JP6456071B2 - 減圧弁 - Google Patents

Description

本発明は、液状のかつガス状の媒体に対する減圧弁、特に好ましくは建造物内の配管系における圧力を調整するための減圧弁であって、該減圧弁が、好ましくは少なくとも１つの上側部分および下側部分から成るハウジングと、ピストン用孔を有する内側ハウジングと、ハウジングを、流体が存在しない領域と、流体が通流する領域とに分割するためのダイヤフラムと、スピンドル、ばね受け、ばねホルダおよび少なくとも１つのばねを有する圧力調整ユニットと、固定手段と、ピストンとを有しており、該ピストンとダイヤフラムとが、固定手段によって互いに結合されており、ピストンが、ピストン用孔内に配置されており、ピストンとピストン用孔との間に、シールのために、少なくとも１つのシールエレメントが配置されている、液状のかつガス状の媒体のための減圧弁に関する。

減圧弁は、主に家庭および産業での給水に使用される。しかしながら、減圧弁は、別の使用分野および別種の媒体でも見いだすことができる。配管系を通して高純度の媒体を搬送する領域、たとえばマイクロエレクトロニクス、ライフサイエンス（生命科学）産業、病院、研究等でも、減圧弁は使用される。減圧弁は、一次側の分配網内のより高い圧力を二次側の分岐系統に対して最適な圧力に減少させるために働く。これによって、分岐系統に設けられた制御機器および消費器を過度に高い圧力に対して防護することができ、したがって、制御機器の耐用年数を高めることができる。さらに、分岐系統内への減圧弁の組込みによって、騒音発生を回避することもできるし、特に給水網での媒体消費を減少させることもできる。

独国特許第４４３４６３４号明細書には、所望の流出圧の調整を簡単にハンドリングすることができる減圧弁が開示されている。ハウジング内に流入する媒体は、引き続きの使用のためには高いもしくは過度に高い圧力を有している。調整ユニットによって、ばねに適宜な予荷重が加えられることにより、所望の流出圧を調整することができる。これによって、さらに、流出圧を調整するピストンに相応の力が加えられる。ばねが強く圧縮されている場合には、ばねはピストンに対して高い抗力を発生させる。これによって、所望の流出圧が高く設定される。弁エレメントとハウジングの環状の突起との間に位置するピストンもしくはシール座は、弁内もしくはピストンチャンバ内に形成される圧力が、許容可能な流出圧を上回るほど大きくなった場合に初めて閉鎖される。これによって、ピストンがばね力に抗して押圧され、弁エレメントが弁座を閉鎖する。ピストンと、ロッドを備えた弁エレメントとは、複数の個別部材から成っており、さらに、密封を保証するところに、同じく別体の部材として形成された複数のシールエレメントが配置されている。

このような減圧弁は、高純度の媒体での使用には適していない。なぜならば、多数の個別部材によって、汚染の可能性が高められているからである。さらに、通常使用されるようなエラストマから成るシールエレメントは、高純度の媒体での使用に対して許容されない。なぜならば、このようなシールエレメントは、超高純度媒体を汚染する恐れがある望ましくない摩耗片を発生させるからである。

独国特許第４４３４６３４号明細書

本発明の課題は、高純度の媒体への使用に適していて、ひいては、シールエレメントの摩耗片が生じることがない減圧弁を提供することである。さらに、不純物が容易に生じてしまう箇所が回避されるかもしくは個別部材の不要なエッジおよび結合箇所が、媒体が通流する領域において最小限に減少させられることが望ましい。さらに、完全な排出に際して、接近しがたい箇所、たとえば盲孔またはアンダカットに残存媒体が残されることがないような完全な排出が保証されていなければならない。

この課題を解決するために、本発明に係る減圧弁では、ピストンが、一体形に形成されており、シールエレメントが、ピストンに一体にまたは内側ハウジングに一体に配置されている。

本発明に係る減圧弁の好ましい態様では、ピストンが、ピストン用孔内に摺動可能に配置されている。

本発明に係る減圧弁の好ましい態様では、内側ハウジングが、ピストンに沿って摺動可能に配置されている。

本発明に係る減圧弁の好ましい態様では、シールエレメントが、好ましくは内側ハウジングの通流開口よりも上側でピストン用孔の周面をシールしている。

本発明に係る減圧弁の好ましい態様では、シールエレメントが、好ましくは内側ハウジングの通流開口よりも上側でピストンの外面をシールしている。

本発明に係る減圧弁の好ましい態様では、シールエレメントが、圧力アシストされている。

本発明に係る減圧弁の好ましい態様では、シールエレメントが、シールリップの形状を有している。

本発明に係る減圧弁の好ましい態様では、ピストンが、高い滑性もしくは少ない摩擦抵抗を有する材料から製造されている。

本発明に係る減圧弁の好ましい態様では、ピストンが、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＶＤＦおよび／またはＴＦＭから成っているかまたはＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＶＤＦおよび／またはＴＦＭのうちの少なくとも一種類が添加された材料から成っている。

本発明に係る減圧弁の好ましい態様では、ピストンが、シール円錐体を有している。

本発明に係る減圧弁の好ましい態様では、シール円錐体が、ピストンに一体に配置されている。

本発明に係る減圧弁の好ましい態様では、圧力調整ユニットが、少なくとも２つのばねを有している。

本発明に係る減圧弁の好ましい態様では、ばねが、互いに内外に配置されている。

シールエレメントの一体の配置は、シールエレメントとピストンもしくは内側ハウジングとが一体に形成されていることによって、互いに結合される個別部材の不要な移行箇所が形成されないという利点をもたらす。これによって、亀裂、接近しがたい面等を回避することができ、ひいては、特に先行技術に係る弁に基づき公知であるような接近しがたい箇所における部材の汚染を大幅に減少させることができる。シールは、ピストンもしくはピストンに設けられた一体のシールエレメントと、内側ハウジングのピストン用孔の周面との間または、逆に、内側ハウジングに一体に配置されたシールエレメントと、ピストンの外面との間で直接的に行われる。したがって、ピストンにも、ピストン用孔もしくは内側ハウジングにも、別個のシールエレメント、たとえばＯリングを不要にすることができる。ピストンはピストン用孔内に配置されており、ピストンとピストン用孔との間には、システムをシールするためのシールエレメントが位置している。このシールエレメントは、前述したように、ピストン用孔内でピストンに一体にまたは内側ハウジングに一体に配置することができる。ピストンは、固定手段によってダイヤフラムに結合されている。いま、流出圧が、圧力調整ユニットにより予め調整された数値を上回って増加すると、内側ハウジングに配置されたバイパス孔を介して流れる媒体が、圧力調整ユニットのばね力に抗してダイヤフラムを上方に押し上げる。これによって、ピストンがピストン用孔内で同じく一緒に引き上げられる。ピストンもしくは内側ハウジングの一体のシールエレメントは、好ましくは通流開口よりも上側でピストン用孔の周面もしくはピストンの外面を、通流する媒体に対してシールしている。流出圧が弁の閉鎖に基づき減少し、相応して、ダイヤフラムの下側の圧力が減少すると、ピストンが下降し、内側ハウジングのシール縁部により形成された弁座が開放する。一体に配置されたシールエレメントは、好ましくはシールリップとして形成されている。このシールリップの形状付与によって、ピストン用孔内でのピストンの摺動に関して大きな抵抗が発生させられないようになっている。これによって、ピストン用孔内で大きな力消費なしにピストンの容易な摺動が可能となる。したがって、少ないヒステリシスを実現することができる。これは、本発明に係る弁の場合、有効な流出圧が、予め調整された流出圧付近に設定されていることを意味している。なぜならば、シールエレメントもしくはシールリップと、ピストンを形成する材料とが、摩擦もしくは抵抗を少なくしているからである。このことは、大きな利点である。

択一的には、内側ハウジングが、ピストンに沿って摺動させられる可能性が存在する。ピストンの代わりに、内側ハウジングが、固定されたピストンに沿って昇降させられる。これによって、弁が相応に開閉される。

シールエレメントもしくはシールリップは、好ましくは圧力アシストされている。通流開口を通ってシールエレメントもしくはシールリップにまで流れる媒体は、当該シールエレメントもしくは当該シールリップに作用する。これによって、ピストンと内側ハウジングのピストン用孔との間の密封がアシストされる、つまり、密封機能が高められる。

弁の機能性を保証して、生じた圧力を可能な限り純粋に検知しかつ調整するためには、ピストンがピストン用孔内で可能な限り少ない滑り抵抗を発生させることが必要となる。これは、ピストンが、高い滑性もしくは少ない摩擦抵抗を有する材料から製造されていて、ひいては、ピストンとピストン用孔との間に低い摩擦係数が付与されていることによって達成される。ピストンは、好ましくは以下の材料、すなわち、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＶＤＦおよび／またはＴＦＭのうちの少なくとも一種類の材料から成っているかまたは前述した材料のうちの少なくとも一種類が添加された材料から成っている。ピストンは、前述した材料のうちの１つから製造されていてもよいし、組み合わされた材料から製造されていてもよい。混合物もしくは配合物も同じくピストンの製造に適している。択一的には、別種の材料によるピストンの強化が一緒に取り入れられてもよい。

予め規定された流出圧を上回る流出圧の検知に基づき、媒体を圧力制限するかもしくは弁を閉鎖するためには、ピストンに設けられたシール円錐体が働く。過度に高い流出圧に基づく閉鎖された弁位置では、ダイヤフラムに作用する圧力に基づき、ピストンが引き上げられているかもしくはシール円錐体が内側ハウジングの弁座に接触している。この場合、この弁座はシール縁部によって形成される。これによって、弁に対する媒体の通流が不可能となる。シール円錐体は、好ましくはピストンに一体に配置されている。しかし、シール円錐体が、別体の部材として形成されていて、ピストンに固定することができる態様も可能である。この態様では、本発明に係る弁の使用分野が場合により限定される恐れがある。

流出圧を調整するためには、圧力調整ユニットが働く。所望の流出圧に相応して、ばねホルダを用いて多少なりともばねが圧縮されるかもしくはばねに予荷重が加えられることにより、ばねが緊縮されるかまたは弛緩される。調整可能な圧力が１つのばねに基づき十分でない場合には、圧力調整ユニット内に第２のばねが配置されてよい。減圧弁のサイズが変えられないかもしくは減圧弁が可能な限りコンパクトであるようにするためには、ばねが互いに内外に配置されている。これは、互いに内外に配置することができるように、互いに異なるばね直径を有する２つのばねが使用されることを意味している。弁内への２つのばねの配置の可能性によって、弁が、流出圧に対して、より大きな調整範囲を獲得する。なぜならば、１つには、ばねの各々を個々に使用することもできるし、もう１つには、両ばねを一緒に使用することもできるからである。

本発明に係る減圧弁の開放位置の縦断面図である。 本発明に係る減圧弁の閉鎖位置の縦断面図である。

本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、本発明は、この実施の形態にのみ限定されるものではない。

図１には、本発明に係る減圧弁１が示してある。ハウジング２は、好ましくは上側部分３と下側部分４とから形成されている。ハウジング２内には、内側ハウジング５が配置されている。ハウジング上側部分３とハウジング下側部分４との螺合によって、内側ハウジング５と保持リング２１との間にダイヤフラム７が緊締される。このダイヤフラム７は減圧弁１を、媒体が存在しない領域と、媒体が通流するかもしくは媒体が存在する領域とに分離している。減圧弁１の別の構造形態、たとえば、両ハウジング部分３，４が別体の固定手段によって互いに結合されるかまたは更なる離間が不要となるような構造形態も可能である。内側ハウジング５は通流開口１５を有している。流入管片１９を通って流入した媒体は、次いで、この通流開口１５を通流し、開放された弁位置において、引き続き、ピストン用孔６の下側の領域を通って弁座１７を通過し、流出管片２０の方向に流れる。ピストン１３は、圧力調整ユニット８のばね１１によって相応に下方に押し下げられるかもしくは開放される。ばねホルダ２２を用いて予荷重が加えられたばね１１によりばね受け１０もしくは固定手段１２に作用する相応のばね力は、減圧弁１を開放した状態に保つ。ばねに加えられる予荷重の強さは、ばね１１を所望の長さに緊縮することができるスピンドル９を介して達成される。これによって、相応の予荷重力もしくはばね力が得られる。ただ１つのばね１１を減圧弁１内に設ける可能性も存在する。この減圧弁１では、ばね力が減少させられている。これによって、２つのばね１１が組み込まれていて、したがって、より高いばね力を有しており、ひいては、より高い流出圧を許容する場合よりも低い範囲内に、調整可能な流出圧が設定される。ばね１１のこの配置可能性によって、弁の構造サイズを変えることなしに、調整可能な流出圧の幅広い範囲が可能となる。

図２には、減圧弁１が閉鎖位置で示してある。したがって、流出圧が、予め調整された流出圧を上回っている。媒体は、内側ハウジング５に配置されたバイパス孔１８を介してダイヤフラム７の下側の室内に流れる。そこに形成された圧力は、ばね力に抗して作用する。ダイヤフラム７の下側の媒体による力が、許容可能な流出圧もしくは調整されたばね力よりも高くなると、ばね１１がさらに圧縮され、ピストン１３が、ピストン用孔６内でダイヤフラム７によって上方に引き上げられる。ピストン１３に一体に配置されたシールエレメント１４がピストン用孔６をシールする。通流開口１５を通って流入した媒体によって、シールエレメント１４が圧力アシストされる。つまり、媒体圧により、シールエレメント１４のシール機能が高められる。このシールエレメント１４はシールリップ１４として形成されている。これによって、ピストン１３とピストン用孔６との間に可能な限り少ない抵抗が形成されるものの、それにもかかわらず、密封が保証されている。引き上げられたピストン１３によって、弁座１７は閉鎖されている。なぜならば、ピストン１３のシール円錐体１６が弁座１７をシールしているからである。ピストン１３は、好ましくは滑性の、つまり、低摩擦の摺動性に優れた材料から成っている。これによって、減圧弁１が流出圧に適正に反応することができる。この流出圧が、予め調整された数値未満に低下すると、ダイヤフラム７の下側の圧力も低下する。相応して、ピストン１３が下降し、媒体が減圧弁１を再び通流することができる。

１ 減圧弁
２ ハウジング
３ ハウジング上側部分
４ ハウジング下側部分
５ 内側ハウジング
６ ピストン用孔
７ ダイヤフラム
８ 圧力調整ユニット
９ スピンドル
１０ ばね受け
１１ ばね
１２ 固定手段
１３ ピストン
１４ シールエレメント／シールリップ
１５ 通流開口
１６ シール円錐体
１７ 弁座／シール縁部
１８ バイパス孔
１９ 流入管片
２０ 流出管片
２１ 保持リング
２２ ばねホルダ

Claims (12)

1. 液状のかつガス状の媒体に対する減圧弁（１）であって、該減圧弁（１）が、少なくとも１つの上側部分（３）および下側部分（４）から成るハウジング（２）と、ピストン用孔（６）を有する内側ハウジング（５）と、ハウジング（２）を、流体が存在しない領域と、流体が通流する領域とに分割するためのダイヤフラム（７）と、スピンドル（９）、ばね受け（１０）、ばねホルダ（２２）および少なくとも１つのばね（１１）を有する圧力調整ユニット（８）と、固定手段（１２）と、ピストン（１３）とを有しており、該ピストン（１３）とダイヤフラム（７）とが、固定手段（１２）によって互いに結合されており、ピストン（１３）が、ピストン用孔（６）内に配置されており、ピストン（１３）とピストン用孔（６）との間に、シールのために、少なくとも１つのシールエレメント（１４）が配置されている、液状のかつガス状の媒体のための減圧弁において、
   ピストン（１３）が、一体形に形成されており、シールエレメント（１４）が、ピストン（１３）に一体にまたは内側ハウジング（５）に一体に配置されており、この場合に、シールエレメント（１４）がピストン（１３）と一体に、若しくはシールエレメント（１４）が内側ハウジング（５）と一体に形成されていることを特徴とする、液状のかつガス状の媒体のための減圧弁。
2. ピストン（１３）が、ピストン用孔（６）内に摺動可能に配置されている、請求項１記載の減圧弁。
3. 内側ハウジング（５）が、ピストン（１３）に沿って摺動可能に配置されている、請求項１記載の減圧弁。
4. シールエレメント（１４）が、内側ハウジング（５）の通流開口（１５）よりも上側でピストン用孔（６）の周面をシールしている、請求項１から３までのいずれか１項記載の減圧弁。
5. シールエレメント（１４）が、内側ハウジング（５）の通流開口（１５）よりも上側でピストン（１３）の外面をシールしている、請求項１から３までのいずれか１項記載の減圧弁。
6. シールエレメント（１４）が、圧力アシストされている、請求項１から５までのいずれか１項記載の減圧弁。
7. シールエレメント（１４）が、シールリップ（１４）の形状を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の減圧弁。
8. ピストン（１３）が、ＰＴＦＥ、ＰＦＡおよび／またはＰＶＤＦから成っているかまたはＰＴＦＥ、ＰＦＡおよびＰＶＤＦのうちの少なくとも一種類が添加された材料から成っている、請求項１から７までのいずれか１項記載の減圧弁。
9. ピストン（１３）が、シール円錐体（１６）を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載の減圧弁。
10. シール円錐体（１６）が、ピストン（１３）に一体に配置されている、請求項９記載の減圧弁。
11. 圧力調整ユニット（８）が、少なくとも２つのばね（１１）を有している、請求項１から１０までのいずれか１項記載の減圧弁。
12. ばね（１１）が、互いに内外に配置されている、請求項１１記載の減圧弁。