DE112018003910T5 - Ventil - Google Patents

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Yasumasa Yanagida
Koji Hiramatsu
Tadayuki Yakushijin
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Fujikin Inc
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Fujikin Inc
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Abstract

Es wird ein Ventil für Hochdruckgas vorgestellt, wobei ein Plattenelement innerhalb eines Durchlochs, das in einem Ventilkörper des Ventils ausgebildet ist, vorgesehen ist, wobei das Plattenelement einen Kanal für Hochdruckgas innerhalb des Durchlochs bildet, wobei das Plattenelement innerhalb des Durchlochs durch ein Druckelement befestigt ist, wobei eine Endöffnung des Durchlochs durch ein Deckelelement verschlossen ist, wobei eine Dichtung an einem Umfangsteil der Endöffnung des Durchlochs vorgesehen ist, wobei die Dichtung zwischen dem Deckelelement und dem Ventilkörper sandwichartig angeordnet ist, wobei das Deckelelement durch einen Stopfen in Richtung des Ventilkörpers gedrückt wird, und wobei ein Lager zwischen dem Stopfen und dem Deckelelement vorgesehen ist.

Description

  • [HINTERGRUND DER ERFINDUNG]
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerventil für Fluid, und insbesondere ein Ventil, das geeignet ist, als Öffnungs- und Schließventil zur Steuerung von Hochdruckfluid zu dienen.
  • Ein Ventil ist eine Vorrichtung, die an einem Kanal, wie z.B. einer Rohrleitung, vorgesehen ist und einen beweglichen Mechanismus (Ventilkörper) aufweist, der den Kanal öffnen und schließen kann, um das Fluid durchzulassen, zu stoppen oder zu steuern.
    Wenn der Ventilkörper angehoben wird und der Kanal öffnet, strömt das Fluid von stromabwärts nach stromaufwärts, und wenn der Ventilkörper abgesenkt wird und der Kanal schließt, wird ein Fluidstrom gestoppt.
    Zusätzlich gibt es auch ein Ventil, das einen Durchfluss durch leichtes Anheben und Absenken des Ventilkörpers und Verengung des Kanals einstellen kann.
  • Der Kanal umfasst einen ersten Kanal, der mit einer stromaufwärtigen Seite verbunden ist, einen zweiten Kanal, der mit einer stromabwärtigen Seite verbunden ist, und ein Durchloch, das den ersten und den zweiten Kanal verbindet und in einem Ventilkörper als Weg vorgesehen ist, auf dem sich ein Schaft bewegt.
    Abhängig vom Druck des Fluids, das durch den Kanal fließt, kann Fluid austreten. Daher wurden Maßnahmen zur Verhinderung einer Leckage getroffen.
  • Zum Beispiel wurde, wie in der WO 2017/022838 angegeben, für ein Ventil, das so konfiguriert ist, dass ein Plattenelement, das einen Kanal bildet, in einen Ventilkörper eingesetzt wird, eine Dichtung hergestellt, so dass kein Fluid nach außen austreten kann, indem z.B. ein Gummielement direkt an einem Ventilantriebselement befestigt wird oder eine Dichtung wie ein O-Ring an einer Außenfläche eines Plattenelements und einer gegenüberliegenden Fläche an einer Innenfläche eines Durchlochs eines Ventilkörpers angebracht wird.
  • Bei einem herkömmlichen Ventil mit dem oben erwähnten O-Ring wird jedoch der O-Ring, der zwischen der Außenfläche des Plattenelements und der gegenüberliegenden Fläche gegen die Innenfläche des Durchlochs des Ventilkörpers vorgesehen ist, durch Reibung mit einer Schaft abgenutzt oder durch den Druck von dem Schaft oder dem Ventilkörper usw. verformt. Normalerweise wird der verformte O-Ring durch zusätzlichen Fluiddruck stärker verformt, aber wenn der Fluiddruck nicht hoch ist, ist die Verformung des O-Rings ebenfalls gering und somit kann das Ventil immer noch als Dichtung fungieren, ohne dass Fluid austritt. Ist der Fluiddruck jedoch hoch, erhält der O-Ring den erhöhten Druck und wird stärker verformt. Da der O-Ring aus einem Gummi- oder Kunststoffmaterial gebildet wird, ist es auch kein besonderes Problem, wenn die Fluidtemperatur etwa Raumtemperatur hat. Insbesondere aber wird der O-Ring beim Durchströmen eines Fluids mit niedriger Temperatur zusammengezogen. Ein durch die Kontraktion entstandener Spalt führte manchmal zu einem Fluidaustritt aus dem Kanal. Außerdem gab es das Problem, ein Fluid mit niedriger Temperatur und hohem Druck mit einer geringen Anzahl von Molekülen, wie Wasserstoff, durch einen O-Ring aus Kunststoff aus einem Kanal austrat.
    Das herkömmliche Ventil ist so konfiguriert, dass ein Druckteil, ein Deckelteil und ein Stopfen integriert sind und zwei O-Ringe in dem Durchloch vorhanden sind.
    Wenn der O-Ring dieses herkömmlichen Ventils durch eine Metalldichtung ersetzt wird, müssen zwei Metalldichtungen durch ein Element gepresst d.h. gedrückt werden.
    Da eine Metalldichtung nicht deformiert wird, wird eine Metalldichtung vollständig gedrückt, aber eine andere Metalldichtung wird nicht vollständig gepresst, was zu einer Verringerung der Druckkraft führt.
    Der Ventilkörper ist mit dem Plattenelement abgedichtet, um Leckage zu verhindern, aber der Ventilkörper ist nicht mit dem Druckelement oder einem Dichtungsteil abgedichtet, so dass Fluids austreten kann.
    Deshalb wurde zusätzlich zum Druckelement eine Dichtung zur Abdichtung benötigt, um ein Leck von Gas nach außen zu verhindern.
  • [ZUSAMMENFASSUNG]
  • Mit der vorliegenden Erfindung soll das oben angegebene Problem gelöst werden. Ein Ventil ist so konfiguriert, dass es Folgendes umfasst: ein Druckelement, ein Deckelelement und einen Stopfen als getrennte Komponenten; wobei das Platten- oder Blechelement an der Ventilkasten innerhalb des Ventilkörpers durch das Druckelement fixiert ist, wobei eine Endöffnung des Durchlochs durch das Deckelelement verschlossen wird, wobei die Dichtung zwischen der Endöffnung des Durchlochs und dem Deckelelement angeordnet ist, wobei das Deckelelement durch einen Stopfen befestigt wird, der das Deckelelement in Richtung des Ventilkörpers drückt.
  • Die Erfindung nach dem ersten Aspekt bezieht sich auf ein Ventil, umfassend: einen Ventilkörper mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass; und einen Ventilkasten in dem Ventilkörper in Verbindung mit dem Fluideinlass und dem Fluidauslass, wobei das Ventil ein Plattenelement aufweist, wobei das Plattenelement an dem Ventilkasten befestigt ist und einen Sitz aufweist; wobei der Ventilkörper ein Durchloch in Verbindung mit dem Ventilkasten aufweist, wobei das Plattenelement durch das Durchloch in den Ventilkasten eingeführt wird, wobei das Plattenelement an dem Ventilkasten innerhalb des Ventilkörpers durch ein Druckelement befestigt ist, wobei eine Endöffnung des Durchlochs durch eine Deckelkomponente verschlossen wird, wobei eine Dichtung zwischen der Endöffnung und der Deckelkomponente sandwichartig angeordnet ist, und wobei das Deckelelement durch einen Stopfen befestigt wird, der das Deckelelement in Richtung des Ventilkörpers drückt.
  • Die Erfindung nach dem zweiten Aspekt bezieht sich auf das Ventil des ersten Aspekts, wobei die Dichtung eine Metalldichtung ist.
  • Die Erfindung nach dem dritten Aspekt bezieht sich auf das Ventil des ersten Aspekts, wobei das Schiebeelement zwischen dem Deckelelement und dem Stopfen vorgesehen ist.
  • Die Erfindung nach dem vierten Aspekt bezieht sich auf das Ventil des dritten Aspekts, wobei das Gleitstück ein Lager oder ein Druckring ist.
  • Nach der Erfindung bezüglich des ersten Aspekts wird das Plattenelement durch das Pressteil direkt an dem Ventilkasten im Ventilgehäuse befestigt, um ein Leck aus dem Ventilsitz beim Schließen des Ventils zu verhindern. Die Dichtung ist zwischen dem Deckelteil und dem Ventilkörper Sandwich-artig angeordnet, der durch den Stopfen gegen den Ventilkörper gedrückt wird, um ein Verziehen der Dichtung und damit ein Leck nach außen zu verhindern. Das Plattenelement des Ventils ist leicht austauschbar. Wenn das Plattenelement ausgewechselt wird, werden die Schrauben des Stopfens gelöst und entfernt, und dann werden das Deckelelement, die Dichtung und das Druckelement entfernt, um die Entfernung des Plattenelement abzuschließen.
  • Nach der Erfindung bezüglich des zweiten Aspekts ist die Dichtung eine Metalldichtung, so dass die Dichtung im Gegensatz zum herkömmlichen O-Ring kaum durch Reibung oder Druck eines Gases verformt wird und das Ventil langfristig luftdicht bleiben kann, ohne von außen beeinflusst zu werden.
  • Nach der Erfindung bezüglich des dritten und vierten Aspekts ist das Schiebeelement zwischen dem Deckelelement und dem Stopfen vorgesehen, um nicht die Drehkraft des Stopfens, sondern den Druck des Stopfens auf das Deckelteil zu übertragen, wenn dieses am Ventilkörper befestigt und dann gedreht wird. Da die Rotationskraft nicht auf das Deckelelement wirkt, erhält die Dichtung, die mit dem Deckelelement in Kontakt ist, nicht die Rotationskraft, sondern nur den Druck vom Deckelelement und wird somit nicht verformt.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Teilschnitt eines Ventils nach der vorliegenden Erfindung.
    • 2 ist eine vergrößerte Ansicht einer Endöffnung eines Durchlochs aus 1 und zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • [AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG]
  • Nachstehend wird ein Ventil nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
    1 ist ein Teilquerschnitt eines Ventils (V).
    Ein Ventilkörper (1) umfasst einen Fluideinlass (2), einen Fluidauslass (3), eine Ventilkammer (4) und ein Durchloch (5), wie in 1 dargestellt.
    Der Fluideinlass (2), der Fluidauslass (3), der Ventilkasten (4) und das Durchloch (5) stehen jeweils in Fluidverbindung miteinander. Das Fluid fließt vom Fluideinlass (2) durch das in das Durchloch (5) eingesetzte Plattenelement (6) zu einem Sitz (7). Es tritt in den Ventilkasten (4) ein und verlässt den Fluidauslass (3).
    Ein Schaft bzw. eine Spindel (8) gleitet in dem Ventilkasten (4) auf und ab, um einen Kanal zu öffnen und zu schließen und das Fluid zu steuern.
    Das Durchloch im Ventilgehäuse (1) umfasst den Sitz (7), das Plattenelement (6), ein Druckelement (9) zum Befestigen des Plattenelements (6) innerhalb des Durchlochs (5), ein Deckelelement (10), das an einer Endöffnung des Durchlochs (5) vorgesehen ist, eine Dichtung (11), die an einem Umfangsteil der Endöffnung des Durchlochs (5) vorgesehen ist, und einen Stopfen (12), um das Deckelelement (10) in Richtung des Ventilgehäuses (1) zu drücken, wie in 2 gezeigt.
    Das Ventil (V) dieser Erfindung kann ein Schiebeelement (13) zwischen dem Stopfen (12) und dem Deckelelement (10) enthalten, wie in 2 dargestellt.
  • Ein Ventil nach der vorliegenden Erfindung ist ein Ventil für Hochdruckgas.
    Ein Ventil nach der vorliegenden Erfindung kann für Hochdruckfluid, wie z.B. Wasserstoff, verwendet werden.
    Mit „Hochdruck“ ist ein Druck durch das Fluid mit einem MPa (Megapascal) oder mehr gemeint.
    In den letzten Jahren gab es dank der Entwicklung der Brennstoffzellentechnologie etc. einen Bedarf an einem Ventil für Hochdruckfluid bei mehr als 50 MPa (Mega-Pascal).
  • Der erfindungsgemäße Ventilkörper (1) des Ventils (V) umfasst einen Fluideinlass (2), einen Fluidauslass (3), einen Ventilkasten (4) und ein Durchloch (5).
    Jeder Flüssigkeitseinlass (2), Flüssigkeitsauslass (3), Ventilkasten (4) und jedes Durchloch (5) sind miteinander verbunden. Das Fluid fließt von dem Fluideinlass (2) durch ein in das Durchloch (5) eingesetzte Plattenelement (6) zu einem Sitz (7). Es tritt in den Ventilkasten (4) ein und verlässt den Fluidauslass (3).
    Eine Spindel (8) gleitet in der Ventilkammer (4) auf und ab, und ein an einem Ende der Spindel ausgebildetes Ventilelement (14) berührt den und löst sich von dem Sitz (7). Diese Bewegung ermöglicht das Öffnen und Schließen eines Kanals und die Kontrolle des Fluids.
    Ein Stellglied (15) ist in einem oberen Teil des Schafts (8) vorgesehen, um die Stange (8) nach oben und unten zu verschieben.
    Das Stellglied (15) kann entweder automatisch oder manuell sein. Das automatische Stellglied kann durch einen Elektromagneten, einen Motor und Luftdruck usw. angetrieben bzw. bewegt werden.
  • Das Plattenteil (6) wird in das im Ventilkörper (1) vorgesehene Durchloch (5) eingesetzt.
    Das Plattenteil (6) bildet einen Kanal, um eine im Sitz (7) vorgesehene Öffnung mit dem Fluideinlass (2) zu verbinden, wenn der Kanal geschlossen ist.
    Das Plattenelement (6) muss langfristig luftdicht, verschleißfest, wärmeleitend und fest sein und kann entweder aus typischem Kohlenstoff oder aus Metall hergestellt sein.
  • Das Plattenelement (6) wird durch das Druckelement (9) in dem Durchloch (5) fixiert.
    Das Plattenelement (6) kann an der Grenze zwischen dem Ventilkasten (4) und dem Durchloch (5) eine Stufe aufweisen und kann in die Stufe eingesetzt werden.
    Als Verfahren zur Befestigung des Druckelements (9) kann das Durchloch mit einem Gewinde versehen werden und der Plattenelement (6) kann in das Gewindeteil eingeschraubt werden.
    Das Druckelement (9) kann unter anderem ein typisches Material wie Metall enthalten, ist aber nicht darauf beschränkt.
    Ein Leck an dem Ventilkasten (4) tritt bei geschlossenem Ventil nicht auf, da das Plattenelement (6) durch das Druckelement (9) fest mit dem Ventilkörper (1) in Berührung kommt.
    In der Mitte des Druckelements (9) kann ein Loch vorgesehen werden.
    Sie ermöglicht es, dass aus dem Gewindeteil des Druckelements (9) entweichendes Fluid durch das Loch zu einen Originalkanal fließt.
  • Eine Endöffnung des Durchlochs (5) wird durch das Deckelelement (10) verschlossen.
    Das Deckelelement (10) kann unter anderem ein typisches Material wie Metall enthalten, ist aber nicht darauf beschränkt.
    Das Deckelelement (10) ist fest mit der Endöffnung des Durchlochs (5) verbunden, muss aber nicht mit dem Druckelement (9) verbunden werden.
  • Eine Dichtung (11) ist an einem Umfangsteil der Endöffnung des Durchlochs (5) vorgesehen, um die Luftdichtheit zu verbessern.
    Die Dichtung (11) kann unter anderem ein typisches Material wie eine Metalldichtung enthalten, da von ihr erwartet wird, dass sie die Luftdichtheit aufrechterhält, ohne von außen beeinträchtigt zu werden.
    Die Dichtung wird zwischen dem Deckelelement (10) und dem Ventilgehäuse (1) Sandwich-artig eingebettet.
  • Das Deckelelement (10) wird durch den Stopfen (12) gegen den Ventilkörper (1) gedrückt.
    Als ein Verfahren zur Befestigung des Stopfens (12) am Ventilgehäuse (1) kann z.B. das Ventilgehäuse mit einem Gewinde versehen werden und der Stopfen (12) kann in den Gewindeteil des Ventilkörpers eingeschraubt werden.
    Zwischen dem Stopfen (12) und dem Deckelelement (10) ist ein Schiebeelement (13) vorgesehen.
    Wenn das Gleitelement (13) vorgesehen ist, nimmt das Drehmoment ab und es wird keine Drehkraft auf die Dichtung (11) ausgeübt, was zu einer geringeren Verformung führt.
    Der Gleitelement (13) kann unter anderem ein Lager und einen Druckring enthalten, ist aber nicht darauf beschränkt.
  • Bei einem Ventil (V) der vorliegenden Erfindung bestehen die Plattenelemente (6), das Druckelement (9), das Deckelelement (10) und der Kegel (12) jeweils aus getrennten Werkstoffen, so dass ein einfacher Austausch der Spindel möglich ist.
    Ein Verfahren zur Befestigung durch Einfädeln wird dargelegt, ist aber nicht auf die folgenden Punkte beschränkt.
    Beim Austausch einer Spindel wird zunächst der Stopfen (12) entgegen einer Drehrichtung zum Einbau gedreht, so dass sie aus dem Ventilgehäuse (1) herausgenommen werden kann.
    Zweitens wird das Deckelelement (10) entfernt und dann wird der Druckkörper (9) aus dem Durchloch (5) entfernt.
    Das Druckelement (9) kann durch Drehen entgegen der Einbaurichtung leicht entfernt werden.
    Zum Schluss wird das Plattenelement (6) entfernt, und dann wird der Schaft d.h. die Spindel (8) entfernt und durch einen neuen Schaft ersetzt.
    Nach dem Austausch der Spindel werden das Plattenelement, das Druckelement, das Deckelelement und der Stopfen in dieser Reihenfolge angebracht, um den Austausch zu vervollständigen.
  • [INDUSTRIELLE VERWERTBARKEIT]
  • Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Ventil enthält ein Ventil der vorliegenden Erfindung eine Dichtung, die sich durch einen Fluiddruck nicht verformt und langfristig luftdicht ist, ohne von außen beeinflusst zu werden.
    Innerhalb des Durchlochs, das im Ventilkörper des Ventils ausgebildet ist, ist das Plattenelement vorgesehen; wobei das Plattenelement einen Kanal für Hochdruckgas innerhalb des Durchlochs bildet und innerhalb des Durchlochs durch das Druckelement befestigt ist; wobei die Endöffnung des Durchlochs durch ein Deckelelement abgedeckt ist; wobei eine Dichtung an einem Umfangsteil der Endöffnung des Durchlochs vorgesehen ist und zwischen dem Deckelelement und dem Ventilkörper angeordnet ist; wobei das Deckelelement durch den Stopfen gegen den Ventilkörper gedrückt wird, wobei eine solche Konfiguration ein Ventil mit leichtem Schaftaustausch und einfacher Wartung bereitstellen kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Ventilkörper
    2
    Fluideinlass
    3
    Fluidauslass
    4
    Ventilkasten
    5
    Durchloch
    6
    Plattenelement
    7
    Sitz
    8
    Schaft
    9
    Druckelement
    10
    Deckelelement
    11
    Dichtung
    12
    Stopfen
    13
    Gleitelement
    14
    Ventilelement
    15
    Stellglied
    V
    Ventil
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2017/022838 [0004]

Claims (4)

  1. Ventil, umfassend: einen Ventilkörper mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass; und einen Ventilkasten in dem Ventilkörper in Verbindung mit dem Fluideinlass und dem Fluidauslass, wobei das Ventil ein Plattenelement aufweist, wobei das Plattenelement an dem Ventilkasten befestigt ist und einen Sitz aufweist, wobei der Ventilkörper ein Durchloch in Verbindung mit dem Ventilkasten aufweist, wobei das Plattenelement durch das Durchloch in den Ventilkasten eingesetzt wird, wobei das Plattenelement an dem Ventilkasten im Inneren des Ventilkörpers durch ein Druckelement befestigt ist, wobei eine Endöffnung des Durchlochs durch eine Deckelkomponente verschlossen ist, wobei eine Dichtung zwischen der Endöffnung und der Deckelkomponente Sandwichartig eingelegt ist, und wobei das Deckelelement durch einen Stopfen befestigt ist, der das Deckelelement in Richtung des Ventilkörpers drückt.
  2. Ventil nach Anspruch 1, wobei die Dichtung eine Metalldichtung ist.
  3. Ventil nach Anspruch 1, wobei zwischen dem Deckelelement und dem Stopfen ein Gleitelement vorgesehen ist.
  4. Ventil nach Anspruch 1, wobei das Gleitelement ein Lager oder ein Druckring ist.
DE112018003910.2T 2017-07-31 2018-07-27 Ventil Pending DE112018003910T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

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JP2017-148634 2017-07-31
JP2017148634 2017-07-31
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