JP2006085715A - 流体の圧力および温度を制御するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 流体の温度および圧力を制御するための改善されたシステムおよび方法を提供すること。流体の温度を迅速にかつ正確に変化させる流体ルート決定システムを提供すること。
【解決手段】 １つの局面において、本発明は、各々出口ノードに接続された第１の経路および第２の経路を備える二重経路流体ルート決定システムにおいて、流体の圧力および温度を制御するための方法を提供し、この方法は、第１の経路および第２の経路に、供給源の流体を提供する工程；供給源の流体を第１の経路の圧力に調節する工程；供給源の流体を第２の経路の圧力に調節する工程；流れ制限デバイスを用いて、第２の経路を通る供給源の流体のマスフローを制限する工程；第１の経路の流体の温度を変化させる工程；ならびに、第１の経路の流体および第２の経路の流体を混合して、予め決定された圧力および温度を有する混合された流体を、出口ノードに提供する工程、を包含する。
【選択図】 なし

Description

（発明の背景）
本発明は、流体の温度および圧力を制御するためのシステムおよび方法に関する。

流体（例えば、気体、液体およびこれらの混合物）は、多くの異なる適用において使用されている。例えば、流体は、化学プロセスシステム、産業プロセスシステム、および発電システムにおいて使用されている。このようなシステムが機能するために、そのシステムは、その流体が所定の温度および圧力を有することを要し得る。例えば、圧縮ガスを利用して、タービン発電機を駆動する発電システムは、ガスがタービン発電機の運転効率を最大にする所定の温度および圧力を有することを要し得る。

いくつかの自動化技術および非自動化技術が、このようなシステムにおいて使用されている流体の温度および圧力を制御するために使用されてきた。しかし、これらの技術は、いくつかの欠点を有する。例えば、非自動化技術は、その流体を利用しているシステムの確率的性質が原因で、流体の温度および圧力を維持することができない。すなわち、非自動化技術は、その流体の温度および圧力に影響を及ぼす、寄生的（ｐａｒａｓｉｔｉｃ）熱キャパシタンス、圧力の振れ、ならびにマスフロー（ｍａｓｓ ｆｌｏｗ）および圧力要求（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｅｍａｎｄ）のような要因を考慮することができない。さらに、たとえ圧力および温度を制御するための自動化システムが使用されているとしても、それらの性能および実用性は、しばしば、以下の要因のうちの１つ以上によって制限される：
（１）遅い動的応答（ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）；
（２）制限された動作範囲および精度；
（３）最大動作圧力の制限；
（４）度を超えた大きさ；および
（５）過大な費用。
さらに、温度および圧力における変化を補償しようとする試みにより、その所望の温度および圧力を得るにあたってオーバーシュートまたはアンダーシュートを生じる。なぜなら、そのシステムは、雑な調節をするにすぎないからであり得る。

その温度および圧力を制御する技術が自動化されていようと、自動化されていまいと、このような技術は、代表的には、温度および圧力の制御を実行するために、圧力レギュレーター、流動制御バルブ、またはこれらの組み合わせを利用する。電子制御システムは、温度および圧力の制御技術に従って、圧力レギュレーターおよび／または流動制御バルブを作動することが必要であり得る。このような制御システムは、レギュレーター（例えば、ドームロード圧力レギュレーター（ｄｏｍｅ ｌｏａｄｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｇｕｌａｔｏｒ））の設定値圧力を設定することによって、そのレギュレーターの作動を制御するように特別に設計されたデバイスを備え得る。その設定値圧力は、そのレギュレーターの内部機構によって引き起こされる所定の圧力低下を引いて、そのレギュレーターの圧力出力を設定する。これらのデバイスは、代表的には、電気シグナルを適切に率に応じて定められた（ｓｃａｌｅｄ）圧力に変換し、サーボレギュレーター、電流から空気圧（Ｉ／Ｐ）への変換器（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）もしくは変換器（ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）または電圧から空気圧（Ｅ／Ｐ）への（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）もしくは変換器（ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）のようなデバイスを備える。従って、この適切に率に応じて定められた圧力は、圧力レギュレーターの設定値圧力を設定するために使用され得る。

しかし、その設定値圧力を制御するためのこれらの従来の電子圧力制御デバイスは、制限されている。例えば、特定の従来の制御デバイスは、１５０ＰＳＩまでの最大出力圧力を提供するように制限されており、作動の間に大気への一定の抽気を要し得る。１５０ＰＳＩの最大出力圧力は、その設定値圧力が１５０ＰＳＩを上回る圧力に設定されないので、制限的である。大気圧への一定の抽気は、望ましくない。なぜなら、このような流体の供給源は、一定の補充を必要とし得るからである。このことは高価であり得るか、または運転効率を低下させ得る。他の制御デバイスは、１０００ＰＳＩに近い圧力で作動可能であり得るが、特に制御システムが電力を失うと、危険な作動状態になりやすい。従来の圧力制御デバイスの別の欠点は、多くの余分なまたは不要な電子的構成部品または機械的構成部品（例えば、デジタル−アナログ変換器、空気式機器（ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ）など）が、従来の圧力制御システムが機能できるようにするために必要とする点である。これは、費用を付加し、信頼性を減少させる。

前述に鑑みて、本発明の目的は、流体の温度および圧力を制御するための改善されたシステムおよび方法を提供することである。

本発明の目的はまた、流体の温度を迅速にかつ正確に変化させる流体ルート決定システム（ｆｌｕｉｄ ｒｏｕｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）を提供することである。

本発明のさらなる目的は、圧力レギュレーターに付与されている設定値圧力を正確に制御するための改善されたシステムおよび方法を提供することである。

本発明のなおさらなる目的は、フェイルセーフ作動を提供し得ると同時に、不要な漏出を制限する改善された圧力制御デバイスを提供することである。

（発明の要旨）
上記目的を達成するために、本発明は、例えば、以下を提供する。
項目１．二重経路流体ルート決定システムにおいて、流体の圧力および温度を制御するための方法であって、この二重経路流体ルート決定システムは、各々出口ノードに接続された第１の経路および第２の経路を備え、この方法は、以下：
この第１の経路およびこの第２の経路に、供給源の流体を提供する工程；
この供給源の流体を第１の経路の圧力に調節する工程；
この供給源の流体を第２の経路の圧力に調節する工程；
流れ制限デバイスを用いて、この第２の経路を通るこの供給源の流体のマスフローを制限する工程；
この第１の経路の流体の温度を変化させる工程；ならびに
この第１の経路の流体およびこの第２の経路の流体を混合して、予め決定された圧力および温度を有する混合された流体を、この出口ノードに提供する工程
を包含する、方法。
項目２．上記第１の経路および上記第２の経路を通る、上記供給源の流体のマスフローを制御する工程をさらに包含する、項目１に記載の方法。
項目３．上記第１の経路の圧力が、上記第２の経路の圧力と無関係に調節される、項目１に記載の方法。
項目４．上記第１の経路の圧力が、この第１の経路を通って流れる流体の第１の経路のマスフロー速度を設定し、そして、上記第２の経路の圧力が、この第２の経路を通って流れる流体の第２の経路のマスフロー速度を設定する、項目１に記載の方法。
項目５．上記第２の経路のマスフロー速度を、上記第１の経路のマスフロー速度と比較して増加させ、上記混合された流体の温度を低下させる工程をさらに包含する、項目４に記載の方法。
項目６．上記第２の経路のマスフロー速度を、上記第１の経路のマスフロー速度と比較して減少させ、上記混合された流体の温度を上昇させる工程をさらに包含する、項目４に記載の方法。
項目７．上記第１の経路の圧力および上記第２の経路の圧力を調節して、上記予め決定された温度および圧力を維持する工程をさらに包含する、項目１に記載の方法。
項目８．上記第１の経路の圧力を、実質的に一定の圧力に維持する工程；および
上記第２の経路の圧力を調節して、上記混合された流体の温度を変化させる工程
をさらに包含する、項目１に記載の方法。
項目９．上記維持する工程が、上記第１の経路を通る上記供給源の流体のマスフローを調節して、上記第２の経路の圧力の変化を補償し、かつ上記実質的に一定の圧力を維持する工程を包含する、項目８に記載の方法。
項目１０．上記第２の経路の圧力を増加させて、この第２の経路を通るマスフローを増加させる工程をさらに包含する、項目１に記載の方法。
項目１１．上記第２の経路の圧力を減少させて、この第２の経路を通るマスフローを減少させる工程をさらに包含する、項目１に記載の方法。
項目１２．上記第１の経路の流体が、加熱された流体であり、そして上記第２の経路の流体が冷却された流体である、項目１に記載の方法。
項目１３．上記第２の経路の圧力を減少して、上記混合された流体の温度を上昇させる工程；および
上記予め決定された圧力を維持するのに必要な程度まで上記第１の経路の流体のマスフローを増加させる工程
をさらに包含する、項目１２に記載の方法。
項目１４．上記第２の経路の圧力を上昇させて、上記混合された流体の温度を低下させる工程；および
上記予め決定された圧力を維持するのに必要な程度まで上記第１の経路の流体のマスフローを減少させる工程
をさらに包含する、項目１２に記載の方法。
項目１５．上記混合された流体を、流体利用システムに提供する工程をさらに包含する、項目１に記載の方法。
項目１６．上記流体利用システムに供給される上記混合された流体の温度および圧力をモニタリングする工程をさらに包含する、項目１５に記載の方法。
項目１７．上記流体利用システムが、タービンを備える、項目１５に記載の方法。
項目１８．上記流体利用システムが、タービン発電機を備える、項目１５に記載の方法。
項目１９．上記変化させる工程が、上記流体の温度を加熱する工程を包含する、項目１に記載の方法。
項目２０．上記変化させる工程が、上記流体の温度を冷却する工程を包含する、項目１に記載の方法。
項目２１．上記供給源の流体が気体である、項目１に記載の方法。
項目２２．上記供給源の流体が液体である、項目１に記載の方法。
項目２３．二重経路流体ルート決定システムの流体の圧力および温度を制御するための方法であって、この二重経路流体ルート決定システムは、各々出口ノードに接続された第１の経路および第２の経路を備え、この方法は、以下：
供給源の流体を提供する工程；
この供給源の流体の圧力を調節して、調節された流体を提供する工程；
この第１の経路およびこの第２の経路に、この調節された流体を提供する工程；
この第１の経路およびこの第２の経路を通って流れるこの調節された流体のマスフロー速度を制御する工程であって、この第１の経路のマスフロー速度は、この第２の経路のマスフロー速度と反比例する、工程；
この第１の経路を通って流れるこの流体の温度を変化させる工程；ならびに
この第１の経路の流体およびこの第２の経路の流体を混合し、この出力ノードに、予め決定された圧力および温度を有する混合された流体を提供する工程
を包含する、方法。
項目２４．上記第１の経路を通る上記流体の上記マスフローを、流れ制限デバイスを用いて制限する工程をさらに包含する、項目２３に記載の方法。
項目２５．上記第２の経路のマスフロー速度を増加させて、上記混合された流体の温度を低下させる工程をさらに包含する、項目２３に記載の方法。
項目２６．上記第２の経路のマスフロー速度を減少させて、上記混合された流体の温度を上昇させる工程をさらに包含する、項目２３に記載の方法。
項目２７．上記混合された流体の温度および圧力をモニタリングする工程をさらに包含する、項目２３に記載の方法。
項目２８．上記調節する工程が、上記予め決定された圧力を維持するように、レギュレーターの圧力設定点を調整する工程を包含する、項目２３に記載の方法。
項目２９．上記調節する工程が、上記予め決定された圧力を維持するように、レギュレーターを通るマスフローを調整する工程を包含する、項目２３に記載の方法。
項目３０．上記制御する工程が、上記予め決定された温度を維持するように、上記第１の経路のマスフロー速度および上記第２の経路のマスフロー速度を調整する工程を包含する、項目２３に記載の方法。
項目３１．上記制御する工程が、上記第２の経路の流れ制御バルブを調整する工程を包含する、項目２３に記載の方法。
項目３２．上記変化させる工程が、上記調節された流体の温度を加熱する工程を包含する、項目２３に記載の方法。
項目３３．上記変化させる工程が、上記流体の温度を冷却させる工程を包含する、項目２３に記載の方法。
項目３４．上記流体供給源が、圧縮された気体である、項目２３に記載の方法。
項目３５．二重経路流体ルート決定システムであって、以下：
流体供給源および出力ノードと流体連絡する第１の経路であって、この第１の経路は、以下：
この流体供給源に接続された第１のレギュレーター；および
この第１のレギュレーターおよびこの出力ノードに接続された熱交換器であって、この熱交換器は、この第１の経路を通って流れる流体の温度を変化させるように作動する、熱交換器；
を備える、第１の経路；
この流体供給源およびこの出力ノードと流体連絡する第２の経路であって、この第２の経路は、以下：
この流体供給源に接続された第２のレギュレーター；および
この第２のレギュレーターおよびこの出力ノードに接続された流れ制限デバイスであって、このデバイスは、この第２の経路を通るマスフローを制限するように作動する、デバイス；
を備える、第２の経路；ならびに
この第１のレギュレーターおよびこの第２のレギュレーターを制御して、この出力ノードに予め決定された圧力および温度の流体を提供するように作動する、制御回路
を備える、システム。
項目３６．上記流れ制限デバイスがオリフィスである、項目３５に記載のシステム。
項目３７．上記流れ制限デバイスがスクリーンまたはバルブである、項目３５に記載のシステム。
項目３８．上記熱交換器が無排気ヒーターである、項目３５に記載のシステム。
項目３９．上記熱交換器が蓄熱ユニットである、項目３５に記載のシステム。
項目４０．上記第１のレギュレーターが、上記第１の経路を通る流体のマスフローを制御するように作動する、項目３５に記載のシステム。
項目４１．上記第２のレギュレーターが、前期第２の経路を通る流体のマスフローを制御するように作動する、項目３５に記載のシステム。
項目４２．上記第１のレギュレーターおよび上記第２のレギュレーターが、上記第１の経路および上記第２の経路を通る上記流体のマスフローを制御するように作動する、項目３５に記載のシステム。
項目４３．上記第１のレギュレーターが、上記第２のレギュレーターと無関係に、上記第１の経路における上記流体の圧力を制御する、項目３５に記載のシステム。
項目４４．上記第２のレギュレーターが、上記第１のレギュレーターと無関係に、上記第２の経路における上記流体の圧力を制御する、項目３５に記載のシステム。
項目４５．上記第２のレギュレーターが、その圧力出力を上記第１のレギュレーターの圧力出力と比較して増加させて、上記出口流体の温度を低下させる、項目３５に記載のシステム。
項目４６．上記第１のレギュレーターが、その圧力出力を上記第２のレギュレーターの圧力出力と比較して増加させて、上記出口流体の温度を低下させる、項目３５に記載のシステム。
項目４７．上記第１のレギュレーターが、第１の経路の圧力を維持し、そして、上記第２のレギュレーターが、第２の経路の圧力を調整して、上記出口ノードに提供される上記流体の温度を変化させる、項目３５に記載のシステム。
項目４８．上記第１のレギュレーターが、上記第２の経路の圧力における変化を補償しつつ、上記第１の経路を通って流れる流体のマスフローを自動的に調整して、この第１の経路の圧力を維持する、項目４７に記載のシステム。
項目４９．上記熱交換器が、上記第１の経路を通って流れる流体を加熱する、項目３５に記載のシステム。
項目５０．上記制御回路が、上記第２のレギュレーターの設定点圧力を増加させて、上記出口ノードに提供される上記流体の温度を低下させるように作動する、項目４９に記載のシステム。
項目５１．上記制御回路が、上記第２のレギュレーターの設定点圧力を減少させて、上記出口ノードに提供される上記流体の温度を上昇させるように作動する、項目４９に記載のシステム。
項目５２．上記制御回路が、この回路に提供される上記流体の温度および圧力のデータをモニタリングするように作動する、項目３５に記載のシステム。
項目５３．上記制御回路が、上記第１のレギュレーターおよび上記第２のレギュレーターの圧力設定点を制御するように作動する、項目３５に記載のシステム。
項目５４．バックアップシステムであって、以下：
項目３５に記載の二重経路流体ルート決定システム；および
この二重経路流体ルート決定システムから、予め決定された圧力および温度の流体を受容するように接続された流体利用システム
を備える、システム。
項目５５．上記流体利用システムがタービンである、項目５４に記載のバックアップシステム。
項目５６．上記流体利用システムがタービン発電機である、項目５４に記載のバックアップシステム。
項目５７．流体の温度および圧力を制御するための二重経路流体ルート決定システムであって、このシステムは、以下：
入口ポート；
出口ポート；
この出口ポートに、第１の予め決定された温度および圧力を有する主要経路流体を提供する主要経路であって、この主要経路は、この入口ポートにおいて流体を受容するように接続されている、主要経路；ならびに
この出口ポートに、第２の予め決定された温度および圧力を有するバイパス経路流体を提供するバイパス経路であって、このバイパス経路は、この入口ポートにおいて流体を受容するように接続されている、バイパス経路、
を備え、この出口ポートは、この主要経路の流体およびこのバイパス経路の流体を混合して、第３の予め決定された温度および圧力を有する混合された流体を提供し、そして、この主要経路およびこのバイパス経路の少なくとも一方が、この混合された流体の温度制御を増強する、流れ制限デバイスを備える、システム。
項目５８．上記主要経路が、上記バイパス経路と無関係に、この主要経路の流体を制御する、項目５７に記載のシステム。
項目５９．上記バイパス経路が、上記主要経路と無関係に、このバイパス経路の流体を制御する、項目５７に記載のシステム。
項目６０．上記主要経路が、以下：
上記入口ポートに接続された第１のレギュレーター；および
この第１のレギュレーターおよび上記出口ポートに接続された熱交換器であって、この熱交換器は、この主要経路の流体の温度を変化させるように作動する、熱交換器；
を備え、そして上記バイパス経路が、以下：
この入口ポートに接続された第２のレギュレーター；および
この第２のレギュレーターおよびこの出口ポートに接続された上記流れ制限デバイス
を備える、項目５７に記載のシステム。
項目６１．上記主要経路が、以下：
上記入口ポートに接続された第１のレギュレーター；
この第１のレギュレーターに接続された熱交換器であって、この熱交換器は、上記主要経路の流体の温度を変化させるように作動する、熱交換器；および
この熱交換器および上記出口ポートに接続された上記流れ制限デバイス；
を備え、そして上記バイパス経路が、以下：
この入口ポートおよびこの出口ポートに接続された第２のレギュレーター
を備える、項目５７に記載のシステム。
項目６２．上記主要経路が、以下：
上記入口ポートに接続された第１のレギュレーター；
この第１のレギュレーターおよび上記熱交換器に接続された上記流れ制限デバイス；および
この流れ制限デバイスおよび上記出口ポートに接続された熱交換器であって、この熱交換器は、この主要経路の流体の温度を変化させるように作動する、熱交換器；
を備え、そして上記バイパス経路が、以下：
この入口ポートおよびこの出口ポートに接続された第２のレギュレーター
を備える、項目５７に記載のシステム。
項目６３．上記主要経路が、以下：
上記入口ポートに接続された第１のレギュレーターであって、ここで上記流れ制限デバイスが、この第１のレギュレーターおよび上記熱交換器に接続された第１の流れ制限デバイスである、第１のレギュレーター；ならびに
上記流れ制限デバイスおよび上記出口ポートに接続された熱交換器であって、上記主要経路の流体の温度を変化させるように作動する熱交換器
を備え、そして上記バイパス経路が、以下：
この入口ポートに接続された第２のレギュレーター；および
この第２のレギュレーターおよびこの出口ポートに接続された第２の流れ制限デバイス
を備える、項目５７に記載のシステム。
項目６４．上記主要経路が、以下：
上記入口ポートに接続されたレギュレーター；
このレギュレーターに接続された上記流れ制限デバイス；および
この流れ制限デバイスおよび上記出口ポートに接続された熱交換器
を備え、そして上記バイパス経路が、以下：
この出口ポート、およびこのレギュレーターとこの流れ制限デバイスとの間のノードに接続された流れ制御バルブであって、この流れ制御バルブは、上記混合された流体を提供するように作動する、項目５７に記載のシステム。
項目６５．上記主要経路の流体および上記バイパス経路の流体の圧力およびマスフローを制御するように作動する制御回路をさらに備える、項目５７に記載のシステム。
項目６６．上記バイパス経路が、上記主要経路の流体およびこのバイパス経路の流体のマスフローを制御する、項目５７に記載のシステム。
項目６７．上記流れ制限デバイスが、オリフィス、バルブ、スクリーンまたはこれらの任意の組合せである、項目５７に記載のシステム。
項目６８．熱貯蔵システムおよび圧縮気体貯蔵システムであって、以下：
流体供給源；
この流体供給源に接続された、項目５８に記載の二重経路流体ルート決定システム；および
この流体ルート決定システムに接続されたタービン発電機であって、このタービン発電機は、このタービン発電機のタービン部分が、上記混合された流体により駆動される場合に、電力を生成するように作動する、タービン発電機
を備える、システム。
項目６９．上記流体供給源が、加圧管、キャバーン、岩塩ドーム、およびガス容器からなる群より選択される、項目６８に記載のシステム。
項目７０．流体の温度および圧力を制御するための二重経路流体ルート決定システムであって、このシステムは、以下：
第１の流体供給源；
第２の流体供給源；
出口ポート；
この第１の流体供給源およびこの出口ポートに接続された第１のレギュレーター；ならびに
この第２の流体供給源および流れ制限デバイスに接続された第２のレギュレーターであって、この流れ制限デバイスは、この出口ポートに接続されている、第２のレギュレーター
を備え、この第１のレギュレーターおよびこの第２のレギュレーターは、それぞれ、この第１の流体供給源およびこの第２の流体供給源から受容した流体のマスフローおよび圧力を調節して、この出口ポートに、予め決定された温度および圧力を有する混合された流体を提供する、
システム。
項目７１．上記第１の流体供給源が、第１の予め決定された温度を有する流体を提供する、項目７０に記載のシステム。
項目７２．上記第２のレギュレーターが、第２の予め決定された温度を有する流体を提供する、項目７０に記載のシステム。
項目７３．貯蔵された圧縮流体を使用して電力を発生する電気発生システムであって、このシステムは、以下：
圧縮流体の供給源；
この供給源に接続され、タービンの入口流体の温度および圧力を制御するように作動する二重経路流体ルート決定システムであって、この経路決定システムは、このタービンの入口流体の圧力制御および温度制御を増強するために、流れ制限デバイスを備える、二重経路流体ルート決定システム；ならびに
このタービンの入口流体を受容するように接続されたタービン発電機であって、このタービン発電機のタービン部分が、このタービンの入口流体により駆動される場合、電力を発生するように作動する、タービン発電機
を備える、システム。
項目７４．流体の温度および圧力を制御するための二重経路流体ルート決定システムであって、このシステムは、以下：
流体の少なくとも１つの供給源；
この流体の少なくとも１つの供給源から流体を受容するように接続され、出口ノードに主要経路の流体を提供するように作動する、主要経路のマスフロー制御手段；
この流体の少なくとも１つの供給源から流体を受容するように接続され、この出口ノードにバイパス経路の流体を提供するように作動する、バイパス経路のマスフロー制御手段；
この出口ノードにおいて、予め決定された温度および圧力を有する混合された流体を提供するための、このマスフロー、およびバイパス経路のマスフロー制御手段を制御するための制御手段；ならびに
この混合された流体の温度制御および圧力制御を増強するための制限手段
を備える、システム。
項目７５．上記流体の少なくとも１つの供給源から受容される流体の温度を変更するための上記熱交換手段をさらに備える、項目７４に記載のシステム。
項目７６．上記混合された流体が、主要経路の流体と上記バイパス経路の流体との混合物である、項目７４に記載のシステム。
項目７７．上記主要経路のマスフロー制御手段が圧力レギュレーターを備え、上記バイパス経路のマスフロー制御手段が圧力レギュレーターを備える、項目７４に記載のシステム。
項目７８．上記主要経路のマスフロー制御手段が圧力レギュレーターを備え、上記バイパス経路のマスフロー制御手段が流れ制御バルブを備える、項目７４に記載のシステム。
項目７９．上記制限手段が、上記主要経路のマスフロー制御手段の下流に接続される、項目７４に記載のシステム。
項目８０．上記制限手段が、上記バイパス経路のマスフロー制御手段の下流に接続される、項目７４に記載のシステム。
項目８１．上記制限手段が、オリフィス、スクリーンおよびバルブからなる群より選択される、項目７４に記載のシステム。

本発明のこれらおよび他の目的は、二重経路（ｄｕａｌ−ｐａｔｈ）流体ルート決定システムおよび圧力設定値制御システムを提供することによって、本発明の原理に従って達成される。本発明に従う二重経路流体ルート決定システムは、２つの別個の経路を通して流体をルート決定することによって、流体の温度および圧力を正確に制御する。その経路のうちの一方は、両方の経路の流体を合わせて、望ましい流体の温度および圧力を得る前に、そこを流れている流体の温度を実質的に変化させる。その流体ルート決定システムは、そのマスフローを各経路を通して制御して、異なる温度の流体を選択的に一緒に混合し、所定の温度を得ると同時に、所定の圧力を維持する。

その流体ルート決定システムは、その経路のうちの一方を通って流れる流体を加熱または冷却する熱交換器を備え得る。例えば、蓄積空気エネルギーシステムにおいて、熱交換器（例えば、蓄熱ユニット（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔｏｒａｇｅ ｕｎｉｔ））は、流体を加熱するために使用され得る。提示の明瞭さおよび簡潔さのために、一方の経路は、加熱された流体を提供し得、他方の経路は、冷却流体を提供し得る。他の実施形態において、その流体ルート決定システムは、熱交換器を使用しなくてもよいが、２つの別個の供給源からの流体を受容し得る。ここで一方の供給源は、他方の供給源とは実質的に異なる温度の流体を提供する。例えば、一方の供給源は、比較的高い温度の流体を提供し得、他方の供給源は、周囲温度の流体を提供し得る。

所望の温度は、その２つの経路を通る流体のマスフローを制御することによって生じる。マスフローを制御することによって、一緒に混合される加熱流体：冷却流体の比は、制御され得る。例えば、その合わされた流体の温度は、流体を加熱しない経路（バイパス経路）に対してその流体を加熱する経路（主要経路）を通る流体のマスフローを増大させることによって上昇され得る。その合わされた流体の温度は、そのバイパス経路を通るマスフローに対して、主要経路を通るマスフローを減少させることによって、低下され得る。

本発明の利点は、マスフローを制御する能力が、先行技術より実質的に改善されていることであり、以前には達成されていなかったより優れた温度制御分解能（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）が得られる。このようなより優れた温度制御は、本発明に従う流体ルート決定システムが各経路におけるマスフローに対して正確な制御を行い得るので、可能であり得る。より詳細には、一方の経路におけるマスフローの制御は、他方の経路におけるマスフローとは無関係に行われ得る。このような独立した制御は、マスフローの制御を担う流動制御手段（例えば、レギュレーターおよび／または流動制御バルブ）が、互いから作動的に「切り離される」ので、たとえ両方の経路が同じ流体供給源に接続され得、そして／または共通の出口ノードにそれらそれぞれの流体を提供し得るとしても、可能であり得る。

この作動的な切り離しは、流動制限デバイス（例えば、オリフィス、バルブ、またはスクリーン）を使用して、その経路のうちの一方におけるマスフローを制限することによって実現され得る。このようなデバイスは、マスフローを実質的に制限し得、それによって、高い抵抗経路を作り出し得る。従って、一方の経路は、比較的妨害されていないマスフローを提供するのに対して、他方の経路は、制限されたマスフローを提供する。結果として、一方の経路（主要経路）は、その合わされた流体の圧力および温度の制御を主に担い得、他方の経路（バイパス経路）は、合わされた流体の圧力および温度に影響を及ぼすか、またはこれらを微細に調節する。他方の経路は、その流動制限デバイスが制限デバイスの上流の圧力を操作することによって、その制限経路を通るマスフローを正確に変化させる能力を提供するので、その圧力および温度を微細に調節することができる。

本発明の一実施形態において、流体ルート決定システムは、２つの圧力レギュレーターを使用して、流体の温度および圧力を制御し得る。その流体システムは、レギュレーターおよび熱交換器を備える主要経路、ならびにレギュレーターおよび流動制限デバイスを備えるバイパス経路を有するように構築され得る。その主要経路およびバイパス経路の両方が、流体供給源からの流体を受容するように接続され得、両方の経路の出力は、出力ノードにおいて一緒に連結される。その熱交換器は、その主要経路を通って流れる流体を加熱または冷却し得る。その合わされたガスの圧力および温度は、主要経路によって主に制御され得るが、そのバイパス経路を通って流れる流体の圧力および温度によって影響を受ける。

作動の間に、一方のレギュレーターは、その主要経路を通ってルート決定される流体の圧力およびマスフローを制御し、他方のレギュレーターは、そのバイパス経路を通ってルート決定される流体の圧力およびマスフローを制御する。流体の所定の温度および圧力は、そのレギュレーターの設定値圧力を調節することによって維持される。その設定値圧力は、そのレギュレーターの出口において維持される流体圧力であり、その流体圧力は、そのレギュレーターの内部構成部品の関数である圧力オフセットを含む。特定のレギュレーターの設定値圧力が増すと、マスフローの増大が生じ、その逆もまた同様である。従って、その圧力を変化させることによって、特定の経路を通るそのマスフローを変化させ得る。このマスフローは、本発明の原理に従って、出口ノードに提供される熱量に影響を及ぼす。例えば、その出口ノード温度が熱すぎると、そのバイパスレギュレーターは、その設定値圧力を増大させて、より冷たい流体を出口ノードにルート決定し、その温度を低下させる。

特定のレギュレーター（例えば、ドーム−ロードレギュレーター（ｄｏｍｅ−ｌｏａｄｅｄ ｒｅｇｕｌａｔｏｒ））は、このレギュレーターを通過する流体のマスフローを制御するための内部機構または内部構成部材を有することに注意する。この内部機構は、このレギュレーターを通過するマスフローを変化させ得、その結果、出力圧力は、設定値圧力からレギュレーターの内部構成に起因する所定のオフセットを差し引いたものと実質的に等しい。この内部機構は、設定値圧力と下流への圧力との間の不均衡に対して反応する。従って、この機構は、下流の条件の変化および設定値の圧力の変化に応答してマスフローを変化させ得る。例えば、この設定値の圧力が、所定の圧力レベルに設定され、レギュレーターの出口圧力が、所定の圧力レベルを越える場合、その内部機構は自動的に、そのレギュレーターを通過するマスフローを減少させ、そのレギュレーター出口における所定の圧力レベルを維持する。そのレギュレーター出口での圧力が、設定値の圧力を下回る場合、このレギュレーターは自動的に、マスフローを増加させ、所定の圧力レベルを維持する。

主要経路のレギュレーターおよびバイパス経路のレギュレーターは、互いに連動して作動し、所望される圧力および温度を維持する。例えば、このバイパスレギュレーター圧力の設定値が、増加され、バイパス経路を通過するマスフローを増加させる場合、共通の出口ノードでの圧力が、上昇する。この圧力の増加を妨げるために、その主要経路レギュレーターは、（その内部構成部材を調節することによって）その設定値の圧力を維持するために必要な程度にそのマスフローを減少させ得、それによってその出口ノードの所望される圧力を維持する。従って、設定値圧力およびマスフローにおける変化の相互作用（内部機構によって実施されるマスフロー調節を含む）は、出口ノードでの流体圧力および温度を制御する。

本発明の別の実施形態において、流体ルート決定システムは、レギュレーターおよび流体制御バルブを使用し、出口ノードに提供される流体の温度および圧力を制御し得る。この配置において、レギュレーター、流動制限デバイス、および熱交換器は、主要経路を形成し得、そしてその流動制御バルブは、バイパス経路を形成し得る。このレギュレーターは、流体供給源からの流体を受容するように接続され、そして熱交換器と流動制御バルブの両方は、出口ノードに接続される。流動制御バルブのインプットは、そのレギュレーターと流動制限デバイスとの間のノードに接続され得る。

レギュレーターは、出口ノードに提供される流体の圧力を制御し得、そして流動制御バルブは、主要経路とバイパス経路の両方を通過する流体のマスフローを制御する。本実施形態は、バイパス経路を通過するマスフローが、主要経路を通過するマスフローと反比例するように構築され得る。例えば、流動制御バルブが、バイパス経路を通過するマスフロー速度を増加させた場合、主要経路を通過するマスフロー速度は、減少される。従って、流動制御バルブのマスフロー速度を調節することによって、出口ノードに提供される流体の温度が、制御され得る。

本発明の別の局面は、圧力設定値制御システムである。このシステムは、広範な圧力（例えば、０〜１０００ＰＳＩ）にわたって作動する能力を有すると同時に、レギュレーター（例えば、ドーム−ロードレギュレーター）に適用されている設定値圧力を正確に制御する。さらに、圧力設定値システムは、パワー不足または他の異常な操作の事象において、設定値ポートに適用されている任意の流体を大気へ排出することによるフェイルセーフ操作を提供する。このような圧力設定値制御システムは、例えば、上記で議論されるように、二重経路流体ルート決定システムの一以上の圧力レギュレーターを制御するために用いられ得るか、または従来の流体ルート決定システムの圧力レギュレーターを制御するために用いられ得る。

圧力設定値制御システムは、レギュレーターに選択的に流体を適用することによって、およびレギュレーターの設定値ポートからの流体を排出することによって、レギュレーターの設定値圧力を制御し得る。流体は、適用され、二つのバルブ（例えば、ソレノイドバルブ）を用いて設定値ポートから排出され得る。これらの二つのバルブは、制御回路によって提供されるデューティサイクルに従ってオン、オフされる。このバルブは、連続して流体を受容するように接続されるそのインプットならびに第二のバルブの設定値ポートおよびインプットに接続されるその出力を有する第一のバルブと接続され得る。第二のバルブの出口は、大気に接続される。第一のバルブが、オンでありそして第二のバルブが、オフである場合、流体は、設定値ポートに適用され、設定値圧力の増加を生じる。第一のバルブが、オフであり、そして第二のバルブが、オンである場合、流体は、設定値ポートから排出され、設定値圧力の減少を生じる。両方のバルブが、オンであるか、または両方のバルブがオフである場合があり得ることに注意する。

圧力設定値制御システムは、フェイルセーフ操作を確立するために別のバルブの使用を採用し得る。このフェイルセーフバルブは、レギュレーターの設定値ポートに接続された入口および大気に接続された出口を有し得る。このフェイルセーフバルブは、その制御システムが、一般的な作動様式で作動し、その結果第一および第二のバルブが、設定値圧力を制御し得る場合、閉められ得る。しかし、フェイルセーフ条件の事象において（例えば、他の異常な条件のパワー不足）、フェイルセーフバルブは自動的に開き、それによって設定値ポートの流体を大気へ排出する。

本発明による二重経路流体ルート決定システムおよび圧力設定値制御システムは、流体を用いる化学プロセスシステム、産業プロセスシステム、および発電システムに用いられ得る。熱および圧縮空気の保存システムのような発電システムにおいて、圧縮空気は、タービン発電機に動力を供給するために空気源から抜き出され得る。流体ルート決定システムは、タービン発電機に空気の温度および圧力を供給する前に、空気の熱および圧力を制御することによって、圧縮空気を適切な状態にし得る。例えば、流体ルート決定システムは、加熱し、圧縮空気を調節し、その結果、タービン入り口に供給された空気の温度および圧力は、所定の入口条件を満たし得る。所望される場合に、本発明による圧力設定値制御システムは、発電システムに用いられる流体ルート決定システムの一以上の圧力レギュレーターを制御するために用いられ得る。

さらに、流体ルート決定システムは、貯蔵された流体発電システムの確率演算にもかかわらず、所望されるタービン入り口ガスをタービン発電機に提供し得る。すなわち、流体ルート決定システムは、種々の因子（流体供給圧力変化、流体の膨張により生じた温度変化、無給電熱キャパシタンス、圧力および温度の需要の変化、ならびに蓄熱ユニットのような熱源の変化を含むが、これらに限定されない）に応答し得、ならびにタービンに所定のタービン入り口条件を提供し得る。

さらに、圧力設定値制御システムは、高圧制御（例えば、０から１０００ＰＳＩの間にわたる圧力）、最小漏出、および安全操作を必要とする流体システムにおいて作動し得る。さらに、圧力設定値制御システムは、簡易化かつ非過剰制御エレクトロニクスを用いて制御され得、それによって信頼性を増しコストを下げる。

（発明の詳細な説明）
図１Ａ〜Ｃは、圧力を制御するための複数の先行技術システムを示す。図１Ａは、圧力を制御するための先行技術の流動制御バルブ圧力システム１０を示す。流動制御バルブ１２は、マスフロー速度を調節することによる流体レザバ１１によって提供される流体の下流の圧力を調節する。フィードバックループが、バルブ１２の下流の圧力に依存して、バルブ１２によって設定される流動速度を制御するために提供され得る。例えば、圧力が、低すぎる場合、バルブ１２は、流動を増加させるために開き、それによって圧力を増加させる。圧力が高すぎる場合、バルブ１２は、流体の流動を制限するために閉じ、それによって圧力を減少させる。

図１Ｂおよび図１Ｃは、それぞれ、圧力を制御するための先行技術のレギュレーターシステム２０およびレギュレーターシステム３０を示す。レギュレーター２２およびレギュレーター３２は、レギュレーター２２およびレギュレーター３２の設定値ポートに適用される設定値圧力に基づく所定の圧力を出力し得る。レギュレーター２２およびレギュレーター３２は、下流に提供されるマスフローを変えるためにそれらの内部部材を自動的に調節することによって、所定の出口圧力を維持し得、その結果下流の圧力は、レギュレーターの圧力設定値から所定のオフセット（例えば、レギュレーターの内部構成の関数である名目上のオフセット）を差し引いたものと等しいか、またはほとんど等しい。レギュレーターシステム２０は、流体レザバ２１によって提供される流体の圧力を制御するために内部感知スキームを用い得る。このようなスキームは、レギュレーターの出口で測定される圧力に基づいてレギュレーターの内部構成部材を調節し得る。レギュレーターシステム３０は、レザバ３１によって供給される流体の圧力を制御するために遠隔感知スキームを用い得る。このようなスキームは、レギュレーターから下流のポイントで測定される圧力に基づくレギュレーターの内部構成部材を調節し得る。

図１Ａ〜Ｃに示される圧力システムは、圧力を調節し得るが、このようなシステムは、レギュレーターの下流に与えられる流体の温度、または流れ制御バルブを正確に制御し得ない。さらに、システム１０、２０および３０がマスフローまたは圧力を調節して、下流に供給される圧力を変化させる場合、このような変化の分解能は、一般に粗く、すなわち、これらのシステムは、比較的小さい圧力調節を行なうことが不可能であり得る。

図１Ｄ〜Ｆは、温度を制御するためのいくつかの先行技術のシステムを示す。図１Ｄは、主要供給源から熱交換機４２を通して供給された流体を加熱／冷却する、先行技術の温度制御システム４０を示す。熱交換器４２に供給される、加熱／冷却された流体の量は、流れ制御バルブ４１により制御される。例えば、主要供給源により供給される流体を加熱するために、流れ制御バルブ４１は、熱交換器４２に供給される加熱された流体の流速を増加し得る。

図１Ｅは、温度を制御するための、代替的な先行技術のシステム５０を示す。システム５０は、加熱／冷却された流体を熱交換器５２に、そして加熱／冷却された流体の復帰のためのルート決定する、三方向バルブ５１を備える。これが、システム４０に対する改善である。なぜならば、この三方向バルブ５１は、加熱／冷却の安定性、および温度を制御する応答時間を改善するからである。図１Ｆは、温度を制御するための、なお別の先行技術のシステム６０を示す。作動の間、三方向バルブ６１が、熱い流体供給および冷たい流体供給をブレンドして、所望の流体温度を達成する。

上記の温度制御システムの各々は、温度を迅速に変化させる能力、および高い程度の分解能で温度を変化する能力において制限される。さらに、このようなシステムは、圧力を制御し得ない。さらに、三方向制御バルブは、高価で、かつ、かさ高い。

図２Ａ〜Ｃは、流体の温度および圧力を制御することを試みている、先行技術の二重経路流体ルート決定システムを示す。一般に、二重経路システムは、流体を単一の経路に混合する前に、２つの別個の経路に流体をルート決定する。一方の経路における流体の温度は、他方の経路における流体の温度よりも高いか、または低い温度へと駆動され得る。温度におけるこの相違は、所望の温度を生じるための手段を提供する。例えば、一方の経路における流体が加熱され、かつもう一方の経路における流体が加熱されないと仮定する。これらの加熱された流体および加熱されない流体は、共に単一の経路で混合されて、所望の温度を提供する。しかし、図２Ａ〜Ｃのシステムにより提供される温度および圧力の制御について、速度および分解能、または制御の程度は、制限される。

図２Ａは、先行技術の二重経路流体ルート決定システムの模式図を示す。二重経路流体ルート決定システム１００は、レギュレーター１２０、ＦＣＶ １４０および１４５、ならびに熱交換システム１５０を備える。作動の間、レギュレーター１２０は、下流から出口ノードに提供される流体の圧力を設定する。レギュレーター１２０は、１つ以上の流体供給源から流体を受容するために連結され得る（しかし、このような流体供給源の１つのみが示される）。ＦＣＶ １４５は、熱交換システム１５０を通る流体のマスフロー（例えば、主要経路）を調節する。熱交換システム１５０は、そこを通過する流体を加熱または冷却し得る。提示を明瞭かつ容易にするために、図２Ｂの熱交換システム１５０、２５０、および図２Ｃの熱交換システム２８０が流体を加熱すると仮定する。ＦＣＶ １４０は、迂回経路を通るようにルート決定される流体のマスフローを調節する。ＦＣＶ １４０および１４５の両方が、完全に閉鎖（ＣＬＯＳＥＤ）、完全に開放（ＯＰＥＮ）に設定され得るか、または、完全に開放と完全に閉鎖との間のどこかに設定され得る。

ＦＣＶ １４０およびＦＣＶ １４５を通るマスフローは、出口ノードに提供される流体の温度を制御する。特に、ＦＣＶ １４０は、出口ノードへの冷たい流体の流れを制御し、そして、ＦＣＶ １４５は、出口ノードへの加熱された流体の流れを制御する。従って、出口ノードにおいて流体の所望の温度を達成するために、ＦＣＶ １４０および１４５のマスフロー速度は、それに応じて調節される。例えば、出口ノードにおける流体の温度を冷却するために、ＦＣＶ １４０のマスフロー速度は、ＦＣＶ １４５のマスフロー速度と比較して増加され得る。出口ノードにおける流体の温度を加熱するために、ＦＣＶ １４５のマスフロー速度は、ＦＣＶ １４０のマスフロー速度と比較して増加される。

図２Ｂは、別の、先行技術の二重経路流体ルート決定システムの模式図を示す。二重経路流体ルート決定システム２００は、レギュレーター２２０、三方向ルート決定バルブ２３０、および熱交換システム２５０を備える。作動の間、レギュレーター２２０は、流体供給源により供給される流体の圧力を調節する。調節された流体は、三方向ルート決定バルブ２３０へと提供され、この三方向ルート決定バルブ２３０は、流体の一部を熱交換システム２５０に、そして、流体の残りの部分を、熱交換システム２５０の周りへとルート決定する。熱交換システム２５０に存在する流体は、熱交換システム２５０を迂回する流体と混合されて、所望の流体の温度を提供する。

三方向ルート決定バルブ２３０は、熱交換システム２５０に提供される流体のマスフロー、および、熱交換システム２５０を迂回する流体のマスフローを制御し得る。こうして、ルート決定バルブ２３０は、加熱システム２５０を迂回する流体のマスフローを、加熱システム２５０を通って流れる流体のマスフローと比較して増加させることによって、出口ノードにおける流体の温度を冷却させ得る。さらに、ルート決定バルブ２３０は、熱交換システム２５０を迂回する流体のマスフローを、熱交換システム２５０を通って流れる流体のマスフローと比較して減少させることによって、出口ノードにおける流体の温度を冷却させ得る。

図２Ｃは、なお別の、先行技術の二重経路流体ルート決定システムの模式図を示す。二重経路流体ルート決定システム２６０は、レギュレーター２７０、流体加熱システム２８０、および三方向バルブ２９０を備える。作動の間、三方向バルブは、熱交換システム２８０を迂回する流体（冷たい流体）を、加熱システム２８０を通る流体（加熱された流体）と選択的にブレンドして、出口ノードにおいて所望の流体温度を提供する。レギュレーター２７０は、流体供給源により提供される流体の圧力を、所望の圧力に調節する。

より冷たい流体温度が所望される場合、三方向バルブ２９０は、熱交換システム２８０を通るマスフローと比較して、迂回経路を通るマスフローを増加させ得る。より熱い流体温度が所望される場合、三方向バルブ２９０は、熱交換システム２８０を通る流体のマスフローと比較して、迂回経路を通るマスフローを減少させ得る。

流体システム１００、２００および２６０は、出口ノードに提供される温度および流体に対する制御を提供し得るが、システム１００、２００および２６０は、流れ制御バルブおよび三方向バルブのその使用に起因して、高価かつ比較的かさ高い。さらに、システム１００、２００および２６０は、出口ノードに提供される流体の温度および圧力に対する正確な制御を実施する能力を欠如し得る。なぜならば、このバルブは、完全な、必要とされる作動範囲に対する適切な制御を実施し得ないからである。例えば、流れ制御バルブおよび三方向バルブは、その作動範囲の１０％と９０％との間のマスフローを正確に制御し得るのみであり得る。従って、ＦＣＶまたは三方向バルブを必要とするシステム１００、２００または２６０に対して、特定の条件を改善して、１０％〜９０％の範囲の外側で作動する場合、システム１００、２００または２６０は、流体の圧力または温度を正確に制御し得るわけではない。

さらに、システム１００、２００および２６０は、作動条件（例えば、（流体供給源により供給される）流体供給圧力および熱交換システムの熱交換能力）が変化する場合、所望の流体の温度および圧力を維持することが不可能であり得る。例えば、流体供給源により供給される流体の圧力が、４，５００ ＰＳＩ〜約１，０００ ＰＳＩまで変化する場合、システム１００、２００および２６０は、この変化を迅速かつ正確に補償することが不可能であり得、従って、所望の温度および圧力を有する流体を提供し損ない得る。別の例として、システム１００、２００および２８０はまた、熱交換システムの加熱能力が変化する場合、所望の温度および圧力を有する流体を提供し損ない得る。

本発明は、増強された温度および圧力の制御を提供するために流れ制限デバイスを使用する、二重経路流体ルート決定システムを提供することによって、先行技術の欠点を克服する。一般に、経路に流れ制限デバイスを含めることは、図２Ａ〜Ｃに示されるもののような従来の二重経路システムにより達成され得ない程度まで正確に、この経路を通るマスフローの正確な操作を可能にする。このような高度に正確なマスフローの制御は、流れ制限デバイスが、マスフロー 対 圧力の関係に対する制御を増加するので、達成され得る。本発明に従う実施形態は、流れ制限デバイスが、圧力レギュレーターの下流に配置された流体ルート決定システムを提供することにより、この関係性を利用する。従って、このような圧力レギュレーターが、（流れ制限デバイスにより提供される）固定された制限に対して機能する場合、この経路（例えば、圧力レギュレーターおよび流れ制限デバイス）を通るマスフローは、レギュレーターの設定値圧力が変化するにつれ、正確に制御され得る。例えば、レギュレーターの設定値圧力が所定の圧力まで増加する場合、マスフローは、既知の値まで増加し得るが、制限デバイスの流れ特徴は既知であり、このデータは、既知の流れ特徴に基づいて、マスフローを算出するのに利用可能である。レギュレーターの設定値圧力が所定の圧力まで減少する場合、マスフローは、既知の値まで減少し得る。

レギュレーターの圧力設定値を設定することが、特定の経路を通るマスフローを制御する１つの方法であり得ることが理解される。レギュレーターはまた、圧力設定値と無関係なその内部の構成要素または機構を調節することにより、特定の経路を通るマスフローを制御し得るかもしれない。このような内部の構成要素または機構は、例えば、内部または遠隔の検出スキームを使用して、所望の出口圧力を維持するように、マスフローを自動的に調節し得る。例えば、特定のレギュレーターの圧力設定値が４５０ ＰＳＩに設定されると仮定する。このような場合、このレギュレーターは、約４５０ ＰＳＩから所定の圧力下降（レギュレーターの内部機構により生じる）を差し引いた出口圧力を提供し得る。さらに、このような圧力設定値において、レギュレーターを通るマスフローは、固定されたレベルに到達する。外来性因子（例えば、共通の出口ノードまたはレギュレーターの出口における圧力の増加）が、レギュレーターの圧力出力に影響を与える場合、レギュレーターの内部構成要素は、約４５０ ＰＳＩから所定の圧力下降を差し引いた出口圧力を維持するために、レギュレーターを通るマスフローを、自動的に減少または増加し得る。従って、圧力レギュレーターは、２つの異なる方法でマスフローを制御し得る：１つは圧力設定値を設定することにより、そしてもう１つは、所望の出口圧力を維持するために、マスフローを自動的に調節することによる。

流れ制限デバイスは、本発明に従う二重経路流体ルート決定システムが、この流体ルート決定システムにおいて使用されるレギュレーターおよび／または流れ制御バルブの全作動範囲にわたって作動することを可能にし得る。例えば、レギュレーターおよび流れ制御バルブは、全作動範囲（例えば、約０．１％〜９９．９％）にわたる正確な制御を実施し得る。このような正確な制御は、本発明に従う流体ルート決定システムが、供給圧力の変化および熱交換システムの加熱能力のような変化する条件に、正確かつ迅速に応答し得ることを保証する。

図３は、本発明の原理に従う、二重経路流体ルート決定システム３００の模式図を示す。流体ルート決定システム３００は、レギュレーター３２０、流れ制御デバイス３３０、レギュレーター３４０、および熱交換システム３５０を備える。図３において、接続のための媒体は特に示されていないが、例えば、流体供給源３１０に対するレギュレーター３２０は、パイプ、ホース、チューブ、バルブ、フィッティングおよび他の内部接続構成要素のような従来の流体ルート決定デバイスを備える。このような媒体は、本発明に従う他の実施形態において使用され得ることが理解される。

レギュレーター３２０および３４０は、流体供給源３１０から流体を受容するように、連結される。レギュレーター３２０および３４０は、１つより多い流体供給源に連結され得るが、図を煩雑にすることを回避するために、１つのみが示される。レギュレーター３２０および３４０は、下流に提供される入口圧力を、レギュレーター３２０および３４０に付与される際に、設定値圧力に基づいて、予め決定された圧力に調節するように、設定され得る圧力レギュレーターであり得る。一般に、レギュレーターの圧力設定値は、予め決定された圧力をレギュレーターの設定値ポートに付与することによって、設定され得る。レギュレーター３２０の圧力設定値は、レギュレーター３４０の圧力設定値とは独立して設定され得る。レギュレーター３２０および３４０は、内部感知技術または遠隔感知技術を使用して、レギュレーターによって下流に供給される圧力を決定し得る。このような感知技術は、レギュレーター出口における設定値圧力を維持するために、このレギュレーターの内部構成要素を調節することを担い得る。流体システム３００において使用され得るレギュレーター３２０および３４０の具体的な例は、Ｕ．Ｓ．ＰａｒａＰｌａｔｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｃｏｒｏｎａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａによって販売される、１３５４ シリーズ、Ｄｏｍｅ Ｌｏａｄｅｄ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒであり得る。

圧力設定値は、手動でかまたは電子的に、調節可能であり、そして設定され得る。レギュレーターの圧力設定値を手動で設定することは、予め決定され圧力を、このレギュレーターの設定値ポートに付与することによって、実施され得る。設定値圧力の電子的設定は、電子的に制御されたデバイス（例えば、トランスデューサ、コンバータ、またはサーボレギュレーター）を使用して、実施され得る。これらのデバイスは、このデバイスに付与される電流または電圧のレベルに基づいて、設定値ポートへの圧力を出力する。なお他の、より進歩した圧力設定値システム（例えば、図１０〜１４を伴う文章に関連して以下に議論されるシステム）が、レギュレーター３２０および３４０の設定値圧力を電子的に設定するために、使用され得る。

流れ制限デバイス３３０の入口は、レギュレーター３２０の下流の流体を受容するように連結され、そして流体制限デバイス３３０の出口は、出口ノードに連結され、この出口ノードは、熱交換システム３５０の出口に連結される。この出口ノードは、主要経路（これは、レギュレーター３４０および熱交換システム３５０を含む）およびバイパス経路（これは、レギュレーター３２０および流れ制限デバイス３３０を含む）の収束を提示する。従って、出口ノードにおける流体は、システム３００によって提供されるような、予め決定された圧力および温度を有する、合わせられた流体を提示し得る。

流れ制限デバイス３３０は、レギュレーター３２０から出口ノードへの流体の流れを制限し、そしてレギュレーター３４０の作動を、レギュレーター３２０の作動から効果的に切り離し、これによって、レギュレーター３２０および３４０が、互いに独立して作動することを可能にする。より具体的には、デバイス３３０は、レギュレーター３２０および３４０が、主要経路およびバイパス経路が互いに接続されている場合でさえも、これらの経路を通るマスフローを独立して制御することを可能にする。すなわち、レギュレーター３２０は、バイパス経路を通るマスフローを独立して制御し、そしてレギュレーター３４０は、主要経路を通るマスフローを独立して制御する。このような独立した制御は、先行技術の流体ルート決定システム（例えば、図１および２に示されるもの）によっては達成されない程度の温度制御を提供する。

流れ制限デバイス３３０は、流体の流れの一定した制限を提供する、任意のデバイスであり得る。例えば、流れ制限デバイス３３０は、予め決定されたサイズ（すなわち、オリフィス３３０をレギュレーター３２０に接続するパイプの直径より小さいサイズ）のスルーホールを通る流体の流れを制限する。別の例として、流れ制限デバイス３３０は、流体の流れを制限するように調節されているバルブであり得る。なおさらなる例として、スクリーンが、流体の流れの一定した制限を提供するために使用され得る。

熱交換システム３５０は、レギュレーター３４０から下流の流体を受容するように連結され、そしてその出口は、出口ノードに連結される。熱交換システム３５０は、レギュレーター３５０によって供給される流体を、予め決定された温度まで加熱または冷却する能力を有するシステムであり得る。システムにおいて使用される熱交換システムの型は、流体が主要経路において加熱されるのか冷却されるのかに依存し得る。いくつかの実施形態において、熱交換システム３５０は、流体を加熱するために１つの熱交換器または熱交換器の組み合わせを備え得る。例えば、加熱システム３５０は、蓄熱ユニットおよび／または燃料によって動力供給される熱交換器が挙げられ得る。さらなる例としては、熱交換システム３５０としては、固定子ハウジング、電源エレクトロニクス熱だめ、および蓄熱ユニットを備え得る。熱交換システム３５０は、本明細書中に記載される例に限定されないこと、ならびに他の熱交換器およびこれらの組み合わせ（上記熱交換器が挙げられる）が、流体を加熱するために使用され得ることが、理解される。

流体ルート決定システム３００は、流体供給源３１０によって提供される流体（例えば、ガス）の温度および圧力を、レギュレーター３２０および３４０の圧力設定値を独立して調節すること、ならびにレギュレーター３２０および３４０の内部構成要素または機構によって実施される、自動のマスフロー調節に依存することによって、制御する。圧力設定値を調節することによって、システム３００は、出口ノードにおける流体の温度を制御するように、主要経路およびバイパス経路を通るマスフローを故意に制御し得る。さらに、レギュレーター３２０および３４０の圧力設定値は、この出口ノードに、予め決定された圧力を提供するように調節される。

システム３００が作動している場合、流体供給源３１０からの圧力は、レギュレーター３２０および３４０によって段階的に低下され、その後、主要経路およびバイパス経路を通して、下流に送られる。圧力がより低い圧力に段階的に低下されるにつれて、流体の膨張は、温度の低下を生じる。当業者は、ガスの膨張が、液体を膨張させることによって達成されるよりかなり大きい温度変化を生じることを理解する。その結果、レギュレーター３２０および３４０を出る流体の温度は、レギュレーター３２０および３４０に入る流体の温度より低くあり得る。

この冷たい流体は、流体を加熱する主要経路（熱交換器３５０が流体を加熱するとする）およびバイパス経路を通してルート決定される。加熱された流体および冷たい流体は、一緒に混合されて、予め決定された圧力および温度の合わせられた流体を、出口ノードにて提供する。主要経路は、主として、出口ノードにおける流体の圧力および温度を制御することを担い得る。バイパス経路は、出口ノードにおける流体の圧力および温度を制御することを、二次的に担い得る。バイパス経路は、二次的に担い得るが、流れ制限デバイスに起因して、出口ノードへの冷たい流体のマスフローに対する高度な制御を実施する。

温度および圧力の制御は、圧力設定値の変化と、その結果のマスフローの変化との相互作用によって得られる。本発明の原理によれば、設定値圧力の既知の増加は、既知のマスフロー増加を生じ、そしてその逆もまたそうである。例えば、出口ノードにおける流体の温度が高すぎる場合、バイパス経路のマスフローは、レギュレーター３２０の設定値圧力を増加させて、より多くの冷たい流体を出口ノードにルート決定することにより、温度を低下させ得る。レギュレーター３２０の設定値圧力の増加は、出口ノードにおける圧力を上昇させ得るので、レギュレーター３４０は、その内部構成要素を、このレギュレーターを通るマスフローを減少させてこのような増加を補償するように、そして出口ノードにおける所望の圧力を維持するように、自動的に調節し得る。レギュレーター３４０に付与される圧力設定値は、共通ノードにおける圧力が予め決定された圧力レベルより一時的に高くあり得る場合でさえも、一定に維持され得る。

出口ノードにおける流体の温度が低すぎる場合、バイパス経路のマスフローが低下されて、温度を上昇させ得る。このことは、レギュレーター３２０の圧力設定値を低下させることによって、なされ得る。バイパス経路における圧力が低下するにつれて、マスフローもまた減少し、その結果、より少ない冷却流体が、出口ノードに提供される。このマスフローの減少は、レギュレーター３４０によって、圧力低下を保障するための、そのマスフローの引き続く増加（内部構成要素を自動的に調節することによる）を示唆する圧力の低下として、検出され、これによって、出口ノードへの所望の圧力を維持する。

システム３００の作動の間、レギュレーター３２０の設定値圧力は、レギュレーター３４０の設定値圧力より頻繁に調節され得る。このことは、レギュレーター３４０が、主として、共通の出口ノードにおける流体の圧力を制御することを担うことに起因し得る。従って、レギュレーター３４０の圧力設定値を、比較的一定のレベルに維持することが好ましくあり得る。さらに、レギュレーター３２０は、流れ制限デバイス３３０の上流に接続されるので、レギュレーター／流れ制限デバイスの組み合わせによって実現される高度なマスフロー制御に起因して、レギュレーター３２０の設定値圧力を変化させるために、より有利であり得る。

しかし、特定の条件が、共通の出口ノードにおける圧力の変化（例えば、上昇）を必要とする場合、レギュレーター３４０の設定値圧力が、それに従って変化（例えば、増加）し得ることが注目される。レギュレーター３４０の設定値圧力におけるこのような変化は、種々の条件（例えば、共通の出口ノードにおける圧力の様々な要求の流体供給圧力の変化）に応答し得る。

流れ制限デバイス３３０は、流体の温度制御を有利に増強する。なぜなら、制限デバイス３３０は、一定の制限を提供し、これが、バイパス経路におけるマスフロー速度を制御する際の融通性を促進するからである。すなわち、流れ制限デバイス３３０は、制限デバイスの上流の圧力を操作することによって、バイパス経路を通るマスフローを正確に変化させる能力を提供する。このような流れ制限デバイスを欠く流体システム（たとえば、図１および２に示されるもの）において、圧力の比較的小さい変化が、温度の比較的大きい変化を生じ得、これによって、温度制御を困難にする。一方で、流れ制限デバイスを有する流体システムにおいては、圧力の比較的小さい変化は、温度の比較的小さい変化またはより制御された変化を生じ得る。さらに、この正確な制御は、レギュレーター３２０および３４０の作動範囲全体にわたって、提供され得る。

流体ルート決定システム３００の議論は、より多いかまたはより少ない冷たい流体を、加熱された流体に注入して、この加熱された流体を所望の温度に冷却するように注入するための、作動の観点で記載されるが、ルート決定システム３００の作動は、より多いかまたはより少ない加熱された流体が冷たいストリーム、に注入されて、この冷たい流体を所望の温度まで温めるような作動であり得ることが、理解される。例えば、このことは、熱交換システム３５０に流体を冷却させることによって、達成され得る。

図４は、本発明の原理に従う図３の流体ルート決定システム３００の変化形の模式図を示す。示されるように、流動抵抗デバイス４３０が、レギュレーター４２０の下流に配置されるのではなく、熱交換システム４５０の下流に配置されている。流体ルート決定システム４００は、図３に関して上記されたのと類似する原理を使用して、出口ノードにて提供される流体の温度および圧力を制御する。システム３００とシステム４００との間の差異の１つは、主要経路を通るマスフローが、バイパス経路を通るマスフローよりも制限されることである。これにより、主要経路は、バイパス経路よりも高い程度の制御をマスフローに対して発揮することが可能になり得る。望ましい場合、流れ制限デバイス４３０が、図５に示されるように、レギュレーター４４０と熱交換システム４５０との間に配置されて、より高い抵抗を主要経路に提供し得る。

図６は、本発明の原理に従う別の二重レギュレーター二重経路流体ルート決定システム６００の模式図を示す。システム６００は、さらなる流れ制限デバイス６３２がレギュレーター６４０の下流に配置されている（本明細書中では、レギュレーター６４０と熱交換システム６５０との間に示されるが、望ましい場合は、熱交換システム６５０の後に配置され得る）こと以外は、図３のシステム３００と同様である。流れ制限デバイス６３０に加えて、流れ制限デバイス６３２を含めることによって、システム６００は、出口ノードにて提供される流体の圧力および温度に対してなおさらに増強された制御を提供することが可能になり得る。

流れ制限デバイス６３０および６３２は、同じ流れ制限能力を有する必要はなく、同じ型のデバイス（例えば、オリフィス、篩、バルブなど）を有する必要もない。例えば、デバイス６３２のマスフロー制限能力は、デバイス６３０よりも低いものであり得る。別の実施形態において、両方のデバイス６３０および６３２は、ほぼ同じ流れ制限能力を有し得る。

図７は、本発明の原理に従うなお別の二重経路流体ルート決定システム７００の模式図を示す。流体ルート決定システム７００は、レギュレーター７２０、流れ制限デバイス７３０、およびレギュレーター７４０を備える。流体ルート決定システム７００は、出口ノードに所定の圧力および温度の流体を提供するように作動する。流体ルート決定システム７００の作動原理は、ルート決定システム３００に関して上記されたのと類似し、従って、ここで繰り返す必要はない。

しかし、システム３００とシステム７００との間の顕著な差異としては、２つの独立した流体供給源の使用および熱交換システムの省略が挙げられる。示されるように、流体供給源７１０は、レギュレーター７２０の上流に接続され、流体供給源７１２は、レギュレーター７４０の上流に接続される。一方の流体供給源（例えば、流体供給源７１０）は、熱い流体を含み得、もう一方の流体供給源（例えば、流体供給源７１２）は、冷たい流体を含み得る。用語「熱い」および「冷たい」とは、相対的な用語であることが理解される。例えば、「冷たい」流体は、周囲温度を有し得、「熱い」流体は、周囲温度の２倍であり得る。

作動の間に、レギュレーター７２０および７４０は、それぞれの流体供給源から引き込まれた流体の圧力（およびマスフロー）を制御して、出口ノードに所定の圧力および温度の流体を提供する。例えば、主要経路がレギュレーター７４０を備え、バイパス経路が、レギュレーター７２０および流れ制限デバイス７３０を備えると仮定する。流体供給源７１２が冷たい流体を供給し、流体供給源７１０が熱い流体を供給する場合、システム７００は、主要経路を通って流れるその冷たい流体中に、バイパス経路を介して多少熱い流体を選択的に注入することによって、所定の温度および圧力の流体を提供するように作動する。あるいは、流体供給源７１２が熱い流体を供給し、流体供給源７１０が冷たい流体を供給する場合、システム７００は、主要経路を通って流れるその熱い流体中に、バイパス経路を介して多少冷たい流体を選択的に注入することによって、所定の圧力および温度の流体を提供するように作動する。

システム７００とともに使用される二重流体供給源配置は、液体（例えば、水）とともに使用するために特に有利であり得る。これは、高圧から低圧へと段階的に低下している液体の温度低下は、無視できるかまたは存在しないからであり得る。従って、一方の流体供給源が熱く、もう一方の流体供給源が冷たい場合、システム７００は、その熱い液体と冷たい液体との組み合わせを調節して、所定の温度および圧力を有する流体を提供し得る。

従って、レギュレーター３４０の圧力設定値に対するレギュレーター３２０の圧力設定値のずれの操作は、出力ノードにて流体の温度および圧力を制御する際に有効であることが理解される。

本発明の流体ルート決定システム（例えば、図３〜７に示されるシステム）の利点は、これらのシステムが、広範な範囲のマスフローに対する正確な制御を提供することである。このことは、同様に、出口ノードにて提供される温度に対して、より優れた制御（例えば、温度回復）を提供する。そのような温度制御は、上記で考察されたような流体制限デバイスを含めることによって、さらに増強される。本発明に従うルート決定システムの別の利点は、これらのシステムが小型であることである。先行技術において使用されるような大きく高価なバルブ（例えば、流れ制御バルブおよび三方向バルブ）を使用する必要はない。さらに、本発明に従うルート決定システムは、製造するのが比較的安価であり、メンテナンスをほぼ必要としないかまたは全く必要としない。

本発明に従うルート決定システムのなお別の利点は、これらのシステムが、出口ノードにて提供される流体の温度および圧力を調整する際に迅速な動的応答時間を有することである。例えば、このルート決定システムは、制御回路（図３〜７には示されない）によって、種々の要因（流体供給圧力の変化、流体膨張により引き起こされる温度変化、寄生熱キャパシタンス、圧力需要および温度需要の変化、ならびに熱源（例えば、蓄熱ユニット）の変化が挙げられるが、これらに限定されない）に迅速に応答するように制御され得る。

上記の迅速な動的応答時間は、少なくとも、レギュレーターがマスフローを自動調整してその設定値圧力を維持する能力が原因で、本発明に従う二重経路流体システムによって実現され得る。従って、条件が、例えば、レギュレーター３２０の設定値圧力に対する変化をもたらす条件が変化する場合、レギュレーター３４０は、その設定値変化を自動的に考慮に入れる。

図８は、本発明の原理に従う別の二重経路流体ルート決定システムの模式図を示す。流体ルート決定システム８００は、レギュレーター８２０、流れ制限デバイス８３０、流れ制御バルブ（ＦＣＶ）８４０、および熱交換システム８５０を備える。システム８００における使用のために適切であり得るＦＣＶ８４０の特定の例は、Ｂａｕｍａｎｎ，Ｉｎｃ．（Ｐｏｒｔｓｍｏｕｔｈ，Ｎｅｗ Ｈａｍｐｓｈｉｒｅ）により販売されるＢａｕｍａｎｎ ２４０００ＳＢ Ｓｅｒｉｅｓ Ｖａｌｖｅであり得る。上記のレギュレーター、流れ制限デバイス、および熱交換システムは、システム３００に関して既に上記で考察されており、そのような構成要素および／またはサブシステムの詳細は、ここで反復される必要がない。

レギュレーター８２０は、流れ源８１０からの流体を受容するように接続される。レギュレーター８２０の出口は、流れ制限デバイス８３０の入口およびＦＣＶ８４０の入口に接続されている。流れ制限デバイス８３０の出口は、熱交換システム８５０に接続されている。ＦＣＶ８４０の出力および熱交換システム８５０の出力は、その出力ノードに接続される。出力ノードにおける流体は、所定の圧力および温度を有する制御された流体を示す。

ＦＣＶ８４０は、バイパス経路を通る流体のマスフローを制御する。このバイパス経路は、流れ制限デバイス８３０の入口をＦＣＶ８４０経由で熱交換システム８５０の出口に接続する経路である。さらに、システム８００の構築が原因で、ＦＣＶ８４０はまた、主要経路を通る流体のマスフローを制御する。この主要経路とは、流れ制限デバイス８３０の入口を、流れ制限デバイス８３０および加熱システム８５０経由で出口ノードに接続する経路である。ＦＣＶ８４０は、下流にて提供されるマスフローを決定する、中間検知流れ制御バルブまたは遠隔検知流れ制御バルブであり得る。ＦＣＶ８４０は、手動制御され得るか、または電子制御され得る。電子制御されるＦＣＶ８４０は、変化する温度条件および圧力条件に対する迅速な応答時間を促進し得る。

作動の間、レギュレーター８２０とＦＣＶ８４０との間の相互作用は、出口ノードにおける流体の圧力および温度を制御する。レギュレーター８２０は、望ましい圧力がその出口ノードにて得られるように圧力設定値を調整することによって、その圧力を主に制御する。レギュレーター８２０の下流の圧力は、作動の間は比較的一定のままであり得る。従って、その圧力設定値は、バイパス経路および主要経路における異なるマスフロー速度によって引き起こされる圧力変化を補償するように調整される必要はないかもしれない。むしろ、そのレギュレーターの内部構成要素は、所定の出口圧力を維持するようにマスフローを自動調整し得る。レギュレーター８２０の圧力設定値は、出口ノードにて提供される流体の圧力に影響を与える要因を補償するように調整され得ることが理解される。そのような要因としては、例えば、出口ノードに接続されているロードおよび流体供給源８１０により提供される流体の圧力変化が挙げられる。

流れ制限デバイス８３０と組み合わせて作動するＦＣＶ８４０は、バイパス経路を通るマスフローおよび主要経路を通る流体のマスフローを主に制御する。バイパス経路を通るマスフローと主要経路を通るマスフローとの比は、ＦＣＶ８４０により設定されるマスフロー速度および流れ制限デバイス８３０の大きさの関数である。流れ制限デバイス８３０の利点は、そのデバイスは、バイパス経路を通るマスフローと主要経路を通るマスフローとの比をＦＣＶ８４０が制御する能力を増強することである。流れ制限デバイス８３０は、そのマスフローの大部分が、ＦＣＶ８４０が完全に開（ＯＰＥＮ）である場合にバイパスラインを通過するような大きさであり得る。流れ制限デバイス８３０の存在により、レギュレーター８２０から加熱システム８５０への流体流れを妨害する高抵抗経路が生成される。従って、ＦＣＶ８４０が完全に開（ＯＰＥＮ）である場合、その流体は、最小抵抗である経路を採り得、バイパス経路を通って流れ得る。ＦＣＶ８４０が完全に閉（ＣＬＯＳＥＤ）である場合、流体は、主要経路を通過し得る。ＦＣＶ８４０が、完全に閉（ＣＬＯＳＥＤ）と完全に開（ＯＰＥＮ）との間のどこかに設定される場合、流体は、バイパス経路および主要経路の両方を通って流れる。従って、バイパス経路および主要経路を通る流体の流れを制御することによって、温度制御は、加熱された流体と冷たい流体とを出口ノードにて一緒に混合することによって、達成される。

例えば、その流体の温度が非常に高すぎる場合、ＦＣＶ８４０は、そのマスフロー速度を増加して、より冷たい流体がバイパス経路を通るようにルート決定して、熱交換システム８５０から流れる熱い流体を冷却し得る。あるいは、出口ノードにおける流体の温度が非常に低すぎる場合、ＦＣＶ８４０は、そのマスフロー速度を減少して、より冷たくない流体はバイパス経路を通るようにルート決定され、より多くのマスフローが主要経路を通るようにルート決定されるようにし得る。

従って、圧力レギュレーター８２０およびＦＣＶ８４０を通るマスフロー速度の操作は、出口ノードにて提供される流体の温度および圧力を制御する際に有効であることが、理解される。先行技術を超えるシステム８００の利点は、広範囲のマスフローに対して正確な制御を提供することである。上記のルート決定システム８００の別の利点は、このシステムは、出口ノードにて提供される流体の温度および圧力を調整する際に迅速な動的応答時間を有することである。例えば、ルート決定システム８００は、種々の要因（流体供給圧力の変化、流体膨張により引き起こされる温度変化、寄生熱キャパシタンス、圧力需要および温度需要の変化、ならびに熱源（例えば、蓄熱ユニット）の変化が挙げられるが、これらに限定されない）に応答するように制御回路（図８においては示されない）によって制御され得る。

当業者は、この二重経路流体ルート決定の実施形態の自明の変形形態（図３〜図８に示されるような形態）が実施され得るということを、理解する。例えば、バルブの設計に依存して、二以上のレギュレーターが直列に接続されて、最大貯蔵圧から所定の圧力（例えば、タービン入口圧）へと下がる安定な調整を提供し得る。別の例としては、二以上のレギュレーター（または流れ制御バルブ）は、並列に接続されて、例えば、バイパス経路において、圧力およびマスフローの制御を高め得る。

本発明の原理に従う二重経路流体システムは、流体を利用する数多くの型のシステムにおいて実施され得る。例えば、この二重経路流体システムは、発電システム、化学的処理システム、ＨＶＡＣシステム、および工業的処理システムにおいて使用され得る。発電システムとしては、圧縮空気式貯蔵エネルギーシステム、ならびに熱的圧縮空気式貯蔵エネルギーシステムが挙げられ得、これらは、（例えば、主電源が故障した場合の）バックアップ電力または継続的電力を提供するシステムであり得る。

図９は、本発明の原理に従う二重経路流体ルート決定システムを利用する、熱的圧縮空気式貯蔵バックアップエネルギーシステム９００の模式図を示す。バックアップエネルギーシステム９００は、ユーティリティー電力９０８の妨害（例えば、電力系統低下）の場合には、負荷９７０に対してバックアップ電力を生成する。ユーティリティー電力９０８が故障した場合、システム９００は、緊急モードで作動する。このモードにおいて、流体供給源９１０に貯蔵される圧縮ガスは、本発明に従う二重経路流体ルート決定システム（例えば、３００／４００／５００／６００／７００／８００）を通じてルート決定されて、タービン９６０を駆動する。次いで、タービン９６０は、シャフト（示さず）を介して電力ジェネレーター９６２に動力供給する。ジェネレーター９６２は、負荷９７０に電力を提供する一方、タービン９６０によって動力供給される。ユーティリティー電力９０８が利用可能である場合、システム９００は、スタンバイモードで作動する。スタンバイの間、ユーティリティー電力９０８は、負荷９０８およびモーター９０４に電力を供給する。モーター９０４は、コンプレッサー９０３を選択的に駆動する。コンプレッサー９０３は、一方向バルブ９０２を通じて流体供給源９１０へと圧縮ガスをルート決定する。

貯蔵空気式発電システムのより詳細な例は、例えば、同時係属中の、同一に譲受されている、米国特許出願番号１０／３６１，７２８（２００３年２月５日出願）、および米国特許出願番号１０／３６１，７２９（現在は、米国特許公開番号２００４−０１４８９２２ Ａ１）（２００３年２月５日出願）（これら両方は、その全体が、本明細書において参考として援用される）において見出され得る。

タービン９６０からジェネレーター９６２への軸動力の効率良い移送を促進するため、タービン９６０は、作業流体（例えば、ガスまたは蒸気）が、所定の温度および圧力で、または所望される入口圧および入口温度の所定の範囲内で、送達されることを必要とし得る。制御回路９８０は、本発明に従う二重経路流体ルート決定システムの作動を制御するように提供され得、それによって所定の温度および圧力の流体がタービン９６０の入口に提供される。より詳細には、制御回路９８０は、この二重経路流体ルート決定システムのレギュレーターおよび／または流れ制御バルブを制御し得る。制御回路９８０は、タービン９６０に供給されているガスの温度および圧力をモニタリングし得、そして、バックアップエネルギーシステム９００の確率論的な作動条件（例えば、流れの源の変化する圧力、熱交換システムの温度の変動、ロード要求の変化など）を補償するために適切な信号を提供することによって、このレギュレーターおよび／または流れ制御バルブを調節し得る。制御回路９８０は、流れ制御バルブへ適切な電気信号または空気式信号を提供することによって、流れ制御バルブのマスフロー速度を調節し得る。制御回路９８０は、圧力設定値システム（例えば、図１０〜図１４に対応する文に関連して以下で考察されるシステム）への適切な電気信号または空気式信号によって、レギュレーターの出力圧を調節し得る。

本発明に従う圧力設定値制御システムは、本発明に従う二重経路流体ルート決定システムにおいてレギュレーターとともに使用するために、または他のレギュレーターとともに使用するために、特に有利である。なぜなら、これは、広い範囲の設定圧力（例えば、０〜１０００ＰＳＩ）を正確に提供し得、泡機密遮断（ｂｕｂｂｌｅ ｔｉｇｈｔ ｓｈｕｔｏｆｆ）を利用して漏れを最小化し得、そして電力損失または他の異常な作動条件の場合にフェイルセーフ動作を提供し得るからである。一般的に、この圧力設定値制御システムは、レギュレーターの設定値ポートに選択的に流体を適用し、このレギュレーターの設定値ポートから流体を抜くことによって、レギュレーターの設定圧力を制御し得る。流体は、２つのバルブ（例えば、電磁バルブ）を用いて、この設定値ポートに適用され得、そしてこの設定値ポートから排出され得る。これらのバルブは、制御回路によって提供されるデューティサイクルに従ってオンおよびオフに換わる。これらのバルブは、直列に接続され得る（第一バルブは、その入力を、流体を受容するように接続させ、そしてその出力を（レギュレーターの）設定値ポートおよび第二バルブの入力に接続させる）。第二バルブの出力は、大気へとつながる。第一バルブがオンであり、そして第二バルブがオフである場合、流体は設定値ポートに適用され、設定圧力の上昇を引き起こす。第一バルブがオフであり、そして第二バルブがオンである場合、流体は設定値ポートから排出され、設定圧力の低下を引き起こす。

圧力設定値制御システムは、他のバルブの使用を利用して、フェイルセーフ動作を確実にし得る。このフェイルセーフバルブは、その入口をレギュレーターの設定値ポートに接続させ得、そしてその出口を、大気へとつなげ得る。このフェイルセーフバルブは、制御システムが正常動作モードで作動している場合、閉（ＣＬＯＳＥＤ）であり得、それによって第一バルブおよび第二バルブは、設定圧力を制御し得る。しかし、フェイルセーフ条件の場合（例えば、他の異常な条件の電力故障）、このフェイルセーフバルブは、自動的に開（ＯＰＥＮ）となり、それによって設定値ポート中の流体を大気へと排出する。

図１０は、本発明の原理に従う圧力設定値制御システム１０００の模式図を示す。制御システム１０００は、レギュレーターの圧力設定値を調節するように作動する。例えば、制御システムは、レギュレーター３２０／３４０／４２０／４４０／６２０／６４０／７２０／７４０／８２０のうちの一つの圧力設定値を制御し得る。制御システム１０００はまた、従来のシステム（例えば、図１および図２に示されるようなシステム）において使用される圧力レギュレーターの設定圧力を調節するために、使用され得る。その設定圧力をシステム１０００によって制御させるレギュレーターは、ドームロードレギュレーターであり得る。当該分野で公知であるように、ドームロードレギュレーターは、その設定圧力ポートに適用された圧力と等しいかまたはほぼ等しい圧力を出力し得る。レギュレーター出口圧とその設定圧力との間の差は、レギュレーターの内部構造の変動によってもたらされ得る。例えば、レギュレーター内部でのプレロードと圧力／面積との不均衡は、４００ＰＳＩの設定圧力に対してレギュレーター出力圧を３５０ＰＳＩにさせ得る。

制御システム１０００が、レギュレーター１０１６、アキュムレーター１０１８、バルブ１０５０、１０５２および１０６０、ならびに制御回路１０８０を備えることが示される。制御システム１０００の構成が一例に過ぎず、さらなる構成要素が追加され得ること、または特定の構成要素が除外され得ることが、理解される。例えば、制御システム１０００は、流体供給源１０１０およびレギュレーター１０４０を備え得る。別の例としては、アキュムレーター１０１８が除外され得る。

レギュレーター１０１６は、流体供給源１０１０によって供給される圧力を所定の圧力へと段階的に下げる、手動で調節可能なレギュレーターであり得る。流体供給源１０１０は、レギュレーター１０４０と接続される。アキュムレーター１０１８（例えば、プレナム）は、レギュレーター１０１６に接続され、そしてレギュレーター１０１６の下流に提供された流体の圧力およびマスフローを安定化させるように作動し得る。例えば、制御システム１０００が、レギュレーター１０４０の圧力設定値を調節する場合、アキュムレーター１０１８は、このような調節の間に所望されない圧力低下を防ぎ得る。バルブ１０５０の入力は、アキュムレーター１０１８に接続される。バルブ１０５０の出力は、バルブ１０５２およびバルブ１０６０の入力ならびにレギュレーター１０４０に接続される。バルブ１０５２およびバルブ１０６０の出力は、大気に対して開いている。バルブ１０５０、バルブ１０５２、およびバルブ１０６０は、制御回路１０８０に接続され得る。

バルブ１０５０、バルブ１０５２、およびバルブ１０６０は、制御回路１０８０によって電気的にオンとオフとに換わる電磁バルブであり得る。本発明に従う圧力設定値制御システムで使用され得るようなバルブの具体的な例は、Ｐａｒｋｅｒ Ｈａｎｎｉｆｅｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって販売される、モデル７１２２電磁バルブ、またはＰｅｔｅｒ Ｐａｕｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．によって販売されるモデル５２およびモデルＥＨ２２電磁バルブである（両方とも、コネチカット州、ニューブリテンの企業である）。さらに、バルブ１０５０、バルブ１０５２、およびバルブ１０６０は、泡機密バルブ（ｂｕｂｂｌｅ ｔｉｇｈｔ ｖａｌｖｅ）であり得、したがって、これらのバルブが閉（ＣＬＯＳＥＤ）の位置にある場合、流体漏れは無視できる。バルブ１０５０およびバルブ１０５２は、通常は閉じている電磁バルブ（すなわち、電力が供給されない場合、閉（ＣＬＯＳＥＤ）であるバルブ）であり得る。バルブ１０５０およびバルブ１０５２は、（以下でより詳細に考察されるように）圧力設定値全体にわたって正確な制御を提供するような大きさであり得る。バルブ１０６０は、通常は開放している電磁バルブ（すなわち、電力が供給されない場合、開（ＯＰＥＮ）であるバルブ）であり得る。バルブ１０６０は、電力故障または他の異常な作動状態の場合にレギュレーター１０４０に適用される圧力の急速な上昇を促進するような大きさであり得る。

制御システム１０００の作動をここに記載する。スタンバイ作動モードが最初に記載され、続いてアクティブ作動モードが記載される。制御システム１０００が、ＴＡＣＡＳシステム（例えば、図９に記載されるようなシステム）において実施される場合、スタンバイモードは、ユーティリティー電力が利用可能である場合に作動し得、そしてアクティブモードは、ユーティリティー電力が利用できない場合に作動し得る。制御システム１０００がどちらの作動モードにあるかに関わらず、レギュレーター１０１６は、所定の圧力レベルに設定され得る。

スタンバイモードにおいて、バルブ１０５０およびバルブ１０５２は閉（ＣＬＯＳＥＤ）であり、そしてバルブ１０６０は開（ＯＰＥＮ）である。この構成において、レギュレーター１０４０の圧力設定値は、大気に対して設定される。さらに、バルブ１０５０が閉（ＣＬＯＳＥＤ）の状態では、レギュレーター１０４０のドームに対してどのような圧力も適用される可能性はなく、これによって、流体供給源１０１０からの流体が下流に経路を定められるのを防ぐ。バルブ１０５０を閉じることによって、流体供給源１０１０からの流体は、好ましくは漏出せず、これによって、流体供給源１０１０における、流体のあらゆる所望されない放出を防ぐ。しかし、バルブ１０５０が誤動作し、またはそれを通して流体が漏出する場合、レギュレーター１０４０のドームに対して適用され得る何らかの圧力は、バルブ１０６０が開（ＯＰＥＮ）であるので、大気へと排出される。

バルブ１０６０は、制御システム１０００のフェイルセーフ作動を確実にする。フェイルセーフ条件（例えば、アクティブ作動モードの間の、例えば、電力故障、等）の場合、バルブ１０６０は、自動的に開（ＯＰＥＮ）となり、それによって、圧力設定値を大気圧へと設定する。

アクティブ作動モードの間、バルブ１０６０は、閉（ＣＬＯＳＥＤ）であり、そしてバルブ１０５０および１０５２は、選択的にオンとオフとに換わって、レギュレーター１０４０に適用された設定圧力を調節する。バルブ１０５０がオンに換わる場合、圧力は、レギュレーター１０４０のドームに適用される。バルブ１０５２がオンに換わる場合、圧力は、大気へと排出されるので、このドームから解放される。デューティサイクルは、制御回路（示さず）によって提供され得、バルブ１０５０およびバルブ１０５２のオン状態およびオフ状態を制御するために使用され得る。

バルブ１０５０およびバルブ１０５２に適用されるデューティサイクルは、多くの要因（所望の設定圧力、レギュレーター１０１６によって設定されるような圧力、バルブ１０５０およびバルブ１０５２の開口部の大きさ、レギュレーター１０４０の設定圧力、およびレギュレーター１０４０の下流での圧力要求の変化、が挙げられるが、これらに限定されない）に依存し得る。例えば、制御システム１０００が、二重経路流体ルート決定システムとともに作動する場合、バルブ１０５０およびバルブ１０５２に適用されるデューティサイクルは、特定のレギュレーターに対して適用される必要がある設定値圧力に依存し得る。バルブ１０５０およびバルブ１０５２が、互いに排他的にオンおよびオフされる必要はなく、所定の期間の間、両バルブがオンであってもよく、または所定の期間の間、両バルブがオフであってもよいということが、当業者によって理解される。

流体ルート決定システム３００（図３）のような流体ルート決定システムにおいて、一つの制御システム１０００がレギュレーター３２０に接続され得、そして別の制御システム１０００がレギュレーター３４０に接続され得ることが理解される。特定の構成要素（例えば、圧力レギュレーター１０１６、アキュムレーター１０１８、および制御回路１０８０）が、レギュレーター３２０とレギュレーター３４０とに接続された両制御システムの間で共有され得ることが、さらに理解される。例えば、流体ルート決定システム８００（図８）のような流体ルート決定システムにおいては、唯一の制御システム１０００が必要とされて、レギュレーター８２０の作動を制御し得る。

図１１は、本発明の原理に従った二重常時圧力設定値制御システム１１００の回路図を示す。制御システム１１００は、二つのレギュレーターの圧力設定値を調節するように作動可能である。例えば、制御システム１１００が図３の流体経路システム３００と組み合わせて使用される場合、システム１１００は、レギュレーター３２０およびレギュレーター３４０を制御して、予定した圧力および温度で流体を提供し得る。

制御システム１１００は、流体供給源１１１０、レギュレーター１１１６、アキュムレーター１１１８、バルブ１１２０、１１２２、１１３０、１１３２および１１５０、レギュレーター１１２４および１１３４、一方向バルブ１１４０および１１４２、ならびに制御回路１１８０を備えることが示される。制御システム１１００の構成が、単に例示的であり、さらなる構成要素が付加され得るか、特定の構成要素が取り除かれ得ることが理解される。

レギュレーター１１１６およびアキュムレーター１１１８は、レギュレーター１０１６およびアキュムレーター１０１８と同一である。従って、これら二つの構成要素の考察は、再度詳細に考察する必要はない。バルブ１１２０、１１２２、１１３０、１１３２および１１５０は、制御回路１１８０によって電気的にオンおよびオフにされる電磁バルブであり得る。さらに、バルブ１１２０、１１２２、１１３０、１１３２および１１５０は、泡機密性（ｂｕｂｂｌｅ ｔｉｇｈｔ）バルブであり得、バルブが「閉」位置にある場合、流体漏出は、ごくわずかである。バルブ１１２０、１１２２、１１３０および１１３２は、通常「閉」の電磁バルブであり得、バルブ１１５０は、通常「開」の電磁バルブであり得る。バルブ１１２０、１１２２、１１３０および１１３２は、レギュレーター１１２４および１１３４の圧力設定値を上回る制御の増強を促進させるような大きさであり得る。バルブ１１５０は、電源異常または他の異常な作動の際に、レギュレーター１１２４および１１３４に加えられる圧力の迅速な放出を促進するような大きさであり得る。レギュレーター１１２４およびレギュレーター１１３４は、例えば、上記のようなドームロードレギュレーターであり得る。一方向バルブ１１４０および１１４２は、レギュレーター１１２４および１１３４を互いから分離する。

制御システム１１００は、作動のスタンバイモードおよびアクティブモードで作動し得る。作動のスタンバイモードでは、バルブ１１５０は、「開」であり、レギュレーター１１２４および１１３４に加えられる任意の圧力が、大気に発散する。バルブ１１５０はまた、システム１０００のバルブ１０６０が提供するフェイルセーフ作動と同じモードで、システム１１００のフェイルセーフ作動を確実にする。

作動のアクティブモードの間に、バルブ１１２０および１１２２は、レギュレーター１１２４の圧力設定値を制御するように作動しており、バルブ１１３０および１１３２は、レギュレーター１１３４の圧力設定値を制御するように作動している。レギュレーター１１２４および１１３４の圧力設定値を調整するために、制御回路１１８０は、バルブ１１２０、１１２２、１１３０および１１３２を選択的にオンおよびオフにするデューティサイクルを提供し得る。図１０と関連してこれまでに記載されたデューティサイクルの議論は、図１１に使用されるデューティサイクルに適用され得る。従って、デューティサイクルおよび選択的に作動されたバルブの操作は、繰り返される必要なない。

図１２は、レギュレーターの圧力設定値を、本発明の原則に従って調節するように作動する代替的な圧力設定値制御システム１２００の回路図を示す。制御システム１２００は、流体供給源１２１０、レギュレーター１２１２、バルブ１２２０、１２２２および１２２４、サーボレギュレーター１２３０、増幅レギュレーター１２３２およびレギュレーター１２３４を備えることが示されている。制御システム１２００の構成要素が単に例示的であり、さらなる構成要素が付加され得るか、特定の構成要素が取り除かれ得ることが理解される。例えば、アキュムレーターが取り除かれ得る。別の例としては、バルブ１２２０が取り除かれ得る。

レギュレーター１２１２は、流体供給源１２１０により供給された圧力を所定の圧力（例えば、サーボレギュレーター１２３０に適した圧力）へ低下させる、手動で調整可能なレギュレーターであり得る。流体供給源１２１０はまた増幅レギュレーター１２３２およびレギュレーター１２３４に接続している。レギュレーター１２１２は、バルブ１２２０の入力に接続している。バルブ１２２０は、サーボレギュレーター１２３０に接続していて、サーボレギュレーター１２３０は、バルブ１２２２および増幅レギュレーター１２３２に接続している。バルブ１２２２および１２２４の出力は、分離していて、かつ周囲環境に接触している。増幅レギュレーター１２３２は、バルブ１２２４およびレギュレーター１２３４に接続している。

バルブ１２２０、１２２２および１２２４は、手動で、または電子的に制御されるバルブであり得る。電子的に制御される場合、このようなバルブは、制御回路（示さず）によりオンおよびオフにされ得る電磁バルブであり得る。さらに、このようなバルブが電磁バルブである場合、バルブ１２２０は、通常「閉」のバルブであり得、バルブ１２２２および１２２４は、通常「開」のバルブであり得る。サーボレギュレーターが完全にオフになり得ない場合、またはサーボレギュレーター１２３０が定常流出型のレギュレーターである場合、バルブ１２２０は、漏出を防止するために通常「閉」であり得る。バルブ１２２２および１２２４は、フェイルセーフ作動を提供するために、通常「開」であり得る。例えば、電源異常または他の異常な作動の際に、バルブ１２２２およびバルブ１２２４は、自動的に「開」になり得、そして、増幅レギュレーター１２３２およびレギュレーター１２３４に加えられるあらゆる圧力を迅速に発散させ得る。

制御システム１２００は、操作のスタンバイモードおよびアクティブモードで作動し得る。作動のアクティブモードの間に、サーボレギュレーター１２３０の圧出力は、増幅レギュレーター１２３２の圧力設定値を設定する。サーボレギュレーター１２３０の圧出力は、制御回路（示さず）により提供される電流シグナルまたは圧シグナルによって制御され得る。増幅レギュレーター１２３２は、サーボレギュレーター出力圧を、所定の割合で増幅する。この所定の割合は、使用される増幅レギュレーターの型に依存して事前に設定され得るか、または調節可能であり得る。この増幅された圧力は、レギュレーター１２３４の圧力設定値を設定するために使用され得る。従って、制御システム１２００は、サーボレギュレーター１２３０に提供される電流シグナルまたは圧シグナルを制御することによってレギュレーター１２３４の圧力設定値を制御する。

また、作動のアクティブモードの間、バルブ１２２０は、「開」であり、バルブ１２２２および１２２４は、増強された圧コントロール（例えば、二方向性圧コントロール）を提供するために、選択的に「開」および「閉」であり得る。作動のスタンバイモードの間に、バルブ１２２０は、「閉」であり、バルブ１２２２およびバルブ１２２４は、「開」であり、それによって、レギュレーター１２３４が、下流に流体を提供することを防止する。

図１３は、本発明の原則に従った別の代替的な圧制御システムの回路図を示す。一般に、制御システム１３００は、流体供給源から供給される流体が制御システム１３００によって設定される設定圧力に調節されるように、レギュレーター１３３４（例えば、レギュレーター３２０、３４０、４２０、５２０、５４０、６２０、７２０または８２０）の設定圧力を調節するように作動している。制御システム１３００は、制御システム１２００の構成要素と同一の構成要素を多数共有し、従って、システム１２００の一般的作動原則がシステム１３００に適用され得る。すなわち、制御システム１３００は、増幅レギュレーター１３３２に適用される圧力を制御し、次に、レギュレーター１３３４の圧力設定値を設定するために使用される増幅された圧力を生じるように、所定の割合でその圧力を増幅することにより、レギュレーター１３３４の圧力設定値を制御する。

システム１２００とシステム１３００との間の構造的な相違は、サーボレギュレーターが取り除かれ、さらなるバルブ１３２６が付加されているということである。バルブ１３２２に連結したバルブ１３２０およびバルブ１３２６の組合せは、図１０および図１１に関して既に上に議論したバルブ構造を提供する。すなわち、バルブ１３２０、１３２２および１３２６が、制御回路（示さず）によって電子的に制御されていると仮定すると、制御回路は、ノードＡにおける圧力を制御するように、デューティサイクルをバルブ１３２０および１３２６に適用し得る。

ノードＡにおける圧力は、増幅レギュレーター１３３２に加えられ、それによりノードＡにおける圧力を所定の割合で増幅して、増幅された圧力を提供する。この増幅された圧力は、レギュレーター１３３４の圧力設定値を設定するためにレギュレーター１３３４に加えられる。従って、制御システム１３００は、バルブ１３２０および１３２６に加えられるデューティサイクルを制御することにより、レギュレーター１３３４の圧力設定値を制御する。

操作のアクティブモードの間、バルブ１３２２および１３２４は「閉」になっており、それにより制御システム１３００が、レギュレーター１３３４の圧力設定値の制御を可能にするということが理解される。電源異常または他の異常の際に、バルブ１３２２および１３２４は、自動的に「開」になり、増幅レギュレーター１３３２およびレギュレーター１３３４に加えられるあらゆる圧力を発散させる。このことにより、作動のフェイルセーフモードを確実にする。

デューティサイクルを、本発明に従うバルブ（例えば、図１０のバルブ１０５０および１０５２、図１１のバルブ１１２０、１１２２、１１３０および１１３２、ならびに図１３のバルブ１３２０および１３２６）を制御するために使用することの利点は、制御用電子装置の効率的な使用を可能にするということである。より詳細には、バルブは、直接的に制御回路に駆動され得、それによって、設定圧力を調節するための電流制御デバイスまたは空気圧制御デバイス（例えば、サーボレギュレーター）を使用する必要性を取り除く。例えば、サーボレギュレーターが圧力設定値を調節するために使用される場合、デジタル−アナログ変換器、サーボ電子装置、圧力トランスデューサおよびさらなるバルブが必要であり得る。

図１４は、本発明の原則に従った設定圧力を制御するためのコントローラー配置の回路図を示す。破線で輪郭を描いた図１４の部分は、制御システム（例えば、図１０、１１および１３に示される制御システム）を大まかに表す。従って、流体供給源、バルブおよびレギュレーターの作動は、繰り返される必要はない。例えば、破線の四角が、図１０の制御システム１０００を表す場合、バルブ１４２０は、バルブ１０５０、１０５２および１０６０を含み得る。制御システム構成に依存して、レギュレーター１４３０は、ドームロードレギュレーターまたは増幅レギュレーターであり得る。

制御回路１４８０は、シグナルを継電器１４９０（例えば、電気的に駆動されるスイッチ）に適用し、次に、レギュレーター１４３０に加えられた圧力を制御するため、そのシグナルに基づいて、バルブ１４２０を選択的に駆動および停止させる。このようなシグナルは、設定圧力を制御するために必要であるデューティサイクルを変動する制御アルゴリズムに由来し得る。制御回路１４８０は、（レギュレーター１４３０の設定圧力を調節することにより）出力圧の所望の変化を達成させるために、制御回路１４８０に、継電器１４９０へ種々のシグナルを加えさせ得る、レギュレーター１４３０の出力からのフィードバックシグナルを受け得る。

図１４に示される制御回路配置の利点は、不必要な構成要素（例えば、デジタル−アナログ変換器、およびバルブ１４２０の作動を制御するための従来の制御回路配置に使用される空気圧制御デバイス）が比較的ないことであり、これらの削除は、より高い信頼性およびより低いコストをもたらす。

流体の温度および圧力制御を向上するために流れ制限デバイスを使用する二重経路流体ルート決定システムを使用するためのシステムおよび方法が、提供される。レギュレーターの設定値圧力を正確に制御するために設定値圧力制御システムを使用するためのシステムおよび方法もまた提供される。

従って、流体の温度および圧力を正確に制御するためのいくつかのシステムおよび方法、ならびにレギュレーターの設定圧力を調節するためのシステムおよび方法が提供される。当業者は、本発明が、限定ではなく、例示の目的のために提示される記載した実施形態以外によって実施され得ること、および本発明が上記特許請求の範囲のみによって限定されることを理解する。

本発明の上記のおよび他の物質ならびに利点は、以下の詳細な説明を、添付図面とともに考慮することによって明らかとなり、その図面中の類似の参照記号は、全体にわたって類似の部分を参照する。
図１Ａは、圧力を制御するための複数の先行技術のバルブ構成を示す。 図１Ｂは、圧力を制御するための複数の先行技術のバルブ構成を示す。 図１Ｃは、圧力を制御するための複数の先行技術のバルブ構成を示す。 図１Ｄは、温度を制御するための複数の先行技術のバルブ構成を示す。 図１Ｅは、温度を制御するための複数の先行技術のバルブ構成を示す。 図１Ｆは、温度を制御するための複数の先行技術のバルブ構成を示す。 図２Ａは、温度および圧力を制御するための複数の先行技術の二重経路流体ルート決定システムの略図を示す。 図２Ｂは、温度および圧力を制御するための複数の先行技術の二重経路流体ルート決定システムの略図を示す。 図２Ｃは、温度および圧力を制御するための複数の先行技術の二重経路流体ルート決定システムの略図を示す。 図３は、本発明の原理による温度および圧力を制御するための二重経路流体ルート決定システムの略図を示す。 図４は、本発明の原理による温度および圧力を制御するための図３の二重経路流体ルート決定システムの変更物の略図を示す。 図５は、本発明の原理による温度および圧力を制御するための図３の二重経路流体ルート決定システムの別の変更物の略図を示す。 図６は、本発明の原理による温度および圧力を制御するための図３の二重経路流体ルート決定システムのさらに別の変更物の略図を示す。 図７は、本発明の原理による温度および圧力を制御するために二つの流体供給源を用いる選択的な二重経路流体ルート決定システムの略図を示す。 図８は、本発明の原理による温度および圧力を制御するための単一レギュレーターの二重経路流体ルート決定システムの略図を示す。 図９は、本発明の原理による二重経路流体ルート決定システムを組み込む熱および圧縮空気の貯蔵システムの略図を示す。 図１０は、本発明の原理による圧力レギュレーター制御システムの略図を示す。 図１１は、本発明の原理による選択的な圧力レギュレーター制御システムの略図を示す。 図１２は、本発明の原理による別の圧力レギュレーター制御システムの略図を示す。 図１３は、本発明の原理による図１２の制御システムに類似する選択的な圧力レギュレーター制御システムの略図を示す。 図１４は、本発明の原理による圧力レギュレーター制御システムを制御するためのコントローラー構成の図を示す。

Claims (81)

1. 二重経路流体ルート決定システムにおいて、流体の圧力および温度を制御するための方法であって、該二重経路流体ルート決定システムは、各々出口ノードに接続された第１の経路および第２の経路を備え、該方法は、以下：
   該第１の経路および該第２の経路に、供給源の流体を提供する工程；
   該供給源の流体を第１の経路の圧力に調節する工程；
   該供給源の流体を第２の経路の圧力に調節する工程；
   流れ制限デバイスを用いて、該第２の経路を通る該供給源の流体のマスフローを制限する工程；
   該第１の経路の流体の温度を変化させる工程；ならびに
   該第１の経路の流体および該第２の経路の流体を混合して、予め決定された圧力および温度を有する混合された流体を、該出口ノードに提供する工程
   を包含する、方法。
2. 前記第１の経路および前記第２の経路を通る、前記供給源の流体のマスフローを制御する工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の経路の圧力が、前記第２の経路の圧力と無関係に調節される、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１の経路の圧力が、該第１の経路を通って流れる流体の第１の経路のマスフロー速度を設定し、そして、前記第２の経路の圧力が、該第２の経路を通って流れる流体の第２の経路のマスフロー速度を設定する、請求項１に記載の方法。
5. 前記第２の経路のマスフロー速度を、前記第１の経路のマスフロー速度と比較して増加させ、前記混合された流体の温度を低下させる工程をさらに包含する、請求項４に記載の方法。
6. 前記第２の経路のマスフロー速度を、前記第１の経路のマスフロー速度と比較して減少させ、前記混合された流体の温度を上昇させる工程をさらに包含する、請求項４に記載の方法。
7. 前記第１の経路の圧力および前記第２の経路の圧力を調節して、前記予め決定された温度および圧力を維持する工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
8. 前記第１の経路の圧力を、実質的に一定の圧力に維持する工程；および
   前記第２の経路の圧力を調節して、前記混合された流体の温度を変化させる工程
   をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
9. 前記維持する工程が、前記第１の経路を通る前記供給源の流体のマスフローを調節して、前記第２の経路の圧力の変化を補償し、かつ前記実質的に一定の圧力を維持する工程を包含する、請求項８に記載の方法。
10. 前記第２の経路の圧力を増加させて、該第２の経路を通るマスフローを増加させる工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
11. 前記第２の経路の圧力を減少させて、該第２の経路を通るマスフローを減少させる工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
12. 前記第１の経路の流体が、加熱された流体であり、そして前記第２の経路の流体が冷却された流体である、請求項１に記載の方法。
13. 前記第２の経路の圧力を減少して、前記混合された流体の温度を上昇させる工程；および
    前記予め決定された圧力を維持するのに必要な程度まで前記第１の経路の流体のマスフローを増加させる工程
    をさらに包含する、請求項１２に記載の方法。
14. 前記第２の経路の圧力を上昇させて、前記混合された流体の温度を低下させる工程；および
    前記予め決定された圧力を維持するのに必要な程度まで前記第１の経路の流体のマスフローを減少させる工程
    をさらに包含する、請求項１２に記載の方法。
15. 前記混合された流体を、流体利用システムに提供する工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
16. 前記流体利用システムに供給される前記混合された流体の温度および圧力をモニタリングする工程をさらに包含する、請求項１５に記載の方法。
17. 前記流体利用システムが、タービンを備える、請求項１５に記載の方法。
18. 前記流体利用システムが、タービン発電機を備える、請求項１５に記載の方法。
19. 前記変化させる工程が、前記流体の温度を加熱する工程を包含する、請求項１に記載の方法。
20. 前記変化させる工程が、前記流体の温度を冷却する工程を包含する、請求項１に記載の方法。
21. 前記供給源の流体が気体である、請求項１に記載の方法。
22. 前記供給源の流体が液体である、請求項１に記載の方法。
23. 二重経路流体ルート決定システムの流体の圧力および温度を制御するための方法であって、該二重経路流体ルート決定システムは、各々出口ノードに接続された第１の経路および第２の経路を備え、該方法は、以下：
    供給源の流体を提供する工程；
    該供給源の流体の圧力を調節して、調節された流体を提供する工程；
    該第１の経路および該第２の経路に、該調節された流体を提供する工程；
    該第１の経路および該第２の経路を通って流れる該調節された流体のマスフロー速度を制御する工程であって、該第１の経路のマスフロー速度は、該第２の経路のマスフロー速度と反比例する、工程；
    該第１の経路を通って流れる該流体の温度を変化させる工程；ならびに
    該第１の経路の流体および該第２の経路の流体を混合し、該出力ノードに、予め決定された圧力および温度を有する混合された流体を提供する工程
    を包含する、方法。
24. 前記第１の経路を通る前記流体の前記マスフローを、流れ制限デバイスを用いて制限する工程をさらに包含する、請求項２３に記載の方法。
25. 前記第２の経路のマスフロー速度を増加させて、前記混合された流体の温度を低下させる工程をさらに包含する、請求項２３に記載の方法。
26. 前記第２の経路のマスフロー速度を減少させて、前記混合された流体の温度を上昇させる工程をさらに包含する、請求項２３に記載の方法。
27. 前記混合された流体の温度および圧力をモニタリングする工程をさらに包含する、請求項２３に記載の方法。
28. 前記調節する工程が、前記予め決定された圧力を維持するように、レギュレーターの圧力設定点を調整する工程を包含する、請求項２３に記載の方法。
29. 前記調節する工程が、前記予め決定された圧力を維持するように、レギュレーターを通るマスフローを調整する工程を包含する、請求項２３に記載の方法。
30. 前記制御する工程が、前記予め決定された温度を維持するように、前記第１の経路のマスフロー速度および前記第２の経路のマスフロー速度を調整する工程を包含する、請求項２３に記載の方法。
31. 前記制御する工程が、前記第２の経路の流れ制御バルブを調整する工程を包含する、請求項２３に記載の方法。
32. 前記変化させる工程が、前記調節された流体の温度を加熱する工程を包含する、請求項２３に記載の方法。
33. 前記変化させる工程が、前記流体の温度を冷却させる工程を包含する、請求項２３に記載の方法。
34. 前記流体供給源が、圧縮された気体である、請求項２３に記載の方法。
35. 二重経路流体ルート決定システムであって、以下：
    流体供給源および出力ノードと流体連絡する第１の経路であって、該第１の経路は、以下：
    該流体供給源に接続された第１のレギュレーター；および
    該第１のレギュレーターおよび該出力ノードに接続された熱交換器であって、該熱交換器は、該第１の経路を通って流れる流体の温度を変化させるように作動する、熱交換器；
    を備える、第１の経路；
    該流体供給源および該出力ノードと流体連絡する第２の経路であって、該第２の経路は、以下：
    該流体供給源に接続された第２のレギュレーター；および
    該第２のレギュレーターおよび該出力ノードに接続された流れ制限デバイスであって、該デバイスは、該第２の経路を通るマスフローを制限するように作動する、デバイス；
    を備える、第２の経路；ならびに
    該第１のレギュレーターおよび該第２のレギュレーターを制御して、該出力ノードに予め決定された圧力および温度の流体を提供するように作動する、制御回路
    を備える、システム。
36. 前記流れ制限デバイスがオリフィスである、請求項３５に記載のシステム。
37. 前記流れ制限デバイスがスクリーンまたはバルブである、請求項３５に記載のシステム。
38. 前記熱交換器が無排気ヒーターである、請求項３５に記載のシステム。
39. 前記熱交換器が蓄熱ユニットである、請求項３５に記載のシステム。
40. 前記第１のレギュレーターが、前記第１の経路を通る流体のマスフローを制御するように作動する、請求項３５に記載のシステム。
41. 前記第２のレギュレーターが、前期第２の経路を通る流体のマスフローを制御するように作動する、請求項３５に記載のシステム。
42. 前記第１のレギュレーターおよび前記第２のレギュレーターが、前記第１の経路および前記第２の経路を通る前記流体のマスフローを制御するように作動する、請求項３５に記載のシステム。
43. 前記第１のレギュレーターが、前記第２のレギュレーターと無関係に、前記第１の経路における前記流体の圧力を制御する、請求項３５に記載のシステム。
44. 前記第２のレギュレーターが、前記第１のレギュレーターと無関係に、前記第２の経路における前記流体の圧力を制御する、請求項３５に記載のシステム。
45. 前記第２のレギュレーターが、その圧力出力を前記第１のレギュレーターの圧力出力と比較して増加させて、前記出口流体の温度を低下させる、請求項３５に記載のシステム。
46. 前記第１のレギュレーターが、その圧力出力を前記第２のレギュレーターの圧力出力と比較して増加させて、前記出口流体の温度を低下させる、請求項３５に記載のシステム。
47. 前記第１のレギュレーターが、第１の経路の圧力を維持し、そして、前記第２のレギュレーターが、第２の経路の圧力を調整して、前記出口ノードに提供される前記流体の温度を変化させる、請求項３５に記載のシステム。
48. 前記第１のレギュレーターが、前記第２の経路の圧力における変化を補償しつつ、前記第１の経路を通って流れる流体のマスフローを自動的に調整して、該第１の経路の圧力を維持する、請求項４７に記載のシステム。
49. 前記熱交換器が、前記第１の経路を通って流れる流体を加熱する、請求項３５に記載のシステム。
50. 前記制御回路が、前記第２のレギュレーターの設定点圧力を増加させて、前記出口ノードに提供される前記流体の温度を低下させるように作動する、請求項４９に記載のシステム。
51. 前記制御回路が、前記第２のレギュレーターの設定点圧力を減少させて、前記出口ノードに提供される前記流体の温度を上昇させるように作動する、請求項４９に記載のシステム。
52. 前記制御回路が、該回路に提供される前記流体の温度および圧力のデータをモニタリングするように作動する、請求項３５に記載のシステム。
53. 前記制御回路が、前記第１のレギュレーターおよび前記第２のレギュレーターの圧力設定点を制御するように作動する、請求項３５に記載のシステム。
54. バックアップシステムであって、以下：
    請求項３５に記載の二重経路流体ルート決定システム；および
    該二重経路流体ルート決定システムから、予め決定された圧力および温度の流体を受容するように接続された流体利用システム
    を備える、システム。
55. 前記流体利用システムがタービンである、請求項５４に記載のバックアップシステム。
56. 前記流体利用システムがタービン発電機である、請求項５４に記載のバックアップシステム。
57. 流体の温度および圧力を制御するための二重経路流体ルート決定システムであって、該システムは、以下：
    入口ポート；
    出口ポート；
    該出口ポートに、第１の予め決定された温度および圧力を有する主要経路流体を提供する主要経路であって、該主要経路は、該入口ポートにおいて流体を受容するように接続されている、主要経路；ならびに
    該出口ポートに、第２の予め決定された温度および圧力を有するバイパス経路流体を提供するバイパス経路であって、該バイパス経路は、該入口ポートにおいて流体を受容するように接続されている、バイパス経路、
    を備え、該出口ポートは、該主要経路の流体および該バイパス経路の流体を混合して、第３の予め決定された温度および圧力を有する混合された流体を提供し、そして、該主要経路および該バイパス経路の少なくとも一方が、該混合された流体の温度制御を増強する、流れ制限デバイスを備える、システム。
58. 前記主要経路が、前記バイパス経路と無関係に、該主要経路の流体を制御する、請求項５７に記載のシステム。
59. 前記バイパス経路が、前記主要経路と無関係に、該バイパス経路の流体を制御する、請求項５７に記載のシステム。
60. 前記主要経路が、以下：
    前記入口ポートに接続された第１のレギュレーター；および
    該第１のレギュレーターおよび前記出口ポートに接続された熱交換器であって、該熱交換器は、該主要経路の流体の温度を変化させるように作動する、熱交換器；
    を備え、そして前記バイパス経路が、以下：
    該入口ポートに接続された第２のレギュレーター；および
    該第２のレギュレーターおよび該出口ポートに接続された前記流れ制限デバイス
    を備える、請求項５７に記載のシステム。
61. 前記主要経路が、以下：
    前記入口ポートに接続された第１のレギュレーター；
    該第１のレギュレーターに接続された熱交換器であって、該熱交換器は、前記主要経路の流体の温度を変化させるように作動する、熱交換器；および
    該熱交換器および前記出口ポートに接続された前記流れ制限デバイス；
    を備え、そして前記バイパス経路が、以下：
    該入口ポートおよび該出口ポートに接続された第２のレギュレーター
    を備える、請求項５７に記載のシステム。
62. 前記主要経路が、以下：
    前記入口ポートに接続された第１のレギュレーター；
    該第１のレギュレーターおよび前記熱交換器に接続された前記流れ制限デバイス；および
    該流れ制限デバイスおよび前記出口ポートに接続された熱交換器であって、該熱交換器は、該主要経路の流体の温度を変化させるように作動する、熱交換器；
    を備え、そして前記バイパス経路が、以下：
    該入口ポートおよび該出口ポートに接続された第２のレギュレーター
    を備える、請求項５７に記載のシステム。
63. 前記主要経路が、以下：
    前記入口ポートに接続された第１のレギュレーターであって、ここで前記流れ制限デバイスが、該第１のレギュレーターおよび前記熱交換器に接続された第１の流れ制限デバイスである、第１のレギュレーター；ならびに
    前記流れ制限デバイスおよび前記出口ポートに接続された熱交換器であって、前記主要経路の流体の温度を変化させるように作動する熱交換器
    を備え、そして前記バイパス経路が、以下：
    該入口ポートに接続された第２のレギュレーター；および
    該第２のレギュレーターおよび該出口ポートに接続された第２の流れ制限デバイス
    を備える、請求項５７に記載のシステム。
64. 前記主要経路が、以下：
    前記入口ポートに接続されたレギュレーター；
    該レギュレーターに接続された前記流れ制限デバイス；および
    該流れ制限デバイスおよび前記出口ポートに接続された熱交換器
    を備え、そして前記バイパス経路が、以下：
    該出口ポート、および該レギュレーターと該流れ制限デバイスとの間のノードに接続された流れ制御バルブであって、該流れ制御バルブは、前記混合された流体を提供するように作動する、請求項５７に記載のシステム。
65. 前記主要経路の流体および前記バイパス経路の流体の圧力およびマスフローを制御するように作動する制御回路をさらに備える、請求項５７に記載のシステム。
66. 前記バイパス経路が、前記主要経路の流体および該バイパス経路の流体のマスフローを制御する、請求項５７に記載のシステム。
67. 前記流れ制限デバイスが、オリフィス、バルブ、スクリーンまたはこれらの任意の組合せである、請求項５７に記載のシステム。
68. 熱貯蔵システムおよび圧縮気体貯蔵システムであって、以下：
    流体供給源；
    該流体供給源に接続された、請求項５８に記載の二重経路流体ルート決定システム；および
    該流体ルート決定システムに接続されたタービン発電機であって、該タービン発電機は、該タービン発電機のタービン部分が、前記混合された流体により駆動される場合に、電力を生成するように作動する、タービン発電機
    を備える、システム。
69. 前記流体供給源が、加圧管、キャバーン、岩塩ドーム、およびガス容器からなる群より選択される、請求項６８に記載のシステム。
70. 流体の温度および圧力を制御するための二重経路流体ルート決定システムであって、該システムは、以下：
    第１の流体供給源；
    第２の流体供給源；
    出口ポート；
    該第１の流体供給源および該出口ポートに接続された第１のレギュレーター；ならびに
    該第２の流体供給源および流れ制限デバイスに接続された第２のレギュレーターであって、該流れ制限デバイスは、該出口ポートに接続されている、第２のレギュレーター
    を備え、該第１のレギュレーターおよび該第２のレギュレーターは、それぞれ、該第１の流体供給源および該第２の流体供給源から受容した流体のマスフローおよび圧力を調節して、該出口ポートに、予め決定された温度および圧力を有する混合された流体を提供する、
    システム。
71. 前記第１の流体供給源が、第１の予め決定された温度を有する流体を提供する、請求項７０に記載のシステム。
72. 前記第２のレギュレーターが、第２の予め決定された温度を有する流体を提供する、請求項７０に記載のシステム。
73. 貯蔵された圧縮流体を使用して電力を発生する電気発生システムであって、該システムは、以下：
    圧縮流体の供給源；
    該供給源に接続され、タービンの入口流体の温度および圧力を制御するように作動する二重経路流体ルート決定システムであって、該経路決定システムは、該タービンの入口流体の圧力制御および温度制御を増強するために、流れ制限デバイスを備える、二重経路流体ルート決定システム；ならびに
    該タービンの入口流体を受容するように接続されたタービン発電機であって、該タービン発電機のタービン部分が、該タービンの入口流体により駆動される場合、電力を発生するように作動する、タービン発電機
    を備える、システム。
74. 流体の温度および圧力を制御するための二重経路流体ルート決定システムであって、該システムは、以下：
    流体の少なくとも１つの供給源；
    該流体の少なくとも１つの供給源から流体を受容するように接続され、出口ノードに主要経路の流体を提供するように作動する、主要経路のマスフロー制御手段；
    該流体の少なくとも１つの供給源から流体を受容するように接続され、該出口ノードにバイパス経路の流体を提供するように作動する、バイパス経路のマスフロー制御手段；
    該出口ノードにおいて、予め決定された温度および圧力を有する混合された流体を提供するための、該マスフロー、およびバイパス経路のマスフロー制御手段を制御するための制御手段；ならびに
    該混合された流体の温度制御および圧力制御を増強するための制限手段
    を備える、システム。
75. 前記流体の少なくとも１つの供給源から受容される流体の温度を変更するための前記熱交換手段をさらに備える、請求項７４に記載のシステム。
76. 前記混合された流体が、主要経路の流体と前記バイパス経路の流体との混合物である、請求項７４に記載のシステム。
77. 前記主要経路のマスフロー制御手段が圧力レギュレーターを備え、前記バイパス経路のマスフロー制御手段が圧力レギュレーターを備える、請求項７４に記載のシステム。
78. 前記主要経路のマスフロー制御手段が圧力レギュレーターを備え、前記バイパス経路のマスフロー制御手段が流れ制御バルブを備える、請求項７４に記載のシステム。
79. 前記制限手段が、前記主要経路のマスフロー制御手段の下流に接続される、請求項７４に記載のシステム。
80. 前記制限手段が、前記バイパス経路のマスフロー制御手段の下流に接続される、請求項７４に記載のシステム。
81. 前記制限手段が、オリフィス、スクリーンおよびバルブからなる群より選択される、請求項７４に記載のシステム。

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