬質炭化クロムメッキが施されているので、メッキ剥がれが生じ難くなる。したがって、本実施形態の切替弁２０は、燃焼排気ガスの内部漏れ（シートリーク）を抑制するので、高温環境、腐食環境であってもシール性能を十分に確保することができる。
【００２０】
また、本実施形態の切替弁２０は、メタルシート２２に亀裂、塑性変形が生じ難く、弁本体２１にメッキ剥がれが発生し難いために、弁本体２１を開閉動作する際の開閉トルクが減少し、正常な開閉動作を行うことができる。
また、本実施形態のメタルシート２２は、図２に示したように、軸方向シール部２２ｂ、径方向シール部２２ｃ及び傾斜シール部２２ｄを備えて軸方向に膨出し、径方向に弾性変形自在な断面形状としており、弁本体２１の全閉動作及び全開動作を繰り返し、弁本体２１の周縁部が何度も当接しても、弾性変形を繰り返してシール性を長期に渡って持続することができる。
そして、本実施形態の切替弁２０を、図４及び図５で示した加熱炉１の一対の蓄熱体４ａ，４ｂから燃焼排気ガスが流れ込む切替弁として使用することで、高温環境及び腐食環境に優れた加熱炉１を提供することができる。
【００２１】
ここで、図２に示す本実施形態のメタルシート２２の厚さＴ、弁本体接触部２２ｅの長さＬ、メタルシート２２の傾斜シール部２２ｄ及び弁本体接触部２２ｅがなす角度（先端角度）αについて、図７で示した従来のメタルシート１５と比較して説明する。
本実施形態のメタルシート２２の厚さＴは０．４mm、弁本体接触部２２ｅの長さＬは１．２mm、メタルシート２２の先端角度αは１４２°に設定している。
図７で示した従来のメタルシート１５は、材質がＳＵＳ３１６（常温における耐力が２０５Ｎ／mm２程度、引張強さが５２０Ｎ／mm２程度）であり、厚さＴが０．５mm、弁本体接触部の長さＬが０．３mm、先端角度が１４５°に設定されている。
【００２２】
本実施形態のメタルシート２２の厚さＴは０．４mmであり、厚さＴを０．５mmとした従来のメタルシート１５と比較してメタルシート２２の弾性変形を容易に行うことができる。
また、本実施形態のメタルシート２２の弁本体接触部２２ｅの長さＬは１．２mmであり、弁本体接触部の長さＬを０．３mmとした従来のメタルシート１５と比較して、弁本体２１の周縁部との接触面積が大きいメタルシート２２の方が、シール性能を向上させることができる。
さらに、本実施形態のメタルシート２２の先端角度αは１４２°であり、先端角度を１４５°とした従来のメタルシート１５と比較して角度を小さくすることで、弁本体２１の傾斜シール部２２ｄの長さを長くし、弾性変形領域を拡大することで、さらにシール性を確保することができる。
【００２３】
次に、図３は、本実施形態の切替弁２０（図３では発明品）と、図６及び図７で示した切替弁６ａ，６ｂ（図３では従来品）とについて、作動回数（全閉動作及び全開動作の切替え数）と、シートリーク率（シートリーク量（内部漏れ量）／全開時流量：％）との関係を示したものである。
図３から、弁本体２１の表面皮膜に硬質炭化クロムメッキを施し、機械的特性及び高温強度に優れたインコネル６００等のインコネルを材料として径方向に弾性変形自在な断面形状としたメタルシート２２を備えた本発明に係る切替弁２０は、従来の切替弁６ａ，６ｂにおいてシートリーク量が増大する作動回数（例えば３５００００〜４０００００）であっても、燃焼排気ガスの内部漏れ（シートリーク）が発生しないことが明らかとなる。
【符号の説明】
【００２４】
１…加熱炉、１ａ…炉体、２ａ，２ｂ…蓄熱式バーナ、３ａ，３ｂ…バーナ、４ａ，４ｂ…蓄熱体、５ａ，５ｂ…切替弁、７ａ，７ｂ…切替弁、８…バタフライ弁、９…弁駆動部、１０…ハウジング、１０ａ…ハウジング本体、１０ｂ…インサート部材、１２…流体通路、１３…シャフト挿通部、１４…駆動シャフト、２０…切替弁、２１…弁本体、２２…メタルシート、２２ａ…被挟持部（被固定部）、２２ｂ…軸方向シール部、２２ｃ…径方向シール部、２２ｄ…傾斜シール部、２２ｅ…弁本体接触部
【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】
2016142286.tif 000007
【図６】
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【図７】
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