JP2016514237A - 圧力独立制御弁及び釣合い弁 - Google Patents

Abstract

温水循環システムにおける使用に好適な圧力独立制御弁及び釣合い弁を有する装置は、座部、上流面及び下流面を有するプラグ、並びにピストンを備え、座部、プラグ及びピストンは同軸に位置合わせされ、コントローラが、プラグの上流面と座部との間の第１の流れ絞りのサイズを決め、ピストンは、第１の流れ絞りにわたる差圧及び所定の力に応じて移動するように動作可能であり、プラグの下流面に対するピストンの位置が、第２の流れ絞りのサイズを決め、それによって、使用時に、第１の流れ絞りにわたって略一定の差圧を維持する。

Description

本発明は、圧力独立制御弁及び釣合い弁を有する装置に関する。制御弁及び釣合い弁は、流体の流量を監視及び調整するとともに、流体の比較的一定の流れを確実にするために温水循環システムにおいて一般的に使用される。

流体ネットワークでは、供給源から１つ又は複数の消費点（負荷）まで流体を分配することが一般的である。種々の要求下で正確な量の流体を提供するために、１つ又は複数の制御弁が一般的に提供される。これらの制御弁は、制御信号に応答してシステムにおける可変の絞りを形成し、適切な量の流体を各負荷に提供する。例えば、制御信号は、サーモスタットによって供給することができ、制御弁は、熱交換器を通る加熱流体又は冷却流体の流れを変えることによって対応することができる。用途に必要な最大開口よりも大きい最大開口を有する制御弁が選択される場合、制御弁は、常に過度に閉じるように制御されなければならない。このように過度に閉じることによって、制御弁が適切な位置に落ち着くのではなく開状態から閉状態に繰り返し変化するため、不安定な制御が生じる。逆に、小さすぎる最大開口を有する弁が選択される場合、システム内で生じる不必要な圧力低下に対処するために過度な圧送エネルギーが必要とされる。この問題は、制御弁が通常は一定のステップのみにおいて利用可能であり、ユーザに１つ又は別のタイプのエラーを選択させることによって構成される。

既知のシステムは概して、異なる末端において異なる量の余剰な圧力を有する。一般的な制御弁は、流体の流量を読み取る手段を提供せず、また、その最大開口を手動で調整する手段も提供せず、これによって、一般的な制御弁が流体の流れを正確に制御しない。余剰な圧力の量は、理論上は計算することができるが、実際には、計算は多くの場合にそれらの複雑さから行われないか、又は構造変化に起因して不正確である。この問題は、校正された調整可能な絞り及び流量を測定する手段を提供する釣合い弁を設置することによってしばしば対処される。次に、釣合いコントラクタを使用して、システム全体のこれらの釣合い弁を調整することで、最大の流れ条件において、全ての末端が、過度ではなく正確な流体の流れを受け取る。さらに、幾つかのシステムでは、各末端の圧力は、システムにおける負荷がシステムの抵抗を変化させ、圧送力が変化する負荷に対応するように変更されるため、変化する可能性がある。その結果、異なる負荷条件下で、システムは必要以上に動力を使用するか、又は、幾つかの末端が必要とする流体の量を得ないか、又は、幾つかの末端の動作が不安定になる可能性がある。これを補正するために、圧力コントローラが別個の構成要素として又は制御弁と一体的に組み込まれることがある。

既知の弁は、釣合い弁によって形成される絞りが制御弁によって考慮されず、そのため制御弁の行程の一部が無駄になるという問題を被る。
幾つかの従来の装置は、制御弁及び釣合い弁の機能を単一のユニットに組み合わせ、組み合わせられたユニットの改善された性能を提供する。単一の装置によって達成される制御機能及び釣合いによって、所与の末端において生じる正確な状態に合わせて向上した制御性能を提供することが可能である。

幾つかの従来の装置は、同じハウジング内で制御弁と圧力補償器とを組み合わせ、圧力独立制御弁を作る。これらの装置は、場合によっては、それらの最大の流れのための調整部も含む。

幾つかの従来技術の装置によって被る問題は、それらの装置が嵩張り、特にサイズが大きいことである。
従来技術の装置によって被る更なる問題は、装置が、特に特定の最大の流れに調整される場合に、それらのステム位置と接続される装置の熱伝達との間の正確な関係を有しないことである。

本発明は、従来技術の構成によって提示される問題のうちの１つ又は複数に対処する装置を提供しようとするものである。

本発明の装置は、制御弁のプラグが装置を通る流体の流れ内に埋め込まれる本体から延び、調節ピストンがその同じ埋め込まれる本体の反対端に対して閉じる軸方向のレイアウトを使用する。注目すべきことに、これによって、以下で詳述するように付加的で技術的な利点を有するコンパクトな装置が製造される。

したがって、第１の態様では、本発明は、温水循環システムにおける使用に好適な圧力独立制御弁及び釣合い弁を有する装置であって、座部、上流面及び下流面を有するプラグ、並びにピストンを備え、座部、プラグ及びピストンは同軸に位置合わせされ、調整手段が、プラグの上流面と座部との間の第１の流れ絞りのサイズを決め、ピストンは、第１の流れ絞りにわたる差圧及び所定の力に応じて移動するように動作可能であり、プラグの下流面に対するピストンの位置が、第２の流れ絞りのサイズを決め、それによって、使用時に、第１の流れ絞りにわたって略一定の差圧を維持する、装置を提供する。

好ましくは、プラグは概ね円筒形であり、座部に対して軸方向に移動可能である。流体の流量の制御は、プラグと座部との間の距離を変えることによって達成される。
好ましくは、プラグの下流面は概ね円錐状であり、ピストンによって画定される管内に延びる。

好ましくは、ピストンは概ね筒状であり、プラグの下流面を少なくとも部分的に包囲する伸縮部分を有する。好ましくは、ピストンは、プラグの中心の長手方向軸に対して遠位にプラグと環状に接触することが可能である。

好ましくは、流体は装置を通って流れることが可能であり、プラグは流体の流路内に位置付けられ、プラグは、その長手方向軸を流れ方向に対して平行にして配置される。好ましくは、流体の流路はプラグと座部との間に径方向外方に延び、プラグの下流面とピストンの伸縮する筒状部分との間に径方向内方に延びる。

好ましくは、ピストンは、低圧側及び高圧側を有するフランジを有し、フランジの低圧側は、使用時に第１の流れ絞りの下流の流体圧力（Ｐ２）に晒され、それによって、ピストンを押しやる力を生成して第２の流れ絞りのサイズを増大させ、フランジの高圧側は、使用時に第１の流れ絞りの上流の流体圧力（Ｐ１）に晒され、それによって、ピストンを押しやる力を生成して第２の流れ絞りのサイズを低減させ、ばねがピストンを押しやって第２の流れ絞りのサイズを増大させる。

好ましくは、ピストンの筒状部分は、内側及び外側双方に直径の遷移部を有し、Ｐ２に晒されるピストンの径方向領域がＰ１に晒されるピストンの径方向領域に等しいようにする。

さらに、好ましくは使用時に、第２の流れ絞りから下流の流体圧力（Ｐ３）に晒されるピストンの径方向領域は、内部でピストンを閉位置に向かって押しやる、ピストンを開位置に向かって押しやる側に等しい。これは、本発明の装置が、第１の流れ絞りの前の流体における流体圧力に比して第２の流れ絞りの後の流体における流体圧力間で生じ得る流体圧力の変化にあまり敏感ではないという利点を提供する。これによってさらに、広範なシステムの圧力差にかかわらず調節器が機能することを可能にする。換言すると、本発明によると、ピストンは、システムから課せられる流体圧力の広範な範囲を通じて軸方向に動作する。

調節器の最も重要な機能のうちの１つは、広範な課せられる圧力条件下で同じ流量を提供することである。しかしながら、既知の調節器の一般的な故障は調節器が撓むことである。撓みは、Ｐ１とＰ２との間の制御される差圧を低下させる、Ｐ１とＰ３との間のシステムの差圧を増大させるときに生じる現象である。これはさらに、Ｐ１マイナスＰ３の増大に伴って流体の流量を低減させる。そのような条件は、流量の低下によって、流体の減速中に一時的にのみであるが圧力差に対する増大が生じるため、不安定性を生じる。幾つかの装置は、Ｐ３に対してではなくＰ１に対して閉じるように配置されることによって撓みに対処しようとする。しかしながら、これは撓みの比較的危険な効果を防止するが、Ｐ１とＰ３との間の差の変化に伴って依然として調節器に流れを変化させる。有利には、本発明による装置は、Ｐ１とＰ３との間の差に対する変化によってはそれほど影響を受けない。

一実施形態では、ピストン及びプラグの下流面は、プラグの上流面及び座部に含まれる制御部の下流に位置付けられる調節部を含む。ピストンは、上流に移動して調節部内の流体経路を閉じ、プラグの下流面によって形成される制御機構に対して閉じ、プラグの上流面と座部との間の隙間によって形成される制御絞りによって生じる、装置を通って流れる流体における圧力差によって動作する。ピストンは筒状部分を含み、ピストンの移動は、プラグの移動によって生じる流体経路の制御絞りの下流の流体経路における調節絞りを形成する。

一実施形態では、ピストンは、ピストンの上流端に隣接して縮小した外径の部分を有する筒状部分を含む。加えて、縮小した外径を有する部分に隣接して及びそこから下流に、ピストンの筒状部分は縮小した内径の部分を有する。縮小した外径は縮小した内径に略等しい。

有利には、本発明によると、プラグは、その関連する機構ハウジングによって形成されるその下流面とともに、流路に略閉塞のみを形成する。好ましい実施形態はラーナージョンソンタイプの弁を含む。換言すると、制御プラグは、流体の流れに埋め込まれる機構ハウジングによって形成される本体から伸縮する。この弁の場合、ピストンを含む差圧部は、ピストンが、その同じ本体に対して流路を閉じ、その同じ本体の但しその他端から制御プラグが伸縮するように配置されている。これは、構成を簡単にし、使用時の流体圧力の低下を低減するという利点を有し、装置の全体的なサイズを低減する。

さらに、本発明によると、従来技術の装置において必要とされる少なくとも１つのシールはこの場合は不要である。その代わりに、本発明は単にスクレーパ又はガイドを必要とする。これは、Ｐ３を相殺するためにジョグ（ｊｏｇ）を使用することができることも意味し、ピストンの表面に存在する同じ流体圧力がジョグにも存在するためである。

本発明の軸方向のレイアウトを有する弁によって生じ得る問題は、比較的大きい渦が、装置を通って流れる流体中で下流に発生する可能性があることである。これらの渦は多くの場合に、制御機構及び調節絞りの下流に存在する「伴流」と称される。渦は、流体におけるキャビテーションを生じ、これが振動を引き起こす可能性がある。振動は装置の性能に悪影響を与える可能性がある。

したがって、第２の態様では、本発明は、温水循環システムにおける使用に好適な圧力独立制御弁及び釣合い弁を有する装置であって、座部、上流面及び下流面を有するプラグ、並びにピストンを備え、コントローラがプラグの上流面と座部との間の第１の流れ絞りのサイズを決め、ピストンは、第１の流れ絞りにわたる差圧及び所定の力に応じて移動するように動作可能であり、プラグの下流面に対するピストンの位置が、第２の流れ絞りのサイズを決め、それによって、使用時に、第１の流れ絞りにわたって略一定の差圧を維持し、プラグの下流面は、１つ又は複数のキャビテーション抑制要素によって画定される、装置を提供する。

好ましくは、キャビテーション抑制要素は複数のリッジを含む。
１つの実施形態では、キャビテーション抑制要素は複数の円筒部材によって形成される。

代替的な実施形態では、キャビテーション抑制要素は複数の円錐台部材によって形成される。
好ましくは、部材は互いに当接して複数の段部を形成する。好ましくは、段部は環状であり、軸方向の高さ、及び、径方向近位内側縁と径方向遠位外側縁との間の径方向幅を有する。

好ましくは、隣接する部材間の径方向距離は、プラグの中心軸に対して遠位に小さく、隣接する部材間の径方向距離は、プラグの中心軸に対して近位に大きい。好ましくは漸進的な遷移部がある。

好ましくは、隣接する部材の軸方向高さは、プラグの中心軸に対して遠位に小さく、隣接する部材の軸方向高さはプラグの中心軸に対して近位に大きい。好ましくは漸進的な遷移部がある。

換言すると、好ましくは、キャビテーション抑制要素は、ピストンとプラグとの間の接触点からの距離とともに高さ及び幅が徐々に大きくなり、キャビテーション抑制要素は段状の概ね円錐状の表面を形成する。

好ましい実施形態では、キャビテーション抑制要素の外側縁同士を接合する、プラグの中心軸を含む平面内の線は、約４５度〜約５０度、より好ましくは約４７度でプラグの中心軸に合流する。

好ましい実施形態では、キャビテーション抑制要素は１２個の円筒部材によって形成される。好ましくは、軸方向に最も大きい円筒部材はプラグの中心軸に隣接して位置付けられ、部材の径方向近位内側縁と径方向遠位外側縁との間に６．５ｍｍの幅を有する。好ましくは、この円筒部材の軸方向高さは６．５ｍｍである。好ましくは、連続的な径方向遠位円筒部材は、近位の隣接する部材よりも０．５ｍｍ小さい幅及び高さを有する。好ましくは、最小の段部は１ｍｍの高さであり、ピストンの縁とプラグとの間の接触点から約３ｍｍに位置付けられる。

注目すべきことに、キャビテーション抑制要素（「段部」とも称される）は、制御機構の後及びプラグの下流で「伴流」を低下させることを助けるという利点を提供する。この利点は、実験によって確認されており、理論によって縛られることは望まないが、より大きい渦の形成を防止するように一連の小さい渦を形成することによって作用すると考えられる。換言すると、一連の段部によって減らされた渦は、調節プラグからの境界層の分離を防止するのに役立つと考えられる。

第３の態様では、本発明は、温水循環システムにおける使用に好適な圧力独立制御弁及び釣合い弁を有する装置であって、座部を有するハウジング、上流面及び下流面を有するプラグ、並びにピストンを備え、コントローラがプラグの上流面と座部との間の第１の流れ絞りのサイズを決め、ピストンは、第１の流れ絞りにわたる差圧及び所定の力に応じて移動するように動作可能であり、プラグの下流面に対するピストンの位置が、第２の流れ絞りのサイズを決め、それによって、使用時に、第１の流れ絞りにわたって略一定の差圧を維持し、ピストンの動作は、第１の流れ絞りにわたる差圧に晒されるハウジングを通るチャネルを閉じることによって防止することができる、装置を提供する。

好ましくは、チャネルは、座部の上流からハウジングを通って延び、ピストンの駆動面と流体連通する。
好ましくは、チャネルを開閉することを可能にする弁がチャネルに設けられる。

好ましくは、チャネルは、弁を使用して切換えることができ、弁が第１の位置にあるとき、ピストンの駆動側を第１の流れ絞りの上流の流体圧力と流体連通させるか、又は、ピストンの駆動側は、弁が第２の位置にあるときに第１の流れ絞りと第２の流れ絞りとの間の流体圧力と流体連通する。

これは、Ｐ１を調節に使用されるピストンの駆動側に接続するチャネルを切換えることができ、それによって、その代わりにＰ２が提供されることでピストンの動作を防止するという利点を提供する。

一般的に管網を建設するとき、パイプ内にはデブリがある。このデブリを除去するために、パイプをストレーナに移動させる必要がある。これは、フラッシングと称されるプロセスによってなされ、フラッシングでは、配管内の速度は可能性としてはその通常の値の４倍まで上昇する。フラッシングは、腐食又は同様のプロセスによって形成されたデブリを除去するために数年の動作後に実行することもできる。調節機能がフラッシング中に動作する場合、循環路内の流体は、その通常の設計の流れよりは流れない。この特徴は、調節機能を妨げることなく装置を高い流体速度でフラッシングすることを可能にするという利点を提供する。

幾つかの従来の装置は、Ｐ１への制限された通路を使用するとともに、Ｐ２への通路を開くことによって圧力調整器を作動停止させる機能を有することが分かっている。対照的に、本発明によると、好ましくはＰ１への通路は閉じられ、同時にＰ２への通路が開く。Ｐ１への通路が閉じられるときにピストンの駆動側からＰ２への通路を開くことは、ピストンがばねによってその完全に開いた位置に駆動されることを更に確実にする。Ｐ１への通路を閉じることによって、フラッシング中のチャネルを通る流体の流れが回避される。これは、フラッシングの目的がまさに、パイプからの沈殿物を流れに混入させることであり、フラッシング中に配管内の流体が通常よりも汚染される可能性が高いため有利である。

第４の態様では、本発明は、温水循環システムにおける使用に好適な圧力独立制御弁及び釣合い弁を有する装置であって、座部を有するハウジング、上流面及び下流面を有するプラグ、並びにピストンを備え、コントローラがプラグの上流面と座部との間の第１の流れ絞りのサイズを決め、ピストンは、第１の流れ絞りにわたる差圧及び所定の力に応じて移動するように動作可能であり、プラグの下流面に対するピストンの位置が、第２の流れ絞りのサイズを決め、それによって、使用時に、第１の流れ絞りにわたって略一定の差圧を維持し、プラグの上流面は、管及び管内に位置決めされるディスクによって画定され、管の端は、座部と協働して制御絞りを形成する縁が半トーラスの形状を有するようにアールが付けられる、装置を提供する。

好ましくは、管の厚さは１．６ｍｍであり、その縁の半径は０．８ｍｍであり、それによって、管は半トーラスで終端する。
好ましくは、ディスクは管の端内の約６ｍｍに位置付けられる。

好ましくは、ディスクから下流の管の厚さは、プラグの表面全体の約１６分の１となるように選択され、ディスクから下流の管の壁は使用時に制御絞りの下流の流体圧力に暴露される。

好ましくは、ディスクは、少なくとも１つの穴を画定するため、使用時に、両面で同じ圧力に暴露される。
好ましくは、ディスクは複数の穴を画定する。

好ましい実施形態では、プラグ及び座部は室によって包囲され、プラグ及び座部の分離を調整する調整手段、並びに、分離にわたる流体の流束を監視する監視手段が提供され、調整手段は、弁プラグの運動を制限するようにアクチュエータによって動作可能な運動変換手段を含み、それによって、アクチュエータの位置の所与の変化に関して弁の伝導率の好ましい変化を提供し、アクチュエータは、伝導率の増分変化に対応する増分で校正され、ピストンが、プラグの反対端と協働して第２の流れ絞りを形成する筒状部分を有し、上記第２の流れ絞りは第１の流れ絞りにわたる差圧に反応し、第１の流れ絞りにわたる差圧に関して概ね一定の値を維持するように動作可能である。

有利には、調整手段は、所望の流量の設定に使用され、循環路の釣合いは、差圧調整器によって、及び、調整手段を設定することによって達成される。
好ましい実施形態では、校正手段は簡便には、その長さに沿って提示される均等目盛りを有するラックの形態で室から出現し、ラックの直線運動は、弁の座部及びプラグの一方又は双方に伝えられ、それによって、均等目盛りに従ってラックが移動する距離に対応する量だけ座部及びプラグの分離を調整する。

一選択肢では、ラックは、その移動を限定するように動作可能なねじ山付きスリーブによって囲まれ、ねじ山付きスリーブは、室に対して固定された相補的なねじ山に係合し、直線運動はスリーブを回転させることによって行われる。任意選択的に、スリーブは、回転が防止され、ハウジングに対して並進移動が固定されるナットに対して係合することができる。いずれの選択肢でも、上述した均等目盛り（例えば微調整を可能にする）に加えてであるか、又は唯一の目盛りとしてであるかにかかわらず、目盛りを回転要素の外周の周りに設けることができる。

望ましくは、プラグ及び座部は、システム内の流体の流れの意図される方向と軸方向に位置合わせして配置される。軸方向の幾何学的形状において、流体は、単一の軸に沿って弁内に及び弁の外に流れ、プラグはその同じ軸に沿って移動する。調節するように動作可能なピストンも同じ軸に沿って移動する。流体は、プラグのその座部の間の絞りを通って径方向外方に流れ、次に、調節ピストンとプラグの後部との間を径方向内方に流れる。第２の流れ絞りの端において、流体は入口と概ね同じ直径の通路に戻っている。したがって、弁の中心軸はプラグの中心軸と位置合わせされる。この幾何学的形状は、流体が過度に方向を変えることを必要とする幾何学的形状よりも低減した乱流、及び結果としてより低い騒音を提供する。この幾何学的形状は、弁が他の幾何学的形状よりもコンパクトであることを可能にするという利点も提供する。

１つの好ましい実施形態では、校正されたラックは、歯付き部分を含むように室内に延び、これはピニオンと係合し、ピニオンはさらにカム機構のカムプレートに固定され、このカムプレートはカムフォロアを移動させるようにピニオンとともに回転し、カム機構はプラグ及び座部の分離を調整するように動作可能である。カムフォロアは簡便にはシャフトに固定され、シャフトにはさらに座部又はプラグが取り付け固定される。カムフォロアがカムプレートに設けられるガイドに追従すると、シャフトの軸方向移動が生じ、それによって、プラグ及び座部の分離を調整する。

カムの幾何学的形状は、アクチュエータからの一定の運動をプラグの好ましい運動に変換するように選択され、それによって、制御信号に応答して弁の流体伝導率の好ましい変化を提供する。例えば、カムは、弁が開くことによって熱伝達装置の出力特徴を相殺し、それによって、制御信号と熱伝達との間によりほぼ線形な関係を生じるように設計することができる。制御信号と所望の制御される変数との間のそのような線形な関係は、定ゲインと称されることがあり、制御システムに有利である。カムの運動は、カムがその閉位置に近づきながらプラグを移動させる上でアクチュエータに機械的な利点も提供することができ、それによって、アクチュエータを駆動するのに必要な力を低減する。

好ましくは、プラグ及び座部は、プラグの移動に概ね比例する流体伝導率を提供するように構成されている。
任意選択的に、シャフトの軸方向移動は、弁を開位置又は閉位置に押しやるように配置することができる付勢ばねによって抵抗を受ける。望ましくは、付勢ばねは弁を開かせ、これは振動を防止することを補助する。

システムの圧力にプラグの直線運動を伴う制御弁では、弁の内部と、アクチュエータが配置される外側位置との間の圧力差の結果として弁を開位置にすることが一般的である。したがって、既に記載した発明における任意選択的な改良では、この問題は、異なる圧力の２つの領域間で反対方向に同時に軸方向移動するように構成されている等しい直径の２つのシャフトを設けることによって対処される。

既に記載したように、幾つかの実施形態では、付勢力を形成するように１つ又は複数のばねを設けることができ、それによって、弁は常に開位置に向かって押しやられるか又は常に閉位置に向かって押しやられる。そのような場合、差圧の釣合いは、同じ方向に「付勢力」を提供するように更に構成することができる。

ここで、添付の図面を参照して本発明を更に説明する。

平滑なプラグに対する「一様な差」の段部、大きい段部及び小さい段部と称される、本発明の一実施形態の比較を示す図である。この比較では、ｘ軸は、弁を通る水の流量を示しており、一方で、Ｙ軸は、キャビテーションが開始する臨界圧力比であるＸＦｚを示している。ＸＦｚにはより高い値が良い。グラフにおいてはっきりと分かるように、小さいリッジ（「小さい段部」）のセットが、平滑な表面と比較してキャビテーション性能を大幅に向上させた。これは、リッジによって生成される渦が、ゴルフボール及び同様の場合の流体力学的な文脈において記載されるように、境界層が表面に付着したままであるのを助けるためであると考えられる。境界層の分離は、それらの中心により低い圧力を有するより大きい渦、したがって、より多くのキャビテーションを生じる。効果的であるために、リッジは好ましい角度で配置しなければならない。１つの特定の実施形態では、その角度は４７度であると判断された。 本発明による弁の切り取り側面図である。 本発明による弁の代替的な実施形態の側面図である。 Ｐ１をピストンの駆動側に伝達する位置、及び、Ｐ２をピストンの駆動側に伝達する位置で示されている圧力切換え機構の断面図である。 調節機構と制御プラグハウジングとの間の接続の細部を示す、装置の異なる平面における断面図である。 電気機械的なアクチュエータが取着された状態の本発明の外面図である。 Ｐ３の影響を軽減するために使用される「ジョグ」が見えるようにピストンが部分的に伸張した位置にある状態の、調節ピストンの端の細部を示す図である。 調節ピストン及び制御プラグの双方が部分的に閉じた状態の、ばね室３３とＰ２との間の圧力連通を露呈する平面でとった装置の断面図である。これは、ピストンの構成及び調節に不可欠な流体の流れの他の図とともに見れば明らかな可視性を可能にする。 図８と同様であるが、ピストン及びプラグの双方に関してより閉位置にある図である。 制御プラグの端の成功裏の検査の詳細を、制御プラグの端が適切に形成される場合に流量が制御プラグと座部との間の抵抗を変えないことを示すグラフとともに示す図である。 プラグが不正確に形成される場合のプラグの端における縁の検査を、流量が変わるときのプラグと座部との間の抵抗の変化を示すグラフとともに示す図である。

本発明の態様、実施形態及び好ましい特徴が、明細書を明確かつ簡潔に記載することを可能にするように本明細書において説明されていることが理解されるであろう。しかしながら、状況によって別途はっきりと指示されない限り、態様、実施形態及び好ましい特徴を、本発明に従って様々に組み合わせるか、又は、別個であるものとすることができる。したがって、好ましくは、本発明は、本明細書において記載される態様の２つ以上、３つ以上又は４つ以上の組み合わせの特徴を有する装置を提供する。好ましい実施形態では、本発明による装置は本発明の全ての態様を含む。

本明細書の文脈において、「約」という用語は、±２０％、より好ましくは±１０％、更により好ましくは±５％、最も好ましくは±２％を意味する。
本明細書の文脈において、「備える」という用語は、「特に〜を含む」を意味し、「〜のみからなる」を意味するものと解釈されるべきではない。

本明細書の文脈において、「略」という用語は、好ましくは少なくとも９０％、より好ましくは９５％、更により好ましくは９８％、最も好ましくは９９％を意味する。
本発明による弁が図６に外側から示されている。図２では、この弁が、プラグ（１９）が位置付けられる室を包囲するメインハウジング（２２）を備え、プラグ（１９）は、一連のリブを通してメインハウジングに接合される制御機構ハウジング（３１）から伸縮することが分かる。プラグ（１９）は、座部（１５）及びプレート（２１）とともに第１の流れ絞り（３６）を形成するように動作可能であり、座部は弁カバー（２０）とプレート（２１）との間の適所に保持される。この第１の流れ絞り（３６）のサイズはさらに、ラック（２３）の位置によって制御され、それによって、限定機構又は取着されるアクチュエータの運動によって調整することができる。

図２では、プラグ（１９）が複数の穴を画定することが分かる。これらの穴は、プラグの上流の流体における圧力を、プラグの上流面とその機構カバー（１４）との間に形成される室に連通させることを可能にする。プラグ（１９）は、校正器（１７）、ねじ（１８）及び固定ナット（１６）によってシャフト（３）に接続され、これらの３つの構成要素は、シャフトとピストンとの間の相対的な調整を可能にし、この調整は、制御機構の最大の開口を非常に正確にすることを可能にする。ピストン（６）が調節座部（１３）及び差圧（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）プラグ（１２）と協働し、第２の流れ絞り（３５）を形成する。図示の実施形態の場合、ピストン（６）は、複数のねじによって一緒に接合されるとともに接合部において好適な手段によって封止される３つの異なる部品から実際には構成されるが、ピストン（６）は本質的には単体である。ピストン（６）は、調節座部（１３）においてプラグの下流面に対して閉じる筒状部分、並びに、２つの異なる圧力（Ｐ１及びＰ２）に暴露されるフランジ部分を含む。

プラグ（１９）は、管、及び、管内に位置決めされるディスクによって画定される上流面を有する。管の端には、座部（１５）と協働して制御絞り（３６）を形成する縁が半トーラスの形状を有するようにアールが付けられる。

管の厚さは１．６ｍｍであり、その縁の半径は０．８ｍｍであり、それによって、管は半トーラスで終端する。
図１０及び図１１は、管の端の形状に関する研究の結果を示している。注目すべきことに、示されている結果から、管の端における半トーラスのプロファイルが重要であることが明らかである。

ディスクは管の端内の約６ｍｍに位置付けられる。
ディスクから下流の管の厚さは、プラグの表面全体の約１６分の１となるように選択され、ディスクから下流の管の壁は使用時に制御絞りの下流の流体圧力に暴露される。

ディスクは、複数の穴を画定するため、使用時に、両面で同じ圧力に暴露される。
ばね（７）がピストン（６）を開位置に向かって押しやり、開位置では第２の流れ絞り（３５）が最大化され、一方で、ピストン（６）の駆動側（３２）の流体圧力が、ピストン（６）を閉位置に向かって押しやり、閉位置では第２の流れ絞り（３５）は最小化される。ダイアフラム（５）及び駆動室Ｏリング（３４）が、ピストン（６）の駆動側（３２）からの流体圧力をばね室（３３）内の圧力に対して封止する。

図８を参照すると、調節ピストン（６）の駆動側（３２）が詳細に分かる。図８では、室（３２）が、図４に詳細に示されている差圧（ＤＰ）切換え器（２５）の中心と流体連通することが分かる。図８に示されている位置では、ＤＰ切換え器（２５）は、調節ピストンの駆動側（３２）をチャネルに接続し、チャネルがさらに、制御弁プラグ（１９）の上流の流体圧力（Ｐ１）に接続する。

図８及び図９では、ばね室（３３）、結果としてピストン（６）の下流側が第２の流れ絞り（３５）の直前の圧力と流体連通することも分かる。この圧力は、制御絞り（３６）の直後の圧力と略同じである。プラグ（１９）とその座部（１５）との間、及び、ピストン（６）とその座部（１３）との間にそれぞれ形成される、第１の流れ絞り（３６）と第２の流れ絞り（３５）との間のこの中間の圧力は、本明細書ではＰ２と称される。図２に示されているスクレーパ（１０）は、ピストン（６）が前後に移動するときにデブリがばね室（３３）に入ることを防止するのを助ける。

図４では、ＤＰ切換え器（２５）及びＤＰ切換え体（２６）並びにより高いＤＰ圧力試験地点（２４）及びより低いＤＰ圧力試験地点（２７）の断面の詳細な図が分かる。前述したように、ＤＰ切換え器（２５）を通る中央通路は、調節ピストン（６）の駆動側（３２）に接続される。図４において分かるように、ＤＰ切換え器（２５）の位置では、中央通路は、より高い圧力試験地点（２４）と同じ通路に接続される。これはしたがって、調節機構が第１の流れ絞り（３６）にわたって本質的に一定の差圧を維持する能動状況である。ＤＰ切換え体（２６）は、他の図において分かるメインＤＰ切換え体（１）と同じ構成要素である。

図５は、異なる平面における本発明の装置の断面を示している。この図では、ピストンガイド（９）がハウジングの後部を差圧封止プレートホルダ（１１）及び差圧プラグ（１２）に接続し、調節座部（１３）が差圧プラグ（１２）と差圧封止プレートホルダ（１１）との間に捕捉されることが容易に分かる。防振ワッシャ（２）が、差圧封止プレートホルダ（１１）と制御機構ハウジング（３１）との間に嵌まり、流体圧力をメイン弁軸（３）の後端に連通させることを可能にする複数の穴が設けられる。

図７では、ピストン（６）の筒状部分の端を示す詳細な図及び断面が分かる。ピストンのこの端は調節座部（１３）に係合し、調節絞り（３５）とも称される、流体流路内の第２の流れ絞り（３５）を提供する。ピストン（６）の上流面（２８）が外径（ＯＤ）段部（２８）によって画定される。ピストン（６）の上流面（２８）はＰ２によって全体的に作用され、Ｐ１に暴露される領域に適合するように突き出た領域を完成させる。内径（ＩＤ）面取り部（３０）によって画定されるピストン（６）の下流面（３０）が調節絞りから下流にあることが分かり、下流面（３０）の径方向範囲が、同じ調節絞り（３５）から同様に下流にある内径（ＩＤ）段部（２９）によって画定される第２の下流面（２９）の径方向範囲に等しいことも分かる。このように、調節絞り（３５）とも称される第２の流れ絞り（３５）から下流の流体圧力は、ピストンの運動にほとんど影響しない。

ラック（２３）と相互作用するアセンブリの形態の校正手段が設けられ、ラック（２３）は、入口に取り付けられる軸受によって軸方向に自由に摺動する封止された入口室を通る。ラック（２３）は、電気機械的又は他の制御される駆動手段に接続されるように適合されている。

ラック（２３）は、プラグの運動に対して垂直であるとともにプラグ（１９）の面に対して平行な方向に室内に延び、歯付き部分を有する。歯付き部分は、カムフォロアのガイドを組み込むカムプレートにピンによって取り付け固定されるピニオンギアに係合する。カムフォロアはシャフトに取り付け固定され、ピニオンギアは、シャフトの軸方向移動を妨げないようにシャフト内のスロットを通る。ロッドが軸方向に移動すると、ピニオンギアは、ラックの歯とのその係合によって回転させられ、カムプレートがそれとともに回転する。カムプレートが回転すると、カムフォロアは、シャフトを伴ってカムガイド内で移動させられる。軸方向以外の任意の方向へのシャフトの移動は、ハウジング、シャフトのスロット内へのピニオンギアの係合、及び他の構成要素によって防止される。シャフトに担持されるプラグ（１９）も軸方向に移動させられ、それによって、プラグ（１９）及び座部（１５）の分離を調整する。プラグが移動される距離は、室から出現するロッドの領域に設けられる目盛りによって測定される。目盛りに沿ってロッドが移動する距離は、プラグ（１９）の予め計算された移動距離に対応する。シャフトは、その直線運動を妨げることなくラック部分をピニオンに対して保持するラック軸受によって、円滑に移動するように補助される。

シャフトを取り囲むのはばねである。ばねは、プラグ（１９）及び座部（１５）を分離させるように圧縮される。
一連の通路によってプラグ（１９）の上流の戦略的に位置付けられる地点まで接続される室がプラグ（１９）とカバープレート（１４）との間に形成される。この室内の圧力は、弁にわたる圧力差を部分的に相殺し、プラグを移動させるのに必要な作動力を低下させる。

シャフトの周りの両端で前方及び後方の軸受プレートが封止し、流体を室内の空気から隔てる。流体が軸受プレートのそれぞれを通るシャフトの外周は等しい。
図２を参照すると、ピニオンギアがロッド軸受に取り付けられ、フォロア軸受がカムフォロアの円滑な移動を補助することが分かる。ピン及び付勢ばねによって、カムフォロアに対するカムプレートの位置決めが、カムフォロアを戻らせるように付勢され、結果としてロッドの下方への行程に抵抗する。

本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく、本明細書において記載される主題に対して種々の変更及び変化を加えることができることが理解されるであろう。
以下は、図面に示されている、言及される構成要素をまとめたものである。

１…メインｄｐ切換え体、２…防振ワッシャ、３…メイン弁軸、４…ダイアフラムホルダ、５…ダイアフラム、６…ピストン、７…ばね、８…出口室、９…ピストンガイド、１０…スクレーパ、１１…差圧封止プレートホルダ、１２…差圧プラグ、１３…調節座部、１４…機構カバー、１５…制御封止プレート、１６…固定ナット、１７…校正器、１８…ねじ、１９…制御プラグ、２０…弁カバー、２１…プレート、２２…メイン弁体、２３…ラック、２４…より高いｄｐ圧力試験地点、２５…Ｄｐ切換え器、２６…Ｄｐ切換え体、２７…より低いｄｐ圧力試験地点、２８…ピストン管のＯＤ段部、２９…ピストン管のＩＤ段部、３０…ピストン管のＩＤ面取り部、３１…制御機構ハウジング、３２…ピストン駆動側、３３…ばね室、３４…駆動室Ｏリング、３５…第２の流れ絞り／調節絞り、３６…第１の流れ絞り

Claims (15)

1. 温水循環システムにおける使用に適した圧力独立制御弁及び釣合い弁を有する装置であって、座部、上流面及び下流面を有するプラグ、並びにピストンを備え、前記座部、前記プラグ及び前記ピストンは同軸に位置合わせされ、調整手段が、前記プラグの上流面と前記座部との間の第１の流れ絞りのサイズを決め、前記ピストンは、前記第１の流れ絞りにわたる差圧及び所定の力に応じて移動するように動作可能であり、前記プラグの下流面に対する前記ピストンの位置が、第２の流れ絞りのサイズを決め、それによって、使用時に、前記第１の流れ絞りにわたって略一定の差圧を維持する、装置。
2. 前記プラグは略円筒形であり、前記座部に対して軸方向に移動可能であり、流体の流量の制御は、前記プラグと前記座部との間の距離を変えることによって達成され、任意選択的に、前記プラグの下流面は略円錐状であり、前記ピストンによって画定される管内に延び、任意選択的に、前記ピストンは略筒状であり、前記プラグの下流面を少なくとも部分的に包囲する伸縮部分を有し、任意選択的に、前記ピストンは、前記プラグの中心の長手方向軸に対して遠位に前記プラグと環状に接触することが可能である、請求項１に記載の装置。
3. 流体は当該装置を通って流れることが可能であり、前記プラグは前記流体の流路内に位置付けられ、前記プラグは、その長手方向軸を流れ方向に対して平行にして配置され、任意選択的に、前記流体の流路は、前記プラグと前記座部との間で径方向外方に延び、前記プラグの下流面と前記ピストンの伸縮する筒状部分との間で径方向内方に延びる、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記ピストンは、低圧側及び高圧側を有するフランジを有し、前記フランジの低圧側は、使用時に前記第１の流れ絞りの下流の流体圧力（Ｐ２）に晒され、それによって、前記ピストンを押しやる力を生成して前記第２の流れ絞りのサイズを増大させ、前記フランジの高圧側は、使用時に前記第１の流れ絞りの上流の流体圧力（Ｐ１）に晒され、それによって、前記ピストンを押しやる力を生成して前記第２の流れ絞りのサイズを低減させ、ばねが前記ピストンを押しやって前記第２の流れ絞りのサイズを増大させる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記ピストンの筒状部分は、内側及び外側双方に直径の遷移部を有し、Ｐ２に晒される前記ピストンの径方向領域が、Ｐ１に晒される前記ピストンの径方向領域に等しいようにし、又は、使用時に、前記第２の流れ絞りから下流の流体圧力（Ｐ３）に晒される前記ピストンの径方向領域は、前記ピストンを閉位置に向かって押しやる、前記ピストンを開位置に向かって押しやる側に等しい、あるいは、上記の両方である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 温水循環システムにおける使用に好適な圧力独立制御弁及び釣合い弁を有する装置であって、座部、上流面及び下流面を有するプラグ、並びにピストンを備え、コントローラが前記プラグの上流面と前記座部との間の第１の流れ絞りのサイズを決め、前記ピストンは、前記第１の流れ絞りにわたる差圧及び所定の力に応じて移動するように動作可能であり、前記プラグの下流面に対する前記ピストンの位置が、第２の流れ絞りのサイズを決め、それによって、使用時に、前記第１の流れ絞りにわたって略一定の差圧を維持し、前記プラグの下流面は、１つ又は複数のキャビテーション抑制要素によって画定される、装置。
7. 前記キャビテーション抑制要素は複数のリッジを含み、任意選択的に、前記キャビテーション抑制要素は複数の円筒部材若しくは円錐台部材によって形成され、又は、前記部材は互いに当接して複数の段部を形成するか、又は、前記キャビテーション抑制要素は、前記ピストンと前記プラグとの間の接触点からの距離とともに高さ及び幅が徐々に大きくなり、前記キャビテーション抑制要素は段状の略円錐状の表面を形成する、請求項６に記載の装置。
8. 前記キャビテーション抑制要素の外側縁同士を接合する、前記プラグの中心軸を含む平面内の線は、約４５度〜約５０度、任意選択的には約４７度で前記プラグの前記中心軸に合流する、請求項６又は７に記載の装置。
9. 前記キャビテーション抑制要素は１２個の円筒部材によって形成され、任意選択的には、軸方向に最も大きい円筒部材は前記プラグの中心軸に隣接して位置付けられ、該部材の径方向近位内側縁と径方向遠位外側縁との間に６．５ｍｍの幅を有し、任意選択的に、この円筒部材の軸方向高さは６．５ｍｍであり、任意選択的に、連続的な径方向遠位円筒部材は、近位の隣接する部材よりも０．５ｍｍ小さい幅及び高さを有し、最小の段部は１ｍｍの高さであり、前記ピストンの縁と前記プラグとの間の接触点から約３ｍｍに位置付けられる、請求項６〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. 温水循環システムにおける使用に好適な圧力独立制御弁及び釣合い弁を有する装置であって、座部を有するハウジング、上流面及び下流面を有するプラグ、並びにピストンを備え、コントローラが前記プラグの上流面と前記座部との間の第１の流れ絞りのサイズを決め、前記ピストンは、前記第１の流れ絞りにわたる差圧及び所定の力に応じて移動するように動作可能であり、前記プラグの下流面に対する前記ピストンの位置が、第２の流れ絞りのサイズを決め、それによって、使用時に、前記第１の流れ絞りにわたって略一定の差圧を維持し、前記ピストンの動作は、前記第１の流れ絞りにわたる差圧に晒される前記ハウジングを通るチャネルを閉じることによって防止することができ、任意選択的に、前記チャネルは、前記座部の上流から前記ハウジングを通って延び、前記ピストンの駆動面と流体連通する、装置。
11. 前記チャネルを開閉することを可能にする弁が該チャネルに設けられ、任意選択的に、前記チャネルは、前記弁を使用して切換えることができ、前記弁が第１の位置にあるとき、前記ピストンの駆動側を前記第１の流れ絞りの上流の流体圧力と流体連通させるか、又は、前記ピストンの駆動側は、前記弁が第２の位置にあるときに前記第１の流れ絞りと前記第２の流れ絞りとの間の流体圧力と流体連通する、請求項１０に記載の装置。
12. 温水循環システムにおける使用に好適な圧力独立制御弁及び釣合い弁を有する装置であって、座部を有するハウジング、上流面及び下流面を有するプラグ、並びにピストンを備え、コントローラが前記プラグの上流面と前記座部との間の第１の流れ絞りのサイズを決め、前記ピストンは、前記第１の流れ絞りにわたる差圧及び所定の力に応じて移動するように動作可能であり、前記プラグの下流面に対する前記ピストンの位置が、第２の流れ絞りのサイズを決め、それによって、使用時に、前記第１の流れ絞りにわたって略一定の差圧を維持し、前記プラグの上流面は、管及び該管内に位置決めされるディスクによって画定され、前記管の端は、前記座部と協働して前記制御絞りを形成する縁が半トーラスの形状を有するようにアールが付けられる、装置。
13. 前記管の厚さは１．６ｍｍであり、その縁の半径は０．８ｍｍであり、それによって、前記管が半トーラスで終端し、又は、前記ディスクが前記管の端内の約６ｍｍに位置付けられる、あるいは、前記管が半トーラスで終端し、かつ、前記ディスクが前記管の端内の約６ｍｍに位置付けられる、請求項１２に記載の装置。
14. 前記ディスクから下流の前記管の厚さは、前記プラグの表面全体の約１６分の１となるように選択され、前記ディスクから下流の前記管の壁は使用時に前記制御絞りの下流の流体圧力に暴露される、請求項１２又は１３に記載の装置。
15. 前記ディスクは、少なくとも１つの穴を画定するため、使用時に、両面で同じ圧力に暴露され、任意選択的に、前記ディスクは複数の穴を画定する、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の装置。