JP5715818B2 - 弁内の流体の流れを増大させる装置 - Google Patents

Description

本発明は、弁内の流体の流れを増大させる装置に関するものであり、さらに具体的には流体制御弁の弁ケージを通る流路を流れる流体の流れを増大させる装置に関するものである。

処理プラントでは、たとえば食品処理プラントにおける製品の流れの管理や大規模なタンク施設群における流体レベルの維持などの如きさまざまな用途において制御弁が用いられている。可変流路のように機能することによって製品の流れの管理または流体レベルの維持のために自動制御弁が用いられている。弁制御部材（たとえば、弁体）の精密な移動によって、自動制御弁の弁箱を流れる液体の量を正確に制御することができる。自動制御弁のサイズを大きくすることにより、自動制御弁の流体の流れ容量を増大させることができる。

しかしながら、通常、このことは、制御弁のコストを上げてしまうことになる。

弁内の流体の流れを増大させる装置が、流路を有した弁箱と、流路内に設けられた弁ケージと、ケージ孔内で軸方向に摺動可能な弁体とを備えており、弁ケージが、内面および外面を有した壁を備えており内面が軸線を備えたケージ孔を形成しており、壁が、複数の貫通開口部を有した少なくとも一つの流れゾーンを有しており、各貫通開口部が内面と外面と間に延設され、壁を貫通する開口部の軸線を規定している。各開口部の軸線が、ケージ孔の軸線に対して直角に配置された基準面に対して非直角な角度で配置されており、各開口部が、隣接する開口部から間隔をおいて設けられている。

これに加えて、弁内の流体の流れを増大させる装置が、流路を有した弁箱と、流路内に設けられた弁ケージと、ケージ孔内で軸方向に摺動可能な弁体とを備えている。弁ケージは、内面および外面を有した壁を備えており内面が軸線を具備したケージ孔を形成しており、壁が、複数の貫通開口部を有した少なくとも一つの流れゾーンを有しており、各貫通開口部が、内面と外面と間を延びる湾曲した軸線を有している。各貫通開口部が、隣接する開口部から間隔をおいて設けられている。

公知の弁組立体の一部切欠き概略断面図である。 図１の公知の弁組立体の弁ケージを示す拡大図である。 例示の弁組立体の一部切欠き概略断面図である。 例示の組立体の一部切欠き概略断面図である。 他の例示の弁組立体の一部を示す拡大図である。 さらに他の例示の弁組立体の一部を示す拡大図である。

一般的に、本明細書に記載の弁内の流体の流量を大きくするための例示の装置をさまざまなタイプの組立体またはデバイスの内部の流体の流れに用いることが可能である。これに加えて、本明細書に記載の実施例が、生産加工産業のための製品の流れの制御に関連して記述されているものの、より一般的にいえば、本明細書に記載の実施例は、さまざまな目的のためのさまざまな制御操作に対して適用することが可能である。

図１は、公知となっている制御弁組立体１０の一部切欠き概略断面図である。制御弁組立体１０は、流入口ポート１２および流出口ポート１４を有する弁箱１１と、弁ケージ１６と、弁体組立体１８と、ボンネット組立体２０とを備えている。他の制御弁組立体では、流入口と流出口とが逆にされ、流体が逆方向に向かって流れるようになっている場合もある。弁ケージ１６は、軸線Ａに設けられる孔２４が形成されている円筒形状の壁２２を有している。弁ケージ１６には、一または複数の流体の流れゾーン２８を有した弁座２６が形成されており、これらのゾーンにより、円筒状の壁２２の外壁面３２と内壁面３４との間を流体が流れることが可能となる。弁体組立体１８は、孔２４内に摺動可能に配設され弁棒４２に付けられているおおむね円筒状の弁体４０を有している。図１に明瞭に示されているように、弁箱１１を流れる流体の流量は、弁ケージ１６内における弁体組立体１８の位置によって決まる。説明の都合上、弁体組立体１８の左側半部が流体の流れの閉ざされた位置で示され、また、弁体組立体１８の右側半分は流体の流れが開かれた位置で示されている。

図１および図２を参照すると、各流体流れゾーン２８は、弁ケージ１６の外壁面３２と内壁面３４との間で延びている間隔を置いて並べられている複数のスロット２９を有している。各スロット２９は、おおむね矩形状になっており、また、弁ケージ１６に対して円周上に延び、軸線Ａに対して垂直な基準面Ｂに対して角度Ｃを形成する長手方向の軸５０を有している。各スロット２９は、軸線Ａに対して半径方向に延びている開口部軸線またはスロット軸線Ｓを有している。これらのスロット２９は、各スロット軸線Ｓが基準面に含まれるまたは基準面と平行に延びるように、弁ケージ１６の円筒形状の壁２２を真っ直ぐに貫通する。

これらのスロット２９、流入口１２からスロット２９を介して流出口１４へと流れる流体の流れ方向に急激な変化を必要とする流体流路を示している（図１参照）。流体は、スロット２９から流出口ポート１４と流れるに従って方向を変化させなければならない。流体の流れの方向の変化は、流体がスロット２９によって内壁面３４から外壁面３６へと壁２２を真っ直ぐに貫通されて案内されることに起因する。換言すれば、各スロット２９を通る流体の流れは、基準面Ｂ内に含まれる方向または基準面Ｂと平行な方向を有している。典型的には、流体の流れの方向の変化には、流体の流速、流体の圧力および流体の体積流量の減少が伴う。制御弁組立体１０の流体の流れ容量の上昇は、制御弁組立体１０のサイズを拡大させることによって実現することができる。しかしながら、このことは、制御弁組立体１０のコストを上昇させることになる。

図３〜図６には、弁中の流体の流れを上昇させる例示の装置が示されている。図３〜図６では、図１および図２の中の要素に同等の構造要素には、それぞれ対応して１００、２００、３００または４００を加えた参照数字を用いて表すこととする。

図３は、例示の制御弁組立体１００の一部切欠き概略断面図である。この例示の制御弁組立体１００は、流入口ポート１１２および流出口ポート１１４を有した弁箱１０６と、弁ケージ１１６と、弁体組立体１１８と、ボンネット組立体１２０とを備えている。弁ケージ１１６は、軸線Ｙに沿って設けられる孔１２４が形成された円筒形状の壁１２２を有しているスリーブ状構造体である。弁ケージ１１６には、一または複数の流体の流れゾーン１３０を有した弁座１２６が形成されており、これらのゾーンにより、円筒状の壁１２２の外面１３２と内面１３４との間を流体が流れることが可能となる。弁体組立体１１８は、孔１２４内に摺動可能に配設され弁棒１４２に取り付けられているおおむね円筒状の弁体１４０を有している。

各流体流れゾーン１３０は、外面１３２と内面１３４との間を延びる間隔を置いて並べられた複数の貫通開口部１３６を有している。好ましくは、各流体の流れゾーン１３０内の貫通開口部１３６は、互いに間隔をおいて並べられ、互いに平行となっている。貫通開口部１３６は、円筒形状の壁１２２内でいかなるタイプのパターンで配置されてもよい。各貫通開口部１３６は、おおむね環状となっているが、たとえば矩形状、横長形状、長円体形、平行六面体、ダイヤモンド形状などの他の形状を有していてもよい。図３に示されているように、基準面Ｘは軸線Ｙに対して直角を形成して延びている。各貫通開口部１３６には、壁１２２を貫通して延びる開口部の軸線Ｒが規定される。開口部の軸線Ｒは、たとえば基準面Ｘに対して図３に示された非直角な角度Ｄの如き非直角な角度で配設されている。図３では、図示されている非直角な角度Ｄは４５度（４５°）である。しかしながら、壁１２２内の貫通開口部１３６の位置付けに０度（０°）を越える他の角度が用いられてもよい。流入口ポート１１２と流出口ポート１１４との間の流体の流れの方向により、基準面Ｘ対する開口部の軸線Ｒの必要な角度が決まる。

非直角な角度Ｄの基準面Ｘから変化程度により、弁ケージ１１６に設けることができる貫通開口部１３６の数が決まる。したがって、必ずという訳ではないが、非直角な角度Ｄは５〜８５度（５〜８５°）の範囲内であることが好ましい。また、非直角な角度Ｄにより、各貫通開口部１３６を流れうる流体の量が決まる。基準面Ｘ対して非直角の角度Ｄに貫通開口部１３６の開口部軸線Ｒを設置することにより、開口部の軸線Ｒは、流入口ポート１１２から流出口ポート１１４へと流れる流体の方向に沿った方向付けとなる。このような方向付けにより、孔軸線に対して直角な基準面内に含まれるまたはそれに対して平行な長手方向の軸線を有している（たとえば、図２を参照。ここでは、各開口部２９が基準面Ｂ内に含まれるまたはそれに対して平行な長手方向の軸Ｓを有している）スロットを流れる流体の流れと比べて、貫通開口部１３６を流れる流体の流れがより効率的なおよび／またはより乱流の少ないものとなる。貫通開口部１３６を流れる流体の流れがより効率的でおよび／またはより乱流の少ないものであると、例示の弁組立体１００の全体的なサイズおよびコストの上昇を必要とすることなく、例示の弁組立体１００の流体流れ容量が大きくなる。

図４は、例示の制御弁組立体２００の一部切欠き概略断面図である。この例示の制御弁組立体２００は、流入口ポート２１２および流出口ポート２１４を有する弁箱２０６と、弁ケージ２１６と、弁体組立体２１８と、ボンネット組立体２２０とを備えている。弁ケージ２１６は、軸線Ｙに沿って設けられる孔２２４が形成された円筒形状の壁２２２を有しているスリーブ状構造体である。弁ケージ２１６には、一または複数の流体の流れゾーン２３０を有した弁座２２６が形成されており、これらのゾーンにより、円筒状の壁２２２の外面２３２と内面２３４との間を流体が流れることが可能となる。弁体組立体２１８は、孔２２４内に摺動可能に配設され弁棒２４２に付けられているおおむね円筒状の弁体２４０を有している。

各流体流れゾーン２３０は、外面２３２と内面２３４との間を延びる間隔を置いて並べられた複数の貫通開口部２３６を有している。好ましくは、各流体の流れゾーン２３０内の貫通開口部２３６は、互いに間隔をおいて並べられ、互いに平行となっている。貫通開口部２３６は、円筒形状の壁２２２内でいかなるタイプのパターンで配置されてもよい。各貫通開口部２３６は、おおむね矩形状となっているが、たとえば横長形状、長円体形、平行六面体、ダイヤモンド形状などの他の形状を有していてもよい。図４に示されているように、基準面Ｘは軸線Ｙに対して直角を形成して延びている。各貫通開口部２３６には、壁２２２を貫通して延びる開口部の軸線Ｔが規定される。開口部の軸線Ｔは、たとえば基準面Ｘに対して図４に示された非直角な角度Ｅの如き非直角な角度で配設されている。図４では、図示されている非直角な角度Ｅは４５度（４５°）である。しかしながら、壁２２２内の貫通開口部２３６の位置付けに０度（０°）を越える他の角度が用いられてもよい。流入口ポート２１２と流出口ポート２１４との間の流体の流れの方向により、基準面Ｘ対する開口部の軸線Ｔの必要な角度が決まる。

非直角な角度Ｅの基準面Ｘから変化程度により、弁ケージ２１６に設けることができる貫通開口部２３６の数が決まる。したがって、必ずという訳ではないが、非直角な角度Ｄは５〜８５度（５〜８５°）の範囲内であることが好ましい。また、非直角な角度Ｅにより、各貫通開口部２３６を流れうる流体の量が決まる。基準面Ｘ対して非直角の角度Ｅに貫通開口部２３６の開口部の軸線Ｔを設置することにより、開口部の軸線Ｔは、流入口ポート２１２から流出口ポート２１４へと流れる流体の方向に沿った方向付けとなる。本明細書にいて先に記載されたように、このような方向付けにより、孔軸線に対して直角な基準面内に含まれるまたはそれに対して平行な長手方向の軸線を有している（たとえば、図２を参照。ここでは、各開口部２９が基準面Ｂ内に含まれるまたはそれに対して平行な長手方向の軸Ｓを有している）スロットを流れる流体の流れと比べて、貫通開口部２３６を流れる流体の流れがより効率的なおよび／またはより乱流の少ないものとなる。貫通開口部２３６を流れる流体の流れがより効率的でおよび／またはより乱流の少ないものであると、例示の弁組立体２００の全体的なサイズおよびコストの上昇を必要とすることなく、例示の弁組立体２００の流体流れ容量が大きくなる。

図５は他の例示の弁組立体の一部を示す拡大図である。おおむね円筒状の弁体３４０が弁ケージ３１６の孔３２４内に（軸線Ｙに沿って）摺動可能に配設されている。弁ケージ３１６は、外面３３２および内面３３４を有した円筒状の壁３２２を備えている。流れゾーン３３０が貫通開口部３３６を有しており、これらの貫通開口部３３６が外面３３２と内面３３４との間に延設されることによって、弁ケージ３１６に対して弁体３４０が移動するにつれて、流体が開口部３３６を通り抜けて流れることができるようになる。流体の流れゾーン３３０内の貫通開口部３３６は、互いに間隔をおいて並べられ、互いに平行となっている。しかしながら、貫通開口部３３６は、円筒形状の壁３２２内でいかなるタイプのパターンで配置されてもよい。

各貫通開口部３３６は、おおむね環状となっているが、たとえば矩形状、横長形状、長円体形、平行六面体、ダイヤモンド形状などの他の形状を有していてもよい。図５に示されているように、基準面Ｘは軸線Ｙに対して直角を形成して延びている。各貫通開口部３３６には、壁３２２を貫通して延びる開口部の軸線Ｕが規定される。開口部の軸線Ｕは、たとえば基準面Ｘに対して図５に示された非直角な角度Ｆの如き非直角な角度で配設されている。図５では、図示されている非直角な角度Ｆは４５度（４５°）である。しかしながら、壁３２２内の貫通開口部３３６の位置付けに０度（０°）を越える他の角度が用いられてもよい。図４の非直角な角度Ｅに関して記載された範囲と同様に、図５の非直角な角度Ｆは、必ず必要というわけではないが、５〜８５度（５〜８５°）の範囲内であることが好ましい。

貫通開口部３３６の各々は、外面３３２において、拡大されたまたは面取りされた領域３３８を有している。状況によっては、貫通開口部３３６と外面３３２とのインタフェースにおける角部または縁部が鋭いと、流体の流れに乱流が発生し、その分だけ流体の流れ容量が減少する場合がある。外面３３２と貫通開口部３３６とのインタフェースにおいて拡大されたまたは面取りされた領域が存在すると、流体の流れが乱流である可能性が最小限に抑えられ、貫通開口部３３６を流れる流体が比較的に滑らかになる。貫通開口部３３６を流れる流体の流れが滑らかなであると、例示の弁組立体３００の全体的なサイズが大きくなりコストが上昇することを必要とすることなく、例示の弁組立体３００の流体流れ容量が大きくなる。

図６はさらに他の例示の弁組立体の一部を示す拡大図である。おおむね円筒状の弁体４４０が、弁ケージ４１６の孔４２４の内に（軸線Ｙに沿って）摺動可能に配設されている。弁ケージ４１６は、外面４３２および内面４３４を有した円筒状の壁４２２を備えている。流れゾーン４３０が湾曲した貫通開口部４３７を有しており、これらの湾曲した貫通開口部４３７は、外面４３２と内面４３４との間に延設されることによって、弁体４４０が弁ケージ４１６に対して変位するにつれて、流体が湾曲した貫通開口部４３７を通り抜けて流れることができるようになる。流体の流れゾーン４３０内の湾曲した貫通開口部４３７は、互いに間隔をおいて並べられ、互いに平行となっている。しかしながら、湾曲した貫通開口部４３７は、円筒状の壁４２２内でいかなるタイプのパターンで配置されてもよい。

各貫通開口部４３７は、おおむね環状となっているが、たとえば矩形状、横長形状、長円体形、円形状、平行六面体、ダイヤモンド形状などの他の形状を有していてもよい。図６に示されているように、基準面Ｘは軸線Ｙに対して直角を形成して延びている。湾曲した各貫通開口部４３７には、壁４２２を貫通して延びる開口部の軸線Ｖが規定される。開口部の軸線Ｖは、湾曲しているかまたは基準面Ｘに対して同一平面上にない。湾曲した各貫通開口部４３７は、外面４３２と内面４３４との間の流体の流れの移行を滑らかなものとし、湾曲した貫通開口部４３７を流れる流体の流れを案合することにより、弁ケージ４１６は流体の流れ容量を向上することが可能となる。

また、湾曲した各貫通開口部４３７も、外面４３２において拡大されたまたは面取りされた領域４３８を有している。図５に関して同様に説明されているように、外面４３２と湾曲した貫通開口部４３７とのインタフェースにおいて拡大されたまたは面取りされた領域が存在すると、流体の流れが乱流である可能性が最小限に抑えられ、貫通開口部４３７を流れる流体が比較的に滑らかに（比較的乱流が小さく）なる。湾曲した貫通開口部４３７を流れる流体の流れが滑らかであると、例示の弁組立体４００の全体的なサイズが増大しコストが上昇することを必要とすることなく、例示の弁組立体４００の流体流れ容量が大きくなる。

本明細書にいくつかの例示の装置が記載されているが、本発明が網羅する技術的範囲はこれらに限定されるものではない。それどころか、本発明は、添付の特許請求の範囲に文字通りにまたは均等論に従って正当に該当する製造の方法、装置および製品をすべて網羅する。

Claims (8)

1. 弁内の流体の流れを増大するための装置であって、
   流路を有する弁箱と、
   内面および外面を備えた壁を有し、前記流路に設けられている弁ケージとを備え、
   前記内面は軸線を有するケージ孔を形成しており、
   前記壁は複数の貫通開口部が設けられた少なくとも一つの流れゾーンを有しており、
   各貫通開口部は隣接する貫通開口部から間隔をおいて並ぶように設けられており、
   各貫通開口部は前記外面と前記内面と間に延設されて前記壁を貫通する開口部の軸線を規定しており、
   各開口部の軸線は湾曲し、且つ、前記ケージ孔の軸線と直交する基準面と直交する平面内にあり、
   さらに、前記ケージ孔内で軸方向に摺動可能な弁体を備えてなる、装置。
2. 前記複数の貫通開口部のうちの少なくとも一つが前記弁ケージの前記外面に拡大した領域を有してなる、請求項１に記載の装置。
3. 前記複数の貫通開口部のうちの少なくとも一つが前記弁ケージの前記外面に面取り部を有してなる、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記複数の貫通開口部のうちの少なくとも一つがスロット形状を有してなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記各貫通開口部が円形状の流路である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記各貫通開口部が横長形状の流路である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記複数の貫通開口部が所定のパターンに従って配置されてなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記ケージ孔の前記軸線と直角な基準面に対する前記開口部の軸線の角度が、前記内面からの距離に応じて漸次小さくなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。

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