JPH0126431B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の対象） この発明は両止まり、すなわち双方向性低温バ
ルブのシール機構に関するものであり、特に超低
温から高温に至る全温度にわたつて使用できる改
良されたシール機構を有する超低温や特殊な流体
を取り扱うバルブに関するものである。

（発明の背景） 本発明は、米国特許3260496に開示された型の
バルブ構造にあてはまるものであり、そのバルブ
は片流れ方向のシール機構を主として使用する。
両止まり超低温バルブの構造は、1972年３月21に
認められた米国特許3650508に開示されている。

これらの特許された構造は主として、液体及
び、気体状の水素、窒素、酸素、メタン、そして
常温の二元推進剤や腐食性流体を含む超低温流体
の流量調節に使われている。この様な超低温バル
ブに使われるシール機構は実質的な漏れ止め機能
を備えている。

これらのバルブ構造に主として使われているシ
ール機構は弾力性のプラスチツク材料、たとえば
四フツ化エチレン樹脂やその同等品で構成されて
おり、そして、バルブが火災状態になると損傷さ
れ、それによつてバルブとして使えなくなつた
り、漏れを生ずることになる。プラスチツク材料
で構成されているシール機構は、絞り弁として使
用した場合にはしばしば取り換える必要があるこ
とが知られている。また、そのような先行技術の
バルブのシール構造を、弁体とシールの間で押し
つぶされる砂やゴミのような異物を含んでいる液
化天然ガス、LNGを取扱うのに使用したとき、
それによつてシール表面すなわち弾性シールと弁
体シール表面の両方にひつかき傷や損傷を与え、
それらの場所でバルブのシール性能を低下させて
しまうことも知られている。

この問題は、金属シール機構を使つた場合、特
にやつかいなことである。

LNGは取扱い上、火災を発生し易いので、現
在では、LNG用バルブは、金属シール機構を使
つた防火型シールを使用するという仕様に合わね
ばならない。これらの超低温や特殊な流体には、
種々なタイプのシール機構が使用されており、現
在、金属シールも含めて防火型シールとして売出
されている。

しかしながら、砂やゴミのような異物がこのよ
うな超低温バルブのシール性能に影響を与えない
LNG用バルブ構造については、見当らない。

（発明の概要） 本発明は両止まり防火型、金属シールを有する
改良された超低温バタフライバルブに関するもの
で、前述した先行技術（米国特許3650508）の両
止まりバタフライバルブに機械加工や元のバルブ
構造を修正することなく、このシールを後から装
着できるものである。本発明は、LNG用として
使用するときや、通常異物があるような場所で使
用される場合に、さらに、特に完全なシールを要
求される場合に、砂やゴミのような異物が本発明
の改良された金属シールのシール特性に損傷を与
えることを妨げる構造を有するものである。

構造的には、本発明は米国特許3650508に従つ
て構成されたバルブ用の改良された両止まりバル
ブ機構を提供するものである。本発明の両止まり
シールは、シールするために一対の間隔をおいて
配置されたシール突起に接着された熱感応性と弾
力性のある材料でできた薄い膜すなわち層を有す
る金属製の基部を有している。第三のシール突起
は、金属製基部より成つていて、防火型シール性
を備え、弁体と特に完全なシール性を備えるため
に、弾性体で被覆された一対のシール突起の間に
位置している。本発明にいう両止まりバルブの具
体的構成は、流体の通路を有する弁箱と、そこを
流れる流体を調節する為に通路に設けられた回転
可能な弁体とから成つている。

弁は、両止まり金属シール機構を有しており、
そのシール機構は、弁箱を流れる流体の流れを通
路の両方向に閉止するよう弁体と同時に作動する
ように弁箱の通路に設けられている。シール機構
は、弁体の端面で、シール性を有するように一対
の間隔をおいたビード状の突起をもつ構造であ
り、そのビード状の突起は、シール機構のシール
表面上に沿つて熱感応性と弾力性のある材質でで
きた薄い層を有し、弁体と接触して漏れ止め性能
を高めている。

このシール機構は、一対の間隔をおいて配置さ
れたビード上の突起の中間に配置され、弁を閉じ
ようとするとき弁体に接し、防火型シール性を備
えたビード上の突起を与えるように組立てられた
第三のビード状の突起をも含んでいる。

さらに本バルブは、ビード状の突起に両止まり
シール性を与えるために、シール機構に機械的に
荷重を与えるスプリング機構と、そして、シール
機構に隣接して装着され、温度変化によつて生ず
る接合されたプラスチツク材の弾力性の変化を補
い、それによつて超低温における漏れ止め性能を
維持する可変シール負荷を与える機械的に対応す
るスプリング機構をも含んでいる。

（具体的な本発明の詳細説明） 本発明の主題である両止まりバルブ１０を図面
を参照しながらさらに詳細に説明する。本発明の
全体的な構造は、米国特許、3650508に開示され
たものと同じである。そこで、本発明に従つて構
成された改良形の両止まりシール機構を取り入れ
たバルブ１０の構造について示す。本発明の主題
である両止まりバルブ１０は具体的には超低温あ
るいは特殊な流体を取扱うバルブについて示して
おり、特に低温流体、たとえば液体および気体状
の水素、窒素、酸素、メタンさらに基本的弁材質
とで両立できる常温の二元推進剤や腐食性の流体
の取扱いに適したものである。

図面に示されている様にバルブ１０は、弁軸１
３に取付けられた弁体１２を装着した弁箱１１か
ら構成されている。弁軸１３は一般形の通りトル
クチユーブ１４を通つて伸びている。弁体１２
は、本発明の包括的に番号１５で示される両止ま
りシール機構と共に配置される。弁体１２は、普
通に作動し、全閉状態から全開状態まで回転す
る。第１図には開弁状態が図示され、第２，３図
には全閉状態が示されている。米国特許3260496
と、3650508に開示された構造のように、弁体１
２はシール表面１２Ａを備え、これはシール作用
を生ずる球面状のものである。弁体１２は、主と
して、バタフライ型構造とし造られ、シール機構
１５に対し回転中心は若干量片寄つた関係に構成
され、同様に流れに垂直な方向に球心から片寄つ
ており、これは米国特許3260496と、3650508に従
つて作られた低温バルブの構造と同様である。

シール機構１５は主として、焼鈍された銅で成
形された内輪状のシール部材１６から成つてい
る。またこのシール部材１６はステンレス鋼でも
製作することができる。シール部材１６は、すぐ
れた緊密性シール性能をもつために、３つのシー
ル突起１６ａ，１６ｂ，１６ｃを備えている。部
材１６のシール表面は第３，４図に最も良く表わ
されているように、シール基質としての機能をも
ち、0.381mmから0.508mm厚さ程度の四フツ化エチ
レン樹脂膜をそのシール表面に付着させている。

四フツ化エチレン樹脂のコーテイングは、シー
ル部材１６のシール突起１６ａ，１６ｂに付着し
ている。これらの動的シール突起１６ａと１６ｂ
はシール部材１６の流体に接触する脚１６ｆにな
り、弁体１２と接するようになつている。これら
のビード状の突起１６ａと１６ｂは、第３図に図
示されるように、弁体が全閉の位置に回転した
時、弁体１２のシール表面１２ａと接するように
なつていて、弁箱１１を流れる流体の方向に従つ
て両止まりシール性を有することになる。第三の
ビード状突起１６ｃはビード状突起１６ａと１６
ｂの中間に位置するが、四フツ化エチレン樹脂の
薄膜は付着していない。実際に脚１６ｆに四フツ
化エチレン樹脂コーテイングを施工する場合、コ
ーテイングはシール突起１６ｂ上に垂直に伸びる
部分も含めて脚１６ｆ全面にわたつて電着あるい
は、熱圧着によつて接着させ、それから、突起１
６ｃ上のものだけをすべて取除くことでできる。
シール突起１６ａおよびそれに隣接する脚１６ｆ
の表面を包む四フツ化エチレン樹脂コーテイング
部分はコーテイング１６Taとして示し、一方、
シール突起１６ｂとそれに隣接する表面の四フツ
化エチレン樹脂コーテイング部分はコーテイング
１６Tbで表わされる。このコーテイングは１６
Tbは第４図に良く示されているように脚１６ｆ
の外周で脚１６ｏと１６ｆの間の部分に延びてい
る。四フツ化エチレン樹脂コーテイングは、その
他に、フツ化エチレンプロピオン樹脂（FEP）
あるいは、パーフルオロアルコキシ樹脂（PFA）
でもでき得る。

第４図に示されているようにシール脚１６ｆが
緩和状態では、シール突起１６ａと１６ｂは金属
製突起１６ｃの位置よりおよそ0.0508mm内方に延
びるように構成される。弁体１２が閉じた状態に
おいて、シール突起１６ａと１６ｂは四フツ化エ
チレン樹脂コーテイングの弾性のために押し込ま
れ、それゆえ、３つの全てのシール突起１６ａ，
１６ｂそして１６ｃは閉状態における弁体にシー
ル表面１２ａと接することになる。

さらに、第３，４図より明らかなように、シー
ル部材１６は、断面形状がＵ字形状をしており、
外方向に延長している腕１６ｐを有するＵ字状の
脚１６ｆと１６ｏから成つている。この観点にお
いて、シール部材１６は、前述のようなＵ字形状
を形成しており、すなわち、脚１６ｏと１６ｆを
有することによつて、シール部材が両方の流体流
れ方向において夫々の下流に押し出されることを
防いでいる。シール腕１６ｐは、弁箱１１と隣接
する一端で限定されるスペーサー１６ｓを有して
おり、静的シールとして作用している。また、こ
のスペーサー１６ｓは、コーテイング１６Taお
よび１６Tbと同じ材質の厚さ0.0508mm程度の四
フツ化エチレン樹脂でコーテイングされている。

保持具１７は、バルブ１０内の望ましい位置に
シール部材１６を保持する為にシール部材１６の
形状に適合する形状を有する。さらに保持具１７
は、保持腕１７ａによつて突起１６ａ，１６ｂ，
１６ｃの半径方向の変位を制限するように形成さ
れる。保持腕１７ａは、第３図で良くわかるよう
に、シール部材１６のＵ字形の内部、すなわち、
脚１６ｆと１６ｏの間に伸びている。

これらの部材の相互作用は、すなわち外側のシ
ール脚１６ｏの上部に作用する圧力に、外側スプ
リング１９によつて機械的および熱的な負荷を加
えることでシール突起１６ｂにおけるシール性を
良くするものである。外側のスプリング１９は、
金属、例えばアルミニユウムの輪の形でよく、シ
ール脚１６ｏのまわりに装着されシール突起１６
ｂに対して機械的で熱的な負荷に対応するスプリ
ングの特性をもつものである。シール脚１６ｏの
この形状は、正流方向すなわち第２図において右
から左への流体流れ方向の場合には圧力に感応
し、シール突起１６ｂにおいてシールを行う。逆
流方向の場合、すなわち第２図において左から右
の場合、内側シール脚１６ｆの表面上部から作用
する圧力に、内側スプリング１８によつて生ずる
機械的および熱的な負荷が加えられ、シール突起
１６ａにおいてシールを行う。また、内側スプリ
ング１８は、金属例えばアルミニユウムの輪でよ
く、内側シール脚１６ｆの周囲に装着され、シー
ル突起１６ａに対して、機械的および熱的な負荷
の要求に対応するスプリングのような特性をもつ
ものでよい。もちろんシール部材１６に機械的に
荷重を与える他の手段として弁体１２の（線）膨
脹（率）より高い熱係数をもつ材料が使用できる
ことは当然である。

シール脚１６ｆの形状は、逆流方向において圧
力に感応し、シール突起１６ａでシールを行う。
中央にあるシール突起１６ｃは、閉弁状態におい
て、つねに弁体１２に接触しており、火災の際
や、低温域から火災の状態に到るすべての温度状
態に対して、弁体とのシール性を備えるようにさ
れている。また、突起１６ａと１６ｂに施されて
いる四フツ化エチレン樹脂コーテイングが破損し
た時でも、シール突起１６ｃはシール性を保つよ
うに弁体１２と接することになる。シール突起１
６ｃはスプリング１８と１９によつて、弁体１２
と接触し続ける。スプリング１８と１９による可
変シール荷重は、温度変化の為に接着されたプラ
スチツク材の弾性の変化を補い、それによつて、
低温においても、漏れのない状態を維持する。し
かし特殊な用途においてはスプリング１８と１９
はなくてもよい。

さらにシール機構１５は、保持具１７およびシ
ール部材１６と共に配置された機械的応答荷重部
材２０を含む。この機械的応答荷重部材２０は、
従来のアルミニユウムブロンズ製の皿バネとして
図示され、保持具１７に隣接して配置される。保
持具１７の反対側の皿バネ２０の端は荷重リング
（皿バネ押え）２１に接し、それは、第２図に示
されるように、従来の留具（リテイナーボルト）
２２で固定し、荷重リング（ハメ輪）２３によつ
て移動し、保持リング（止め輪）２４によつて固
定される。留具２２は、荷重リング２１を固定す
るネジ端を有する。皿バネ２０の重要な特徴は、
常温状態のバルブに突然超低温流体が流れた時
に、生ずるような急激な温度変化による隣接部分
の不均一な膨脹や収縮を補い実質的にシール荷重
を保つことである。

本発明による静的及び動的シール機構を組み合
わすことによつて、下流側にシールが押出される
ことなく両方向流れにおいて実質的な漏れ止め性
能が得られるものである。またシール部材１６は
第３図に保持具１７と弁箱１１の間に取付けられ
たシール部材１６ｓとして示されている静的シー
ル部材も備えている。

シール部材１６を構成しているシール材料の膨
脹及び収縮を補うことに加えて、特定の用途で
は、バルブ１０で扱う流体には、砂やゴミのよう
な異物が含まれることも知られている。それゆえ
シール部材１６が四フツ化エチレン樹脂コーテイ
ングを施したシール突起１６ａと１６ｂを有する
構成によつて、バルブを全閉する際にシール部材
１６の金属面の突起１６ｃと弁体１２の間に砂や
ゴミの粒子がかみ込むのを防ぐようにワイパーの
作用をするようになつている。弾力性のあるシー
ル材料は砂のような粒子を“ふき取る”作用を
し、金属シールのように損傷を与えない。このふ
き取り作用は、中央の突起１６ｃにかき傷を与
え、損傷させる危険性を減少するものである。し
たがつて、中央の突起１６ｃは両方向の流体流れ
に対して閉弁状態では、弁体に接するようにな
る。そして突起１６ａと１６ｂは、正流について
も逆流についても、バルブ１０に対して確実な漏
れ止め性能をそなえるように作用するものであ
る。

さらに本発明のシール部材１６の利点は、米国
特許3650508によつて製作された既存の両止まり
バルブのすべてに対して後で装着することができ
る点である。したがつて既存のシール部材を交換
するに必要な追加部品としては、弁１０に機械加
工の必要なく、すなわち修正なしに、異なつた寸
法のシールスプリングを準備するだけで良い。

本発明は、改良された超低温や特殊な流体を取
扱うバルブに関するものであり、超低温から極度
の火災温度に到るすべての温度範囲に使用でき、
さらにバルブで制御すべき流体内に砂やほこり等
が存在する状態でも使用できる改良されたシール
機構を有するものであることが明白になつたはず
である。シール部材として弾力性のあるプラスチ
ツク材でコーテイングされた金属材料を使用する
ことによつて、各々単一のシール材料で作られた
両方の利点が得られるものである。本バルブは、
特に、広い温度範囲にわたつて使われる超低温バ
ルブに適し、他に悪影響を与えることなしに、両
流れに対して本質的な漏れ止め性能をもたらすも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例である両止まりバ
ルブの全面斜視図であり、開状態の弁体を示して
いる。第２図は、第１図の矢視２−２にそつた断
面図である。第３図は、第２図で示したシール構
造の拡大断面図であり、第２図において円で囲ん
だ部分である。第４図は、第３図のシール部材の
拡大図であり、開弁時に相当する解放状態のシー
ル構造を説明する為に他の部分を省略したもので
ある。 １０……バルブ、１１……弁箱、１２……弁
体、１３……弁軸、１４……トルクチユーブ、１
５……シール機構、１６……シール部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 弁箱が流体の通路を有し、そこを通る流体の
   流れを制御する弁体が該通路内に回転可能に取り
   つけられ、該通路の両方向において該弁箱を通る
   流体の該流れを封止するように該弁体と共同作動
   する双方向性の金属シール機構が該通路内に取り
   つけられ、該金属シール機構は該弁体の縁部との
   封止接触用の一対の間隔を置いたビード状突起を
   有し、該金属シール機構のシール部分は漏れ止め
   形式で該弁体と接触するため該ビード状突起を含
   む該金属シール機構のシール面上に接合された感
   熱弾力性材料の薄い層を有し、両ビード状突起の
   中間でそれと間隔を置いた第三のビード状突起が
   該シール機構に含まれ、第三のビード状突起は完
   全な金属性であり、第三のビード状突起は該弁体
   が閉鎖位置へ動かされた時に該弁体と接触してバ
   ルブを防火封止し、急激な温度変化による隣接部
   分の不均一な膨張および収縮を補い本質的に一定
   な封止負荷を与える機械的応答スプリングが該シ
   ール機構に包含して取りつけられるバルブ。