TWI722272B - 切換閥 - Google Patents

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Abstract

提供用以切換流體流路的分析儀模組(analyzer module)用的切換閥，其為製造成本可降低、且壽命長的切換閥。
閥體形成有：下側閥抵接部，閥閉鎖時，和設置於閥本體的下側閥座密接；及上側閥抵接部，閥開放時，和設置於配對板的上側閥座密接。
配對板的特徵為：具有向下開口的第1凹部、及朝向第1凹部開口且水平剖面積較第1凹部之水平剖面積更小的第2凹部，而上側閥座係壓入於第2凹部。

Description

切換閥
本發明係有關搭載於氣體等流體成分之分析儀系統等流體控制設備所使用的切換閥。
如專利文獻1之FiG.4(本說明書的圖6)及Fig.8(本說明書的圖7)所示的蒸氣選擇器已為眾所周知，該蒸氣選擇器大致上係由模組體(33)、閥桿(86)、閥體(58)及活塞(59)所構成。
這種切換閥中，藉活塞(59)使閥桿(86)上下移動時，閥桿(86)會被向下推，配置於形成在閥桿下部之閥體的密封塞(99)會密接於左側閥的前側閥座(104)，成為流體無法侵入流體控制室(50)的關閉狀態；而閥桿(86)被向上推時，後側密封塞(98)則密接於後側閥座，成為流體控制室(50)內的流體被送至右側相鄰的控制室(50)，再通過流路(26)排放到切換閥外的開啟狀態。
排列幾個這種蒸氣選擇器，藉由將多種氣體迅速切換並送至分析裝置，即可進行有效率的分析。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]美國專利6,619,321號
作為切換閥，如圖7所示，專利文獻1係藉由歛縫加工而在閥桿(86)的閥體安裝前側密封塞(99)及後側密封塞(98)。
該構造的閥桿中，在閥桿製作時，必須一面進行中心對正一面在兩個部位進行歛縫加工。此時，除了將長閥桿加工成所需的形狀，還必須進行歛縫加工，而且，在各自的歛縫加工中，由於必須一面進行中心對正一面進行歛縫加工，故加工困難，甚至要對位在閥桿具有的長閥軸之末端部的閥體進行這種作業，使中心對正作業更加困難。
兩個密封塞的中心若不充分對正，在密封塞與閥座密接時，會因某一密封塞發生造成流體洩漏原因的偏磨耗，結果，密封塞的壽命縮短，閥桿也必須頻繁更換。
而且，在閥桿因活塞而上下移動時，因不具導引閥體功能的構造，會由於閥桿的上下移動而使閥桿的閥軸產生擺動，而助長了設在閥桿末端之密封塞的偏磨耗。
本發明之目的在於改變相當於密封塞的閥抵接部及閥座的構成，使切換閥的製作容易並降低成本，且延長切換閥的壽命。
本發明(1)的切換閥，包含：閥本體，具有控制流體的控制空間；閥體，在控制空間內移動以控制流體；配對板，用以防止流體往控制空間的上側外部流出，其特徵為：閥體形成有：下側閥抵接部，閥閉鎖時，和設於前述閥本體的下側閥座抵接；及上側閥抵接部，閥開放時，和設於前述配對板的上側閥座抵接，配對板具有：第1凹部，向下開口；及第2凹部，其水平剖面積較朝向該第1凹部開口的第1凹部之水平剖面積更小，前述上側閥座係壓入於第2凹部。
以往的專利文獻1所載的切換閥中，因下側閥抵接部及上側閥抵接部係藉歛縫加工而安裝於閥體，有必須使兩閥抵接部的中心一致的問題。
為了節省使該中心一致所需的工時，在本發明(1)中，係將上側閥座壓入配對板，藉由將歛縫加工構件的位置從閥體側變更到配對板側，使閥軸的軸心及上側閥座的軸心一致。
上側閥座因係將上側閥座之構件壓入形成在較容易加工之配對板側的凹部，故可以高機械加工精確度製造，中心的偏移得以縮小。
藉由該構成，閥體的中心偏移的調整，只要針對下側閥抵接部加以調整即可，從而和閥桿製造相關的成本得以降低，閥抵接部的偏磨耗也可消除，使切換閥的壽命得以延長。
本發明(2)係在本發明(1)的切換閥中，在下側閥抵接部及上側閥抵接部之中間部設有導引部，而第1 凹部的側面係外接於導引部。
本發明(2)之設於下側閥抵接部及上側閥抵接部之中間部的導引部係具有與第1凹部的內徑尺寸相匹配的外徑尺寸，使得當閥體在下側閥抵接部抵接下側閥座的第1位置與上側閥抵接部抵接上側閥座的第2位置之間移動時，導引部係沿著第1凹部之內側面接觸滑動。
因閥體係以其導引部受固定在閥本體的配對板的第1凹部之內壁所引導而移動，故閥桿軸中心的擺動會縮小，上側閥抵接部的偏磨耗也會消除，故切換閥的壽命可更延長。
本發明(3)係在本發明(2)的切換閥中，第1凹部的側面與導引部的側面一部分之間具有間隙。
第1凹部的水平剖面為圓形，導引部的水平剖面為多角形，第1凹部的水平剖面的圓係外接於導引部之水平剖面的多角形。流體會在閥體移動中從該圓與多角形之邊之間的間隙流入控制空間上部的通氣空間，在上側閥座及上側閥抵接部未接觸的開啟狀態時，控制空間與通氣空間即成為連通狀態。
若依該切換閥，因可以縮小閥座與閥體之中心偏移的方式製作，故製作變得容易，成本得以降低。而且，因可防止閥抵接部的偏磨耗，故切換閥的壽命也得以延長。
10:切換閥模組
11:閥本體
12:下側閥座
20:閥桿
21:閥軸
22:閥體
23:導引部
24:下側閥抵接部
25:上側閥抵接部
30:配對板
31:控制空間
32:第1凹部
33:第2凹部
34:貫通孔
35:上側閥座
40:活塞
41:筒狀體部
42:驅動空間
43:彈簧
44:致動器體
50:底座
51:分析氣體流入口
52:分析氣體流入流路
53:通氣管線
54:通氣管線連通路
55:分析氣體轉移流路
56:分析氣體流出流路
57:分析氣體流出口
58:驅動氣體流入口
59:驅動氣體流入流路
60:通氣空間
61:蓋板
62:螺栓
63:驅動空間
圖1為搭載有本發明切換閥的切換閥模組之一實施形態的縱剖面圖，其係顯示閥閉鎖(關閉)時的狀態。
圖2為搭載有本發明切換閥的切換閥模組之一實施形態的縱剖面圖，其係顯示閥開放(開啟)時的狀態。
圖3為本發明切換閥的閥本體之一實施形態的縱剖面圖。
圖4為本發明切換閥的配對板及上側閥座之一實施形態的縱剖面圖。
圖5為本發明切換閥的配對板及導引部的水平剖面圖。
圖6為以往切換閥的縱剖面圖。
圖7為以往切換閥所使用之閥桿的縱剖面圖。
[實施發明之形態]
以下，參照附圖例示性地詳細說明本發明的較佳實施例。但，該實施例所載的構成零件之尺寸、材質、形狀、其相對性配置等及各種製造條件只要沒有特別作特定性記載，即非限定本發明範圍之所在，僅為單純的說明例。
如圖1所示，搭載有本發明切換閥的切換閥模組(10)係由閥本體(11)及底座(50)構成。
閥本體(11)中具備：閥桿(20)、配對板(counter plate)(30)、致動器體(44)、活塞(40)、圓筒體部(41)、彈簧(43)、蓋板(61)及螺栓(62)。此外，需要密封的各構件 之間係以O型環施加密封。在圖面上，O型環係以未附註符號的塗黑橢圓表示。
底座(50)開設有分析氣體流入口(51)、驅動氣體流入口(58)、通氣管線(53)及分析氣體流出口(57)，底座(50)之內部設置有分析氣體流入流路(52)、通氣管線連通流路(54)、驅動氣體流入流路(59)、分析氣體轉移流路(55)及分析氣體流出流路(56)。氣體的流動方向係以箭號表示。另外，圖1的左側係稱為左，右側則稱為右。
如圖3所示，閥本體(11)的左右從下依序分別形成有控制空間(31)、通氣空間(60)及驅動空間(42)。配對板(30)係收容設置在控制空間(31)並固定於閥本體(11)。
致動器體(44)係收容設置在通氣空間(60)並固定於閥本體(11)。致動器(44)的筒狀體部(41)係收容設置在驅動空間(42)並固定於閥本體(11)，活塞(40)則可移動地收容設置在筒狀體部(41)之內部。
閥本體(11)的上端面以封塞驅動空間(42)的方式覆蓋有蓋板(61)，蓋板(61)則以螺栓(62)固定於閥本體(11)。
在配對板(30)、致動器體(44)、活塞(40)及蓋板(61)開設有同心貫通孔，閥桿(20)之閥軸(21)則貫通其中。
閥桿(20)係以閥軸(21)及閥體(22)形成，閥體(22)中從上依序形成有上側閥抵接部(25)、導引部(23)及下側閥抵接部(24)。下側閥抵接部(24)係設成各別件體 (盤式迫緊墊塊)，並藉歛縫加工固定。
閥桿(20)的軸向長度可調整為：在切換閥為關閉狀態時，閥軸(21)的上端面不會突出於較蓋板(61)更上方；在切換閥為開啟狀態時，閥軸(21)的上端面則較蓋板(61)更向上突出。藉此設計，即可目視了解切換閥是在關閉狀態或在開啟狀態。
如圖4的放大圖所示，配對板(30)形成有：向下開口的第1凹部(32)；及其水平剖面積較朝向第1凹部(32)開口的第1凹部(32)之水平剖面積更小的第2凹部(33)。
上側閥座(35)係壓入於配對板(30)的第2凹部(33)。
被壓入的上側閥座(35)係為環狀，其中央部分形成有可插通閥桿的貫通孔(34)。
搭載有該切換閥的切換閥模組(10)係經常在關閉狀態，被彈簧(43)賦予勢能的活塞會使閥桿(20)向下移動，使下側閥抵接部(24)密接於形成在閥本體(11)下部的下側閥座(12)，俾阻斷來自分析氣體流入流路的分析氣體向控制空間(31)的流入而成為關閉狀態。
在使來自分析氣體流入口(51)的分析氣體通過該切換閥模組(10)並送至分析裝置的步驟上，起先是通氣管線(53)連接於真空泵(未圖示)等，藉此操作，會有內部氣體被排放的情況、及通氣管線的一部分向大氣開放的情況。通氣管線(53)係經由通氣管線連通路(54)而和通氣空間(60)連通，進行真空抽吸時，存在於通氣空間(60) 內部的氣體會被排放。向大氣開放時，甚至通氣空間(60)都成為和大氣相同的狀態。
左側的切換閥中，分析氣體流出口(57)係發揮通氣管線的作用。
接著，驅動氣體會從驅動氣體流入口(58)通過驅動氣體流入流路(59)往驅動空間(63)輸送，使驅動空間(63)的內壓提升，將活塞(40)向上方推動。
隨著活塞(40)的上升，固定於活塞(40)的閥桿(20)也上升，下側閥抵接部(24)從下側閥座(12)脫離，分析氣體即充滿控制空間(31)，上側閥抵接部(25)密接於上側閥座(35)，使分析氣體停止向通氣空間(60)流出。圖2係顯示上側閥抵接部(25)密接於上側閥座(35)的狀態。
因分析氣體會再持續流送，故分析氣體乃通過控制空間(31)及分析氣體轉移流路(55)而進入相鄰的控制空間(31)，再通過分析氣體流出流路(56)，從分析氣體流出口(57)流出並送入分析儀器。
圖4為配對板(30)與上側閥座(35)分離時的圖示。配對板(30)中設有向下開口的第1凹部(32)及第2凹部(33)，上側閥座(35)可壓入嵌合於第2凹部(33)。
因第2凹部(33)及上側閥座(35)可以機械加工等方式以高精確度形成，故上側閥座(35)的中心偏移變得非常小。
圖5A係顯示配對板(30)與導引部(23)的水平剖面。導引部(23)的剖面雖然在該圖中為正六角形，但也可為非正多角形。因正六角形的頂點可作為第1凹部 (32)側面的導引，故閥桿(20)即使垂直移動，閥體(20)的軸的水平方向偏移也可受到抑制，使中心偏移更為縮小。
如另一實施例的圖5B所示，導引部(23)的水平剖面並非多角形，而是圓形，也可在該圓的某個部位具有凹部(槽)或孔。該間隙只要是可用以使控制空間(31)、第1凹部(32)及配對板(30)上方之上部空間的通氣空間(60)連通的流路即可，在配對板(30)側也可以設置凹部。
設於導引部(23)或配對板(30)的連通用槽溝等，只是為了不使壓力僅作用於閥體之一部分，故以能對整個閥體(22)均等地施以壓力的方式為佳。
圖5A或圖5B所示的形狀僅為實施例，水平剖面的形狀並不受其限定。
依此方式，導引部(23)係為防止閥體(22)中心偏移的部分，並且，將通氣管線(53)施以真空抽吸時，不只控制空間(31)、第1凹部(32)及屬於配對板(30)上之上部空間的通氣空間(60)，甚至分析氣體轉移流路(55)之前的氣體都可在流通分析氣體之前加以排放。
此外，藉由將具備本發明切換閥的切換閥模組(10)連結複數個來使用，即可輕易實行多種氣體的切換。
10:切換閥模組
11:閥本體
12:下側閥座
20:閥桿
21:閥軸
22:閥體
23:導引部
24:下側閥抵接部
25:上側閥抵接部
30:配對板
31:控制空間
32:第1凹部
33:第2凹部
34:貫通孔
35:上側閥座
40:活塞
41:筒狀體部
42:驅動空間
43:彈簧
44:致動器體
50:底座
51:分析氣體流入口
52:分析氣體流入流路
53:通氣管線
54:通氣管線連通路
55:分析氣體轉移流路
56:分析氣體流出流路
57:分析氣體流出口
58:驅動氣體流入口
59:驅動氣體流入流路
60:通氣空間
61:蓋板
62:螺栓
63:驅動空間

Claims (2)

  1. 一種切換閥，包含：閥本體，具有控制流體的控制空間；閥體，在前述控制空間內移動以控制流體；配對板，用以防止流體往前述控制空間的上側外部流出，其特徵為：前述閥體形成有：下側閥抵接部，閥閉鎖時，和設於前述閥本體的下側閥座抵接；及上側閥抵接部，閥開放時，和設於前述配對板的上側閥座抵接，前述配對板具有：第1凹部，向下開口；及第2凹部，其水平剖面積較朝向該第1凹部開口的前述第1凹部之水平剖面積更小，前述上側閥座係壓入於前述第2凹部，前述下側閥抵接部及前述上側閥抵接部的中間部設有導引部，前述導引部具有與前述第1凹部的內徑尺寸相匹配的外徑尺寸，使得當前述閥體在前述下側閥抵接部抵接前述下側閥座的第1位置與前述上側閥抵接部抵接前述上側閥座的第2位置之間移動時，前述導引部係沿著前述第1凹部的內側面接觸滑動。
  2. 如請求項1之切換閥，其中前述第1凹部的側面與前述導引部的側面一部分之間具有間隙。
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