チェックバルブ

チェックバルブ、逆止弁、還流弁、保持弁、フットバルブ、または一方向弁は、通常、流体（液体または気体）が一方向にのみ流れるようにするバルブです。 ^[1]

チェック バルブは 2 ポート バルブです。つまり、本体に 2 つの開口部があり、1 つは流体が流入する開口部、もう 1 つは流体が流出する開口部です。さまざまなタイプのチェック バルブがさまざまな用途で使用されています。チェック バルブは、一般的な家庭用品の一部であることがよくあります。チェック バルブはさまざまなサイズと価格のものがありますが、一般的には非常に小型でシンプルで安価です。チェック バルブは自動的に作動し、ほとんどは人や外部制御によって制御されません。したがって、ほとんどのチェック バルブにはバルブ ハンドルやステムがありません。ほとんどのチェック バルブの本体 (外部シェル) は、プラスチックまたは金属で作られています。

チェック バルブの重要な概念はクラッキング圧力です。クラッキング圧力とは、バルブが作動する入口と出口の間の上流側の最小差圧です。通常、チェック バルブは特定のクラッキング圧力に合わせて設計されるため、そのクラッキング圧力に合わせて指定できます。

クラッキング圧力

バルブの入口と出口の間に必要な最小圧力差を指し、その圧力で最初の流れの兆候（安定した気泡の流れ）が発生します。クラッキング圧力は、アンシートヘッド（圧力）または開放圧力とも呼ばれます。^[2]

再シール圧力

チェックバルブの閉弁過程における、目に見える漏れがないバルブの入口と出口の間の圧力差を指します。再シール圧力は、シール圧力^[3]、シートヘッド^{[4] （圧力）または閉弁圧力[5]}とも呼ばれます。

バックプレッシャー

継手の出口の圧力が入口または上流の点の圧力よりも高い

ボール チェック バルブは、流れをブロックする可動部品である閉鎖部材がボールであるチェック バルブです。一部のボール チェック バルブでは、ボールがスプリングで閉じた状態を保っています。スプリングのない設計の場合、ボールをシートの方向に動かしてシールを形成するには、逆流が必要です。ボール チェック バルブのメイン シートの内面は、ボールをシートに導き、逆流を止めるときに確実にシールを形成するために、多かれ少なかれ円錐状に先細になっています。

ボールチェックバルブは、多くの場合、非常に小型で、シンプルで、安価です。液体またはゲルのミニポンプディスペンサーの栓、スプレー装置、空気を送り込むためのゴムバルブなど、手動の空気ポンプやその他のポンプ、詰め替え可能なディスペンシングシリンジによく使用されます。ボールはほとんどの場合金属製ですが、他の材料で作ることもできます。特殊なケースでは、サファイアなどの耐久性の高い不活性材料で作ることもできます。高性能液体クロマトグラフィー ポンプや同様の高圧用途では、硬度と耐薬品性の両方を実現するために、（人工）ルビーのボールとサファイア製のシートを備えた小型の入口および出口ボールチェックバルブ^[6]、またはボールとシートの両方がルビー^[7]で一般的に使用されています。長期間使用すると、このようなチェックバルブは最終的に摩耗したり、シートに亀裂が生じて交換が必要になる場合があります。そのため、このようなバルブは交換可能に作られており、高圧に耐えられる金属製のフィッティング内にしっかりと取り付けられた小さなプラスチック製の本体に配置され、ポンプヘッドにねじ込まれている場合もあります。^[要出典]

同様のチェック バルブには、ディスクがボールではなく、スプリングで駆動されるポペットなどの他の形状のものもあります。ボール チェック バルブをボール バルブと混同しないでください。ボール バルブは、ピン上で回転するボールが制御可能なローターとして機能し、流れを止めたり方向を変えたりする、異なるタイプのバルブです。

ダイヤフラムチェックバルブは、通常閉じたバルブを形成するように配置された屈曲ゴムダイヤフラムを使用しています。チェックバルブが開いて流れを可能にするには、上流側の圧力が下流側の圧力よりも一定量（圧力差）高くなければなりません。正圧が停止すると、ダイヤフラムは自動的に元の閉じた位置に戻ります。^{[8]このタイプは、}呼気弁付きの呼吸器（フェイスマスク）に使用されます。

スイングチェックバルブ（またはティルティングディスクチェックバルブ）は、流れをブロックする可動部品であるディスクがヒンジまたはトラニオン上でスイングし、シートに接触して逆流をブロックするか、シートから外れて順流を許可するチェックバルブです。シート開口部の断面は、2つのポート間の中心線に対して垂直になることも、斜めになることもあります。スイングチェックバルブにはさまざまなサイズがありますが、大型のチェックバルブはスイングチェックバルブであることが多いです。スイングチェックバルブによって引き起こされる一般的な問題は、ウォーターハンマーとして知られています。これは、スイングチェックが閉じて流れが突然停止したときに発生する可能性があり、圧力の急上昇により高速度の衝撃波が発生し、配管やバルブに作用して、金属に大きなストレスがかかり、システム内の振動が発生します。ウォーターハンマーが検出されないと、システム内のポンプ、バルブ、パイプが破裂する可能性があります。^[9]

水洗トイレのフラッパーバルブは、このタイプのバルブの一例です。フラッパーを手動で持ち上げると、フラッパーバルブが閉じた状態を保つタンクの圧力に打ち勝ちます。その後、タンクが排水されフラッパーが重力で下がるまで、フラッパーバルブは開いたままになります。このメカニズムの別のバリエーションとして、消防システムや消防人命安全システムなどの用途で使用されるクラッパーバルブがあります。ヒンジ付きゲートは、流入方向にのみ開いたままになります。クラッパーバルブには、前方圧力がないときにゲートを閉じた状態に保つスプリングが付いていることがよくあります。別の例としては、下水の逆流による浸水を防ぐ逆流防止弁（衛生排水システム用）があります。このようなリスクは、合流式下水道に接続された衛生排水システムや雨水排水システムで最もよく発生します。これは、激しい降雨、雪解け、または洪水によって引き起こされる可能性があります。

バタフライチェックバルブはスイングチェックバルブの変形で、逆流を防ぐチェックバルブとして機能する 2 つのヒンジ付きフラップを備えています。同様の名前のバタフライバルブと混同しないでください。バタフライバルブは流量調整に使用され、一方向の流れ機能はありません。

ストップチェックバルブは、流れの方向や圧力に関係なく流れを止めるオーバーライド制御を備えたチェックバルブです。逆流や不十分な前方圧力に応じて閉じる（通常のチェックバルブの動作）だけでなく、外部メカニズムによって意図的に閉じることもできます。これにより、前方圧力に関係なく流れを防止できます。

リフトチェックバルブは、入口または上流の流体の圧力が高いとディスク（リフトと呼ばれることもあります）がシートから持ち上げられ、出口または下流側への流れを可能にするチェックバルブです。ガイドがディスクの動きを垂直線上に維持するため、バルブは後で適切に再着座できます。圧力が高くなくなると、重力または下流のより高い圧力によってディスクがシートまで下がり、バルブが閉じて逆流が止まります。

インラインチェックバルブは、リフトチェックバルブに似たチェックバルブです。ただし、このバルブには通常、バルブの上流側に圧力がかかると「リフト」するスプリングが付いています。スプリングの張力を克服するためにバルブの上流側に必要な圧力は、「クラッキング圧力」と呼ばれます。バルブを通過する圧力がクラッキング圧力を下回ると、スプリングがバルブを閉じて、プロセス中の逆流を防ぎます。^[10]

ダックビルバルブは、下流側に突き出た柔らかいチューブを通って流れが進むチェック バルブです。背圧によってこのチューブが潰れ、流れが遮断されます。

空気圧式逆止弁は、弁をロックしてどちらの方向への流れも防止する機能を備えています。これは、たとえば危険物質のある場所を洪水から保護する必要がある場合に使用できますが、たとえば容器間の移送中に物質が漏れないことも重要です。

リードバルブは、オリフィスプレートを密閉する柔軟な平板で形成されたチェックバルブです。クラッキング圧力は非常に低く、可動部の質量が小さいため迅速な操作が可能で、流動抵抗は中程度で、背圧によって密閉性が向上します。これらは、2ストローク内燃機関のクランクケース容積の吸気バルブとして、また空気圧縮機のシリンダーの吸気および排気バルブとしてよく使用されます。リードバルブは通常、液体ではなくガスに使用されますが、Autotrolブランドの水処理制御バルブは、シーリング特性を利用してリードバルブのセットとして設計されており、一部のリードを選択的に押し開いて流路を確立します。^[11]

フローチェックは、水暖房および冷房システムで不要な受動的な重力流を防ぐために使用されるチェックバルブです。フローチェックは、低流量抵抗、何十年もの連続使用、および水暖房システムによく見られる微粒子をシール面から自己洗浄するように設計された、単純な流れ持ち上げ式重力閉鎖型重金属ストッパーです。自己洗浄を実現するために、ストッパーは通常円錐形ではありません。オリフィスの縁にある一致する狭い隆起にフィットする重りの円形の凹部が一般的な設計です。アプリケーションは本質的に適度な逆漏れ率を許容するため、完全なシールは必要ありません。フローチェックには、ストップチェックバルブのコントロールとは反対に、バルブを開いたままにするための操作ネジがあり、システムの充填とシステムからの空気の排出を補助します。^[12]

複数のチェック バルブを直列に接続できます。たとえば、ダブル チェック バルブは、汚染された可能性のある水が市の給水管に逆流するのを防ぐ逆流防止装置としてよく使用されます。また、逆流をブロックするときに漏れのない確実な遮断を保証するために、同じ本体に 2 つのボール/シートの組み合わせが連続して配置されているダブル ボール チェック バルブ、ピストン チェック バルブ、ウェーハ チェック バルブ、ボール アンド コーン チェック バルブもあります。

チェック バルブは、いくつかの種類のポンプでよく使用されます。ピストン駆動式ポンプやダイヤフラム ポンプ(定量ポンプやクロマトグラフィー用ポンプなど) では、一般的に入口および出口のボール チェック バルブが使用されます。これらのバルブは、入口および出口ラインのポンプ ヘッドに取り付けられた小さなシリンダーのように見えます。大量の流体を移動させるための同様のポンプのようなメカニズムの多くでは、ボール チェック バルブなどのチェック バルブが使用されます。蒸気ボイラーに水を供給する給水ポンプまたはインジェクターには、逆流を防ぐためにチェック バルブが取り付けられています。

チェックバルブはウォータースライドに水を供給するポンプにも使用されています。スライドへの水は、スライドへの階段を支える塔を兼ねたパイプを通って流れます。スライドのある施設が夜間閉鎖されると、チェックバルブがパイプを通る水の流れを止めます。施設が翌日再開すると、バルブが開いて水の流れが再開し、スライドが再び使用できるようになります。^[13]

チェックバルブは、化学プラントや発電所などの多くの流体システムや、その他多くの工業プロセスで使用されています。

原子力産業における典型的な用途としては、給水制御システム、ダンプライン、補給水、その他のプロセスシステム、N2システム、監視およびサンプリングシステムなどがあります。^[14]航空機および航空宇宙分野では、チェックバルブは高振動、高温、腐食性流体が存在する場所で使用されます。たとえば、宇宙船や打ち上げロケットの推進燃料制御、反応制御システム（RCS）および姿勢制御システム（ACS）や航空機の油圧システムなどです。^{[15] [16]}

チェック バルブは、複数のガスを 1 つのガス ストリームに混合する場合にもよく使用されます。チェック バルブは、元のソース内のガスの混合を防ぐために、個々のガス ストリームのそれぞれに取り付けられます。たとえば、燃料と酸化剤を混合する場合、通常は燃料と酸化剤の両方のソースにチェック バルブが使用され、元のガス シリンダーが純粋で不燃性であることが保証されます。

2010年、NASAのジェット推進研究所は、火星の生命を示唆する液体サンプルを相互汚染を恐れずに装置の別の貯蔵庫に保存することを目的として、単純なチェックバルブの設計をわずかに変更しました。^[17]

衛生的な飲料水供給が、芝生の散水器、食器洗い機、洗濯機などの不衛生なシステムに接続される場合、逆流防止装置と呼ばれるチェックバルブを使用して、汚染された水が家庭用給水に再び流入するのを防ぎます。

一部のタイプの灌漑スプリンクラーと点滴灌漑エミッターには、システムが停止したときにラインからの排水を防ぐための小さなチェックバルブが組み込まれています。

特に太陽熱設備と組み合わせて、垂直対流を防ぐために家庭用暖房システムで使用されるチェックバルブは、重力ブレーキとも呼ばれます。

公共事業体の主給水管に配管されている 雨水収集システムには、雨水による主給水管の汚染を防ぐために、1 つ以上のチェック バルブを取り付ける必要がある場合があります。

油圧ジャッキはボールチェックバルブを使用してジャッキの持ち上げ側に圧力をかけます。

チェックバルブは、おもちゃ、マットレス、ボートなどの膨張可能な物によく使用されます。これにより、物体は連続的または中断のない空気圧なしで膨張することができます。

フランク・P・コッターは、「特別な継手を必要とせずにパイプ接続部に接続でき、検査や修理のために簡単に開けることができる、シンプルなセルフシールチェックバルブ」を 1907 年に開発しました (米国特許 865,631)。

ニコラ・テスラは1916 年に、一見単純な流体用の一方向バルブ、テスラバルブを発明しました。このバルブは 1920 年に特許を取得しました (米国特許 1,329,559)。

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  ハステロイチェックバルブ
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  ステンレスウェーハチェックバルブ
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  インコネルチェックバルブ
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  傾斜ディスクインコネルチェックバルブの内部
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  フランジノズルインコネルチェックバルブまたはアキシャルチェックバルブ
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  このシャムのクラッパー入り江は、1 つまたは 2 つの排水口をデリュージ ガンに入力できます。
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  ハステロイチェックバルブ内部、ウェーハ構成
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  大型炭素鋼スイングチェックバルブ
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  合金チェックバルブ用ディスク（アキシャルチェックバルブとも呼ばれる）
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  ウェーハチェックバルブ
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  プラスチックチェックバルブ
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  ロレックス シードゥエラーダイビングウォッチに使用されている一体型ヘリウム放出バルブ

• スプリングチェックバルブの動作原理
• チェックバルブチュートリアル このチュートリアルでは、リフト、ディスク、スイング、ウェーハチェックバルブなど、さまざまな設計の操作、利点、用途、選択について説明します。
• テスラのオリジナルの流体ダイオードの縮小版である、微細チェックバルブの写真。
• 米国特許 1,329,559、テスラのオリジナルの流体ダイオード（非常に低いパフォーマンスを示す設計のテスト - 注: テスト プロトコルは特許に記載されている条件と一致しませんでした）
• チェックバルブの設置と利点