JP2008544808A - ダイアフラム・ラッチ弁 - Google Patents

Abstract

火災鎮火スプリンクラー・システム用の弁が開示される。該弁は、入口および出口を備えたチャンバを有している。該チャンバ内に位置した閉鎖部材は、入口を開閉するように動作可能である。ラッチは、閉鎖部材を閉位置に保持するようにそれに係合する。さらに、ラッチは、変形可能なダイアフラムに係合している。ダイアフラムは、それに加えられる圧力に応じて変形し、閉鎖部材に係合するラッチ位置と閉鎖部材から離れた非ラッチ位置との間でラッチが移動することを可能にする。ダイアフラムが減圧されたときに、それは、ラッチが移動することを可能にし、閉鎖部材から係合解除する。それは、入口からの流体圧によって開き、流体が弁を通じて流れることを可能にする。

Description

この発明は、流体の流れを制御するのに使用される弁に関し、特に、火災鎮火スプリンクラー・システムにおいて使用される弁に関する。

オフィス・ビル、倉庫、ホテル、学校などのような構造物の防火用の自動スプリンクラー・システムは、当該構造物中に相当量の可燃物が存在しているときに必要である。可燃物は、構造物自体を建築するための材料、同様に、家具または貯蔵品のような建物収容物に含まれていることがある。

図１は、保護される構造物（図示せず）を通じて延びる配管網１４に取り付けられたスプリンクラー・ヘッド１２を備える火災鎮火スプリンクラー・システム１０の模式図を示している。配管網１４は、制御弁１８を通じて加圧水源１６または他の火災鎮火流体源に接続されている。アクチュエータ２０は、配管網内の圧力変化、または下に記述されるような構造物内の温度上昇のような火災を示す一または複数の物理的なパラメータの変化に応じて弁１８の開度を制御する。特許文献１、特許文献２、および特許文献３に開示されたもののような様々な種類のアクチュエータを使用することが可能であり、それらのすべては、参照によってここに援用される。

ここに記述される火災鎮火システム１０は、任意の種類であることが可能であるが、広く知られた効果的な利用法を見いだすような乾式システムが好ましい。乾式システムは、弁１８を開き、配管網１４に水を供給するための様々な検出器からの一または複数の信号に応答するアクチュエータ２０を使用する。所謂「大洪水」または「予備動作」システムと同様、配管網１４は、作動に先立って、コンプレッサまたはガス・タンクのような加圧ガス源２２からの加圧空気または加圧窒素で通常は満たされている。このように、乾式システムは、非加熱環境において使用されることができ、それは、凍結の際に拡張する配管内の水によって配管が破裂する恐れなしに、凍結温度以下であることが前提である。

十分に加圧されたときに、配管網内のガスの挙動は、火災状態および乾式システムのトリガ作動を示すのに使用されることが可能である。火災からの熱は、スプリンクラー・ヘッドを開かせ、そして、加圧ガスが配管網から抜け、本システム内の圧力低下に帰着することを可能にするであろう。アクチュエータ２０は、導管２４によって配管網に接続され、それは、アクチュエータが圧力低下を検出し、それに応答して弁１８を開くことによって本システムを作動させることを可能にする。さらに、アクチュエータは、それが弁１８を開く前に、温度センサ２６からの信号のような火災を示す付加的で独立した信号を必要とすることがある。そのようなシステムは、二重連動予備動作システムとして知られており、それらが、スプリンクラー・ヘッドの故障、破損、または不測の開放によって故意ではない水の排出を防止するのに利点がある。

図２は、火災鎮火スプリンクラー・システムと共に使用される、先行技術にかかる制御弁２８を示している。弁２８は、加圧水源１６に接続された入口３０と、配管網１４に接続された出口３２とを有している。クラッパ３４は、弁内に揺動可能に取り付けられている。クラッパの揺動動作は、入口を開閉して本システムへの流体の流れを制御する。入口が加圧されるときに、クラッパは、その圧力に応じて開き、したがって、弁内に揺動可能に取り付けられたラッチ３６によって閉じた状態に保持されなければならない。ラッチ３６は、シリンダ４０内に往復動作可能なピストン３８によってクラッパ３４との係合状態に保持されている。ピストン３８は、ラッチ３６から離れるように移動してラッチ３６を
解放するようにバネ４２によって好ましくは付勢されているが、ピストンは、入口をシリンダに接続する導管４４によって供給される水圧によってラッチに係合した状態に保持されている。導管４６は、シリンダ４０をアクチュエータ２０に接続している。アクチュエータが火災を示す信号を受信したときに、それは、シリンダ４０内の圧力を解放し、ピストン３８がバネ４２および解放ラッチ３６の付勢力によって移動することを可能にする。これは、クラッパ３４が配管網１４を開き、配管網１４に水を供給することを可能にする。クラッパ３４およびラッチ３６の互いに対する幾何学的形状配置およびそれらの回転軸が、クラッパに作用する入口３０における水圧がラッチを揺動させ、シリンダ内の十分な対抗する圧力がない状態でピストン３８をシリンダ４０内に駆動するような場合に、バネ４２が省略されることが可能であることを注記しておく。
米国特許第６，３７８，６１６号明細書 米国特許第６，６６６，２７７号明細書 米国特許第６，７０８，７７１号明細書

先行技術にかかる制御弁２８は、それらが製造および維持するのに複雑且つ高価である点において不都合を被る。火災鎮火システムにおいて使用されることが可能である、より少ない数の可動部を備えたより単純な弁設計の必要性が明白に存在している。

本発明は、流体の流れを制御する弁に関する。該弁は、入口および出口を有したチャンバと、該チャンバ内に動作可能に取り付けられた閉鎖部材とを備えている。該閉鎖部材は、前記入口を閉鎖する閉位置と前記入口から離れた開位置との間で動作可能である。前記チャンバは、それに加えられる流体圧に応じて変形可能な柔軟性のあるダイアフラムを有している。ラッチは、前記チャンバ内に移動可能に取り付けられている。前記ラッチは、前記ダイアフラムに係合可能な第１の部分と、前記閉鎖部材に係合可能な第２の部分とを有している。前記ラッチは、前記流体圧に応じて変形する前記ダイアフラムによって前記閉鎖部材に係合する。前記ラッチは、それを変形する前記ダイアフラムに加えられる圧力が存在する限り、前記閉鎖部材を前記閉位置に維持する。前記ラッチは、それに対する前記圧力の解放に応じて前記ダイアフラムの変形の際に前記閉鎖部材との係合から外れ、それによって、前記閉鎖部材が前記開位置に移動することを可能にする。

好ましくは、前記弁は、第２のチャンバを備えている。前記ダイアフラムは、前記第１および第２のチャンバ間の液密境界面を形成している。圧力は、前記第２のチャンバを加圧することによって前記ダイアフラムに加えられる。

さらに、前記弁は、前記第２のチャンバと流体連通するアクチュエータを備えていることが可能である。該アクチュエータは、所定の信号（たとえば、火災状態を示す信号）に応じて前記第２のチャンバを加圧および減圧する。

さらに、本発明は、火災鎮火スプリンクラー・システムを備えている。該システムは、配管網と流体連通する複数のスプリンクラー・ヘッドを備えている。さらに、加圧水源は、上述したような制御弁を通じて前記配管網と流体連通している。前記システムは、火災状態を示す一または複数の信号に応じて前記弁を開く前記ダイアフラムの加圧を制御するアクチュエータをさらに備えている。

図３は、図１に示された火災鎮火スプリンクラー・システム１０と共に使用される本発明にかかる制御弁１８を示している。弁１８は、加圧水源１６に接続可能な入口５４を有
したチャンバ５２と、配管網１４に接続可能な出口５６とを備えている。座部５８は、入口５４を囲んでいる。弁閉鎖部材６０は、チャンバ５２内で移動可能に配置されている。好ましくは、弁閉鎖部材は、軸６４回りの回転のために揺動可能に取り付けられたクラッパ６２を備えている。クラッパ６２は、図３に示される閉位置（ここで、それは座部５８に係合し、入口５４を閉鎖している）と、図４に示されるような座部および入口から離れるように揺動した開位置との間で揺動可能である。

好ましくは、クラッパ６２は、バネ６６によって閉位置に付勢され、該バネは、入口内に水圧がない状態で座部５８との係合状態にクラッパを揺動させるように十分に堅く、さもなければ、前記バネは、クラッパが入口内の水圧に応じて開くことを可能にする。クラッパ６２を付勢するバネは、詳細に下に記述されるような弁をリセットすることに対して利点がある。

さらに、ラッチ６８は、チャンバ５２内で移動可能に配置されている。ラッチ６８は、好ましくは軸７０回りに揺動可能であり、クラッパ６２に係合可能な肩部７２を有している。ラッチ６８は、図３に示されるラッチ位置（ここで、肩部７２は、クラッパ６２に係合している）と、図４に示される非ラッチ位置（ここで、ラッチは、クラッパから離れるように揺動され、該クラッパとの係合から外れている）との間で動作可能である。好ましくは、ラッチ６８は、下に説明されるような付勢バネ７４によって非ラッチ位置に付勢されている。

ラッチ６８は、柔軟性のあるダイアフラム７８に係合する面７６を有している。ダイアフラム７８は、好ましくは繊維強化ゴムから形成され、4.1 ×10⁶ N/m²（６００ｐｓｉ）の最小圧力に２時間保持された状態でも耐えるように設計されている。ダイアフラムは、好ましくは、チャンバ５２と、第２のより小さいチャンバ８０との間の液密境界面を形成している。第２のチャンバ８０は、ダイアフラムが都合良く加圧および減圧されることを可能にする。この加圧および減圧は、ダイアフラムを変形し、それは、クラッパを閉位置に維持するように、または、それを開位置に揺動させるべく解放するように、ラッチ位置と非ラッチ位置との間でラッチを揺動させる。

好ましくは、チャンバ８０は、該チャンバに加圧水源を接続する導管８２を通じて加圧水源１６からの水によって加圧される。さらに、チャンバは、導管８４を通じてアクチュエータ２０と流体連通している（図１も参照）。弁１８の制御は、本システムの動作に関連して、下に記述されるようなアクチュエータ２０を通じて達成される。

図１に示される火災鎮火スプリンクラー・システム１０の一部としての弁１８は、導管８６によって加圧水源１６に接続されている。弁８８は、加圧水源と制御弁１８との間の導管８６中に位置し、下に記述されるように制御弁が作動可能状態にセットされることを可能にする。導管８２は、弁８８と加圧水源１６との間の導管８６に接続されている。弁９０は、加圧水源１６と第２のチャンバ８０との間の導管８２中に位置している。弁９０は、弁１８を作動可能状態にセットするときに、チャンバ８０を加圧するのに使用される。さらに、導管８２は、下に記述されるように、弁１８の適切な動作を確実にするように加圧水源１６からの水の流れをチャンバに限定する制限要素９２を有している。

弁１８は、第１の閉鎖弁８８および９０（図１も参照）によって図３に示される作動可能状態にセットされ、次に、弁における排水ポート（図示せず）を通じて弁および配管網１４からのいかなる水も排水する。弁８８の閉鎖は、弁入口５４からの水圧を除去し、クラッパ６２が付勢バネ６６の力によって、示される閉位置に移動することを可能にする。付勢バネ６６の使用は、入口圧力がない状態で弁がそれ自体を自動的に閉じることを可能にする。これは、本システムが、クラッパを手動で閉じる必要がない場合に、それが作動
された後でリセットされるときに便利である。クラッパが閉じることを妨げられることを可能にするために、ラッチ６８が非ラッチ位置にバネ７４によって付勢されていることを注記しておく。一旦クラッパが閉じれば、弁９０が開かれる。これは、水が加圧源１６から導管８２を通じてチャンバ８０内に流れることを可能にし、その結果、チャンバを加圧し、ダイアフラム７８を変形させる。加えられた圧力によるダイアフラムの変形は、ラッチ６８をラッチ位置に揺動させる（図示）。ラッチの揺動の際に、肩部７２は、クラッパに係合する。その後、弁８８が開かれ、それによって入口５４を加圧する。クラッパに係合したラッチ肩部７２は、入口圧力に対してクラッパを閉じた状態に保持する。このように、弁１８は、作動可能状態にある。入口圧力は、導管８４によってアクチュエータ２０にも伝えられる。いかなる水も排水される配管網１４は、加圧ガス源２２からのガスによって加圧され、配管網のガス圧は、導管２４によってアクチュエータに伝えられる。さらに、付加的なセンサ２６（もしあれば）が作動され、システム１０は、作動可能モードである。

火災状態が一または複数のスプリンクラー・ヘッド１２の近傍で生じた場合には、ヘッドが開き、配管網１４内の圧力が低下することを可能にする。もしあれば、センサ２６は、さらに、たとえば、温度の上昇または燃焼ガスの存在によって火災の存在を検出する。配管網１４における圧力低下は、導管２４を通じてアクチュエータ２０に伝えられ、センサ２６からの他の信号は、通信線９４を通じてアクチュエータに同様に送信される。アクチュエータ２０は、下流の圧力低下によって伝えられる情報と、センサ信号とを受信し、実際に火災状態が存在するか否かを判断する。パラメータが火災の存在を示す場合には、アクチュエータ２０は、加圧水源１６から導管８２を通じて水を供給することができるよりも速く導管８４を通じてチャンバから水が流れることを可能にすることによって、チャンバ８０を減圧する。導管８２内の制限穴９２は、導管を通じた減少流量を提供し、その結果、アクチュエータによって減圧されたときに、チャンバ８０から水が流れ出ることを確実にする。

図４に示されるように、チャンバ８０の減圧は、ダイアフラム７８が変形することを可能にする。加圧水源１６からの圧力に露出されているクラッパ６２は、ラッチ６８の肩部７２に力を働かせる。肩部がラッチ揺動軸７０からオフセットされているので、ラッチを非ラッチ位置に揺動させるトルクが生成される。もはや加圧されていないダイアフラム７８は、チャンバ８０内に変形し、ラッチが揺動することを可能にする。ラッチ６８の揺動の際に、肩部７２は、クラッパ６２（現状では、実質的に拘束されていない）から係合解除し、閉位置から開位置に揺動し、その結果、水が加圧水源１６から配管網１４に流れることを可能にし、水は、開放されたスプリンクラー・ヘッド１２を通じて排出される。

変形可能なダイアフラムを弁作動に使用する本発明にかかる制御弁は、より少ない保守を必要とし、製造するのにより経済的であるより少ない数の可動部を備えた単純な弁設計を提供している。

火災鎮火用のスプリンクラー・システムの模式図。 先行技術にかかるピストン・ラッチ弁の縦断面図。 本発明にかかるダイアフラム・ラッチ弁の縦断面図であり、該弁は、閉位置にあるように示されている。 図３に示されるダイアフラム・ラッチ弁の縦断面図であるが、開位置にある。

Claims (20)

1. 流体の流れを制御するための弁であって、
   入口および出口を有したチャンバと、
   前記チャンバ内に動作可能に取り付けられ、前記入口を閉鎖する閉位置と前記入口から離れた開位置との間で動作可能である閉鎖部材と、
   それに対して加えられる流体圧に応じて変形可能な柔軟性のあるダイアフラムと、
   前記チャンバ内に動作可能に取り付けられ、前記ダイアフラムに係合可能な第１の部分と前記閉鎖部材に係合可能な第２の部分とを有し、前記流体圧に応じて変形する前記ダイアフラムによって前記閉鎖部材に係合し、それによって前記閉鎖部材を前記閉位置に維持し、前記流体圧の解放に応じた前記ダイアフラムの変形の際に前記閉鎖部材との係合から外れ、それによって前記閉鎖部材が前記開位置に移動することを可能にするラッチとを備える弁。
2. 第２のチャンバをさらに備え、前記ダイアフラムは、前記第１および第２のチャンバ間の液密境界面を形成する請求項１記載の弁。
3. 前記第２のチャンバと流体連通するアクチュエータをさらに備え、該アクチュエータは、所定の信号に応じて前記第２のチャンバを加圧および減圧する請求項２記載の弁。
4. 流体の流れを制御する弁であって、
   入口および出口を有した第１のチャンバと、
   該第１のチャンバ内に配置され、前記入口を閉鎖する閉位置と前記入口から離れた開位置との間で動作可能な閉鎖部材と、
   柔軟性のあるダイアフラムを有した第２のチャンバと、前記ダイアフラムは、前記第２のチャンバの加圧および減圧の際に変形可能であるとともに、前記ダイアフラムは、前記第１および第２のチャンバ間の液密境界面を備えていることと、
   第１のチャンバ内で動作可能に配置され、前記ダイアフラムに係合可能な第１の部分と前記閉鎖部材に係合可能な第２の部分とを有したラッチとを備え、前記ダイアフラムは、変形して、前記閉鎖部材に係合するようにラッチを移動させ、それによって前記第２のチャンバが加圧されるときに前記閉鎖部材を前記閉位置に維持し、前記ダイアフラムは、変形して、前記第２のチャンバが減圧されるときに前記ラッチが前記閉鎖部材との係合から外れることを可能にし、それによって前記閉鎖部材が前記開位置に移動することを可能にする弁。
5. 前記閉鎖部材は、開位置と閉位置との間で揺動可能に動作可能である請求項４記載の弁。
6. 前記閉鎖部材を閉位置に付勢する付勢要素を備えている請求項５記載の弁。
7. 前記ラッチは、前記閉鎖部材に係合した第１の位置と前記閉鎖部材から係合解除した第２の位置との間で揺動可能に動作可能でる請求項４記載の弁。
8. 前記閉鎖部材から係合解除した位置に前記ラッチを付勢する付勢要素を備えている請求項７記載の弁。
9. 流体の流れを制御する弁であって、
   入口および出口を有した第１のチャンバと、
   前記第１のチャンバ内に揺動可能に取り付けられ、前記入口を閉鎖する閉位置と前記入口から離れるように回転した開位置との間で動作可能な閉鎖部材と、
   前記第１および第２のチャンバ間に位置し、前記第２のチャンバの加圧および減圧の際に変形可能な柔軟性のあるダイアフラムを有した第２のチャンバと、
   前記第１のチャンバ内に揺動可能に取り付けられ、前記ダイアフラムに係合可能な第１の部分と前記閉鎖部材に係合可能な第２の部分とを有したラッチとを備え、該ラッチは、係合して、前記第２のチャンバが加圧されるときに前記閉鎖部材を前記閉位置に維持し、前記ラッチは、前記第２のチャンバが減圧されるときに前記閉鎖部材との係合から外れ、それによって前記閉鎖部材が前記開位置に移動することを可能にする弁。
10. 前記入口と前記第２のチャンバとの間に延びる導管をさらに備え、該導管は、前記第２のチャンバを実質的に前記入口における圧力と同一の圧力に加圧する請求項９記載の弁。
11. 前記第２のチャンバと流体連通するアクチュエータをさらに備え、該アクチュエータは、火災状態を示す所定の信号に応じて前記第２のチャンバを加圧および減圧する請求項９記載の弁。
12. 前記信号は、アクチュエータ内の圧力変化を含んでいる請求項１１記載の弁。
13. 前記閉鎖部材を前記閉位置に付勢する付勢要素をさらに備える請求項９記載の弁。
14. 前記付勢要素は、前記閉鎖部材に係合するバネを備えている請求項１３記載の弁。
15. 前記閉鎖部材との係合から外れるように前記ラッチを付勢する付勢要素をさらに備える請求項９記載の弁。
16. 前記付勢要素は、前記ラッチに係合するバネを備えている請求項１５記載の弁。
17. 火災鎮火スプリンクラー・システムであって、
    複数のスプリンクラー・ヘッドと、
    該スプリンクラー・ヘッドと流体連通する配管網と、
    該配管網と流体連通する加圧水源と、
    前記配管網および前記加圧水源と流体連通し、前記スプリンクラー・ヘッドへの流体の流れを制御する弁とを備え、該弁は、
    入口および出口を有した第１のチャンバと、
    前記第１のチャンバ内に位置し、前記入口を閉鎖する閉位置と前記入口から離れた開位置との間で動作可能な閉鎖部材と、
    それに対して加えられる流体圧に応じて変形可能な柔軟性のあるダイアフラムと、
    前記チャンバ内に動作可能に取り付けられ、前記ダイアフラムに係合可能な第１の部分と前記閉鎖部材に係合可能な第２の部分とを有し、前記流体圧に応じて変形する前記ダイアフラムによって前記閉鎖部材に係合し、それによって前記閉鎖部材を前記閉位置に維持し、前記流体圧の解放に応じた前記ダイアフラムの変形の際に前記閉鎖部材との係合から外れ、それによって前記閉鎖部材が前記開位置に移動することを可能にするラッチと、
    火災状態を示すパラメータに応じて前記弁を開く前記ダイアフラムの加圧を制御するアクチュエータとを備える。
18. 前記弁は、第２のチャンバをさらに備え、前記ダイアフラムは、前記第１および第２のチャンバ間に液密境界面を形成している請求項１７記載のスプリンクラー・システム。
19. 前記加圧水源と前記第２のチャンバとの間の流体連通を提供する導管をさらに備え、該導管は、前記加圧水源からの水によって前記第２のチャンバを加圧する請求項１８記載のスプリンクラー・システム。
20. 前記配管網と前記アクチュエータとの間に延びた導管をさらに備え、前記配管網は、ガスによって加圧され、前記アクチュエータは、前記配管網内のガス圧の減少に応じて前記第２のチャンバを減圧する請求項１８記載のスプリンクラー・システム。

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