JP2023056300A - 液体圧送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気弁の弁座に対する衝突を緩和することができる液体圧送装置を提供する。【解決手段】液体圧送装置は、容器内に貯留された液体を、容器内に流入された駆動流体により加圧して容器外に排出する。液体圧送装置は、前記容器の内部に収納されて、前記容器内に貯留された液体の液位を検知するフロートと、前記フロートで検知された液位に基づいて駆動流体流出口を開閉する排気弁と、前記排気弁と前記フロートとを連結する作動機構と、前記作動機構に設けられて前記排気弁の閉弁速度を緩和する粘性ダンパとを備えている。前記粘性ダンパは、粘性体が充填されたケースと、前記ケース内に移動自在に挿入されたピストンと、前記ピストンに連結されたシャフトとを有している。前記シャフトが、前記ピストンが前記シャフトの軸方向に移動するように作動機構に支持されている。【選択図】図３

Description

本発明は、容器内に貯留された液体を、容器内に流入された駆動流体により加圧して容器外に排出する液体圧送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

特許文献１のような液体圧送装置では、液体の液位が上がって駆動流体が容器内に導入される際、例えば、ばね力により排気弁が弁座に押し付けられることで気密が保たれる。このとき、排気弁が弁座に強く衝突することで、弁座が損傷する恐れがある。弁座が損傷すると、容器内の圧力が上昇せず、正常な液体圧送が行えなくなる。

本発明は、排気弁の弁座に対する衝突を緩和することができる液体圧送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、本発明の液体圧送装置は、容器内に貯留された液体を、容器内に流入された駆動流体により加圧して容器外に排出する液体圧送装置であって、前記容器の内部に収納されて、前記容器内に貯留された液体の液位を検知するフロートと、前記フロートで検知された液位に基づいて駆動流体流出口を開閉する排気弁と、前記排気弁と前記フロートとを連結する作動機構と、前記作動機構に設けられて前記排気弁の閉弁速度を緩和する粘性ダンパとを備えている。前記粘性ダンパは、粘性体が充填されたケースと、前記ケース内に移動自在に挿入されたピストンと、前記ピストンに連結されたシャフトとを有している。前記シャフトが、前記ピストンが前記シャフトの軸方向に移動するように作動機構に支持されている。粘性ダンパの粘性体は、例えば、容器内に貯留された液体である。

この構成によれば、粘性ダンパにより、排気弁の閉弁速度が遅くなるので、排気弁の弁座に対する衝突を緩和することができる。これにより、排気弁の耐久性を向上させることができるうえに、衝突時の騒音も抑制できる。

フロートのレバーは、通常直線状の棒状で形成されるので、レバーの動作は円弧状の軌跡となる。そのため、粘性ダンパのピストンの移動も完全な上下方向のストロークとはならない。上記構成によれば、粘性ダンパのピストンに連結されたシャフトが、前記ピストンが前記シャフトの軸方向に移動するように作動機構に支持されている。したがって、フロートのレバーの動作（軌跡）の上下方向に対するずれが吸収され、ピストンが円滑にケース内を往復移動できる。

本発明において、前記作動機構はリンク体を有し、前記リンク体に長孔が形成され、前記シャフトが、前記長孔に挿通された軸支部材により前記リンク体に支持されていてもよい。この構成によれば、簡単な構造で、粘性ダンパを実現可能で、既存の装置にも適用し易い。

本発明において、前記作動機構は、リンク体と、前記リンク体と前記フロートのレバーとの間に介在されたばね部材とを有し、前記粘性ダンパのピストンに連結されたシャフトが、前記ばね部材と共に、前記リンク体に共締めされていてもよい。この構成によれば、粘性ダンパのシャフトが、ばね部材と共に、リンク体に共締めされているので、構造が簡単になるうえに、既存の装置に適用しやすい。

本発明の液体圧送装置によれば、粘性ダンパにより、排気弁の閉弁速度が遅くなるので、排気弁の弁座に対する衝突を緩和することができる。また、フロートのレバーの動作（軌跡）の上下方向に対するずれが吸収され、ピストンが円滑にケース内を往復移動できる。

液体圧送装置の基本構造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。 本発明の第１実施形態に係る液体圧送装置の流入工程の状態を示す縦断面図である。 図３のIV－IV線に沿った断面図である。 図３のV部を拡大して示す断面図である。 同液体圧送装置の昇圧工程の状態を示す縦断面図である。 図６のVII－VII線に沿った断面図である。

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。最初に、図１および図２を用いて、液体圧送装置の基本構造について説明する。図１および図２は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。液体Ｗは、例えば、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、駆動流体Ｆは、例えば、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および排気弁２２は、作動機構２６を介してフロート２４のレバー２４ａに連結されている。作動機構２６は、互いに回動自在に連結された複数のリンク部材２８と単一のばね部材３０とを有している。複数のリンク部材２８がリンク体を構成している。作動機構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および排気弁２２を作動させる。

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、作動機構２６の作動により、駆動弁２０が閉状態となり、排気弁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（流入工程）。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、作動機構２６の作動により、駆動弁２０が開状態となり、排気弁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（昇圧工程）。このとき、ばね部材３０のばね力により排気弁２２が押し付けられることで、気密が保たれる。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（排出工程）。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（均圧工程）。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３～７を用いて、本発明の第１実施形態に係る液体圧送装置１を説明する。図３～５は液体圧送装置１の流入工程の状態を示し、図６～７は液体圧送装置１の昇圧工程の状態を示す。

図３に示すように、容器２にボルトＢによりフレームＦＲが着脱自在に取り付けられ、このフレームＦＲに作動機構２６が取り付けられている。本実施形態では、フレームＦＲは、金属製の板材からなる。ただし、フレームＦＲの材質はこれに限定されない。

作動機構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、他端に図４に示す駆動弁２０および排気弁２２が取り付けられている。つまり、フロート２４、駆動弁２０および排気弁２２は、作動機構２６を介して容器２に支持されている。

作動機構２６は、複数のリンク部材２８を有している。詳細には、作動機構２６は、図３のフロート２４に回動自在に連結される第１のリンク部材３１と、第１のリンク部材３１に回動自在に連結される第２のリンク部材３２とを有している。これら複数のリンク部材２８、すなわち、第１および第２のリンク部材３１，３２がリンク体を構成している。第１のリンク部材３１は長尺状の板材からなり、第２のリンク部材３２は長尺状の棒材からなる。第２のリンク部材３２は、上下方向に延びている。

図５に示すように、第１のリンク部材３１の一端部３１ａがフロート２４のレバー２４ａの先端に回動自在に連結されている。詳細には、第１のリンク部材３１とフロート２４のレバー２４ａは、第１の連結ピン３４により、第１の連結ピン３４回りに回動自在に連結されている。

さらに、第１のリンク部材３１とフロート２４のレバー２４ａに、ばね部材３０が掛け渡されている。詳細には、ばね部材３０の両端部３０ａ，３０ｂが、レバー２４ａの長手方向中間部と第１のリンク部材３１の他端部３１ｂにそれぞれ連結されている。ばね部材３０の一端部３０ａは、第２の連結ピン３６によりレバー２４ａの長手方向中間部に連結されている。一方、ばね部材３０の他端部３０ｂは、第３の連結ピン３８により第１のリンク部材３１の他端部３１ｂに連結されている。

第２のリンク部材３２の一端部（下端部）３２ａが、第１のリンク部材３１の長手方向中間部に連結されている。詳細には、第１のリンク部材３１と第２のリンク部材３２は、第４の連結ピン４０により、第４の連結ピン４０回りに回動自在に連結されている。

図３に示すように、第２のリンク部材３２の他端部（上端部）３２ｂに、ピン４２が固定されている。ピン４２は、第２のリンク部材３２と直交する方向、すなわち水平方向に延びている。

図４に示すように、ピン４２の一端部４２ａに駆動弁２０が固定され、他端部４２ｂに排気弁２２が固定されている。駆動弁２０は、駆動流体流入口１６に設けられた弁座４４に球状の弁体４５が上方から着座することで閉弁する。さらに、駆動弁２０は、下方から駆動ピン４６により弁体４５が持ち上げられて弁座４４から離れることで開弁する。

排気弁２２は、駆動流体流出口１８に設けられた弁座４８に円柱状の弁体５０が下方から着座することで閉弁する。さらに、排気弁２２は、弁体５０が下方に移動して弁座４８から離れることで開弁する。ピン４２には、駆動弁２０の駆動ピン４６と排気弁２２の弁体５０が固定されている。

図４の流入工程では、液位ＷＬ（図３）が低いので、リンク部材２８およびピン４２が低い位置にある。つまり、ピン４２に固定された駆動弁２０の駆動ピン４６および排気弁２２の弁体５０も下方に位置している。したがって、駆動弁２０の弁体４５は弁座４４に着座して閉弁し、排気弁２２の弁体５０が弁座４８から離れることで開弁している。

一方、図７の昇圧工程では、液位ＷＬ（図６）が高いので、リンク部材２８およびピン４２が高い位置にある。つまり、ピン４２に固定された駆動弁２０の駆動ピン４６および排気弁２２の弁体５０も上方に位置している。したがって、駆動弁２０の弁体４５は駆動ピン４６により持ち上げられて弁座４４から離れて開弁している。排気弁２２は、弁座４８に弁体５０が着座して閉弁している。

図３に示すように、液体圧送装置１は、さらに、粘性ダンパ６０を有している。粘性ダンパ６０は、作動機構２６に設けられ、排気弁２２の閉弁速度を緩和する。図５に示すように、粘性ダンパ６０は、粘性体が充填されたケース６２と、ケース６２に移動自在に挿入されたピストン６４とを有している。つまり、粘性ダンパ６０は、粘性体を充填したケース６２にピストン６４が挿入され、ピストン６４とケース６２の隙間のせん断速度に比例する減衰力を発揮する。本実施形態では、粘性体として、容器２内に貯留された液体Ｗが用いられている。

ケース６２は、上方が開口して下方が閉塞された有底の円筒形状である。ケース６２の下端部の周壁に、粘性体出入口６２ａが形成されている。粘性体出入口６２ａは、ケース６２の周壁を径方向に貫通している。この粘性体出入口６２ａを介して、容器２内の粘性体（液体Ｗ）がケース６２内に流入し、あるいはケース６２から流出する。粘性体出入口６２ａは、液体Ｗの液位ＷＬ（図３）の下限値（ＬＬ）よりも下方に位置しいている。つまり、流入工程から昇圧工程に移行する際、粘性体出入口６２ａは、液体Ｗに没している。

ケース６２は、ボルトのような締結部材６５により容器２に着脱自在に支持されている。締結部材６５は、水平方向（図５の紙面に直交する方向）に延びるねじ体である。ケース６２の下端部に形成された軸挿通孔６２ｂに締結部材６５が挿通され、フレームＦＲにねじ連結されている。

ケース６２の上方の開口は、蓋６６により閉塞されている。蓋６６は、ボルトのような締結部材（図示せず）によりケース６２の上端に着脱自在に取り付けられている。蓋６６に、流体出入口６６ａが形成されている。流体出入口６６ａは、蓋６６を軸方向（上下方方向）に貫通している。本実施形態では、流体出入口６６ａは、周方向に並んで複数設けられている。この流体出入口６６ａを介して、ケース６２内の流体（液体Ｗ、駆動流体Ｆ、空気）がケース６２内に流入し、あるいはケース２から流出する。また、蓋６６の中心部に、上下方向に延びるシャフト挿通孔６６ｂが形成されている。

ピストン６４は、ケース６２の内周面に沿って軸方向（上下方向）に移動する。ピストン６４は、作動機構２６に連結されたシャフト６８により駆動される。シャフト６８は、蓋６６のシャフト挿通孔６６ｂを貫通して上下方向に延びており、その上端６８ａが作動機構２６に連結され、下端６８ｂがピストン６４に連結されている。

詳細には、シャフト６８の上端６８ａは、第３の連結ピン３８により、ばね部材３０と共に、第１のリンク部材３１の他端部３１ｂに共締めされている。シャフト６８の下端６８ｂには雄ねじが形成され、ピストン６４の上面に雌ねじ６４ａが形成されている。シャフト６８の下端の雄ねじ６８ｂがピストン６４の雌ねじ６４ａに螺合されることで、シャフト６８の下端６８ｂがピストン６４に連結されている。

シャフト６８が、ピストン６４がシャフト６８の軸方向に移動するように作動機構２６の第１のリンク部材３１（リンク体２８）に支持されている。換言すれば、シャフト６８は、ピストン６４がケース６２内を往復移動できるように、作動機構２６の第１のリンク部材３１に支持されている。詳細には、第１のリンク部材３１に長孔７０が形成されており、この長孔７０に挿通された第３の連結ピン３８によりシャフト６８が第１のリンク部材３１に支持されている。シャフト６８は、第３の連結ピン３８が長孔７０に沿って移動することで、第１のリンク部材３１に対して相対移動可能である。つまり、第３の連結ピン３８が、長孔７０に挿通されてシャフト６８を第１のリンク部材３１に移動自在に支持する軸支部材を構成する。

本実施形態の長孔７０は、長手方向が第１のリンク部材３１の長手方向に合致した長円形である。ただし、長孔７０の形状はこれに限定されない。長孔７０は、例えば、楕円形であってもよく、長方形であってもよく、中心線が円弧または楕円弧形状の湾曲した孔であってもよい。また、長孔７０は、長手方向が第１のリンク部材３１の長手方向に直交する方向に延びてもよい。

つぎに、本実施形態の液体圧送装置１の粘性ダンパ６０の動作を説明する。図３に示す流入工程では、液位ＷＬが低く、フロート２４も低い位置にある。また、フロート２４に連動する粘性ダンパ６０のピストン６４もケース６２内の低い位置にある。このとき、図４に示すように、駆動弁２０は閉状態で、排気弁２２は開状態である。

図３に示す液体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７に示すように、作動機構２６の作動により、駆動弁２０が開状態となり、排気弁２２は閉状態となる（昇圧工程）。このとき、図６に示す粘性ダンパ６０のピストン６４もケース６２内を上方に移動する。その際、粘性体出入口６２ａからケース６２内に液体Ｗ（粘性体）が流入するとともに、ケース６２内の流体Ｗ，Ｆが流体出入口６６ａ（図５）から流出する。この粘性体の粘性（摩擦力）により作動機構２６の移動速度が遅くなる。その結果、図７に示す排気弁２２が閉弁する際、弁体５０が弁座４８に衝突する力が緩和される。

図６に二点鎖線で示すように、液体Ｗが容器２外に排出されると、液位ＷＬが下降し（排出工程）、フロート２４も下降する。液位ＷＬが規定値を超えると、図４に示すように、作動機構２６の作動により、駆動弁２０が閉状態となり、排気弁２２は開状態となる（均圧工程）。このとき、図３に示す粘性ダンパ６０のピストン６４もケース６２内を下方に移動する。その際、ケース６２内の液体Ｗ（粘性体）が粘性体出入口６２ａから流出するとともに、流体Ｗ，Ｆが流体出入口６６ａからケース６２内に流入する。この粘性体の粘性（摩擦力）により作動機構２６の移動速度が遅くなる。以降、図３、４の状態と図６，７の状態が繰り返され、液体Ｗが圧送される。

上記構成によれば、粘性ダンパ６０により、排気弁２２の閉弁速度が遅くなるので、排気弁２２の弁体５０の弁座４８に対する衝突を緩和することができる。これにより、排気弁２２の耐久性を向上させることができるうえに、衝突時の騒音も抑制できる。また、粘性体として、容器２内に貯留された液体Ｗを利用しているので、構造が簡単になる。

図５に示すように、第１のリンク部材３１の挿通孔（長孔７０）の動作は、円弧状の軌跡Ｋを描く。そのため、粘性ダンパ６０のピストン６４の移動も完全な上下方向のストロークとはならない。上記構成では、第１のリンク部材３１（リンク体２８）の挿通孔が長孔７０で形成されているので、これに挿通された第３の連結ピン３８（軸支部材）は、長孔７０に沿って移動する。これにより、シャフト６８が、ピストン６４がシャフト６８の軸方向に移動する、つまり、ケース６２内を往復移動するように第１のリンク部材３１に支持されている。これにより、簡単な構造で、粘性ダンパ６０を実現可能で、既存の装置にも適用し易い。

粘性ダンパ６０のシャフト６８が、ばね部材３０と共に、リンク部材２８に共締めされている。これにより、構造が簡単になるうえに、本実施形態の粘性ダンパ６０を既存の装置に適用しやすい。

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。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
１８ 駆動流体流出口
２２ 排気弁
２４ フロート
２４ａ フロートのレバー
２６ 作動機構
２８ リンク体
３０ ばね部材
３８ 第３の連結ピン３８（軸支部材）
６０ 粘性ダンパ
６２ ケース
６４ ピストン
６８ シャフト
７０ 長孔
Ｆ 駆動流体
Ｗ 液体（粘性体）
ＷＬ 液位

Claims (4)

1. 容器内に貯留された液体を、容器内に流入された駆動流体により加圧して容器外に排出する液体圧送装置であって、
   前記容器の内部に収納されて、前記容器内に貯留された液体の液位を検知するフロートと、
   前記フロートで検知された液位に基づいて駆動流体流出口を開閉する排気弁と、
   前記排気弁と前記フロートとを連結する作動機構と、
   前記作動機構に設けられて前記排気弁の閉弁速度を緩和する粘性ダンパと、を備え、
   前記粘性ダンパは、粘性体が充填されたケースと、前記ケース内に移動自在に挿入されたピストンと、前記ピストンに連結されたシャフトとを有し、
   前記シャフトが、前記ピストンが前記シャフトの軸方向に移動するように作動機構に支持されている液体圧送装置。
2. 請求項１に記載の液体圧送装置、前記作動機構はリンク体を有し、
   前記リンク体に長孔が形成され、
   前記シャフトが、前記長孔に挿通された軸支部材により前記リンク体に支持されている液体圧送装置。
3. 請求項１または２に記載の液体圧送装置、前記粘性ダンパの粘性体が、前記容器内に貯留された液体である液体圧送装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の液体圧送装置において、前記作動機構は、リンク体と、前記リンク体と前記フロートのレバーとの間に介在されたばね部材とを有し、
   前記粘性ダンパのシャフトが、前記ばね部材と共に、前記リンク体に共締めされている液体圧送装置。

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