CN1297770C - 定流量阀及定流量混合方法 - Google Patents

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CN1297770C CNB021574774A CN02157477A CN1297770C CN 1297770 C CN1297770 C CN 1297770C CN B021574774 A CNB021574774 A CN B021574774A CN 02157477 A CN02157477 A CN 02157477A CN 1297770 C CN1297770 C CN 1297770C
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Abstract

本发明的定流量阀及定流量混合方法是，使用所述定流量阀，可有效地混合多个流体。具备：阀体(10)；形成在所述阀体的阀动作室(20)及连接流路(50)；装置在所述阀动作室的阀机构体(30)；及设于所述连接流路的节流部(60)，所述阀动作室形成有一次侧流体的流入口(11)、阀座(15)、朝向所述连接流路的流出口(12)、来自所述连接流路的流入口(13)及二次侧流体的流出口(14)，所述阀机构体(30)具备与阀部(31)一体变动的第1隔膜部(41)、第2隔膜部(42)及第3隔膜部(43)。采用本发明不会留滞被控制流体，且除了隔膜以外与被控制流体形成不接触，并可简单地进行差压调节，反应性佳。

Description

定流量阀及定流量混合方法
技术领域
本发明涉及定流量阀及使用该定流量阀的混合多种流体的定量流混合方法。
背景技术
以往，作为用于将流体流量作成一定而供给的定流量阀，可广泛使用将二次压侧流体的一部份引导至具有阀构件的控制室、并以此作为控制压力形成一定的供给流量的技术。但是，该定流量阀会在配设控制压力用的管(导管)内滞留流体而形成所谓的死水，会有繁殖杂菌，或此时杂菌混入本流体中。为了解决此一问题，提案一种例如日本专利特开平6-123371号公报所记载，不使用导管的全流量置换型的定流量阀。
图6表示的定流量阀90是涉及所述公报所揭示的构造，将腔室100以受弹簧体121施力的受压构件120分隔为一次侧(下半)腔室101与二次侧(上半)腔室102，使被控制流体从一次侧腔室101的入口103流入而从该一次侧腔室101的出口104流出，构成经过具备水量调节阀131的连接管130而从二次侧腔室102的入口105流入二次侧腔室102内并从流出口106流出，同时，在所述一次侧腔室101内设置阀室110，使作用于弹簧体113的阀构件112对应于所述受压构件120的动作量来控制阀座111的开度。符号115是形成在阀构件112上的贯穿孔。
采用该定流量阀90，如从图的左右不同的状态可理解，一次侧或二次侧的流体压力一旦变动时，会因为一次侧和二次侧流体整体的差压使受压构件120动作，对应其动作量使一次侧流体的阀室110的阀构件112变动，并通过阀座111的开度调节以将一次侧流体的流量调节成预定量。由于不使用导管，因此不会有流体的滞留，不会产生所述的死水。
并且，该定流量阀90具备如图所示可作用于受压构件120及阀构件112用的弹簧体121及113，成为流体与这些弹簧体121及113接触的构造，因此在流体具有金属腐蚀性或者是机溶剂、电解水、气体(燃气)等的场合，会有腐蚀弹簧121、113或混入不纯物的问题。在排斥药液等不纯物的管路上不加以使用。
又，该定流量阀90作成在与装置内部的流体接触的部分内设有弹簧体121及113的构造，因此会有从外部不能改变差压的构造上的问题。并且，由于不是考虑受压构件120或阀构件113的受压面积的构成，因此完全维持一定差压困难，节流造成阻力大的时候虽然可以精度良好地控制流量，但是在阻力小、差压低时，相对于一次侧及二次侧压力变动存在着不能有效作用等的问题。
发明内容
本发明的目的是可消除以上背景技术所带来的问题点，提供一种不会滞留被控制流体且除了隔膜以外不与被控制流体接触、并可简单进行差压调节、反应性佳的定流量阀。又，本发明可提供一种使用所述定流量阀、有效混合多种流体的定量混合方法。
即，技术方案1的发明的定流量阀，其特征在于：由阀体10、形成在所述阀体的阀动作腔室20及连接流路50、装置于所述阀动作腔室的阀机构体30、以及设置在所述连接流路的节流部60所构成，所述阀动作室20形成有一次侧流体的流入口11、阀座15、朝向所述连接流路的流出口12、来自所述连接流路的流入口13及二次侧流体的流出口14，所述阀机构体30具备与阀部31一体变动的第1隔膜部41、第2隔膜部42及第3隔膜部43，所述第1隔膜部41具有与所述阀部的阀座上游侧受压面Va大致相等的有效受压面积S1b，并安装于所述动作腔室内，其一面侧41a划分为空气压腔室21，另一外面侧划分为具有所述一次侧流体的流入口及阀座上游部的第1腔室22，所述第2隔膜部42安装在所述阀动作腔室上，其一面侧42a划分为具有所述连接流路的流出口及阀座下游部的第2腔室23，另一面侧42b划分为具有来自所述连接流路的流入口及二次侧流体流出口的第3腔室24，所述第3隔膜部43具有与所述阀部的阀座下游侧受压面Vb大致相等的有效受压面积S3a，并安装于所述阀动作腔室内，其一面侧43a划分为所述第3腔室，另一面侧43b划分为加压腔室25，所述阀部随着所述阀机构体变动而相对于所述阀座进退，所述加压腔室设有以预定压力推压所述阀机构体的加压装置。
又，技术方案2的发明是如技术方案1记载的定流量阀，其中，所述加压装置72为加压空气，且在所述加压腔室内装有弹簧体作为辅助加压装置。
此外，技术方案3的发明是如技术方案1或2记载的定流量阀，其中，在所述空气压腔室21设有加压装置71。
技术方案4的发明是如技术方案1至3项中任一项记载的定流量阀，其中，所述节流部60由可变孔口所构成。
技术方案5的发明的定流量混合方法是，使用流入分别不同流体的技术方案1至技术方案4中任一项记载的定流量阀，并且该定流量阀分别为第1定流量阀9A及第2定流量阀9B所构成，在所述第1定流量阀的连接流路的节流部上游侧50AU，结合来自所述第2定流量阀的二次侧流体流出口14B的流路17进行混合。
附图说明
图1为技术方案1的发明一实施例的定流量阀的中央纵剖视图。
图2是表示图1所示定流量阀的各腔室压力与各隔膜受压面积的关系剖视图。
图3是表示技术方案5的发明的定流量混合方法的一例的定流量阀配置图。
图4是放大表示该定流量阀的隔膜一实施例的剖视图。
图5是放大表示将隔膜安装在定流量阀的状态的部分剖视图。
图6是表示现有定流量阀一例子的中央纵剖视图。
具体实施方式
以下根据附图详细说明本发明。
图1是技术方案1的发明一实施例的定流量阀的中央纵剖视图，图2是表示图1定流量阀的各腔室压力与各隔膜的受压面积的关系剖视图，图3是表示技术方案5的发明的定流量混合方法一例子的定流量阀的配置图，图4是放大表示定流量阀的隔膜的一实施例的剖视图，图5是放大表示将隔膜安装在定流量阀上状态的部分剖视图。
图1表示的定流量阀9可使用于纯水、药液、腐蚀性流体、有机溶剂、电解水、气体等的各种流体，利用一次侧与二次侧流体的压力差将被控制流体的流出量控制在预定的流量。该定流量阀9是由阀体10、形成在所述阀体10的阀动作腔室20、连接流路50、装置在所述阀动作腔室20的阀机构体30、以及设于所述连接流路50的节流部60所构成。
阀体10在本例中是由氟树脂等耐蚀性及抗药性的树脂所形成，内部形成有阀动作腔室20。阀动作腔室20形成有：被控制流体F的一次侧流体的流入口11；阀座15；朝向连接流路的流出口12、来自连接流路50的流入口13及二次侧流体的流出口14。
一次侧流体的流入口11及二次侧流体的流出口14是流入及流出被控制流体用的流路连接口，可对该等流入口11及流出口14适当地连接配管。又，对连接流路50的流出口12及来自该连接流路50的流入口13是朝向具备调节一次侧流体与二次侧流体间差压的节流部60的连接流路50的连接口。阀座15是突出形成在阀动作腔室20的内部，安装有以下的阀机构体30。
所述阀动作腔室20内部装有阀机构体30。阀机构体30与阀体10相同，本例中是以氟树脂等耐蚀性及抗药性的树脂所形成，具备阀部31，即与该阀部31一体变动的第1隔膜部41与第2隔膜部42及第3隔膜部43。
设置在阀机构体30上的第1隔膜部41、第2隔膜部42、第3隔膜部43分别包括由可动部的薄壁膜部所构成的隔膜面44、45、46、及其外缘侧的外周密封部47、48、49。这些第1、第2、第3隔膜部41、42、43是将该外周密封部47、48、49夹持固定在所述阀体10内部。本例的阀体10是分割构成第1阀体部10a、第2阀体部10b、第3阀体部10c、第4阀体部10d，以简单地夹持固定所述隔膜部41、42、43的外周密封部。
在第1隔膜部41与第3隔膜部43的各外周密封部47、49的外侧安装缓冲材料的缓冲橡胶G并夹持固定在阀体10上。相对于此，第2隔膜42由于其两面与流体接触，会导致其缓冲材的恶化。尤其流体是臭氧水或气体的场合，容易穿透构成隔膜部的氟树脂而易使缓冲材恶化。因此，在此第2隔膜部42的外周密封部48，如图示最好将外周密封部48形成朝外侧开口的截面大致呈コ字型，且与内侧流体接触的部分作成厚壁而将缓冲材DG压入其内部。
图4及图5的实施例，是表示在第2隔膜部42的截面大致呈コ字型的外周密封部48中、形成安装上下任一边(此处为上片部48A)用的可变形的薄壁部、同时其余的2边(此处为竖立片部48与下片部48C)设定为可提高非穿透功能与抗变形功能的厚壁部、在其内侧压入缓冲材DG的构造。图4是表示对于第2隔膜部42及缓冲材DG在阀体上装着前的状态图。该例中，外周密封部48的上片部48A的厚度为0.5mm，竖立片部48B及下片部48C的厚度为1mm(或其以上)。作为缓冲材料DG最好使用氟橡胶或丁腈橡胶或EPDM、硅胶等。并且，图中相同构件标以相同的符号说明。
采用以上的构造，如图5所示，将第2隔膜部42安装在阀体10上时，所述缓冲材料DG通过隔膜部42的外周密封部48厚壁部所构成的竖立片部48B及下片部48C，而可保护流体的穿透，防止其恶化。同时，厚壁部所构成的竖立片部48B及下片部48C可抑制所压缩缓冲材料DG的朝向隔膜径向的反弹力，可防止隔膜面45的变形。
另外，如图4的图示，在安装外周密封部48的阀体10c上，通过在外周密封部48的薄壁部所构成的上片部48A内侧形成保护用突壁部10P，从而可同时提高上片部48A的非穿透功能及抗变形功能。
第1隔膜部41具有与所述阀体30的阀部31的阀座15上游侧受压面Va(参阅图2)大致相等的有效受压面积S1b(参阅图2)。其中，隔膜的有效受压面积例如针对第1隔膜部41而言，是其可动部的薄壁膜部所构成的隔膜面44可有效承受压力的面积，是从薄壁膜部所构成的隔膜面的外侧半径r1与内侧半径r2的中间部r3＝(r1-r2)/2面积减去内侧半径r2面积的面积，即以(r3)2-π(r2)2计算。此外，以下的说明相同。
并且，该第1隔膜部41安装在所述阀动作腔室20内，将其一面侧41a划分为空气压腔室21，另一面侧41b则划分为具有所述一次侧流体的流入口11、及阀座15上游部的第1腔室22。
又，第2隔膜部42安装在所述阀动作腔室20，将其一面侧42a划分为具有所述连接流路50的流出口12及阀座15下游部的第2腔室23，另一面侧42b划分为具有来自所述连接流路50的流入口13及二次侧流体的流出口14的第3腔室24。
此外，第3隔膜部43具有与所述阀体31的阀座15下游侧受压面Vb(参阅图2)大致相等的有效受压面积S3a(参阅图2)。并且有效受压面与所述相同。第3隔膜部43安装在所述阀动作腔室20内，将其一面侧43a划分为所述第3腔室24，另一面侧43b划分为加压腔室25。
阀机构体30的阀部31与该阀机构体30变动的同时而相对于所述阀座15进退，改变其开度，可以变化从所述腔室22至第2腔室23的被控制流体的流入量。
在加压腔室25设有以预定压力推压所述阀机构体30的加压装置72。该加压装置72以加压空气或弹簧等所成，最好构成可从阀体10的外部进行调节。实施例中，如技术方案2的发明所限定，加压装置72为加压空气，且在加压腔室25内安装可作为辅助加压装置的弹簧体76。图1中，符号19b是加压空气的流入口，73是调节空气压力的调整器(减压阀)，74表示空气源。弹簧体(压缩弹簧)76是通过旋装在其上部阀体10的推压构件77的进退而调节该弹簧76的加压力。符号78为锁紧螺钉。该弹簧体76可辅助加压装置72的加压空气的加压力，同时当加压空气的供给停止时(含紧急时)，可延缓泄漏，以防止完全停止流体F的流通而产生细菌等的问题。
空气压腔室21一般为大气压，但是可根据需要送入加压空气。符号19a为空气流出口。又，如技术方案3的发明的限定及如图所示，可以在所述空气压腔室21设置加压空气等的加压装置71，例如将被控制流体的供给强制地加以停止时，使阀机构体30前进，使其阀部31接触阀座15而关闭。此时符号19a形成加压空气的流入口。图的符号79是调节空气压力的调节器(减压阀)，使用与所述加压装置72共通的空气源74。
针对连接流路50说明如下，该流路50也可以设置在阀体10中，也可以利用配管等设置于外部。根据后述节流部60配置的方便性来决定。
设置在连接流路50的节流部60是用来在一次侧流体的压力P1与二次侧流体的压力P2间形成压力差，可使用各知的节流阀等。又，如技术方案4的发明的限定，节流部60使用可变孔口较为有效且经济。该例是使用线性的可变孔口(节流阀)。
其次，针对本发明定流量阀9的动作说明如下。如图2所示，设定空气压腔室的压力为PA、第1腔室的压力为P1、第2腔室的压力为P2、第3腔室的压力为P3、加压腔室的压力为PB。又，设定阀机构体30的第1隔膜部41的第1隔膜面44下面侧的有效受压面积为S1a、其上面侧的有效受压面积为S1b、阀部31的阀座上游侧受压面为Va、阀座下游侧受压面为Vb，另外设定第2隔膜部42的第2隔膜面45下面侧的有效受压面积为S2a、其上面侧的有效受压面积为S2b、第3隔膜部的第3隔膜面46下面侧的有效受压面积为S3a、其上面侧的有效受压面积为S3b。以下是以数学式表示平衡时各腔室的压力与阀机构体各部所受压力之间的关系。
(式1)
PB·S3b+P3·S2b+P2·Vb+P1·S1b＝PA·S1a+P1·Va+P2·S2a+P3·S3a
式1是分别表示左边向下方的压力，右边向上方的压力，由于下方向与上方向的压力一致，因此是以等号连结的式子。其中，由于本发明的第1隔膜部41及第3隔膜部43的有效受压面积S1b、S3b与阀部31的受压面积Va、Vb具有所述的关系，因此可导出下式2的条件。并且，空气压腔室21的加压力PA由于非常小故可以忽略。
(式2)
S1b＝Va
S3a＝Vb
S2a＝S2b(表里关系)
(式3)
PB·S3b+P3·S2b+P2·Vb+P1·S1b＝P1·Va+P2·S2a+P3·S3a
其中，代入式2的条件，设定PA为0。
PB·S3b＝P2(S2a-Vb)+P3(Vb-S2a)
∴PB＝[(S2a-Vb)/S3b]·(P2-P3)＝[(S2b-Vb)/Vb]ΔP
本发明的定流量阀9如所述，可以从技术方案1发明的构成导出式2表示的条件，可以整理如式3所示。该式3中，可以获知，所述加压腔室25内的加压装置72产生的加压力PB是与节流部60的压力差的差压ΔP成正比。因此，所述加压装置72产生的加压力PB只要配合差压ΔP变更，即可简单地控制供给的流量。
其次，使用本发明的定流量阀9，针对不同的流体定流量混合方法说明如下。图3是表示技术方案5的发明的定流量混合方法的最佳实施例图。
供给预定量的混合流体M时，例如混合冷水F1与热水F2，与预定量的温水M混合时，首先，将冷水F1从其一次侧流体的流入口11A流入第1定流量阀9A，从连接流路的流出口12A流向连接流路50A。另一方面，使热水F2从其一次侧流体的流入口11B流入第2定流量阀9B，经由具有节流部60B的连接流路50B，而从二次侧流出口14B流出，在所述第1定流量阀9A的连接流路50A的节流部上游侧50AU与所述冷水F1合流混合，并通过所述第1定流量阀的节流部60A而使该混合后的混水M经连接流路的流入口13A而从二次侧流体的流出口14A流出。
通过这种的混合，第1定流量阀9A可控制预定量冷水F1的流通，第2定流量阀9B可控制预定量混合水的温水F2的流通。另外，如图所示，利用测定器(温度计)80测定从第1定流量阀9A的二次侧流体的流出口14A流出的温水M的温度，只要从调节计81利用电空变换器82调节加压装置72B的加压空气时，就可调节与冷水F1混合的热水F2的流量而控制成预定温度的温水。符号83为加压空气的空气源(并且，也可以与第1定流量阀9A的加压装置72A的空气源74共通)。
以上的例中，已针对冷水F1与热水F2混合供给温水M的场合作了说明，但不仅限于此，可以进行药液等多种不同流体的混合。另外，所述的测定机器80可根据流体的混合样态使用PH计、浓度计等。
如以上图示说明，本发明的定流量阀由于不使用导管，因此不会使被控制流体滞留，即可消除所谓死水的产生，因此不会有细菌的产生或杂质的混入等问题。又，被控制流体不与隔膜以外的接触，因此在流体具有金属腐蚀性、或是机溶剂、电解水、气体等的场合，或者在厌药液等杂质的管路中也可以有效地使用。
本发明的定流量阀，由于在加压腔室设有加压装置，与装置内部的流体形成不接触，因此可容易从外部改变其加压力。尤其是本发明的定流量阀中，如所述利用加压腔室内加压装置的加压力是构成与节流部压力差的差压成正比，因此可简单地进行差压调节，完全维持一定差压，节流的阻力小、差压低时，可同样有效地发挥作用，具有反应性佳的控制。由此，可控制大的量程范围。
此外，采用使用该定量流阀的定流量混合方法，可有效且可靠地混合多种类的流体。如所述，本发明尤其可有效地用于医疗关系、半导体关系的流体供给管路上。

Claims (6)

1.一种定流量阀，其特征在于：由阀体(10)、形成在所述阀体的阀动作腔室(20)及连接流路(50)、安装于所述阀动作腔室的阀机构体(30)以及设置在所述连接流路的节流部(60)所构成，
所述阀动作腔室(20)形成有一次侧流体的流入口(11)、阀座(15)、朝向所述连接流路的流出口(12)、来自所述连接流路的流入口(13)及二次侧流体的流出口(14)，
所述阀机构体(30)具备与阀部(31)一体变动的第1隔膜部(41)、第2隔膜部(42)及第3隔膜部(43)，
所述第1隔膜部(41)具有与所述阀部的阀座上游侧受压面(Va)大致相等的有效受压面积(S1b)，并安装于所述阀动作腔室内，其一面侧(41a)划分为空气压腔室(21)，另一面侧划分为具有所述一次侧流体的流入口及阀座上游部的第1腔室(22)，
所述第2隔膜部(42)安装在所述阀动作腔室内，其一面侧(42a)划分为具有朝向所述连接流路的流出口及阀座下游部的第2腔室(23)，另一面侧(42b)划分为具有来自所述连接流路的流入口及二次侧流体流出口的第3腔室(24)，
所述第3隔膜部(43)具有与所述阀部的阀座下游侧受压面(Vb)大致相等的有效受压面积(S3a)，并安装于所述阀动作腔室内，并将其一面侧(43a)划分为所述第3腔室，另一面侧(43b)划分为加压腔室(25)，
所述阀部随着所述阀机构体变动而相对于所述阀座进退，
所述加压腔室设有以预定压力推压所述阀机构体的第1加压装置(72)。
2.如权利要求1所述的定流量阀，其特征在于，所述第1加压装置(72)为加压空气，且在所述加压腔室内装有作为辅助加压装置的弹簧体(76)。
3.如权利要求1所述的定流量阀，其特征在于，在所述空气压腔室(21)设有第2加压装置(71)。
4.如权利要求2所述的定流量阀，其特征在于，在所述空气压腔室(21)设有第2加压装置(71)。
5.如权利要求1至4中任一项所述的定流量阀，其特征在于，所述节流部(60)由可变孔口构成。
6.一种定流量混合方法，其特征在于：使用两个分别流入不同流体的如权利要求1至5中任一项所述的定流量阀，并且所述两个定流量阀分别为第1定流量阀(9A)及第2定流量阀(9B)，在所述第1定流量阀的连接流路的节流部上游侧(50AU)，结合来自所述第2定流量阀二次侧流体的流出(14B)的流路进行混合。
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