JP2015532401A - 残圧弁装置、並びに、残圧弁装置を有する弁及びシリンダ - Google Patents

Abstract

本発明は、本体（９）において台座（２）に対して移動可能である遮断部材（１）と、デフォルト設定により、遮断部材（１）を台座（２）に向かわせる戻し部材（５）とを備える残圧弁装置に関し、遮断部材（１）は、ガス流入口（３）と連通する第１の端部と、校正オリフィス（８）を介して、制御室（７）内に至る第２の端部とを有する内部ダクト（６）を備え、制御室（７）は、遮断部材（１）によって閉じられ、それにより、制御室（７）内のガス圧力が所定の閾値に達したときに、当該圧力は、遮断部材（１）を台座（２）から離れるように移動させ、遮断部材（１）の本体は、第１の部分（１１）を備え、第１の部分（１１）は、流入口（３）と流出口（４）との間のガス用通路の部分的かつ漸進的な開状態を確保するような制限を加える所定の嵌合状態で本体（９）の雌型通路において並進移動可能な雄型要素を構成する。

Description

本発明は、残圧弁装置に関し、さらに、当該装置を備える弁及びガスシリンダに関する。

残圧弁装置は、加圧ガスシリンダが完全に排出されることを避けるために設けられる。当該装置は、一般的に、圧力調整部の上流側（ガス取り出しという意味で上流側）に配置される。
しかしながら、そのような装置は、ガス用抜取回路において負荷損失を生む。既知の装置は、残圧弁の設定圧力に等しい負荷損失を生じる。結果として、下流側の圧力調整部の特徴（流量／圧力）を考慮して、残圧弁の設定圧力を最大とした抜取流量のみが供給可能であるが、当該流量は、弁の設定圧力に近づくにつれて急速に低下する。例えば２０バールに予め設定された残圧弁装置については、下流側の調整部の抜取量及び流出口圧力は、３５バールから４０バールに低下する。
さらに、そのような装置の上流側の遮断弁が開いたときに、高圧ガス流れの流入が、「水撃音」と呼ばれる現象、即ち、ガスの圧力及び速度の急激な変動による過圧力を起こし得る。

本発明の１つの目的は、前述の先行技術における課題の全て又は一部を改善することである。

この目的に対し、残圧弁装置は、本体と、流体流入口と流体流出口との間のガスの流れを選択的に許容又は遮断するために、本体において台座に対して整然と選択的に移動可能である遮断部材と、デフォルト設定により、遮断部材を台座に向かって流れを遮断する位置に向かって付勢する戻し部材とを備え、遮断部材は、ガス流入口と連通する第１の端部と、校正開口部を介してパイロット室内に開口する第２の端部とを有する内部ダクトを備え、パイロット室は、遮断部材の下流側端部によって再度密に閉じられ、それにより、パイロット室内のガス圧力が特定の閾値に達したときに、当該ガス圧力は、遮断部材が台座から離れるように移動することにより流体流入口と流体流出口との間のガス流れを許容するために、戻し部材の力に抗って遮断部材の変位力を生じ、遮断部材の本体は、台座と遮断部材の下流側端部との間において、第１の部分を備え、第１の部分は、流入口と流出口との間のガス用通路の部分的かつ漸進的な開状態を確保するような制限を加える特定の嵌合状態で本体の雌型通路において並進移動可能な雄型要素を構成する。
さらに、本発明の実施形態は、以下の特徴の１つ又は複数を備えていてもよい：
− 流入口と流出口との間においてガス用開口を規定する拡大通路を形成するために、第１の部分と遮断部材の下流側端部との間において、遮断部材の本体は、第１の部分の横断面よりも縮小された横断面を有する第２の部分を備える。
− 台座によって範囲が定められる開口の寸法は、遮断部材の第１の部分の横断面の寸法に対して、３０％を超えて異なる。
− 台座によって範囲が定められる開口は、円形であり、３ミリ以上６ミリ以下の直径を有し、円筒状の遮断部材の第１の部分の直径に対して、１ｍｍを超えて異なる。
− 第１の部分は、特定の直径を有する円筒状であり、本体の雌型通路は、円筒状の穴であり、その直径は、例えば、隙間嵌めのＩＳＯ標準に準拠したＨ８ｆ７型の標準的又は精密な隙間を遮断部材と本体の雌型通路との間に形成するように定義されている。
− 遮断部材は、上流／下流方向に沿って本体において並進移動可能であり、第１の部分は、２ミリ以上８ミリ以下、好ましくは３ミリ以上４ミリ以下の上流／下流方向に沿った長さを有する。
− 校正開口部は、パイロット室における昇圧速度を制御するために、０．０１ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下、好ましくは０．１０ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下の直径を有し、当該昇圧速度は、さらに、流入口（３）におけるガス圧力と当該パイロット室の容積の関数である。
− 台座によって範囲が定められる開口は、円形であり、４．３ｍｍの直径を有し、第１の部分は、円筒状であり、４．３ｍｍの直径を有し、本体の雌型通路は、３ｍｍ以上４ｍｍ以下の長さ、及び、第１の部分に対してＨ８ｆ７型の隙間嵌めを形成するように定義されている直径を有する円筒状の穴であり、校正開口部は、０．０８ｍｍ以上０．１２ｍｍ以下の直径を有し、戻し部材は、遮断部材に対して２０ニュートン以上１００ニュートン以下の力を及ぼすバネである。

また、本発明は、以上又は以下の特徴のいずれの組合せを備える任意の代替装置又は方法に関する。
さらに、本発明は、加圧ガスシリンダの貯蔵域に対する接続用の上流側端部と、シリンダから取り出されたガスを消費する装置に対する接続用の下流側端部とを有し、上流側端部と下流側端部との間の上流側において直列に配置される遮断弁と残圧弁装置とを備える抜取回路を備える、加圧ガスシリンダの弁に関し、ここにおいて、残圧弁装置は、以上又は以下の特徴のいずれか１つを満たす。
また、本発明は、そのような弁を備える加圧ガスシリンダに関する。
その他の特徴及び効果は、図を参照した以下の説明を読むことで明らかとなるだろう。

発明が実施可能である弁を有する加圧ガスシリンダの一例を示す概略部分側面図。 第１の閉状態における残圧弁装置の一例の構造を示す概略部分断面図。 部分的開状態における図２の残圧弁装置を示す図。 図３と異なる部分的開状態における図２の残圧弁装置を示す図。 完全開状態における図２の装置を示す図。

図示の残圧弁装置１００は、可動遮断部材１を収容する本体９を備える。より正確には、遮断部材１は、流体流入口３と流体流出口４との間のガス通路を開閉するために、整然と選択的に台座２に対して並進移動可能である。
流入口３は、例えば、加圧ガスシリンダ１３（図１参照）の弁１５の抜取回路１２における上流側に置かれる遮断弁１４を介して、流出口に接続されている。流体流出口４は、例えば、抜取回路１２において下流側に置かれ、特定の値で確実にガス圧力を低下させるために構成されている圧力調整部１６に接続されている。例えば、抜取回路１２は、この目的に対し、シリンダ１３の貯蔵域に接続される上流側端部１１２と、シリンダ１３から取り出されたガスを消費する装置に対する選択的な接続用の下流側端部２１２とを備える。
装置１００は、デフォルト設定により、遮断部材１を台座２に（上流方向から下流方向に）向かって付勢する戻し部材５を備える。

さらに、遮断部材１は、ガス流入口３と連通する第１の端部と、校正開口部８を介して、本体９内に形成されるパイロット室７内に開口する第２の端部とを有する内部ダクト６を備える。パイロット室７は、一端において、遮断部材１の下流側端部によって（例えば、特にＯリング封止部などの封止部１７によって）再度密に閉じられる。このような方法で、パイロット室７の容積は、遮断部材１の台座２に対する位置によって変化する。内部ダクト６は、流入口３を介して（例えば、上流側の弁１４が開いたときに）到達する高圧ガスを、パイロット室７内に送ることが可能である。パイロット室７内のガス圧力が、特定の閾値に達したときに、当該圧力が、下流方向から上流方向に向かって遮断部材１に対して十分な変位力を生じ、それにより、遮断部材１が台座２から離れるように移動する。したがって、これは、流体流入口３と流体流出口４との間のガス流れを許容する。
内部ダクト及びパイロット室７のこのような構造が、弁を開けるために上流側において十分なガス圧力を要する機構（即ち、残圧弁機構）を構成する。

さらに、遮断部材１の本体は、台座２と選択的に協働する本体の一部と遮断部材１の下流側端部との間において、第１の部分１１を備え、第１の部分１１は、流入口３と流出口４との間のガス用開口の部分的かつ漸進的な開状態を確保するような制限を加える特定の余裕嵌合状態（図３及び図４参照）で本体９の雌型通路において並進移動可能な雄型要素を構成する。
例えば、第１の部分１１は、円筒状であり、特定の直径Ｄ４を有する。その一方、第１の部分１１を受ける本体９の雌型通路は、直径Ｄ５の円筒状の穴であり、直径Ｄ５は、例えば、隙間嵌めのＩＳＯ標準に準拠したＨ８ｆ７型の標準的な、細い又は精密な隙間を形成するように定義されている。
したがって、上流側の弁１４が開いたときに、圧力が流入口３に到達し、パイロット室７内に入る。当該圧力は、パイロット室７において徐々に上昇する。当該昇圧速度は、特に、上流側の流入口３における圧力、パイロット室７の容積、及び、校正開口部８の横断面又は直径Ｄ６に依存する。

パイロット室７内の圧力が特定の開圧力閾値に達したときに、遮断部材１は、台座２から離れるように移動し、遮断部材の第１の部分１１と本体９との間のガス通路を開く。好適な方法では、台座２によって範囲が定められる開口部の直径Ｄ２は、本体９の雌型通路の横断面（直径Ｄ５）に等しいか、又はそれに非常に近い。
遮断部材の第１の部分１１と本体９との間の少量の遊びは、確実かつ漸進的に、ガスを通過させ、通路を開く（図３及び図４において矢印で示すガス路を参照）。
もし遮断部材１が大きな慣性を有し、隙間嵌めにおける絞りが遮断部材１に沿った長い経路（例えば、第１の部分の長さが、２ｍｍ以上６ｍｍ以下）で実現される場合には、遮断部材１の下流側における昇圧がさらに漸進的になる。

遮断部材１は、その第２の部分１２が本体９内の通路に到達するまで、バネ５に抗って経路を進む。当該第２の部分１２は、第１の部分よりもさらに縮小された横断面を有し、より広いガスの通路を確保可能とする（図５参照）。本体９と第２の部分１２との間の通路部分（弁が開いている状態に対応）は、ガスの通過によって起こる負荷損失が軽微となるように選択されており、通常、当該部分は、回路１２において上流側に置かれる弁１４の通路部分に少なくとも相当する。
このような構造は、従来技術に対して効果を有する。実際に、本装置は、従来の残圧弁（ＲＰＶ：Residual Pressure Valves）の場合のような寄生負荷損失を生じることなく、流量及び出力圧力が残圧弁装置の設定閾値まで保たれることを可能にする。
実際、本装置は、その設定圧力を超えたシリンダからのガスの取り出しを制限していない。

また、本装置は、劣化を引き起こし得るか又は特定の封止手段（例えば、プラストマーを介して）の利用をどうしても必要とさせ得る、機構への加圧ガスの閉じ込めをしない構造を有する。実際に、本装置の構造は、先行技術の従来の場合のような残圧弁の下流側における高圧ガスの捕捉を防ぐ。実際、加圧ガスが弁内に捕捉されているときには、これは特に台座における封止手段に大きな応力を発生する。これは、封止手段の破壊を生じ得る。
遮断部材１と台座２との間の封止手段において発生する低圧力の結果、本装置の配置は、エラストマー（通常、Ｏリング封止部１７、２７）を使用可能にし、これにより、プラスチック製材料（例えば、ＰＥＥＫ（登録商標）、ＴＯＲＬＯＮ（登録商標）、又はＴＥＦＬＯＮ（登録商標）など）を有する封止手段と比べて、より良好な封止レベルが得られる。

本装置は、残圧を保つ機能と、「水撃音」などの衝撃を抑制又は防止する漸進的な開口用の装置とを融合している。
実際に、本装置によって、上流側の遮断弁１４の急速な開口による急激な昇圧が吸収され得る。
限定されない実施形態において、遮断部材１の上流側端部は、例えば４．３ｍｍなどの４ｍｍ以上５ｍｍ以下の直径Ｄ１を有している。台座の直径Ｄ２は、例えば、遮断部材１の下端部の直径Ｄ３のように、４．３ｍｍに等しい。遮断部材１の第１の部分１１の直径Ｄ４は、例えば、４．３ｍｍに等しい。遮断部材１用の通路を形成する穴の直径Ｄ５それ自体は、所望の隙間嵌め（例えば、Ｈ８、ｆ７）に従って、第１の部分１１の直径と関連して定義されている。校正開口部の直径Ｄ６は、例えば、０．１ｍｍに等しく、戻しバネ５の力は、例えば、３０ニュートンである。

前述の限定されない実施例について、流入口３におけるガス圧力が８００バールに等しい場合に、パイロット室７内の圧力が約９０バールに達したときに、通路の開口が得られる。２５バールの流入口における圧力については、パイロット室７内の圧力が約２２バールに達したときに、弁が開く。遮断部材１は、取り出し工程の終わりに台座２を押圧することによって、約２１バールの流入口の圧力で再度通路を閉じる。

Claims (10)

1. 本体（９）と、
   流体流入口（３）と流体流出口（４）との間のガスの流れを選択的に許容又は遮断するために、前記本体（９）において台座（２）に対して整然と選択的に移動可能である遮断部材（１）と、
   デフォルト設定により、前記遮断部材（１）を前記台座（２）に向かって前記流れを遮断する位置に向かって付勢する戻し部材（５）とを備える残圧弁装置において、
   前記遮断部材（１）は、前記流体流入口（３）と連通する第１の端部と、校正開口部（８）を介してパイロット室（７）内に開口する第２の端部とを有する内部ダクト（６）を備え、
   前記パイロット室（７）は、前記遮断部材（１）の下流側端部によって再度密に閉じられ、それにより、前記パイロット室（７）内のガス圧力が特定の閾値に達したときに、前記圧力は、前記遮断部材（１）が前記台座（２）から離れるように移動することにより前記流体流入口（３）と前記流体流出口（４）との間のガス流れを許容するために、前記戻し部材（５）の力に抗って前記遮断部材（１）の変位力を生じ、
   前記遮断部材（１）の本体は、前記台座（２）と前記遮断部材（１）の下流側端部との間において、第１の部分（１１）を備え、前記第１の部分（１１）は、前記流入口（３）と前記流出口（４）との間のガス用通路の部分的かつ漸進的な開状態を確保するような制限を加える特定の嵌合状態で前記本体（９）の雌型通路において並進移動可能な雄型要素を構成する、残圧弁装置。
2. 前記流入口（３）と前記流出口（４）との間においてガス用開口を規定する拡大通路を形成するために、前記第１の部分（１１）と前記遮断部材（１）の下流側端部との間において、前記遮断部材（１）の本体は、前記第１の部分（１１）の横断面よりも縮小された横断面を有する第２の部分（１２）を備えることを特徴とする請求項１に記載の残圧弁装置。
3. 前記台座（２）によって範囲が定められる開口の寸法（Ｄ２）は、前記遮断部材（１）の第１の部分（１１）の横断面の寸法（Ｄ４）に対して、３０％を超えて異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の残圧弁装置。
4. 前記台座（２）によって範囲が定められる前記開口は、円形であり、３ミリ以上６ミリ以下の直径（Ｄ２）を有し、円筒状の前記遮断部材（１）の第１の部分（１１）の直径（Ｄ４）に対して、１ｍｍを超えて異なることを特徴とする請求項３に記載の残圧弁装置。
5. 前記第１の部分（１１）は、特定の直径（Ｄ４）を有する円筒状であり、前記本体（９）の雌型通路は、円筒状の穴であり、その直径（Ｄ５）は、例えば、隙間嵌めのＩＳＯ標準に準拠したＨ８ｆ７型の標準的又は精密な隙間を前記遮断部材（１）と前記本体（９）の雌型通路との間に形成するように定義されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の残圧弁装置。
6. 前記遮断部材は、上流／下流方向に沿って前記本体において並進移動可能であり、前記第１の部分（１１）は、２ミリ以上８ミリ以下、好ましくは３ミリ以上４ミリ以下の前記上流／下流方向に沿った長さを有することを特徴とする請求項２及び５に記載の残圧弁装置。
7. 前記校正開口部（８）は、前記パイロット室（７）における昇圧速度を制御するために、０．０１ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下、好ましくは０．１０ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下の直径を有し、前記昇圧速度は、さらに、前記流入口（３）におけるガス圧力と前記パイロット室（７）の容積の関数であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の残圧弁装置。
8. 前記台座（２）によって範囲が定められる前記開口は、円形であり、４．３ｍｍの直径を有し、前記第１の部分（１１）は、円筒状であり、４．３ｍｍの直径（Ｄ４）を有し、前記本体（９）の雌型通路は、３ｍｍ以上４ｍｍ以下の長さ、及び、前記第１の部分（１１）に対してＨ８ｆ７型の隙間嵌めを形成するように定義されている直径（Ｄ５）を有する円筒状の穴であり、前記校正開口部（８）は、０．０８ｍｍ以上０．１２ｍｍ以下の直径を有し、前記戻し部材（５）は、前記遮断部材に対して２０〜１００ニュートンの力を及ぼすバネであることを特徴とする請求項３及び６に記載の残圧弁装置。
9. 加圧ガスシリンダ（１３）の貯蔵域に対する接続用の上流側端部（１１２）と、前記シリンダ（１３）から取り出されたガスを消費する装置に対する接続用の下流側端部（２１２）とを有し、前記上流側端部と前記下流側端部との間の上流側において直列に配置される遮断弁（１４）と残圧弁装置（１００）とを備える抜取回路（１２）を備える加圧ガスシリンダの弁において、
   前記残圧弁装置（１００）は、請求項１から８のいずれか一項に記載の残圧弁装置であることを特徴とする弁。
10. 請求項９に記載の弁を備えることを特徴とする加圧ガスシリンダ。

Images