JP2023131804A - 真空破壊機能を有する排気弁 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化や構成の複雑化を回避することができる真空破壊機能を有する排気弁の提供。【解決手段】自動排気弁1の流入口31は液体配管（図示せず）に連通して接続されており、液体配管から流入口31を通じて水や空気が基本弁室61に矢印91方向に流入する。基本弁室61には、フロート10が浮動自在に設けられており、基本弁室61内の水の水位に従って浮上又は下降して閉弁又は開弁を繰り返し、適宜、液体配管内の空気を排出する。そして、基本弁室61や液体配管の一部が真空状態になった場合、基本弁室61と外部との圧力差によって、真空破壊弁20の補助弁体21が矢印93方向に移動して通気口29を開放し、基本弁室61に外気を流入させて真空状態を解消する。真空破壊弁20がカバー部40に設けられていることによって装置の大型化や構成の複雑化を回避することができる。【選択図】図１

Description

本願に係る真空破壊機能を有する排気弁は、通常時における自動排気機能と、真空状態発生時における真空破壊機能とを備えた排気弁の構成に関する。

産業プラントには、水等の液体を移送する配管系統が設置されていることがあり、たとえばこのような配管系統に排気弁が設けられる。すなわち、液体の移送を開始する初期段階において配管系統に充満している空気等の気体や、液体移送の継続中に混入する空気等の気体を排気弁を通じて適宜、排気する。

また液体の移送状況等に起因して、配管系統の一部が真空状態になることがある。このような真空状態は配管系統の損傷や、液体の排出不良等を招く虞があるため、真空状態はできる限り早期に解消する必要がある。このため、配管系統に真空状態を解消するための真空破壊機能を設けることがある。

このような真空破壊機能を備えた排気弁として、後記特許文献１に開示されている排気弁ユニットがある。この排気弁ユニット100は、第１排気弁10と第２排気弁20とを備えている。第１排気弁10は自動排気弁であり、送液時に液配管１から気体が流入してくると開弁して気体を排出し、液配管1から液体が流入してくると閉弁するように構成されている。そして、第２排気弁20は急速排気弁であり、送液の初期時に気体を排出し、その後、液配管1から流入してきた液体によって閉弁して、以後は閉弁状態を維持するように構成されている。

また、排気弁ユニット100は、真空解消機能として逆止弁35を備えている。逆止弁35は外部に向けて開放されている管80からの空気の流れのみを許容するように構成されており、液配管1や流入路等が真空状態になると開弁し、空気を流入させて真空状態を解消する。

特開2021-113600号公報

特許文献１に開示されている排気弁ユニット100は、第１排気弁10及び第２排気弁20と、逆止弁35等で構成される真空解消機能とを各々、独立した機器によって構成している。このため、排気弁が大型化し、構成が複雑化する。特に、狭小のスペースに配管系統が複雑に配置されているような設置環境では、自動弁の大型化は設置の障害になり得る。

そこで本願に係る真空破壊機能を有する排気弁は、大型化や構成の複雑化を回避することができる真空破壊機能を有する排気弁の提供を目的とする。

本願に係る真空破壊機能を有する排気弁は、
対象液体又は対象気体が流入する内部空間を有しており、基本弁孔部及び補助開口部が形成された本体、
前記本体に設けられており、前記基本弁孔部を開弁又は閉弁する開閉手段であって、前記内部空間に液体が流入してくると前記基本弁孔部を閉弁し、気体が流入してくると前記基本弁孔部を開弁して気体を排出する開閉手段、
前記本体に設けられており、前記補助開口部を開弁又は閉弁する真空破壊弁手段であって、前記内部空間に真空状態が生じたとき前記補助開口部を開弁して外気を前記内部空間に流入させ、前記内部空間に真空状態が生じていないとき前記補助開口部を閉弁する真空破壊弁手段、
を備えており、
前記真空破壊弁手段は、前記本体において前記開閉手段の近傍に配置されている、
ことを特徴としている。

本願に係る真空破壊機能を有する排気弁においては、開閉手段は、内部空間に液体が流入してくると基本弁孔部を閉弁し、気体が流入してくると基本弁孔部を開弁して気体を排出する。また、真空破壊弁手段は、内部空間に真空状態が生じたとき補助開口部を開弁して外気を内部空間に流入させ、内部空間に真空状態が生じていないとき補助開口部を閉弁する。そして真空破壊弁手段は、本体において開閉手段の近傍に配置されている。

このため、対象気体の自動排気と真空状態の解消とが、近接して配置された開閉手段と真空破壊弁手段によって、単一の本体に設けられた内部空間を介して行われる。したがって、真空破壊機能を有する排気弁の大型化や構成の複雑化を回避することができる。

本願に係る真空破壊機能を有する排気弁の第１の実施形態である自動排気弁1の全体構成を示す断面図である。

［実施形態における用語説明］
実施形態において示す主な用語は、それぞれ本願に係る真空破壊機能を有する排気弁の下記の要素に対応している。

自動排気弁１・・・真空破壊機能を有する排気弁
フロート10・・・開閉手段
基本弁孔16・・・基本弁孔部
真空破壊弁20・・・真空破壊弁手段、逆止弁手段
通気口29・・・補助開口部
本体部30・・・第1本体
本体部30及びカバー部40・・・本体
カバー部40・・・第2本体
基本弁室61・・・内部空間
水・・・対象液体
空気・・・対象気体
なお、「真空破壊弁手段は、本体において開閉手段の近傍に配置されている」とは、排気弁を構成する機器として単一である本体に真空破壊弁手段及び開閉手段が配置されていることを含む概念である。

［第１の実施形態］
本願に係る真空破壊機能を有する排気弁の第１の実施形態である自動排気弁1を図１に基づいて説明する。本実施形態における自動排気弁1は、水（液体）を利用側に圧送して供給するための液体配管（図示せず）に設けられ、液体配管内に存在する空気（気体）を配管系統の外部に排出する。

（全体構成の説明）
まず、自動排気弁1の全体構成を説明する。図１に示すように自動排気弁1は、本体部30及びカバー部40を備えている。本体部30とカバー部40との接続によって、内部には基本弁室61が形成される。本体部30とカバー部40とはガスケット52を挟んで複数のボルト51で固定され、基本弁室61の機密性を保つ。

本体部30には、流入口31及び流出口32が、鉛直方向の同軸上に形成されている。流入口31は液体配管に連通して接続され、液体配管から流入口31を通じて水や空気が矢印91方向に沿って基本弁室61に流入する。また、本体部30の上部には、流出口32に連通する流出路36が形成されている。

基本弁室61には、フロート10が浮動自在に配置されている。このフロート10は中空の球状体で構成されており、基本弁室61に滞留する水量に応じて浮上する。なお、カバー部40にはストッパー39が固定されており、このストッパー39によってフロート10の浮上が規制される。

カバー部40には、基本弁室61と空間として連続する補助室27が形成されており、この補助室27にはさらに通気口29が連通している。すなわち、基本弁室61は補助室27及び通気口29を通じて外部に開放されている。補助室27及び通気口29は、いずれも中心線L1を中心軸とした円筒形状を有しており、補助室27の内径は通気口29の内径よりもやや大きい。このため、補助室27と通気口29との境界には段部が形成され、この段部が補助弁座28として機能する。

そして、カバー部40の通気口29に対して真空破壊弁20が設けられており、真空破壊弁20は通気口29を閉塞又は開放する。真空破壊弁20は、補助弁体21、支持筒22、バネ受け24、バネ26及び補助弁座28を備えて構成される。

補助室27には、円筒形状を有する支持筒22が嵌合して固定され、さらにこの支持筒22にはバネ受け24が固定されている。そして、バネ受け24にはバネ26の一端側が取り付けられ、他端側には補助弁体21が配置されている。この補助弁体21はディスク形状を有しており、直径は支持筒22の内径よりもやや小さく、支持筒22の内周面に沿って矢印93、94方向に平行移動が可能である。なお、バネ受け24、バネ26及び補助弁体21の中心軸は、いずれも中心線L1に一致するように配置されている。

通常時においては、補助弁体21は図１に示すように、バネ26の矢印94方向への付勢を受けて補助弁座28に当接し、通気口29を閉塞した状態に位置する。これに対して、通気口29側の気圧が基本弁室61側の気圧よりも高圧になったときは、この圧力差を受け、補助弁体21はバネ26を圧縮しながら矢印93方向に移動する。これによって、通気口29は開放されて基本弁室61には空気が流入する。すなわち、真空破壊弁20は矢印93方向への流体の流入のみを許容する逆止弁として機能する。

また、カバー部40には、カバー室45が形成されており、このカバー室45に基本弁座15がネジ結合によって固定されている。基本弁座15の内部にはカバー室45に開放される基本弁座流路17が形成されており、先端部には基本弁座流路17に連通する小孔の基本弁孔16が形成されている。そして、カバー部40には基本流路11が形成されており、この基本流路11はカバー室45と本体部30側に形成された流出路36とを連通させて接続する。

すなわち、基本弁室61から、基本弁孔16、基本弁座流路17、カバー室45、基本流路11、流出路36及び流出口32が連続的に接続されて流路を形成し、基本弁室61内の空気は矢印92方向に沿って排出される。なお、この流路における空気の流れに従い、基本弁孔16を境として、流入口31及び基本弁室61側が上流であり、流出口32側が下流である。

図１は自動排気弁1の初期状態を示しており、フロート10は基本弁室61の底部に着座している。この初期状態から、基本弁室61に水が流入して貯留された場合、フロート10はその水量に応じて浮上する。そして、浮上の限界位置に達したとき、フロート10の外周面が基本弁座15の先端に当接して基本弁孔16を閉塞して閉弁するようになっている。図１において、破線で示すフロート10が浮上の限界位置であり、基本弁孔16を閉塞した閉塞状態である。

これに対し、基本弁室61の空気量の増加に伴って、基本弁室61の水位が押し下げられ水量が減少した場合、フロート10は基本弁座15の先端から離れて基本弁孔16を開放して開弁する。フロート10が基本弁座15の先端から離れた状態が、基本弁孔16を開放した開弁状態である。

（動作の説明）
次に、自動排気弁1の動作を説明する。液体配管（図示せず）に水が注入されて水の圧送が開始された直後は、液体配管内に空気が充満している。このような初期段階においては、フロート10は自重によって図１に示すように基本弁室61の底部に着座しており、基本弁孔16は開弁している。

このため液体配管内の空気は、水の圧送の圧力を受け、自動排気弁1の基本弁室61から基本弁孔16を通じ、矢印92方向に沿って流出口32から排出される。なお、このとき真空破壊弁20の補助弁体21は、バネ26の付勢を受けて矢印94方向に移動し、補助弁座28に当接して通気口29を閉塞した状態にある。

初期段階の空気が排出された後、水の圧送に伴って基本弁室61には流入口31から矢印91方向に沿って水が流入し、基本弁室61には徐々に水が貯留される。この水位に従ってフロート10は浮上し、基本弁孔16は閉弁される。なお、このとき通気口29は補助弁体21によって閉塞されたままの状態である。このため、液体配管を圧送される水が、自動排気弁1から漏出することはない。

こうして基本弁孔16が閉弁し、かつ通気口29が閉塞した状態で、液体配管は水の圧送を継続する（通常段階）が、たとえば配管系統の出口から空気が液体配管内に侵入することがある。このような通常段階において生じる空気は水の圧送効率を低下させるため、適宜、自動排気弁1を通じて排出する必要がある。

本実施形態では、液体配管内を圧送される空気は、流入口31から基本弁室61に流入して上昇し、基本弁室61の上部に滞留して、基本弁室61の水位が押し下げられる。この水位の低下に応じてフロート10は自重によって下降する。これによって基本弁孔16は開弁し、基本弁室61の上部に滞留した空気は、基本弁孔16を通じて流出口32から排出される。

基本弁室61の上部に滞留した空気が、基本弁孔16を通じて排出されたことによって、基本弁室61の水位は上昇し、これに伴ってフロート10は浮上して、再び基本弁孔16を閉弁して水の漏出を防止する。こうしてフロート10は、基本弁室61の水位の上下変化に応じて浮上又は下降を繰り返し、基本弁室61に滞留する空気を適宜、排出する。

ところで、液体配管における水の圧送状況によっては、基本弁室61や液体配管の一部が真空状態になることがある。このような真空状態は配管系統の損傷を招いたり、水の排出不良を招いたりする虞があるため、本実施形態では真空破壊弁20の動作によって真空状態を解消する。

すなわち、基本弁室61側に真空状態が生じることによって、基本弁室61内の圧力が低下する。つまり、通気口29側の気圧が基本弁室61側の気圧よりも高圧になる。そして、この圧力差を受けて真空破壊弁20の補助弁体21はバネ26を圧縮しながら矢印93方向に移動して通気口29を開放する。これによって、通気口29を通じて基本弁室61には外気が流入し、基本弁室61や液体配管の一部に生じた真空状態が解消される。

真空状態が解消され、通気口29側と基本弁室61側との圧力差が減少した場合、真空破壊弁20の補助弁体21はバネ26の付勢を受けて矢印94方向に移動し、図１に示す状態に復位する。これによって、通気口29からの水漏れを防止する。

以上のように、本実施形態に係る自動排気弁1は、初期段階及び通常段階においては、基本弁室61の水位の変化に応じてフロート10が浮上又は下降し、基本弁孔16の閉弁又は開弁を繰り返して、適宜、基本弁室61の上部に滞留した空気を排出する。また、基本弁室61や液体配管の一部が真空状態になった場合、基本弁室61と外部との圧力差によって、真空破壊弁20の補助弁体21が矢印93方向に移動して通気口29を開放し、基本弁室61に外気を流入させて真空状態を解消する。

このため、初期段階及び通常段階における空気の排気と、真空状態が生じた場合の真空破壊とが、単一の基本弁室61を介して行われる。したがって、自動排気弁１の大型化や構成の複雑化を回避することができる。

また、本実施形態に係る自動排気弁1は、本体部30側に流入口31、基本弁室61、フロート10、流出路36及び流出口32が設けられており、カバー部40側に真空破壊弁20、基本弁孔16及び基本流路11等が設けられている。このため、真空破壊機能を有していない排気弁に、本実施形態におけるカバー部40を取り付けることで、排気弁の本体部分全体を交換することなく容易に真空破壊機能付きの排気弁に転化させることができる。したがって、排出弁の汎用性を高めることができる。

［その他の実施形態］
前記実施形態においては、本願に係る真空破壊機能を有する排気弁を自動排気弁1に適用した例を掲げたが、これに限定されるものではなく、他の構成を備えた排気弁に適用することもできる。たとえば、水以外の対象液体の流入を受ける排気弁や、空気以外の対象気体を排出する排気弁に適用してもよい。

また、前記実施形態においては、内部空間として基本弁室61を例示したが、対象液体（水等）又は対象気体（空気等）が流入して滞留する空間である限り、他の形状、構造の空間を採用することもできる。

さらに、前記実施形態においては、開閉手段としてフロート10を例示したが、内部空間（基本弁室61）に液体が流入してくると基本弁孔部（基本弁孔16等）を閉弁し、気体が流入してくると基本弁孔部（基本弁孔16等）を開弁して気体を排出するものであれば、他の構成を採用してもよい。

また、前記実施形態においては、真空破壊弁手段として逆止弁である真空破壊弁20を例示したが、内部空間（基本弁室61等）に真空状態が生じたとき補助開口部（通気口29等）を開弁し、内部空間に真空状態が生じていないとき補助開口部を閉弁する弁であれば、他の構成を採用してもよい。たとえば、逆止弁以外の開閉弁を採用してもよい。

さらに、前記実施形態においては、本体部30側に流入口31、基本弁室61、フロート10、流出路36及び流出口32が設けられており、カバー部40側に真空破壊弁20、基本弁孔16及び基本流路11等が設けられている例を示したが、排気弁（自動排気弁1等）を構成する機器として単一である本体（本体部30及びカバー部40等）のいずれかの箇所に真空破壊弁手段（真空破壊弁20等）及び開閉手段（フロート10等）が配置されていればよい。

１：自動排気弁 10：フロート 16：基本弁孔 20：真空破壊弁
29：通気口 30：本体部 40：カバー部 61：基本弁室

Claims (3)

1. 対象液体又は対象気体が流入する内部空間を有しており、基本弁孔部及び補助開口部が形成された本体、
   前記本体に設けられており、前記基本弁孔部を開弁又は閉弁する開閉手段であって、前記内部空間に液体が流入してくると前記基本弁孔部を閉弁し、気体が流入してくると前記基本弁孔部を開弁して気体を排出する開閉手段、
   前記本体に設けられており、前記補助開口部を開弁又は閉弁する真空破壊弁手段であって、前記内部空間に真空状態が生じたとき前記補助開口部を開弁して外気を前記内部空間に流入させ、前記内部空間に真空状態が生じていないとき前記補助開口部を閉弁する真空破壊弁手段、
   を備えており、
   前記真空破壊弁手段は、前記本体において前記開閉手段の近傍に配置されている、
   ことを特徴とする真空破壊機能を有する排気弁。
2. 請求項１に係る真空破壊機能を有する排気弁において、
   前記本体は、第1本体及び第2本体を備えて構成されており、
   前記開閉手段は当該第1本体に設けられ、
   前記真空破壊弁手段及び前記補助開口部は当該第2本体に設けられている、
   ことを特徴とする真空破壊機能を有する排気弁。
3. 請求項１又は請求項２に係る真空破壊機能を有する排気弁において、
   前記真空破壊弁手段は、外部から前記内部空間に向けての外気の流入のみを許容する逆止弁手段である、
   ことを特徴とする真空破壊機能を有する排気弁。
   
   

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