JP5111403B2 - 高温流体用弁 - Google Patents

Description

本発明は、流体の遮断及び流量の調節に用いられる弁に関する。詳細には、本発明は、高温流体に使用される弁の弁体の冷却構造に関する。

流体の遮断及び流量の調節に用いられる弁には、弁体を流路内に位置させたものがある。この弁体が流路内で回転することで、流路の開口断面積の大きさが変えられる。弁体の回転により、流体の遮断及び流量の調節がなされている。

この弁は、高温の流体に使用されることがある。この弁体は、流体の高温に晒されている。高温の流体に晒される弁体は、溶解及び損傷するおそれがある。高温の流体に使用される弁体には、一般に高温にも耐えうる金属材料が使用される。この弁体には、冷却構造が備えられることもある。この様な弁体の冷却方法として、弁体より上流の流路から冷却水を噴射する方法がある。また、弁体内部から冷却水を流路内に噴射して弁体の表面に冷却膜を形成する方法がある。

これらの方法では、流路内に大量のドレンが溜まる。この冷却水の噴射により、高温の流体の温度及び圧力が変化する。正確な温度及び圧力の管理が必要とされる流体では、その管理に支障を来すことがある。

高温流体に使用されるバタフライ弁が、特開平９−４７２６号公報に記載されている。このバタフライ弁の弁体は、弁体を二重構造とされている。この二重構造の弁体の間に弾性体を介在させている。この弾性体の変形により、弁体の外側の変位が吸収されて、シール性が維持されている。弁体の二重構造の空隙に冷却流体が流されて、弁体が冷却されることが記載されている。

特開平９−４７２６号公報

この弁体の内部の冷却経路は、外弁体と内弁体の間に形成されている。この冷却経路は、内弁体の内部にも形成されている。この冷却経路は、その途中で分岐と合流とが繰り返されている。この冷却経路では、冷却流体が互いの流れを阻害し合う。冷却流体の冷却効率が低い。このような弁は、金属が溶融する高温（１２００℃から１６００℃）の流体に使用されることもある。この弁体の冷却構造では、金属が溶融する高温の流体に使用されると、十分な冷却効果が得られない。弁体が損傷するおそれがある。

本発明の目的は、高温の流体への使用に適した弁の提供にある。

本発明に係る弁は、高温流体に用いられる。この弁は、流体の流路を備えた弁箱と、弁箱に支持された弁棒と、流路に位置してこの弁棒を回転軸として回動して流路の開口の大きさを変化させる弁体とを備えている。この弁体の表面は、対向する一対の端面と、その一対の端面の間に位置する側面とを備えている。この弁棒は、弁体の側面を貫通している。この弁体の内部に、冷却流体が流される冷却経路が形成されている。この冷却経路は、弁体の側面に沿った第一経路と、端面に沿った第二経路とを備えている。この第一経路は、第一経路及び第二経路のうちで冷却流体の流れる断面積が最小である最小部を備えている。この第一経路の経路断面が第一経路の入口からこの最小部に向かって徐徐に小さくされている。

好ましくは、この弁では、第一経路の弁体の表面に沿った幅Ｗは、その入口から最小部に向かって徐徐に大きくされている。この第一経路の厚みＴは、その入口から最小部に向かって徐徐に小さくされている。

好ましくは、この弁は、上記第一経路と、この第一経路から分岐される一対の第二経路とを備えている。この第一経路は、一通路の経路で形成されている。それぞれの第二経路は、一通路の経路で形成されている。

好ましくは、この弁は、上記弁体の側面の一部に切り欠かれた切欠部を備えている。 この切欠部の表面に沿った冷却経路は、第一経路の最小部とされている。

本発明に係る弁では、弁体が効率的に冷却される。この弁体は、高温流体に使用される弁に適する。特に金属が溶融するような高温の流体に使用する弁では、冷却効果が大きい。また、冷却効果が大きい一方で、高温流体の温度及び圧力への影響が抑えられている。

図１は、本発明の一実施形態に係るバタフライ弁が示された部分断面正面図である。 図２は、図１のバタフライ弁が示された部分断面側面図である。 図３は、図１のバタフライ弁の弁体及び弁棒が示された部分断面図である。 図４は、図３のIV−IV線に沿った、弁体及び弁棒の断面図である。 図５は、図４のV−V線に沿った弁体の断面図である。 図６は、図３のVI−VI線に沿った弁体の断面図である。 図７は、図３のVII−VII線に沿った弁体の断面図である。 図８は、図３のVIII−VIII線に沿った弁体の断面図である。 図９は、図３のIX−IX線に沿った弁体の断面図である。 図１０は、図３のX−X線に沿った弁体の断面図である。 図１１は、図３のXI−XI線に沿った弁体の断面図である。 図１２（Ａ）から（Ｄ）は、図３の断面Ａ−Ａから断面Ｄ−Ｄで示される冷却経路の断面が示された側面図である。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

図１は、本発明の一実施形態に係るバタフライ弁２が示された部分断面正面図である。図２は、図１のバタフライ弁２が示された部分断面側面図である。このバタフライ弁２は、弁箱４、弁体６、弁棒８，上蓋１０、下蓋１２、ヨーク１４、駆動装置１６、回転軸１８及びポジショナ２０を備えている。

弁箱４は、円筒状の管である。弁箱４には、円筒状の管内に流路２２が形成されている。この流路２２の流路断面は、円形である。図２に示されるように、この流路２２の両端にフランジ２６が形成されている。弁箱４の円筒状の管には、軸孔２４が形成されている。この軸孔２４は、この円筒状の管の上下方向に対向する２つの壁を貫通して形成されている。この軸孔２４の軸線は、円形の流路断面の中心を通っている。この軸孔２４の軸線は、流路２２の軸線と直交している。

図３は、図１のバタフライ弁２の弁体６及び弁棒８が示された部分断面図である。図３の紙面に垂直な方向が、流路２２の軸線方向である。図４は、図３のIV−IV線に沿った、弁体６及び弁棒８の断面図である。この弁体６の材料は、銅合金である。この弁体６は、円板状に形成されている。この弁体６の表面は、略円形で対向する２つの端面６１と、この２つの端面６１の間の側面６２とを備えている。

この弁体６には、軸孔３０が形成されている。この軸孔３０は、弁体６の上方の側面６２から対向する下方の側面６２を貫通している。この軸孔３０は、弁体６の中心を通っている。この軸孔３０の軸線は、一対の端面６１に平行である。

この弁体６は、切欠部２８を備えている。この切欠部２８は、弁体６の側面の一部が切りかかれて形成されている。この切欠部２８により、弁体６の端面６１は、図３の正面視において軸孔３０に平行に切りかかれている。この切欠部２８の表面は、軸孔３０を間にして両側の側面６２に形成されている。この切欠部２８の表面は、軸孔３０の軸線に平行に形成されている。

図３に示されるように、この端面６１は、上下が弁箱４の流路２２の円形断面に沿った円弧と、左右が軸孔３０に平行な直線とで形成される面である。側面６２は、側面６３、側面６４及び側面６５からなる。側面６３は、一方の端面６１の上方の円弧と他方の端面６１の上方の円弧との間に形成されている。図３の正面視において、この側面６３は、流路２２の内壁に沿って形成されている。この側面６３は、球面の一部で形成されている。この球面の直径は、流路２２の直径に略等しい。側面６５は、一方の端面６１の下方の円弧と他方の端面６１の下方の円弧との間に形成されている。図３の正面視において、この側面６５は、流路２２の内壁に沿って形成されている。この側面６５は、球面の一部で形成されている。この球面の直径は、流路２２の直径に略等しい。

側面６４は、一方の端面６１の軸孔３０に平行な直線と他方の端面６１の軸孔３０に平行な直線との間に形成されている。この側面６４は、切欠部２８の表面を形成する。図４に示されるように、この側面６４は弁体６の外向きに凸の円弧形状である。この円弧形状が軸孔３０に平行に連なっている。この実施例では、この円弧形状の半径Ｒは、弁体６の厚みの半分とされている。

図５は、図４のV−V線に沿った弁体６の断面図である。図６は、図３のVI−VI線に沿った弁体６の断面図である。図７は、図３のVII−VII線に沿った弁体６の断面図である。図８は、図３のVIII−VIII線に沿った弁体６の断面図である。この図６、図７及び図８は、下から見た断面図である。図９は、図３のIX−IX線に沿った弁体６の断面図である。図１０は、図３のX−X線に沿った弁体６の断面図である。図１１は、図３のXI−XI線に沿った弁体６の断面図である。この図９、図１０及び図１１は、上から見た断面図である。

この弁体６の内部には冷却流体が通される冷却経路３１が形成されている。図３から図１１までの弁体６の断面には、この冷却経路３１が示されている。この冷却経路３１は、軸孔３０を対称軸にして、左右対称に形成されている。図３は左側の冷却経路３１の断面図が示されている。説明の便宜上、この冷却経路３１の各箇所には、冷却流体が流れる向きに１０１から１１３までの番号が付されて説明がされる。

この冷却経路３１には、第一経路３２及び第二経路３３が形成されている。第一経路３２は、弁体６の側面６３、６４及び６５に沿った一通路の冷却経路である。この第一経路３２は、一対の第二経路３３に分岐している。第二経路３３は、弁体６の端面６１に沿った一通路の冷却経路である。この第二経路３３は、第一経路３２の下流に位置している。ここでの一通路とは、途中で分岐のない１本の通路を言う。

弁体６の軸孔の中央付近の全周に、冷却経路１０１が形成されている（図３、図９参照）。この冷却経路１０１の下方には、冷却経路１０２が形成されている。冷却経路１０２は、弁体６の端面６１に沿って形成されている（図４、図８参照）。図４に示されるように、一対の端面６１の中間に弁体６と弁棒８との回り止めのキー３４が挿入されている。図３に示されるように、冷却経路１０２の下方には、冷却経路１０３が形成されている。冷却経路１０３は、弁体６の軸孔の下方付近の全周に形成されている（図６、図７参照）。冷却経路１０３から斜め下方の側面６５に向かって冷却経路１０４が形成されている（図３，図６参照）。この冷却経路１０４の下流には、第一経路３２が形成されている。この弁体６では、第一経路３２は、冷却経路１０５、冷却経路１０６及び冷却経路１０７から形成されている（図３参照）。

図１２（Ａ）から（Ｄ）は、図３の断面Ａ−Ａから断面Ｄ−Ｄで示される冷却経路１０５及び冷却経路１０６の断面が示された側面図である。この冷却経路１０５は、弁体６の側面６５及び側面６４に沿って下方から上方に向かって形成されている（図３，図６、図７、図８参照）。図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）、図１２（Ｃ）及び図１２（Ｄ）は、冷却経路１０５及び冷却経路１０６に垂直な断面図である。この弁体６では、冷却経路１０５及び冷却経路１０６に垂直な断面において、第一経路３２から弁体６の表面までの弁体６の肉厚は、一定の厚みで形成されている。

図１２の両矢印Ｔは、冷却経路の厚みを表している。両矢印Ｗは、弁体６の表面に沿って測られる冷却経路の幅を表している。図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）及び図１２（Ｃ）の順に示されるように、冷却経路１０５の厚さＴは、徐々に小さくされている。冷却経路１０５の幅Ｗは、弁体６の側面６５及び側面６４に沿って延びている。冷却経路１０５の幅Ｗは、徐々に大きくされている。この冷却経路１０５は、下方から上方に向かって徐徐にその経路断面が小さくされている。言い換えると、この冷却経路１０５は、上流から下流に向かって徐徐にその経路断面が小さくされている。

図１２（Ｄ）に示されるように、冷却経路１０６は、側面６４に沿って形成されている。この側面６４は、切欠部２８の表面である。この冷却経路１０６は、側面６４の表面に沿った円弧状に形成されている。この冷却経路１０６は、側面６４の表面に沿って下方から上方に一様の経路断面で形成されている。この冷却経路１０６の幅Ｗは、冷却経路１０５の最も大きい幅Ｗ以上の大きさで形成されている。この冷却経路１０６の厚みＴは、冷却経路１０５の最も小さい厚みＴ以下の厚みで形成されている。

冷却経路１０６は、側面６４の表面に沿って下方から上方に経路断面積Ｓｄで形成されている。この経路断面積Ｓｄは、冷却経路１０５の最も小さい経路断面積以下の大きさで形成されている。図１２（Ａ）は、冷却経路１０５の入口の経路断面であり、冷却経路１０４と冷却経路１０５との境界での冷却経路１０５の経路断面である。図１２（Ａ）に示される冷却経路１０５の経路断面積Ｓａに対する図１２（Ｄ）に示される冷却経路１０６の経路断面積Ｓｄの比（Ｓｄ／Ｓａ）は０．５０とされている。この冷却経路１０６の下流には、冷却経路１０７が形成されている。

冷却経路１０７は、下方から上方向きに形成されている（図３参照）。この冷却経路１０７は、弁体６の上方の側面６３及び側面６４の表面に沿って形成されている（図１０参照）。この冷却経路１０７の経路断面積は、下方から上方までほぼ一様である。この冷却経路１０７の経路断面積は、冷却経路１０６の経路断面積にほぼ等しい。

冷却経路１０７から冷却経路１０８に至る（図３、図１１参照）。この冷却経路１０８は、一対の第二経路１０９に分岐される。（図５、図１１参照）。この弁体６では、冷却経路１０９及び１１０により第二経路３３が形成されている。

一方の冷却経路１０９は、弁体６の一方の端面６１に沿って形成されている。他方の冷却経路１０９は、弁体６の他方の端面６１に沿って形成されている。この冷却経路１０９は、端面６１のうち、側面６４に近い部分の表面に沿って形成されている。この冷却経路１０９は、上方から下方に向かって形成されている。この冷却経路１０９の経路断面積は、上方から下方までほぼ一様である。この冷却経路１０９の一方の経路断面積Ｓｅとすると、冷却経路１０５の経路断面積Ｓａに対する一対の冷却経路１０９の経路断面積２Ｓｅの比（２Ｓｅ／Ｓａ）は０．８０とされている。

この冷却経路１０９は下方で冷却経路１１０に至る（図５、図６参照）。この冷却経路１１０は、弁体６の端面６１のうち、冷却経路１０９が沿っている表面と軸孔３０周りの冷却経路が沿っている表面との間の表面に沿って形成されている。この冷却経路１１０は、下方から上方に向かって形成されている。この冷却経路１１０の経路断面積は、下方から上方までほぼ一様である。この冷却経路１１０の一方の経路断面積Ｓｆとすると、冷却経路１０５の経路断面積Ｓａに対する一対の冷却経路１１０の経路断面積２Ｓｆの比（２Ｓｆ／Ｓａ）は０．８０とされている。

この弁体６では、冷却経路１０６の経路断面積Ｓｄが、一対の冷却経路１０９の経路断面積の合計２Ｓｅより小さくされている。冷却経路１０６の経路断面積Ｓｄが、一対の冷却経路１１０の経路断面積の合計２Ｓｆより小さくされている。この弁体６の内部を流れる冷却流体にとって、経路断面積Ｓｄが最も小さい経路断面積となる。この弁体６では、冷却経路１０６の経路断面積Ｓｄが、弁体の側面に沿った冷却経路１０５、１０６、１０７、端面に沿った冷却経路１０９及び１１０のうちで、冷却流体の通れる最小経路断面積となっている。この弁体６では、冷却経路１０６が第一経路３２の最小部である。

この冷却経路１１０は、弁体６の上方で冷却経路１１１に至る（図３、図１１参照）。一対の冷却経路１１０は、この冷却経路１１１で合流している。この冷却経路１１１から斜め下方に軸孔３０に向かって冷却経路１１２が形成されている（図３、図１１参照）。冷却経路１１２は、冷却経路１１３に至る。冷却経路１１３は、弁体６の軸孔３０の上部の全周に亘って形成されている。

弁棒８は、丸棒である。弁棒８には、図１に示された上方の一端から弁棒８の軸線方向中央近傍まで冷却経路３６が形成されている。弁棒８の一端の冷却経路３６の開口には、軸連結部３８が形成されている。この軸連結部３８の内壁には、スプライン穴が形成されている。このスプラインは、弁棒８の軸線に沿って形成された溝である。この軸連結部３８には、回転軸１８に形成されたスプライン軸が挿入されている。回転軸１８のスプライン軸と軸連結部３８のスプライン穴が噛み合う。弁棒８と回転軸１８とは一体として回転しうる。この軸連結部３８の近傍の下方の冷却経路３６には、冷却経路４０が形成されている。この冷却経路４０は、弁棒８の径方向に形成されている。この冷却経路４０は、弁棒８の軸線に直交して弁棒８を貫通している。この弁棒８では、放射状に４つの冷却経路４０が形成されている。この冷却経路３６の底近傍には冷却経路４２が形成されている。この冷却経路４２は、弁棒８の径方向に形成されている。この冷却経路４２は、弁棒８の軸線に直交して貫通している。この弁棒８では、放射状に４つの冷却経路４２が形成されている（図１０参照）。

弁棒８には、図１に示された下方の他端から弁棒８の軸線方向中央近傍まで冷却経路４４が形成されている。この冷却経路４４と冷却経路３６とは弁棒８の軸線上に同軸である。冷却経路４４の上方の底と冷却経路３６の下方の底とは貫通していない。この冷却経路４４の下方には、下蓋１２に後述される冷却経路４６が形成されている。この冷却経路４４は、冷却経路４６に接続されている。この冷却経路４４の上方の底近傍には冷却経路４８が形成されている。この冷却経路４８は、弁棒８の径方向に形成されている。この冷却経路４８は、弁棒８の軸線に直交して貫通している。この弁棒８では、放射状に４つの冷却経路４８が形成されている（図９参照）。

図１に示されるように、弁箱４の軸孔２４には弁棒８が回転可能に通されている。弁棒８の一端は、弁箱４の上方に突き出ており、この一端は上蓋１０に通されている。弁棒８の他端は、弁箱４の下方に突き出ており、この他端は下蓋１２に通されている。この弁棒８は、弁箱４、上蓋１０及び下蓋１２により弁棒８の軸線を回転軸として回転可能に支持されている。この弁棒８は弁箱４の流路２２の軸線と直交している。

この弁棒８は、この流路２２内で弁体６の軸孔３０に通されている。この弁体６は、弁棒８にキー３４で回止めされている（図３参照）。図４に示されるように、このキー３４は、弁体６と弁棒８との間で弁体６の両側端面６１の中間に位置させられている。図３に示されるように、弁棒８の冷却経路４８は、弁体６の冷却経路１０１に接続されている。弁棒８の冷却経路４２は、弁体６の冷却経路１１３に接続されている。

図１に示されるように、下蓋１２には冷却経路４６が形成されている。冷却経路４６は、弁棒８と同軸にある中心の冷却経路と弁棒８の径方向に形成された冷却経路とからなる。この径方向に形成された冷却経路は、弁棒８の軸線に直交して、中心の冷却通路から放射状に４つ配置されている。この下蓋１２では、放射状に４つの冷却経路４６が形成されている。下蓋１２には、図示されない供給配管に接続される接続口５０が形成されている。下蓋１２には、この接続口５０から冷却経路４６に至る冷却経路５２が形成されている。上蓋１０には、図示されない排出配管に接続される接続口５４が形成されている。上蓋１０には、弁棒８の冷却経路４０からこの接続口５４に至る冷却経路５６が形成されている。

図１に示されるように、この上蓋１０の上には、ヨーク１４が固定されている。このヨーク１４の上には、駆動装置１６が固定されている。この駆動装置１６の駆動軸５８には、回転軸１８の一端が固定されている。この回転軸１８は、駆動軸５８と一体に回転可能とされている。回転軸１８の他端は弁棒８の軸連結部３８に挿入されている。この回転軸１８及び弁棒８は、駆動軸５８の回転により、一体で回転可能とされている。駆動装置１６にはポジショナ２０が取り付けられている。

このバタフライ弁２の流路２２には、高温の流体が流される。駆動装置１６により駆動軸５８が回転させられる。駆動軸５８の回転により、回転軸１８がその軸線を回転軸として回転する。この回転軸１８の回転により、弁棒８がその軸線を回転軸として回転する。この弁棒８の回転により、弁体６が流路２２内で回動する。この弁体６の回動により、流路２２の開口断面積が変えられる。この開口断面積の変化により、流路２２を流れる流体の流量が調整される。ポジショナ２０は、駆動軸５８の回転角度を正確に制御する。これにより、流路２２を流れる流体の流量が正確に制御されている。

この弁体６の側面６２には、切欠部２８が形成されている。このバタフライ弁２では、流路２２は完全に閉塞されない。このバタフライ弁２は、流量調整弁として機能する。この切欠部２８と流路２２の内壁とにより形成される左右一対の開口が、この流路２２の最小の流路断面積として確保されている。

この接続口５０から供給された冷却水は、冷却経路５２を通って冷却経路４６から弁棒８に入る。冷却水は、弁棒８の内部の冷却経路４４から冷却経路４８を通って弁体６の冷却経路１０１に供給される。冷却水が弁棒８の内部を通ることで、弁棒８が冷却される。

冷却水は、冷却経路１０１から冷却経路１０２、１０３へ通される（図３、図４参照）。この弁体６では、キー３４が弁体６の両側端面６１の中間に位置している。これにより、一対の冷却経路１０２は、それぞれ弁体６の端面６１と弁棒８の間を通っている（図４参照）。冷却水がこの冷却経路１０１、１０２及び１０３を通ることで弁体６の一対の端面６１の弁棒８近傍の部分が冷却されている。冷却水は、冷却経路１０３から冷却経路１０４へ送られる。

冷却経路１０４から冷却経路１１２までは軸孔３０を対称軸に弁体６の左右両側に形成されている。冷却水は、左右に設けられた冷却経路１０４から左右それぞれの冷却経路１０５に送られる。ここでは、図３に示される弁体６の左側の冷却経路１０４から１１２までの冷却水の流れが説明される。弁体６の右側の冷却経路の流れも同様であり、その説明は省略される。

図３において、冷却水は、冷却経路１０４から冷却経路１０５に送られる。冷却水が冷却経路１０５を通ることで、下方の側面６５及び側面６４が冷却される。冷却水は、冷却経路１０５から冷却経路１０６に送られる。冷却水が冷却経路１０６を通ることで、中間の側面６４が冷却される。冷却水は、冷却経路１０６から冷却経路１０７に送られる。冷却水が冷却経路１０７を通ることで、上方の側面６３及び６４が冷却される。冷却水は、冷却経路１０７から冷却経路１０８に送られる。

冷却水は、冷却経路１０８から一対の冷却経路１０９に分岐して送られる（図５、図１１参照）。冷却水が冷却経路１０９を通ることで、弁体６の両側端面６１の切欠部２８に近い部分が冷却される。更に冷却水は、一対の冷却経路１０９からそれぞれ下流の冷却経路１１０に送られる（図５参照）。冷却水が冷却経路１１０を通ることで、冷却経路１０９が沿っている表面と軸孔３０周りの冷却経路が沿っている表面との間の表面が冷却される。この冷却経路１０９及び１１０により、弁体６の端面６１のうちで弁棒８から離れた部分が冷却されている。冷却水は、一対の冷却経路１１０から冷却経路１１１に送られ合流する（図１１参照）。冷却水が冷却経路１１１を通ることで、上方の側面６３の弁棒８の近傍が冷却されている（図３参照）。

冷却水は、冷却経路１１１から冷却経路１１２を通って冷却経路１１３に送られる。冷却水が冷却経路１１３を通ることで、一対の端面６１の弁棒８の近傍の上部分が冷却される。冷却水は冷却経路１１３から弁棒８の冷却経路４２、３６及び４０を通って上蓋１０へ送られる。冷却水が弁棒８の内部を通ることで、弁棒８が冷却される。上蓋１０の冷却経路５６を通って図示しない排出配管に接続された接続口５４に送られる。この接続口５４から図示されない排出配管へと冷却水が排出される。

この冷却経路１０５は、冷却経路１０６に向かって徐徐にその経路断面積が小さくされている。この冷却経路１０５は、段差の無い滑らかな曲面又はテーパ面からなる壁面である。冷却経路１０６から冷却経路１０７はほぼ一様な経路断面積で形成されている。このバタフライ弁２では、図１２（Ａ）に示される冷却経路１０５の経路断面積Ｓａに対する図１２（Ｄ）に示される冷却経路１０６の経路断面積Ｓｄの比（Ｓｄ／Ｓａ）は０．５０とされている。これにより、冷却水の流速が徐々に速くなっている。流速が速くなることで、熱交換効率が向上する。この観点から、この比（Ｓｄ／Ｓａ）は０．７以下とされる。更に好ましくは０．５以下である。

一方で、この比（Ｓｄ／Ｓａ）が小さくなると、絞り効果により圧力損失が大きくなる。この観点から、この比（Ｓｄ／Ｓａ）は０．３以上とされる。更に好ましくは０．５以上である。

この弁体６は流路内で、常に高温の流体に晒されている。この弁体６では、特に切欠部２８の側面６４が最も高温である。次に、側面６２の上方及び下方に位置する側面６３及び側面６５が高温である。その次に、弁体６の両側の端面６１が、高温である。弁体６の端面６１では弁棒８近傍の表面から側面６４に近くなるほど高温である。この弁体６では、端面６１のうち、弁棒８から離れた部分は、冷却経路１０９及び１１０を流れる冷却流体により冷却されている。側面６２のうち、弁棒８から離れた部分は、冷却経路１０５、１０６及び１０７を流れる冷却流体により冷却されている。

この弁体６では、冷却経路１０５の幅Ｗは、上流から下流に徐々に大きくされている。この冷却経路１０５は、上流から下流に向かって徐徐にその経路断面が小さくされている。この冷却経路１０５から最も高温となる側面６４の冷却経路１０６へ冷却流体が供給される。この冷却経路１０６の手前で冷却水の速度が速くされている。その流速が速くされた冷却水がこの冷却経路１０６を通される。これにより、この弁体６は、切欠部２８の表面である側面６４で最も効率的に冷却されている。

この弁体６では、その流速を上げた冷却水により、最初に側面６５、側面６４及び側面６３が冷却される。その後に、弁体６の端面６１のうち側面６４に近い部分が冷却される。その後に、弁体６の端面６１のうち側面６４から離れた部分が冷却される。この弁体６の冷却経路３１では、側面６２を冷却する冷却経路１０５，１０６及び１０７が上流に位置している。端面６１のうち側面６４に近い部分を冷却する冷却経路１０９が冷却経路１０７の下流に位置している。端面６１のうち側面６４から離れた部分を冷却する冷却経路１１０が冷却経路１０９の下流に位置している。このように、この弁体６は、端面６１より側面６２を先に冷却水で冷却される。より高温となる部分が、高速の冷却水で冷却される。これにより、この弁体６は、効率的に冷却されている。

この弁体６では、冷却経路１０５、１０６及び１０７は弁棒８から離れた側面６２のほぼ全体を冷却している。この冷却経路１０５、１０６及び１０７は、途中に合流及び分岐のない一通路の冷却経路で構成されている。一方の冷却経路１０９及び１１０は一方の端面６１の弁棒８から離れた部分のほぼ全体を冷却している。他方の冷却経路１０９及び１１０は他方の端面６１の弁棒８から離れた部分のほぼ全体を冷却している。この冷却経路１０９及び１１０は、途中に合流及び分岐のない一通路の冷却経路で構成されている。

この冷却経路１０５、１０６、１０７と一方の冷却経路１０９、１１０とにより、弁棒８から離れた側面６２及び一方の端面６１に沿って冷却水が流される。この冷却水は、冷却経路１０５、１０６、１０７と一方の冷却経路１０９、１１０とにより、図５に示されるように蛇行して流される。この冷却水は、この冷却経路の途中で流速を損なうことが抑制されている。この冷却経路１０５、１０６、１０７と他方の冷却経路１０９、１１０とにより、弁棒８から離れた側面６２及び他方の端面６１に沿って冷却水が流される。この冷却水は、冷却経路１０５、１０６、１０７と他方の冷却経路１０９、１１０とにより、蛇行して流される。この冷却水は、この冷却経路の途中で流速を損なうことが抑制されている。この弁体６は、その端面６１及び側面６２を効率的に冷却することができる。

このバタフライ弁２では、接続口５０から冷却流体として冷却水が供給されている。この冷却水の冷却経路１０６での流体圧は２．５ＭＰａとされている。流体圧が低いと弁体６の冷却経路の内部で沸騰して気泡が発生することがある。気泡が発生すると冷却効率が損なわれる。この観点から、冷却水の流体圧は１ＭＰａ以上３ＭＰａ以下とされている。気泡の発生による冷却効率低下を抑制する観点から、好ましくは、冷却水の流体圧は２ＭＰａ以上である。また、冷却水を加圧することにより、このバタフライ弁２では、流路２２を流れる高温流体が冷却経路に流入することが抑制されている。この冷却水の流体圧力は、従来より大きく設定されている。

この冷却水の冷却経路１０６での流速は、８ｍ／ｓとされている。これにより、より効率的に冷却できる。この観点から冷却水の流速は、６ｍ／ｓ以上１０ｍ／ｓ以下とされている。効率的な冷却の観点から、好ましくは、冷却水の流速は８ｍ／ｓ以上である。一般に、冷却水の流速は、３ｍ／ｓ程度である。この冷却水の流速は、従来より大きく設定されている。

この弁体６の材質は、熱伝導率の高い銅合金を用いている。銅合金を用いることで、この弁体６は効率的に冷却されている。

この冷却経路１０５、１０６、１０７、１０９及び１１０は、端面６１及び側面６２の表面からこの冷却流路までの弁体６の肉厚を一定にして形成されている。この肉厚は、強度及び耐久性に問題ない範囲で薄くされている。具体的には、この肉厚は、４ｍｍ以上６ｍｍ以下とされている。これにより、弁体６の表面の温度勾配が小さくされている。弁体６の表面近傍の熱応力の発生が緩和されている。

ここでは、バタフライ弁を用いて説明がされた。この発明はバタフライ弁に限らず、その効果を奏する。この発明は、高温流体に使用される弁の弁体に広く適用し得る。

２・・・バタフライ弁
４・・・弁箱
６・・・弁体
８・・・弁棒
１０・・・上蓋
１２・・・下蓋
１４・・・ヨーク
１６・・・駆動装置
１８・・・回転軸
２０・・・ポジショナ
２２・・・流路
２４・・・軸孔
２６・・・フランジ
２８・・・切欠部
３０・・・軸孔
３１、３６、４０、４２、４４、４６、４８、５２、５６・・・冷却経路
３２・・・第一経路
３３・・・第二経路
３４・・・キー
３８・・・軸連結部
５０、５４・・・接続口
５８・・・駆動軸
６１・・・端面
６２〜６５・・・側面
１０１〜１１３・・・冷却経路

Claims (4)

1. 流体の流路を備えた弁箱と、弁箱に支持された弁棒と、流路に位置してこの弁棒を回転軸として回動して流路の開口の大きさを変化させる弁体とを備えており、
   この弁体の表面が対向する一対の端面と、その一対の端面の間に位置する側面とを備えており、
   この弁棒が弁体の側面を貫通しており、
   この弁体の内部に冷却流体が流される冷却経路が形成されており、
   この冷却経路が弁体の側面に沿った第一経路と、端面に沿った第二経路とを備えており、
   この第一経路が第一経路及び第二経路のうちで冷却流体の流れる断面積が最小である最小部を備えており、
   この第一経路の経路断面が第一経路の入口からこの最小部に向かって徐徐に小さくされている高温流体に用いられる弁。
2. 上記第一経路の弁体の表面に沿った幅Ｗがその入口から最小部に向かって徐徐に大きくされており、
   この第一経路の厚みＴがその入口から最小部に向かって徐徐に小さくされている請求項１に記載の弁。
3. 上記第一経路と、この第一経路から分岐される一対の第二経路とを備えており、
   この第一経路が一通路の経路で形成されており、
   それぞれの第二経路が一通路の経路で形成されている請求項１又は２に記載の弁。
4. 上記弁体の側面の一部に切り欠かれた切欠部を備えており、
   この切欠部の表面に沿った冷却経路が第一経路の最小部とされている請求項１から３に記載の弁。

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