JP2004515831A - 流体の流量制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は流体の流量制御装置に関する。流体の流量制御装置は、液体または気体の流れを制御するために使用することができ、また、例えば流動中の高圧流体の速度制御を提供するために使用することができる。
【0002】
そのような一般的なタイプの装置は、しばしば可変流体絞り制御バルブとして知られており、摩擦通路を有する本願出願人の米国特許第3,451,404号および第3,514,074号や、複数の急な角度の曲がり部を有する本願出願人の米国特許第3,513,864号によって例証されている。
【0003】
流動中の高圧流体を取り扱う際には、エネルギー損失や高い圧力降下を到達するために、高速の短いスロート部を有するオリフィスを使用することが慣習的である。もし流体が液体の状態であり、かつ急速に気化し易い場合、すなわち、流体がオリフィスかバルブ開口部の下流側で気体条件に蒸発または変化する場合、流体は内破的に凝縮し、有害な衝撃波を引き起こしたり、浸食を引き起こしたりする可能性がある。さらに、バルブ中の流体速度はライン中の流体速度よりも大きいため、いくつかの厄介な反応が起こる。
【0004】
最も深刻な問題は、液体が直接衝突し、液体中に外来の異質な粒子が懸濁されることよる、バルブ表面の急激な浸食である。さらなる浸食が、キャビテーションによって生じる。キャビテーションは、フローを制御するバルブの内部部品(バルブトリム)と弁体に対する蒸気の高速内破として定義され得る。
【0005】
浸食によるこのような深刻な問題に加えて、速度の増加はさらに、バルブの流量特性を予測不能で不安定なものにする。
バルブ中の流体速度が高いことにより引き起こされる別の問題は、流動中の流体材料(例えばポリマー)による深刻なノイズ生成、トリム疲労、および劣化可能性である。
【0006】
制御バルブの下流での、流体によって生成されるノイズは、非常に高いことが多い。そのようなノイズは、もし処理されないかパイプ内に収容されなければ、バルブ出口から約0.9m(3フィート)で、110〜170dBの音圧レベルとなる。このような大きさの音源は、人に危険で、地元住民から頻繁に苦情が起こることとなる。
【0007】
マフラーやサイレンサ(消音器)は、流体によって生成されるノイズのほんの20〜30dBしか一般に減ずることができない。したがって、所望の音圧レベルを得る際にそれらを用いても部分的な成功しか達成されない。更に、通常の通路処理システム(つまりマフラ、外被支持構造など)は非常に扱いにくく高価であることが多く、ノイズ用の通路処理にかかる全費用は、バルブの費用を超過することが多い。
【0008】
上記の問題を克服するか改善するために、速度や衝撃波反応を増大させずに高圧流体でのエネルギー損失を達成する装置が導入されている。これは、流体に摩擦と圧力降下を作成する急な曲がり部を備えた複数個の小さな長い通路に流れを細分し、それにより装置における損傷と浸食を回避することにより、達成される。そのような装置が例えば米国特許再発行第32197号に開示されている。
【0009】
そこでは、複数個の個々の通路溝を包囲する当接面を有する個別の部材の環状スタック状に通路が提供される。溝は、流体の方向を曲げて、かつスタックの入口端部と出口端部の間よりも実質的に長い流体長さを提供するよう、スタックの入口および出口の間で角度をなす。スタックは、バルブハウジングの流体通路内に据え付けられる。また、環状構造内を移動可能な弁プラグは、流体が中を流動できる通路の数を制御する。
【0010】
ディスクの部材のスタック中の少なくとも1つの通路がディスクの入口領域と出口領域の間に空隙(エネルギー損失通路の断面積を拡張する)を有するこの種の改良装置が、イギリス国特許出願出願公開第2,273,579号に開示されている。
【0011】
本願出願人の米国特許第5,687,763号において、本願出願人は、エネルギー損失通路が改良された構造体、すなわち、流体流れのための一連の実質的に径方向に延びる通路を組込んだ剛性構造を形成する複数対の環状ディスクを備えた流体の流量制御装置、について説明すると共に権利請求している。複数対の環状ディスクの各ディスクは、2つの主面と、該主面の間を完全に延びるが径方向には部分的にしか延びない通路とを有している。複数対の環状ディスクの各ディスクは別のディスクと実質的に同一であり、1つのディスクの主面が別のディスクの主面と直接当接する状態で互いに整列している。そのような1つのディスク中の通路は、実質的に同一のディスク対による流体流れを提供するように、対である別のディスク中の通路と相互接続している。
【0012】
さらに改良された流量制御装置と、その中で使用される部品とを製造することが、本発明の目的である。さらに、表面の浸食を低減し得る流体制御装置を提供することも、本発明の好ましい目的である。
【0013】
従って、1態様では、本発明は、流量制御装置のための環状ディスクのスタックであって、ディスクは流体流れのための一連の通路を組込んだ構造体を形成し、隣接するディスクはその間に該通路を区画形成する当接主面を有し、ディスクの少なくとも一部の各々は、その外縁から内縁に延びる通路を備え、該通路はディスクの厚さへ部分的にのみ延びる深さを有するように形成され、該通路の長さの少なくとも一部は曲線状となっており、該通路の曲がった部分は前記内縁と外縁のうちの1つの位置から始まるか、および/または該通路の長さの少なくとも一部は直線状であり、該通路の直線部分は前記内縁と外縁のうちの他方の位置から始まる、環状ディスクのスタックを提供する。
【0014】
好ましくは、通路は、ディスクの2つの主面のうちの少なくとも1つに形成された溝またはチャネルであり、隣接するディスクの当接主面によってその両端以外の位置で閉鎖される。
【0015】
別の態様では、本発明は、流体の流量制御装置に組み込むための環状ディスクであって、流体流量制御装置は環状ディスクのスタックを備え、ディスクは内縁および外縁と、主面のうちの1つに形成された少なくとも1つの溝通路とを有し、通路の全長の少なくとも一部は曲線状であり、該通路の曲線部分は前記内縁と外縁のうちの1つの位置から始まり、および/または該通路の全長の少なくとも一部は直線状であり、該通路の直線部分は前記内縁と外縁のうちの他方の位置から始まる、環状ディスクを提供する。
【0016】
複数個のディスクは、ディスクの中央孔が往復プラグ用の中央通路を区画形成するスタックを形成する。ディスクによって形成される流体流通路は、スタックの中を通る流体の流れ方向に基づいて、中央通路へとまたは中央通路からつながる。プラグは、一極で完全に流体流れを閉鎖し、他極で全ディスク通路を通る流体流れを許容するように、中央通路内に配置することができる。これらの両極間でのプラグの位置は、より少数か多数のディスクの通路を通る流れが必要に応じて許容されるように、完全閉鎖と完全開放との間で所望の流速を可能にするために調節することができる。
【0017】
別の態様では、本発明は、流体流量制御装置であって、環状ディスクのスタックと、スタックを長手方向に延びる中央通路を形成する環状ディスクの中央孔と、中央通路内を往復動可能なプラグと、装置を通る流体流量を制御するために必要に応じてプラグを完全閉鎖から部分的開放位置を介して完全開放まで移動させるアクチュエータとを組み込んでおり、隣接ディスクがディスクの内縁と外縁の間を延びる少なくとも1つの流体通路を区画形成する当接主面を有し、通路は内縁と外縁のうちの1つの位置から始まる通路の全長の少なくとも一部で曲線状であり、内縁と外縁のうちの他方の位置から始まる通路の全長の少なくとも一部で直線状である、流体流量制御装置を提供する。
【0018】
1実施形態では、ディスクを横切って流体通路を通って流れる流れは、ディスクの外縁から内縁までの流れ、つまり、中央通路に入る流れである。その後、中央通路は流体出口に接続される。
【0019】
別の実施形態では、ディスクを横切って流体通路を通って流れる流れは、ディスクの内縁から外縁まで、つまり内縁から外縁までの流れ、つまり、中央通路から出る流れである。したがって、中央通路は流体入口に接続される。
【0020】
いずれの実施形態でも、流体通路は、入口端の位置から始まる最初の直線部分と、ディスクを横切って出口端部で終端する曲線部分とを有することが好ましい。好ましくは、直線部分は入口の点で、すなわちディスク縁部と通路の交差点で、接線に対して90度未満の角度をなす。例えば、直線部分は接線に対し5度〜30度の角度であり得る。
【0021】
流体流れは、中央通路の中に入るとき、上記の点で半径に対して角度をなして中央通路に入る。これにより、中央通路壁のや弁プラグの浸食が低減される。
通路はその全長に沿って断面積が一定である必要はない。実際、入口と出口の両端間で断面積が増加したり減少したりすることが望ましい場合がある。通路を通って移動する流体に与えられるエネルギー損失を最大限にするか、圧縮媒体により生じ得る流体体積の増加を許容するために、通路の断面積がその出口端の方向に向かって増大することは特に好ましい。そのような断面積の変化は幅を一定にして通路の深さを変えることにより達成することができるが、深さを一定にして通路の幅を変えることが好ましい。代わりに、通路の幅と深さの両方を変えることにより、断面積を変えてもよい。
【0022】
入口端から連続的に拡大する領域を備えた流れ通路は、入口の浸食を伴う大幅な流れ容量の増大になるだろう。従って、最初の直線部分で通路の容量を一定に保つために一様な断面積を有する最初の直線部分を備えた通路を設計することが有効である。それにより、最初の直線部分はより浸食に対して耐性となる。
【0023】
1つのディスクは、その外縁と内縁の間に1または複数の通路を備え得る。したがって、ディスクの1つの主面を横切って、例えば1つ、2つ、または3つの独立した通路が存在し得る。
【0024】
ディスクは1つの主面のみに形成された流体通路を有し、他方の主面は隣接するディスクの通路を閉鎖するために平面状になっていてもよい。代わりに、ディスクは、隣接するディスクの平面状の主面に各側面で当接することにより閉鎖される、両方の主面に形成された流体通路を有していてもよい。
【0025】
ディスクとその通路を平面図で見ると、通路はディスクを横切って右方向(時計方向)または左方向(反時計方向)のいずれの方向に延びてもよい。ディスクが1つよりも多い通路を有する場合、通路は同じ方向に延びることが好ましい。しかしながら、用途によっては、右回り通路と左回り通路の組み合わせが有利と判明する可能性はある。
【0026】
上述のように、流体流れの望ましい方向は、通路の断面積が増加する方向であろう。従って「右回り」および「左回り」通路とは、本明細書では、それらの通路を通る流体流れの意図した方向のことを指す。
【0027】
好ましい実施形態では、ディスクのスタック中で右回り通路が左回り通路と交互になるように、ディスクが配置される。この配置によると、装置出口における渦生成を低減または排除する流れの分裂が許容される。
【0028】
代わりに、所望の場合、適切な通路の配置により、渦を出口に設計してもよい。例えば、すべての通路が同じ方向に延びるようディスクを配置してもよい。
ディスクは平坦であり得るが、これは必須でなく、円錐形や皿状のディスクのスタックの使用が有利であることが判明することもある。ディスクが皿状であると、処理流体がディスクから排出されるかディスクに進入したときに、処理流体に軸方向ベクトルが付与され、プラグスロットル縁での衝突角がさらに減じられる。
【0029】
あくまで例ではあるが、直径約4.75インチ(約12cm)で内縁から外縁までの径方向の長さが約1.12インチ(約2.84cm)の環状ディスクの場合、通路の直線部分は0.5〜2.0インチ(約1.27〜約5.08cm)であり、通路の曲線部分は0.5〜2.0インチ(約1.27〜約5.08cm)の可変曲率半径で1〜4インチ(約2.54〜約11.2cm)である。
【0030】
ディスクは、流体制御装置を使用するバルブ要求条件、特に流体の性質とその温度、圧力および速度に基づいて、任意の適切な材料より構成することができる。ディスクは好ましくは炭化タングステンかセラミック材料により形成される。
【0031】
通路は任意の都合のよい手段によりディスクを横切って形成することができ、当業者は選択されたディスク材料に応じて適切な手段を容易に選択することができるだろう。ディスクが完全に固められる前に未焼結の状態で炭化タングステンまたはセラミック材料より形成されたディスク中に通路を機械加工することが好ましい。
【0032】
さらに別の態様によれば、本発明は、スタック状に配置された複数個の環状ディスクを備えた流量制御装置であって、各ディスクが外縁と内縁を有し、スタック中の隣接するディスクが外縁から内縁に延びる少なくとも1つの流体通路を提供する対向する当接主面を有し、通路が内縁および外縁のうちの1つの位置から始まる直線部分および/または内縁および外縁のうちの他方の位置から始まる曲線部分を有する、流量制御装置を提供する。
【0033】
好ましくは、通路は1つのディスクの主面に形成され、通路はディスクの厚さに部分的のみ延びる深さを有し、通路は、隣接するディスクの当接主面により、その両端以外の位置で閉鎖される。
【0034】
有利には、通路の入口端に直線部分が設けられ、通路の出口端に曲線部分が設けられる。好ましくは、直線部分の断面積は一定であり、また、曲線部分の断面積は流体の流れる方向に向かって増加する。有利には、直線部分はディスクの縁部において接線に対して90度未満の角度をなして延びる。
【0035】
さらなる態様によれば、本発明は、流量制御装置用の環状ディスクであって、外縁と中央孔を区画形成する内縁とを有し、外縁と内縁の間に延びると共に一端に直線部分および/または他端に曲線部分を有する少なくとも1つの溝を有するディスクのスタックから成る環状ディスクを提供する。
【0036】
流体通路の入口端に直線部分が設けられ、断面積は好ましくは一定であり、および/または任意選択でディスクの縁部において接線に対して90度未満の角度をなして延びる。
【0037】
さらに別の態様によれば、本発明は、スタック状に配置された複数個の環状ディスクを備えた流量制御装置を提供する。各ディスクは外縁と内縁を有し、スタック中の隣接するディスクは外縁から内縁に延びる少なくとも1つの流体通路を提供する対向する当接主面を有し、ディスクは円錐形の形状をしている。
【0038】
円錐形の形状を有するディスクの使用により、通路を通る流体流れには軸方向ベクトルが与えられ、これは特定用途のための利点を有する。
好ましくは、通路は1つのディスクの主面に形成され、ディスクの厚さの一部分にのみ延びる深さを有し、通路は、隣接するディスクの当接主面によりその両端以外の位置で閉鎖される。
【0039】
有利には、通路の入口端に直線部分が設けられ、通路の出口端に曲線部分が設けられる。好ましくは、直線部分の断面積は一定であり、曲線部分の断面積は流体の流れる方向に向かって増加する。有利には、直線部分はディスクの縁部において、接線に対して90度未満の角度をなして延びる。
【0040】
さらなる態様によれば、本発明は、流体制御装置用の環状ディスクであって、ディスクのスタックから成り、外縁と中央孔を区画形成する内縁とを有する円錐形であり、ディスクの一側で主面に流体通路を提供する少なくとも1つの溝を有し、該溝は内縁と外縁の間に延びると共にディスクの厚さよりも小さい深さを有する、環状ディスクを提供する。
【0041】
好ましくは、溝は、流体通路の入口端に設けられた直線部分を有する。直線部分の断面積は一定であり、および/または、任意選択でディスクの縁部において、接線に対して90度未満の角度をなして延びる。
【0042】
さらなる態様によれば、本発明は、スタック状に配置された複数個の環状ディスクを備えた流量制御装置であって、各ディスクに外縁と内縁を有し、スタック中の隣接するディスクは外縁から内縁に延びる少なくとも1つの流体通路を提供する対向する当接主面を有し、スタックは、右回り通路が左回り通路と交互に配置されたディスクを有する、流量制御装置を提供する。
【0043】
右回り通路と左回り通路を交互に使用することにより、通路から現われる流れは分裂され、渦生成を低減または排除し得る。
好ましくは、隣接するディスク間の通路は、1つのディスクの主面に形成され、ディスクの厚さの部分的にのみ延びる深さを有する。また、通路は、隣接するディスクの当接主面によりその両端以外の位置で閉鎖される。
【0044】
有利には、通路の入口端に直線部分が設けられ、通路の出口端に曲線部分が設けられる。好ましくは、直線部分の断面積は一定であり、曲線部分の断面積は流体の流れる方向に向かって増加する。有利には、直線部分はディスクの縁部において接線に対して90度未満の角度をなして延びる。
【0045】
好ましくは、交互ディスクの通路は、内縁で軸方向に整列し、隣接するディスクの通路に対して内縁において角度的にオフセットすなわち位置ずらしされる。
さらなる態様によれば、本発明は、ディスクのスタックから成る流量生後装置用の環状ディスクであって、外縁と中央孔を区画形成する内縁とを有し、ディスクの一側面で主面に流体通路を提供し、かつ外縁と内縁の間を延びる少なくとも1つの溝を有し、溝が入口端に断面積が一定の直線部分と、出口端に流体の流れの方向に向かって断面積が増加する曲線部分とを有する、環状ディスクを提供する。
【0046】
好ましくは、直線部分は、ディスクの縁部において接線に対して90度未満の角度をなして、例えば5〜30度の範囲で延び、ディスクを平面図で見た場合、通路は右回りか左回りの方向に延びる。
【0047】
ここで本発明の実施形態を、図面を参照しながらあくまで例として説明する。
図1は、例えば気体、液体、固体を含む三相スラリであり得る浸食性スラリの排出に使用するのに特に適したバランスバルブアセンブリを示す。
【0048】
アセンブリ10は、入口12および出口13を備えた弁体11を有している。出口13は、スラリ流速を落とすために徐々に増加する体積を提供するようテーパ状になっており、それによりスラリがバルブから離れる時の浸食の影響を低減している。入口12と出口13の間には、環状ディスク15の剛性スタックの各々の中央孔により区画形成された中央チャンバまたは通路14が位置する。
【0049】
ディスク15は入口と出口の間の通路を提供し、往復動可能な弁プラグ16は、図示したような完全開放位置と、完全閉鎖位置との間で連接棒17上に作用する従来の作動手段(図示しない)によって移動可能である。完全閉鎖位置では、プラグは、その下端18が最下位の環状ディスク15’よりも下方に来、それによってバルブを通る流れが閉じられるまで下降される。
【0050】
プラグ16は、プラグの下端18より下でディスクを通る流れの適当な程度を開くために、完全開放位置と完全閉鎖位置の間のいかなる所望の中間位置にも移動できることがわかるだろう。
【0051】
図示したような完全開放位置では、プラグ16は、ボルト20によって弁体10の上面にクランプされた上部ケース19内に設けられたスペース24の中へと上方に移動し、スペース24を縮小する。
【0052】
異なる位置間でプラグ16を移動させるためにアクチュエータが働かせなければならない力を最小限にするために、流体圧力は、チャンバ14とスペース24の間の流体連通のための1対の通路21によりプラグを横切ってバランスを保たれる。アクチュエータは公知の様式でシステム制御信号に応答する。
【0053】
図1のディスク15は、図2〜17を参照しながら以下に説明する1または複数のディスクの種類であり得る。
以下の説明で、「右回り」および「左方向」とは、実際には流体がそれと反対方向に流れるようにすることがある状況では望ましい可能性があることが理解されるものの、ディスクを通る流体の意図した流れ方向のことを指す。
【0054】
図2〜9,16および17のディスクは、平坦なディスクであるが、図10〜15のディスクは、溝または通路が形成された上部表面と、それに対応する円錐形の下部表面とを有する。ディスク中の類似の部分には、以下、類似のユニット数字を付けている。
【0055】
図2,3は、各々がその上部表面12A,12Bに単一の通路11A,11Bを有する1対の環状ディスク10A,10Bを示している。通路は内縁18A,18Bから外縁17A,17Bまで延びる。
【0056】
ディスク10Aの通路11Aの入口14Aは、その通路の出口13Aより幅狭い。また、通路は概ね右回りの方向に延びる。したがって、以下に説明するすべてのディスクについても当てはまるように、通路の深さはその全長にわたって一定であるため、通路の断面積は、出口13Aから内方に延びる直線部分15Aを除き、入口14Aから出口13Aに向かって増加する。示されているように、通路は部分15A以外の位置で曲線をなしている。
【0057】
同様に、ディスク10Bの通路11Bの出口13Bは、入口14Bより幅広い。この例では、通路は概ね左回りの方向に延びる。やはり同様に、通路11Bは、出口13Bから内方に延びる直線部分15Bを有し、通路の残りの部分は曲線をなしている。
【0058】
以上の実施形態で、流体をより広い入口からより狭い出口へと(つまり説明したのと反対方向に)流れさせることが望まれる場合、通路の直線部分は通路の開始位置、つまり入口の位置から始まることが理解されるだろう。
【0059】
本明細書で示すと共に説明した種々の特定の実施形態において、通路の数、流量面積、ディスクの内径や外径、ならびに他の変数に基づいて、通路の他の部分を直線としたり曲線としたりしてもよい。
【0060】
図4,5は、別の環状ディスク20A,20Bの対である、本発明の特に好ましい実施形態を示す。環状ディスク20A,20Bは、各々、上部表面22A,22Bのそれぞれに単一の通路21A,21Bを有する。これらのディスクでは、出口24A,24Bが、入口23A,23Bより幅広い。ディスク20Aは右回り通路を有し、ディスク20Bは左回り通路を有する。各通路は、直線の一定面積部分25A,25Bを備えた入口から始まり、次に、面積が拡大する曲線通路としての出口へと続く。
【0061】
図6,7は、その上部表面32A,32Bに2つの通路31A,31Bを各々が有する、1対のディスク30A,30Bを示す。
各通路31Aの入口34Aはその各出口33Aより幅狭く、いずれの通路も概ね左回りの方向に延びる。各通路31Aは、その出口33Aから延びる最終の直線部分35Aを有し、通路の残りの部分は連続的な曲線部分である。
【0062】
同様に、各通路31Bの出口33Bは、その各入口34Bより幅広いが、この例では、通路が右回りの方向に延びている。同様に、各通路31Bは、その出口33Bから延びる直線部分35Bを有し、その後、通路は、連続的な曲線部分としてその入口に続く。
【0063】
図8,9は、各々がその上部表面42A,42Bに2つの通路41Aまたは41Bをそれぞれ有する、別の環状ディスク40A,40Bの対を示す。これらのディスクでは、出口44A,44Bは通路の入口43A,43Bより幅広い。ディスク40Aは右回りの通路を有し、ディスク40Bは左回りの通路を有する。各通路は、最初の直線部分45A,45Bを有し、これらは連続的な曲線部分としてその出口に続く。
【0064】
図10,11は、一対の円錐形または皿形つまり中くぼみ形の環状ディスク50A,50Bを示す。各ディスク50A,50Bは、下部の円錐形または皿形の表面56A,56Bと、それに対応する皿形の上部表面52A,52Bとをそれぞれ有する。平坦ディスクと同様に、各ディスクはその上部表面に、ディスクの外縁57A,57Bから内縁58A,58Bに延びる単一の通路51A,51Bを有する。いずれのディスクも出口(54B)より幅狭い入口53A,53Bを有している。出口54Aは図10では見えない。ディスク50Aの通路51Aはディスクを右回りに延びているが、ディスク50Bの通路51Bは左回りに延びている。やはり同様に、通路51A,51Bはその入口に最初の直線部分55A,55Bをそれぞれ有し、次に、曲がった通路として出口まで続く。
【0065】
図12,13は別の円錐形ディスク60A,60Bの対を示す。各ディスク60A,60Bは、その皿形の上部表面62A,62Bに、2つの通路61A,61Bをそれぞれ有している。各通路は出口64A,64B(図では1つの出口のみが見える)より幅狭い入口63A,63Bを有し、各通路がやはり同様にその入口から始まる最初の直線部分65A,65Bを有する。通路61Aは、概ね右回りに延び、通路61Bは左回りに延びる。
【0066】
図14,15は別の円錐形ディスク70A,70Bの対を示す。各ディスク70A,70Bは、その上面72A,72Bに3つの通路71Aまたは71Bを有している。通路は、その入口73A,Bで、その出口74A,74B(すべての出口が見えているわけではない)より幅狭い。前述と同様、各通路は最初の直線部分75A,75Bを有し、ディスク70Aの通路は右回り延びているが、ディスク70Bの通路は左回りに延びている。
【0067】
図16,17は別の環状ディスク80A,80Bの対を示し、各ディスク80A,80Bは平坦ディスクである。各ディスクはその上部表面82A,82Bに3つの通路81Aまたは81Bを有している。ディスク80Aの通路は、その入口83Aからその出口84Aまで右回りの方向に延び、ディスク80Bの通路は、その入口83Bからその出口84Bまで左回りの方向に延びる。入口83A,83Bは出口84A,84Bより幅狭い。前述と同様に、各通路はその入口から延びる最初の直線部分85A,85Bを有し、次に、曲線状の通路としてその出口まで続いている。
【0068】
図18では、平坦な環状ディスク91のスタック90における断面図を示す。各ディスクは、例えば、その上部の主面92に2つの流体通路溝を有し、溝が上方のディスクの下部主面93によって上から閉鎖されている、図6〜9に示し図6〜9を参照しながら説明した種類のディスクのうちのいずれであってもよい。
【0069】
溝は互いに180度で中央孔に開口し、隣接するディスク91は、隣接ディスク91の出口94が互いにオフセットし、かつ交互のディスク91の出口94が軸方向に整列しするように、互いに対して90度で回転している。この断面図では、通路の出口94だけが見られ、各出口94は積み重ねられたディスクによって区画形成された中央通路95に通ずる。
【0070】
上部の平坦な環状ディスク96は、中央通路の上端部を閉鎖し、流れは矢印で示される通りであり、各ディスク91の外縁から中央通路95の中に入り、中央通路95から出て下方へと移動する。
【0071】
スタック90の各ディスク91は、図2〜5および図16,17に示されたいずれの種類であってもよく、隣接ディスクの流体通路が内縁で角度的にオフセットし、交互ディスクの流体通路が内縁で軸方向に整列するように、隣接するディスクは適切に回転されることが理解される。所要流量特性を提供するためにディスクの他の配置を使用してもよい。
【0072】
図19は皿状の環状ディスク101のスタック100における同様の断面図を示す。各環状ディスク101は、例えば、その上部の主面102に2つの流体通路溝を有し、上方のディスクの下部主面103により上から閉鎖されている、図12,13に例証し図12,13を参照しながら説明したどのタイプのディスクであってもよい。
【0073】
溝は互いに180度で中央孔に開口し、隣接するディスク101は、隣接ディスクの出口104が互いにオフセットし、交互ディスク101の出口104が軸方向に整列するように、互いに90度回転されている。やはり同様に、この断面図では各通路の出口104だけが見られ、各出口104は積み重ねられたディスクによって区画形成された中央通路105に通じる。
【0074】
上部に溝がない皿状の環状ディスク96は、中央通路の上端部を閉鎖し、繰り返すが、流れは、矢印により示す通りに、各ディスク101の外縁から、中央通路105に入り、通路105から外に出て下方に移動する。
【0075】
スタック100の各ディスク101が、隣接するディスクの流体通路が内縁で角度的にオフセットし、交互ディスクの流体通路が内縁で軸方向に整列するように、隣接したディスクが適切に回転される、図10,11および図14,15に示したタイプのいずれであってもよいことが理解されるだろう。所要流量特性を提供するためにディスクの他の配置を使用してもよい。
【0076】
図18,19があくまで一般的な流れの説明を目的としたものにすぎず、実際には、例えば図1で示されたようなプラグと出口の配置が装置の操作のために必要になることが認識される。
【0077】
本発明の流量制御装置を、種々の流量の要求条件に適合させるべく種々のディスク構成を備えるようにアレンジすることができ、そのディスク構成の各々を装置の構成要素の摩耗消滅を低減するように構成できることがさらに認識される。
【0078】
本明細書で説明した例証的実施形態が、本発明の種々の範囲および用途を例証することを目的としており、そのような実施形態の特徴を、別個にまたは同じか異なる実施形態の他の特徴と組み合わせて、任意の所望の流量制御装置を製造するために使用し得ることがさらに認識される。
【0079】
さらに、説明および図示したディスクの特定の形状および/または構成は、本願出願人が現在知っている最良の手段を示すものと考えられるが、本発明はそれに制限されるわけではなく、特許請求の範囲の精神および範囲内で様々な改変および改良を行うことができることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の流量制御装置を使用しているバルブの縦断面図である。
【図2】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図3】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図4】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図5】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図6】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図7】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図8】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図9】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図10】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図11】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図12】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図13】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図14】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図15】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図16】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図17】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図18】本発明の平坦ディスクのスタックの縦断面図である。
【図19】本発明の皿形または円錐形ディスクのスタックの図18と同様な縦断面図である。
Claims (30)
- 流体の流量制御装置であって、
環状ディスクのスタックと、環状ディスクの中央孔は該スタックの長手方向に延びる中央通路を形成することと、
装置を通る流体の流量を制御するための、中央通路内を往復移動可能な制御部材とを組み込んでおり、
隣接ディスクはディスクの内縁と外縁の間を延びる少なくとも1つの流体通路を区画形成する当接主面を有し、前記通路は前記内縁および外縁の一方の位置から始まるその全長の少なくとも一部分で曲がっているか、または前記通路は前記内縁および外縁の他方の位置から始まるその全長の少なくとも一部分で直線状であるかの少なくともいずれか一方である、流量制御装置。 - 隣接ディスク間の流体通路を通る流れが、ディスクの外縁から内縁までである、請求項1に記載の流量制御装置。
- 隣接ディスク間の流体通路を通る流れが、ディスクの内縁から外縁までである、請求項1に記載の流量制御装置。
- 隣接ディスク間の流体通路が、一端、好ましくは入口端の位置から始まる直線部分と、他端、好ましくは出口端の位置から始まる曲線部分とを有する、請求項2または請求項3に記載の流量制御装置。
- 前記直線部分が入口点で接線に対して90度未満の角度をなし、例えば接線に対し5度〜30度の角度をなし得る、請求項4に記載の流量制御装置。
- 隣接ディスク間の通路の断面積が、その入口と出口の間で増加または減少する、請求項4または請求項5に記載の流量制御装置。
- 通路の断面積が出口へ向かう方向に増加し、断面積の変化が例えば、通路の幅を一定にして深さを変えることにより、通路の深さを一定にして幅を変えることにより、または通路の幅と深さの両方を変えることにより、達成され得る、請求項6に記載の流量制御装置。
- 隣接ディスク間の通路の直線部分が一様の横断面積を有し、通路の曲線部分が可変断面積を有する、請求項6または請求項7に記載の流量制御装置。
- 複数の個別の流体通路が、少なくとも1対の隣接ディスクの外縁と内縁の間に設けられる、請求項1〜8のいずれかに記載の流量制御装置。
- 平面図で見たときに、隣接ディスク間の通路が右回りの方向か左回りの方向のいずれかに延びる、請求項1〜9のいずれかに記載の流量制御装置。
- 右回りの通路がディスクのスタック中で左回りの通路と交互になるようにディスクが配置される、請求項10に記載の流量制御装置。
- ディスクが平坦である、請求項1〜11のいずれかに記載の流量制御装置。
- ディスクが円錐形または皿形である、請求項1〜11のいずれかに記載の流量制御装置。
- ディスクが炭化タングステンかセラミック材料より形成される、請求項1〜13のいずれかに記載の流量制御装置。
- 前記制御部材が、アクチュエータの制御下で完全閉鎖位置から部分的開放位置の範囲を介して完全開放位置まで、ならびにその逆に、中央通路内を往復可能なプラグである、請求項1〜14のいずれかに記載の流量制御装置。
- 添付図面の図2〜17に示したいずれかのディスクを組み込んだ、添付図面の図1を参照しながら説明したのと実質的に同じ流量制御装置。
- 流体制御装置へ組み込むための環状ディスクであって、該装置は、内縁と外縁を有し、かつその主面の1つに形成された少なくとも1つの溝通路を有する環状ディスクのスタックを備え、該通路は、その全長の少なくとも一部が曲がっており、通路の該曲線部分は前記内縁と外縁のうちの一方の位置から始まるか、または、該通路は、その全長の少なくとも一部が直線状であり、通路の該直線部分は前記内縁と外縁のうちの他方の位置から始まるかの少なくともいずれか一方である、ディスク。
- ディスクの外縁から内縁に延びる通路は、ディスクの外縁の位置から始まる直線部分を有している、請求項17に記載のディスク。
- ディスクの外縁から内縁に延びる通路は、ディスクの内縁の位置から始まる直線部分を有している、請求項17に記載のディスク。
- 通路の直線部分は、通路との交差点において縁部において接線に対して90度未満、好ましくは5度〜30度の角度をなしている、請求項18または19に記載のディスク。
- 通路の断面積はその長さに沿って増加または減少する、請求項17〜20のいずれかに記載のディスク。
- 前記断面積の増加または減少が、通路の深さを一定にしたまま通路の幅を変えることにより達成される、請求項21に記載のディスク。
- その主面の1つを横切って、1、2または3つの独立した通路が設けられる、請求項17〜22のいずれかに記載のディスク。
- ディスクを平面図で見たときに、通路がディスクを横切って概ね右回りの方向に延びる、請求項17〜23のいずれかに記載のディスク。
- ディスクを平面図で見たときに、通路がディスクを横切った概ね左回りの方向に延びる、請求項17〜23のいずれかに記載のディスク。
- 円錐形か皿形である、請求項17〜25のいずれかに記載のディスク。
- 炭化タングステンまたはセラミック材料から形成されている、請求項17〜26のいずれかに記載のディスク。
- 添付図面の図2〜19を参照しながら説明したのと実質的に同じ、流体制御装置へ組み込むための環状のディスク。
- 複数の請求項17〜28のいずれかに記載のディスクから成る、環状ディスクのスタック。
- 概ね右回りの方向に延びる1または複数の通路が、概ね左回りの方向に延びる1または複数の通路と交互になっている、請求項29に記載のスタック。
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