JP5031757B2 - パイプ分岐装置 - Google Patents

Description

本発明は、パイプ分岐装置、特にタンクファームシステム用のパイプ分岐装置であって、少なくともほぼ鉛直に延びて少なくとも１個の横方向コネクタを有する中空体と、さらに前記コネクタ上に配置されて中空体と少なくとも1本のパイプラインとを閉鎖可能に連結する少なくとも１個の混合防止バルブとを備えたパイプ分岐装置に関する。混合防止バルブは２個の閉鎖部材を有し、それらの間には漏出物排出口を有する漏出空間が存在し、漏出空間はコネクタ側の注入口から、注入口とは距離を隔てた出口側の漏出物排出口まで延びている周壁を有している。

このようなパイプ分岐装置は下記特許文献１により公知である。
冒頭に記載した種類のパイプ分岐装置は、特に液体用パイプシステムにパイプで固定状態にて相互接続されるタンクファームシステムを操作するのに用いられ、とりわけ食品および飲料産業、製薬業、およびバイオテクノロジー産業において、製造物の処理および移送に高い微生物学的品質が求められるシステムに用いられる。

下記特許文献１にはタンクの配置構成が開示されており、各タンクの下部にはそれぞれ中空体がバルブ分配ツリーとして配置され、前記長形の中空体は垂直に整列されている。中空体はその内部をそれぞれ１本のパイプラインに連通させるための複数のコネクタを有している。中空体の各コネクタには混合防止バルブが連結されて、各パイプラインと中空体とを中空体の直近で閉鎖可能に連結している。

液体のタンクへの供給およびタンクからの排出は、前記中空体によって下方から行われる。液体は、混合防止バルブにより中空体を介して各パイプラインに移送されるかまたは遮断され、この場合、中空体は好ましくは各タンクに直接連結されている。
公知のパイプ分岐装置において、各混合防止バルブは中空体に対して厳密に水平および／または直角に整列されている。

しかしながら、バルブをこのように配置構成すると、バルブの２個の閉鎖部材間の漏出空間に集積した漏出物を自動排出することができなくなる。この場合、漏出液体の進路を変えるためには、漏出空間を外気に開放する漏出バルブが別途必要となる。
しかしながら、漏出空間から漏出液体を排出するための漏出バルブが別途必要となると、配管工事や制御システム等を含め、追加される漏出バルブを別途制御することが必要となり、そのためバルブの製造コストが増大してしまうという難点がある。

また、このような配置構成にすると追加の漏出バルブが汚染／汚損されるおそれがあるため、追加の漏出バルブを別途洗浄する必要が生じ、混合防止バルブに必要なメンテナンス以上のメンテナンスを余分に行うことも必要となる。
一方、漏出空間に集積した漏出液体がバルブから除去されないでいると、その漏出液体は汚染されて、製造施設の微生物学的純度に対して今日課される極めて高い要件を満たすことができなくなるおそれがあるため、漏出液体を確実にバルブから除去する必要がある。
国際公開第０２／０６６５９３号パンフレット

本発明の目的は、大幅に構造関連コストを増大させることなく微生物学的純度に課される高い要件が満たされるよう、冒頭に記載した種類のパイプ分岐装置を開発することである。

本発明によるとこの目的は、冒頭に記載したパイプ分岐装置に対する、漏出空間の重力側で漏出物排出口の方向に下り傾斜を有する周壁を有し、前記バルブは水平に対して角度が≠０°を形成している長手方向軸を有し、前記下り傾斜をつけるために水平の下方に配置されていることにより達成される。
本発明によるバイプ分岐装置において、バルブはコネクタを介して中空体と連結されており、漏出空間がコネクタ側の注入口から排口側の漏出物排出口まで下り傾斜しているため、漏出空間に侵入した漏出液体は漏出物排出口へ自動的に排出される。このように、漏出液体は漏出空間に集積できないので、本発明に係るパイプ分岐装置は微生物学的純度に課される高い要件を満たす。また漏出空間の下り傾斜により別途漏出排出バルブを設ける必要がないため、構造関連コストを大幅に増大させることなく微生物学的純度に課される要件を満たすことができる。

前記バルブが水平に対して角度が≠０°を形成している長手方向軸を有し、前記下り傾斜をつけるために水平の下方に配置されていることにより、構造上極めて簡単に漏出空間を下り傾斜させることが可能となる。これは、前記バルブが先行技術によるバルブのように垂直な中空体に対して厳密に水平に連結されているのではなく、斜め下方に傾斜するよう配置されているからである。水平に対するバルブ配置の角度偏差は、前記バルブが前記漏出空間における十分な下り傾斜となるよう適宜選択される。また角度偏差は、漏出空間の周壁の重力側（下側）の経路によっても左右される。

前記バルブが過度に傾斜した位置にあると、マイナス効果が生じる。すなわち、垂直方向にある中空体上のパイプ分岐装置がそれぞれのバルブとつながる複数のパイプ分岐部を有する場合、中空体の垂直方向の構造空間が増大してしまう。
前記バルブの傾斜位置の前記水平線に対する角度は、好ましくは約１°ないし約４５°の範囲にあり、より好ましくは約１０°ないし約３０°の範囲にある。

さらに好ましい実施形態において、前記漏出空間は、流入口側から前記漏出物排出口の方向にテーパ状を呈する少なくとも１つの部分を有し、かつ前記部分における前記漏出空間の前記重力側の前記周壁は少なくとも、前記領域において０．５°の傾斜を有する。
前記バルブは、円錐テーパ状の閉鎖部材と組み合わせて後述される好ましい実施形態において、テーパ状、特に円錐テーパ状の周壁を有する。この場合、バルブを厳密に水平に配置すると漏出液体の自動的な排出を妨げるおそれがある。このような場合、漏出液体が中空体内へ逆流するおそれもある。しかしながら、上記好適な実施形態においては、漏出物排出口に向かってテーパ状を呈する漏出空間の部分はバルブの取り付け位置において少なくとも約０．５°の傾斜を有するため、漏出液体は漏出物排出口へ確実に排出される。バルブがその長手方向軸の周りに回転対称であると、中空体から外側へ離れる方向に斜め下り傾斜するように、バルブを中空体と連結する必要がある。

さらに好ましい実施形態において、重力側で前記漏出物排出口に向かってテーパ状を呈する前記部分の傾斜角度は、好ましくは約０．５°ないし約１０°の範囲にあり、より好ましくは約１°ないし約５°の範囲にあり、さらに好ましくは約２°ないし約３°の範囲にある。
さらに好ましい実施形態において、前記閉鎖部材の一方は、バルブハウジング上の第１の円筒形バルブシートと協働するバルブディスクであって、半径方向シールを有し、他方の閉鎖部材は円錐形閉鎖スリーブの形態に構成されて、その前記バルブディスクに対向する端部において、前記バルブハウジング上の第２の円錐形バルブシートと協働する軸方向斜めシールを有している。

バルブの２個の閉鎖部材に関するこの実施形態では、円錐形閉鎖スリーブが内側で漏出空間の周壁（少なくとも重力側で）を形成すると同時に、さらにバルブディスクと対向する端部においてはそこに設けられた軸方向シールによってバルブ側を確実に封止するため、構造上設計が簡易で小型になるという利点を備えている。
これと関連して、バルブディスクが前記閉鎖スリーブに対して前記バルブの長手方向に移動可能であって、軸方向斜めに作用する第２のシールを有し、前記第２のシールは前記閉鎖スリーブの内面に当接して前記漏出空間を前記流入口側で閉鎖することが好ましい。

前記バルブディスクが第２の軸方向斜めに作用するシールを有していて、その第２のシールは閉鎖スリーブの内面に当接して漏出空間を流入口側で閉鎖するため、本封止システムの領域において封止エッジを別途追加する必要がなくなる。このような封止エッジはこの領域において漏出液体の排出を妨げ、さらに細菌の発生を助長する角部および凹部を形成するおそれがある。

さらに好ましい実施形態において、前記中空体上の前記コネクタは、前記中空体の長手方向から見て、横方向に前記中空体から突出した上部であって前記バルブを斜め下方に傾斜した状態で前記中空体と連結するために下方に向いている上部を含むコネクタハウジングを有する。
本実施形態において、バルブの中空体への連結を仲介するコネクタのコネクタハウジングは、取り付けがし易いようにバルブを中空体に対して斜めに配置することを可能にする。このようにすると、コネクタハウジングは洗浄がし易くなる。

本発明のさらなる特徴および利点は、以下の説明および添付図面から明らかとなろう。
本発明の前記および以下に説明される特徴は、それぞれ示された組合せのみならず他の組合せにおいても、または単独でも本発明の範囲から逸脱することなく用いられることが理解されよう。

本発明の一実施形態を図面に示し、図面を参照して以下により詳細に説明する。
図１において、パイプ分岐装置が全体を示す参照符号１０により示されている。パイプ分岐装置１０は、例えば上記特許文献１に示され、記載されているタンクファームシステムに用いられる。このような用途において、パイプ分岐装置１０はタンクファームシステムに設置されたバルブ分配ツリーに置き換わるものである。

パイプ分岐装置１０は、鉛直に配置された長形の中空体１２を有している。この場合、中空体１２の上端部１４は、その上方に配置されたタンクに直接またはさらにバルブを介して、タンク底部において連結されている。タンクおよびタンク底部はともに図示されていない。
中空体１２の下端部１６は、図示されている実施形態では閉鎖されているが、バルブを備えたパイプ分岐部をさらに有していてもよい。

図示される実施形態において、中空体１２上には、計６個のコネクタ１８ａ〜１８ｆ、およびコネクタ１８ａ〜１８ｆにそれぞれ装着されたバルブ２０ａ〜２０ｆが構成されている。
コネクタ１８ａ〜１８ｆは、中空体１２上に横方向に配置されている。
本実施形態における６つのコネクタ１８ａ〜１８ｆおよびそれと対応する６つのバルブ２０ａ〜２０ｆの数は、単に例示のためのものであり、パイプ分岐装置１０の要件および用途に従い、異なる数を選択してもよい。

図２において、コネクタ１８ａおよびバルブ２０ａ領域における図1のパイプ分岐装置１０を、図１に対して細部を拡大して示している。
中空体１２、コネクタ１８ａおよびバルブ２０ａを一部縦断面図にて示している。さらにバルブ２０ａは、バルブ１８ａの長手方向軸２２によって分けられた２つの部分図にて示されており、２つの部分図はそれぞれバルブ２０ａの異なる動作状態を示している。

バルブ２０ａは混合防止バルブであり、特に以下により詳細に説明されるように複座バルブである。
バルブ２０ａはバルブハウジング２４を有し、これを介して連結点２８においてコネクタ１８ａのコネクタハウジング２６と連結されている。コネクタハウジング２６は、中空体１２と一体的に連結されている。

図２から明らかなように、コネクタハウジング２６は、中空体１２の長手方向から見て、横方向に中空体１２から突出して下方に配向している上部２６ａを有している。この上部２６ａによって、以下により詳細に説明されるように、バルブ２０ａを斜め下方に傾斜した状態で中空体１２と連結することが可能となる。
バルブ２０ａは、中空体１２を、例えば図２の紙面に対して垂直に延びている図示しないパイプラインと連結する。

バルブハウジング２４内には、互いに相対移動可能な２個の閉鎖部材３０および３２が配置されている。
閉鎖部材３０は、半径方向に作用する第１シール３４を有するバルブディスクの形態に構成されている。閉鎖部材３０の閉位置を示す図２の下側部分図において、第１シール３４は円筒形バルブシート３６と協働して半径方向の封止を行う。

第２の閉鎖部材３２は、中空体１２から見て円錐形テーパ状の閉鎖スリーブの形態に構成されている。その、バルブディスク３０に対向する端部において、閉鎖スリーブ３２は軸方向斜めに作用するシール３８を有し、シール３８は閉鎖スリーブ３２の閉位置において、円錐形バルブシート４０と協働して封止を行う。閉鎖スリーブ３２の閉位置は、図２の下側部分図に示されている。

バルブディスク３０および閉鎖スリーブ３２の閉位置において、バルブディスク３０と閉鎖スリーブ３２とは互いに離間している。
半径方向に作動するシール３４に加え、バルブディスク３０にはさらに軸方向斜めに作用するシール４２が存在する。閉鎖スリーブ３２に対して、バルブディスク３０がコネクタ１８ａから離間する方向に後退すると、軸方向斜めに作用するシール４２は、参照符号４４により示される地点で、閉鎖スリーブ３２の内面に当接する。

閉鎖部材３０（バルブディスク）と閉鎖部材３２（閉鎖スリーブ）との間には、漏出空間が存在し、閉鎖スリーブ３２のコネクタ側端部付近から漏出物排出口４８まで延びている。
漏出空間４６は周壁５０によって画成され、その第１部分５２においては閉鎖スリーブ３２の円錐形テーパ状内壁によって形成され、第２部分５４においては閉鎖スリーブ３２の円筒形内壁によって形成されている。第２部分５４は最終的に漏出物排出口４８へ開口している。

バルブ２０ａの取付け位置および全漏出空間４６にわたる周壁５０の実施形態は、重力側の周壁５０が、漏出空間４６内のコネクタ側の流入口から排出口側の漏出物排出口４８まで、漏出物排出口４８方向に水平に対して下り傾斜を有するようになっている。
図示される実施形態では、漏出空間の第１部分５２における傾斜角は約２．５°、すなわち図２における角度αであり、よって垂線に対する傾斜は約８７．５°となる。

漏出空間４６の第２部分５４における傾斜角は約２．５°よりも大きい。
漏出空間４６の連続的な下り傾斜を可能とするため、バルブ２０ａは斜め下方に傾斜した状態で中空体１２と連結されている。このため、コネクタハウジング２６は図２に示される形状に構成されている。バルブ２０ａの長手方向軸２２は水平に対して２８°の角度βで傾斜している。

通常、バルブ２０ａの傾斜角βは、漏出液体が漏出空間４６から自動的に排出されるように選択される。閉鎖スリーブ３２は円錐状に設計されているため、バルブディスク３０を誘導する軸受５６によって、バルブディスク３０は確実に誘導される。
バルブ２０ａをもっと緩い傾斜で配置したい場合は、漏出空間４６において漏出液体の排出に要する下り傾斜を実現するために、軸受５６を移動させてコネクタ１８ａからより後方へ離隔させる必要がある。しかしながら、そうすると、バルブディスク３０は設計寸法が大きいため、バルブディスク３０を容易に誘導できなくなるおそれがある。

逆に、水平に対するバルブ２０ａの下り傾斜が大きいと、コネクタ１８ａのコネクタハウジング２６の寸法を過度に大きくする必要が生じて、パイプ分岐装置１０を経済的に製造する能力が損なわれるおそれがある。
バルブ２０ａは、その後端部に、閉鎖部材３０および３２を制御する制御駆動装置５８をさらに備えているが、制御駆動装置５８自体は公知の実施形態で構成されてもよい。

閉鎖スリーブ３２の円錐形部分の半開角度は、図示されている実施形態では約２５°であるが、１５°ないし３５°の範囲内で選択してもよい。ただし、閉鎖スリーブの重力側の内壁が下方に傾斜していることを常に考慮する必要がある。
バルブ２０ａの動作モードを以下により詳細に説明する。
図２の下側部分図には、閉鎖位置にあるバルブ２０ａが示されており、バルブディスク３０および閉鎖スリーブ３２は、ともに上述の閉鎖位置にある。

バルブ２０ａを開放するために、バルブディスク３０を制御駆動装置５８を介して、閉鎖スリーブ３２の方向へ後退させる。ただしこの場合、閉鎖スリーブ３２自体は初期の段階では動かない。この過程中、半径方向封止シール３４は円筒形バルブシート３６上まで引き上げられて、中空体１２内の媒体を中空体側に封止する。
次に、シール４２は円錐形閉鎖スリーブ３２の内面上の全包囲点４４に当接して、漏出空間４６を封止する。この際、閉鎖スリーブ３２はまだバルブシート４０から離れていない。この時、バルブディスク３０の中空体側のシール３４、バルブディスク３０の漏出空間側のシール４２、および閉鎖スリーブ３２のバルブ側のシール３８は当接状態にある。媒体は以前と同様、二重封止状態で相互に分隔され、漏出空間４６は閉鎖されている。

シール４２が閉鎖スリーブ３２の内面に対し軸方向斜めに閉鎖するため、封止システムの領域において、追加の封止エッジは不要である。バルブディスク３０の外側形状をシール４２の配置された領域およびその周辺で閉鎖スリーブ３２の内側形状に適合させることにより、漏出液体の排出を妨げかねないこのような封止エッジを省略できる。
バルブディスク３０をコネクタ１８ａからさらに後退させることにより、図２の上側部分図に示すように、バルブディスク３０は閉鎖スリーブ３２を開位置まで駆動する。

したがって、閉鎖過程は逆の手順で行われる。
「閉鎖」および「開放」動作モード以外に、「パルス」動作モードでバルブ２０ａを動作させてもよい。
バルブ２０ａにパルス動作を行わせるため、バルブディスク３０は中空体１２の方向に移動可能であり、閉鎖スリーブ３２は各々の封止バルブシートから離れて、駆動制御装置５８方向へ移動可能である。

バルブディスク３０にパルス様動作を行わせる際、パルス動作中に円筒形バルブシート３６とバルブディスク３０との間に形成される金属製の環状間隙に洗浄液が流され、洗浄液は部分５２，５４沿いに漏出空間４６を経て漏出物排出口４８に至り、漏出部排出口から排出される。したがって、漏出空間４６全体が洗浄される。洗浄液を完全に排出するために、漏出空間バルブ等の装置を別途追加する必要はない。

閉鎖スリーブ３２にパルス動作を行わせる際も、漏出空間４６の洗浄が同様に行われる。
軸受５６はその周縁部にて接線方向に平坦化され、それによって漏出空間４６が漏出物排出口４８まで確実に貫通する。

中空体と計６個のバルブとを備えたパイプ分岐装置を、一部縦断面図にて示す。 図１のパイプ分岐装置の細部を一部縦断面図にて示す拡大図である。

Claims (11)

1. パイプ分岐装置であって、
   少なくともほぼ鉛直に延びて少なくとも１個の横方向コネクタ（１８ａ〜１８ｆ）を有する中空体（１２）と、
   さらに、前記コネクタ（１８ａ〜１８ｆ）上に配置され、前記中空体（１２）と少なくとも１本のパイプラインとを閉鎖可能に連結する少なくとも１個の混合防止バルブ（２０ａ〜２０ｆ）とを備え、
   前記バルブ（２０ａ〜２０ｆ）は２個の閉鎖部材（３０，３２）を有し、それらの間には漏出物排出口（４８）を有する漏出空間（４６）が存在し、前記漏出空間（４６）は前記コネクタ側の注入口から、前記注入口とは距離を隔てた出口側の前記漏出物排出口（４８）まで延びている周壁（５０，５２，５４）を有し、
   前記周壁（５０，５２，５４）が前記漏出空間（４６）の重力側で前記漏出物排出口（４８）の方向に下り傾斜を有しており、
   前記バルブ（２０ａ〜２０ｆ）は、水平に対して角度（β）≠０°を形成している長手方向軸（２２）を有し、前記下り傾斜をつけるために前記水平の下方に配置されることを特徴とするパイプ分岐装置。
2. 前記角度（β）は、約１°ないし約４５°の範囲にあることを特徴とする、請求項１に記載のパイプ分岐装置。
3. 前記角度（β）は、約１０°ないし約３０°の範囲にあることを特徴とする、請求項１に記載のパイプ分岐装置。
4. 前記漏出空間（４６）は、前記流入口側から前記漏出物排出口（４８）の方向にテーパ状を呈する少なくとも１つの部分（５２）を有し、かつ前記部分（５２）における前記漏出空間（４６）の前記重力側の前記周壁（５０）は、前記領域において少なくとも０．５°の傾斜を有することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のパイプ分岐装置。
5. 前記部分（５２）における前記傾斜が、約０．５°ないし約１０°の範囲にあることを特徴とする、請求項４に記載のパイプ分岐装置。
6. 前記部分（５２）における前記傾斜が、約１°ないし約５°の範囲にあることを特徴とする、請求項４に記載のパイプ分岐装置。
7. 前記部分（５２）における前記傾斜が、約２°ないし約３°の範囲にあることを特徴とする、請求項４に記載のパイプ分岐装置。
8. 前記閉鎖部材の一方は、バルブハウジング（２４）上の第１の円筒形バルブシート（３６）と協働するバルブディスク（３０）であって、半径方向シール（３４）を有し、他方の閉鎖部材は、円錐形閉鎖スリーブ（３２）の形態に構成されて、その前記バルブディスク（３０）に対向する端部において、前記バルブハウジング（２４）上の第２の円錐形バルブシート（４０）と協働する軸方向斜めシール（３８）を有していることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか１項に記載のパイプ分岐装置。
9. 前記バルブディスク（３０）は、前記閉鎖スリーブ（３２）に対して前記バルブ（２０ａ〜２０ｆ）の長手方向に移動可能であり、また、軸方向斜めに作用する第２のシール（４２）を有し、前記第２のシール（４２）は前記閉鎖スリーブ（３２）の内面に当接して前記漏出空間（４６）を前記流入口側で閉鎖することを特徴とする、請求項８に記載のパイプ分岐装置。
10. 前記中空体（１２）上の前記コネクタ（１８ａ〜１８ｆ）は、前記中空体（１２）の長手方向から見て、横方向に前記中空体（１２）から突出した上部（２６ａ）であって、前記バルブ（２０ａ〜２０ｆ）を斜め下方に傾斜した状態で前記中空体（１２）と連結するために下方に向いている上部（２６ａ）を含むコネクタハウジング（２６）を有することを特徴とする、請求項１ないし９のいずれか１項に記載のパイプ分岐装置。
11. 当該パイプ分岐装置が、タンクファームシステム用のものであることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のパイプ分岐装置。

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