JP2013543092A - 切換弁 - Google Patents

Abstract

弁座とバルブプレート（１）とを備えた切換弁であって、バルブプレート（１）が、弁座に当接して切換弁が閉成される閉成位置から切換弁が開成される導通位置に移動可能となっている切換弁において、バルブプレート（１）がバルブプレート面（２）を有し、バルブプレート面（２）が、周面縁部（４）と、バルブプレート面（２）に対して垂直で且つバルブプレート面（２）の重心を通って伸びて、長軸（Ｌ）を定める垂線とを備え、周面縁部（４）にはリムが配置され、リムが、長軸（Ｌ）に対する軸線方向へ前記バルブプレート面（２）から突出した第一の部位（６）と、第一の部位（６）から伸びて、長軸（Ｌ）に対する径方向へ伸びた領域を含む第二の部位（８）を有している。

Description

本発明は、弁座とバルブプレートとを備えた切換弁に関し、バルブプレートが、弁座に当接して切換弁が閉じられる閉成位置から切換弁が開成される導通位置へ移動可能になっている切換弁に関するものである。バルブプレートはバルブプレート面を有し、該バルブプレート面は、周面縁部と、バルブプレート面に対して垂直で且つバルブプレート面の重心を通って伸びて、長軸を定める垂線を備え、周面縁部にはリムが設けられ、該リムが、長軸に対する軸線方向へバルブプレート面から突出した第一の部位を有している。

切換弁は、リリーフバルブ又はバキューム・リリーフバルブとして機能し、容器内の圧力が事前設定された反応圧力を上回り又は下回ると、ただちに容器を換気・通気する役目を果たす。この点において、機能原理について、リリーフバルブとバキューム・リリーフバルブとには相違がない。バルブプレートの両方の側における圧力の差によってバルブプレートに作用する力が、閉成力よりも大きくなって閉成力が作用する方向と反対方向に作用するようになると、バルブプレートは直ちに導通位置へ移動させられる。

以下においてはリリーフバルブについて説明する。然しながら、その説明はバキューム・リリーフバルブについても同様に当てはまる。

例えば液体や気体のような媒体が、圧力が事前設定された値を上回ってはならない容器内に保管されることが多い。従って、その容器は、バルブプレートを備えるリリーフバルブにより閉じられる解放口を有している。ここでは、バルブプレートが、弁座の上に位置されるバルブプレート面を介して解放口を閉成する。この時、容器内の媒体の圧力が、例えばバルブプレート面に直接作用する。バルブプレート面に作用する圧力が事前設定された反応圧力に達すると、バルブプレートが移動させられ、それにより解放口が開成される。従って、このバルブの目的は、容器内の圧力が事前設定された反応圧力に達した時に、体積流れを容器の外へ導くことにある。この目的のために、弁は、理想的には、制御された付加的な力によって開閉成されるのではなく、むしろ、容器内の圧力のみによって開閉成され、又は、弁が開成される時に流出する媒体のみによって開閉成される。これを達成するために、この種のバルブプレートは、理想的には、複数の基準に適うものでなくてはならない。

一つの決定的な基準は、流動効率、即ち、単位時間あたりに排出される媒体の量である。容器内部の圧力が事前設定された反応圧力に達すると、弁が開き、十分な量の媒体をできる限り迅速に容器から外に逃がして、容器内部の圧力を再び低下させることが可能になる。高い流動効率は、弁のハウジングの公称直径を広くして、それにより弁全体及びバルブプレートを大型に構成することによって実現することができ、又は、バルブプレートのストロークを大きくすることによって実現することができる。更に、ストロークを大きくし、媒体が流出する解放口を拡大させ、それにより、排出される体積流れ及び流動効率が増大させられる。然しながら、バルブプレートのストロークを大きくさせた場合と比較して、ハウジングの拡大及びそれに伴った弁全体の拡大は、製造コストの著しい高騰と結び付く。従って、ハウジングの一定の定格直径を大きくする前に、先ず、その一定のハウジング定格直径でもってバルブプレートのストロークを最大限にさせることが有意義である。

容器内の圧力が反応圧力に達して、それを超えた時に、完全な流動効率を可能な限り迅速に活用するべく、バルブプレートは、可能な限り迅速にできる限り大きなストロークに達するようにするのが望ましい。従来技術においては、通常の弁について、所謂「１０％テクノロジー」が確立されている。この種のテクノロジーでは、容器内の圧力が反応圧力の１０％を上回った時に、バルブプレートがフルストロークに達する。このことを担保するためには、バルブプレートを弁座から離間動させ、従って、バルブプレートを容器から離間動させ、且つ、バルブプレートの閉成力よりも大きな力が、全ストローク路にわたってバルブプレートに作用しなければならない。重量で付勢されるバルブプレートの場合には、閉成力はバルブプレートの重量の力だけであるが、閉成力がバルブプレートの重量の力だけでなくバルブプレートに作用するばね力でもある、ばねで付勢されるバルブプレートも知られている。当然のことながら、バルブプレートに作用するその他の力も考えられる。反応圧力に達し、又は、それを超えてから、バルブプレートがフルストロークに迅速に到達すればするほど、使用者は、例えばタンクのような容器内の圧力をより長く維持させることができる。その理由は、例えば１０％の比較的わずかな圧力上昇で弁が既にフルストロークに達し、従って、最大限の流動効率を可能にすることになるからである。その結果、媒体の損失が低減され、それに伴って環境も保全される。

高い流動効率と迅速なフルストロークの到達という事実とに加えて、低い「ブローダウン」が通常要請されている。これは、例えばタンクのような容器内の圧力が反応圧力を再び下回るや否や、弁ができる限り迅速に再び閉じるべきであるということを意味している。弁が完全に開くや否や、圧力が平均化される。圧力のこのような平均化によって、容器内の圧力が低下し、その結果、弁の外へ流出する媒体によって持ち上げられた弁蓋に対して作用する圧力が、時間とともに低下する。弁の外へ流出する媒体によって弁蓋に対して作用する力は、遅かれ早かれ、バルブプレートの閉成力よりも小さくなる。この瞬間に、弁は閉成し始める。このような閉成が起きる時の容器内の圧力を、閉成圧力と呼ぶ。反応圧力と閉成圧力との差が「ブローダウン」と呼ばれている。低いブローダウン、即ち、できる限り反応圧力に近い状態での弁の閉成を実現するために、反応圧力で弁から流出する媒体によって、全ストローク路にわたってバルブプレートに作用する流動力は、バルブプレートの閉成力よりも大幅に高くなってはならない。低いブローダウンによっても媒体損失は少なくなり、環境が保全される。

これら三つの基準は、互いに相容れ難いのが通常である。その理由は、理想的なバルブプレートは大きいストロークを有しており、弁から流出する媒体によって生成されて、バルブプレートに作用する流動力は、全ストローク領域にわたって狭い範囲内になければならないからである。一方では、弁から流出する媒体によって生成されて、バルブプレートに作用する流動力は、バルブプレートの閉成力よりも高くなければならないが、低いブローダウンを実現するためには、閉成力より大幅に高くてはならない。

従来、様々なバルブプレート形状を有するリリーフバルブが知られている。例えば、角ばったリムや円錐状のリムが適用されている。この場合には、バルブプレートは、周面縁部を備えるバルブプレート面を有している。角ばったリムや円錐状リムのようなリムが周面縁部に配置されている。弁が開く時に、バルブプレートがたとえば上方に向かって持ち上げられた場合に、リムは、弁座の周回りを取り囲んで下方に向かって延びている。角ばったリムは、ほぼ水平方向に配置された、リムの第一の部位を有しており、従って、当該第一の部位は、バルブプレート面と平行に延びている。この第一の部位の外側縁には、実質的に垂直方向で下方に向いた、リムの第二の部位が設けられている。バルブプレートが開くときに持ち上げられると、媒体が弁座から上方に向かって流出し、バルブプレート面に衝突する。この時、媒体は、バルブプレート面に衝突して横方向に方向転換させられてから、垂直方向で下方を向いたリムの第二の部位に衝突する。そして、媒体は、第二の部位に衝突して再度方向転換させられ、その結果、下方に向かってバルブプレートから離れる。水平方向に向いた第一の部位がまず設けられていることにより、弁から流出する媒体が当たる面積は、特に小さいストロークの場合に、さしあたり可なり広くなっている。従って、特に下側のストローク領域で、流動力のピークが生じる。その結果、バルブプレートが迅速にフルストロークに達し、そうして最大の流動効率を発揮することが実現される。然しながら、それと同時に、弁から流出する媒体によって生成されて、バルブプレートに作用する流動力は、バルブプレートの閉成力よりも大幅に高くなり、その結果、非常に高いブローダウンが生じることになる。

バルブプレート面の周面縁部に設けられて、斜め下方に向かって延びている円錐状リムについても、同様のことが当てはまる。この場合においても、非常に小さいストロークで、媒体が衝突するバルブプレート面が広くて、その結果、そこで流動力のピークが生じることになる。

弁から流出する媒体がバルブプレート面全体とリムとに衝突した場合に、上側のストローク領域では、流れが当たる面積はそれ以上変化しない。弁の開きが大きくなることで、バルブプレートと弁座の間の環状隙間の絞り作用が弱くなる。往々にして弁はハウジングの中に配置され、その場合には、ハウジングの出口間隙が絞り開口部になる。それにより、ハウジング内の圧力が上昇し、バルブプレートの上下の圧力差が小さくなる。それによってバルブプレートに作用する力も小さくなる。更に、弁から流出する媒体の全部が最早バルブプレートに衝突しなくなり、その結果、バルブプレートに作用する流れによって発揮される全ての力が低下する。

従って、本発明の課題は、要請される三つの全ての基準をより効果的に満たすことができるリリーフバルブを提案することにある。

本発明によれば、バルブプレートを備えたリリーフバルブであって、バルブプレートのリムが第一の部位から伸びた第二の部位を有し、その第二の部位が長軸に対する径方向に伸びた領域を含んでいるリリーフバルブによって、当前の課題が解決される。このことは、リムの第二の部位の径方向の領域が、長軸に対する軸線方向へ伸びている割合よりも高い割合で伸びていることを意味している。径方向へ伸びた領域とバルブプレート面との間の角度が、最大で３０°、好ましくは最大で２５°、特に好ましくは最大で２０°である場合に、好適であることが立証された。この角度は、例えば、０°よりも大きく、好ましくは５°よりも大きく、特に好ましくは１０°よりも大きい。

リムの第一の部位とそれに接続された第二の部位という特別な構成により、複数の利点が実現される。先ず、リムの第一の部位を比較的小さく構成することができ、例えば、弁座の直径の１０％未満、好ましくは８％未満、特に好ましくは６％未満に構成することができる。これにより、小さいストロークで弁座から流出する媒体が、バルブプレート面に接続されたリムの第一の部位によってバルブプレート面に当てられて方向転換させられ、そのようにして引き続きバルブプレートに対して上方に向かって力が及ぼされるが、それと同時に、十分に大きい体積流れが排出されることを担保する。リムの第二の部位の構成により、小さいストロークで方向転換させられて流出する媒体が、リムの第二の部位に衝突しないことが保証される。それにより、小さいストローク中に流出する媒体の流れが衝突する面積が広くならないので、そこではまだ流動力のピークが生じない。このように、弁から流出する媒体によりバルブプレートに及ぼされる力は、例えば、バルブプレートの重量の力及び場合により例えばばね力のような追加の力であってよい閉成力よりも依然として高く、それによりバルブプレートは引き続き上方に向かって押し上げられるものの、この力は、従来技術に基づくリム形態の場合ほどは大きくないので、容器内で比較的わずかな圧力低下が起こるとバルブプレートが再び閉じる。それによって、小さいブローダウンが担保される。

バルブプレートのストローク高さが増えていくと、長軸に対して径方向に延びるリムの第二の部位に対して、弁座から外に出ていく媒体の流れが直接当たるようになる。それにより流れが当たる面積が広くなり、その結果、弁から流出する媒体によってバルブプレートに及ぼされる力が増大する。従って、このストローク領域では、バルブプレートに及ぼされる力が弁の閉成力よりも高いことが担保されるので、バルブプレートは引き続き弁座から離れるように押圧される。それにより、バルブプレートに作用する流れによって発揮される全体の力が減少するという上述した効果が、大きいストロークの時に低減される。

従って、本発明によるリム構成では、弁から流出する媒体の流動力は、小さいストロークの時にはバルブプレート面そのものにだけ作用する。このストローク範囲においては、リムの第二の部位は径方向の領域があることによって影響を及ぼさない。特に、流れる媒体によって、その他の力がバルブプレートに及ぼされることがない。ストロークが大きくなった時に初めて、流れる媒体がリブの第二の部位にも直接衝突し、それにより、追加の流動力成分がリムに伝達され、及びそれに伴ってバルブプレートに伝達される。これにより、バルブプレートに作用する全体の力がストローク範囲全体にわたってわずかしか変動せず、理想的な場合には全く変動しないことが担保される。そのようにして、この全体の力は全ストローク領域を通じて反応圧力を上回る比較的狭い範囲内に維持され、その結果、フルストロークへの迅速な到達及びそれに伴った迅速な全流動効率が実現され、更には、低いブローダウンも担保される。リムの第二の部位に衝突する媒体によって、フルストロークの、即ち、弁座からのバルブプレートの最大の偏向の、１５％で、好ましくは２０％で、特に好ましくは２５％又は３０％で、初めて力がバルブプレートに及ぼされると、有益であることが立証された。

リムの第二の部位は、長軸に対する軸線方向でリムの第二の部位の径方向領域から突出してリムの第一の部位から離れる方向に向いているリム縁部を有しているのが好ましい。このような構成により、弁座から流出する媒体が第二の部位に直接的に衝突する比較的大きいストロークの時に、それによってリムに伝達される力が、バルブプレートを引き続き弁座から離れるように動かすのに十分であることを担保することができる。バルブプレート面が水平方向に配置され、弁座がこのバルブプレート面よりも下方に配置される場合に、リムの第二の部位のリム縁部は例えば下方に向かって曲がっている。それにより、リムの第二の部位に衝突する流出媒体は更に方向転換させられ、その結果、一方では媒体の流動方向がいっそう劇的に変えられ、他方ではリムの第二の部位に対していっそう大きい力が及ぼされ、それに伴ってバルブプレート全体に対していっそう大きい力が及ぼされる。

リムの第一の部位は、例えば、長軸に対して少なくとも０°、好ましくは少なくとも５°、特に好ましくは少なくとも１０°、最大で２５°、好ましくは最大で２０°、特に好ましくは最大で１５°の角度で延びている。リムの第一の部位が長軸に対して若干傾いていることにより、媒体が弁から流出する方向を調節することができる。更に、それによって、流出媒体によりバルブプレートに及ぼされる力も調節することができる。従って、このようにして媒体の流出方向とバルブプレートに及ぼされる力の双方を個別に調整することが可能である。

リムの第一の部位は少なくとも一つの破断部を有しているのが好ましい。このことは、ストロークが最小のときでさえ十分に多くの体積流れを排出させることができることを担保する。更に、弁から流出する媒体は十分に方向転換させられ、それによりバルブプレートに対して十分に大きい力が及ぼされる。

リムの第二の部位は、長軸に対する径方向の断面で帽子の縁状に構成されている。ストロークが小さいとき、このように構成されたリムの第二の部位は、弁から流出してバルブプレートで方向転換させられる媒体に対して影響を与えず、もしくはごくわずかな影響しか与えない。ストロークが大きくなって初めて、媒体は、このように構成されたリムの第二の部位の両方の側で環流される。それは、流出媒体の一部が第二の部位の下面に直接当たり、流出媒体のその他は、リムの第一の部位にある少なくとも一つの破断部を通って、第二の部位の上面に沿って流れるからである。リムのこのような第二の部位の帽子の縁状の構成により、第二の部位の上方で負圧が生じるので、そこで揚力が生成される。従って、このような構成は、ストロークが比較的大きくなったときに初めて、リム及びバルブプレートに対して追加の力成分を提供し、他方、ストロークが小さいときにはリムの第二の部位は、概して、影響を及ぼさない。

バルブプレート面は、円形に形成されているのが好ましい。

リリーフバルブは、バルブプレートが、これに作用する重量の力によってのみ閉成位置に維持されるとともに、バルブプレート面に作用する圧力によってのみ閉成位置から外れるように変位するよう構成されているのが好ましい。

また、バルブプレートのリムは、さらに別の径方向及び／又は軸線方向の区域を追加的に備えていてもよい。それにより、バルブプレートに作用する力のいっそうの微調整が可能となる。当然のことながら、斜めの区域や、断面で見て円弧状に形成された区域なども想定することができる。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について以下に詳細に説明する。

図１は、本発明の第一の実施形態によるリリーフバルブのバルブプレートを示した断面図である。 図２は、本発明の第二の実施形態によるリリーフバルブのバルブプレートを示した断面図である。 図３は、図２に示したバルブプレートの立体図である。 図４ａは、或る間隔を持って開いた状態にある、本発明の一実施形態による切換弁を示した図である。 図４ｂは、図４ａに示した間隔と異なった間隔を持って開いた状態にある切換弁を示した図である。 図４ｃは、図４ａ及び図４ｂに示した間隔と異なった間隔を持って開いた状態にある切換弁を示した図である。 図４ｄは、図４ａ〜図４ｃに示した間隔と異なった間隔を持って開いた状態にある切換弁を示した図である。 図５ａは、或る間隔を持って開いた状態にある、本発明の別の実施形態に係る切換弁を示した図である。 図５ｂは、図５ａに示した間隔と異なった間隔を持って開いた状態にある切換弁を示した図である。 図５ｃは、図５ａ及び図５ｂに示した間隔と異なった間隔を持って開いた状態にある切換弁を示した図である。 図５ｄは、図５ａ〜図５ｃに示した間隔と異なった間隔を持って開いた状態にある切換弁を示した図である。

図１は、バルブプレート１の断面図である。バルブプレート１はバルブプレート面２を有しており、弁が閉成された時に、そのバルブプレート面２によって、バルブプレート１が図１に図示されていない弁座の上に載る。図１には、バルブプレート面２に対して垂直に位置する、破線で示した長軸Ｌが示されている。バルブプレート面２は周面縁部４を有し、軸線方向へバルブプレート面２から突き出すリムの第一の部位６が周面縁部４に配置されている。リムの第二の部位８は、リムの第一の部位６に接して、リムの第一の部位６から離れる方向に向いた周回りリム縁部１０を有している。

図１に示した構成においては、バルブプレート１は、バルブプレートの下に位置して上方に向かって開いた弁座の上に位置している。このために、バルブプレートは、制御される付加的な力によって開閉成されるのではなく、図１に示した実施形態では重量で付勢されるにすぎない。弁座は、図１に示されていないタンクのような容器の開口部を含んでいる。容器の中にある媒体が、図１に示した向きで、下方からバルブプレート面２を押圧する。バルブプレート面を押圧するその圧力が事前設定された反応圧力を超えると、バルブプレート１が持ち上げられる。長軸Ｌに対して軸線方向に配置されたリムの第一の部位６は比較的短く構成されているので、弁から流出する媒体は、バルブプレート１とリムの第一の部位６とに衝突して方向転換させられて、下方に向かってバルブプレート１から離れていく。この時、図１において第二の部位８の水平に配置された径方向領域が、第二の部位８もこれに接して位置するリム縁部１０も弁から流出する媒体に影響を及ぼさないことを担保する。大きなストロークの時にのみ、流出する媒体がリムの第二の部位８にも衝突して、それによりバルブプレート１に対して付加的な力が作用する。媒体は、下方に向かって湾曲するリム縁部１０によって方向転換されて、それにより、バルブプレート１に及ぼされる力を、直線状のリム縁部の場合と比較して増大させる。

バルブプレートのこのような構成は、ストローク経路全体に亘ってバルブプレート１に作用する力が、バルブプレート１の閉成力よりも大きいが、それを僅かに上回るに過ぎないことを担保する。このようにして、最大ストロークの迅速な達成、及び、その結果として迅速に発揮される最大の流動効率に加えて、低いブローダウンも実現される。

図２は、本発明の第二の実施形態に係るバルブプレート１を示している。このバルブプレートも、長軸Ｌが破線で示されているバルブプレート面２を有している。リムの第一の部位６は、図２に示した例においては破断部１２を有しており、この破断部１２を通って、弁座から流出する媒体がバルブプレートから離れていくことができる。この趣旨で、小さいストロークの場合に、媒体は、リムの第二の部位８の上面１４の上方を流れるに過ぎない。従って、小さいストロークの場合には、リムの第二の部位８は、弁から流出する媒体に全く影響を及ぼすことがなく、もしくは、ごくわずかな影響しか及ぼさない。

大きいストロークの場合には、リムの第二の部位８にも媒体が直接当たるので、媒体は、リムの第二の部位８の上面１４だけでなく下面にも沿って流れる。

第二の部位８は帽子の縁状の断面を有しているので、第二の部位８の上面１４と下面に流れが実質的に水平方向に当たることで、第二の部位８の上面１４の上方に負圧が発生する。その結果、バルブプレート１をいっそう上方へと動かす揚力が生成される。

図３は、図２に示したバルブプレート１を立体的に示した図である。リムの第一の部位６の破断部１２を明確に認識することができ、この破断部１２を通って、弁から流出する媒体はリムの第二の部位８の上面１４上を流れる。従って、図２及び図３に図示されたバルブプレートは、バルブプレートのストロークに応じて異なる力成分がバルブプレート１に作用することを担保し、それによって、全体の力を、反応圧力を上回る比較的狭い範囲内に常に維持させることができる。

図４ａ〜図４ｄは、本発明の一実施形態に係る切換弁が様々な間隔を持って開いた状態を示した図である。この弁は、第一の接続開口部１６と第二の接続開口部１８とを有している。図示された切換弁がリリーフバルブとして利用される場合には、容器内で事前設定された圧力は超過されてはならない。この場合には、容器は第一の接続開口部１６と接続されている。この容器内で圧力が事前設定された反応圧力を超えて上昇すると、バルブプレート１は持ち上げられて弁が開く。すると、媒体は、容器から出て、第一の接続開口部１６を通って弁に入り、第二の接続開口部１８を通って弁から出ることができる。

然しながら、切換弁がバキューム・リリーフバルブとして利用される場合には、容器内の圧力は事前設定された圧力を下回ってはならない。この場合には、容器は第二の接続開口部１８に接続される。容器内の圧力が事前設定された反応圧力を下回ると、バルブプレート１の上方で発生する負圧により、バルブプレート１が上方に向かって吸引されて、弁が開成される。この場合には、媒体は、第一の接続開口部１６を通って弁に入り、第二の接続開口部１８を通って弁から出て容器内に入ることができ、そうして、圧力の均圧化が実施される。

図４ａ〜図４ｄに図示された切換弁は、弁が閉成された時にバルブプレート１がバルブプレート面２で当接する弁座２０を有している。この状態が図４ａに示されている。バルブプレート１はそのバルブプレート面２により切換弁の弁座２０に当接し、それにより、物質が切換弁の第一の接続開口部１６から第二の接続開口部１８へ流れるのを阻止する。

図４ｂは、図４ａに示した切換弁が若干開成された状態を示している。バルブプレート１がバルブプレート面２を介して切換弁の弁座２０に当接しなくなっている様子が明らかに分かる。即ち、切換弁の弁座２０を通って、第一の接続開口部１６から第二の接続開口部１８へ物質が流れることができる。この時、媒体は、第一の接続開口部１６を通って流れて、バルブプレート１のバルブプレート面２に衝突し、それによってバルブプレートが長軸Ｌに沿って動かされる。この目的のために、バルブプレート１の上面には、切換弁のハウジングの上側部２６に形成された貫通穴２４によってスライド可能に支承された案内部２２が配置されている。弁座２０を介して第一の接続開口部１６からバルブプレート１のバルブプレート面２に向かって流れる媒体は、リムの第一の部位６で下方に向かって方向転換させられてから、第二の接続開口部１８を通って切換弁から出ていく。媒体の流れの方向は、図４ｂ中で矢印２８によって示されている。このようにして切換弁が開成された時にリムの第二の部位８及び湾曲したリム縁部１０が、矢印２８に沿って流れる媒体に影響を及ぼさないことが分かる。

図４ｃは、図４ａ及び図４ｂに示した切換弁の別の開成状態を示している。バルブプレート１は、それのバルブプレート面２において、図４ｂに示した状態と比較して切換弁の弁座２０から更に離れている。切換弁の第一の接続開口部１６から弁座２０を通って第二の接続開口部１８へ流れる媒体の流れの方向は、同様に矢印２８で示されている。媒体の一部が、下方からバルブプレート面２に向かって流れて、リムの第一の部位６で下方に向かって方向転換させられることが分かる。然し、媒体の別の部分は、リムの第二の部位８に衝突して、下方に向かって湾曲したリム縁部１０によって同じく下方へ誘導されてから、第二の接続開口部１８を通って切換弁から出ることができる。従って、弁開成のこの段階では、リムの第二の部位８に沿って流れる媒体によってもバルブプレート１に力が伝達されて、この力によってバルブプレートが更に上方に向かって押圧される。切換弁の開成がこの状態になったときに初めて、リムの第二の部位８がリム縁部１０により媒体の流動方向に影響を及ぼし、それにより、できる限り迅速に切換弁を開成させるために必要な、即ち、バルブプレート１をフルストロークさせるために必要な、上方に向かう追加の力成分がバルブプレート１に対して惹起される。

図４ｄは、バルブプレート１が最大限に持ち上げられた状態、即ち、フルストロークになった状態を示している。第一の接続開口部１６から第二の接続開口部１８へと弁座２０を通って流れる媒体は、下方から依然としてバルブプレート面２に衝突し、それにより、バルブプレート１を引き続き上方に向かって押圧する。このことは、切換弁がバキューム・リリースバルブとして利用される場合には、第二の接続開口部１８に配置された容器内の圧力が事前設定された反応圧力を再び上回るまで行われ、また、切換弁がリリースバルブとして利用される場合には、第一の接続開口部１６に配置された容器内の圧力が事前設定された反応圧力を再び下回るまで行われる。従って、弁を切り替えるのに重要なことは、第一の接続開口部１６における圧力と第二の接続開口部１８における圧力との間の圧力差である。この圧力差が特定の値を下回ったときに初めて、弁を流れる媒体によってバルブプレート１に及ぼされる力は、バルブプレート１を持ち上げられた導通位置に維持させるのに十分ではなくなり、それによってバルブプレート１はこの場合には再び下方に向かって動き、弁が閉成される。

図５ａ〜図５ｄは、図４ａ〜図４ｄに図示した切換弁の状態を示しているが、図５ａ〜図５ｄに図示した切換弁は異なるバルブプレート１を有している。

図５ａ〜図５ｄに図示した切換弁の実施形態は、一例として図２に示すようなバルブプレート１を備えている。図５ａは、切換弁が閉成された状態を示している。バルブプレート１はそれのバルブプレート面２で切換弁の弁座２０に当接し、それ故、弁は閉成されている。

図５ｂは、第一の接続開口部１６における圧力と第二の接続開口部１８における圧力との間の圧力差によって、バルブプレート１が既に若干持ち上げられた状態を示している。バルブプレート１は、そのバルブプレート面２で弁座２２に当接しなくなっている。図５ａ〜図５ｄの例においても、バルブプレート１は長軸Ｌに沿ってスライドすることができる。そのために、この場合においても、弁のハウジングの上側部２６の貫通穴２４にスライド可能に支承された案内部２２が設けられている。

図５ａ〜図５ｄに図示された切換弁では、バルブプレート１は、破断部１２を備えた、リムの第一の部位６を有している。図５ｂは、媒体が破断部１２を通過して流れることによって、第一の接続開口部１６から第二の接続開口部１８へ流れることができる程度だけ、ちょうどバルブプレート１が持ち上げられた状態を示している。媒体の流れの方向は、図５ｂにおいても矢印２８で示されている。図５ｂに示された状態においては、弁を流れる媒体は、下方からバルブプレート１のバルブプレート面２に衝突して方向転換させられ、それにより、図５ｂで見て水平方向へ、リムの第一の部位６の破断部１２を通って流れることができる。媒体がバルブプレート面２に沿って方向転換させられることにより、バルブプレートを更に上方に向かって押圧する力がバルブプレート１に及ぼされる。

この状態は、図５ｃに示されている。図５ｂに示した状態と比較して、バルブプレート１は弁座２０から遠く離れている。弁を通って第一の接続開口部１６から第二の接続開口部１８へと流れる媒体は、少なくとも部分的に、引き続き下方からバルブプレート面２に衝突する。ここで媒体は方向転換させられ、リムの第一の部位６の破断部１２を通ってほぼ水平方向にバルブプレート１から出ていく。媒体の別の部分は、本来のバルブプレート面２に衝突するのではなく、リムの第二の部位８に下方から衝突し、これに沿って、及び、下方に向かって湾曲するリム縁部１０に沿って方向転換させられる。媒体の流動方向は、図５ｃでも矢印２８で示されている。

図５ｃから明らかに認識することができるように、リムの第二の部位８には、二つの側へ、即ち、リムの第二の部位８の上方と下方へ、リム縁部１０によって媒体が還流させられる。本発明の好ましい一実施形態においては、図５ａ〜図５ｄに断面で示されたリムの第二の部位８は、好ましくは帽子の縁状に形成されている。このような構成においては、弁を通って流れる媒体が二つの側でリムの第二の部位８の回りを流れるという事実によって、バルブプレート１を更に上方に向かって移動させる揚力を生じさせる。

図５ｄは、バルブプレート１がフルストローク位置にある、図５ａ〜図５ｃに図示した弁を示している。従って、バルブプレート１は上方に向かって最大限にスライドし、弁は最大限に開いている。この状態で、第一の接続開口部１６から第二の接続開口部１８へ流れる媒体の一部が下方からバルブプレート面２に衝突し、方向転換させられる。それにより、上方に向かってバルブプレート１を押圧をする力がバルブプレート１に引き続き及ぼされる。弁を通過する媒体が、リム縁部１０で、リムの第二の部位８の上方と下方に加えて、リムの第二の部位８の周囲にも流れて、引き続き揚力を生じさせ、この揚力によってバルブプレート１は引き続き最大の導通位置に維持される。第一の接続開口部１６における圧力と第二の接続開口部１８における圧力との間の圧力差が、事前設定された反応圧力を下回った時に初めて、弁を流れる媒体によってバルブプレート１に及ぼされる力は、バルブプレート１を導通位置に維持させるのに十分な大きさではなくなる。すると、バルブプレート１は案内部２２及び長軸Ｌに沿って下方に向かって移動し、弁が再び閉成される。

Ｌ：長軸
１：バルブプレート
２：バルブプレート面
４：周面縁部
６：リムの第一の部位
８：リムの第二の部位
１０：リム縁部
１２：破断部
１４：上面
１６：第一の接続開口部
１８：第二の接続開口部
２０：弁座
２２：案内部
２４：貫通穴
２６：上側部分
２８：矢印

本発明は、弁座とバルブプレートとを備えた切換弁に関し、バルブプレートが、弁座に当接して切換弁が閉じられる閉成位置から切換弁が開成される導通位置へ移動可能になっている切換弁に関するものである。バルブプレートはバルブプレート面を有し、該バルブプレート面は、周面縁部と、バルブプレート面に対して垂直で且つバルブプレート面の重心を通って伸びて、長軸を定める垂線を備え、周面縁部にはリムが設けられ、該リムが、長軸に対する軸線方向へバルブプレート面から突出した第一の部位を有している。

このような切換弁は、例えば、特許文献１に記載されている。

切換弁は、リリーフバルブ又はバキューム・リリーフバルブとして機能し、容器内の圧力が事前設定された反応圧力を上回り又は下回ると、ただちに容器を換気・通気する役目を果たす。この点において、機能原理について、リリーフバルブとバキューム・リリーフバルブとには相違がない。バルブプレートの両方の側における圧力の差によってバルブプレートに作用する力が、閉成力よりも大きくなって閉成力が作用する方向と反対方向に作用するようになると、バルブプレートは直ちに導通位置へ移動させられる。

以下においてはリリーフバルブについて説明する。然しながら、その説明はバキューム・リリーフバルブについても同様に当てはまる。

例えば液体や気体のような媒体が、圧力が事前設定された値を上回ってはならない容器内に保管されることが多い。従って、その容器は、バルブプレートを備えるリリーフバルブにより閉じられる解放口を有している。ここでは、バルブプレートが、弁座の上に位置されるバルブプレート面を介して解放口を閉成する。この時、容器内の媒体の圧力が、例えばバルブプレート面に直接作用する。バルブプレート面に作用する圧力が事前設定された反応圧力に達すると、バルブプレートが移動させられ、それにより解放口が開成される。従って、このバルブの目的は、容器内の圧力が事前設定された反応圧力に達した時に、体積流れを容器の外へ導くことにある。この目的のために、弁は、理想的には、制御された付加的な力によって開閉成されるのではなく、むしろ、容器内の圧力のみによって開閉成され、又は、弁が開成される時に流出する媒体のみによって開閉成される。これを達成するために、この種のバルブプレートは、理想的には、複数の基準に適うものでなくてはならない。

一つの決定的な基準は、流動効率、即ち、単位時間あたりに排出される媒体の量である。容器内部の圧力が事前設定された反応圧力に達すると、弁が開き、十分な量の媒体をできる限り迅速に容器から外に逃がして、容器内部の圧力を再び低下させることが可能になる。高い流動効率は、弁のハウジングの公称直径を広くして、それにより弁全体及びバルブプレートを大型に構成することによって実現することができ、又は、バルブプレートのストロークを大きくすることによって実現することができる。更に、ストロークを大きくし、媒体が流出する解放口を拡大させ、それにより、排出される体積流れ及び流動効率が増大させられる。然しながら、バルブプレートのストロークを大きくさせた場合と比較して、ハウジングの拡大及びそれに伴った弁全体の拡大は、製造コストの著しい高騰と結び付く。従って、ハウジングの一定の定格直径を大きくする前に、先ず、その一定のハウジング定格直径でもってバルブプレートのストロークを最大限にさせることが有意義である。

容器内の圧力が反応圧力に達して、それを超えた時に、完全な流動効率を可能な限り迅速に活用するべく、バルブプレートは、可能な限り迅速にできる限り大きなストロークに達するようにするのが望ましい。従来技術においては、通常の弁について、所謂「１０％テクノロジー」が確立されている。この種のテクノロジーでは、容器内の圧力が反応圧力の１０％を上回った時に、バルブプレートがフルストロークに達する。このことを担保するためには、バルブプレートを弁座から離間動させ、従って、バルブプレートを容器から離間動させ、且つ、バルブプレートの閉成力よりも大きな力が、全ストローク路にわたってバルブプレートに作用しなければならない。重量で付勢されるバルブプレートの場合には、閉成力はバルブプレートの重量の力だけであるが、閉成力がバルブプレートの重量の力だけでなくバルブプレートに作用するばね力でもある、ばねで付勢されるバルブプレートも知られている。当然のことながら、バルブプレートに作用するその他の力も考えられる。反応圧力に達し、又は、それを超えてから、バルブプレートがフルストロークに迅速に到達すればするほど、使用者は、例えばタンクのような容器内の圧力をより長く維持させることができる。その理由は、例えば１０％の比較的わずかな圧力上昇で弁が既にフルストロークに達し、従って、最大限の流動効率を可能にすることになるからである。その結果、媒体の損失が低減され、それに伴って環境も保全される。

高い流動効率と迅速なフルストロークの到達という事実とに加えて、低い「ブローダウン」が通常要請されている。これは、例えばタンクのような容器内の圧力が反応圧力を再び下回るや否や、弁ができる限り迅速に再び閉じるべきであるということを意味している。弁が完全に開くや否や、圧力が平均化される。圧力のこのような平均化によって、容器内の圧力が低下し、その結果、弁の外へ流出する媒体によって持ち上げられた弁蓋に対して作用する圧力が、時間とともに低下する。弁の外へ流出する媒体によって弁蓋に対して作用する力は、遅かれ早かれ、バルブプレートの閉成力よりも小さくなる。この瞬間に、弁は閉成し始める。このような閉成が起きる時の容器内の圧力を、閉成圧力と呼ぶ。反応圧力と閉成圧力との差が「ブローダウン」と呼ばれている。低いブローダウン、即ち、できる限り反応圧力に近い状態での弁の閉成を実現するために、反応圧力で弁から流出する媒体によって、全ストローク路にわたってバルブプレートに作用する流動力は、バルブプレートの閉成力よりも大幅に高くなってはならない。低いブローダウンによっても媒体損失は少なくなり、環境が保全される。

これら三つの基準は、互いに相容れ難いのが通常である。その理由は、理想的なバルブプレートは大きいストロークを有しており、弁から流出する媒体によって生成されて、バルブプレートに作用する流動力は、全ストローク領域にわたって狭い範囲内になければならないからである。一方では、弁から流出する媒体によって生成されて、バルブプレートに作用する流動力は、バルブプレートの閉成力よりも高くなければならないが、低いブローダウンを実現するためには、閉成力より大幅に高くてはならない。

従来、様々なバルブプレート形状を有するリリーフバルブが知られている。例えば、角ばったリムや円錐状のリムが適用されている。この場合には、バルブプレートは、周面縁部を備えるバルブプレート面を有している。角ばったリムや円錐状リムのようなリムが周面縁部に配置されている。弁が開く時に、バルブプレートがたとえば上方に向かって持ち上げられた場合に、リムは、弁座の周回りを取り囲んで下方に向かって延びている。角ばったリムは、ほぼ水平方向に配置された、リムの第一の部位を有しており、従って、当該第一の部位は、バルブプレート面と平行に延びている。この第一の部位の外側縁には、実質的に垂直方向で下方に向いた、リムの第二の部位が設けられている。バルブプレートが開くときに持ち上げられると、媒体が弁座から上方に向かって流出し、バルブプレート面に衝突する。この時、媒体は、バルブプレート面に衝突して横方向に方向転換させられてから、垂直方向で下方を向いたリムの第二の部位に衝突する。そして、媒体は、第二の部位に衝突して再度方向転換させられ、その結果、下方に向かってバルブプレートから離れる。水平方向に向いた第一の部位がまず設けられていることにより、弁から流出する媒体が当たる面積は、特に小さいストロークの場合に、さしあたり可なり広くなっている。従って、特に下側のストローク領域で、流動力のピークが生じる。その結果、バルブプレートが迅速にフルストロークに達し、そうして最大の流動効率を発揮することが実現される。然しながら、それと同時に、弁から流出する媒体によって生成されて、バルブプレートに作用する流動力は、バルブプレートの閉成力よりも大幅に高くなり、その結果、非常に高いブローダウンが生じることになる。

バルブプレート面の周面縁部に設けられて、斜め下方に向かって延びている円錐状リムについても、同様のことが当てはまる。この場合においても、非常に小さいストロークで、媒体が衝突するバルブプレート面が広くて、その結果、そこで流動力のピークが生じることになる。

弁から流出する媒体がバルブプレート面全体とリムとに衝突した場合に、上側のストローク領域では、流れが当たる面積はそれ以上変化しない。弁の開きが大きくなることで、バルブプレートと弁座の間の環状隙間の絞り作用が弱くなる。往々にして弁はハウジングの中に配置され、その場合には、ハウジングの出口間隙が絞り開口部になる。それにより、ハウジング内の圧力が上昇し、バルブプレートの上下の圧力差が小さくなる。それによってバルブプレートに作用する力も小さくなる。更に、弁から流出する媒体の全部が最早バルブプレートに衝突しなくなり、その結果、バルブプレートに作用する流れによって発揮される力が低下する。

特許文献２には、バルブプレートに反応圧力によって生成される閉成力が、バルブプレートの上方に配置された重りによって大部分生じさせられる弁が記載されている。反応圧力のために必要な力の僅かな部分だけが、予荷重されたばねによって生じさせられ、このばねの長さは長さ方向でねじによって調整可能になっている。このようにして、ねじを調整することにより、実際の反応圧力を簡単に調整することができる。

特許文献３は、本発明の技術分野と同様の技術分野に属する切換弁を開示している。然しながら、同文献に記載されているこの種の切換弁の実施形態の目的は、特に、高い圧力や、弁を通過する攻撃性のある物質による使用部品の損傷を防ぐことにある。

特許文献４にも、弁が閉じる時に弁座の上に当接するバルブプレートを有する切換弁が開示されている。これら双方の部品の間には、弁が閉じた時の弁の密閉性を確実にするために、シールリングが配置されている。

特許文献５には、弁が開成状態に維持された時にバックフローに起因する損失が生じない吸引弁が開示されている。

特許文献６には、用いられている部品が、特別にシールされたケースによって、熱，汚れ，圧力，攻撃性のある物質等から防護されるようになっている切換弁が開示されている。

特許文献７には、特に、攻撃性や腐食性のある媒体が存在する場合に、例えばポリテトラフルオロエチレンのような極めて耐腐食性の高い材料で被覆されたバルブプレートによって弁が閉成される時に弁座に対するバルブプレートの良好な封止が達成される安全弁が開示されている。

特許文献８及び特許文献９には、本発明の技術分野と同様な技術分野に属する切換弁が開示されている。特許文献９に記載の切換弁においては、その弁が特に高圧用の弁として設計され、反応圧力を調整するために使用される重りを容易に調整且つ変更することができるようになっている。その目的のために、複数の重りが取り付けられたシーリング要素自体にシャフトが配置されている。それらの重りは、簡単に取外し又は取り換えることができるようになっている。

特許文献１０に記載の技術は、特に、発生する圧力が高い場合の切換弁の機能性と信頼性とを向上させることに関するものである。その目的のために、弁ハウジングの壁がポリテトラフルオロエチレン製の内張りで肉厚に形成されている。加えて、実質的に球形に形成されている。

ＵＳ２，８１３，５３９ ＦＲ２５５２８４６Ａ１ ＤＥ１０３３４７４ ＣＮ２０１４８７３６９ ＷＯ２００７／１０１９０１Ａ１ ＤＥ３７３８０７１ ＤＥ１６００８９４ ＢＥ１００５４３０ ＥＰ１２１１４４７Ａ２ ＤＥ２９５０４１４

従って、本発明の課題は、要請される三つの全ての基準をより効果的に満たすことができるリリーフバルブを提案することにある。

本発明によれば、バルブプレートを備えたリリーフバルブであって、バルブプレートのリムが第一の部位から伸びた第二の部位を有し、その第二の部位が長軸に対する径方向に伸びた領域を含んでいるリリーフバルブによって、当前の課題が解決される。このことは、リムの第二の部位の径方向の領域が、長軸に対する軸線方向へ伸びている割合よりも高い割合で伸びていることを意味している。径方向へ伸びた領域とバルブプレート面との間の角度が、最大で３０°、好ましくは最大で２５°、特に好ましくは最大で２０°である場合に、好適であることが立証された。この角度は、例えば、０°よりも大きく、好ましくは５°よりも大きく、特に好ましくは１０°よりも大きい。

リムの第一の部位とそれに接続された第二の部位という特別な構成により、複数の利点が実現される。先ず、リムの第一の部位を比較的小さく構成することができ、例えば、弁座の直径の１０％未満、好ましくは８％未満、特に好ましくは６％未満に構成することができる。これにより、小さいストロークで弁座から流出する媒体が、バルブプレート面に接続されたリムの第一の部位によってバルブプレート面に当てられて方向転換させられ、そのようにして引き続きバルブプレートに対して上方に向かって力が及ぼされるが、それと同時に、十分に大きい体積流れが排出されることを担保する。リムの第二の部位の構成により、小さいストロークで方向転換させられて流出する媒体が、リムの第二の部位に衝突しないことが保証される。それにより、小さいストローク中に流出する媒体の流れが衝突する面積が広くならないので、そこではまだ流動力のピークが生じない。このように、弁から流出する媒体によりバルブプレートに及ぼされる力は、例えば、バルブプレートの重量の力及び場合により例えばばね力のような追加の力であってよい閉成力よりも依然として高く、それによりバルブプレートは引き続き上方に向かって押し上げられるものの、この力は、従来技術に基づくリム形態の場合ほどは大きくないので、容器内で比較的わずかな圧力低下が起こるとバルブプレートが再び閉じる。それによって、小さいブローダウンが担保される。

バルブプレートのストローク高さが増えていくと、長軸に対して径方向に延びるリムの第二の部位に対して、弁座から外に出ていく媒体の流れが直接当たるようになる。それにより流れが当たる面積が広くなり、その結果、弁から流出する媒体によってバルブプレートに及ぼされる力が増大する。従って、このストローク領域では、バルブプレートに及ぼされる力が弁の閉成力よりも高いことが担保されるので、バルブプレートは引き続き弁座から離れるように押圧される。それにより、バルブプレートに作用する流れによって発揮される全体の力が減少するという上述した効果が、大きいストロークの時に低減される。

従って、本発明によるリム構成では、弁から流出する媒体の流動力は、小さいストロークの時にはバルブプレート面そのものにだけ作用する。このストローク範囲においては、リムの第二の部位は径方向の領域があることによって影響を及ぼさない。特に、流れる媒体によって、その他の力がバルブプレートに及ぼされることがない。ストロークが大きくなった時に初めて、流れる媒体がリブの第二の部位にも直接衝突し、それにより、追加の流動力成分がリムに伝達され、及びそれに伴ってバルブプレートに伝達される。これにより、バルブプレートに作用する全体の力がストローク範囲全体にわたってわずかしか変動せず、理想的な場合には全く変動しないことが担保される。そのようにして、この全体の力は全ストローク領域を通じて反応圧力を上回る比較的狭い範囲内に維持され、その結果、フルストロークへの迅速な到達及びそれに伴った迅速な全流動効率が実現され、更には、低いブローダウンも担保される。リムの第二の部位に衝突する媒体によって、フルストロークの、即ち、弁座からのバルブプレートの最大の偏向の、１５％で、好ましくは２０％で、特に好ましくは２５％又は３０％で、初めて力がバルブプレートに及ぼされると、有益であることが立証された。

リムの第二の部位は、長軸に対する軸線方向でリムの第二の部位の径方向領域から突出してリムの第一の部位から離れる方向に向いているリム縁部を有しているのが好ましい。このような構成により、弁座から流出する媒体が第二の部位に直接的に衝突する比較的大きいストロークの時に、それによってリムに伝達される力が、バルブプレートを引き続き弁座から離れるように動かすのに十分であることを担保することができる。バルブプレート面が水平方向に配置され、弁座がこのバルブプレート面よりも下方に配置される場合に、リムの第二の部位のリム縁部は例えば下方に向かって曲がっている。それにより、リムの第二の部位に衝突する流出媒体は更に方向転換させられ、その結果、一方では媒体の流動方向がいっそう劇的に変えられ、他方ではリムの第二の部位に対していっそう大きい力が及ぼされ、それに伴ってバルブプレート全体に対していっそう大きい力が及ぼされる。

リムの第一の部位は、例えば、長軸に対して少なくとも０°、好ましくは少なくとも５°、特に好ましくは少なくとも１０°、最大で２５°、好ましくは最大で２０°、特に好ましくは最大で１５°の角度で延びている。リムの第一の部位が長軸に対して若干傾いていることにより、媒体が弁から流出する方向を調節することができる。更に、それによって、流出媒体によりバルブプレートに及ぼされる力も調節することができる。従って、このようにして媒体の流出方向とバルブプレートに及ぼされる力の双方を個別に調整することが可能である。

リムの第一の部位は少なくとも一つの破断部を有しているのが好ましい。このことは、ストロークが最小のときでさえ十分に多くの体積流れを排出させることができることを担保する。更に、弁から流出する媒体は十分に方向転換させられ、それによりバルブプレートに対して十分に大きい力が及ぼされる。

リムの第二の部位は、長軸に対する径方向の断面で帽子の縁状に構成されている。ストロークが小さいとき、このように構成されたリムの第二の部位は、弁から流出してバルブプレートで方向転換させられる媒体に対して影響を与えず、もしくはごくわずかな影響しか与えない。ストロークが大きくなって初めて、媒体は、このように構成されたリムの第二の部位の両方の側で環流される。それは、流出媒体の一部が第二の部位の下面に直接当たり、流出媒体のその他は、リムの第一の部位にある少なくとも一つの破断部を通って、第二の部位の上面に沿って流れるからである。リムのこのような第二の部位の帽子の縁状の構成により、第二の部位の上方で負圧が生じるので、そこで揚力が生成される。従って、このような構成は、ストロークが比較的大きくなったときに初めて、リム及びバルブプレートに対して追加の力成分を提供し、他方、ストロークが小さいときにはリムの第二の部位は、概して、影響を及ぼさない。

バルブプレート面は、円形に形成されているのが好ましい。

リリーフバルブは、バルブプレートが、これに作用する重量の力によってのみ閉成位置に維持されるとともに、バルブプレート面に作用する圧力によってのみ閉成位置から外れるように変位するよう構成されているのが好ましい。

また、バルブプレートのリムは、さらに別の径方向及び／又は軸線方向の区域を追加的に備えていてもよい。それにより、バルブプレートに作用する力のいっそうの微調整が可能となる。当然のことながら、斜めの区域や、断面で見て円弧状に形成された区域なども想定することができる。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について以下に詳細に説明する。

図１は、本発明の第一の実施形態によるリリーフバルブのバルブプレートを示した断面図である。 図２は、本発明の第二の実施形態によるリリーフバルブのバルブプレートを示した断面図である。 図３は、図２に示したバルブプレートの立体図である。 図４ａは、或る間隔を持って開いた状態にある、本発明の一実施形態による切換弁を示した図である。 図４ｂは、図４ａに示した間隔と異なった間隔を持って開いた状態にある切換弁を示した図である。 図４ｃは、図４ａ及び図４ｂに示した間隔と異なった間隔を持って開いた状態にある切換弁を示した図である。 図４ｄは、図４ａ〜図４ｃに示した間隔と異なった間隔を持って開いた状態にある切換弁を示した図である。 図５ａは、或る間隔を持って開いた状態にある、本発明の別の実施形態に係る切換弁を示した図である。 図５ｂは、図５ａに示した間隔と異なった間隔を持って開いた状態にある切換弁を示した図である。 図５ｃは、図５ａ及び図５ｂに示した間隔と異なった間隔を持って開いた状態にある切換弁を示した図である。 図５ｄは、図５ａ〜図５ｃに示した間隔と異なった間隔を持って開いた状態にある切換弁を示した図である。

図１は、バルブプレート１の断面図である。バルブプレート１はバルブプレート面２を有しており、弁が閉成された時に、そのバルブプレート面２によって、バルブプレート１が図１に図示されていない弁座の上に載る。図１には、バルブプレート面２に対して垂直に位置する、破線で示した長軸Ｌが示されている。バルブプレート面２は周面縁部４を有し、軸線方向へバルブプレート面２から突き出すリムの第一の部位６が周面縁部４に配置されている。リムの第二の部位８は、リムの第一の部位６に接して、リムの第一の部位６から離れる方向に向いた周回りリム縁部１０を有している。

図１に示した構成においては、バルブプレート１は、バルブプレートの下に位置して上方に向かって開いた弁座の上に位置している。このために、バルブプレートは、制御される付加的な力によって開閉成されるのではなく、図１に示した実施形態では重量で付勢されるにすぎない。弁座は、図１に示されていないタンクのような容器の開口部を含んでいる。容器の中にある媒体が、図１に示した向きで、下方からバルブプレート面２を押圧する。バルブプレート面を押圧するその圧力が事前設定された反応圧力を超えると、バルブプレート１が持ち上げられる。長軸Ｌに対して軸線方向に配置されたリムの第一の部位６は比較的短く構成されているので、弁から流出する媒体は、バルブプレート１とリムの第一の部位６とに衝突して方向転換させられて、下方に向かってバルブプレート１から離れていく。この時、図１において第二の部位８の水平に配置された径方向領域が、第二の部位８もこれに接して位置するリム縁部１０も弁から流出する媒体に影響を及ぼさないことを担保する。大きなストロークの時にのみ、流出する媒体がリムの第二の部位８にも衝突して、それによりバルブプレート１に対して付加的な力が作用する。媒体は、下方に向かって湾曲するリム縁部１０によって方向転換されて、それにより、バルブプレート１に及ぼされる力を、直線状のリム縁部の場合と比較して増大させる。

バルブプレートのこのような構成は、ストローク経路全体に亘ってバルブプレート１に作用する力が、バルブプレート１の閉成力よりも大きいが、それを僅かに上回るに過ぎないことを担保する。このようにして、最大ストロークの迅速な達成、及び、その結果として迅速に発揮される最大の流動効率に加えて、低いブローダウンも実現される。

図２は、本発明の第二の実施形態に係るバルブプレート１を示している。このバルブプレートも、長軸Ｌが破線で示されているバルブプレート面２を有している。リムの第一の部位６は、図２に示した例においては破断部１２を有しており、この破断部１２を通って、弁座から流出する媒体がバルブプレートから離れていくことができる。この趣旨で、小さいストロークの場合に、媒体は、リムの第二の部位８の上面１４の上方を流れるに過ぎない。従って、小さいストロークの場合には、リムの第二の部位８は、弁から流出する媒体に全く影響を及ぼすことがなく、もしくは、ごくわずかな影響しか及ぼさない。

大きいストロークの場合には、リムの第二の部位８にも媒体が直接当たるので、媒体は、リムの第二の部位８の上面１４だけでなく下面にも沿って流れる。

第二の部位８は帽子の縁状の断面を有しているので、第二の部位８の上面１４と下面に流れが実質的に水平方向に当たることで、第二の部位８の上面１４の上方に負圧が発生する。その結果、バルブプレート１をいっそう上方へと動かす揚力が生成される。

図３は、図２に示したバルブプレート１を立体的に示した図である。リムの第一の部位６の破断部１２を明確に認識することができ、この破断部１２を通って、弁から流出する媒体はリムの第二の部位８の上面１４上を流れる。従って、図２及び図３に図示されたバルブプレートは、バルブプレートのストロークに応じて異なる力成分がバルブプレート１に作用することを担保し、それによって、全体の力を、反応圧力を上回る比較的狭い範囲内に常に維持させることができる。

図４ａ〜図４ｄは、本発明の一実施形態に係る切換弁が様々な間隔を持って開いた状態を示した図である。この弁は、第一の接続開口部１６と第二の接続開口部１８とを有している。図示された切換弁がリリーフバルブとして利用される場合には、容器内で事前設定された圧力は超過されてはならない。この場合には、容器は第一の接続開口部１６と接続されている。この容器内で圧力が事前設定された反応圧力を超えて上昇すると、バルブプレート１は持ち上げられて弁が開く。すると、媒体は、容器から出て、第一の接続開口部１６を通って弁に入り、第二の接続開口部１８を通って弁から出ることができる。

然しながら、切換弁がバキューム・リリーフバルブとして利用される場合には、容器内の圧力は事前設定された圧力を下回ってはならない。この場合には、容器は第二の接続開口部１８に接続される。容器内の圧力が事前設定された反応圧力を下回ると、バルブプレート１の上方で発生する負圧により、バルブプレート１が上方に向かって吸引されて、弁が開成される。この場合には、媒体は、第一の接続開口部１６を通って弁に入り、第二の接続開口部１８を通って弁から出て容器内に入ることができ、そうして、圧力の均圧化が実施される。

図４ａ〜図４ｄに図示された切換弁は、弁が閉成された時にバルブプレート１がバルブプレート面２で当接する弁座２０を有している。この状態が図４ａに示されている。バルブプレート１はそのバルブプレート面２により切換弁の弁座２０に当接し、それにより、物質が切換弁の第一の接続開口部１６から第二の接続開口部１８へ流れるのを阻止する。

図４ｂは、図４ａに示した切換弁が若干開成された状態を示している。バルブプレート１がバルブプレート面２を介して切換弁の弁座２０に当接しなくなっている様子が明らかに分かる。即ち、切換弁の弁座２０を通って、第一の接続開口部１６から第二の接続開口部１８へ物質が流れることができる。この時、媒体は、第一の接続開口部１６を通って流れて、バルブプレート１のバルブプレート面２に衝突し、それによってバルブプレートが長軸Ｌに沿って動かされる。この目的のために、バルブプレート１の上面には、切換弁のハウジングの上側部２６に形成された貫通穴２４によってスライド可能に支承された案内部２２が配置されている。弁座２０を介して第一の接続開口部１６からバルブプレート１のバルブプレート面２に向かって流れる媒体は、リムの第一の部位６で下方に向かって方向転換させられてから、第二の接続開口部１８を通って切換弁から出ていく。媒体の流れの方向は、図４ｂ中で矢印２８によって示されている。このようにして切換弁が開成された時にリムの第二の部位８及び湾曲したリム縁部１０が、矢印２８に沿って流れる媒体に影響を及ぼさないことが分かる。

図４ｃは、図４ａ及び図４ｂに示した切換弁の別の開成状態を示している。バルブプレート１は、それのバルブプレート面２において、図４ｂに示した状態と比較して切換弁の弁座２０から更に離れている。切換弁の第一の接続開口部１６から弁座２０を通って第二の接続開口部１８へ流れる媒体の流れの方向は、同様に矢印２８で示されている。媒体の一部が、下方からバルブプレート面２に向かって流れて、リムの第一の部位６で下方に向かって方向転換させられることが分かる。然し、媒体の別の部分は、リムの第二の部位８に衝突して、下方に向かって湾曲したリム縁部１０によって同じく下方へ誘導されてから、第二の接続開口部１８を通って切換弁から出ることができる。従って、弁開成のこの段階では、リムの第二の部位８に沿って流れる媒体によってもバルブプレート１に力が伝達されて、この力によってバルブプレートが更に上方に向かって押圧される。切換弁の開成がこの状態になったときに初めて、リムの第二の部位８がリム縁部１０により媒体の流動方向に影響を及ぼし、それにより、できる限り迅速に切換弁を開成させるために必要な、即ち、バルブプレート１をフルストロークさせるために必要な、上方に向かう追加の力成分がバルブプレート１に対して惹起される。

図４ｄは、バルブプレート１が最大限に持ち上げられた状態、即ち、フルストロークになった状態を示している。第一の接続開口部１６から第二の接続開口部１８へと弁座２０を通って流れる媒体は、下方から依然としてバルブプレート面２に衝突し、それにより、バルブプレート１を引き続き上方に向かって押圧する。このことは、切換弁がバキューム・リリースバルブとして利用される場合には、第二の接続開口部１８に配置された容器内の圧力が事前設定された反応圧力を再び上回るまで行われ、また、切換弁がリリースバルブとして利用される場合には、第一の接続開口部１６に配置された容器内の圧力が事前設定された反応圧力を再び下回るまで行われる。従って、弁を切り替えるのに重要なことは、第一の接続開口部１６における圧力と第二の接続開口部１８における圧力との間の圧力差である。この圧力差が特定の値を下回ったときに初めて、弁を流れる媒体によってバルブプレート１に及ぼされる力は、バルブプレート１を持ち上げられた導通位置に維持させるのに十分ではなくなり、それによってバルブプレート１はこの場合には再び下方に向かって動き、弁が閉成される。

図５ａ〜図５ｄは、図４ａ〜図４ｄに図示した切換弁の状態を示しているが、図５ａ〜図５ｄに図示した切換弁は異なるバルブプレート１を有している。

図５ａ〜図５ｄに図示した切換弁の実施形態は、一例として図２に示すようなバルブプレート１を備えている。図５ａは、切換弁が閉成された状態を示している。バルブプレート１はそれのバルブプレート面２で切換弁の弁座２０に当接し、それ故、弁は閉成されている。

図５ｂは、第一の接続開口部１６における圧力と第二の接続開口部１８における圧力との間の圧力差によって、バルブプレート１が既に若干持ち上げられた状態を示している。バルブプレート１は、そのバルブプレート面２で弁座２２に当接しなくなっている。図５ａ〜図５ｄの例においても、バルブプレート１は長軸Ｌに沿ってスライドすることができる。そのために、この場合においても、弁のハウジングの上側部２６の貫通穴２４にスライド可能に支承された案内部２２が設けられている。

図５ａ〜図５ｄに図示された切換弁では、バルブプレート１は、破断部１２を備えた、リムの第一の部位６を有している。図５ｂは、媒体が破断部１２を通過して流れることによって、第一の接続開口部１６から第二の接続開口部１８へ流れることができる程度だけ、ちょうどバルブプレート１が持ち上げられた状態を示している。媒体の流れの方向は、図５ｂにおいても矢印２８で示されている。図５ｂに示された状態においては、弁を流れる媒体は、下方からバルブプレート１のバルブプレート面２に衝突して方向転換させられ、それにより、図５ｂで見て水平方向へ、リムの第一の部位６の破断部１２を通って流れることができる。媒体がバルブプレート面２に沿って方向転換させられることにより、バルブプレートを更に上方に向かって押圧する力がバルブプレート１に及ぼされる。

この状態は、図５ｃに示されている。図５ｂに示した状態と比較して、バルブプレート１は弁座２０から遠く離れている。弁を通って第一の接続開口部１６から第二の接続開口部１８へと流れる媒体は、少なくとも部分的に、引き続き下方からバルブプレート面２に衝突する。ここで媒体は方向転換させられ、リムの第一の部位６の破断部１２を通ってほぼ水平方向にバルブプレート１から出ていく。媒体の別の部分は、本来のバルブプレート面２に衝突するのではなく、リムの第二の部位８に下方から衝突し、これに沿って、及び、下方に向かって湾曲するリム縁部１０に沿って方向転換させられる。媒体の流動方向は、図５ｃでも矢印２８で示されている。

図５ｃから明らかに認識することができるように、リムの第二の部位８には、二つの側へ、即ち、リムの第二の部位８の上方と下方へ、リム縁部１０によって媒体が還流させられる。本発明の好ましい一実施形態においては、図５ａ〜図５ｄに断面で示されたリムの第二の部位８は、好ましくは帽子の縁状に形成されている。このような構成においては、弁を通って流れる媒体が二つの側でリムの第二の部位８の回りを流れるという事実によって、バルブプレート１を更に上方に向かって移動させる揚力を生じさせる。

図５ｄは、バルブプレート１がフルストローク位置にある、図５ａ〜図５ｃに図示した弁を示している。従って、バルブプレート１は上方に向かって最大限にスライドし、弁は最大限に開いている。この状態で、第一の接続開口部１６から第二の接続開口部１８へ流れる媒体の一部が下方からバルブプレート面２に衝突し、方向転換させられる。それにより、上方に向かってバルブプレート１を押圧をする力がバルブプレート１に引き続き及ぼされる。弁を通過する媒体が、リム縁部１０で、リムの第二の部位８の上方と下方に加えて、リムの第二の部位８の周囲にも流れて、引き続き揚力を生じさせ、この揚力によってバルブプレート１は引き続き最大の導通位置に維持される。第一の接続開口部１６における圧力と第二の接続開口部１８における圧力との間の圧力差が、事前設定された反応圧力を下回った時に初めて、弁を流れる媒体によってバルブプレート１に及ぼされる力は、バルブプレート１を導通位置に維持させるのに十分な大きさではなくなる。すると、バルブプレート１は案内部２２及び長軸Ｌに沿って下方に向かって移動し、弁が再び閉成される。

Ｌ：長軸
１：バルブプレート
２：バルブプレート面
４：周面縁部
６：リムの第一の部位
８：リムの第二の部位
１０：リム縁部
１２：破断部
１４：上面
１６：第一の接続開口部
１８：第二の接続開口部
２０：弁座
２２：案内部
２４：貫通穴
２６：上側部分
２８：矢印

Claims (7)

1. 弁座とバルブプレート（１）とを備えた切換弁であって、前記バルブプレート（１）が、前記弁座に当接して前記切換弁が閉成される閉成位置から前記切換弁が開成される導通位置に移動可能となっている切換弁において、
   前記バルブプレート（１）がバルブプレート面（２）を有し、前記バルブプレート面（２）が、周面縁部（４）と、前記バルブプレート面（２）に対して垂直で且つ前記バルブプレート面（２）の重心を通って伸びて、長軸（Ｌ）を定める垂線とを備え、
   前記周面縁部（４）にはリムが配置され、前記リムが、前記長軸（Ｌ）に対する軸線方向へ前記バルブプレート面（２）から突出した第一の部位（６）と、前記第一の部位（６）から伸びて、前記長軸（Ｌ）に対する径方向へ伸びた領域を含む第二の部位（８）を有している切換弁。
2. 前記リムの前記第二の部位（８）が前記第一の部位（６）から離れる方向に向いたリム縁部（１０）を有し、該リム縁部（１０）が前記長軸（Ｌ）に対する前記軸線方向で前記リムの前記第二の部位（８）の前記径方向に伸びた領域から突出していることを特徴とする、請求項１に記載の切換弁。
3. 前記リムの前記第一の部位（６）が、前記長軸（Ｌ）に対して、少なくとも０°、又は、少なくとも５°、又は、少なくとも１０°、又は、少なくとも最大２５°、又は、最大２０°、又は、最大１５°の角度を持って前記長軸（Ｌ）に向かって伸びていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の切換弁。
4. 前記リムの前記第一の部位（６）が、少なくとも一つの破断部（１２）を有していることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の切換弁。
5. 前記リムの前記第二の部位（８）が、前記長軸（Ｌ）に対する径方向の断面で見て帽子の縁状の断面を有していることを特徴とする、請求項４に記載の切換弁。
6. 前記バルブプレート面（２）が円形に形成されていることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の切換弁。
7. 前記バルブプレート（１）が、これに作用する重量の力によってのみ前記閉成位置に維持されると共に、前記バルブプレート面（２）に作用する圧力によってのみ前記閉成位置から離れて変位するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の切換弁。

Images