JP2009511847A - 改良した回転弁 - Google Patents

Abstract

特に空気の弱い振動を供給するのに適した回転プラグ弁であって、プラグが回転する軸は、流路もしくは弁の穴の外側にある。弁は各周期につき一度ずつ開閉するので、より高速のモーターを使用しても、それと同じ振動数の空気振動が得られる。
【選択図】図２ａ

Description

本発明は全般的には流体流制御回転弁に関する。

回転弁は単純で、軽量で、自動化が容易で、保守が簡単であり、様々な材料や接続口に用いられ、多様なサイズで供給され、マルチポート構成で利用可能であり、開口が速く、広範囲のサービスに適用可能である。プラグ弁、ボール弁、バタフライ弁は主要なタイプの回転弁であり、流体操作設備の流量調節のために工場で広く利用されている。４分の１回転弁では、閉鎖部品が90度回転することにより、完全に開かれた状態から、完全に閉じられた状態へ移行する。こうした４分の１回転弁は、制御ハンドルもしくは駆動部の位置から、流動条件がわかるようになっている示される点で独特である。

プラグ弁においては、開口部を持つ円筒型もしくは先細り型の回転プラグが、開口胴部に挿入されて、流体の流れを妨げるかもしくは通すようになっている。プラグが回転すると、開口部および流体管を通る流れが可能になり、その状態からいずれかの方向へ4分の1回転すると、流路は完全にふさがる。

ある種のプラグ弁は偏心プラグ弁で、漏れのない遮断と同時に、直線的な流れと高容量を提供するので、水道工業および産業廃棄物処理業に広く利用される。この構造では弾力性のあるコーティングされたプラグ部品を使用し、プラグ部品は開口位置から閉鎖位置へ90度回転し、迫り上がった偏心金属胴体座へはまる。プラグが閉じるとき、プラグ部品は座も胴体壁も擦ることなく、座へ向かって移動する。これにより、プラグの巻きつきおよび摩耗をなくす。そうして動いた部品はプラグで、協働する弁座の中心線に対して垂直であり且つずれて走る軸の周りを回転させられ配置される。これらが特に利用されるのは、部品が開口位置と閉鎖位置の間でとりうる様々な位置に移動して、弁を通って流れる流体の流量を調節するために動く際である。

偏心プラグ弁では、回転弁は板状の形状をしており、回転弁が一部開いているときに流体の流速が正確に制御出来るように、および弁が一回転するごとに２回完全に閉じるように、なっている。偏心プラグ弁はUS patent 4256285に記述されている。

偏心プラグ弁は通常、主筒の中心線上に置かれる。この配置には、弁自体の回転によって引き起こされるモーター速度の制限と可能な流量の制限に関していくつかの欠点があると言える。これは、弁の各部が流路から完全に離脱出来るわけではなく、しかも、弁が一回転するごとに二度、180度おきに流れが弁に遮断されることになるためである。

私たちはここに、障害のない流れが得られ、しかも各回転につき弁が一度だけしか閉じない回転弁を考案した。

本発明に従って、(i)中心軸を持つ流体流路を含む覆い（ハウジング）と、(ii)流体流路を遮断するために、閉鎖位置において前記覆いと協働する密閉面を含むプラグと、(iii)前記プラグ手段を支え、軸を中心に回転できる様に配置された支持シャフトを含み、前記シャフトの回転が前記プラグ手段を前記覆いに対して動かすことが出来るように、前記軸が前記弁座の中心線に対して垂直であり且つ距離をとって流路の外側に配置された、流体流制御弁が提供される。

プラグ手段の支持シャフトの軸と、流体流路の中心線の間の距離のことを、本明細書においてはオフセットと呼ぶ。

プラグの閉鎖もしくは密閉の面が穴に提示されるとき、流れは完全に塞がれる。一方、回転弁が180度回転すると、完全な開いた隙間ができ、弁の動作機構に起因する障害なしに弁部位を通る全開流量が可能となる。プラグは平らな面を持つのが好ましく、開口位置においてはこの面は流体流路の端と隣接し、流体流路を滑らかに流れ下ることができるようになっている。

プラグ手段は望ましくは、実質的には、筒状であるか、もしくは球状であり、流路の直径よりも大きい半径を持つ。しかしながら、プラグの横断面は厳密な円形でなくともよい。

プラグの密閉面の幅を穴の直径と同じに維持しながら、オフセットとプラグの直径を増やした場合、どのような回転速度であっても、角度的に開口期間が短くなる。こうした構造は、弁部位と、弁を操作するためにプラグを回転させる動力機構の間で、特定の機械的なタイミング／角度の関係が望まれる場合には、有用であると言える。

プラグの直径とプラグが位置している筒をさらに大きくすると、流筒内に閉鎖座が得られ、この閉鎖座で重なるような配置にすると、プラグの縁部と覆いとがわずかに重なる。この配置ではより良い密閉特性が保障される。

それゆえ、任意の圧力もしくは真空をかけると、その最大差圧から最大の振幅振動が生じることになる。

プラグの密閉面の幅、ポートの直径、および弁のオフセットの間の相関を変化させることで、特定の用途の要件に合わせて、多様な異なる条件をつくりだせる。

本発明にかかる弁のオフセット、直径、および位置により、閉じたとき優れた密閉を提供し、開いたときは流れ障害がゼロとなる。しかも、他の中心線上にある回転弁に較べ、モーター・ギアボックスの減速が半分で済むという性能も得られる。

各回転につき一度、流路にプラグ密閉面を提示するので、各回転につき弁を二度閉じる従来の中心線上のデザインと比較したとき、いかなる流れ振動速度であっても、モーター速度は二倍になる。これにより、低速モーターのトルク問題が軽減される。

これは、市販のもので使用可能な制限された標準比率からの適切なパルス（振動）速度を許容するという利便性だけの問題ではなく、より少ない数のギアか、もしくは直径を短くしたギアをギアトレインに使用することにより、より小さなギアボックスの使用も一般に可能にする。このような構成は、小型から小規模なサイズまでの機械部品にとってより適正である。従って、所与のプラグ回転速度に対して、モーター速度は事実上二倍になる。これは、適当かつ実用的な運転トルクを生み出す上で、極めて高い運転速度を必要とすることもある小さな直径の電気モーターにとり大変有益なことである。この弁は、ガスと液体を含む、どんな流体とも使用することができる。

本発明では、ポートの迅速な開閉により、短く制御された空気の振動が得られるため、空気の弱い振動（例えば、5〜200Hz）が必要なときに、本発明は特に有用である。

Patent Application WO 03/077823は、呼吸気が中断されるような呼吸具について記述
している。そして、本発明はそのような用途に適している。こうした用途では、弁は呼吸されている空気の流れに作用し、使用者がそれを通して呼吸できる呼吸手段があり、そして弁は、弁を通り呼吸手段に流れる空気に周期的な中断を発生させる。

こうした用途では、使用者の呼吸過程における10-100Hzの範囲のパルス効果が導入される。これにより、肺の周辺の筋肉組織、および人の横隔膜に均一の振動数を引き起こす。この目的は、これらの筋肉組織の強化および運動のため、筋繊維に対して通常以上の静荷重をもたらす振動したストレス状態を引き起こすことにある。

図の１aおよび図１bについて言及する。図１aは図１bのA−Aに沿った図である。弁は、弁覆い(1)を含み、弁覆い(1)の中を流体流路(3)が通っている。プラグ(2)（詳細は図２に示す）があり、これは軸(4)の周りを回転する。軸(4)は、弁部位の流路(3)の中心線(5)に対して直角をなす。軸(4)は流路(3)の外側にある。

図2aについて言及する。これは開放位置にある弁を示す。プラグ(2)は完全に覆い(1)の中にあり、流路(3)の閉塞は全くない。プラグ(2)の距離Bは流路(3)の直径と等しく、プラグ(2)の半径(R)は流路(3)の直径Bより大きい。流路の中心線(5)とプラグ(2)の回転軸(4)の間の距離Aがオフセットである。

図2bについて言及する。図2aのプラグは、弁を閉じるために、軸(4)の周りを180度回転する。それゆえ、流体は全く流路(3)を流れ下ることができない。距離D（図4bにより詳細を示す）はプラグ(2)と覆い(1)の間の重複部分である。プラグ(2)の外周はプラグの密閉面として機能する。

図3aおよび3bについて言及する。図3aにおいて弁は開放位置にあり、図3bにおいて弁は閉鎖位置にある。プラグ(2)の半径(R)はプラグ(2)の外周からプラグの表面(6)の距離Bより大きい。プラグが開放位置(図4a)にあるとき、流路は閉塞されておらず、プラグ(2)の平らな表面(6)は流路(3)の端と隣接している。弁が閉鎖位置(図4b)にあるとき、プラグの表面(6)は覆い(1)の中に位置している、そして、プラグ(2)と覆い(1)の重複部分(D)があり、空気漏れを防ぎながらこの位置において優れた密閉を提供する。

プラグが空気の振動を提供するために使用されるとき、空気は流路(3)を流れ下り、プラグ(2)が回転する。弁は、各完全な回転ごとにつき一度開閉し、空気の振動が流路(3)を下ってゆく。

本発明は、以下の図面で説明される。
簡単な回転弁の平面図と立面図を示す。 簡単な回転弁の平面図と立面図を示す。 図１bのA-Aで切った、開口位置にある回転弁部位の水平方向断面図を示す。 閉鎖位置にある図2の弁を示す。 図2の弁の概略図を示し、寸法を示した。

Claims (7)

1. 流体流制御回転弁であって、
   (i) 中心軸を持つ流体流路を含む覆いと、
   (ii) 閉鎖配置において前記覆いと協働して流体流路を遮断する密閉面を含むプラグと
   (iii) 前記プラグ手段を支え、軸を中心に回転できるように配置された支持シャフト
   を含み、前記シャフトの回転が前記プラグ手段を前記覆いに対して動かすことが出来るように、前記軸が前記弁座の中心線に対して垂直であり且つ前記弁座の中心線から距離をとって前記流路の外側に配置された、
   流体流制御回転弁。
2. 前記流体流路に前記プラグ弁の前記密閉面が提示されるとき、流れは完全に塞がれ、一方、前記プラグが180度回転すると、完全に開いた隙間が提示され、前記プラグ手段の動作機構に起因する障害なしに、弁部位を通る全開流量を可能にする流体流制御回転弁。
3. 前記プラグ手段が前記流体流路の直径より大きい半径を持つ、請求項1もしくは2で請求した流体流制御回転弁。
4. 前記弁が完全に閉じた位置にあり前記プラグが前記流路を塞ぐときに、前記プラグの縁部と前記覆いとの間に重複部分が存在する、請求項1から3の何れか一項で請求した流体流制御回転弁。
5. 前記プラグ手段が平らな面を持ち、前記弁が開口位置にあるとき、前記平らな面が前記流体流路の端と隣接する、請求項1から4の何れか一項で請求した流体流量制御弁。
6. 前記弁を5〜200Hzの振動数で開閉するために、前記プラグを前記プラグの軸を中心に回転させるモーターを備える、前述の請求項の何れか一項で請求した流体流制御回転弁。
7. 空気を前記流体流路に流し下らせることができる空気供給源を備え、前記弁が10〜100Hzの振動数の空気パルスを与える振動数で回転し得る、請求項６で請求した流体流制御回転弁。

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