JP2014169773A

JP2014169773A - 流路切替装置

Info

Publication number: JP2014169773A
Application number: JP2013043088A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Matsuda; 征孝松田
Original assignee: Hisaka Works Ltd
Current assignee: Hisaka Works Ltd
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2014-09-18
Anticipated expiration: 2033-03-05
Also published as: JP6122665B2

Abstract

【課題】流路を迅速に切り替えることができ、また、流体が滞留することなく入口ポートから出口ポートにスムーズに流れことができるようにようにした流路切替装置を提供する。
【解決手段】この流路切替装置は、内部空間１を画定する本体部１０に入口ポート２０、第１、第２出口ポート２１，２２が連設され、内部空間１を仕切る弁体３０が揺動することで、入口ポート２０と第１出口ポート２１とが連通する状態と入口ポート２０と第２出口ポート２２とが連通する状態とに切り替えられる。第１出口ポート２１と第２出口ポート２２との間の本体部１０が狭間部１１ｂとされる。弁体３０には揺動軸６０が固定され、揺動軸６０より入口ポート２０側が長大部３１、揺動軸６０より出口ポート側が短小部３２とされる。長大部３１の先端部が入口ポート２０の入口側第１境界部４１と入口側第２境界部４２との間を往復動する。短小部３２の先端部が狭間部１１ｂの幅で往復動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内部空間を画定する本体部に一つの入口ポートと二つの出口ポートとを連設し、入口ポート内から内部空間内に流入した流体を弁体によっていずれか一方の出口ポートへ選択的に流出させる流路切替装置に関する。

１本の上流側配管内を流れている流体が２本の下流側配管内のいずれか一方へ流れるように流路を切り替えるための流路切替装置が種々提供されている。例えば、特許文献１には、米粒などの粒状物を含んだ流体の流路を切り替える流路切替装置（三方切替弁）が記載されている。

この流路切替装置は、図４に示すように、内部空間１００を画定する本体部１１０と、この内部空間１００に連通する流路を形成した筒状の入口ポート１２０、第１出口ポート１２１及び第２出口ポート１２２と、内部空間１００内に回転自在に収納された弁体１３０とを備えている。

本体部１１０は、円筒状の周壁部１１１と、この周壁部１１１の各開口端を塞ぐ端板（一方の端板のみ図示）１１２とを備えている。周壁部１１１には、三箇所に開口部が形成されている。この各開口部を囲むように各ポート１２０，１２１，１２２が周壁部１１１に固定されている。また、第１出口ポート１２１と第２出口ポート１２２とは近接して隣り合うように周壁部１１１に固定されている。また、入口ポート１２０は、第１出口ポート１２１と第２出口ポート１２２との間の部分と向き合う位置で周壁部１１１に固定されている。

そして、弁体１３０は、内部空間１００を仕切る板状部材であって、一方の出口ポートのみを塞ぐように「く」字状に中心で屈曲している。この弁体１３０は、屈曲部を中心に回転することで流路を切り替える。すなわち、図４の実線で示すように、弁体１３０が第２出口ポート１２２の流路を塞ぐことで、入口ポート１２０と第１出口ポート１２１とが連通する。そして、図４の仮想線で示すように、弁体１３０が回転し、第１出口ポート１２１の流路を塞ぐことで、入口ポート１２０と第２出口ポート１２２とが連通する。

このように、入口ポート１２０から内部空間１００内に流入した流体は、第１出口ポート１２１又は第２出口ポート１２２のいずれか一方から選択的に流出する。すなわち、弁体１３０が回転することで、流路が切り替えられる。また、この流路切替装置にあっては、弁体１３０が回転し、弁体１３０と本体部１１０との間に流体を滞留させる部位が設けられていないため、水に粒状物を含ませた流体であっても、粒状物がケーシング内で堆積しにくいものとなっている。

特開平９−２６０４０号公報

特許文献１に記載された流路切替装置は、弁体１３０が「く」字状に屈曲している。この弁体１３０によって流路を切り替えるには、弁体１３０が半周程度回転しなければならない。したがって、この流路切替装置では、流路を迅速に切り替えることができない。

また、「く」字状に屈曲した弁体１３０は、入口ポート１２０側の部分が入口ポート１２０に対して傾斜姿勢で対向する姿勢となっている。したがって、入口ポート１２０から内部空間１００内に流入した流体の一部は、弁体１３０の入口ポート１２０側の部分に衝突する。流体が氷のような塊状物であると、その衝突によって多数の破片に粉砕されることがある。この破片が他の塊状物に付着することで、塊状物が肥大化する。そうすると、流体が所期の状態で出口ポートから流出できないことがある。

そこで、本発明は、流路を迅速に切り替えることができ、また、流体が滞留することなく入口ポートから出口ポートにスムーズに流れることができるようにした流路切替装置を提供することを課題とする。

本発明に係る流路切替装置は、内部空間を画定する本体部と、内部空間に連通する入口流路を形成した入口ポートと、内部空間に連通する第１出口流路を形成した第１出口ポートと、内部空間に連通する第２出口流路を設けた第２出口ポートと、内部空間内に揺動自在に収納され、入口流路から第１出口流路に連通する流路又は入口流路から第２出口流路に連通する流路を形成する弁体とを備えた流路切替装置において、前記第１出口ポートと第２出口ポートとが近接して隣り合い、第１出口ポートと第２出口ポートとの間に挟まれた本体部の部位に挟間部が設けられ、該狭間部と向き合う部位の本体部に入口ポートが連設され、第１出口ポートと狭間部との境界に第１出口側境界部を設け、第２出口ポートと狭間部との境界に第２出口側境界部を設け、入口ポートと本体部との境界であって、第１出口ポートに連通する側の境界に入口側第１境界部を設け、第２出口ポートに連通する側の境界に入口側第２境界部を設け、前記弁体は、前記入口側第１境界部と第２出口側境界部とを結ぶ向きで第１出口流路を塞いだ状態と、前記入口側第２境界部と第１出口側境界部とを結ぶ向きで第２出口流路を塞いだ状態とに方向転換可能とする揺動軸を固定し、該揺動軸が前記狭間部から入口ポートに寄った位置で本体部に軸支されていることを特徴としている。

この流路切替装置によれば、内部空間内で揺動する弁体は、入口側第１境界部と第２出口側境界部とを結ぶ向きとされることで、第１流出流路が塞がれ、入口流路と第２出口流路とが連通し、入口側第２境界部と第１出口側境界部とを結ぶ向きとされることで、第２流出流路が塞がれ、入口流路と第１出口流路とが連通する。

弁体は、揺動軸を固定し、揺動軸が狭間部から入口ポートに寄った位置で本体部に軸支されていることにより、揺動軸が狭間部に軸支されている場合よりも迅速に方向転換する。そして、弁体が入口側第１境界部と第２出口側境界部とを結ぶ向きとされると、弁体と第２出口ポートとの間に段差が設けられず、また、弁体が入口側第２境界部と第１出口側境界部とを結ぶ向きとされると、弁体と第１出口ポートとの間に段差が設けられない。したがって、入口流路内から内部空間に流入した流体は、滞留することなく第１出口流路又は第２出口流路からスムーズに流出する。

また、前記流路切替装置の一態様として、前記揺動軸は、弁体の入口ポート側に伸びる長大部を設け、弁体の狭間部側に伸びる短小部を設けるように中心よりも偏心した位置に固定され、内部空間の中心と狭間部との間の位置で本体部に軸支されていることが好ましい。

この流路切替装置によれば、弁体に備えられた長大部の先端部が入口流路の大きな口径の振幅で揺動し、短小部の先端部が狭間部の狭い振幅で揺動する。

また、前記流路切替装置の他態様として、前記本体部は、前記各ポートを連設する円環状の周壁部を備え、前記第１出口ポート及び第２出口ポートは、円筒状に形成され、前記第１出口側境界部及び第２出口側境界部は、直線状に形成され、前記弁体は、前記第１出口側境界部及び第２出口側境界部に沿う直線状の端部を有するほぼ四角形状に形成されている構成を採用することができる。

この流路切替装置によれば、弁体が一般的なほぼ四角形状に成形され、第１出口ポート及び第２出口ポートが一般的な円筒状に形成されていても、第１出口側境界部及び第２出口側境界部が、直線状に形成されていることにより、弁体の狭間部側に伸びている直線状の端部が直線状の第１出口側境界部及び第２出口側境界部に連続し、内部空間内に段差部が設けられないようにすることができる。なお、出口ポートに接続される配管が一般的に円管であることから、出口ポートが円筒状に形成される。

また、前記流路切替装置の他態様として、前記本体部は、前記円環状の周壁部の一端開口側を塞ぐように周壁部に一体成形された封鎖部と、前記円環状の周壁部の他端開口側を別体で塞ぐ蓋体部とを備え、前記各ポートと本体部の周壁部とが一体成形されている構成を採用することができる。

この流路切替装置によれば、周壁部と封鎖部とが一体成形され、周壁部と各ポートとが一体成形され、周壁部の他端開口側を別体の蓋体部で塞ぐことにより、現場での組立作業性を向上させることができる。

また、前記流路切替装置の他態様として、前記弁体は、狭間部との間に隙間を設けて揺動する長さとされている構成を採用することができる。

この流路切替装置によれば、弁体がケーシングとの間に隙間を設ける長さを有していることにより、流体が破砕しやすい塊状物であったり、塊状物を含んでいたりしても、その塊状物の破片が弁体とケーシングとの間に噛み込まれないようにすることができる。

本発明によれば、流体が滞留することなく入口ポートから出口ポートにスムーズに流れることができるように、また、流路を迅速に切り替えることができるようにした流路切替装置を提供することができる。

図１は、本発明に係る流路切替装置の一実施形態を示し、（ａ）は断面平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面正面図である。図２は、本発明に係る流路切替装置の一実施形態であって要部を示す斜視図である。図３は、本発明に係る流路切替装置の一実施形態であって要部を示す斜視図である。図４は、従来の流路切替装置の一例を示す断面平面図である。

本発明に係る流路切替装置の一実施形態について図１ないし図３を参照しながら説明する。この流路切替装置は、内部空間１を画定する本体部１０と、入口流路２０ａを形成した円筒状の入口ポート２０と、出口流路２１ａ，２２ａを形成した円筒状の第１、第２出口ポート２１，２２と、内部空間１内に揺動自在に収納された弁体３０とを備えている。

本体部１０は、円環状の周壁部１１と、この周壁部１１の一端開口側を塞ぐように周壁部１１に一体成形された封鎖部１２と、周壁部１１の他端開口側を別体で塞ぐ蓋体部１３とを備えている。周壁部１１の他端開口側には、フランジ１１ｆが設けられている。このフランジ１１ｆには、多数の雌ネジ（採番せず）が形成されている。

蓋体部１３の外周部が周壁部１１のフランジ１１ｆに重ね合わされる。蓋体部１３の外周部には、多数の貫通孔（採番せず）が設けられている。この連通孔から周壁部１１のフランジ１１ｆの雌ネジにボルト１４が挿通されることで、蓋体部１３と周壁部１１とが一体化される。

そして、本体部１０の一方側（図１では左側）の一箇所には、入口側の開口部１０ａが形成されている。また、本体部１０の他方側（図１では右側）の二箇所には、出口側の開口部１０ｂ，１０ｃが隣り合って形成されている。

前記入口側の開口部１０ａと入口流路２０ａとが連通するように円筒状の入口ポート２０が本体部１０の周壁部１１に一体的に連設されている。入口ポート２０の先端部にはフランジ２０ｆが設けられ、このフランジ２０ｆを使用して円筒状の上流側配管（図示せず）が接続される。

また、前記出口側の各開口部１０ｂ，１０ｃと各出口ポート２１，２２の出口流路２１ａ，２２ａとが連通するように円筒状の第１、第２出口ポート２１，２２が本体部１０の周壁部１１に一体的に連設されている。第１、第２出口ポート２１，２２の先端部にもフランジ２１ｆ，２２ｆが設けられ、このフランジ２１ｆ，２２ｆを使用して円筒状の第１、第２下流側配管（図示せず）が接続される。

そして、第１出口ポート２１と第２出口ポート２２とは、近接して隣り合い、例えば４０°の角度をなす方向に向けられている。また、第１出口ポート２１と第２出口ポート２２との間の周壁部１１に狭間部１１ｂが設けられる。そして、第１出口ポート２１と狭間部１１ｂとの境界に第１出口側境界部５１が設けられる。また、第２出口ポート２２と狭間部１１ｂとの境界に第２出口側境界部５２が設けられる。

この第１出口側境界部５１と第２出口側境界部５２は、直線状に形成されている。両出口ポート２１，２２とも円筒状であることから、各出口側境界部５１，５２から各出口ポート２１，２２の中間部にかけて直線から円弧に段差なく次第に変形する曲面に形成されている。

また、入口側の開口部１０ａは、円形状に形成されている。したがって、入口側の開口部１０ａと円筒状の入口ポート２０とは、同じ径に形成され、段差なく曲面状に連続している。入口ポート２０と本体部１０との境界であって、第１出口ポート２１に連通する側が入口側第１境界部４１とされる。また、入口ポート２０と本体部１０との境界であって、第２出口ポート２２に連通する側が入口側第２境界部４２とされる。

そして、弁体３０は、一般的な四角形状の板状に形成されている。弁体３０は、閉鎖空間内で揺動自在に収納できるように、本体部１０の封鎖部１２と蓋体部１３との間隔よりもわずかに狭い幅で、本体部１０の周壁部１１の内径よりもわずかに短くされている。したがって、弁体３０が狭間部１１ｂと対向する端部と狭間部１１ｂとの間には、隙間が空けられている。

また、弁体３０が封鎖部１２と対向する端面及び蓋体部１３と対向する端面には揺動軸６０が固定されている。弁体３０に幅方向（図１（ｂ）では上下方向）の貫通孔３０ａを形成し、この貫通孔３０ａを揺動軸６０が貫通するようにしてもよい。この場合は、揺動軸６０と弁体３０とにキー溝が形成され、キー溝にキー６１が嵌め込まれることで、揺動軸６０と弁体３０とが一体化される。

そして、揺動軸６０は、弁体３０の中心から偏心した位置に固定され、揺動軸６０から入口ポート２０側に伸びる弁体３０の部分が長大部３１とされ、揺動軸６０から狭間部１１ｂ側に伸びる弁体３０の部分が短小部３２とされる。短小部３２の先端部は、各出口側境界部に沿うように直線状に形成されている。また、長大部３１も短小部３２もわずかに先細り形状とされている。

そして、弁体３０が揺動軸６０を中心に揺動することで、弁体３０の長大部３１の先端部が入口側第１境界部４１と入口側第２境界部４２との間を往復動し、弁体３０の短小部３２の先端部が狭間部１１ｂに沿って第１出口側境界部５１と第２出口側境界部５２との間を往復動する。

このように弁体３０を揺動させる揺動軸６０は、内部空間１の中心と狭間部１１ｂとの間の位置において本体部１０に軸支される。すなわち、本体部１０の封鎖部１２に貫通穴が形成され、この貫通穴に揺動軸６０の先端部がラジアルベアリング（採番せず）を介して嵌め込まれる。この貫通孔は、キャップ状部材１６によって塞がれ、キャップ状部材１６が揺動軸６０の基端部の端面にスラストベアリング（採番せず）を介して接合される。

また、蓋体部１３にも貫通穴が形成され、この貫通穴に揺動軸６０の基端部がラジアルベアリング（採番せず）を介して貫通している。また、この貫通穴に連続する軸穴を形成した円筒状の支持部材１５が蓋体部１３に固定されている。揺動軸６０の基端部は、支持部材１５の軸穴から突出し、アクチュエータ６２が接続されている。アクチュエータ６２が作動することによって揺動軸６０と弁体３０とが一体に揺動する。

この流路切替装置は以上のように構成され、次に、使用方法について説明する。なお、この流路切替装置は、入口ポート２０を上向き、各出口ポート２１，２２を下向きとした鉛直方向の姿勢で設置され、天然ガスハイドレードのような氷状の塊状物であったり、塊状物を含んでいたりしている流体の流路を切り替える際にも使用される。

すなわち、流体が上流側配管内から入口ポート２０を通過して本体部１０の内部空間１内に流れ込む。内部空間１は、弁体３０によって仕切られ、当初、例えば図１（ａ）の実線に示すように、弁体３０が第１出口流路２１ａを塞ぐことで、入口流路２０ａと第２出口流路２２ａとが連通している。

この状態において、弁体３０の長大部３１の先端部が入口側第１境界部４１に連続し、弁体３０の短小部３２の先端部が第２出口側境界部５２に連続している。したがって、内部空間１内には段差が設けられていない。このため、内部空間１内に流れ込んだ流体は、スムーズに第２出口ポート２２内の第２出口流路２２ａへ流れる。そして、この流体は、第２出口ポート２２に接続された第２下流側配管内へ排出される。

この状態から流路を切り替えるため、アクチュエータ６２が作動すると、図１（ａ）の仮想線に示すように、弁体３０の長大部３１の先端部が入口側第２境界部４２に連続し、弁体３０の短小部３２の先端部が第１出口側境界部５１に連続することで、弁体３０が第２出口流路２２ａを塞ぎ、入口流路２０ａと第１出口流路２１ａとが連通する。このときの内部空間１内にも段差が設けられていない。したがって、内部空間１内に流れ込んだ流体は、スムーズに第１出口ポート２１内の第１出口流路２１ａへ流れる。そして、この流体は、第１出口ポート２１に接続された第１下流側配管内へ排出される。

このように流路が切り替えられるに際して、揺動軸６０が偏心した位置、すなわち、弁体３０の長大部３１と短小部３２とを設ける位置に固定されていることから、端縁に固定された場合よりも弁体３０は迅速に揺動する。換言すれば、弁体３０は、入口流路２０ａと第２出口流路２２ａとを連通させる向きから入口流路２０ａと第１流路とを連通させる向きに迅速に切り替え、流路が迅速に変更される。

そして、再び、弁体３０が第１出口流路２１ａを塞ぎ、入口流路２０ａと第２出口流路２２ａとを連通させるには、アクチュエータ６２が揺動軸６０を反対方向に回転させる。このときも、流路が迅速に切り替えられる。また、狭間部１１ｂ上に塊状物が残っていたとしても、弁体３０の短小部３２の先端部が狭間部１１ｂに沿って揺動するため、この塊状物は弁体３０の短小部３２に叩（はた）かれ、狭間部１１ｂ上に塊状物が残存しない。

また、塊状物が砕かれ、破片が狭間部１１ｂに付着したとしても、弁体３０の短小部３２の先端部と狭間部１１ｂとの間に隙間が空けられていることにより、この破片が短小部３２と狭間部１１ｂとの間に噛み込まれることがない。

このようにして、この流路切替装置は、流体の流路を第１出口流路２１ａ又は第１流出路２１ｂのいずれか一方に迅速に切り替え、しかも、流体が内部空間１内に滞留したり残存したりしないようにすることができる。

なお、本発明は、前記実施の形態に限定することなく種々変更することができる。例えば、第１出口ポート２１と第２出口ポート２２とのなす角度は、流体によって適宜変更することができ、この角度に合わせて、揺動軸６０を弁体３０に固定する位置を中心など適宜変更してもよい。この場合は、揺動軸６０を本体部１０に軸支する位置を内部空間１の中心などに適宜変更する。

また、本体部１０の周壁部１１と封鎖部１２とは別体にしてもよいし、周壁部１１と各ポートとも別体にしてもよい。さらに、周壁部１１は、円筒状でなく、樽形状のような外向きに湾曲した形状としてもよい。この場合は、弁体３０の両端部は、円弧状に形成される。また、流体として、塊状物のみ流す場合は、弁体３０は、軽量化のために格子状に形成されてもよい。逆に、弁体３０は、補強のためにリブを設けたものとしてもよい。

また、前記実施の形態では、弁体３０の短小部３２と狭間部１１ｂとの間に隙間が空けられる場合について説明したが、流体が液体や気体の場合は、弁体３０が本体部３０の内壁に密着する大きさとする。この場合は、弁体３０の周囲は、弾性部材で形成されていてもよい。

さらに、図示しないが、この流路切替装置は、複数台を直列に接続してもよい。例えば、３台の流路切替装置を直列に接続する場合は、第１の流路切替装置の第１出口ポート２１に第２の流路切替装置の入口ポート２０を接続し、第１の流路切替装置の第２出口ポート２２に第３の流路切替装置の入口ポート２０を接続することにより、四つの出口ポートを設ける。さらに、流路切替装置は、４台以上接続してもよい。このように複数台接続した流路切替装置は、流体を多方向に振り分けることができる。

１………内部空間
１０……本体部
１１……周壁部
１１ｂ…狭間部
１２……封鎖部
１３……蓋体部
２０……入口ポート
２０ａ…入口流路
２１……出口ポート
２１ａ…出口流路
２２……出口ポート
２２ａ…出口流路
３０……弁体
３１……長大部
３２……短小部
４１……入口側第１境界部
４２……入口側第２境界部
５１……第１出口側境界部
５２……第２出口側境界部
６０……揺動軸

Claims

内部空間を画定する本体部と、内部空間に連通する入口流路を形成した入口ポートと、内部空間に連通する第１出口流路を形成した第１出口ポートと、内部空間に連通する第２出口流路を設けた第２出口ポートと、内部空間内に揺動自在に収納され、入口流路から第１出口流路に連通する流路又は入口流路から第２出口流路に連通する流路を形成する弁体とを備えた流路切替装置において、
前記第１出口ポートと第２出口ポートとが近接して隣り合い、第１出口ポートと第２出口ポートとの間に挟まれた本体部の部位に挟間部が設けられ、該狭間部と向き合う部位の本体部に入口ポートが連設され、第１出口ポートと狭間部との境界に第１出口側境界部を設け、第２出口ポートと狭間部との境界に第２出口側境界部を設け、入口ポートと本体部との境界であって、第１出口ポートに連通する側の境界に入口側第１境界部を設け、第２出口ポートに連通する側の境界に入口側第２境界部を設け、前記弁体は、前記入口側第１境界部と第２出口側境界部とを結ぶ向きで第１出口流路を塞いだ状態と、前記入口側第２境界部と第１出口側境界部とを結ぶ向きで第２出口流路を塞いだ状態とに方向転換可能とする揺動軸を固定し、該揺動軸が前記狭間部から入口ポートに寄った位置で本体部に軸支されていることを特徴とする流路切替装置。
前記揺動軸は、弁体の入口ポート側に伸びる長大部を設け、弁体の狭間部側に伸びる短小部を設けるように中心よりも偏心した位置に固定され、内部空間の中心と狭間部との間の位置で本体部に軸支されていることを特徴とする請求項１に記載の流路切替装置。
前記本体部は、前記各ポートを連設する円環状の周壁部を備え、前記第１出口ポート及び第２出口ポートは、円筒状に形成され、前記第１出口側境界部及び第２出口側境界部は、直線状に形成され、前記弁体は、前記第１出口側境界部及び第２出口側境界部に沿う直線状の端部を有するほぼ四角形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流路切替装置。
前記本体部は、前記円環状の周壁部の一端開口側を塞ぐように周壁部に一体成形された封鎖部と、前記円環状の周壁部の他端開口部を別体で塞ぐ蓋体部とを備え、前記各ポートと本体部の周壁部とが一体成形されていることを特徴とする請求項３に記載の流路切替装置。
前記弁体は、狭間部との間に隙間を設けて揺動する長さとされていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の流路切替装置。