-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenventil-Dichtstruktur und ein Kolbenventil-Fluidsteuerverfahren. Konkret handelt es sich um eine Kolbenventil-Dichtstruktur und ein Kolbenventil-Fluidsteuerverfahren, durch die die Haltbarkeit der Dichtstruktur eines Ventilkörpers verbessert wird und eine ausreichende Fluidsteuerung möglich ist.
-
Hintergrundtechnologie
-
Herkömmlich wird ein Kolbenventil als Strukturkörper zum Steuern der Strömung eines Fluids in z. B. einer Rohrleitung verwendet. Bei dem Kolbenventil bewegt sich ein Schaft, der an einem Kolben als Antriebsmittel angebracht ist, hin und her, und ein Ventilkörper wird infolge dieser Bewegung betrieben.
-
Bei diesem Kolbenventil handelt es sich um eine Struktur, bei der ein Fluid durch den Kontakt des Ventilkörpers mit einem Ventilsitz gesteuert wird, wobei es z. B. ein Kugelventil gibt, bei dem ein Fluid das Innere eines kugelförmigen Ventilgehäuses S-förmig durchströmt.
-
Beim Steuern der Strömung des Fluids haftet eine harzartige Dichtkomponente, die an dem Ventilkörper vorgesehen ist, an einem Abschnitt eines an dem Ventilsitz vorgesehenen Durchgangslochs flüssigkeitsdicht an. Dadurch wird das Durchgangsloch durch die Dichtkomponente des Ventilkörpers verschlossen, wodurch es zu einer Unterbrechung oder Routenänderung der Strömung des Fluids kommt.
-
Als Struktur eines allgemeinen Kugelventils gibt es ein z. B. wie im Patentdokument 1 angegebenes Kugelventil.
-
Dabei ist in dem Patentdokument 1 ein in 6 und 7 angegebener Ventilhauptkörper 100 angegeben. Der Ventilhauptkörper 100 weist ein im Wesentlichen Y-förmiges Ventilgehäuse 101 auf. Bei dem Ventilgehäuse 101 ist ein Ventilsitz 104 zwischen einem Strömungsweg vorgesehen, der aus einem ersten Strömungsweg 102 und einem zweiten Strömungsweg 103 besteht.
-
Ferner weist der Ventilhauptkörper 100 einen Schaft 105 auf, der zu dem Ventilsitz 104 gerichtet hin- und herbewegbar ist. An dem Schaft 105 ist ein Dichtungshalter 107 gebildet, der an eine Dichtkomponente 106 montiert ist, die durch den Kontakt mit und das Lösen von dem Ventilsitz 104 den Strömungsweg öffnet und schließt.
-
Bei dem Ventilhauptkörper 100 wird der Strömungsweg verschlossen, wenn die Dichtkomponente 106 durch das Hin- und Herbewegen des Schafts 105 an dem Ventilsitz 104 haftet.
-
Dokument des Standes der Technik
-
Patentdokument
-
Patentdokument 1: JP Patentveröffentlichung 2008-138847 A
-
Kurzfassung der Erfindung
-
Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe
-
Bei einem herkömmlichen Kolbenventil, einschließlich der in dem Patentdokument 1 angegebenen Ventilstruktur, handelt es sich um eine durch den Oberflächenkontakt der Endfläche der Dichtkomponente gegenüber der Endfläche des Ventilsitzes dichtende Struktur. Das heißt, die Strömung des Fluids wird durch den zur Richtung der Hin- und Herbewegung des Schafts geradlinig gerichteten Oberflächenkontakt gesteuert.
-
Da sich beim Annähern der Dichtkomponente an den Ventilsitz der Strömungsweg des zwischen der Dichtkomponente und dem Ventilsitz strömenden Fluids verengt und sich die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids erhöht, kommt es zu dem Phänomen einer Abnutzung der Dichtkomponente. Da die Dichtkomponente aus einem weichen Harz wie Polytetrafluorethylen gebildet wird, und die Strömung des Fluids beim Dichten schneller wird, sodass die Dichtkomponente durch das Fluid abgeschabt wird, ergibt sich die Notwendigkeit, die Dichtkomponente in kurzen Zeiträumen auszutauschen.
-
Die vorliegende Erfindung erfolgte unter Berücksichtigung der vorstehenden Punkte und macht sich die Bereitstellung einer Kolbenventil-Dichtstruktur und eines Kolbenventil-Fluidsteuerverfahrens zur Aufgabe, durch die die Haltbarkeit der Dichtstruktur eines Ventilkörpers verbessert wird und eine ausreichende Fluidsteuerung möglich ist.
-
Mittel zum Lösen der Aufgabe
-
Um diese Aufgabe zu erfüllen, umfasst die Kolbenventil-Dichtstruktur der vorliegenden Erfindung ein Ventilgehäuse, das eine Einströmöffnung und eine Ausströmöffnung eines Fluids aufweist, und einen die Einströmöffnung und die Ausströmöffnung verbindenden Strömungsweg bildet, durch den ein Fluid strömt, einen Ventilsitz, der auf der Innenumfangsfläche des Ventilgehäuses positioniert ist, den Strömungsweg des Fluids unterteilt und an dem ein den Strömungsweg des Fluids bildendes Durchgangsloch gebildet ist, einen Schaft, der stangenförmig gebildet ist, und derart aufgebaut ist, dass er in Längenrichtung vor- und zurückbewegbar ist und außerdem durch das Durchgangsloch des Ventilsitzes bewegbar ist, eine Dichtkomponente, die auf der Außenumfangsfläche des Schafts vorgesehen ist, und derart aufgebaut ist, dass sie infolge der Bewegung des Schafts flüssigkeitsdicht an der Innenumfangsfläche des Ventilsitzes haften kann, und eine Durchflussregelungskomponente, die an einer zur Dichtkomponente des Schafts angrenzenden Stelle gebildet wird und einen Außendurchmesser hat, der etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Ventilsitzes.
-
Dabei kann durch das Ventilgehäuse, das eine Fluid-Einströmöffnung und -Ausströmöffnung aufweist und einen die Einströmöffnung und die Ausströmöffnung verbindenden Strömungsweg bildet, in dem ein Fluid strömt, ein Strömungsweg eines Kolbenventils gebildet werden, in dessen Innerem ein Fluid strömt. Ferner wird ein Anordnen des Kolbenventils an einer bestehenden Rohrleitungsanlage durch das Verbinden einer Rohrleitungsroute, durch die ein Fluid strömt, mit der Fluid-Einströmöffnung und -Ausströmöffnung ermöglicht.
-
Ferner kann durch den Ventilsitz, der auf der Innenumfangsfläche des Ventilgehäuses positioniert ist, den Strömungsweg des Fluids unterteilt, und an dem ein den Strömungsweg des Fluids bildendes Durchgangsloch gebildet ist, eine Trennwandstruktur aufgebaut werden, durch die die Strömung des Fluids gesteuert bzw. umgeschaltet wird. Mit anderen Worten passiert das Fluid den Abschnitt des Durchgangslochs an der Position des Ventilsitzes, sodass durch ein Abdichten dieses Abschnitts durch eine im Folgenden beschriebene Dichtkomponente verhindert werden kann, dass das Fluid das Durchgangsloch passiert.
-
Ferner kann durch den stangenförmig gebildeten, in Längenrichtung vor- und zurückbewegbar und außerdem durch das Durchgangsloch des Ventilsitzes bewegbar aufgebauten Schaft ein sich auf der Innenseite des Durchgangslochs des Ventilsitzes bewegender Strukturkörper vorgesehen werden. Das Vor- und Zurückbewegen des Schafts wird durch ein bekanntes Kolbenantriebsmittel realisiert.
-
Ferner kann durch den stangenförmig gebildeten, in Längenrichtung vor- und zurückbewegbar und durch das Durchgangsloch des Ventilsitzes bewegbar aufgebauten Schaft und eine auf der Außenumfangsfläche des Schafts vorgesehene Dichtkomponente, die derart aufgebaut ist, dass sie infolge der Bewegung des Schafts auf der Innenumfangsfläche des Ventilsitzes flüssigkeitsdicht haften kann, die Dichtkomponente mit dem Ventilsitz in Kontakt gebracht und das Durchgangsloch verschlossen werden.
-
Ferner kann der Strömungsweg zwischen dem Ventilsitz und dem Schaft durch die Durchflussregelungskomponente, die an einer zu der Dichtkomponente des Schafts angrenzenden Stelle gebildet wird und einen Außendurchmesser hat, der etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Ventilsitzes, eingeschränkt werden. Das heißt, bevor die Dichtkomponente mit dem Ventilsitz in Kontakt kommt, wird der Strömungsweg zwischen der Durchflussregelungskomponente und dem Ventilsitz eingeschränkt, sodass sich die in dem Strömungsweg strömende Durchflussmenge verringert, und dadurch ein Verschleiß an der Dichtkomponente durch das Fluid unmittelbar vor dem Kontakt der Dichtkomponente reduziert werden kann.
-
Ist ferner der Unterschied zwischen dem Innendurchmesser des Ventilsitzes und dem Außendurchmesser der Durchflussregelungskomponente im Querschnitt aus der Querrichtung des Schafts gesehen kleiner oder gleich 0,25 mm, kann ein Verschleiß an der Dichtkomponente durch das Fluid unmittelbar vor dem Kontakt der Dichtkomponente weiter reduziert werden.
-
Überschreitet dabei der Unterschied zwischen dem Innendurchmesser des Ventilsitzes und dem Außendurchmesser der Durchflussregelungskomponente im Querschnitt aus der Querrichtung des Schafts gesehen 0,25 mm, wird die Einschränkung des Strömungsweges unzureichend, sodass zu befürchten ist, dass ein Verschleiß an der Dichtkomponente durch das Fluid nicht reduziert werden kann.
-
Ist ferner der Unterschied zwischen dem Innendurchmesser des Ventilsitzes und dem Außendurchmesser der Durchflussregelungskomponente im Querschnitt aus der Querrichtung des Schafts gesehen kleiner oder gleich 0,10 mm, kann ein Verschleiß an der Dichtkomponente durch das Fluid unmittelbar vor dem Kontakt der Dichtkomponente noch weiter reduziert werden.
-
Wird ferner zumindest ein Teil der Innenumfangsfläche des Ventilsitzes und der Außenumfangsfläche der Durchflussregelungskomponente in vertikaler Richtung im Wesentlichen flach gebildet, kann beim Annähern der Innenumfangsfläche des Ventilsitzes und der Außenumfangsfläche der Durchflussregelungskomponente, wenn der Strömungsweg des Fluids eingeschränkt wird, das Fluid leichter strömen, sodass die Strömung bis zum Kontakt der Dichtkomponente mit dem Ventilsitz geglättet werden kann.
-
Wird ferner an dem Abschnitt der Dichtkomponente, der mit der Innenumfangsfläche des Ventilsitzes in Kontakt kommt, im Querschnitt aus der Querrichtung des Schafts gesehen ein Konus gebildet, kann das Fluid an der Stelle der Dichtkomponente leichter strömen, sodass ein Verschleiß an der Dichtkomponente durch das Fluid reduziert werden kann. Unter „Konus“ wird hier ein Konus verstanden, bei dem im Querschnitt aus der Querrichtung des Schafts gesehen der Durchmesser der Dichtkomponente von der Seite der Durchflussregelungskomponente her größer wird.
-
Liegt ferner die Länge der Durchflussregelungskomponente in vertikaler Richtung in einem Bereich von 2,0 bis 5,0 mm, kann ein Verschleiß an der Dichtkomponente durch das Fluid unmittelbar vor dem Kontakt der Dichtkomponente weiter reduziert werden.
-
Beträgt dabei die Länge der Durchflussregelungskomponente in vertikaler Richtung weniger als 2,0 mm, wird die den Strömungsweg einschränkende Länge in vertikaler Richtung unzureichend, sodass zu befürchten ist, dass ein Verschleiß an der Dichtkomponente durch das Fluid nicht reduziert werden kann. Übersteigt die Länge der Durchflussregelungskomponente in vertikaler Richtung ferner 5,0 mm, muss der Schaft verlängert werden, wobei zu befürchten ist, dass eine Behinderung der Konstruktion der anderen Bauteile des Kolbenventils hervorgerufen wird.
-
Liegt ferner die Länge der Durchflussregelungskomponente in vertikaler Richtung in einem Bereich von 3,0 bis 4,5 mm, kann ein Verschleiß an der Dichtkomponente durch das Fluid unmittelbar vor dem Kontakt der Dichtkomponente noch weiter reduziert werden.
-
Ferner werden für den Fall, dass das Ventilgehäuse eine Vielzahl von Einströmöffnungen und Ausströmöffnungen aufweist, zwei Ventilsitze aus einem ersten Ventilsitz, der ein erstes Durchgangsloch aufweist, und einem zweiten Ventilsitz, der ein zweites Durchgangsloch aufweist, entlang der Bewegungsrichtung des Schafts vorgesehen werden, es sich bei der Dichtkomponente um eine erste Dichtkomponente, die derart aufgebaut ist, dass sie auf der Innenumfangsfläche des ersten Ventilsitzes flüssigkeitsdicht haftbar ist, und eine zweite Dichtkomponente handelt, die weiter auf der Endteilseite des Schafts als die erste Dichtkomponente positioniert und derart aufgebaut ist, dass sie auf der Innenumfangsfläche des zweiten Ventilsitzes flüssigkeitsdicht haftbar ist, und es sich bei der Durchflussregelungskomponente um eine erste Durchflussregelungskomponente, die auf der dem Endteil des Schafts der ersten Dichtkomponente gegenüberliegenden Seite positioniert ist, und eine zweite Durchflussregelungskomponente handelt, die auf der Endteilseite des Schafts der zweiten Dichtkomponente positioniert ist, im Inneren des Kolbenventils zwei Verschließkomponenten vorgesehen, die die Strömung des Fluids unterbrechen. Dadurch ergibt sich eine Struktur, durch die eine Umschaltung einer Vielzahl von Fluidrouten möglich ist. Das heißt, es wird möglich, z. B. in einem einzigen Kolbenventil die Struktur eines Dreiwegeventils mit zwei Strömungsrouten vorzusehen.
-
Um die vorstehende Aufgabe zu erfüllen, umfasst das Kolbenventil-Fluidsteuerverfahren der vorliegenden Erfindung ferner einen Schritt zum Einschränken der Durchflussmenge eines Fluids, in dem eine Durchflussregelungskomponente eines Schafts mit einem Außendurchmesser, der etwas kleiner gebildet ist als der Innendurchmesser der Innenumfangsfläche, an die Innenumfangsfläche eines Ventilsitzes, der auf der Innenseite eines Ventilgehäuses gebildet ist, angenähert wird, und einen Schritt zum Steuern der Strömung eines Fluids, in dem dafür gesorgt wird, dass eine auf der Innenumfangsfläche des Ventilsitzes an einer an die Durchflussregelungskomponente angrenzenden Position vorgesehene Dichtkomponente flüssigkeitsdicht anhaftet.
-
Dabei kann durch den Schritt zum Einschränken der Durchflussmenge eines Fluids, in dem eine Durchflussregelungskomponente eines Schafts mit einem Außendurchmesser, der etwas kleiner gebildet ist als der Innendurchmesser der Innenumfangsfläche, an die Innenumfangsfläche eines Ventilsitzes, der auf der Innenseite eines Ventilgehäuses gebildet ist, angenähert wird, ein Verschleiß an der Dichtkomponente durch das Fluid unmittelbar vor dem Kontakt der Dichtkomponente reduziert werden.
-
Ferner kann durch den Schritt zum Steuern der Strömung eines Fluids, in dem dafür gesorgt wird, dass eine auf der Innenumfangsfläche des Ventilsitzes an einer an die Durchflussregelungskomponente angrenzenden Position vorgesehene Dichtkomponente flüssigkeitsdicht anhaftet, die Strömung des Fluids an der Position des Ventilsitzes unterbrochen werden.
-
Wirkungen der Erfindung
-
Die Kolbenventil-Dichtstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine Verbesserung der Haltbarkeit der Dichtstruktur eines Ventilkörpers und eine ausreichende Fluidsteuerung.
Ferner ermöglicht das Kolbenventil-Fluidsteuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eine Verbesserung der Haltbarkeit der Dichtstruktur eines Ventilkörpers und eine ausreichende Fluidsteuerung.
-
Figurenliste
-
- [1] 1 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel einer Dichtstruktur eines Kolbenventils zeigt, auf das die vorliegende Erfindung angewandt wurde.
- [2] 2 (a) ist eine vergrößerte schematische Darstellung im durch den Ventilkörper abgedichteten Zustand des Ventilsitzes der oberen Seite, und 2 (b) ist eine vergrößerte schematische Darstellung im durch den Ventilkörper abgedichteten Zustand des Ventilsitzes der unteren Seite.
- [3] 3 (a) ist eine schematische Grafik, die die Beziehung zwischen der Öffnung des Ventils und der Durchflussmenge bei einer Verwendung der Dichtstruktur eines Kolbenventils, auf die die vorliegende Erfindung angewandt wurde, zeigt, und 3 (b) ist eine schematische Grafik, die die Beziehung zwischen der Öffnung des Ventils und der Durchflussmenge bei einer Verwendung einer herkömmlichen Dichtstruktur eines Kolbenventils zeigt.
- [4] 4 (a) ist eine schematische Darstellung im durch den Ventilkörper abgedichteten Zustand des Ventilsitzes der oberen Seite, 4 (b) ist eine schematische Darstellung des Zustands, bei dem der Ventilkörper in der Nähe des Ventilsitzes der oberen Seite positioniert ist, und 4 (c) ist eine schematische Darstellung des Zustands, bei dem der Ventilkörper zwischen dem Ventilsitz der oberen Seite und dem Ventilsitz der unteren Seite positioniert ist.
- [5] 5 (a) ist eine schematische Darstellung des Zustands, bei dem der Ventilkörper in der Nähe des Ventilsitzes der unteren Seite positioniert ist, und 5 (b) ist eine schematische Darstellung im durch den Ventilkörper abgedichteten Zustand des Ventilsitzes der unteren Seite.
- [6] 6 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau eines herkömmlichen Kolbenventils zeigt.
- [7] 7 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau der Ventilsitzumgebung eines herkömmlichen Kolbenventils zeigt.
-
Ausführungsform der Erfindung
-
Im Folgenden wird zum Verständnis der vorliegenden Erfindung eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren erläutert.
1 ist eine schematische Darstellung einer Dichtstruktur eines Kolbenventils, auf das die vorliegende Erfindung angewandt wurde. Die im Folgenden dargestellte Struktur ist ein Beispiel der vorliegenden Erfindung und stellt keine Einschränkung des Inhalts der vorliegenden Erfindung dar.
-
Wie in 1 dargestellt, weist ein Dreiwegeventil 1 als Beispiel einer Dichtstruktur eines Kolbenventils, auf das die vorliegende Erfindung angewandt wurde, ein Ventilgehäuse 2, einen Ventilschaft 3 und einen Ventilkörper 4 auf. Der Ventilschaft 3 ist eine stangenförmige Komponente aus Metall, die in einer bekannten Kolbenstruktur (nicht dargestellt) eine vertikale Hin- und Herbewegung durchführt.
-
Das Ventilgehäuse 2 ist der zum Hauptteil des aus Metall gebildeten Dreiwegeventils 1 werdende Abschnitt, wobei jeweils am Endteil auf der linken Seite eine Einströmöffnung 5, am unteren Ende eine Ausströmöffnung 6 und am rechten Ende eine Einströmöffnung 7 gebildet sind. Die Einströmöffnungen und die Ausströmöffnung werden in einer bestimmten Rohrleitungsstruktur verbunden und bilden im Inneren des Dreiwegeventils Strömungsrouten.
-
Ferner sind an dem Ventilgehäuse 2 eine erste Trennwand 8 und eine zweite Trennwand 9 gebildet, die den Fluid-Strömungsweg unterteilen. Die erste Trennwand 8 steht in Kontakt mit dem Ventilkörper 4 und bildet eine erste Fluid-Strömungsroute (zwischen Bezugszeichen B-C), die die Einströmöffnung 7 und die Ausströmöffnung 6 verbindet. Ferner steht die zweite Trennwand 9 in Kontakt mit dem Ventilkörper 4 und bildet eine zweite Fluid-Strömungsroute (zwischen Bezugszeichen A-B), die die Einströmöffnung 5 und die Ausströmöffnung 6 verbindet.
-
Die erste Trennwand 8 ist etwa im mittleren Teil des Ventilgehäuses 1 gebildet, wobei im mittleren Teil ein erstes Durchgangsloch 10 gebildet ist, in das der Ventilschaft 3 einschiebbar ist. Das heißt, bei dem Ventilgehäuse 1 wird die Strömung des Fluids dadurch gesteuert, dass der Strömungsweg des im Inneren strömenden Fluids durch die erste Trennwand 8 abgetrennt, und das erste Durchgangsloch 10 durch den Ventilkörper 4 verschlossen wird.
-
An der Innenumfangsfläche der Position, an der das erste Durchgangsloch 10 der ersten Trennwand 8 gebildet ist, wird ein erster Ventilsitz 11 gebildet. Der erste Ventilsitz 11 steht mit einem im Folgenden beschriebenen Scheibenring des Ventilkörpers 4 (Abschnitt, der der Dichtkomponente der Ansprüche der vorliegenden Anmeldung entspricht) in Kontakt und ist der Abschnitt, der die Dichtung durchführt.
-
Der erste Ventilsitz 11 besteht aus einem Flachteil 12, das von der Seite im Querschnitt gesehen in vertikaler Richtung im Wesentlichen flach gebildet ist, und einem Konusteil 13, der sich an den unteren Teil des Flachteils 12 anschließend gebildet ist.
-
Die zweite Trennwand 9 ist in der Nähe der Ausströmöffnung 6 der Unterseite des Ventilgehäuses 1 gebildet, wobei im mittleren Teil ein zweites Durchgangsloch 14 gebildet ist, in das der Ventilschaft 3 einschiebbar ist. Das erste Durchgangsloch 10 und das zweite Durchgangsloch sind auf der Längsachse der Richtung positioniert, in die sich der Ventilschaft 3 vor- und zurückbewegt. Ferner wird bei dem Ventilgehäuse 1 die Strömung des Fluids dadurch gesteuert, dass der Strömungsweg des im Inneren strömenden Fluids durch die erste Trennwand 9 abgetrennt, und das erste Durchgangsloch 14 durch den Ventilkörper 4 verschlossen wird.
-
An der Innenumfangsfläche der Position, an der das zweite Durchgangsloch 14 der zweiten Trennwand 9 gebildet ist, wird ein zweiter Ventilsitz 15 gebildet. Der zweite Ventilsitz 15 steht mit einem im Folgenden beschriebenen Scheibenring des Ventilkörpers 4 (Abschnitt, der der Dichtkomponente der Ansprüche der vorliegenden Anmeldung entspricht) in Kontakt und ist der Abschnitt, der die Dichtung durchführt.
-
Der zweite Ventilsitz 15 besteht aus einem Flachteil 16, das von der Seite im Querschnitt gesehen in vertikaler Richtung im Wesentlichen flach gebildet ist, und einem Konusteil 17, der sich an den oberen Teil des Flachteils 16 anschließend gebildet ist.
-
Der Ventilkörper 4 ist eine auf der Seite des vorderen Endteils des Ventilschafts 3 vorgesehene Komponente, wobei es sich um eine Komponente handelt, die die Strömung des Fluids an der Stelle der ersten Trennwand 8 oder der zweiten Trennwand 9 steuert, indem sie das vorstehend beschriebene erste Durchgangsloch 10 oder das zweite Durchgangsloch 11 verschließt.
-
Noch genauer wird der Ventilkörper 4 in vertikaler Richtung der 1 gesehen derart gebildet, dass er zwischen der ersten Trennwand 8 und der zweiten Trennwand 9 positioniert ist. Infolge des Antriebs des Ventilschafts 3 in vertikaler Richtung, gelangt der Ventilkörper 4 in Kontakt mit und löst sich von dem ersten Ventilsitz 11 oder dem zweiten Ventilsitz 15.
-
Dabei ist es nicht unbedingt erforderlich, dass der Gegenstand, auf den die Kolbenventil-Dichtstruktur der vorliegenden Erfindung angewandt wird, das Dreiwegeventil 1 ist, vielmehr ist eine Anwendung möglich, solange es sich um ein Kolbenventil handelt. Es kann sich z. B. auch um ein das Öffnen und Schließen des Strömungsweges steuerndes Zweiwegeventil, oder ein Ventil einer Struktur handeln, das mehr Abzweigungen des Strömungsweges als ein Dreiwegeventil aufweist.
-
Ferner ist keine Beschränkung der Kombination der Strömungswege des Dreiwegeventils 1 erforderlich, wobei die Kombination der Einströmöffnungen und der Ausströmöffnung des Dreiwegeventils 1 lediglich ein Beispiel darstellt.
-
Der detaillierte Aufbau des Ventilkörpers 4 ist in 2 (a) und 2 (b) gezeigt. Der Ventilkörper 4 weist einen Scheibenadapter 18 sowie einen oberen Scheibenring 19 und einen unteren Scheibenring 20 auf, die in diesen oben und unten eingepasst sind. Auf der Innenumfangsseite der jeweiligen Komponenten ist der Ventilschaft 3 positioniert. Die beiden Scheibenringe sind die Abschnitte, die der Dichtkomponente der Ansprüche der vorliegenden Anmeldung entsprechen, und sind aus einem elastischen Harz gebildet.
-
Der obere Scheibenring 19 und der untere Scheibenring 20 haften jeweils flüssigkeitsdicht an dem Konusteil des ersten Ventilsitzes 11 und des zweiten Ventilsitzes 15. Dadurch, dass die Dichtringe an den jeweiligen Ventilsitzen flüssigkeitsdicht haften, wird die Strömung der Flüssigkeit bei dem Ventilsitz gesteuert.
-
Wie in 2 (a) gezeigt, ist ferner bei dem Ventilkörper 4 benachbart zu dem oberen Scheibenring 19 eine obere Führungsscheibe 21 (entsprechend der Fluidsteuerkomponente der Ansprüche der vorliegenden Anmeldung) an dem Ventilschaft 3 angebracht. Bei dem Abschnitt der oberen Führungsscheibe 21 ist der Außendurchmesser ein wenig kleiner gebildet als der Innendurchmesser des Flachteils 12 des ersten Ventilsitzes 11.
-
Noch genauer erfolgt die Bildung derart, dass zwischen dem Innendurchmesser des Flachteils 12 und dem Außendurchmesser der oberen Führungsscheibe 21 ein Unterschied von 0,10 mm vorliegt. Ferner beträgt die Länge der oberen Führungsscheibe 21 in vertikaler Richtung 3,0 mm. Wird der Ventilschaft 3 angetrieben, sodass der erste Ventilsitz 11 den Ventilkörper 4 verschließt, übernimmt die obere Führungsscheibe 21 die Aufgabe, die Durchflussmenge des Fluids, das durch das erste Durchgangsloch 10 strömt, einzuschränken.
-
Da sich, wenn sich der Flachteil 12 des ersten Ventilsitzes 11 und die obere Führungsscheibe 21 annähern und zueinander im Wesentlichen parallel positioniert sind, der Zwischenraum zwischen den beiden verkleinert, wird die Durchflussmenge des Fluids reduziert, sodass der Einfluss, den das Fluid auf den oberen Scheibenring 19 ausübt, verringert werden kann.
-
Die obere Führungsscheibe 21 ist eine ringförmige Komponente aus Metall, die mittels einer Schraube an dem Ventilschaft befestigt wird.
-
Wie in 2 (b) gezeigt, ist benachbart zu dem unteren Scheibenring 20 eine untere Führungsscheibe 22 (entsprechend der Fluidsteuerkomponente der Ansprüche der vorliegenden Anmeldung) an dem Ventilschaft 3 angebracht. Bei dem Abschnitt der unteren Führungsscheibe 22 ist der Außendurchmesser ein wenig kleiner gebildet als der Innendurchmesser des Flachteils 16 des zweiten Ventilsitzes 15.
-
Noch genauer erfolgt die Bildung derart, dass zwischen dem Innendurchmesser des Flachteils 16 und dem Außendurchmesser der unteren Führungsscheibe 22 ein Unterschied von 0,10 mm vorliegt. Ferner beträgt die Länge der unteren Führungsscheibe 22 in vertikaler Richtung 3,0 mm. Wird der Ventilschaft 3 angetrieben, sodass der zweite Ventilsitz 15 den Ventilkörper 4 verschließt, übernimmt die untere Führungsscheibe 22 die Aufgabe, die Durchflussmenge des Fluids, das durch das zweite Durchgangsloch 14 strömt, einzuschränken.
-
Da sich, wenn sich der Flachteil 16 des zweiten Ventilsitzes 15 und die untere Führungsscheibe 22 annähern und zueinander im Wesentlichen parallel positioniert sind, der Zwischenraum zwischen den beiden verkleinert, wird die Durchflussmenge des Fluids reduziert, sodass der Einfluss, den das Fluid auf den unteren Scheibenring 20 ausübt, verringert werden kann.
-
Die obere Führungsscheibe 21 und die untere Führungsscheibe 22 sind ringförmige Komponenten aus Metall, die mittels einer Schraube an dem Ventilschaft 3 befestigt werden.
-
Dabei ist es nicht immer unbedingt erforderlich, dass die Führungsscheiben separat von dem Ventilschaft gebildet und an dem Ventilschaft angebracht werden. Es kann z. B. auch eine Struktur verwendet werden, bei der der Ventilschaft und die Führungsscheiben einteilig gebildet werden.
-
Ferner ist eine Beschränkung darauf, dass der Unterschied zwischen dem Innendurchmesser des Flachteils des Ventilsitzes und dem Außendurchmesser der Führungsscheiben 0,10 beträgt, nicht immer unbedingt erforderlich. Für den Fall, dass die Durchflussmenge des Fluids noch mehr eingeschränkt wird, ist z. B. auch eine derartige Bildung möglich, dass sich ein Zahlenwert von kleiner oder gleich 0,10 mm ergibt.
-
Unter dem Gesichtspunkt, den Einfluss auf den Scheibenring durch die Strömung des Fluids zu reduzieren, ist eine Einstellung des Unterschieds zwischen dem Innendurchmesser des Flachteils des Ventilsitzes und dem Außendurchmesser der Führungsscheiben auf kleiner oder gleich 0,25 mm bevorzugt. Außerdem ist eine Einstellung auf kleiner oder gleich 0,10 mm bevorzugter. Überschreitet der Unterschied zwischen dem Innendurchmesser des Flachteils des Ventilsitzes und dem Außendurchmesser der Führungsscheibe 0,25 mm, ergibt sich eine Struktur, bei der die Einschränkung der Durchflussmenge des Fluids unzureichend wird und der Einfluss auf Beschädigungen an dem Scheibenring durch die Strömung des Fluids nur schwer reduziert wird.
-
Dabei ist eine Beschränkung der Länge der Führungsscheiben in vertikaler Richtung auf 3,0 mm nicht immer unbedingt erforderlich. Für den Fall, dass die Durchflussmenge des Fluids noch mehr eingeschränkt wird, ist z. B. auch eine derartige Bildung möglich, dass sich ein Zahlenwert von kleiner oder gleich 3,0 mm ergibt.
-
Unter dem Gesichtspunkt einer kompakten Größe des Gehäuses 2 und des Ventilkörpers 4, während die Strömung des Fluids ausreichend beschränkt wird, ist es bevorzugt, die Länge der Führungsscheibe in vertikaler Richtung in einem Bereich von 2,0 bis 5,0 mm einzustellen. Außerdem ist es noch bevorzugter, die Länge der Führungsscheibe in vertikaler Richtung in einem Bereich zwischen 3,0 bis 4,5 mm einzustellen. Beträgt die Länge der Führungsscheibe in vertikaler Richtung weniger als 2,0 mm, besteht die Gefahr, dass Beschädigungen an dem Dichtkomponente durch das Fluid nicht reduziert werden können. Übersteigt die Länge der Führungsscheibe in vertikaler Richtung ferner 5,0 mm, muss der Schaft verlängert werden, wobei zu befürchten ist, dass eine Behinderung der Konstruktion der anderen Bauteile des Kolbenventils hervorgerufen wird.
-
Im Folgenden wird die Steuerung der Durchflussmenge des Fluids mittels der vorstehend erläuterten Kolbenventil-Dichtstruktur erläutert.
3 (a) ist eine schematische Grafik, die die Beziehung zwischen der Öffnung des Ventils und der Durchflussmenge bei einer Verwendung der Dichtstruktur eines Kolbenventils, auf die die vorliegende Erfindung angewandt wurde, zeigt, und 3 (b) ist eine schematische Grafik, die die Beziehung zwischen der Öffnung des Ventils und der Durchflussmenge bei einer Verwendung einer herkömmlichen Dichtstruktur eines Kolbenventils zeigt. 4 (a) ist eine schematische Darstellung im durch den Ventilkörper abgedichteten Zustand des Ventilsitzes der oberen Seite, 4 (b) ist eine schematische Darstellung des Zustands, bei dem der Ventilkörper in der Nähe des Ventilsitzes der oberen Seite positioniert ist, und 4 (c) ist eine schematische Darstellung des Zustands, bei dem der Ventilkörper zwischen dem Ventilsitz der oberen Seite und dem Ventilsitz der unteren Seite positioniert ist. 5 (a) ist eine schematische Darstellung des Zustands, bei dem der Ventilkörper in der Nähe des Ventilsitzes der unteren Seite positioniert ist, und 5 (b) ist eine schematische Darstellung im durch den Ventilkörper abgedichteten Zustand des Ventilsitzes der unteren Seite.
-
3 (a) und 3 (b) sind Grafiken, die schematisch die Durchflussmenge eines Fluids von einer 100%igen Ventilöffnung im Strömungsweg des Fluids bis zum Sperrzustand einer 0%igen Ventilöffnung zeigen. Die Längsachse in 3 (a) und 3 (b) bezeichnet z. B. den Anteil (%) der Durchflussmenge des Fluids bei der Strömung des Fluids von Bezugszeichen B zum Bezugszeichen C (erster Strömungsweg), und die Querachse den Anteil (%) der Öffnung des Ventilkörpers 4 gegenüber dem zweiten Ventilsitz 15 bei der Strömung des Fluids von Bezugszeichen B zum Bezugszeichen C (erster Strömungsweg).
-
Ferner zeigen die Bezugszeichen 23 bis 27 in 3 (a) jeweils den Zustand der Positionierung des Ventilkörpers 4 wie in 4 (a) bis 4 (c) und 5 (a) bis 5 (b). Befindet sich z. B. der Ventilkörper an der Position wie in 4 (c), handelt es sich um die Position des Bezugszeichens 25 in 3 (a), sodass es sich um eine schematische Darstellung handelt, die die Beziehung zeigt, dass die Durchflussmenge des Fluids gegenüber der Durchflussmenge einer Öffnung von 100 % zu etwa 80 % wird.
-
Andererseits handelt es sich bei 3 (b) um eine Grafik, in der schematisch die Durchflussmenge dargestellt ist, wenn bei einer herkömmlichen Kolbenventil-Dichtstruktur, bei der anders als bei der vorliegenden Erfindung keine Führungsscheibe vorgesehen ist, die gleiche Steuerung des Fluids erfolgt. Die Bezugszeichen 28 bis 32 zeigen dabei, abgesehen davon, dass keine Führungsscheibe vorgesehen ist, jeweils die Durchflussmenge des Fluids bei der Positionierung des Ventilkörpers 4 wie in 4 (a) bis Fig. (c) und 5 (a) bis 5 (b).
-
Werden 3 (a) und 3 (b) verglichen, ist der Anteil der Durchflussmenge des Fluids im Stadium einer Öffnung des zweiten Ventilsitzes von 50 %, wie Bezugszeichen 25 und Bezugszeichen 30 zeigen, gleich.
-
Wie in 3 (a) gezeigt, nimmt die Durchflussmenge des Fluids bei der Kolbenventil-Dichtstruktur, auf die die vorliegende Erfindung angewandt wurde, vom Bezugszeichen 25 zum Bezugszeichen 26, d. h. während des Bewegens von der Position des Ventilkörpers in 4 (c) zur Position des Ventilkörpers in 5 (a) deutlich ab, wobei in dem Zustand, in dem der Anteil der Durchflussmenge sich 0 % angenähert hat, eine Sperrung durch den Ventilkörper 4 an der Position des zweiten Ventilsitzes 15 erfolgt.
-
Andererseits strömt bei der herkömmlichen Kolbenventil-Dichtstruktur, wie in 3 (b) gezeigt, am Punkt des Bezugszeichens 31 eine Durchflussmenge von größer oder gleich 10 %, und der Anteil der Durchflussmenge nähert sich allmählich 0 %. Der Unterschied zwischen beiden, insbesondere der Unterschied des Anteils des Fluids zwischen Bezugszeichen 26 bis Bezugszeichen 27 und Bezugszeichen 31 bis Bezugszeichen 32, zeigt sich als Unterschied der Beschädigung des Scheibenrings des Ventilkörpers, die durch die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids hervorgerufen wird.
-
Dieser Punkt entsteht dadurch, dass der Antrieb und die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbenventils selbst bei der Struktur, auf die die vorliegende Erfindung angewandt wurde, und der herkömmlichen Struktur unverändert bleiben und die Sperrung des Ventilsitzes durch den Ventilkörper mit der gleichen Geschwindigkeit erfolgt. Das heißt, wenn sich der Scheibenring des Ventilkörpers dem Ventilsitz nähert, ohne dass die Durchflussmenge des Fluids eingeschränkt wird, kommt es dadurch leichter zur Beschädigung des Scheibenrings, dass dieser dem Einfluss der Strömung des Fluids mit einer erhöhten Geschwindigkeit unterliegt. Andererseits verkleinert sich bei der Kolbenventil-Dichtstruktur, auf die die vorliegende Erfindung angewandt wurde, vor dem Scheibenring der Zwischenraum zwischen der Führungsscheibe und dem Ventilsitz, und da die Durchflussmenge des Fluids an diesem Abschnitt eingeschränkt wird, kann selbst bei einer erhöhten Geschwindigkeit des Fluids eine Beschädigung des Scheibenrings verringert werden.
-
Wie vorstehend ausgeführt, ermöglicht die Kolbenventil-Dichtstruktur der vorliegenden Erfindung eine Verbesserung der Haltbarkeit der Dichtstruktur eines Ventilkörpers und eine ausreichende Fluidsteuerung.
-
Ferner ermöglicht das Kolbenventil-Fluidsteuerverfahren der vorliegenden Erfindung eine Verbesserung der Haltbarkeit der Dichtstruktur eines Ventilkörpers und eine ausreichende Fluidsteuerung.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Dreiwegeventil
- 2
- Ventilgehäuse
- 3
- Ventilschaft
- 4
- Ventilkörper
- 5
- Einströmöffnung
- 6
- Ausströmöffnung
- 7
- Einströmöffnung
- 8
- Erste Trennwand
- 9
- Zweite Trennwand
- 10
- Erstes Durchgangsloch
- 11
- Erster Ventilsitz
- 12
- Flachteil
- 13
- Konusteil
- 14
- Zweites Durchgangsloch
- 15
- Zweiter Ventilsitz
- 16
- Flachteil
- 17
- Konusteil
- 18
- Scheibenadapter
- 19
- oberer Scheibenring
- 20
- unterer Scheibenring
- 21
- obere Führungsscheibe
- 22
- untere Führungsscheibe
