JP2010151153A - 逆止弁 - Google Patents

Abstract

【課題】導出孔の壁面における流体の剥離の発止を抑制し、流体の圧力損失を低減することができる逆止弁を提供する。
【解決手段】本発明の逆止弁１は、弁座２と弁受け３との間の隙間Ｓに弁板４を備え、弁座２側から弁受け３側へ流体を流通させ、弁受け３側から弁座２側への流体の流通を弁板４によって遮断する逆止弁であって、弁座２は流体の導入孔２ｂを複数有し、弁受け３は導入孔２ｂと連通する導出孔３ｃ、３ｄ、３ｅを各々複数有し、導出孔３ｃ、３ｄ、３ｅは導入孔２ｂから流入する流体量に応じた大きさで形成されるという構成を採用する。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体を一方向に流通させ逆方向での流体の流通を遮断する逆止弁に関する。

従来から、圧縮機等の吸入口及び吐出口に設けられ、上記圧縮機等の吸入・吐出弁として用いられる逆止弁が知られている。該逆止弁は、弁座と弁受けとの間の隙間に弁板を備え、弁座側から弁受け側へ流体を流通させ、弁受け側から弁座側への流体の流通を弁板によって遮断するものである。また、上記圧縮機は、例えば液化天然ガス（ＬＮＧ）等を貯蔵するための貯蔵タンク等で使用されている。
ここで、特許文献１には、逆止弁が開示されている。

弁座に設けられている孔部（導入孔）に流入した流体は、弁受け側に向かって流通し、弁座と弁受けとの間の隙間において弁板を弁受け側に付勢する。弁板はその中央部分に板バネを有しているため、上記付勢力により弁受け側に変位し、弁座と弁板との間の隙間は拡大する。流体は、拡大した上記隙間の間を通り、弁板に設けられている貫通孔に流入する。弁受けに設けられている孔部（導出孔）は、貫通孔と弁板の面方向に関して略同一の位置に設けられているため、流体は導出孔に流入する。そして、流体は、導出孔の弁座と逆側の開口部から流出する。
一方、弁受けに設けられている導出孔に流入した流体は、弁板を弁座側に変位させ、弁板を弁座に当接させる。ここで、弁座の導入孔と弁板の貫通孔とは上記面方向に関して重なり合う部分がないため、弁板によって導入孔の開口部は遮蔽される。したがって、流体の流通を弁板によって遮断することができる。
特開２００２−８１３８０号公報（第６頁、第１図）

ところで、流体の流通に関して、流路が折れ曲がっている箇所や流路が拡大している箇所では、流路の壁面において流体の剥離が生じる場合がある。剥離は流体の圧力が低くなっている箇所であり、剥離が生じることにより流体の圧力損失が大きくなる。

ここで、弁受けの導出孔は、弁座側から弁座の逆側に向かって次第に拡大している。弁板が設置されている箇所の流路は狭いため、流体の流速は上昇する。そして、上昇した流速のまま流体は導出孔に流入するのであるが、拡大する導出孔の壁面に流体が即座に沿って流通することは難しいため、上記壁面において流体の剥離が生じていた。
また、一部の導出孔は導入孔から流入する流体量が他の導出孔に比べて少なく、流体量が減少することで流体が導出孔の壁面に沿って流通することがさらに難しくなるため、上記一部の導出孔では大きな剥離が生じていた。
したがって、特許文献１に示す逆止弁には、上記剥離が発生することで流体の圧力損失が大きくなるという問題があった。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、導出孔の壁面における流体の剥離を抑制し、流体の圧力損失を低減することができる逆止弁を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の逆止弁は、弁座と弁受けとの間の隙間に弁板を備え、弁座側から弁受け側へ流体を流通させ、弁受け側から弁座側への流体の流通を弁板によって遮断する逆止弁であって、弁座は流体の導入孔を複数有し、弁受けは導入孔と連通する導出孔を複数有し、導出孔は導入孔から流入する流体量に応じた大きさで形成されるという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、導出孔は導入孔から流入する流体量に応じた大きさで形成されているため、いずれの導出孔においても導出孔に対して流体量が少なすぎるということがなく、流体は導出孔の壁面に沿いつつ流通することができる。

また、本発明の逆止弁は、導出孔は、弁板の面方向に関して隣り合う導入孔の間に設けられる複数の第１導出孔と、該第１導出孔に隣接して設けられる複数の第２導出孔とを備え、第２導出孔は第１導出孔よりも小さく形成されるという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、第１導出孔には直近の２つの導入孔から流体が流入し、第２導出孔には直近の１つの導入孔から流体が流入するため、第２導出孔に流入する流体量は第１導出孔に比べて少ない。しかし、本発明では、第２導出孔は第１導出孔よりも小さく形成されているため、第２導出孔内を流通する流体量が少なすぎるということはなく、流体は第２導出孔の壁面に沿いつつ流通することができる。

また、本発明の逆止弁は、弁座及び弁受けは略円柱状を呈し、導入孔及び導出孔は径方向で間隔を空けてそれぞれ複数並んで設けられ、第２導出孔の径方向での幅は第１導出孔の径方向での幅の略２分の１であるという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、第２導出孔に流入する流体量は第１導出孔に比べて少ないのであるが、第２導出孔の上記径方向での幅は第１導出孔の上記径方向での幅の略２分の１であるため、第２導出孔内を流通する流体量が少なすぎるということはなく、流体は第２導出孔の壁面に沿いつつ流通することができる。

本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明によれば、逆止弁における導出孔の壁面から流体が剥離することを抑制することができる。また、本発明によれば、逆止弁を流通する流体の圧力損失を低減することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態に係る逆止弁１を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る逆止弁１の全体構成を示す斜視図、図２は、本実施形態に係る逆止弁１の一部断面図、図３は、本実施形態におけるプレート４及びスピンドル５の側面図、図４は、本実施形態におけるプレート４の平面図であり、（ａ）はバルブプレート４１の平面図、（ｂ）はバッキングプレート４２の平面図である。なお、上記図面中では、説明のために各構成要素の縮尺を適宜変更して記載している。

本実施形態に係る逆止弁１は、圧縮機等の吸入口及び吐出口に設けられ、上記圧縮機等の吸入・吐出弁として用いられる逆止弁である。
図１及び図２に示すように、逆止弁１は、略円柱状を呈するシート（弁座）２と、シート２に接して設けられ略円柱状を呈するガイド（弁受け）３と、シート２とガイド３との間の隙間Ｓに設けられる板状のプレート（弁板）４と、棒状を呈するスピンドル５とを有している。

シート２とガイド３とは、それぞれの径が略等しく形成され、軸方向で互いに重なって配置されている。
シート２におけるガイド３側の面部２ａ及び面部２ａに対向するガイド３の外周縁部３ａは、いずれも平面に形成され、面部２ａと外周縁部３ａとは隙間無く密着している。

シート２は、シート２を軸方向で貫通し面部２ａに開口する孔部である複数の導入孔２ｂを有している。導入孔２ｂは、径方向及び周方向で複数形成され、各々の導入孔２ｂは周方向に延びた形状を呈している。

ガイド３における第２外周縁部３ａの径方向内側には、凹部３ｂが形成されている。凹部３ｂの面部２ａに対向する面は、略平面に形成されている。面部２ａと凹部３ｂとの間には隙間Ｓが形成されている。

ガイド３は、ガイド３を軸方向で貫通し凹部３ｂに開口する孔部である内側導出孔（第２導出孔）３ｃ、中央導出孔（第１導出孔）３ｄ及び外側導出孔（第２導出孔）３ｅをそれぞれ複数有している。内側導出孔３ｃ、中央導出孔３ｄ及び外側導出孔３ｅの径は、いずれもシート２側から逆側に向かうに従って漸次拡大している。

中央導出孔３ｄは、径方向及び周方向で複数形成され、径方向に関して隣り合う導入孔２ｂの略中間に各々位置している。
内側導出孔３ｃは、中央導出孔３ｄの径方向内側に隣接しており、周方向で複数形成されている。各々の内側導出孔３ｃの径方向での幅は、中央導出孔３ｄの径方向での幅の略２分の１である。
外側導出孔３ｅは、中央導出孔３ｄの径方向外側に隣接しており、周方向で複数形成されている。各々の外側導出孔３ｅの径方向での幅は、中央導出孔３ｄの径方向での幅の略２分の１である。

プレート４は、円板状に形成されており（図４参照）、隙間Ｓ内に設置されている。
プレート４は、厚さ方向で貫通する複数の貫通孔４ａを有している。貫通孔４ａは、内側導出孔３ｃ、中央導出孔３ｄ及び外側導出孔３ｅに対向する位置にそれぞれ配置され、それぞれの上記導出孔３ｃ、３ｄ、３ｅの隙間Ｓへの開口部と略同一の形状で形成されている。一方、導入孔２ｂには、プレート４の対向面４ｂが対向している。

スピンドル５の一端部には雄ネジ部５ａが形成され、雄ネジ部５ａはガイド３の中心部に軸方向で形成された雌ネジ部３ｆに螺合している。スピンドル５の上記一端部はガイド３のシート２と逆側の面と略面一となり、他端部はシート２のガイド３と逆側の面から突出している。
また、スピンドル５の略中央部には第２雄ネジ部５ｂが形成されており、第２雄ネジ部５ｂにはナット６が螺合している。ナット６を締め付けることにより、ナット６及びガイド３は、スピンドル５及びワッシャー７を介してシート２を挟持している。したがって、シート２とガイド３とは、一体的に接続され固定されている。

図３に示すように、プレート４の中央部に形成された孔部４ｃには、スピンドル５が貫通して一体的に接続されている。
プレート４は、バルブプレート４１と、バッキングプレート４２とを有している。バルブプレート４１及びバッキングプレート４２は、それぞれ円板状に形成されており、軸方向で互いに重なって設置されている。なお、バルブプレート４１が、シート２側に配置されている。

図４に示すように、バルブプレート４１及びバッキングプレート４２の中央部４ｄの径方向外側には、プレート４が軸方向で変位するための一対のバネ部４ｅが形成されている。バネ部４ｅは、周方向に延びる帯板状を呈しており、プレート４が流体から付勢されることにより軸方向で変位できるような弾性係数で形成されている。
なお、バルブプレート４１は、シート２とのシール性を高めるために一定の柔軟性を有する材料で形成され、バッキングプレート４２は、強度の高い材質で形成されている。

続いて、本実施形態に係る逆止弁１の動作及び逆止弁１内を流通する流体の挙動について、図５を参照して説明する。
図５は、本実施形態に係る逆止弁１内を流通する流体の挙動を示す概略図である。

最初に、流体が逆止弁１内を流通する動作について説明する。
まず、図５に示すように、流体が矢印Ｆの方向で流通する場合を説明する。
流体の流通が停止している場合は、プレート４は、バネ部４ｅの働きにより隙間Ｓの軸方向での略中央に位置している（図２参照）。

ここで、流体が導入孔２ｂのガイド３と逆側の開口部から流入すると、流体は導入孔２ｂ内を矢印Ｆの方向で流通し、プレート４の対向面４ｂに当たる。そして、流体は対向面４ｂをガイド３側に付勢するため、プレート４はガイド３側に変位しガイド３における凹部３ｂの面部２ａに対向する面に当接する。
流体は、対向面４ｂに当たると紙面左右の２方向に分かれ、面部２ａと対向面４ｂとの間を流通する。そして、流体はプレート４の貫通孔４ａに流入し、次いでガイド３の内側導出孔３ｃ、中央導出孔３ｄ又は外側導出孔３ｅ内に流入する。最終的に、流体は上記導出孔３ｃ、３ｄ、３ｅのシート２と逆側の開口部から流出する。

なお、中央導出孔３ｄは、径方向で隣り合う導入孔２ｂの略中間に位置しているので、中央導出孔３ｄには直近の２つの導入孔２ｂから流体が流入する。
一方、内側導出孔３ｃ及び外側導出孔３ｅは中央導出孔３ｄに隣接しているために、内側導出孔３ｃ又は外側導出孔３ｅには直近の１つの導入孔２ｂから流体が流入するのみである。
したがって、内側導出孔３ｃ又は外側導出孔３ｅ内を流通する流体量は、中央導出孔３ｄ内を流通する流体量の略２分の１となる。

ここで、本実施形態では、内側導出孔３ｃ及び外側導出孔３ｅの径方向での幅は、中央導出孔３ｄの径方向での幅の略２分の１であるため、上記導出孔３ｃ、３ｄ、３ｅはいずれも流通する流体量に応じた大きさで形成されている。これにより、流体が上記導出孔３ｃ、３ｄ、３ｅの壁面に沿いつつ流通しやすくなるため、上記壁面において発生する流体の剥離を抑制することができる。
以上で、流体の矢印Ｆの方向での流通が終了する。

次に、流体が矢印Ｆと逆の方向で流通する場合の逆止弁１の遮断動作を説明する。
流体の流通が停止している場合は、プレート４は、バネ部４ｅの働きにより隙間Ｓの軸方向での略中央に位置している（図２参照）。

ここで、流体が内側導出孔３ｃ、中央導出孔３ｄ又は外側導出孔３ｅのシート２と逆側の開口部から流入すると、流体は上記導出孔３ｃ、３ｄ、３ｅ内を矢印Ｆと逆方向で流動し、凹部３ｂとプレート４との隙間に流入する。そして、流体はプレート４をシート２側に付勢するため、プレート４はシート２側に変位し面部２ａに当接する。対向面４ｂは導入孔２ｂに対向しているため、導入孔２ｂの隙間Ｓへの開口部は対向面４ｂにより遮蔽される。結果として、流体の矢印Ｆと逆の方向での流通はプレート４により遮断される。
以上で、逆止弁１の遮断動作が終了する。

続いて、本実施形態と従来例との間における流体の剥離及び流体の圧力損失に関する比較結果を、図６及び図７を参照して説明する。
図６は、シミュレーションを用いて流体の剥離の状況を検討した結果を示す概略図であり、（ａ）は本実施形態に係る逆止弁１において剥離の状況を示す概略図、（ｂ）は従来例に係る逆止弁１Ａにおいて剥離の状況を示す概略図、図７は、本実施形態と従来例との間における流体の圧力損失に関する比較結果を示す概略図である。なお、図６では、流路内において圧力の低い箇所を網点で表しており、圧力がより低い箇所を濃い網点で示している。

逆止弁１及び逆止弁１Ａ内を流通する流体について、シミュレーションを用いて流体の剥離が発生する箇所を検証した。なお、流体は、シート２側からガイド３側へ流通するものとする。
図６（ｂ）に示すように、逆止弁１Ａにおけるガイド３Ａは複数の導出孔３ｇを有しており、導出孔３ｇの形状はいずれも同一である。導出孔３ｇの壁面３ｇ１には圧力の低い箇所が生じており、流体の剥離が生じていることがわかる。
一方、図６（ａ）に示すように、ガイド３における中央導出孔３ｄの壁面３ｄ１には圧力の低い箇所が僅かに生じているのみであり、内側導出孔３ｃ及び外側導出孔３ｅのそれぞれの壁面３ｃ１及び３ｅ１には圧力の低い箇所は生じていない。したがって、逆止弁１における流体の剥離は、逆止弁１Ａに比べ大幅に抑制されていることがわかる。

なお、本実施形態と従来例との間の相違点は、内側導出孔３ｃ及び外側導出孔３ｅの径方向での幅を変更したのみである。もっとも、導出孔３ｃ、３ｄ、３ｅはいずれも導入孔２ｂから流入する流体量に応じた適切な大きさで形成されているために、従来例に比べ中央導出孔３ｄの壁面３ｄ１においても流体の剥離が減少している。

最後に、シミュレーションを用いて算出した本実施形態と従来例との間における流体の圧力損失に関する比較結果を、図７を参照して説明する。
図７は、逆止弁１Ａにおいて発生する圧力損失を１とした場合の、逆止弁１において発生する圧力損失の割合を示している。
図７に示すように、逆止弁１Ａの圧力損失と比較した場合の、逆止弁１の圧力損失の割合は０．９５となり、５％の圧力損失の低減効果を得られることがわかる。

したがって、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、逆止弁１における導出孔３ｃ、３ｄ、３ｅの壁面から流体が剥離することを抑制することができる。また、本実施形態によれば、逆止弁１を流通する流体の圧力損失を低減することができる。

なお、前述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲においてプロセス条件や設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、本実施形態では、内側導出孔３ｃ及び外側導出孔３ｅの径方向での幅は、中央導出孔３ｄの径方向での幅の略２分の１であるが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、流体の剥離を抑制できる範囲で導出孔３ｃ、３ｅの大きさを適宜変更してよい。
また、内側導出孔３ｃ及び外側導出孔３ｅを周方向で分割することによって、導出孔３ｃ、３ｅの大きさを中央導出孔３ｄよりも小さくするようにしてもよい。

また、本実施形態では、導出孔３ｃ、３ｄ、３ｅの径は、シート２側からガイド３側に向かうに従って漸次拡大しているが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、この拡大の形状を適宜変更してよい。

また、本実施形態では、プレート４はバルブプレート４１とバッキングプレート４２とにより構成されているが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、一枚のプレートによってプレート４を構成してもよい。

本実施形態に係る逆止弁１の全体構成を示す斜視図である。 本実施形態に係る逆止弁１の一部断面図である。 本実施形態におけるプレート４及びスピンドル５の側面図である。 本実施形態におけるプレート４の平面図である。 本実施形態に係る逆止弁１内を流通する流体の挙動を示す概略図である。 シミュレーションを用いて流体の剥離の状況を検討した結果を示す概略図である。 本実施形態と従来例との間における流体の圧力損失に関する比較結果を示す概略図である。

符号の説明

１…逆止弁、２…シート（弁座）、２ｂ…導入孔、３…ガイド（弁受け）、３ｃ…内側導出孔（第２導出孔）、３ｄ…中央導出孔（第１導出孔）、３ｅ…外側導出孔（第２導出孔）、４…プレート（弁板）

Claims (3)

1. 弁座と弁受けとの間の隙間に弁板を備え、前記弁座側から前記弁受け側へ流体を流通させ、前記弁受け側から前記弁座側への流体の流通を前記弁板によって遮断する逆止弁であって、
   前記弁座は、流体の導入孔を複数有し、
   前記弁受けは、前記導入孔と連通する導出孔を複数有し、
   前記導出孔は、前記導入孔から流入する流体量に応じた大きさで形成されることを特徴とする逆止弁。
2. 前記導出孔は、前記弁板の面方向に関して隣り合う前記導入孔の間に設けられる複数の第１導出孔と、該第１導出孔に隣接して設けられる複数の第２導出孔とを備え、
   前記第２導出孔は、前記第１導出孔よりも小さく形成されることを特徴とする請求項１に記載の逆止弁。
3. 前記弁座及び前記弁受けは、略円柱状を呈し、
   前記導入孔及び前記導出孔は、径方向で間隔を空けてそれぞれ複数並んで設けられ、
   前記第２導出孔の前記径方向での幅は、前記第１導出孔の前記径方向での幅の略２分の１であることを特徴とする請求項２に記載の逆止弁。
   

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