JP4392484B2 - 充填遮断弁 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、充填遮断弁弁（filling stop valve）に関し、より詳しくは、液体が所望レベルに到達したときに、液体の流れを自動的に遮断する弁に関する。
背景技術
液体が容器内で所望レベルに到達したときに液体の流れを遮断するフロート弁は良く知られている。このような弁の最も簡単な形態は、弁本体に枢着されたアームの一端に取り付けられたフロートを有し、アームの他端は弁部材を押圧して入口管の孔を閉じる。フロートアームは、入口の液体圧力に抗して弁を閉じるのに必要な圧力を弁に加えることができる長さを有している。
液体の流れを更に制御しかつ流れの所望の遮断を行なうためのサーボ弁が知られており、該サーボ弁では、パイロット弁が、マスター弁の作動を補助すべく液体圧力を付与することによりマスター弁の作動を制御する。サーボ弁の使用によりフロートアームの長さがなくなるか、又は、短縮され、サーボ弁はマスター弁としてダイアフラムを使用するか、マスター弁に連結される。
ダイアフラム弁の一例がオーストラリア国特許（AU 659356）に開示されており、該ダイアフラム弁では、検出ダイアフラムすなわちパイロットダイアフラムにリング磁石が取り付けられている。マスター弁のダイアフラムの孔の開閉を行なうプランジャには、他の磁石が取り付けられている。
米国特許第3,994,313号明細書、第4,013,091号明細書、第4,977,923号明細書、第5,076,516号明細書および第4,027,693号明細書の他の特許明細書には、フロート弁または他の液体レベル検出手段により制御されるソリッド弁すなわち機械式弁を備えたサーボ弁により制御されるマスター弁としてダイアフラム弁を備えたサーボ弁が開示されている。
本発明の目的は、パイロット弁を作動させるのに小さい力で済み、このため、槽（シスターン）または燃料タンク等の容器、または腐食性流体または他の汚染流体を収容する容器内の液体レベルのより正確な制御を達成できる遮断弁を提供することにある。
本発明の他の目的は、液体中の汚染物質による誤作動が生じ難い遮断弁を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、液体供給ライン内での液体サージングおよびウォータハンマを低減させまたは無くす手段を備えた遮断弁を提供することにある。
発明の開示
上記１つ以上の目的を達成するため、本発明によれば、液体が或るレベルに到達したときに液体の流れを停止させる遮断弁であって、液体の流れを制御するマスター弁を有し、該マスター弁が、液体と接触するフロートまたは他の液体レベル検出装置により制御されるダイアフラム弁により制御される構成の遮断弁が提供される。
【図面の簡単な説明】
本発明をより完全に説明するため、添付図面を参照されたい。
「従来技術」の図面は、電磁気力により作動される弁の一形態を示す。
第１図は、ダイアフラムパイロット弁がダイアフラムマスター弁を制御する一実施形態を示す。
第２ａ図、第２ｂ図、第２ｃ図および第２ｄ図は、それぞれ、組立体、パイロット弁、プッシュロッドおよびダイアフラムの構造を示す。
第３図は、シスターン弁として構成された他の実施形態を示す。
発明を実施するための最良の形態
先ず、図示の従来技術を参照する。図示の従来技術にはマスター弁ダイアフラムが存在せず、プランジャが電子機械的に作動され、厚いダイアフラムの中央の孔を開閉する。この孔が開かれたときは、水がダイアフラムのブリード孔を通り、更に中央プランジャを通って流れることができる。このような構造は一般的に使用されておりかつ非常に信頼性の高いものであるが、プランジャの制御に電力を必要とする。
しかしながら、第１図および第２図の実施形態は、小さいパイロット弁によりマスター弁をより正確に制御することを意図したものである。ここに説明する実施形態にはマスター弁としてダイアフラム弁が示されているが、マスター弁がピストン形の弁であるものを実現することもできる。
第２ａ図、第２ｂ図、第２ｃ図および第２ｄ図を参照する。ここで、第２ａ図は、弁本体１１を備えたパイロット弁１０を示す。弁本体１１は直立円形フランジ１２を有し、このフランジ１２は、衝合部材（当接即ちアバットメント部材）１５の孔１４を通って延びる保持ピン１３を収容している。衝合部材１５は、プッシュロッド１７の上端部を収容する軸線方向孔１６を有し、プッシュロッド１７は、パイロット弁ダイアフラム１９の中央閉鎖領域１８に当接している。ダイアフラム１９は保持ブロック２１を介して面２０に対してクランプされ、保持ブロック２１は、Ｏリング２２により弁本体１１に対してシールされている。また、保持ブロック２１は、ダイアフラム１９の外側環状部２３を本体１１の面２０に対して位置決めする。保持ブロック２１は凹部２４を有し、この凹部２４は、弁作用を減速させてウォータハンマが生じる可能性を低下させるショックアブソーバとして作用する空気ポケットすなわちキャビティを形成する。このように、このポケットすなわちキャビティは、空気または他の圧縮性物質を収容し、これにより空気又は圧縮性物質が液体のクッションとして作用し、液体のウォータハンマおよびサージングを低減又は排除する。
プッシュロッド１７は、本体１１の面２０のブリード孔２６に通されている。ブリード孔２６の直径は小さいことが好ましい。これにより、小さい力で、閉鎖領域１８を孔２６の端部の弁座２５から離れる方向に撓ませることができ、特に弁が閉じるときの漏洩の発生を防止できる。この形状は、閉鎖領域１８が、ダイアフラムを形成する材料の弾性に抗して撓むことができ、これにより、第２ａ図に示すように、弁座２５に対するダイアフラム１９の小さい上向きの予負荷を与えるようにする。利用できる最適条件を確保するため、３つの分割円弧状孔２８（第２ｄ図）が設けられ、これらの分割円弧状孔２８の間には３つの架橋部２９が形成されている。これにより負荷が、同心状になって偏心しないようになるため、漏洩の傾向が低下する。
第２ａ図に示すような保持ピン１３上で一定範囲内で摺動できる衝合部材１５の代わりに、保持ピン１３の直径よりも大きい直径の孔１４を備えた衝合部材３１を設けプッシュロッドの軸線方向の動きを制限することが第１図からわかる。衝合部材の外面は円形ではなく、この実施形態では複数の平面３３からなる。これにより、屑片が発生して弁の自由な機能を妨げる傾向が低減される。衝合部材は、断面が六角形であるのが好ましい。
第１図には、参照番号３６ａで示す箇所でパイロット弁１０に枢着されたレバーアーム３６を使用する構成が示されている。レバーアーム３６はバラスト形フロート３７により伝達された力を増幅し、これにより、比較的小さいバラスト型フロートの使用を可能にする。ダイアフラム１９の閉鎖領域１８を充分に撓ませるのに必要な移動量は大きくない。マスター弁３８は大型フロー・スルー弁として図示されており、この実施形態では、マスター弁３８はマスターダイアフラム３９により包囲されている。
フロートおよびこれを包囲する機構は外側ケーシング３７ａにより保護されており、このケーシング３７ａは、液体の流入を許容する２つのオリフィス３７ｂと、大気に開口しているオリフィス３７ｃとを有している。２つのオリフィス３７ｂは、ケーシング内への液体の流入を調整し、これにより、液体のサージングによってフロートが作動されることを防止するために設けられている。
図示のように、フロート３７は、このフロートにバラストを付加するブシュ４１上に支持され、このブシュ４１はステム４２上を摺動する。ステム４２の遠位端には、互いに間隔をおいて配置された直立端ストッパ４３が設けられている。ステム４２（またはステム４２が通されるブシュ４１の孔）は非円形（好ましくは多面形）で、汚染水により収集された屑片のフラッシングが行なえるようにする。レバーアーム３６は、ブシュ４１に対して回転できるカラー４４上で枢動し、ブシュ４１はステム４２に対して回転および摺動できるため、偏心負荷により誤作動が生じる危険性が実質的に防止される。
第１図を参照すると、ダイアフラムが弁座７０に座合しておりかつ弁がばね７１により閉位置に押圧されているときの弁３８を通る流れの方向を、矢印が示している。ダイアフラムは弁３８のハウジング内のチャンバ７３に開口しているブリード孔７２を有し、チャンバ７３は他のブリード孔７４を介してパイロット弁１０のチャンバ７５に連通している。
第１図に示す位置では、フロート３７が最上方位置にあってマスター弁３８が閉位置にあり、液体が弁３８を閉じるべきレベルにあることを示している。この位置では、パイロットダイアフラム１９の弁の中央閉鎖領域１８が弁座２５（第２ａ図参照）に当接してこれをシールし、これにより入口圧力は孔２６（第２ａ図参照）を通って逃げることができず、従ってダイアフラム３９の閉鎖側の入口圧力とばね７１の押圧力とを加えた圧力によってマスター弁が閉じられる。
しかしながら、液体レベルが低下すると、レバー３６が衝合部材３１を上昇させ、プッシュロッド１７を上昇される。これによって、ダイアフラム１９の閉鎖領域１８が持ち上げられ、その弁座２５から引き離される。そして、チャンバ７３から、ブリードオリフィス７４、チャンバ７５、ダイアフラム１９の通路２８およびロッド１７の回りのブリード２６を通る液体のブリードが生じる。かくして、チャンバ７３内の圧力が低下され、ダイアフラム３９の他側のより高い入口圧力によってマスター弁が開かれ、液体はマスター弁を通って流れ得るようになる。液体が上昇してフロート３７を上昇させると、レバー３６が枢動して衝合部材３１およびロッド１７を下降させ、これによりダイアフラム１９の閉鎖領域１８がブリード通路２６を閉鎖させる。これによりチャンバ７３内の圧力が増大し、マスター弁を閉鎖させる。
小型のバラスト型フロートが要求されるが、第３図には、シスターン弁ケーシング４９内で、ステム４８（バラストマスを示している）上に１対のフロート４６、４７を互いに垂直方向に間隔をおいて支持することにより高度のフレキシビリティが達成される実施形態が示されている。
シスターン弁５１では、パイロット弁５０がマスターダイアフラム５２と同軸状状に配置されており、マスターダイアフラムとスペーサ５７との間の弱いばね５３が、マスターダイアフラムを横切る圧力バイアスを補完する。出口チューブ５４が偏向チューブ５５内で上方に延びており、偏向チューブ５５の上端部にはサイホン作用の発生を防止する孔５５ａが設けられている。しかしながら、水が流れると、ピン６０上に緩く保持された浮揚性閉鎖部材５６が孔５５ａを閉じることができ、これによりフラッシング水の中への空気の導入が低減され、ノイズが低減される。保持ピン５８がステム４８の下端部に設けられた大径孔５９内に収容されており、保持ピン５８は第２ａ図に示したのと同様に機能する。
出願人が製造した１つのプロトタイプでは、パイロット弁の閉鎖領域およびプッシュロッドを変位させるべく、1.7ニュートンの力がプッシュロッドに加えられ僅かに１mmの距離だけ移動されたときに満足できる機能が得られる弁である。かくして、シスターン弁または他の液体レベル検出弁の単一フロート構造または二重フロート構造のいずれに使用されるものであっても、同様な用途に現在使用されているボールフロートおよびアーム構造に比べてパイロット弁およびマスター弁の構造を比較的小さくできることが理解されよう。
このように、本発明によれば、パイロット弁の閉鎖領域に当接するプッシュロッドの移動量が比較的小さく、かつこれに対応してプッシュロッドに加えるべき力が小さくて済み、従って、パイロット弁ダイアフラムを作動させるのに比較的小さいフロート組立体を使用でき、このため例えばシスターンに使用される水レベルについて優れた制御が行なえ、信頼性をもって機能をする弁が提供されることが理解されよう。
パイロット弁のダイアフラムには、このダイアフラムの中央閉鎖領域と外側環状部との間に、等間隔をおいて配置された複数の連結架橋部が設けられており、このため、ダイアフラムが、不均衡力のためにシール不能になる可能性が大幅に低減されることがわかる。これは、このような事態は、例えば、水が粒子状物質を含有しているときに生じることがある。かくして、パイロット弁には、周方向に等間隔をおいて設けられた少なくとも３つの架橋部２９を設け、従ってダイアフラムの回りに孔２８が等間隔をおいて設けられるように構成するのが好ましい。これらの孔は、液体および該液体により運ばれるあらゆる汚染物質がダイアフラムを通って自由に流れることを可能にし、このため、ダイアフラムに単一のブリード孔が設けられたものに比べて付加利益が得られる。
加えられる圧力により発生される閉鎖力は出口面積に比例するため、パイロット弁の弁座に小径の出口を設けることができ、このため、プッシュロッドの直径を小さくすることが要求される。屑片がプッシュロッドの外面上に堆積されないようにするため、一実施形態では、プッシュロッド部材は、その外面が多面体でかつ自由に回転できるように構成される。プッシュロッドの過大移動を防止するため、プッシュロッドが移動できると同時にその両方向への移動が制限されるように、保持ピンが通る孔の直径はピンの直径より大きく形成されている。このため、パイロット弁のダイアフラムの閉鎖領域に伝達される撓み量が制限される。
発生すると考えられる他の問題は、地下水のように非常に低品質の水からの屑片が、フロートを支持するブシュの摺動面と、このブシュに支持されるステムの摺動面との間に堆積されることであり、接触面積が大きくならないようにするため、ブシュの内面またはステムの外面を多面形に構成して、全面接触ではなく、線接触のみが得られるようにする。それでも集積した屑片はできるだけ早く排出すべきであり、本発明の一実施形態では、前述のように、ステムの下端部に直立衝合片を設けて、ブシュの下端部と、ステム（該ステム上でブシュが摺動する）の下端部との間にフラッシング空間が形成されるようにする。

Claims (11)

1. 遮断弁の入口から弁座を通り、容器に液体を放出する出口に流れる液体の流れを停止させる遮断弁であって、
   該遮断弁は、前記液体が前記容器内で所定レベルに達したとき前記流れを停止させ、
   前記遮断弁は、前記入口から前記出口への前記液体の流れを制御するように前記弁座に着座可能なマスタ弁ダイヤフラムを有し、
   前記マスタ弁ダイヤフラムは、前記遮断弁を通って前記容器に流れる液体の液体レベル検出手段によって制御されるパイロット弁ダイヤフラムによって制御され、
   前記マスタ弁ダイヤフラムおよび前記パイロット弁ダイヤフラムは、着座したとき共通のチャンバ（７３，７５）を包囲し、
   前記マスタ弁ダイヤフラムは、前記マスタ弁ダイヤフラム及び前記パイロット弁ダイヤフラムが共に着座したときに、前記共通のチャンバに入口圧を付与するブリード孔（７２）を有し、
   前記液体レベル検出手段が、フロート（３７）と、該フロート（３７）と前記パイロット弁ダイヤフラムの間に作動的に連結され弁座（２５）を貫通して延びるプッシュ手段とを備え、該プッシュ手段は、前記容器内の液体レベルが低くなったとき前記パイロット弁ダイヤフラムを直接、前記弁座（２５）から離し、前記弁座（２５）を貫通するように設けられた少なくとも１つの孔（２６）における前記プッシュ手段の少なくとも一部の周囲を通して前記共通のチャンバ内の圧力を解放する、
   ことを特徴とする遮断弁。
2. 前記パイロット弁ダイヤフラムは、前記孔（２６）をシールするように構成された中央閉鎖領域（１８）を有し、
   前記孔（２６）を貫通し前記フロート（３７）に作動的に連結されたプッシュロッド（１７）を含み、
   前記パイロット弁ダイヤフラムは、前記中央閉鎖領域（１８）から径方向に離れ周方向に間隔をおいた複数の孔（２８）を備え、
   前記孔（２８）はブリッジによって連結され、
   これによって、前記パイロット弁ダイヤフラムが弁座から離れた位置にくると、液体が前記マスタダイヤフラムのブリード孔（７２）とパイロット弁ダイヤフラムの間隔をおいた孔（２８）と前記孔（２６）とを通過し、該液体の流れが、前記中央閉鎖領域（１８）と前記孔（２６）からの屑片の除去を補助する、
   請求の範囲第１項に記載の遮断弁。
3. 前記遮断弁を通る流れを停止させるため、前記フロート（３７）が前記プッシュロッド（１７）を移動させ前記パイロット弁ダイヤフラムを前記孔（２６）に着座させ、これによって、前記マスタ弁ダイヤフラムを通る前記液体の流れがマスタ弁ダイヤフラムへの圧力を増大させ前記マスタ弁ダイヤフラムを弁座（７０）に着座させて前記遮断弁を通る流れを停止させ、前記ブリッジが前記中央閉鎖領域（１８）が前記孔（２６）をシールすることを補助する、
   請求の範囲第２項に記載の遮断弁。
4. 前記パイロット弁ダイヤフラムが、パイロット弁本体（１１）に取り付けられ、
   該パイロット弁本体（１１）は、下向きの内面と、該内面に設けられた複数の下向きキャビティとを有し、該キャビティ内の空気またはクッション材料は、パイロット弁に作用する液体に緩衝およびクッション作用して、パイロット弁ダイヤフラムの閉鎖を円滑化する、
   請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記載の遮断弁。
5. 前記フロート（３７）がステム上で摺動可能なブシュに取り付けられ前記パイロット弁ダイヤフラムを弁座から離す前記プッシュロッド（１７）にリンク機構を介して連結され、
   前記ステムは、該ステムから屑片を除去するのを容易にするために円形ではなく、前記ステム上での前記ブッシュの移動を制限する停止部を有し、
   前記フロート（３７）および前記リンク機構を保護すべくこれらを包囲するケーシングを有し、該ケーシングに設けられた少なくとも１つの制限開口が、該制限開口を通って液体が流れることを可能にして、液体のサージングおよび波作用が前記フロート（３７）に悪影響を与えないように構成した、
   請求の範囲第１項に記載の遮断弁。
6. 容器内で液体が所定レベルに到達したとき該容器への液体の流れを停止させる遮断弁であって、
   前記遮断弁が、前記容器への液体の流れを制御するマスタ弁ダイヤフラムと、前記容器内の液体のレベルに反応するフロートと、前記フロートの位置に応答するパイロット弁ダイヤフラム（１９）であって、前記パイロット弁ダイヤフラム（１９）が弁座（２５）から離れるか着座するかに応じてブリード孔（２６）を通る前記液体の流れを許容または停止させる前記パイロット弁ダイヤフラム（１９）とを備え、
   前記マスタ弁ダイヤフラムと前記パイロット弁ダイヤフラム（１９）とは着座したとき共通のチャンバ（７３，７５）を包囲し、
   前記マスタ弁ダイヤフラムが、これを貫通するブリードオリフィス（７２）を備え、該ブリードオリフィス（７２）は、前記マスタ弁ダイヤフラム及び前記パイロット弁ダイヤフラム（１９）が共に着座したときに、前記共通のチャンバ（７３，７５）に入口圧をもたらすものであり、
   前記パイロット弁ダイヤフラム（１９）は、前記入口圧で前記ブリード孔（２６）を閉鎖し、前記マスタ弁ダイヤフラムの前記ブリードオリフィス（７２）を通る前記液体の流れが、前記共通のチャンバ（７３，７５）の圧力を増大させ、前記マスタ弁ダイヤフラムを前記容器に通じる弁座に着座させ、
   前記フロートが前記パイロット弁ダイヤフラム（１９）を弁座から離間させ前記ブリード孔（２６）を開くと、前記共通のチャンバ（７３，７５）の圧力が前記パイロット弁ダイヤフラム（１９）の少なくとも１つの孔（２８）および前記ブリード孔（２６）を通して解放され、前記共通のチャンバ（７３，７５）の外から前記マスタ弁ダイヤフラムに作用する入口圧によって、前記マスタ弁ダイヤフラムが前記弁座から開く、
   ことを特徴とする遮断弁。
7. 前記フロートと前記パイロット弁ダイヤフラム（１９）との間のリンク機構を有し、該リンク機構は、前記ブリード孔（２６）に挿入されて、前記パイロット弁ダイヤフラム（１９）の中央閉鎖領域（１８）に作用し、前記中央閉鎖領域（１８）を前記ブリード孔（２６）から開放させる、プッシュロッド（１７）を有する、
   請求の範囲第６項の記載の遮断弁。
8. 前記パイロット弁ダイヤフラム（１９）には、前記中央閉鎖領域（１８）の径方向外方かつ該パイロット弁ダイヤフラム（１９）の外側部分の内方に、周方向に間隔をおいた複数の前記孔（２８）が設けられており、前記プッシュロッド（１７）が前記中央閉鎖領域（１８）を前記ブリード孔（２６）から持ち上げると、前記孔（２８）を通って前記液体が前記ブリード孔（２６）へと流れる、
   請求の範囲第７項に記載の遮断弁。
9. 前記プッシュロッド（１７）は多面体で、屑片の堆積を最小にしかつ該プッシュロッド（１７）の周囲を通る前記液体の流れにより、堆積したあらゆる屑片をフラッシングする、
   請求の範囲第７項に記載の遮断弁。
10. 前記フロートは前記プッシュロッド（１７）に直接作用し、
    前記遮断弁の本体は円筒状であり、
    前記フロートは前記遮断弁の軸線方向に沿って移動するように配置されている、
    請求の範囲第７項に記載の遮断弁。
11. 前記遮断弁はシスターン内に配置され、
    前記遮断弁の出口が上方に延び、
    該出口を偏向チューブが取り囲み、
    前記偏向チューブ内で前記出口の端に、サイホン作用防止逆止弁が設けられ、サイホン現象を防止しノイズを減少させる、
    請求の範囲10項に記載の遮断弁。

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