JP6574538B2 - 液体圧送装置の状態判別装置および液体圧送装置 - Google Patents

Description

本願は、液体圧送装置の作動状態を判別する状態判別装置に関する。

例えば特許文献１に開示されているように、蒸気システム等で発生した液体を回収し作動気体の圧力によって利用側に圧送する液体圧送装置が知られている。特許文献１の液体圧送装置は、蒸気システムで発生したドレンが流入して貯留される密閉容器と、該密閉容器に収容されたフロートと、蒸気の給気弁および排気弁とを備えている。フロートは、弁作動機構（フロートアームやスナップ機構）を介して給気弁および排気弁に連結されている。この液体圧送装置では、フロートがドレンの液位に応じて上昇下降し、そのフロートの上昇下降動作に連動して給気弁および排気弁が動作する。そして、フロートが所定高位まで上昇すると、給気弁が開弁すると共に排気弁が閉弁する。これにより、密閉容器に蒸気が導入され、密閉容器のドレンが蒸気の圧力によって排出口から圧送される（圧送行程）。また、フロートが所定低位まで下降すると、給気弁が閉弁すると共に排気弁が開弁する。これにより、ドレンが密閉容器に流入して貯留されると共に、密閉容器内の蒸気が排出される（流入行程）。

特開平８−１４５２９０号公報

近年では、機器の運転状態をモニタリングし、機器が故障したり異常状態になったりする前にその予兆を検知することが行われている。上述した液体圧送装置のように、作動状態が圧送行程と流入行程の複数あるものでは、作動状態によって予兆検知の判断基準が異なる。そのため、液体圧送装置の作動状態を判別したいという要望があった。

本願に開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体圧送装置の作動状態を判別することにある。

本願に開示の技術は、ケーシングと、給気弁と、排気弁と、弁作動機構とを備えた液体圧送装置の状態判別装置である。前記ケーシングは、液体が流入して貯留される貯留空間が形成されている。前記給気弁は、作動気体を前記貯留空間に導入するものである。前記排気弁は、前記貯留空間の作動気体を排出するものである。前記弁作動機構は、前記貯留空間に配置されたフロートを有している。また、前記弁作動機構は、前記フロートが所定高位まで上昇すると前記給気弁を開弁すると共に前記排気弁を閉弁し、前記作動気体の圧力によって前記貯留空間の前記液体を圧送する圧送行程と、前記フロートが所定低位まで下降すると前記給気弁を閉弁すると共に前記排気弁を開弁し、前記作動気体を排出しながら前記液体が前記貯留空間に流入する流入行程とを実行するものである。

前記状態判別装置は、圧力センサと、判別部とを備えている。前記圧力センサは、前記貯留空間の圧力を検出するものである。前記判別部は、前記圧力センサの検出圧力に基づいて、前記液体圧送装置の作動状態が前記圧送行程か前記流入行程かを判別するものである。

また、本願に開示の技術は、上述した状態判別装置を備えた液体圧送装置である。

本願の状態判別装置および液体圧送装置によれば、液体圧送装置の作動状態（圧送行程と流入行程）を判別することができる。

図１は、実施形態に係る液体圧送装置の概略構成を示す断面図である。 図２は、給気弁および排気弁の概略構成を拡大して示す断面図である。 図３は、貯留空間の圧力の推移を示すグラフである。

以下、本願の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本願に開示の技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

本実施形態の液体圧送装置１は、例えば蒸気システムに設けられ、蒸気の凝縮によって発生したドレン（復水）を回収してボイラーや廃熱利用装置に圧送するものである。つまり、本実施形態ではドレンが本願の請求項に係る液体に相当する。図１に示すように、液体圧送装置１は、密閉容器であるケーシング１０と、給気弁２０および排気弁３０と、弁作動機構４０と、状態判別装置７０とを備えている。

ケーシング１０は、本体部１１と蓋部１２とがボルトによって結合され、ドレン（液体）が流入して貯留される貯留空間１３が内部に形成されている。蓋部１２には、ドレンが流入する液体流入口１４と、ドレンが圧送（排出）される液体排出口１５と、蒸気が導入される気体導入口１６と、蒸気が排出される気体排出口１７とが設けられている。本実施形態では、蒸気が本願の請求項に係る作動気体に相当する。液体流入口１４は蓋部１２の上部寄りに設けられ、液体排出口１５は蓋部１２の下部に設けられている。気体導入口１６および気体排出口１７は、何れも蓋部１２の上部に設けられている。これら液体流入口１４等は、何れも貯留空間１３と連通している。

図２にも示すように、気体導入口１６には給気弁２０が設けられ、気体排出口１７には排気弁３０が設けられている。給気弁２０および排気弁３０は、それぞれ気体導入口１６および気体排出口１７を開閉するものである。給気弁２０は、蒸気を気体導入口１６から貯留空間１３に導入することによって貯留空間１３のドレンを液体排出口１５から圧送させる。排気弁３０は、貯留空間１３に導入された蒸気を気体排出口１７から排出させる。

給気弁２０は、弁ケース２１、弁体２２および昇降棒２３を有する。弁ケース２１は軸方向に貫通孔を有し、該貫通孔の上側には弁座２４が形成されている。弁ケース２１の中間部には、貫通孔と外部とが連通する開口２５が形成されている。弁体２２は、球状に形成されており、昇降棒２３の上端に一体的に設けられている。昇降棒２３は、弁ケース２１の貫通孔に上下動可能に挿入されている。給気弁２０は、昇降棒２３が上昇すると弁体２２が弁座２４から離座して気体導入口１６が開放され、昇降棒２３が下降すると弁体２２が弁座２４に着座して気体導入口１６が閉じられる。

排気弁３０は、弁ケース３１、弁体３２および昇降棒３３を有する。弁ケース３１は軸方向に貫通孔を有し、貫通孔のやや上側には弁座３４が形成されている。弁ケース３１には、貫通孔と外部とが連通する開口３５が形成されている。弁体３２は、略半球状に形成されており、昇降棒３３の上端に一体的に設けられている。昇降棒３３は、弁ケース３１の貫通孔に上下動可能に挿入されている。排気弁３０は、昇降棒３３が上昇すると弁体３２が弁座３４に着座して気体排出口１７が閉じられ、昇降棒３３が下降すると弁体３２が弁座３４から離座して気体排出口１７が開放される。

排気弁３０の昇降棒３３の下端には、弁操作棒３６が連結されている。つまり、排気弁３０の昇降棒３３は弁操作棒３６の上下動に伴って上下動する。また、弁操作棒３６には、給気弁２０の昇降棒２３の下方領域まで延びる連設板３７が取り付けられている。給気弁２０の昇降棒２３は、弁操作棒３６が上昇すると連設板３７によって押し上げられて上昇し、弁操作棒３６が下降すると連設板３７も下降するので自重で下降する。つまり、弁操作棒３６が上昇すると、給気弁２０は開く（開弁する）一方、排気弁３０は閉じ（閉弁し）、弁操作棒３６が下降すると、給気弁２０は閉じる（閉弁する）一方、排気弁３０は開く（開弁する）。

弁作動機構４０は、ケーシング１０内に設けられ、弁操作棒３６を上下動させて給気弁２０および排気弁３０を開弁および閉弁させるものである。弁作動機構４０は、フロート４１およびスナップ機構５０を有する。

フロート４１は、球形に形成され、レバー４２が取り付けられている。レバー４２は、ブラケット４４に設けられた軸４３に回転可能に支持されている。レバー４２には、フロート４１側とは反対側の端部に軸４５が設けられている。スナップ機構５０は、フロートアーム５１、副アーム５２、コイルばね５３、２つの受け部材５４，５５を有する。フロートアーム５１は、一端部がブラケット５９に設けられた軸５８に回転可能に支持されている。なお、両ブラケット４４，５９は互いにねじによって結合され蓋部１２に取り付けられている。フロートアーム５１の他端部は、溝５１ａが形成されており、その溝５１ａにレバー４２の軸４５が嵌っている。この構成により、フロートアーム５１はフロート４１の上昇下降に伴い軸５８を中心として揺動する。

また、フロートアーム５１には軸５６が設けられている。副アーム５２は、上端部が軸５８に回転可能に支持され、下端部に軸５７が設けられている。受け部材５４はフロートアーム５１の軸５６に回転可能に支持され、受け部材５５は副アーム５２の軸５７に回転可能に支持されている。両受け部材５４，５５の間には、圧縮状態のコイルばね５３が取り付けられている。また、副アーム５２には軸６１が設けられ、その軸６１に弁操作棒３６の下端部が連結されている。

こうして構成された弁作動機構４０は、フロート４１の上昇下降に伴って変位し、弁操作棒３６を上下動させて給気弁２０および排気弁３０を開閉させる。これにより、弁作動機構４０は具体的に、液体圧送装置１では、ドレンが貯留空間１３に溜まっていない場合、フロート４１は貯留空間１３の底部に位置する。この状態において、弁操作棒３６は下降しており、給気弁２０は閉じられ排気弁３０は開いている。そして、蒸気システムでドレンが発生すると、そのドレンは液体流入口１４から流入して貯留空間１３に溜まる（流入行程）。流入行程では、貯留空間１３にドレンが溜まっていくに従って、フロート４１は上昇する。また、貯留空間１３ではドレンが溜まっていくにつれて蒸気が気体排出口１７から排出される。そして、フロート４１が所定高位（上反転位）まで上昇すると、スナップ機構５０によって弁操作棒３６が上昇する。これにより、給気弁２０が開くと共に排気弁３０が閉じ、流入行程が終了し圧送行程が開始される。

給気弁２０が開くと、蒸気システム内の蒸気（高圧蒸気）が気体導入口１６から流入して貯留空間１３の上部（ドレンの上方空間）に導入される。そうすると、貯留空間１３に溜まっているドレンは、導入された蒸気の圧力によって下方へ押されて液体排出口１５から圧送される（圧送行程）。液体圧送装置１によって圧送されたドレンは、ボイラーや廃熱利用装置に供給される。ドレンの圧送（排出）によって貯留空間１３のドレン液位が低下すると、フロート４１は下降する。そして、フロート４１が所定低位（下反転位）まで下降すると、スナップ機構５０によって弁操作棒３６が下降する。これにより、給気弁２０が閉じると共に排気弁３０が開き、圧送行程が終了し再び流入行程が開始される。つまり、再び、ドレンが液体流入口１４から流入して貯留空間１３に溜まると共に、貯留空間１３の蒸気が気体排出口１７から排出される。

このように、液体圧送装置１では、弁作動機構４０が給気弁２０および排気弁３０を開閉することによって流入行程と圧送行程とを交互に実行する。

状態判別装置７０は、液体圧送装置１の作動状態、即ち流入行程と圧送行程の何れの行程が行われているのかを判別するように構成されている。状態判別装置７０は、圧力センサ７１と、判別部７２とを備えている。

圧力センサ７１は、貯留空間１３の圧力を検出するものである。圧力センサ７１は、ケーシング１０の本体部１１の上部に設けられ、貯留空間１３のほぼ最上部に連通している。つまり、圧力センサ７１は、貯留空間１３の気層部の圧力、即ち貯留空間１３においてドレン（液体）および蒸気（作動気体）のうち蒸気が存在する領域の圧力を検出する。

判別部７２は、圧力センサ７１の検出圧力に基づいて、液体圧送装置１の作動状態が流入行程か圧送行程かを判別する。判別部７２には、圧力センサ７１の検出圧力が連続して送られる。具体的に、判別部７２は、圧力センサ７１の検出圧力が、所定量上昇してから所定量低下するまでは圧送行程であると判別する。また、判別部７２は、圧力センサ７１の検出圧力が、所定量低下してから所定量上昇するまでは流入行程であると判別する。

図３を参照しながら、判別部７２の判別動作について詳しく説明する。圧力センサ７１の検出圧力（貯留空間１３の気層部の圧力）は、図３に実線Ａで示す通り推移する。流入行程では、ドレンが貯留空間１３に流入すると共に貯留空間１３の蒸気が排出されるので、圧力センサ７１の検出圧力は略一定で推移する。フロート４１が所定高位まで上昇すると、流入行程から圧送行程に切り替わる（上反転時ｔａ）。圧縮行程に切り替わると、高圧蒸気が貯留空間１３に導入され、その高圧蒸気の圧力をもってドレンが圧送されるため、圧力センサ７１の検出圧力は流入行程のときよりも高い圧力となる。つまり、上反転時ｔａでは圧力センサ７１の検出圧力は所定量だけ瞬時に上昇する。圧送行程では、圧力センサ７１の検出圧力は略一定で推移する。

そして、フロート４１が所定低位まで下降すると、圧送行程から再び流入行程に切り替わる（下反転時ｔｂ）。流入行程に切り替わると、高圧蒸気の導入が停止され、上述したように再びドレンが流入すると共に蒸気が排出されるため、圧力センサ７１の検出圧力は圧送行程のときよりも低い圧力となる。つまり、下反転時ｔｂでは圧力センサ７１の検出圧力は所定量だけ瞬時に低下する。

したがって、判別部７２は、圧力センサ７１の検出圧力が所定量上昇してから所定量低下するまでは圧送行程であると判別することできる。また、判別部７２は、圧力センサ７１の検出圧力が所定量低下してから所定量上昇するまでは流入行程であると判別することができる。こうして、液体圧送装置１の作動状態を判別することができる。

また、圧力センサ７１は貯留空間１３の気層部の圧力を検出するものとしたため、貯留空間１３のドレン（液体）の揺れ等による影響を受けることなく圧力検出が可能となる。そのため、高精度な判別を行うことができる。

上記実施形態の液体圧送装置１では、圧力センサ７１の取付位置を変更するようにしてもよい。つまり、例えば、図１に示すように、貯留空間１３の下部に連通するように圧力センサ７３を設けるようにしてもよい。この場合、圧力センサ７３は、貯留空間１３のドレン（液体）に連通するため、図３に破線Ｂで示すように、上記実施形態の圧力センサ７１の場合よりもドレンの水頭Ｐａ，Ｐｂの分だけ検出圧力が高くなる。流入行程では、ドレンが流入して貯留されていくため、ドレンの水頭Ｐｂは徐々に高くなり、圧力センサ７３の検出圧力は徐々に高くなる。圧送行程では、ドレンが圧送（排出）されるた、ドレンの水頭Ｐａは徐々に低くなり、圧力センサ７３の検出圧力は徐々に低くなる。この場合においても、上反転時ｔａでは圧力センサ７３の検出圧力は所定量だけ瞬時に上昇し、下反転時ｔｂでは圧力センサ７３の検出圧力は所定量だけ瞬時に低下する。したがって、上記実施形態と同様、液体圧送装置１の作動状態を判別することができる。

また、本願に開示の技術は、上述した圧力センサ７１と圧力センサ７３を２つ設けて、同様に作動状態を判別するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、作動気体を蒸気としたが、本願に開示の技術はその他の気体を用いてもよいことは勿論である。

また、上記実施形態では、圧送する液体をドレンとしたが、本願に開示の技術はその他の液体を圧送するものでもよい。

本願は、液体圧送装置の作動状態を判別する状態判別装置について有用である。

１ 液体圧送装置
１０ ケーシング
１３ 貯留空間
２０ 給気弁
３０ 排気弁
４０ 弁作動機構
４１ フロート
７０ 状態判別装置
７１ 圧力センサ
７２ 判別部

Claims (4)

1. 液体が流入して貯留される貯留空間が形成されたケーシングと、
   作動気体を前記貯留空間に導入する給気弁と、
   前記貯留空間の作動気体を排出する排気弁と、
   前記貯留空間に配置されたフロートを有し、該フロートが所定高位まで上昇すると前記給気弁を開弁すると共に前記排気弁を閉弁し、前記作動気体の圧力によって前記貯留空間の前記液体を圧送する圧送行程と、前記フロートが所定低位まで下降すると前記給気弁を閉弁すると共に前記排気弁を開弁し、前記作動気体を排出しながら前記液体が前記貯留空間に流入する流入行程とを実行する弁作動機構とを備えた液体圧送装置の状態判別装置であって、
   前記貯留空間の圧力を検出する圧力センサと、
   前記圧力センサの検出圧力に基づいて、前記液体圧送装置の作動状態が前記圧送行程か前記流入行程かを判別する判別部とを備えている
   ことを特徴とする液体圧送装置の状態判別装置。
2. 請求項１に記載の液体圧送装置の状態判別装置において、
   前記判別部は、前記圧力センサの検出圧力が所定量上昇してから所定量低下するまでは前記圧送行程であると判別し、前記圧力センサの検出圧力が所定量低下してから所定量上昇するまでは前記流入行程であると判別する
   ことを特徴とする液体圧送装置の状態判別装置。
3. 請求項１または２に記載の液体圧送装置の状態判別装置において、
   前記圧力センサは、前記貯留空間の気層部の圧力を検出する
   ことを特徴とする液体圧送装置の状態判別装置。
4. 液体が流入して貯留される貯留空間が形成されたケーシングと、
   作動気体を前記貯留空間に導入する給気弁と、
   前記貯留空間の作動気体を排出させる排気弁と、
   前記貯留空間に配置されたフロートを有し、該フロートが所定高位まで上昇すると前記給気弁を開弁すると共に前記排気弁を閉弁し、前記作動気体の圧力によって前記貯留空間の前記液体を圧送する圧送行程と、前記フロートが所定低位まで下降すると前記給気弁を閉弁すると共に前記排気弁を開弁し、前記作動気体を排出させながら前記液体が前記貯留空間に流入する流入行程とを実行する弁作動機構と、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載の状態判別装置とを備えている
   ことを特徴とする液体圧送装置。

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