JP6301972B2 - 低温バルブ - Google Patents

Description

本願は、バルブに関する。より具体的には、本願は、バルブ内のシール構造、バルブ内に採用される部品に用いられる材料に関し、より具体的には、低温用途及びシステム内のこのような特徴を採用するボール及びニードルバルブに関する。

従来のマニュアルバルブ設計は、増大した振動又は衝撃、腐食性又は極温条件（例えば、低温用途）を対象としたものを含む、苛酷な環境内での使用のためになされてきた。しかし、従来のバルブは、それらの環境の使用の範囲が限定されており、長寿命の信頼性、正確性及び／又は効率的な開閉を可能にすることができない。例えば、低温バルブ内の部品は、相対的に短い寿命で割れ及び故障する。したがって、このようなバルブ内に搭載されうる改善されたバルブ及び部品についての需要が存在する。

信頼性が改善され、使用しやすいボールバルブが本明細書に開示される。一部の実施形態は、信頼性においていまだ認識されていない利益を提供するために改善された材料を使用する。一部の実施形態は、バルブの様々な部品間の溶接された係合を含み、これは、バルブを流体（つまり、液体又はガス）の漏洩から防ぎ、外部の環境条件からそれらを保護する。このようなシールは、例えば、凝結に関する問題又はバルブ上又はバルブ内の氷の形成を防ぐことができる。本明細書の一部の実施形態のバルブは、電気的に制御されうる。一部の実施形態は、例えば、バルブを電気的に制御するための電子ソレノイドアクチュエータの動作により、バルブの振動から生じる漏洩を防ぐことができる。一部の実施形態は、バルブを介して流れを向上する、バルブが搭載されうることを容易に改善する、及び／又はバルブの内部と外部環境との間の熱的な隔離を改善しうるインラインバルブ構成を提供する。一部の実施形態は、上述された利点のうちの２つ以上、信頼性、搭載しやすさ、及びそれらを実装するバルブ及びシステムの動作コストを改善しうることのうちのいずれか１つを提供する

一実施形態によれば、低温バルブは、第１のポートと、第２のポートと、バルブステムと、シール部材と、バルブエレメントと、ハウジングと、を含む。バルブボディは、第１のポートと流体連通する流体オリフィスを規定するバルブシールを含む。バルブステムは、バルブボディを係合するように構成される。バルブステムは、第１の端部と、第１の端部及び第２の端部を通じて延びる長手軸を有する反対の第２の端部と、を含む。バルブステムは、長手軸に実質的に沿って延びる第１のチャネルを形成する。第１のチャネルは、バルブステムを通じて流体が流れることを可能にするように構成される。バルブエレメントは、第１のチャネルの少なくとも一部内に配置される。バルブエレメントは、オリフィス及び第１のポートを通じて実質的に流れを遮断するためにオリフィスに対してシール部材をバイアスするように構成され、バイアスは、バルブアクチュエータによりバルブエレメントの一部の制御に応じて制御される。ハウジングは、バルブボディ及びバルブステムの少なくとも係合部分を実質的にシールし、かつ取り囲むように構成され、ハウジングからの、係合部分を含む、バルブボディ及びバルブステムの少なくとも一部を熱的に隔離するように構成される内部ハウジングを形成するように構成される。

さらなる実施形態では、低温バルブを提供する。バルブは、バルブシートと、シール部材と、バルブエレメントと、を含む。バルブシートは、流体オリフィスを規定する。シール部材は、ビッカース硬さＨＶの尺度での約ＨＶ２０００以上の硬度値を含む。バルブエレメントは、オリフィスに対してシール部材にバイアスするような大きさに構成され、オリフィスを通じて実質的に流れを遮断する。

更なる実施形態では、低温バルブは、バルブボディと、バルブエレメントと、バルブステムと、溶接部と、を含む。バルブボディは、流体オリフィスを規定するバルブシートを含む。バルブエレメントは、バルブエレメントが閉位置に移動するときに、オリフィスを通じて実質的に流れを遮断するように構成される。バルブステムは、係合周辺に沿うバルブボディと係合するように構成され、バルブステム及びバルブボディの少なくとも一方は、バルブエレメントを受け入れるように構成される内部バルブキャビティを形成する。溶接部は、バルブステムとバルブボディとの間の係合周辺を密閉シールするように構成される。

図１Ａ及び１Ｂは、それぞれ、バルブの実施形態の上側及び下側の分解斜視図である。 図１Ａ及び１Ｂは、それぞれ、バルブの実施形態の上側及び下側の分解斜視図である。 図２は、図１のバルブの下面視である。 図３Ａは、閉位置における図２に示されるバルブの側面断面図である。 図３Ｂは、開位置における図２に示されるバルブの側面断面図である。 図４Ａは、閉位置におけるインラインバルブの実施形態の側面断面図である。 図４Ｂは、開位置におけるインラインバルブの実施形態の側面断面図である。 図５のインラインバルブの実施形態の分解斜視図である。 図６及び７は、バルブエレメントの実施形態の、それぞれ、斜視図及び側面図である。 図６及び７は、バルブエレメントの実施形態の、それぞれ、斜視図及び側面図である。 図８は、図６及び７に示されるバルブエレメントの側面断面図である。 図９は、閉位置におけるインラインバルブの実施形態の側面断面図である。 図１０は、開位置におけるインラインバルブの実施形態の側面断面図である。 図１１及び１２は、バルブステムの実施形態の、それぞれ、斜視図及び側面図である。 図１１及び１２は、バルブステムの実施形態の、それぞれ、斜視図及び側面図である。 図１３は、図１２に示されるバルブステムの側面断面図である。 図１４は、図１２に示されるバルブステムの前断面図である。 図１５及び１６は、バルブエレメントの実施形態の、それぞれ、斜視図及び側面図である。 図１５及び１６は、バルブエレメントの実施形態の、それぞれ、斜視図及び側面図である。 図１７は、図１５に示されるバルブエレメントの側面断面図である。 図１８は、図１５に示されるバルブエレメントの前断面図である。 図１９は、開位置におけるインラインバルブの実施形態の側面断面図である。 図２０は、インラインニードルバルブの実施形態の部分側面断面図である。

実施形態は、低温用途において使用するためのボール又はニードルバルブについて以下に説明するが、本発明は、他のバルブ用途にも採用されうることが理解されるであろう。

従来のバルブ設計は、特に、バルブが、高温又は低温、衝撃又は振動、又は他の条件のような苛酷な環境下で採用されるときには、長寿命の信頼性、正確性及び／又は効率的な開閉ではなかった。信頼性は、繰り返される熱膨張及びバルブ及びその構成要素の収縮による熱衝撃及び／又は振動を生じうる繰り返し熱サイクルのようなこのような条件の繰り返しサイクルにより、悪化されうる。液体窒素のような低温流体を流すために使用されるバルブは、低温で生じるバルブ構成要素での消耗が増加するため、信頼性が低くなる。また、様々なバルブ構成要素上又はその内部に形成する凝結、及び／又はバルブにより輸送される流体の漏洩もまた、早期の消耗又は故障を生じうる。凝結及び／又は漏洩は、バルブ電気制御システム内のショートも生じ、これは、従来のバルブの電気的な制御を妨げる。従来のバルブをマニュアル制御に限定することにより、このようなバルブを実装するシステムは、追加コストで追加のオペレータを必要としていた。また、漏洩又は凝結は、半導体又はバイオ技術の用途のような清浄な環境を必要とする一部のシステム内のコンタミネーションの問題を生じている。凝結の問題は、凝結された液体が、バルブハウジングのようなバルブ構成要素上又はバルブ構成要素内に氷を形成するときに、低温バルブにおいて悪化されうる。また、漏洩、凝結及び／又は氷の形成は、バルブが採用されるシステムから漏れるガスの損失によるコストが増大しうる。運ばれるガスの温度が大気の温度とは異なる、又は大気への開放が異なる低温又は他のシステムでは、漏洩、凝結及び／又は氷の形成がエネルギーの無駄となりうる。また、従来のバルブ設計は、バルブ内の流路の制限により、搭載が困難及び／又は流れの容量を低減することが困難である。したがって、このようなバルブ内に搭載される改善されたバルブ及び改善された構成要素についての需要が存在する。

信頼性が改善され、使用しやすいバルブが本明細書に開示される。これらのバルブの一部の実施形態は、信頼性においていまだ認識されていない利益を提供するために改善された材料又は材料の組み合わせを使用する。これらのバルブの一部の実施形態は、バルブの様々な構成要素間の係合周辺をシールするように構成され、バルブを流体の漏洩から防ぎ、外部環境条件からそれらを保護する。このようなシールは、例えば、バルブ上又はバルブ内の凝結又は氷の形成に関する上記の問題を防ぐことができる。このようなシールは、本明細書のバルブの一部の実施形態が電気的に制御されることを可能にしてもよい。例えば、本明細書のバルブは、バルブの１以上が採用されるシステム内の速度の増加及び流速の制御を提供するために、ソレノイド又は他の電子切り替え機構を含んでもよい。従来の低温バルブは、十分なシールを有さず、漏洩し、ソレノイド又は他の自動化電子部品と使用されることを妨げている。よって、マニュアル低温システム内の流れの再分配は、時間が掛かり、管理が困難であった。本明細書のバルブの実施形態は、制御システムとの実装を可能にし、各種の応答時間、一部の場合には０．５秒以下で切り替えることを可能にする。

本明細書のバルブの一部の実施形態は、バルブを通じた流れを改善する、及び／又はバルブが搭載されうることの容易さを改善することができるインラインバルブ構成を提供する。一部のインラインバルブの実施形態のような本明細書のバルブの一部の実施形態は、被覆されたラインに適合されてもよい。被覆されたラインは、二重壁管システムを含み、第２のコンジットが、低温液体のような流体が輸送される第１の内部コンジットの周りを囲む。第２の壁は、対流を低減し、外部環境から内部コンジットを熱的に隔離し、エネルギー損失を防ぐために、外部スリーブ、被覆又は他の追加障壁を含みうる。本明細書で説明される一部のインラインバリアは、被覆されたラインと係合され、同様の利益を提供されうる追加の熱ハウジング又は障壁を含みうる。一部の実施形態では、熱障壁とバルブとの間に閉じ込められる空間は、真空に保持され、真空被覆ラインと互換される。一部の実施形態では、熱障壁とバルブとの間に閉じ込められる空間は、真空被覆ライン内に真空を有する共通空間（ｃｏｍｍｏｎ ｖｏｌｕｍｅ）を形成しうる。これらのバルブの一部の実施形態は、上記の利点のうちの２つ以上、信頼性、搭載しやすさ、及びそれらを搭載するバルブ及びシステムの動作コストを改善しうるもののうちのいずれか１つを提供する。

本発明の特徴、態様及び利点は、いくつかの実施形態の図面を参照しながら説明され、これは、本明細書で開示される本発明の範囲内であることが意図される。これらの実施形態及び他の実施形態は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明の実施形態から当業者にとって明示的に明らかとなるであろうが、本発明は、本明細書に開示される特定の実施形態に限定されるものではない。

図１から３Ｂは、本発明の実施形態に係るバルブ１００を示す。バルブ１００は、一般的に、バルブボディへの流体の流れ及びバルブボディからの流体の流れを可能にするように構成され、第１のポート２０及び第２のポート３０を有するバルブボディ１０を含む。バルブボディ１０は、図３Ｂに最も良好に示されるように、第１のポート２０と流体連通する流体オリフィス１２を規定するバルブシート１１を含みうる。ボール８０のようなシール部材は、バルブシート１１とシールするように構成されうる。一部の実施形態では、ニードルバルブ用のバルブエレメントの先端のような他のシール部材は、ボール８０に代えて採用されうる。このような実施形態の例は、以下に説明され、図２０に示される。図２０に示されるニードルバルブエレメントの実施形態は、バルブ１００又は本明細書で説明される他のバルブ内に使われうる。バルブ１００は、バルブボディ１０と係合するように構成されるバルブステム４０を含みうる。バルブステム及びバルブボディの少なくとも一方は、内部バルブキャビティ１３を形成するように構成されうる。バルブエレメント５０は、内部バルブキャビティ１３内に配置され、かつ内部バルブキャビティ１３により受け入れられうる。一部の実施形態では、バルブ１００は、内部バルブキャビティ１３内のバルブボディ及びバルブステムの少なくとも一部を取り囲むように構成されるハウジング７０を含みうる。

バルブ１００は、図３Ａに示されるように、閉位置に構成されうる。例えば、バルブエレメント５０は、流れがオリフィス１２を通じて実質的に遮断されるように、オリフィス１２に対してボール８０にバイアスをかけるように構成されうる（図３Ａ）。バルブ１００が、このような閉位置又はバイアスされた位置にあるとき、ボール８０及びバルブエレメント５０は、内部バルブキャビティ１３と第２のポート３０との間の流れを実質的に遮断しうる。このようにして、ボール８０及びバルブエレメント５０は、バルブ１００が閉位置にあるとき、第１のポート２０と第２のポート３０との間の流れを実質的に遮断しうる。本明細書で使用される“実質的に遮断する”又は“実質的に遮断される”とは、バルブ１００を通じて流れの実質的な部分が遮断されうるが、当業者によれば、一部の用途で、バルブ１００が閉位置又は実質的に遮断された位置にあるときでさえも、少量の漏洩又は流出が適切であることを意味する。

バルブ１００は、図３Ｂに示されるように、開位置に構成されうる。例えば、ボール８０は、オリフィス１２に対してバイアスされず、オリフィス１２を通じて流れを実質的に遮断しないように配置されうる。バルブ１００が開位置にあるとき、ボール８０及びバルブエレメント５０は、内部バルブキャビティ１３と第２のポート３０との間の流れを可能にしうる。このようにして、ボール８０及びバルブエレメント５０は、バルブ１００が開位置にあるとき、第１のポート２０と第２のポート３０との間のバルブ１００を通じて流れを可能にしうる。

開位置と閉位置とでのバルブ１００の上記の位置は、複数の異なる手法で提供されうる。例えば、バルブ１００は、バネ、衝撃又は他のバイアスエレメントを含むことができ、開位置又は閉位置へ又は開位置又は閉位置に対して、バルブ１００を移動する又はバイアスをかける。一部の実施形態では、空気式アクチュエータ、ソレノイドコイル、リニアアクチュエータ、モータ、又は他の適切な種類のリニア又は回転バルブアクチュエータは、開位置又は閉位置へバルブ１００を移動する又はバイアスするように提供されうる。

図３Ａを参照すると、図示の目的のためのみにバネ５５として示される、バイアスエレメントは、方向矢印５０１によって示される方向にバルブエレメント５０を移動する又はバイアスするように構成されうる。次に、バルブエレメント５０は、オリフィス１２に対してボール８０を方向５０１に移動する又はバイアスし、バルブ１００を閉じる又はバルブ１００を閉位置に維持することができる。バネ５５とボール８０との間のバイアスは、複数の異なる手法で提供されうる。図示された実施形態では、バネ５５は、バルブエレメント５０と、例えばバルブステム４０のようなバルブ１００の別の部分との間に配置される。バネ５５は、１以上のフランジ、ショルダ、溝、フック、タブ又は他の同様のバネ係合構造を有するバルブ１００のこれらの構成要素と係合するように構成されうる。

図３Ｂを参照すると、第１のバルブアクチュエータは、方向矢印５０２によって示される方向に、バルブエレメント５０をバイアスする又は移動することを可能にするように構成されうる。次に、バルブエレメント５０は、ボール８０をオリフィス１２から離れて方向５０２へ移動又はバイアスし、バルブ１０を開く又はバルブ１００を開位置に維持することができる。上記の又は既存のバルブアクチュエータのいずれかがこの機能を提供するために採用されうる。例えば、バルブ１００は、ソレノイドフレーム９１の周囲に巻かれたソレノイドワイヤ９３を含むソレノイドコイル９０を含みうる。フレーム９１及びコイル状のワイヤ９３は、バルブステム４０の一部を受け入れるように構成される内部ソレノイドチャネル９２（図１Ａ、１Ｂ、３Ａ）を形成しうる。ソレノイドコイル９０は、作動及び非作動されるように構成されることができ、これは、次に、バルブエレメント５０が内部バルブキャビティ１３内に配置されるときに、バルブエレメント５０を移動しうる。このようにして、バルブ１００は、ソレノイドコイル９０により第１の方向に、及びバネ５５により第２の、反対方向に、バルブエレメント５０の移動又はバイアスを制御することにより開かれる又は閉じられうる。一部の実施形態では、第２のバルブアクチュエータは、第１のバルブアクチュエータ（例えば、ソレノイドコイル９０）とは反対方向にバルブ１００を移動又はバイアスするために、バイアスエレメントに代えて又は加えて採用されうることが理解されるであろう。また、一部の実施形態では、第１のバルブアクチュエータは、閉位置に向かってバルブ１００を移動又はバイアスするように構成されることができ、バイアスエレメントが、開位置に向かってバルブ１００を移動又はバイアスするように構成されることが理解されるであろう。

バルブボディ１０は、複数の異なる形状のいずれかを含むことができ、示されるほぼ円形断面又は円筒形状に限定されない。ボディキャビティ１４は、内部バルブキャビティ１３の少なくとも一部を形成するためにバルブボディ１０へ延びうる。内部バルブキャビティ１３は、バルブステム４０又はその一部を受け入れるように構成されうる。ボディキャビティ１４がオプションであり、内部バルブキャビティ１３は、バルブボディ１０の一部として形成されることに追加して又は代替として、バルブステム４０の一部として形成されうることが理解されるであろう。例えば、一部の実施形態では、バルブステムは、バルブボディの上面に埋め込まれることができ、内部バルブキャビティがバルブステムの一部に形成される。

バルブボディ１０は、金属のような複数の異なる材料のいずれかを含むことができ、バルブ１００が採用される条件に依存する。好ましくは、バルブボディ１０は、磁性金属を含む。一部の実施形態では、バルブボディ１０は、耐腐食材料を含む。バルブボディ１０は、ステンレススチール（例えば、３１６Ｌ ＳＳＴ）を含みうる。バルブボディ１０は、磁性又は非磁性材料を含みうる。

バルブステム４０は、バルブボディ１０について上述された形状又は材料のいずれかを含むことができる。図示された実施形態では、バルブステム４０は、バルブボディ１０と係合するように構成されるバルブステム近位部４４と、近位部４４から延びるバルブステム遠位部４７と、を含む。バルブステム４０は、第１の端部４０Ａと、第２の、反対の端部４０Ｂと、を含み、長手軸５０３は、第１の端部４０Ａ及び第２の端部４０Ｂの両方を通じて延びる。チャネル１６は、長手軸５０３の一部に沿って延び、内部バルブキャビティ１３の少なくとも一部を形成する。図示された実施形態では、チャネル１６は、バルブステム４０へ部分的に延びるが、バルブステム４０を通じては延びない。他の実施形態（例えば、図４Ａ、４Ｂ及び９）では、チャネル１６は、バルブステム４０を通じて延びうる。

バルブボディ１０とバルブステム４０との係合は、溶接、又は既知の又は本明細書に記載の他の適切な係合方法により提供されることができる。一部の実施形態では、バルブステム４０及びバルブボディ１０は、互いに対してシールされうる（例えば、密閉シールされる）。一部の実施形態では、係合周辺（ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ ｐｅｒｉｍｅｔｅｒ）４２は、バルブステムベース４４のようなバルブステム４０の一部及び上側ボディ面１５のようなバルブボディ１０の一部の周りに形成されうる。溶接部４３は、係合周辺４２に沿って延び、係合周辺４２をシールする（例えば、密閉シールする）ように構成されうる。このような溶接部は、例えば、内部バルブキャビティ１３と内部ハウジングキャビティ７３との間で、バルブ１００を介して流体の漏洩の可能性を低減しうる。例えば、溶接部４３（及び本明細書に記載の他の溶接）は、バルブ１００を通じて流れる流体の漏洩の可能性を低減し、無駄をなくすことができる。溶接部４３（及び本明細書に記載の他の溶接）は、従来のバルブで見られるように、バルブ１００の一部へ流体又は他の材料が侵入し、かつコンタミネーションを生じる又はバルブの性能を低下させる可能性も低減することができる。例えば、本明細書で説明される溶接は、空気がバルブ１００へ侵入することを防ぎ、そこでの凝結又は氷の形成の可能性を低減することができる。一部の実施形態では、他の材料及び本明細書で説明される構造的な構成と組み合わせられる溶接は、バルブ内の流体が、ボディ、バルブステム及びバルブエレメントの材料とのみ接触することを可能にしうる。

従来の低温バルブは、本実施形態が低減又は排除するこのような氷を、設備のシャットダウン時又はメンテナンス時に除去することを必要とする。溶接部４３（及び本明細書に記載の他の溶接）は、溶接工程時の熱伝導の量を低減するために溝を含みうる。一般的に、共に溶接される２つのバルブ部品を有する実施形態のために使用される本明細書で説明される材料は、当業者によれば、熱サイクル後の溶接の機能の実質的な損失を避けるために、実質的に同様の熱膨張係数を含みうる。一部の実施形態では、２つの材料の熱膨張係数の差は、約０．０１×１０^−６／度Ｃ未満又は約０．００８×１０^−６／度Ｃ未満である。熱膨張係数は、１０００℃、又はバルブ構成要素の溶接時の温度振れ幅、更には、バルブを通じて流れる低温流体の低い温度が考慮されるときの温度振れ幅に起因して、関連するものとなりうる。

バルブステム４０の近位部４４及び遠位部４７は、ボディ１０について本明細書で説明される材料のいずれかを含むことができ、互いに対して同一又は異なる材料を含みうる。好ましい実施形態では、近位部４４は、ステンレススチールのような磁気絶縁材料を含み、遠位部４７は、磁性材料を含み、ソレノイドコイル９０からバルブエレメント５０への磁力の伝達を容易にする。より好ましい実施形態では、近位部４４は、３１６Ｌ ＳＳＴを含み、遠位部は、４３０Ｆ ＳＳＴ、Ａｌｌｅｇｈｅｎｙ Ｌｕｄｌｕｍ ４７５０又は他の金属合金を含む。

近位部４４及び遠位部４７は、互いに対して一体化又は別々に形成されうる。一部の実施形態では、近位部４４は、既存の係合方法又は本明細書に記載されるものを用いて遠位部４７と係合するように構成される別の部品を含む。近位部４４は、遠位部４７に対して密閉シールされうる。係合周辺４５は、係合周辺４２と同様に、近位部４４及び遠位部４７の周囲に形成されうる。溶接部４６は、溶接部４３と同様に、係合周辺４５に沿って延び、内部バルブキャビティ１３と内部ハウジングキャビティ７３との間の漏洩の可能性を低減することができる。

一部の実施形態では、バルブボディ００は、内部ハウジングキャビティ７３内に配置されるシェル６０を含んでもよい。シェル６０は、内部シェル空間６１内のソレノイドコイル９０を取り囲み、かつ保護するように構成されうる。シェル６０は、ソレノイドコイル９０により形成される磁場に対する遮蔽も提供しうる。シェル６０は、内部シェル空間６１を形成する複数の異なる形状のいずれかでありうる。図示の目的のために、シェル６０は、底から延びる側壁６２を有するカバー６１を含む。シェル６０は、バルブボディ１０について説明された上記の材料のいずれかを含みうる。好ましい実施形態では、シェル６０は、４３０Ｆ ＳＳＴ、Ｍｕｍｅｔａｌ又はＡｌｌｅｇｈｅｎｙ Ｌｕｄｌｕｍ ４７５０のような磁性金属を含み、バルブエレメント５０へのソレノイドコイル９０により提供される磁場の形状及び性能を向上させる。更に好ましい実施形態では、シェル６０は、Ｗｙｏｍｉｓｓｉｎｇ，ＰＡにあるＣａｒｐｅｎｔｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙにより製造される“４９”（登録商標）Ａｌｌｏｙのような、相対的に高い磁束密度及び低ヒステリシスを有する磁性材料を含む。

シェル６０は、既存の又は本明細書に記載の係合方法のいずれかにより、バルブボディ１０及び／又はバルブステム４０と係合するように構成されることができる。一部の実施形態では、バルブステム４０は、カバー６１のようなシェル６０の一部を通じて延びるアパーチャ６４を通じて延びるように構成されるポールピース４８を含みうる。ポールピース４８は、ナット９６及びワッシャ９５が、シェル６０をバルブステム４０に固定することを可能にするためにネジ状でありうる。追加磁性スペーサ９４は、シェル６０がバルブステム４０と係合されるとき、（例えば、内部シェル空間６３内の）ポールピース４８に配置されうる。磁性スペーサ９４は、ポールピース４８の先端を飽和する磁場の可能性を低減しうる。磁場飽和のこのような低減は、シェル６０への磁束を向上させ、次に、ソレノイドコイル９０によりバルブエレメント５０のアクチュエーションを向上させる。磁性スペーサ９４及びシェル６０は、別々に又は一体的に形成されうる。一部の実施形態では、シェル６０は、スペーサ９４と同様の機能を提供するように形成される部分を含む一体的に形成されたピースを含みうる。追加アパーチャ６５は、シェル６０を通じて延び、シェル６０を通じて、ソレノイドワイヤ９３のようなワイヤ又は他の制御部品の通過を可能にする。

バルブエレメント５０は、内部バルブキャビティ１３及び／又はチャネル１６内に少なくとも部分的に配置され、かつバルブアクチュエータに応じて移動することが適切な複数の形状のいずれかを含む。バルブエレメント５０は、細長部材（すなわち、その幅よりも長さ方向が長い）を含みうる。内部バルブキャビティ１３及び／又はチャネル１６内に配置されるとき、バルブエレメント５０は、長手軸５０３にほぼ沿って延びうる。一部の実施形態では、バルブエレメント５０は、ほぼ円筒形状又はロッド形状を含みうる。しかし、バルブエレメント５０は、正方形、矩形又は他の規則的又は不規則な形状でもあることができ、その長さ及び／又は幅に沿う断面形状及び大きさが変化しうる。一部の実施形態では、バルブエレメント５０は、バルブエレメント５０の移動時に、バルブエレメント５０とバルブステム４０とのギャップ５４（図３Ａ；３Ｂ）により形成される空間内に閉じ込められた流体を軽減する溝５１（図１Ａ）を含みうる。バルブエレメント５０及び／又はバルブステム４０は、１以上の方向にバルブステム４０に対してバルブエレメント５０の移動を制限するために、ショルダー、タブ、フランジ又は他の適切なエレメントのような止め具で構成されうる。例えば、バルブステム４０の遠位部４７は、図３Ｂに示される方向５０２にバルブエレメント５０の移動を防ぐための止め具として機能しうる。

バルブエレメント５０は、オリフィス１２に対してボール８０のバイアスを提供するために任意の適切な構造を含みうる。例えば、バルブエレメント５０は、ボール８０に取り付けられるように構成されることができ、別の実施形態では、バルブエレメント５０は、ボール８０に実際に取り付けられないボール８０に対して圧力をかけることができる。一部の実施形態では、バルブエレメント５０は、ボール８０の少なくとも一部を受け入れる又は係合するように構成される凹部５２（図１Ｂに最も良く示される）を含みうる。一部の実施形態では、凹部５２は、より確実な適合を提供するために、ボール８０の体積の５０％超を受け入れるように構成されうる。凹部５２は、干渉又は圧入又は他の適切な機械係合システムを通じてボール８０の一部と係合するように構成されうる。一部の実施形態では、フランジ又はリップ５３は、バルブエレメント５０の一部から延び、ボール８０の一部の周りを包み、ボール８０の一部を固定しうる（図３Ａ；３Ｂ）。ボール８０及びバルブエレメント５０は、例えば、それらに共に圧力をかけ、ボール８０の一部にリップ５３を圧縮する又は転がすことにより、互いに取り付けられることができる。凹部５２及びリップ５３は、例えば、バルブエレメント５０の遠位端に配置されることができ、凹部５２が遠位端から近位に延びる。一部の実施形態では、凹部５２又はリップ５３は、接着材、エポキシ、シリコン、ゴム等のような追加の取り付け機構なしで、バルブエレメント５０をボール８０に取り付けることを可能にするように構成されうる。このような実施形態は、バルブ１００内の流体で濡れた（ｆｌｕｉｄ−ｗｅｔｔｅｄ）部品の純度を増加させうる。このような改善された純度は、次に、低温流体又はバルブを通過する他の材料の純度を改善しうる。一部の実施形態では、凹部５２は、そこのボール８０の一部の移動も可能にしつつ、ボール８０を保持するような大きさであることができ、消耗を低減し、部品間の一部の熱膨張を可能にすることができる。

ボール８０は、十分な真円度、直径の均一性、表面仕上げ、及び／又はバルブシート１１のオリフィス１２との係合及びシールに適切な硬度を有する材料及び形状を含みうる。ボール８０は、繰り返し熱サイクル及び機械衝撃に耐えることが可能な材料を含みうる。ボール８０は、バルブ１００を通じて流れる流体との反応を避けるために、実質的に不活性な材料を含みうる。ボール８０は、実質的に中身が詰まった又は中空構造を含みうる。ボール８０は、バルブシート１１をシールし、オリフィス１２をカバーするボール８０の一部の少なくとも内部に、穴の開いていない構造を含みうる。一部の実施形態では、ボール８０のほぼ全体は、実質的に中身が詰まった、穴の開いていない材料を含む。

一部の実施形態では、ボール８０は、延ばされた寿命において真円度直径公差、真球度及び／又はバルブシート１１のオリフィス１２と係合及びシールすることに適した硬度のような様々な材料特性を有する材料及び形状を含みうる。これらの物理特性の特定の範囲内にある材料は、当業者の公差によれば、実質的に機能を損失せずに（例えば、漏洩）、腐食及び／又は極温条件（例えば、低温用途）のような過酷な環境でのバルブ１００の使用を延長することが可能なように選択されうる。例えば、約±０．００５インチから約±０．００００１インチ、一部の実施形態では、±．０００５インチ以上、又はより好ましくは約±．０００１インチ以上、又は更に好ましくは約±．００００５以上の範囲の外径公差を有する材料は、本明細書に記載のバルブの一部の実施形態のための予期しない、いまだ認識されない性能を提供する。約±０．００５インチから約±０．００００１の範囲、一部の実施形態では、約±．０００１インチ以上、より好ましくは約±．００００１インチ以上、更に好ましくは約±．００００２インチ以上、より更に好ましくは±．００００２４以上の真球度公差を有する材料は、本明細書に記載のバルブの一部の実施形態のための予期しない、いまだ認識されない性能を提供する。

ロックウェル尺度での約Ｃ２０からビッカース硬さＨＶの尺度での約ＨＶ２５００の間の範囲の硬度、一部の実施形態では、ロックウェル尺度での約Ｃ５５以上の硬度、好ましくは約Ｃ６０以上のロックウェル尺度での硬度、より好ましくはロックウェル尺度での約Ａ９２以上の硬度、より好ましくはビッカース尺度での約２０００ＨＶ以上の硬度を有する材料は、本明細書に記載のバルブの一部の実施形態のための予期しない、いまだ認識されていない性能を提供する。一部の実施形態では、ボール８０は、工業用サファイアボース、ルビーボール、キューブ型ジルコニアボール、及び炭化タングステンボールを含んでもよい。一部の実施形態では、ボール８０は、クロム鋼、工具鋼、ステンレススチール、サファイア、セラミック及び炭化タングステンからなる群から選択された材料を含んでもよい。ボール８０は、化学的耐性又は不活性材料、又は低温流体のようなバルブ１００を通じて流体が流れることに耐性のある材料を含みうる。

ボール８０は、低温流体がバルブ１００から供給される用途に基づいて選択されてもよい。例えば、テフロン（登録商標）は、高純度用途又はより静かな処理が有益である用途のために選択されてもよい。サファイアは、半導体又は医療用途のような高い清浄度のための選択されてもよい。ＳＳＴのような他の材料、他の修理の鋼、又は低純度の他の材料は、食品処理、医療、高真空ステーション、冷蔵、液化天然ガス又は他の一般的な試験又は温度制御用途のような清浄度がそこまで重要ではない用途のために選択されてもよい。

一部の実施形態では、ボール８０は、大量に成長されうる単結晶材料から形成されうる。ボール８０が、産業用サファイア材料からなる場合のバルブ１００の試験は、当業者の許容範囲によれば、２５０，０００サイクル後に、漏洩、故障又は目に見える消耗の兆候がなく、バルブ１００の信頼性のある開閉を可能にし、低温用途における百万サイクルと同じ回数に到達することが予測される。工業用サファイアは、低温流体及び気体に対してその増大された化学的耐性、単結晶で成長される性能、増大した硬度及び消耗耐性、直径及び球面公差、及び耐熱性により、使用されてもよい。同様の予期されない結果は、工業用ルビーボール、キューブ型ジルコニアボール及び炭化タングステンボールのような他の種類のボール材料の使用も予測される。

ボール８０用に使用されてもよい材料の例としては、上述された特性の１以上の例とともに、表１−３に提供される。提供されない値は、示される材料に固有であると当業者によって理解されるような妥当な値である。

続けて図１Ａ−３Ｂの参照すると、ハウジング７０は、バルブボディ１０及びバルブステム４０の少なくとも一部に取り付けられ、内部ハウジングキャビティ７３内のこれらの部品を実質的に取り囲みかつ保護するように構成されうる。一部の実施形態では、ハウジング７０は、内部ハウジングキャビティ７３内のバルブボディ１０及びバルブステム４０の少なくとも一部をシールしうる。ハウジングキャビティ７３は、ハウジング７０からバルブボディ１０及びバルブステム４０の外側を熱的に隔てるように構成されうる。例えば、バルブ１００が熱い又は冷たい流体を輸送するために使用されるとき、ハウジング７０からバルブボディ１０及びバルブステム４０の外側を熱的に隔てることは有益である。低温用途では、このような熱的な隔離は、凝結及び氷がバルブ１００の外側に形成されることを防ぐことができる。一部の実施形態では、ハウジング７０は、バルブ１００の残りの部分に対して十分にシールされ、ハウジングキャビティ７３が真空で保たれることができ、キャビティ７３内の対流を防ぎ、それによって、改善された熱隔離を提供することができる。このような真空は、ハウジングキャビティ７３へハウジング７０を通じて延びる追加の真空ポートを介して提供されうる。ハウジング７０は、ボディ１０に対して本明細書に記載される材料のいずかを含みうる。一部の実施形態では、ハウジング７０は、３１６Ｌ ＳＳＴを含む。

ハウジング７０は、内部ハウジングキャビティ７３を形成する複数の異なる形状のいずれかでありうる。図示の目的のために、ハウジング７０は、そこから延びる側壁７２を有するカバー７１を含む。カバー７１は、側壁７２に対して一体的に又は別々に形成されうる。一部の実施形態では、カバー７１は、側壁７２のようなハウジング７０の別の部分に対して係合（例えば、溶接）される別々に形成される部品でありうる。一部の実施形態では、ハウジングは、側壁７２の反対側の端部において２つのカバを含みうる（例えば、図４Ａ、４Ｂ、９及び１０）。ハウジング７０は、バルブボディ１０をバルブステム４０に係合するために本明細書で説明されるような、複数の手法でバルブボディ１０及び／又はバルブステム４０の少なくとも一方と係合しうる。例えば、溶接部７５は、側壁７２の下部のようなハウジング７０の一部の周囲に延びる係合周辺７４に沿って延びうる。このような溶接部は、バルブボディ１０及び／又はバルブステム４０の一部にハウジングをシール（例えば、密閉シール）し、内部ハウジングキャビティ７３への及び内部ハウジングキャビティ７３からの流体の漏洩の可能性を低減できる。係合周辺７４に沿う溶接部７５は、係合周辺４２に沿う溶接部４３のための上述されたようなバルブ１００への同様の利益を提供しうる。

コネクタ７６は、ハウジング７０に配置され、かつハウジング７０を通じて延び、バルブ１００の１以上の他の部品との電気的な接続を可能にする。例えば、コネクタ７６は、１以上のソレノイドワイヤ９３に接続され、ハウジング７０の外側の制御システムからソレノイドコイル９０（及びバルブ１００）の制御を可能にする。ブリッジ整流器又は他の電圧変換器は、例えば、キャビティ７３内に含まれることができ、コイル９０への直流電流を提供する。好ましくは、コネクタ７６は、ハウジング７０の第１の側の内部端子にワイヤを接続することを可能にするように構成され、ここで、内部端子は、ハウジング７０の第２の反対側の外側に配置される外部端子と電気的に接続する。一部の実施形態では、係合周辺７７は、コネクタ７６の周囲及びハウジング７０の一部に形成されうる。溶接部７８は、係合周辺７７に沿って延び、かつ係合周辺７７をシール（例えば、密閉シール）するように構成され、内部ハウジングキャビティ７３への流体の漏洩及び内部ハウジングキャビティ７３からの流体の漏洩の可能性を低減することができる。このようなシールは、ハウジング７０及びバルブボディ１０の係合周辺７４の周囲の溶接部７５により提供されるシールに対して本明細書で言及されるものと同様の利益を提供しうる。

図３Ａ及び３Ｂを参照すると、ポート２０，３０は、バルブ１００へ及びバルブ１００からの流体の流れを可能にするために適切な様々な手法で構成されうる。例えば、ポート２０，３０は、様々な形状であることができ、円形断面形状に限定されるべきではない。また、ポート２０，３０は、バルブ１００の様々な構成要素へ又は様々な構成要素を通じて延び、バルブ１００を通じて流れを可能にする。例えば、ポート２０，３０は、ボディ１０の一部を通じて両方に延びることができ、バルブキャビティ１３への流れを可能にする。ポート２０，３０は、ほぼ平行又は同一線上、直交又は互いに対して別の角度で位置合わせされうる。一部の実施形態では、ポート２０，３０は、バルブ１００の反対側又は端部に配置されうる。例えば、図３Ａ、３Ｂは、バルブボディ１０の反対側に配置され、かつほぼ同一線上に位置合わせされるポート２０，３０を示す。このような同一線上の構成は、ポートチャネル１７，１８を含み、内部キャビティ１３と接続するために、ポート２０，３０から向きを変えて流れ、それにより、ポート２０，３０間の流れの角度を変える。ポート２０，３０に対するチャネル１７，１８の角度は、直交する必要はないが、ポート２０，３０から内部キャビティ１３への流れの向きを変えることにより、バルブ１００を通じて流れる量を低減しうる。ポート２０，３０は、外部システムへバルブ１００を流体接続するために他の特徴を含みうる。例えば、ポート２０，３０は、スレッド、圧縮適合、（溶接された管のような）管、又はバルブ１００の流体接続を容易にするための他の構造を含みうる。バルブボディ１０は、バルブボディ１０を外部システムに構造的に取り付けるために、マウント穴１９（図１Ｂ；図２）のような別の取り付け構成を含みうる。

図４Ａ−５は、インラインバルブ２００の実施形態を示し、これは、バルブ２００の反対長軸方向端部に配置されるポート２０，３０を含みうる。バルブ２００の多くの機能及び構成要素は、バルブ１００のために本明細書で説明されるものと実質的に同様である。差異のいくつかは、障害物を除く又は流れの方向を変えるために、バルブ１００を通じたフローチャネルの形状及び位置合わせに関するものであり、これは、次に、圧力の低下を低減し、流れの容量を増大させうる。機能のいくつかは、また、インラインバルブを、インライン及び被覆されたライン内で採用されることを可能にし、外部環境からバルブ２００を熱的に隔離する。ポート２０，３０は、パイプ部２１，３１を含むことができ、パイプシステム内のバルブ２００の流体接続（例えば、溶接による）を容易にする。パイプ部２１，３１は、所望の値の流束に応じて、３／８”又は１／４”のような標準的なパイプサイズに適合するような大きさでありうる。本明細書の他の箇所で説明されるように他の流体接続構造が採用されうる。ハウジング７０は、ボディ１０、バルブステム４０、バルブアクチュエータ５０、シェル６０及びソレノイド９０の全体の残りの部分を実質的に取り囲む（例えば、シール又は密閉シールする）ように構成されうる。一部の実施形態では、ハウジング７０は、上述されるように、真空をキャビティ７３内に引き込むことを可能にしうる。よって、ハウジング７０は、バルブ２００の内部部品及び外部環境内の熱隔離を提供し、低温用途における凝結及び氷の形成を防ぐことができる。一部の実施形態では、ハウジング７０は、カバー７１を超えて延びる拡張部７１Ａを含み、ハウジング７０を二重壁で被覆された低温流体システムのスリーブに接続されることを可能にしうる。

チャネル１４１は、長手軸５０３に実質的に沿うバルブステム４０を通じて延びうる。チャネル１４１は、チャネル１６と実質的に同様でありうる（図３Ａ；３Ｂ）。図４Ａ−５に示される実施形態では、チャネル１４１は、流体が長手軸５０３に少なくとも部分的に沿ってバルブステム４０を通じてポート２０から流れうるように、ポート２０と流体連通しうる。一部の実施形態では、チャネル１４１は、障害を介在せず、流れの向きを変えず、及び／又はポート２０とチャネル１４１との間の流れを抑制しないで、ポート２０と流体連通する。チャネル１４１は、バルブステム４０のほぼ中央を通じて延びうる、又はバルブステム４０の中央に対してオフセットされうる。

一部の実施形態では、チャネル１４１は、障害を介在せず、流れの向きを変えず、及び／又はポート２０とチャネル１４１との間の流れを抑制しないで、第１の端部４０Ａと４０Ｂとの間を、バルブステム４０の全体を実質的に通じて延びうる。一部の実施形態では、チャネル１４１は、バルブステム４０の長さの全体を通じて延びず、追加のチャネルは、以下の更に説明されるように、バルブステム４０内の更なる直接的な流れのために提供されうる。

図６−８は、図４Ａ−５におけるバルブ２００及び本明細書で説明される他のバルブの実施形態内に実装されうるバルブエレメント５０の実施形態の様々な視点を示す。図４Ａ、４Ｂ及び８を参照すると、１以上のチャネル１５１は、バルブエレメント５０の一部を通じて延びうる。チャネル１５１は、バルブエレメント５０が内部キャビティ１３内に配置されるときに、バルブステムチャネル１４１と流体連通するように構成されうる。チャネル１５１は、バルブステムチャネル１４１からボディキャビティ１４へ流体を流すことを可能にするように構成されうる。チャネル１５１は、ほぼ中央にある又はバルブエレメント５０内にオフセットされうる。チャネル１５１は、バルブエレメント５０が内部キャビティ１３内に配置されるときに、長手軸５０３にほぼ沿って流体を流すことを可能にするように構成されうる。本明細書で使用されるような“長手軸に実質的に沿う”とは、長手軸とほぼ同一線上であることを意味しうるが、わずかな角度（３０度未満）がついていること、わずかに曲線軌道にある、及び／又は長手軸５０３と実質的に平行であるが、長手軸５０３からわずかにオフセットされる軸に沿うことを意味しうる。

一部の実施形態では、チャネル１５１は、バルブステムチャネル１４１からボディキャビティ１４へ直接的に流れうる。一部の実施形態では、バルブエレメント５０は、チャネル１５１とボディキャビティ１４との間に延びる１以上の介在チャネルを含みうる。このような介在チャネルは、例えば、ボール８０又はバルブ２００内の他の構成が互いに位置合わせされるときに、チャネル１５１からボール８０の周囲の流れの向きを変えることを可能にする。図４Ａ−８を参照すると、バルブエレメント５０は、チャネル１５１から外側（例えば、径方向）に延びる１以上のチャネル１５２を含みうる。図示された実施形態では、４つのチャネル１５２は、チャネル１５１の断面の縁の周りに様々な均一に配置された角度で径方向外側に延びる（図８）。しかし、複数の異なるチャネル１５２は、チャネル１５１の周りに様々な均一に又は不均一に配置されて、使用されうる。また、チャネル１５１及び１５２（及び本明細書で説明される他のチャネル）は、円形断面形状に限定されず、正方形、卵又は他の不規則又は規則的な断面形状であることができ、アクチュエータ５０への開口、スロット又は他のチャネル状の形状を形成しうる。チャネル１５２は、５度より大きな角度、又はより好ましくは２０度より大きな角度、又は更に好ましくは４５より大きな角度でチャネル１５１から外側に延びることができ、チャネル１５１からボール８０の周囲に流れることを可能にする。一部の実施形態では、チャネル１５２は、チャネル１５１から（例えば、長手軸５０３から）直交して延びる。

一部の実施形態では、流れを改善するために、長手軸５０３に沿って互いに対してバルブ２００の１以上の構成を実質的に位置合わせすることが望まれ、一部の実施形態では、制限されない、又はバルブ２００の少なくとも一部を通じて自由な流れを可能にする。本明細書で使用されるような“長手軸に沿って互いに対して実質的に位置合わせされる”とは、長手軸に沿って見たときに、実質的に位置合わせされた構成要素の断面流路の、少なくとも一部であるが、全部である必要はない部分が重複することを意味する。例えば、バルブステムチャネル１４１、バルブエレメントチャネル１５１、ポート２０、ポート３０及び／又はオリフィス１２のうちの２以上は、長手軸に沿って互いに対して実質的に位置合わせされうる。一部の実施形態では、バルブステムチャネル１４１及びバルブエレメントチャネル１５１は、長手軸に沿って互いに対して実質的に位置合わせされる。一部の実施形態では、バルブステムチャネル１４１、バルブエレメントチャネル１５１、及びポート２０，３０の少なくとも一方は、長手軸に沿って互いに対して実質的に位置合わせされる。一部の実施形態では、バルブステムチャネル１４１、バルブエレメントチャネル１５１、ポート２０，３０及びオリフィス１２は、長手軸に沿って互いに対して実質的に位置合わせされる。

図９−１０は、バルブ２００について本明細書に記載されるものと実質的に同様の特徴及び構成要素を含むインラインバルブ３００の実施形態を示す。図１１−１４は、図９−１０のバルブ３００又は本明細書に記載される他のバルブ内に実装されうるバルブステム４０の実施形態を示す。バルブ３００及びその構成要素との違いのいくつかは、バルブ３００を介する流れチャネルの形状及び位置合わせに関連する。例えば、介在チャネルは、バルブステム４０内のチャネル１４１からバルブエレメント５０内のチャネルへ更に直接的に流れるように提供されうる。

図９−１４を参照すると、バルブステム４０は、チャネル１４１から外側（例えば、径方向）に延びる１以上のチャネル１４２を含みうる。チャネル１４２は、チャネル１４１から直交して、又は、例えばチャネル１５１から延びるチャネル１５２について上述された角度のようなチャネル１４１に対して様々な角度で延びることができる。チャネル１４２は、一般的には長手軸５０３に沿って又は平行に延びる、及び一部の実施形態では、長手軸５０３からわずかにオフセットして延びるチャネル１４３と流体接続しうる。チャネル１４２及び１４３は、示される実施形態に限定されず、複数の異なるチャネル１４２及び／又は１４３は、チャネル１４１の周りに様々な均一な又は不均一な距離に配置されて、使用されうる。チャネル１４１は、図１１−１４においてバルブステム４０の全体長さを通じて延びていないが、実施形態は、バルブステム４０の全体長さを通じて延びるチャネル１４１を有する一方で、追加のチャネル１４２及び／又は１４３も含むことが予測されることが理解されるであろう。

図１５−１８は、図９−１０のバルブ３００又は本明細書に記載される他のバルブ内に実装されうるバルブステム５０の実施形態を示す。図９、１０及び１５−１８を参照すると、チャネル１４３は、バルブエレメント５０の長さに少なくとも部分的に沿って延びる対応する同様のチャネル１５１に位置合わせされうる。一部の実施形態では、バルブエレメント５０及び／又はバルブステム４０は、このような位置合わせを提供するために、１以上の対応する合わせ釘１４４（図１１及び１５）を受け入れるように構成される１以上のガイドチャンネル１４５を含みうる。溝、ピン、トラック又は他の適切な位置合わせ構造は、チャネル１４３及び１５１を位置合わせするために用いられうる。チャネル１５１は、上述されかつ図６−８において示されたものと同様であるが、バルブエレメント５０の外側部（例えば、周辺）の部分を通じて長軸方向に延びる。チャネル１５１は、バルブエレメント５０内又はバルブエレメント５０に沿って長軸方向（例えば、バルブエレメント５０の近位端で）に流れることを可能にするように構成される図９及び１０も参照すると、一部の実施形態では、チャネル１５１は、内部バルブキャビティ１３に径方向の流れを可能にするために、径方向に延びる部分（例えば、バルブエレメント５０の遠位端で）を含みうる。

本明細書の図面は、示されるバルブの流れを示す矢印を含むが、本発明は、これに限定されないべきであることが理解されるであろう。一部の実施形態は、反対方向に流れを可能にするように構成されてもよく、流圧により意図しないバルブの開きを防ぐために、エレメント及び／又はバルブアクチュエータに十分な力をバイアスする。

本明細書で説明されるバルブの実施形態は、単動式又は複動式バルブでありうることも理解されるであろう。例えば、バルブは、ソレノイドで作動され、バネによって非作動状態に戻る単動式でありうる。バルブは、非作動状態のときに、通常開く又は閉じうる。例えば、流体がバルブを通じて流れるときにバルブへの電力消費を低減するために、通常時開くバルブを使用することが有益である。ソレノイドで制御されるように示されているバルブの切り替えは、空気が入った状態（ｐｎｅｕｍａｔｉｃａｌｌｙ）で制御されうる、又は他の適切な方法及び装置を通じて制御されうる。図３Ａ−５、９及び１０に示されるバルブは、通常時に閉じており、バネ５５がバルブエレメント５０をバルブシート１１に向かってバイアスし、ソレノイド９０がこのバイアスに対して作動するように構成され、バルブシート１１から離れてバルブエレメント５０を移動し、開位置に移動する。しかし、バルブロジックは逆になりうることが理解されるであろう。

図１９は、図４Ａ、４Ｂ、９及び１０のバルブ２００及び３００のものと同様の構成要素を有するが、異なるバネバイアス及びバルブロジックを有するインラインバルブ４００の実施形態を示す。例えば、インラインバルブ４００は、通常時に開いており、バネ５５がバルブシート１１から離れてバルブエレメント５０にバイアスするように構成され、ソレノイド９０がこのバイアスに対して作動するように構成され、バルブシート１１に向かって移動し、閉位置に移動する。

上述したバネバイアスは、通常時に開かれる又は通常時に閉じられるバルブロジックのいずれかに対して逆になりうることが理解されるであろう。例えば、図３Ａ−５、９及び１０に示されるバルブは、通常時に開かれ、実施形態では、バネ５５は、その間の張力を可能にするために、バルブエレメント５０に取り付けられ、バルブシート１１からバルブエレメント５０を引っ張るようにバイアスされる。また、図１９に示されるバルブは、通常時に閉じられ、実施形態では、バネ５５は、バルブエレメント５０に取り付けられ、バルブエレメント５０をバルブシート１１に向かって引っ張るようにバイアスされる。

本明細書で説明されるバルブに対するシール部材は、ボールに限定される必要はなく、本明細書で説明されるバルブは、ボールバルブに限定される必要はない。例えば、図２０は、バルブ４００と同様であるが、テーパーシール部材８０Ａを有するインラインニードルバルブ５００の実施形態の部分側断面視を示す。ニードルバルブは、異なる機能を提供してもよい、及び／又はボールバルブよりも製造が簡素で費用がかからなくてもよい。バルブ５００は、シール部材８０Ａとのシールを確認し、シール部材８０Ａとのシールを向上させるためにテーパーシール部材１１Ａを含みうる。シール部材８０Ａ及び／又はテーパーシール部材１１Ａは、ニードルバルブに適した複数の異なる形状のいずれかを含みうる。例えば、部材８０Ａは、円錐台形形状又はピラミッド形状を含みうる。図１Ａ−１Ｂ、３Ａ−５、９又は１０に示されるバルブ１００，２００及び３００は、図２０に示されるニードルバルブ５００の構成を含むように変更されうることが理解されるであろう。

様々な状況内で示されているが、本発明の実施形態は、他の用途においても使用されてもよい。例えば、本明細書で説明されるバルブ及びバルブ構成要素は、低温用途のためのものではなく他の種類のバルブと使用されてもよい。また、本明細書で説明される溶接された係合周辺の１以上は、説明された実施形態のいずれかで使用されることができ、本発明は、それらの全てに限定されるべきではなく、図１−３Ｂにおける実施形態のみである。更に、バルブステム４０及びバルブエレメント５０は、図面に示される特定の組み合わせに限定されない。例えば、図９及び１０に示されるバルブステム４０は、図４Ａ及び４Ｂに示されるバルブエレメント５０と使用されうる。また、本明細書で説明されるバルブ及びバルブ構成要素の実施形態は、別々に構成されうる、又は複数の組み合わせのいずれかにおいてアセンブリ又はキットとして構成されうる。追加の多数かつ様々な変更が、本発明の趣旨から逸脱せずなされうることが当業者によって理解されるであろう。したがって、本明細書で説明される本発明の形態は、例示に過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図するものではないことが明示的に理解されるべきである。

Claims (50)

1. 低温バルブであって、
   第１のポート及び第２のポートと、
   前記第１のポートと流体連通する流体オリフィスを規定するバルブシートを含むバルブボディと、
   前記バルブボディに係合されるように構成されるバルブステムであって、前記バルブステムは、第１の端部と、反対の第２の端部と、を含み、前記第１の端部及び第２の端部を通じて延びる長手軸を有し、前記バルブステムは、前記長手軸に実質的に沿って延びる第１のチャネルを形成し、前記第１のチャネルは、前記バルブステムを通じて流体を流すことを可能にするように構成され、前記バルブステムは、第１の係合周辺に沿って前記バルブボディに係合するように構成される、バルブステムと、
   前記第１の係合周辺を密閉シールするように構成される第１の溶接部と、
   シール部材と、
   前記第１のチャネルの少なくとも一部内に配置されるバルブエレメントであって、前記バルブエレメントは、前記オリフィスに対して前記シール部材をバイアスし、前記オリフィス及び前記第１のポートを通じて実質的に流れを遮断するように構成され、前記バイアスは、バルブアクチュエータにより前記バルブエレメントの位置の制御に応じて制御される、バルブエレメントと、
   第２の係合周辺に沿って前記バルブボディ及び前記バルブステムの少なくとも係合部分を実質的にシールし、かつ取り囲むように構成されるハウジングであって、前記ハウジングは、前記バルブステムを実質的に取り囲むように構成される内部ハウジングキャビティを形成するように構成され、前記内部ハウジングキャビティは、前記ハウジングからの、前記係合部分を含む、前記バルブボディ及び前記バルブステムの少なくとも一部を熱的に隔てるように構成される、ハウジングと、
   前記第２の係合周辺を密閉シールするように構成される第２の溶接部と、
   第３の係合周辺に沿う前記ハウジングを係合し、かつ前記ハウジングを通じて電気的な接続を可能にするように構成される電気コネクタと、
   前記第３の係合周辺に沿う第３の溶接部と、
   を備える低温バルブ。
2. 前記バルブエレメントは、前記長手軸に沿う前記第１のチャネル内の前記オリフィスに対して移動するように構成される請求項１に記載の低温バルブ。
3. 前記バルブエレメントは、前記バルブエレメントが前記第１のチャネル内に配置されるときに、前記長手軸にほぼ沿う前記バルブステムを通じて流体を流すことを可能にするように構成される第２のチャネルを含む請求項１に記載の低温バルブ。
4. 前記第１のチャネル及び前記第２のチャネルは、前記長手軸に沿って互いに実質的に位置合わせされる請求項３に記載の低温バルブ。
5. 前記第１のチャネル、前記第２のチャネル並びに前記第１のポート及び前記第２のポートの少なくとも一方は、前記長手軸に沿って互いに対して実質的に位置合わせされる請求項４に記載の低温バルブ。
6. 前記第１のチャネル、前記第２のチャネル、前記第１のポート、前記第２のポート及び前記オリフィスは、前記長手軸に沿って互いに対して実質的に位置合わせされる請求項５に記載の低温バルブ。
7. 前記バルブエレメント及び前記バルブステムの少なくとも一方は、前記第１及び第２のチャネルの少なくとも一方と流体連通され、かつ前記第１及び第２のチャネルの少なくとも一方から径方向外側に延びる第３のチャネルを含む請求項３に記載の低温バルブ。
8. 前記バルブエレメント及び前記バルブステムの一方は、前記第１及び第２のチャネルの一方と流体連通され、かつ前記第１及び第２のチャネルの一方から径方向外側に延びる第３のチャネルを含み、
   前記バルブエレメント及び前記バルブステムの他方は、前記第１及び第２のチャネルの他方と流体連通され、かつ前記第１及び第２のチャネルの他方から径方向外側に延びる第４のチャネルを含む請求項３に記載の低温バルブ。
9. 前記第３のチャネルは、前記長手軸にほぼ直交する請求項７に記載の低温バルブ。
10. 前記第２のチャネルは、前記長手軸にほぼ平行であり、かつ径方向にオフセットされる軸に沿って延びる請求項３に記載の低温バルブ。
11. 前記第１のチャネル及び前記第２のポートは、ほぼ真っすぐな、遮られない流路が前記第２のポート及び前記第１のチャネルを通じて延びるように、前記長手軸に沿って互いに対して実質的に位置合わせされる請求項１に記載の低温バルブ。
12. 前記第１のチャネル及び前記第２のチャネルは、ほぼ真っすぐな、遮られない流路が、少なくとも前記第１のチャネルの一部及び前記第２のチャネルの一部を通じて延びるように、前記長手軸に沿って互いに対して実質的に位置合わせされる請求項３に記載の低温バルブ。
13. 前記第１のチャネル、前記第２のチャネル及び前記第２のポートは、ほぼ真っすぐな、遮られない流路が、前記第２のポート、前記第１のチャネル及び前記第２のチャネルの少なくとも近位部を通じて延びるように、前記長手軸に沿って互いに対して実質的に位置合わせされる請求項１２に記載の低温バルブ。
14. 前記第１のチャネルは、前記バルブステムの前記第１及び第２の端部を通じて長軸方向に延びる請求項１に記載の低温バルブ。
15. バルブアクチュエータを更に備え、前記バルブアクチュエータは、ソレノイドコイルが作動又は非作動の少なくとも一方のときに、前記バルブエレメントを移動するように構成される前記ソレノイドコイルを備える請求項１に記載の低温バルブ。
16. バネを更に備え、前記ソレノイドコイルは、前記ソレノイドコイルが作動されるときに、前記オリフィスに対して前記シール部材にバイアスするために前記バルブエレメントを移動するように構成され、前記バネは、前記ソレノイドコイルが非作動のときに、前記オリフィスに対して、バイアスされていた前記シール部材を移動する、請求項１５に記載の低温バルブ。
17. 前記第１のポート、前記第２のポート、前記バルブボディ及び前記バルブステムは、前記第１及び第２のチャネルが、前記内部ハウジングキャビティに対して隔てられ、かつシールされるように、互いにシール可能に係合される請求項３に記載の低温バルブ。
18. 前記シール部材は、ボールを含む請求項１に記載の低温バルブ。
19. 前記バルブエレメントは、ニードルバルブを形成するためのニードルを含む請求項１に記載の低温バルブ。
20. 前記バルブステムは、近位部及び遠位部を含み、前記近位部は、前記内部ハウジングキャビティの少なくとも一部を形成し、かつ第４の係合周辺に沿う前記遠位部と係合するように構成され、前記バルブステムは、前記第４の係合周辺を密閉シールするように構成される溶接部を備える、請求項１に記載の低温バルブ。
21. 低温バルブであって、
    第１のポート及び第２のポートと、
    前記第１のポートと流体連通する流体オリフィスを規定するバルブシートを含むバルブボディと、
    前記バルブボディに係合されるように構成されるバルブステムであって、前記バルブステムは、第１の端部と、反対の第２の端部と、を含み、前記第１の端部及び第２の端部を通じて延びる長手軸を有し、前記バルブステムは、前記長手軸に実質的に沿って延びる第１のチャネルを形成し、前記第１のチャネルは、前記バルブステムを通じて流体を流すことを可能にするように構成される、バルブステムと、
    シール部材と、
    前記第１のチャネルの少なくとも一部内に配置されるバルブエレメントであって、前記バルブエレメントは、前記オリフィスに対して前記シール部材をバイアスし、前記オリフィス及び前記第１のポートを通じて実質的に流れを遮断するように構成される、バルブエレメントと、
    ソレノイドコイルが作動又は非作動の少なくとも一方のときに、前記バルブエレメントを移動するように構成される前記ソレノイドコイルを備えるバルブアクチュエータであって、前記バイアスは、前記バルブアクチュエータにより前記バルブエレメントの位置の制御に応じて制御される、バルブアクチュエータと、
    前記バルブボディ及び前記バルブステムの少なくとも係合部分を実質的に保護するように構成されるハウジングであって、前記ハウジングは、前記ハウジングと前記ソレノイドコイルとの間に内部ハウジングキャビティを形成するように構成され、前記内部ハウジングキャビティは、前記ハウジングからの、前記係合部分を含む、前記ソレノイドコイル、前記バルブボディ及び前記バルブステムの少なくとも一部を熱的に隔てるように構成される、ハウジングと、
    を備える低温バルブ。
22. 前記バルブエレメントは、前記長手軸に沿う前記第１のチャネル内の前記オリフィスに対して移動するように構成される請求項２１に記載の低温バルブ。
23. 前記バルブエレメントは、前記バルブエレメントが前記第１のチャネル内に配置されるときに、前記長手軸にほぼ沿う前記バルブステムを通じて流体を流すことを可能にするように構成される第２のチャネルを含む請求項２１に記載の低温バルブ。
24. 前記第１のチャネル及び前記第２のチャネルは、前記長手軸に沿って互いに実質的に位置合わせされる請求項２３に記載の低温バルブ。
25. 前記第１のチャネル、前記第２のチャネル並びに前記第１のポート及び前記第２のポートの少なくとも一方は、前記長手軸に沿って互いに対して実質的に位置合わせされる請求項２４に記載の低温バルブ。
26. 前記第１のチャネル、前記第２のチャネル、前記第１のポート、前記第２のポート及び前記オリフィスは、前記長手軸に沿って互いに対して実質的に位置合わせされる請求項２５に記載の低温バルブ。
27. 前記バルブエレメント及び前記バルブステムの少なくとも一方は、前記第１及び第２のチャネルの少なくとも一方と流体連通され、かつ前記第１及び第２のチャネルの少なくとも一方から径方向外側に延びる第３のチャネルを含む請求項２３に記載の低温バルブ。
28. 前記バルブエレメント及び前記バルブステムの一方は、前記第１及び第２のチャネルの一方と流体連通され、かつ前記第１及び第２のチャネルの一方から径方向外側に延びる第３のチャネルを含み、
    前記バルブエレメント及び前記バルブステムの他方は、前記第１及び第２のチャネルの他方と流体連通され、かつ前記第１及び第２のチャネルの他方から径方向外側に延びる第４のチャネルを含む請求項２３に記載の低温バルブ。
29. 前記第３のチャネルは、前記長手軸にほぼ直交する請求項２７に記載の低温バルブ。
30. 前記第２のチャネルは、前記長手軸にほぼ平行であり、かつ径方向にオフセットされる軸に沿って延びる請求項２３に記載の低温バルブ。
31. 前記第１のチャネル及び前記第２のポートは、ほぼ真っすぐな、遮られない流路が前記第２のポート及び前記第１のチャネルを通じて延びるように、前記長手軸に沿って互いに対して実質的に位置合わせされる請求項２１に記載の低温バルブ。
32. 前記第１のチャネル及び前記第２のチャネルは、ほぼ真っすぐな、遮られない流路が、少なくとも前記第１のチャネルの一部及び前記第２のチャネルの一部を通じて延びるように、前記長手軸に沿って互いに対して実質的に位置合わせされる請求項２３に記載の低温バルブ。
33. 前記第１のチャネル、前記第２のチャネル及び前記第２のポートは、ほぼ真っすぐな、遮られない流路が、前記第２のポート、前記第１のチャネル及び前記第２のチャネルの少なくとも近位部を通じて延びるように、前記長手軸に沿って互いに対して実質的に位置合わせされる請求項３２に記載の低温バルブ。
34. 前記第１のチャネルは、前記バルブステムの前記第１及び第２の端部を通じて長軸方向に延びる請求項２１に記載の低温バルブ。
35. 前記ソレノイドコイルは、前記ソレノイドコイルが作動されるときに、前記バルブエレメントを移動するように構成される請求項２１に記載の低温バルブ。
36. バネを更に備え、前記バネは、前記ソレノイドコイルが非作動のときに、前記オリフィスに対して前記シール部材にバイアスするように構成され、前記ソレノイドコイルは、前記ソレノイドコイルが作動されるときに、前記オリフィスに対して、バイアスされていた前記シール部材を移動するように構成される、請求項３５に記載の低温バルブ。
37. 前記第１のポート、前記第２のポート、前記バルブボディ及び前記バルブステムは、前記第１及び第２のチャネルが、前記内部ハウジングキャビティに対して隔てられ、かつシールされるように、互いにシール可能に係合される請求項２３に記載の低温バルブ。
38. 前記シール部材は、ボールを含む請求項２１に記載の低温バルブ。
39. 前記バルブエレメントは、ニードルバルブを形成するためのニードルを含む請求項２１に記載の低温バルブ。
40. 前記シール部材は、ビッカース硬さＨＶの尺度で約ＨＶ２０００以上の実質的な硬度を有する請求項２１に記載の低温バルブ。
41. 前記ボールは、工業用サファイアボールを含む請求項３８に記載の低温バルブ。
42. 前記シール部材は、クロム鋼、工具鋼、ステンレススチール、サファイア、セラミック及び炭化タングステンからなる群から選択される材料を含む請求項４０に記載の低温バルブ。
43. 前記ボールのほぼ全体は、材料の単結晶から形成される請求項３８に記載の低温バルブ。
44. 前記バルブステムは、係合周辺に沿う前記バルブボディと係合するように構成され、
    前記低温バルブは、前記バルブステムと前記バルブボディとの間の前記係合周辺に沿う溶接部を備える請求項２１に記載の低温バルブ。
45. 前記バルブステムは、近位部及び遠位部を含み、前記近位部は、前記内部ハウジングキャビティの少なくとも一部を形成し、かつ第２の係合周辺に沿う前記遠位部と係合するように構成され、前記バルブステムは、前記第２の係合周辺に沿う第２の溶接部を備える、請求項４４に記載の低温バルブ。
46. 前記近位部は、磁気絶縁材料を含み、前記遠位部は、磁性材料を含む請求項４５に記載の低温バルブ。
47. 前記ハウジングは、第２の係合周辺に沿う前記バルブボディ及び前記バルブステムの少なくとも一方と係合するように構成され、
    前記第２の係合周辺に沿う第２の溶接部を更に備える請求項４４に記載の低温バルブ。
48. 第３の係合周辺に沿う前記ハウジングを係合し、かつ前記ハウジングを通じて電気的な接続を可能にするように構成される電気コネクタと、
    前記第３の係合周辺に沿う第３の溶接部と、
    を更に備える請求項４７に記載の低温バルブ。
49. 前記ハウジングは、真空被覆ラインと係合され、前記真空被覆ライン内に真空を有する共通空間を形成する請求項２１に記載の低温バルブ。
50. 前記ソレノイドコイルと前記バルブエレメントとの間に配置される第２のチャネルを更に備える請求項２１に記載の低温バルブ。

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