JP6461099B2 - リリーフバルブ - Google Patents

Description

本出願は、2013年4月18日に出願された出願番号61/813,599号の仮特許出願の利益を求めるものであり、その開示はここに参照することによりここに組込まれる。

本発明はリリーフバルブに関する。より詳細には、本発明は、類似したクラッキング(cracking)圧およびレシート(reseat)圧を有するリリーフバルブに関する。

現在、ガスのような流体を一方向に流し、流体の反対方向の流れを阻止する、即ち”制止(check)”することを目的とした多くの形式の逆止弁が存在する。制止されていない方向にバルブのポペットを開くために必要な流体の力の大きさは、しばしばクラッキング圧と呼ばれる。典型的には、逆止弁のクラッキング圧は、内部バネのバネの力およびバネ定数によって決定され、内部バネは、ポペットを密閉位置に対して、そこから外れるまで、常時付勢しており、一旦、クラッキング圧に到達すると、流体がそこを流れるようにバルブが開く。反対に、一旦、圧力が予め決められた再シール圧に低下すると、ポペットが、バネの力により、その密閉、閉鎖位置にレシート（再着座）される。リリーフバルブとして使用される逆止弁が、膨張式デバイス(例えば、膨張式の救命いかだ、膨張式の救護所、飛行機からの膨張式の脱出用シュート)に使用される場合の適用においては、クラッキング圧は、不注意による過度の膨張、および膨張式デバイスの破裂を防止するため、膨張式デバイスが破裂する圧力より低いことが望ましい。また、レシート圧は、膨張式デバイスの望ましい剛性を達成するために必要な最低膨張圧よりかなり高いことが望ましい。従って、多くの適用においては、クラッキング圧が、レシート圧とほぼ等しいか、またはわずかに小さいことが望ましく、破裂圧に到達することなく最低膨張圧より上の圧力で膨張式デバイスを適切に膨張させ、そして最低膨張圧よりまだ上のレシート圧で再着座されるように、リリーフバルブを機能させることを保証している。しかし、残念ながら、多くの従来のリリーフバルブのレシート圧は、クラッキング圧より実質的に低くなっている。

さらに、いくつかのリリーフバルブでは、極限状況においてそれ自身が隠すか、またはその反対に一部に表れているが、開成中または閉成中において過度の振動を受けている。

米国特許第7,469,713号明細書 米国特許第7,096,884号明細書 米国特許第2,219,190号明細書 米国特許第4,015,622号明細書 米国特許第4,927,397号明細書 米国特許第6,009,895号明細書

したがって、本発明においては、従来のデバイスにおける前述の不都合な点を克服し、リリーフバルブ技術の発展に重要な貢献となる改良を提供することを目的とする。

本発明の別の目的は、クラッキング圧と等しい、または僅かに小さいレシート圧を有するリリーフバルブを提供することである。

本発明の別の目的は、開成中または閉成中における振動を最小化するリリーフバルブを提供することである。

本発明の別の目的は、増加した吐出量を有するリリーフバルブを提供することである。

本発明の別の目的は、製造と組立のコスト削減し、信頼度を高くするために、最小の部品点数で構成された構造を有するリリーフバルブを提供することである。

前述のものは、本発明の適切な目的のうちのいくつかの概要である。これらの目的は、意図した発明のより顕著な特徴および適用のうちのいくつかを説明のために有用な単なる例示と解釈されるべきである。本開示の範囲内で本発明を異なる方法に適用し、または本発明を改良することは、他の多くの有益な結果をもたらすであろう。従って、他の目的および本発明についてのより十分な理解は、添付図面と共に得られたクレームによって定義された本発明の範囲に加えて本発明のサマリーおよび好ましい実施形態における詳細な説明を参照することにより得られるであろう。

本発明を要約する目的で、本発明は、ポペットを囲む銃眼状(crenelated)の排気リングを有するリリーフバルブを備える。銃眼状の排気リングは、交互に連続する一連のクレネルおよびマーラン（crenels（凹部）and merlons（凸部）)を備えており、クレネルおよびマーランは、増加する圧力に応答してリリーフバルブのポペットが上昇するにつれて、クラッキング（即ち、一旦、膨張式デバイスの圧力がクラッキング圧を超えるとき）におけるポペットの周囲の増加する断面排気領域と、反対に、ポペットがそのレシート（再着座）位置、密閉位置に下降するにつれて、閉成中におけるポペットの周囲の減少する断面排気領域と、を互いに規定するものである。さらに、より小さい下部の断面開口に対してより大きい上部の断面領域の形式のクレネル（凹部）の特別なデザインは、ポペットのレシート（再着座）における振動を可能な限り最小化すると同時に、クラッキング圧と実質的に等しいか、または僅かに低いレシート圧とすることを都合良く成し遂げることである。最終的に、ポペットの周囲の銃眼状の排気リングは、ポペットの周囲の銃眼状でない場合に到達するであろう場合より、一定背圧で高い流量を有するリリーフバルブを好都合にもたらすことができる。

前述のものは、当分野への本発明の貢献をより完全に評価することができるように、また以下の発明の詳細な説明をより一層理解されるように、本発明のより適切でより重要な特徴を概説した。本発明の追加の特徴は、本発明のクレームの主題を形成するところのものを、以下に記述する。開示された概念および特定の実施例が本発明の同じ目的を実行するために他の構成を改良し、または設計するための根拠として容易に利用されることは当業者により理解されるであろう。また、そのような等価な構造が付加されたクレームに記載の本発明の精神および範囲から外れないことは、当業者によって実現される。

本発明の本質および目的の十分な理解のために、添付図面に関して以下の明細書を参照すべきである。

図１は、本発明のリリーフバルブの正面図である。 図２は、本発明(スプリングを省略)のリリーフバルブの分解された正面図である。 図３は、本発明(スプリングを省略)のリリーフバルブの分解された上面斜視図である。 図４は、本発明(スプリングを省略)のリリーフバルブの分解された下面斜視図である。 図５は、本発明のリリーフバルブのキャップの上面斜視図である。 図６は、本発明のリリーフバルブのキャップの下面斜視図である。 図７は、本発明のリリーフバルブの排気リングの上面斜視図である。 図８は、本発明のリリーフバルブの排気リングの下面斜視図である。 図９は、本発明のリリーフバルブのポペットの上面斜視図である。 図１０は、本発明のリリーフバルブのポペットの下面斜視図である。 図１１は、本発明のリリーフバルブの上部本体の上面斜視図である。 図１２は、本発明のリリーフバルブの上部本体の下面斜視図である。 図１３は、円筒コイルバネが取り付けられたことを示す、本発明のリリーフバルブの断面図である。

図面において、同様の参照符号は、図面のいくつかの見方の全体を通して同様の部分を示す。

次の記述は、本発明を実施するために現在意図された最良のモードである。この記述は、本発明を限定する意味ではなく、本発明の１以上の好ましい実施例を述べる目的で単になされている。本発明の範囲はクレームを参照して決定されるべきである。

本発明は、米国特許第7,469,713号明細書および第7,096,884号明細書の改良であり、それらの開示の各々は、ここに参照することにより本明細書に組込まれる。これらの特許におけるこれらの以前の実施例と同じように、そして図１−４に示すように割り当てる同様の参照符号を使用すると、本発明のリリーフバルブ10は、それぞれが互いに相補的に螺合する上部本体12Uおよび下部本体(図示せず)を備えている(図１２参照)。キャップ14は上部本体12Uに接合されている。キャップ14は、エアーなどの内部流体がリリーフバルブ10を通って流れるように、その周りに複数のフロー開口16を備えており、矢印18に示すように、その開口16を介してそこから排気される。

上部本体12Uおよび下部本体は、相補フランジ24の使用により膨張式の開口の周りに接続されてもよく、相補フランジ24が上部本体12Uおよび下部本体を互いに密着して螺合するように膨張式の開口の端を密閉するように保持する。若しくは、下部本体がヒートシール可能なフランジを備え、そのフランジが膨張式の開口の端の周りを密閉する。代表的なヒートシール可能なフランジとしては、米国特許第2,219,190号明細書、第4,015,622号明細書、第4,927,397号明細書、および第6,009,895号明細書に開示されており、これらにおけるそれぞれの開示は、ここに参照することにより本明細書に組込まれる。

本発明のリリーフバルブ10は、環状溝32を有するポペット30を備えており、その環状溝32には上部本体12Uのルーメン（内腔）38の端に形成された環状のシート36の上に置かれた環状のオーリング34が配置される(図１１参照)。ポペット30は、排気リング40により上部本体12U内に保持され、排気リング40はポペット30をバルブ10の開閉中において上下方向への往復運動を可能とするように中心に配置する。

図９および１０において最良が示されているように、ポペット30は、その内部の中心から直立して延びた突起42を有する概ね凹んだ凹部46を備える。突起42は、等間隔に配置され、半球状の外観を形成する複数の内側ウェブ42Wを備える。更に、ポペット30は、120度の間隔を有して配置され、本体12のルーメン（内腔）38から内側に僅かに先細りの３つの外側ウェブ44を備える。

図５および６において最良が示されているように、キャップ14は、複数のタブ14Tを備えており、複数のタブ14Tは、キャップ14を確実に所定位置に保持するように、上部本体12Uの外周に形成された対応するスロット12USに嵌め込まれる。更に、キャップ14は、キャップ14が上部本体12Uに取付けられるとき、排気リング40を確実に所定位置に保持するように、120度の間隔に配置された下方へ延びる複数のレグ14Lを備える。外側ウェブ44と接合される排気リング40は、ポペット30が、キャップ14の内部で、整列せずに横向きに傾くことなく、若しくはそれが引っかかる可能性をなくして、上方に往復運動することができることを保証する。

図１３に示されているように、更に、本発明のリリーフバルブ10は、キャップ14の下側に形成された環状の溝14Gによって保持されたコイル最上部50Uを有する円筒コイルバネ50を備える。コイル最下部50Lは、ポペット30の凹部46の外縁部にフィットするように形成されており、かつその外縁部の内部に保持される。

本発明のリリーフバルブ10の排気リング40は、図７および８に最良が示されている。上記のように、排気リング40は、上部本体12Uの環状シート36に関してポペット30を中心に配置する機能を有しており、バルブが閉じているとき適切な密閉状態となり、そして開成時には真っ直ぐ上方へ上昇させ、閉成時に真っ直ぐ下方へ下降させるようポペット30を案内して、ポペット30が環状シート36の中に配置されたオーリング34と密着した係合状態で適切に再度配置される。さらに、排気リング40は、ポペットが開閉時に上昇および下降しているので、ポペット30の周りに関する流体の流れを排気する率を規定しており、クラッキング圧と実質的に同じ、若しくは僅かに低いレシート圧に達成して、ポペットの再着座（レシート）中の振動を可能な限り最小化する。

より詳しくは、排気リング40は、環状の円形壁40Wを備えており、その円形壁40Wは、ポペット30の外周の直径より僅かに大きい直径であり、その中で上下方向への往復運動を可能としている。環状の壁40Wの上端は、交互に形成されたクレネル（crenels）40Cおよびマーラン（merlons）40Mの一連のものを備えて銃眼状に形成されており、クレネル40Cおよびマーラン40Mは、ポペット30が増加する圧力に反応して排気リング40の内部で上昇するにつれて、クラッキング中（即ち、一旦、膨張式デバイスにおける圧力がクラッキング圧を超えた場合）のポペット30の周りの周辺で増加する排気断面積と、逆に、ポペット30がそのレシート（再着座）位置、密閉位置に降下するにつれて、閉成中のポペット30の周りの減少する排気断面積とを互いに規定する。

カラー52は、排気リング40の壁40Wの周りに一体的に形成されており、排気リング40は、組立中において環状シート36の上部外側エッジ36Eに配置される。カラー52は、複数の取付孔52Hを備えており、取付孔52Hは、環状シート36の複数の上部外側エッジ36Eの外周から上方に延びる対応する複数の取付ポスト52Pにフィットするように取り付けられるよう配設されている。弓形レッジ12L(例えば、4個)は、カラー40Cをさらに中心に位置させるために上部外側エッジ36Eの外縁部の周りに上方へ延設されている。

更に、カラー52は、複数の弾性バネ部52Sを含んでおり、弾性バネ部52Sは、キャップ14の下側から延びる、それぞれの従属レグ14Lと整列される。レグ14Lにより係合された弾性バネ部52Sは、排気リング40のカラー40Cが製造公差の許容範囲内で上部外側エッジ36Eと密着配置が維持されることを保証する。

少なくともクレネル40Cのうちの少なくともいくつかが階段状の形状を備えており、下部の階段状部分40CLが上部の階段状部分40CUより小さい半径を有する場合、振動は、ポペット30の開成時または閉成時において都合良く最小化されることが見出された。ポペット30がオーリング34上に配置された位置から排気リング40の下部の階段状部分40CLに接近した高さに僅かに上昇するとき、クレネル40Cの階段状の形状が初期の低い率の排気を生み出すことが実験により明らかになった。その後、ポペット30が上部の階段状部分40CUに接近した高さに更に上昇するにつれて、排気率がステップ状に増加する。逆に言うと、ポペット30が下降し、そして上部および下部の階段状部分40CUおよび40CLの交差位置を通って移行するとき、クレネル40Cのこの階段状の形状は、排気率における階段状の減少を生み出す。階段状の設計ではない他のやり方で生じるものより、ポペット30がよりはっきりと開閉されるので、排気率における階段状の増加／減少は、ポペット30の開閉時における騒々しい振動音を可能な限り最小化するものである。

米国特許第7,096,884号明細書に示される以前の実施例に類似して、本発明のリリーフバルブは、環状シート36上に置かれてその密閉された位置にポペット30をしっかりと固定するために固定キィーを任意に組み込んでもよい。これにより、別の状態ではスプリング50の力に抗してポペット30が割れるであろう内部圧力に関係なく、ポペット30が割れて開くことを防止する。

本開示は、前述に記載したものと同様に、付加されたクレームに含まれていたものを含むものである。本発明はある程度の特徴を備えた好ましい形式で記載されているが、好ましい形式の本開示は、ほんの一例として述べたものであり、構成の細部および部品の組み合わせおよび配置において多くの変形が、本発明の趣旨および範囲から逸脱しない範囲で、行使できることは理解されるであろう。

Claims (13)

1. 以下のものを組み合わせて備えるリリーフバルブであって、
   ルーメンの端部に形成された環状シートを有する上部本体、
   前記環状シートの上に置かれた環状オーリングが配置された環状溝を有しているポペット、
   前記上部本体内に前記ポペットを保持するための排気リングであって、前記リリーフバルブの開閉中において前記ポペットが上下方向に往復運動を行うように前記ポペットを位置決めする排気リング、
   前記排気リングを所定位置に確保するための前記上部本体に付けられたキャップ、および
   前記キャップの下側の中に保持されたコイル最上部と、前記ポペットの縁部の内部に保持されたコイル最下部とを有するスプリング、を備え、
   前記排気リングは、前記ポペットが開成および閉成における上昇および下降して、前記ポペットの縁部の周りの流体の流れの排気率を規定し、そして前記ポペットのクラッキング圧と実質的に同じ、またはクラッキング圧より僅かに低いレシート圧を達成するように構成されたリリーフバルブ。
2. 前記ポペットは、概ね凹部形状部分を有し、凹部形状部分がその内部中心から延びた直立の突起を有し、前記突起は、半球状の外観形状に形成された複数の内側ウェブと、前記上部本体のルーメンから内側に僅かに先細りの複数の外側ウェブと、を備えた、請求項１に記載のリリーフバルブ。
3. 前記キャップは、前記キャップを所定位置に確実に保持するように、前記上部本体の外縁部に形成された対応するスロットに嵌め込む複数のタブを備え、前記キャップは、前記キャップが前記上部本体に付けられるとき、前記排気リングを所定位置に安定させるために下方へ延びた複数のレグを更に備えた、請求項２に記載のリリーフバルブ。
4. 前記外側ウェブに接合された前記排気リングは、前記ポペットが前記キャップの内部で整列せずに横向きに傾くことなく上方に往復運動することを保証するよう構成された請求項３に記載のリリーフバルブ。
5. 前記排気リングは、前記ポペットの外径より僅かに大きな直径の環状の円形壁を備え、円形壁の中で前記ポペットが上下方向に往復運動するように構成された請求項１に記載のリリーフバルブ。
6. 前記環状の円形壁の上端は、一連の交互に形成されたクレネルとマーランを有する銃眼状の壁を備えており、前記クレネルとマーランは、前記ポペットが前記排気リングの内部で上昇するにつれて、前記ポペットの周囲の増加する断面排気領域と、前記ポペットが前記排気リングの内部を下降するにつれて、前記ポペットの周囲の減少する断面排気領域と、を互いに規定した請求項５に記載されたリリーフバルブ。
7. 前記環状シートの上部外側エッジ上に配置された前記排気リングの前記環状の壁の周りに一体的に形成されたカラーをさらに含む、請求項６に記載のリリーフバルブ。
8. 前記カラーは、複数の取付孔を備えており、前記取付孔は、前記環状シートの上部外側エッジの縁部から上方に延びる対応する複数の取付ポストにフィットするように取り付けられるように配置された請求項７に記載のリリーフバルブ。
9. 前記カラーを更に中心に配置するように、前記上部外側エッジの前記縁部の周囲に上方に延びる複数の弓形レッジを更に含む請求項８に記載のリリーフバルブ。
10. 前記カラーは、複数の弾性バネ部を更に含み、前記複数の弾性バネ部は、前記排気リングの前記カラーが前記上部外側エッジ上に密着配置の維持を保証するように、前記キャップの下側から延びるそれぞれの従属レグに対向するよう整列された請求項９に記載のリリーフバルブ。
11. 前記クレネルの少なくともいくつかは、階段状の形式を備える請求項６に記載のリリーフバルブ。
12. 前記クレネルの前記階段状の形式は、下部階段状部分および上部階段状部分を備える請求項１１に記載のリリーフバルブ。
13. 前記下部階段状部分は、前記上部階段状部分より小さい半径を含む請求項１２に記載のリリーフバルブ。

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