JP4191256B2 - 漏洩なしの切換式の複座弁 - Google Patents

Description

この発明は、流体の入口と出口に至る２つの管のために少なくとも２つの開口を備えた弁箱と、前記２つの開口の間において前記弁箱の内面に互いに同軸に配置された２つの弁座と、２つの閉止部材とを備え、前記２つの閉止部材は、前記弁箱の内部で案内されつつ、それぞれの開放位置と閉止位置との間を、それぞれ互いに相対的に同軸に運動し、しかも対応する前記２つの弁座に対して相対的に同軸に運動し、前記２つの閉止部材は、前記それぞれの閉止位置において、それぞれ対応する前記２つの弁座に当接して前記２つの開口の間に二重密閉の効果をもたらし、前記２つの閉止部材のうち第１閉止部材は、前記弁箱に対して径方向に密閉する第１の密閉手段を端部に配置したスライドプランジャであって、前記スライドプランジャは、開放運動中に前記２つの閉止部材のうち第２閉止部材に対して当接し、さらに、継続する開放運動で前記第２閉止部材を前記開放位置に移動させるように構成されており、前記２つの弁座のうち第１弁座は円筒形であり、さらに前記第１弁座は、前記第１閉止部材の前記閉止位置において、前記スライドプランジャの前記第１の密閉手段を密閉状態で収容し、前記２つの閉止部材が前記それぞれの閉止位置に位置するとき、および前記２つの閉止部材が前記それぞれの開放位置に位置するときの、いずれの場合にも、前記２つの閉止部材間に漏洩空間が形成され、前記漏洩空間は排出管を介して、前記複座弁の外側と永続的に連通されている、漏洩なしの切換式の複座弁に関する。
上述のような複座弁は、欧州特許第０１７４３８４号Ａ１公報から知られている。このような弁は食品工業において、特に醸造および牛乳加工工業において、種々の製品を供給する管をその接続箇所で仕切るために使用される。この弁は種々の製品の混合を確実に阻止することができ、かつ、衛生的にも完全に作業できるようにしなければならない。このため公知の弁の両方の閉止部材は、弁座を洗浄するために各々個別的に洗浄行程を実施することができる。ところが弁座の洗浄中に片方の単密閉のみが両方の管を仕切る。このため圧力ピークにより閉じられた閉止部材がその弁座から押し開かれ、これが管内での製品の混合を生ぜしめる危険がある。このような圧力ピークは特に、一方の閉止部材の開放時に衝撃的に管内圧力が他方の閉止部材に作用し、かつ、その押圧力が弁座内で低減するため、洗浄する閉止部材を個別的に持上げる際に発生する。そのため公知の複座弁の場合、第２弁座と第１閉止部材とに対向する第２閉止部材の溝の端部が１つの切欠溝を具備している。弁座洗浄中にこの切欠溝により閉止部材と弁座もしくは溝との間に形成された空隙を通り洗浄剤が漏洩空間の中に流入する。
ドイツ特許第３８３５９４４号Ｃ２公報から、同様に分類に対応する複座弁が知られている。第２の下部の閉止部材は圧力ピークを調整するため弁下側に向かって調整プランジャまで延長され、この調整プランジャは本体の下部を密閉して貫通する。下部の閉止部材の洗浄行程の場合、下部の弁皿と弁座との間にも、調整プランジャの外面と下部の本体部内の流路の内壁との間にも、円形の空隙が形成され、この空隙を介して洗浄剤は調整プランジャのための漏洩空間もしくはすすぎ領域で分離することができる。
前記公知の複座弁の欠点は、洗浄行程を超精密に仕上げなければならないことであり、超精密に仕上げないと弁座と閉止部材との間の洗浄空隙が大きくなりすぎ、かつ、多量の洗浄剤が漏洩空間の中に流入することである。これは漏洩空間内で制御されない圧力の増大と、それにより閉じられた閉止部材の負荷とを引起こす。このため閉止部材が持上げられ、かつ、洗浄剤が製品を供給する管の中に移る危険がある。さらにこの欠点は、洗浄空隙の開放時に閉止部材と弁座との間に衝撃的に圧力が漏洩空間内で上昇し、それにより他方の閉止部材が同様にその弁座から押し開かれる可能性が生じることである。
したがって本発明の課題は、弁座の洗浄中に漏洩空間内の圧力ピークを確実に阻止することのできる分類に対応する形式の複座弁を提供することである。
この課題は、前記２つの弁座のうち第２弁座に、円筒形の内表面が備えられ、前記第２閉止部材に、前記円筒形の内表面に対応する第１の円筒形の外表面が備えられ、前記第１の円筒形の外表面の直径が、前記円筒形の内表面の直径よりも小さく、前記第２閉止部材の洗浄行程時、開放運動時および閉止運動時のいずれにおいても、前記円筒形の内表面と前記第１の円筒形の外表面との間に絞り隙間が形成され、前記第２弁座は、前記円筒形の内表面から前記第１弁座まで縮径しつつ延伸する円錐形の内表面を備え、前記第２閉止部材は第２の密閉手段を備え、前記閉止運動中に、前記第２の密閉手段が前記第２弁座と当接する前に、前記絞り隙間が形成されることにより解決される。
弁を構成する部材の洗浄行程では、洗浄剤が、第２弁座の円筒形の内表面と、第２の閉止部材の円筒形の外表面との間に形成された絞り隙間を通ってのみ流入する。それにより漏洩空間内の圧力発生が徐々にかつ均一に行われる。漏洩空間内に流入する洗浄剤の圧力も流量も容易に制御可能である。絞り隙間の長さにより圧力と流量が閉止部材の行程内の変動に対して比較的鈍感なため、その結果、正確な調節と行程監視が不要になる。洗浄過程中の漏洩空間内の急激な圧力上昇は確実に阻止される。
スライドプランジャの洗浄行程時の圧力ピークは、スライドプランジャの洗浄位置でスライドプランジャの円筒形の外表面と第１弁座との間に円筒形の絞り隙間が形成されている場合に阻止される。
スライドプランジャおよび／または第２閉止部材の密閉手段は、径方向シールとして形成することができる。しかしまた、この密閉手段を第２閉止部材に軸方向シールまたは円錐形のシールとして形成することも可能である。次いでスライドプランジャに近い側の、第２閉止部材の端部に配置される。
第２弁座の円筒形の内表面から第１弁座へ向かって縮径しつつ延伸する円錐形の内表面を、第２弁座が有する場合、スライドプランジャが弁箱の内部に入る時の案内は容易になる。弁の閉止運動時に、スライドプランジャはこの円錐形の内表面により案内され、かつ、第１弁座の中心に心合せされる。スライドプランジャの径方向シールは、第１弁座の上部の縁により負荷されることがなく、このため受ける摩耗は少ない。
第２閉止部材の第２弁座内への案内と心合せは、第２弁座の円筒形の内表面から第２閉止部材側の開口に向かって拡径しつつ延伸する円錐形の内表面を、第２弁座が有する場合に達成される。
閉止部材が２つの着脱可能の、好ましくはねじ接続を利用して、互いに接続された部分から構成され、その際、互いに接続された部分の間に密閉手段が具備されている場合に、より迅速かつ簡単な密閉手段の交換が可能となる。
特に好ましい一実施態様において、第２閉止部材はそのスライドプランジャに近い側の端部に、円筒形の第１弁座と一列に並ぶ略円筒形の内壁を備えた凹部を有し、その際、前記凹部は開放運動中に、第２閉止部材が開く前に、スライドプランジャの端部と径方向シールとを密閉状態で収容する大きさで形成されている。弁の閉止運動時に第２閉止部材の凹部と円筒形の第１弁座とが第２弁座の円錐形の内表面によって心合せされるので、凹部と第１弁座とが一列に並ぶ。スライドプランジャの閉止運動時に、スライドプランジャは第２弁座の円錐形の内表面を通り心合せされるので、この結果、その径方向シールには閉止運動に起因する摩耗がほとんど生じない。
この発明は好ましい一実施態様で図面を参照しながら説明し、その他の好ましい詳細は図面の図から読取るものとする。その際、機能的に同一の部分は同一の符号を付ける。
各図は詳しくは次に示す。
図１ 本発明にかかる複座弁の第１実施態様の部分断面図。
図２ａ−ｃ 弁を開く際の順番のステップで示した、本発明にかかる複座弁の第１実施態様の部分断面図。
図３ 図１記載の複座弁の第１閉止部材の洗浄行程。
図４ 図１記載の複座弁の第２閉止部材の洗浄行程。
図５ａ−ｃ 弁を開く際の順番のステップで示した、本発明にかかる複座弁の第２実施態様の部分断面図。
図６ 図４記載の複座弁の第１閉止部材の洗浄行程。
図７ 図５記載の複座弁の第２閉止部材の洗浄行程。
図８ａ−ｃ 弁を開く際の順番のステップで示した、本発明にかかる複座弁の第３実施態様の部分断面図。
図９ 図８記載の複座弁の第１閉止部材の洗浄行程。
図１０ 図７記載の複座弁の第２閉止部材の洗浄行程。
図１ａは、円筒形の第１弁座２と、第２弁座３とが成型されている弁箱１を示す。第２弁座３は第１の円錐形の内表面４ならびに円筒形の内表面５を有する。円筒形の内表面５には、第１弁座２の方向に向かって、同様に円錐形に形成された第２の円錐形の内表面６がつながっている。第２の円錐形の内表面６には、さらに円筒形の第１弁座２がつながっている。
第１弁座２にはスライドプランジャ７として形成された第１閉止部材が収容されている。スライドプランジャ７は、第２閉止部材９に向けて配置されている第１部分８と、調整プランジャ１１から延びる第２部分１０とから構成される。第１部分８および第２部分１０は、その円周に各々１つづつ溝を有し、これらの溝が一緒になって第１弁座２に当接しうる１つのシール１２を収容する。第１部分８および第２部分１０はねじ接続（図示せず）により接続される。スライドプランジャ７の取外し後、第１部分８および第２部分１０は、シール１２を交換するために、互いに容易に取外すことができる。スライドプランジャ７の第１部分８の第２の円筒形の外表面２４は、第１弁座２より少し小さい直径を有する。第１弁座２と第２の円筒形の外表面２４との間には、このため典型的に０．１５ｍｍの幅を有する絞り隙間が形成されている。
第１部分８のうち第２閉止部材９に向いている面は、漏洩物を排出管２５に排出する開口１３に向かって傾斜している。第１閉止部材であるスライドプランジャ７の運動は第１弁棒１４を介して行われる。
第２閉止部材９は同様に２分割型に構成されている。第２閉止部材９は、中空棒として形成された第２弁棒１６の中に延長する第３部分１５を備える。第２弁棒１６の中には第１弁棒１４が移動可能に軸支されている。第３部分１５はその周縁部に溝を有し、この溝が第４部分１８の溝と共にシール１７を収容する。
ねじ接続を利用して第３部分１５に着脱可能に接続された第４部分１８は、その円周に沿ってシール１７につながる第１の円錐形の外表面１９を有し、第１の円錐形の外表面１９は弁箱１の第１の円錐形の内表面４に適合する。第１の円錐形の外表面１９には第１の円筒形の外表面２０がつながり、第１の円筒形の外表面２０は弁箱１の対応する円筒形の内表面５に適合する。円筒形の内表面５および第１の円筒形の外表面２０の直径は、それらの間に典型的に０．１５ｍｍの幅を有する空隙が形成されるように選定されている。第１の円筒形の外表面２０には第２の円錐形の外表面２１がつながり、第２の円錐形の外表面２１は弁箱１の第２の円錐形の内表面６に適合する。
第２閉止部材９のスライドプランジャ７に対向する側には凹部２２が備えられ、凹部２２の円筒形の内壁２３が第１弁座２と一列に並ぶ。凹部２２は、その中にスライドプランジャ７の端部を収容できるような寸法を有する。
図２ａ−ｃには、複座弁の開放時に連続するステップが示されている。
図１で説明したように、複座弁が二重密閉を形成し、その際、第１弁座２の中にスライドプランジャ７が、第２弁座３の中に第２閉止部材９が収容されている。
開放するためにスライドプランジャ７は第２閉止部材９の方向に持上げられる。その際、スライドプランジャ７はそのシール１２と共に第１弁座２の壁に沿って摺動し、次に凹部２２の円筒形の内壁２３に接触し、スライドプランジャ７が第２閉止部材９に当接するまで、凹部２２の円筒形の内壁２３上を摺動する（図２ｂ）。第１閉止部材であるスライドプランジャ７と第２閉止部材９との間に形成された漏洩空間は、切換過程中に閉じられたままとなる。さらにスライドプランジャ７を持上げると、第２閉止部材９が第２弁座３から持上げられる。さらに第１閉止部材であるスライドプランジャ７および第２閉止部材９を持上げることにより、弁はその開放位置に移る（図２ｃ）。
弁の閉止運動は逆の順番で行われる。第１閉止部材であるスライドプランジャ７および第２閉止部材９を押下げることにより、最終的に第２弁座３の円筒形の内表面５と第２閉止部材９とが絞り隙間を形成しながら互いに入りこむまで、弁の口径が狭くなる。第２閉止部材９は第１の円錐形の内表面４を通り案内および心合せされる。絞り隙間を大きくすることにより、他方の側に流れ出る洗浄剤の圧力は、第２閉止部材９が完全に第２弁座３に入り、かつ、弁と接続された２つの管の間に二重密閉のうち一番目の密閉箇所が形成されるまで、低減される。さらに押し下げられると、スライドプランジャ７は第２閉止部材９から離れ、かつ、二重密閉のうち二番目の密閉箇所を形成しながら第１弁座２の中に入る。この過程において、前記スライドプランジャ７は、第２の円錐形の内表面６によって案内および心合せされる。
弁座を洗浄するために閉止部材は各々個別的にその閉止位置から移動する。
図３に第１弁座２の洗浄を示した。第１弁座２を洗浄するために、スライドプランジャ７は、シール１２が完全に第１弁座２から軸方向外側に離れるまで押下げられる。第１弁座２の円筒形の内表面と、スライドプランジャ７の第２の円筒形の外表面２４との間には円筒形の絞り隙間２６が形成され、この絞り隙間２６を通して洗浄剤が第１弁座２を洗浄しながら第１閉止部材であるスライドプランジャ７と第２閉止部材９との間に形成された漏洩空間の中に流入することができ、この漏洩空間から洗浄剤が開口１３を介して排出される。絞り隙間２６の幅は典型的には０．１５ｍｍである。しかし絞り隙間２６の幅は管および弁の寸法に依存して任意に変化させることができる。
絞り隙間の長さのために、通過する洗浄剤の流量は洗浄行程内の変動に対して比較的敏感ではない。洗浄行程中の漏洩空間内の圧力ピークは確実に阻止される。
図４に、第２閉止部材９の洗浄行程を示した。第２閉止部材９を洗浄するために、第２弁座３の円筒形の内表面５と第２閉止部材９の第１の円筒形の外表面２０との間に絞り隙間２６が形成され、前記絞り隙間２６を通り第２弁座３の洗浄のために洗浄剤が第１閉止部材であるスライドプランジャ７と第２閉止部材９との間に形成された漏洩空間の中に流入可能となるまで、第２閉止部材９は第２弁座３から持上げられる。ここでも絞り隙間の長さのために、通過する洗浄剤の流量は洗浄行程内の変動に対して比較的敏感ではない。開放運動中の圧力ピークが阻止される。
図５ないし７は、図１ないし４に準ずる複座弁の第２実施態様の動作状態を示す。
スライドプランジャ７と第１弁座２はその構造において複座弁の第１実施態様の対応する部分に一致する。第２弁座３は、円筒形の内表面５と、円筒形の内表面５から第１弁座２の方向に向いて延伸する第２の円錐形の内表面６とを含む。第２の円錐形の内表面６は円筒形の内表面５に対して垂直に延長することもできる。
第２閉止部材９は第１実施態様（図１）の第２閉止部材９と広範囲に類似して構成された。ただしシール１７は凹部２２を取囲む周縁部に具備され、かつ、弁の閉止位置で、第２弁座３のうち、第１弁座２の方向へ延伸する第２の円錐形の内表面６に当接する。
弁の開閉運動は第１実施態様に準じて行われる。第１閉止部材であるスライドプランジャ７が持上げられ、かつ、第２閉止部材９の凹部２２の中に入る（図５ｂ）。第２閉止部材９はその継続運動により第１閉止部材であるスライドプランジャ７を第２弁座３から持上げ、その際、円筒形の内表面５と第１の円筒形の外表面２０との間で絞り隙間が開かれる。それに続き第１閉止部材であるスライドプランジャ７および第２の閉止部材９が弁の開放位置に移る（図５ｃ）。弁の閉止は前記ステップと逆の順序で行われる。
第１閉止部材７（図６）のための洗浄行程は、すでに第１実施態様（図３）について説明した洗浄行程に相当する。
第２弁座３の洗浄行程では、閉止部材９が幾分持上げられる。シール１７が第２の円錐形の内表面６から離れると、洗浄剤は第２弁座３を洗浄するために円筒形の内表面５と第１の円筒形の外表面２０との間に形成された絞り隙間を通り漏洩空間の中に流入することができる。
図８ないし１０に示された複座弁の第３実施態様では、シール１７が第２閉止部材９の第１の円筒形の外表面２０に配置されている。開放運動時には、すでに第１実施態様で説明したように、第１閉止部材であるスライドプランジャ７が第２閉止部材９の凹部２２の中に入る（図８ｂ）。それに続き第１閉止部材であるスライドプランジャ７および第２閉止部材９は、シール１７が第２弁座３の円筒形の内表面５から離れ、かつ、第２弁座３の円筒形の内表面５と第２閉止部材９の第１の円筒形の外表面２０との間に設けられた絞り隙間が開くまで、さらに持上げられる。それに続き第１閉止部材であるスライドプランジャ７および第２閉止部材９がさらに開放位置に移る（図８ｃ）。閉止運動では、シール１７が第２弁座３の中まで移動する前に、それに対応して初めに円筒形の内表面５と第１の円筒形の外表面２０との間に、絞り隙間が形成される。
図９に示した第１閉止部材であるスライドプランジャ７の洗浄行程は、すでに第１実施態様（図３）で説明した洗浄行程に相当する。
図１０に示した第２弁座３の洗浄行程では、シール１７が第２弁座３から離れるまで、第２閉止部材９が持上げられる。次に円筒形の内表面５と第１の円筒形の外表面２０との間に形成された絞り隙間２６が開き、絞り隙間２６を通り第２弁座３を洗浄するために洗浄剤が第１閉止部材７と第２閉止部材９との間に形成された漏洩空間の中に流入することができる。またこの配置の場合にも、洗浄剤の流れは洗浄行程の変動に対して比較的敏感ではない。
符号一覧
１ 弁箱
２ 第１弁座
３ 第２弁座
４ 第１の円錐形の内表面
５ 円筒形の内表面
６ 第２の円錐形の内表面
７ スライドプランジャ
８ 第１部分
９ 第２閉止部材
１０ 第２部分
１１ 調整プランジャ
１２ シール
１３ 開口
１４ 第１弁棒
１５ 第３部分
１６ 第２弁棒
１７ シール
１８ 第４部分
１９ 第１の円錐形の外表面
２０ 第１の円筒形の外表面
２１ 第２の円錐形の外表面
２２ 凹部
２３ 円筒形の内壁
２４ 第２の円筒形の外表面
２５ 排出管
２６ 絞り隙間

Claims (7)

1. 漏洩なしの切換式の複座弁であって、
   流体の入口と出口に至る２つの管のために少なくとも２つの開口を備えた弁箱と、
   前記２つの開口の間において前記弁箱の内面に互いに同軸に配置された２つの弁座と、
   ２つの閉止部材とを備え、
   前記２つの閉止部材は、前記弁箱の内部で案内されつつ、それぞれの開放位置と閉止位置との間を、それぞれ互いに相対的に同軸に運動し、しかも対応する前記２つの弁座に対して相対的に同軸に運動し、
   前記２つの閉止部材は、前記それぞれの閉止位置において、それぞれ対応する前記２つの弁座に当接して前記２つの開口の間に二重密閉の効果をもたらし、
   前記２つの閉止部材のうち第１閉止部材は、前記弁箱に対して径方向に密閉する第１の密閉手段を端部に配置したスライドプランジャであって、
   前記スライドプランジャは、開放運動中に前記２つの閉止部材のうち第２閉止部材に対して当接し、
   さらに、継続する開放運動で前記第２閉止部材を前記開放位置に移動させるように構成されており、
   前記２つの弁座のうち第１弁座は円筒形であり、
   さらに前記第１弁座は、前記第１閉止部材の前記閉止位置において、前記スライドプランジャの前記第１の密閉手段を密閉状態で収容し、
   前記２つの閉止部材が前記それぞれの閉止位置に位置するとき、および前記２つの閉止部材が前記それぞれの開放位置に位置するときの、いずれの場合にも、前記２つの閉止部材間に漏洩空間が形成され、
   前記漏洩空間は排出管を介して、前記複座弁の外側と永続的に連通されており、
   前記２つの弁座のうち第２弁座に、円筒形の内表面が備えられ、
   前記第２閉止部材に、前記円筒形の内表面に対応する第１の円筒形の外表面が備えられ、
   前記第１の円筒形の外表面の直径が、前記円筒形の内表面の直径よりも小さく、
   前記第２閉止部材の洗浄行程時、開放運動時および閉止運動時のいずれにおいても、前記円筒形の内表面と前記第１の円筒形の外表面との間に絞り隙間が形成され、
   前記第２弁座は、前記円筒形の内表面から前記第１弁座まで縮径しつつ延伸する円錐形の内表面を備え、
   前記第２閉止部材は第２の密閉手段を備え、
   前記閉止運動中に、前記第２の密閉手段が前記第２弁座と当接する前に、前記絞り隙間が形成される
   ことを特徴とする複座弁。
2. 前記スライドプランジャが、前記第１弁座に対応する第２の円筒形の外表面を備え、
   前記スライドプランジャの洗浄位置で、前記第２の円筒形の外表面が前記第１弁座の内方に位置し、かつ前記第１の密閉手段が前記第１弁座の内面から軸方向外側に離隔して、前記第２の円筒形の外表面と前記第１弁座との間に円筒形の絞り隙間が形成される
   ことを特徴とする、請求項１に記載の複座弁。
3. 前記第１の密閉手段と前記第２の密閉手段の両方、またはそのいずれか一方が、径方向シールとして形成される
   ことを特徴とする、請求項１または２に記載の複座弁。
4. 前記第２閉止部材の、前記スライドプランジャに近い側に、前記第２弁座の前記縮径しつつ延伸する円錐形の内表面に当接する周縁部が備えられ、
   前記周縁部に、前記第２の密閉手段が軸方向シールまたは円錐形のシールとして形成されている
   ことを特徴とする、請求項１に記載の複座弁。
5. 前記第２弁座は、前記円筒形の内表面から前記第２閉止部材側の前記開口に向かって拡径しつつ延伸する円錐形の内表面を備える
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の複座弁。
6. 前記２つの閉止部材のそれぞれが、ねじ接続を利用して互いに着脱可能に接続された２つの部分から構成され、
   前記第１閉止部材の前記２つの部分の間に前記第１の密閉手段が備えられ、
   前記第２閉止部材の前記２つの部分の間に前記第２の密閉手段が備えられる
   ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の複座弁。
7. 前記第２の閉止部材が、前記スライドプランジャに近い側の端部に、前記第１弁座と同一径で同軸に並ぶ略円筒形の内壁を備えた凹部を有し、
   前記凹部が、開放運動中でありかつ前記第２閉止部材が前記第２弁座から離隔する前に、前記スライドプランジャの前記第１の密閉手段を密閉状態で収容する大きさで形成されている
   ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の複座弁。

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