JP2010090964A - 回転弁 - Google Patents

Abstract

【課題】浸透性が高く、空気と接触することにより硬化するような特定の流体に用いた場合であっても作動不良を起こし難い回転弁を実現する。
【解決手段】本発明の回転弁２０は、ハウジング１１と、ハウジング１１内に挿入されたステム１と、ステム１の先端に固定され、且つハウジング１１内に備えられたプラグ８と、ハウジング１１内に配置され、且つステム１を軸支する、グランドパッキン５、第一の軸受７及び第二の軸受４とを備え、上記グランドパッキン５がステム１とハウジング１１との間を封止する回転弁であり、第一の軸受７及び第二の軸受４とステム１との間に、第一の軸受７及び第二の軸受４とステム１との間を封止する第一のＯリング１０を備え、第一の軸受７及び第二の軸受４とハウジング１１との間に、第一の軸受７及び第二の軸受４とハウジング１１との間を封止する第二のＯリング９を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、流量調整等に用いる回転弁に関するものである。

従来から、回転弁は、流体の流量調整を行うために化学プラント等に用いられている。図２に、従来の回転弁の一例を示す。

図２に示すように、回転弁１２０は、ハウジング１１１と、ハウジング１１１内に挿入されたステム１０１と、ハウジング１１１内に位置するステム１０１の先端に備えられたプラグ１０８と、ハウジング１１１内に固定された、上記ステム１０１を軸支する、グランドパッキン１０５及び軸受１０４及び１０７と、ボルト１１５及びナット１０２と、パッキン押え部材１０３とを備えている。

ボルト１１５は、パッキン押え部材１０３を介してハウジング１１１に固定され、ナット１０２をボルト１１５に沿って締めることにより、パッキン押え部材１０３は、弁内部側に向かって押圧される。これにより、その下側にある軸受１０４を介してグランドパッキン１０５は弁内部側に向かって押圧され、押圧された上記グランドパッキン１０５は変形する。

このようにして、従来の回転弁１２０では、上記ステム１０１と上記ハウジング１１１との間を封止しており、回転弁内部を流れる流体が外側に漏れ出すことや、回転弁内部を流れる流体が外気と接触することを防止している。

このような回転弁としては、例えば、特許文献１に開示されている。
特開２００８−１２１８８４号公報（２００８年５月２９日公開）

しかしながら、上記従来の構成では、浸透性が高く、空気と接触することにより硬化するような特定の流体に用いた場合に作動不良を起こすという問題を本発明者が発見した。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、浸透性が高く、空気と接触することにより硬化するような特定の流体に用いた場合であっても作動不良を起こし難い回転弁を実現することにある。

本発明者は上記課題を解決するために、鋭意検討を行った。その結果、上記回転弁の作動不良は、グランドパッキンに浸透した流体が、グランドパッキンにおいて僅かに浸透した外気と接触することにより硬化することが原因であることを突き止め、上記軸受と上記ステムとの間、及び上記軸受と上記ハウジングとの間にＯリングを設けることにより、上記流体の硬化を抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明に係る回転弁は、上記課題を解決するために、ハウジングと、ハウジング内に挿入されたステムと、ステムの先端に固定され、且つハウジング内に備えられたプラグと、ハウジング内に配置され、且つ上記ステムを軸支する、グランドパッキン及び軸受とを備え、上記グランドパッキンが上記ステムと上記ハウジングとの間を封止する回転弁であり、上記軸受と上記ステムとの間に、上記軸受と上記ステムとの間を封止する第一のＯリングを備え、上記軸受と上記ハウジングとの間に、上記軸受と上記ハウジングとの間を封止する第二のＯリングを備えることを特徴としている。

上記構成によれば、第一のＯリング及び第二のＯリングを備えているため、グランドパッキンによる封止に加えて、第一のＯリング及び第二のＯリングによる封止によっても、回転弁内部における流体と外気との接触を抑制することができる。

このため、浸透性が高く、空気と接触することにより硬化するような特定の流体に用いた場合であっても作動不良を起こし難い回転弁を提供することができるという効果を奏する。

本発明に係る回転弁では、上記軸受は第一の軸受と第二の軸受とを含み、上記第一の軸受と上記第二の軸受とは、上記グランドパッキンを挟んで互いに対向して設けられ、上記第一の軸受と上記ステムとの間、及び上記第二の軸受と上記ステムとの間にそれぞれ上記第一のＯリングを備え、上記第一の軸受と上記ハウジングとの間、及び上記第二の軸受と上記ハウジングとの間にそれぞれ上記第二のＯリングを備えることが好ましい。

上記構成によれば、第一の軸受及び第二の軸受が上記グランドパッキンを挟んで互いに対向して設けられ、各軸受において第一のＯリング及び第二のＯリングが設けられている。このため、グランドパッキンへの外気及び流体の浸透をより抑制することができる。

よって、浸透性が高く、空気と接触することにより硬化するような特定の流体に用いた場合であっても、より作動不良を起こし難い回転弁を提供することができるという更なる効果を奏する。

本発明に係る回転弁では、上記第二の軸受と上記ステムとの間に上記第一のＯリングを複数備え、上記第二の軸受と上記ハウジングとの間に上記第二のＯリングを複数備えることが好ましい。

上記構成によれば、第二の軸受に設けられる、第一のＯリング及び第二のＯリングがそれぞれ複数設けられているため、グランドパッキンへの外気及び流体の浸透をより効果的に抑制することができる。このため、浸透性が高く、空気と接触することにより硬化するような特定の流体に用いた場合であっても、より作動不良を起こし難い回転弁を提供することができるという更なる効果を奏する。

本発明に係る回転弁は、空気と接触することにより硬化する流体の流量調整に用いられることが好ましい。

本発明に係る回転弁では、空気と接触することにより硬化する上記流体は、イソシアネート含有化合物、又は反応性モノマーであることが好ましい。

本発明に係る回転弁は、以上のように、グランドパッキンがステムとハウジングとの間を封止する回転弁において、軸受とステムとの間に、軸受とステムとの間を封止する第一のＯリングを備え、軸受とハウジングとの間に、軸受とハウジングとの間を封止する第二のＯリングを備えることを特徴としている。

このため、浸透性が高く、空気と接触することにより硬化するような特定の流体に用いた場合であっても作動不良を起こし難い回転弁を提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施の一形態について説明すれば、以下の通りである。図１は、本実施の形態に係る回転弁の概略構成を示す断面図である。

図１に示すように、本実施の形態に係る回転弁２０は、ハウジング１１と、上記ハウジング１１内に挿入されたステム１と、ステム１の先端に固定された、ハウジング１１内に備えられるプラグ８と、上記ハウジング１１内に設置される、上記ステム１を軸支する、グランドパッキン５、並びに第一の軸受７及び第二の軸受４とを備える。

上記第一の軸受７は、グランドパッキン５よりも弁内部側に設けられ、上記第二の軸受４は、上記グランドパッキン５を挟んで、上記第一の軸受７と対向して設けられる。

また、上記回転弁２０は、グランドパッキン５と第一の軸受７との間に、グランドパッキン５の位置を規定するスペーサ６を備え、また、グランドパッキン５を、弁内部に向かってステム１の軸方向に沿って押圧するパッキン押え部材３と、パッキン押え部材３を固定するナット２及びボルト１５とを備える。

上記パッキン押え部材３は、第一の軸受４の上側（ステム１の軸方向に沿って、第一の軸受４におけるグランドパッキン５との接触面と対向する面上）に設けられる。ボルト１５は、パッキン押え部材３を介してハウジング１１に固定され、ナット２をボルト１５に沿って締めることにより、パッキン押え部材３を弁内部側に向かって押圧する。これにより、パッキン押え部材３の下側にある第二の軸受４を介してグランドパッキン５は弁内部側に向かって押圧され、押圧された上記グランドパッキン５は変形する。このため、ナット２の締め具合を調整することにより、上記ステム１と上記ハウジング１１との間の隙間を埋めることができ、上記ステム１と上記ハウジング１１との間を封止することができる。

尚、上記回転弁２０では、図示していないが、スプリングを、上記ボルト１５を通して、ナット２とパッキン押え部材３との間に設けてもよい。スプリングを設けることにより、グランドパッキン５は常に適切な力で押え付けられているため、グランドパッキン５の形状が温度変化等により収縮変化した場合であっても、グランドパッキン５を押え付ける力が不足することを防ぐことができるため、シール性能を長期安定的に維持できる。

更には、上記回転弁２０は、上記第一の軸受７と上記ステム１との間、並びに上記第二の軸受４と上記ステム１との間にそれぞれ第一のＯリング１０を備える。このため、上記第一の軸受７及び第二の軸受４は、その内面（ステム１が貫通する開口部における面）上に、上記第一のＯリング１０を保持する溝を有する。

具体的には、上記第一のＯリング１０は、その開口部にステム１を貫通させ、且つその外側の部分が、第一の軸受４若しくは第二の軸受７の内側に設けられた溝の凹部に収容された状態で設置される。

ここで第一のＯリング１０の開口部の形状及び大きさは、ステム１の断面とほぼ同じである。一方、第一の軸受７及び第二の軸受４の内側に設けられた溝における空間は、第一のＯリング１０の大きさよりも狭くなっている。このため、第一のＯリング１０はステム１側に押え付けられる。これにより、第一のＯリング１０が、上記第一の軸受７と上記ステム１との間、並びに上記第二の軸受４と上記ステム１との間を封止する。

また、上記第一の軸受７と上記ハウジング１１との間、並びに上記第二の軸受４と上記ハウジング１１との間にそれぞれ第二のＯリング９を備える。このため、上記第一の軸受７及び第二の軸受４は、その外面上に、上記第一のＯリング１０を保持する溝を有する。

具体的には、上記第二のＯリング９は、その内側の部分が、第一の軸受４若しくは第二の軸受７の外側に設けられた凹部に収容され、且つ外側の部分がハウジング１１の内面と接した状態で設置される。

ここで第二のＯリング９の内径（Ｏリングの開口部の直径）は、第一の軸受４若しくは第二の軸受７の外側に設けられた溝が形成する円の直径とほぼ同じであり、第二のＯリング９の外径は、第一の軸受４若しくは第二の軸受７の外径よりも大きい。このため、第二のＯリング９はハウジング１１の内面側に押え付けられる。これにより、第二のＯリング９が、上記第一の軸受７と上記ハウジング１１との間、並びに上記第二の軸受４と上記ハウジング１１との間を封止する。

上述したように、本実施の形態に係る回転弁２０では、上記第一のＯリング１０及び第二のＯリング９によっても封止されているため、グランドパッキン５のみにより封止されている従来の回転弁と比べて、回転弁内部を流れる流体が外気と接触することを効果的に抑制することができる。

また、本実施の形態に係る回転弁２０では、上述のように高い精度でシールされているため、流体が流れる弁内部から離してグランドパッキン５を配置することができる。つまり、本実施の形態に係る回転弁２０では、第一のＯリング１０及び第二のＯリング９により、流体及び外気の浸透が抑制されているため、流体が流れる弁内部からグランドパッキン５までの距離を長くしても、その間の空間に流体が浸透して固化することによる作動不良を起こし難い。

上記のように、グランドパッキン５を、流体が流れる弁内部から離して配置することにより、グランドパッキン５等のシール部材が、弁内部を流れる流体の温度の影響を受け難く、晒される温度を低く抑制することができる。このため、回転弁の使用できる温度を高めることができる。

本実施の形態では、上記グランドパッキン５の形状は特には限定されず、従来公知の形状を採用することができ、例えば、円筒形が挙げられる。また、その材質は、特には限定されず、使用する流体の種類によって従来公知の材料を適宜選択することができる。例えば、テフロン（登録商標）等のポリテトラフルオロエチレンが挙げられる。

また、上記第一のＯリング１０及び第二のＯリング９の材質としては、特には限定されず、使用する流体の種類によって従来公知の材料を適宜選択することができる。例えば、ニトリルゴム、潤滑性ゴム、水素添加ニトリルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム等のエラストマーが挙げられ、カルレッツ（米国デュポン社：登録商標）等のフッ素ゴムが好ましい。

上記第一の軸受７及び第二の軸受４の形状は、上記第一のＯリング１０を保持する溝を内側に有し、上記第二のＯリング９を保持する溝を外側に有していることを除いては、特には限定されず、円筒形等の従来公知の形状を採用することができる。

また、上記第一の軸受７及び第二の軸受４の材質は、特には限定されず、使用する流体の種類によって従来公知の材料を適宜選択することができ、例えば、ステンレスが挙げられる。

上記スペーサ６の形状は、グランドパッキン５の位置を規定することができれば、特には限定されず、例えば、円筒形が挙げられる。また、その材質も特には限定されず、従来公知の構成とすることができる。

本実施の形態に係る回転弁２０は、上述したように非常に高い精度で封止されているため、空気と接触することにより硬化する流体の流量調整に好適に用いることができる。

空気と接触することにより硬化する上記流体としては、特には限定されないが、例えば、空気中の水分と反応して硬化し得る、メチレンジイソシアネート（ＭＤＩ）等のイソシアネート化合物、空気中の酸素により重合反応を起こして硬化し得る、メタクリル酸メチル（ＭＭＡ）やアクリル酸等の反応性モノマーが挙げられる。

本実施の形態に係る回転弁は、例えば、１０００ｋｇ／ｈ〜５０００ｋｇ／ｈの流速で、常温〜約３００℃、フルバキューム〜５ＭＰａの圧力下で使用することができる。

また、上述の説明では、軸受として、第一の軸受７と第二の軸受４とを備えている場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、何れか一方の軸受のみを備える構成であってもよいし、更に別の軸受を備えていてもよい。また、全ての軸受けにＯリングを備えている必要も無い。

更には、上述の説明では、第二の軸受４と接する上記第一のＯリング１０及び第二のＯリング９は、それぞれ２個づつ設けられている場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、第一の軸受７と接する上記第一のＯリング１０及び第二のＯリング９と同様に、それぞれ１個づつ設けてもよい。但し、上記第一のＯリング１０及び第二のＯリング９を、それぞれ２個づつ設けることによって、本実施の形態に係る回転弁２０のシール性を高くすることができるため、効果が大きい。

同様に、本実施の形態では、第一の軸受７と接する上記第一のＯリング１０及び第二のＯリング９が、それぞれ１個づつ設けられている場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、第二の軸受４と接する上記第一のＯリング１０及び第二のＯリング９と同様に、それぞれ２個づつ設けてもよい。

尚、第一のＯリング１０及び第二のＯリング９は、更に取付けるスペースが第一の軸受７若しくは第二の軸受４にあれば、それぞれ２個より多い数設けてもよい。

また、本実施の形態では、上記第一のＯリング１０と第二のＯリング９とを同じ数備えている場合について説明したが、これに限るものではない。上記第一のＯリング１０の数と第二のＯリング９の数とが異なっていてもよい。但し、上記第一のＯリング１０の数と第二のＯリング９の数とが同じであれば、ステム１と軸受（第一の軸受７及び第二の軸受４）との間の隙間と、軸受（第一の軸受７及び第二の軸受４）とハウジング１１との間の隙間をより均一に封止することができるため、より好ましい。

更には、上述の説明では、回転弁２０が偏芯軸回転弁（偏芯カム弁）である場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、ボール弁、Ｖノッチボール弁、バタフライ弁等であってもよい。

尚、本発明の回転弁は、浸透性が高く、空気と接触することにより硬化するような特定の液体以外、例えば、飽和溶液や重合性の高い液体に対しても作動作動不良を起こし難いとの効果を有する。

以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

〔実施例１〕
温度１９０℃、圧力０．３ＭＰａ、流量３５００ｋｇ／ｈｒのメチレンジイソシアネート（ＭＤＩ）溶液が通る、呼び径４５ｍｍの配管に、図１に示す構造の回転弁（グランドパッキン：ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロメチレン）＆グラファイト製、Ｏリング：カルレッツ（登録商標））を用い、当該回転弁に自動流量調整機をセットし、操業条件に合わせて弁の開度を調整しつつ、２００日間連続運転を行った。その結果、回転弁は作動不良を生起することなく稼動した。

〔実施例２〕
温度１２５℃、圧力７００torr、流量３５００ｋｇ／ｈｒのメチレンジイソシアネート（ＭＤＩ）溶液が通る、呼び径１００ｍｍの配管に、実施例１で用いたものと同じ回転弁を用い、自動流量調整機をセットし、操業条件に合わせて弁の開度を調整しつつ、２００日間連続運転を行った。その結果、回転弁は作動不良を生起することなく稼動した。

〔比較例１〕
回転弁として図２に示す従来公知の回転弁（グランドパッキンを挟む軸受にＯリングを有さないもの）を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法で運転を行った。その結果、１５〜２０日目で、回転弁が作動不良を生起したので運転を中止した。

回転弁を分解して原因を調査した結果、グランドパッキンとステムとの間、及びグランドパッキンとハウジングとの間に重合物が固着していた。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の回転弁は、浸透性が高く、空気と接触することにより硬化するような特定の流体に用いた場合であっても作動不良を起こし難い。このため、浸透性が高く、空気と接触することにより硬化するような特定の流体の流量調整等に好適に適用できる。

本実施の形態に係る回転弁の概略構成を示す断面図である。 従来の回転弁の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１ ステム
４ 第二の軸受（軸受）
５ グランドパッキン
７ 第一の軸受（軸受）
８ プラグ
９ 第二のＯリング（Ｏリング）
１０ 第一のＯリング（Ｏリング）
１１ ハウジング
２０ 回転弁

Claims (5)

1. ハウジングと、ハウジング内に挿入されたステムと、ステムの先端に固定され、且つハウジング内に備えられたプラグと、ハウジング内に配置され、且つ上記ステムを軸支する、グランドパッキン及び軸受とを備え、上記グランドパッキンが上記ステムと上記ハウジングとの間を封止する回転弁であり、
   上記軸受と上記ステムとの間に、上記軸受と上記ステムとの間を封止する第一のＯリングを備え、
   上記軸受と上記ハウジングとの間に、上記軸受と上記ハウジングとの間を封止する第二のＯリングを備えることを特徴とする回転弁。
2. 上記軸受は第一の軸受と第二の軸受とを含み、
   上記第一の軸受と上記第二の軸受とは、上記グランドパッキンを挟んで互いに対向して設けられ、
   上記第一の軸受と上記ステムとの間、及び上記第二の軸受と上記ステムとの間にそれぞれ上記第一のＯリングを備え、
   上記第一の軸受と上記ハウジングとの間、及び上記第二の軸受と上記ハウジングとの間にそれぞれ上記第二のＯリングを備えることを特徴とする請求項１に記載の回転弁。
3. 上記第二の軸受と上記ステムとの間に上記第一のＯリングを複数備え、上記第二の軸受と上記ハウジングとの間に上記第二のＯリングを複数備えることを特徴とする請求項２に記載の回転弁。
4. 空気と接触することにより硬化する流体の流量調整に用いられることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の回転弁。
5. 空気と接触することにより硬化する上記流体は、イソシアネート含有化合物、又は反応性モノマーであることを特徴とする請求項４に記載の回転弁。

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