JP2012522946A - 内部弁と共に使用するための冗長的な金属間封止装置 - Google Patents

内部弁と共に使用するための冗長的な金属間封止装置 Download PDF

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Abstract

内部弁と共に使用するための、冗長的な金属間封止装置が記述される。内部弁のポペットと共に使用するための、冗長的な封止機能を有する弁体は、ポペットの座面に封止係合するためのテーパー付き表面を含む。更には、この弁体は、テーパー付き表面に隣接し、かつ弁体によって画定される溝(530)内に配置されて、座面(516)に封止係合する、封止装置(528)を含む。
【選択図】図6

Description

(関連出願)
本出願は、その全体が参照として本明細書に組み込まれる、2009年4月3日出願の米国特許仮出願第61/166521号の優先権を主張する。
本発明は、全般的には一体型封止装置に関し、より具体的には、内部弁と共に使用するための冗長的な金属間封止装置に関する。
内部弁は、流体貯蔵容器と、別の容器、ホース、パイプラインなどとの間の流体流を制御するために、様々な商業的用途および工業的用途において使用される。一般的には、内部弁には、弁を完全に開放する前に、弁の両側の流体圧力を均圧化するための、均圧化部材が提供されている。流体圧力が弁の両側を均圧化する速度は、弁のサイズ、および流体流が均圧化部材を通過する速度と関連する。
既知の内部弁の両側の圧力を均圧化するために、これらの弁には、一般的には、切り欠き部分または溝を有するステムが提供されており、容器、ホース、パイプラインなどに弁を流体的に結合する開口部に対しての、この切り欠き部分または溝の位置に応じて、均圧化部材を通過する流体の流速を変化させる。具体的には、切り欠き部分または溝が開口部に隣接する場合には、流体流路のサイズは相対的に大きく、対照的に、切り欠き部分または溝が開口部から離れている場合には、流体流路のサイズは相対的に小さい。
内部弁のポペットと共に使用するための、冗長的な封止機能を有する弁体は、ポペットの座面に封止係合するためのテーパー付き表面を含む。更には、この弁体は、テーパー付き表面に隣接し、かつ弁体によって画定される溝内に配置されて、座面に封止係合する、封止装置を含む。
既知の内部弁を示す図である。 図1の既知の内部弁を実装するために使用されるステムを示す図である。 一部の封止装置を有さない、図1の既知の内部弁を示す図である。 図3の内部弁の拡大図である。 例示的な内部弁を示す図である。 図5の例示的な内部弁の拡大図である。 一部の封止装置を有さない、図5の例示的な内部弁を示す図である。 封止装置を有する様々な例示的な弁、および封止装置を有さない様々な例示的な弁を示す図である。 封止装置を有する様々な例示的な弁、および封止装置を有さない様々な例示的な弁を示す図である。 封止装置を有する様々な例示的な弁、および封止装置を有さない様々な例示的な弁を示す図である。 封止装置を有する様々な例示的な弁、および封止装置を有さない様々な例示的な弁を示す図である。 封止装置を有する様々な例示的な弁、および封止装置を有さない様々な例示的な弁を示す図である。 封止装置を有する様々な例示的な弁、および封止装置を有さない様々な例示的な弁を示す図である。
特定の実施例を、上記で定義した図に示し、以下で詳細に説明する。これらの実施例の説明では、類似の参照番号または同一の参照番号は、類似の要素または同一の要素を識別するために使用される。図は必ずしも原寸に比例しておらず、明確性および/または簡潔性のために、図の特定の特徴および特定の表示は、縮尺を誇張して、または概略的に示される場合がある。更には、いくつかの実施例が本明細書全体を通して説明されている。任意の実施例からの任意の特徴は、他の実施例からの他の特徴と共に含まれ、置換され、または他の方法で組み合わされてもよい。
本明細書に記載される実施例は、磨耗した封止装置を交換しなければならない保全間隔を延長し、かつ/または磨耗もしくは欠損した封止装置を交換する緊急性を低減する、冗長的な金属間封止装置を提供する、内部弁に関する。具体的には、本明細書に記載される例示的な内部弁には、間に封止装置が配置された、テーパー付き表面を含む上部保持部材と下部保持部材とを含む、弁体が提供されている。上部保持部材および下部保持部材、ならびに封止装置は、ポペットの座面の近位に配置されるため、封止装置が脱離するか、または別の方法で存在しなくなる場合には、内部弁が閉鎖位置にあるとき、上部保持部材および/または下部保持部材のテーパー付き表面がポペットの座面に係合し、これによって冗長的および/または一体型の封止機能が提供される。具体的には、内部弁が閉鎖位置にあるときの、上部保持部材および下部保持部材の、ポペットの座面に対する近接性は、保持部材の間の封止装置が磨耗するにつれて、内部弁内に配置されたステムがカムに向かって移動して最終的にカムに係合することを、実質的に阻止する。そのような係合は、弁体とポペットとが適切に着座することが不可能であるために、既知の内部弁の機能を低下させ、これによって、流体が内部弁を通過して流れることを可能にする。
図1は、本体102、ポペット104、および本体102に結合するボンネットアセンブリ(図示せず)を有する、既知の内部弁100を示す。ポペット104は、本体102の座面108に封止係合し、内部弁100を通過する流体流を制御する。
本体102は、ポンプシステム、静止貯蔵タンク、輸送トラックなどのような、チャンバーまたはタンク(図示せず)の開口(図示せず)に係合する、外ネジ110を含む。更には、本体102は、このチャンバーまたはタンクを、別のチャンバー、ホース、パイプラインなどに流体的に結合するための第1開口114および第2開口116を有する、穴部112を画定する。具体的には、穴部112は、内ネジ118を含み、例えば、LPGホースの継手などの、別の本体(図示せず)に螺合する。
ボンネットアセンブリは、ボンネット121の内部に部分的に配置され、かつ回転可能に結合される、シャフト120を含む。シャフト120は、ボンネット121および本体102に対してシャフト120を回転させるための外部レバー122に結合する。この外部レバー122の反対側で、シャフト120は、穴部112内部に配置されたカム123に結合される。一般的には、シャフト120が回転すると、カム123が表面124に係合し、穴部112の内部でステムアセンブリ125を移動させる。
ステムアセンブリ125は、ステム126、第1バネ128、第2バネ130、および弁体132を含む。第1バネ座134は、ステム126の端部136に結合しており、ステム126を取り囲む第2バネ座138の反対側に配置される。ステム126に対して第2バネ座138を配置するために、第2バネ座138の表面140が、ステム126によって画定される段差142に係合する。第1バネ128は、第1バネ座134とガイドブラケット146の表面144との間に配置され、第2バネ130は、第2バネ座138とポペット104との間に配置される。
弁体132は、第1バネ座134の反対側でステム126に結合される。この弁体132は、ポペット104の座面154に係合し、対向する保持部材150と保持部材152との間に配置される成型されたディスク148を含む。弁体132をステム126に結合させるために、ステム126は、ナット158を受容するネジ付端部156を含む。座面154の反対側に、ポペット104は、本体102の座面108に係合するための封止装置160を含む。この封止装置160は、プレート164を介して本体102に結合される。
一般的に、閉鎖位置では、成型されたディスク148は座面154に係合し、封止装置160は本体102の座面108に係合して、流体が内部弁100を通過して流れることを実質的に阻止する。更には、成型されたディスク148は、成型されたディスク148が座面154に係合するとき、ステムアセンブリ125の表面124とカム123との間に間隙165が存在するようにステム126を配置するように構成される。この間隙165は、第1バネ128が、ステム126を介して弁体132およびポペット104を本体102に向かって付勢し、内部弁100を通過する流体流を制御する(例えば、阻止する)ことを可能にする。しかしながら、間隙165は、成型されたディスク148が、例えば動作条件によって磨耗するにつれて、減少する。この磨耗が原因となって、表面124は、次第にカム123に接近するようになり、最終的に、内部弁が閉鎖位置にあるとき、カム123に係合する。
動作時には、内部弁100が取り付けられているチャンバーまたはタンクと、第2開口116に結合する他のチャンバー、ホース、パイプラインなどとの間の圧力を均圧化するために、外部レバー122を回転させ、カム123を中間地点(例えば、70°の移動)に配置する。カム123を中間地点に配置することが、ステムアセンブリ125を移動させて、弁体132を、またそれゆえ成型されたディスク148を、座面154から係合解除し、ステム126の切り欠き部分または溝202(図2)を、開口部162に隣接させて配置する。切り欠き部分または溝202を開口部162に隣接させて配置することは、ステム126と開口部162の表面168との間の流体流チャネル166のサイズを増大させ、これによって相対的に大量の流体が、このチャンバーまたはタンクと、他のチャンバー、ホース、パイプラインなどとの間に流出して、内部弁100の両側の圧力を均圧化することが可能になる。
流体圧力が均圧化されると、内部弁100は完全に開放されてもよい。具体的には、外部レバー122を回転させて、カム123を高い地点に配置してもよい。カム123を高い地点に配置することが、ステムアセンブリ125を移動させて、ポペット104の封止装置160を座面108から係合解除し、内部弁100が取り付けられている他のチャンバー、タンクなどから、第1開口114を通過して、流体が流れることを可能にする。しかしながら、既定の流体流(例えば、過流限界)を超える大きさまで、流体流が増大した場合には、流体流がポペット104の外部表面170に対して及ぼす力は、第2バネ130が及ぼす力に打ち克って、カム123が高い地点に位置しているにもかかわらず、ポペット104の封止装置160を、再び座面108に係合させる。この位置では、ポペット104の封止装置160が座面108に係合する一方で、弁体132は、ポペット104の座面154からは距離または間隔があり、ステム126の円筒形部分204(図2)が、開口部162に隣接して配置される。円筒形部分204(図2)を、開口部162に隣接して配置することは、ステム126と開口部162の表面168との間の流体流チャネル166のサイズを減少させ、相対的に少量の流体が、チャンバーまたはタンクと第2開口116との間に流出することを可能にする。
動作条件および/または使用の程度により、成型されたディスク148および/または封止装置160は、経時的に磨耗し、かつ/または存在しなくなる場合があり、これによって、その封止機能の提供が低減されるか、または完全に機能しなくなる場合がある。そのような例を示すために、図3は、成型されたディスク148も封止装置160も有さない、図1の内部弁100を示す。
上述のように、成型されたディスク148と座面154との相互作用は、表面124とカム123との間に間隙165が存在するように、ステム126を配置する。この間隙165は、第1バネ128が伸長して、弁体132を、またそれゆえポペット104を、本体102に向かって付勢することを可能にする。しかしながら、間隙165が存在しない場合には、表面124がカム123に係合し、これによって、弁体132が座面154に係合するように、第1バネ128がステム126を移動させることを阻止する。結果として、ポペット104は、座面108に係合することができない。具体的には、内部弁100が閉鎖位置にあるとき、表面124がカム123に係合する場合には、座面154と保持部材152との間に、間隙302(図4で、最も明瞭に示される)が存在し、開口部162に対する切り欠き部分または溝202(図2)の位置のために、流体がポペット104を通過して自由に流れることを許容する。更には、弁体132と座面154との間の間隙302のために、ポペット104は本体102に対して固定されず、ポペット104が、制御不能または不規則な方式で、半開放位置(図3および図4に示す)と、ポペット104の表面304が本体102の座面108に係合する閉鎖位置との間を、浮動または移動することを許容する。具体的には、本体102に対するポペット104の位置は、外部表面170および/またはプレート164に対して作用する、流体流および/または流体圧力の大きさに応じて変化する。半開放位置では、ポペット104と座面108との間に、間隙306(図4で、最も明瞭に示される)が存在し、第1開口114を通過して流体が自由に流れることを許容する。
図5は、本体502、例示的な流れ制御部材すなわちポペット504、ステム506、および例示的な弁体508を含む、例示的な内部弁500を示す。内部弁500のいずれの構成要素502〜508も、例えば、金属材料、ゴム材料、および/または合成材料などの、同一材料あるいは異なる材料で作製することができる。図1、図3、および図4の内部弁100とは対照的に、この例示的なポペット504は、内部弁500のチャンバー511を別のチャンバーまたは容器に流体的に結合するための、複数の流体流チャネル510を含み、上述のようなステム126(図1)の切り欠き部分または溝202(図2)に対する必要性を排除する一方で、内部弁500の位置に応じて、相対的に大量の流体が内部弁500を通して流出することを依然として可能にする。一般的には、複数の流体流チャネル510のサイズおよび/または形状を変化させることは、内部弁500の両側の圧力を均圧化する速度を変化させ、このことがまた、内部弁500を完全に開放する場合がある速度も変化させる。
内部弁500を通過する流体の流れを制御するために、ポペット504は、本体502の表面すなわち座面514に係合するための封止表面512、および弁体508の封止表面518を受容するか、または弁体508の封止表面518によって係合されるための座面516を有する。封止表面512は、ステム506を受容する開口部520を取り囲み、ポペット504とプレート524との間に配置される封止装置、ガスケット、またはOリング522を含む。
図5および図6の双方を参照すると、弁体508は、間に封止装置、ガスケット、またはOリング528が配置される、上部保持部材525および下部保持部材526を含む。図1の内部弁100に関連して説明した成型されたディスク148(図1)とは対照的に、この封止装置528は、上部保持部材525および/または下部保持部材526によって画定された溝530の内部に配置され、既知の内部弁100(図1)の座面154(図1)に対する保持部材152(図1)の位置と比較して、上部保持部材525と座面516との間の距離を減少させている。溝530内部の封止装置528の位置、および内部弁500が閉鎖位置にあるときの、座面516への上部保持部材525および/または下部保持部材526の相対的な近接性は、封止装置528が経時的に磨耗する場合であっても、ステム506の位置が著しく変化しないことを可能にし、このことが、図1の内部弁100が直面する、間隙165の変動または変化を制限する。この間隙165の変動または変化の欠如は、内部弁500が閉鎖位置にあるときに、ステムアセンブリ532の表面531がカム534に係合することを阻止し、第1バネ536が伸長して、弁体508を、またそれゆえポペット504を、本体502に向かって付勢することを可能にする。図1の内部弁100の対向する保持部材150および保持部材152(図1)とは対照的に、上部保持部材525は、テーパー付き表面538を含み、同様に下部保持部材526は、テーパー付き表面540を含み、それらの双方が、座面516のテーパー付き表面542に対応する(例えば、テーパー付き表面542に対して、実質的に類似の角度または傾斜面を有する)。これらのテーパー付き表面538、540、および/または542は、封止装置528が磨耗した場合に、弁体508と座面516との間に一体型の金属間封止を提供し、かつ/または代替的に、封止装置528が脱離するか、あるいは存在しなくなる場合に、冗長的および/もしくは一体型の封止機能を提供する。
動作時には、既定の流体流(例えば、過流限界)を超える大きさまで、流体流が増大した場合には、ポペット504の外部表面544に対して流体が及ぼす力は、第2バネ546が及ぼす力に打ち勝ち、これによって、カム534が高い地点に位置しているにもかかわらず、封止表面512を、再び内部弁500の本体502に再係合させる。この位置では、ポペット504の封止表面512が内部弁500の本体502に係合する一方で、弁体508は、座面516からは距離があり、バネ座550の表面548が、開口部520を取り囲む封止装置552に係合し、かつ/または隣接して配置される。バネ座550と封止装置552との相互作用が、複数の流体流チャネル510を通過する流体の流れを制御し、相対的に少量の流体が、チャンバーまたはタンクと本体502の開口554との間に流出することを可能にする。
上述のように、動作条件および/または使用の程度により、封止装置522および/または封止装置528は、経時的に磨耗し、かつ/または存在しなくなる場合があり、これによって、その封止機能の提供が低減されるか、または完全に提供不能となる場合がある。そのような例を示すために、図7は、封止装置522も封止装置528も有さない、図5の例示的な内部弁500を示す。図1の内部弁100とは対照的に、座面516に対する弁体508の構成は、封止装置528が排除されている場合であっても、上部保持部材525および/または下部保持部材526が、座面516に係合することを可能にし、これによって、表面531とカム534との間に間隙702を提供する。間隙702は、第1バネ536が伸長して、弁体508を、またそれゆえポペット504を、本体502に向かって付勢することを可能にし、このため上部保持部材525および/または下部保持部材526の表面、すなわち封止表面704および/または封止表面706が、座面516に係合し、こんどは、座面516が、ポペット504の表面708を付勢して、本体502の座面514に係合させる。表面704、表面706、および/または表面708のそれぞれと、座面514および/または座面516との間の係合は、一体型の、冗長的な封止機能を提供し、磨耗した封止装置を交換しなければならない保全間隔を延長し、かつ/または磨耗もしくは欠損した封止装置を交換する緊急性を低減する。
図8は、本体802、例示的な流れ制御部材、すなわちポペット804、ステム806、および封止装置809を含む例示的な弁体808を含む、例示的な弁800を示す。図5の例示的な内部弁500とは対照的に、この例示的な弁800は、バネ座812の直径に対応する直径を有する開口部811を有する、プレート810を含む。それゆえ、上述のように、ポペット804の封止表面814の封止装置813が、弁800の本体802に係合し、弁体808がポペット804の座面816から距離または間隔がある場合、バネ座812の表面818は、プレート810によって画定される開口部811に係合し、かつ/または隣接して配置され、複数の流体流チャネル819を通過する流体の流れを制御する。
弁体808と座面816との間の相互作用、および封止表面814と本体802の座面822との間の相互作用は、図5の内部弁500の、弁体508(図5)と座面516(図5)との間の相互作用、および封止表面512(図5)と本体502(図5)の座面514(図5)との間の相互作用と、実質的に類似している。したがって、この説明は、ここでは繰り返さないものとする。
図9は、封止装置809および封止装置813を有しない、例示的な弁800を示す。図9に示すように、弁体808と座面816との間の相互作用は、ステムアセンブリ906の表面904とカム908との間に、間隙902を提供する。
図10は、弁体1002、座面1004、および弁1000の本体1010の座面1008に係合する封止表面1006を含む、弁1000を示す。封止装置1012を含む弁体1002と座面1004との間の相互作用、および封止装置1014を含む封止表面1006と本体1010の座面1008との間の相互作用は、図5の内部弁500の、弁体508(図5)と座面516(図5)との間の相互作用、および封止表面512(図5)と本体502(図5)の座面514(図5)との間の相互作用と、実質的に類似している。したがって、この説明は、ここでは繰り返さないものとする。
図11は、封止装置1012および封止装置1014を有しない例示的な弁1000を示す。図11に示すように、弁体1002と座面1004との間の相互作用は、ステムアセンブリ1106の表面1104とカム1108との間に、間隙1102を提供する。
図12は、弁体1202、座面1204、および弁1200の本体1210の座面1208に係合する封止表面1206を含む、弁1200を示す。封止装置1212を含む弁体1202と座面1204との間の相互作用、および封止装置1214を含む封止表面1206と本体1210の座面1208との間の相互作用は、図5の内部弁500の、弁体508(図5)と座面516(図5)との間の相互作用、および封止表面512(図5)と本体502(図5)の座面514(図5)との間の相互作用と、実質的に類似している。したがって、この説明は、ここでは繰り返さないものとする。
図13は、封止装置1212および封止装置1214を有しない例示的な弁1200を示す。図13に示すように、弁体1202と座面1204との相互作用は、ステムアセンブリ1306の表面1304とカム1308との間に、間隙1302を提供する。
特定の例示的な方法、装置、および製品を、本明細書で記載してきたが、本特許の対象とする範囲は、これらに限定されない。反対に、本特許は、文字通り、または均等論の下のいずれかで、添付の特許請求の範囲の範囲内に適正に属する、全ての方法、装置、ならびに製品を包含する。

Claims (20)

  1. 内部弁のポペットと共に使用するための冗長的な封止機能を有する弁体であって、前記弁体は、
    前記ポペットの座面に封止係合するためのテーパー付き表面と、
    前記テーパー付き表面に隣接し、かつ前記弁体によって画定される溝内に配置され、前記座面に封止係合する、封止装置と、
    を備える、弁体。
  2. 前記弁体が、間に前記封止装置が配置される、第1保持部材および第2保持部材を備える、請求項1に記載の弁体。
  3. 前記テーパー付き表面が、前記第1保持部材の表面および前記第2保持部材の表面を備える、請求項2に記載の弁体。
  4. 前記封止装置が磨耗し、前記内部弁が閉鎖位置にあるとき、前記テーパー付き表面が、前記ポペットの前記座面と相互作用するように構成され、前記弁体が結合するステムの端部が前記内部弁のカムに係合することを実質的に阻止する、請求項1に記載の弁体。
  5. 前記封止装置が、弾性材料を備える、請求項1に記載の弁体。
  6. 前記テーパー付き表面が、金属表面を備える、請求項1に記載の弁体。
  7. 内部弁と共に使用するためのステムアセンブリであって、
    前記内部弁のカムによって係合される第1端部を有するステムであって、前記ステムを移動させて、前記内部弁を通過する流体流を制御する、ステムと、
    前記ステムの、前記第1端部の反対側の第2端部に結合し、第1封止表面および第2封止表面を備える弁体と、を備え、
    前記第1封止表面および前記第2封止表面が、前記内部弁のポペットの座面に係合して、冗長的な封止機能を提供する、ステムアセンブリ。
  8. 前記第1封止表面が、前記弁体のテーパー付き表面を備える、請求項7に記載のステムアセンブリ。
  9. 前記テーパー付き表面が、金属表面を備える、請求項8に記載のステムアセンブリ。
  10. 前記第2封止表面が、前記第1封止表面の第1部分と、前記第1封止表面の第2部分との間に配置される、請求項7に記載のステムアセンブリ。
  11. 前記第2封止表面が、前記弁体によって画定される溝内に、少なくとも部分的に配置される封止装置を備える、請求項10に記載のステムアセンブリ。
  12. 前記第1封止表面の前記第1部分が、前記弁体の第1弁体部分のテーパー付き表面を備え、前記第1封止表面の前記第2部分が、前記弁体の第2弁体部分のテーパー付き表面を備える、請求項10に記載のステムアセンブリ。
  13. 前記第1弁体部分または前記第2弁体部分の少なくとも一方が、その中に前記第2封止表面の少なくとも一部分が配置される溝を画定する、請求項12に記載のステムアセンブリ。
  14. 内部弁であって、
    チャンバーを画定する本体であって、前記本体は、別の本体と螺合するための外ネジを備える、本体と、
    少なくとも1つの付勢要素を有するステムアセンブリであって、前記ステムアセンブリは、ポペットに対して力を加えて、前記本体に向かって前記ポペットを付勢し、前記内部弁を通過する流体流を制御する、ステムアセンブリと、
    前記内部弁に回転可能に結合し、前記ステムアセンブリの端部に係合して、前記内部弁を通過する流体流を制御するカムと、
    前記ステムアセンブリに結合する封止装置が磨耗するかまたは脱離して、前記内部弁が閉鎖位置にあるとき、前記ステムアセンブリの前記端部と前記カムとの間の間隙を維持するための手段と、
    を備える、内部弁。
  15. 前記ステムアセンブリの前記端部と前記カムとの間の前記間隙を維持するための前記手段が、前記封止装置が磨耗するかまたは脱離した場合に、前記ポペットの座面に係合するテーパー付き表面を備える、前記ステムアセンブリの弁体を供える、請求項14に記載の内部弁。
  16. 前記ステムアセンブリの前記端部と前記カムとの間の前記間隙を維持するための前記手段が、前記ポペットの座面に係合して冗長的な封止機能を提供するための第1封止表面および第2封止表面を有する、前記ステムアセンブリの弁体を供える、請求項14に記載の内部弁。
  17. 前記第1封止表面が、前記弁体のテーパー付き表面を備える、請求項16に記載の内部弁。
  18. 前記第1封止表面が金属材料を備え、前記第2封止表面が弾性材料を備える、請求項17に記載の内部弁。
  19. 前記第2封止表面が、前記第1封止表面の第1部分と、前記第1封止表面の第2部分との間に配置される、請求項17に記載の内部弁。
  20. 前記第2封止表面が、前記弁体によって画定される溝内に配置される封止装置を備える、請求項19に記載の内部弁。
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