JP7349741B2 - 弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、容器内に流入された蒸気のような流体を容器外に排出する弁装置に関するものである。

容器内に貯留された液体を、蒸気もしくは圧縮空気を駆動流体として用いて加圧し、容器外に液体を排出する液体圧送装置がある（例えば、特許文献１）。特許文献１のような圧送装置は、ポンピングトラップと呼ばれ、電気が不要の機械式のポンプである。ポンピングトラップは、電気が不要であるので、例えば、電源供給が困難な区域に適用できる利点がある。

特許第５８９７９８８号公報

従来の液体圧送装置では、駆動流体を排出する排出弁の排気能力が低く、流入側の逆止弁の開弁が遅れて容器内への液体の流入が遅くなることがある。そこで、排気能力を高めるために、排出弁として図５（Ａ）に示すような差圧を利用した高排出弁装置を用いることが考えられる。

このような高排出弁装置は、メインバルブ１００とパイロットバルブ１０２を有し、最初に駆動源の駆動力により排気開口の小さなパイロットバルブ１０２が下降することで開いてパイロット弁室１０４内の流体が排出される（図５（Ｂ））。このとき、チョーク機構１０８により容器内の空間Ｒからパイロット弁室１０４への流体の流入が阻止され、パイロット弁室１０４の圧力が低下する。さらに、メイン弁室１０６とパイロット弁室１０４との差圧により排気開口の大きなメインバルブ１００が開いて多量の流体が排出される（図５（Ｃ））。

しかしながら、このような高排出弁装置は、バルブの衝撃耐久性が低いから、液体圧送装置のような閉弁時に衝撃が加わる弁装置には適用が難しいという問題があった。

本発明は、高い排気能力と耐衝撃性を両立できる弁装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の弁装置は、容器内に流入された流体を容器外に排出する弁装置であって、前記容器内の流体を排出するメイン排気通路と、前記容器内の空間と前記メイン排気通路とを連通して前記メイン排気通路よりも通路面積が小さいパイロット排気通路と、前記メイン排気通路を開閉するメイン排気弁と、駆動源に連結されて前記パイロット排気通路を開閉するパイロット排気弁と、前記パイロット排気弁の開弁時にパイロット排気弁室内への流体の流入を阻止するチョーク機構と、パイロット弁シートから離間する方向に前記パイロット排気弁に力を付与するパイロットばね部材とを備えている。

この構成によれば、弁内外の差圧を利用した高排出弁装置からなるので、高い排気能力を実現できる。また、パイロット弁シートから離間する方向にパイロット排気弁に力を付与するパイロットばね部材が設けられているので、閉弁時のパイロット排気弁に対する衝撃が緩和される。さらに、パイロットばね部材はパイロット排気弁を開弁させる方向に力が働くので、従来の差圧を利用した高排出弁装置よりも素早く開弁して排気能力が一層高くなる。このように、上記構成の弁装置によれば、高い排気能力と耐衝撃性を両立できる。

本発明において、さらに、メイン弁シートから離間する方向に前記メイン排気弁に力を付与するメインばね部材を備えていてもよい。この構成によれば、メインばね部材により、閉弁時のメイン排気弁に対する衝撃が緩和される。また、メインばね部材はメイン排気弁を開弁させる方向に力が働くので、従来の差圧を利用した高排出弁装置よりも素早く開弁して排気能力も高くなる

本発明において、前記メイン排気弁は、内部に前記パイロット排気通路が形成されて軸方向の一端部でメイン弁シートに着座する筒状のメイン弁体と、前記メイン弁体の他端部から径方向外側に傾斜して延びる傾斜部と、前記傾斜部から軸方向の他端側に延びる筒部とを有し、前記筒部の内部に前記パイロット排気弁の弁室が形成されていてもよい。

この場合、前記パイロット排気弁は、前記メイン弁体の内側を軸方向に移動する棒状のパイロット弁体と、前記パイロット弁体から径方向外方に延びるフランジ部とを有し、前記メイン弁体の内側に形成されたばね受け面と前記フランジ部との間に前記パイロットばね部材が介装されていてもよい。

本発明の弁装置は、例えば、液体圧送装置の排出弁として利用できる。液体圧送装置の排出弁は、閉弁時に大きな衝撃が加わるが、この構成によれば、パイロットばね部材により閉弁時のパイロット排気弁に対する衝撃が緩和されるので、液体圧送装置の排出弁にも適用できる。

本発明の弁装置によれば、高い排気能力と耐衝撃性を両立できる。

本発明の第１実施形態に係る弁装置の一種である排出弁を備えた液体圧送装置を示す概略構成図である。 同液体圧送装置の図１とは異なる状態を示す概略構成図である。 同液体圧送装置を示す縦断面図である。 同排出弁を示す縦断面図である。 （Ａ）～（Ｃ）は従来の弁装置の一種である差圧を利用した高排出弁装置を示す縦断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１および図２は本発明の第１実施形態に係る排気口構造を備えた液体圧送装置を示す概略構成図である。同圧送装置１は、容器２内に貯留された液体Ｗを、容器２内に導入された駆動流体Ｆにより加圧して容器２外に排出する。図１は液体Ｗが流入している状態を示し、図２は液体Ｗが排出されている状態を示す。本実施形態の液体Ｗは、水、詳細には、蒸気配管、蒸気機器などからの復水である。また、本実施形態の駆動流体Ｆは蒸気である。

容器２に、液体Ｗが流入する液体流入口４と、液体Ｗが流出する液体流出口６が設けられている。液体流入口４に液体流入通路８が接続され、液体流出口６に液体流出通路１０が接続されている。液体流入口４と液体流入通路８との間に流入側逆止弁１２が接続され、液体流出口６と液体流出通路１０との間に流出側逆止弁１４が接続されている。

容器２の頂部に、容器２内に駆動流体Ｆを流入させる駆動流体流入口１６と、容器２内の駆動流体Ｆを容器２外に排出する駆動流体流出口１８とが設けられている。駆動流体流入口１６に駆動流体流入通路１７が接続され、駆動流体流出口１８に駆動流体流出通路１９が接続されている。圧送装置１は、駆動流体流入口１６を開閉する駆動弁（吸入弁）２０と、駆動流体流出口１８を開閉する弁装置の一種である排出弁（排気弁）２２とを有している。

容器２の内部に、容器２内に貯留された液体Ｗの液位ＷＬを検知するフロート２４が収納されている。駆動弁２０および排出弁２２は、作動部材２６を介してフロート２４に連結されている。作動部材２６は、公知の構造であり、互いに回動自在に連結された複数のリンク部材２６ａと単一のばね部材２６ｂとからなる。作動部材２６は、フロート２４で検知された液位ＷＬに基づいて駆動弁２０および排出弁２２を作動させる。つまり、これらフロート２４および作動部材２６が、駆動弁２０および排出弁２２の駆動源を構成する。

図１に示す液位ＷＬが低いとき、液体Ｗに浮いたフロート２４も低い位置にある。このとき、作動部材２６の作動により、駆動弁２０が閉状態となり、排出弁２２は開状態となる。つまり、容器２内への駆動流体Ｆの流入が阻止され、容器２の内部空間が大気に開放される。液位ＷＬが低い状態では、容器２の内部の圧力が低いので、液体流入通路８の液体Ｗが、流入側逆止弁１２を開いて液体流入口４から容器２内に流入する。一方、容器２の内部の圧力が低いことから、流出側逆止弁１４は閉止状態である。

液体Ｗが容器２内に流入すると、液位ＷＬが上昇し、これに伴い、フロート２４も上昇する。液位ＷＬが規定値を超えると、図２に示すように、作動部材２６の作動により、駆動弁２０が開状態となり、排出弁２２は閉状態となる。つまり、容器２内へ駆動流体Ｆが流入し、容器内２の駆動流体Ｆの外部への排出が阻止される。これにより、容器２の内部の圧力が高くなるので、容器内２の液体Ｗが、流出側逆止弁１４を開いて液体流出口６から液体流出通路１０を通って容器２外に排出される。一方、容器２の内部の圧力が高いので、流入側逆止弁１２は閉止状態となる。

液体Ｗが容器２外に排出されると、液位ＷＬが下降する。これに伴い、フロート２４も下降し、図１の状態に戻る。以降、図１の状態と図２の状態が繰り返され、液体Ｗが圧送される。

つぎに、図３～４を用いて、排出弁２２の詳細を説明する。駆動弁２０（吸入弁：図１）の構造は、公知のものと同じであるから、説明を省略する。図３に示すように、容器２に、作動部材２６がボルトＢにより着脱自在に取り付けられている。作動部材２６は、容器２の内側に配置され、その一端にフロート２４が取り付けられている。つまり、フロート２４は、作動部材２６を介して容器２に支持されている。一方、作動部材２６の他端に、動力伝達部材２８が連結されている。動力伝達部材２８は、排出弁２２に駆動源の駆動力を付与する。

図４に示すように、排出弁２２は、内部にメイン排気通路３０が形成されたケーシング３２と、メイン排気通路３０を開閉するメイン排気弁３４を有している。メイン排気通路３０は、弁軸心ＡＸの径方向に延びる第１の通路３０ａと、軸方向に延びる第２の通路３０ｂとを有している。第１の通路３０ａは容器２内の空間Ｒに連通し、第２の通路３０ｂは駆動流体流出通路１９に連通している。すなわち、メイン排気弁３４の開弁時は、容器２の内部Ｒの駆動流体Ｆが、第１の通路３０ａから第２の通路３０ｂを通って駆動流体流出通路１９に排出される。

ケーシング３２は、第１の通路３０ａから排出弁２２の軸心ＡＸ方向に第２の通路３０ｂと反対側に延びるシリンダ部３３を有している。シリンダ部３３の内周面に沿ってメイン排気弁３４が軸心ＡＸ方向に移動する。シリンダ部３３の先端（図４の下端）に、径方向内側に環状の底壁３５が形成されている。

メイン排気弁３４は、筒状のメイン弁体３６を有している。メイン弁体３６は、その軸方向の一端部（図４の上端部）でメイン排気通路３０を閉止する。つまり、メイン排気通路３０の開口縁（図４の下縁）が、メイン弁体３６が着座するメイン弁シート３７を構成する。メイン弁体３６の内部（中空孔）に、パイロット排気通路４２が形成されている。パイロット排気通路４２は、容器２内の空間Ｒとメイン排気通路３０とを連通する。パイロット排気通路４２は、後述のパイロット排気弁室４５を介して容器２内の空間Ｒに連通している。パイロット排気通路４２は、メイン排気通路３０よりも通路面積が小さく設定されている。パイロット排気通路４２の詳細は後述する。

メイン排気弁３４は、さらに、メイン弁体３６の他端部（図４の下端部）から軸心ＡＸ方向の他端側（図４の下側）に向かって径方向外側に傾斜して延びる傾斜部３８と、傾斜部３８から軸方向の他端側（図４の下端側）に延びる筒部４０とを有している。本実施形態のメイン排気弁３４は、メイン弁体３６と、傾斜部３８と、筒部４０とが不可分一体に形成されている。傾斜部３８に代えて、径方向に広がる円盤状の平坦部としてもよい。

本実施形態の傾斜部３８は、中空孔３９を有するの円錐台形状である。傾斜部３８の中空孔は、メイン弁体３６の内側（中空孔）に連通し、パイロット排気通路４２を構成している。詳細には、傾斜部３８の中空孔３９は、一端から他端（下方）に向かって軸方向に真直に延びる第１中空孔３９ａと、第１中空孔３９ａの他端から軸心ＡＸ方向の他端側（下方）に向かって徐々に径方向に広がる第２中空孔３９ｂとを有している。第１中空孔３９ａは、下流側が大径となる段付き孔である。つまり、第１中空孔３９ａの大径の一端（上端）がメイン弁体３６の内側（中空孔）に連通し、第２中空孔３９ｂの他端（下端）がパイロット排気弁室４５に連通している。

メイン弁シート３７と傾斜部３８の一端側の傾斜面３８ａとの間に、メインばね部材４４が介装されている。メインばね部材４４は、メイン弁シート３７から離間する方向（図４の下方）にメイン排気弁３４にばね力を付与する。メインばね部材４４は、例えば、圧縮コイルばねである。

筒部４０の内部に、前述のパイロット排気弁室４５が形成されている。筒部４０の外径は、シリンダ３３の内径とほぼ同じ大きさに設定されている。これにより、メイン排気弁３４が、シリンダ３３の内面にスムーズに案内されるとともに、メイン排気弁３４が軸心ＡＸに対して傾くのを抑制できる。また、筒部４０の外面とシリンダ３３の内面によりシール構造が構成され、パイロット排気弁室４５とメイン排気通路３０とが連通しないように区画されている。

排出弁２２は、さらに、パイロット排気通路４２を開閉するパイロット排気弁４６を有している。パイロット排気弁４６は、棒状のパイロット弁体４８を有している。パイロット弁体４８は、その軸心ＡＸ方向の一端部（図４の上端部）でパイロット排気通路４２を閉止する。本実施形態では、傾斜部３８内部の第１中空孔３９ａと、下方に向かって広がるように傾斜した第２中空孔３９ｂとの繋がり部が、パイロット弁体４８が着座するパイロット弁シート５０を構成する。

パイロット排気弁４６は、パイロット弁体４８から軸心ＡＸ方向の他端側（図４の下方）に延びる昇降棒５４を有している。昇降棒５４は、パイロット排気弁室４５から底壁３５の中空孔３５ａを通って容器２内の空間Ｒにまで延びている。

詳細には、昇降棒５４は、パイロット弁体４８に連なる大径部５４ａと、大径部５４ａから軸心ＡＸ方向の他端側（図４の下方）に延びる小径部５４ｂを有している。つまり、大径部５４ａと小径部５４ｂの間に段差部５４ｃが形成されている。本実施形態では、大径部５４ａから小径部５４ｂまで段階的に径が小さくなっている。つまり、段差部５４ｃは複数（本実施形態では３つ）設けられている。ただし、大径部５４ａから小径部５４ｂまで段階的に径が小さくなる必要はなく、段差部５４ｃは一つでもよい。また、大径部５４ａから小径部５４ｂまで徐々に径が小さくなってもよい。

昇降棒５４の小径部５４ｂがシリンダ部３３の底壁３５の中空孔３５ａを通過しており、小径部５４ｂの外径は底壁３５の中空孔３５ａの内径よりも若干小さく設定されている。これにより、パイロット排気弁４６が軸心ＡＸに対して傾くのを抑制できる。昇降棒５４の小径部５４ｂの他端部（図４の下端部）に、動力伝達部材２８（図３）が連結されている。つまり、パイロット排気弁４６は、動力伝達部材２８を介して駆動源の一部であるフロート２４（図３）に連結されている。

昇降棒５４の大径部５４ａの外径は底壁３５の中空孔３５ａの内径よりも大きく設定されている。したがって、パイロット排気弁４６が開いて昇降棒５４が下方に移動すると、二点鎖線で示すように段差部５４ｃが底壁の上面３５ｂに当接する。これにより、中空孔３５ａが閉塞され、容器２内の空間Ｒとパイロット排気弁室４５とが遮断される。つまり、昇降棒５４の段差部５４ｃと底壁３５により、パイロット排気弁４６の開弁時にパイロット排気弁室４５内への流体Ｆの流入を阻止するチョーク機構５５を構成する。

昇降棒５４の大径部５４ａに、径方向外側に延びるフランジ部５２が形成されている。フランジ部５２の外径は、筒部４０の内径よりも若干小さく設定されている。筒部４０の内側に形成された径方向に沿う平坦なばね受け面５８とフランジ部５２との間に、パイロットばね部材５６が介装されている。パイロットばね部材５６は、パイロット弁シート５０から離間する方向（図４の下方）にパイロット排気弁４６にばね力を付与する。パイロットばね部材５６は、例えば、圧縮コイルばねである。

パイロット排気弁４６におけるパイロット弁体４８、昇降棒５４の大径部５４ａおよびパイロットばね部材５６が、パイロット排気弁室４５に収納されている。

つぎに、本実施形態の排出弁２２の動作を説明する。図４の排出弁２２が閉まった状態（液体Ｗの圧送状態）から、液位ＷＬが下がると、フロート２４（図３）も下降し、パイロット排気弁４６の昇降棒５４に下方（矢印Ｄ１）への力（駆動力）を付与する。このとき、メイン排気弁３４は内圧により閉弁を維持するが、二点鎖線で示すように、パイロット排気弁４６が駆動力により開弁する。このとき、パイロットばね部材５６のばね力が開弁方向に働くので、従来よりも小さな力でパイロット排気弁４６が開く。

パイロット排気弁４６が開弁すると、上述のように、二点鎖線で示す段差部５４ｃが底壁３５の上面３５ｂに当接し、中空孔３５ａが閉塞される。これにより、容器２内の空間Ｒからパイロット排気弁室４５内への流体Ｆの流入が阻止される。この状態で、パイロット排気弁室４５内の流体Ｆがパイロット排気通路４２から排出されるので、パイロット排気弁室４５の内圧が下がる（図５（Ｂ）参照）。

パイロット排気弁室４５の内圧が下がると、メイン排気通路３０の第１の通路３０ａの圧力により、メイン排気弁３４が下方に押し下げられて開弁し、メイン排気通路３０から多量の流体Ｆが排出される（図５（Ｃ）参照）。このように、パイロット排気弁室４５とメイン排気通路３０との差圧によりメイン排気弁３４が開弁するので、小さな駆動力でメイン排気弁３４を開弁させることができ、高い排気能力を実現できる。さらに、メインばね部材４４のばね力が開弁方向に働くので、従来よりも小さな力でメイン排気弁３４が開く。

排出弁２２が開いた状態（流入状態）から、液位ＷＬが上がると、フロート２４（図３）も上昇し、パイロット排気弁４６の昇降棒５４に上方（矢印Ｄ２）への力（駆動力）を付与する。この駆動力により、実線で示すように、パイロット排気弁４６が閉弁する。このとき、パイロットばね部材５６のばね力により、パイロット弁体４８がパイロット弁シート５０に着座する際の衝撃が緩和される。

さらに、液位ＷＬが上がってフロート２４（図３）が上昇すると、メイン排気弁３４が閉弁する。このとき、メインばね部材４４のばね力により、メイン弁体３６がメイン弁シート３７に着座する際の衝撃が緩和される。以降、同様の動作が繰り返される。

上記構成によれば、差圧を利用してメイン排気弁３４が開弁されるので、高い排気能力を実現できる。また、パイロットばね部材５６により、閉弁時のパイロット排気弁４６に対する衝撃が緩和される。さらに、パイロットばね部材５６はパイロット排気弁４６を開弁させる方向に力が働くので、従来よりも素早く開弁し、排気能力が一層高くなる。このように、上記構成の排出弁２２によれば、高い排気能力と耐衝撃性を両立できる。

特に、液体圧送装置１の排出弁２２は閉弁時に大きな衝撃が加わるが、上記構成によれば、パイロットばね部材５６により閉弁時のパイロット排気弁４６に対する衝撃が緩和されるので、液体圧送装置１の排出弁２２にも適用できる。

メインばね部材４４により、閉弁時のメイン排気弁３４に対する衝撃も緩和される。また、メインばね部材４４はメイン排気弁３４を開弁させる方向に力が働くので、従来よりも素早く開弁して排気能力がより一層高くなる

メイン排気弁３４は、内部にパイロット排気通路４２が形成されて軸方向の一端部でメイン弁シート３７に着座する筒状のメイン弁体３６と、メイン弁体３６の他端部から径方向に延びる円盤状の傾斜部３８と、傾斜部３８から軸方向の他端側に延びる筒部４０とを有し、筒部４０の内部にパイロット排気弁室４５が形成されている。また、パイロット排気弁４６は、筒部４０の内側を軸方向に移動する棒状のパイロット弁体４８と、パイロット弁体４８から鍔状に延びるフランジ部５２とを有し、筒部４０の内側に形成されたばね受け面５８とフランジ部５２との間にパイロットばね部材５６が介装されている。この構成によれば、本実施形態の弁装置（排出弁）２２を従来の液体圧送装置にも適用できる。

本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、上記実施形態では、メインばね部材４４とパイロットばね部材５６が設けられていたが、メインばね部材４４はなくてもよい。また、本発明の弁装置は、液体圧送装置１の排出弁２２以外、例えば、バケット式スチームトラップにも適用できる。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１ 液体圧送装置
２ 容器
２２ 排出弁（弁装置）
２４ フロート（駆動源）
２６ 作動部材（駆動源）
３０ メイン排気通路
３４ メイン排気弁
３６ メイン弁体
３７ メイン弁シート
３８ 傾斜部
４０ 筒部
４２ パイロット排気通路
４４ メインばね部材
４５ パイロット排気弁室
４６ パイロット排気弁
４８ パイロット弁体
５０ パイロット弁シート
５２ フランジ部
５５ チョーク機構
５６ パイロットばね部材
５８ ばね受け面
Ｆ 駆動流体
Ｗ 液体

Claims (5)

1. 容器内に貯留された液体を、前記容器内に導入された駆動流体により加圧して前記容器外に排出する液体圧送装置に搭載され、前記容器内に流入された前記駆動流体を前記容器外に排出する弁装置であって、
   前記容器内の前記駆動流体を排出するメイン排気通路と、
   パイロット排気弁室を介して前記容器内の空間と前記メイン排気通路とを連通し、前記メイン排気通路よりも通路面積が小さいパイロット排気通路と、
   前記メイン排気通路を開閉するメイン排気弁と、
   前記液体の液位により駆動力が発生する駆動源に連結されて前記パイロット排気通路を開閉するパイロット排気弁と、
   前記パイロット排気弁の開弁時に前記パイロット排気弁室内への前記駆動流体の流入を阻止するチョーク機構と、
   パイロット弁シートから離間する方向に前記パイロット排気弁に力を付与するパイロットばね部材と、を備え、
   開弁時に、
   前記駆動源からの駆動力と、前記パイロットばね部材のばね力により前記パイロット排気弁が開弁するともに、前記チョーク機構により前記パイロット排気弁室内への前記駆動流体の流入が阻止され、
   前記パイロット排気弁室内の前記駆動流体が前記パイロット排気通路から排出されることで前記パイロット排気弁室の内圧が低下し、前記容器内の前記駆動流体の圧力により前記メイン排気弁が開弁する、弁装置。
2. 請求項１に記載の弁装置において、さらに、メイン弁シートから離間する方向に前記メイン排気弁に力を付与するメインばね部材を備えた弁装置。
3. 請求項１または２に記載の弁装置において、前記メイン排気弁は、内部に前記パイロット排気通路が形成されて軸方向の一端部でメイン弁シートに着座する筒状のメイン弁体と、前記メイン弁体の他端部から径方向外側に傾斜して延びる傾斜部と、前記傾斜部から軸方向の他端側に延びる筒部とを有し、
   前記筒部の内部に、前記パイロット排気弁室が形成されている弁装置。
4. 請求項３に記載の弁装置において、前記パイロット排気弁は、前記メイン弁体の内側を軸方向に移動する棒状のパイロット弁体と、前記パイロット弁体から径方向外方に延びるフランジ部とを有し、
   前記メイン弁体の内側に形成されたばね受け面と前記フランジ部との間に前記パイロットばね部材が介装されている弁装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の弁装置を備えた液体圧送装置。

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