JP7200310B1 - piston pump - Google Patents
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Abstract
【課題】流体をスムーズに加圧し、加圧された流体の排出時の流れを阻害せず、圧力損失を抑えることができるピストンポンプの提供。【解決手段】シリンダヘッド1と、シリンダライナ2と、ピストン本体30と、ピストン3とを有し、シリンダヘッド1とシリンダライナ2とがバルブヘッド4を介して接合され、バルブヘッド4はピストン先端部32の形状に対応する空洞41と加圧された流体を排出する出口開口部42とを備え、出口開口部42は開閉弁11により閉塞されており所定の圧力に達すると開閉弁11が開き、流体が排出流路10へ排出されるように構成され、ピストン先端部32の傾斜曲面34は、シリンダライナ2側からシリンダヘッド1側に向かって、縮径に形成され、且つ、断面形状が、内側から外側に凸条R1、又は、外側から内側に凸条R2の形状に形成されている。【選択図】図1A piston pump is provided that can smoothly pressurize a fluid, does not hinder the flow of the pressurized fluid when it is discharged, and can suppress pressure loss. A cylinder head (1), a cylinder liner (2), a piston body (30), and a piston (3) are provided. It has a cavity 41 corresponding to the shape of the portion 32 and an outlet opening 42 for discharging the pressurized fluid. , the fluid is discharged to the discharge passage 10, the inclined curved surface 34 of the piston tip portion 32 is formed so as to decrease in diameter from the cylinder liner 2 side toward the cylinder head 1 side, and has a cross-sectional shape of , a ridge R1 from the inside to the outside, or a ridge R2 from the outside to the inside. [Selection drawing] Fig. 1
Description
本発明は、ピストンポンプに関し、詳しくは、圧縮された流体の流れを阻害せず、圧力損失を抑えることができるピストンポンプに関する。
BACKGROUND OF THE
低温流体を加圧して吐出するピストンポンプは、低温流体をシリンダライナとバルブヘッド内に吸入してピストンを用いて吐出させるものであり、例えば、図6~図8に示すように、シリンダヘッド100とシリンダライナ200とを有し、シリンダライナ200を往復摺動するピストン300を有し、シリンダヘッド100とシリンダライナ200との間に配置されているバルブヘッド400を有する構成が挙げられる(特許文献1)。
A piston pump that pressurizes and discharges a cryogenic fluid sucks the cryogenic fluid into a cylinder liner and a valve head and discharges it using a piston. For example, as shown in FIGS. and a
特許文献1は、円柱状の形態からなるピストン先端部310を有するピストン300を利用し、バルブヘッド400には、出口開口部と、ピストン先端部310に対応する空洞とが設けられ、出口開口部に隣接して、弁体110が、シリンダヘッド100に入り込むように配置されている。
ピストン先端部310は、ピストンポンプ行程が最大の際に空洞の領域を貫通するように構成されている。
WO 2005/010001 utilizes a
Piston
また、特許文献2では、ピストン先端部が、切頭円錐形状の形態であり、空洞の領域に完全に入り込む形状として切頭円錐形の形状が開示されている。
Further,
特許文献1では、まず、図6において、ピストン300によって、低温流体が加圧される前の状態であり、ピストンポンプは、図図示されない低圧液体燃料供給管に接続された燃料供給口500から、液体燃料がシリンダライナ200とバルブヘッド400との間に形成される空洞内に吸入される。
In
次に、図7に示すように、空洞内に吸入された低温流体をピストン300によって押圧する。これにより、ピストン300、及びピストン先端部310は、空洞の形状とぴったり合う構成であるため、空洞に隙間がなくなり、空洞内の低温流体が加圧される。図7の状態では、圧縮する際に、空洞の形状が、ピストン先端部310にぴったり合う形状であるため、空洞が急激に狭くなる段差が形成されているため、加圧時に流体が弁体に向かう方向と異なる方向に流れを生じ、圧損が生じてしまう。
Next, as shown in FIG. 7, the cryogenic fluid sucked into the cavity is pushed by the
次に、図8に示すように、加圧された低温流体の圧力が、弁体110を押し上げる圧力になると、弁体110が押し上げられ、加圧された流体が、弁体の排出流路に連通する貫通孔を介して、排出流路へ排出される。さらに、押し上げられた弁体110に、加圧された流体が衝突することにより、加圧された流体に圧損を生じさてしまう。
Next, as shown in FIG. 8, when the pressure of the pressurized cryogenic fluid becomes a pressure that pushes up the
つまり、特許文献1では、空洞から開閉弁に至る流路が、空洞から急激に狭くなるため、流体の2次流れを生じ、圧力損失が発生するという課題が残されていた。
In other words, in
また、特許文献2においても、ピストン先端部は、切頭円錐形の形態からなるため、ぴったりあう空洞も直線状に形成されているため、圧縮された流体において、出口開口部に向かう流体と出口開口部から離れる流体との圧力が均衡してしまい、流体の圧力損失を生じる結果となっていた。
Also in
そこで、本発明の課題は、流体をスムーズに加圧し、加圧された流体の排出時の流れを阻害せず、圧力損失を抑えることができるピストンポンプを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a piston pump that can smoothly pressurize a fluid, does not hinder the flow of the pressurized fluid when it is discharged, and can suppress pressure loss.
さらに本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。 Furthermore, other objects of the present invention will become clear from the following description.
上記課題は以下の各発明によって解決される。 The above problems are solved by the following inventions.
(請求項1)
流体を排出する排出流路(10)を備え、該排出流路(10)と連通する貫通孔(13)を有する開閉弁(11)が設けられたシリンダヘッド(1)と、
シリンダライナ(2)と、
前記シリンダライナ(2)内で往復摺動可能に構成されるピストン本体(30)と、頂面(33)と、傾斜曲面(34)とを有し、該頂面(33)が切頭状に形成されたピストン先端部(32)とを備えるピストン(3)とを有し、
前記シリンダヘッド(1)と、前記シリンダライナ(2)とが、バルブヘッド(4)を介して接合され、
前記バルブヘッド(4)は、前記ピストン(3)のピストン先端部(32)の傾斜曲面(34)の形状に対応する内壁面(40)を備える空洞(41)と、該空洞(41)のシリンダヘッド(1)側に、前記ピストン(3)の往復摺動によって、流体を加圧し、加圧された該流体を排出する出口開口部(42)とを備え、
前記出口開口部(42)は、前記シリンダヘッド(1)に設けられた前記開閉弁(11)により閉塞されており、所定の圧力に達すると、前記開閉弁(11)が開き、流体が、前記出口開口部(42)から、前記貫通孔(13)を介して、前記排出流路(10)へ排出されるように構成され、
前記ピストン先端部(32)の傾斜曲面(34)は、シリンダライナ(2)側からシリンダヘッド(1)側に向かって、縮径に形成され、且つ、断面形状が、内側から外側に凸条R1、又は、外側から内側に凸条R2の形状に形成されていることを特徴とするピストンポンプ。
(請求項2)
前記開閉弁には、前記出口開口部から前記空洞内に突出するように形成され、該空洞側から、該出口開口部側に向かって拡径する略円錐台形状の開閉弁突起部が設けられており、
前記開閉弁突起部は、開閉弁が開口した際に、出口開口部との間で、流体の流れのガイド機能を果たすように構成されていることを特徴とする請求項1記載のピストンポンプ。
(請求項3)
ピストン先端部の頂面は、ピストンポンプの往復摺動が最大の際に、前記空洞の領域を、前記開閉弁突起部の先端近傍まで到達するように構成されていることを特徴とする請求項2記載のピストンポンプ。
(Claim 1)
a cylinder head (1) provided with a discharge channel (10) for discharging a fluid and provided with an on-off valve (11) having a through hole (13) communicating with the discharge channel ( 10 );
a cylinder liner (2) ;
It has a piston body (30) configured to be reciprocally slidable in the cylinder liner (2) , a top surface (33) , and an inclined curved surface (34) , the top surface (33) being truncated. a piston (3) comprising a piston tip (32) formed in
The cylinder head (1) and the cylinder liner (2) are joined via a valve head (4) ,
The valve head (4) includes a cavity (41) having an inner wall surface (40) corresponding to the shape of the inclined curved surface (34) of the piston tip (32) of the piston (3) , and An outlet opening (42) for pressurizing fluid and discharging the pressurized fluid by reciprocating sliding of the piston (3) is provided on the cylinder head (1) side,
The outlet opening (42) is closed by the on-off valve ( 11) provided in the cylinder head (1) , and when a predetermined pressure is reached, the on-off valve (11) opens and the fluid configured to be discharged from the outlet opening (42) to the discharge channel ( 10) through the through hole (13) ,
The inclined curved surface (34) of the piston tip (32) is formed so as to decrease in diameter from the cylinder liner (2) side toward the cylinder head (1) side, and has a cross-sectional shape that protrudes from the inside to the outside. A piston pump characterized by being formed in the shape of R1 or in the shape of a ridge R2 from the outside to the inside.
(Claim 2)
The on-off valve is provided with a substantially truncated cone-shaped on-off valve protrusion that is formed to protrude from the outlet opening into the cavity and that expands in diameter from the cavity side toward the outlet opening side. and
2. The piston pump according to
(Claim 3)
The top surface of the tip of the piston is configured to reach the vicinity of the tip of the on-off valve projection in the region of the cavity when the reciprocating sliding of the piston pump is maximum. 2. A piston pump according to
本発明によれば、圧縮された流体の流れを阻害せず、圧力損失を抑えることができるピストンポンプを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the piston pump which can suppress the pressure loss without inhibiting the flow of the compressed fluid can be provided.
以下、本発明について好ましい実施の形態について説明する。
図1~3に基づいて、本発明のピストンポンプの好ましい形態を説明する。
Preferred embodiments of the present invention are described below.
A preferred embodiment of the piston pump of the present invention will be described on the basis of FIGS. 1 to 3. FIG.
図1は、本発明のピストンポンプのピストン行程において、ピストンが最下に位置している状態を示す図であり、図2は、本発明のピストンポンプのピストン行程において、ピストンが最上に位置している状態を示す図であり、図3は、本発明のピストンポンプのピストン行程において、流体の圧力が所定以上になり開閉弁が解放された状態を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a state in which the piston is positioned at the lowest position in the piston stroke of the piston pump of the present invention, and FIG. FIG. 3 is a diagram showing a state in which the on-off valve is released when the pressure of the fluid exceeds a predetermined value in the piston stroke of the piston pump of the present invention.
ピストンポンプは、吸入した低温流体を加圧して吐出させる圧縮機である。 A piston pump is a compressor that pressurizes and discharges a low-temperature fluid that has been taken in.
本発明のピストンポンプで用いられる低温流体は、液体あるいは気体を含む。液体は、例えば液化天然ガス(LNG)、液化石油ガス(LPG)、メタン、プロパン、ブタン等の液化ガスを含む。低温流体は、例えば、-120℃以下の液体燃料であることが好ましい。 Cryogenic fluids used in the piston pump of the present invention include liquids or gases. Liquids include, for example, liquefied natural gas (LNG), liquefied petroleum gas (LPG), liquefied gases such as methane, propane, butane, and the like. The cryogenic fluid is preferably liquid fuel at -120°C or lower, for example.
本発明のピストンポンプは、シリンダヘッド1、シリンダライナ2、ピストン3及びバルブヘッド4を有している。
The piston pump of the present invention has a
シリンダヘッド1は、加圧された流体を排出する排出流路10を備えている。排出流路10に沿って溝部10Aが形成されており、該溝部10Aにバネ12を介して開閉弁11が装着されている。開閉弁11は、加圧された流体を排出したり、遮断したりする機能を有する。ここで図1に示すように、開閉弁10の下面と、バルブヘッド4のシリンダヘッド1側の上面とが、平面でシールすることにより、後述するバルブヘッド4の空洞を密閉し、出口開口部からの流体が漏れるのを遮断している。
The
開閉弁11には、排出流路10と連通する貫通孔13が設けられている。
The on-off
3はピストンであり、シリンダライナ2内で往復摺動するように設けられている。ピストン3は、シリンダライナ2の内壁面と接するピストンリング31を備えたピストン本体30と、ピストン先端部32とから構成されている。
A
ピストン先端部32は、切頭状である頂面33と傾斜曲面34を有している。傾斜曲面34は、加圧された流体の排出方向に向かって縮径様に形成されている。
The
バルブヘッド4は、シリンダヘッド1とシリンダライナ2との間に設けられており、シリンダライナ2を往復摺動するピストン3のピストン先端部32の形状に対応する内壁面40を備える空洞41を有している。また、バルブヘッド4は、シリンダヘッド1との間に、空洞41内で加圧された流体を排出する出口開口部42が形成されている。
The
ここで、空洞41の出口開口部42側には、バルブヘッド4の強度のために、出口開口部42に向かって縮径する空間が形成されている。この空間は、流体の圧縮時に無駄なボリュームとなるため、ピストン3にピストン先端部32を設けることで、無駄を削減するように構成されている。
Here, on the side of the outlet opening 42 of the cavity 41 , a space whose diameter is reduced toward the
空洞41の出口開口部42側に形成された空間と、ピストン先端部32との間には、図2に示すように、ピストン先端部32が空間に入り込むときの圧縮時の流体の流れを阻害しないように隙間が形成される。
Between the space formed on the side of the outlet opening 42 of the cavity 41 and the
内壁面40は、傾斜曲面34に対応する形状になっている。例えば、内壁面40を、図4に示すような形状にすることができる。
The
図4は、空洞41の内壁面40の曲面形状を示す図であり、図4(A)は、一例であり、図4(B)は他の例である。
4A and 4B are diagrams showing the curved surface shape of the
図4(A)に示すように、内壁面40は、断面形状が、内側から外側に向かって凸条(R1)の形状に形成されている。
As shown in FIG. 4A, the cross-sectional shape of the
また、図4(B)に示すように、内壁面40の断面形状は、内側から外側に向かって凹条(R2)の形状に形成されてもよい。図4(B)に示す内壁面40の断面形状の場合には、ピストン先端部32の傾斜曲面も対応する形状になる。これにより、図4(A)の場合と同様の効果を得られる。
Further, as shown in FIG. 4B, the cross-sectional shape of the
図5は、図4(A)の場合の空洞の内壁面40とピストン先端部32の傾斜曲面34との関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the
図5に示すように、内壁面40の曲面形状に対応するように、ピストン先端部32の傾斜曲面34の形状が形成されている。
As shown in FIG. 5, the shape of the inclined
図5において、内壁面40と、ピストン先端部32の傾斜曲面34とが、流路の排出方向に向かって、上流側から、法線方向の間隔がδ1、δ2、δ3となっている。法線方向の間隔δ1、δ2、δ3は、略均一であることが好ましい。内壁面40と傾斜曲面34とが図示のような曲面形状であることによって、流体への加圧をスムーズにすることができると共に、加圧された流体を排出する際に、排出流路10へ向かう流路がなだらかに縮径される形状となるため、流体の圧力損失を軽減することができる。また、法線方向間隔が、δ1=δ2=δ3であることにより、流体への加圧をよりスムーズに行うことができる。
In FIG. 5, the
本実施形態において、開閉弁11がバネ12に押圧されている際には、出口開口部42は閉じており、バネ12による押圧力に対して、加圧された流体が開閉弁11を押圧する圧力が上回ると、開閉弁11は、開く方向に作動する。バルブヘッド4は、加圧された流体が出口開口部42から排出される際に、開閉弁11が開放され、出口開口部42から、加圧された流体が排出される。
In this embodiment, when the on-off
したがって、本実施形態では、バネ12による所定の押圧力に対して、加圧された流体が、所定の圧力に達すると、開閉弁11が開く方向に作動し、加圧された流体は、出口開口部42から、貫通孔13を介して、排出流路10へ排出される。
Therefore, in the present embodiment, when the pressurized fluid reaches a predetermined pressure against a predetermined pressing force of the
本実施形態においては、開閉弁11の先端には、出口開口部42を貫通し、空洞41に向かって突出する略円錐台形状の開閉弁突起部14が設けられていることが好ましい。
In the present embodiment, it is preferable that the opening/closing
開閉弁突起部14は、空洞41に向かって、略円錐台形状であることにより、開閉弁11が開放されると、出口開口部42と、開閉弁突起部14との間に流路が形成され、開閉弁突起部14が、流体のガイド機能を果たすことができる。
The on-off
図1~図3に基づいて、本発明のピストンポンプの作用を説明する。
まず、図1は、ピストン3によって、流体が加圧される前の状態である。この時、本発明のピストンポンプは、図示されない低圧液体燃料供給管に接続された燃料供給口5から、液体燃料が空洞41内に吸入される。
The operation of the piston pump of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.
First, FIG. 1 shows the state before the fluid is pressurized by the
次に、図2に示すように、空洞41内に吸入された流体をピストン3が開閉弁突起部14の先端近傍まで到達するように構成され、ピストン3、及びピストン先端部32によって、空洞41内の容積が小さくなり、流体を押圧する。これにより、流体は加圧される。
Next, as shown in FIG. 2, the
図1から図2の状態に移行する際、流体は、内壁面40と、傾斜側面34との間の空間が狭くなり、空洞41の出口開口部42側の縮径された空間に向かって移動する。本実施形態においては、流体の圧縮時に、外周から内周に向かって凸条(R1)となる形状の内壁面40と、内壁面40の形状に対応する形状の傾斜側面34とを有することにより、空洞部41の出口開口部42側の空間に至る流路がなだらかな流路となるため、流体の流れを阻害しない。この結果、圧縮時における流体の圧力の損失を低減することができる。
When transitioning from FIG. 1 to FIG. 2, the space between the
次に、図3に示すように、加圧された流体の圧力が、バネ12の押圧力を上回る圧力になると、出口開口部42を遮断していた開閉弁11が押し上げられ、出口開口部42が開放される。これにより、開放された出口開口部42から加圧された流体が排出され、開閉弁11の貫通孔13を介して、排出流路10へ排出される。
Next, as shown in FIG. 3, when the pressure of the pressurized fluid exceeds the pressing force of the
ここで、図3に示すように、開閉弁11が開口し、流体が排出された後、図1の状態に戻り次のサイクルの工程に移行する。
Here, as shown in FIG. 3, after the on-off
図1の状態に戻ると、開閉弁11が閉じると共に、ピストン3が下がる。つまり、燃料吸入口5からの流体を吸入するために、空洞41内では、流体の吸入圧力まで低下することになる。
When returning to the state of FIG. 1, the on-off
燃料供給口5から流体を吸入する圧力まで低下すると、開閉弁突起部14と、空洞41の出口開口部42側の空間との間に生じる隙間も同様に圧力が低下することになり、該隙間に残った加圧された流体がガス化し、ガス化した流体の体積が大きく膨張してしまう。
When the pressure drops to the level at which fluid is sucked from the
もし、開閉弁突起部14と、該空間との間に生じる隙間が大きすぎると、空洞41内にはガス化した燃料で充満してしまうため、次のサイクルで加圧するための燃料の吸入が阻害されてしまいポンプ効率が大きく損なわれてしまう。
If the gap between the on-off
本実施形態においては、図3に示すように、開閉弁11が開放されると、開閉弁11に設けられた開閉弁突起部14と空洞41の出口開口部42側の空間との間に生じた隙間が、加圧された流体のガイド流路となる機能を果たす程度の隙間であることが好ましい。また、図2に示すように、開閉弁突起部14と空洞41の出口開口部42側の空間との間に生じた隙間は、次のサイクル時に燃料供給口5からの流体の吸入を阻害しない程度の小さな隙間であることが好ましい。流体の排出時に、開閉弁突起部14と出口開口部42側の空間との間に生じる小さな隙間が、流体のガイド流路となる機能を備えることにより、流体に生じる圧力損失を抑えて、排出流路10へスムーズに排出することができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, when the on-off
また、本実施形態においては、ピストン先端部32の頂面33が、ピストン3の往復摺動が最大の際に、空洞41の領域を、開閉弁突起部14の先端近傍まで到達するように構成されているため、開閉弁突起部14と空洞41との間に生じる小さな隙間となる無駄な容積を極力小さくすることができる。
Further, in this embodiment, the
1 シリンダヘッド
10 排出流路
11 開閉弁
12 バネ
13 貫通孔
14 開閉弁突起部
2 シリンダライナ
3 ピストン
30 ピストン本体
31 ピストンリング
32 ピストン先端部
33 頂面
34 傾斜曲面
4 バルブヘッド
40 内壁面
41 空洞
42 出口開口部
5 燃料供給口
100 シリンダヘッド
200 シリンダライナ
300 ピストン
310 ピストン先端部
400 バルブヘッド
500 燃料供給口
1
Claims (3)
シリンダライナ(2)と、
前記シリンダライナ(2)内で往復摺動可能に構成されるピストン本体(30)と、頂面(33)と、傾斜曲面(34)とを有し、該頂面(33)が切頭状に形成されたピストン先端部(32)とを備えるピストン(3)とを有し、
前記シリンダヘッド(1)と、前記シリンダライナ(2)とが、バルブヘッド(4)を介して接合され、
前記バルブヘッド(4)は、前記ピストン(3)のピストン先端部(32)の傾斜曲面(34)の形状に対応する内壁面(40)を備える空洞(41)と、該空洞(41)のシリンダヘッド(1)側に、前記ピストン(3)の往復摺動によって、流体を加圧し、加圧された該流体を排出する出口開口部(42)とを備え、
前記出口開口部(42)は、前記シリンダヘッド(1)に設けられた前記開閉弁(11)により閉塞されており、所定の圧力に達すると、前記開閉弁(11)が開き、流体が、前記出口開口部(42)から、前記貫通孔(13)を介して、前記排出流路(10)へ排出されるように構成され、
前記ピストン先端部(32)の傾斜曲面(34)は、シリンダライナ(2)側からシリンダヘッド(1)側に向かって、縮径に形成され、且つ、断面形状が、内側から外側に凸条R1、又は、外側から内側に凸条R2の形状に形成されていることを特徴とするピストンポンプ。 a cylinder head (1) provided with a discharge channel (10) for discharging a fluid and provided with an on-off valve (11) having a through hole (13) communicating with the discharge channel ( 10 );
a cylinder liner (2) ;
It has a piston body (30) configured to be reciprocally slidable in the cylinder liner (2) , a top surface (33) , and an inclined curved surface (34) , the top surface (33) being truncated. a piston (3) comprising a piston tip (32) formed in
The cylinder head (1) and the cylinder liner (2) are joined via a valve head (4) ,
The valve head (4) includes a cavity (41) having an inner wall surface (40) corresponding to the shape of the inclined curved surface (34) of the piston tip (32) of the piston (3) , and An outlet opening (42) for pressurizing fluid and discharging the pressurized fluid by reciprocating sliding of the piston (3) is provided on the cylinder head (1) side,
The outlet opening (42) is closed by the on-off valve ( 11) provided in the cylinder head (1) , and when a predetermined pressure is reached, the on-off valve (11) opens and the fluid configured to be discharged from the outlet opening (42) to the discharge channel ( 10) through the through hole (13) ,
The inclined curved surface (34) of the piston tip (32) is formed so as to decrease in diameter from the cylinder liner (2) side toward the cylinder head (1) side, and has a cross-sectional shape that protrudes from the inside to the outside. A piston pump characterized by being formed in the shape of R1 or in the shape of a ridge R2 from the outside to the inside.
前記開閉弁突起部は、開閉弁が開口した際に、出口開口部との間で、流体の流れのガイド機能を果たすように構成されていることを特徴とする請求項1記載のピストンポンプ。 The on-off valve is provided with a substantially truncated cone-shaped on-off valve protrusion that is formed to protrude from the outlet opening into the cavity and that expands in diameter from the cavity side toward the outlet opening side. and
2. The piston pump according to claim 1, wherein the on-off valve protrusion is configured to perform a fluid flow guide function between itself and an outlet opening when the on-off valve is opened.
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