JP6548945B2 - 液体又は気体媒体のための弁 - Google Patents

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Description

本発明は、請求項1の前提部分に記載の液体又は気体媒体のための弁、特に調節弁又は閉止弁に関する。
特許文献1から、流入口と流出口とを接続する開口部を有する弁ハウジングを備える閉止弁が公知である。貫通孔は弁座によって覆われ、この弁座は、弁座上に配設できる弁閉鎖構成部品を用いて、開口部を開閉する。弁閉鎖構成部品は、開閉動作を制御するための駆動装置によって操作され、駆動装置は、形状記憶合金製の少なくとも1つの制御要素を備える。弁閉鎖構成部品の開放動作は、復帰要素に作用する。この閉止弁は、密閉要素による、流入口と流出口との間を流れる媒体に対するシールドを制御要素に提供し、密閉要素は調節空間に設けられる。
独国実用新案第202012104460U1号
本発明の目的は、製造がより簡単な、従ってコスト効率の高い構造の弁を提案することである。
この目的は、請求項1の特徴部分に記載の液体又は気体媒体のための弁、特に調節又は閉止弁によって解決される。更なる有利な実施形態及び更なる発展形態は、その他の請求項において示される。
保護カバーによって取り囲まれた、形状記憶合金製の少なくとも1つのワイヤ要素からなる制御要素の実施形態により、調節空間中を流れる媒体を原因として生じるいずれの有害な影響なしに、ワイヤ要素にわたる開閉動作の正確な制御が可能となる。更に、この保護カバーは、弁閉鎖構成部品の開閉要素を制御するためのワイヤ要素の、流れている媒体に対するシールドをもたらすことができる。これは特にワイヤ要素の断熱をもたらし、ワイヤ要素の所望の収縮のための起動エネルギを、形状記憶合金製のワイヤ要素へのエネルギ印加、又は弁閉鎖構成部品の閉鎖動作によって制御できる。
第1の実施形態によると、保護カバーはワイヤ要素上に固定されずに配置され、これにより環状間隙がカバーとワイヤ要素との間に形成され、この環状間隙は媒体で充填される。この環状間隙は好ましくは、沸騰していない媒体、又は制御要素の直近の周囲において沸騰していない媒体の場合に、媒体のごく薄いフィルムをワイヤ要素と保護カバーとの間に形成できるよう、狭く作製される。同様に、媒体のこの薄いフィルムがワイヤ要素と保護カバーとの間に静止した状態で形成されるため、断熱が起こる。これにより環状間隙が加熱される。熱エネルギは流出せず、これは弁閉鎖構成部品の変位の制御のための応答時間が削減されることを意味する。沸騰している媒体の場合、制御要素へのエネルギ印加により環状間隙内で媒体の蒸発が起こり得、これにより空気又は蒸気の層が環状間隙内に形成され、この空気又は蒸気の層が液体媒体を環状間隙から押し出し、環状間隙は特に液体が無い状態になる。この空気又は蒸気の層により、上記と同様に断熱が存在し、これにより、制御要素による制御及び応答も改善できる。環状間隙は好ましくは、0.01〜0.2mmとなるよう形成される。制御要素の制御又はエネルギ印加が終了するとすぐに、環状間隙は再び媒体で充填される。
ある代替実施形態は、ワイヤ要素上に静置される保護カバー、即ちワイヤ要素の周囲に静置される保護カバーの内皮面を提供する。このような実施形態によっても、形状記憶合金製のワイヤ要素の有効動作が可能となる。特に、極めて薄い保護カバー、即ち壁の厚みが低い保護カバーを用いると、ワイヤ要素の有効行程は影響されない。
好ましい実施形態は、伸張性プラスチックで作製されるシースを提供する。好ましくはポリテトラフルオロエチレン製のプラスチックシースを提供し、これは可撓性の特性だけでなく、低いレベルの摺動摩擦も有するため、ワイヤ要素は有害な影響なしに有効行程を実行できる。
保護カバーの長さは、第1の実施形態による弁閉鎖構成部品が最大開放位置にある構成における、弁閉鎖構成部品上の接触点と弁ハウジングとの間の起動されたワイヤ要素の長さに相当し得るか、又は上記起動されたワイヤ要素の長さより僅かに短く作製され得る。これによって例えば、ワイヤ要素の収縮がある場合に、ワイヤ要素が開放動作中に保護カバーに対して追加の作用を行わなければならなくなるのを防ぐ。
その内皮面と制御要素との間に環状間隙を形成する保護カバーは、少なくとも1つの、好ましくは2つの、間に間隙を有して配設された貫通孔を有し、この貫通孔は、環状間隙を保護カバーの外側の周囲と接続する。間に間隙を有する少なくとも2つの貫通孔の取り付けは好ましくは、保護カバーが制御要素と同じ長さで又はより短く作製される場合に、提供される。これにより、制御要素のエネルギ印加中に環状間隙内で沸騰する媒体において、蒸気層及びその他のものを制御要素と保護カバーとの間で形成できないように、環状間隙内に残っている液体層を蒸気層の形成によって保護カバーから押し出すことができる。これにより制御要素の応答は加速し、従って通気若しくは閉鎖動作、又は弁閉鎖機構のための制御動作を改善できる。
好ましくは、保護カバーは、弁閉鎖構成部品上の接触点においてワイヤ要素を取り囲む。これは、接触点におけるワイヤ要素の冷却が防止されるという特定の利点を有する。流れている媒体により、開放領域において、弁閉鎖構成部品の有効行程に対して有害な影響を引き起こし得る温度変化が生じ得るが、これは接触点の領域に配設された保護カバーによって防止される。
少なくとも1つのワイヤ要素及びワイヤ要素を取り囲む保護カバーは好ましくは共に、弁閉鎖構成部品に対して固定され、特に弁閉鎖構成部品上にクランプ留め又は圧着される。これにより、コスト効率の高い製造が可能となる。
更に、好ましくは少なくとも1つのワイヤ要素が、弁閉鎖構成部品上で偏向点によって少なくとも1回方向転換し、弁閉鎖構成部品上の偏向点と弁ハウジング上の接触点との間のワイヤ要素の各部分に、保護カバーを設けることが考えられる。ワイヤ要素を180°方向転換させるために、例えば上記のような偏向点をループ又はピンで形成できる。例えば、ワイヤ要素の単純な変位によって2重の位置決め力を生成でき、これにより弁閉鎖構成部品を起動できる。これは、ワイヤ要素が倍の長さを有し、これにより2倍のオーム抵抗が形成され、これによりワイヤ要素の電流供給を用いて有効行程をより良好に調節できる、という更なる利点を有する。
ある代替実施形態では、少なくとも1つのワイヤ要素が弁閉鎖構成部品の偏向点において1回方向転換し、ワイヤ要素の保護カバーが少なくとも偏向点の長さだけ延在することが考えられる。これにより、特に弁閉鎖構成部品上で、偏向点の領域においてワイヤ要素の断熱を達成できるだけでなく、偏向点自体における摺動摩擦の改善を達成でき、これによって寿命が増大し、機能が向上する。
本発明の更なる有利な実施形態によると、保護カバーは、ワイヤ要素全体にわたって延在することが考えられる。これによってワイヤ要素の完全な断熱が可能となるため、ワイヤ要素と周囲の媒体との間で熱交換は起こらない。
保護カバー及びワイヤ要素は有利には、各接触点に固定され、特に圧着される。これにより、コスト効率の高い製造が可能となる。
ワイヤ要素の全長にわたって延在する保護カバーは好ましくは、引張応力下で特定の接触点から突出するか又は特定の接触点に対して固定される。これは、有効行程によってワイヤ要素が衝撃を受けた際、弁閉鎖構成部品の開放動作を実施するために、ワイヤ要素が復帰要素の位置決め力に対して作用しさえすればよく、保護カバーの追加の圧縮が必要なくなるという利点を有する。
弁の少なくとも1つの制御要素は好ましくは、制御機器を用いて起動され、これは、少なくとも1つの制御変数、特に液体及び気体媒体の温度に応じて、弁閉鎖構成部品の開閉動作を起動する。少なくとも1つの更なる制御変数を考慮することで、弁閉鎖構成部品の開閉位置を制御するための、制御要素の特徴マップによる調節が可能となる。調節空間内の冷却媒体の特定の温度において、制御要素の所定の電流供給がある場合、弁を解放する又は閉鎖するための既定の変位を起動できる。液体及び気体媒体の温度が変化するため、同一の変位のためには電流供給の変更又は適合が必要となる。これは前方端部において決定でき、これにより、液体又は気体媒体の温度に応じて、電流供給に応じた変位の特徴マップを決定及び確立する。例えば制御要素の数、制御構成部品の直径、またこのような制御要素のための形状記憶合金の専用の合金の選択等の更なるパラメータを、同様に考慮できる。このようにして、制御装置を用いて、弁閉鎖構成部品の開閉動作のための特徴マップが可能となり、これは例えば、周囲における制御要素の熱損失又は熱的加熱の機能を表す。
本発明、本発明の更なる有利な実施形態及びこれら実施形態の更なる発展形態を、図面に示す例を用いて、以下により詳細に記載及び説明する。記載及び図面から得ることができる特徴は、個別に、又は本発明によるいずれの組み合わせにおいて共に使用できる。
図1は、本発明による弁の第1の実施形態の概略断面図である。 図2は、図1に対する第1の代替実施形態の概略断面図である。 図3は、図1に対する第2の代替実施形態の概略断面図である。 図4は、図3に対する代替実施形態の概略断面図である。 図5は、図3に対する別の代替実施形態の概略断面図である。
図1では、本発明による弁11が示されており、これは例えば閉止弁として設計されている。弁11は弁ハウジング12を備え、この弁ハウジング12は流出口16への排出を行う貫通孔14を有する。弁座17が貫通孔の反対の端部上に配設され、この弁座は例えばクレータ状の***を有する。更に、シース状のハウジング部分19が弁ハウジング12上に設けられている。このハウジング部分は、弁ハウジング12上に一体として配設できる。あるいはこのハウジング部分は、ねじ留め接続又は強固な接着による接続等の着脱可能な接続によって、弁ハウジング12に取り付けることもできる。シース状のハウジング部分19は少なくとも1つの流入口21を有し、この流入口21を通して液体又はガス媒体が調節空間22に到達する。この調節空間22は、シース状のハウジング部分19によって境界を定められる。
肩部又は固定部分25をシース状のハウジング部分19上に配設できる。この固定部分25はリング又はディスク状の要素から形成でき、これを第1のハウジング部分と第2のハウジング部分との間、又はシース部分と第2の蓋との間の第2のシース状のハウジング部分に配設できる。あるいは、このような固定部分25を2つの部分:シース部分又は蓋部分のうちの1つ上に形成できる。あるいはこれを、単に直径を低減することにより、蓋上の肩部の形態で形成できる。この固定部分25には復帰要素33が当接しており、この復帰要素33は反対側において、弁閉鎖構成部品31上に形成された保持部分28を把持する。あるいは、復帰要素33が、固定部分25ではなく、シース状のハウジング部分19の基部27に当接することも考えられる。
弁閉鎖構成部品31は、閉鎖位置において弁座17上に好ましくは直接配置され、復帰要素33によってこの位置に保持される。このようにして、弁11は閉鎖される。弁閉鎖構成部品31は保持部分28を有することができ、この保持部分28は、弁閉鎖構成部品と一体として形成できる。保持部分28は有利には、径方向外向きに延在し、シース状のハウジング部分19の壁部に対して小さな環状間隙を有して配設され、また上記壁部に沿って案内されていてよい。好ましくはこのために、案内部分を形成できる。保持部分28の外側周囲は更に溝も有することができ、これにより媒体は調節空間22全体を通って流れることができる。
弁閉鎖構成部品31は駆動装置35によって操作され、貫通孔14を開閉する。駆動装置35は少なくとも1つの制御要素39を備え、この少なくとも1つの制御要素39は、詳細には示さない制御装置によって制御ケーブル42を介して操作される。
形状記憶合金製の少なくとも1つの制御要素39のための第1の接触点34は、弁閉鎖構成部品31又は保持要素28上に設けられる。この制御要素39は好ましくは、ワイヤ要素として形成される。この制御要素39は、接触点34からその反対側に配設された接触点37まで延在し、接触点37はシース状のハウジング部分19の基部27上に設けられる。
図示した例示的な実施形態によると、制御要素39は、一直線に形成されたワイヤ要素、又はロッド状のワイヤ要素として形成される。更に、制御要素39はコイル状のワイヤ要素であってもよい。あるいは、複数のこのようなワイヤ要素を、互いに対して例えば円状に位置合わせして設け、これによって一種のロッドケージを形成できる。
接触点37は例えば、供給口41内、シース状のハウジング部分19の基部27上、又は供給口41を取り囲む密閉要素43内に配置され、供給口41内では制御要素39が制御ケーブル42と接続され、制御ケーブル42は制御要素39にエネルギを印加するために制御デバイス44に接続される。
形状記憶合金からなる制御要素39を、特定の用途及び制御温度に応じて、媒体に適合させることができる。
制御要素39は保護カバー45によって覆われる。この保護カバー45は基本的には、制御要素39の全長にわたって延在し、保護カバー45の長さは制御要素39より、制御要素39の最大有効行程分だけ短い。これによって、弁閉鎖構成部品31を開放する際、制御要素39による保護カバー45の更なる緊張の必要性を回避できる。
保護カバー45は、制御要素39に近接して配置されるよう、形成される。例えば、保護カバーの内径は制御要素39の外径に対応する。保護カバー45は好ましくはプラスチックで形成される。特にポリテトラフルオロエチレンを選択できる。この実施形態では、図1において、保護カバー45が、制御要素39の、弁閉鎖構成部品31上の接触点34及び基部27上の接触点37に対して、間隙を有して配設されることが考えられる。
あるいは、保護カバー45と制御要素39との間に小さな環状間隙が形成されるよう、保護カバー45を、制御要素39のワイヤの外側周囲より大きい内皮面を有するように形成する、ことが考えられる。例えば制御要素39の外径を0.3mm、保護カバー45の内皮面の外径を0.4mmとすることができる。従って保護カバー45は、制御要素39に対して僅かに変位できる。
図2では、弁11の代替実施形態が図1と比較して示されている。この実施形態は、保護カバー45が、制御要素39と全く同様に接触点34に固定されているという点において、区別される。例えば、制御要素39及び保護カバー45を接触点34に対して、特に共通の圧着を用いて共に固定できる。この構成は、制御要素39が接触点34の領域において断熱されるという利点を有する。この領域において、接触点34における制御要素39の冷却が、弁閉鎖構成部品31の循環によって発生し得る。これは、保護カバー45の配置によって防止される。あるいは、保護カバー45はまた、下側接触点37まで延在し、制御要素39を完全に覆うこともできる。制御要素39及び保護カバー45の両方を接触点37に共に固定することもできる。
図2によるこの実施形態では、保護カバー45の接触点34の近くに少なくとも1つの貫通孔46を設けることも更に考えることができ、この少なくとも1つの貫通孔46は、調節空間22を、保護カバー45と制御要素39との間に形成された環状間隙と接続する。制御要素39に電流が供給されると制御要素39と保護カバー45との間の環状間隙の領域で沸騰し始める液体が追加される場合、環状間隙内に存在するこの媒体は、シール43に対して間隙を呈する保護カバー45の一方の端部、及びその反対側の接触点34の近くに配設された少なくとも1つの貫通孔46上の両方において漏れ出ることができるため、環状間隙に位置する媒体のより迅速な押し出しが達成される。
更に、弁11は例えば調節弁として形成され、この弁11は図1における閉止弁とは異なり、平坦な閉鎖面ではなく弁閉鎖構成部品31上に円錐形の閉鎖用外形32を有し、閉鎖用外形は通路14へと延伸し、弁座17に当接する。あるいは、図1による弁閉鎖構成部品31を設けることもでき、これにより弁11は図2に従って閉止弁として形成される。閉鎖用外形32を有するこの弁閉鎖構成部品31は、図1による弁11に挿入することもできる。
図3では、図1の実施形態に対する代替実施形態が示されている。この図3の実施形態は、接触点34ではなく偏向点48が設けられ、これにより制御要素39の単純な方向転換が形成される点において異なる。この偏向点48は例えば、ピン、U字型ループ等で形成できる。保護カバー45は、制御要素39の、偏向点48と2つの接触点37のそれぞれとの間の部分上に設けられる。保護要素45は例えば、図1に記載した実施形態と同様に形成できる。従って保護カバー45の長さは、弁閉鎖構成部品31が妨げのない開放動作を最大開放位置まで、この開放動作に対して保護カバー45が作用することなく実施できるように、提供される。
複数のこのような単純な方向転換を弁閉鎖構成部品31上で提供できることが明らかである。1つ又は複数の偏向点48は好都合には、基部27上に設けることができる。1つ又は複数の偏向点48を弁閉鎖構成部品31上及び基部27上の両方に設けることができ、これにより1つの制御要素39を1回若しくは複数回方向転換でき、又は複数の制御要素39を1回若しくは複数回方向転換できるようにすることも考えられる。
図4では、参照される図3における実施形態に対する代替実施形態が示されている。この実施形態は、制御要素39が、制御要素39と同様に偏向点48に沿って延在する保護カバー45によって取り囲まれる点において異なる。これは、偏向点48において制御要素39の断熱がもたらされるという利点を有する。更に、制御要素39のために改善された滑り表面を偏向点に作製できる。
この実施形態においても、調節空間22を制御要素39と保護カバー45との間の環状間隙と接続するために、少なくとも1つの貫通孔を保護カバー45の偏向点48に隣接して又は偏向点48の近くに設けることを考えることができる。図2に記載した貫通孔に関する作動方法は、この実施形態にも同様に当てはまる。
図5では、図4の実施形態に対する代替実施形態が示されている。この実施形態は、保護カバー45が制御要素39の全長に沿って延在するという点において、修正されている。例えば、保護カバー45はその2つの自由端部によって接触点37に固定されている。これら端部は、制御要素39の端部と共に圧着できる。この構成は、制御要素39の断熱のみならず、電気的絶縁ももたらすという利点を有する。
図5に示した実施形態では、保護カバー45は、引張応力下で突出するか又は固定される。
制御要素39が起動して、保護カバー45によって形成された環状間隙で沸騰し始めた媒体が弁11中を流れる場合、有利には少なくとも1つの貫通孔が、保護カバー45の特定の接触点37の近くの少なくとも1つの貫通孔内の偏向点48の近くに設けられ、これにより、環状間隙内の媒体が蒸発し始めた場合に、環状間隙内に依然として残っている液体媒体の一部が上記貫通孔を通して調節空間22に流出できる。
上述の全ての実施形態において、これらの種類の追加の貫通孔を保護カバー45に設けることができ、これにより、制御要素39が起動して環状間隙内の媒体の蒸発プロセスが開始された場合に、環状間隙内に位置する媒体が迅速に流出できる。同時に、このような貫通孔により、制御動作の終了後に環状間隙を直ちに充填できる。
当然、図2〜図5に示した保護カバー45及び/又は偏向点48の構成及び実施形態を入れ替えて提供することもできる。特に、偏向点48を、弁閉鎖構成部品31上ではなく、弁ハウジング12の基部27上、特にシース状のハウジング部分19に設けることもできる。これらの実施形態は、1つの及び複数の制御要素39の両方に当てはまる。
同様に、図3〜図5による弁11は調節弁又は閉止弁として形成される。
従って上述した実施形態は、保護カバー45の構成により、保護カバー45を有さない場合と比べて、弁閉鎖構成部品31の制御動作の起動のために必要なエネルギが有意に少ないという利点を有する。この保護カバー45を用いて、液体媒体を使用する際の起動エネルギを、気体媒体による操作時の起動エネルギの値にまで変化させることができる。
12 弁ハウジング
14 貫通孔
16 流入口
17 弁座
19 ハウジング部分
21 流出口
22 調節空間
31 弁閉鎖構成部品
33 復帰要素
34 接触点
35 駆動装置
37 接触点
39 制御要素
44 制御デバイス
45 保護カバー
46 貫通孔
48 偏向点

Claims (10)

  1. 液体又は気体媒体のための弁であって、
    前記弁は弁ハウジング(12)を有し、
    前記弁ハウジング(12)は少なくとも1つの貫通孔(14)を有し、
    前記少なくとも1つの貫通孔(14)は流入口(21)を流出口(16)と接続し、
    前記弁は、前記弁ハウジング(12)上に配設され、前記貫通孔(14)を覆う弁座(17)を有し、
    前記貫通孔(14)は弁閉鎖構成部品(31)によって閉鎖され、
    前記弁閉鎖構成部品(31)は、前記流入口(21)と前記流出口(16)との間に形成された前記弁ハウジング(12)の調節空間(22)に配設され、
    前記弁は、前記弁ハウジング(12)に接続された駆動装置(35)を有し、
    前記弁ハウジング(12)は、前記弁閉鎖構成部品(31)の開閉動作を制御するための、形状記憶合金製の少なくとも1つの制御要素(39)を有し、また前記弁閉鎖構成部品(31)を操作して、前記貫通孔(14)を開放又は閉鎖し、
    また前記弁は復帰要素(33)を有し、
    前記復帰要素(33)は、前記弁閉鎖構成部品(31)の閉鎖又は開放動作に対して作用し、
    前記制御要素(39)は少なくとも1つのワイヤ要素で形成され、前記少なくとも1つのワイヤ要素は、前記弁閉鎖構成部品(31)の接触点(34)と、前記弁ハウジング(12)又は前記弁ハウジング(12)に取り付けられたハウジング部分(19)上の接触点(37)との間で作動し、
    前記制御要素(39)は前記媒体が流れる前記調節空間(22)内に配置される弁において、
    前記制御要素(39)は少なくとも部分的に保護カバー(45)で覆われており、
    前記保護カバー(45)は、前記制御要素(39)上に固定されずに配置され、
    前記保護カバー(45)の長さは、前記弁閉鎖構成部品(31)が最大開放位置にある構成における、起動された前記制御要素(39)の長さに相当するか、又は起動された前記制御要素(39)の長さより僅かに短い
    ことを特徴とする、弁。
  2. 前記保護カバー(45)と前記制御要素(39)との間に0.01〜0.2mmの環状間隙が形成されることを特徴とする、請求項1に記載の弁。
  3. 前記保護カバー(45)は、プラスチックで形成されることを特徴とする、請求項1に記載の弁。
  4. 前記保護カバー(45)は、伸張性プラスチックで形成されることを特徴とする、請求項3に記載の弁。
  5. 前記保護カバー(45)は、ポリテトラフルオロエチレンで形成されることを特徴とする、請求項3に記載の弁。
  6. 前記保護カバー(45)は、前記保護カバー(45)の内皮面と前記制御要素(39)との間に環状間隙を形成し、
    前記保護カバー(45)は、少なくとも1つの貫通孔(46)を備え、
    前記少なくとも1つの貫通孔(46)は、前記環状間隙を前記保護カバーの外側の調節空間(22)に接続する
    ことを特徴とする、請求項1に記載の弁。
  7. 前記少なくとも1つの制御要素(39)は、前記弁閉鎖構成部品(31)上で偏向点(48)において少なくとも1回方向転換し、前記保護カバー(45)は、前記偏向点(48)と前記接触点(37)との間の前記制御要素(39)の各部分に設けられることを特徴とする、請求項1に記載の弁。
  8. 前記少なくとも1つの制御要素(39)は、前記弁閉鎖構成部品(31)又は前記弁ハウジング(12)上で、1つ又は複数の前記偏向点(48)において少なくとも1回方向転換し、前記少なくとも1つの制御要素(39)の前記保護カバー(45)は、少なくとも前記1つ又は複数の偏向点(48)に沿って延在することを特徴とする、請求項に記載の弁。
  9. 前記制御要素(39)は制御デバイス(44)によって起動され、前記制御デバイス(44)は、少なくとも1つの制御変数に応じて、前記弁閉鎖構成部品(31)の前記開閉動作を起動することを特徴とする、請求項1に記載の弁。
  10. 前記制御要素(39)は制御デバイス(44)によって起動され、前記制御デバイス(44)は、前記液体又は気体媒体の温度に応じて、前記弁閉鎖構成部品(31)の前記開閉動作を起動することを特徴とする、請求項1に記載の弁。
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