DE69921434T2

DE69921434T2 - Durchfluss-Regelventil

Info

Publication number: DE69921434T2
Application number: DE69921434T
Authority: DE
Inventors: Hironori Nagoya-shi Matsuzawa; Tsuyoshi Nagoya-shi Hida; Kimihito Nagoya-shi Sasao
Original assignee: Advance Denki Kogyo KK
Current assignee: Advance Denki Kogyo KK
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1999-07-06
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2019-07-07
Also published as: EP1014244A1; EP1014244B1; JP3276936B2; JP2000193106A; TW432261B; KR100580809B1; DK1014244T3; DE69921434D1; KR20000048199A; US6199582B1; ATE280969T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Strömungssteuerungsventil zum Aufrechterhalten einer konstanten Strömungsrate eines Fluids (Flüssigkeit oder Gas).
2. Beschreibung des Stands der Technik
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben in der japanischen Patentschrift mit der Nr. 2671183 ein Strömungssteuerungsventil offenbart, das Membranen zum Sicherstellen einer konstanten Strömungsrate bei der Auslassseite (zweite Seite) des Ventils verwendet, ungeachtet von Druckabweichungen bei der Einlassseite (erste Seite) von diesem.
10 und 11 zeigen diese Offenbarung. Das Strömungssteuerungsventil 100 hat einen Körper 110 und einen Ventilmechanismus 120. Der Körper 110 definiert eine Kammer 130, die einen Einlass 111 zum Aufnehmen eines zu steuernden Fluids, einen Ventilsitz 113 zum Durchlassen des Fluids und einen Ablass 112 zum Ablassen des Fluids hat. Der Ventilmechanismus 120 hat einen Ventilstopfen 121 zum Öffnen und Schließen des Ventilsitzes 113, eine erste Membran 122, die an der Einlassseite angeordnet ist, und ein zweite Membran 123, die an der Auslassseite angeordnet ist. Die erste und zweite Membran 122 und 123 teilen die Kammer in eine erste Druckkammer 131, eine Ventilkammer 135 und eine zweite Druckkammer 140. Eine erste Druckbeaufschlagungseinheit 151 ist in der ersten Druckkammer 131 angeordnet und eine zweite Druckbeaufschlagungseinheit 152 ist in der zweiten Druckkammer 140 angeordnet, um eine konstanten Druck nach innen (in Richtung der Ventilkammer 135) auf die erste und zweite Membran 122 und 123 aufzubringen. In diesem Beispiel ist die erste Druckbeaufschlagungseinheit 151 eine Feder und die zweite Druckbeaufschlagungseinheit 152 mit druckbeaufschlagtes Gas. Das Ventil 100 hat ebenso einen Einlasskanal 141 zum Aufnehmen des mit druckbeaufschlagten Gases und einen Auslasskanal 142 zum Auslassen desselben.
In dem Ventil 100 wirkt eine Druckänderung an dem Einlass 111 als ein Gegendruck (ein nach außen gerichteter Druck) an der ersten und zweiten Membran 122 und 123. Der Ventilmechanismus 120 bewegt sich, um den Gegendruck mit dem nach innen gerichteten Druck auszugleichen, der durch die Druckbeaufschlagungseinheiten 151 und 152 aufgebracht wird. Dies resultiert in einer Bewegung des Ventilstopfens 121 zum Verändern eines Schlitzes zwischen dem Ventilstopfen 121 und dem Ventilsitz 113, wodurch die Strömungsrate des durch das Ventil 100 gesteuerten Fluids gesteuert wird.
Der Ventilmechanismus 120 mit den eingegliederten Membranen 122 und 123 stellt einen großen Vorteil zum schnellen Reagieren auf augenblickliche oder pulsierende Druckänderung bei dem das durch das Ventil 100 gesteuerten Fluids bereit. Diese Art von Druckanderungen können nicht mit herkömmlichen Ventilen bewältigt werden, die eine mechanische oder elektrische Einrichtung haben. Weitere Vorteile des Ventils 100 sind ein einfacher Mechanismus und eine einfache Anordnung sowie eine leichte Instandhaltung.
Das Ventil 100 weist jedoch neue Probleme aufgrund der eingegliederten ersten und zweiten Membranen 122 und 123 auf.
Wenn der Ablass 112 so verstopft oder geschlossen ist, dass sich die Last erhöht, nimmt die zweite Membran 123 einen großen Gegendruck auf, so dass diese eine große Belastung auf den Ventilmechanismus 120 aufbringt. Diese große Belastung kann eine Verbindung (Befestigung mit Gewindeteilen) zwischen der ersten und zweiten Membranen 122 und 123 beschädigen. Wenn der Gegendruck bei dem Ablass 112 den Ventilstopfen 121 zum Schließen des Ventilsitzes 113 bewegt, tritt eine große Reibung zwischen diesen wegen dem Gegendruck, der auf der zweiten Membran 123 wirkt, und dem Druck, der durch die erste Druckbeaufschlagungseinheit 151 auf die erste Membran 122 aufgebracht wird, auf. Dies kann den Ventilstopfen 121 und den Ventilsitz 113 brechen, so dass Staubpartikel erzeugt werden.
Diese Probleme können zu einer Störung des Ventils 100 und einer Verschlechterung der Funktion, Beständigkeit und Zuverlässigkeit von diesem führen. Die Staubpartikel, falls diese erzeugt werden, sind gefährlich für ultrapures Wasser oder chemische Fluide, für welche die Strömungssteuerungsventile weitgehend verwendet werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Strömungssteuerungsventil bereitzustellen, das einen neue Anordnung hat, um die Verschlechterung und Beschädigung des Ventils, oder die Erzeugung von Staubpartikeln in dem Ventil, zu verhindern, selbst wenn ein Ablass (zweite Seite) des Ventils einen Lastanstieg aufzeigt.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Strömungssteuerungsventil bereitzustellen, das zum Schließen der zweiten Seite von diesen imstande ist, um neue Anwendungsbereiche für das Ventil zu entwickeln.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Strömungssteuerungsventil bereitzustellen, das eine einfache und kostengünstige mechanische und elektrische Anordnung hat, die einen Membranmechanismus zum augenblicklichen reagieren auf kurzzeitige oder pulsierende Lastwechsel hat.
Um die Aufgaben zu erreichen, stellt ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Strömungssteuerungsventil (10) bereit, das einen Körper (11) und einen Ventilmechanismus (40) hat. Der Körper definiert eine Kammer (20). Die Kammer hat einen Einlass (12) zum Aufnehmen eines zu steuernden Fluids, einen Ventilsitz (16) zum Durchlassen des Fluids und einen Ablass (15) zum Ablassen des Fluids. Der Ventilmechanismus besteht aus einem Ventilstopfen (41) zum Öffnen und Schließen des Ventilsitzes, einer ersten Membran (50), die in der Umgebung des Einlasses angeordnet ist, und einer zweiten Membran (60), die in der Umgebung des Ablasses angeordnet ist. Jede der Membranen ist in der Kammer und hat einen Randbereich, der an dem Körper befestigt ist. Die Membranen teilen die Kammer in eine erste Druckkammer (21), die außerhalb der ersten Membran ist, eine Ventilkammer (25) zwischen den Membranen, und eine zweite Druckkammer (30), die außerhalb der zweiten Membran ist. Die Ventilkammer hat den Einlass, den Ventilsitz und den Ablass. Die erste und zweite Druckkammer haben jeweils eine erste Druckbeaufschlagungseinheit (M1) und eine zweite Druckbeaufschlagungseinheit (M2), um immer einen konstanten Druck auf die Ventilkammer durch die erste und zweite Membran aufzubringen. Die erste Membran (50) ist mit einem eingegliederten ersten Bauteil (51), das den Ventilstopfen (41) hat, ausgestattet und die zweite Membran (60) ist mit einem eingegliederten zweiten Bauteil (61) ausgestattet, das lösbar mit dem ersten Bauteil in Eingriff steht.
Ein zweiter Zweck der vorliegenden Erfindung stellt das erste und zweite Bauteil jeweils mit einem kegelförmigen Vorsprung 52 und einer kegelförmigen Aussparung (62) bereit, so dass der Vorsprung und die Aussparung lösbar miteinander im Eingriff stehen können.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung bildet die Druckbeaufschlagungseinheit aus, die für die erste Druckkammer mit einer Feder (S1) vorgesehen ist.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung bildet die Druckbeaufschlagungseinheit aus, die für die zweite Druckkammer mit einem mit Druck beaufschlagtem Gas (A1) vorgesehen ist.
Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung ordnet ein Rückschlagventil (35) bei einem Einlasskanal (31) an, dass das mit Druck beaufschlagte Gas in die zweite Druckkammer einführt.
Ein sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung ordnet einen Drosselmechanismus (37) in einem Zuführkreis (36) an, der das mit Druck beaufschlagte Gas zu der zweiten Druckkammer zuführt.
Ein siebter Aspekt der vorliegenden Erfindung ordnet einen Drosselmechanismus 39 in einem Ablasskreis (38) an, der das mit Druck beaufschlagte Gas von der zweiten Druckkammer ablässt.
Ein achter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die zweite Membran mit einem Rücksaugmechanismus (70) bereit.
Ein neunter Aspekt der vorliegenden Erfindung bildet den Rücksaugmechanismus mit einer Feder (S2) aus, die die zweite Membran weg von der Ventilkammer drückt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Längsschnitt, der ein Strömungssteuerventil gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Längsschnitt, der einen Strömungssteuerzustand des Ventils von 1 zeigt;
3 ist ein Längsschnitt, der einen geschlossenen Zustand des Ventils von 1 zeigt;
4A und 4B sind vergrößerte Teilschnitte, die einen Ansaugkanal für das Einführen von mit Druck beaufschlagtem Gas in eine zweite Druckkammer des Ventils von 1;
5A ist ein Diagramm, das die Beziehungen zwischen dem festgelegten Druck einer Druckbeaufschlagungseinheit des Ventils von 1 und den Änderungen des Drucks und des Durchflusses (Strömungsrate) des Fluids, die durch das Ventil gesteuert wird, zeigt;
5B ist ein Diagramm, das ein Vergleichsbeispiel für das Diagramm von 5A zeigt;
6 zeigt eine Anordnung von Strömungssteuerventilen gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt ein Vergleichsbeispiel für die Anordnung von 6;
8 ist ein Längsschnitt, der einen geschlossenen Zustand eines Strömungssteuerventils gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist ein Diagramm, das Beziehungen zwischen dem festgelegten Druck einer Druckbeaufschlagungseinheit und der Strömungsrate des Fluids, die durch das Ventil von 8 gesteuert wird, zeigt;
10 ist ein Längsschnitt, der einen Steuerzustand eines Strömungssteuerventils gemäß dem Stand der Technik zeigt; und
11 ist ein Längsschnitt, der einen geschlossenen Zustand des Ventils von 10 zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
1 ist ein Längsschnitt, der ein Strömungssteuerventil 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Ventil 10 hat einen Körper 11, eine Kammer 20, die in dem Körper 11 ausgebildet ist, und einen Ventilmechanismus 40, der in der Kammer 20 angeordnet ist.
Der Körper 11 ist aus Harz hergestellt, solcher wie Fluorharz, der eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und Chemikalien hat. Die Kammer 20 hat einen Einlass 12 zum Aufnehmen von einem zu steuernden Fluid, einen Ventilsitz 16 und einen Ablass 15 zum Ablassen des Fluids. Der Körper 11 ist in einen ersten Block 11a, einen zweiten Block 11b und einen dritten Block 11c geteilt, welche zu einem Körper zusammengebaut sind. Der Ablass 15 kann eine Öffnung (nicht gezeigt) haben, die einen geeigneten Durchmesser hat. Der Einlass 12 ist mit einem Einlassrohr (nicht gezeigt) und der Ablass 15 ist mit einem Ablassrohr P (2 und 3) verbunden.
Der Ventilmechanismus 40 ist aus Harz hergestellt, solchen wie Fluorharz, der eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und Chemikalien hat. Der Ventilmechanismus 40 besteht aus einem Ventilstopfen 41, einer ersten Membran 50 und einer zweiten Membran 60.
Jedes Teil des Ventilmechanismus 40 wird beschrieben.
Der Ventilstopfen 41 öffnet und schließt den Ventilsitz 16 und steuert einen Schlitz, der zwischen diesen ausgebildet ist, wodurch der Durchfluss (die Strömungsrate) des Fluids, das den Schlitz durchläuft, gesteuert wird. Der Ventilstopfen 41 hat eine abgeschrägte Fläche 42 zur linearen Steuerung des Schlitzes.
Die erste Membran 50 ist einstückig mit dem Ventilstopfen 41 und besteht aus einem dünnen, beweglichen Teil 50a, das als eine Membranebene dient, und einem Randbereich 50b. Die zweite Membran 60 hat ein dünnes bewegliches Teil 60a, das als eine Membranebene dient, und einen Randbereich 60b. Die Bereiche (effektive Membranbereiche) der beweglichen Teile 50a und 60a sind so festgelegt, dass diese eine gute Steuerbarkeit bereitstellen, sodass die Membranen 50 und 60 augenblicklich auf kurzzeitige oder pulsierende Lastwechsel in dem Fluid reagieren können.
Die erste Membran 50 hat ein eingegliedertes (einstückig versehenes) erstes Bauteil 51, das den Ventilstopfen 41 hat. Die zweite Membran 60 hat ein eingegliedertes (einstückig versehenes) zweites Bauteil 61, das lösbar mit dem ersten Bauteil 51 eingreift.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat das erste Bauteil 51 einen kegelförmigen Vorsprung 52, welcher lösbar mit einer kegelförmigen Aussparung 62, die an dem zweiten Bauteil 61 ausgebildet ist, im Eingriff steht. Umgekehrt kann die kegelförmige Aussparung an dem ersten Bauteil 51 und der kegelförmige Vorsprung an dem zweiten Bauteil 61 ausgebildet sein. Die Aussparung und der Vorsprung stellen die Positionierung des ersten und zweiten Bauteils 51 und 61 sicher, wenn diese miteinander in Eingriff stehen.
Das erste und zweite Bauteil 51 und 61 können jeweils einstückig mit der ersten und zweiten Membran 50 und 60 ausgebildet oder getrennt von den Membranen sein, und daran mit einer geeigneten Einrichtung, solche wie Teile, die mit Gewinden versehen sind.
Ein Federaufnehmer 80 nimmt eine Feder S1 auf, die als eine erste Druckbeaufschlagungseinheit M1 dient. Der Federaufnehmer 80 ist an der ersten Membran 50 durch eine geeignete Einrichtung, solche wie eine Verschraubung oder eine Befestigung, angebracht. Wenn keine Feder verwendet wird, wird der Federaufnehmer 80 weggelassen.
Die Membranen 50 und 60 sind in der Kammer 20 durch Befestigen der Randbereiche 50b und 60b von diesem an dem Körper 11 angebracht. In dem Beispiel wird der Randbereich 50b der ersten Membran 50 fest zwischen dem ersten und zweiten Block 11a und 11b des Körpers 11 gehalten, und der Randbereich 60b der zweiten Membran 60 wird fest zwischen dem zweiten und dritten Block 11b und 11c des Körpers 11 gehalten. Eine Dichtung 81 dichtet einen Spalt zwischen dem Körper 11 und der ersten Membran 50 ab, und eine Dichtung 82 dichtet einen Spalt zwischen dem Körper 11 und der zweiten Membran 60 ab.
Die erste und zweite Membran 50 und 60 teilt die Kammer 20 in eine erste Druckkammer 21, eine Ventilkammer 25 und eine zweite Druckkammer 30.
Jede dieser Kammern wird beschrieben.
Die erste Druckkammer 21 ist außerhalb (unten in den Figuren) von der ersten Membran 50 und hat die erste Druckbeaufschlagungseinheit M1 zum permanenten Aufbringen eines ersten festgelegten Drucks auf die erste Membran 50. Der erste festgelegte Druck ist in Richtung der Ventilkammer 25 gerichtet. Und zwar ist der erste festgelegte Druck nach innen (aufwärts in den Figuren) gerichtet.
Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die erste Druckbeaufschlagungseinheit M1 die Feder S1, die eine vorbestimmte Federkonstante hat. Die Feder S1 ist zwischen dem Boden der ersten Druckkammer 21 und dem Federaufnehmer 80, der an der ersten Membran 50 ausgebildet ist, angeordnet. Die Feder S1 vereinfacht die Anordnung der Druckbeaufschlagungseinheit M1 und verringert die Kosten von dieser. Die Druckbeaufschlagungseinheit M1 ist nicht auf die Feder beschränkt. Diese kann mit Druck beaufschlagtes Gas, eine Kombination aus einer Feder und aus mit Druck beaufschlagtem Gas, eine Magnetspule oder etwas anderes sein.
Wenn die Feder alleine verwendet wird, werden eine Federdruckvorrichtung und eine Schraube (beides nicht gezeigt) zum unbehinderten Einstellen der Federkraft verwendet. Diese Anordnung kann mit einem Gerät, solches wie einem Servomotor zum automatischen Steuern der Federkonstante kombiniert werden.
Die erste Druckkammer 21 hat eine Öffnung 22 für das Durchlassen von Luft.
Die Ventilkammer 25 ist zwischen der ersten und zweiten Membran 50 und 60 und hat den Einlass 12, den Ventilsitz 16 und den Ablass 15. Der Ventilsitz 16 ist eine Ecke des zweiten Blocks 11b des Körpers 11. Der Schlitz zwischen dem Ventilstopfen 41 und dem Ventilsitz 16 ändert sich, wenn sich der Ventilstopfe 41 bewegt, wodurch die Strömungsrate (der Durchfluss) der Fluidströmung von dem Einlass 12 zu dem Ablass 15 gesteuert wird.
Die zweite Druckkammer 30 ist außerhalb (oben in den Figuren) von der Membran 60 und hat eine zweite Druckbeaufschlagungseinheit M2 zum permanenten Aufbringen eines zweiten festgelegten Drucks auf die zweite Membran 60. Der zweite festgelegte Druck ist in Richtung der Ventilkammer 25 gerichtet. Und zwar ist der zweite festgelegte Druck nach innen (abwärts in den Figuren) gerichtet. Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die zweite Druckbeaufschlagungseinheit M2 mit Druck beaufschlagtes Gas A1.
Das mit Druck beaufschlagte Gas A1 ist leicht einzustellen und effektiv zum Bereitstellen eines großen Drucks.
Die zweite Druckkammer 30 hat einen Einlasskanal 31 für das Einführen des mit Druck beaufschlagten Gases A1 in die Kammer 30 und einen Auslasskanal 32 für das Auslassen des selben aus der Kammer 30. In den Figuren wird eine Druckbeaufschlagungseinheit für das Erzeugen des mit Druck beaufschlagten Gases A1 weggelassen. Die zweite Druckbeaufschlagungseinheit M2 kann ein Federgerät sein, dessen Kraft unbehindert einstellbar ist, eine Magnetspule oder etwas Anderes.
Der Betrieb des Strömungssteuerventils 10 wird mit Bezug auf die 2 und 3 beschrieben.
Die Druckbeaufschlagungseinheiten M1 und M2 bringen immer jeweils den ersten und zweiten festgelegten Druck auf die erste und zweite Membran 50 und 60 nach innen auf. Unter einem normalen Steuerzustand sind der erste und zweite festgelegte Druck mit einer vorbestimmten Strömungsrate des Fluids, das durch den Ventilmechanismus 40, wie in 2 gezeigt, strömt, ausgeglichen. Und zwar wird der Schlitz zwischen dem Ventilstopfen 41 und dem Ventilsitz 16 konstant gehalten, und das Fluid tritt in den Einlass 12 in der ersten Seite ein, strömt durch die Ventilkammer 25 und wird von dem Ablass 15 an der zweiten Seite bei der vorbestimmten Strömungsrate durchgelassen.
Wenn eine Änderung bei dem Fluid bei dem Einlass 12 auftritt, verursacht die Änderung eine Druckänderung. Die Druckänderung wird als ein Gegendruck zur Erzeugung einer nach außen gerichteten Kraft wirksam. Der Gegendruck bewegt den Ventilmechanismus 40, sodass der Gegendruck mit dem nach innen wirkenden Drücken, die durch die Druckbeaufschlagungseinheiten M1 und M2 aufgebracht werden, ausgeglichen ist. Und zwar bewegt sich der Ventilstopfen 41, so dass der Schlitz zwischen dem Ventilstopfen 41 und dem Ventilsitz 16 geändert wird, wodurch die Strömungsrate des Fluids, das durch den Schlitz strömt, gesteuert wird. Da der Gegendruck mit den nach innen gerichteten Drücken, die durch die Druckbeaufschlagungseinheiten M1 und M2 aufgebracht werden, ausgeglichen wird, werden das ersten und zweite Bauteil 51 und 61 des Ventilmechanismus 40 im Eingriff miteinander gehalten.
Wenn das Ablassrohr P geschlossen wird, wie in 3 gezeigt, tritt ein Druckanstieg bei dem Ablass 15 zur Erzeugung eines Gegendrucks auf. Der Gegendruck wirkt nach außen auf die erste und zweite Membran 50 und 60, insbesondere auf die zweite Membran 60 und ist gewöhnlicherweise größer als der Gegendruck bei dem normalen Zustand von 2. Als Folge bewegt sich die zweite Membran 60 nach außen (nach oben in der Figur). Deswegen bewegt sich die erste Membran 50 in Richtung der zweiten Membran 60, sodass der Ventilstopfen 41 den Ventilsitz 16 schließt. Zu dieser Zeit ist die Kraft, die die erste Membran 50 und den Ventilstopfen 41 in Richtung der Innenseite der Ventilkammer 25 bewegt, lediglich der Druck, der durch die erste Druckbeaufschlagungseinheit M1 erzeugt wird.
Wenn der Gegendruck weiter auf die zweite Membran 60 wirkt, nachdem der Ventilsitz 16 mit dem Ventilstopfen 41 geschlossen ist, trennt sich das erste Bauteil 51 an der ersten Membran 50 von dem zweiten Bauteil 61 der zweiten Membran 60, wie in 3 gezeigt.
Dies bedeutet, dass der große Druck, der auf die zweite Membran 60 wirkt, nicht den Ventilmechanismus 40 beeinflusst. Wenn das erste und zweite Bauteil 51 und 61 voneinander getrennt werden, wird der Ventilmechanismus 40 in die erste und zweite Membran 50 und 60 geteilt, sodass der Ventilstopfen 41 den Ventilsitz 16 lediglich mit dem Druck durch die erste Druckbeaufschlagungseinheit M1 schließt, während die Membranebene 60a der zweiten Membran 60 den unangemessen hohen Gegendruck aufnimmt.
Auf diese Weise bringt die vorliegende Erfindung keine unangemessen hohe Last auf den Ventilmechanismus 40 auf, und deshalb tritt kein Bruch oder die Erzeugung von Staubpartikeln zwischen dem Ventilstopfen 41 und dem Ventilsitz 16 auf.
Zusätzlich lässt die vorliegende Erfindung das Schließen der zweiten Seite ohne Probleme zu, wie in 3 gezeigt. Und zwar eröffnet das Strömungssteuerventil der vorliegenden Erfindung einen neuen Aspekt der Verwendung von nicht nur der Steuerung eines Durchflusses (einer Strömungsrate) des Fluids, sondern ebenso ein Starten und Anhalten einer Fluidströmung. Zum Beispiel lässt das Ventil zu, dass das Ablassrohr P im Ansprechen auf ein Signal von einem kumulativen Strömungsmesser geschlossen wird. Diese Art von Steuerung ist durch herkömmliche Strömungssteuerventile nicht erreichbar. Das Ventil lässt ebenso zu, dass die zweite Seite durch Anhalten der zweiten Druckbeaufschlagungseinheit M2, die auf die zweite Druckkammer 30 wirkt, geschlossen wird.
Variationen der vorliegenden Erfindung werden beschrieben.
Gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Einlasskanal 31 für das Einführen des mit Druck beaufschlagten Gases A1 in die zweite Druckkammer 30 mit einem Rückschlagventil 35 versehen, das einen Stopfen 35a, der aus elastischem Material, solches wie Gummi, hergestellt ist, hat, wie in 4A gezeigt.
Selbst wenn die zweite Membran 60 gebrochen ist, verhindert das Rückschlagventil 35, dass das Fluid, das durch das Ventil 10 gesteuert wird, in den Einlasskanal 31 eintritt. Dies verhindert eine Beschädigung an einem Steuergerät, solchen wie einem Magnetspulenventil und einer Druckeinstellvorrichtung, die für den Einlasskanal 31 betrieben wird. In 4A ist das Rückschlagventil 35 in einem normalen Zustand mit dem Stopfen 35a durch das mit Druck beaufschlagte Gas geöffnet, sodass das mit Druck beaufschlagte Gas durch einen Gang 35b des Rückschlagventils 35 strömen kann. 4B zeigt einen abnormalen Zustand, bei dem die zweite Membran 60 gebrochen ist, sodass das Fluid, das durch das Ventil 10 gesteuert wird, in die zweite Druckkammer 30 durchgelassen wird. Der Druck des Fluids verformt den Stopfen 35a elastisch, um den Gang 36b zu schließen.
Gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Drosselmechanismus 37, solch einer wie ein Drosselventil, an einer vorbestimmten Position in einem Einlasskreis 36 (einschließlich des Einlasskanals 31), der das mit Druck beaufschlagte Gas A1 in die zweite Druckkammer 30 führt, angeordnet. Der Drosselmechanismus 37 ist dazu im Stande, schrittweise den zweiten festgelegten Druck zu ändern, der durch die zweite Druckbeaufschlagungseinheit M2 aufgebracht wird, wie in 5A durch eine durchgezogenen Linie angegeben. Als Folge ändern sich der Druck und die Strömungsrate des Fluids, die durch das Ventil 10 gesteuert wird, schrittweise, wie durch die gepunktete Linie in 5A angegeben. Dies verhindert das Auftreten des Druckstoßphänomens (Flüssigkeitsschlag) in dem Fluid.
Wenn kein Drosselmechanismus 37 besteht, ändert sich der zweite festgelegte Druck, der durch die zweite Druckbeaufschlagungseinheit M2 aufgebracht wird, schlagartig, wie durch eine durchgezogene Linie in 5B angegeben, und deshalb ändert sich die Strömungsrate des Fluids, das durch das Ventil gesteuert wird, ebenso schlagartig, wie durch eine gestrichelte Linie in 5B angegeben. Dies kann das Druckstoßphänomen (Flüssigkeitsschlag) verursachen.
Gemäß dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Drosselmechanismus 39 bei einer vorbestimmten Position in einem Auslaufkreis 38 (einschließlich des Ablassdurchgangs 32) angeordnet, der das mit Druck beaufschlagte Gas A1 von der zweiten Druckkammer 30 ablässt.
Der Drosselmechanismus 39 steuert eine Ablassrate des mit Druck beaufschlagten Gases A1. In 6 sind Strömungssteuerventile 10A, 10B und 10C, wovon jedes identisch zu dem Ventil 10 von 1 ist, zum Zuführen eines gesteuerten Fluids von einer einzigen Quelle zu dem entsprechenden Objekt angeordnet. Die Ventile 10A–10C nehmen gemeinsam das mit Druck beaufschlagte Gas A1 zum Aufbringen des gleichen zweiten festgelegten Drucks auf die zweite Druckkammer 30 auf. Selbst wenn die Ventile 10A–10C individuelle Unterschiede einschließen, wird die Strömungsrate und der Druck des gesteuerten Fluids ohne individuelles Einstellen des mit Druck beaufschlagten Gases, das von dem Einlasskanal 31 zu den Ventilen 10A– 10C zugeführt wird, festgelegt. Eine einzige Druckeinstellvorrichtung C ist hinreichend für die Einlasskreise 36 der Ventile 10A bis 10C, um die Strömungsraten und Drücke des gesteuerten Fluids in den Ventilen 10A–10C abzugleichen. Der Drosselmechanismus 39 erreicht einen zusätzlichen Vorteil, dass die Strömungsrate des Fluids, das durch jedes Ventil gesteuert wird, durch Manipulation des Drosselmechanismus 39 einstellbar ist.
7 zeigt ein Vergleichsbeispiel, um den Vorteil des Drosselmechanismus 39 zu erklären. Die Strömungssteuerventile 10D, 10E und 10F haben keinen Drosselmechanismus in einem Auslasskreis 38D für das Auslassen von mit Druck beaufschlagtem Gas von der zweiten Druckkammer 20. Die Ventile 10D–10F haben individuelle Unterschiede in den Strömungsraten und Drücke des Fluids, das durch die Ventile gesteuert wird. Um solche Unterschiede aufzulösen, müssen die Ventile Druckeinstellvorrichtungen C1, C2 und C3 haben und jeweils Messeinheiten (nicht gezeigt) haben. In 7 ist jedes Ventil mit einem Einlasskanal 31D für das Aufnehmen des mit Druck beaufschlagten Gases und einem Auslasskanal 32D für das Auslassen des mit Druck beaufschlagten Gases, einem Zuführkreis 36D für das Zuführen des mit Druck beaufschlagten Gases und einem Drosselmechanismus 37A der in dem Zuführkreis 36D angeordnet ist, versehen.
8 zeigt ein Strömungssteuerventil 10Y gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die gleichen Teile, wie jene des Strömungssteuerventils 10 des vorhergehenden Ausführungsbeispiels, werden durch die gleichen Bezugszeichen dargestellt und die Erläuterung von diesen wird weggelassen.
Gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat das Ventil 10Y eine zweite Membran 60, die mit einem Rücksaugmechanismus 70 ausgestattet ist. Gemäß dem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht der Rücksaugmechanismus 70 aus einer Feder S2, die eine vorbestimmte Federkonstante hat. Die Feder S2 drückt die zweite Membran 60 weg von einer Ventilkammer 25 gegen eine zweite Druckbeaufschlagungseinheit M2. Die Feder S2 wird durch einen Federaufnehmer 71, der an der zweiten Membran 60 angebracht ist, gestützt. Der Rücksaugmechanismus 70 ist nicht auf die Feder beschränkt. Dieser kann ebenso einen anderen Antreibmechanismus verwenden.
Wenn ein Druck, der durch die zweite Druckbeaufschlagungseinheit M2 erzeugt wird, unter einen vorbestimmte Wert verringert wird, um einen Ventilsitz 16 zu schließen, wirkt der Rücksaugmechanismus 70 zum Expandieren des Volumens eines Raumes, der an einem Ablass 15 in der Ventilkammer 25 angrenzt. Dies lässt den Druck in dem Ventil 10Y abfallen, um das Fluid in einem Ablassrohr P, das mit dem Ablass 15 verbunden ist, zurück in das Ventil 10Y zu ziehen, wodurch das Tropfen des Fluids verhindert wird.
9 zeigt Beziehungen zwischen einem festgelegten Druck der zweiten Druckbeaufschlagungseinheit M2 und der Strömungsrate (des Durchfluss) des Fluids, das durch das Ventil 10Y gesteuert wird. Wenn der festgelegte Druck der zweiten Druckbeaufschlagungseinheit M2 unter "a" verringert wird, wird die Strömungsrate des Fluids 0. Ein Bezugszeichen "b" in 9 gibt eine vorgesehene Rücksaugmenge an.
Wie oben erklärt, stellt die vorliegenden Erfindung ein Strömungssteuerventil bereit, das dazu imstande ist, eine Verschlechterung, Beschädigung oder die Erzeugung von Staubpartikeln gegen einen Lastanstieg bei dem Ablass (zweite Seite) von diesem zu verhindern. Das Ventil der vorliegenden Erfindung sieht verbesserte Funktionen, eine verbesserte Beständigkeit und eine verbesserte Strömungssteuerung-Zuverlässigkeit vor. Das Ventil der vorliegenden Erfindung ist anwendbar insbesondere auf ultrapures Wasser (ultrapure water) und chemische Fluide.
Das Strömungssteuerventil der vorliegenden Erfindung ist dazu imstande, die zweite Seite zu schließen. Dies ist für herkömmliche Strömungssteuerungsventile unmöglich zu erreichen. Als Folge eröffnet das Ventil der vorliegenden Erfindung neue Anwendungsbereiche und verbessert die Betriebsfähigkeit.
Das Ventil der vorliegenden Erfindung verwendet einen Membranmechanismus, der augenblicklich auf kurzzeitige pulsierende Lastwechsel reagiert. Das Ventil der vorliegenden Erfindung verwendet einfache und kostengünstige mechanische und elektrische Mechanismen, um eine einfache Anordnung und eine leichte Instandhaltung zu realisieren.
Das Strömungssteuerungsventil (10) hat einen Körper (11) und ein Ventilmechanismus (40). Der Körper definiert eine Kammer (20). Die Kammer hat einen Einlass (12) für das Aufnehmen eines zu steuernden Fluids, einen Ventilsitz (16) für das Durchlassen des Fluids und einen Ablass (15) für das Ablassen des Fluids. Der Ventilsmechanismus besteht aus einem Ventilstopfen (41) für das Öffnen und Schließen des Ventilsitzes, einer ersten Membran (50), die in der Umgebung des Einlasses angeordnet ist, und einer zweiten Membran (60), die in der Umgebung des Ablasses angeordnet ist. Jede der Membranen ist in der Kammer und hat einen Randbereich, der an den Körper angebracht ist. Die Membranen teilen die Kammer in eine erste Druckkammer (21), die außerhalb von der ersten Membran ist, eine Ventilkammer (25) zwischen den Membranen, und eine zweite Druckkammer (30), die außerhalb von der zweiten Membran ist. Die Ventilkammer hat einen Einlass, einen Ventilsitz und einen Ablass. Die erste und zweite Druckkammer haben jeweils eine erste Druckbeaufschlagungseinheit (M1) und eine zweite Druckbeaufschlagungseinheit (M2), um immer einen konstanten Druck auf die Ventilkammer durch die erste und zweite Membran aufzubringen. Die erste Membran (50) ist mit einem eingegliederten ersten Bauteil (51) vorgesehen, das einen Ventilstopfen (41) hat, und die zweite Membran (60) ist mit einem eingegliederten zweiten Bauteil (61) vorgesehen, das lösbar mit dem ersten Bauteil in Eingriff steht.

Claims

Ein Ventil (10) für das Steuern des Durchflusses einer Flüssigkeit/eines Fluids, das einen Körper (11) und einen Ventilmechanismus (40) aufweist, wobei der Körper eine Kammer (20) definiert, die einen Einlass (12) für das Aufnehmen der Flüssigkeit/des Fluids, einen Ventilsitz (16) für das Durchlassen der Flüssigkeit/des Fluids und einen Ablass (15) für das Ablassen der Flüssigkeit/des Fluids aufweist, wobei der Ventilmechanismus aus einem Ventilstopfen (41) für das Öffnen und Schließen des Ventilsitzes, einer ersten Membran (50), die in der Umgebung des Einlasses angeordnet ist, und einer zweiten Membran (60), die in der Umgebung des Ablasses angeordnet ist, besteht, wobei jede der Membranen in der Kammer ist und einen Randbereich hat, der an dem Körper befestigt ist, wobei die Membranen die Kammer in eine erste Druckkammer (21), die an der Außenseite der ersten Membran ist, eine Ventilkammer (25) zwischen den Membranen und eine zweite Druckkammer (30), die an der Außenseite der zweiten Membran ist, teilen, wobei die Ventilkammer den Einlass, den Ventilsitz und den Ablass hat, wobei die erste und zweite Druckkammer jeweils mit einer ersten Druckbeaufschlagungseinrichtung (M1) und einer zweiten Druckbeaufschlagungseinrichtung (M2) ausgestattet ist, um immer einen konstanten Druck zur Ventilkammer durch die erste und zweite Membran aufzubringen, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Membran (50) einstückig mit einem ersten Bauteil (51) ausgestattet ist, das den Ventilstopfen (41) hat, und die zweite Membran (60) einstückig mit einem zweiten Bauteil (61) ausgestattet ist, das ablösbar mit dem ersten Bauteil in Eingriff steht.
Das Ventil von Anspruch 1, wobei das erste und zweite Bauteil jeweils einen kegelförmigen Vorsprung (52) und eine kegelförmige Aussparung (62) haben, welche ablösbar miteinander in Eingriff stehen.
Das Ventil von einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die Druckbeaufschlagungseinrichtung, die für die erste Druckkammer vorgesehen ist, eine Feder (51) ist.
Das Ventil von einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Druckbeaufschlagungseinrichtung, die für die zweite Druckkammer vorgesehen ist, mit Druck beaufschlagtes Gas (A1) ist.
Das Ventil von Anspruch 4, weiter ein Rückschlagventil (35) aufweisend, das an einem Einlasskanal (31) angeordnet ist, der das mit Druck beaufschlagte Gas in die zweite Druckkammer einführt.
Das Ventil von einem der Ansprüche 4 und 5, weiter einen Drosselmechanismus (37) aufweisend, der in einem Zuführkreis (36) angeordnet ist und das mit Druck beaufschlagte Gas der zweiten Druckkammer zuführt.
Das Ventil von einem der Ansprüche 4 bis 6, weiter einen Drosselmechanismus (39) aufweisend, der in einem Ablasskreis (38) angeordnet ist und das mit Druck beaufschlagte Gas von der zweiten Druckkammer ablässt.
Das Ventil von einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter einen Rücksaugmechanismus (70) aufweisend, der auf die zweite Membran wirkt.
Das Ventil von Anspruch 8, wobei der Rücksaugmechanismus eine Feder (S2) hat, um die zweite Membran weg von der Ventilkammer zu drücken.