ブースト性能を向上させた供給調節器
本調節器は調節弁とアクチュエータとを備えている。本調節弁は、カスタム化された弁ポートが設けられた弁本体を有している。すなわち、弁座は、弁ポートのオリフィスの直径、弁ポートのオリフィスの長手方向の寸法および／または弁ポートの流れ容量に応じてカスタム化される弁座高さを有するように設計されている。このように設計すると、ガスが調節器を流れる効率を最大化するという効果がある。アクチュエータは、弁本体に結合されるようになっていることに加えて、この弁本体内に配置されるバルブディスクを有している。このバルブディスクは、弁座と係合する閉弁位置と弁座から間隔をおいて位置する開弁位置との間で変位するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【関連出願相互参照】
【０００１】
２００７年４月２０日に出願された「ブースト性能を向上させたサービスレギュレータ」という表題の米国特許仮出願第６０／９１３，１３５号の優先権を主張し、その全内容を本明細書で参照することにより援用するものとする。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、ガス調節器に関するものであり、とくに閉ループ制御を備えたアクチュエータを有するガス調節器に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
典型的なガス分配システムがガスを供給する圧力は、当該システムに対する需要、天候、供給源および／または他の要因に応じて変わる場合がある。しかしながら、加熱炉、オーブンなどの如きガス機器を装備したほとんどのエンドユーザ設備は、前もって決められた圧力に応じてかつガス調節器の最大容量以下でガスが供給されることを必要とする。したがって、供給されるガスがエンドユーザ設備の要求を確実に満たすようにするために、ガス調節器がガス分配システムの中に組み入れられている。一般的に、従来のガス調節器は、供給ガスの圧力を検出および制御するための閉ループ制御アクチュエータを備えている。
【０００４】
従来のガス調節器の一部には、閉ループ制御に加えて逃がし弁を備えているものもある。逃がし弁は、たとえば調節器または流体分配システムの他の構成部品が故障ときの過剰圧力を防止するように構成されている。したがって、供給圧力が前もって決められた閾値圧力を超えた場合には、逃がし弁が開き、ガスの少なくとも一部を大気に排出してシステム内の圧力を低下させる。
【０００５】
図１および図１Ａには、一つの従来のガス調節器１０が示されている。通常、調節器１０はアクチュエータ１２と調節弁１４とを備えている。調節弁１４には、たとえばガス分配システムからガスを受け取るための流入口１６と、一または複数の器具を備えている工場、レストラン、アパートなどの如きエンドユーザ設備にガスを供給するための流出口１８とが形成されている。これに加えて、調節弁１４は、流入口と流出口との間に配置される弁ポート３６を備えている。ガスは、調節弁１４の流入口１６と流出口１８との間を移動するために、弁ポート３６を通り抜けなければならないようになっている。
【０００６】
図１Ａには、調節器１０内の従来の弁ポート３６を備えた調節弁１４がより詳細に示されている。通常、従来の弁ポート３６は、流入口６０と、流出口６２と、これらの流入口６０と流出口６２との間に延びる細長い、おおむね円筒状のオリフィス６４とを有する一体式の弁ポートから構成されている。ガスは、調節弁１４を通り抜けるためにはオリフィス６４を通り抜けなければならないようになっている。
【０００７】
さらに図１Ａを参照すると、弁ポート３６は、本体部６６と、六角ナット部６８と、弁座７０と備えている。本体部６６は、断面視においておおむね円形状となっており、調節弁１４と螺合する複数の雄ネジ山７２を有している。六角ナット部６８は、断面視において六角形状となっており、弁ポートの動的流れ特性を個々の用途に合わせるべく異なる直径を具備したオリフィスを有する他の弁ポートと取り替えるため、たとえば空気式ラチェットの如きツールにより係合されて、弁ポート３６を調節弁１４の中に装着するようにまたは弁ポート３６を調節弁１４から取り出すように構成されている。
【０００８】
弁座７０は、本体部６８とは反対側の方に向けて六角ナット部６８から突出している。弁座７０は、六角ナット部から先細になっていき着座縁部７４で終端している断面視がおおむね三角形状であるリング形状のテーパ付き弁座７０から構成されている。さらに具体的にいえば、従来の弁座７０は、着座縁部７４で連接される内面７６と外面７８とを有している。内面７６は、弁本体３６内のオリフィス６４の延長部であるので、オリフィス６４の直径と等しい直径を有している。外面７８は、内面７６に対して約４５の角度で延びている。したがって、外面７８はおおむね円錐台形状である。
【０００９】
図１Ａに示されている従来の弁ポート３６では、弁座は弁座高さＨおよびオリフィス直径Ｄを有している。しかしながら、上述のように、弁ポート３６は、調節器１０の動作特性に合わすために異なる直径を具備するオリフィスを有する他の弁ポートと取り替えられてもよい。オリフィス６４の直径にかかわらず、弁座高さＨは従来の弁ポートの場合には一定となっている。
【００１０】
図１をさらに参照すると、従来の調節器１０のアクチュエータ１２が、調節弁１４に連結され、調節弁１４の流出口１８における圧力、すなわち流出口圧力が所望の流出口圧力または制御圧力に従ったものであることを担保するようになっている。したがって、アクチュエータ１２は、弁口部３４およびアクチュエータ口部２０を通じて、調節弁１４と連通している。アクチュエータ１２は、調節弁１４の流出口圧力を検出および調節するための制御組立体２２を備えている。
【００１１】
制御組立体２２は、ダイヤフラム２４と、ピストン３２と、バルブディスク２８を有する制御アーム２６とを備えている。バルブディスク２８は、おおむねシリンダ形状の本体２５と、この本体２５に固定されたシール用挿入部材２９とを有している。また、本体２５は、図１Ａに示されているように、本体とともに一体成形された環状のフランジ３１をさらに有していてもよい。ダイヤフラム２４は、調節弁１４の流出口圧力を検出するように構成されている。制御組立体２２は制御バネ３０をさらに有している、この制御バネ３０は、ダイヤフラム２４の上側と係合して、加えられている流出口圧を相殺するようになっている。したがって、所望の流出口圧力、いわゆる制御圧力は、制御バネ３０の選択により設定されることとなる。
【００１２】
ダイヤフラム２４は、制御アーム２６に作用可能に連結されているので、バルブディスク２８は、加えられた流出口圧力に基づいて調節弁１４の開度をピストン３２を通じて制御する。たとえば、エンドユーザが、たとえばガス分配システムに需要を生じさせる調節器１０の下流の加熱炉等の器具を作動させると、流出量が増加し、結果として出口圧力が低下する。その結果、ダイヤフラム２４は、低下した流出口圧力を検出することになる。このことにより、制御バネ３０が、伸び、図１の調節器１０の配置においてピストン３２および制御アーム２６の右側を下方に向けて移動させる。この制御アーム２６の移動により、バルブディスク２８が弁ポート３６の弁座７０の着座縁部７４とは反対側に移動し、このことにより調節弁１４が開くこととなる。図１Ａには、正常な開弁動作位置にあるバルブディスク２８が示されている。このように構成されることによって、器具が、ガスを弁ポート３６内のオリフィス６４を通して引き出すことが可能となる。
【００１３】
図１Ａに示されている位置では、バルブディスク２８は、ガスが正常な動作状態時、弁ポート３６とは反対側に向けて変位されて、ガスが調節弁１４を通って流れることを可能とする。一般的にいえば、バルブディスク２８の正確な位置は、さまざまな要因に依存するものであり、そのうちの一つには、弁ポート３６を流れるガスの流量、すなわち弁ポート３６の流れ容量が含まれ、また、この流れ容量自体、弁ポート３６内のオリフィス６４の直径および容積に依存している。たとえば、図１Ａに示されている弁ポート３６がより小さなオリフィスを備えた、すなわち流量がより小さな弁ポートと取り替えられた場合、バルブディスク２８は、弁ポート３６により近いところに位置することになる。しかしながら、このバランスが必ずしも調節弁１４の流れ特性を最適化するとは限らない。
【００１４】
たとえば、直径が小さい弁ポートが用いられた場合、調節弁１４を流れるガスの流速が速くなる傾向があり、弁ポートの直ぐ下流側の空間、すなわち弁ポートとバルブディスクとの間の空間の容積が減少することになる。この喉部１１とバルブディスク２８との間の減少した容積は、ガスが調節弁１４の弁ポート３６から流出口１８へと流れる効率に対し悪い影響を及ぼしてしまう恐れがある。たとえば、容積が減少することにより、効率的に回復して流出口１８から流出するための十分な空間が弁ポート３６を流れる高速のガスに対して提供されない場合がある。状況によっては、このことにより、流出口１８の圧力が上昇し、ダイヤフラムに流出口圧力の見かけ上の上昇を検出させ、バルブディスク２８を弁ポート３６の方向に向けて移動させ、調節弁１４を流れる流量を減らしてしまう場合もある。このことが、同時に、流出口圧力を設定制御圧力または所望の流出口圧力を下回る圧力まで低下させてしまう。この現象は「ドループ」として知られている。「ドループ」が生じた場合、調節器１０は最適化された状態で動作しなくなる恐れがある。
【００１５】
図１に示されている従来の調節器１０では、上述のように、制御組立体２２は逃がし弁としてさらに機能する。詳細にいえば、制御組立体２２は逃がしバネ４０と放出弁４２とをさらに備えている。ダイヤフラム２４は、その中央部に開口部４４を有しており、ピストン３２は密封用カップ部３８を有している。逃がしバネ４０は、正常運転時、ピストン３２とダイヤフラム２４との間に配置され、密封用カップ３８に対抗してダイヤフラム２４を付勢し、開口部４４を閉めるようになっている。たとえば制御アーム２６の破損の如き故障が生じると、制御組立体２２は、もはやバルブディスク２８を直接に制御することはなく、流入口の流れがバルブディスク２８を極端な開弁位置へと押しやることになる。このことにより、最大の量のガスがアクチュエータ１２の中に流れ込むことが可能となる。
【００１６】
ガスがアクチュエータ１２を満たしていくにつれて、ダイヤフラム２４に対する圧力が蓄積され、ダイヤフラム２４が密封用カップ３８とは反対側に向けて移動され、このことにより開口部４４が暴露されることとなる。したがって、ガスは、ダイヤフラム２４の開口部４４を通り抜け、放出弁４２の方に向けて流れる。放出弁４２は、弁体４６と、閉弁位置に向けて弁体４６を付勢する逃がしバネ５４とを有している。このことは図１に示されている。アクチュエータ１２内の放出弁４２の近傍の圧力が前もって決められている閾値圧力に到達すると、弁体４６は、逃がしバネ５４の付勢に対抗して上方に向けて変位して開き、このことによりガスを大気中に排出し、調節器１０の中の圧力を低下させるようになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ある用途に用いるために弁ポートを選択する場合、技術者は、設定された制御圧力で流れ容量を最大化するとともに「ドループ」の量を最小限に抑える責務を負うことになる。通常、このことは、これらの競合する利害を考慮して妥協できる特性を有する弁ポートを選択することによって達成される。しかしながら、上述のように、これらの従来の弁ポートは、オリフィス直径だけが変わり、弁座高さは一定である。したがって、従来の弁ポートによっては、おおむね効率的に機能しているものもあれば、オリフィス直径が異なる他の弁ポートには効率的に機能していないものもある。したがって、調節器１０の流れ特性、さらに具体的にいえば「ブースト（ｂｏｏｓｔ）」特性をすべての弁ポートに対して最適化することは可能なことではない。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、調節弁とアクチュエータと備えた調節器を提供している。調節弁は、カスタム化された弁ポートを装備した弁本体を有している。弁ポートは、流入口と、流出口と、これらの流入口と流出口との間で延びる細長いオリフィスとを有している。アクチュエータは、弁本体に結合されており、バルブディスクを含む制御要素を有している。バルブディスクは、弁本体内に摺動可能に配置され、閉弁位置と開弁位置との間で変位するように構成されている。カスタム化された弁ポートは、調節器を通るガスの流れを防止する閉弁位置においてバルブディスクがシールする弁座を有している。
【００１９】
一実施形態では、弁ポートの弁座は、たとえば細長いオリフィスの直径もしくは流れ容量に依存するカスタム化された弁座高さを有しているか、または、他の動作特性を有している。このように構成されると、カスタム化された弁ポートは、ガスが調節弁を通って流れる効率を最大化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の調節器を示す側面断面図である。
【図１Ａ】従来の弁ポートを含む図１の調節器の調節弁を示す側面断面図である。
【図２】調節弁および弁ポートを備えた調節器を示す側面断面図であり、これらの調節器、調節弁および弁ポートは本発明に従って製造されている。
【図３】本発明に従って製造された一つの弁ポートを示す側面断面図である。
【図４】本発明に従って製造された他の弁ポートを示す側面断面図である。
【図５】本発明に従って製造されたさらに他の弁ポートを示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図２には、本発明の一実施形態に従って製造されたガス調節器１００が示されている。通常、ガス調節器１００はアクチュエータ１０２と調節弁１０４とを備えている。たとえば、調節弁１０４は、ガス分配システムからガスを受け取るための流入口１０６と、一または複数の器具を有する設備に対してガスを移送するための流出口１０８とを備えている。アクチュエータ１０２は、調節弁１０４に連結されており、また、制御要素１２７を有する制御組立体１２２を備えている。第一のまたは正常な動作モード時、制御組立体１２２は、調節弁１０４の流出口１０８の圧力、すなわち流出口圧を検出し、流出口圧が前もって決められた制御圧力とほぼ等しくなるように制御要素１２７の位置を制御するようになっている。これに加えて、上述のシステムに故障が発生すると、調節器１００は、図１に示されている調節器１０に関して先に記載された逃がし（ｒｅｌｉｅｆ）機能におおむね類似する逃がし機能を実行するようになっている。
【００２２】
図２をさらに参照すると、調節弁１０４には、喉部１１０および弁口部１１２が形成されている。弁口部１１２は、流入口１０６および流出口１０８の軸に対しておおむね直角となっている軸に沿って配置されている開口部１１４を形成している。喉部１１０は、流入口１０６と流出口１０８との間に配置され、本発明に従って製造される弁ポート１３６を収納するようになっている。弁ポート１３６は、流入口１５０と、流出口１５２と、これらの流入口１５０と流出口１５２との間に延設される細長いオリフィス１４８とを備えている。ガスが調節弁１０４の流入口１０６と流出口１０８との間を移動するためには、弁ポート１３６のオリフィス１４８を通り抜けなければならないようになっている。
【００２３】
図３には、図２の調節器１００の弁ポート１３６が示されている。弁ポート１３６は、ガスが調節弁１０４を流れる効率を最大化するようにカスタム化されている。弁ポート１３６は、流入口１５０、流出口１５２およびオリフィス１４８に加えて、本体部１６６と、六角ナット部１６８と、弁座１７０とを有している。本体部１６６は、断面視においておおむね円形状になっており、図２に示されているような、調節弁１０４の喉部１１０と螺合するように構成された複数の雄ネジ山を有している。六角ナット部１６８は、断面視において六角形状である。また、かかる六角ナット部１６８は、調節器１００の動的流れ特性を個々の用途に合わせるようにさまざまな構造を有する他の弁ポートと取り替えるために、たとえば空気式のラチェットの如きツールにより係合されて、弁ポート１３６を調節弁１０４の中に装着したりまたは弁ポート１３６を調節弁１０４から取り出したりするように構成されている。
【００２４】
弁座１７０は、本体部１６８とは反対側の方に向けて六角ナット部１６８から突出している。弁座１７０は、六角ナット部１６８から先細になっていき着座縁部１７４で終端するものであって、断面視がおおむね三角形状であるリング形状のテーパ付き弁座１７０を含んでいる。さらに具体的にいえば、弁座１７０は、着座縁部１７４で互いに連接される内面１７６と外面１７８とを有している。開示されている実施形態では、内面１７６は、弁本体１３６内のオリフィス１４８の延長部であるので、オリフィス１４８の直径とおおむね等しい直径を有している。このように構成すると、オリフィス１４８は、その直径がおおむね均一に一定となる。図３に示されている実施形態では、開示の実施形態の外面１７８は、内面１７６に対して約１５°と約３０°との間の角度α１を形成して延びている。したがって、外面１７８はおおむね円錐台形状となっている。
【００２５】
図３に示されている弁ポート１３６の弁座１７０は、弁座高さＨ１、六角ナット部高さｈ１およびオリフィス直径Ｄ１を含む一組の、すなわち複数の寸法パラメータを有している。弁座高さＨ1は、個々のオリフィス直径Ｄ１、弁ポート１３６の個々の流れ容量および／またはたとえば図２に示されている調節器１００の所望の流れ特性に対して弁座高さＨ１がカスタム化できるように、オリフィス直径Ｄ１の関数としてセットされるようになっている。図３に示されている弁ポート１３６の実施形態では、弁座高さＨ１は、オリフィス直径Ｄ１の寸法の約６０％と約９０％との間のある寸法を有しうる。たとえば、一実施形態では、弁座高さＨ１が約３／８インチであり、オリフィス直径Ｄ１が約１／２インチであってもよい。しかしながら、これらの寸法は例示のみを意図したものであって、他の寸法を有する他の実施形態も本発明の技術範囲内に含まれるものとする。
【００２６】
図４には、先に記載された弁ポート１３６の代わりとして、調節弁１０４内に取り付けられうる本発明の技術思想に従って製造された他の弁ポート２３６が示されている。図４に示されている弁ポート２３６は、本体部２６６と、六角ナット部２６８と、弁座２７０とを備えているという点において、図３に示されている弁ポート１３６と実質的に同等である。本体部２６６は、断面視においておおむね円形状であり、たとえば図２に示されているような調節弁１０４の喉部１１０と螺合するように構成された複数の雄ネジ山２７２を有している。六角ナット部２６８は、断面視において六角形状となっており、たとえば、調節弁１０４の中へ弁ポート２３６を取り付けるまたは調節弁１０４から弁ポート２３６を取り外すために、空気式のラチェットの如きツールにより係合されるように構成されている。
【００２７】
弁座２７０は、本体部２６８とは反対側の方に向けて六角ナット部２６８から突出している。弁座２７０は、六角ナット部２６８から先細になっていき着座縁部２７４で終端するものであって、断面視がおおむね三角形状であるリング形状のテーパ付き弁座２７０を含んでいる。さらに具体的にいえば、弁座２７０は、着座縁部２７４で互いに連接される内面２７６と外面２７８とを有している。開示されている実施形態では、内面２７６は、弁本体２３６内のオリフィス２４８の延長部であるので、オリフィス２４８の直径と等しい直径を有している。このように構成すると、オリフィス２４８は、その直径がおおむね均一に一定となる。図４に示されている実施形態では、弁座２７０の外面２７８は、内面２７６に対して約２５と約６０との間の角度α２を形成して延びている。したがって、開示されている実施形態の外面２７８はおおむね円錐台形状となっている。
【００２８】
さらに、図４に示されている弁ポート２３６の弁座２７０は、弁座高さＨ２、六角ナット部高さｈ２およびオリフィス直径Ｄ２を含む一組の、すなわち複数の寸法パラメータを有している。図４に示されている弁座２７０の六角ナット高さｈ２は、図３に示されている弁ポート１７０の六角ナット高さｈ１と同一である。図４に示されている弁ポート２３６の弁座高さＨ２は、図３に示されている弁ポート１３６の弁座高さＨ１よりも低くなっている。図４に示されている弁ポート２３６のオリフィス直径Ｄ２は、図３に示されている弁ポート１３６のオリフィス直径Ｄ１よりも大きくなっている。図４に示されている弁ポート２３６の実施形態では、弁座高さＨ２は、オリフィス直径Ｄ２の寸法の約１５％と約５０％との間のある寸法を有しうる。たとえば、一実施形態では、弁座高さＨ２が約１／４インチであり、オリフィス直径Ｄ２が約５／８インチであってもよい。このように、図４に示されている弁ポート２３６の弁座高さＨ２は、オリフィス直径Ｄ２に合わせてカスタム化されている。
【００２９】
図５には、先に記載された弁ポート１３６、２３６の代わりとして、調節弁１０４内に取り付けられうる本発明の技術思想に従って製造された他の弁ポート３３６が示されている。図５に示されている弁ポート３３６は、本体部３６６と、六角ナット部３６８と、弁座３７０とを備えているという点において、図３および図４に示されている弁ポート１３６、２３６と実質的に同等である。本体部３６６は、断面視においておおむね円形状であり、たとえば図２に示されている調節弁１０４の喉部１１０と螺合するように構成された複数の雄ネジ山３７２を有している。六角ナット部３６８は、断面視において六角形状となっており、たとえば調節弁１０４の中へ弁ポート３３６を取り付けるまたは調節弁１０４から弁ポート３３６を取り外すために、空気式のラチェットの如きツールにより係合されるように構成されている。
【００３０】
弁座３７０は、本体部３６８とは反対側の方に向けて六角ナット部３６８から突出している。弁座３７０は、六角ナット部３６８から先細になっていき着座縁部３７４で終端しているものであって、断面視がおおむね三角形状であるリング形状のテーパ付き弁座３７０を含んでいる。さらに具体的にいえば、弁座３７０は、着座縁部３７４で互いに連接される内面３７６と外面３７８とを有している。開示されている実施形態では、内面３７６は、弁本体３３６内のオリフィス３４８の延長部であるので、オリフィス３４８の直径と等しい直径を有している。このように構成すると、オリフィス３４８は、その直径がおおむね一様に一定となる。図５に示されている実施形態では、弁座３７０の外面３７８は、内面３７６に対して約１５°と約５０°との間の角度α３を形成して延びている。したがって、開示されている実施形態の外面３７８はおおむね円錐台形状となっている。
【００３１】
さらに、図５に示されている弁ポート３３６の弁座３７０は、弁座高さＨ３、六角ナット部高さｈ３およびオリフィス直径Ｄ３を含む一組の、すなわち複数の寸法パラメータを有している。図５に示されている弁ポート３３６の六角ナット高さｈ３は、図３および図４に示されている弁ポート１３６、２３６の六角ナット高さｈ１、ｈ２と同一である。図５に示されている弁ポート３３６の弁座高さＨ３は、図３および図４に示されている弁ポート２３６、３３６の弁座高さＨ１、Ｈ２よりも低くなっている。それとは対照的に、図５に示されている弁ポート３３６のオリフィス直径Ｄ３は、図３および図４に示されている弁ポート１３６、２３６のオリフィス直径Ｄ１、Ｄ２よりも大きくなっている。図５に示されている弁ポート３３６の実施形態では、弁座高さＨ３は、オリフィス直径Ｄ３の寸法の約５％と約３５％との間のある寸法を有しうる。たとえば、一実施形態では、弁座高さＨ３が約３／１６インチであり、オリフィス直径Ｄ３が約１インチであってもよい。このように、図５に示されている弁ポート３３６の弁座高さＨ３は、オリフィス直径Ｄ３に合わせてカスタム化されている。
【００３２】
したがって、上述のように、本発明の技術思想に従って製造された弁ポート１３６、２３６、３３６は、弁ポート１３６、２３６、３３６から図２の調節弁１４の流出口１０８を通る流れの効率を最大化する特定の弁座高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３を有する弁座１７０、２７０、３７０を備えるようにカスタム化された設計となっている。上述の実施形態では、弁座高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３は、オリフィス直径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３に対して実質的に反比例するような設計となっている。たとえば、このことをさらに説明すると、ある与えられた用途における弁ポート１３６、２３６、３３６が、弁座高さＨ、オリフィス長さＬおよびオリフィス直径Ｄを含む複数の寸法パラメータを有しており、これらの複数の寸法パラメータが、一組の可能な寸法パラメータＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｄｌ、Ｄ２、Ｄ３から寸法パラメータの部分集合として選択されるようになっており、上記の一組の可能な寸法パラメータのうちの弁座高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３およびオリフィス長さＬｌ、Ｌ２、Ｌ３が、上記の一組の可能な寸法パラメータのうちのオリフィス直径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３に対して反比例して変わるようになっているということができる。
【００３３】
別のいい方で説明すれば、任意の用途に対して選択される弁ポート１３６、２３６、３３６が一組の選択されるパラメータを有しているということである。上記の一組の選択されたパラメータは、細長いオリフィスの内径を含むオリフィス直径Ｄと、弁座が弁ポートの六角ナット部からオリフィスに沿って延びる距離を含む弁座高さＨを含んでいる。上記の一組の選択されたパラメータＤが複数の組のパラメータＤｌ、Ｄ２、Ｄ３、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３から前もって選択されており、これらの複数の組のパラメータの各組が、これらの複数の組のパラメータのうちの弁座高さがこれら複数の組のパラメータのうちのオリフィス直径に反比例して変わるようなオリフィス直径および弁座高さを有している。
【００３４】
他の実施形態では、弁座高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３は、個々の弁ポート１３６、２３６、３３６の流れ容量、所望の流出口圧力または実質的にはいかなる他の因子の関数として設計されてもよい。これに加えて、記載のように、弁ポート１３６、２３６、３３６の流れ容量がオリフィス直径Ｄｌ、Ｄ２、Ｄ３に比例するため、流れ容量は弁座高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３に対して反比例することになる。
【００３５】
さらに、本明細書に記載されているように、弁ポート１３６、２３６、３３６の弁座１７０、２７０、３７０は、オリフィス１４８、２４８、３４８の延長部である内面１７６、２７６、３７６を有している。したがって、各弁ポート１３６、２３６、３３６の上述の複数の組のパラメータは、オリフィス１４８、２４８、３４８の長手方向の寸法Ｌｌ、Ｌ２、Ｌ３（図３〜図５に図示されている）をさらに含んでいる。長手方向の寸法Ｌｌ、Ｌ２、Ｌ３は弁座高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３を含んでいる。したがって、弁ポート１３６、２３６、３３６のオリフィス１４８、２４８、３４８の長手方向の寸法Ｌｌ、Ｌ２、Ｌ３も、オリフィス１４８、２４８、３４８の直径Ｄｌ、Ｄ２、Ｄ３に反比例して変わるような設計となっている。
【００３６】
下記に記載されているように、これらカスタム化された弁座高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３は、流れ性能、さらに具体的にいえば各オリフィス直径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３に対する流れ効率を最適化させるという効果を奏する。
【００３７】
たとえば、さらに図２に参照すると、本発明に従って製造された調節器１００のアクチュエータ１０２は、上述のように、ハウジング１１６と制御組立体１２２とを備えている。たとえば、ハウジング１１６は、複数の締結部材などで相互に固定される上側ハウジング構成部材１１６ａおよび下側ハウジング構成部材１１６ｂを有している。下側ハウジング構成部材１１６ｂには、制御キャビティ１１８およびアクチュエータ口部１２０が形成されている。アクチュエータ１０２と調節弁１０４との間を連通させるために、アクチュエータ口部１２０が調節弁１０４の弁口部１１２に接続されている。開示されている実施形態では、調節器１００は、口部１１２と口部１２０とを相互に固定するカラー１１１を備えている。上側ハウジング構成部材１１６ａには、逃がしキャビティ１３４および排気ポート１５６が形成されている。上側ハウジング構成部材１１６ａには、制御組立体１２２の一部を収容するタワー部１５８がさらに形成されている。
【００３８】
制御組立体１２２は、ダイヤフラムサブアセンブリ１２１と、弁体サブアセンブリ１２３と、逃がし弁１４２とを有している。ダイヤフラムサブアセンブリ１２１は、ダイヤフラム１２４と、ピストン１３２と、制御バネ１３０と、逃がしバネ１４０と、組合せバネ台座１６４と、逃がしバネ台座１６６と、制御バネ台座１６０と、ピストンガイド部材１５９とを有している。
【００３９】
さらに具体的にいえば、ダイヤフラム１２４は、その中央部に開口部１４４が形成されている円盤状のダイヤフラムを含んでいる。ダイヤフラム１２４は、可撓性を有する実質的に気密な材料から製造されており、その周囲は、ハウジング１１６の上側ハウジング構成部材１１６ａと下側ハウジング構成部材１１６ｂとの間にシールを形成して固定されている。したがって、ダイヤフラム１２４は制御キャビティ１１８から逃がしキャビティ１３４を分離している。
【００４０】
組合せバネ台座１６４は、ダイヤフラム１２４上に配置されており、ダイヤフラム１２４の開口部１４４と同軸に配置される開口部１７１を形成している。図２に示されているように、組合せバネ台座１６４は制御バネ１３０および逃がしバネ１４０を支えるようになっている。
【００４１】
開示されている実施形態に係るピストン１３２は、密封用カップ部１３８と、ヨーク１７２と、ネジ部１７４と、ガイド部１７５とを有するおおむね細長いロッド形状の部材から構成されている。密封用カップ部１３８は凹形状かつおおむね円盤形状となっており、ピストン１３２の中央部を中心としてその円周方向に延びており、また、ダイヤフラム１２４の真下に配置されている。ヨーク１７２は、ダイヤフラムサブアセンブリ１２１と弁体サブアセンブリ１２３との間の接続を可能にするために弁体サブアセンブリ１２３のうちの一部に接続するカップラ１３５を受けるように構成されたキャビティを有している。
【００４２】
ピストン１３２のガイド部１７５およびネジ部１７４は、ダイヤフラム１２４および組合せバネ台座１６４の開口部１４４、１７０を貫通させて配置されている。ピストン１３２のガイド部１７５がピストンガイド部材１５９のキャビティ内を摺動可能に配置されているため、ピストン１３２の、制御組立体１２２のその他の部分に対する軸方向の整列が維持されることとなる。逃がしバネ１４０、逃がしバネ台座１６６およびナット１７６は、ピストン１３２のネジ部１７４に配置されている。ナット１７６は、組合せバネ台座１６４と逃がしバネ台座１６６との間に逃がしバネ１４０を保持するようになっている。制御バネ１３０は、上述のように組合せバネ台座１６４の上かつ上側ハウジング構成部材１１６ａのタワー部１５８内に配置されている。制御バネ台座１６０は、タワー部１５８の中に通され、組合せバネ台座１６４に対抗して制御バネ１３０を圧縮するようになっている。開示されている実施形態では、制御バネ１３０および逃がしバネ１４０は圧縮コイルバネから構成されている。したがって、制御バネ１３０は上側ハウジング構成部材１１６ａに対して固定され、組合せバネ台座１６４およびダイヤフラム１２４に対して下方向きの力を加えている。逃がしバネ１４０は組合せバネ台座１６４に対して固定され、逃がしバネ台座１６６に対して上方向きの力を加え、次いで、この力がピストン１３２に加えられることになる。開示されている実施形態では、制御バネ１３０により生成される力がタワー部１５８内の制御バネ台座１６０の位置の調節により調節可能となっているので、調節器１００の制御圧力も調節可能となる。
【００４３】
制御バネ１３０は、ダイヤフラム１２４により検出される制御キャビティ１１８内の圧力に対抗して作用するようになっている。記載のように、この圧力は、調節弁１０４の流出口１０８に存在する圧力と同一の圧力である。従って、制御バネ１３０により加えられる力が、流出口圧を調節器１００の所望の圧力または制御圧力に設定することとなる。ダイヤフラムサブアセンブリ１２１は、上述のように、ピストン１３２のヨーク部１７２とカップラ１３５とを通じて、弁体サブアッセンブリ１２３に作用可能に連結されている。
【００４４】
詳細にいえば、弁体サブアセンブリ１２３は制御アーム１２６と弁棒ガイド１６２とを有している。制御アーム１２６は、弁棒１７８と、レバー１８０と、制御要素１２７とを有している。開示されている実施形態の制御要素１２７はバルブディスク１２８を含んでいる。これに加えて、開示されている実施形態では、図２に示されているように、バルブディスク１２８は、弁ポート１３６の流出口１５２に対しシールするためのシール用円板１２９を有している。シール用円板１２９は、たとえば接着剤または他の手段を用いて、バルブディスク１２８のその他の部分に取り付けられるようになっていてもよい。シール用円板１２９は、バルブディスク１２８のその他の部分と同一のまたは異なる材質から製造されてもよい。たとえば、一実施形態では、シール用円板１２９はポリマー製のシール用円板１２９から構成されてもよい。
【００４５】
弁棒１７８、レバー１８０およびバルブディスク１２８は、別々に製造され、組み立てられ、制御アーム１２６を形成するようになっていてもよい。詳細にいえば、弁棒１７８は、鼻部１７８ａと、開示されている実施形態ではおおむね矩形状である凹部１７８ｂとを有するおおむね直線状のロッドである。レバー１８０は、わずかに湾曲したロッドであり、支点端部１８０ａと、自由端部１８０ｂとを有している。支点端部１８０ａは、下側ハウジング構成部材１１６ｂにより支えられている回転ピン１８６を受けるアパーチャ１８４を有している。また、支点端部１８０ａは、断面視において楕円形状を有し弁棒１７８の凹部１７８ｂ内に配置されているナックル部１８７をさらに備えている。自由端部１８０ｂは、ピストン１３２のヨーク１７２に取り付けられているカップラ１３５の頂部１３５ａとピン１３５ｂとの間で受けられるようになっている。このように、カップラ１３５は、弁体サブアセンブリ１２３をダイヤフラムサブアセンブリ１２１に作用可能に接続するようになっている。
【００４６】
弁棒ガイド１６２は、おおむねシリンダ形状の外側部分１６２ａと、おおむねシリンダ形状の内側部分外部１６２ｂと、これらの外側部分１６２ａと内側部分１６２ｂとを接続する複数の放射状のウェブ１６２ｃとを有している。弁棒ガイド１６２の外側部分１６２ａは、調節弁１０４および下側ハウジング構成部材１１６ｂのそれぞれ対応する口部１１２および１２０の内部に適合するようなサイズおよび形状に形成されている。内側部分１６２ｂは、制御アーム１２６の弁棒１７８を摺動可能に保持するようなサイズおよび形状に形成されている。したがって、弁棒ガイド１６２は、調節弁１０４、アクチュエータハウジング１１６および制御組立体１２２、さらに具体的には制御組立体１２２の制御アーム１２６の弁棒１７８の配置構造を維持する役目をしている。
【００４７】
記載のように、図２には、閉弁位置にあるバルブディスク１２８を備えた本実施形態に係る調節器１００が示されている。したがって、バルブディスク１２８は、弁ポート１３６の流出口１５２とシールを形成して係合している。このような配置になると、ガスは、弁ポート１３６および調節弁１０４を通り抜けられなくなる。この配置は、ハウジング１１６の制御キャビティ１１８内の圧力に対応しかつダイヤフラム１２４に検出される流出口圧力が制御バネ１３０により加えられる力よりも大きいために形成される。したがって、流出口の圧力により、ダイヤフラム１２４、ピストン１３２およびバルブディスク１２８が閉鎖位置に向けて移動される。
【００４８】
しかしながら、ガス分配システムの動作が要求される、たとえば、ユーザが加熱炉、ストーブなどの如き器具の操作をし始めると、当該器具は、調節器１００の制御キャビティ１１８からのガスの流れを引き出すことにより、ダイヤフラム１２４により検出される圧力を下げる。ダイヤフラム１２４により検出される圧力が下がるに従って、ダイヤフラム１２４上において制御バネ力と流出口圧力との間に力の不均衡が生じ、その結果、制御バネ１３０が、伸び、ハウジング１１６に対して、ダイヤフラム１２４およびピストン１３２を下方に向けて変位させる。このことにより、レバー１８０がピボットピン１８６を中心として時計回り方向に向けて回転し、次いでこのことにより、ナックル部１８７が弁棒１７８内の凹部１７８ｂに対して回転する。このことにより、弁棒１７８およびバルブディスク１２８が弁ポート１３６の流出口１５２とは反対側に向けて移動され、調節弁１０４が開弁される。
【００４９】
このような配置になると、ガス分配システムは、制御バネ１３０により設定される制御圧力で調節弁１０４を流れて下流の器具にガスを移送する。これに加えて、ダイヤフラムサブアセンブリ１２１は、調節弁１０４の流出口圧力を検出し続ける。流出口圧力が制御圧力とほぼ等しいままである限り、制御組立体１２２はこの同一の通常の位置にバルブディスク１２８を維持する。しかしながら、流出口の流量、すなわち要求量が減少し、それによって制御バネ１３０により設定された制御圧力を上回るまで流出口圧が上昇した場合、ダイヤフラム１２４は、増加した流出口圧力を検出して、制御バネ１３０の付勢力に対抗して上方に向けて移動するようになる。これに代えて、流出口の流量、すなわち要求量が増大し、それによって制御圧力を下回るまで流出口圧力が低下した場合、ダイヤフラム１２４は、減少した流出口圧力を検出して、バネ１３０が、ダイヤフラム１２４およびピストン１３２を下方に向けて付勢し、調節弁１０４を開く。このように、流出口圧力または制御圧力が少しズレると、制御組立体１２２は、それに反応し、ズレに応じたぶんだけバルブディスク１２８の位置を調節するようになっている。
【００５０】
したがって、本発明の弁ポート１３６、２３６、３３６のうちの任意の一つが設けられている調節器１００は、図１および図１Ａに関して先に記載された従来の調節器１０と実質的に同様に機能する。しかしながら、一つの違いは、本発明の技術思想に従って製造されたカスタム化された弁ポート１３６、２３６、３３６の各々は、ガスが調節弁１０４を通って流れる効率を最適化し、このことにより従来の調節器１０において明らかであった「ドループ（ｄｒｏｏｐ）」の影響を相殺するということにある。
【００５１】
さらに具体的にいえば、先に記載されているように、従来の弁ポート３６は、オリフィス６４の特定の直径Ｄにかかわらず、一定の弁座高さＨを有している。正常運転条件下では、従来の調節器１０は、調節弁１４の喉部１１とバルブディスク２８の間の空間の容積をオリフィス６４の容積と釣り合わせるようにバルブディスク２８の位置を決めるようになっている。したがって、従来の調節器１０は、比較的小さな直径を有するオリフィスを備えた弁ポートに対してはバルブディスク２８をより近くに位置付けし、比較的大きな直径を有するオリフィスを備えた弁ポートに対してはより遠くに位置付けする。しかしながら、比較的小さな直径を有するオリフィスはより高速の流れに提供される傾向がある。これらより高速の流れは、乱流であって、弁ポート３６から調節弁１４の流出口１８を通って効率的に流れるために下流側に割り当てられている容積を超える容積が必要となる場合が多い。したがって、従来の弁ポート３６を装備した従来の調節器１０は、ある状況下において「ドループ」として知られている現象を生じやすい。
【００５２】
従来の弁ポート３６とは対照的に、本発明に従って製造された弁ポート１３６、２３６、３３６は、上述のようなさまざまな弁座高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３を有している。さらに詳細にいえば、上述の弁ポートのうちの任意の一つに対する弁座高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３は、それに対応するオリフィス１４８、２４８、３４８の直径７２、Ｄｌ、Ｄ２、Ｄ３に対し実質的に反比例するようになっている。したがって、オリフィス直径が小さくなるに従って弁座高さが大きくなる。
【００５３】
このように配置されると、たとえば図３に示されている弁ポート１３６を参照すると、オリフィス直径Ｄ１は、図４および図５に示されているオリフィスの直径Ｄ２、Ｄ３と比べて比較的小さくなっている。このように、弁ポート１３６は、弁ポート２３６、３３６よりも高速の流れに対応するように構成されている。しかしながら、図３に示されている弁ポート１３６の弁座高さＨ１は、図４および図５に示されている弁ポート２３６、３３６の弁座高さＨ２、Ｈ３と比べて比較的大きくなっている。したがって、たとえば図２に示されている調節器１００に用いられると、図３に示されている弁ポート１３６は、調節器１００に、オリフィス１４８の容積と釣り合う弁ポート１３６とは反対側に向かってある距離のところへバルブディスク１２８を位置付けさせることとなる。たとえばバルブディスク１３６の弁座高さＨ１が従来の弁座高さＨより大きくなっているため、バルブディスク１２８は弁ポート１３６からより遠く離れて位置付けされることとなる。
【００５４】
このように配置されると、バルブディスク１２８は、調節弁１０４の喉部１１１とは反対側に向かってより遠く離れて位置付けされ、大きな下流側容積を提供し、弁ポート１３６から流出してくる高速の流れが流出口１０８を通ってより効率的に回復および移動するようになる。したがって、このようにして効率が高まると、調節弁１０４の流出口１０８における背圧が上昇する可能性が少なくなる。この背圧は、場合によっては、従来の弁ポート３６を装備した従来の調節器１０において「ドループ」を発生させおよび／または増幅させる原因となる。
【００５５】
なお、図４および図５を参照して記載された弁ポート２３６、３３６ついては、各々が固有の流路を形成し、調節器１００に、それを通って流れる容量および／または速度と釣り合うユニークな位置にバルブディスク１２８を位置付けさせることを除いて、直前に記載された弁ポート１３６と同様に作用するようになっている。
【００５６】
たとえば、図４および図５に示されている弁ポート２３６、３３６は、図３に示されている弁ポート１３６の直径Ｄ１よりも大きな直径Ｄ２、Ｄ３を有しており、調節器１００に、ある用途におけるガスの流れ容量および速度に釣り合うように調節弁１０４の喉部１１０に対してバルブディスク１２８の位置付けをさせうる。
【００５７】
したがって、特筆すべきことは、本発明は、たとえば図２の調節弁１０４を通って流れるガスの流れ効率を向上させるように構成されたカスタム化された弁座高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３を備えている弁ポート１３６、２３６、３３６を提供するという効果を奏するということである。この効率の向上は、調節器１００の性能の精度に直接関連し、さらに具体的にいえば「ドループ」を相殺または排除してより信頼のある調節器１００を提供することに関連する。
【００５８】
商用の実施形態では、本明細書に開示されている弁ポート１３６、２３６、３３６の如き本発明の技術思想に従って製造された複数の弁ポートを消費者または設置技術者に供給すべく共通のパッケージまたはキットの中に組み入れることができる。このように提供することにより、消費者または技術者は、さまざまな流れ容量を有するさまざまな弁ポートを容易に得ることができ、このことによって、消費者または技術者は、調節器または他の流体流れデバイスを所望の用途を満たすようにカスタム化することができる。たとえば、調節器を流体分配システムの中に組み入れる場合、消費者または技術者は、複数の弁ポートから、ある用途における流れ特性を最も厳密に満たす一つの弁ポートを選択し、この選択された弁ポートを調節器または他の流れデバイスの中に現場で設置することができる。
【００５９】
特筆すべきことは、本発明の実施形態が弁ポート１３６、２３６、３３６のカスタム化された弁座高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３を有しているものとして記載されているが、弁ポート１３６、２３６、３３６の他のさまざまな特性が調節器１００の性能を向上させるために同様にカスタム化されてもよい。
【００６０】
たとえば、他の実施形態では、弁ポート１３６、２３６、３３６の着座面１７４、２７４、３７４の形状および構造が、たとえば、オリフィス直径Ｄｌ、Ｄ２、Ｄ３に基づいてカスタム化されてもよいし、または、流れ容量に基づいてカスタム化されてもよい。他の実施形態では、弁ポート１３６、２３６、３３６の着座面１７４、２７４、３７４の角度が、たとえば、オリフィス直径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３に基づいてカスタム化されてもよいし、または、流れ容量に基づいてカスタム化されてもよい。また他の実施形態では、オリフィス１４８、２４８、３４８は、円形状の断面以外の断面を有していてもよい。オリフィス１４８、２４８、３４８は、正方形、長方形またはその他の形状の断面を有していてもよい。さらに他の実施形態では、オリフィス１４８、２４８、３４８は、均一なシリンダ形状のオリフィス１４８、２４８、３４８以外の形状を有していてもよい。たとえば、オリフィス１４８、２４８、３４８は、先細および／または先広がりのオリフィスまたは部分を有していてもよい。本発明は、本明細書に記載の特定の実施形態に限定することを意図されるものではない。
【００６１】
さらに、本発明が、調節器を通って流れる流れの効率を向上させおよび／または「ドループ」の効果を相殺するためにさらなる技術思想で補われてもよいことはいうまでもない。
【００６２】
上述のように、本発明は、ガスが調節弁を通って流れる流れの効率を向上し、背圧の上昇を防止することにより、ガス調節器内の「ドループ」の効果を相殺および／または防止するための有益な手段を提供している。しかしながら、本明細書に記載の調節器は、本発明の技術思想を組み入れた流体制御デバイスの一例でしかない。また、他の調節器および制御弁を有する他の流体制御デバイスも、本発明の構造および／または利点から利益を享受することができる。
【関連出願相互参照】
【０００１】
２００７年４月２０日に出願された「ブースト性能を向上させたサービスレギュレータ」という表題の米国特許仮出願第６０／９１３，１３５号の優先権を主張し、その全内容を本明細書で参照することにより援用するものとする。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、ガス調節器に関するものであり、とくに閉ループ制御を備えたアクチュエータを有するガス調節器に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
典型的なガス分配システムがガスを供給する圧力は、当該システムに対する需要、天候、供給源および／または他の要因に応じて変わる場合がある。しかしながら、加熱炉、オーブンなどの如きガス機器を装備したほとんどのエンドユーザ設備は、前もって決められた圧力に応じてかつガス調節器の最大容量以下でガスが供給されることを必要とする。したがって、供給されるガスがエンドユーザ設備の要求を確実に満たすようにするために、ガス調節器がガス分配システムの中に組み入れられている。一般的に、従来のガス調節器は、供給ガスの圧力を検出および制御するための閉ループ制御アクチュエータを備えている。
【０００４】
従来のガス調節器の一部には、閉ループ制御に加えて逃がし弁を備えているものもある。逃がし弁は、たとえば調節器または流体分配システムの他の構成部品が故障ときの過剰圧力を防止するように構成されている。したがって、供給圧力が前もって決められた閾値圧力を超えた場合には、逃がし弁が開き、ガスの少なくとも一部を大気に排出してシステム内の圧力を低下させる。
【０００５】
図１および図１Ａには、一つの従来のガス調節器１０が示されている。通常、調節器１０はアクチュエータ１２と調節弁１４とを備えている。調節弁１４には、たとえばガス分配システムからガスを受け取るための流入口１６と、一または複数の器具を備えている工場、レストラン、アパートなどの如きエンドユーザ設備にガスを供給するための流出口１８とが形成されている。これに加えて、調節弁１４は、流入口と流出口との間に配置される弁ポート３６を備えている。ガスは、調節弁１４の流入口１６と流出口１８との間を移動するために、弁ポート３６を通り抜けなければならないようになっている。
【０００６】
図１Ａには、調節器１０内の従来の弁ポート３６を備えた調節弁１４がより詳細に示されている。通常、従来の弁ポート３６は、流入口６０と、流出口６２と、これらの流入口６０と流出口６２との間に延びる細長い、おおむね円筒状のオリフィス６４とを有する一体式の弁ポートから構成されている。ガスは、調節弁１４を通り抜けるためにはオリフィス６４を通り抜けなければならないようになっている。
【０００７】
さらに図１Ａを参照すると、弁ポート３６は、本体部６６と、六角ナット部６８と、弁座７０と備えている。本体部６６は、断面視においておおむね円形状となっており、調節弁１４と螺合する複数の雄ネジ山７２を有している。六角ナット部６８は、断面視において六角形状となっており、弁ポートの動的流れ特性を個々の用途に合わせるべく異なる直径を具備したオリフィスを有する他の弁ポートと取り替えるため、たとえば空気式ラチェットの如きツールにより係合されて、弁ポート３６を調節弁１４の中に装着するようにまたは弁ポート３６を調節弁１４から取り出すように構成されている。
【０００８】
弁座７０は、本体部６８とは反対側の方に向けて六角ナット部６８から突出している。弁座７０は、六角ナット部から先細になっていき着座縁部７４で終端している断面視がおおむね三角形状であるリング形状のテーパ付き弁座７０から構成されている。さらに具体的にいえば、従来の弁座７０は、着座縁部７４で連接される内面７６と外面７８とを有している。内面７６は、弁本体３６内のオリフィス６４の延長部であるので、オリフィス６４の直径と等しい直径を有している。外面７８は、内面７６に対して約４５の角度で延びている。したがって、外面７８はおおむね円錐台形状である。
【０００９】
図１Ａに示されている従来の弁ポート３６では、弁座は弁座高さＨおよびオリフィス直径Ｄを有している。しかしながら、上述のように、弁ポート３６は、調節器１０の動作特性に合わすために異なる直径を具備するオリフィスを有する他の弁ポートと取り替えられてもよい。オリフィス６４の直径にかかわらず、弁座高さＨは従来の弁ポートの場合には一定となっている。
【００１０】
図１をさらに参照すると、従来の調節器１０のアクチュエータ１２が、調節弁１４に連結され、調節弁１４の流出口１８における圧力、すなわち流出口圧力が所望の流出口圧力または制御圧力に従ったものであることを担保するようになっている。したがって、アクチュエータ１２は、弁口部３４およびアクチュエータ口部２０を通じて、調節弁１４と連通している。アクチュエータ１２は、調節弁１４の流出口圧力を検出および調節するための制御組立体２２を備えている。
【００１１】
制御組立体２２は、ダイヤフラム２４と、ピストン３２と、バルブディスク２８を有する制御アーム２６とを備えている。バルブディスク２８は、おおむねシリンダ形状の本体２５と、この本体２５に固定されたシール用挿入部材２９とを有している。また、本体２５は、図１Ａに示されているように、本体とともに一体成形された環状のフランジ３１をさらに有していてもよい。ダイヤフラム２４は、調節弁１４の流出口圧力を検出するように構成されている。制御組立体２２は制御バネ３０をさらに有している、この制御バネ３０は、ダイヤフラム２４の上側と係合して、加えられている流出口圧を相殺するようになっている。したがって、所望の流出口圧力、いわゆる制御圧力は、制御バネ３０の選択により設定されることとなる。
【００１２】
ダイヤフラム２４は、制御アーム２６に作用可能に連結されているので、バルブディスク２８は、加えられた流出口圧力に基づいて調節弁１４の開度をピストン３２を通じて制御する。たとえば、エンドユーザが、たとえばガス分配システムに需要を生じさせる調節器１０の下流の加熱炉等の器具を作動させると、流出量が増加し、結果として出口圧力が低下する。その結果、ダイヤフラム２４は、低下した流出口圧力を検出することになる。このことにより、制御バネ３０が、伸び、図１の調節器１０の配置においてピストン３２および制御アーム２６の右側を下方に向けて移動させる。この制御アーム２６の移動により、バルブディスク２８が弁ポート３６の弁座７０の着座縁部７４とは反対側に移動し、このことにより調節弁１４が開くこととなる。図１Ａには、正常な開弁動作位置にあるバルブディスク２８が示されている。このように構成されることによって、器具が、ガスを弁ポート３６内のオリフィス６４を通して引き出すことが可能となる。
【００１３】
図１Ａに示されている位置では、バルブディスク２８は、ガスが正常な動作状態時、弁ポート３６とは反対側に向けて変位されて、ガスが調節弁１４を通って流れることを可能とする。一般的にいえば、バルブディスク２８の正確な位置は、さまざまな要因に依存するものであり、そのうちの一つには、弁ポート３６を流れるガスの流量、すなわち弁ポート３６の流れ容量が含まれ、また、この流れ容量自体、弁ポート３６内のオリフィス６４の直径および容積に依存している。たとえば、図１Ａに示されている弁ポート３６がより小さなオリフィスを備えた、すなわち流量がより小さな弁ポートと取り替えられた場合、バルブディスク２８は、弁ポート３６により近いところに位置することになる。しかしながら、このバランスが必ずしも調節弁１４の流れ特性を最適化するとは限らない。
【００１４】
たとえば、直径が小さい弁ポートが用いられた場合、調節弁１４を流れるガスの流速が速くなる傾向があり、弁ポートの直ぐ下流側の空間、すなわち弁ポートとバルブディスクとの間の空間の容積が減少することになる。この喉部１１とバルブディスク２８との間の減少した容積は、ガスが調節弁１４の弁ポート３６から流出口１８へと流れる効率に対し悪い影響を及ぼしてしまう恐れがある。たとえば、容積が減少することにより、効率的に回復して流出口１８から流出するための十分な空間が弁ポート３６を流れる高速のガスに対して提供されない場合がある。状況によっては、このことにより、流出口１８の圧力が上昇し、ダイヤフラムに流出口圧力の見かけ上の上昇を検出させ、バルブディスク２８を弁ポート３６の方向に向けて移動させ、調節弁１４を流れる流量を減らしてしまう場合もある。このことが、同時に、流出口圧力を設定制御圧力または所望の流出口圧力を下回る圧力まで低下させてしまう。この現象は「ドループ」として知られている。「ドループ」が生じた場合、調節器１０は最適化された状態で動作しなくなる恐れがある。
【００１５】
図１に示されている従来の調節器１０では、上述のように、制御組立体２２は逃がし弁としてさらに機能する。詳細にいえば、制御組立体２２は逃がしバネ４０と放出弁４２とをさらに備えている。ダイヤフラム２４は、その中央部に開口部４４を有しており、ピストン３２は密封用カップ部３８を有している。逃がしバネ４０は、正常運転時、ピストン３２とダイヤフラム２４との間に配置され、密封用カップ３８に対抗してダイヤフラム２４を付勢し、開口部４４を閉めるようになっている。たとえば制御アーム２６の破損の如き故障が生じると、制御組立体２２は、もはやバルブディスク２８を直接に制御することはなく、流入口の流れがバルブディスク２８を極端な開弁位置へと押しやることになる。このことにより、最大の量のガスがアクチュエータ１２の中に流れ込むことが可能となる。
【００１６】
ガスがアクチュエータ１２を満たしていくにつれて、ダイヤフラム２４に対する圧力が蓄積され、ダイヤフラム２４が密封用カップ３８とは反対側に向けて移動され、このことにより開口部４４が暴露されることとなる。したがって、ガスは、ダイヤフラム２４の開口部４４を通り抜け、放出弁４２の方に向けて流れる。放出弁４２は、弁体４６と、閉弁位置に向けて弁体４６を付勢する逃がしバネ５４とを有している。このことは図１に示されている。アクチュエータ１２内の放出弁４２の近傍の圧力が前もって決められている閾値圧力に到達すると、弁体４６は、逃がしバネ５４の付勢に対抗して上方に向けて変位して開き、このことによりガスを大気中に排出し、調節器１０の中の圧力を低下させるようになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ある用途に用いるために弁ポートを選択する場合、技術者は、設定された制御圧力で流れ容量を最大化するとともに「ドループ」の量を最小限に抑える責務を負うことになる。通常、このことは、これらの競合する利害を考慮して妥協できる特性を有する弁ポートを選択することによって達成される。しかしながら、上述のように、これらの従来の弁ポートは、オリフィス直径だけが変わり、弁座高さは一定である。したがって、従来の弁ポートによっては、おおむね効率的に機能しているものもあれば、オリフィス直径が異なる他の弁ポートには効率的に機能していないものもある。したがって、調節器１０の流れ特性、さらに具体的にいえば「ブースト（ｂｏｏｓｔ）」特性をすべての弁ポートに対して最適化することは可能なことではない。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、調節弁とアクチュエータと備えた調節器を提供している。調節弁は、カスタム化された弁ポートを装備した弁本体を有している。弁ポートは、流入口と、流出口と、これらの流入口と流出口との間で延びる細長いオリフィスとを有している。アクチュエータは、弁本体に結合されており、バルブディスクを含む制御要素を有している。バルブディスクは、弁本体内に摺動可能に配置され、閉弁位置と開弁位置との間で変位するように構成されている。カスタム化された弁ポートは、調節器を通るガスの流れを防止する閉弁位置においてバルブディスクがシールする弁座を有している。
【００１９】
一実施形態では、弁ポートの弁座は、たとえば細長いオリフィスの直径もしくは流れ容量に依存するカスタム化された弁座高さを有しているか、または、他の動作特性を有している。このように構成されると、カスタム化された弁ポートは、ガスが調節弁を通って流れる効率を最大化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の調節器を示す側面断面図である。
【図１Ａ】従来の弁ポートを含む図１の調節器の調節弁を示す側面断面図である。
【図２】調節弁および弁ポートを備えた調節器を示す側面断面図であり、これらの調節器、調節弁および弁ポートは本発明に従って製造されている。
【図３】本発明に従って製造された一つの弁ポートを示す側面断面図である。
【図４】本発明に従って製造された他の弁ポートを示す側面断面図である。
【図５】本発明に従って製造されたさらに他の弁ポートを示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図２には、本発明の一実施形態に従って製造されたガス調節器１００が示されている。通常、ガス調節器１００はアクチュエータ１０２と調節弁１０４とを備えている。たとえば、調節弁１０４は、ガス分配システムからガスを受け取るための流入口１０６と、一または複数の器具を有する設備に対してガスを移送するための流出口１０８とを備えている。アクチュエータ１０２は、調節弁１０４に連結されており、また、制御要素１２７を有する制御組立体１２２を備えている。第一のまたは正常な動作モード時、制御組立体１２２は、調節弁１０４の流出口１０８の圧力、すなわち流出口圧を検出し、流出口圧が前もって決められた制御圧力とほぼ等しくなるように制御要素１２７の位置を制御するようになっている。これに加えて、上述のシステムに故障が発生すると、調節器１００は、図１に示されている調節器１０に関して先に記載された逃がし（ｒｅｌｉｅｆ）機能におおむね類似する逃がし機能を実行するようになっている。
【００２２】
図２をさらに参照すると、調節弁１０４には、喉部１１０および弁口部１１２が形成されている。弁口部１１２は、流入口１０６および流出口１０８の軸に対しておおむね直角となっている軸に沿って配置されている開口部１１４を形成している。喉部１１０は、流入口１０６と流出口１０８との間に配置され、本発明に従って製造される弁ポート１３６を収納するようになっている。弁ポート１３６は、流入口１５０と、流出口１５２と、これらの流入口１５０と流出口１５２との間に延設される細長いオリフィス１４８とを備えている。ガスが調節弁１０４の流入口１０６と流出口１０８との間を移動するためには、弁ポート１３６のオリフィス１４８を通り抜けなければならないようになっている。
【００２３】
図３には、図２の調節器１００の弁ポート１３６が示されている。弁ポート１３６は、ガスが調節弁１０４を流れる効率を最大化するようにカスタム化されている。弁ポート１３６は、流入口１５０、流出口１５２およびオリフィス１４８に加えて、本体部１６６と、六角ナット部１６８と、弁座１７０とを有している。本体部１６６は、断面視においておおむね円形状になっており、図２に示されているような、調節弁１０４の喉部１１０と螺合するように構成された複数の雄ネジ山を有している。六角ナット部１６８は、断面視において六角形状である。また、かかる六角ナット部１６８は、調節器１００の動的流れ特性を個々の用途に合わせるようにさまざまな構造を有する他の弁ポートと取り替えるために、たとえば空気式のラチェットの如きツールにより係合されて、弁ポート１３６を調節弁１０４の中に装着したりまたは弁ポート１３６を調節弁１０４から取り出したりするように構成されている。
【００２４】
弁座１７０は、本体部１６８とは反対側の方に向けて六角ナット部１６８から突出している。弁座１７０は、六角ナット部１６８から先細になっていき着座縁部１７４で終端するものであって、断面視がおおむね三角形状であるリング形状のテーパ付き弁座１７０を含んでいる。さらに具体的にいえば、弁座１７０は、着座縁部１７４で互いに連接される内面１７６と外面１７８とを有している。開示されている実施形態では、内面１７６は、弁本体１３６内のオリフィス１４８の延長部であるので、オリフィス１４８の直径とおおむね等しい直径を有している。このように構成すると、オリフィス１４８は、その直径がおおむね均一に一定となる。図３に示されている実施形態では、開示の実施形態の外面１７８は、内面１７６に対して約１５°と約３０°との間の角度α１を形成して延びている。したがって、外面１７８はおおむね円錐台形状となっている。
【００２５】
図３に示されている弁ポート１３６の弁座１７０は、弁座高さＨ１、六角ナット部高さｈ１およびオリフィス直径Ｄ１を含む一組の、すなわち複数の寸法パラメータを有している。弁座高さＨ1は、個々のオリフィス直径Ｄ１、弁ポート１３６の個々の流れ容量および／またはたとえば図２に示されている調節器１００の所望の流れ特性に対して弁座高さＨ１がカスタム化できるように、オリフィス直径Ｄ１の関数としてセットされるようになっている。図３に示されている弁ポート１３６の実施形態では、弁座高さＨ１は、オリフィス直径Ｄ１の寸法の約６０％と約９０％との間のある寸法を有しうる。たとえば、一実施形態では、弁座高さＨ１が約３／８インチであり、オリフィス直径Ｄ１が約１／２インチであってもよい。しかしながら、これらの寸法は例示のみを意図したものであって、他の寸法を有する他の実施形態も本発明の技術範囲内に含まれるものとする。
【００２６】
図４には、先に記載された弁ポート１３６の代わりとして、調節弁１０４内に取り付けられうる本発明の技術思想に従って製造された他の弁ポート２３６が示されている。図４に示されている弁ポート２３６は、本体部２６６と、六角ナット部２６８と、弁座２７０とを備えているという点において、図３に示されている弁ポート１３６と実質的に同等である。本体部２６６は、断面視においておおむね円形状であり、たとえば図２に示されているような調節弁１０４の喉部１１０と螺合するように構成された複数の雄ネジ山２７２を有している。六角ナット部２６８は、断面視において六角形状となっており、たとえば、調節弁１０４の中へ弁ポート２３６を取り付けるまたは調節弁１０４から弁ポート２３６を取り外すために、空気式のラチェットの如きツールにより係合されるように構成されている。
【００２７】
弁座２７０は、本体部２６８とは反対側の方に向けて六角ナット部２６８から突出している。弁座２７０は、六角ナット部２６８から先細になっていき着座縁部２７４で終端するものであって、断面視がおおむね三角形状であるリング形状のテーパ付き弁座２７０を含んでいる。さらに具体的にいえば、弁座２７０は、着座縁部２７４で互いに連接される内面２７６と外面２７８とを有している。開示されている実施形態では、内面２７６は、弁本体２３６内のオリフィス２４８の延長部であるので、オリフィス２４８の直径と等しい直径を有している。このように構成すると、オリフィス２４８は、その直径がおおむね均一に一定となる。図４に示されている実施形態では、弁座２７０の外面２７８は、内面２７６に対して約２５と約６０との間の角度α２を形成して延びている。したがって、開示されている実施形態の外面２７８はおおむね円錐台形状となっている。
【００２８】
さらに、図４に示されている弁ポート２３６の弁座２７０は、弁座高さＨ２、六角ナット部高さｈ２およびオリフィス直径Ｄ２を含む一組の、すなわち複数の寸法パラメータを有している。図４に示されている弁座２７０の六角ナット高さｈ２は、図３に示されている弁ポート１７０の六角ナット高さｈ１と同一である。図４に示されている弁ポート２３６の弁座高さＨ２は、図３に示されている弁ポート１３６の弁座高さＨ１よりも低くなっている。図４に示されている弁ポート２３６のオリフィス直径Ｄ２は、図３に示されている弁ポート１３６のオリフィス直径Ｄ１よりも大きくなっている。図４に示されている弁ポート２３６の実施形態では、弁座高さＨ２は、オリフィス直径Ｄ２の寸法の約１５％と約５０％との間のある寸法を有しうる。たとえば、一実施形態では、弁座高さＨ２が約１／４インチであり、オリフィス直径Ｄ２が約５／８インチであってもよい。このように、図４に示されている弁ポート２３６の弁座高さＨ２は、オリフィス直径Ｄ２に合わせてカスタム化されている。
【００２９】
図５には、先に記載された弁ポート１３６、２３６の代わりとして、調節弁１０４内に取り付けられうる本発明の技術思想に従って製造された他の弁ポート３３６が示されている。図５に示されている弁ポート３３６は、本体部３６６と、六角ナット部３６８と、弁座３７０とを備えているという点において、図３および図４に示されている弁ポート１３６、２３６と実質的に同等である。本体部３６６は、断面視においておおむね円形状であり、たとえば図２に示されている調節弁１０４の喉部１１０と螺合するように構成された複数の雄ネジ山３７２を有している。六角ナット部３６８は、断面視において六角形状となっており、たとえば調節弁１０４の中へ弁ポート３３６を取り付けるまたは調節弁１０４から弁ポート３３６を取り外すために、空気式のラチェットの如きツールにより係合されるように構成されている。
【００３０】
弁座３７０は、本体部３６８とは反対側の方に向けて六角ナット部３６８から突出している。弁座３７０は、六角ナット部３６８から先細になっていき着座縁部３７４で終端しているものであって、断面視がおおむね三角形状であるリング形状のテーパ付き弁座３７０を含んでいる。さらに具体的にいえば、弁座３７０は、着座縁部３７４で互いに連接される内面３７６と外面３７８とを有している。開示されている実施形態では、内面３７６は、弁本体３３６内のオリフィス３４８の延長部であるので、オリフィス３４８の直径と等しい直径を有している。このように構成すると、オリフィス３４８は、その直径がおおむね一様に一定となる。図５に示されている実施形態では、弁座３７０の外面３７８は、内面３７６に対して約１５°と約５０°との間の角度α３を形成して延びている。したがって、開示されている実施形態の外面３７８はおおむね円錐台形状となっている。
【００３１】
さらに、図５に示されている弁ポート３３６の弁座３７０は、弁座高さＨ３、六角ナット部高さｈ３およびオリフィス直径Ｄ３を含む一組の、すなわち複数の寸法パラメータを有している。図５に示されている弁ポート３３６の六角ナット高さｈ３は、図３および図４に示されている弁ポート１３６、２３６の六角ナット高さｈ１、ｈ２と同一である。図５に示されている弁ポート３３６の弁座高さＨ３は、図３および図４に示されている弁ポート２３６、３３６の弁座高さＨ１、Ｈ２よりも低くなっている。それとは対照的に、図５に示されている弁ポート３３６のオリフィス直径Ｄ３は、図３および図４に示されている弁ポート１３６、２３６のオリフィス直径Ｄ１、Ｄ２よりも大きくなっている。図５に示されている弁ポート３３６の実施形態では、弁座高さＨ３は、オリフィス直径Ｄ３の寸法の約５％と約３５％との間のある寸法を有しうる。たとえば、一実施形態では、弁座高さＨ３が約３／１６インチであり、オリフィス直径Ｄ３が約１インチであってもよい。このように、図５に示されている弁ポート３３６の弁座高さＨ３は、オリフィス直径Ｄ３に合わせてカスタム化されている。
【００３２】
したがって、上述のように、本発明の技術思想に従って製造された弁ポート１３６、２３６、３３６は、弁ポート１３６、２３６、３３６から図２の調節弁１４の流出口１０８を通る流れの効率を最大化する特定の弁座高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３を有する弁座１７０、２７０、３７０を備えるようにカスタム化された設計となっている。上述の実施形態では、弁座高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３は、オリフィス直径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３に対して実質的に反比例するような設計となっている。たとえば、このことをさらに説明すると、ある与えられた用途における弁ポート１３６、２３６、３３６が、弁座高さＨ、オリフィス長さＬおよびオリフィス直径Ｄを含む複数の寸法パラメータを有しており、これらの複数の寸法パラメータが、一組の可能な寸法パラメータＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｄｌ、Ｄ２、Ｄ３から寸法パラメータの部分集合として選択されるようになっており、上記の一組の可能な寸法パラメータのうちの弁座高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３およびオリフィス長さＬｌ、Ｌ２、Ｌ３が、上記の一組の可能な寸法パラメータのうちのオリフィス直径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３に対して反比例して変わるようになっているということができる。
【００３３】
別のいい方で説明すれば、任意の用途に対して選択される弁ポート１３６、２３６、３３６が一組の選択されるパラメータを有しているということである。上記の一組の選択されたパラメータは、細長いオリフィスの内径を含むオリフィス直径Ｄと、弁座が弁ポートの六角ナット部からオリフィスに沿って延びる距離を含む弁座高さＨを含んでいる。上記の一組の選択されたパラメータＤが複数の組のパラメータＤｌ、Ｄ２、Ｄ３、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３から前もって選択されており、これらの複数の組のパラメータの各組が、これらの複数の組のパラメータのうちの弁座高さがこれら複数の組のパラメータのうちのオリフィス直径に反比例して変わるようなオリフィス直径および弁座高さを有している。
【００３４】
他の実施形態では、弁座高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３は、個々の弁ポート１３６、２３６、３３６の流れ容量、所望の流出口圧力または実質的にはいかなる他の因子の関数として設計されてもよい。これに加えて、記載のように、弁ポート１３６、２３６、３３６の流れ容量がオリフィス直径Ｄｌ、Ｄ２、Ｄ３に比例するため、流れ容量は弁座高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３に対して反比例することになる。
【００３５】
さらに、本明細書に記載されているように、弁ポート１３６、２３６、３３６の弁座１７０、２７０、３７０は、オリフィス１４８、２４８、３４８の延長部である内面１７６、２７６、３７６を有している。したがって、各弁ポート１３６、２３６、３３６の上述の複数の組のパラメータは、オリフィス１４８、２４８、３４８の長手方向の寸法Ｌｌ、Ｌ２、Ｌ３（図３〜図５に図示されている）をさらに含んでいる。長手方向の寸法Ｌｌ、Ｌ２、Ｌ３は弁座高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３を含んでいる。したがって、弁ポート１３６、２３６、３３６のオリフィス１４８、２４８、３４８の長手方向の寸法Ｌｌ、Ｌ２、Ｌ３も、オリフィス１４８、２４８、３４８の直径Ｄｌ、Ｄ２、Ｄ３に反比例して変わるような設計となっている。
【００３６】
下記に記載されているように、これらカスタム化された弁座高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３は、流れ性能、さらに具体的にいえば各オリフィス直径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３に対する流れ効率を最適化させるという効果を奏する。
【００３７】
たとえば、さらに図２に参照すると、本発明に従って製造された調節器１００のアクチュエータ１０２は、上述のように、ハウジング１１６と制御組立体１２２とを備えている。たとえば、ハウジング１１６は、複数の締結部材などで相互に固定される上側ハウジング構成部材１１６ａおよび下側ハウジング構成部材１１６ｂを有している。下側ハウジング構成部材１１６ｂには、制御キャビティ１１８およびアクチュエータ口部１２０が形成されている。アクチュエータ１０２と調節弁１０４との間を連通させるために、アクチュエータ口部１２０が調節弁１０４の弁口部１１２に接続されている。開示されている実施形態では、調節器１００は、口部１１２と口部１２０とを相互に固定するカラー１１１を備えている。上側ハウジング構成部材１１６ａには、逃がしキャビティ１３４および排気ポート１５６が形成されている。上側ハウジング構成部材１１６ａには、制御組立体１２２の一部を収容するタワー部１５８がさらに形成されている。
【００３８】
制御組立体１２２は、ダイヤフラムサブアセンブリ１２１と、弁体サブアセンブリ１２３と、逃がし弁１４２とを有している。ダイヤフラムサブアセンブリ１２１は、ダイヤフラム１２４と、ピストン１３２と、制御バネ１３０と、逃がしバネ１４０と、組合せバネ台座１６４と、逃がしバネ台座１６６と、制御バネ台座１６０と、ピストンガイド部材１５９とを有している。
【００３９】
さらに具体的にいえば、ダイヤフラム１２４は、その中央部に開口部１４４が形成されている円盤状のダイヤフラムを含んでいる。ダイヤフラム１２４は、可撓性を有する実質的に気密な材料から製造されており、その周囲は、ハウジング１１６の上側ハウジング構成部材１１６ａと下側ハウジング構成部材１１６ｂとの間にシールを形成して固定されている。したがって、ダイヤフラム１２４は制御キャビティ１１８から逃がしキャビティ１３４を分離している。
【００４０】
組合せバネ台座１６４は、ダイヤフラム１２４上に配置されており、ダイヤフラム１２４の開口部１４４と同軸に配置される開口部１７１を形成している。図２に示されているように、組合せバネ台座１６４は制御バネ１３０および逃がしバネ１４０を支えるようになっている。
【００４１】
開示されている実施形態に係るピストン１３２は、密封用カップ部１３８と、ヨーク１７２と、ネジ部１７４と、ガイド部１７５とを有するおおむね細長いロッド形状の部材から構成されている。密封用カップ部１３８は凹形状かつおおむね円盤形状となっており、ピストン１３２の中央部を中心としてその円周方向に延びており、また、ダイヤフラム１２４の真下に配置されている。ヨーク１７２は、ダイヤフラムサブアセンブリ１２１と弁体サブアセンブリ１２３との間の接続を可能にするために弁体サブアセンブリ１２３のうちの一部に接続するカップラ１３５を受けるように構成されたキャビティを有している。
【００４２】
ピストン１３２のガイド部１７５およびネジ部１７４は、ダイヤフラム１２４および組合せバネ台座１６４の開口部１４４、１７０を貫通させて配置されている。ピストン１３２のガイド部１７５がピストンガイド部材１５９のキャビティ内を摺動可能に配置されているため、ピストン１３２の、制御組立体１２２のその他の部分に対する軸方向の整列が維持されることとなる。逃がしバネ１４０、逃がしバネ台座１６６およびナット１７６は、ピストン１３２のネジ部１７４に配置されている。ナット１７６は、組合せバネ台座１６４と逃がしバネ台座１６６との間に逃がしバネ１４０を保持するようになっている。制御バネ１３０は、上述のように組合せバネ台座１６４の上かつ上側ハウジング構成部材１１６ａのタワー部１５８内に配置されている。制御バネ台座１６０は、タワー部１５８の中に通され、組合せバネ台座１６４に対抗して制御バネ１３０を圧縮するようになっている。開示されている実施形態では、制御バネ１３０および逃がしバネ１４０は圧縮コイルバネから構成されている。したがって、制御バネ１３０は上側ハウジング構成部材１１６ａに対して固定され、組合せバネ台座１６４およびダイヤフラム１２４に対して下方向きの力を加えている。逃がしバネ１４０は組合せバネ台座１６４に対して固定され、逃がしバネ台座１６６に対して上方向きの力を加え、次いで、この力がピストン１３２に加えられることになる。開示されている実施形態では、制御バネ１３０により生成される力がタワー部１５８内の制御バネ台座１６０の位置の調節により調節可能となっているので、調節器１００の制御圧力も調節可能となる。
【００４３】
制御バネ１３０は、ダイヤフラム１２４により検出される制御キャビティ１１８内の圧力に対抗して作用するようになっている。記載のように、この圧力は、調節弁１０４の流出口１０８に存在する圧力と同一の圧力である。従って、制御バネ１３０により加えられる力が、流出口圧を調節器１００の所望の圧力または制御圧力に設定することとなる。ダイヤフラムサブアセンブリ１２１は、上述のように、ピストン１３２のヨーク部１７２とカップラ１３５とを通じて、弁体サブアッセンブリ１２３に作用可能に連結されている。
【００４４】
詳細にいえば、弁体サブアセンブリ１２３は制御アーム１２６と弁棒ガイド１６２とを有している。制御アーム１２６は、弁棒１７８と、レバー１８０と、制御要素１２７とを有している。開示されている実施形態の制御要素１２７はバルブディスク１２８を含んでいる。これに加えて、開示されている実施形態では、図２に示されているように、バルブディスク１２８は、弁ポート１３６の流出口１５２に対しシールするためのシール用円板１２９を有している。シール用円板１２９は、たとえば接着剤または他の手段を用いて、バルブディスク１２８のその他の部分に取り付けられるようになっていてもよい。シール用円板１２９は、バルブディスク１２８のその他の部分と同一のまたは異なる材質から製造されてもよい。たとえば、一実施形態では、シール用円板１２９はポリマー製のシール用円板１２９から構成されてもよい。
【００４５】
弁棒１７８、レバー１８０およびバルブディスク１２８は、別々に製造され、組み立てられ、制御アーム１２６を形成するようになっていてもよい。詳細にいえば、弁棒１７８は、鼻部１７８ａと、開示されている実施形態ではおおむね矩形状である凹部１７８ｂとを有するおおむね直線状のロッドである。レバー１８０は、わずかに湾曲したロッドであり、支点端部１８０ａと、自由端部１８０ｂとを有している。支点端部１８０ａは、下側ハウジング構成部材１１６ｂにより支えられている回転ピン１８６を受けるアパーチャ１８４を有している。また、支点端部１８０ａは、断面視において楕円形状を有し弁棒１７８の凹部１７８ｂ内に配置されているナックル部１８７をさらに備えている。自由端部１８０ｂは、ピストン１３２のヨーク１７２に取り付けられているカップラ１３５の頂部１３５ａとピン１３５ｂとの間で受けられるようになっている。このように、カップラ１３５は、弁体サブアセンブリ１２３をダイヤフラムサブアセンブリ１２１に作用可能に接続するようになっている。
【００４６】
弁棒ガイド１６２は、おおむねシリンダ形状の外側部分１６２ａと、おおむねシリンダ形状の内側部分外部１６２ｂと、これらの外側部分１６２ａと内側部分１６２ｂとを接続する複数の放射状のウェブ１６２ｃとを有している。弁棒ガイド１６２の外側部分１６２ａは、調節弁１０４および下側ハウジング構成部材１１６ｂのそれぞれ対応する口部１１２および１２０の内部に適合するようなサイズおよび形状に形成されている。内側部分１６２ｂは、制御アーム１２６の弁棒１７８を摺動可能に保持するようなサイズおよび形状に形成されている。したがって、弁棒ガイド１６２は、調節弁１０４、アクチュエータハウジング１１６および制御組立体１２２、さらに具体的には制御組立体１２２の制御アーム１２６の弁棒１７８の配置構造を維持する役目をしている。
【００４７】
記載のように、図２には、閉弁位置にあるバルブディスク１２８を備えた本実施形態に係る調節器１００が示されている。したがって、バルブディスク１２８は、弁ポート１３６の流出口１５２とシールを形成して係合している。このような配置になると、ガスは、弁ポート１３６および調節弁１０４を通り抜けられなくなる。この配置は、ハウジング１１６の制御キャビティ１１８内の圧力に対応しかつダイヤフラム１２４に検出される流出口圧力が制御バネ１３０により加えられる力よりも大きいために形成される。したがって、流出口の圧力により、ダイヤフラム１２４、ピストン１３２およびバルブディスク１２８が閉鎖位置に向けて移動される。
【００４８】
しかしながら、ガス分配システムの動作が要求される、たとえば、ユーザが加熱炉、ストーブなどの如き器具の操作をし始めると、当該器具は、調節器１００の制御キャビティ１１８からのガスの流れを引き出すことにより、ダイヤフラム１２４により検出される圧力を下げる。ダイヤフラム１２４により検出される圧力が下がるに従って、ダイヤフラム１２４上において制御バネ力と流出口圧力との間に力の不均衡が生じ、その結果、制御バネ１３０が、伸び、ハウジング１１６に対して、ダイヤフラム１２４およびピストン１３２を下方に向けて変位させる。このことにより、レバー１８０がピボットピン１８６を中心として時計回り方向に向けて回転し、次いでこのことにより、ナックル部１８７が弁棒１７８内の凹部１７８ｂに対して回転する。このことにより、弁棒１７８およびバルブディスク１２８が弁ポート１３６の流出口１５２とは反対側に向けて移動され、調節弁１０４が開弁される。
【００４９】
このような配置になると、ガス分配システムは、制御バネ１３０により設定される制御圧力で調節弁１０４を流れて下流の器具にガスを移送する。これに加えて、ダイヤフラムサブアセンブリ１２１は、調節弁１０４の流出口圧力を検出し続ける。流出口圧力が制御圧力とほぼ等しいままである限り、制御組立体１２２はこの同一の通常の位置にバルブディスク１２８を維持する。しかしながら、流出口の流量、すなわち要求量が減少し、それによって制御バネ１３０により設定された制御圧力を上回るまで流出口圧が上昇した場合、ダイヤフラム１２４は、増加した流出口圧力を検出して、制御バネ１３０の付勢力に対抗して上方に向けて移動するようになる。これに代えて、流出口の流量、すなわち要求量が増大し、それによって制御圧力を下回るまで流出口圧力が低下した場合、ダイヤフラム１２４は、減少した流出口圧力を検出して、バネ１３０が、ダイヤフラム１２４およびピストン１３２を下方に向けて付勢し、調節弁１０４を開く。このように、流出口圧力または制御圧力が少しズレると、制御組立体１２２は、それに反応し、ズレに応じたぶんだけバルブディスク１２８の位置を調節するようになっている。
【００５０】
したがって、本発明の弁ポート１３６、２３６、３３６のうちの任意の一つが設けられている調節器１００は、図１および図１Ａに関して先に記載された従来の調節器１０と実質的に同様に機能する。しかしながら、一つの違いは、本発明の技術思想に従って製造されたカスタム化された弁ポート１３６、２３６、３３６の各々は、ガスが調節弁１０４を通って流れる効率を最適化し、このことにより従来の調節器１０において明らかであった「ドループ（ｄｒｏｏｐ）」の影響を相殺するということにある。
【００５１】
さらに具体的にいえば、先に記載されているように、従来の弁ポート３６は、オリフィス６４の特定の直径Ｄにかかわらず、一定の弁座高さＨを有している。正常運転条件下では、従来の調節器１０は、調節弁１４の喉部１１とバルブディスク２８の間の空間の容積をオリフィス６４の容積と釣り合わせるようにバルブディスク２８の位置を決めるようになっている。したがって、従来の調節器１０は、比較的小さな直径を有するオリフィスを備えた弁ポートに対してはバルブディスク２８をより近くに位置付けし、比較的大きな直径を有するオリフィスを備えた弁ポートに対してはより遠くに位置付けする。しかしながら、比較的小さな直径を有するオリフィスはより高速の流れに提供される傾向がある。これらより高速の流れは、乱流であって、弁ポート３６から調節弁１４の流出口１８を通って効率的に流れるために下流側に割り当てられている容積を超える容積が必要となる場合が多い。したがって、従来の弁ポート３６を装備した従来の調節器１０は、ある状況下において「ドループ」として知られている現象を生じやすい。
【００５２】
従来の弁ポート３６とは対照的に、本発明に従って製造された弁ポート１３６、２３６、３３６は、上述のようなさまざまな弁座高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３を有している。さらに詳細にいえば、上述の弁ポートのうちの任意の一つに対する弁座高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３は、それに対応するオリフィス１４８、２４８、３４８の直径７２、Ｄｌ、Ｄ２、Ｄ３に対し実質的に反比例するようになっている。したがって、オリフィス直径が小さくなるに従って弁座高さが大きくなる。
【００５３】
このように配置されると、たとえば図３に示されている弁ポート１３６を参照すると、オリフィス直径Ｄ１は、図４および図５に示されているオリフィスの直径Ｄ２、Ｄ３と比べて比較的小さくなっている。このように、弁ポート１３６は、弁ポート２３６、３３６よりも高速の流れに対応するように構成されている。しかしながら、図３に示されている弁ポート１３６の弁座高さＨ１は、図４および図５に示されている弁ポート２３６、３３６の弁座高さＨ２、Ｈ３と比べて比較的大きくなっている。したがって、たとえば図２に示されている調節器１００に用いられると、図３に示されている弁ポート１３６は、調節器１００に、オリフィス１４８の容積と釣り合う弁ポート１３６とは反対側に向かってある距離のところへバルブディスク１２８を位置付けさせることとなる。たとえばバルブディスク１３６の弁座高さＨ１が従来の弁座高さＨより大きくなっているため、バルブディスク１２８は弁ポート１３６からより遠く離れて位置付けされることとなる。
【００５４】
このように配置されると、バルブディスク１２８は、調節弁１０４の喉部１１１とは反対側に向かってより遠く離れて位置付けされ、大きな下流側容積を提供し、弁ポート１３６から流出してくる高速の流れが流出口１０８を通ってより効率的に回復および移動するようになる。したがって、このようにして効率が高まると、調節弁１０４の流出口１０８における背圧が上昇する可能性が少なくなる。この背圧は、場合によっては、従来の弁ポート３６を装備した従来の調節器１０において「ドループ」を発生させおよび／または増幅させる原因となる。
【００５５】
なお、図４および図５を参照して記載された弁ポート２３６、３３６ついては、各々が固有の流路を形成し、調節器１００に、それを通って流れる容量および／または速度と釣り合うユニークな位置にバルブディスク１２８を位置付けさせることを除いて、直前に記載された弁ポート１３６と同様に作用するようになっている。
【００５６】
たとえば、図４および図５に示されている弁ポート２３６、３３６は、図３に示されている弁ポート１３６の直径Ｄ１よりも大きな直径Ｄ２、Ｄ３を有しており、調節器１００に、ある用途におけるガスの流れ容量および速度に釣り合うように調節弁１０４の喉部１１０に対してバルブディスク１２８の位置付けをさせうる。
【００５７】
したがって、特筆すべきことは、本発明は、たとえば図２の調節弁１０４を通って流れるガスの流れ効率を向上させるように構成されたカスタム化された弁座高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３を備えている弁ポート１３６、２３６、３３６を提供するという効果を奏するということである。この効率の向上は、調節器１００の性能の精度に直接関連し、さらに具体的にいえば「ドループ」を相殺または排除してより信頼のある調節器１００を提供することに関連する。
【００５８】
商用の実施形態では、本明細書に開示されている弁ポート１３６、２３６、３３６の如き本発明の技術思想に従って製造された複数の弁ポートを消費者または設置技術者に供給すべく共通のパッケージまたはキットの中に組み入れることができる。このように提供することにより、消費者または技術者は、さまざまな流れ容量を有するさまざまな弁ポートを容易に得ることができ、このことによって、消費者または技術者は、調節器または他の流体流れデバイスを所望の用途を満たすようにカスタム化することができる。たとえば、調節器を流体分配システムの中に組み入れる場合、消費者または技術者は、複数の弁ポートから、ある用途における流れ特性を最も厳密に満たす一つの弁ポートを選択し、この選択された弁ポートを調節器または他の流れデバイスの中に現場で設置することができる。
【００５９】
特筆すべきことは、本発明の実施形態が弁ポート１３６、２３６、３３６のカスタム化された弁座高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３を有しているものとして記載されているが、弁ポート１３６、２３６、３３６の他のさまざまな特性が調節器１００の性能を向上させるために同様にカスタム化されてもよい。
【００６０】
たとえば、他の実施形態では、弁ポート１３６、２３６、３３６の着座面１７４、２７４、３７４の形状および構造が、たとえば、オリフィス直径Ｄｌ、Ｄ２、Ｄ３に基づいてカスタム化されてもよいし、または、流れ容量に基づいてカスタム化されてもよい。他の実施形態では、弁ポート１３６、２３６、３３６の着座面１７４、２７４、３７４の角度が、たとえば、オリフィス直径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３に基づいてカスタム化されてもよいし、または、流れ容量に基づいてカスタム化されてもよい。また他の実施形態では、オリフィス１４８、２４８、３４８は、円形状の断面以外の断面を有していてもよい。オリフィス１４８、２４８、３４８は、正方形、長方形またはその他の形状の断面を有していてもよい。さらに他の実施形態では、オリフィス１４８、２４８、３４８は、均一なシリンダ形状のオリフィス１４８、２４８、３４８以外の形状を有していてもよい。たとえば、オリフィス１４８、２４８、３４８は、先細および／または先広がりのオリフィスまたは部分を有していてもよい。本発明は、本明細書に記載の特定の実施形態に限定することを意図されるものではない。
【００６１】
さらに、本発明が、調節器を通って流れる流れの効率を向上させおよび／または「ドループ」の効果を相殺するためにさらなる技術思想で補われてもよいことはいうまでもない。
【００６２】
上述のように、本発明は、ガスが調節弁を通って流れる流れの効率を向上し、背圧の上昇を防止することにより、ガス調節器内の「ドループ」の効果を相殺および／または防止するための有益な手段を提供している。しかしながら、本明細書に記載の調節器は、本発明の技術思想を組み入れた流体制御デバイスの一例でしかない。また、他の調節器および制御弁を有する他の流体制御デバイスも、本発明の構造および／または利点から利益を享受することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体調節デバイスであって、
流入口、流出口、および前記流入口と前記流出口との間に配置された喉部が形成されている弁本体と、
前記弁本体に結合され、バルブディスクと、該バルブディスクに作用可能に連結されるダイヤフラムとを有するアクチュエータと、
前記弁本体の前記喉部内に配置された弁ポートと、
前記弁ポートに関する一組の選択されたパラメータとを備えており、
前記バルブディスクが、前記弁本体の中に配置され、前記ダイヤフラムに作用する前記弁本体の前記流出口の圧力の変化に応答して開弁位置と閉弁位置との間を前記弁本体の前記喉部に対して移動するように構成されており、
前記弁ポートが、弁座と、前記弁ポートを貫通する細長いオリフィスとを具備するおおむね円筒状の部材を有しており、前記バルブディスクが前記閉弁位置にあるとき、前記弁座は前記バルブディスクによりシールを形成して係合されるように構成されており、
前記一組の選択されたパラメータには、前記細長いオリフィスの内径を含むオリフィス直径および前記弁座が前記オリフィスに沿って延びる距離を含む弁座高さが含まれており、
前記一組のパラメータが複数の組のパラメータから前もって選択されており、各組のパラメータがオリフィス直径および弁座高さを含んでおり、前記複数の組のパラメータのうちの前記弁座高さが前記複数の組のパラメータのうちの前記オリフィス直径に対して反比例して変わる、流体調節デバイス。
【請求項２】
前記複数の組のパラメータが前記オリフィスの長手方向の寸法を含んでおり、前記複数の組のパラメータの前記長手方向の寸法が前記複数の組のパラメータの前記オリフィス直径に反比例して変わる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記複数の組のパラメータが前記オリフィスの流れ容量をさらに含んでおり、前記複数の組のパラメータのうちの前記流れ容量が前記複数の組のパラメータのうちの前記弁座高さに反比例して変わる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記弁ポートの前記細長いオリフィスのオリフィス直径がほぼ均一に一定である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記弁ポートが、本体部と、該本体部と前記弁座との間に配置される六角ナット部とをさらに有しており、前記本体部が前記弁本体の前記喉部と螺合するように構成されてなる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記弁座が、前記六角ナット部から着座縁部へと先細になって行くおおむねテーパ形状の断面を具備したリング形状の弁座を有しており、前記バルブディスクが前記閉弁位置にあるとき、前記着座縁部が前記バルブディスクによって係合されるように構成されてなる、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
流体調節デバイスであって、
流入口、流出口、および前記流入口と前記流出口との間に配置された喉部が形成されている弁本体と、
前記弁本体に結合され、バルブディスクと、該バルブディスクに作用可能に連結されたダイヤフラムとを有しているアクチュエータと、
前記弁本体の前記喉部内に配置されている選択された弁ポートと、
弁座高さと、
オリフィス直径とを備えており、
前記バルブディスクが、前記弁本体の中に配置され、前記ダイヤフラムに作用する前記弁本体の前記流出口の圧力の変化に応答して、開弁位置と閉弁位置との間を前記弁本体の前記喉部に対して移動するように構成されており、
前記選択された弁ポートは、前記バルブディスクが前記閉弁位置にあるとき、前記バルブディスクによりシールを形成して係合される弁座と、流体が前記選択された弁ポートを流れるための細長いオリフィスとを具備するおおむね円筒状部材を有しており、
前記弁座高さには、前記弁座が前記細長いオリフィスに沿って延びる距離が含まれ、前記オリフィス直径には、前記細長いオリフィスの内径が含まれており、
前記選択された弁ポートが複数の弁ポートから前もって選択され、該複数の弁ポートの各々が、オリフィス直径を具備する細長いオリフィスと、弁座高さを具備する弁座とを有しており、
前記複数の弁ポートの前記弁座高さが、前記複数の弁ポートの前記オリフィス直径に対して反比例して変わる、流体調整デバイス。
【請求項８】
前記複数の弁ポートの前記細長いオリフィスが長手方向の寸法をさらに含んでおり、前記複数の弁ポートの前記細長いオリフィスの前記長手方向の寸法が前記複数の弁ポートの前記オリフィス直径に反比例して変わる、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記複数の弁ポートが流れ容量をさらに有しており、前記複数の弁ポートの前記流れ容量が前記複数の弁ポートの前記弁座高さに反比例して変わる、請求項７に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記複数の弁ポートの各々の前記細長いオリフィスがおおむね均一に一定のオリフィス直径を有している、請求項７に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記複数の弁ポートの各々が、本体部と、該本体部と前記弁座との間に配置された六角ナット部とをさらに有しており、前記選択された弁ポートの前記本体部が前記弁本体の前記喉部と螺合するように構成されてなる、請求項７に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記複数の弁ポートの各々の前記弁座が、前記六角ナット部から着座縁部へと先細になって行くおおむねテーパ形状の断面を具備したリング形状の弁座を含んでおり、前記バルブディスクが前記閉弁位置にあるとき、前記選択された弁ポートの前記着座縁部が前記バルブディスクによって係合されるように構成されてなる、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記複数の弁ポートの前記本体部および前記六角ナット部が同一である、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１４】
流体調節デバイスであって、
流入口、流出口、および前記流入口と前記流出口との間に配置された喉部が形成されている弁本体と、
前記弁本体に結合され、バルブディスクと、該バルブディスクに作用可能に連結されたダイヤフラムとを有しているアクチュエータと、
前記弁本体の前記喉部内に配置され、おおむねシリンダ形状の部材を有する弁ポートとを備えており、
前記バルブディスクが、前記弁本体の中に配置され、前記ダイヤフラムによって検出される前記弁本体の前記流出口の圧力の変化に応答して、開弁位置と閉弁位置との間を前記弁本体の前記喉部に対して移動するように構成されており、
前記弁ポートが、弁座と、前記弁ポートを貫通するオリフィスとを有しており、前記バルブディスクが前記閉弁位置にあるとき、前記弁座が前記バルブディスクによりシールを形成して係合されるように構成されており、
前記弁ポートが複数の寸法パラメータを有し、該寸法パラメータには、弁座高さと、オリフィス長さと、オリフィス直径とが含まれており、
前記複数の寸法パラメータが、一組の可能な寸法パラメータから寸法パラメータの部分集合として選択され、
前記一組の可能な寸法パラメータのうちの前記弁座高および前記オリフィス長さが、前記一組の可能な寸法パラメータのうちの前記オリフィス直径に反比例して変わる、流体調整デバイス。
【請求項１５】
前記弁ポートの前記複数の寸法パラメータが流れ容量をさらに含んでいる、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記一組の可能な寸法パラメータの各部分集合が流れ容量をさらに含んでおり、前記一組の可能な寸法パラメータのうちの前記流れ容量が、前記一組の可能な寸法パラメータのうちの前記弁座高さおよび前記オリフィス長さに反比例して変わる、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記弁ポートの前記オリフィスのオリフィス直径がほぼ均一に一定である、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記弁ポートが、本体部と、該本体部と前記弁座との間に配置された六角ナット部とをさらに有しており、前記本体部が前記弁本体の前記喉部と螺合するように構成されてなる、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記弁座高さが、前記弁ポートの前記六角ナット部とは反対側に向けて弁座が延びる距離として定義される、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記弁座が、前記六角ナット部から着座縁部へと先細になって行くおおむねテーパ形状の断面を具備したリング形状の弁座を有しており、前記バルブディスクが前記閉弁位置にあるとき、前記着座縁部が前記バルブディスクにより係合されるように構成されてなる、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２１】
流体調節デバイスを取り付ける方法であって、
流体流入配管を弁本体の流入口に結合することと、
前記弁本体の流出口に流体流出配管を結合することと、
複数の弁ポートから一つの弁ポートを選択することと、
選択された前記弁ポートを前記弁本体の前記喉部に取り付けることとを含んでおり、
前記複数の弁ポートの各々が、弁座と、細長いオリフィスと、一組のパラメータとを有し、該一組のパラメータが、前記細長いオリフィスの直径を含むオリフィスの直径と、前記弁座が前記オリフィスに沿って延びる距離を含む弁座高さとを含んでおり、
前記複数の弁ポートの前記弁座高さが、前記複数の弁ポートの前記オリフィス直径に対して反比例して変わる、流体調節デバイスを取り付ける方法。
【請求項２２】
弁本体と、該弁本体を流れる流体の流れを制御するためのアクチュエータとを有する流体調節デバイスの弁ポートを設計するための方法であって、
前記弁本体の喉部の内径と合致する前記弁ポートの本体部の外径を決定することと、
前記弁ポートの所望の流れ容量を決定することと、
前記弁ポートを貫通する細長いオリフィスの内径を決定することと、
前記弁ポートの弁座の軸方向の寸法を決定することとを含んでおり、
前記内径が前記所望の流れ容量の関数として決定され、
前記軸方向の寸法には、前記弁ポートが取り付けられたとき前記弁座が前記弁本体の前記喉部とは反対側に向けて延びる距離が含まれ、
前記弁座の前記軸方向の寸法が、前記弁ポートの前記流れ容量および前記細長いオリフィスの内径のうちの少なくとも一つの関数として決定される、方法。
【請求項１】
流体調節デバイスであって、
流入口、流出口、および前記流入口と前記流出口との間に配置された喉部が形成されている弁本体と、
前記弁本体に結合され、バルブディスクと、該バルブディスクに作用可能に連結されるダイヤフラムとを有するアクチュエータと、
前記弁本体の前記喉部内に配置された弁ポートと、
前記弁ポートに関する一組の選択されたパラメータとを備えており、
前記バルブディスクが、前記弁本体の中に配置され、前記ダイヤフラムに作用する前記弁本体の前記流出口の圧力の変化に応答して開弁位置と閉弁位置との間を前記弁本体の前記喉部に対して移動するように構成されており、
前記弁ポートが、弁座と、前記弁ポートを貫通する細長いオリフィスとを具備するおおむね円筒状の部材を有しており、前記バルブディスクが前記閉弁位置にあるとき、前記弁座は前記バルブディスクによりシールを形成して係合されるように構成されており、
前記一組の選択されたパラメータには、前記細長いオリフィスの内径を含むオリフィス直径および前記弁座が前記オリフィスに沿って延びる距離を含む弁座高さが含まれており、
前記一組のパラメータが複数の組のパラメータから前もって選択されており、各組のパラメータがオリフィス直径および弁座高さを含んでおり、前記複数の組のパラメータのうちの前記弁座高さが前記複数の組のパラメータのうちの前記オリフィス直径に対して反比例して変わる、流体調節デバイス。
【請求項２】
前記複数の組のパラメータが前記オリフィスの長手方向の寸法を含んでおり、前記複数の組のパラメータの前記長手方向の寸法が前記複数の組のパラメータの前記オリフィス直径に反比例して変わる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記複数の組のパラメータが前記オリフィスの流れ容量をさらに含んでおり、前記複数の組のパラメータのうちの前記流れ容量が前記複数の組のパラメータのうちの前記弁座高さに反比例して変わる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記弁ポートの前記細長いオリフィスのオリフィス直径がほぼ均一に一定である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記弁ポートが、本体部と、該本体部と前記弁座との間に配置される六角ナット部とをさらに有しており、前記本体部が前記弁本体の前記喉部と螺合するように構成されてなる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記弁座が、前記六角ナット部から着座縁部へと先細になって行くおおむねテーパ形状の断面を具備したリング形状の弁座を有しており、前記バルブディスクが前記閉弁位置にあるとき、前記着座縁部が前記バルブディスクによって係合されるように構成されてなる、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
流体調節デバイスであって、
流入口、流出口、および前記流入口と前記流出口との間に配置された喉部が形成されている弁本体と、
前記弁本体に結合され、バルブディスクと、該バルブディスクに作用可能に連結されたダイヤフラムとを有しているアクチュエータと、
前記弁本体の前記喉部内に配置されている選択された弁ポートと、
弁座高さと、
オリフィス直径とを備えており、
前記バルブディスクが、前記弁本体の中に配置され、前記ダイヤフラムに作用する前記弁本体の前記流出口の圧力の変化に応答して、開弁位置と閉弁位置との間を前記弁本体の前記喉部に対して移動するように構成されており、
前記選択された弁ポートは、前記バルブディスクが前記閉弁位置にあるとき、前記バルブディスクによりシールを形成して係合される弁座と、流体が前記選択された弁ポートを流れるための細長いオリフィスとを具備するおおむね円筒状部材を有しており、
前記弁座高さには、前記弁座が前記細長いオリフィスに沿って延びる距離が含まれ、前記オリフィス直径には、前記細長いオリフィスの内径が含まれており、
前記選択された弁ポートが複数の弁ポートから前もって選択され、該複数の弁ポートの各々が、オリフィス直径を具備する細長いオリフィスと、弁座高さを具備する弁座とを有しており、
前記複数の弁ポートの前記弁座高さが、前記複数の弁ポートの前記オリフィス直径に対して反比例して変わる、流体調整デバイス。
【請求項８】
前記複数の弁ポートの前記細長いオリフィスが長手方向の寸法をさらに含んでおり、前記複数の弁ポートの前記細長いオリフィスの前記長手方向の寸法が前記複数の弁ポートの前記オリフィス直径に反比例して変わる、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記複数の弁ポートが流れ容量をさらに有しており、前記複数の弁ポートの前記流れ容量が前記複数の弁ポートの前記弁座高さに反比例して変わる、請求項７に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記複数の弁ポートの各々の前記細長いオリフィスがおおむね均一に一定のオリフィス直径を有している、請求項７に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記複数の弁ポートの各々が、本体部と、該本体部と前記弁座との間に配置された六角ナット部とをさらに有しており、前記選択された弁ポートの前記本体部が前記弁本体の前記喉部と螺合するように構成されてなる、請求項７に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記複数の弁ポートの各々の前記弁座が、前記六角ナット部から着座縁部へと先細になって行くおおむねテーパ形状の断面を具備したリング形状の弁座を含んでおり、前記バルブディスクが前記閉弁位置にあるとき、前記選択された弁ポートの前記着座縁部が前記バルブディスクによって係合されるように構成されてなる、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記複数の弁ポートの前記本体部および前記六角ナット部が同一である、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１４】
流体調節デバイスであって、
流入口、流出口、および前記流入口と前記流出口との間に配置された喉部が形成されている弁本体と、
前記弁本体に結合され、バルブディスクと、該バルブディスクに作用可能に連結されたダイヤフラムとを有しているアクチュエータと、
前記弁本体の前記喉部内に配置され、おおむねシリンダ形状の部材を有する弁ポートとを備えており、
前記バルブディスクが、前記弁本体の中に配置され、前記ダイヤフラムによって検出される前記弁本体の前記流出口の圧力の変化に応答して、開弁位置と閉弁位置との間を前記弁本体の前記喉部に対して移動するように構成されており、
前記弁ポートが、弁座と、前記弁ポートを貫通するオリフィスとを有しており、前記バルブディスクが前記閉弁位置にあるとき、前記弁座が前記バルブディスクによりシールを形成して係合されるように構成されており、
前記弁ポートが複数の寸法パラメータを有し、該寸法パラメータには、弁座高さと、オリフィス長さと、オリフィス直径とが含まれており、
前記複数の寸法パラメータが、一組の可能な寸法パラメータから寸法パラメータの部分集合として選択され、
前記一組の可能な寸法パラメータのうちの前記弁座高および前記オリフィス長さが、前記一組の可能な寸法パラメータのうちの前記オリフィス直径に反比例して変わる、流体調整デバイス。
【請求項１５】
前記弁ポートの前記複数の寸法パラメータが流れ容量をさらに含んでいる、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記一組の可能な寸法パラメータの各部分集合が流れ容量をさらに含んでおり、前記一組の可能な寸法パラメータのうちの前記流れ容量が、前記一組の可能な寸法パラメータのうちの前記弁座高さおよび前記オリフィス長さに反比例して変わる、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記弁ポートの前記オリフィスのオリフィス直径がほぼ均一に一定である、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記弁ポートが、本体部と、該本体部と前記弁座との間に配置された六角ナット部とをさらに有しており、前記本体部が前記弁本体の前記喉部と螺合するように構成されてなる、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記弁座高さが、前記弁ポートの前記六角ナット部とは反対側に向けて弁座が延びる距離として定義される、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記弁座が、前記六角ナット部から着座縁部へと先細になって行くおおむねテーパ形状の断面を具備したリング形状の弁座を有しており、前記バルブディスクが前記閉弁位置にあるとき、前記着座縁部が前記バルブディスクにより係合されるように構成されてなる、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２１】
流体調節デバイスを取り付ける方法であって、
流体流入配管を弁本体の流入口に結合することと、
前記弁本体の流出口に流体流出配管を結合することと、
複数の弁ポートから一つの弁ポートを選択することと、
選択された前記弁ポートを前記弁本体の前記喉部に取り付けることとを含んでおり、
前記複数の弁ポートの各々が、弁座と、細長いオリフィスと、一組のパラメータとを有し、該一組のパラメータが、前記細長いオリフィスの直径を含むオリフィスの直径と、前記弁座が前記オリフィスに沿って延びる距離を含む弁座高さとを含んでおり、
前記複数の弁ポートの前記弁座高さが、前記複数の弁ポートの前記オリフィス直径に対して反比例して変わる、流体調節デバイスを取り付ける方法。
【請求項２２】
弁本体と、該弁本体を流れる流体の流れを制御するためのアクチュエータとを有する流体調節デバイスの弁ポートを設計するための方法であって、
前記弁本体の喉部の内径と合致する前記弁ポートの本体部の外径を決定することと、
前記弁ポートの所望の流れ容量を決定することと、
前記弁ポートを貫通する細長いオリフィスの内径を決定することと、
前記弁ポートの弁座の軸方向の寸法を決定することとを含んでおり、
前記内径が前記所望の流れ容量の関数として決定され、
前記軸方向の寸法には、前記弁ポートが取り付けられたとき前記弁座が前記弁本体の前記喉部とは反対側に向けて延びる距離が含まれ、
前記弁座の前記軸方向の寸法が、前記弁ポートの前記流れ容量および前記細長いオリフィスの内径のうちの少なくとも一つの関数として決定される、方法。
【図１】
【図１Ａ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１Ａ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２０１０−５２５４６８（Ｐ２０１０−５２５４６８Ａ）
【公表日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５０４２８８（Ｐ２０１０−５０４２８８）
【出願日】平成２０年４月１８日（２００８．４．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０６０８７２
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１３１２５５
【国際公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【出願人】（５９１０５５４３６）フィッシャー コントロールズ インターナショナル リミテッド ライアビリティー カンパニー (183)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１８日（２００８．４．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０６０８７２
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１３１２５５
【国際公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【出願人】（５９１０５５４３６）フィッシャー コントロールズ インターナショナル リミテッド ライアビリティー カンパニー (183)
【Ｆターム（参考）】
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