NO318626B1 - Ventilsammenstilling - Google Patents

Description

VENTILSAMMENSTILLING

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en ventilsammenstilling for regulering av strømningen av væsker eller gasser eller flytende partikkelstoffer i lukkede rørsystemer, hvor slike systemer, uten begrensning, for eksempel brukes i næringsmiddelindustrien, brannslukking, luftfart, flyindustrien, rom-fartsindustrien, olje- og gassindustrien, helsevesen, farma-søytisk industri, offentlige forsyningstjenester og prosessindustrien.

Sma lavtrykksventiler lages normalt i messing, aluminium eller plast, mens større ventiler typisk lages i messing og andre legeringer. Det kan være behov for legeringer som for eksempel syrefast stål dersom fluidet er etsende. Ventiler kan aktiveres manuelt, eller mekanisk ved bruk av en servome-kanisme, eller magnetisk eller pneumatisk ved bruk av strøm-men av det regulerte fluid. Den foreliggende oppfinnelse ved-rører en ventilsammenstilling som aktiveres magnetisk.

Fra tidligere kjent teknikk er kjent anordning av ventiler og anordning av impulsstrøm for aktivering av ventilen. Proble-mene som knytter seg til tradisjonelle typer magnetventilsam-menstillinger, er imidlertid at spolene kan utvikle en stor mengde termisk energi. Dermed er nytten av tradisjonelle magnetventiler begrenset når det gjelder bruk med kryogeniske fluider, og de kan forårsake hygieneproblemer ved bruk i næringsmiddelindustrien. Dessuten krever disse ventiler en returfjær og en stempelmekanisme, hvor fjæren/stemplet er i stand til å stenge ventilen mot en retning av ledningstrykk når strømmen til spolen er slått av. I tillegg krever tradisjonelle magnetventiler en tetning for å skille det innven-dige ledningstrykk på én side av fjæren/stemplet fra atmosfæ-retrykket. Disse tetninger kan slites og/eller sprekke og således åpne for fluidlekkasje, noe som kan være både farlig og dyrt.

De fleste store ventiler installert i industrielle systemer krever større elektriske installasjoner og/eller trykkluftan-legg for å regulere strømmen av væsker eller gasser. Trykk-luftanlegg krever i seg selv elektriske installasjoner, og derfor kan kostnaden og vanskene med å installere slike store magnetventiler være enorme.

Et ytterligere problem knyttet til tradisjonelle magnetventiler er at de er dyre å holde ved like, på den måte at de må holdes permanent strømførende. Dermed vil en magnetventil som for eksempel kun betjenes av og til, kanskje én eller to ganger pr. år, måtte holdes strømførende gjennom hele perio-den. Dette kan bli ekstremt dyrt når det gjelder wattforbruk.

En ventilsammenstilling som er enkel å installere, er kost-nadseffektiv i vedlikehold og omfatter færre tetninger og bevegelige deler, ville kunne gi umiddelbare fordeler i mange industrier og ha et bredt anvendelsesområde.

GB dokument 2228831 beskriver en bistabil aktuator hvor et magnetisk aktuatorlegeme kan forskyves mellom to stillinger ved hjelp av to magnetspoler.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er det fremskaffet en ventil omfattende et ventilhus og et i dette plassert ventilelement som kan beveges mellom en første stilling i hvilken ventilen befinner seg i en første driftsmodus, og en andre stilling i hvilken ventilen befinner seg i en andre driftsmodus, idet ventilelementet innbefatter en magnet av sjeldne jordelementer, hvilken magnet får ventilelementet, når dette befinner seg i én av nevnte stillinger, til å for-spennes magnetisk mot bevegelse mot den andre av nevnte stillinger, idet ventilen er utstyrt med en anordning for utvikling av et magnetiske felt som er tilstrekkelig til å overvinne den magnetiske forspenning i den første eller andre stilling, slik at ventilelementet beveger seg til den andre av nevnte stillinger.

Nevnte sjeldne jordelement-magnet er fortrinnsvis sammensatt av minst ett av elementene valgt fra gruppen som består av lantan, cerium, praseodym, neodym, promethium, samarium, eu-ropium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, scandium, yttrium og thorium.

Nevnte sjeldne jordelement-magnet er fortrinnsvis sammensatt av flere enn ett sjeldent jordelement, og mer fortrinnsvis kan nevnte sjeldne jordelement-magnet magnetiseres permanent med sin magnetakse rettet inn i en hvilken som helst valgt retning.

Magneten innbefatter fortrinnsvis minst ett element i tillegg til et jordmetall, for eksempel jern, bor og/eller kobolt, og eksempler på slike sammensetninger er BREMAG (NeFeBr) og ANI-SOTROPIC BREMAG (SmCo). Det er nesten umulig å demagnetisere magneten av sjeldne jordelementer ved bruk av en tradisjonell spolesaitvmenstilling, og det vil oppstå korte perioder med motvirkende magnetkrefter når ventilen åpnes eller stenges.

Nevnte magnet av sjeldne jordelementer er fortrinnsvis en skive med i det vesentlige parallelle sideflater, og mer for-fortrinnsvis er nevnte skive magnetisert med sin magnetakse rettet inn perpendikulært på nevnte sideflater.

Nevnte magnet av sjeldne jordelementer er fortrinnsvis lukket inne i ventilhuset.

Det er fortrinnsvis anordnet et hus med et sete for ventilelementet, hvor setet er utstyrt med en flerhet av magneter av sjeldne jordelementer anordnet i et sirkelformet arrangement om venti1legemet. Magnetene av sjeldne jordelementer er fortrinnsvis anbrakt med like mellomrom.

Ventilen er fortrinnsvis i det store og hele sirkelformet i plan og har en diameter på mer enn 5 cm (2 tommer).

Ventilen innbefatter fortrinnsvis en magnetspole innefor hvilken det utvikles et magnetfelt ved hjelp av påsatt elektrisk strøm, ideelt sett ved hjelp av likestrøm.

Nevnte spole består fortrinnsvis av jern eller jernferritt.

Strøm tilføres fortrinnsvis ved hjelp av et oppladbart batteri, hvor et slikt batteri anordnes på et kjøretøy/lastebil eller lignende, og ideelt sett kan nevnte batteri drive en forholdsvis stor ventil, slik at behovet for en større strøm-kilde elimineres. Dessuten kan batteriet etterfylles med en drypplader, enten ved bruk av lokal strøm, for eksempel fra en telefonkontakt, eller solenergi eller vindkraft.

Det vil således forstås at magneten av sjeldne jordelementer oscillerer mellom de to nevnte driftsmodi, dvs. åpen og stengt stilling, ved reversering av likestrømsmagnetiserings-spenningen over spolen. Reversering av strømmen virker slik at det enten tiltrekker eller frastøter magnetskiven av sjeldne jordelementer mellom ventilens åpne og stengte stilling. Det er kun nødvendig å gjøre spolen strømførende i en kort periode, ideelt rundt 0,25-10 sekunder. Dette er fordi magnetskiven av sjeldne jordelementer, når den befinner seg i en åpen stilling, holdes i stilling ved hjelp av sin egen magnetiske tiltrekning mot jern- eller jernferrittmaterialet som er brukt i spolekonstruksjonen. Dette trekk gir en vesentlig fordel fremfor tidligere kjent teknikk.

Nevnte ventil omfatter fortrinnsvis et ventilsete som består av magnetisk materiale.

I stengt stilling holdes magnetskiven av sjeldne jordelementer i stilling både ved hjelp av sin magnetiske tiltrekning mot magnetiske materialer i og rundt ventilsetet og trykkfor-skjellen over ventilen. Tiden det tar å sjalte ventilen mellom de to driftsmodi er kortere enn for en motorisert eller pneumatisk ventil, og det kan således tenkes at ventilen ifølge den foreliggende søknad vil ha en anvendelse i brann-forebyggende industri og andre sikkerhetssituasjoner.

Nevnte ventil omfatter fortrinnsvis en flerhet av statiske tetninger montert på ett eller begge av ventilelementet og ventilhuset for å gi tetting derimellom. Minst én av nevnte statiske tetninger er fortrinnsvis anbrakt mellom magnetskiven av sjeldne jordelementer og ventilsetet, og en annen av nevnte statiske tetninger er plassert på en innerflate av en utløpsåpning i ventilen.

Det er verdt å merke seg at ventilen ifølge den foreliggende oppfinnelse ikke har behov for noen form for tetning mellom spolen og ventilsetet. Som en følge av dette eksisterer det ingen mulighet for lekkasje fra det indre av ventilen til omgivelsene, noe som gjør at den foreliggende oppfinnelse egner seg særdeles godt som reguleringsventil i rør/kanaler som inneholder strømmende eksplosive materialer og/eller farlige materialer og/eller materialer som må være frie for patogener.

Oppfinnelsen vil nå, kun gjennom eksempel, bli beskrevet med henvisning til de etterfølgende figurer, hvor: Figur 1 viser en metode for å gjøre en magnet av sjeldne jordelementer strømførende; Figur 2 representerer en første utførelse av ventilen ifølge den foreliggende oppfinnelse; og Figur 3 representerer en andre utførelse av ventilen ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Idet det henvises til figur 1, er det vist en magnet 1 av sjeldne jordelementer med poler S (sør) og N (nord), hvor strøm føres i en valgt retning, og den retning er i 90° på flate 2. Etter magnetisering er magneten av sjeldne jordelementer klar til å bli innlemmet i ventilen ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Idet det henvises til figur 2, er det vist en første utfø-relse av ventilen ifølge den foreliggende oppfinnelse. I denne utførelse er ventilen beregnet for bruk med et sett rør 3 og 4, idet nevnte rør i det store og hele er plassert i rett vinkel på hverandre. I det tilfelle at ventilsammenstil-lingen 5 befinner seg i en åpen stilling, strømmer et flytende materiale i retning X til Y. På denne spesielle figur befinner imidlertid en magnet 1 av sjeldne jordelementer seg i stengt stilling hvor den ligger an mot ventiltet-ning 6 som er plassert innenfor det magnetiske materiale 7 i ventilhuset 8. Ventilhuset 8 er ikke laget av magnetisk materiale.

Motsatt av rør 3 er ventilen utstyrt med et spolehus 9. Spolehus 9 er laget av jern eller jernferritt, og lagt ned i dette befinner det seg spoler 10. I det tilfelle at spolene gjøres strømførende ved hjelp av en påsatt elektrisk strøm, tiltrekkes magneten 1 av sjeldne jordelementer, og den beveger seg gjennom rom 12 til område 11. Så snart den befinner seg i område 11, støter magneten 1 av sjeldne jordelementer mot en innerflate 13 av ventilhuset 8 og befinner seg i en åpen stilling som dermed tillater fluidgjennomstrømning fra rør 4 til rør 3 i retning X til Y. Strømmen behøver ikke være på kontinuerlig, og behøver kun settes på lenge nok til å trekke magneten av sjeldne jordelementer til flaten 13. Når strømmen slås av, vil magneten forbli i stilling på grunn av sin tiltrekning mot jern- eller jernferrittmaterialet i spo-lehuset. Når strømmen reverseres, behøver dette igjen kun gjøres i en kort periode, idet magneten 1 av sjeldne jordelementer vil støtes fra flaten 13 og vil bevege seg tilbake gjennom rom 12, slik at den støter mot tetninger 6 i den mot-satte ende. Magneten 1 av sjeldne jordelementer holdes så fast i stilling innenfor det magnetiske ventilsete 7, slik at ventilen befinner seg i en stengt stilling til ventilen må aktiveres igjen.

Den ovenfor beskrevne ventil kan forbli enten i den åpne eller den stengte modus over lengre tid. Dette trekk gjør ventilen ifølge den foreliggende oppfinnelse spesielt nyttig i industrier som kun har behov for sporadisk/sjelden ventil-regulering, og gir den således en vesentlig forbedring i for-hold til tidligere kjente ventiler, sammen med ledsagende kostnadsbesparelser, siden ventilen ifølge oppfinnelsen ikke må holdes konstant strømførende.

Idet det henvises til figur 3, er det vist en alternativ utførelse av ventilen ifølge den foreliggende oppfinnelse. I denne utførelse er rørene 14 og 15 rettet inn langs en felles akse, og fluidstrømmen går i retning X til Y. En magnet 1 av sjeldne jordelementer er lagt ned i et magnethus 16 som er hensiktsmessig formet for å ligge an mot et magnetisk sete 17 når ventilen befinner seg i stengt stilling. Magneter med små diametere, dvs. for bruk med ventiler med en diameter på mer enn 5 cm {2 tommer), er plassert på en slik måte at de danner en sirkel rundt det magnetiske sete 17. Det er ikke praktisk å produsere store magnetskiver av sjeldne jordmetaller for bruk i ventiler med en diameter på mer enn 5 cm (2 tommer), da magneter av sjeldne jordelementer har en iboende sprøhet som gjør at de lett kan skades av spolevirkningen. Følgelig er det nødvendig å utforme enhetene slik at skade på magnetene av sjeldne jordelementer forhindres gjennom hele driftslevetiden.

Magnethuset 16 omfatter minst tre og fortrinnsvis flere magneter 20 plassert innenfor husets arm 21, idet armene i en helt stengt stilling (ikke vist) ligger an mot og flukter med overflaten 22 av det magnetiske sete 17. Det magnetiske sete 17 er tilknyttet et antall tetninger 18 og 19 for å bevirke lekkasjebestandighet. Del 28 av magnethus 16 er laget av umagnetisk materiale. Det umagnetiske materiale 28 strekker seg i det store og hele rundt ytterkanten av armer 21 til punkt 29, i henhold til retningsskraveringen på figuren.

I denne spesielle utførelse har magneten 1 av sjeldne jordelementer og det tilhørende hus 16 i det store og hele et T-formet tverrsnitt, idet T'en dannes av armer 21 og et hovedlegeme 28. I åpen stilling holdes magneten av sjeldne jordelementer og hovedlegemet 28 av dennes tilhørende hus i stilling inne i innskjæring 23. Innskjæring 23 er dannet innenfor en øvre sammenstilling 24 og omfatter umagnetiske materialer i alle de omgivende vegger. Ovre sammenstilling 24 er utstyrt med en epoksyharpikstetning 25 ved sin overflate, og jern- eller jernferrittkjerner 26 som kan gjøres strømfø-rende ved hjelp av strøm som settes på ledninger/plugger 27, er lagt inn i den øvre sammenstilling. Anordningen av epoksyharpikstetning 25 er én måte å unngå forringelse av magnet-sammenstillingen på, imidlertid vil sammenstillingen også kunne dekkes med plastmateriale eller plasseres innenfor en metallavskj erming.

Ved drift oscillerer magneten 1 av sjeldne jordelementer mellom de to nevnte driftsmodi, dvs. åpen og stengt stilling, ved å reversere likestømsmagnetiseringsspenningen over spolen 26. Reversering av strømmen virker slik at magnetskiven av sjeldne jordelementer enten tiltrekkes eller frastøtes under ventilens åpnings- eller stengningsperiode. I åpen stilling befinner magnethusets 16 hovedlegeme 28 seg inne i en innskjæring 23. Innskjæringen 23 virker som en støtdemper og re-duserer dermed hastigheten til magneten av sjeldne jordelementer og demper støtvirkningen, for således å forhindre eventuelle støt mot magneten når denne beveger seg inn i innskjæringen 23 .

Ved stengning av ventilen virker tetning 19 i form av en O-ring i gummi som er plassert under magnethusarm 21 og på en overflate av det magnetiske sete 17, som en fjær/pute som forhindrer skade på magneten. I stengt stilling ligger armene 21 på magnethuset 16 an mot flate 22 og tetning 19 på magnetisk sete 17. Det er kun nødvendig å sette strøm på spole 26 i en kort periode, typisk 0,25-10 sekunder i begge retninger. Strømpåsettingsperioden er relativt kort fordi magneten av sjeldne jordelementer, når denne befinner seg i en åpen stilling, holdes i stilling ved hjelp av sin egen magnetiske tiltrekning mot jern- eller jernferrittmaterialet som benyttes i spolekonstruksjonen. I stengt stilling holdes magneten 1 av sjeldne jordelementer på plass ved hjelp av sin magnetiske tiltrekning mot magnetiske materialer i og rundt et ventilsete 17 og ved hjelp av magneter 20, og også av trykkfor-skjellen over ventilen.

Ventilen ifølge den foreliggende oppfinnelse gir således vesentlige fordeler fremfor tidligere kjente ventilsammen-stillinger, både når det gjelder kostnad og vedlikeholdstid, i tillegg til at den har et bredt anvendelsesområde i ulike industrier.

Claims (25)

1. Ventil omfattende et ventilhus og et i dette plassert ventilelement som kan beveges mellom en første stilling, i hvilken ventilen befinner seg i en første driftsmodus grensende til et første magnetisk eller magnetiserbart element, og en andre stilling, i hvilken ventilen befinner seg i en andre driftsmodus grensende til et andre magnetisk eller magnetiserbart element, hvor ventilelementet innbefatter en magnet av sjeldne jordelementer, hvilken magnet sammen med det første og/eller andre magnetiske eller magnetiserbare element får ventilelementet til å bli magnetisk forspent mot bevegelse mot den andre av nevnte stillinger når dette ventilelement befinner seg i én av nevnte stillinger, idet ventilen er utstyrt med en anordning for utvikling av et magnetfelt som er tilstrekkelig til å overvinne den magnetiske forspenning i den første eller andre stilling, for å få nevnte ventilelement til å bevege seg til den andre av nevnte stillinger, karakterisert ved at anordningen for utvikling av et magnetfelt omfatter en enkelt spole som ligger utenfor ventilhuset, og ventilhuset og ventilelementet er anordnet slik at de forhindrer ventilelementet fra å gå gjennom spolen.

2. Ventil som angitt i krav 1, karakterisert ved at ventilhuset virker som en stopper som hindrer ventilelementet i å gå gjennom anordningen for utvikling av et magnetfelt.

3. Ventil som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at sideutstrekningen av ventilelementet er større enn sideutstrekningen av anordningen for utvikling av et magnetfelt.

4. Ventil som angitt i et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at det første magnetiske eller magnetiserbare element omfatter et spolehus.

5. Ventil som angitt i krav 4, karakterisert ved at sideutstrekningen av ventilelementet i det store og hele er den samme som sideutstrekningen av spo-lehuset.

6. Ventil som angitt i det ene eller det andre eller begge av krav 4 eller 5, karakterisert ved at spolen gjøres strømførende ved hjelp av en direkte anvendt kraftkilde for elektrisk strøm.

7. Ventil som angitt i et hvilket som helst av krav 4 til 6, karakterisert ved at reversering av strømmen over spolen tiltrekker eller frastøter magneten av sjeldne jordelementer, hvorved ventilelementet kan beveges inn i enten en åpen eller en stengt stilling.

8. Ventil som angitt i et hvilket som helst av krav 4 til 7, karakterisert ved at spolen gjøres strømførende ved hjelp av et oppladbart batteri.

9. Ventil som angitt i et hvilket som helst av krav 4 til 8, karakterisert ved at spolen består av jern eller jernferritt.

10. Ventil som angitt i et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at det andre magnetiske eller magnetiserbare element omfatter et magnetisk materiale.

11. Ventil som angitt i et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at ventilelementet er utstyrt med en flerhet av magneter av sjeldne jordelementer anordnet i et i det store og hele sirkelformet arrangement.

12. Ventil som angitt i krav 11, karakterisert ved at magnetene av sjeldne jordelementer er anbrakt med jevne mellomrom.

13. Ventil som angitt i et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at magneten eller magnetene av sjeldne jordelementer består av neodym og/eller samarium.

14. Ventil som angitt i krav 13, karakterisert ved at magneten eller magnetene innbefatter minst ett element i tillegg til et sjeldent jordelement.

15. Ventil som angitt i krav 14, karakterisert ved at magneten eller magnetene innbefatter minst ett element av jern, bor og kobolt.

16. Ventil som angitt i et hvilket som helst av krav 13 til 15, karakterisert ved at magneten eller magnetene av sjeldne jordmetaller er slik at de(n) kan magnetiseres permanent med sin magnetakse rettet inn i en hvilken som helst valgt retning.

17. Ventil som angitt i et hvilket som helst av krav 13 til 16, karakterisert ved at magneten av sjeldne jordelementer er en skive med i det vesentlige parallelle sideflater.

18. Ventil som angitt i krav 17, karakterisert ved at skiven magnetiseres med sin magnetakse rettet inn perpendikulært på nevnte flater.

19. Ventil som angitt i enten krav 17 eller 18, karakterisert ved at skiven utgjør ventilelementet.

20. Ventil som angitt i et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at ventilen i det store og hele er sirkelformet i plan og har en diameter på mer enn 5 cm (2 tommer).

21. Ventil som angitt i et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at den innbefatter en anordning som bevirker at nevnte magnetfelt utvikles for en periode på mellom 0,25 og 10 sekunder.

22. Ventil som angitt i et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at den videre omfatter én eller flere statiske tetninger montert på ett eller begge av ventilelementet eller ventilhuset for å anordne tetting mellom disse.

23. Ventil som angitt i et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at ventilelementet har et T-formet tverrsnitt.

24. Ventil som angitt i krav 23, karakterisert ved at en første magnet av sjeldne jordelementer befinner seg inne i en stående, midtre del, og en flerhet av ekstra magneter av sjeldne jordelementer er plassert i et sirkelformet arrangement om den midtre del.

25. Anvendelse av en ventil som angitt i et hvilket som helst foregående krav, som en reguleringsventil for regulering av strømning av fluider og/eller eksplosive materialer og/eller farlige materialer og/eller materialer som må være frie for patogener, i kanaler/rør.