JP7492255B2 - 液体圧送装置 - Google Patents

Description

本願に係る液体圧送装置は、流入した流体の水位に応じて浮上するフロート弁体を有し、フロート弁体の浮上によって排出口を開放し、高圧に基づいて流体を排出する液体圧送装置の構成の技術に関する。

たとえば産業プラントでは、各種装置の熱源として蒸気を使用することがあり、この蒸気使用装置からは高温のドレンが発生する。そして、この高温のドレンをボイラー等の再利用箇所に移送するため、ドレンの配管上に液体圧送装置が設けられている。

液体圧送装置としては、弁室にフロートを内蔵したものがある。この液体圧送装置は、弁室に流入したドレンの水位に応じてフロートが浮上することによって弁室底部に形成されたオリフィスを開放すると共に、弁室に高圧の蒸気が流入する。そして、この高圧蒸気の圧力によってオリフィスから自動的にドレンを押し出して排出し、再利用箇所に向けて圧送する。

液体圧送装置としては、後記特許文献１に開示されている技術がある。この液体圧送装置1の液体溜空間10内にはフロート3が設けられており、このフロート3は底部の排液弁座31に着座して排液弁口32を閉塞している。また、第1及び第2切替え弁4a、4bは、第1及び第2給気弁口20a、20bを閉塞している状態に位置しており、第1及び第2排気弁口21a、21bは開放されている。

ドレンが圧送液体流入口16から液体圧送装置1に流入した場合、ドレンは液体溜空間10内に滞留し、これによってフロート3が浮上して排液弁口32を開放する。ドレンの滞留によってフロート3が更に浮上すると、連結筒33の上端上面が連結筒受け56の下面に当接して昇降棒51を上動させ、第1及び第2ばね受け54a、54bが上昇する。これに従い、第1及び第2コイルバネ52a、52bの押圧力によって、第1及び第2切替え弁4a、4bが下方向に向かってスナップ移動し、第1及び第2給気弁口20a、20bが開放されると共に第1及び第2排気弁口21a、21bが閉塞される。

第1及び第2給気弁口20a、20bの開放によって、密閉容器2内に高圧蒸気が流入して内部の圧力が上昇する。そして、液体溜空間10に滞留したドレンは、この蒸気圧に押されて排液弁口32から圧送液体排出口17を通って排出される。

ドレンを排出した結果、復水溜空間10内の水位が低下してフロート3が下降すると、連結筒33の上端下面が連結筒受け57の上面に当接して昇降棒51を下動させ、第1及び第2ばね受け54a、54bが下降し、第1及び第2切替え弁4a、4bが上方向に向かってスナップ移動して、第1及び第2給気弁口20a、20bを閉塞すると共に第1及び第2排気弁口21a、21bを開放する。

特開2012-241815号公報

しかし、前述の特許文献１に開示された技術においては、排液弁座31に着座するフロート3の接触箇所が常に同じであるため、作動回数が多くなるとフロート3の接触箇所が摩耗する場合がある。フロート3が摩耗すると排液弁口32の閉塞が不十分になり、液体圧送装置の耐久性が低下する虞がある。また、オリフィスとしての排液弁口32が単一で弁口が小径であるため、ドレンの排出を迅速、的確に行うことができない可能性がある。

そこで本願に係る液体圧送装置は、耐久性に優れ、流体の排出を迅速かつ的確に行うことができる液体圧送装置を提供することを目的とする。

本願に係る液体圧送装置は、
液体が流入する流入口、及び液体が流出する流出口が形成された本体であって、当該流入口及び当該流出口に連通した弁室空間を有する本体、
本体に形成され、弁室空間と流出口を連通させる排出穴、
弁室空間に上昇又は下降が自在に配置されたフロート弁体であって、流入した液体の液体量に応じて所定の上下動方向に移動することによって、排出穴を開放する開弁状態及び排出穴を閉塞する閉弁状態の間を往復的に変位可能なフロート弁体、
フロート弁体が上昇して圧送状態に達したとき、弁室空間を高圧にする高圧手段、
を備えた液体圧送装置において、
本体には、複数の排出穴が形成されており、
フロート弁体の中心には中心空間が形成されており、
弁室空間には、フロート弁体が移動する上下動方向に沿って支持部材が設けられており、
支持部材がフロート弁体の中心空間に挿入されていることによって、フロート弁体は支持部材を中心に回動可能に支持されている、
ことを特徴とする。

本願に係る液体圧送装置においては、フロート弁体の中心には中心空間が形成されており、弁室空間には、フロート弁体が移動する上下動方向に沿って支持部材が設けられている。そして、支持部材がフロート弁体の中心空間に挿入されていることによって、フロート弁体は支持部材を中心に回動可能に支持されている。

すなわち、フロート弁体が上昇又は下降して変位する際、フロート弁体は支持部材を中心として回動方向にも変位可能である。このため、流出口を閉塞するフロート弁体の接触箇所が変化し、フロート弁体の摩耗を回避することができる。したがって、耐久性に優れた液体圧送装置を得ることができる。

また、本体には複数の排出穴が形成されている。このため、フロート弁体が排出穴を開放したとき、複数の排出穴から流体を流出させることができる。したがって、流体の排出を迅速かつ的確に行うことができる。

本願に係る液体圧送装置の第１の実施形態であるドレン圧送装置1の一部断面図であり、図４に示すI-I方向の矢視一部断面図である。 図１に示すドレン圧送装置1の弁穴2c近傍の拡大断面図である。 図１に示すドレン圧送装置1の蒸気入口73及び蒸気出口74近傍の拡大断面図である。 図１に示す環状弁座15の平面を示す図である。 図１に示すV-V方向の矢視断面図である。 本願に係る液体圧送装置の第2の実施形態における環状弁座15の平面を示す図である。 本願に係る液体圧送装置の第3の実施形態における環状弁座15の平面を示す図である。 本願に係る液体圧送装置の第4の実施形態における環状弁座15の平面を示す図である。

［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液体圧送装置の下記の要素に対応している。

ドレン圧送装置1・・・液体圧送装置
弁穴2a、2b、2c、2d、22a、22b、22c、22d、22e、22f、22g、22h、32a、32b、32c、32d、42a、42b・・・排出穴
フロート3・・・フロート弁体
フロート貫通空間3a・・・中心空間
支持バー4・・・支持部材
弁室10・・・弁室空間
ボディー11・・・本体
連結バー61、連結ブロック62、開閉バー63、下部切替弁64、上部切替弁65及びコイルバネ66・・・高圧手段
ドレン入口71・・・流入口
ドレン出口72・・・流出口
矢印98、99方向・・・上下動方向
ドレン・・・液体

［第１の実施形態］
本願に係る液体圧送装置の第１の実施形態であるドレン圧送装置を説明する。産業プラントには、ボイラーで生成された蒸気を供給先に向けて高温・高圧で移送する配管系統が設置されていることがある。

この配管内で蒸気が液化すると高温のドレン（蒸気の凝縮水）が発生して滞留し、蒸気の移送の障害になる。このため、配管系等の随所に多数のスチームトラップが設けられており、配管内に滞留したドレンはスチームトラップによって自動的に排出される。排出された高温のドレンは集中的に回収され、再利用先に向けてさらに移送される。このドレンを再利用先に向けて圧送するのがドレン圧送装置である。

（ドレン圧送装置1の構成の説明）
図1に、本実施形態におけるドレン圧送装置1の全体構成を示す。ドレン圧送装置1のボディー11内の空間は弁室10として構成され、この弁室10に連通するドレン入口71がボディー11に形成されている。ドレン入口71を通じてドレンが矢印91方向に沿って弁室10に流入する。

ボディー11のボディー底部12の内側には、環状弁座15がボディー底部12と一体的に設けられている。図4に示すように、環状弁座15には鉛直方向（図１に示す矢印98、99方向）に沿って4か所に弁穴2a、2b、2c、2dが形成されている。弁穴2a、2b、2c、2dは、環状弁座15の円周上で等間隔をもって点対称に配置されている。

図１に示すように、ボディー11のボディー底部12の外側にはドレン流出路13が設けられており、端部の開口はドレン出口72として構成される。そして、ドレン流出路13には弁穴2a、2b、2c、2dがそれぞれ連通しており、弁室10内のドレンが弁穴2a、2b、2c、2dからドレン流出路13を通過しドレン出口72から排出可能になっている。

弁室10内には、中空部材で構成されたフロート3が配置されている。このフロート3は、中心部に直線的なフロート貫通空間3aが形成され、ドーナツ形状を備えている。

ボディー底部12の環状弁座15の中心部には、中央起立部16が設けられている。この中央起立部16の中央には凹部が形成されており、この凹部に支持バー4の一端が勘合されて固定されている。支持バー4の他端はボディー11の天井面に固定され、支持バー4は弁室10内において鉛直方向に沿って起立している。

そして、支持バー4は、フロート3のフロート貫通空間3aを貫通して、弁室10内でフロート3を支持している。支持バー4の断面径は、フロート貫通空間3aの内径よりも小さく構成されており、フロート3は支持バー4に沿って矢印98、99方向に往復的に変位自在である。

通常時においては、フロート3は自重によって環状弁座15に着座している。この場合、フロート3の底部の外周曲面は、弁穴2a、2b、2c、2dを塞いでいる。図2に示すように、環状弁座15上面の弁座面15aは、環状弁座15の全周にわたって中心部が凹んだ形状で湾曲している。

すなわち、環状弁座15の仮想平坦面15xから、中心部において最大長さa1だけ凹んで湾曲しており、この湾曲した弁座面15aはフロート3の底部の外周曲面に対応している。したがって、環状弁座15に着座したフロート3は、弁座面15aに隙間なく密着して当接し、確実に弁穴2a、2b、2c、2dを閉塞する。

なお、ドレン入口71は図５に示すように、平面図において斜め方向に向けて形成されている。このため、ドレン入口71から流入するドレンは、フロート3が支持バー4を中心に矢印95方向に向けて回動するよう、フロート3に接触圧を加える。

図１に示すように、ボディー11の上部側面には蒸気入口73が形成されており、ボディー11の天井面には蒸気出口74が形成されている。そして、図３に示すように蒸気入口73には連続的に蒸気入口流路68が形成されており、蒸気入口流路68の天井面には弁室10に連通する下部弁孔68aが形成されている。

また、蒸気出口74の下方には中間壁69が位置しており、この中間壁69には貫通孔が形成されている。そして、中間壁69の下方には中間室67が位置しており、この中間室67の底面には弁室10に連通する上部弁孔67aが形成されている。

上部弁孔67a及び下部弁孔68aには、開閉バー63が貫通した状態で配置されている。そして、開閉バー63の下端は蒸気入口流路68の底面に形成された穴部68bに挿入されて支持され、上端は中間壁69に形成された貫通孔を貫通して支持されている。開閉バー63は鉛直方向（矢印98、99方向）に沿って往復移動自在である。

開閉バー63の上端部には、軸線に沿った縦流路63a、及び軸線に直行する方向に沿った横流路63bが形成されている。これら縦流路63aと横流路63bとは、開閉バー63内において互いに連通している。そして、中間室67内の蒸気は横流路63b及び縦流路63a を通過し、開閉バー63の先端から矢印94方向に沿って流出可能である。

開閉バー63には、下部切替弁64及び上部切替弁65が固定されている。これら下部切替弁64及び上部切替弁65は図において断面ではなく側面図として表されている。下部切替弁64及び上部切替弁65は、図１及び図３に示すように略円錐型の椀形状を有しており、それぞれ図示する状態において下部弁孔68a及び上部弁孔67a を閉塞している。なお、中間室67の天井面と上部切替弁65との間にはコイルバネ66が取り付けられており、開閉バー63を常時下方である矢印99方向に向けて付勢している。

開閉バー63には、下部切替弁64と上部切替弁65との間に連結ブロック62が固定されており、この連結ブロック62にはさらに連結バー61の一端が固定されている。図１に示すように、連結バー61の他端には連結穴61aが形成されており、この連結穴61aを支持バー4が貫通する状態で保持されている。

連結穴61aの内径は支持バー4の断面径よりもやや大きく形成されており、連結バー61は支持バー4に沿って矢印98、99方向に往復的に移動可能である。連結バー61は、連結ブロック62を介して開閉バー63に固定されているため、連結バー61と開閉バー63とは一体となって矢印98、99方向に移動する。

（ドレン圧送装置1の動作の説明）
次に、ドレン圧送装置1の動作を説明する。上述のように通常時においては、フロート3は自重によって環状弁座15に着座し、フロート3が環状弁座15に形成された弁穴2a、2b、2c、2dを閉塞している（閉弁状態）。

この状態から、ドレン入口71を通じて弁室10内にドレンが流入した場合、弁室10内に滞留するドレンの水位に従ってフロート3は浮上し、弁穴2a、2b、2c、2dを開放する（開弁状態）。この時点では、排出経路にドレンが充満しているためドレンは排出されない。

そして、ドレン入口71から引き続きドレンが流入すると、フロート3はさらに浮上し、フロート3の上面が連結バー61を押し上げる（圧送状態）。これによって、連結バー61と一体的に構成されている開閉バー63もコイルバネ66を圧縮しながら矢印98方向に上昇し、下部切替弁64が下部弁孔68aを開放する。なお、開閉バー63に固定されている連結ブロック62がボディー11の天井面に当接することによって、開閉バー63の上昇は限界位置に達する。

下部弁孔68aが開放されたことによって、蒸気入口73から高圧の蒸気が蒸気入口流路68、下部弁孔68aを通って弁室10内に矢印93方向に流入する。これによって、弁室10内に滞留しているドレンは流入した蒸気の高圧を受けて弁穴2a、2b、2c、2dから押し出され、ドレン流出路13及びドレン出口72を矢印92方向に通過して圧送される。本実施形態においては、4つの弁穴2a、2b、2c、2dからドレンを排出することができるため、ドレンの排出を迅速かつ的確に行うことができる。

なお、開閉バー63が矢印98方向に上昇したことによって、開閉バー63の上端部に形成された横流路63b（図３参照）は中間壁69内に収まって閉塞される。このため、弁室10内の高圧の蒸気が蒸気出口74から漏洩することはない。

弁室10内のドレンが排出され、ドレンの水位が低下したことによってフロート3は下降し、開閉バー63もコイルバネ66の付勢を受けて下降して、再びフロート3は環状弁座15に着座して弁穴2a、2b、2c、2dを閉塞し、図１に示す状態に復位する。なお、開閉バー63が下降する過程で横流路63bが中間壁69から抜け出して開放され、弁室10内の高圧の蒸気は蒸気出口74から矢印94方向に排出される。

ところで、上述のように、ドレン入口71が斜め方向に形成されているため（図５）、流入するドレンによってフロート3は支持バー4を中心に矢印95方向に向けて回動する。本実施形態においては、ドレンは自重によってドレン入口71から流入し、この接触圧を受けるフロート3は、特に環状弁座15から浮き上がった状態で不規則的かつ断続的に回動する。

このため、環状弁座15に着座した際、弁穴2a、2b、2c、2dを閉塞するフロート3底部の外周曲面の箇所もその都度切り替わり、フロート3の摩耗を回避することができる。したがって、ドレン圧送装置1の耐久性を高めることができる。

［第２の実施形態］
次に、本願に係る液体圧送装置の第２の実施形態を図６に基づいて説明する。図６は、本実施形態における環状弁座15の平面を示す図であり、第１の実施形態における図４に相当する図である。

本実施形態においては、環状弁座15に8つの弁穴22a、22b、22c、22d、22e、22f、22g、22hが形成されている。これらの弁穴22a、22b、22c、22d、22e、22f、22g、22hは、環状弁座15の円周上で等間隔をもって点対称に配置されている。より多くの弁穴が形成されていることによって、ドレンの排出をさらに迅速かつ的確に行うことができる。その他の構成、動作は第1の実施形態におけるドレン圧送装置1と同様である。

［第３の実施形態］
本願に係る液体圧送装置の第３の実施形態を図７に基づいて説明する。図７は、本実施形態における環状弁座15の平面を示す図であり、第１の実施形態における図４に相当する図である。

本実施形態においては、環状弁座15に4つの弁穴32a、32b、32c、32dが形成されており、これらの弁穴32a、32b、32c、32dは、環状弁座15の円周上で等間隔をもって点対称に配置されている。

本実施形態においては、環状弁座15の円周方向における各弁穴32a、32b、32c、32dの長さa3は、環状弁座15の中心線方向における弁穴32a、32b、32c、32dの幅よりも長く形成されている。本実施形態では、各弁穴32a、32b、32c、32dの円周方向における長さa3は、環状弁座15の円の全周長さの約16分の3の長さに構成されている。

各弁穴32a、32b、32c、32dの円周方向における長さa3が長く形成されていることによって、弁穴が円形状に構成されている場合に比べ、少ない数の弁穴でより多くの流量のドレンを排出することができる。その他の構成、動作は第1の実施形態におけるドレン圧送装置1と同様である。

［第４の実施形態］
本願に係る液体圧送装置の第４の実施形態を図８に基づいて説明する。図８は、本実施形態における環状弁座15の平面を示す図であり、第１の実施形態における図４に相当する図である。

本実施形態においては、環状弁座15に2つの弁穴42a、42bが形成されており、これらの弁穴42a、42bは、環状弁座15の円周上で等間隔をもって点対称に配置されている。

本実施形態においては、環状弁座15の円周方向における各弁穴42a、42bの長さa4は、環状弁座15の中心線方向における弁穴42a、42b の幅よりも長く、かつ第3の実施形態における長さa3よりも長く形成されている。本実施形態では、各弁穴42a、42bの円周方向における長さa4は、環状弁座15の円の全周長さの約16分の7の長さに構成されている。

各弁穴42a、42bの円周方向における長さa4を、第3の実施形態における長さa3よりも長く形成ことによって、より多くの流量のドレンを排出することができる。その他の構成、動作は第1の実施形態におけるドレン圧送装置1と同様である。

［その他の実施形態］
前述の各実施形態においては、液体圧送装置として蒸気移送のための配管系統に設置されるドレン圧送装置1を例示したが、他の装置に本願に係る液体圧送装置を適用してもよい。

また、フロート弁体として、中空部材で構成され、中心部に直線的なフロート貫通空間3aが形成されたドーナツ形状のフロート3を示したが、他の構造、形状のフロートを採用することもできる。たとえば中空でない部材で構成されたフロートを用いてもよい。また、フロート弁体の中心に形成された中心空間として貫通穴であるフロート貫通空間3aを例示したが、貫通穴ではなく支持バー4（支持部材）が挿入される凹部を中心空間として設けることもできる。

さらに、前述の各実施形態においては、複数の排出穴として、弁穴2a、2b、2c、2d、弁穴22a、22b、22c、22d、22e、22f、22g、22h、弁穴32a、32b、32c、32d、又は弁穴42a、42bを例示したが、これらに限定されるものではなく、他の構造、形状のものを採用してもよい。たとえば、前述の各実施形態における弁穴は等間隔をもって点対称に配置されていたが、弁穴（排出穴）が等間隔をもって配置されていれば、必ずしも点対称に配置されている必要はない。さらに、弁穴（排出穴）を等間隔ではなく不均等に配置してもよい。

1：ドレン圧送装置 2a、2b、2c、2d、22a、22b、22c、22d、22e、22f、22g、22h、32a、32b、32c、32d、42a、42b：弁穴 3：フロート 3a：フロート貫通空間
4：支持バー 10：弁室 11：ボディー 61：連結バー 62：連結ブロック
63：開閉バー 64：下部切替弁 65：上部切替弁 66：コイルバネ
71：ドレン入口 72：ドレン出口

Claims (3)

1. 液体が流入する流入口、及び液体が流出する流出口が形成された本体であって、当該流入口及び当該流出口に連通した弁室空間を有する本体、
   本体に形成され、弁室空間と流出口を連通させる排出穴、
   弁室空間に上昇又は下降が自在に配置されたフロート弁体であって、流入した液体の液体量に応じて所定の上下動方向に移動することによって、排出穴を開放する開弁状態及び排出穴を閉塞する閉弁状態の間を往復的に変位可能なフロート弁体、
   フロート弁体が上昇して圧送状態に達したとき、弁室空間を高圧にする高圧手段、
   を備えた液体圧送装置において、
   本体には、複数の排出穴が形成されており、
   フロート弁体の中心には中心空間が形成されており、
   弁室空間には、フロート弁体が移動する上下動方向に沿って支持部材が設けられており、
   支持部材がフロート弁体の中心空間に挿入されていることによって、フロート弁体は支持部材を中心に回動可能に支持されている、
   ことを特徴とする液体圧送装置。
2. 請求項１に係る液体圧送装置において、
   排出穴を閉塞するフロート弁体の外周面は曲面であり、
   フロート弁体の外周面が当接する排出穴の周辺は、フロート弁体の外周面の曲面に対応して湾曲した形状を備えている、
   ことを特徴とする液体圧送装置。
3. 請求項１又は請求項２に係る液体圧送装置において、
   流入口は、フロート弁体が支持部材を中心に回動するように、フロート弁体に向けて液体を流入させる、
   ことを特徴とする液体圧送装置。
   
   

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