JP6671474B2 - 空圧制御式の水抜き弁 - Google Patents

Description

本発明は、コンプレッサのクーラ用の水抜き弁であって、接続開口を介してクーラの内室に接続可能な圧力室と、凝縮水導出用の出口開口とを備えているものに関する。この弁は、空圧式の切替装置と、圧力室に作用結合された逆止弁とを有している。

従来技術では、例えば図１に使用位置で示したような、空圧制御式の水抜き弁が知られている。この弁の場合には、コンプレッサの作動中に空気ベル状体がばね力に抗して下方に向かって押圧されることにより、この水抜き弁のほぼ中央に配置された入口弁が開放され、これにより、下方に配置された出口開口に着座している弁ピストンが弁を閉じている間は、圧縮空気と凝縮水とがダイヤフラムの下方のベル状体室内へ流入することができるようになっている。入口弁は、ダイヤフラムの上方の圧力が上昇している限りは開かれたままである。この場合、圧力は、コンプレッサの定常運転中は一定のままであり、ばね力による圧力均衡に基づき空気ベル状体が上方に向かって移動すると、中央に配置された入口弁が閉じられる。この場合、下方に配置された出口弁は、ダイヤフラムの上方の、より高い圧力に基づき閉じられている。停止中、ダイヤフラム上方の圧力は低下する。生じた圧力差に基づき、ダイヤフラムが空気ベル状体と共に上方に向かって移動することにより、出口弁が開かれて、ダイヤフラムの下方のベル状体室内に集められた水が流出可能になる。

この周知の従来技術では、中央に配置された入口弁が、コンプレッサ作動中の数秒間しか開かれないため、この水抜き弁は、少量の凝縮水の放出のみを可能にするに過ぎない。切替機構に基づき、コンプレッサ停止中は常に、事前にベル状体室内に集められた凝縮水が空にされる。つまり、凝縮水はダイヤフラム上にも集まるが、コンプレッサ停止中はそこに残留することになる。その結果、このことはダイヤフラムの損傷を招く恐れがある。

コンプレッサでは、クーラ内で空気を圧縮する際に凝縮された水が生じる。図１に例示した上述の水抜き弁のような、周知の空圧制御式の水抜き弁は、コンプレッサ停止後のクーラの水抜きが十分ではない。さらに、水抜き量が、弁の充填容積に基づき制限されている。これにより、クーラ室内に集まる凝縮水が、コンプレッサの機能を損なうことになる。また、このような弁の機能確実性も、ダイヤフラム上に集まる凝縮水に基づき制限される。それというのも、腐食性の凝縮水がダイヤフラムを損傷して、その寿命を短縮させる恐れがあるからである。損傷に基づきダイヤフラムが最早確実にはシールしなくなると、入口弁が閉じられていても、圧縮空気と凝縮水とがベル状体室内へ流入し、ひいては特に外部へも流出する恐れがあり、これによりコンプレッサの圧送能力が、大幅に損なわれることになる。

周知の従来技術の前記各欠点を起点として提供しようとする、コンプレッサのクーラ用の改良された水抜き弁は、コンプレッサのクーラの水抜きの機能および機能確実性を改良するものである。

この課題を解決するために提案する、コンプレッサのクーラ用の水抜き弁は、圧力室を備えており、圧力室は、接続開口を介してクーラの内室に接続可能であり、かつ凝縮水導出用の出口開口を有している。提案する弁は、それぞれ圧力室と作用結合された空圧式の切替装置と逆止弁とを有しており、この場合、切替装置と逆止弁との間に生じる作用結合を用いて、切替装置により逆止弁を開放位置へ切り替えることができる。コンプレッサ停止中に、逆止弁を切替装置により開放位置へ切り替えることができるようになっており、これにより、凝縮水を接続開口から逆止弁を介して出口開口を通じて導出させることができる。

提案するクーラ用の水抜き弁は、接続開口を介してクーラの内室に接続可能である。１つの好適な実施形態では、接続開口は、クーラの内室の、空気圧縮時に凝縮する水が集まる領域に接続され、この凝縮水は、クーラから接続開口を介して弁に流入することができるようになっている。水抜き弁の使用中は、クーラ内の高い圧力に基づき、接続開口を介して特に圧縮空気・凝縮水混合物が水抜き弁内に流入する。圧縮空気・凝縮水混合物内の凝縮された水および圧縮空気の量は、運転パラメータと、既にクーラから導出された凝縮水量とに応じて変化するので、水抜き弁が基本的には凝縮水の導出用に設けられているとしても、ここでは以下全般的に圧縮空気・凝縮水混合物という呼称を用い、この呼称には、概ね圧縮空気のみから成る混合物、または概ね凝縮水のみから成る混合物も含まれているものとする。

凝縮水は、特に圧力室の下部領域に集まり、そこから凝縮水の、水抜き弁からの導出が行われる。このため水抜き弁は、凝縮水をクーラから特に外部へ導出するための出口開口を有している。

本発明による水抜き弁は、空圧式の切替装置を有しており、この切替装置には、接続開口を通じて水抜き弁内に流入した圧縮空気・凝縮水混合物の圧力が作用する。切替装置は、この切替装置に作用する圧力室内の圧力に応じて、やはり圧力室に配置された逆止弁と同様に切り替わる。したがって、圧力室内に加えられる圧力は、切替装置と逆止弁の両方に作用するようになっており、切替装置と逆止弁とは、圧力室に作用結合されている。

さらに、切替装置と逆止弁との間の作用結合により、切替装置は逆止弁に作用し、その際に逆止弁を切替装置により開放位置へ切り替えることができるようになっている。この場合、切替装置は、切替装置がコンプレッサ停止中に、すなわち圧力室内に正圧が全くまたは極僅かにしか加えられない場合に、逆止弁を開放位置へ切り替えるように形成されている。この開放位置では、凝縮水を水抜き弁の接続開口から逆止弁を介して、水抜き弁の出口開口を通して導出可能である。これにより、コンプレッサ停止中にコンプレッサのクーラ内に集まった凝縮水は、接続開口を介して、開かれた逆止弁と出口開口とを通って導出され得る。逆止弁は、特にコンプレッサが停止している間はずっと開放位置に留まっているので、中間クーラ回路内の圧力が低下した場合には、接続開口のところに滞留している凝縮水を、特にクーラの残留圧力により、クーラから水抜き弁を介して導出させることができる。このように、凝縮水は特にコンプレッサ停止中に導出されるので、その際にコンプレッサの機能が損なわれることはない。クーラ室を出口開口に接続する逆止弁が開放されたままであることにより、クーラから導出可能な凝縮水の量が制限されることはない。よって、水抜き弁内に凝縮水が溜まり、水抜き弁の損傷を招く恐れもない。つまり本発明による水抜き弁は、クーラの無圧状態において開放され、かつコンプレッサ作動中は閉鎖されている。

水抜き弁の１つの改良では、コンプレッサ作動中は、圧力室内で支配的な圧力の作用に基づき、切替装置と逆止弁との間の作用結合が切り離されている。つまり、逆止弁の機能は、切替装置とは無関係である。コンプレッサ作動中は、圧力室内にコンプレッサの正圧が加えられるので、切替装置は、切替装置と逆止弁との間の作用結合が切り離されているように切り替えられる。これにより、逆止弁の機能が引き続き、切替装置により影響を及ぼされることはなくなる。

水抜き弁の１つの改良では、圧力室内の圧力が、特にコンプレッサ作動中に規定値を上回ると、逆止弁は、逆止弁に加えられる圧力室内の圧力により、開放位置へ切替可能である。十分に高い圧力が加わった状態で切替装置と逆止弁との間の作用結合が切り離されていることにより、逆止弁は、逆止弁に加えられている圧力室内の圧力に基づき切り替わる。特にコンプレッサ作動中において凝縮水の量が多い場合に起こり得ることであるが、圧力室内の圧力が既定値を上回ると、圧力室内の圧力は逆止弁における既定値を超過し、これにより逆止弁が開放位置へ切り替わり、特に圧力室内の圧力が再びこの既定値未満に低下するまで、そこに留まる。これにより、凝縮水もしくは特に故障時にクーラ内に生じる可能性のある過剰圧力も、接続開口と、開かれた逆止弁とを介して、出口開口を通って流出することができる。

水抜き弁の１つの実施形態では、圧力室は切替装置に対して、凝縮水流の上方に配置されたダイヤフラムによりシールされている。ダイヤフラムが、実質的に凝縮水・圧縮空気混合物の流路外に配置されていることにより、水抜き弁の圧力室を通流しかつ／または圧力室内に集まる凝縮水が、圧力室内に配置されたダイヤフラムの損傷を惹起する恐れがある、という危険が低減される。

水抜き弁の１つの改良では、凝縮水導出用の出口開口が、接続開口に比べてより小さな、特にノズルとして働く横断面を有している。より小さな横断面に基づき、漏出する凝縮水もしくは漏出する圧縮空気の量を制限することができる。この場合、この横断面は、ノズルとして働く程度に小さく形成されていてよい。これにより、例えばコンプレッサ作動中に逆止弁が開放位置で動かなくなっても、前記横断面により規定された体積流量しか水抜き弁を通って漏出することができない。このように、横断面の適切な寸法設定に基づき、コンプレッサ作動圧力よりは低いが、コンプレッサの圧送能力を少なくとも比較的低いレベルに保ち続けるコンプレッサ補助圧力が維持され得る。

水抜き弁の１つの別の実施形態では、出口開口にノズルが配置されている。この場合、弁における出口開口の寸法設定に関係無く、出口開口に対して変化させられた直径もしくは変化させられたノズル幾何学形状を有するノズルが、出口開口に配置されてよい。このようにして、流出する圧縮空気・凝縮水混合物の量および速度を制限すると共に、変化させることができる。

水抜き弁の１つの実施形態では、出口開口の横断面は、コンプレッサ作動中の逆止弁の閉鎖機能の故障時に、圧送能力損失が最高１０％に制限されているように寸法設定されている。このようにして、コンプレッサに接続された消費装置への圧縮空気の供給を保証することができる。

水抜き弁の１つの別の改良では、クーラに通じる接続開口に、フィルタスクリーンまたは類似の適当な装置が配置されている。弁入口に配置されたこのフィルタスクリーンは、クーラから接続開口を通って侵入する汚染粒子から水抜き弁を保護するために役立つ。このようにして、特に逆止弁のシール面に集まり正しい弁閉鎖を損なう汚染粒子に基づく水抜き弁の不密性の危険が減少される。さらにフィルタスクリーンの使用により、水抜き弁内に配置されたダイヤフラムの損傷の危険も減少される。

水抜き弁の１つの実施形態では、切替装置と逆止弁とは、圧力室内で互いに反対の側に位置するように配置されている。逆止弁に対する切替装置のこの配置形式に基づき、圧力室内に加えられる圧力は、両方の要素に作用することになる。さらに、切替装置と逆止弁との間に作用結合を生ぜしめる適切な配置が可能になる。

水抜き弁の１つの改良では、切替装置と逆止弁との間に作用結合を生ぜしめるプランジャが、圧力室内に配置されている。このようなプランジャは、好適には圧力室において切替装置と逆止弁との間で可動にガイドされており、特に切替装置の切替位置に基づき、逆止弁の機械的な作動を生ぜしめる。

水抜き弁の１つの改良では、切替装置は、ばね部材により予荷重を加えられている。この場合、ばね部材のばね力は、例えば圧力室内に加えられた圧力が伝達される、ダイヤフラムの下流側に配置された切替装置の切替部材に作用する。ばね部材の予荷重と、圧力室内に加えられる圧力との間の相互作用に基づき、切替装置は、特に異なる切替位置へ切替可能である。

本発明の別の利点、特徴および用途は、図面に関連した以下の説明から明らかである。

従来技術から周知の水抜き弁を示す図である。 コンプレッサ停止中の、本発明による水抜き弁の一例の回路図である。 コンプレッサ作動中の、図２に示した本発明による水抜き弁の一例の回路図である。 本発明による水抜き弁の実施形態の一例の断面図である。

図１には既に説明した、従来技術から周知の水抜き弁５０が使用位置で示されており、この使用位置では接続開口５１が、コンプレッサのクーラ（図示せず）に接続されている。水抜き弁５０は空気ベル状体５５を有しており、空気ベル状体５５は、コンプレッサ作動中に接続開口５１を通じて流入してくる空気・凝縮水混合物の圧力により、ばね５７の力に抗して下方に向かって押圧される。これにより、水抜き弁５０の中央に配置された入口弁５８が開放され、圧縮空気と凝縮水とをダイヤフラム５４の下方のベル状体室内へ流入させることができる。この場合、下部領域に配置された弁ピストン５６が、水抜き弁５０の出口をシールしている。空気ベル状体５５の上下に配置された各室内の圧力が均衡すると直ちに、空気ベル状体５５はばね５７の上向きの力に基づき上方に向かって移動して、入口弁５８を閉じる。コンプレッサ停止中にようやく、ダイヤフラム５４の上方の室内の圧力が最終的に下がるので、ダイヤフラム５４は空気ベル状体５５と弁ピストン５６と共に持ち上げられ、これにより、ベル状体室内に集められた凝縮水が流出可能になる。

この水抜き弁は、コンプレッサ作動中に数秒間しか開かれないので、極少量の凝縮水しか放出することができない。

図２には、コンプレッサ停止中の本発明による水抜き弁２０の一例の回路図が示されており、この水抜き弁２０は、接続開口１５を介してコンプレッサのクーラ（図示せず）に配置可能である。接続開口１５にはフィルタスクリーン１１が配置されており、フィルタスクリーン１１により、接続開口１５を通じて水抜き弁２０内に流入してくる圧縮空気・凝縮水混合物から不純物を濾過することができる。次いで、圧縮空気・凝縮水混合物は水抜き弁２０内で、空圧式の切替装置１２と、図２に開放位置で示された逆止弁１３の両方に作用する。図示のコンプレッサ停止状態で切替装置１２が位置する切替位置では、この切替装置１２により逆止弁１３が開放位置へ切り替えられる。図２の回路図に示すように、この場合、圧縮空気・凝縮水混合物は、開かれた逆止弁１３を通り、逆止弁１３の下流側で出口開口１４に配置されたノズル１６を介して流出可能である。

図３には同様に、コンプレッサ作動中の、図２に示した本発明による水抜き弁２０の一例の回路図が示されている。コンプレッサ作動中は、加圧された圧縮空気・凝縮水混合物が、接続開口１５とフィルタスクリーン１１とを介して水抜き弁２０内へ流入する。圧縮空気・凝縮水混合物において支配的な圧力が切替装置１２に作用し、十分な高さの圧力になると、切替装置１２は逆止弁１３を、図３に示す機能位置へ切り替える。水抜き弁２０のこの切替状態では、逆止弁１３が接続開口１５と出口開口１４との間の接続部を、接続開口１５を通じて水抜き弁に流入する圧縮空気・凝縮水混合物の圧力に応じて開放する。圧縮空気・凝縮水混合物の圧力が規定値を上回ると、逆止弁１３が開いて、圧縮空気・凝縮水混合物および特に凝縮水が、ノズル１６と出口開口１４とを介して導出される。

図４には、使用位置における本発明による水抜き弁の実施形態の一例が断面図で示されている。水抜き弁２０は、接続開口１５におけるねじ締結部を介して、コンプレッサのクーラの内室（図示せず）に接続可能である。接続開口１５にはフィルタスクリーン１１が配置されており、フィルタスクリーン１１を、クーラから流出してくる圧縮空気・凝縮水混合物が通流し、その際に不純物が除去されるようになっている。この場合、圧縮空気・凝縮水混合物は水抜き弁２０の圧力室１８内へ流入し、そこで一方では逆止弁１３の弁部材９に作用し、かつ他方では切替装置１２のダイヤフラム４に作用する。

切替装置１２は、水抜き弁２０のケーシング５のケーシングインサート１内に配置された切替部材２を有しており、切替部材２には、ケーシングインサート１に対向して位置するばね部材３により、圧力室１８と逆止弁１３とに向かって予荷重が加えられている。切替部材２は、圧力室に対してダイヤフラム４によりシールされている。さらに、ケーシングインサート１内には空気抜き通路１ａが配置されており、空気抜き通路１ａは、不密性に基づき圧力室１８から漏出する圧縮空気を可能な限り導出するために用いられ、これにより、切替部材２における逆圧の形成が防止されるようになっている。

コンプレッサ停止中は、すなわち、接続開口１５を介して圧力室１８内に有意な正圧が加えられず、この正圧が、例示した実施形態において１．５ｂａｒ未満である場合には、切替装置１２の切替部材２はダイヤフラム４と共に、ばね部材３の予荷重に基づき逆止弁１３に向かって移動する。ケーシング５内にはプランジャ１０が、切替装置１２と逆止弁１３との間の移動軌道上を自由に移動するように配置されている。プランジャ１０は、切替装置１２の切替運動を下方に伝達し、その際、切替装置１２と逆止弁１３との間に作用結合を生ぜしめる。ダイヤフラム４が水抜き弁２０のケーシング５の内側段部に当接している切替装置１２の切替位置（圧力室１８内の圧力は低く、ばね部材３は切替部材２を逆止弁１３に向かって移動させる‐特にコンプレッサ停止中）では、逆止弁１３が、戻しばね８の力に抗して開かれ、これにより、圧縮空気・凝縮水混合物は下方に向かって出口開口１４を通り漏出可能である。弁部材９は、外向きの複数の突出部９ａを介して水抜き弁２０のケーシング５内でガイドされるように形成されている。突出部９ａのうちの２つが、図４の断面図に示されている。周方向において、各突出部９ａ間にはそれぞれ開口が位置しており、これらの開口を、圧縮空気・凝縮水混合物が通流可能になっている。

コンプレッサが作動中であると仮定し、かつ接続開口１５を介して水抜き弁２０の圧力室１８内へ流入してくる圧縮空気・凝縮水混合物の圧力が上昇した場合、この圧力により、ダイヤフラム４は切替部材２と共に、ばね部材３の力に抗して上方に向かって移動させられる。これにより、プランジャ１０を介して生ぜしめられた切替装置１２と逆止弁１３との間の作用結合は切り離されることになる。その結果、逆止弁１３が閉じられる。例示した水抜き弁２０の場合、閉鎖圧は約１．５ｂａｒである。

水抜き弁２０のこの切替位置は、図４に示されている。大幅に上昇した圧力により、ダイヤフラム４は切替部材２と共に、ばね部材３の力に抗して上方に向かって大きく移動させられる。この場合、プランジャ１０は、切替装置１２と逆止弁１３との間の作用結合が既に切り離されてからも、その移動軌道上で動かずに留まっている。逆止弁１３は、圧力室１８内の圧縮空気・凝縮水混合物の圧力が規定値を上回って上昇しない限りは、閉じられたままである。圧縮空気・凝縮水混合物の圧力が前記規定値を上回って上昇すると、これにより逆止弁１３の弁部材９が、戻しばね８の作用に抗して下方に向かって移動することになる。このようにして逆止弁１３が開かれ、その結果、圧縮空気・凝縮水混合物を接続開口１５から逆止弁１３を介して、出口開口１４を通して導出させることができるようになっている。

図４に示した水抜き弁２０は、好適には図示の向きでクーラに配置されている。この位置では、水抜き弁２０の圧力室１８内に流入してくる凝縮水が、水抜き弁２０内で上方に配置されたダイヤフラム４上に残留して、ダイヤフラム４の損傷を招く恐れがない。さらに、逆止弁１３を既に通流した凝縮水は、逆止弁１３が再び閉じられた場合でも、ケーシング５の下方に配置されたケーシング部分７に設けられた出口開口１４を通って、水抜き弁２０から流出することができるようになっている。

１ ケーシングインサート
１ａ 空気抜き通路
２ 切替部材
３ ばね部材
４ ダイヤフラム
５ ケーシング
７ ケーシング部分
８ 戻しばね
９ 弁部材
９ａ 突出部
１０ プランジャ
１１ フィルタスクリーン
１２ 切替装置
１３ 逆止弁
１４ 出口開口
１５ 接続開口
１６ ノズル
１８ 圧力室
２０ 水抜き弁
５０ 水抜き弁
５１ 接続開口
５４ ダイヤフラム
５５ 空気ベル状体
５６ 弁ピストン
５７ ばね
５８ 入口弁

Claims (8)

1. コンプレッサのクーラ用の水抜き弁であって、接続開口（１５）を介してクーラの内室に接続可能な圧力室（１８）と、凝縮水導出用の出口開口（１４）とを備えており、当該水抜き弁（２０）は、それぞれ前記圧力室（１８）と作用結合された空圧式の切替装置（１２）と逆止弁（１３）とを有しており、前記切替装置（１２）と前記逆止弁（１３）との間に生じる作用結合を用いて、前記切替装置（１２）により前記逆止弁（１３）を開放位置へ切り替えることができるようになっているものにおいて、
   コンプレッサ停止中に、前記逆止弁（１３）を前記切替装置（１２）により開放位置へ切り替えることができるようになっており、これにより、凝縮水を前記接続開口（１５）から前記逆止弁（１３）を介して前記出口開口（１４）を通じて導出させることができるようになっており、
   コンプレッサ作動中は、前記圧力室（１８）内の圧力に基づき、前記切替装置（１２）と前記逆止弁（１３）との間の作用結合は切り離され、
   前記切替装置（１２）と前記逆止弁（１３）との間の作用結合が切り離されているときに、前記圧力室（１８）内の圧力が規定値を上回ると、前記逆止弁（１３）は、該逆止弁（１３）に加えられる前記圧力室（１８）内の圧力により、開放位置へ切替可能であることを特徴とする、水抜き弁。
2. 前記圧力室（１８）は前記切替装置（１２）に対して、凝縮水流の上方に配置されたダイヤフラム（４）によりシールされている、請求項１記載の水抜き弁。
3. 前記出口開口（１４）に、ノズル（１６）が配置されている、または凝縮水導出用の前記出口開口（１４）は、前記接続開口（１５）に比べてより小さな横断面を有している、請求項１または２記載の水抜き弁。
4. 前記出口開口（１４）の前記横断面は、コンプレッサ作動中の前記逆止弁（１３）の閉鎖機能の故障時に、圧送能力損失が最高１０％に制限されているように寸法設定されている、請求項３記載の水抜き弁。
5. 前記クーラに通じる前記接続開口（１５）に、フィルタスクリーン（１１）が配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の水抜き弁。
6. 前記切替装置（１２）と前記逆止弁（１３）とは、前記圧力室（１８）内で互いに反対の側に位置するように配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の水抜き弁。
7. 前記切替装置（１２）と前記逆止弁（１３）との間に作用結合を生ぜしめるプランジャ（１０）が、前記圧力室内に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の水抜き弁。
8. 前記切替装置（１２）は、ばね部材（３）により予荷重を加えられている、請求項１から７までのいずれか１項記載の水抜き弁。

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