JP2004332932A - 調節弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 騒音を防止する。
【解決手段】 弁が全閉で、流路が入口と出口の方に対して実質的に横向きに配置される角度状態と、弁が全開で、主流路が弁の入口と出口の間に流路を形成するように弁の入口と出口に位置合わせをする角度状態の間でボール状要素が回転可能になっている。ボール状要素は主流路の側面に沿って配置された小断面積の二次流路を含む。ボール状要素が、全開と全閉の位置の中間の角度状態で、ある範囲になったとき、二次流路が弁の入口と出口をお互いに通じさせるように設計されている。
【選択図】 図１

Description

本発明はボール形の画期的調節弁に関する。

特にガス状の流体に用いるときの従来製品にはボール弁の開閉の過渡的状態、及び、中間位置での流量調節に関連した問題があることが知られている。

これらの弁の性能を改善する試みの中で、公知の分野でいくつかの解決策が提案されている。例えば、ボール状要素を通る導管内に、そのような導管の入口の一部を部分的に閉じるために、適当に穴付きバッフル(baffle)を挿入することが提案されている。この部分的に閉じた穴付き領域により、ボールを中間位置に回転したときの制御を改善する。不幸にも、この解決策は弁を全開できなくしていて、穴付きバッフルが導管を部分的に閉塞している。さらに、穴付きバッフルと通路により形成された取付エッジの特殊形状により、一部の動作状態で、特に高速流体のときに、許容できない振動と吹き抜け音を発生する。

本発明の一般的目標は、ON/OFF動作だけでなく、高い差圧又は低い差圧を持つ流れを調節可能で、調節角度の有効性が高くでき、特に、高流速の場合でも、十分に騒音を生じない単純で頑丈な構造の動作部とすることにより、既知のボール弁の欠点を解消している。

上記の目標のため、本発明に基づき、流体のためのボール弁が考えられていて、入口及び出口、さらに、内室を設けたボディが含まれている。内室はボール状要素を回転可能に受入れていて、主流路がボール状要素自体を通過する。ボール状要素は、弁が完全に閉じて、その主流路が入口と出口の方向に対して実質的に横向きに配置される角度状態と、弁が完全に開いて、上記の主流路を弁の入口と出口の間に通路を生じるように配置する角度状態の間で回転できて、そのボール状要素が、上記主流路の横に配置されていて、小断面積の二次流路を含み、その二次流路は、上記ボール状要素が全開状態と全閉状態の間で、中間の角度状態のある範囲になっているときに、弁の入口と出口がお互いに連通するように設計されていることを特徴としている。

本発明の革新的原理及びそれが公知の技術を上回っている利点を説明しやすくするために、上記原理を使用できる例示的実施例を、添付図面の助けを受けて以下に説明する。

図面を参照すると、流体特に気体のためのボール弁が図１に示されていて、全体として１０と指定されている。その弁には、内室１４の両端と同軸に配置された入口１２と出口１３を設けてあるボディ１１が含まれ、その内室１４がボール状締め切り要素１５を回転可能に受入れている。ボール状要素は図示されていない公知の手段により軸１６の回りで回転可能になっていて、それを通る主流路１７が設けられている。ボール状要素と内室の間には公知の流体密封要素１８が設けられている。

この方法で、弁が全閉となり、上記流路１７の軸がその入口と出口の共通軸に対して実質的に横向きに配置された角度状態と、弁が全開となり、その主流路１７が弁の入口と出口の間に流路を構成するように配置された角度状態の間で、そのボール状要素が回転可能になっている。

主流路１７は、入口と出口の導管１２及び１３が内室に開いている直径と実質的に近い直径にするのが好ましい。

主流路１７に加えて、ボール状要素１５には、主流と比較して小断面積で、主流路の横に並行して配置された二次流路１９が別個に含まれている。

図１に明確に示されているように、二次流路１９により、上記ボール状要素が、上記の全開状態と全閉状態の間で、中間の角度状態のある範囲になっているときに、弁の入口と出口がお互いに連通するように設計されている。

都合が良いように、二次流路１９は、好ましくは屈曲した複数の流路を含み、大量の流動エネルギーを消滅させる。結果として、ボール状要素が中間の角度状態の上記範囲になったとき、弁の入口と出口の間で重要な圧力差を生じる。要件により、流路を適当なサイズとすることにより、圧力差を非常に高い値とすることもできる。

図２に良く示されているように、二次流路は上記主流路を囲むようなある角度で展開した断面を有している。その展開角は中央の流路を囲む角度で０度から３６０度の間、好ましくは４５度から１８０度の間、より好ましくは約９０度を含む角度αを有している。

二次流路の小さな穴を含む展開角を、二次流路に沿って圧縮性流体が膨張できるように個々のセクター(sector)で違えることができる。それゆえ、サービスのタイプにより異なる形状と角度に基づき、球面上で穴付き領域を展開すべきであること、及び、展開部を受け座より大きくする必要性が無いが、全円周をカバーするまで、後続のセクターで、角度を広げる必要があるので、０度から約９０度の間に上記の穴付き領域が含まれていることが有用であろう。

例えば、流路導管の入口１２、１３から内室へ流体が通過するために、（図２では破線で概略的に示した）逃げ部２０の全体に亘って側部の流路部分が展開するように、角度の大きさを選ぶことができる。

さらに、図２に示すように、二次流路１９は、回転軸１６に直角であるボール状要素の中央平面２１に対して対称になるように円弧形状に展開している断面を有している。

再度、図１を参照すると、本発明に基づく弁の優れた実施例では、弁には、ボール状要素内の受け座２３に、主流路１７の軸に一致した軸で、主流路自体を囲むように挿入された環状要素２２が含まれている。環状要素は、その中に二次流路１９を含んでいる。一方、好ましい実施例では、環状要素は受け座２３に挿入され、詰め込まれた複数の穴付きディスク、又は、座金２２で有利に形成されている。

それゆえ、主流路１７が、位置合わせされた中央の穴２４により形成される。さらに、ディスクには上記二次流路のセグメント(segments)を形成するために中央の穴の周囲で事前設定された角度の展開部に配置された複数の穴２５が設けられている。穴の位置合わせ又は位置ずらしを適当に行うことにより、二次流路を通る通路の障害を大きくでき、又は、小さくできる。

各ディスクの穴２５が図１に明確に示されているように、第一の長さに亘って第一の直径で、又、第二の長さに亘ってその第一の直径とは異なる第二の直径になっていて、それにより、全ての導管が第一と第二の直径を有する交互のセグメントで形成されているという弁の機能には特に利点があることが見いだされている。

その内側に上記の主流路を形成するパイプ２６が、詰め込まれたディスクの中央の穴で形成される通路に都合良く挿入されている。図１に破線で示すように、パイプ２６の少なくとも一部が詰め込まれたディスクから伸びていて、その入口の一部が中央の通路の端部でボール状要素により特定されている想像上の球形面の近くに配置される。これにより、弁が中間の開口状態にあるときに流れのガイドが適切に行われる。パイプの一部のみの伸びを違えることにより、特別な流路も形成できて、弁内で好ましくない過圧又は負圧の領域が発生するのを避けることができる。

上記のディスク用受け座２３には適切な形状のプラグ２７が都合良く挿入されていて、そのプラグ２７には少なくとも二次流路１９と位置合わせをした穴が開けられ、ボール状要素の表面に接続している。そのプラグの外面は、密封要素１８のエッジに沿って密封的にスライドするように設計されたボール状要素の表面に接続している。

この点で、意図する目的が達成されることが明らかである。本発明に基づいて作られた弁は単一の弁として全開と全閉の両方の状態にできるだけでなく、満足できる制御範囲を有している。更に、公知の弁に存在する開閉の過渡的状態に関連した問題を解消しうる。さらに、二次流路の構造を適切に選ぶことにより、弁の全開状態に達する前に、高い差圧又は低い差圧でも制御機能を維持し、調節角度の有効性が高い制御範囲を得ることが可能である。希望する場合、中央の流路の周囲にある流路の展開部を大きくすることにより、気体の膨張を可能にする。

もちろん、本発明の革新的原理を用いた実施例に関する上記の説明は例示用としてのみ示されていて、それゆえ、ここで請求している特許権を制限するものとして考えるべきでない。例えば、流路19は実用上及び製造上の要件により、穴、チャンネル(channel)又は多少複雑なラビリンス(labyrinth)とすることができる。

希望する場合、さらに流体膨張が可能になるように、（例えば、チャンネル軸に沿って間隔を置いた位置で）二次流路と主流路の間を接続するために、さらに流路又はチャンネルを設けることもできる。

本発明に基づく弁の概略的断面図である。 図１の弁のボール状要素の前面図である。

符号の説明

１０ ボール弁
１１ ボディ
１２ 入口
１３ 出口
１４ 内室
１５ ボール状締め切り要素、ボール状要素
１６ 軸、回転軸
１７ 主流路
１８ 密封要素
１９ 二次流路
２０ 逃げ部
２１ ボール状要素の中央平面
２２ 穴付きディスク、座金、環状要素
２３ 受け座
２４ 中央の穴
２５ 穴、各ディスクの穴
２６ パイプ
２７ プラグ
α 伸長部の角度

Claims (13)

1. 流体のためのボール弁で、入口と出口、及び、内室を設けたボディが含まれ、その内室の中にはボール状要素が回転可能に受入れられ、主流路がボール状要素を通っていて、弁が全閉で、上記流路が入口と出口に対して実質的に横向きに配置された角度状態と、弁が全開で、上記主流路が弁の入口と出口を接続するように並び、その間に流路を生じさせる角度状態の間で、ボール状要素が回転可能になっているボール弁において、ボール状要素が上記主流路の側面に沿って配置された小断面積の二次流路を含み、上記ボール状要素が上記の全開と全閉の状態の中間の角度状態の、ある範囲になったとき、二次流路により、弁の入口と出口がお互いに連通しあうように設計されていることを特徴とするボール弁。
2. ボール状要素が角度状態の前記範囲にあるときに、流体が弁の入口と出口の間に重要な圧力差を生じるように、二次流路が複数の通路を含むことを特徴とする請求項１に記載の弁。
3. 二次流路の断面が上記主流路をある角度で囲むように展開していることを特徴とする請求項１に記載の弁。
4. 上記の展開が、中央の流路を囲む角度として、４５度から１８０度の間に含まれる角度、好ましくは約９０度に限定されていることを特徴とする請求項３に記載の弁。
5. 二次流路が、ボール状要素の回転軸を横切る中央平面に対して対称に展開している断面を有していることを特徴とする請求項３に記載の弁。
6. その弁が環状要素を含み、その環状要素が、上記ボール状要素内の受け座に受入れられ、上記主流路を囲むようにその軸が主流路の軸と一致していて、上記二次流路を形成するために設定角の展開部に亘って配置された複数の穴が設けられているいることを特徴とする請求項１に記載の弁。
7. その環状要素が中央に穴を開けた複数のディスクから構成され、上記ボール状要素の受け座に挿入されて、詰め込まれ、かつ、その環状要素には、上記二次流路のセグメントを形成するように中央の穴を囲む設定角度の展開部に亘って配置された複数の穴が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の弁。
8. 各ディスクの穴が、第一の長さに亘って第一の直径、及び、第二の長さに亘って第一の直径とは異なる第二の直径で形成されることを特徴とする請求項７に記載の弁。
9. その内側に上記主流路を形成しているパイプが、詰め込まれたディスクの中央の穴により形成された通路内に挿入されていることを特徴とする請求項７に記載の弁。
10. 上記パイプの少なくとも一部が詰め込まれたディスクから伸びていることを特徴とする請求項９に記載の弁。
11. プラグが上記のディスクの受け座に挿入され、そのプラグには少なくとも二次流路と位置合わせをした穴が開けられ、ボール状要素の曲面壁に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の弁。
12. 上記のプラグはボール状要素の表面に接続した外面を有していて、ボール状要素が内室への対応する入口又は出口の開口部を囲む密封要素のエッジに沿って密封的にスライドするように設計されていることを特徴とする請求項１０に記載の弁。
13. その弁が、主流路と二次流路の間を接続するために、さらに流路を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の弁。

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