JP4246564B2

JP4246564B2 - 管内減圧調整装置

Info

Publication number: JP4246564B2
Application number: JP2003271693A
Authority: JP
Inventors: トッド・エル・ラーセン
Original assignee: テスコム・コーポレーション
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2003-07-08
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2023-07-08
Also published as: JP2004038982A; DE10325846A1; DE10325846B4; US20040007269A1; US7159611B2; US20040216781A1

Description

本発明は、加圧流体源と制御された低圧力下の流体が付与される物品との間の管内に取り付け可能な圧力調整装置に関する。

ゴールド（Ｇｏｌｄ）の米国特許第４，６６７，６９５号には、本体（第二のピストン）のボア内を軸方向に可動の環状ピストンが開示されている。該環状ピストンは、流体がその入口端からその他端まで流れ、その後、本体の穴を通って流れるのを許容する位置まで弾性的に付勢される。環状ピストンの入口端における圧力上昇に伴ない、環状ピストンは、その閉じ位置に向けて動く。

ラッヒマン（Ｌａｃｈｍａｎｎ）らの米国特許第４，４７５，８８８号は、中央ボアに対して開放するように収斂する下側通路を有する弁胴を備える一方、ミラー（Ｍｉｌｌｅｒ）の米国特許第５，５０１，２４７号には、圧力調整装置の２つの部品同士が相対的に回転するのを阻止するためキーを使用することが開示されている。
米国特許第４，６６７，６９５号公報米国特許第４，４７５，８８８号公報米国特許第５，５０１，２４７号公報

本発明は、管内減圧調整装置を改良すべく為されたものである。
管内減圧調整装置は、ピストンチャンバ内をピストンボア位置まで伸びる管状部分（スリーブ）を通って開放する入口を有する調整装置本体と、ボンネットの管状部分（スリーブ）を通じて開放する出口及びピストンボアの出口と反対側の開口を有するキャップとを備えている。ピストンは、ピストンボアの一端部分内に伸びる本体の管状部分と、ピストンボアの他端内に伸びるキャップの管状部分とを有している。弁座がボンネットスリーブの開口端により取り付けられ、ピストンのボア内の環状肩部に対して当接し、流体の流れを妨害する。第一のばねが本体に対して当接し、ピストンを調整装置の閉じた位置に付勢する一方、第二のばねはボンネットに対して当接し、ピストンを調整装置の開放位置に付勢する。キーは、ボンネットと調整装置本体との間にて作用し、これらを制限された軸方向位置に保持し、出口圧力の制限された調節を許容する。

本発明の目的の１つは、調整装置の入口と出口との間の漏洩路を減少させる新規な手段を有する減圧調整装置を提供することである。本発明の別の目的は、流体の流れを妨害し、また、弁座の漏洩があるならば、余剰な出口圧力が弁座の負荷を上昇させて、流体の流れを妨害し且つ新たな弁座領域を形成して、将来の漏洩を解消する圧力調整装置の新規な手段を提供することである。本発明の追加的な目的は、流体の流れを遮断するという犠牲を払うことなく、入口効果の低下を解消する新規な弁座手段を管内圧力調整装置内に提供することである。

本発明の更に別の目的は、調整装置の入口と調整装置の出口との間の可能な漏洩路を最小にする新規な手段を管内圧力調整装置内に提供することである。本発明の別の目的は、調整装置の出口圧力を僅かに調節する新規な手段を圧力調整装置内に提供することである。

便宜さのため、圧力調整装置を説明するとき、「上側」、「下側」、「頂部」及び「底部」のような用語が使用されるが、これら用語の使用は、圧力調整装置が図示するような直立位置にあるとき適用可能であることを理解すべきである。しかし、圧力調整装置は直立位置以外の位置にて使用可能であることを更に理解すべきである。

図面の図１を参照すると、全体として参照番号１１で示した、本発明の第一の実施形態である直線形の圧力調整装置は、全体として、参照番号１０で示した、調整装置本体を備えており、異なる直径のボアＢが軸方向に貫通して伸びている。全体として、参照番号１２で示したボンネット（キャップ）は、本体の上側部分に螺着可能に取り付けられており、本体ボアの上端を閉じる。ボンネットは、貫通して軸方向に伸びる、弁座１６及び弁座取り付け部２４Ａ以外のボアＤを有しており、また、本体ボアと同軸状である。

本体ボアＢは、環状の底部壁１５により一部分、画成された軸方向の中間ボア部分１４を有しており、軸方向に細長いスリーブ（管状部分）１７が本体の下側部分に一体に接続され且つ、ボア部分１４の軸方向寸法よりも短い距離だけ底部壁１５の上方を軸方向に伸びている。スリーブは、貫通して軸方向に伸びるボア部分１８を有しており、また、本体部分１７Ａの本体の加圧された本体入口１９に向けて開放し、ボア部分１８及び入口は、本体ボアＢの一部分である。このように、スリーブは、その軸方向両端の軸方向中間にて中間のボア部分に開放している。ボア部分１８は、本体の中間ボア部分及び入口の各々よりも遥かに小径である。

本体ボアＢは、また、拡張径のボア部分２０も有しており、該ボア部分２０は、軸方向中間のボア部分との接続点にて、環状肩部２１を形成し且つ、調整装置本体の頂部の環状端縁を貫通して、ボンネット１２の環状頂部分２２に向けて開放している。該ボア部分２０は、肩部２１の少なくとも実質的に全距離をわたって一定の直径である。

ボンネットは、頂部分２２から下方に伸びる環状部分２３を有しており、環状部分の下側部分は、調整装置本体に螺着可能に取り付けられている。ボンネットは、また、頂部分に一体に接続され且つ、本体スリーブに対して同軸状の関係にて頂部分から下方に伸びる軸方向に細長い管状部分（スリーブ）２４も有しており、また、ボンネットの環状部分２３よりも軸方向長さが長いことが好ましい。このように、ボンネットの頂部分２７は、一部分、本体の拡張したボア部分に向けて開口する環状チャンバを画成する壁を有しており、また、その内部に伸びる調整装置本体の上側環状部分２９を有している。

ボンネットの管状部分は、ボンネットの頂部分からその長さの主要部分にわたって所定の外径の頂部分２４Ｂを有し、また、縮小外径部分２４Ｃを有しており、頂部分２４Ｂとのその接続部において、下方を向く肩部２５を形成する。縮小径部分２４Ｃは、その下端にて、該下端と一体に形成された弁座取り付け部２４Ａを有している。該弁座取り付け部は、その上端にて、管状部分２４Ｃの外径と同一の外径を有しており、下側截頭円錐形部分２４Ｅの大径ベース部は、該弁座取り付け部に接続されている。截頭円錐形部分は、その小径ベース部が円筒形部分２４Ｄに接続されている。弁座の縮小径部分は、円筒状部分のソケット内に伸びており、弁座の下側部分は、以下に説明する目的のため、截頭円錐形の形状をしている。弁座は、何らのねじ式接続部無しにて、弁座の取り付け部に圧力嵌めし、又はその他の方法で適宜に接合することができる。弁座は、ピストンのボア部分３８内で常に、高圧の流体圧力の作用を受けるため、ボンネットの座部取り付け部に取り付けられた弁座をより確実に保持する作用を果たす。弁座がねじを使用せずに、取り付けられる結果、弁座をバイパスする漏洩流れとなる可能性のある粒子が組み立て中に発生する可能性は減少する。

環状ピストン（センサ）Ｐが本体ボア部分１４、２０内で軸方向に動き得るように取り付けられており、ピストンは、拡張径部分３０を有して、ボア部分２０の円筒状部分を画成する本体の壁部分に対する緊密な滑り嵌め状態を形成する。拡張径部分は、Ｏリング３１を有する環状溝を備え、ピストンがボンネットの管状部分に対して、軸方向への全移動にわたり、ボア部分の壁に対する流体シールを形成する。更に、ピストンは、ボア部分１４内でその下方に伸びるように拡張径部分に接続された、軸方向中間部分３２を有しており、また、ボア部分１４よりも著しく小径である。ピストンは、また、コイルばね３５が当接する肩部を提供し得るように、その下方に伸びるべく中間部分３２に接続された縮小径部分３３も有している。ばねの他端は、底部壁１５に対して当接し、ピストンを常に弾性的に付勢して、底部壁１５から軸方向に離れるようにする。ピストンの反対の軸方向への動きは、肩部２１に当接するピストンの拡張径部分３０によって制限される。

ピストンは、その上面を貫通して開口する頂部ボア部分３７を有しており、また、その内部に伸びるボンネットの管状部分２４Ｃを有している。該ピストンの拡張径部分は、その内部にＯリング４１がある内側溝を有しており、ピストンが管状部分２４Ｃに対して軸方向に動くとき、管状部分２４Ｃに流体シールを提供する。ピストンが底部壁２５から軸方向に離れて軸方向に動くことは、肩部２５に対し当接することで制限される。

ピストンボアは、ボア部分３７よりも小径の下側ボア部分３８を有しており、環状の上向き肩部３９を提供し、ボア部分３８の直径は、弁座の截頭円錐形部分１６Ａの小径のベース部の最大直径よりも大きいが、截頭円錐形部分１６Ａの大径のベース部の最大直径よりは小さい。ボア部分３８を画成するピストンの壁は、本体の管状部分１７に対し軸方向に緊密に滑嵌めするような径であり、ピストンの縮小径部分３８は、内側溝を有しており、Ｏリング４０がこの内側溝内に取り付けられて、ピストンが管状部分に対して軸方向に動く間の全体にわたって、管状部分１７に対する軸方向への流体密封嵌め状態を形成する。

截頭円錐形部分２４Ｅは、ボンネットの管状部分２４Ｂ、２４Ｃ内のボア４４に対して開放するよう上方に収斂する複数の開口４３を有する一方、該ボンネットの管状部分は、ボンネットの頂部分２２の調整装置出口（通路）４５に対して開放している。開口は、ピストンがその閉じた位置（流体を妨害する位置）にあるとき、肩部３９と、管状ボア部分３７の下側部分を画成するピストン壁と、弁座の取り付け部と、弁座とにより、少なくとも実質的に一部分、境が設定された環状の隙間空間４９に対して開放している。ピストンがその閉じた位置にあるとき、該ピストンは、ピストンのボア部分３７、３８の接続部にてピストンに対して当接する座部の截頭円錐形部分１６Ａの軸方向中間部分を有しており、管状部分１７のボアからピストンのボア部分３７への流体の流れを妨害する。半径方向クロスボア４８がピストンの軸方向中間部分３２に設けられており、隙間空間４９に対し開放し、また、ボア部分１４を画成するピストン壁と、ピストンの拡張径部分の下方を伸びるピストンの部分との間の環状の隙間空間４７に対して開放する。隙間空間４７の横方向面積は、ピストン肩部３９の横方向面積よりも大きく、このため、ピストンの拡張径部分の底面の一部分が肩部２１に対して当接し、また、ピストンの縮小径部分の底面部分が本体の底部壁１５に対して当接する場合であっても、加圧流体の作用を受けるピストンの底面の部分は、十分に大きく、環状空間４７内の流体圧力が予め選んだ出口圧力に等しく又はそれ以上であるとき、コイルばね５０の作用に抗してピストンをその閉じた位置に向けて動かす。

コイルばね３５は、ピストンを常に弾性的に付勢して、ある位置にする、すなわち、この位置において、ボア部分３７に対するボア部分３８の開口部を取り巻くピストンの部分は、弁座の截頭円錐形部分に対して当接し、高圧の流体がピストンボアを通って流れるのを妨害する。コイルばね５０は、ボア部分２０内にあり、また、ボンネットの頂部分２７とピストンの上面との間で作用し、ピストンをボンネットの管状部分２４に対して動くように付勢し、高圧流体が調整装置を通って流れるのを許容する調整装置の開放位置にする。ばね５０は、ピストンを開放位置に保持し、ボンネットの管状部分をクロスボア４８と流体連通状態に配置し、これにより、本体の入口１９にて圧力下の流体が付与されないとき、環状の隙間空間４７と流体的に連通させる。

止めねじ５４がボンネット内にねじ込まれ、また、調整装置本体の環状溝５５内まで伸びており、この環状溝５５は十分な軸方向寸法であり、止めねじを緩め且つ、ボンネットを調整装置本体に対して回転させ、従って、止めねじをねじ込んで、調整装置本体に対して当接させ、ボンネットを調整装置本体に対して調節された、螺着（角度方向の）位置に保持するのを許容するようにする。かかるねじ込みの調節は、ボンネットの頂部分２７と本体の肩部２１との間の軸方向距離を変化させるから、このことは、従来の管内調整装置にて一般に使用されているシムを使用することを必要とせずに、出口圧力を僅かに調節することを可能にする。調整装置本体の上側部分２９とボンネット部分２３との間のねじ式接続部の上方に環状溝が設けられる一方、Ｏリング５６は、本体部分２９と環状溝の上方のボンネット部分２３との間に流体シールを提供する。

ボンネットは、管状部分２４と、頂部分２７とピストンとの間の本体部分２９との間のキャビティ（チャンバ）３４に対して開放する通気ポート５２を有している。上述したチャンバ内の漏洩流体は、ポート５２を通って漏洩ガス用の適宜な容器５３まで流れるか、又は安全な領域に配管を通じて排出することができる。上述したボンネット−ピストン−調整装置−Ｏリングの配置により、Ｏリングをバイパスする任意の且つ、全ての漏洩流れは、ポート５２を通って流れる。更に、この配置により、入口と出口との間の可能な漏洩路の数は減少する。

出口圧力は、所望のばね特性を有するばね３５、５０を使用し、また、ボンネットを調整装置本体に対して適宜にねじ式に調節することにより調節することができる。出口をボンネットの管状部分のボア４４、開口４３、環状空間４９及びクロスボア４８を通じて流体的に接続することにより、出口圧力は、下向きの環状ピストン肩部５７、５８、５９に対して作用し、これら肩部は、弁座の相応する最大の横方向断面よりも遥かに大きい断面積を有している。出口圧力が予め選んだ値以下に降下したとき、ばね５０は、ピストンを下方に動かし、これにより、ピストンボア部分３７、３８の接続部を弁座から離れて軸方向に動かす。その結果、高圧の流体が入口１９から、ボア部分３８を通って流れ、弁座とピストンボアとの間の環状の隙間空間４９を通り、開口４３に、従って、管状部分のボア４４まで流れ、また、ボンネット出口４５まで流れる。これと同時に、環状空間４９は、空間４７と、従って、ピストン肩部５７乃至５９と流体的に連通している。出口４５における流体圧力が上昇すると、ピストンの底面に対して作用する圧力は上昇し、ばね５０は益々、圧縮され、ピストンは、弁の閉じ位置に向けて動き、出口における流体圧力が予め選んだレベルまで上昇すると、入口から環状空間４９への流体の流れを妨害する。

ピストンがその開放位置にあるとき、入口圧力が降下すると（例えば、ガス供給タンク内のガスを排出する結果）、底面に作用する圧力は降下し、ばね５０は、ピストンを更なる開放方向に動かす。その結果、入口圧力が降下すると、出口圧力が上昇して低下する入口効果を解消する。説明しないが、ピストンがその開放位置まで動くことは、所望の出口圧力を保つのに必要な流体の流量の結果として、調整装置スリーブの軸方向間隔体を互いに相違させるものであることを理解すべきである。このように、ピストンの開放位置において、弁は、調節装置を通る低流量を許容するように、ピストンボア部分３７、３８の接続部から僅かに隔てられた状態から調整装置を通るより高流量の流れを許容するように、最大の間隔となるようにすることができる。

弁座を経る漏洩流れがある場合、環状空間４９内に、従って、クロスボアを通る流体の漏洩流れが存在し、ピストンの底面に作用する。ピストン表面３９の横方向環状面積は、ピストン表面５７乃至５９の組み合わせた横方向面積よりも何倍も小さいため、また、弁座がピストンの材料よりも容易に変形し易い例えば、プラスチックの如き材料で出来ているため、ピストンに対して作用する上昇する漏洩圧力は、弁座を付勢して、十分に変形させ、弁座に対するピストンの新たな座部が生じ、バイパスする漏洩流れを妨害することができる。この着座作用は、振動に起因する弁座の漏洩に対する抵抗力を増大させる。弁座は、変形したとしても、漏洩流れを妨害するため新たな座部（弁座とピストンとの環状の接触点）を形成するのに必要な程度しか変形しない材料で出来ている。ピストンが新たな座部を形成した後、その開放位置まで動いた後、ピストンは、再度、その閉じた位置まで動き、その新たな座部を回復する。

好ましくは、その管状部分を含むボンネット、その管状部分を含む調整装置本体及びピストンの各々は、単一の材料片で出来ており、それら部材の各々は、その部分が互いに一体に接続されるものとする。その結果、Ｏリングの数及び漏洩の機会は減少する。更に、第一の実施の形態のクロスボア及び開口４３以外の、ピストン、調整装置本体、ボンネットのボアは同軸状である。

図４を参照すると、本発明の第二の実施の形態は、第一の実施の形態のものと同一であり且つ同一の仕方にて機能するボンネット（キャップ）１２と、ピストンＰと、コイルばね５０とを有している。第二の実施の形態は、また、一部分、底部壁７２により画成されたボア７３と、第一の実施の形態の同一の部品と同一である、スリーブ７１とを有する、全体として参照番号７０で示した、調整装置本体も有している。しかし、第二の実施の形態の調整装置本体は、全体として参照番号８０で示した遮断弁がその内部に螺着される弁ボア７９を内蔵する点にて第一の実施の形態の調整装置本体と相違している。通路（ボア部分）７８がスリーブ１７を通って軸方向に延在しており、ボア７９に対して開放する。入口通路７７は、ボア７９に対して開放し、また、外ねじ付きのネック部分８１を通じて、ねじ付き部分は、従来のガスタンク８２の排出ネック部分に対し螺着可能に取り付けることができる。

遮断弁８０は、調整装置本体のボア７９に螺着可能に取り付けられた弁胴８４と、流体が弁座８７を通って通路７７から通路７８まで流れるのを選択的に許容し得るように、弁胴に回転可能に取り付けられた弁軸８９とを有しており、弁座は、調整装置本体のボア内に取り付けられる。調整装置本体と弁胴との間に流体シールを形成し、また、弁軸８９と弁胴との間に流体シールを形成するためＯリング８８が設けられている。遮断弁を調整装置本体内に内蔵することにより、圧力調整装置を高圧のガスタンク８２に接続するための外部の配管は全く不要である。このため、高圧供給源（ガスタンク）から調整装置本体の管状部分７１までの高圧流体の流れを制御するため、該遮断弁を使用することができる。

流体が貫通して流れるのを妨害するそのピストン閉じ位置にある、本発明の減圧装置の第一の実施の形態を示す断面図である。図１の構造体の一部分を示す拡大部分断面図である。調整装置の弁座面積の更なる拡大図である。本発明の第二の実施の形態を示す断面図である。

符号の説明

１０調整装置本体１２ボンネット
１４中間ボア部分１６弁座
１７スリーブ１９本体入口
２０ボア部分２１環状肩部
２４管状部分（スリーブ）２４Ａ弁座取り付け部
２４Ｂ頂部分２４Ｃ径部分
３０拡張径部分３２軸方向中間部分
３５コイルばね３７頂部ボア部分
３８下側ボア部分３９環状の上向き肩部
４３開口４４ボア
４５調整装置出口４７隙間空間
４８半径方向クロスボア４９環状の隙間空間
５０コイルばね

Claims

減圧調整装置であって、
調整装置本体（１０）の上端を貫通して開口しかつ入口（１９）を有する軸方向ボア（Ｂ）と前記調整装置本体のボア部分（１４，２０）とを有し、前記ボア部分（１４，２０）は、前記上端から遠方の底部壁（２１）及び前記ボア部分（１４，２０）内を伸び且つ前記ボア部分に対して開放し且つ前記入口に対して開放する管状部分（１７）により一部分が画成された、前記調整装置本体（１０）と、
前記調整装置本体の前記ボア部分内を伸びるピストン（Ｐ）であって、流体の流れ開放位置と、流体の流れを妨害する閉じた位置との間で可動であり、貫通して軸方向に伸びるボア（３７、３８）を有する前記ピストン（Ｐ）と、
前記ピストンをその開放位置まで付勢する第１のばね手段（５０）とを備える減圧調整装置において、
前記調整装置本体の前記管状部分（１７）が前記ピストンの前記ボア内に伸び、
キャップ（１２）が、前記調整装置本体に取り外し可能に取り付けられ、頂部分（２２）と、出口（４５）と、前記調整装置本体の前記管状部分に対し同軸状で且つ前記調整装置本体の前記管状部分に対し軸方向に隔たった関係で前記ピストンの前記ボア内を伸びる前記キャップの管状部分（２４）とを有し、
前記キャップの前記管状部分が、前記出口（４５）及び前記ピストンの前記ボアに対して開放する流体通路（４３、４４）を有し、弁座（１６）を前記出口から遠方の位置に取り付け、
前記弁座（１６）が、前記ピストンが前記入口から前記出口までの流体の流れを遮断するその閉じた位置にあるとき、前記ピストンの前記ボア内の環状肩部（３９）に対し当接可能であり、
第２のばね手段（３５）が、前記出口における流体圧力が予め選んだレベル以下まで降下する迄、前記ピストンをその閉じた位置に弾性的に保持することを特徴とする、減圧調整装置。
請求項１の減圧調整装置において、
前記キャップの前記管状部分（２４）が、前記調整装置本体の前記管状部分に隣接する第一の端部分（２４Ａ，２４Ｄ，２４Ｅ）と、前記キャップの前記頂部分（２２）に接続された一端を有する軸方向に細長い管部分（２４Ｂ、２４Ｃ）と、前記キャップの前記管状部分の前記第一の端部分を有する軸方向の端部とを備え、
前記キャップの前記管状部分の前記第一の端部分が、前記環状肩部（３９）及び前記ピストンの前記ボアを画成するピストン壁と共に、隙間空間（４９）を形成し、かつ前記隙間空間及び前記キャップの前記管状部分に対して開放する開口（４３）を有する弁座取り付け部（２４Ａ）を備え、前記開口（４３）が前記流体通路の一部分であることを特徴とする、減圧調整装置。
請求項１又は２の減圧調整装置において、
前記調整装置本体の前記ボア部分が、円筒状壁部分（２０）によって一部分が画成され、
前記ピストンが、前記円筒状壁部分と流体的密封関係にある拡張径の第一のピストン部分（３０）と、前記第一のピストン部分よりも小径であり且つ前記第一のピストン部分から前記調整装置本体の前記ボア部分内の下方に伸びる第二のピストン部分（３２）とを有し、前記調整装置本体の前記ボア部分に環状の隙間空間（４７）と、クロスボア（４８）とを提供し、
前記クロスボアが、前記ピストンがその開放位置及びその閉じた位置にあるときの双方にて前記流体通路及び前記環状の隙間空間に対して開放することを更に特徴とする、減圧調整装置。
請求項３の減圧調整装置において、
前記ピストンの前記ボア（３７，３８）が、その内部を伸びる前記キャップの前記管状部分を有する第一のボア部分（３７）と、前記第一のボア部分よりも小径であり、その内部を伸びる前記調整装置本体の前記管状部分を有する第二のボア部分（３８）とを備え、
前記クロスボア（４８）が、前記流体通路と流体的に連通し得るように前記第一のボア部分に対して開放し、
前記ピストンの前記第一及び第二のボア部分が互いに対して開放し前記環状肩部（３９）を提供することを更に特徴とする、減圧調整装置。
請求項１乃至４の何れか１つの減圧調整装置において、
前記第１のばね手段（５０）が、前記調整装置本体の前記入口にて圧力下の流体が何ら付与されないとき、前記ピストンをその開放位置に保持するばね（５０）を備えることを更に特徴とする、減圧調整装置。