JP2006292174A - ダイヤフラム弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 ダイヤフラム弁を提供すること。
【解決手段】 本発明は、弁ケーシングに密着して軸受され、且つ制御室又は可動の弁棒を製品室から分離するダイヤフラムと、使用されるダイヤフラムを安定化し、かつ支持するための扇形の支持装置と、を有するダイヤフラム弁に関し、固定扇形円盤は、弁ケーシングに着脱可能に軸受され、かつそれらの使用位置において、同時に半径方向のステム棒案内部として構成される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、弁ケーシングに密着して組み込まれかつ制御室及び／又は可動の弁棒を製品室から分離するダイヤフラム（膜）を有し、請求項１の前提部分に従って使用されるダイヤフラムを安定化するための支持装置を有した、ダイヤフラム弁（Membranventil）に関するものである。

このようなダイヤフラム弁は、例えば、例えば食品及び／又は飲料産業ならびに薬品及び化学産業の加工プラントにおけるプロセス圧力を一定保持するための空圧式制御の圧力調整弁又は圧力保持弁に含まれる。圧力一定保持の作用原理は、調整ダイヤフラム（膜）と結合される調整可能な弁ステムによって弁座の自由流動断面を縮小又は拡大することに基づいている。さらに、このようなダイヤフラム弁は、製品流を全体的に制御するために使用される。配管に組み込まれた弁ケーシングと可動ステム棒との間のシーリングとして、ＰＴＦＥ製の薄いプレートダイヤフラムが使用される。このプレートダイヤフラムは、外側及び内側の締付け部又は一つのみの外側締付け部を有し、内部でステムと一体結合される。プレートダイヤフラムは、一方で、ステム棒の移動に関して問題なく確実に行うことができるために、薄くかつ柔軟でなければならず、他方で、製品圧力の力に耐えなければならない。製品圧力は、圧力担持領域のダイヤフラムの恒常的な伸びをもたらし、最終的にダイヤフラム破損させ得る。さらに、張力が内側及び外側のダイヤフラム締付け部に作用し、気密性及び寿命に悪影響を及ぼす。実際の実施では、特に運転開始中、プロセス制御の欠陥によってしばしばピーク圧力が生じる。より高い温度では、例えば蒸気殺菌の場合、ダイヤフラム材料の強度は小さくなる。プレートダイヤフラムの負荷を低減するため、織布が挿入されて加硫成形されたゴム（Gummi mit Gewebeeinlage anvulkanisiert）、又は内側及び外側に保持された可動の金属セグメントのような圧力に対向する面にあるダイヤフラム支持体が知られている。

公知の制御弁では、ダイヤフラム壁の形態は問題を提起する。様々な理由から、このダイヤフラム壁は、しばしば、ダイヤフラム壁に固定される変位可能な弁体の部分よりもはるかに大きな直径を有しなければならない。このことにより、高い調整精度の達成が困難である。より正確に言えば、ダイヤフラム壁が、同時に２つの様々な性質、すなわち、ダイヤフラム壁の向かい合う側で主な圧力の間の小さな圧力変動に関し、一方で機械的な剛性、他方で柔軟性を有しなければならないという問題が存在する。

ダイヤフラム壁がプロセス流体と接触する場合、別の問題が生じる。すなわち、その場合、ダイヤフラム壁及び全体の制御弁の衛生上の構造に関する要件が生じ、このことは、プロセス流体と対向する制御弁の側面が、洗浄流体の取扱いが困難な空間を有してはならないことを意味する。さらに、弁ケーシング及び弁体にダイヤフラム壁が固定されるそのダイヤフラム壁領域によって、プロセス流体又は制御流体の流出又は漏れの危険が実際生じてはならない。このことは、特に食品工業の制御弁の使用の際に当てはまる。

米国特許明細書US 3, 182, 678から、２つのダイヤフラム部分から構成されるダイヤフラム壁が、ダイヤフラム部分の間に配置された支持装置を備える、冒頭に述べた種類の制御弁が知られている。この支持装置は、径方向に外側に向かって所定の距離だけ延在するダイヤフラム部分の中心部分から始まる円盤の形態を有する。このような支持装置を使用する場合、弁体の移動の際のダイヤフラム部分の応力は非常に大きいので、弁全体の寿命は比較的僅かに過ぎない。ドイツ国特許発明明細書DE 458 931 C1から、ダイヤフラム壁が唯一のダイヤフラム部分から構成される制御弁が知られており、径方向に延在するスリットを備えた円盤の形態の支持装置が、ダイヤフラム部分の一方の側に配置され、この支持装置は、ダイヤフラム部分の一方の側の露出面全体を事実上覆っている。この制御弁の作動時、弁体と弁ケーシングとの間の相互運動によって、円盤状の支持要素が円錐状に変形される。この結果、円盤状の支持要素の外周を介して突出して、弁ケーシングに挟み込まれるダイヤフラム部分の外側端部が、軸方向に比較的強い負荷を受ける。これに関し薄いダイヤフラム部分を使用する場合、その寿命は比較的短い。

ドイツ国特許発明明細書DE 2 818 633 C2から、弁ケーシングに密着して組み込まれるダイヤフラム壁であって、この弁ケーシング内で、異なる圧力を印加可能である２つのチャンバを互いに分離するダイヤフラム壁と、ダイヤフラム壁の中心領域に固定されかつ弁座に対する作用の下にダイヤフラム壁を通して軸方向に移動可能である弁体と、を有する制御弁が公知であり、この場合、ダイヤフラム壁は２つの別個のダイヤフラム部分を備え、その内、それぞれの一つはダイヤフラム壁の片側に配置され、かつ対応するチャンバに向かい合い、ダイヤフラム部分同士の間に支持装置が設けられ、この場合、支持装置は、互いに分離された剛性のいくつかの数の支持要素から構成され、その一方の端部はそれぞれ揺動可能に弁体と結合される。

さらに欧州特許出願公開明細書EP 1 413 812 A2により、弁ケーシングに密着して組み込まれ、かつ制御室及び／又は可動の弁ステム棒を製品室から分離するダイヤフラムと、使用されるダイヤフラムを安定化するための支持装置とを有するダイヤフラム弁が知られている。

英国特許明細書GB 533 116から、ダイヤフラム支持部による弁棒の軸受の形態が知られている。

ドイツ国特許発明明細書DE 695 08 865 T2は、着脱可能でシールするダイヤフラム支持及びスピンドル軸受リングの形態を記載している。

さらに、英国特許明細書GB 319 936及び英国特許明細書GB 319 961は、開閉位置に回転可能なスピンドルによってねじ止めされ、かつそれと共に随伴可能なダイヤフラム支持体を示している。本発明の根底にある課題を解決するための形態は、導き出すことができない。

米国特許第３１８２６７８号明細書 独国特許発明第４５８９３１Ｃ２号明細書 独国特許発明第２８１８６３３Ｃ２号明細書 欧州特許出願公開第１４１３８１２Ａ２号明細書 英国特許明細書ＧＢ５３３１１６ ドイツ国特許明細書ＤＥ６９５０８８６５Ｔ２ 英国特許明細書ＧＢ３１９９３６ 英国特許明細書ＧＢ３１９９６１

今や、本発明の根底にある課題は、無菌領域においても使用可能であり、かつ容易に洗浄でき及び／又は殺菌可能であり、公知の弁形態に較べ可能な限り少数の内部構成要素により形成されるように、冒頭に述べた種類の制御弁又は単座弁を改良することにある。

図３には、扇形に互いの中に移動可能な支持要素２０、２１から構成され、配置されたダイヤフラム２、３又は１６を安定化するための支持装置の実施形態が示されている。この場合、扇形円盤２０としての第１の支持要素は、弁ケーシングのカバー２２に支持され、扇形ステム２１としての第２の支持要素は、可動ステム棒１３に配置される。

扇形ステム２１の好ましくは星形に配置されたウェブ２３は、切替行程中に扇形円盤２０の扇形間隙２４の中に、かつ外に当該間隙を越えて移動可能である。ステム棒１３の切替移動中、扇形円盤２０及び扇形ステム２１の扇形間隙及びウェブが少なくとも部分的に貫通する。このようにして、すなわち、ステム行程全体の間、すべての切替及び移動の位置及び面においてダイヤフラム２、１６用の最適な支持面が形成される。

次に、図４には、このような単座弁の、例えば無菌弁としての本発明による形態が詳細に示されている。

それによれば、固定配置された扇形円盤２０は、弁ケーシング１に解放可能に軸受けされ、示した使用位置で、同時に半径方向の下方ステム棒案内部として使用される。さらに、この扇形円盤２０又はそれに割り当てられた支持部は、専用の扇形保持部２６として、少なくとも一つの上方ステムシール２５の高さ設定も行う。少なくとも一つのステムシール２５が、扇形円盤２０によって又はその上方正面側に対し当接可能なスペーサ要素によって、ステムシール２５の軸方向に移動可能なようにロックされることを意図することもできる。有利には付属の扇形保持部２６が、扇形円盤２０の上方正面側とステムシール２５の割り当てられた正面側との間に設けられる。

扇形保持部２６又は扇形円盤２０は、例えば、半径方向に延在して、外側から調整可能又は同様に固定可能な固定装置２７を備える。この場合、扇形保持部２６が、固定ねじ２８によって解放可能に保持されることが特に有利であることが証明されている。扇形円盤２０とその保持部２６とを受容するこの空間は、さらに、外側を向いた漏れ溝２９を備える。この漏れ溝は、例えば、設けられた固定装置２７又は組み込まれた固定ねじ２８によって、外側に向かって案内することができる。少なくとも扇形保持部２６の領域に、漏れ溝２９を周囲の環状溝３０としても形成することができる。互いに対応する構成要素に対して様々な課題を割り当てることで、特に有利かつ簡単な弁形成が行われる。

この課題は、請求項１の特徴部分に及び別の請求項に示した特徴によって形成される冒頭に述べた種類のダイヤフラム弁によって解決される。

それによれば、本発明による実施形態の利点は、このような弁のステム移動行程全体の間の又はその往復運動時の公知のほぼ全面のダイヤフラム支持にある。さらに、対応して少ない構成要素を有するきわめて簡単な構造、ならびにその特別な相互配列がつけ加えられる。

以下に、本発明について、図１〜図３に示した一般的な従来技術に関連して図面に示した実施形態を参照して、詳細に説明する。

図１に示した実施形態によれば、圧力保持弁として形成されたダイヤフラム弁は弁ケーシング１から構成され、その内室は、上方ダイヤフラム２と下方ダイヤフラム３とを有する密着するように組み込まれた二重ダイヤフラムを備える。このダイヤフラム２、３は、弁ケーシング１を上方制御室４と下方製品室５とに分割する。製品室５には、制御弁７を有する下方の弁ステム６がある。上方制御室４は、弁ケーシング１を通して案内部９を通して追加使用されるブースタ１０に至る上方弁ステム８を収容する。弁ステム６、６’は、張力プレート１１’に載置されるダイヤフラム２、３用の中心の挟持箇所１１を備える。このダイヤフラム２、３の外側縁部は、外側挟持箇所１２に密着して保持される。

なお記載する本発明による形成が有利に使用可能である別の弁が、図２に示されている。この弁は、可動ステム棒１３を有する単座弁（Einsitzventil）として形成され、ステム棒１３は、弁ケーシング１４の外側に配置されたアクチュエータ１５によって制御可能であり、弁１５’を適切に切り替える。配管に配置された弁ケーシング１４と可動ステム棒１３の１０との間のシーリングとして、薄いプレートダイヤフラム１６が設けられる。このようなプレートダイヤフラムは、外側及び内側挟持箇所１７、１８を備える。一つのみの外側挟持箇所１７を備え、かつ内部で弁ステム１９と一体結合されるこのようなダイヤフラムの実施形態も公知である。

圧力保持弁として形成された従来型ダイヤフラム弁の断面図。 従来型の単座弁の断面図。 別の最新技術として取り付けられたダイヤフラムを安定化するための有利な支持装置の実施例。 例えば無菌弁のような形態の本発明による弁の別の実施例。

符号の説明

１ 弁ケーシング
２ 上方ダイヤフラム
３ 下方ダイヤフラム
４ 上方制御室
５ 下方製品室
６ 弁ステム
６’弁ステム
７ 制御弁
８ 上方弁ステム
９ 案内部
１０ ブースタ
１１ 挟持箇所
１１’ 張力プレート
１２ 外側挟持箇所
１３ 可動ステム棒
１４ 弁ケーシング
１５ 作動器、アクチュエータ
１５’弁
１６ プレートダイヤフラム
１７ 外側挟持箇所
１８ 内側挟持箇所
１９ 弁ステム
２０ 支持要素、固定扇形円盤
２１ 扇形ステム、支持要素
２２ カバー
２３ ウェブ
２４ 扇形間隙
２５ 上方ステムシール
２６ 扇形保持部
２７ 固定装置
２８ 固定ねじ
２９ 漏れ溝
３０ 環状溝

Claims (11)

1. 弁ケーシングに密着するように軸受されかつ制御室又は可動の弁棒を製品室から分離するダイヤフラムと、使用されるダイヤフラムを安定化し、かつ支持するための扇形の支持装置を有するダイヤフラム弁において、
   固定扇形円盤（２０）が前記弁ケーシング（１）に着脱可能に軸受され、その使用位置で、同時に径方向のステム棒案内部として構成されることを特徴とするダイヤフラム弁。
2. 作動器（１５）に対向した少なくとも一つのステムシール（２５）が、前記扇形円盤（２０）及び／又はその保持部によって固定可能であることを特徴とする、請求項１に記載のダイヤフラム弁。
3. 少なくとも一つのステムシール（２５）が、前記扇形円盤（２０）によって又は前記ステムシール（２５）の上方正面側に対し当接可能なスペーサ要素によって、前記ステムシール（２５）の軸方向の密着面でロックされることを特徴とする、請求項１または２に記載のダイヤフラム弁。
4. 補助の扇形保持部（２６）が、前記扇形円盤（２０）の上方正面側と前記ステムシール（２５）との間に設けられることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のダイヤフラム弁。
5. 前記扇形円盤（２０）及び／又は前記扇形保持部（２６）が、径方向に延在し、かつ外部から調整可能な及び／又は固定可能な固定装置（２７）によって保持されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のダイヤフラム弁。
6. 前記扇形円盤（２０）及び／又は前記扇形保持部（２６）が、固定ねじ（２８）によって解放可能に保持されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のダイヤフラム弁。
7. 前記扇形円盤（２）及び／又は前記扇形保持部（２６）が、外向きの少なくとも一つの漏れ溝（２９）を備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のダイヤフラム弁。
8. 前記扇形保持部（２６）が、前記扇形円盤正面の上方で始まる少なくとも一つの漏れ溝（２９）を備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のダイヤフラム弁。
9. 前記漏れ溝（２９）が、少なくとも前記扇形保持部（２６）の領域で周囲の環状溝（３０）として形成されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のダイヤフラム弁。
10. 前記扇形円盤（２０）及び／又は前記扇形保持部（２６）が、外側に通じる漏れ溝（２９）を備える固定ねじ（２８）によって解放可能に保持されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のダイヤフラム弁。
11. 互いに対応しかつ互いに摺動する前記扇形円盤（２０）及びステム棒（１３）が、プラスチック及び／又はインベストメント鋳造物（Feinguss）から形成されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のダイヤフラム弁。
    
    

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