JP2018194017A - 逆止弁 - Google Patents

Abstract

【課題】流体の逆流を防止すると共に、下流側におけるウォーターハンマーの発生を抑制することができる逆止弁を提供すること。【解決手段】逆止弁２０は、流体の流入口２４および流出口２５が形成されたケーシング２１と、ケーシング２１内に設けられ、流入口２４を開閉する弁部３１と、ケーシング２１内に設けられ、弁部３１を流入口２４を閉じる方へ付勢するコイルバネ４０と、ケーシング２１内に設けられ、流体を拡散させる拡散部３５とを備えている。【選択図】図２

Description

本願は、逆止弁に関するものである。

例えば特許文献１に開示されているように、蒸気使用機器等で発生したドレンが回収管に回収されるものが知られている。この特許文献１のものでは、蒸気使用機器で蒸気の凝縮により発生した高温のドレンが、分岐管のスチームトラップ等を介して回収管に流れ、回収管のドレンと合流して回収される。

特開昭５０−５５７０１号公報

ところで、上述したような回収管では衝撃（ウォーターハンマー）が発生する虞がある。スチームトラップから排出された高温のドレンは、一部が再蒸発して蒸気（フラッシュ蒸気）となる場合がある。その蒸気が回収管に流入すると、回収管では比較的大きな蒸気の塊（空間）が形成される。その蒸気の塊は低温のドレンと接して急激に凝縮し、そのため、蒸気が存在していた空間は一気に真空状態になる。この真空状態の空間にドレンが一気に流れ込み、ドレン同士が衝突したり、ドレンが管壁に衝突したりすることによって、ウォーターハンマーが発生する。

また、分岐管やスチームトラップ等においてもウォーターハンマーが発生する虞がある。回収管から分岐管に低温ドレンが逆流した場合、分岐管やスチームトラップ等に存在する蒸気が低温ドレンと接して急激に凝縮する。そうすると、上記と同様、ウォーターハンマーが発生する虞がある。大きなウォーターハンマーが発生すると、騒音や管の損傷を招く虞がある。

本願に開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、流体の逆流を防止すると共に、下流側におけるウォーターハンマーの発生を抑制することができる逆止弁を提供することにある。

本願の逆止弁は、ケーシングと、弁部と、付勢部材と、拡散部とを備えている。前記ケーシングは、流体の流入口および流出口が形成されている。前記弁部は、前記ケーシング内に設けられ、前記流入口を開閉するものである。前記付勢部材は、前記ケーシング内に設けられ、前記弁部を前記流入口を閉じる方へ付勢するものである。前記拡散部は、前記ケーシング内に設けられ、前記流体を拡散させるものである。

本願の逆止弁によれば、流体の逆流を防止することができると共に、下流側におけるウォーターハンマーの発生を抑制することができる。

図１は、実施形態１に係るドレン回収システムの概略構成を示す配管系統図である。 図２は、実施形態１に係る逆止弁の概略構成を示す断面図である。 図３は、実施形態１に係る逆止弁を上流側から視て示す概略の正面図である。 図４は、実施形態１に係る逆止弁を下流側から視て示す概略の背面図である。 図５は、実施形態１に係る逆止弁が開いた状態を示す図２相当図である。 図６は、実施形態２に係る逆止弁の概略構成を示す断面図である。 図７は、実施形態２に係る逆止弁を下流側から視て示す概略の背面図である。

以下、本願の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本願に開示の技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

（実施形態１）
本実施形態のドレン回収システム１は、蒸気によって対象物を加熱すると共に、それによって発生したドレンを回収するものである。図１に示すように、ドレン回収システム１は、蒸気供給管１１と、蒸気使用機器１３と、ドレン回収管１４と、複数のドレン排出管１６と、本願の請求項に係る逆止弁２０とを備えている。

蒸気供給管１１は、蒸気使用機器１３に接続されている。蒸気供給管１１は、例えばボイラー設備（図示省略）に接続されており、ボイラー設備で生成された蒸気が蒸気使用機器１３に供給される。蒸気供給管１１には、蒸気の圧力を調節する減圧弁１２が設けられている。蒸気使用機器１３は、例えば熱交換器であり、蒸気供給管１１から供給された蒸気が対象物に放熱して凝縮し、対象物が加熱される。蒸気は、凝縮することによってドレン（復水）になる。つまり、蒸気使用機器１３では蒸気の凝縮潜熱が対象物に付与され、対象物が潜熱加熱される。

ドレン回収管１４は、蒸気使用機器１３に接続されている。ドレン回収管１４では、蒸気使用機器１３で蒸気の凝縮により発生したドレンが回収される。ドレン回収管１４には、液体圧送装置１５が設けられている。液体圧送装置１５は、蒸気使用機器１３で発生したドレンをドレン回収管１４を通じて下流側へ圧送するポンプである。例えば、液体圧送装置１５では、蒸気使用機器１３のドレンがドレン回収管１４を介して流入し、一時的に貯留される。ドレンの貯留量が所定量になると、液体圧送装置１５に高圧の作動気体が導入され、貯留されていたドレンが作動気体の圧力によって下流側へ圧送される。ドレンが圧送されると、再び蒸気使用機器１３からドレンが液体圧送装置１５に流入して貯留される。こうして、液体圧送装置１５では、ドレンの流入と、ドレンの圧送（排出）とが交互に行われる。

複数のドレン排出管１６は、蒸気供給管１１とドレン回収管１４との間に接続されている。具体的に、ドレン排出管１６は、上流端が蒸気供給管１１に接続され、下流端がドレン回収管１４に接続されている。複数のドレン排出管１６は、互いに間隔（例えば、２０〜３０ｍ）を置いて設けられている。ドレン排出管１６は、蒸気供給管１１で発生したドレンをドレン回収管１４に流すためのものである。つまり、蒸気供給管１１において蒸気の一部が凝縮しドレンになる場合があり、そのドレンはドレン排出管１６を介してドレン回収管１４に回収される。

ドレン排出管１６の途中には、スチームトラップ１７が設けられている。スチームトラップ１７は、蒸気供給管１１で発生したドレンがドレン排出管１６を介して流入する。スチームトラップ１７は、その上下流の圧力差（上流側の圧力と下流側の圧力との差）によって、流入したドレンのみを下流側へ自動的に排出するものである。なお、実際、スチームトラップ１５には蒸気混じりのドレンが流入する。こうして、蒸気供給管１１で発生したドレンは、ドレン回収管１４において蒸気使用機器１３で発生したドレンと合流し下流側へ圧送される。なお、ドレン回収管１４は蒸気供給管１１よりも下方に位置し、ドレン排出管１６は上下に延びてドレン回収管１４の上部に接続されている。

〈逆止弁の構成〉
逆止弁２０は、ドレン排出管１６の途中に設けられている。具体的に、逆止弁２０は、ドレン排出管３５におけるスチームトラップ１７よりも下流側において、ドレン回収管１４寄りに設けられている。逆止弁２０は、蒸気供給管１１からドレン回収管１４へ向かう流体の流れを許容する一方、ドレン回収管１４から蒸気供給管１１へ向かう流体の流れ（逆流）を阻止するものである。さらに、逆止弁２０は、ドレン排出管１６において発生した蒸気、即ちスチームトラップ１７から排出されたドレンの一部が再蒸発してなる蒸気（フラッシュ蒸気）を拡散させるものである。なお、ここでいう液体であるドレンおよび気体である蒸気（フラッシュ蒸気）は流体の一例である。

図２〜図５に示すように、逆止弁２０は、ケーシング２１と、弁体３０と、コイルバネ４０と、バネ受け部材４５とを備えている。弁体３０、コイルバネ４０およびバネ受け部材４５はケーシング２１内に設けられている。図２および図５では、左側が上流側であり、右側が下流側である。

ケーシング２１は、上流部２２と下流部２３とが螺合して略円筒状に形成されている。ケーシング２１の軸方向は、流体の流れ方向と一致している。ケーシング２１では、軸方向両端に流入口２４と流出口２５とがそれぞれ形成されている。流入口２４および流出口２５は、円形に形成されており、それぞれにドレン排出管１６が接続されている。ケーシング２１には、流入口２４と流出口２５との間に略円柱状の弁室２６が形成されている。つまり、ケーシング２１では、弁室２６の上流側に流入口２４が形成され、弁室２６の下流側に流出口２５が形成され、流入口２４と流出口２５とが弁室２６を介して連通している。ケーシング２１では、流入口２４、弁室２６および流出口２５が流体の流路を構成している。

弁室２６には、弁座２７が設けられている。具体的に、弁室２６に開口する流入口２４の内縁部には、ケーシング２１と同軸の円環状の弁座２７が形成されている。また、弁室２６には、弁体３０と、コイルバネ４０と、バネ受け部材４５とが収容されている。ケーシング２１、弁体３０、コイルバネ４０およびバネ受け部材４５は、互いに同軸に設けられている。

弁体３０は、弁部３１と拡散部３５とを有している。弁部３１は、円盤形（ディスク形）に形成された板状部材であり、ケーシング２１と同軸に設けられている。つまり、弁部３１は軸心が上下流方向に延びる円盤状に形成されている。弁部３１は、ケーシング２１の軸方向（即ち、上下流方向）に変位自在に構成されている。弁部３１の上流側面（図２において左側の面）には、弁座２７に離着座する円環状のシート部３２が形成されている。弁部３１は、ケーシング２１の軸方向に変位することによって流入口２４を開閉する。つまり、弁部３１が上流側へ変位して弁座２７に着座する、即ちシート部３２が弁座２７に接すると、流入口２４が閉じられる。弁部３１が下流側へ変位して弁座２７から離座する、即ちシート部３２が弁座２７から離隔すると、流入口２４が開く。

拡散部３５は、弁部３１と一体形成されている。拡散部３５は、弁部３１の上流側面に連続して形成されている。拡散部３５は、弁部３１の上流側面においてシート部３２の内側に設けられている。拡散部３５は、弁部３１の上流側面から上流側へ延びる円錐形状に形成され、ケーシング２１と同軸に設けられている。つまり、拡散部３５は、上流側に頂部３６が位置し上下流方向に延びる円錐形に形成されており、弁部３１から上流側へいくに従って外径が小さくなる円錐形に形成されている。拡散部３５の円錐面には、複数（本実施形態では、４つ）の螺旋溝３７が形成されている。図３にも示すように、４つの螺旋溝３７は円錐形の頂部３６を始端として下流側へ向かって延びている。

このように構成された拡散部３５では、上流側から流れてきた蒸気または蒸気混じりのドレンは螺旋溝３７に沿って流れるため旋回する。蒸気は旋回することによって拡散される。つまり、拡散部３５は、弁部３１の上流側で旋回流を引き起こすことにより蒸気を細かく分散させるように構成されている。

弁部３１は、外径が弁室２６の内径よりも若干小さく形成されている。そのため、弁部３１がケーシングの軸方向と直交する方向に大きく変位するのを抑制することができる。弁部３１の外周部には、流体を流通させるための流通部３４が複数設けられている。コイルバネ４０は、弁部３１よりも下流側に設けられ、弁部３１を上流側へ付勢する付勢部材である。つまり、コイルバネ４０は弁部３１を流入口２４を閉じる方へ付勢するものである。コイルバネ４０の一端（上流側の端部）は、弁部３１の下流側面に形成された取付部３３に接し、他端（下流側の端部）はバネ受け部材４５に接している。取付部３３は、円環状の溝であり、コイルバネ４０の端部が嵌め込まれている。バネ受け部材４５は、コイルバネ４０の下流側に設けられ、コイルバネ４０を受けて支持するものである。図４にも示すように、バネ受け部材４５には、中央に一つの流通部４６と、外周側に複数の流通部４７が形成されている。流通部４６，４７は流体を流通させる部分である。

このように構成された逆止弁２０では、上流側（スチームトラップ１７側）の流体圧力が、下流側（ドレン回収管１４側）の流体圧力よりも高くなると、弁部３１（弁体３０）が下流側へ変位して離座し、流入口２４が開く（図５に示す状態）。これにより、スチームトラップ１７からドレン回収管１４へ向かうドレンの流れが許容される。また、上流側（スチームトラップ１７側）の流体圧力が、下流側（ドレン回収管１４側）の流体圧力よりも低くなると、弁部３１（弁体３０）が上流側へ変位して着座し、流入口２４が閉じられる（図２に示す状態）。そのため、ドレン回収管１４からスチームトラップ１７へ向かうドレンの流れ（逆流）が阻止される。なお、上述した下流側の流体圧力にはコイルバネ４０の付勢力が含まれるとする。

逆止弁２０によって上述した逆流が阻止されることにより、スチームトラップ１７の下流側の流体圧力が上昇してしまいスチームトラップ１７におけるドレンの排出動作が困難となる状態が回避される。また、逆止弁２０によって上述した逆流が阻止されることにより、スチームトラップ１７において衝撃（ウォーターハンマー）が発生することが抑制される。

即ち、スチームトラップ１７には、蒸気供給管１１からドレンだけでなく高温の蒸気も流入するため、比較的大きな蒸気の塊（空間）が存在する。上述した逆流が許容された場合、ドレン回収管１４から低温のドレンがスチームトラップ１７に流入してしまう。そうすると、スチームトラップ１７では、蒸気が低温のドレンと接して急激に凝縮し、そのため、蒸気が存在していた空間は一気に真空状態になる。この真空状態の空間にドレンが一気に流れ込み、ドレン同士が衝突したり、ドレンがスチームトラップ１７のケーシングの内面に衝突したりすることによって、衝撃（ウォーターハンマー）が発生する。本実施形態によれば、こうしたウォーターハンマーの虞が回避される。

次に、逆止弁２０が開きスチームトラップ１７からドレン回収管１４へ向かうドレンの流れが許容されている場合について説明する。スチームトラップ１７から排出されたドレンは、逆止弁２０を通過しドレン回収管１４において低温のドレンと合流する。こうして、蒸気供給管１１で発生したドレンが回収される。逆止弁２０では、ドレンは流入口２４から流入し、弁部３１の流通部３４、バネ受け部材４５の流通部４６，４７を通過して流出口２５から流出する。

スチームトラップ１７から排出されたドレンの一部は再蒸発して蒸気（フラッシュ蒸気）となる場合がある。これは、蒸気供給管１１からスチームトラップ１７に流入するドレンは高温であるところ、その高温のドレンがスチームトラップ１７から排出されて圧力が低下することによるものである。再蒸発した蒸気は、逆止弁２０に流入する。逆止弁２０において、流入した蒸気は拡散部３５の頂部３６から螺旋溝３７に沿って流れる。そうすると、蒸気は旋回流となり拡散される。これにより、蒸気は細かい大きさに分散される。分散された蒸気は、弁部３１の流通部３４、バネ受け部材４５の流通部４６，４７を通過して流出口２５から流出する。逆止弁２０から流出した蒸気は、ドレン回収管１４において低温のドレンと合流する。

こうして、蒸気が逆止弁２０で細かく分散されてドレン回収管１４に流れることにより、ドレン回収管１４において発生する衝撃（ウォーターハンマー）が抑制される。即ち、蒸気が分散されずにドレン回収管１４に流れた場合、ドレン回収管１４では蒸気の流入に伴って比較的大きな蒸気の塊（空間）が形成される。この蒸気の塊は、その周囲の低温ドレンによって冷却されて急激に凝縮し、そのため、蒸気が存在していた空間は一気に真空状態になる。この真空状態の空間に周囲のドレンが一気に流れ込み、ドレン同士が衝突したり、ドレンがドレン回収管１４の管壁に衝突したりすることによって、衝撃（ウォーターハンマー）が発生する。

本実施形態では、蒸気が逆止弁２０によって細かく分散されてドレン回収管１４に流入するため、ドレン回収管１４において大きな蒸気の塊（空間）が形成され難くなる。そのため、蒸気の急激な凝縮によって発生する真空の空間は小さいものとなる。したがって、騒音や管の損傷を引き起こすような大きなウォーターハンマーの発生が抑制される。つまり、ウォーターハンマーの大きさが小さくなる。

以上のように、上記実施形態１の逆止弁２０は、流入口２４および流出口２５が形成されたケーシング２１と、流入口２４を開閉する弁部３１と、弁部３１を流入口２４を閉じる方へ付勢するコイルバネ４０（付勢部材）と、蒸気を拡散させる拡散部３５とを備えている。

上記の構成によれば、ドレンの逆流を阻止することができる一方、流入した蒸気を拡散させることができる。蒸気は拡散されることにより細かく分散される。そのため、低温ドレンが流れるドレン回収管１４に蒸気を細かく分散させて流入させることができる。これにより、ドレン回収管１４において大きな蒸気の塊（空間）が形成されることを抑制することができる。そのため、逆止弁２０の下流側であるドレン回収管１４において、蒸気の塊が急激に凝縮することに起因するウォーターハンマーの発生を抑制またはウォーターハンマーの大きさを小さくすることができる。よって、ウォーターハンマーに起因する騒音や管の損傷を抑制することができる。

また、上記実施形態１の逆止弁２０では、拡散部３５は流体を旋回させることによって拡散させるように構成されている。この構成によれば、蒸気が旋回流となって流れるため、蒸気を効果的に拡散させることができる。

具体的に、拡散部３５は、上流側に頂部３６が位置し上下流方向に延びる円錐形状に形成されており、その円錐形状における円錐面には流体を旋回させる螺旋溝３７が設けられている。この構成によれば、容易に蒸気を旋回させることができる。

また、上記実施形態１の逆止弁２０では、軸心が上下流方向に延びる円盤状に形成された弁部３１が上下流方向に変位して円環状の弁座２７に離着座することにより流入口２４を開閉するように構成されている。そして、拡散部３５は弁部３１よりも上流側に設けられている。この構成によれば、弁部３１が弁座２７から離座すると、弁部３１の外周側に隙間ができ、その隙間から流体が下流側へ流れる。一方、流体は拡散部３５によって旋回するのでスムーズに弁部３１の外周側の隙間を流通する。特に、拡散部３５は円錐形状に形成されているので、流体は拡散部３５によって弁部３１の外周側に向かって流れる環状流となる。そのため、流体はよりスムーズに弁部３１の外周側の隙間を流通する。そのため、逆止弁２０における流通抵抗を緩和することができる。

さらに、上記実施形態１の逆止弁２０では、拡散部３５は弁部３１の上流側面に一体に設けられている。そのため、拡散部３５によって旋回した流体をそのまま弁部３１の上流側面に沿って上述した隙間から下流側へ流すことができる。したがって、逆止弁２０における流通抵抗をより緩和することができる。

（実施形態２）
本実施形態の逆止弁２０は、図６および図７に示すように、上記実施形態１の逆止弁２０において整流部３８を追加したものである。図６では、左側が上流側であり、右側が下流側である。

整流部３８は、弁部３１の下流側面に設けられている。より詳しくは、整流部３８は弁部３１の下流側面における取付部３３の内側に設けられている。整流部３８は、弁部３１の下流側面から下流側へ向かって延びており、ケーシング２１の軸方向（即ち、上下流方向）に沿って流線形に形成されている。より詳しくは、整流部３８は、下流側へいくに従って外径が小さくなる半楕円球状に形成されており、外形が流体の流れが表面から剥離しない流線形となっている。

こうした整流部３８を弁部３１の下流側面に設けることにより、弁部３１の下流側においてカルマン渦の発生を抑制することができる。即ち、流体が拡散部３５によって旋回し弁部３１の外周側を通過するため、整流部３８が設けられていない場合、弁部３１の下流側では、流体の流れが乱れてカルマン渦が発生する虞がある。カルマン渦が発生すると、弁部３１（弁体３０）に外力が作用し弁部３１の開閉動作に影響を及ぼす虞がある。本実施形態では、上述したような整流部３８を設けることにより、弁部３１の外周側を通過した流体は整流部３８に沿って下流側へ流れる。つまり、流体はその流れが整流部３８の表面から剥離することなく下流側へ流れる。そのため、カルマン渦の発生を抑制することができる。

なお、本実施形態のバネ受け部材５１は、上記実施形態１と同様、中央に一つの流通部５２と、外周側に複数の流通部５３が形成されている。流通部５２，５３は流体を流通させる部分である。整流部３８は、コイルバネ４０の内側に挿入されており、その先端がバネ受け部材５１の流通部５２を貫通している。流通部５２は、整流部３８が貫通するため、上記実施形態１の流通部４６よりも大きい。その他の構成、作用および効果は上記実施形態１と同様である。

（その他の実施形態）
本願に開示の技術は、上記実施形態において以下のような構成としてもよい。例えば、上記実施形態では拡散部３５を弁部３１に一体形成するようにしたが、拡散部を弁部３１とは互いに独立して設けるようにしてもよい。例えば、拡散部は弁部３１から離れた流入口２４において流体が流通可能に設けられる。

また、拡散部３５は、上記実施形態で説明した形態に限らず、流体を旋回させることができれば如何なる形態でもよいし、旋回させる以外に流体を拡散させることができれば如何なる形態であってもよい。例えば、上記実施形態では拡散部３５を円錐形状に形成したが、拡散部は円錐台状に形成するようにしてもよい。

また、上記実施形態の逆止弁２０では、拡散させる流体として蒸気を例示して説明したが、本願に開示の技術はこれに限らず、急激な凝縮によってウォーターハンマーを引き起こすような気体であれば如何なるものを対象としてもよい。

本願に開示の技術は、逆止弁について有用である。

２０ 逆止弁
２１ ケーシング
２４ 流入口
２５ 流出口
２７ 弁座
３１ 弁部
３５ 拡散部
３６ 頂部
３７ 螺旋溝
３８ 整流部
４０ コイルバネ（付勢部材）

Claims (6)

1. 流体の流入口および流出口が形成されたケーシングと、
   前記ケーシング内に設けられ、前記流入口を開閉する弁部と、
   前記ケーシング内に設けられ、前記弁部を前記流入口を閉じる方へ付勢する付勢部材と、
   前記ケーシング内に設けられ、前記流体を拡散させる拡散部とを備えている
   ことを特徴とする逆止弁。
2. 請求項１に記載の逆止弁において、
   前記拡散部は、前記流体を旋回させることによって拡散させるように構成されている
   ことを特徴とする逆止弁。
3. 請求項２に記載の逆止弁において、
   前記拡散部は、上流側に頂部が位置し上下流方向に延びる円錐形状に形成されており、前記円錐形状における円錐面には前記流体を旋回させる螺旋溝が設けられている
   ことを特徴とする逆止弁。
4. 請求項２または３に記載の逆止弁において、
   前記流入口の内縁部には、円環状の弁座が形成され、
   前記弁部は、軸心が上下流方向に延びる円盤状に形成され、上下流方向に変位して前記弁座に離着座することにより前記流入口を開閉するように構成され、
   前記拡散部は、前記弁部よりも上流側に設けられている
   ことを特徴とする逆止弁。
5. 請求項４に記載の逆止弁において、
   前記拡散部は、前記弁部の上流側面に一体に設けられている
   ことを特徴とする逆止弁。
6. 請求項４または５に記載の逆止弁において、
   前記弁部の下流側面には、該下流側面から下流側へ向かって延び、上下流方向に沿って流線形に形成された整流部が設けられている
   ことを特徴とする逆止弁。

Images