JPH05164298A

JPH05164298A - 高圧弁

Info

Publication number: JPH05164298A
Application number: JP34978191A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Hori; 恵一堀; Yoshio Sugimoto; 喜雄杉本; Takeo Kumagai; 武夫熊谷; Yukio Manabe; 幸男真鍋; Junichi Iifushi; 順一飯伏
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1991-12-10
Filing date: 1991-12-10
Publication date: 1993-06-29

Abstract

(57)【要約】【目的】高圧流体を完全に密封できる面圧を弁体と弁
シートの間に発生させることができ、かつ弁を開閉する
ためのアクチュエータを小型にできる構造簡単な高圧弁
を得る。【構成】弁シート４は弁ボディ１と弁カバー２の間に
設けられ、その中心に流路が形成されている。弁体３は
弁シート４の流路を貫通して配置された弁ロッド３ｂと
一体となっており、同弁ロッド３ｂは弁カバー２の他端
を貫通し、外部に設けたアクチュエータ１０と連結され
ている。アクチュエータ１０を作動させると流路が開閉
され、特にＡポート側に高圧流体が作用している状態で
は弁体３が弁シート４に押し付けられ、弁の密封性が一
段と良くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は果汁などの液状食品を高
圧容器内で高圧加圧し、殺菌、改質などを行なう高圧液
処理装置に適用される高圧弁に関するものであり、更に
詳細には高圧流体を密封し、低圧において開閉し大流量
を流すことができる食品、医薬品及び化学製品等すべて
の液体用に適用可能な高圧弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の高圧液処理装置の概要を示
し、図中１０１は高圧円筒、１０５は加圧処理室であ
る。被処理液体（例えば果汁など）は図示しない低圧ポ
ンプにより高圧弁１０８を通過して高圧管１０９を通
り、下蓋１０２から加圧室１０５に送り込まれる。１０
４はフリーピストンで、このピストン１０４はパッキン
１１３により加圧室１０５と高圧水室１０６を隔絶しつ
つ円筒容器１０１の内面を摺動する。初めフリーピスト
ン１０４は下蓋１０２に接して降下しており、水室１０
６は満水となっている。被処理液が送り込まれるに従っ
てピストンは上昇し、水室１０６内の水は上蓋１０３に
接続した高圧管１１０を通り、開放されている高圧弁１
０７を通過して容器外へ排出される。

【０００３】フリーピストン１０４が上蓋１０３に接す
るまで上昇し、加圧室１０５内が被処理液で満たされた
後、高圧弁１０８，１０７を閉じ、上蓋に接続したもう
１つの高圧管１１１から高圧弁１１２を通して図示しな
い高圧ポンプによって高圧水を水室１０６に送り込む。
高圧水の圧力によりフリーピストン１０４は下に押され
て被処理液は圧縮され、加圧室１０５の内部は高圧とな
る。所定圧力まで上昇させた状態で一定時間保持した
後、高圧弁１１２を開き水室１０６内の高圧水を高圧容
器外に排出する。これによりピストンは上方へ戻って容
器１０１内が減圧される。次に減圧後弁１０７を開き、
図示しない低圧水ポンプにより低圧水を水室１０６に送
り込み、同時に弁１０８を開くことでフリーピストン１
０４を降下させ、加圧室１０５内の被処理液を高圧容器
外へ排出、次工程へ送液する。

【０００４】このように高圧弁は、高圧容器内を高圧に
した時には被処理液又は高圧水を密封保持し、逆に被処
理液の給排液時には高圧弁を開放し、速やかに液を送液
可能とする必要がある。従って当該弁は可能な限り大口
径であることが望ましい。従来よりこうした高圧弁とし
て図５及び図６に示すような弁ステムと弁シートを有す
る仕切弁がよく用いられている。これらの弁は何れも図
に示すように、弁シート５３に、例えば油圧又は空圧な
どの流体圧シリンダなどのアクチュエータ５４を用いて
弁ステム５２を押し付け、弁ステム５２と弁シート５３
の接触面に封止しようとする流体圧より高い面圧を発生
させ、流体を密封するものである。なお、前記弁は弁の
Ａポート或いはＢポートのどちらを高圧流体側としても
基本的には適用可能であり、また入口／出口（Ａ／Ｂ）
に圧力差があっても弁の開閉は可能である。なお、図５
及び図６における５１は弁ボディ、５４ａはピストン、
５４ｂはピストンシール、５４ｃはロッドシール、５５
ａはステムパッキン、５５ｂはパッキンバックアップリ
ング、５６はパッキン押えナット、５７は弁シート押え
ナット、５８は取付座である。

【０００５】図７は強制開放機構を持った逆止弁であ
り、この弁ではＡポート側を常に高圧側として使用す
る。弁中のボール（鋼球）６３はスプリング６６の力に
より弁シート６４に密着されている。入口／出口（Ａ／
Ｂ）間に圧力差がないか、或いは微小の場合には、アク
チュエータ７０ａの押し力によってロッド６７の先端で
ボール６３を押して同ボール６３を弁シートから離し、
入口から出口、出口から入口への流体の流通を可能とす
る。またＡポート側が高圧となるとボール６３は圧力を
受けて弁シート６４に強く押し付けられ、接触部に高い
面圧が発生してシールし、Ａ側流体の漏洩を阻止する。
なお、図７における６１は弁ボディ、６２は弁カバー、
６５はボールガイド、６８はパッキン、６９はパッキン
押え、７０ｂはピストン、７０ｃはパッキン、７０ｄは
パッキン、７１は取付座、７２ボルトである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで前記仕切弁の
うち図５に示すものでは、Ａ側ポートを高圧が作用する
側とすると、弁ステムに流体圧が作用し、弁ステムに図
５中上方へ向いた推力が生じる。このため弁の密封を確
実にするためにはアクチュエータの押し力を大きくする
必要がある。従ってこの形式で大口径の弁を得ようとす
ると、アクチュエータの押し力を著しく大きくしなけれ
ばならず、弁全体が過大なものとなり、高価になるとい
う欠点がある。

【０００７】逆に図６に示すものでは、Ｂポートを高圧
が作用する側とすると、アクチュエータの押し力は大き
くしなくてよいが、弁ステムが弁ボディを貫通する部分
のステムパッキン５５ａに常時高圧が作用することとな
る。従って弁が大口径となると、パッキンに作用する圧
力の総和が大きくなり、シールリークの危険性が増すと
共に、パッキン押えナット５６にかかる軸力は著しく増
大し、やはり弁全体が過大となる。加えてＢポート側は
構造上穴が交差しており、内圧の負荷時コーナ部に高い
応力集中が発生するので弁ボディの繰り返し寿命が短く
なるという欠点がある。

【０００８】また図７に示す逆止弁では流体圧の作用に
よりボールと弁シートに面圧が発生し、この面圧によっ
てシールを確保するためアクチュエータは低圧時におい
てボールをスプリング力に抗して押す力さえあればよ
く、小さなものにすることができる。この結果、この弁
では大口径にしても弁全体が過大とならず、コンパクト
な弁を得ることができる。しかし図７に示す逆止弁はボ
ール６３、ボールガイド６５、スプリング６６などが弁
ボディ６１内流路に組込まれており、構造が複雑であ
る。このためこの弁では流体が食品の場合、衛生上弁内
の流路内は出来るだけシンプルとして流動性及び洗浄性
を良くするという条件を満足することが難しい。また流
体（食品）が例えば天然果汁のように浮遊性の固形物
（果肉繊維など）を含む場合、図７に示す弁では弁の初
期シールをスプリング力によって行なっているので、こ
の固形物がボールと弁シートの間に噛み込まれた場合に
は初期シールが不完全となり、高圧流体を密封できなく
なる危険性がある。更にボールと弁シートは線接触に近
く密封時の発生面圧が高いため、密封流体の圧力が高く
（４０００〜５０００ｋｇｆ／ｃｍ²）となると接触面
圧は一段と増大し、ボール及び弁シート材質の許容面圧
を越えることになる。この結果、ボールと弁シートは繰
り返し荷重による変形、損耗が激しく、使用材料が限定
されるか又は適当な材料がなく、寿命が短いまま止むを
得ず従来材料のものを使用しなければならないという欠
点があった。本発明は前記従来の課題を解決しようとす
るものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、弁本
体に形成した流路中に配置された弁シートと、同弁シー
トに形成した流路と同弁シートに密着し、前記弁シート
の流路を閉じることができる弁体とを備えた高圧弁にお
いて、同弁シートに形成した流路中を貫通するロッドの
先端に弁体を設け、同ロッドは弁本体に形成した流路の
低圧側を貫通して弁本体外部に設けたアクチュエータに
連結してあり、前記弁体と弁本体とはアクチュエータの
作動力及び高圧の液圧によって密着されるようにしてな
るもので、これを課題解決のための手段とするものであ
る。

【００１０】

【作用】弁を開く場合、アクチュエータのポート１０ｅ
から流体圧を導入し、ピストンを下降させると弁ロッド
と一体となった弁体は図中下方へ動き、弁シートと弁体
との間に流路が形成され、流体の流通を可能にする。ま
た弁を閉じる場合は、アクチュエータのポート１０ｆに
流体圧を導入し、ピストンを上方に作動させると弁体は
上昇して弁シートに密着する。弁体と弁シートの接触面
は同じ円錐形状となっており、ある幅（数ｍｍ）を持っ
たリング状の面となる。弁体と弁シートが完全に密着し
たのち、Ａポート側に接続した配管或いは高圧容器内の
流体圧が増加すると流体圧が弁体に作用し、弁体を弁シ
ートに更に押し付けて流体圧以上の接触面圧力が発生
し、Ａ→Ｂへの高圧流体の流れを完全に密封する。

【００１１】

【実施例】以下本発明を図面の実施例について説明する
と、図１は本発明の第１実施例である高圧弁の断面図で
ある。図において１は弁ボディで、同弁ボディ１の中心
に形成されたポートＡには高圧側の配管（或いは高圧容
器本体）が液密に接続される。２は弁カバーであり、ボ
ルト１２により弁ボディ１と連結される。４は弁シート
で、パッキン４ａ，４ｂを介して弁ボディ１と弁カバー
２の間に組み込まれ、中心の穴が流体の通路を形成す
る。弁カバー２にはポートＢが形成されており、このポ
ートＢには低圧側の配管が液密に接続されるようになっ
ている。３ａは弁体であり、弁シート４の穴を貫通する
弁ロッド３ｂと一体となっている。また弁ロッド３ｂは
弁カバー２の他端を貫通し、外部に設けたアクチュエー
タ１０と連結されている。８は弁ロッドの貫通部をシー
ルするパッキンで、同パッキン８はパッキン押え９をボ
ルト９ａで弁カバー２に締結することにより弁カバー２
に固定されている。

【００１２】アクチュエータ１０はエアシリンダであ
り、本体１０ａと内部に組込まれたピストン１０ｂで構
成され、取付座１１を介して弁カバー２に固着されてい
る。１０ｃ，１０ｄはパッキンである。このアクチュエ
ータ１０では、図中Ｂ→Ａ側へ流体を流す場合はアクチ
ュエータ１０のポート１０ｅから流体圧を導入し、ピス
トン１０ｂを下降させる。このとき弁ロッドと一体とな
った弁体は図で下向きに動き、弁シートと弁体の間に流
路が形成され、流体の流通が可能となる。また弁を閉じ
る場合は、アクチュエータ１０のポート１０ｆに流体圧
を導入し、ピストン１０ｂを上方に作動させると弁体３
ａは上昇して弁シート４に密着する。弁体３ａと弁シー
ト４の接触面は同じ円錐形状となっており、ある幅（数
ｍｍ）を持ったリング状の面となる。弁体３ａと弁シー
ト４が完全に密着したのち、Ａポート側に接続した配管
或いは高圧容器内の流体圧が増加すると流体圧が弁体３
ａに作用し、弁体３ａを弁シートに更に押し付けて流体
圧以上の接触面圧力が発生し、Ａ→Ｂへの高圧流体の流
れを完全に密封する。なお、アクチュエータ１０は、例
えば本実施例のエアシリンダの代わりに油圧シリンダ又
は電磁コイル式アクチュエータなども使用できる。

【００１３】図１に示す高圧弁は前述の構造にしたこと
により、高圧側は交差穴のない単純な形状となり、応力
集中がないため長寿命となる。また弁体３ａが弁シート
４から離れたときのＡ→Ｂ又はＢ→Ａの流路は内部がシ
ンプルであり、液溜まりや液状食品の固着する部分が極
めて少なく、洗浄の容易な食品衛生上優れた構造となっ
ている。アクチュエータは低圧時に弁を開閉するために
用いるので、小形で低出力のものでよく、弁全体がコン
パクトとなっている。なお、図１に示す弁では当然なが
らＡ側が高圧の場合弁を開けることはできない。更に高
圧の流体圧力が１０００〜２０００ｋｇｆ／ｃｍ²の場
合は、弁体３ａと弁シート４が面で接触しているので、
面圧は流体圧よりは大きく、密封を可能にしつつも材料
の降伏強さ以下となっており、繰り返し作動による弁体
３ａ、弁シート４の損耗は軽微である。

【００１４】ところで前記図１に示す第１実施例の高圧
弁では、流体圧が大きく（４０００ｋｇｆ／ｃｍ²〜）
なると、接触面圧が著しく高くなる。このため耐久性を
向上させようとして接触面の幅を広げると加工精度を上
げなければならず、弁体３ａと弁シート４を密着させる
ことが難しくなる。図２はこれを解決することができる
第２の実施例である。この実施例ではアクチュエータ１
０を、例えばピストン１０ｂの受圧面積（直径）を大き
くすることで高出力としている。また高圧弁のポートＡ
側の流体圧が弁の閉止後増加するのに伴い、ポートＡ側
の流体の配管に設けた圧力検出器１５により流体圧を検
知し、制御装置１４によってアクチュエータ駆動装置１
３から適正な圧力の作動流体をアクチュエータ１０のポ
ート１０ｆに供給し、ピストン１０ｂに押し力を与える
ことができるようにしている。これにより弁体３ａは流
体圧の総和と反対向きの力をロッド３ｂを介して受け、
弁体と弁シートのシート面圧が低減される。面圧は密封
のため流体圧力より大きいことが必要であるが、高圧流
体の圧力の増減に伴って適切にアクチュエータの押し力
をコントロールすることにより材料の降伏強さ以下とな
るようにすることができる。

【００１５】次に本発明に係る高圧弁の作動説明図であ
る図３に基づいて、流体圧力Ｐ_fとアクチュエータ力ｆ
_A及びシート面圧Ｐ_Sの関係を説明する。アクチュエー
タ力ｆ_Aは高圧弁の初期閉止において図３（ｂ）で左方
向（引側）とし、弁体３ａと弁シート４の接触面Ｃに初
期面圧Ｐ_SOを発生させる。次に流体圧Ｐ_fが増加する
と、弁体３ａは弁シート４に更に押し付けられ、面圧Ｐ
_Sも増加して密封力を増す。このときＰ_fを検知し、こ
の値を制御装置内で演算処理し、面圧が許容面圧Ｐ_Saを
越えぬようにアクチュエータ力ｆ_Aを図３の（ｂ）で右
側（押側）として面圧を適正にコントロールする。

【００１６】

【発明の効果】以上詳細に説明した如く本発明による
と、大口径でかつコンパクトな高圧弁で、しかも食品を
扱う場合において洗浄が容易で衛生的に優れた弁を得る
ことができ、またアクチュエータにより初期閉止を行な
うので初期シール信頼性に優れた逆止弁を得ることがで
きる。更にアクチュエータの押し力を流体圧の増減に伴
ってコントロールし、シート面圧を密封に必要十分な値
とすることができるようにして４０００ｋｇｆ／ｃｍ²
以上でも、弁体、弁シートの寿命の長い高圧弁を得るこ
とができる等の優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る高圧弁の断面図であ
る。

【図２】本発明の第２実施例に係る高圧弁の断面図であ
る。

【図３】本発明における高圧弁の作動説明図である。

【図４】従来の高圧弁を使用する高圧液処理装置の断面
図である。

【図５】従来の弁（仕切弁）の断面図である。

【図６】図５と作動状態を異にする従来の弁（仕切弁）
の断面図である。

【図７】従来の弁（逆止弁）の断面図である。

【符号の説明】

１弁ボディ２弁カバー３ａ弁体３ｂ弁ロッド４弁シート１０ａアクチュエータ本体１０ｂピストン１０ｅ流体圧ポート１０ｆ流体圧ポート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者真鍋幸男広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者飯伏順一広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱重工業株式会社広島研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弁本体に形成した流路中に配置された弁
シートと、同弁シートに形成した流路と同弁シートに密
着し、前記弁シートの流路を閉じることができる弁体と
を備えた高圧弁において、同弁シートに形成した流路中
を貫通するロッドの先端に弁体を設け、同ロッドは弁本
体に形成した流路の低圧側を貫通して弁本体外部に設け
たアクチュエータに連結してあり、前記弁体と弁本体と
はアクチュエータの作動力及び高圧の液圧によって密着
されるべく構成したことを特徴とする高圧弁。