JP5321035B2 - 逆止弁 - Google Patents

Description

本発明は、弁座と弁受との間の間隙に弁板を備え、弁座側から流入した流体を弁板に形成された流体通過孔を介して通過させ、弁受側から流入する流体を弁板によって遮蔽する逆止弁に関するものである。

従来から、弁座と弁受との間の間隙に弁板を備え、弁座側から流入した流体を弁板に形成された流体通過孔を介して通過させ、弁受側から流入する流体を弁板によって遮断する逆止弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような逆止弁は、例えば、往復圧縮機の吸入口及び吐出口に設けられ、往復圧縮機の吸入弁あるいは吐出弁として用いられる。

そして、特許文献１の逆止弁では、弁座に形成される流体通過孔と弁受に形成された流体通過孔とが流体の流れ方向からみて重ならずに形成され、弁板に形成された流体通過孔が流体の流れ方向から見て弁受に形成された流体通過孔と重ねて形成され、弁座と弁受との間に形成された間隙において弁板が弁座側に付勢されて配置されている。
このような逆止弁においては、弁座側から流体が流入した場合には、流体によって弁板が弁受側に押し込まれ、弁板に形成された流体通過孔を流体が通過可能とされる。一方、弁受側から流体が流入した場合には、弁板が弁座側に付勢されたままであるため、弁板によって弁座に形成された流体貫通孔が閉鎖され、これによって流体が遮蔽される。
特開２００２−８１３８０号公報

ところで、上述のような逆止弁においては、弁座に形成された流体貫通孔と弁板に形成された流体貫通孔とが流体の流れ方向に対して重ならないように形成されているため、流体が通過可能とされた場合に、局所的に流体の流れ方向が変化する。
つまり、流体が通過可能とされた場合には、弁板が弁受側に押し込まれた状態となり、弁座に形成された流体貫通孔は、一度弁板にぶつかって流れ方向が変化した後に再度流れ方向が変化されて弁板の流体貫通孔に流入する。

そして、このような逆止弁においては、一度弁板にぶつかって流れ方向が変化した流体が弁板の流体貫通孔に流入する際に、弁板の流体貫通孔の内壁面から流体が剥離し、圧力損失が高くなってしまう。

なお、弁板の流体貫通孔の内壁面における流体の剥離は、弁座に形成された流体貫通孔と弁板に形成された流体貫通孔とが流体の流れ方向に対して重ならないように形成された逆止弁に限られる課題ではなく、流体の流れ場に晒されると共に流体貫通孔が形成された弁板を備える逆止弁において共通する課題である。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、逆止弁において、弁板の流体貫通孔の内壁面からの流体剥離を抑制して圧力損失を低減することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下のような構成を採用する。

第１の発明は、弁座と弁受との間の間隙に弁板を備え、上記弁座側から流入した流体を上記弁板に形成された流体通過孔を介して通過させ、上記弁受側から流入する上記流体を上記弁板によって遮蔽する逆止弁であって、上記流体通過孔の内壁面の断面形状が、少なくとも上記弁座側が上記流体通過孔の中央に向けて膨らむ翼弦形状を有するという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記流体通過孔の内壁面の断面形状が、全域が上記翼弦形状とされているという構成を採用する。

第３の発明は、上記第１または第２の発明において、 上記翼弦形状は、ｘが該翼弦形状の前縁から後縁までの距離を１とした場合における上記前縁からの離間距離、ｙ_ｔが翼弦形状の前縁から後縁までの距離を１とした場合における中心線から翼弦までの離間距離、ｔが翼弦形状の前縁から後縁までの距離を１とした場合における中心線から翼弦までの最大離間距離の２倍距離とされる下式（１）によって定義される形状であるという構成を採用する。

第４の発明は、上記第３の発明において、上記ｔが０．１以上０．２以下であるという構成を採用する。

本発明によれば、弁板に形成された流体通過孔の内壁面の断面形状が、流体通過孔の中央に向けて膨らむ翼弦形状を有している。翼弦形状は、流場に配置された際に直線形状と比較して流体の剥離が抑制される。
このため、弁板に形成された流体通過孔の内壁面の断面形状を翼弦形状とすることによって流体の剥離を抑制することが可能となる。
したがって、本発明によれば、逆止弁において、弁板の流体貫通孔の内壁面からの流体剥離を抑制して圧力損失を低減することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る逆止弁の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１は、本実施形態の逆止弁１の斜視図であり、図２は、図１に示す逆止弁１の部分断面図である。本実施形態の逆止弁１は、例えば、ＬＮＧ（Liquefied Natural Gas）への入熱により発生するＢＯＧ（Boil Off Gas）等を圧縮する往復動圧縮機の吸入口及び吐出口に設けられ、吸入弁及び吐出弁として用いられるものである。
図１及び図２に示すように、逆止弁１は、流体Ｆの上流側に配置されるシート２（弁座）と、流体Ｆの下流側に配置されるガイド３（弁受）とを備えている。シート２とガイド３は、径が略等しい略円筒状の形状に形成され、流体Ｆの流入方向（図の矢印方向）に重なるように配置されている。

図２に示すように、シート２のガイド３側の面の外周部２ａと、ガイド３のシート２側の面の外周部３ａとは密着している。ガイド３のシート２側の面には凹部３ｂが形成され、シート２とガイド３との間に間隙Ｓが形成されている。凹部３ｂには円板状のプレート４（弁板）が収容され、シート２とガイド３との間の間隙Ｓにプレート４が配置されている。

図１及び図２に示すように、シート２には、シート２をプレート４の法線Ｈ方向に貫通する複数の流体導入孔２ｂが形成されている。流体導入孔２ｂは、プレート４の法線Ｈ方向から見て複数の流体導入孔２ｂが同一円周上に配置された円状の配列とされ、径の異なる複数の円状の配列が同心円状に配置されている。また、流体導入孔２ｂは、各々の円状の配列の円周方向に延びる長孔状の形状とされている。

図２に示すように、ガイド３には複数の流体導出孔３ｃが形成されている。流体導出孔３ｃは、ガイド３をプレート４の法線Ｈ方向に貫通するように設けられている。ガイド３の流体導出孔３ｃとシート２の流体導入孔２ｂとはプレート４の面方向に交互に形成され、プレート４の法線Ｈ方向から見て重ならずにずれた位置に配置されている。すなわち、プレート４の法線Ｈ方向から見てガイド３の流体導出孔３ｃとシート２の流体導入孔２ｂは重ならないようになっている。

ガイド３の流体導出孔３ｃは、図１に示すシート２の流体導入孔２ｂと同様に、プレート４の法線Ｈ方向から見て複数の流体導出孔３ｃが同一円周上に配置された円状の配列とされ、径の異なる複数の円状の配列が同心円状に配置されている。また、ガイド３の流体導出孔３ｃは、図１に示すシート２の流体導入孔２ｂと同様に、各々の円状の配列の円周方向に延びる長孔状の形状とされている。

図２に示すように、プレート４には、プレート４の法線Ｈ方向から見てシート２の流体導入孔２ｂとは重ならず、ガイド３の流体導出孔３ｃとは重なる位置に、複数の貫通孔４ａ（流体通過孔）が形成されている。貫通孔４ａは、プレート４をプレート４の法線Ｈ方向に貫通するように設けられている。また、シート２、ガイド３、及びプレート４の中央部をプレート４の法線Ｈ方向に貫通するように丸棒状のスピンドル５が設けられ、プレート４はスピンドル５に固定されている。

スピンドル５のガイド３側の基端部には、雄ねじ部５ａが形成されている。スピンドル５の基端部の雄ねじ部５ａは、ガイド３の中央部に設けられた雌ねじ部３ｄに螺合されてガイド３に固定されている。スピンドル５は、雄ねじ部５ａが形成された基端部とは反対側の先端部が、流体Ｆの上流側に突出するように設けられている。

スピンドル５の中央部のシート２よりも流体Ｆの上流側には、雄ねじ部５ｂが形成されている。スピンドル５の中央部の雄ねじ部５ｂにはナット６が螺合され、ナット６とシート２との間にはワッシャー７が挿入されている。これにより、シート２とガイド３とが一体的に固定され、シート２のガイド３側の面の外周部２ａとガイド３のシート２側の面の外周部３ａとの間には押圧力が付与されている。

図３は、プレート４とスピンドル５とを示す側面図である。図４は、プレート４を構成する板材の平面図であり、（ａ）はバルブプレート４１を、（ｂ）はバッキングプレート４２を示している。
図３に示すように、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の２枚の板材により構成され、中央部に設けられた貫通孔４ｂを貫通するスピンドル５に固定されている。バルブプレート４１とバッキングプレート４２はスピンドル５の軸方向に重なるように配置され、バルブプレート４１はシート２側に、バッキングプレート４２はガイド３側に配置されている。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、スピンドル５に固定されたプレート４の中央部４ｃの周囲には、バルブプレート４１とバッキングプレート４２の双方にバネ部４ｄが設けられている。バネ部４ｄは、バネ部４ｄの外側と内側に円弧状の切り欠きを形成することで、円弧状の帯状に形成されている。これにより、バネ部４ｄは、中央部４ｃの一部と、その１８０°反対側の外周部４ｅの一部とを連結するようになっている。そして、バネ部４ｄは、所定の力がプレート４の法線Ｈ方向に作用したときに弾性変形し、貫通孔４ａが形成されたプレート４がガイド３側に移動するように、プレート４をシート２側に付勢している。

プレート４の貫通孔４ａは、図１に示すシート２の流体導入孔２ｂと同様に、プレート４の法線Ｈ方向から見て複数の貫通孔４ａが同一円周上に配置された円状の配列とされ、径の異なる複数の円状の配列が同心円状に配置されている。また、プレート４の貫通孔４ａは、シート２の流体導入孔２ｂ及びガイド３の流体導出孔３ｃと同様に、円状の配列の円周方向に延びる長孔状の形状とされている。

図５は、図１及び図２に示す逆止弁１の要部を拡大した断面図であり、図６は、図５の要部をさらに拡大した断面図である。
これらの図に示すように、プレート４の貫通孔４ａの内壁面４ａ１の断面形状は、流れ方向の全域に亘って、貫通孔４ａの中央に向けて膨らむ翼弦形状となっている。

なお、本実施形態の逆止弁１において上記翼弦形状は、下式（１）によって定義される形状とされている。
なお、下式（１）において、ｘが該翼弦形状の前縁から後縁までの距離を１とした場合における上記前縁からの離間距離、ｙ_ｔが翼弦形状の前縁から後縁までの距離を１とした場合における中心線から翼弦までの離間距離、ｔが翼弦形状の前縁から後縁までの距離を１とした場合における中心線から翼弦までの最大離間距離の２倍距離である。

このように構成された本実施形態の逆止弁１を、例えば、不図示の往復動圧縮機の吐出口の配管に取り付けて吐出弁として用いる場合には、図１及び図２に示す逆止弁１のシート２側が吐出口側（流体Ｆの上流側）になるように配置する。また、吸入口の配管に取り付けて吸入弁として用いる場合には、逆止弁１のガイド３側が吸入口側（流体Ｆの下流側）になるように配置する。

そして、往復動圧縮機が吸入口から流体Ｆを吸入する際には、往復動圧縮機の吸入口に設けられた逆止弁１では、吸入口に配管を介して接続されたガイド３側の流体Ｆがシート２側の流体Ｆよりも低圧になる。この流体Ｆの圧力差により、逆止弁１のプレート４には、プレート４の法線Ｈ方向のガイド３の向きの力が作用する。この力により、図４に示すプレート４のバネ部４ｄが弾性変形して外周部４ｅがガイド３側に移動することで、図５に示すようにプレート４がガイド３側に移動する。そして、図６に示すように、シート２の流体導入孔２ｂに流入した流体Ｆは、シート２とプレート４との間に形成された流路を介してガイド３の流体導出孔３ｃに流入する。ガイド３の流体導出孔３ｃに流入した流体Ｆは、ガイド３側から逆止弁１の外部へと排出され、往復動圧縮機の吸入口へ流入する。

一方、往復動圧縮機の吐出口に設けられた逆止弁１では、吐出口に配管を介して接続されたシート２側の流体Ｆがガイド３側の流体Ｆよりも低圧になる。この流体Ｆの圧力差により、逆止弁１のプレート４には、プレート４の法線Ｈ方向のシート２の向きの力が作用する。この力により、図４に示すプレート４のバネ部４ｄが弾性変形して外周部４ｅがシート２側に移動する。これにより、図５に示すようにプレート４がシート２側に移動する。そして、プレート４のシート２側に配置されたバルブプレート４１がシート２に当接する。これにより、シート２の流体導入孔２ｂが閉塞され、ガイド３の流体導出孔３ｃからシート２の流体導入孔２ｂへの流体Ｆの流れが遮断される。
このように、往復動圧縮機の吸入口と吐出口とにそれぞれ本実施形態の逆止弁１を用いることで、往復動圧縮機による流体Ｆの吸入時には、吐出口への流体Ｆの流入を遮断して、吸入口から流体Ｆを吸入することができる。

また、往復動圧縮機により圧縮した流体Ｆを吐出口から吐出する際には、往復動圧縮機の吐出口に設けられた逆止弁１では、吐出口に配管を介して接続されたシート２側の流体Ｆがガイド３側の流体Ｆよりも高圧になる。この流体Ｆの圧力差により、逆止弁１のプレート４には、プレート４の法線Ｈ方向のガイド３の向きの力が作用する。この力により、図４に示すプレート４のバネ部４ｄが弾性変形して外周部４ｅがガイド３側に移動する。
これにより、図５に示すようにプレート４がガイド３側に移動する。そして、シート２の流体導入孔２ｂに流入した流体Ｆは、図６に示すように、シート２とプレート４との間に形成された流路を介してガイド３の流体導出孔３ｃに流入する。ガイド３の流体導出孔３ｃに流入した流体Ｆは、ガイド３側から逆止弁１の外部へと排出される。

一方、往復動圧縮機の吸入口に設けられた逆止弁１では、吸入口に配管を介して接続されたガイド３側の流体Ｆがシート２側の流体Ｆよりも高圧になる。この流体Ｆの圧力差により、逆止弁１のプレート４には、プレート４の法線Ｈ方向のシート２の向きの力が作用する。この力により、図４に示すプレート４のバネ部４ｄが弾性変形して外周部４ｅがシート２側に移動する。これにより、図５に示すようにプレート４がシート２側に移動する。そして、プレート４のシート２側に配置されたバルブプレート４１がシート２に当接する。これにより、シート２の流体導入孔２ｂが閉塞され、ガイド３の流体導出孔３ｃからシート２の流体導入孔２ｂへの流体Ｆの流れが遮断される。
このように、往復動圧縮機の吸入口と吐出口とにそれぞれ本実施形態の逆止弁１を用いることで、往復動圧縮機による流体Ｆの吐出時には、吸入口からの流体Ｆの流出を遮断して、吐出口から流体Ｆを吐出することができる。

そして、本実施形態の逆止弁１においては、プレート４が備える貫通孔４ａの内壁面４ａ１の断面形状が、流体Ｆの流れ方向の全域に亘って、貫通孔４ａの中央に向けて膨らむ翼弦形状となっている。
このような本実施形態の逆止弁１においては、シート２側から流入してプレート４にぶつかった流体Ｆがプレート４の貫通孔４ａに流入する際に貫通孔４ａの内壁面４ａ１から剥離することを抑制することができる。
したがって、本実施形態の逆止弁１によれば、プレート４の貫通孔４ａの内壁面４ａ１からの流体剥離を抑制して圧力損失を低減することが可能となる。

図７〜図１０は、本実施形態の逆止弁１のプレートに形成された貫通孔４ａの内壁面４ａ１における流体の剥離の様子と、従来の逆止弁のプレートに形成されている断面形状が直線形状とされた貫通孔の内壁面における流体の剥離の様子とを示すための圧力分布図である。
なお、図７は、従来の逆止弁のプレートに形成された貫通孔の内壁面近傍の圧力分布を示している。また、図８は、上式（１）におけるｔが０．１５４とされることによって定義さる断面形状を有する内壁面４ａ１近傍の圧力分布を示している。また、図９は、上式（１）におけるｔが０．２とされることによって定義さる断面形状を有する内壁面４ａ１近傍の圧力分布を示している。また、図１０は、上式（１）におけるｔが０．１とされることによって定義さる断面形状を有する内壁面４ａ１近傍の圧力分布を示している。
なお、図７〜図１０においては、圧力分布を印刷の濃淡によって示しており、濃い領域が相対的に低圧力であることを示し、淡い領域が相対的に高圧力であることを示している。

そして、図７〜図１０に示すように、本実施形態の逆止弁１のように断面形状が翼弦形状とされた内壁面４ａ１の近傍では、従来の逆止弁のように断面形状が直線状とされた内壁面の近傍と比較して圧力の低下領域が減少し、流体の剥離が抑制されていることが分かった。

なお、従来の逆止弁と比較し、図８に示す本実施形態の逆止弁１が６．５６％、図９に示す本実施形態の逆止弁１が７．２４％、図１０に示す本実施形態の逆止弁１が４．７１％の圧力損失の低減を図れることが確認された。
つまり、上式（１）のｔが０．１以上０．２以下である場合には、確実に圧力損失を低減させることが可能となる。

以上のように本実施形態の逆止弁１によれば、プレート４に形成された貫通孔４ａの内壁面４ａ１の断面形状が、貫通孔４ａの中央に向けて膨らむ翼弦形状を有している。そして、翼弦形状は、流場に配置された際に直線形状と比較して流体の剥離が抑制される。
このため、プレート４に形成された貫通孔４ａの内壁面４ａ１の断面形状を翼弦形状とすることによって流体の剥離を抑制することが可能となる。
したがって、本実施形態の逆止弁１によれば、プレート４の貫通孔４ａの内壁面４ａ１からの流体剥離を抑制して圧力損失を低減することが可能となる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した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設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、本発明の逆止弁が、往復動圧縮機の吸入口及び吐出口に設けられる吸入弁及び吐出弁として用いられる構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の逆止弁の用途は任意である。

また、上記実施形態においては、プレート４の流れ方向への移動によって流体の通過及び遮蔽を選択する逆止弁１について説明した。
しかしながら、本発明の逆止弁は、弁板（本実施形態のプレート４に相当）が流体の流れに晒されて配置される逆止弁全てに適用することができる。
例えば、弁板が周方向に回転されることによって開閉が選択される開閉弁に本発明を適用することも可能である。

また、上記実施形態においては、シート２の流体導入孔２ｂ、プレート４の貫通孔４ａ、及びガイド３の流体導出孔３ｃは長孔状の形状である構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、シート２の流体導入孔２ｂ、プレート４の貫通孔４ａ、及びガイド３の流体導出孔３ｃが円形や楕円形、あるいは多角形等の形状であってもよい。

また、上記実施形態においては、プレート４に形成された貫通孔４ａの流れ方向の全域の断面形状が翼弦形状である構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、貫通孔４ａの流れ方向のシート側の一部の断面形状が翼弦形状であっても良い。

本発明の一実施形態における逆止弁の斜視図である。 図１に示す逆止弁の部分断面図である。 図１に示す逆止弁のプレートとスピンドルとを示す側面図である。 図１に示す逆止弁のプレートを構成する板材の平面図であり、（ａ）はバルブプレートの平面図、（ｂ）はバッキングプレートの平面図である。 図１に示す逆止弁の要部の拡大断面図である。 図１に示す逆止弁の要部における流体の流れを示す拡大断面図である。 従来の逆止弁の要部における圧力分布を示す拡大断面図である。 本発明の一実施形態における逆止弁の要部における圧力分布を示す拡大断面図である。 本発明の一実施形態における逆止弁の要部における圧力分布を示す拡大断面図である。 本発明の一実施形態における逆止弁の要部における圧力分布を示す拡大断面図である。

符号の説明

１……逆止弁、２……シート（弁座）、２ｂ……流体導入孔、３ ガイド（弁受）、４……プレート（弁板）、４ａ……貫通孔（流体通過孔）、４ａ１……内壁面

Claims (4)

1. 弁座と弁受との間の間隙に弁板を備え、前記弁座側から流入した流体を前記弁板に形成された流体通過孔を介して通過させ、前記弁受側から流入する前記流体を前記弁板によって遮蔽する逆止弁であって、
   前記弁体が前記弁座側のバルブプレートと前記弁体側のバッキングプレートとが重ねられてなり、かつ、前記流体通過孔が前記バルブプレートと前記バッキングプレートとを貫通して設けられ、
   前記流体通過孔の内壁面の断面形状は、少なくとも前記弁座側が前記流体通過孔の中央に向けて膨らむ翼弦形状を有することを特徴とする逆止弁。
2. 前記流体通過孔の内壁面の断面形状は、全域が前記翼弦形状とされていることを特徴とする請求項１記載の逆止弁。
3. 前記翼弦形状は、ｘが該翼弦形状の前縁から後縁までの距離を１とした場合における前記前縁からの離間距離、ｙ_ｔが翼弦形状の前縁から後縁までの距離を１とした場合における中心線から翼弦までの離間距離、ｔが翼弦形状の前縁から後縁までの距離を１とした場合における中心線から翼弦までの最大離間距離の２倍距離とされる下式（１）によって定義される形状であることを特徴とする請求項１または２記載の逆止弁。
   

   
4. 前記ｔが０．１以上０．２以下であることを特徴とする請求項３記載の逆止弁。

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