JP2007500316A

JP2007500316A - バルブおよびアクチュエーターのための熱絶縁装置

Info

Publication number: JP2007500316A
Application number: JP2006521197A
Authority: JP
Inventors: ウィリアムエイチ．グリム，; ハワードキューンズ，; ダニエルイー．ジーラー，
Original assignee: スワゲロックカンパニー
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2004-07-22
Publication date: 2007-01-11
Also published as: KR20060040714A; US20050109400A1; TW200508529A; WO2005012777A1

Abstract

バルブ（１）およびアクチュエーター（５）のための熱絶縁装置は、このバルブとこのアクチュエーターとの間に配置されるように適合され、かつこのアクチュエーターをこのバルブに接続するように適合されている、カプラー（９）を備える。上記熱絶縁装置は、上記バルブおよび上記アクチュエーターのうちの１つが、高温または低温に曝露された場合に、上記バルブと上記アクチュエーターとの間の温度勾配を増すように適合されている。上記カプラー（９）は、高温での構造健全性および低熱伝導率を有する材料から構成されている。

Description

（関連出願）
本出願は、「ＴＨＥＲＭＡＬＬＹＩＳＯＬＡＴＥＤＶＡＬＶＥＡＣＴＵＡＴＯＲ」に関する係属中の米国仮特許出願番号６０／４８１，１４１（２００３年７月２５日出願）の利益を主張する。上記出願の全開示は、本明細書において参考として完全に援用される。

（発明の背景）
バルブは、流体流を制御するために（例えば、流体流内で）使用される。代表的バルブアセンブリは、可動式バルブ要素、およびアクチュエーターを備え得る。アクチュエーターは、流体流を通って流れるバルブ本体上のバルブ弁座に対する上記可動式バルブ要素の位置を制御するように操作可能な、手動式制御デバイス、空圧式制御デバイス、油圧式制御デバイス、電気式制御デバイスであり得る。可動式バルブ要素の位置は、バルブを通る流体流を制御する。

一部のバルブは、流体流の温度が制御され変動しない用途で使用される。このような場合、このバルブ本体は、そのバルブを通って流れる流体の所望される温度を維持するために、加熱もしくは冷却され得る。バルブと、バルブ本体に取り付けられたそのアクチュエーターとの間の熱移動は、このバルブ本体に熱を加えたり、このバルブ本体から熱を逃がしたりし得る。このことは、この加熱もしくは冷却されたバルブ本体に望ましくない温度勾配（すなわち、比較的短い距離での温度の変動）をもたらし、これによって、このバルブ本体、および流体流を所望の温度に維持するために必要とされる電力消費を増大させる。

（発明の要旨）
本発明の目的は、バルブとそのアクチュエーターとの間の熱移動を最小限にすることによって、バルブ本体において流体流からバルブアクチュエーターを熱的に絶縁することである。このような熱絶縁のさらなる利点は、温度制限を有するバルブアクチュエーター（すなわち、さもなくば処理流体から所望しない温度（加熱もしくは冷却）に供されるバルブ本体上で都合よく使用することができないアクチュエーター）の使用を可能にすることである。さらに、バルブは、このアクチュエーターが熱を逃がしたり加えたりしない場合、より広い温度範囲で操作され得る。

アクチュエーターの熱絶縁はまた、温度に敏感なデバイス（例えば、さもなくば高温もしくは低温環境でのバルブ操作によって都合よく使用することができない、電子位置表示器、センサ、通信用デバイスおよび電気アクチュエーター）の使用を可能にし得る。最後に、アクチュエーターの熱絶縁は、流体流を（加熱されたバルブ本体を介して）均一に加熱する性能を改善し、そして所望のバルブ温度を維持するために必要な電力消費を削減する。

本発明の一実施形態は、バルブとアクチュエーターとのアセンブリに対する熱絶縁装置を包含する。この熱絶縁装置は、上記バルブと上記アクチュエーターとの間に配置されるように適合され、かつこのアクチュエーターをこのバルブに接続するように適合されているカプラーを備える。この熱絶縁装置は、上記バルブおよび上記アクチュエーターのうちの１つが、高温または低温に曝露された場合に、上記バルブと上記アクチュエーターとの間の温度勾配を増すように適合されている。

本発明のこれらの局面および他の局面は、本明細書に記載され、詳細な説明および添付の図面を読み取ることで、当業者によって容易に理解される。

（本発明の例示的実施形態の説明）
本発明は、バルブおよび作動可能に結合されたアクチュエーターの熱絶縁に関する。本発明は、種々のバルブとアクチュエーターとの構築物に適用可能である。本発明のいくつかの実施形態は、説明され、そして他の実施形態は、当業者に明らかである。本発明の代表として、図１は、本発明のより一般的な実施形態による、作動するバルブアセンブリの模式図を示す。バルブ１は、このバルブを通る流れを増加、減少もしくは消失させるために流体流路３に対して動かされ得る可動式バルブ要素２を提供することによって流体システム中の流れを制御する手段（示さず）を提供する。アクチュエーター５は、上記バルブに組み合わせられて、可動式バルブ要素２を操作するための手段を提供する。

図１の実施形態は、カプラー９とともに提供される、このカプラー９は、上記バルブ１と上記アクチュエーター５との間に配置される。図示された実施形態において、このカプラー９は、かみ合うねじ切りされた表面を通じて、上記アクチュエーター５を上記バルブ１に機械的に結合する。しかし、あらゆる型の機械的接続もしくは結合が、上記カプラー９と上記バルブ１およびアクチュエーター５との間に使用され得る。例としては、溶接、プレス嵌め接続、急速継手、およびクランプ金具（ｃｌａｍｐｆｉｔｔｉｎｇ）が挙げられる。

上記カプラー９の基本機能は、上記バルブ１とアクチュエーター５とを熱絶縁することである。このバルブ１とアクチュエーター５との熱絶縁は、主に、カプラー９の３つの特徴を通じて行われる。第一は、バルブ１とアクチュエーター５との間の物理的分離（距離の延長）であり、これは、バルブ１とアクチュエーター５との間の熱の流れを本質的に減少する。第二は、カプラー９の断面における、熱移動に利用可能な断面積の減少であり、これは、カプラー全体にわたる熱勾配（距離の関数としての温度変化）を増大させる。第三は、カプラー９における、十分な構造健全性を示し、かつバルブ１とアクチュエーター５との間の熱伝導をさらに制限する比較的低い熱伝導率を有する構築材料の使用である。さらに、バルブ１とアクチュエーター５との間の熱の流れを減少させることに加えて、バルブ１とアクチュエーター５との間に物理的分離を加えることは、外部に適用される絶縁（発泡包材、保温用の覆い（ｈｅａｔｅｒｂｌａｎｋｅｔ）など）が、バルブ１またはアクチュエーター５に都合よく別個に適用されることすることを可能にする。

上記カプラーは、上記バルブ１および上記アクチュエーター５の熱特性の分離における２つの機能のうちの一方もしくは両方に役立ち得る。第一に、上記カプラー９は、バルブ１とアクチュエーター５との間の移動または距離の分離を提供して、バルブ１の上昇もしくは低下した温度のアクチュエーター５への曝露を減少させ得る。第二に、上記カプラー９は、バルブ１とアクチュエーター５との間の熱障壁として作動し得る。これは、高温での構造健全性と低熱伝導率との両方を有する材料の使用を通じて実現し得る。このような材料としては、低熱伝導率プラスチック（例えば、ポリベンズイミダゾール（ｐｏｌｙｂｅｎｚｉｍｉｄｉｚｏｌｅ）（ＰＢＩ）およびポリイミド（ＰＩ））；構造セラミック材料（例えば、ジルコン、ジルコナ、ＹＡＧおよびガラス）；ステンレス鋼；多孔性金属および他の多孔性材料、ならびに強化複合材（例えば、ガラス繊維強化プラスチック）、が挙げられ得るが、これらに限定されない。これらのタイプの材料の使用は、上記カプラーが、それが係合する構成要素への熱移動、またはそれが係合する構成要素からの熱移動を、より効果的に減少させることを可能にする。上記カプラー９の構造を隣接する構成要素の接触面積もしくは断面積を減少させるように適合させ、これによって、それを介して熱移動が起こり得る材料をより少なくすることによって、熱障壁がまた提供され得る。距離的分離が、上昇もしくは低下した温度の源からアクチュエーターをさらに分離することによって、バルブとアクチュエーターとの間の温度差を増加させる一方で、断面積および接触表面の減少は、熱勾配（距離の関数としての温度変化）を増加させることによって温度差を上昇させる。したがって、本発明によるカプラーは、バルブと、それに作動可能に結合されたアクチュエーターとの間の熱絶縁を提供する構想をさらに企図する。

より詳細な実施形態において、図２は、本発明の別の実施形態による、熱絶縁装置を有する作動したバルブアセンブリを図示する。バルブ１０は、空圧アクチュエーター１２を有する半径方向ダイヤフラム弁である。本発明は、この半径方向ダイヤフラム弁１０中の空圧アクチュエーター１２に関して図示されているが、本発明は、他のバルブアクチュエーター設計および他のバルブ設計とともに使用され得る。本明細書に示される本発明の種々の局面は、個別に使用され得るか、または互いとの組み合わせ、ならびに他のバルブ設計および他のバルブアクチュエーター設計との種々の組み合わせで使用され得、図示された実施形態は、使用に関して、本質的に例示として意図され、限定を意図しない。

上記バルブ１０は、バルブ本体２０を備える。バルブ本体２０は、このバルブ本体内にバルブ空隙２２を規定する。バルブ本体２０は、流体入口２６および流体出口２４を備え得る。しかし、このバルブを通る流れが双方向性であり得ること、そして本発明が１つ以上の入口ポートおよび出口ポートを有するバルブ構造とともに使用され得ることが、企図される。流体入口２６、流体出口２４、およびバルブ空隙２２は、ともにバルブ１０内に流体流路２８を形成する。図２の実施形態において、流体流路２８は、バルブ弁座３２とダイヤフラム３４との間の領域によって規定される可変オリフィスを備える。

金属ダイヤフラム３４は、バルブ本体２０内に固定され、そしてバルブ弁座３２に対して開位置および閉位置の間で軸方向に移動可能である。この場合もやはり、任意の型の可動式バルブ要素（例えば、ベローズ、ニードル・ステムもしくは穴の開いたオリフィスを有するプラグ）の使用が本発明によって企図されることに注意すべきである。本発明は、金属ダイヤフラムに限定されない。

図２のバルブアセンブリは、バルブ本体２０から離れて提示され上面４２を有するボンネットナット４０を備える。カプラー４４は、このボンネットナット４０上、したがってバルブ本体２０上の、アクチュエーター１２を支持する。よって、カプラー４４は、バルブとアクチュエーターとの間の連結として働き、以下に記載されるように、バルブ本体２０から遠い距離でアクチュエーター１２を支持する。カプラー４４は、一片の材料から作製され得、そして高温での構造健全性と低熱伝導率との両方を有する材料（例えば、上記に列挙された材料）から作製され得る。しかし、カプラーはまた、複数の構成要素または複数の材料を含み得る。このことは、カプラー全体を通じた熱移動と高温でのカプラーの熱膨張との両方を、最低限にし得る。図２の実施形態のカプラー４４は、軸４６を中心とし、かつ内部通路４８を規定する細長管状構造を有するが、このカプラーの形状とこの通路の位置とは、使用されるバルブおよびアクチュエーターの型により適合するように変更され得る。

カプラー４４は、ボンネットナット４０内にねじ込まれた、雄ねじ状の第１の端部５０を有する。止めフランジ５２は、上記第１の端部５０から外側に半径方向に延び、そしてビードまたはリングオフセット５４を有する。このカプラー４４が、ボンネットナット４０内にねじ込まれる場合、このカプラーの止めフランジ５２のビードまたはリングオフセット５４は、このボンネットナット４０の上面４２に係合して、ボンネットナット４０に対するカプラーの動きを制限する。止めフランジ５２とボンネットナット４０との係合は、バルブ本体２０に対してカプラー４４を適切に配置するための機械的な止めとして働く。フランジ５２は、バルブを加熱もしくは冷却するための熱素子を受けるため、１つ以上の孔５３、またはコードヒーターを受けるための凹部５５を有し得る。これらの加熱素子もしくは冷却素子（示さず）は、バルブ全体にわたってより均一な温度を提供する一方、さらにカプラー全体にわたる大きな熱勾配を可能にするのに役立ち得る。

カプラー４４は、雌ねじ状の第２の端部５６およびこの第１の端部５０と第２の端部５６との間に位置する中間部分６０を有する。このカプラー４４の中間部分６０は、軸４６を中心とした円筒状の内部表面６２を備えた薄壁構造を有する（すなわち、この中間部分の平均壁厚は、上記第１および第２の端部の平均壁厚よりも薄い）が、この中間部分の形状は、使用されるバルブおよびアクチュエーターの型により良く適合するように変更され得る。また、この中間部分は、上記第１および第２の端部の外径よりも小さな外径を有するように調節され得る。

図２に示されるアクチュエーター１２は、ハウジング６６内に位置するピストン６４を有する空圧アクチュエーターである。絶縁アセンブリ７０は、このアクチュエーターハウジング６６と上記ボンネットナット４０との間に配置される。絶縁アセンブリ７０は、カプラー４４およびプランジャー７２を備える。上記アクチュエーターハウジング６６は、以下に記載されるように、カプラー４４内にねじ込まれて、バルブ本体１０からより遠くにアクチュエーター１２を配置し、そしてバルブとアクチュエーターとの間に熱的障壁を提供する。

図２のアクチュエーター１２は、上記ピストン６４による動きに固定され、かつ上記ダイヤフラム３４に向かって突出するシャフト７４を備える。ピストン６４は、外部端部表面を有し、この表面に圧力下で空気が適用されて、このピストンおよび上記シャフト７４を上記ハウジング６６における軸方向に動かし得る。アクチュエーターハウジング６６の下端部表面７６は、上記カプラー４４の第２の端部５６内にねじ込まれる。結果として、アクチュエーターシャフト７４は、カプラー４４の内部通路４８内に位置し、ダイヤフラム３４に向かって進められる。

プランジャー７２は、上記カプラー４４の内部通路４８を通って軸方向に延びる。このプランジャー７２は、図２に示されるように、一片の材料から作製され得、好ましくは、低熱伝導率および高温での構造健全性を有する材料（例えば、上記に列挙される例示的材料）から作製される。しかし、プランジャー７２はまた、種々の材料の複数成分から構築され得る。例えば、このプランジャーは、内部通路４８内に直列して配置された複数の連結された部分から構成され得る（これらは、互いに接続されていても、接続されていなくともよいが、これらの部分のいくつかは、低熱伝導率を有する材料から構築され、他の部分は、高温で構造健全性を有する材料から構築される）。また、このプランジャーは、低熱伝導率を有する材料から作製された外装によって囲まれた高強度の材料の棒を備え得る（示さず）。

図２のプランジャー７２は、上記ダイヤフラム３４の中央と接するボタン８２に係合されたバルブ端部を有する。このプランジャー７２は、上記アクチュエーターシャフト７４に係合する、反対側のアクチュエーター端部８４を有する。結果として、プランジャー７２は、連結要素として働き、上記ダイヤフラム３４とアクチュエーター１２とを力を伝達する関係にあるように連結する；このプランジャーは、アクチュエーターからダイヤフラムへと動力を伝え得る。言い換えると、上記ピストンおよびシャフト（可動式作動要素）の動きは、プランジャー（連結要素）を介してダイヤフラム（可動式バルブ要素）へと中継される。

図２のプランジャー７２の中間部分は、比較的に大きな断面積を有する、いくつかの部分８８を有する。上記プランジャー７２のより幅の広い部分８８は、カプラー４４の中間部分６０の円柱状の内側表面６２に係合する。このより幅の広い部分８８は、より幅の広い部分８８の周囲全体の周りで内側表面６２に係合してもよいし、またはより幅の広い部分８８は、より幅の広い部分８８上の不連続の位置において、内側表面に係合するのみであってもよい。この係合は、軸４６に沿った、カプラー４４に対する滑動動作について、プランジャー７２を支持する。

プランジャー７２のより幅の広い部分８８は、減少した断面積または比較的小さな断面積を有するプランジャーの、より狭い部分９０の間に置かれている。プランジャー７２は、プランジャーのより狭い部分９０の位置において、カプラー４４から内側に半径方向に間隔をおき、カプラー４４と係合していない。従って、連続的なギャップ９２は、より狭い部分９０において、プランジャー７２とカプラー４４との間に存在する。結果として、カプラー４４の中間部分６０の全長について、プランジャー７２とカプラー壁との間に連続的な接触は存在しない。

プランジャー７２およびカプラー４４の伸びた長さは、バルブ体２０およびアクチュエーター１２の間のより大きな間隔（距離）を提供し、従ってアクチュエーターをバルブ体から熱的に隔離するのに役立つ。これらの構成要素の長さは、バルブからのアクチュエーターの好ましい変位を提供するために変動し得る。さらに、より狭いプランジャー部分９０の減少した断面は、プランジャーの長さに沿った熱移動を示し、カプラーを横切るより高い温度勾配を生じる。同様に、カプラー４４のより小さな外径および薄い壁６０は、伝導性経路として利用可能な材料の量を減少することによって、その長さに沿った熱移動を示す。さらに、プランジャー７２とカプラー４４の間の半径方向ギャップ９２は、これら２つの部分の間の接触領域を減少することによって、熱移動を減少する。

また、ビードまたはリングオフセット５４は、ボンネットナット４０とカプラー４４の間の接合において、熱移動を減少する。物理的な止め（例えば、ビードまたはリングオフセット５４）において接触領域を制御することは、バルブ−アクチュエーター連結の熱移動特徴を減少することを助け得る。フランジ上の任意の型の突起が、オフセット、ノジュール、リング、くぼみ、三角のもの（ｄｅｌｔａ）などのような形として使用され得、物理的な止めを、かみ合う部分の間の接触の最小領域で作製することを可能にする。

バルブ体２０からのアクチュエーター１２の物理的変位（伸びた間隔）はまた、同様にバルブアクチュエーターと接触することなしに、加熱手段または冷却手段（例えば、加熱ラップ）をバルブ体に付加することを、より容易する。

図２に示される隔離アセンブリ７０（カプラーまたは伸びたボンネット４４、および長いプランジャー７２を含む）は、既存のバルブアセンブリに容易に適合され得、従って、隔離アセンブリ７０は、同一のバルブ体２０およびアクチュエーター１２の部分を使用して、既に製造されたか、または使用中の製品に対して改造され得る。既存のバルブアセンブリのかみ合うアクチュエーターおよびバルブ接続とかみ合う、接続または連結を有する隔離アセンブリを提供することによって、上記隔離アセンブリは、工場での最初の組み立ての間、またはその分野の日常的なメンテナンスを通じて、バルブアセンブリに付加され得る。

図３は、３ａで、図２の作動されたバルブの高温試験の温度特性結果を図示し、３ｂで、隔離アセンブリ７０を含まずに組み立てられた、同一の作動されたバルブを図示する。バルブ体の台およびダイヤフラムの両方は、バルブ体に挿入された熱カートリッジの使用を通じて、バルブ台における熱カプラーによって測定される場合、２００℃の温度で維持され、赤外線ビデオカメラを使用して、バルブおよびアクチュエーターを横切る温度特性を測定した。バルブアセンブリの外側表面に対して使用される、さらなる断熱材料はなかった。図３に示される赤外線画像で示されるバルブアセンブリの種々の影は、図３の添えられた温度スケールに示される温度に対応する、バルブ温度を示す。熱的に隔離された作動されたアセンブリ３ａは、バルブ台（隔離アセンブリのすぐ下）からアクチュエーターの基部（隔離アセンブリの反対の端部）へ、１００℃を超える温度差を生成した。対照的に、熱的に隔離されていないアセンブリ３ｂは、バルブ台と変位されていないアクチュエーターの基部の間のさらにより小さな温度差で、同じ距離を横切る約３０℃の温度差を生成した。さらに、熱的に隔離されていないアセンブリ３ｂにおけるバルブからアクチュエーターへの熱移動の増加が原因で、上記バルブ体は、２００℃のバルブ台温度を維持するために、はるかに高い温度（熱的に隔離されたアセンブリ３ａについての約２２０℃と比較して２７０℃を超える）まで加熱された。これは、バルブの流れ経路を横切って一致しない温度を生じ、この温度を維持するために加熱カートリッジに対して２倍を超える電力を必要とした。従って、図３Ａの作動されたバルブアセンブリにおいて利用される隔離アセンブリは、最大アクチュエーター温度の１００℃を超える低下、バルブ台温度と最大バルブ体温度との間の温度差の５０℃を超える低下、およびバルブ台を２００℃に維持するために必要とされる電力の５０％を超える低下を生じた。

図４は、本発明の別の実施形態に従うバルブ１００およびアクチュエーター１０２を図示する。ボンネットナット１０４は、バルブ１００の上部分を形成する。このボンネットナット１０４は、雌ねじ状回旋（巻き）１０７を有する。可動式作動要素は、１０３に図式的に示され、可動式バルブ要素は、１０６に図示的に示される。作動要素１０３をバルブ要素１０６に接続する連結要素は、１０５に図式的に示され、バルブおよびバルブアクチュエーターの他の部分を代表する。断熱特性が多くのバルブまたはバルブアクチュエーターで使用可能であるので、これらの他の部分は示されていない。

上記アクチュエーター１０２は、比較的に幅の広い上部分１１０および比較的に狭い下端部分１１２を有するハウジング１０８を有する。アクチュエーターハウジング１０８の下端部分１１２は、ボンネットナット１０４上の雌ねじ状回旋１０７に適合する雄ねじ状回旋１１６を有する。従って、上記アクチュエーターハウジング１０８は、ボンネットナット１０４に直接ねじでとめるように適合される。上で示したように、および本明細書中に記載の任意のねじ状接続を用いて、アクチュエーターおよびバルブは、任意の数の型の接続（溶接接続、プレスばめ接続、急速切断継手（ｑｕｉｃｋｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｃｏｕｐｌｉｎｇ）、およびクランプ継手を含む）によって接続されるように適合され得る。

しかし、上記アクチュエーターハウジング１０８は、ボンネットナット１０４に直接接続しない。その代わりに、隔離アセンブリ１２０が、アクチュエーターハウジング１０８とボンネットナット１０４の間に置かれる。この隔離アセンブリ１２０は、ボンネットアダプタ１２２、アクチュエーターアダプタ１２４、カプラー１２６、および２つの断熱部材１２８および１３０を含む。

図４のボンネットアダプタ１２２は、下端部分１３２および上端部分１３４を有するスリーブまたはカラーである。ボンネットアダプタ１２２の下端部分１３２は、雄ねじ状回旋を有し、ボンネットナット１０４にねじ留めされ、従って効果的にボンネットナットを長くする。ボンネットアダプタ１２２の上端部分１３４は、ねじ状回旋に隣接する、半径方向に伸びるショルダー１３８を有する。このショルダー１３８は、ボンネットナット１０４に係合し、ボンネットナットとボンネットアダプタ１２２の間の物理的な止めを提供する。

ボンネットアダプタ１２２の上端部分１３４はまた、ボンネットアダプタの上末端部分において外側に半径方向に突出する、環状フランジ１４０も有する。ボンネットアダプタ１２２上のフランジ１４０の直径は、下に記載のように、アクチュエーターアダプタが、アクチュエーターハウジング１０８にねじ留めされる場合、フランジがアクチュエーターアダプタ１２４と共に半径方向に広がる（すなわち、重なる）ように選択される。

図４のアクチュエーターアダプタ１２４は、雌ねじ状回旋および雄ねじ状回旋を有するスリーブまたはカラーである。このアクチュエーターアダプタ１２４は、アクチュエーターハウジング１０８の下端部分１１２にねじ留めされ、したがってアクチュエーターハウジングの下端部分に、より大きな直径を効果的に与える。このアクチュエーターアダプタ１２４は、その上端部において、半径方向に伸びるフランジ１４６を有する。

図４のカプラー１２６は、その上端部分１５０上に雌ねじ状回旋を有する円柱部材である。このねじ状回旋は、アクチュエーターアダプタ１２４上の雄ねじ状回旋とかみ合うように適合される。カプラー１２６の下端部分１５２は、ボンネットアダプタ１２２上のフランジ１４０の直径と実質的に等しい直径を有する、半径方向に内側に伸びるフランジとして形成される。
カプラー１２６のフランジ１５２は、ボンネットナット１０４とボンネットアダプタ１２２のフランジ１４０の間に位置する。第一の断熱性部材１３０は、カプラー１２６のフランジ１５２とボンネットアダプタ１２２のフランジ１４０の間に位置する。第一の断熱性部材１３０は、断熱性材料から作製され、ボンネットアダプタ１２２とカプラー１２６の間のガスケットまたは座金として作動する。種々の異なる断熱性材料が使用され、アクチュエーター１０２およびバルブ１００の断熱および機械的連結を最適化し得る。これらの断熱性材料は、高温での構造的一体性および低熱伝導率を有するような、上に列挙される材料を含む。

第二の断熱性部材１２８は、アクチュエーターアダプタ１２４とボンネットアダプタ１３４のフランジ１４０の間に位置する。第二の断熱性部材１２８は、断熱性材料から作製され、ボンネットアダプタ１３４とアクチュエーターアダプタ１２４の間のガスケットまたは座金として作動する。

上記アクチュエーターアダプタ１２４は、アクチュエーターアダプタ上のフランジ１４６が、カプラー１２６の上端部分１５０に係合するまで、カプラー１２６にねじ留めされる。ボンネットアダプタ１２２のフランジ１４０は、上側の断熱材１２８および下側の断熱材１３０と一緒になって、アクチュエーターアダプタ１２４とカプラー１２６のフランジ１５２との間で締められる（またははさまれる）。アクチュエーターアダプタフランジ１４６の厚さを改変して、アクチュエーター１０２とバルブ１００の間により広い変位を提供し得る。

従って、上記アクチュエーターハウジング１０８は、カプラー１２６上で機械的に支持され、カプラー１２６に固定される。このカプラー１２６は、ボンネットナット１０４上に機械的に支持され、ボンネットナット１０４に固定されるボンネットアダプタ１２２のフランジ１４０に固定される。結果として、アクチュエーター１０２は、ボンネットナット１０４上に機械的に支持され、ボンネットナット１０４に固定される。そしてアクチュエーターアダプタ１２４は、第一の断熱性部材１２８および第二の断熱性部材１３０によって、ボンネットナット１０４から断熱される。

アクチュエーター１０２は、アクチュエーター１０２がボンネットナットに直接ねじ留めされた場合よりも、ボンネットナット１０４からより離れた距離において支持されるが、例えば図２の実施形態における距離ほど離れていない。結果として、アクチュエーター１０２のボンネットナット１０４からの断熱は、比較的低い特性アセンブリにおいて達成される。

図５は、本発明の四番目の実施形態に従うバルブ１００ａおよびバルブアクチュエーター１０２ａのアセンブリを図示する。図５のアセンブリにおいて、アクチュエーターハウジングおよびアクチュエーターアダプタは、図５の１６０で示される一つの部品として形成される。一方、図４で使用される同一のカプラー、断熱性部材およびボンネットアダプタは、隔離アセンブリを形成するために使用され得る。従って、このアセンブリは、全体で部品が少ないという利点を有するが、代わりに異なる（非標準の）アクチュエーターハウジングを必要とし得る。あるいは、またはさらに、図４および図５のボンネットナットならびにボンネットアダプタは、一つの部品として形成されて、アセンブリを接合するために使用する同一のカプラー１２６、および断熱性部材１２８、１３０と共に、アセンブリ中の構成要素の数を減少し得る（示さず）。

図６は、本発明の５番目の実施形態に従うバルブ１６２およびバルブアクチュエーター１６４のアセンブリを図示する。このアセンブリは、図４に示されるアセンブリと類似しているが、バルブ１６２とアクチュエーター１６４の間の断熱のさらなる段階の断熱（すなわち、複数の断熱性サブアセンブリであって、各々が断熱性アセンブリ構成要素のセットを含む）を伴う。

具体的には、上記アセンブリは、第一のボンネットアダプタ１６８がねじ留めされるボンネット１６６を含む。上記第一のボンネットアダプタ１６８は、第一のカプラー１７２によって第一のアクチュエーターアダプタ１７０と機械的に連結される。第一のボンネットアダプタ１６８は、第一および第二の断熱性部材１７４によって、第一のアクチュエーターアダプタ１７０から熱的に隔離される。

第二のボンネットアダプタ１７６は、アクチュエーターアダプタ１７０にねじ留めされる。この第二のボンネットアダプタ１７６は、第二のカプラー１８０および第二のアクチュエーターアダプタ１８２によって、アクチュエーターハウジング１７８と連結される。この第二のボンネットアダプタ１７６は、第三および第四の断熱性部材１８４によって、アクチュエーターハウジング１７８から熱的に隔離される。その結果のアセンブリは、余分な段階またはバルブボンネット１６６とアクチュエーターハウジング１７８の間の断熱のサブアセンブリを有するが、このアセンブリは、より背が高い。望まれるだけ多くのサブアセンブリが、使用され得る。

図７は、本発明の六番目の実施形態に従うバルブ１８６およびバルブアクチュエーター１８８のアセンブリを図示する。このアセンブリは、雌ねじ状開口部１９２を有するバルブボンネットナット１９０を有する。このアセンブリはまた、断熱材またはカプラー１９４を含む。上記カプラー１９４は、雌ねじ状回旋１９８および雄ねじ状回旋２００を備える円柱本体部分１９６を有する。この断熱材１９４は、本体部分１９６の上端部から外側に半径方向に伸びるフランジ２０２を有する。

上記カプラー１９４は、バルブボンネットナット１９０にねじ留めされる。カプラー１９４上のフランジ２０２は、ボンネットナット１９０の上端表面に係合し、物理的な止めを提供する。

上記アクチュエーターハウジング２０４は、カプラー１９４にねじ留めされる。このアクチュエーターハウジング２０４は、カプラー１９４のフランジ２０２に係合して、物理的な止めを提供し、アクチュエーターハウジングとボンネットナット１９０の間の断熱材を締める。従って、上記カプラー１９４は、アクチュエーターハウジング２０４とボンネットナット１９０の間の機械的接続を提供する。このカプラー１９４はまた、アクチュエーターハウジング２０４とボンネットナット１９０の間の熱バリアを提供する。このカプラー１９４は、高温構造での構造的一体性および低熱伝導率を有する材料から構築されて、バルブからアクチュエーターへの熱移動をさらに減少させ得る。このような材料は上に列挙される。また、フランジ２０２の厚さを改変して、バルブとアクチュエーターの間の距離の隔たりを変化させ得る。

この型の断熱材は、種々の形態をとり得、そしてバルブおよびアクチュエーターアセンブリにおいて、他の場所（例えば、アセンブリの部品の間の種々の位置）に位置し得る。

図８は、バルブおよびアクチュエーターアセンブリにおいて、部品の断熱を増強するために使用され得るさらなる形を図示する。具体的には、バルブアセンブリの第一の部分２１０および第二の部分２１２は、ねじで係合される。第一の部分２１０上のねじは断続的であり、周辺に間隔をあけたねじ部分２１４を提供する。第二の部分２１２上のねじもまた不連続であり、周辺に間隔をあけたねじ部分２１６を提供する。第二の部分２１２上のねじもまた、不連続であり、周辺に間隔をあけたねじ部分２１６を提供する。この不連続性が、かみ合う構成要素２１０と２１２の間の接触領域を最小化し、従って熱バリアを提供する。アセンブリはまた、他の部分の標準的なねじと共に、２つのかみ合う部分の１つのみに断続的なねじを提供し得る。この特性は、記載される実施形態のいずれに対しても適用されて、バルブとアクチュエーターの間の断熱に対してさらに寄与し得る。

バルブ体とバルブアクチュエーターの間の熱移動の減少を助けるために、バルブまたはバルブアクチュエーターの、既存の部品の１以上は、比較的低い熱伝導率を有する材料（すなわち、プラスチック、セラミック、金属）から製造され得る。このような部品は、それに隣接する構成要素の間の熱隔離体として作用し、その比較的低い伝導性は、バルブおよびアクチュエーターを熱的に隔離するために役立つ。このことは、追加の部品を付加することと比較して、バルブアセンブリの高さの増加が、ゼロまたは控えめなものであるというさらなる利点を提供する。

上記の発明の詳細な説明から、当業者は、本発明における改良、変化、および改変を認識する。当該分野の技術範囲内のこのような改良、変化および改変は、添付される特許請求の範囲の範囲の中に含まれることが、意図される。

図１は、本発明の一実施形態による、熱絶縁装置を備えるバルブとアクチュエーターとのアセンブリの一般的模式図を示す。図２は、本発明のより具体的な一実施形態による、熱絶縁装置を備えるバルブとアクチュエーターとのアセンブリの断面図である。図３は、図２のバルブとアクチュエーターとのアセンブリ、および熱絶縁装置なしで組み立てられたバルブとアクチュエーターとのアセンブリの、かなり高温での試験の赤外線ビデオ画像である。図４は、本発明の別の実施形態による、バルブとアクチュエーターとのアセンブリのための熱絶縁装置の断面図である。図５は、本発明のさらなる実施形態による、バルブとアクチュエーターとのアセンブリのための熱絶縁装置の断面図である。図６は、本発明のなお別の実施形態による、バルブとアクチュエーターとのアセンブリのための熱絶縁装置の断面図である。図７は、本発明のさらなる実施形態による、バルブとアクチュエーターとのアセンブリのための熱絶縁装置の断面図である。図８は、本発明の一実施形態に従って改造された、バルブとアクチュエーターとのアセンブリのための、かみ合う雌雄のねじの断面図である。

Claims

バルブおよびアクチュエーターのための熱絶縁装置であって、該熱絶縁装置は、
該バルブと該アクチュエーターとの間に配置されるように適合され、かつ該アクチュエーターを該バルブに接続するように適合されている、カプラー、
を備え、該カプラーは、該バルブおよび該アクチュエーターのうちの１つが、高温または低温に曝露された場合に、該バルブと該アクチュエーターとの間の温度勾配を増すように適合されている、熱絶縁装置。
前記カプラーが、さらに、熱素子を受けるために適合された穴または凹部のうちの１つを備える、請求項１に記載の熱絶縁装置。
前記カプラーが、高温での構造健全性および低熱伝導率を有する材料から構成されている、請求項１に記載の熱絶縁装置。
前記カプラーが、第１の端部、第２の端部、それらの間の中間部分、および該第１の端部から該第２の端部へ延び、そして内側表面を規定する内部通路を有する、請求項１に記載の熱絶縁装置。
前記第１の端部、前記第２の端部、および前記中間部分が、各々、平均壁厚を有し、該中間部分の平均壁厚が、該第１の端部の平均壁厚および該第２の端部の平均壁厚よりも薄い、請求項４に記載の熱絶縁装置。
前記第１の端部、前記第２の端部、および前記中間部分が、各々、外径を有し、該中間部分の外径が、該第１の端部の外径および該第２の端部の外径よりも小さい、請求項４に記載の熱絶縁装置。
さらに、連結要素を備え、該連結要素の少なくとも一部分が、前記カプラーの前記内部通路の中に配置される、請求項４に記載の熱絶縁装置。
前記連結要素が、アクチュエーター端、バルブ端、およびそれらの間の中間部分を有し、該連結要素の該中間部分が、より幅の広い部分およびより狭い部分を有し、該より幅の広い部分は、前記カプラーの内側表面に接触し、該より狭い部分は、該より狭い部分と該内部表面との間に連続的な隙間を提供する、請求項７に記載の熱絶縁装置。
前記連結要素が、前記カプラーの内部通路内に直列に配置された複数の別々の連結部分を備える、請求項７に記載の熱絶縁装置。
前記複数の連結部分の少なくとも１つが、残りの連結部分より低い熱伝導率を有する、請求項９に記載の熱絶縁装置。
前記カプラーおよび前記連結要素のうちの少なくとも１つが、高温での構造健全性および低熱伝導率を有する材料から構成されている、請求項７に記載の熱絶縁装置。
バルブとアクチュエーターとのアセンブリであって、該アセンブリは、以下：
バルブ；
アクチュエーター；ならびに
カプラー、
を備え、該カプラーは、該バルブと該アクチュエーターとの間に配置され、かつ該アクチュエーターを該バルブに接続するように適合され、ここで該カプラーは、該バルブと該アクチュエーターのうちの１つが、高温または低温に曝露された場合に、該バルブと該アクチュエーターとの間の温度勾配を増すように適合されている、アセンブリ。
前記カプラーが、前記アクチュエーターを前記バルブから所定の距離に配置する、請求項１２に記載のアセンブリ。
前記カプラーが、さらに、熱素子を受けるために適合された穴または凹部のうちの１つを備える、請求項１２に記載のアセンブリ。
前記カプラーが、高温での構造健全性および低熱伝導率を有する材料から構成されている、請求項１２に記載のアセンブリ。
前記カプラーが、さらに、前記バルブの表面に対して接する止めフランジを備える、請求項１２に記載のアセンブリ。
前記止めフランジが、前記バルブの表面に接する突起を備える、請求項１６に記載のアセンブリ。
前記突起が、リングオフセットである、請求項１７に記載のアセンブリ。
前記突起が、一連の団塊である、請求項１７に記載のアセンブリ。
さらに、ボンネットアダプターを備え、該ボンネットアダプターは、前記バルブに取付けられ、ここで前記カプラーが、該ボンネットアダプターに係合し、該カプラーと該バルブとの間の接続を提供する、請求項１２に記載のアセンブリ。
前記カプラーおよびボンネットアダプターが、重なった環状フランジを備える、請求項２０に記載のアセンブリ。
さらに、前記カプラーおよびボンネットアダプターの前記重なったフランジの間に配置された断熱性部材を備える、請求項２１に記載のアセンブリ。
さらに、前記アクチュエーターの端部表面と前記ボンネットアダプターの前記環状フランジとの間に配置された断熱性部材を備える、請求項２１に記載のアセンブリ。
さらに、アクチュエーターアダプターを備え、該アクチュエーターアダプターは、前記アクチュエーターに取付けられ、ここで前記カプラーが、該アクチュエーターアダプターに係合し、該カプラーと該アクチュエーターとの間の接続を提供する、請求項２１に記載のアセンブリ。
前記カプラーおよびアクチュエーターアダプターが、かみ合うねじ込み部分を備える、請求項２４に記載のアセンブリ。
さらに、前記アクチュエーターアダプターの端部表面と前記ボンネットアダプターの環状フランジとの間に配置された断熱性部材を備える、請求項２４に記載のアセンブリ。
前記カプラーが、前記アクチュエーターに取付けられた第１の端部、前記バルブに取付けられた第２の端部、および該第１の端部と該第２の端部との間に配置された中間部分を備える、請求項１２に記載のアセンブリ。
前記第１の端部、前記第２の端部、および前記中間部分が、各々、外径を有し、該中間部分の外径が、該第１の端部の外径および該第２の端部の外径よりも小さい、請求項２７に記載のアセンブリ。
前記カプラーが、前記第１の端部から前記第２の端部へ延びる内部通路を有し、該第１の端部、該第２の端部、および前記中間部分が、各々、平均壁厚を有し、そして該中間部分の平均壁厚が、該第１の端部の平均壁厚および該第２の端部の平均壁厚よりも薄い、請求項２７に記載のアセンブリ。
前記カプラーの前記第１の端部が、雌ねじ状コネクタを備え、該コネクタは、前記アクチュエーター上の雄ねじ状コネクタへの取付けのために適合され、そして該カプラーの第２の端部は、雄ねじ状コネクタを備え、該コネクタは、前記バルブ上の雌ねじ状コネクタへの取付けのために適合されている、請求項２７に記載のアセンブリ。
前記カプラーの前記バルブ、アクチュエーター、ならびに第１および第２の端部のねじ状コネクタが、実質的に、同じネジ山ピッチおよび径を有する、請求項３０に記載のアセンブリ。
前記ねじ状コネクタのうちの少なくとも１つが、不連続なネジ山を備える、請求項３０に記載のアセンブリ。
さらに、
前記バルブ内に配置される、可動式のバルブ要素；
前記アクチュエーター内に配置される、可動式作動要素；および
該バルブと該アクチュエーターの間に配置される連結要素であって、該連結要素は、該可動式作動要素に係合するアクチュエーター端、該可動式バルブ要素に係合するバルブ端、およびそれらの間の中間部分を有する、連結要素、
を備える、請求項２７に記載のアセンブリ。
前記可動式作動要素の動きが、前記連結要素を介して前記可動式バルブ要素に中継される、請求項３３に記載のアセンブリ。
前記連結要素が、前記バルブおよび前記アクチュエーターのうちの１つが、高温または低温に曝露された場合に、該バルブと該アクチュエーターとの間の温度勾配を増すように適合されている、請求項３３に記載のアセンブリ。
前記カプラーが、前記第１の端部から前記第２の端部へ延び、内側表面を規定する内部通路を有し、前記連結要素の少なくとも一部分が、該内部通路の中に配置される、請求項３５に記載のアセンブリ。
前記連結要素の前記中間部分が、より幅の広い部分およびより狭い部分を有し、該より幅の広い部分は、前記カプラーの内側表面に接触し、該より狭い部分は、該より狭い部分と該内部表面との間の連続的な隙間を提供する、請求項３６に記載のアセンブリ。
前記連結要素が、前記カプラーの前記内部通路内に直列に配置された複数の別々の連結部分を備える、請求項３６に記載のアセンブリ。
前記複数の連結部分の少なくとも１つが、残りの連結部分より低い熱伝導率を有する、請求項３８に記載のアセンブリ。
前記カプラーおよび前記連結要素のうちの少なくとも１つが、高温での構造健全性および低熱伝導率を有する材料から構成されている、請求項３３に記載のアセンブリ。
前記カプラーおよび連結要素が、前記アセンブリから取り外される場合に、前記アクチュエーターおよび前記バルブが、直接、互いに取付けられるように適合され、非熱絶縁アセンブリを形成する、請求項３３に記載のアセンブリ。
前記可動式バルブ要素からの所定の距離で前記バルブを加熱するための熱源をさらに備え、ここで電力入力が該熱源に供給されて該バルブを所定の温度に維持する、請求項４１に記載のアセンブリ。
前記アセンブリの前記可動式バルブ要素を２００℃の温度に維持するために必要とされる電力入力が、前記非熱絶縁アセンブリの前記可動式バルブ要素を２００℃の温度に維持するために必要とされる電力の５０％未満である、請求項４２に記載のアセンブリ。
２００℃の温度への前記可動式バルブ要素の継続的曝露が、前記カプラーの前記第１の端部から該カプラーの前記第２の端部への、１００℃よりも大きい温度差を生成する、請求項３３に記載のアセンブリ。
２００℃の温度への前記可動式バルブ要素の継続的曝露が、前記バルブ全体にわたる３０℃の最大温度差を生成する、請求項３３に記載のアセンブリ。
バルブおよびアクチュエーターのアセンブリであって、該アセンブリは、以下：
バルブ；
アクチュエーター；
複数の熱絶縁サブアセンブリであって、各サブアセンブリは、カプラー、アクチュエーターアダプター、およびボンネットアダプターを備える、熱絶縁サブアセンブリ、
を備え、該サブアセンブリのカプラーは、該サブアセンブリのアクチュエーターアダプターおよびボンネットアダプターと係合し、該サブアセンブリのアクチュエーターアダプターとボンネットアダプターとの間の接続部を提供し、そして
該熱絶縁サブアセンブリは、直列に取付けられ、その結果、
該複数のサブアセンブリのうちの１つのサブアセンブリの該ボンネットアダプターが、該バルブに取付けられ、そして残りのサブアセンブリの該ボンネットアダプターの各々が、その後に続くサブアセンブリの該アクチュエーターアダプターに取付けられ、そして
該複数のサブアセンブリのうちの別の１つのサブアセンブリの該アクチュエーターアダプターが、該アクチュエーターに取付けられ、そして残りのサブアセンブリの該アクチュエーターアダプターの各々が、その前のサブアセンブリの該ボンネットアダプターに取付けられる、アセンブリ。
前記カプラー、前記アクチュエーターアダプター、および前記ボンネットアダプターのうちの少なくとも１つが、高温での構造健全性および低熱伝導率を有する材料から構成されている、請求項４６に記載のアセンブリ。
各サブアセンブリの前記カプラーおよびアクチュエーターアダプターが、かみ合うねじ込み部分を備える、請求項４６に記載のアセンブリ。
各サブアセンブリの前記カプラーおよびボンネットアダプターが、重なった環状フランジを備える、請求項４８に記載のアセンブリ。
さらに、各サブアセンブリの前記カプラーおよびボンネットアダプターの前記重なったフランジの間に配置された断熱性部材を備える、請求項４９に記載のアセンブリ。
さらに、前記アクチュエーターアダプターの端部表面と前記ボンネットアダプターの環状フランジとの間に配置された断熱性部材を備える、請求項５０に記載のアセンブリ。
前記断熱性部材の少なくとも１つが、前記カプラー、前記アクチュエーターアダプター、および前記ボンネットアダプターよりも低い熱伝導率を有する、請求項５１に記載のアセンブリ。
バルブおよびアクチュエーターを備えるタイプのバルブアセンブリであって、該アセンブリは：
該バルブを該アクチュエーターに機械的に接合し、該バルブおよび該アクチュエーターのうちの１つが、高温または低温に曝露された場合に、該バルブと該アクチュエーターとの間の温度勾配を増す、カプラー、
を備えるように改良されている、バルブアセンブリ。
前記カプラーが、前記アクチュエーターに取付けられた第１の端部、前記バルブに取付けられた第２の端部、および該第１の端部と該第２の端部との間に配置された中間部分を備え、そして該第１の端部、該第２の端部、および該中間部分が、各々、外径を有し、該中間部分の外径が、該第１の端部の外径および該第２の端部の外径よりも小さい、請求項５３に記載のバルブアセンブリ。
前記カプラーが、内側表面を規定する内部通路を有し、前記第１の端部、前記第２の端部および、前記中間部分が、各々、平均壁厚を有し、該中間部分の平均壁厚が、該第１の端部の平均壁厚および該第２の端部の平均壁厚よりも薄い、請求項５３に記載のバルブアセンブリ。
前記カプラーが、高温での構造健全性および低熱伝導率を有する材料から構成されている、請求項５３に記載のバルブアセンブリ。
さらに、前記アクチュエーター内に配置された可動式アクチュエーター要素、前記バルブ内に配置された可動式バルブ要素、および該バルブと該アクチュエーターの間に配置された連結要素であって、該可動式アクチュエーター要素に係合するアクチュエーター端と該可動式バルブ要素に係合するバルブ端とを有する連結要素を備え、ここで該可動式アクチュエーター要素の動きが、該連結要素を介して前記可動式バルブ要素に中継される、請求項５３に記載のアセンブリ。
前記カプラーおよび前記連結要素のうちの少なくとも１つが、高温での構造健全性および低熱伝導率を有する材料から構成されている、請求項５７に記載のバルブアセンブリ。
前記カプラーが、内側表面を規定する内部通路を有し、そして前記連結要素の少なくとも一部分が、該内部通路の中に配置される、請求項５７に記載のバルブアセンブリ。
前記連結要素が、さらに、前記アクチュエーター端と前記バルブ端との間に配置された中間部分を備え、該中間部分が、より幅の広い部分およびより狭い部分を有し、該より幅の広い部分は、前記カプラーの内側表面に接触し、該より狭い部分は、該より狭い部分と該内部表面との間に連続的な隙間を提供する、請求項５７に記載のバルブアセンブリ。
バルブおよびアクチュエーターのアセンブリであって、該アセンブリは、以下：
バルブ；
アクチュエーター；
該バルブを該アクチュエーターに機械的に接合するための手段、
を備え、該手段は、該バルブおよび該アクチュエーターのうちの１つが、高温または低温に曝露された場合に、該バルブと該アクチュエーターとの間の温度勾配を増す、アセンブリ。
バルブおよびアクチュエーターのための熱絶縁装置であって、該熱絶縁装置は、
該バルブと該アクチュエーターとの間に配置されるように適合されている、本体、
を備え、ここで該熱絶縁装置は、該バルブおよび該アクチュエーターのうちの１つが、高温または低温に曝露された場合に、該バルブと該アクチュエーターとの間の温度勾配を増すように適合されている、熱絶縁装置。
前記本体が、高温での構造健全性および低熱伝導率を有する材料から構成されている、請求項６２に記載の熱絶縁装置。
前記本体の材料が、低熱伝導率プラスチック、構造セラミック材料、ステンレス鋼、多孔性材料および強化複合材を含む群より選択される、請求項６３に記載の熱絶縁装置。
バルブおよびアクチュエーターのための熱絶縁装置であって、該熱絶縁装置は、
該バルブと該アクチュエーターとの間に配置されるように適合されている、本体、
を備え、ここで該熱絶縁装置が、該バルブおよび該アクチュエーターのうちの１つが、高温または低温に曝露された場合に、該バルブと該アクチュエーターとの間の熱障壁を提供するように適合されている、熱絶縁装置。
前記本体が、高温での構造健全性および低熱伝導率を有する材料から構成されている、請求項６５に記載の熱絶縁装置。
前記本体の材料が、低熱伝導率プラスチック、構造セラミック材料、ステンレス鋼、多孔性材料および強化複合材を含む群より選択される、請求項６６に記載の熱絶縁装置。