JP2015532482A - 平衡ポート付きパイロット作動型レギュレータ - Google Patents

Abstract

流体調節デバイスは、レギュレータ弁、アクチュエータ、およびパイロットレギュレータ弁アセンブリを含む。パイロットレギュレータ弁アセンブリは、ダイヤフラムの反対面に与えられる下流圧力の変化に応答し、アクチュエータのダイヤフラムの表面に圧力負荷を提供する。パイロットレギュレータ弁アセンブリの上部キャビティは、アクチュエータの制御キャビティと流体連通し、アクチュエータダイヤフラムおよびパイロットレギュレータ弁アセンブリダイヤフラムの両方が、キャビティ内の圧力変化を同時に感知することを可能にする。下流の圧力が変化すると、アクチュエータおよびパイロットレギュレータ弁アセンブリの両方のダイヤフラムが下流の圧力を調節するために変位し、パイロットレギュレータ弁アセンブリは、負荷圧力を維持する。本レギュレータは、平衡力を加えて、上流圧力の平衡弁栓への力を相殺する平衡レギュレータ弁をさらに含む。【選択図】図３

Description

本開示は、流体制御デバイスに関し、より具体的には、ダイヤフラム式流体レギュレータに関する。

圧力調節弁は、流体の下流側の圧力を制御するために多くの産業および住宅用途で使用されている。下流の圧力を制御することにより、圧力調節弁は、下流の需要の変動を補償する。例えば、下流の需要が増加すると、より多くの流体が圧力調節弁を通って流れることができるように圧力調節弁が開き、こうして比較的一定の下流圧力を維持する。一方、下流の需要が減少すると、圧力調節弁を通って流れる流体の量を減少させるために圧力調節弁が閉じて、比較的一定の下流圧力をここでも維持する。

圧力調節弁は、平衡または不平衡のいずれかに分類することができ、排出基準と供給されるガスの量を監視する方法の違いにより、様々な弁が様々な世界市場で使用されている。

例えば、欧州で一般的に使用される従来の平衡圧力レギュレータ弁が図１に示されている。従来のガスレギュレータ１０は、アクチュエータ１２および平衡圧力レギュレータ弁１４を備えている。レギュレータ弁１４は、入口１６、出口１８、および入口１６と出口１８との間に配置された弁ポート２２を画定する。ガスは、入口１６とレギュレータ弁１４の出口１８との間を移動するために、弁ポート２２を通過しなければならない。アクチュエータ１２は、レギュレータ弁１４の出口１８における圧力、すなわち出口圧力が、所望の出口または制御圧力に従っていることを保証するために、レギュレータ弁１４に連結されている。アクチュエータ１２は、感知された出口圧力に基づいてレギュレータ弁１４の出口圧力を調節するための制御アセンブリ２２を含む。具体的には、制御アセンブリ２２は、ダイヤフラム２４、連結柱３２と、弁栓２８を有する制御アーム２６を含む。ダイヤフラム２４は、アクチュエータ１２のハウジング２３を、大気キャビティ２５と制御圧力キャビティ２７とに分割する。制御圧力キャビティ２７は、ダイヤフラム２４の底部側が出口圧力を感知し、開放位置と閉鎖位置との間で弁栓２８を移動させるために応答するように、レギュレータ弁１４の出口１８と流体連通している。制御アセンブリ２２は、制御圧力キャビティ２７内のダイヤフラム２４によって感知された出口圧力を相殺するために、大気キャビティ２５内にダイヤフラム２４の上面側と係合して配置された制御バネ３０をさらに含む。したがって、制御圧力とも称することができる所望の出口圧力が、制御バネ３０の選択によって設定される。

出口圧力が制御バネ３０によって制御され、設定される従来のレギュレータ１０の１つの問題は、しかしながら、弁栓２８は、弁１４を開くように開いたり、弁ポート２２から離れたりすることで、制御バネ３０が膨張または伸長し、力を失うことである。力が減少すると、出口圧力が減少し、定格容量の低減をもたらす。言い換えれば、弁１４を開くように制御アーム２６を変位させるとき、制御バネ３０は、圧縮されていない長さに向かって膨張する際に、本質的により少ない力を発生する。さらに制御バネ３０が膨張すると、ダイヤフラム２４は変形し、ダイヤフラム２４の面積が増加する。制御バネ３０によって供給される減少した力と、ダイヤフラム２４の増加した面積とが組み合わさって、制御バネ３０によって提供される力がダイヤフラム２４によって生成された力を十分に平衡させることができなくなる。この結果、ダイヤフラム２４が上昇し、出口制御圧力が所望の制御圧力を下回る。この現象は、「ドループ」として知られている。「ドループ」が発生すると、出口圧力が設定された制御圧力より低下し、また、定格流量値として知られている出口圧力範囲を維持しながら転送される流体の量も減少する。

米国では、「ドループ」の影響に対処する試みは、ダイヤフラムの上の負荷圧力の供給を制御し、調整するために、パイロットレギュレータ弁を使用することを含む。このようなパイロットレギュレータは、典型的には、不平衡レギュレータ弁とともに使用することに限定されるが、概して、レギュレータの動作中にアクチュエータダイヤフラムに印加される荷重圧力の量を供給し制御することに限定される。例えば、図２は、不平衡レギュレータ弁１１４、アクチュエータ１１２、およびレギュレータ弁１１４とアクチュエータ１１２との両方に動作可能に接続されたパイロットレギュレータ１６０を有する、米国の市場用の従来のレギュレータ１１０を示している。さらに具体的には、弁１１２は、入口１１６、出口１１８、および入口１１６と出口１１８との間に配置された弁ポート１２２を画定する。ガスは、レギュレータ弁１１４の入口１１６と出口１１８との間を移動するために、弁ポート１２２を通過しなければならない。アクチュエータ１１２は、レギュレータ弁１１４の出口１１８における圧力、すなわち出口圧力が、所望の出口または制御圧力に従っていることを保証するために、レギュレータ弁１１４に連結されている。アクチュエータ１１２は、ダイヤフラム１２４、連結ステム１３２、および弁栓１２８を有する制御アーム１２６を有する制御アセンブリ１２２を含む。ダイヤフラム１２４は、レギュレータ弁１１４の出口圧力を感知し、レギュレータ弁１１４を開閉する弁栓１２８を移動させるための応答を提供する。ダイヤフラム１２４は、アクチュエータハウジングを負荷圧力キャビティ１２５と制御圧力キャビティ１２７とに分割する。

図２のレギュレータ１１０は、図１のレギュレータ１０が含むようには、負荷キャビティ１２５内に制御バネを含んではいない。むしろ、パイロットレギュレータ弁１６０は、負荷圧力キャビティ１２５に供給された負荷または負荷圧力を制御し調整するためにアクチュエータ１１２に動作可能に接続されている。さらに、パイロットレギュレータ弁アセンブリ１６０は、アクチュエータ１１２の制御圧力キャビティ１２７内の圧力の変化に応じてこれを行う。より具体的には、パイロットレギュレータ弁アセンブリ１６０は、入口１６４、出口１６６、入口１６４と出口１６６との間に配置された弁ポート１６８を有する本体１６２を含む。入口１６４は、不平衡レギュレータ弁１１４の入口１１６と流体連通しており、また出口１６６はアクチュエータ１１２の制御圧力キャビティ１２５と流体連通している。パイロットレギュレータ弁アセンブリ１６０は、本体１６２に結合されたボンネット１７４、本体１６２内に配置された弁栓１７０、およびボンネット１７４内に配置されたダイヤフラム１７８をさらに含む。ダイヤフラム１７８は、ボンネット１７４を第１のキャビティ１７９および第２のキャビティ１８１に分割し、第２のキャビティ１８１は、アクチュエータ１１２の制御圧力キャビティ１２７に動作可能に結合かつ流体連通し、第１のキャビティ１７９はパイロット制御バネ１７６を含む。このように構成されているため、アクチュエータ１１２の制御圧力キャビティ１２７内の圧力は、パイロットレギュレータ弁アセンブリ１６０の第２のキャビティ１８１内の圧力と等しい一方、パイロット制御バネ１７６は、ダイヤフラム１７８の位置を相殺する、または平衡する。例えば、ダイヤフラム１７８によって感知された制御圧力への変化は、弁栓１７０を、閉鎖位置と開放位置との間で移動させる。そのような構成は、アクチュエータ１１２の制御圧力キャビティ１２７内の制御または出口圧力の小さな変化に応答することによって、パイロットレギュレータ弁１６０が、アクチュエータ１１２の負荷圧力室１２５に供給された負荷圧力を制御し調整することを可能にする。

「ドループ」の効果は、パイロット弁を使用することにより、不平衡レギュレータ弁１１４に関して減少するが、不平衡弁１１４はいくつかの欠点を有する。例えば、不平衡弁は、高い入口圧力に耐えるのが困難であり、大きな弁オリフィスにより弁ポート１２２に作用する高い流体圧力は弁ポートを破砕し得る。この結果、不平衡弁は、高圧、大オリフィスの用途に理想的ではない。さらに、不平衡弁は、入口圧力感度として知られる望ましくない効果を被る。入口圧力感度とは、入口圧力が増すにつれて、不平衡弁が制御圧力の意図せぬ増加を経験するという現象である。

さらに、排出基準とエンドユーザーに供給されるガスの量を監視する方法の違いにより、様々な世界市場が、歴史的に、様々な圧力調節弁を要求してきた。例えば、米国では、計器は、典型的に、供給される圧力の量を監視するだけであるため、圧力の流量を制御することが重要であり、また、パイロット作動型レギュレータ弁も、典型的に、同じ目的で使用される。しかしながら、平衡ポートが頻繁に、弁内のスロートを通った通路を塞ぎ、安全弁の動作に影響しそれに干渉するため、図１に示される弁などの平衡レギュレータ弁は、米国ではあまり多く使用されてはいない。その代わり、米国では、パイロットレギュレータ弁によって動作され図２に示されるような不平衡レギュレータ弁がより一般的に使用されている。

ヨーロッパでは、排出基準は歴史的に米国より高いので、安全弁は許容されない。したがって、大気中に過剰なガスを排出する任意の安全弁の動作に影響を与える通路の目詰まりの懸念がないため、平衡ポートが典型的に使用される。しかしながら、図１に示される平衡圧力レギュレータ弁などの、ヨーロッパで使用される従来の平衡レギュレータ弁は、上述のように、例えば、「ドループ」の問題を抱えている。

本開示の一態様は、第１の入口、第１の出口、および第１の入口と第１の出口との間に配置された第１の弁ポートを有する弁を備えた流体調節デバイスを提供する。本デバイスは、弁に結合されたアクチュエータをさらに含む。アクチュエータは、弁に結合されたハウジングと、弁内に配置され、第１の弁ポートに係合する閉鎖位置と、第１の弁ポートから離れて配置される開放位置との間で変位するように適合された第１の弁栓とを有する。さらに、アクチュエータは、第１の弁栓に動作可能に接続され、弁の入口における入口圧力と流体連通する第１の側面を有し、入口圧力が、開放位置の方向において第１の力を第１の弁栓に加え、入口圧力が、閉鎖位置の方向において第２の力を第１の弁栓に加えるように平衡ダイヤフラムに作用し、第１および第２の力の大きさがほぼ等しく、第１のダイヤフラムがハウジング内に配置され、ハウジングを負荷圧力キャビティと制御圧力キャビティとに分割し、第１のダイヤフラムは第１の弁栓に動作可能に結合され、制御圧力キャビティは弁の第１の出口と流体連通している。本デバイスはアクチュエータに結合されたパイロットレギュレータ弁アセンブリをさらに含む。パイロットレギュレータ弁アセンブリは、第２の入口、第２の出口、および前記第２の入口と前記第２の出口との間に配置された第２の弁ポートを備えた弁本体を有することができ、第２の入口は第１の入口と流体連通しており、第２の出口がアクチュエータハウジングの負荷圧力キャビティと流体連通している。さらに、パイロットレギュレータ弁アセンブリは、本体に結合されたボンネットと、本体内に配置され、第２の弁ポートに係合する閉鎖位置と、第２の弁ポートから離れて配置される開放位置との間で変位するように適合された第２の弁栓と、ボンネット内に配置され、ボンネットを第１のキャビティと第２のキャビティとに分割する第２のダイヤフラムであって、第２のダイヤフラムが第２の弁栓に動作可能に結合され、第２のキャビティは、アクチュエータの第１のダイヤフラムの第１の表面が、パイロットレギュレータ弁アセンブリの第２のダイヤフラムの第１の表面と流体連通するように、アクチュエータの制御圧力キャビティと流体連通する、第２のダイヤフラムと、ボンネットの第１のキャビティ内に配置され、第２のダイヤフラムの第２の表面に係合する制御バネと、を含むことができる。このように構成されているため、第２のダイヤフラムおよび制御バネは、ボンネットの第２のキャビティ内の圧力が減少するとき、第２の弁栓を開放位置に向かって移動させ、ボンネットの第２のキャビティ内の圧力が増加するとき、第２の弁栓を閉鎖位置に向かって移動させるように構成されて、所定の負荷圧力にほぼ等しいアクチュエータの負荷圧力キャビティ内の圧力を維持する。さらに、アクチュエータは、負荷圧力キャビティ内の圧力が増加するとき、第１の弁栓を開放位置に向かって移動させ、負荷圧力キャビティ内の圧力が減少するとき、第１の弁栓をその閉鎖位置に向かって移動させるように構成されて、所定の設定点圧力にほぼ等しい第１の出口での圧力を維持する。

従来の平衡ポートガスレギュレータの垂直断面図である。 従来のパイロット操作型不平衡ポートガスレギュレータの垂直断面図である。 本開示の教示に従って構成されたパイロット操作型平衡ポートのガスレギュレータの垂直断面図である。

本開示は様々な修正および代替の構成が可能であるが、特定の例示的な実施形態が図面に示されており、以下に詳細に説明する。ただし、本開示を開示される特定の形態に限定する意図はなく、一方で本発明の趣旨および範囲内に含まれる、すべての修正、代替案、および相当物を網羅する意図があることを理解されたい。

以下の文は、本発明の多数の異なる実施形態の詳細な説明を記載しているが、本発明の法的範囲は本特許の最後に記載される特許請求の範囲の文言によって定義されることが理解されるべきである。この詳細な説明は、単なる例示として解釈されるべきであり、すべての可能な実施形態を説明することは、不可能ではないにしても非現実的であると思われるため、本発明のすべての可能な実施形態を記載してはいない。多数の代替実施形態が、現在の技術、または本特許の出願日の後に開発された技術のいずれかを使用して、実施することができ、かかる実施形態は、依然として本発明を定義する特許請求の範囲の範囲内に入るであろう。

図３を参照すると、ガスレギュレータは、一般的に参照番号２１０によって参照される。ガスレギュレータ２１０は、概して、アクチュエータ２１２およびレギュレータ弁２１４を備える。レギュレータ弁２１４は、例えば、ガス分配システムからガスを受け取るための入口２１６と、例えば、１つ以上の器具を有する施設にガスを供給するための出口２１８とを含む。アクチュエータ２１２は、レギュレータ弁２１４に結合され、弁栓２２８などの制御要素を有する制御アセンブリ２１７を備える。第１のまたは通常の動作モード中に、制御アセンブリ２１７は、レギュレータ弁２１４の出口２１８における圧力、すなわち出口圧力を感知し、出口圧力が所定の設定点または制御圧力にほぼ等しくなるように、弁栓２２８の位置を制御する。

平衡圧力レギュレータ弁２１４は、流体入口２１６を流体出口２１８に流体接続させる通路２２１を有する本体２１９を含む。通路２２１は、弁ポート２２２が配置されるスロート２２４を含む。ガスは、レギュレータ弁２１４の入口２１６と出口２１８との間を移動するために、弁ポート２２２を通過しなければならない。弁ポート２２２は、レギュレータ弁２１４の動作および流れ特性を特定の仕様に調整するために、異なる直径または構成の穴を有する異なる弁ポート２２２と置換えられてもいいように、レギュレータ弁２１４から取り外し可能である。

負荷バネ２４０は、平衡弁栓２２８に動作可能に取り付けられている弁ステム２２３に接続される。栓２２８は、弁ポート２２２と相互作用して、入口２１６と出口２１８との間の流体流を制御する。さらに具体的には、弁栓２２８は、ゴムディスク２３１が配置される円周溝を含むことができる。弁栓２２８のディスク２３１は、弁ポート２２２に接触して、弁栓２２８と、弁２１４を閉鎖するために、弁ポート２２２との間に整列と密封係合を達成する。

弁栓２２８の本バージョンは、スリーブ２４６およびリテーナ２４８を有する平衡栓アセンブリ２４４をさらに含む。スリーブ２４６は、弁栓２２８が流体の流れを制御するために弁本体２１９内で往復運動するとき弁栓２２８を保持して案内するのに役立つ中空穴を有する。スリーブ２４６は、弁本体２１９内の空隙を強化するために、および／または圧力レギュレータ２１４のアセンブリを強化するために、角度のついた外側表面を有してもよい。

ダイヤフラム２５０は、弁栓２２８とスリーブ２４６との間に接続される。この実施形態では、スリーブ２４６は、第１のスリーブ部２４６ａおよび第２のスリーブ部２４６ｂを含み、それらの間に、ダイヤフラム２５０の外周部が挟持される。

リテーナ２４８は、栓２２８をステム２２３に取り付ける。リテーナ２４８は、弁ステム２２３の一部に動作可能に取り付けられているねじ付きボルト等の締結具を含むこともある。１つ以上の平衡通路またはチャネル２５４が、栓２２８内に配置され、弁本体２１４の通路２２１と、スリーブ２４６の第２のスリーブ部２４６ｂとダイヤフラム２５０との間に画定される平衡チャンバ２５６を、流体連通させる。そのように構成されて、弁栓２２８に作用する流体力は、平衡チャネル２５４を通してチャンバ２５６にまで移動する流体によって、平衡させられ得る。より具体的には、平衡チャンバ２５６内の流体は、弁２１４の入口２１６における上流圧力による、弁ポート２２２から離れて弁栓２２８に加えられる力を補償するために、平衡ダイヤフラム２５０上に力を弁ポート２２２に向けて加える。したがって、平衡栓アセンブリ２４４の構成要素は、平衡ダイヤフラム２５０によって加えられる力が、弁栓２２８に加えられる上流圧力の力とほぼ反対方向であって、大きさが等しくなるように構成される。これは、平衡栓アセンブリ２４４の動作に対する上流圧力のいかなる影響も効果的に排除する。このため、ガスレギュレータ２１０による下流圧力のより正確な制御が達成される。

述べたように、アクチュエータ２１２は、平衡レギュレータ弁２１４に動作可能に結合され、例えば、複数の締結具に一緒に固定される上部ハウジング部品２２０ａおよび下部ハウジング部品２２０ｂを有するハウジング２２０を含む。下部ハウジング部品２２０ｂは、制御キャビティ２２７およびアクチュエータ口２３４を画定する。アクチュエータ口２３４は、平衡レギュレータ弁２１４の弁口２２６に接続され、アクチュエータ２１２と平衡レギュレータ弁２１４との間の流体連通を提供する。上部ハウジング部品２３０ａは圧力負荷キャビティ２２５を画定し、また制御アセンブリ２１７の一部を収容する。

制御アセンブリ２１７は、ダイヤフラム２２４、閉鎖スプリング２３０、およびダイヤフラム２２４と弁栓２２８が動作可能に取り付けられている制御アーム２２６との両方に動作可能に接続されたピストン２３２を含む。ダイヤフラム２２４は、ピストン２３２が配置される開口部を含み、柔軟で、実質的に気密な材料で構成されてもよい。ダイヤフラム２２４の周辺部は、好適に、ハウジング２２０の上部および下部ハウジング部品２２０ａ、２２０ｂの間に密封されて固定されている。制御アセンブリ２１７は、ダイヤフラム２２４が下流圧力の変化により屈折するとき、開放位置と閉鎖位置との間で弁ステム２２３および弁栓２２８を移動させるために、制御アーム２２６によって係合されるアクチュエータステム２８７をさらに含む。

負荷圧力キャビティ２２５に供給される圧力は、制御キャビティ２２７内の圧力に抗して作用する。制御キャビティ２２７内の圧力は、平衡レギュレータ弁２１４の出口２１８において同じ圧力である。したがって、アクチュエータ２１２によって供給された力または圧力は、レギュレータ２１０のための所望の設定点または制御圧力に出口圧力を設定する。

動作中に出口圧力の変化を補償するために、パイロットレギュレータ弁アセンブリ２６０がアクチュエータ２１２に動作可能に接続される。このバージョンでは、パイロットレギュレータ弁アセンブリ２６０の本体２６２は、アクチュエータ２１２の本体２２０の下部ハウジング部分２２０ｂに取り付けられ、それによって、流体調節デバイス２１０の一体部分を形成する。このバージョンでは、パイロットレギュレータ弁アセンブリ２６０は流体調節デバイス２１０の一体部分として説明されているが、パイロットレギュレータ２６０は、代替的に、本願に記載されるものと同じ機能を達成するためのアクチュエータ２１０に配管された外付け部品であり得る。

パイロットレギュレータ弁アセンブリ２６０は、パイロット弁２６１およびそれに結合されたパイロットアクチュエータ２７１を含む。パイロット弁２６１は、入口２６４、出口２６６、および入口２６４と出口２６６との間に配置された弁ポート２６８を有する本体２６２含む。このバージョンでは、入口２６４は、平衡レギュレータ弁２１４の入口２１６と流体連通し、出口２６６は、アクチュエータ２１２の制御圧力キャビティ２２５と流体連通する。さらに具体的には、入口圧力供給ライン２６７が、入口２６４を、平衡レギュレータ弁２１４の入口２１６に接続する。さらに、負荷圧力供給ライン２６９が、出口２６６を負荷圧力キャビティ２２５に接続する。

さらに図３に示されるように、パイロットアクチュエータ２７１は、ダイヤフラム２７７、ピストン２７８、および弁栓２７０を有する制御アーム２８０を有する制御アセンブリ２７３を含む。パイロットアクチュエータ２７１は、パイロット弁２６１の本体２６２に結合されたボンネット２７４をさらに含む。ダイヤフラム２７７は、ボンネット２７４内に配置され、ボンネット２７４を、第１または下部キャビティ２７９および第２または上部キャビティ２８１に分割する。第２または上部キャビティ２８１は、アクチュエータ２１２の制御圧力キャビティ２２７に動作可能に結合され、それと常に流体連通し、制御圧力が、第２または上部キャビティ２８１内を流れ、ダイヤフラム２７７によって感知されることを可能にする。このように構成されるため、アクチュエータ２１２のダイヤフラム２２４の底面２２４ｂは、パイロットアクチュエータダイヤフラム２７７の上面２７７ａと流体連通する。さらに、アクチュエータ２１２のダイヤフラムの上面２２４ａは、パイロット弁２６１の出口２６６と流体連通する。ダイヤフラム２７７によって感知された制御圧力に対する変化は、弁栓２７０を、閉鎖位置と開放位置との間で移動させる。このような構成は、パイロットアクチュエータボンネット２７４の第２のキャビティ２８１内で感知される制御または出口圧力における小さな変化に応答することにより、パイロットレギュレータ弁アセンブリ２６０に、アクチュエータ２１２の負荷圧力チャンバ２２５内に存在し、したがってアクチュエータダイヤフラム２２４の上面２２４ａにも存在する負荷圧力を、正確かつ精密に制御および調整させる。

ボンネット２７４は、ダイヤフラム２７７の底面２７７ｂに当接して係合する制御バネ２７６をさらに含む。調整ネジ２８３がボンネット２７４内に配置され、バネ座２８５に係合する。このように構成されると、制御バネ２７６によって生成される力は、調整ネジ２８３を回転させてバネ座２８５を上げ下げすることにより、調整可能である。

図３は、弁栓２２８をその閉鎖位置または検索位置にある、本開示のレギュレータ２１０を示す。そのように構成されると、ガスは、レギュレータ弁２１４の弁ポート２２２を通って、またはパイロット弁２６１の弁ポート２６８を通って流れない。より具体的には、要求がガス分配システムから取り除かれるとき、例えば、ユーザが器具を遮断するなどのとき、制御キャビティ２２７内の圧力、またこのため、制御キャビティ２２７と流体連通しているパイロットアクチュエータ２７１の上部キャビティ２８１内の圧力が増加する。この結果、パイロットアクチュエータ２７１の第２または上部キャビティ２８１内の圧力は、制御バネ２７６によってダイヤフラム２７７に加えられる力よりも大きい。このようにして、ダイヤフラム２７７が押下され、弁栓２７０は、図３の向きに対して左に、閉鎖位置まで移動される。

パイロット弁２６１が閉鎖位置にあるときにパイロット弁２６１よって供給される負荷圧力が停止され、閉じた構成が、レギュレータ弁２１４内で達成される。これは、ハウジング２２０の負荷圧力キャビティ２２５内の圧力に対応し、ダイヤフラム２２４により感知される負荷圧力が、アクチュエータ２１２の制御キャビティ２２７内の圧力により加えられる力より小さいために起こる。したがって、ダイヤフラム２２４およびピストン２３２は上に移動し、栓２２８は図３の向きに対して右に、閉鎖位置まで移動する。

ガス分配システムに動作要求が出されるとき、例えば、ユーザが炉やレンジなどの器具の動作を開始するとき、器具は、出口２１８から、またそれに対応して、アクチュエータ２１２の制御キャビティ２２７およびパイロットアクチュエータ２７１の上部キャビティ２８１からガスを引き出し、パイロットアクチュエータ２７１のダイヤフラム２７７によって感知される圧力を減少させる。この圧力減少は、パイロットアクチュエータ２７１のダイヤフラム２７７に対する制御バネ力と圧力の力との間に力の不均衡を生じさせ、その結果、制御バネ２７６は、ダイヤフラム２７７を本体２６２に対して上方に伸長させ、変位させる。ダイヤフラム２７７の変位は、制御アーム２８０を反時計回りに回転させ、弁ステム２７２および弁栓２７０を弁ポート２６８から離れて移動させる。この開放位置は、弁ポート２６８を通して、流体を、ライン２６９および負荷圧力キャビティ２２５に流す。負荷圧力キャビティ２２５に流れ込む流体は、ダイヤフラム２２４に加えられる負荷圧力を増加させる。

負荷圧力キャビティ２２５内の圧力が増加して、ダイヤフラム２２４の制御キャビティ側面によって感知される圧力が減少すると、負荷圧力キャビティ２２５への負荷圧力の力と、ダイヤフラム２２４上の出口圧力の力との間に、力の不均衡が生じる。この結果、ダイヤフラム２２４はハウジング２２０に対して下方に移動し、ピストン２３２も同様に下方に変位させる。これは、制御アーム２２６を反時計回りに旋回させ、アクチュエータステム２２３および弁栓２２８を、弁ポート２２２から離れて移動させ、レギュレータ弁２１４を開放する。

ユーザが器具を止めるなど、下流の要求がガス分配システムから取り除かれるとき、出口圧力が増加し、制御キャビティ２２７内の圧力が増加する。制御キャビティ２２７がパイロットアクチュエータ２７１の上部キャビティ２８１と流体連通しているため、上部キャビティ２８１内のダイヤフラム２７７によって感知される増加した圧力は、ダイヤフラム２７７およびピストン２７８をハウジング２６２に対して下方に移動させ、制御アーム２８０を回転させる。これは、ステム２７２および栓２７０を弁ポート２６８に向けて駆動し、パイロット弁２６１内の流れを低減または停止する。

パイロット弁２６１によって供給される負荷圧力が低減または停止されるとき、負荷圧力キャビティ２２５内の負荷圧力は減少し、バネ２３０は、ハウジング２２０に対して上方方向に移動する。この結果、ダイヤフラム２２４およびピストン２３２は、ハウジング２２０に対してさらに上方に付勢される。上方への移動は、制御アーム２２６を時計回りに旋回させ、次いで制御アーム２２６は、アクチュエータステム２２３および弁栓２２８を、さらに弁ポート２２２に向けて駆動し、レギュレータ弁２１４を通る流体の流れを減少させる。通常の動作条件下では、出口圧力は、ほぼアクチュエータの設定点圧力まで降下し、アクチュエータ２１２からの応答を引き起こす方法で、下流要求が変化するまでそのままの状態を維持する。

いくつかの利点が、上述のように、レギュレータ内のパイロット負荷および平衡トリムを実装することから生じ得る。例えば、本開示によるレギュレータは、結果として生じる下流の圧力に対する高レベルの制御および精度を維持しつつ、より高い入口圧力が予想されるシステム内で実施されてもよい。より高い入口圧力では、平衡ダイヤフラム２５０によって弁栓２２８に加えられる力が増加して、上流の圧力による、制御アセンブリ２２２に対する影響を防止する。平衡栓は、実質的に入力圧力変動に対する出口圧力感度を排除するので、上流圧力の大きな変化が予測される場合、レギュレータもまた実施されてもよい。そのため、平衡レギュレータ弁２１４は、レギュレータのより高い定格容量と、レギュレータによる下流の圧力の調節におけるより高い精度とを可能にする。パイロットレギュレータ弁アセンブリ２６０を介する圧力負荷もまた、レギュレータのより高い定格容量を可能にする。所望の設定圧力で出口制御圧力を維持する、レギュレータの能力に対する「ドループ」の効果は、パイロット調整弁アセンブリ２６０の、レギュレータのダイヤフラム上で、より一貫性のある負荷を維持する能力によって低減される。さらに、負荷の一貫性は、レギュレータにより提供される制御の精度の増加をもたらす。

先述の文は本発明の多数の異なる実施形態の詳細な説明を記載するが、本発明の法的範囲は本願における特許優先権主張の最後に記載される特許請求の範囲の文言によって定義されることが理解されるべきである。すべての可能な実施形態を説明することは不可能ではないにしても、非現実的であるので、詳細な説明は、単なる例示として解釈されるべきであり、本発明のすべての可能な実施形態を記載してはいない。多数の代替実施形態は、現在の技術または本特許の出願日の後に開発される技術のいずれかを使用して、実施することができ、かかる実施形態は、依然として本特許の特許請求の範囲の範囲内に入るであろう。例えば、例えば、他のレギュレータと、制御弁を含む他の流体制御デバイスも、本開示の構造および／または利点から利益を得ることができる。より一般的には、特定の例示的な装置および方法が本明細書に記載されているが、本特許の適用範囲はこれに限定されない。それどころか、本特許は、文言上、または均等論の下で適正に添付の特許請求の範囲内である、すべての方法、装置および製品を対象とする。

Claims (13)

1. 流体調節デバイスであって、
   第１の入口、第１の出口、および前記第１の入口と前記第１の出口との間に配置された第１の弁ポートを有する弁と、
   前記弁に結合されたアクチュエータと、を備え、前記アクチュエータが、
   前記弁に結合されたハウジングと、
   前記弁内に配置され、前記第１の弁ポートに係合する閉鎖位置と、前記第１の弁ポートから離れて配置される開放位置との間で変位するように適合された第１の弁栓と、
   前記第１の弁栓に動作可能に接続され、前記弁の前記入口における入口圧力と流体連通する第１の側面を有する平衡ダイヤフラムであって、前記入口圧力が、前記開放位置の方向において第１の力を前記第１の弁栓に加え、前記入口圧力が、前記閉鎖位置の方向において第２の力を前記第１の弁栓に加えるように前記平衡ダイヤフラムに作用し、前記第１および第２の力の大きさがほぼ等しい、平衡ダイヤフラムと、
   前記ハウジング内に配置され、前記ハウジングを負荷圧力キャビティと制御圧力キャビティとに分割する第１のダイヤフラムであって、前記第１のダイヤフラムが前記第１の弁栓に動作可能に結合され、前記制御圧力キャビティが前記弁の第１の出口と流体連通している、第１のダイヤフラムと、
   前記アクチュエータに結合されたパイロットレギュレータ弁アセンブリと、を備え、前記パイロットレギュレータ弁アセンブリが、
   第２の入口、第２の出口、および前記第２の入口と前記第２の出口との間に配置された第２の弁ポートを有する弁本体であって、前記第２の入口が前記第１の入口と流体連通しており、前記第２の出口がアクチュエータハウジングの前記負荷圧力キャビティと流体連通している、弁本体と、
   前記本体に結合されたボンネットと、
   前記本体内に配置され、前記第２の弁ポートに係合する閉鎖位置と、前記第２の弁ポートから離れて配置される開放位置との間で変位するように適合された第２の弁栓と、
   前記ボンネット内に配置され、前記ボンネットを第１のキャビティと第２のキャビティとに分割する第２のダイヤフラムであって、前記第２のダイヤフラムが前記第２の弁栓に動作可能に結合され、前記第２のキャビティが、前記アクチュエータの前記第１のダイヤフラムの第１の表面が、前記パイロットレギュレータ弁アセンブリの前記第２のダイヤフラムの第１の表面と流体連通するように、前記アクチュエータの前記制御圧力キャビティと流体連通する、第２のダイヤフラムと、
   前記ボンネットの前記第１のキャビティ内に配置され、前記第２のダイヤフラムの第２の表面に係合する制御バネと、を備え、
   前記第２のダイヤフラムおよび前記制御バネが、前記ボンネットの前記第２のキャビティ内の前記圧力が減少するとき、前記第２の弁栓を前記開放位置に向かって移動させ、前記ボンネットの前記第２のキャビティ内の前記圧力が増加するとき、前記第２の弁栓を前記閉鎖位置に向かって移動させるように構成されて、所定の負荷圧力にほぼ等しい前記アクチュエータの前記負荷圧力キャビティ内の圧力を維持し、
   前記アクチュエータが、前記負荷圧力キャビティ内の圧力が増加するとき、前記第１の弁栓を前記開放位置に向かって移動させ、前記負荷圧力キャビティ内の前記圧力が減少するとき、前記第１の弁栓をその閉鎖位置に向かって移動させるように構成されて、所定の設定点圧力にほぼ等しい前記第１の出口での圧力を維持する、流体調節デバイス。
2. 前記アクチュエータが、前記ハウジング内に旋回可能に装着され、前記第１のダイヤフラムを、前記第１の弁栓に動作可能に結合する制御アームを備え、前記第１のダイヤフラムが、前記負荷圧力キャビティ内の前記圧力が増加するとき、前記制御アームを第１の方向に回転させて、前記第１の弁栓をその開放位置に向かって移動させ、前記負荷圧力キャビティ内の前記圧力が減少するとき、前記制御アームを第２の方向に回転させて、前記第１の弁栓をその閉鎖位置に向かって移動させる、請求項１に記載の流体調節デバイス。
3. 前記第１および／または第２のダイヤフラムの前記位置にかかわらず、前記第２のキャビティが、前記アクチュエータの前記制御圧力キャビティと常に流体連通している、請求項１または２のいずれか１項に記載の流体調節デバイス。
4. 前記パイロットレギュレータ弁アセンブリが、前記第２のダイヤフラムを、前記第２の弁栓に動作可能に結合する制御アームをさらに備え、前記第２のダイヤフラムが、前記第２のキャビティでの前記圧力が減少するとき、前記制御アームを第１の方向に回転させて、前記第２の弁栓をその開放位置に向かって移動させ、前記第２のキャビティでの前記圧力が増加するとき、前記制御アームを第２の方向に回転させて、前記第２の弁栓をその閉鎖位置に向かって移動させる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体調節デバイス。
5. 前記パイロットレギュレータが、前記制御バネによって前記第２のダイヤフラムに加えられる力を調整して、前記ボンネットの前記第２のキャビティに提供される圧力を増減させるために、前記制御バネに係合する制御バネ調整機構を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体調節デバイス。
6. 前記制御バネ調整機構が調整ネジを備え、前記制御バネに動作可能に結合される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の流体調節デバイス。
7. 流体調節デバイスであって、
   第１の入口、第１の出口、および前記第１の入口と前記第１の出口との間に配置された第１の弁ポートを有する弁と、
   前記弁に結合されたアクチュエータと、を備え、前記アクチュエータが、
   前記弁内に配置され、前記第１の弁ポートに係合する閉鎖位置と、前記第１の弁ポートから離れて配置される開放位置との間で変位するように適合された第１の弁栓と、
   前記第１の弁栓に動作可能に接続され、前記弁の前記入口における入口圧力と流体連通する第１の側面を有する平衡ダイヤフラムであって、前記入口圧力が、前記開放位置の方向において第１の力を前記第１の弁栓に加え、前記入口圧力が、前記閉鎖位置の方向において第２の力を前記第１の弁栓に加えるように前記平衡ダイヤフラムに作用し、前記第１および第２の力の大きさがほぼ等しい、平衡ダイヤフラムと、
   前記第１の弁栓に動作可能に結合され、前記第１の弁栓を前記開放位置と閉鎖位置との間で移動させ、前記アクチュエータを負荷圧力キャビティと制御圧力キャビティとに分割する、第１のダイヤフラムと、
   前記弁および前記アクチュエータに結合されたパイロット弁アセンブリと、を備え、前記パイロット弁アセンブリが、
   第２の入口、第２の出口、および前記第２の入口と前記第２の出口との間に配置された第２の弁ポートを有するパイロットレギュレータ弁アセンブリであって、前記第２の入口が前記弁の前記第１の入口と流体連通しており、前記第２の出口が前記負荷圧力キャビティと流体連通している、パイロットレギュレータ弁アセンブリと、
   ボンネットと、前記ボンネット内に配置され、前記ボンネットを第１のキャビティと第２のキャビティとに分割する第２のダイヤフラムとを有する、パイロットアクチュエータであって、前記第１のダイヤフラムの底面が、前記第２のダイヤフラムの上面と流体連通している、パイロットアクチュエータと、を備え、
   前記パイロット弁アセンブリが、前記ボンネットの前記第２のキャビティでの前記圧力が負荷圧力より小さいとき、前記アクチュエータの前記負荷圧力キャビティを通る流体の流れを増加させ、前記ボンネットの前記第２のキャビティでの前記圧力が増加するとき、前記アクチュエータの前記負荷圧力キャビティを通る流体の流れを減少させて、負荷圧力にほぼ等しい前記第１のダイヤフラムの低い面に対する圧力を維持するように構成されており、
   前記アクチュエータが、前記負荷圧力キャビティ内の圧力が増加するとき、前記第１の弁栓をその開放位置に向かって移動させ、前記負荷圧力キャビティ内の前記圧力が減少するとき、前記第１の弁栓をその閉鎖位置に向かって移動させて、設定点圧力にほぼ等しい前記第１の出口での圧力を維持するように構成される、流体調節デバイス。
8. 前記アクチュエータが、前記ハウジング内に旋回可能に装着され、前記第１のダイヤフラムを、前記第１の弁栓に動作可能に結合する制御アームを備え、前記第１のダイヤフラムが、前記負荷圧力キャビティ内の前記圧力が増加するとき、前記制御アームを第１の方向に回転させて、前記第１の弁栓をその開放位置に向かって移動させ、前記負荷圧力キャビティ内の前記圧力が減少するとき、前記制御アームを第２の方向に回転させて、前記第１の弁栓をその閉鎖位置に向かって移動させる、請求項７に記載の流体調節デバイス。
9. 前記第１および／または第２のダイヤフラムの前記位置にかかわらず、前記第２のキャビティが、前記アクチュエータの前記制御圧力キャビティと常に流体連通している、請求項１〜８のいずれか１項に記載の流体調節デバイス。
10. 前記パイロットレギュレータ弁アセンブリが、
    前記第２の入口および前記第２の出口を有する本体と、
    前記本体内に配置され、前記第２の弁ポートに係合する閉鎖位置と、前記第２の弁ポートから離れて配置される開放位置との間で変位するように適合された第２の弁栓と、
    前記第２の弁栓に動作可能に結合され、前記第２の弁栓を、前記開放位置と閉鎖位置との間で移動させる、前記第２のダイヤフラムと、
    前記第２のダイヤフラムの第２の表面に係合する制御バネと、をさらに備え、前記第２のダイヤフラムおよび前記制御バネが、前記第２のキャビティでの前記圧力が減少するとき、第２の弁栓をその開放位置に向かって移動させ、前記第２の弁ポートを通る前記流体の流れを増加させ、前記第２のキャビティでの前記圧力が増加するとき、前記第２の弁栓をその閉鎖位置に向かって移動させ、前記第２の弁ポートを通る流体の流れを減少させて、前記負荷圧力にほぼ等しい前記第１のダイヤフラムの前記第２の表面に対する前記圧力を維持するように構成される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の流体調節デバイス。
11. 前記パイロットアクチュエータが、前記第２のダイヤフラムを、前記第２の弁栓に動作可能に結合する制御アームを備え、前記第２のダイヤフラムが、前記第２のキャビティでの前記圧力が減少するとき、前記制御アームを第１の方向に回転させて、前記第１の弁栓をその開放位置に向かって移動させ、前記第２のキャビティでの前記圧力が増加するとき、前記制御アームを第２の方向に回転させて、前記第２の弁栓をその閉鎖位置に向かって移動させる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の流体調節デバイス。
12. 前記パイロットアクチュエータが、前記制御バネによって前記第２のダイヤフラムに加えられる力を調整するために、前記制御バネに係合する制御バネ調整機構を備える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の流体調節デバイス。
13. 前記制御バネ調整機構が、前記制御バネに動作可能に結合する調整ネジを備え、前記制御バネによって前記第２のダイヤフラムに加えられた前記力が、前記調整ネジが第１の方向に回転されるとき増加し、前記調整ネジが第２の方向に回転されるとき減少する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の流体調節デバイス。

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