JP5986093B2 - 一体形成型ブースト低減機能を有する弁箱 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本特許は、一体形成型ブースト低減機能を有する弁箱（ＶＡＬＶＥ ＢＯＤＩＥＳ ＨＡＶＩＮＧ ＩＮＴＥＧＲＡＬ ＢＯＯＳＴ ＲＥＤＵＣＩＮＧ ＣＡＰＡＢＩＬＩＴＹ）という名称の２０１０年１１月１日出願の米国特許仮出願第６１／４０８，９５８号の利益を主張する。この特許は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本開示の分野
本開示は、一般的には、流体レギュレータに関し、さらに具体的には、一体形成型ブースト低減機能を有する弁箱（ｖａｌｖｅ ｂｏｄｙ）に関する。

流体レギュレータは、通常、流体の圧力を下げるために使用され、圧力を実質的に一定値に調節する。特に、流体レギュレータは、相対的に高い圧力で供給流体を受ける入口を有し、相対的に低い設定制御圧を出口に与える。入口圧力は、変動する下流の要求に実質的に適合させるために、オリフィスを通して流量を制限することにより、より低い出口圧力に下げられる。例えば、一台の設備（例えば、ボイラー）に付随するガスレギュレータは、ガス販売元から、相対的に高く、幾分変動する圧力のガスを受けることができ、さらに、そのガスを、設備に対し安全で、効率的な使用のために適した、より低い、実質的に一定圧または制御圧に調節することができる。

流体レギュレータは、流体レギュレータがある範囲の圧力差に曝される場合に、出口圧力を設定制御圧に維持する流体レギュレータの能力に基づいて分類されることが多い。流体レギュレータが特定の圧力差に曝される場合に、受け入れられない程度に設定制御圧からずれる流体レギュレータは、レギュレータの分類または精度等級から外れていると見なされる。設定制御圧からのずれは、多くの場合、流体レギュレータのドループフロー（ｄｒｏｏｐ ｆｌｏｗ）および／またはブーストフロー（ｂｏｏｓｔ ｆｌｏｗ）特性によって引き起こされる。ブーストフロー特性は、流体レギュレータの精度および／または容量分類等級を下げる可能性がある。

一例では、流体レギュレータは、入口から出口へ流体をつなぐオリフィスを規定する主流路を有する主要部を含み、主流路が、入口とオリフィスの間の入口体積境界およびオリフィスと出口の間の出口体積境界を規定する。出口体積境界の一部は、オリフィスに隣接する内壁を含む。弁体は、流路の第２の部分内に設置され、それにより、内壁は、実質的に弁体の外表面を取り囲み、内壁と弁体の外表面の間を通って、スロートに向かう流量を実質的に制限する。出口体積境界内に副流路を有する弁箱は、オリフィスに向かう流量を増加させる。

別の例では、流体弁箱は、流路の入口から流路の出口へと流体をつなぐオリフィスを規定するために、弁箱と一体に形成された主流路、および主流路のオリフィス、および弁箱のスロート領域の間の流速を増やすために、弁箱と一体に形成された副流路を含む。

図１は、従来の弁箱を有する既知の自動制御流体レギュレータを図示したものである。 図２は、図１の弁箱の部分拡大断面図である。 図３は、図１と図２の弁箱の平面図である。 図４は、本明細書記載の弁箱を有する流体レギュレータの例を図示したものである。 図５Ａは、図４の弁箱の例の断面図である。 図５Ｂは、図４と図５Ａの弁箱の例の平面図である。 図６は、本明細書記載の弁箱の別の例である。

本明細書記載の例示流体レギュレータは、流体の流量を調節し、設定制御圧に基づく、受け入れ可能な圧力限界内に下流圧力を維持する。さらに、流体レギュレータは、流体レギュレータの定格容量および／または精度分類を大きく改善するための一体形成型ブースト低減機能を有する例示弁箱を含む。特に、本明細書記載の例示弁箱は、流体レギュレータが相対的に高流速に曝される場合に、ブーストを制御し、および／または流体レギュレータの過剰ブーストを防ぐ。換言すれば、本明細書記載の例示弁箱は、流体レギュレータが、例えば、従来の弁箱を備えた流体レギュレータに比べて、より広い範囲の操作圧力差にわたり特定の精度分類を得られるようにする。

特に、例示弁箱は、弁箱の入口から出口へ流体をつなぐオリフィスおよびオリフィスから弁箱のスロート領域へと流体をつなぐ副流路を有する１次または主流路を規定する。さらに具体的には、その主流路は、オリフィスに隣接する内壁を含み、これは、流路内に配置された弁体と組み合わせて、弁箱のスロートの方向への流体の流れを実質的に制限する。特に、内壁および弁体は、流路のオリフィスを通って、弁箱の出口の方向の、スロート領域から離れた方向へ流れを曲げるか、または向かわせる。スロート領域から離れる方向へ流体を向かわせることにより、ドループフロー特性を低減できる。しかし、流体が相対的に高い圧力差でオリフィスを通過する場合、スロート領域から離れる方向へ流体を向かわせることは、また、過剰ブーストを増やす、または引き起こす可能性がある。

副流路は、オリフィスからスロート領域へ流体をつなぐ流路を提供する。従って、そうでない場合は、弁体と内壁によりスロート領域から離れる方向に向けられるか、または曲げられるはずの流体が、副流路を経由してスロート領域内で流れるか、または移動できる。換言すれば、流体が相対的に高速で１次流路のオリフィスを横切って流れる場合、副流路は、ドループを形成し、過剰ブーストフロー特性を防ぐ。

副流路は、例えば、内壁部分に一体的に形成されるギャップ、チャネル、コンジット、ポートまたは他の通路であってもよい。一部の例では、副流路は、オリフィスの軸の周りに放射状に空隙を開けて配置された１つまたは複数の壁部分を規定する複数のギャップまたはポートを含んでもよい。副流路は、ブーストフロー特性を制御し（例えば、ドループを形成して）、それにより、より正確な流体レギュレータを提供し、より広い範囲の操作パラメータ（例えば、入口圧または圧力差）に対し、下流の要求に正確に合わせられる流体レギュレータの能力を改善する。

一体形成型ブースト低減機能を有する例示レギュレータおよび弁箱の詳細について考察する前に、既知の自動制御流体レギュレータ１００の説明が図１に提供される。図１からわかるように、レギュレータ１００は、レギュレータ弁１０４に結合したアクチュエータ１０２を含む。アクチュエータ１０２は、アクチュエータ筐体１０８に取り付けられて、ローディングチャンバ１１０およびセンシングチャンバ１１２を規定する隔膜１０６を含む。ローディングチャンバ１１０は、例えば、設定もしくは制御負荷または圧力を隔膜１０６の第１の側面１１８に与える制御スプリング１１６、等の負荷装置１１４を含む。典型的には、負荷装置１１４により与えられる制御負荷または圧力は、流体レギュレータ１００により提供されるべき所望の出口圧力に相当する。

レギュレータ弁１０４は、入口１２４と出口１２６の間の流体流路１２２を規定する弁箱１２０を含む。弁箱１２０は、アクチュエータ筐体１０８に結合され、それにより、弁箱１２０のスロート１２８は、センシングチャンバ１１２と流体連通状態になり、センシングチャンバ１１２は、弁箱１２０の出口１２６の位置の流体の圧力を探知できる。弁体１３０は、流路１２２内に配置され、弁座１３２に対し移動し、流路１２２を通る流量を制御する。隔膜１０６と弁体１３０を連結するために、流体レギュレータ１００は、連結機構１３４を使用する。

操作中、隔膜１０６は、センシングチャンバ１１２により（スロート１２８を介して）探知された出口圧力および負荷装置１１４による設定または制御圧（すなわち、制御スプリング１１６によるスプリング力）により与えられる隔膜１０８の間の両側の圧力差に応じて、連結機構１３４を介して弁体１３０を移動させる。下流の要求が増加するにつれ、下流の流量要求が増加し、下流圧力が減少する。センシングチャンバ１１２は、スロート１２８を介して出口１２６の圧力を探知する。センシングチャンバ１１２により探知された、隔膜１０８の第１の側面１１８に対し負荷装置１１４により加えられた制御圧より低い圧力が、隔膜１０６両側の圧力差をもたらし、隔膜１０６をセンシングチャンバ１１２の方向へ移動させる。次に、隔膜１０８が、弁体１３０を弁座１３２から離れる方向へ移動させ、流体を流路１２２を通って流させる。下流の要求が減少する場合は、出口１２６の圧力が増加し、流量要求は減少する。センシングチャンバ１１２により（すなわち、スロート１２８を介して）探知された、負荷装置１１４により加えられた制御圧よりも高い出口圧力により、隔膜１０６の両側に圧力差を生じ、隔膜１０６をローディングチャンバ１１０の方向に移動させる。次に、隔膜１０６は、弁体１３０を弁座１３２の方向に動かし、流路１２２を通した流体の流れを制限するか、または止める。

流体レギュレータ１００がある範囲の圧力差、および、それによる流量に曝される場合、流体レギュレータ１００は、設定制御圧で出口圧力を維持する流体レギュレータ１００の能力に基づいて、特定の容量格付けまたは精度分類に類別することができる。流体レギュレータ１００が、受け入れられない程度に設定制御圧からずれる下流出口圧力を生ずる場合、流体レギュレータ１００が特定の圧力差に曝されると、流体レギュレータ１００は、もはや、定格精度分類または容量の範囲内で制御できない。

受け入れられない程度の設定制御圧からのずれは、多くの場合、プロセス流体が流体レギュレータ１００を通って相対的に高速で流れる場合に、ブーストフロー特性により生ずる。結果として、ブーストは、流体レギュレータ１００の精度および／または容量に大きく悪影響を与えるか、またはこれらを低下させる。

例えば、下流圧力が増加し（例えば、急速な増加）、流体が流路１２２を通って相対的に高速で流れる場合に、レギュレータ１００は、ブーストを形成する可能性がある。オリフィス１３６の両側の相対的に大きい圧力差は、スロート１２８中の圧力領域を下流圧力または出口１２６の圧力よりも低くする可能性がある。結果として、センシングチャンバ１２２は、低い圧力（出口圧力よりも）を探知し、レギュレータ１００に、出口１２６の方向へのより多くの流体を流させる（弁座１３２の方向への弁体１２０の移動とは対照的に）。その結果、流体レギュレータ１００の出口側圧力は、設定制御圧からずれる可能性がある。

ブーストは、多くの因子、例えば、隔膜１０６がセンシングチャンバ１１２の方向に移動するときの制御スプリング１１６のスプリング力の変動、隔膜１０６が隔膜１０６の両側の圧力差により曲がるかまたは移動するときの隔膜１０６の領域の変動、流路１２２のオリフィス１３６のサイズ、プロセス流体の入口圧力、オリフィス１３６や弁体１３０の両側の圧力差、等、により引き起こされる可能性がある。

図２は、流路１２２を通って流れる流体を示す、図１の例示レギュレータ１００の拡大部分図である。図３は、弁箱１２０の平面図である。

図２と３にさらに詳細に示すように、弁体１３０は、流路１２２内に配置され、それにより、弁体１３０の外表面２０２は、弁箱１２０の内壁２０６の内表面２０４に隣接して配置され、相対的にタイトなフィットまたは狭い公差になる。同様の方式で、流体がオリフィス１３６を通って流れるにつれ、弁箱１２０の内壁２０６（例えば、オリフィス１３６の入口側に隣接する）および弁体１３０は、出口１２６の方向２０８中の流路１２２を通って流体が流れるように方向付ける。さらに、弁体１３０は、弁体１３０の外表面２０２に近接状態にあるので、内壁２０６および弁体１３０は、オリフィス１３６からスロート１２８方向、従って、センシングチャンバ１２２方向への流量を実質的に制限する。図３に最もよく示されているように、内壁２０６は、スロート１２８の円周に対し放射状に配置されており、オリフィス１３６の軸２０１の方向に内側に突き出ている。

従って、流体が相対的に低速でオリフィス１３６を通過する場合、内壁２０６および弁体１３０は、ドループ低減機構を与える（ブーストを増加させることにより）。換言すれば、流体は、入口１２４および出口１２６の間を流れるとき、内壁２０６および弁体３０は、スロート１２８またはセンシングチャンバ１２２から離れて、出口１２６に向かう下流方向２０８またはオリフィス１３６に向かう逆の方向２１０に流体を向かわせる。

しかし、相対的に高い圧力の適用に対しては、流体の流れを方向２１０に向かわせることにより、オリフィス１３６の位置の流体の圧力が増加する。オリフィス１３６の位置の流体の圧力が増加すると、流路１２２内の流体は、オリフィス１３６を通って相対的に高速で流れる。従って、相対的に高い入口圧力または大きな圧力差を有する場合、プロセス流体は、相対的に高速または相対的に高い運動量で流路１２２を通過し、内壁２０６および弁体１３０は、弁箱１２０のスロート１２８の位置で低圧力領域を形成する可能性がある。

次に、流体が相対的に高速で、センシングチャンバ１１２から離れて流路１２２を通過し、それにより、スロート１２８中に低圧力領域またはゾーンを形成するために、センシングチャンバ１１２は、出口１２６の下流の圧力よりも低いスロート１２８の圧力を探知する可能性がある。結果的に、流体レギュレータ１００は、弁体１２０を弁座１３２から離れる方向に動かし、より多くの流体を流路１２２を通って流れさせ、それにより、要求より多い下流流量を与える。その結果、出口１２６の圧力は、制御スプリング１１６で与えられる所望または設定制御圧を越えて増加し（すなわち、ブーストを生じ）、それにより、相対的に低い入口圧力の場合の適用に対する流体レギュレータ１００の精度を低下させる。結果として、流体レギュレータ１００は、通常、より低い精度分類および／または容量を有することになる。

図４は、流体レギュレータ４００が相対的に高速流量に曝され、それにより、流体レギュレータ４００の精度分類および定格容量が著しく高くなった場合、過剰ブーストを防ぐための一体形成型ブースト低減機能を有する本明細書記載の例示レギュレータ弁４０２を備えた例示流体レギュレータ４００を図示したものである。換言すれば、レギュレータ弁４０２は、高圧流体が流体レギュレータ４００を相対的に高速で流れる場合に、流体レギュレータ４００のドループを形成または増加させて過剰ブーストを防ぐことにより、流体レギュレータ４００のブーストを制御する。

図４において、例示流体レギュレータ４００は、動作可能なようにレギュレータ弁４０２に結合されているアクチュエータ４０４を含む。レギュレータ弁４０２は、入口４１２および出口４１４の間の主流路４１０を規定する弁箱４０６を含む。入口４１２は、流体レギュレータ４００の上流の供給システム（例えば、天然ガス供給システム）に流体をつなぐことができ、出口４１４は、例えば、流体レギュレータ４００の下流のボイラー、等の消費ソースに流体をつなぐことができる。

弁座４１６は、弁箱４０６の流路４１０中に取り付けられ、流体が入口４１２および出口４１４の間を流れることができるオリフィス４１８を規定する。流路４１０を通る流体の流れを制御するために、レギュレータ弁４０２は、弁座４１６に対して動く流量制御部材または弁体４２０（例えば、シールディスク（ｓｅａｌｉｎｇ ｄｉｓｃ））を含む。弁体４２０（例えば、シールディスク）は、弁棒４２４の末端４２２に連結され、また、弁座４１６のシール表面にシールされて組み合わされるシールディスク４２８（これはエラストマー材料から作られてもよい）を含み、弁棒４２４と弁体４２０が弁座４１６の方向に動くとき、流路４１０を通る流体の流れを制限するか、または止める。

アクチュエータ４０４は、隔膜部４３６を含む上部ケーシング４３２および下部ケーシング４３４を含む。隔膜部４３６は、アクチュエータ４０４の上部ケーシング４３２とアクチュエータ４０４の下部ケーシング４３４の間に取り付けられた隔膜４３８を含み、隔膜４３８の第１の側面４４０および上部ケーシング４３２がローディングチャンバ４４２を規定し、隔膜４３８の第２の側面４４４および下部ケーシング４３４がセンシングチャンバ４４６を規定する。レバー４４８は、動作可能なように隔膜４３８および弁体４２０に連結され、弁棒４２４の第２の末端４５０に連結される。レバー４４８は、隔膜プレート４５２およびプッシャーポスト部４５４を介して隔膜４３８に連結される。隔膜４３８は、弁体４２０（例えば、シールディスク）をレバー４４８を介して弁座４１６に対し移動させて、入口４１２と出口４１４の間の流体の流れを制御する。

制御圧を与えるように調節するローディング部４５６は、ローディングチャンバ４４２内に配置される。この例では、ローディング部４５６は、調節可能スプリングシート４６０および第２のスプリングシート４６２（例えば、隔膜プレート４５２の本体部分）の間に配置される閉鎖スプリング４５８を含む。閉鎖スプリング４５８は、隔膜４３８の第１の側面４４０をセンシングチャンバ４４６の方向に曲げて弁座４１６から離れる方向へ（例えば、開位置へ）弁体４２０を動かす設定負荷または力（例えば、下流制御圧）を与える。閉鎖スプリング４５８により作用される力の量は、調節可能スプリングシート４６０により調節（例えば、増やすまたは減らす）できる。

弁箱４０６は、アクチュエータ４０４の下部ケーシング４３４に連結され、それにより、センシングチャンバ４４６は、弁口またはスロート領域４６４を介して、出口４１４と流体連通状態になる。弁棒ガイド４６６は、下部アクチュエータケーシング４３４、弁箱４０６、または弁座４１６の内の少なくとも１つの部材と弁棒４２４および弁体４２０を整列させる。弁棒ガイド４６６は、また、センシングチャンバ４４６からスロート領域４６４および出口４１４へと流体をつなぐための少なくとも１つの流路４６８を含む。制御スプリング４５６により与えられる力が、センシングチャンバ４４６中の流体の圧力から与えられる力より小さい場合は、隔膜４３８は、ローディングチャンバ４４２の方向に動き、弁体４２０を弁座４１６の方向に動かし、流路４１０を通る流体の流れを制限するか、または止める（例えば、閉状態）。

図５Ａは、図４の弁箱４０６の断面図である。図５Ｂは、図４と５Ａの弁箱４０６の平面図である。図５Ａと５Ｂを参照すると、主流路４１０は、入口４１２およびオリフィス４１８の間の入口体積境界５０２を規定し、オリフィス４１８および出口４１４の間の出口体積境界５０４を規定する。出口体積境界５０４は、少なくとも部分的には、弁箱４０６の内壁５０８により規定されるオリフィス４１８の下流の流路を規定する。内壁５０８および弁体４２０の外表面５１０の間のスロート領域４６４に向かう流体の流れを実質的に制限するために、弁体４２０が出口体積境界５０４内に配置される場合は、内壁５０８は、弁体４２０を実質的に取り巻くまたは取り囲む。この例では、内壁５０８は、オリフィス４１８に隣接し、および出口４１４の上流に位置する。さらに、内壁５０８は、スロート領域４６４に隣接する。従って、弁体４２０が流路４１０の出口体積境界５０４内に配置される場合は、内壁５０８の少なくとも一部は、弁体４２０の外表面５１０のすぐ隣にある。弁体４２０の外表面５１０は、内壁５０８に対し相対的に近接しているが、弁体４２０の外表面５１０は、内壁５０８と係合しない。

流体レギュレータ４００のブーストを減らすために、図５Ｂに最もよく示されているように、弁箱４０６は、副流路５１２を含む。この例では、副流路５１２は、オリフィス４１８および出口４１４の上流に隣接する。特に、副流路５１２は、オリフィス４１８およびスロート領域４６４の間の流体をつなぐ。この方式で、流体がオリフィス４１８を通過する場合、副流路５１２は、流体の流れをスロート領域４６４に、従って、アクチュエータ４０４のセンシングチャンバ４４６に、方向付けする、または向かわせる。換言すれば、プロセス流体がオリフィス４１８を通過して相対的に高速で流れる場合に、副流路５１２は、ドループ効果を形成するか、または増加させ、過剰ブーストを大きく減らす、または防ぐことにより、流体レギュレータ４００のブーストを減らす。

図示した例では、副流路５１２は、弁箱４０６と一体的に形成される。さらに具体的には、この例では、副流路５１２は、内壁５０８と一体的に形成される。図５Ｂで最もよく示されているように、副流路５１２は、内壁５０８内に形成されたギャップまたは間隙５１４により提供される。図５Ａで最もよく示されているように、ギャップ５１４は、弁箱４０６のオリフィス４１８およびスロート領域４６４の間のオリフィス４１８の長軸５１６に沿った方向に伸びる。換言すれば、ギャップ５１４は、オリフィス４１８およびスロート領域４６４の間に伸び、流体をオリフィス４１８およびスロート領域６４６の間に流せるようにできる長さ（例えば、垂直長さ）を有する。

さらに、図５Ｂで最もよく示されているように、副流路５１２またはギャップ５１４は、内壁５０８の一部または周囲長にわたり伸びる。換言すれば、ギャップ５１４は、内壁５０８の２つの対向する末端５１８と５２０を規定する。従って、ギャップ５１４は、内壁５０８中に間隙またはスリットを与え、それにより、オリフィス４１８の長軸５１６に垂直な面で切り取った場合、内壁５０８はＣ形状断面を有する。この例では、対向する末端５１８と５２０は、オリフィス４１８の長軸５１６に対し実質的に平行であり、ギャップ５１４（または副流路５１２）は、実質的に垂直な、または直線的な流路（例えば、長軸５１６に実質的に平行な流路）を与える。しかし、他の例では、内壁５０８の対向する末端５１８と５２０の長軸方向長さは、長軸５１６に対しある角度を持つことができ、ギャップ５１４または副流路５１２は、オリフィス４１８とスロート領域４６４の間で角度のあるまたはテーパーのついた流路を与える。

さらに、再度、図５Ｂにおいて、ギャップ５１４により与えられる間隙のサイズは、内壁５０８の円周または周囲長のいずれかの部分の間を伸びることができる。例えば、図５Ｂでは、ギャップ５１４は、壁５０８の対向する末端５１８と５２０を任意の所望の角度５１５で一定の間隔をおいて配置する間隙を与える大きさにできる。例えば、ギャップ５１４は、対向する末端５１８と５２０を軸５１６に対し約５度と１８０度の間で間隔をおいて配置することができる。この特定の例では、ギャップ５１４により与えられた内壁５０８の対向する末端５１８と５２０の間の角度５１５は、約１００度である。換言すれば、ギャップ５１４のサイズは、流体レギュレータ４００のブーストおよび／またはドループを制御するために変えることができる。例えば、ギャップ５１４のサイズが大きいほど、スロート領域４６４の方向への相対的により大きな流量を与え、それにより、より大きなドループを生成し、ブーストを低減する。対照的に、より小さなサイズのギャップ５１４は、スロート領域４６４の方向への相対的に少ない流量を与え、それにより、大きなブーストを形成し、ドループを低減する。

示してはいないが、他の例では、副流路５１２は、オリフィス４１８およびスロート領域４６４の間に流体連通を与えるチャネル、スロット、溝、ポート、コンジット（例えば、弁箱中に形成された）またはいずれかの他の通路であってもよい。さらに、副流路５１２は、オリフィス４１８の長軸５１６に平行（すなわち、実質的に垂直）であってもよく、または副流路５１２は、長軸５１６に対しある角度を持ってもよい。例えば、図５Ｂに示すように、末端５１８と５２０は、曲面を有する。

さらに、この例では、副流路５１２は、オリフィス４１８とスロート領域４６４の間に一様な形またはプロファイルを有する（例えば、一様な流路を有する）。他の例では、副流路５１２は、オリフィス４１８との流体連通中の間隙およびスロート４６４との流体連通中の間隙の間に、不均一の形またはプロファイル（例えば、不均一流路）を含んでもよい。例えば、副流路５１２の流路は、オリフィス４１８に隣接する第１の部分およびスロート領域４６４に隣接する第２の部分の間で開口してもよく、または流路は、狭まり、オリフィス４１８に隣接する第１の部分およびスロート４６４に隣接する第２の部分の間で流量を制限してもよい。

さらに他の例では、副流路５１２の長軸方向長さ（例えば、オリフィス４１８とスロート領域４６４の間の垂直方向長さ）は、スロート領域４６４とオリフィス４１８の間で部分的に伸長してもよい。例えば、オリフィス４１８とスロート領域４６４の間で副流路５１２を部分的に伸長させることにより、オリフィス４１８とスロート領域４６４の間の流量は、さらに制御できる。例えば、オリフィス４６４と流体連通になっている副流路５１２は、内壁５０８の下位部分を越えて配置でき、それにより、弁体４２０が弁座４１６から離れた第１の位置にある場合は、オリフィス４１８とスロート領域４６４の間の流体の流れが許容されるが、しかし、弁体４２０が弁座４１６から離れた第２の位置にある場合は、内壁５０８と弁体４２０が、オリフィス４１８とスロート領域４６４の間の流体の流れを制限するか、または遮断する。従って、弁体４２０が副流路５１２の間隙から離れる方向へ動く場合（例えば、弁体４２０が、弁座４１６から離れた第１の位置にある場合）のみに、副流路５１２は、オリフィス４１８とスロート領域４６４の間の流体の流れを可能とする

図４、５Ａおよび５Ｂにおいて、操作中に、下流負荷（例えば、消費ソースによる）により要求される流体の量を供給している間に、流体圧力および流量調節は、流路４１０を通る流量を調節し、出口４１４での要求下流圧力を維持することにより実現される。アクチュエータ４０４は、制御スプリング４５８により与えられた、または設定された所望の出口圧力に応じて出口４１４での圧力を調節する。特に、アクチュエータ４０４は、弁座４１６に対し弁体４２０を動かし、相対的に高い入口圧力を、制御スプリング４５８により与えられた設定制御圧に基づいた所望のより低い出口圧力にまで低減する。従って、制御スプリング４５８の調節により、出口４１４で供給されるべき圧力が変更される。

特に、センシングチャンバ４４６は、スロート領域４６４の流体の圧力を探知し、これは、隔膜４３８の第１の側面４４０に与えられた制御スプリング４５８の力または圧力に対向する力または圧力を、隔膜４３８の第２の側面４４４に与える。センシングチャンバ４４６により探知された圧力が、制御スプリング４５８により与えられた制御圧に実質的に同じである場合は、流体レギュレータ４００は、バランスの取れた状態にあり、弁体４２０は、弁座４１６の方向に動き、流体の下流消費に等しい定常流動を与える。

実質的に等しくないか、または釣り合っていない隔膜４３８の両側の圧力差は、隔膜４３８が、弁座４１６に対し弁体４２０を動かし、流路４１０を通る流量を調節し、制御スプリング４５８により与えられる設定制御圧に相当する実質的に一定の、より低い出口圧力を実現する。特に、第１の側面４４０に与えられた圧力よりも大きな隔膜４３８の第２の側面４４４に与えられた圧力は、隔膜４３８をローディングチャンバ４００の方向に動かし、さらに弁体４２０を弁座４１６の方向に動かし、流路４１０を通る流れを制限するか、または止める。同様に、隔膜４３８の第１の側面４４０に与えられた圧力より低い隔膜４３８の第２の側面４４４に与えられた圧力は、隔膜４３８をセンシングチャンバ４４６の方向に動かし、さらに、弁体４２０を弁座４１６から離れた方向に動かし、流路４１０を通る流れを許容するか、または増加させる。

図５Ａから最もよくわかるように、弁体４２０が弁座４１６から離れる方向に動く場合は、流体は、入口４１２と出口４１４の間でオリフィス４１８を通過して流れる。流体がオリフィス４１８を通過して流れる場合、弁体４２０と内壁５０８は、流体を、スロート領域４６４から離れる方向で、出口４１４に向かう方向５２２へと、曲げるか、または方向付けをする。さらに、弁体４２０と内壁５０８は、流体を反対の方向５２４に沿ったオリフィス４１８方向へ向かわせる可能性がある。従って、弁体４２０の外表面５１０が内壁５０８に近接しているために、内壁５０８と弁体４２０は、オリフィス４１８およびスロート領域４６４、従って、センシングチャンバ４４６の間の流量を実質的に制限する。

入口圧力および／またはオリフィス４１８の両側の圧力差が相対的に低い（例えば、第１入口圧力）場合は、流体は、比較的低い速度または運動量でオリフィス４１８を通過する。弁体４２０と内壁５０８が、スロート領域４６４またはセンシングチャンバ４４６から離れる方向で、出口４１４に向かう下流の方向５２２の方向に流体の流れを方向付けるために、低い圧力を適用する場合は、内壁５０８と弁体４２０は、ドループ低減機構を与える。同様に、例えば、下流要求の急激な増加がある場合、弁体４２０と内壁５０８は、センシングチャンバ４４６に下流圧力より低い圧力（例えば、わずかに低い圧力）を探知させ、流体レギュレータ４００のドループを制御する。

さらに、図２と３の既知の弁箱１２０と異なり、例えば、流体がオリフィス４１８を相対的に高速で通過する場合、例示弁箱４０６は、副流路５１２を採用し、流体レギュレータ４００の過剰ブーストを防ぐ。例えば、下流の要求が減少するにつれ、出口４１４の圧力が増加し、下流の流量要求が減少する。入口圧力および／またはオリフィス４１８の両側の圧力差が相対的に高い場合は、流体は、流路４１０を相対的に高速または大きい運動量で通る。相対的に高い圧力が適用される場合は、流体の流れを方向５２２と方向５２４の方に向かわせることにより、オリフィス４１８での流体圧力を増加させる。

さらに、オリフィス４１８の流体圧力が増加するにつれ、流路４１０内の流体がオリフィス４１８を相対的に高速で通過する。流体が、相対的に高速または高い運動量で流路４１０を通って流れるために、高速流体の流れは、スロート領域４６４中に低圧領域を生ずる可能性がある。次に、弁体４２０と内壁５０８が高速流体を方向５２２および方向５２４に曲げるために、センシングチャンバ４４６が、実際の下流圧力より相対的に低いスロート領域４６４の圧力を探知する。図１〜３の弁箱１２０とは対照的に、副流路５１２またはギャップ５１４は、流体がオリフィス４１８を相対的に高速で通過し、例えば、下流の要求の急速な減少がある場合、高速流体を方向５２６のスロート４６４に向けて方向付けるか、またはその方向に向かわせ、それにより、センシングチャンバ４４６は、下流圧力より低いスロート領域４６４での圧力を探知しない。

従って、弁箱４０６は、オリフィス４１８とスロート領域４６４の間の流体連通（弁体４２０と内壁５０８の組みあわせを介して）を大きく制限して過剰ドループを防ぐ一体化流路４１０を含み、また、弁箱４０６は、オリフィス４１８とスロート領域４６４の間の流体連通（ギャップ５１４を介して）を可能として過剰ブーストを防ぐ一体化した副流路５１２を含む。例えば、流体がオリフィス４１８を相対的に高速で通過する場合、副流路５１２はオリフィス４１８とスロート領域４６４の流体をつないでスロート領域４６４中の低圧力領域形成を防ぐことにより流体レギュレータ４００の過剰ブーストを防ぐ。次に、副流路５１２は、センシングチャンバ４６６がより厳密に下流圧力を代表するスロート領域４６４の圧力を探知するのを可能とし、それにより、流体レギュレータ４００は、制御スプリング４５８により与えられる制御圧から大きくずれない。結果として、流体レギュレータ４００は、より高い精度分類および／または容量を有することになる。

図６は、例えば、図４の流体レギュレータ４００、等の流体レギュレータの実装に使用できる、一体形成型ブースト低減機能を有する別の本明細書記載の例示弁箱６００を示す。上述の弁箱４０６の構成要素と実質的に類似、または同じで、さらに、これらの構成要素の機能に類似、または同じ機能を有するこれらの弁箱６００の構成要素については、以下では再度詳細に記載することはしない。その代わり、興味がある場合は、上記の対応する記載を参照されたい。

図６の例では、弁箱６００は、弁箱６００に一体化された主または１次流路６０２および副流路６０４を含む。特に、副流路６０４は、複数のポート、間隙またはリリーフウェル６０６を含む。この特定の例では、ポート６０６は、弁箱６００のオリフィス４１８とスロート領域４６４の間に伸び、ポート６０６が、オリフィス４１８の軸５１６の周りの任意の適切な角度６１０（例えば、３０度、４５度、９０度、等）で間隔をおいて放射状に配置される複数の壁部分６０８を規定できる。この例では、壁部分６０８は、軸５１６の周りに等間隔（例えば、４５度の円弧長間隔）で配置される。さらに、ポート６０６が、オリフィス４１８とスロート領域４６４の間に部分的に伸長して、それにより、壁部分６０８の少なくとも一部（例えば、壁部分６０８の低端）が連結もしくは結合されてもよく、またはポート６０６が、オリフィス４１８とスロート４６４の間に伸長し、それにより、壁部分６０８が完全に分離されるか、もしくはいくつかの部分に分かれてもよい。

さらに、ポート６０６および／または壁部分６０８のプロファイル（例えば、サイズ、流路断面、長さ、等）は、ブーストを制御するために変えられてもよい。例えば、より大きな間隙または流路を有するポート６０６は、スロート領域４６４の方向へのより大きな流量を可能とし、それにより、より多くのドループを形成し、ブーストを減らすことができる（すなわち、過剰ブーストの防止）。対照的に、より小さい間隙または流路を有するポート６０６を与えることにより、より少ない流量が可能となり、それにより、ブーストを増やし、ドループを減らすことを可能とする（すなわち、過剰ドループの防止）。

さらに、一部の例では、第１のポート６０６ａおよび／または第１の壁部分６０８ａは、第１のプロファイルまたは特性または流路（例えば、第１のサイズ、寸法またはプロファイル）を持つことができ、また、第２のポート６０６ｂおよび／または第２の壁部分６０８ｂは、第１の特性とは異なる第２のプロファイルまたは特性または流路（例えば、第２のサイズ、寸法またはプロファイル）を持つことができる。例えば、第１のポート６０６ａが、開口して、オリフィス４１８とスロート領域４６４の間でより多くの流量を可能とする流路を含んでもよく、また、第２のポート６０６ｂが、オリフィス４１８とスロート領域４６４の間の流量を制限する流路を含んでもよい。図４〜６の弁箱４０６と同様に、弁箱６００のオリフィス４１８は、弁体４２０を受け、それにより、弁体４２０の外表面５１０と壁部分６０８が、主流路６０２の一部の流体の流れを入口６１２と出口６１４の間の方向に向けさせ、弁箱６００のスロート領域４６４の方向の流体の流れを制限するように規定する。ポート６０６は、副流路６０４を与え、弁箱６００のスロート領域４６４の方向への流体の流れを可能とする。

特定の例示装置について、本明細書で記載されているが、本特許の適用範囲は、それらに限定されるものではない。むしろ、本特許は、文字通りまたは均等論の下に、添付請求項の範囲内に充分に入る全ての製造装置および製品を包含する。

Claims (20)

1. 入口から出口に流体をつなぐオリフィスを規定する主流路を有する弁箱であって、主流路が入口およびオリフィスの間の入口体積境界ならびにオリフィスおよび出口の間の出口体積境界を規定し、さらに出口体積境界の一部が、オリフィスに隣接する内壁を含む弁箱、
   主流路内に設置され、内壁が実質的に弁体の外表面を取り囲み、内壁および弁体の外表面の間における前記弁箱のスロート方向の流体の流れを実質的に制限する弁体、および
   流体がオリフィスを通過する場合に、弁箱のスロート方向の流体の流れを増加させるための出口体積境界内の前記内壁に形成された凹部により提供される副流路、
   を含む流体レギュレータ。
2. 副流路がオリフィスに隣接し、出口の上流にある請求項１に記載の流体レギュレータ。
3. 主流路を通ってプロセス流体が流れる場合、副流路がドループ効果を生成することにより流体レギュレータのブースト効果を減らす請求項１〜２のいずれか１項に記載の流体レギュレータ。
4. 副流路が弁箱の内壁と一体形成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体レギュレータ。
5. 副流路を提供する前記凹部が弁箱のオリフィスとスロートの間の内壁内に形成される長軸方向ギャップを含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体レギュレータ。
6. ギャップが少なくとも一部の内壁の周辺端部まで伸びる請求項５に記載の流体レギュレータ。
7. ギャップが２つの対向する内壁端部を規定し、対向する端部がオリフィスの長軸に対し実質的に平行である請求項５又は６のいずれか１項に記載の流体レギュレータ。
8. 対向する端部がオリフィスの長軸に対して約５度と１８０度の間の角度で間隔をおいて配置される請求項７に記載の流体レギュレータ。
9. 対向する端部がオリフィスの長軸に対して約１００度の角度で間隔をおいて配置される請求項７又は８のいずれか１項に記載の流体レギュレータ。
10. 副流路を提供する前記凹部が１つまたは複数の内壁内に形成されたリリーフポートを含み、内壁と外表面の間を通る、流体の弁箱のスロート方向へのリリーフポートを介した流れを可能とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体レギュレータ。
11. １つまたは複数のリリーフポートが内壁の周囲長の少なくとも一部に配置される請求項１０に記載の流体レギュレータ。
12. １つまたは複数のリリーフポートがオリフィスの長軸に対し放射状に間隔を開けて配置される請求項１０又は１１に記載の流体レギュレータ。
13. １つまたは複数のリリーフポートがオリフィスの長軸の周りに均等に間隔を開けて配置される請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の流体レギュレータ。
14. １つまたは複数のリリーフポートが実質的に類似のプロファイルと形状を有し、実質的に類似のオリフィスとスロートの間の流体の流れを与える請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の流体レギュレータ。
15. 主流路の入口から主流路の出口へ流体をつなぐオリフィスを規定する弁箱に一体形成された主流路、
    オリフィスに隣接する内壁、および
    主流路のオリフィスおよび弁箱がアクチュエータに結合される場合にアクチュエータのセンシングチャンバと流体連通になるべき弁箱のスロート領域の間の流速を増加させるための弁箱の内壁に一体形成された凹部により提供される副流路、
    を含む流体弁箱。
16. 弁体がオリフィスに隣接する主流路内に配置される場合に、主流路がオリフィスとスロート領域の間の流体連通を制限する請求項１５に記載の流体弁箱。
17. 弁体がオリフィスに隣接する主流路内に配置される場合に、副流路がオリフィスとスロート領域の間の流体連通を可能とする請求項１５又は１６のいずれか１項に記載の流体弁箱。
18. 弁体が主流路内に配置され、内壁および弁体が流体の流れを出口の方向に向かわせ、弁体の外表面と内壁の内表面の間の流体の流れを制限する場合に、前記内壁が弁体の外表面に近接する内表面を含む請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の流体弁箱。
19. 流体レギュレータの流路を通る流体の流れを制御する手段であって、その流体の流れを制御する手段が流路の内壁に隣接してスライド可能なように配置され、それにより、内壁およびその流体の流れを制御する手段が、流路のオリフィスを通って流体レギュレータの出口に流れる方向に流体を向かわせ、流路のスロート領域の方向への流体の流れを制限する手段、および
    流体がオリフィスを相対的に高速で通過する場合に、オリフィスを通ってスロート領域の方向に流体を向かわせる手段であって、オリフィスを通ってスロート領域の方向に流体を向かわせるその手段が、流路の内壁と一体形成されている凹部を含んでいる手段、
    を含む流体レギュレータ。
20. オリフィスを通ってスロート領域の方向に流体の流れを向かわせる手段が、オリフィスとスロート領域の間の流速を増やすための手段を内壁と一体形成することを含む請求項１９に記載の流体レギュレータ。

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