(57)【要約】      （修正有）【課題】制御信頼性のある閉鎖バルブ・システムを提供する。【解決手段】二重バルブ・ユニットは、１対のバルブ要素（３１、３２）を備える。両方のバルブ要素（３１、３２）がそれぞれの作動位置にある場合にだけ、加圧流体を出口ポート（３４）に送る。さらに排出ポート（３５）を備え、両方のバルブ要素（３１、３２）がそれぞれの作動位置にない場合には、出口ポート（３４）を排出ポート（３５）に結合する。加圧流体供給源（１１）に結合されるための入口（３６）と、二重バルブ・ユニットに結合された出口（３８）と、二重バルブ・ユニットのバルブ要素（３１、３２）にパイロット圧を選択可能に加える手動バルブ要素（３９）とを備えるパイロット供給バルブ（３７）が設けられ、制御信頼性がある形で閉鎖するために、二重バルブ・ユニットのバルブ要素（３１、３２）をパイロット圧から遮断するように、手動バルブ要素（３９）を閉じることができる。【選択図】図４
2006010081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧流体の供給源（１１）に結合されるための入口ポート（３３）および下流側の流体作動デバイス（１５）に結合されるための出口ポート（３４）を有する制御信頼性のある閉鎖バルブ・システムであって、
バルブ要素（３１、３２）に加えられたパイロット圧に応答して、前記入口ポート（３３）と前記出口ポート（３４）の間の第１流路を制御するためにそれぞれの作動位置と非作動位置の間をそれぞれ制御可能に移動する１対の前記バルブ要素（３１、３２）を備える二重バルブ・ユニットであって、前記第１流路は、両方の前記バルブ要素（３１、３２）が前記それぞれの作動位置にある場合にだけ前記加圧流体を前記出口ポート（３４）に送り、前記二重バルブ・ユニットは排出ポート（３５）をさらに備え、両方の前記バルブ要素（３１、３２）が前記それぞれの作動位置にない場合には、前記バルブ要素（３１、３２）が、前記出口ポート（３４）を前記排出ポート（３５）に結合するように第２流路を制御する二重バルブ・ユニットと、
前記加圧流体の供給源（１１）に結合するための入口（３６）、前記二重バルブ・ユニットに結合された出口（３８）、および前記二重バルブ・ユニットの前記バルブ要素（３１、３２）に前記パイロット圧を選択可能に加える手動で作動するバルブ要素（３９）を備え、前記手動で作動するバルブ要素（３９）が、前記バルブ・システムを制御信頼性がある形で閉鎖するために、前記パイロット圧から前記二重バルブ・ユニットの前記バルブ要素（３１、３２）を遮断するように閉じることのできるパイロット供給バルブ（３７）とを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記二重バルブ・ユニットの前記バルブ要素（３１、３２）の作動位置または非作動位置をそれぞれ検出するバルブ位置センサ（４３、４４）をさらに特徴とする、請求項１に記載の制御信頼性のある閉鎖バルブ・システム。
【請求項３】
前記二重バルブ・ユニット内にあり、前記二重バルブ・ユニットの前記バルブ要素（３１、３２）を結合するための第１および第２交差通路（４１、４２）と、
前記第１および第２交差通路（４１、４２）にそれぞれ結合された第１および第２圧力スイッチ（４３、４４）とをさらに特徴とする、請求項１に記載の制御信頼性のある閉鎖バルブ・システム。
【請求項４】
前記第１および第２圧力スイッチ（４３、４４）に結合され、前記第１および第２圧力スイッチ（４３、４４）が前記第１および第２交差通路（４１、４２）内で圧力の不一致を指示するのに応答して前記バルブ要素（３１、３２）のどちらの１つが故障状態にあるか判定するための論理回路ブロック（４６）をさらに特徴とする、請求項３に記載の制御信頼性のある閉鎖バルブ・システム。
【請求項５】
前記出口ポート（３４）に結合され、前記出口ポート（３４）での圧力が所定の圧力より高いか低いかに従って視覚的な圧力指示を提供する圧力指示器ユニット（４７）をさらに特徴とする、請求項１に記載の制御信頼性のある閉鎖バルブ・システム。
【請求項６】
前記パイロット供給バルブ（３７）と直列に連結され、遠隔制御信号に応答して前記パイロット圧を選択可能に遮断するためのソレノイド操作バルブ（５０、５１）をさらに特徴とする、請求項１に記載の制御信頼性のある閉鎖バルブ・システム。
【請求項７】
前記パイロット供給バルブ（３７）と直列に連結され、遠隔制御信号に応答して、前記二重バルブ・ユニットの前記バルブ要素の第１要素（３１）への前記パイロット圧を選択可能に遮断するための第１ソレノイド操作バルブ（５０）と、
前記パイロット供給バルブ（３７）と直列に連結され、前記遠隔制御信号に応答して、前記二重バルブ・ユニットの前記バルブ要素の第２要素（３２）への前記パイロット圧を選択可能に遮断するための第２ソレノイド操作バルブ（５１）とをさらに特徴とする、請求項１に記載の制御信頼性のある閉鎖バルブ・システム。
【請求項８】
バルブ・システムの遮断を制御信頼性がある形で制御する方法であって、前記バルブ・システムは加圧流体の供給源（１１）を下流側の流体作動デバイス（１５）に選択可能に結合するように連結され、
前記加圧流体の供給源（１１）を二重バルブ・ユニットの入力ポート（３３）に結合するステップと、
前記下流側の流体作動デバイス（１５）を前記二重バルブ・ユニットの出口ポート（３４）に結合するステップであって、前記二重バルブ・ユニットは、前記バルブ要素（３１、３２）に加えられたパイロット圧に応答して、前記入力ポート（３３）と前記出口ポート（３４）の間の第１流路を制御するためにそれぞれの作動位置と非作動位置の間をそれぞれ制御可能に移動する１対のバルブ要素（３１、３２）を備え、両方の前記バルブ要素（３１、３２）が前記それぞれの作動位置にある場合にだけ、前記第１流路が前記加圧流体を前記出口ポート（３４）に送り、前記二重バルブ・ユニットがさらに排出ポート（３５）を備え、両方の前記バルブ要素が前記それぞれの作動位置にない場合には、前記バルブ要素（３１、３２）が、前記出口ポート（３４）を前記排出ポート（３５）に結合するように第２流路を制御するステップと、
前記バルブ・システムを開いた状態にするために前記バルブ要素（３１、３２）に前記パイロット圧を加えるように前記加圧流体の供給源（１１）と前記二重バルブ・ユニットの前記バルブ要素（３１、３２）の間にパイロット供給バルブ（３７）を結合するステップと、
前記バルブ・システムを閉じた状態にするために前記パイロット供給バルブ（３７）を手動で非作動にして、前記二重バルブ・ユニットの前記バルブ要素（３１、３２）を前記パイロット圧から遮断し、前記バルブ・システムを閉鎖するステップとを特徴とする方法。
【請求項９】
前記二重バルブ・ユニットの前記バルブ要素（３１、３２）の作動位置および非作動位置をそれぞれ検出するステップと、
前記作動位置または非作動位置に応答した前記バルブ・システムの不調、および前記バルブ・システムの所望の状態を指示するステップとをさらに特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記二重バルブ・ユニットがその前記バルブ要素（３１、３２）を結合する第１および第２交差通路（４１、４２）を備え、前記方法が前記第１および第２交差通路（４１、４２）内の圧力を監視するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１および第２交差通路（４１、４２）内の圧力の不一致に応答して前記バルブ要素（３１、３２）の一方の故障状態を検出するステップをさらに特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記出口ポート（３４）での圧力が所定の圧力より高いか低いかに従って視覚的な圧力指示を提供するステップをさらに特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
ソレノイド操作バルブ（５０、５１）を前記パイロット供給バルブ（３７）と直列に連結するステップと、
遠隔制御信号に応答して前記ソレノイド操作バルブ（５０、５１）を閉じることによって前記パイロット圧を選択可能に遮断するステップとをさらに特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
第１ソレノイド操作バルブ（５０）を前記パイロット供給バルブ（３７）と前記二重バルブ・ユニットの前記バルブ要素の第１要素（３１）とに直列に連結するステップと、
第２ソレノイド操作バルブ（５１）を前記パイロット供給バルブ（３７）と前記二重バルブ・ユニットの前記バルブ要素の第２要素（３２）とに直列に連結するステップと、
前記遠隔制御信号に応答して、前記第１および第２ソレノイド操作バルブ（５０、５１）を閉じることによって、前記パイロット圧を選択可能に遮断するステップとをさらに特徴とする、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、流体制御閉鎖バルブ（ｆｌｕｉｄ−ｃｏｎｔｒｏｌ  ｌｏｃｋｏｕｔ  ｖａｌｖｅ）に関し、より詳細には、大容量システムで制御信頼性がある形でエネルギー遮断を提供する手動で作動するパイロット閉鎖バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮流体システムは、様々なタイプの圧力制御アクチュエータを動作させるために多くの産業環境において用いられている。空気圧システムは、作動流体として空気または他の気体を用いる。液圧システムは、油または他の液体を用いる。一般的なシステムでは、空気または他の作動流体は、コンプレッサによって圧縮され、導管やバルブを備える給送システムを介してアクチュエータに送出される。圧縮空気または他の流体を大規模な送出導管のネットワーク（ｎｅｔｗｏｒｋ  ｏｆ  ｄｅｌｉｖｅｒｙ  ｃｏｎｄｕｉｔｓ）中にポンプで送る１つまたは複数の大容量コンプレッサを用いて、非常に広範囲をカバーできるシステムもある。一般に、ネットワークは、閉鎖バルブとして知られるある種のバルブを閉じることによって、コンプレッサから遮断できる区域を備える。これによって、システムの各部分は、保守または他の理由で分解することができる。
【０００３】
空気圧または液圧システムを分解または修理しようとする前に、システム内のアクセスされる点から加圧流体の供給を止め、残留圧力が解放されるようにする必要がある。制御信頼性がある形であるいは直接操作の手動バルブによって、システムの特定の部分の閉鎖を達成することを規定する様々な安全基準や行政上の要求が存在する。
【０００４】
制御信頼性とは、バルブ機能を作動させるように試みたときその機能を果たすような極めて高い（たとえば１００％近い）信頼因数（ｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅ  ｆａｃｔｏｒ）が存在することを意味する。標準的定義に従うと、制御信頼性のあるデバイスは、冗長構成であり、その運転を監視され、故障が起きても、故障を直すまで次の動作を阻害する安全状態になる。手動制御がしばしば必要となり、機械の修理あるいは他の操作中に加圧流体が遮断されたままになるように、（南京錠などの）機械的鎖錠デバイスが取り付けられる。
【０００５】
大容量の流体給送システムでは、より大きな入口寸法およびより大きなバルブ要素（すなわち、ポペットまたはスプール）を備えたバルブが必要とされる。より大きいバルブ寸法またはより高い作動圧では、バルブ要素を開位置と閉位置の間を移動させるのに必要な作動力は、誰もが手で都合よく作動させるには高くなりすぎるおそれがある。より大きいバルブ（Ｒｏｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌｓ社が発売している２７Ｓｅｒｉｅｓポペット・バルブなど）では、より小さなバルブを使用して加圧流体の加わる力を制御することにより、より大きな力を補償するパイロット作動を用いて、より大きなバルブを作動させる。しかし、従来技術のパイロット作動される制御バルブは、冗長構成でもなければ監視されもせず、したがって、パイロット要素の作動が、対応する主要な流れ制御バルブの作動を十分に保証しないので、制御信頼性が高くはなかった。主要なバルブが開位置に固着するようなことがあれば、パイロット・バルブによって流れが遮断されたように見えても、高圧流体がバルブを通って流れ続けるおそれがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、手動による遮断を用いる場合に過剰な作動力を通常は必要とする、閉鎖式流れ制御バルブの制御信頼性をもたらすという利点を有する。バルブの冗長構成、監視、および「故障しても安全な」設計は、閉鎖操作に関して制御信頼性の高い信頼レベルをもたらす。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様では、加圧流体の供給源に結合されるための入口ポートおよび下流側の流体作動デバイスに結合されるための出口ポートを有する制御信頼性のある閉鎖バルブ・システムが提供される。二重バルブ・ユニット（ｄｏｕｂｌｅ  ｖａｌｖｅ  ｕｎｉｔ）が、バルブ要素に加えられたパイロット圧力に応答して入口ポートと出口ポートとの間の第１流路を制御するために、それぞれの作動位置と非作動位置との間をそれぞれ制御可能に移動する１対のバルブ要素を備える。第１流路は、両方のバルブ要素がそれぞれの作動位置にある場合にだけ加圧流体を出口ポートに送る。二重バルブ・ユニットはさらに排出ポートを備え、両方のバルブ要素がそれぞれの作動位置にない場合には、バルブ要素は出口ポートを排出ポートに結合するように第２流路を制御する。加圧流体の供給源に結合される入口と、二重バルブ、ユニットに結合された出口と、二重バルブ・ユニットのバルブ要素にパイロット圧を選択可能に加える手動で作動するバルブ要素とを有するパイロット供給バルブが設けられ、手動で作動するバルブ要素は、バルブ・システムを制御信頼性がある形で閉鎖するために、二重バルブ・ユニットのバルブ要素をパイロット圧から遮断するように閉じることができる。任意選択の一実施形態では、二重バルブ・ユニットに対してパイロット圧を加える遠隔制御または自動制御を実現するために、１つまたは複数のソレノイド操作バルブをパイロット回路に連結することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、高い水準の信頼性を達成するために二重バルブを備える手動で作動されるパイロット・デバイスを組み入れる。このパイロット・デバイスは、閉鎖バルブを操作するのに必要な力の量を減らして、閉鎖機能を作動させるのに必要な特別な体力または工具を不要にする。二重バルブを使用することによって制御信頼性が得られる。それは、二重バルブは冗長構成であり、監視されており、一方のバルブが適切に作動あるいは作動停止できなくなったとき、第２のバルブが所望の機能をもたらすからである。１つのバルブ要素の不調が、監視を行うことによって検出され、使用者は、故障が発生したことを自動的に知らされる。故障の結果、バックアップ機能がもはや使用できなくなるので、システムを通常運転に戻す前にバルブを修理する必要がある。
【０００９】
図１を参照すると、加圧流体（たとえば圧縮空気）システム１０は、流体給送システム１２に結合されたコンプレッサ１１を備える。給送システム１２は、閉鎖バルブ１３および１４によって様々な分岐回路に相互に連絡された複数の圧縮空気導管を備えることができる。各分岐回路は、特定の分岐回路内の圧縮空気を制御バルブ１６を介して受け取る機械アクチュエータ１５など様々な空気圧アクチュエータを備えることができる。バルブ１６は、コントローラ１８から電力を供給されるソレノイド・パイロット１７を備えることができる。コントローラ１８からの制御信号により、バルブ１６は、加圧流体の供給源または消音器１９を備える排気ポートのどちらかへ機械アクチュエータ１５への流体導管を結合させる。
【００１０】
機械アクチュエータ１５またはバルブ１６に対して保守を安全に行うには、加圧流体の供給源を対応する分岐回路から外すために閉鎖バルブ１３を閉じなければならない。コンプレッサ１１は、加圧流体を他の分岐回路に送り続けることができる。
【００１１】
従来技術の手動操作閉鎖バルブを図２に示す。バルブ本体２０は、入口ポート２１、出口ポート２２、および排出ポート２３を備える。バルブ・スプール２４は、ハンドル２５に加えられた手の力を用いて、入口ポート２１を出口ポート２２に選択可能に連結するようにバルブ本体内で長手方向に移動可能である。図２は、閉位置にある閉鎖バルブを示し、この位置では、バルブ本体２０内の施錠穴２６は、閉鎖バルブを所望のときに閉位置に固定させるために南京錠または他の鍵を受けるように、ハンドル２５内のスロット２７と整列する。
【００１２】
図３は、開位置にある閉鎖バルブを示し、この位置では、流体の流れをバルブに通すことができる。施錠穴２６は、もはやスロット２７と整列しておらず、したがって閉鎖バルブを開位置に固定できない。
【００１３】
図４は、本発明のパイロット制御二重バルブの一概略図を示す。バルブ本体３０は、第１バルブ要素３１と第２バルブ要素３２とを備える二重バルブ・ユニットを実装する。バルブ本体３０は、さらに、入口ポート３３、出口ポート３４、および排出ポート３５を備える。バルブ要素３１および３２は、図５に示すようなＲｏｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌｓ社の交差流二重バルブＳＥＲＰＡＲ（登録商標）など公知のタイプの二重バルブ・ユニット内に含めることができる。入口ポート３３は、バルブ要素３１ならびに３２、および手動操作パイロット・バルブ３７の入口３６に結合されている。パイロット供給バルブ３７の出口３８が、二重バルブ・ユニットを作動させるためにバルブ要素３１と３２に結合されている。パイロット供給バルブ３７は、加圧流体を二重バルブ要素３１および３２に選択可能に結合するための手動で作動するバルブ要素３９を有する。バルブ要素３９を加圧流体が出口３８から遮断される非作動位置に固定するために施錠機構（ｌｏｃｋｉｎｇ  ｆeａｔｕｒｅ）４０が設けられる。施錠機構４０は、たとえば、非作動位置にある場合にバルブ要素３９のスプール部内の施錠溝（ｌｏｃｋｉｎｇ  ｇｒｏｏｖｅ）と整列する施錠穴（ｌｏｃｋｉｎｇ  ｈｏｌｅ）を備えることができる。
【００１４】
二重バルブ・ユニットは、交差通路４１および４２を備え、交差通路４１および４２は、監視を行い、どちらかのバルブ要素が目的どおり動作することができなくなったとき必ず二重バルブ・ユニットの次の動作を阻害するために、バルブ要素を交差結合する。監視アセンブリ４５に含まれる圧力スイッチ４３および４４は、それぞれ交差通路４１および４２に結合されている。圧力スイッチ４３および４４は、バルブ要素の作動位置または非作動位置を検出し、得られる圧力スイッチ４３および４４からの電気信号は、圧力スイッチが第１および第２交差通路内に存在する圧力の不一致を指示するときに警報信号を発生するように、論理回路ブロック４６に結合されている。どちらの交差通路が呼び圧力であり、どちらの交差通路が故障のために加圧されていないかを根拠として、故障したバルブ要素がどれであるかも判定することができる。Ｃｒｏｓｓ  Ｍｉｒｒｏｒ、Ｒｏｓｓ  Ｅ−Ｐ  ｍｏｎｉｔｏｒ、Ｒｏｓｓ  Ｌ−Ｇ  ｍｏｎｉｔｏｒ、およびＲｏｓｓ  ＤＳ  ｍｏｎｉｔｏｒの名称でＲｏｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌｓ社から販売されている監視装置など、図示する圧力スイッチ以外のタイプの監視デバイスも用いることができる。
【００１５】
閉鎖位置を得て空気圧分岐回路を遮断するために手動パイロット供給バルブ３７が非作動にされるとき、二重バルブ・ユニットの少なくとも１つのバルブ要素が非作動になり、それによって必要とされる遮断が実現される可能性が高い。しかし、一方のバルブ要素が非作動になることができない場合、二重バルブ・ユニットが故障状態のままになり、バルブ・システムは、手動パイロット供給バルブの位置に関わらず再び開くことができない。圧力スイッチで監視をもたらすことによって、故障状態を操作担当者に示すことができ、故障したバルブ要素の問題を是正すべく修理を行うことができる。
【００１６】
システム内で圧力／エネルギーが完全に解放されたことを確認する方法をもたらすために、視覚圧力指示器４７を任意選択で出口ポート３４に結合することができる。Ｒｏｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌｓ社からの視覚指示器９８８Ｈ３０などの視覚指示器を使用することができる。圧力指示器ユニットは、閾値圧より大きいまたは小さい圧力が出口ポートのところに存在するかどうかを示すための所定の閾値を有する。閾値は、たとえば、特定のシステムの安全要件に基づいて選択される。
【００１７】
図６および７は、パイロット供給バルブ３７の出口３８からのパイロット供給圧と直列に結合された１対のソレノイド操作バルブ５０および５１に加えられる遠隔コントローラからの遠隔制御信号を用いて閉鎖機能を作動させる追加の能力を有する別の実施形態を示す。ソレノイド操作バルブ５０および５１の出口は、それぞれ、バルブ要素３１および３２に結合され、二重バルブ・ユニットへのパイロット圧は、所望なら、遠隔制御部から選択可能に遮断することができるようになる。ソレノイド操作バルブ５０および５１は、図７に示すように、バルブ本体３０に結合されたパイロット・アセンブリ５２内の手動パイロット供給バルブ３７と一体化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】空気圧システムや液圧システムなど、加圧流体を利用して機械装置を操作するシステムの概略ブロック図である。
【図２】閉位置すなわち閉鎖位置にある従来技術の手動操作閉鎖バルブの断面図である。
【図３】開位置にある従来技術の手動操作閉鎖バルブの断面図である。
【図４】電気信号のフィードバックを外部監視システム（図示せず）に提供する本発明のパイロット閉鎖バルブ・システムの好ましい一実施形態の概略流れ図である。当分野で公知のように、他のタイプの内蔵型監視システムも使用できる。
【図５】図４のバルブ・システムの好ましい一実施形態の断面図である。
【図６】遠隔制御の電気式遮断機能を備える本発明のパイロット閉鎖バルブ・システムの別の好ましい実施形態の概略流れ図である。
【図７】図６のバルブ・システムの一実施形態の断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１０  加圧流体システム
１１  コンプレッサ
１２  流体給送システム
１３  閉鎖バルブ
１４  閉鎖バルブ
１５  機械アクチュエータ
１６  制御バルブ
１７  ソレノイド・パイロット
１８  コントローラ
１９  消音器
２０  バルブ本体
２１  入口ポート
２２  出口ポート
２３  排出ポート
２４  バルブ・スプール
２５  ハンドル
２６  施錠穴
２７  スロット
３０  バルブ本体
３１  第１バルブ要素
３２  第２バルブ要素
３３  入口ポート
３４  出口ポート
３５  排出ポート
３６  入口
３７  パイロット供給バルブ
３８  出口
３９  バルブ要素
４０  施錠機構
４１  交差通路
４２  交差通路
４３  圧力スイッチ
４４  圧力スイッチ
４５  監視アセンブリ
４６  論理回路ブロック
４７  視覚圧力指示器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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