JP2013519055A - 電動式フローティングボールバルブ - Google Patents

Abstract

本発明はHVAC（暖房、換気及び空調）温度制御の技術分野に属し、電動式フローティングボールバルブを提供する。従来の電動調節バルブの信頼性が低い、破損しやすい、制御精度が悪い、稼動騒音が高い、及びメンテナンス交換コストが高い問題を解決できる。本発明による電動式フローティングボールバルブは、バルブボディと、ステムと、バルブボディ内におけるバルブコアと、バルブボディ外における駆動手段とを備え、前記ステムはバルブボディを挿通し、且つ内端がバルブコアと接続され、駆動手段はステムの外端と接続されるとともに、前記ステムを回転するように駆動でき、前記ステムの外側が円筒状で金属材料で製造された放熱部品とスリーブ接続され、前記放熱部品は前記バルブボディと固定接続されている。本発明による電動式フローティングボールバルブの放熱部品は著しく放熱量を拡大でき、駆動手段が順調で安定に稼動することを保障し、電動式フローティングボールバルブの使用安定性を向上する。

Description

発明の詳細な説明

［技術分野］
わが国の都市化は急速な進展を進める一方で、数多くの現代化のオフィスビルやデパートなどが次々と建てられ、建築物がどんどん中央空調を使い、中央空調システムは人たちに快適な仕事や生活環境をもたらしている反面、大量のエネルギーを消費している。統計によると、空調システムの消費エネルギーは建築消費エネルギー総計の５０〜６０％を占め、特に夏期のピークタイムになると、空調用エネルギーは都市電力負荷総計の１／３も占め、この比例はどんどん増えていく。国家の第十一回目の五年間計画の要綱において、我が国は省資源化と環境配慮型の社会を構築する目標を出している。２０１０年になると、GDPあたりのエネルギー消費量が２０％低下する目標に対して、中央空調の省エネ技術がまさに国家発展改革委員会が提出した十大の省エネエンジニアリングの一つである。

現在、中央空調システムは一般的に変流量、変風量、大温度差などの技術により空調装置の搬送システムに対して省エネ改修を行い、空調消費エネルギーの低減を図っている。電動式調節バルブは変流量中央空調システムのコア稼動部品であり、目標エリアの基づき信号の変化を安定に制御し、バルブの開度を自動的に調節することで、水流量を変更し、正確な温度制御を実現する。電動式バルブにより調節される水路は、冷媒回路と、冷（熱）媒水末端のファンコイル及び外気吸入ユニットと、冷却水制御回路と、熱交換制御回路と、蒸気制御回路などを含み、中央空調システムの全体に用いられている。電動式調節バルブの性能がよくないと、温度制御の精度を低下し、人の快適性を影響するうえ、システム自身の安定性も低下してしまう。現在実際使用している電動式調節バルブには、信頼性が低い、密封性が悪い、バルブから漏れやすい、稼動騒音が大きい、メンテナンス交換コストが高いなどの問題があり、中央空調システムの省エネ効果を大きく影響してしまう。

普通のバルブは常温バルブであり、例えば蒸気システムの管路のような高温管路に適用できない。これを解決するために、鋼材から作られ、高温媒体の管路システムにおいても、安定して開閉できる電動式フローティングボールバルブを発明した。

通常、電動式フローティングボールバルブは、モータと伝動歯車組を備える電動稼動ユニットによりバルブコアの動作を制御している。モータは伝動歯車組の入力端と接続され、伝動歯車組の出力端は電動式フローティングボールバルブのステムと接続される。バルブを開閉するとき、モータが伝動歯車組によりステムを回転することにより、バルブの開閉動作を実現する。

しかし、電動式フローティングボールバルブは高温管路システムに使われるため、熱量は迅速にステムから伝動歯車組とモータに伝動される。温度が高すぎると、伝動歯車組が動力を伝動することが影響され、また、モータが高すぎる温度環境にあると、モータの使用寿命も縮まってしまうことは明らかである。現在のその他の伝動バルブにも類似の問題がある。

［発明の概要］
本発明は、従来技術の上記問題に対して、使用安定性が高い、また構成が簡単な電動式フローティングボールバルブを提供することを目的とする。

上記目的を実現するために、本発明は、バルブボディと、ステムと、バルブボディ内におけるバルブコアと、バルブボディ外における駆動手段とを備え、前記ステムはバルブボディを挿通し、且つ内端がバルブコアと接続され、駆動手段はステムの外端と接続されるとともに、前記ステムを回転するように駆動できる電動式フローティングボールバルブにおいて、前記ステムの外側が円筒状で金属材料で製造された放熱部品とスリーブ接続され、前記放熱部品は前記バルブボディと固定接続されていることが特徴とする電動式フローティングボールバルブを提供する。

電動式フローティングボールバルブは蒸気管路に取り付けられ、電動式フローティングボールバルブの開閉により管路内の蒸気の流量を制御し、または蒸気を遮断する。ステムが駆動手段に駆動され、回転するようになってから、バルブコアがそれにより開弁または閉弁状態になる。

本電動式フローティングボールバルブは創造的に放熱部品を利用することで、迅速にステムの熱量を低減させ、駆動手段の稼動安定性を向上するとともに、電動式フローティングボールバルブの使用安定性も全体として向上できる。

前記電動式フローティングボールバルブにおいて、前記放熱部品は円筒状の本体と本体の外側に備えられるいくつかの放熱シートを含んでいる。

円筒状の本体は完全にステムの外側にスリーブ接続され、ステムにおける熱量は本体に伝動されてから、このいくつかの放熱シートにより有効に本体の熱量を迅速に放熱させる。

上記電動式フローティングボールバルブにおいて、前記放熱シートはリング状でかつ本体の周方向に沿って突出する。

本発明の他の態様として、上記電動式フローティングボールバルブにおいて、前記放熱シートはリング状でかつ本体の周方向に沿って突出する。

突出する放熱シートは本体の熱量を有効で迅速に低下させることができる。

上記電動式フローティングボールバルブにおいて、前記駆動手段はハウジングと、ハウジング内のモータと、伝動歯車組とを備え、モータと伝動歯車組の入力端が接続され、伝動歯車の出力端と上記ステムと接続される。

モータが一定の回転数で回転し、歯車組によりステムに必要な回転数を付与する。

上記電動式フローティングボールバルブにおいて、前記ハウジングは上ハウジングと下ハウジングを備え、上ハウジングと下ハウジングが接続することにより、両者の間で密封のチャンバーが形成される。

上記電動式フローティングボールバルブにおいて、前記上ハウジングと下ハウジングが接続するところで、密封座金が設けられている。上ハウジングと下ハウジングの間が密封座金で密封することで、モータと伝動歯車組などが密封のハウジング内にある。このような構成により、高温と低温が接触することで結露になり、内部電路がショートになることを回避できる。

上記電動式フローティングボールバルブにおいて、前記下ハウジングとステムの間に軸受が設けられ、軸受の内側とステムの間に密封リングが設けられている。このような構成により、ステムの摩損を低減し、また軸受とステムの間の密封リングにより密封を図れ、モータが密封状態にあることを確保でき、比較的に湿気の多い環境で利用することに有利である。

上記電動式フローティングボールバルブにおいて、前記ハウジングに取り付け穴が設けられ、上記本体のバルブボディと固定接続する他端が取り付け穴にあり、且つハウジングと本体の間に両者を固定接続できる係合部品が設けられている。

取り付け穴が本体の他端に対して初歩的に位置決めをされてから、係合部品によりハウジングと放熱部品本体とをしっかり接続する。

上記電動式フローティングボールバルブにおいて、前記ハウジング取り付け穴の壁に軸方向に沿って凹んだ係合溝が設けられ、上記本体の他端の外側に、突出して係合溝と係合する肩があり、上記係合部品は係合溝を貫通し、且つ肩がハウジングと係合部品の間にある。

本体の他端が取り付け穴に挿入する同時に、肩が係合溝に係合し、それにより本体とハウジングとが周方向に固定されることになる。係合部品と接続されると、肩がハウジングと係合部品の間にあるので、本体が軸方向でハウジングに固定されるようになる。従い、係合部品と接続されると、本体は周方向においても、軸方向においても、ハウジングに固定されることはあきらかである。

上記電動式フローティングボールバルブにおいて、前記ハウジングの外側の係合溝に対応するところに突出した凸縁があり、前記係合部品はU字形でしかも可撓性があり、係合部品の開口部の一方側は係合溝を貫通するための接続部であり、係合部品の開口部の他方側は凸縁と対応する係合部がある。

係合部品と接続されると、その係合部は凸縁と嵌められ、係合部品は可撓性があるので、当該可撓性作用力により係合部品の係合部は凸縁に係合し、凸縁に位置決めされる。

もちろん、取り外すときは、直接に外力を付与して、係合部品のU字形の開口を開けば、容易に係合部品を取り出すことができる。

上記電動式フローティングボールバルブにおいて、前記係合部品は金属材料で作られている。

金属材料で作られた係合部品は可撓性を持っている。

他の態様として、上記電動式フローティングボールバルブにおいて、前記係合部品はプラスチック材料で作られている。

プラスチック材料で作られた係合部品も可撓性を持っている。

上記電動式フローティングボールバルブにおいて、前記放熱部品の長さは８〜１５ｃｍである。

上記電動式フローティングボールバルブにおいて、前記放熱部品に６〜１０枚の放熱シートがあり、隣接の放熱シートの間隔は１〜３ｃｍである。

上記電動式フローティングボールバルブにおいて、前記バルブコアとバルブボディの間にガスケットが設けられており、前記バルブコアの中心に媒体を通すための貫通穴があり、前記バルブコアにさらに貫通穴とバルブボディのチャンバーと相通させるための逃げ穴がある。

バルブボディとバルブコアの間のチャンバーは逃げ穴により貫通穴と連通するように構成されているので、防爆を図れ、つまり、熱媒のプロセス制御に適用されるとき、バルブボディとバルブコアの間の冷媒により、熱媒が経過するとき上記チャンバーが熱せられ、圧力が増加した場合、爆裂やバルブコアとバルブボディの間の密封座金の破損を回避でき、水がバルブから漏れることを防ぐ。

上記電動式フローティングボールバルブにおいて、前記ステムに突出の密封階段があり、前記バルブボディの密封階段に対応するところに密封座があり、前記ステムに密封リングが嵌められ、当該密封リングは密封階段と密封座の間にある。

バルブ貫通穴における圧力が高すぎでステムが上昇した場合、上記密封リングは密封階段と密封座の間でしっかりと押さえられるようになり、すなわち、バルブコア内の圧力が大きいほど、ステムとバルブボディの間の密封性が強い。バルブが圧力を受けると、自動的に密封し、ステムとバルブボディの間で自動補償機能があるので、バルブからの漏れをなくし、使用寿命を延ばすことができる。

上記電動式フローティングボールバルブにおいて、モータと接続されるリード線は前記ハウジングを通り、しかもリード線とハウジングの間に密封部品が設けられている。密封部品は糊またはゴム材料の座金である。

従来技術と比べ、本発明による電動式フローティングボールバルブを高温蒸気、熱油、超低温媒体などの特殊制御に適用するとき、放熱部品は著しく放熱量を拡大でき、駆動手段が順調で、安定に稼動することを有効に保障できる。現場の試験から分かるように、制御される流体が１８０℃の蒸気の場合、放熱部品の下面の温度は約７０℃であり、上面は約５０度である一方、駆動手段の表面温度は約３５℃であり、放熱部品は駆動手段の稼動環境を有効に改善することができる。それにより、電動式フローティングボールバルブの使用安定性を向上できる。

同時に、逃げ穴により、バルブコアとバルブボディの間の圧力が高すぎる問題も解決できるので、さらに電動式フローティングボールバルブの使用安定性を向上できる。

［図面の簡単な説明］
［図１］本発明による電動式フローティングボールバルブの駆動手段における断面構成図。
［図２］本発明による電動式フローティングボールバルブの放熱部品における断面構成図。
［図３］本発明による電動式フローティングボールバルブのバルブボディにおける断面構成図。
［図４］本発明による電動式フローティングボールバルブの放熱部品と駆動手段の接続構成図。
［図５］本発明による電動式フローティングボールバルブの放熱部品と駆動手段のほかの方向での接続構成図。
［図６］本発明による電動式フローティングボールバルブの係合部品の構成図。
［図７］本発明による電動式フローティングボールバルブの放熱部品の斜視図。
［図８］本発明による電動式フローティングボールバルブの放熱部品の断面構成図。
［図９］本発明による電動式フローティングボールバルブの駆動手段における断面構成図

［発明を実施するための形態］
図１に示されるように、本発明による電動式フローティングボールバルブは蒸気管路システムに取り付けられ、バルブボディ１と、ステム２と、バルブコア３と、駆動手段４とを備える。

図１と２と３に示されるように、バルブコア３はバルブボディ１内にあり、駆動手段はバルブボディ１外にあり、ステム２はバルブボディ１を通し、ステム２の内端はバルブコア３と接続されている。本実施例において、バルブコア３とバルブボディ１の間にガスケット５が設けられており、バルブコア３の中心に媒体を通すための貫通穴３ａがあり、バルブコア３に更に貫通穴３ａとバルブボディ１のチャンバーとを連通させるための逃げ穴３ｂが設けられている。

駆動手段４はハウジング４ｃとハウジング内のモータ４ａと伝動歯車組４ｂとを備え、モータ４ａは伝動歯車組４ｂの入力端と接続され、伝動歯車組４ｂの出力端は上記ステム２と接続される。本実施例において、図９に示されるように、ハウジング４ｃは上ハウジング４ｃ４と下ハウジング４ｃ５とを含み、上ハウジング４ｃ４が下ハウジング４ｃ５と接続することで両者の間に密封のチャンバーが形成され、上ハウジング４ｃ４と下ハウジング４ｃ５の間の接続部位に密封座金９が設けられるとともに、下ハウジング４ｃ５とステム２の間に軸受１０が設けられ、軸受１０の内側とステム２の間に密封の役割を果たす密封リングがある。

図４と５と６に示されるように、ステム２の外側と円筒状で金属材料で作られた放熱部品６とスリーブ接続され、放熱部品６は円筒状の本体６ａと本体６ａの外側に備えられたいくつかの放熱シート６ｂを含む。放熱部品６の本体６ａの一端はバルブボディ１に固定され、放熱部品６の本体６ａの他端は上記駆動手段４のハウジング４ｃと接続されている。図７と８に示されるように、放熱シート６ｂはリング状で、本体６ａの周方向に沿って突出するが、もちろん実情により、放熱シート６ｂを帯状で、本体６ａの軸方向に沿って突出してもよい。図７と８に示されるように、本実施例において、放熱部品６の長さは７ｃｍであり、放熱部品６に放熱シートが８枚備えられ、且つ隣接の放熱シート６ｂの間の間隔は２ｃｍである。

駆動手段４のハウジング４ｃに取り付け穴４ｃ１があり、本体６ａのバルブボディ１と固定接続される他端は当該取り付け穴４ｃ１のところにあり、且つハウジング４ｃと本体６ａの間に両者を固定接続させる係合部品７が備えられる。

ハウジング４ｃの取り付け穴４ｃ１の壁にその軸方向に沿って凹んだ係合溝４ｃ２が設けられ、本体６ａの他端の外側に、突出し係合溝４ｃ２と対応する肩６ｃがあり、上記係合部品７は係合溝４ｃ２を貫通し、肩６ｃはハウジング４ｃと係合部品７の間にある。ハウジング４ｃの外側の係合溝４ｃ２に対応する部位に、突出した凸縁４ｃ３があり、前記係合部品７はU字形で可撓性があり、係合部品７の開口部の一方側は係合溝４ｃ２を貫通するための接続部７ａであり、係合部品７の開口部の他方側は凸縁４ｃ３と対応する係合部７ｂがある。本実施例において、係合部品７は金属材料で作られ、もちろん実情によりプラスチック材料で作ってもよい。

電動式フローティングボールバルブを使用するとき、駆動手段４のモータ４ａが稼動し、伝動歯車組４ｂによりステム２とバルブコア３が回転し、電動式フローティングボールバルブの開閉操作を実現する。高温蒸気がバルブボディ１を通るから、ステム２の温度は非常に高い。放熱部品６によりステム２の温度を迅速に低下できるため、高すぎる温度が駆動手段４に伝動されることが回避できる。

また、係合部品７は可撓性を持つため、係合部品７の可撓性により、その上の係合部７ｂが肩６ｃに係合し、係合状態を保つ。この状態において、放熱部品６は周方向と軸方向の両方で駆動手段４のハウジング４ｃに固定されている。取り外す時は、外力を付与し、係合部品７のU字形開口を開けば容易に係合部品７をハウジング４ｃから取り外すことができる。同時に、ステム２に突出した密封階段２ａがあり、バルブボディ１の内部の密封階段２ａに対応するところに密封座１ａがあり、ステム２に密封リング８が嵌められ、密封リング８は密封階段２ａと密封座１ａの間にある。

また、サーボ実行信号によりモータの通電時間を制御する方法を採用し、モータがオン／オフする過程でのみ電力を消費するので、完全な密封状態でもモータが熱くならないとともに、バルブのバルブコアが塞がった場合でも、上記サーボ稼動信号により、ステムが回転できなくても、モータは焼損されない。また、モータに温度過熱保護回路が設置され、モータの温度が高すぎると、自動的に電源を切るので、同様にモータが焼損されることを防げる。

本発明による電動式フローティングボールバルブの駆動手段における断面構成図である。 本発明による電動式フローティングボールバルブの放熱部品における断面構成図である。 本発明による電動式フローティングボールバルブのバルブボディにおける断面構成図である。 本発明による電動式フローティングボールバルブの放熱部品と駆動手段の接続構成図である。 本発明による電動式フローティングボールバルブの放熱部品と駆動手段のほかの方向での接続構成図である。 本発明による電動式フローティングボールバルブの係合部品の構成図である。 本発明による電動式フローティングボールバルブの放熱部品の斜視図である。 本発明による電動式フローティングボールバルブの放熱部品の断面構成図である。 本発明による電動式フローティングボールバルブの駆動手段における断面構成図である。

１ バルブボディ
１ａ ステム
２ａ 密封階段
３ バルブコア
３ａ 貫通穴
３ｂ 逃げ穴
４ 駆動手段
４ａ モータ
４ｂ 伝動歯車組
４ｃ ハウジング
４ｃ１ 取り付け穴
４ｃ２ 係合溝
４ｃ３ 凸縁
４ｃ４ 上ハウジング
４ｃ５ 下ハウジング
５ ガスケット
６ 放熱部品
６ａ 本体
６ｂ 放熱シート
６ｃ 肩
７ 係合部品
７ａ 接続部
７ｂ 係合部
８ 密封リング
９ 密封座金
１０ 軸受
１１ リード線
１２ 密封部品

Claims (10)

1. バルブボディ（１）と、ステム（２）と、バルブボディ（１）内におけるバルブコア（３）と、バルブボディ（１）外における駆動手段（４）とを備え、前記ステム（２）はバルブボディ（１）を挿通し、且つ内端がバルブコア（３）と接続され、駆動手段（４）はステム（２）の外端と接続されるとともに、前記ステム（２）を回転するように駆動できる電動式フローティングボールバルブにおいて、
   前記ステム（２）の外側が円筒状で金属材料で製造された放熱部品（６）とスリーブ接続され、前記放熱部品（６）は前記バルブボディ（１）と固定接続されていることを特徴とする電動式フローティングボールバルブ。
2. 前記放熱部品（６）は円筒状の本体（６ａ）と本体（６ａ）の外側に備えられるいくつかの放熱シート（６ｂ）を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の電動式フローティングボールバルブ。
3. 前記放熱シート（６ｂ）はリング状でかつ本体（６ａ）の周方向に沿って突出することを特徴とする請求項２に記載の電動式フローティングボールバルブ。
4. 前記駆動手段（４）はハウジング（４ｃ）と、ハウジング（４ｃ）内のモータ（４ａ）と、伝動歯車組（４ｂ）とを備え、モータ（４ａ）と伝動歯車組（４ｂ）の入力端が接続され、伝動歯車（４ｂ）の出力端と上記ステム（２）と接続され、前記ハウジング（４ｃ）は上ハウジング（４ｃ４）と下ハウジング（４ｃ５）とを含み、上ハウジング（４ｃ４）が下ハウジング（４ｃ５）と接続することで両者の間に密封のチャンバーが形成され、前記上ハウジング（４ｃ４）と下ハウジング（４ｃ５）の間の接続部位に密封座金（９）が設けられることを特徴とする請求項１または２または３に記載の電動式フローティングボールバルブ。
5. 前記下ハウジング（４ｃ５）とステム（２）の間に軸受（１０）が設けられ、軸受（１０）の内側とステム（２）の間に密封リング（８）が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の電動式フローティングボールバルブ。
6. 前記ハウジング（４ｃ）に取り付け穴（４ｃ１）があり、前記本体（６ａ）のバルブボディ（１）と固定接続される他端は取り付け穴（４ｃ１）のところにあり、且つハウジング（４ｃ）と本体（６ａ）の間に両者を固定接続させる係合部品（７）が備えられることを特徴とする請求項１または２または３に記載の電動式フローティングボールバルブ。
7. 前記ハウジング（４ｃ）の取り付け穴（４ｃ１）の壁に軸方向に沿って凹んだ係合溝（４ｃ２）が設けられ、上記本体（６ａ）の他端の外側に、突出して係合溝（４ｃ２）と係合する肩（６ｃ）があり、上記係合部品（７）は係合溝（４ｃ２）を貫通し、且つ肩（６ｃ）がハウジング（４ｃ）と係合部品（７）の間にあることを特徴とする請求項６に記載の電動式フローティングボールバルブ。
8. 前記ハウジング（４ｃ）の外側の係合溝（４ｃ２）に対応するところに突出した凸縁（４ｃ３）があり、前記係合部品（７）はU字形でしかも可撓性があり、係合部品（７）の開口部の一方側は係合溝（４ｃ２）を貫通するための接続部（７ａ）であり、係合部品（７）の開口部の他方側は凸縁（４ｃ３）と対応する係合部（７ｂ）があることを特徴とする請求項７に記載の電動式フローティングボールバルブ。
9. 前記バルブコア（３）とバルブボディ（１）の間にガスケット（５）が設けられており、前記バルブコア（３）の中心に媒体を通すための貫通穴（３ａ）があり、前記バルブコア（３）に更に貫通穴（３ａ）とバルブボディ（１）のチャンバーとを連通させるための逃げ穴（３ｂ）が設けられていることを特徴とする請求項１または２または３に記載の電動式フローティングボールバルブ。
10. 前記ステム（２）に突出した密封階段（２ａ）があり、前記バルブボディ（１）の内部の密封階段（２ａ）に対応するところに密封座（１ａ）があり、前記ステム（２）に密封リング（８）が嵌められ、密封リング（８）は密封階段（２ａ）と密封座）（１ａ）の間にあることを特徴とする請求項１または２または３に記載の電動式フローティングボールバルブ。

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