JP6374385B2

JP6374385B2 - 高圧バルブ

Info

Publication number: JP6374385B2
Application number: JP2015526890A
Authority: JP
Inventors: ニュンネリヒ，ペーター; クナウフ，ヴィルフリート; ヴェーバー，ペーター
Original assignee: ウーデ・ハイ・プレッシャー・テクノロジーズ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング
Priority date: 2012-08-17
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2018-08-15
Anticipated expiration: 2033-07-23
Also published as: US9605762B2; KR20150041025A; WO2014026727A1; RU2629108C2; CN104662344B; KR101969196B1; PT2885563T; EP2885563B1; US20150240952A1; RU2015109120A; JP2015524903A; DK2885563T3; EP2885563A1; CN104662344A; HUE030909T2; PL2885563T3; ES2619104T3

Description

本発明は、バルブ心棒（６）と、それに連結している弁座（４）を有する高圧バルブであって、製品の高圧処理用の装置に使用する、高圧バルブに関する。

高圧処理において、高圧チャンバ内では製品は、高圧媒体の作用を受けて、最大１００００バールの圧力で処理される。高圧媒体は、通常、一またはそれ以上の高圧バルブによってコントロールされて、高圧チャンバ内の圧力が減少すると、高圧チャンバから高圧媒体が集められる回収タンクへと、出ていく。

いくつかのケースでは、圧力は、初めは約５００バールまで急速に減少して、次いでゆっくりと膨張して周囲圧力になる。これは、急速、かつ、ゆるやかな膨張であると言われる。減圧は、高圧チャンバと回収タンクの間の様々な圧力バルブによって達成される。

急速、かつ、ゆるやかな膨張においては、様々な圧力と膨張の勾配によって異なる圧力バルブが必要である。

急速な膨張における非常に大きな圧力差の消散は、例えばキャビテーション、壁面摩擦、湿蒸気浸食といったあらゆる起こりうる流れ浸食過程と関係する非常に激しい流動ダイナミックスをもたらし、バルブ心棒（５）と弁座（４）にダメージを与える。従って、このような問題の解決策を見い出した。

２つのバルブによる高圧チャンバ内における圧力の低下は、国際公開ＷＯ２００６／１２９１８０Ａ１号に開示されている。そこには、高圧チャンバからの高圧媒体の放出のため、直列に接続された２つの圧力バルブを具えるラインが、提供されている。２つの圧力バルブの間に、第一圧力バルブから第二圧力バルブへと段階的に圧力を低下させるために、及び、圧力バルブでの浸食を防ぐために、高圧媒体を受ける中間圧力チャンバがある。しかしながら、この方法のサイクル時間が非常に長いことが短所である。さらに、圧力バルブを用いたこの方法は実施が複雑である。

ドイツ特許出願第ＤＥ１０２００９０４２０８８Ａ１号は、包装食品の高圧処理装置及び方法を開示しており、これは高圧チャンバ内の圧力消散が三段階で行われている。この方法を実装する様々な圧力バルブの範囲が提供されている。

米国特許出願第ＵＳ３０１０６９５号は、高圧制御バルブを開示しており、その制御の特徴は、流れが通過でき、様々な形に形成できる開口を有する多孔リングによって事前に定義することができる。作動中、制御は、様々なバルブ心棒位置で行われ、このバルブ心棒は大なり小なり開口領域を開ける。多孔リングとバルブ心棒との間の環状間隙内の低浸食の流れのスロットリングは提案されておらず、低浸食の流れのスロットリングは、ここに示されている幾何学的比率でもできない。

ドイツ特許出願第ＤＥ１０２００９０３２８５０Ａ１号は、開口力が媒体の急激な増加によって達成される圧力制限弁を開示している；これは、とりわけ弁座の封止面の断面下流の有効通過流の急激な増加によって達成される。このようにして生じる極めて動的な流れを原因とする浸食の問題は、この特許では議論されていない。

ドイツ特許第ＤＥ４４３８４６２Ｃ１号には、独立構造の高圧バルブが開示されており、これは最大約１４００バールの流体システム用の“ソフトチップ”を具えるボルト−ニードルバルブに関する。この高圧バルブは、補助圧力チャンバを中に設けたスタッフィングボックスを有しており、入り口と出口を具える本体と、入り口と出口の間に座を有する。補助圧チャンバ内にピストンが設けられている。このシャンクが、ソフトシャンクチップを具える側面サポートを有し、流体圧力を入り口からピストンの上面につなぐ同心貫通孔を有している、これにより、ピストンが、シャンクとソフトバルブチップを弁座方向に動かし、従って、作動力を減らしたり、変化させることができる。高い動的な流れによる浸食の問題は、この特許では議論されていない。

高い総圧力と圧力差のため、高強度材料で構成されているバルブ心棒と弁座では、ここで意図する最大１００００バールの動作範囲で使用できるだけである。

当面の問題に取り組むためには、当然ながら、バルブ心棒と弁座に、より強い材料の使用しようとする。これは、比較的柔らかい材料でできたバルブ心棒と弁座について正当に結果を改善する。しかしながら、高圧媒体が通過するときの高圧媒体によって、各膨張サイクルにおいてバルブ心棒と弁座におよぼす浸食荷重のせいで、頻繁な部品交換が欠かせない。

重大な極めて動的な流れの状況は、上流及び／または下流に配置された流れ抵抗によって回避することができるが、膨張率は大幅に減少する。しかしながら、これは、緊急を要するアプリケーションには好ましくない。

高圧バルブの構造において、バルブ心棒と弁座が、使用する材料の組み合わせ及び部品のデザインが互いに調和していることが必要である。

従って、本発明は、最大１００００バールの圧力の製品の高圧処理用の、構造的にシンプルな高圧バルブを提供するとの問題に基づいており、これに伴って、より多くの摩擦サイクルが得られる。

本発明の目的は、高圧チャンバ内で製品を高圧処理する装置用の高圧バルブによって達成され、ここでは、高圧媒体により作用された製品が最大１００００バールの圧力で処理され、
・入り口（２）と出口（３）を具えるバルブ本体（１）と、
・入り口（２）と出口（３）の間の弁座（４）と、
・弁座（４）内のボア（８）であって、高圧バルブが開状態にあるとき、高圧媒体がボアを通って入り口（２）から出口（３）へと流れるボアと、
・バルブ心棒（５）であって、バルブ心棒先端（６）がバルブ心棒（５）の一部を形成するバルブ心棒と、を有しており、
・弁座（４）が、弁座の入り口側（４ａ）と弁座の出口側（４ｂ）を有し、弁座の入口側（４ａ）が、入り口（２）を形成しており、
・バルブ心棒先端（６）が、高圧バルブが閉状態にあるときに、弁座（４）を弁座の入り口側（４ａ）から弁座の出口側（４ｂ）へと封止して、
・バルブ心棒先端（６）が、円錐状端部（１１）とシャンク（１２）を有し、
・弁座（４）が、同心カウンターボア（１０）を具え、
・同心カウンターボア（１０）が、弁座の入り口側（４ａ）方向に円錐面（１３）を有し、
・同心カウンターボア（１０）が、弁座の出口側（４ｂ）方向に弁座（４）の軸に対して角度が最大６°で傾斜しているシリンダー状あるいは円錐状のシャンクカウンターパート面（１５）を有し、
・バルブ心棒先端（６）の円錐状端部（１１）が、高圧バルブが閉状態にあるときに、弁座（４）のカウンターボア（１０）円錐面（１３）に対して封止して、バルブ心棒先端（６）のシャンク（１２）が、弁座（４）のシャンクカウンターパート面（１５）との間に間隙を形成している。

閉状態にあるときに、高圧バルブが効果的なシーリングを提供するためには、バルブ心棒先端（６）の円錐状端部（１１）と弁座（４）のカウンターボア（１０）の円錐面（１３）との間にある接触領域が最適に構成されなければならない。バルブ心棒先端（６）の円錐状端部（１１）の先端が、弁座（４）のボア（８）に突出している。

高圧バルブが開状態にあるとき、別の状態に移行する様々な膨張状態の間が区別されなくてはならない。圧力消散は、バルブ心棒先端（６）とカウンターボア（１０）の円錐面（１３）との間の間隙で最初に生じ、次いで、バルブ心棒先端のシャンク（１２）と弁座（４）のカウンターボアのシャンクカウンターパート面（１５）との間の間隙を通じて生じる。開口が徐々に進むと、次いで、圧力の消散が生じ、バルブ心棒先端のシャンク（１２）と弁座（４）のカウンターボアのシャンクカウンターパート面（１５）との間の間隙内に広がる。バルブ心棒先端（６）が、弁座（４）のカウンターボア（１０）から抜け出ると、弁座（４）とバルブ心棒先端（６）は、もはや関連する流れ抵抗を構成しない。圧力消散は、その後、供給及び放出ラインシステムでのみ生じる。

弁座（４）のブラインドボア（１０）のシャンクカウンターパート面（１５）は、要求に応じて間隙の流れを調整するために、弁座（４）の軸に対して最大６°傾斜した円錐形であってもよい。弁座（４）とバルブ心棒先端（６）が、高圧バルブの相互作用ユニットを形成しているので、バルブ心棒先端（６）のシャンク（１２）が、バルブ心棒先端（６）の軸に対して最大６°傾斜しているシリンダー状あるいは円錐形状であってもよい。

さらに、側面ボア（９）は、弁座−バルブ心棒コンビネーションの流れ抵抗に最適に適合するために弁座（４）内に形成してもよい。

バルブ心棒（５）の頭部は、具体的に言うとバルブ心棒先端（６）で形成されている。バルブ心棒（５）の頭部、特にバルブ心棒先端（６）は、要求水準が高いため、また、例えばバルブ心棒先端（６）はバルブ心棒（５）と異なる材料で構成してもよいため、バルブ心棒（５）とバルブ心棒先端（６）が一の部品として一体的に作られていないことは有利である。これは、交換可能な独立の部品として形成されているバルブ心棒先端（６）と、バルブ心棒先端（６）のシャンク（１２）を受ける内部ボアを有するバルブ心棒（５）によって実施される。

円錐面（１３）がバルブ心棒先端（６）の円錐状端部（１１）によって最適に封止されるためには、円錐面（１３）と円錐状端部（１１）の傾斜角度の差が、最大４°であってもよい。

高圧バルブの高需要に関して、弁座（４）とバルブ心棒先端（６）が合金などの強度の高い材料でほぼ作ることができる。

バルブ本体（１）と弁座（４）は、バルブチャンバを形成しており、この中にバルブチャンバ保護手段（１４）を設けてもよい。バルブチャンバ保護手段（１４）は、浸食に対してバルブチャンバの内面を保護している。バルブチャンバ保護手段（１４）が損傷した場合は、バルブ本体（１）全体よりバルブチャンバ保護手段（１４）の方が素早く簡単に交換することができる。

弁座（４）とバルブ心棒（５）で構成する高圧バルブは、バルブ心棒（５）の動きを調整する調整装置を具えていてもよい。

制御装置は、手動式でも機械式でも制御できることは明らかである。

本発明による部品を、以下の図面に示す。
図１は、高圧バルブを示す。図２は、弁座（４）の実施形態を示す。図３は、バルブ心棒先端（６）の実施形態を示す。

図１は、バルブ本体（１）を具える高圧バルブを示す。バルブ本体（１）は、バルブ心棒先端（６）を具えるバルブ心棒（５）と、それに連結させた弁座（４）と、入り口（２）と出口（３）を有する。弁座（４）は、入り口（２）と出口（３）の間に配置されている。高圧チャンバから出てゆく高圧媒体は、入り口（２）を通り、弁座（４）のボア（８）を通って流れる。バルブ心棒先端（６）は、円錐状端部（１１）とシャンク（１２）を有し、バルブ心棒（５）は、バルブ心棒先端（６）のシャンク（１２）を受ける内部ボアを有する。バルブ心棒（５）の調整は、適合する駆動弁（７）装置によって達成される。

弁座（４）とバルブ心棒先端（６）が、高圧バルブが閉状態にあるときに最適な封止作用を提供するためには、弁座の円錐面（１３）が約４５°の軸偏差角αを有し、バルブ心棒先端（６）の円錐状端部（１１）が約４３．５°の軸偏差角を有する。バルブ心棒先端（６）と共にバルブ心棒（５）が、駆動装置によって弁座（４）から離れていき、高圧媒体が、弁座（４）とバルブ心棒先端（６）の間を出口（３）の方向に流れる。バルブ本体（１）と弁座（４）は、いわゆるバルブチャンバを形成している。バルブチャンバの内面は、さらにバルブチャンバ保護手段（１４）によって浸食から保護されている。

上述した本発明による高圧バルブのテストによれば、製品を最大１００００バールの圧力で製品を高圧処理した場合、５０００を超えるサイクルあるいは摩耗サイクルを達成することが可能であることを示した。

図２は、弁座（４）の詳細を示している。経済的な理由で、弁座（４）は、一方を他方の中に設けた複数の部品から構成されており、これは、弁座（４）が弁座の入り口側（４ａ）と弁座の出口側（４ｂ）を具えており、弁座の入り口側（４ａ）が入り口（２）を形成している。複数の側面ボア（９）が、カウンターボア（１０）のシャンクカウンターパート面（１５）内に形成されている。理想的には、側面ボア（９）は、円錐面（１３）からカウンターボア（１０）のシャンクカウンターパート面（１５）への移行部分に配置されている。

図３は、バルブ心棒先端（６）のオプションデザインの可能性を示しており、本発明の場合、バルブ心棒先端（６）の円錐状端部（１１）の偏差角が、高圧時にバルブ心棒先端（６）の円錐状端部（１１）が弁座（４）の円錐面（１３）を最適に封止するために、封止される弁座（４）の円錐面（１３）より小さい。

１バルブ本体
２入り口
３出口
４弁座
４ａ弁座の入り口側
４ｂ弁座の出口側
５バルブ心棒
６バルブ心棒先端
７適合駆動弁
８ボア
９側面ボア
１０弁座のカウンターボア
１１バルブ心棒先端の円錐状端部
１２バルブ心棒先端のシャンク
１３カウンターボアの円錐面
１４バルブチャンバ保護手段
１５カウンターボアのシャンクカウンターパート面

Claims

高圧媒体に作用する製品が最大１００００バールの圧力で処理される、高圧チャンバ内の製品で高圧処理する装置の高圧バルブであって、
・入り口（２）と出口（３）を具えるバルブ本体（１）と、
・バルブ本体（１）の入り口（２）と出口（３）の間に配置された弁座（４）と、
・弁座（４）内のボア（８）であって、高圧バルブが開状態にあるとき、ボアを通して、高圧媒体が入り口（２）から出口（３）に流れるボアと、
・バルブ心棒（５）であって、バルブ心棒先端（６）がバルブ心棒（５）の一部を形成するバルブ心棒と、を有しており、
・前記弁座（４）が、弁座の入り口側（４ａ）と弁座の出口側（４ｂ）を有し、弁座入り口側（４ａ）が、入り口（２）を形成しており、
・バルブ心棒先端（６）が、高圧バルブが閉状態にあるとき、弁座の入り口側（４ａ）から弁座の出口側（４ｂ）に向かって高圧媒体が流れないように弁座（４）を封止する
高圧バルブにおいて、
・バルブ心棒先端（６）が、円錐状端部（１１）とシャンク（１２）を有し、
・弁座（４）が、弁座の出口側（４ｂ）に形成され且つボア（８）と同心である同心カウンターボア（１０）を有し、
・前記同心カンターボア（１０）が、弁座の入り口側（４ａ）方向に円錐面（１３）を有し、
・同心カウンターボア（１０）が、弁座の出口側（４ｂ）方向に弁座（４）の軸に対して角度が最大６°傾斜しているシリンダー状あるいは円錐状であるシャンクカウンターパート面（１５）を有し、
・前記バルブ心棒先端（６）の円錐状端部（１１）が、高圧バルブが閉状態にあるとき弁座（４）のカウンターボア（１０）の円錐面（１３）に対して封止し、バルブ心棒先端（６）のシャンク（１２）が、弁座（４）のシャンクカウンターパート面（１５）との間隙を形成し、
弁座（４）の軸に対する円錐状端部（１１）の傾斜角度が、円錐面（１３）の傾斜角度よりも小さいこと、
を特徴とする高圧バルブ。
請求項１に記載の高圧バルブにおいて、バルブ心棒先端（６）のシャンク（１２）がシリンダー状であるか、あるいはバルブ心棒先端（６）の軸に対して角度が最大６°傾斜している円錐状であることを特徴とする高圧バルブ。
請求項１または請求項２に記載の高圧バルブにおいて、バルブ心棒（５）の頭部がバルブ心棒先端（６）によって形成されていることを特徴とする高圧バルブ。
請求項３に記載の高圧バルブにおいて、バルブ心棒先端（６）が交換可能な独立の部品として形成され、バルブ心棒（５）がバルブ心棒先端（６）のシャンク（１２）を受ける内部ボアを有することを特徴とする高圧バルブ。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高圧バルブにおいて、カウンターボア（１０）内の弁座（４）が側面ボア（９）を有することを特徴とする高圧バルブ。
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の高圧バルブにおいて、円錐面（１３）と円錐状端部（１１）との間の傾斜角度が、最大４°であることを特徴とする高圧バルブ。
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の高圧バルブにおいて、バルブ本体（１）と弁座（４）が、バルブチャンバ保護手段（１４）を具えるバルブチャンバを形成することを特徴とする高圧バルブ。
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の高圧バルブにおいて、バルブ心棒（５）
の動きを調整する調整装置を具えることを特徴とする高圧バルブ。
請求項８に記載の高圧バルブにおいて、前記調整装置が手動式と機械式でできることを特徴とする高圧バルブ。