JP2004513315A - 密封蛇腹と圧縮パッキンとを備えた有毒液体の輸送容器用の弁 - Google Patents

Abstract

【課題】本体（２）と、この本体（２）を貫通して相対運動する駆動部材（１）とを有する弁の改良と、この弁を取り付けた液体用容器。
【解決手段】駆動部材（１）は少なくとも２つの金属壁を有する密封蛇腹（３）を貫通しておりており、蛇腹の一端は本体（２）に固定され、蛇腹の他端は駆動部材（１）に固定されている。

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は密封弁、特に有毒液の輸送容器用の密封弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
輸送容器の内容物の外部への流出を遮断するための弁、特に鉄道輸送の分野で用いられる弁は公知である。有毒液体、例えばＨＣｌ、ＢＦ_３を輸送する容器用の従来の弁は容器上に設置される本体を有し、この本体が容器と外側要素との間の結合部を構成し、この本体は出口と連通した空洞部を有している。弁または容器は本体への流入を阻止するための内部弁（安全弁）が設けられていて、液体通過に対して第１水準の容器密封性が確保されている。
この形式の弁は液体を取り出す際に内部弁を駆動するための操作用のステム（棒）を有している。このステムは一定の距離を越えて移動すると内部弁に力が加わって内部弁が開かれ、容器内に収容された液体が外側要素へ向かって自由に流出できるようになる。ハンドル等の手動装置やサーボモータ、油圧式または空気式の制御機等の電動装置を用いてステムを軸線に沿って移動させることもできる。ステムを操作するこれらの装置は弁本体の外側に設置されており、従って、ステムはこれら操作装置から弁本体の中へ延びている。
【０００３】
ステムが通過する部分での弁本体の密封性を確実にするために、一般にはパッキン（ｇａｒｎｉｔｕｒｅ ｄｅ ｐｒｅｓｓｅ ｅｔｏｕｐｅ， ｓｔｕｆｆｉｎｇ ｂｏｘ ｐａｃｋｉｎｇ）が用いられている。一般にこのパッキンはステムを取り囲んだ複数のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で作られたリングから成る。このリングはステムに沿って弁本体の当接部とパッキン押えとの間にネジで圧縮されている。リングを軸線方向に圧縮することでリングが放射方向に拡大し、放射方向に拡大することによってリングがステムと接触して弁本体の空洞部を外側から密封している。
【０００４】
しかし、この方法の欠点は弁の操作中および容器の輸送中に弁から漏れる恐れがあることにある。すなわち、弁の操作中は内部弁（安全弁）が開いているため液体が弁本体の空洞部内へ流出することできる。従って、パッキンには液体の圧力が加わる。この圧力は２００バールに達するので、空洞部を密封する必要がある。従って、現在のパッキンには従来技術に特有な漏れが常にある。そのため有害物質を収容した容器を取り扱う人は放出された有害物質に常に露出されている。
さらに、輸送中の内部弁（安全弁）の密閉性が不完全なため、パッキンが弁を確実に密封している。しかし、弁に機械的および熱的な応力が加わるとパッキンに不規則で制御不能な漏れが生じる。さらに一般に超臨界状態で貯蔵されている液体が漏れると大気中に放出された時に非常に大きな容量になる。
【０００５】
汚染防止基準および作業者保護基準がますます厳しくなっており、前記のような弁は頻繁に分解検査して、漏れの回数を少なくしなくてはならない。さらに、輸送中の振動によってパッキンの劣化が進むため、輸送後はパッキンの分解検査が終わるまで容器が使えなくなる。その結果、容器の維持費が増加する。さらに、大抵のパッキンは分解検査でパッキンを交換しなければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記のような種々の問題を解決することにある。
本発明ではステムと弁本体との間に密封式結合部を設けるので、結合部からの漏れは無くなる。本発明ではパッキンの維持または交換に要する維持費を大幅に節減することができる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、本体と、この本体を貫通して相対運動する駆動部材とを有する弁において、駆動部材が少なくとも２つの壁を有する密封蛇腹を貫通しておりており、蛇腹の一端は本体に固定され、蛇腹の他端は駆動部材に固定されていることを特徴とする弁を提供する。
【０００８】
【実施の態様】
本発明の一つの実施例では蛇腹が耐食合金で作られている。
本発明のさらに別の実施例では、本体および駆動部材のそれぞれに蛇腹を溶接によって固定する。その変形例では蛇腹の端部外周部に溶化材を用いて溶接する。別の変形例では溶化材が耐食合金から成る。
弁本体と駆動部材との間にはパッキンを設置するのが有利である。
好ましい実施例では、本体が第１の本体部分と第２の本体部分とからなり、第１の本体部分は少なくとも１つの溶接部を介して第２の本体部分に固定され、蛇腹の一端は第１の本体部分に固定されている。
【０００９】
本発明の別の実施例では、駆動部材が本体に対して前後運動するシャフトから成る。本発明のさらに別の実施例では、弁が液体の流出を遮断する弁部材を有し、この弁部材は駆動部材によって駆動される。一つの実施例では弁部材がバネ、ボールおよび弁座を有し、バネがボールを弁座に押圧している。
蛇腹は軸対称であるのが有利である。一つの実施例では蛇腹の軸線を通る面での断面がほぼ正弦波形になる。別の変形例では蛇腹が厚さが０．２ｍｍ以上の少なくとも１つの壁を有する。
本発明はさらに、本発明の弁を有する容器に関するものである。その一つの実施例では容器はＢＦ_３やＨＣｌ等の有毒液体を収容する容器である。別の実施例では５０バール以上、好ましくは１００バール以上の圧力で容器に液体が収容される。
【００１０】
本発明は、相対運動可能な弁本体と弁駆動部材とにそれぞれ固定された蛇腹を有し、この蛇腹が弁本体と駆動部材との間を密封するような、容器、特に輸送用容器の安全弁を提供する。蛇腹はその幾何形状を変えることができるので、本体および駆動部材にそれぞれ固定されたその両末端部を互いに離すことができる。
蛇腹は駆動部材と本体にそれぞれ固定され、構造上密封されているので、本体を貫通する駆動部材を介して容器から流出する溶液が外に漏れることはない。
【００１１】
「蛇腹」とは、第２部材を貫通した第１部材の長さ方向の一部を取り囲む少なくとも１つの密封壁を有し、密封壁の一端の外周は第１部材に密封状態で固定され、壁の他端の外周は第１部材の通路の周りにある第２部材に密封状態に固定され、第２部材に対して第１部材が相対運動できるように壁が変形する任意の部材を意味する。
本発明の上記以外の特性および利点は添付図面を参照した例として挙げた下記の本発明実施例に関する説明からから明らかになるであろう。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の弁の一実施例を詳細に説明する。
［図１］は本発明の弁の要素の概念的断面図である。［図１］に示す弁は本体２を有し、この本体２の内部には空洞部１３が形成されてる。駆動ステム１は本体２の外側から本体２の壁中に形成された通路１４を通り、空洞１３のほぼ全長に沿って延びている。駆動ステムは弁本体の外側にある操作装置１０を用いてその軸線に沿って前後運動させることができる。柔軟な蛇腹３がステム１および本体２に密封状態で固定されている。この蛇腹３は駆動ステム１を取り囲んでいる。すなわち、駆動ステム１は本体２に固定された点とステムに固定された点との間が蛇腹３で囲まれている。空洞１３は本体２に形成された出口管１１を介して弁の出口と連通している。本体２の空洞部１３は本発明の弁の本体２と組み合わされる部材に形成された通路１２と連通している。この通路１２は本発明の弁が取付けられる容器と連通している。この通路１２は静止状態で閉鎖部材（［図１］の実施例では内部弁（安全弁）８）によって遮断されているのが好ましい。
【００１３】
駆動ステム１は細長いシャフトから成り、その一端は静止状態で容器中に収容された液体の通路１２を遮断する安全弁と向かい合っている。この安全弁はバネ１５と球１６とから成る。バネ１５は通路１２を遮断する位置に球１６を保持している。駆動装置１０によって駆動ステムが［図１］の矢印方向に前後運動されると、駆動ステム１の一端が球１６と接触してそれを動かし、通路１２が解放され、その結果、容器に収容されていた液体が空洞１３に入り、出口管１１から排出される。
【００１４】
駆動ステムは各種タイプの駆動装置１０を用いて駆動できる。特に、キー、ハンドル等の手動装置や遠隔駆動サーボモータ等の電動装置を用いることができ、さらには油圧駆動、空気駆動または電気駆動にすることもできる。
本発明の一実施例では駆動部材が突起９を有し、この突起９は弁本体２に形成された弁座１７と一緒に用いられる。この駆動部材の突起９は静止時に本体２の弁座１７との接触を維持し、容器との結合部で弁を追加の密封をすることができる。
【００１５】
蛇腹３の一端部は本体２の通路１４に近い部分に固定され、蛇腹の他端部はステム１に固定されている。駆動ステムが駆動されると、蛇腹の他端部はそれが固定されている駆動ステムと一緒に同じ動きをするが、本体に固定された蛇腹の一端部は動かない。駆動ステム（従って、ステム１）の下方運動（図１）によって突起９は数ミリメートル（例えば４〜６ｍｍ）だけ弁座から離れる。この運動をさらに続ける（例えば６〜１５ｍｍ）と、球１６が押され、流体が通れるようになる。蛇腹３は駆動ステムの動きに対応して前後に運動し、長さが長くなったり、短くなったりする。その全ストロークは８〜１２ｍｍにするのが好ましい。
【００１６】
蛇腹と本体および駆動ステムとの接続部は密封されている。この実施例では駆動ステムを取り囲んだ本体上の閉じた密封輪郭部によって蛇腹と本体が任意の適当な手段、例えば溶接または接着によって密封される。同様に、蛇腹は駆動ステムの外周全体に延び、蛇腹と本体は任意の適切な手段、例えば溶接または接着によって駆動ステム上の閉じた密封輪郭部によって密封される。このようにして、弁本体の空洞部は蛇腹の本体との連結部と駆動ステムとの連結部の間で外部に対して確実に密封される。
【００１７】
図示した蛇腹は互いに同軸な積層された少なくとも２枚の密封壁を有している。各壁はそれぞれ厚さが１０分の数ミリメートル（例えば０．２ｍｍ）で、最小内径が１５ｍｍ、最大外径が４０ｍｍで、ニッケルクロム合金（例えばハルステロイ（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ、登録商標）またはインコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ、登録商標）や、ニッケル銅合金（例えばモネル（Ｍｏｎｅｌ、登録商標）で作られる。これらの材料の特性によって−４０℃〜＋５０℃の温度範囲、３００バールの圧力で適当な耐密性が得られる。また、複数の壁から成り、その一部のみが耐密性を確保し、他の壁が蛇腹の機械強度を確保する別の形式の蛇腹を用いることもできる。複数の壁を用いることによって特に駆動力を小さくすることができる。実際に、複数の壁から成る蛇腹は単一壁から成る蛇腹よりも、同じ厚さの壁の場合、柔軟性が大きくなる。しかし、単一壁から成る蛇腹を用いるのが有利なこともある。この場合には、所定の耐圧性を得るために二重壁の蛇腹に用いる壁の厚さの２倍以上の厚さの壁を選択するのが好ましい。そうすることで蛇腹に加わる応力を減少させ、寿命を延ばすことができる。
上記の特性を有する本発明を用いることによって、容器からの漏れを２００バールの圧力で１０^−７Ｐａ．ｍ^３．ｓ^−１以下にすることができる（この漏れは、例えば質量分析計によるヘリウム漏れ試験で確認できる）。
【００１８】
蛇腹はＯリングボスを有する円筒形の蛇腹か、［図１］に示すように波状円筒蛇腹を選択するのが好ましい。単数でも複数の壁を有するこの蛇腹は周知のハイドロフォーミング法で作ることができる。さらに、Ｏリングボスを有する截頭円錐形の蛇腹を用いることもできる。さらに、一般に、蛇腹は壁が線対称で、壁の母線が波線である。この形にすることで同じ厚さの単純な円筒形または切頭体よりも蛇腹の軸線方向の剛性を小さくすることができ、駆動ステムを動かすことによって蛇腹を弾力的に変形させることができる。蛇腹の端部に伝達される圧縮力が波形部分に横方向に加えられるため、蛇腹を駆動ステムの軸線に沿って波形にすることによって蛇腹の剛性を減することができる。
蛇腹は弁本体の空洞内に設置するのが好ましいが、本発明の弁の本体の外側に蛇腹を設けて、密封性の制御を容易にすることもできる。
【００１９】
本発明の弁を変形することでさらに別の利点が得られる。当業者は電気化学的な腐食に耐える蛇腹を構成するのに適した材料を選択して用いることができる。特に、蛇腹は輸送する液体または周囲の湿気によって発生する分解生成物に起因する腐食に耐える材料で作るのが有利である。金属または合金の蛇腹を用いる場合には、溶接４、５によって蛇腹を本体および駆動ステムに取り付けるのが好ましい。溶接は溶化材（ｓｏｕｆｆｌｅｔ）を用いて実施するのが好ましい。溶着ビード５を形成して蛇腹の一端部を弁本体に取り付け、第２の溶着ビード４を作って蛇腹の他端部を駆動ステムに取り付ける。この溶接によって本体と蛇腹との結合部および駆動ステムと蛇腹との結合部の耐密性を確保することができ。溶接区域の腐食を防ぐためにために取付け部の金属は溶化材として蛇腹に用いたのと同じ金属か、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、ＭｏまたはＴｉの合金を用いるのが好ましい。
【００２０】
本体は炭素鋼、ステンレ鋼またはニッケル基合金等の材料で作ることができる。駆動ステムも耐食材料で作ることができ、従って、ステンレス鋼またはニッケル基合金で作ることができる。
組み立てを容易にするために、弁本体を２つの部分に分けることができる。［図２］および［図３］は２つの部分に分けた本体の２つの実施例を示している。［図３］では蛇腹と本体との間の溶接は本体の第１部分１８（蛇腹と同じ材料または類似材料で作るのが好ましい）で行う。本体の第１部分１８には必要に応じて用いられるパッキン７を有するパッキン箱が収容される。この第１部分１８は弁の本体の第２部分１９に密封溶接される。すなわち、先ず、蛇腹を本体の第１部分に溶接した後、蛇腹を駆動ステムに溶接し、最後に本体の第１部分１８と第２部分１９とを溶接して弁にする。
【００２１】
また、駆動ステム−蛇腹の連結に中間部分、例えばワッシャーを用いて組み立てを容易にすることもできる。この場合には先ずワッシャーを蛇腹に溶接し、次にワッシャーを駆動ステムに溶接する。
［図１］〜［図３］に示した実施例では、蛇腹を補足する継手をさらに用いることもできる。すなわち、弁の本体への通路１４の所で駆動ステムをパッキン７で取り囲み、このパッキン７のパッキン箱を本体低部の肩部２１に当接させ、パッキン箱をこの肩部２１と弁本体に螺合されるパッキン押え２２との間で圧縮する。パッキン７を軸線方向に圧縮すると、放射方向に拡大し、駆動ステムと接触する。この追加の密封装置を加えることによって、通常は起こらない蛇腹の故障時の漏れの危険にも対処できる。
【００２２】
本発明はさらに、上記弁を取付け容器にも関するものである。この容器は円筒形または球形で、一般に上記の弁が配置されるボルト付き開口部を有している。この弁は任意の適当な手段、例えば開口部へのネジ留めで容器に取り付けることができる。
本発明の携帯容器は圧力下に有毒液、特にＢＦ_３やＨＣｌ等の液体を輸送するのに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の弁組立体の概念的断面図。
【図２】本発明の弁の詳細断面図。
【図３】本発明の弁の別の実施例の断面図。
【符号の説明】
１　　ステム
２　　本体
３　　蛇腹
８　　安全弁
９　　突起
１０　操作装置
１２　通路
１５　バネ
１６　球
１７　弁座

Claims (16)

1. 本体（２）と、この本体（２）を貫通して相対運動する駆動部材（１）とを有する弁において、
   駆動部材（１）は少なくとも２つの壁を有する密封蛇腹（３）を貫通しておりており、蛇腹の一端は本体（２）に固定され、蛇腹の他端は駆動部材（１）に固定されていることを特徴とする弁。
2. 蛇腹が耐食性金属合金で作られている請求項１に記載の弁。
3. 蛇腹が本体および駆動部材に溶接（４、５）で固定されている請求項１または２に記載の弁。
4. 溶接（４、５）が蛇腹の端部の外周部に設けた溶化材を用いて行われる請求項３に記載の弁。
5. 溶化材が耐腐食性合金から成る請求項４に記載の弁。
6. 本体と駆動部材との間にパッキン（７）が設けられている請求項１〜５のいずれか一項に記載の弁。
7. 本体（２）が第１本体部分（１８）と第２本体部分（１９）とを有し、第１本体部分（１８）は少なくとも１つの溶接部を介して第２本体部分（１９）に固定され、蛇腹（３）の一端は第１本体部分（１８）に固定されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の弁。
8. 駆動部材（１）が本体（２）に対して前後運動するシャフトからなる請求項１〜７のいずれか一項に記載の弁。
9. 液体の通る通路（１２）を遮断する弁部材（８）を有し、この弁部材（８）が駆動部材（１）によって駆動される請求項１〜８のいずれか一項に記載の弁。
10. 弁部材（８）がバネ（１５）と、球（１６）と弁座とからなり、バネが球を弁座に押圧している請求項９に記載の弁。
11. 蛇腹が軸対称である請求項１〜１０のいずれか一項に記載の弁。
12. 蛇腹の軸線を通る面での断面がほぼ正弦波形である請求項１〜１１のいずれか一項に記載の弁。
13. 蛇腹が厚さが０．２ｍｍ以上の少なくとも１つの壁を有する請求項１〜１２のいずれか一項に記載の弁。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の弁を備えた容器。
15. ＢＦ_３、ＨＣｌ等の有毒液体を収容するための請求項１４に記載の容器。
16. 液体を５０バール以上の圧力で収容するための請求項１５に記載の容器。