KR101690810B1 - 인-라인 압력 조절기 - Google Patents

인-라인 압력 조절기 Download PDF

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Abstract

인-라인 압력 조절기가 설명된다. 예시적인 인-라인 압력 조절기는 다른 압력 조절기의 포트와 나사결합하도록 나사산을 갖는 몸체를 포함한다. 몸체는 입구, 개구(aperture), 및 시트면(seating surface)을 형성한다. 부가적으로, 예시적인 인-라인 압력 조절기는 밸브 플러그에 작동가능하게 커플링되는 피스톤 조립체를 포함한다. 피스톤 조립체는 다른 조절기와 입구 사이의 유체 유동을 제어하기 위해 시트 면과 개구에 대해 밸브 플러그를 움직이도록 몸체에 대해 슬라이딩하여 이동가능하다. 부가적으로, 피스톤 조립체는 다른 압력 조절기의 포트의 표면에 슬라이딩 가능하게 그리고 밀봉가능하게 결합한다.

Description

인-라인 압력 조절기{IN-LINE PRESSURE REGULATORS}
본 발명은 일반적으로 압력 조절기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인-라인 압력 조절기에 관한 것이다.
공정 제어 시스템들은 처리 매개변수들을 제어하기 위해 다양한 현장 장치들을 사용한다. 유체 조절기들은 일반적으로 다양한 유체(예를 들어, 액체, 가스 등)들의 압력들을 제어하기 위해 공정 제어 시스템들에 걸쳐 분포되어 있다. 유체 조절기들은 전형적으로 유체의 압력을 실질적으로 일정한 값으로 조절하는데 사용된다. 상세하게는, 유제 조절기는 전형적으로 변하거나 또는 변동할 수 있는 비교적 고압에서 공급 유체를 받는 입구를 갖고, 출구에서 비교적 더 낮고 실질적으로 일정한 압력을 제공한다. 예를 들어, 장비의 한 부품과 관련된 가스 조절기는 가스 배분 원(distribution source)으로부터 비교적 고압을 갖는 가스를 받을 수 있고, 그 장비에 의해 안전하고 효과적으로 사용하기에 적합한 더 낮고 실질적으로 일정한 압력을 갖도록 가스를 조절할 수 있다.
몇몇 예들에서, 감쇠하는 입구 효과(decaying inlet effect)를 감소시키기 위해, 단일-스테이지(single-stage) 조절기들이 인-라인 조절기에 커플링될 수 있다. 전형적으로, 이러한 구성에서, 인-라인 조절기는 제 1 스테이지 압력 감소 조절기로서 기능하고 단일-스테이지 조절기는 제 2 스테이지 압력 감소 조절기로서 기능한다. 이러한 인-라인 조절기들은 단일-스테이지 조절기에 대해 외부에 위치되고 이는 이러한 인-라인 조절기들을 포함할 때 몇몇 경우들에서 부가적인 공간 및 시스템 길이(예를 들어, 파이프 연장 길이들)를 필요로 하고, 이는 설계 과정들에서, 특히 사용가능한 공간이 매우 제한되는 경우들에, 약간의 문제점들을 야기할 수 있다.
본 발명에 따른 인-라인 압력 조절기는 앞서 살펴본 공지된 조절기에서 나타난 문제점을 해결하고자 한다.
본 발명에 따른 예시적인 인-라인 압력 조절기는 다른 압력 조절기의 포트와 나사 결합하도록 나사산을 갖는 몸체를 포함한다. 몸체는 입구, 개구, 및 시트 면을 형성한다. 부가적으로, 예시적인 인-라인 압력 조절기는 밸브 플러그에 작동가능하게 커플링되는 피스톤 조립체를 포함한다. 피스톤 조립체는 다른 조절기와 입구 사이의 유체 유동을 제어하기 위해 시트 면과 개구에 대해 밸브 플러그를 움직이도록 몸체에 대해 슬라이딩하여 이동될 수 있다. 부가적으로, 피스톤 조립체는 다른 압력 조절기의 포트의 표면에 슬라이딩 가능하게 그리고 밀봉가능하게 결합한다.
도 1은 공지된 인-라인 조절기의 예시도이다.
도 2는 공지된 조절기의 입구 포트에 위치한 예시적인 인-라인 조절기와 공지된 조절기의 예시도이다.
도 3은 다른 조절기의 입구 포트에 위치되는 예시적인 인-라인 조절기의 예시도이다.
도 4는 다른 조절기의 입구 포트에 배치되는 다른 예시적인 인-라인 조절기의 예시도이다.
도 5는 도 4의 선 C-C를 따른 단면도이다.
도 6은 도 4의 선 B-B를 따른 단면도이다.
도 7은 도 4의 선 A-A를 따른 단면도이다.
도 8은 다른 조절기의 입구 포트에 배치되는 다른 예시적인 인-라인 조절기의 예시도이다.
도 9는 다른 조절기의 입구 포트에 실질적으로 배치되는 다른 예시적인 인-라인 조절기의 예시도이다.
특정한 예들이 상기의 도면들에 도시되고 하기에 상세히 설명된다. 이러한 예들을 설명할 때, 유사하거나 동일한 도면부호들은 같거나 유사한 요소들을 식별하는데 사용된다. 도면들은 반드시 축척에 맞지는 않고 특정 도면들 및 도면들의 특정 부분들(views)은 축척이 과장되어 도시되거나 명료성 및/또는 간결함을 위해 개략적으로 도시될 수 있다. 부가적으로, 몇몇 예들이 본 명세서에 걸쳐 설명되었다. 임의의 예로부터의 임의의 특징들이 다른 예들로부터의 다른 특징들과 함께 포함되거나, 그에 대해 대체되거나, 또는 다르게는 조합될 수 있다.
본원에 설명하는 예시적인 인-라인 조절기는 예를 들어, 단일-스테이지 압력 조절기들이 단일-스테이지 압력 조절기의 동일한 면-대-면 치수들을 유지하면서 제 1 스테이지 조절기와 제 2 스테이지 조절기 모두를 포함하게 개선되도록 할 수 있다. 단일-스테이지 압력 조절기를 2-스테이지 구성으로 개선하면 감쇠하는 입구 효과를 줄이고 입구와 출구 압력들 사이에 비교적 큰 편차를 갖는 응용예들에서 출구 압력 설정들에서 보다 큰 제어력을 제공한다.
공지된 인-라인 조절기들에 대해 대조적으로, 본원에서 설명하는 예시적인 인-라인 조절기들은 이러한 인-라인 조절기들의 제조 비용과 총 구성요소들의 개수, 총 무게를 감소시키는, 예를 들어, 다른 단일-스테이지 조절기의, 입구 포트의 실질적으로 전체 내측에 위치된다. 특히, 본원에서 설명하는 예시적인 인-라인 조절기들은 다른 단일-스테이지 조절기의 입구 포트의 표면과 슬라이딩 가능하게 그리고 밀봉가능하게 결합하는 사이즈를 갖는 피스톤 조립체를 구비하고, 이는 전형적으로 공지된 인-라인 조절기들과 함께 사용되는 하우징에 대한 필요성을 제거한다. 이러한 접근방식은, 본원에 설명하는 예시적인 인-라인 조절기들이 기존의 배관을 자르거나 및/또는 경로변경(re-routing)하지 않고 설치되도록 하며, 이는 설치 시간 및 비용을 상당히 감소시킨다.
도 1은 하우징(102), 몸체(104), 피스톤 조립체(106) 및 밸브 플러그(108)를 포함하는 공지된 인-라인 조절기(100)를 예시한다. 하우징(102)은 개구(111)를 형성하는 외부 출구 커플링(110)(예를 들어, 수컷)을 포함한다. 출구 커플링(110)은 예를 들어, 조절기(200)(도 2)의 입구 포트(204)(도 2)의 내측 나사산(258)(도 2)들과 나사 결합하도록 외측 나사산(112)들을 포함한다. 부가적으로, 하우징(102)은 구멍(114; bore)을 형성하고 그 안에 몸체(104), 피스톤 조립체(106) 및 밸브 플러그(108)가 배치된다.
몸체(104)는 제 1 부분(116)과 제 2 부분(118)을 포함한다. 제 2 부분(118)은 구멍(114)으로 연장하고 제 1 부분(116)은 하우징(102)의 구멍(120) 근처에 배치된다. 제 1 부분(116)은 몸체(104)가 하우징(102)의 구멍(114) 내에 적절히 배치될 수 있도록 도구(도시생략)에 의해 결합되도록 다수의 슬롯(122)을 포함한다. 부가적으로, 제 1 부분(116)은 파이프 또는 다른 유체 커플링 구조물(도시생략)에 의해 나사결합되도록 입구 포트(124)를 포함한다. 제 2 부분(118)은 그 안에 피스톤 조립체(106)의 기다란 부재(128)가 배치되는 구멍(126)과 개구(132)의 시트면(130)을 포함한다. 일반적으로, 기다란 부재(128)는 인-라인 조절기(100)를 통해 흐르는 유체가 피스톤 조립체(106)의 헤드(138)의 표면(136)에 대해 작용하는 것을 실질적으로 방지하도록 구멍(126)의 표면(134)과 슬라이딩 가능하게 그리고 밀봉식으로 결합한다. 도 1에 예시된 바와 같이, 밀봉부(139)(예를 들어, O-링)가 구멍(126)의 표면(134)과 기다란 부재(128) 간의 밀봉 결합을 돕도록 기다란 부재(128)의 일부분을 둘러싼다.
피스톤 조립체(106)는 밸브 플러그(108)에 작동가능하게 커플링되는 기다란 부재(128)와 헤드(138)를 포함한다. 밸브 플러그(108)는 제 2 부분(118)의 구멍(126)에 배치되고 밀봉면(130)과 결합하게 구성된다. 피스톤 조립체(106)는 다수의 제 2 구멍(144) 반대쪽에 제 1 구멍(142)을 갖는 개구(140)를 포함한다. 헤드(138)는 하우징(102)의 표면(150)과 슬라이딩 가능하게 그리고 밀봉되게 결합하는 밀봉부(148)를 수용하는 홈(146)(예를 들어, 원주방향 홈)을 형성한다.
일반적으로, 헤드(138)의 위치는 개구(132)에 대한 밸브 플러그(108)의 위치에 영향을 미치므로, 인-라인 조절기(100)를 통해 유체 유동에 영향을 미친다. 보다 상세하게는, 밸브 플러그(108)가 밀봉면(130)을 향해 이동하고 및/또는 이와 결합할 때, 개구(132)를 지나, 즉, 출구 커플링(110)의 개구(111)와 입구 포트(124) 사이에 흐르는 유체의 양이 감소한다. 다르게는, 밸브 플러그(108)가 시트면(130)으로부터 멀어지게 이동할 때, 개구(132)를 지나, 즉, 출구 커플링(110)의 개구(111)와 입구 포트(124) 사이에 흐르는 유체의 양이 증가한다.
작동시, 하류측 압력은 밸브 플러그(108)를 시트면(130)을 향해 미는 화살표(154)로 일반적으로 표시한 방향으로 헤드(138)의 면(152) 상에 힘을 가하고, 입구 포트(124) 내의 압력은 밸브 플러그(108)를 시트면(130)으로부터 멀어지게 미는 화살표(158)로 일반적으로 표시한 방향으로 밸브 플러그(108)의 일부분(156) 상에 힘을 가한다. 하류측 압력이 설정 압력에 접근하거나 및/또는 같으면, 헤드(138)의 면(152)에 가해지는 힘은 밸브 플러그(108)의 부분(156)에 가해지는 힘을 이기므로, 피스톤 조립체(106)와 밸브 플러그(108)는 밸브 플러그(108)가 시트면(130)을 향해 이동하도록 하우징(102) 내에서 움직인다. 다르게는, 하류측 압력이 설정 압력 아래로 감소하면, 밸브 플러그(108)의 부분(156)에 가해지는 힘은 하류측 압력을 통해 헤드(138)의 면(152)에 가해지는 힘을 이기므로, 피스톤 조립체(106)와 밸브 플러그(108)는 출구 커플링(110)의 개구(111)와 입구 포트(124) 사이에 유체가 흐를 수 있도록 밸브 플러그(108)가 시트면(130)으로부터 멀어지게 이동하도록 하우징(102) 내에서 이동한다.
인-라인 조절기(100)는 많은 이점들을 제공하지만, 몇몇 예들에서, 인-라인 조절기(100)를 포함하는데 필요한 부가적인 공간 및 시스템 길이(예를 들어, 파이프 연장 길이들)는 설계 과정들에서, 특히 사용가능한 공간이 매우 제한된 경우에, 몇몇 문제들을 부과한다. 부가적으로, 조절기(200)(도 2)에 대한 인-라인 조절기(100)의 외부 위치는, 인-라인 조절기(100)가 몸체(104), 피스톤 조립체(106) 및 밸브 플러그(108)가 그 안에 배치되는 하우징(102)을 구비할 것을 요구한다. 이 요구조건은 이러한 인-라인 조절기(100)들의 총 무게, 구성요소들의 개수 및 제조 비용을 증가시킨다.
도 2는 조절기(200)의 입구 포트(204)에 배치된 예시적인 인-라인 조절기(202)(예를 들어, 제 1 스테이지 인-라인 압력 감소 조절기)와 공지된 조절기(200)를 예시하고, 이는 조절기(200)가 2-스테이지 압력 감소 기능을 부가적으로 제공하면서 동일한 면-대-면 치수들을 가질 수 있게 한다. 인-라인 조절기(202)는 예를 들어, 부식성 재료들의 유동이 그 아래에 제어되는 조건들 및/또는 높은 압력(예를 들어, 10,000psi) 조건들과 같은 임의의 적절한 작동 조건 하에서 작동될 수 있다. 부가적으로, 입구 포트(204)에 대한 인-라인 조절기(202)의 내측 위치는 인-라인 조절기(202)를 설치할 때 기존의 배관이 절단되거나 및/또는 경로변경될 필요를 실질적으로 제거하고, 이는 설치 시간 및 비용을 상당히 감소시킨다. 예시적인 인-라인 조절기(202)가 공지된 조절기(200)와 함께 실시되는 것으로 예시되었지만, 인-라인 조절기(200)는 예를 들어, 밸브와 같은 유체 제어 장치 또는 임의의 다른 적절한 조절기와 함께 실시될 수 있다.
조절기(200)는 하부 몸체(208)에 나사식으로 커플링되는 상부 몸체(206)를 포함한다. 다이어프램(210; diaphragm)은 상부 몸체(206)에 의해 부분적으로 형성되는 제 1 챔버(212)와, 하부 몸체(208)에 의해 부분적으로 형성되는 제 2 챔버(214)를 분리하도록 상부 몸체(206)와 하부 몸체(208) 사이에 배치된다.
스프링(216)은 스프링 시트(224)의 하부 표면(222)과 다이어프램 판(220)의 상부 표면(218) 사이에서 제 1 챔버(212)에 배치된다. 스프링(216)을 통해 다이어프램(210)의 제 1 측면(226)에 가해지는 사전-설정 힘 또는 부하의 양을 바꾸기 위해, 조절기(200)는 스프링 조정기(228)를 구비한다. 스프링 조정기(228)는 상부 몸체(206)의 개구(234)와 나사 결합하는 나사산을 갖는 샤프트(232; shaft)에 커플링되는 외부에서 접근가능한 손잡이(230)를 포함한다. 나사산을 갖는 샤프트(232)는 스프링 시트(224)의 상부 측면(238)과 결합하는 단부(236)를 포함한다. 일반적으로, 손잡이(230)(예를 들어, 시계방향 또는 반시계방향)를 회전시키는 것은 다이어프램 판(220)에 대해 단부(236)의 위치를 바꾸므로, 스프링(216)을 압축시키거나 압축해제시키고, 이는 다이어프램(210)의 제 1 측면(226)에 가해지는 사전-설정 힘 또는 부하의 양을 바꾼다.
하부 몸체(208)는 그 안에 예시적인 인-라인 조절기(202)가 배치되는 입구 포트(204)와, 출구 포트(240)를 포함한다. 입구 포트(204)와 출구 포트(240)는 제 1 유체 통로(242), 개구(244), 제 2 챔버(214) 및 제 2 유체 통로(246)를 통해 유체가 통하게 커플링된다. 입구 포트(204)와 출구 포트(240) 사이의 유체 유동을 제어하기 위해, 조절기(200)는 개구(244)에 의해 형성된 시트면(252)과 결합하게 구성되고 구멍(250)에 배치되는 편향된(biased) 밸브 플러그(248)를 구비한다. 밸브 플러그(248)는 밸브 플러그(248)와 다이어프램(210)을 작동가능하게 커플링하도록 개구(244)를 통해 다이어프램(210)을 향해 연장하는 기다란 부재(254)에 커플링된다. 일반적으로, 다이어프램(210)의 위치는 개구(244)에 대한 밸브 플러그(248)의 위치에 영향을 미치므로, 조절기(200)를 지나는 유체 유동에 영향을 미친다. 보다 상세하게는, 밸브 플러그(248)가 시트면(252)을 향해 이동하거나 및/또는 결합할 때, 개구(244)를 지나, 즉, 입구 포트(204)와 출구 포트(240) 사이에 흐르는 유체의 양이 감소한다. 다르게는, 밸브 플러그(248)가 시트면(252)으로부터 멀어질 때, 개구(244)를 지나, 즉, 입구 포트(204)와 출구 포트(240) 사이에 흐르는 유체의 양이 증가한다.
작동시, 출구 압력은 다이어프램(210)의 제 2 측면(256)에 상방향 힘을 가한다. 출구 압력이 설정 압력에 접근하거나 및/또는 같으면, 다이어프램(210)의 제 2 측면(256)에 가해지는 상방향 힘은 스프링(216)을 통해 다이어프램(210)의 제 1 측면(226)에 가해지는 하방향 힘을 이기므로, 다이어프램(210)과 밸브 플러그(248)가 시트면(252)을 향해 이동한다. 다르게는, 출구 압력이 설정 압력 아래로 감소하면, 스프링(216)을 통해 제 1 측면(226)에 가해지는 하방향 힘은 출구 압력을 통해 제 2 측면(256)에 가해지는 상방향 힘을 이기므로, 다이어프램(210)과 밸브 플러그(248)가 시트면(252)으로부터 멀어지게 이동한다.
일반적으로, 공지된 조절기(200)는 제 1 유체 통로(242)와 출구 포트(240) 사이의 압력을 감소시키거나 및/또는 조절하고 인-라인 조절기(202)는 하기에 상술하는 바와 같이, 제 1 유체 통로(242)와 입구 포트(204) 사이의 압력을 감소시키거나 및/또는 조절한다.
도 3은 공지된 조절기(200)의 입구 포트(204)에서 인-라인 조절기(202)로서 배치될 수 있는, 예시적인 인-라인 조절기(300)(예를 들어, 제 1 스테이지 인-라인 압력 감소 조절기)를 예시한다. 인-라인 조절기(300)는 인-라인 몸체(304)와 피스톤 조립체(306)를 포함하고 둘 다 공지된 조절기(200)(도 2)의 입구 포트(204)와 같은 다른 조절기의 입구 포트에 배치될 수 있다. 몇몇 예들에서, 몸체(304) 및/또는 피스톤 조립체(306)는 플라스틱 재료 및/또는 PEEK 재료(예를 들어, 폴리아크릴에테르에테르케톤)로 만들어질 수 있고, 이는 예시적인 인-라인 조절기(300)가 충분한 밀봉 특성들을 여전히 유지하면서 밀봉부들 또는 o-링들을 구비하지 않을 수 있게 한다. 다른 예들에서, 몸체(304)는 금속 재료로 만들어질 수 있는데 왜냐하면 비교적 더 높은 압력들(즉, 하류측 압력들)에 노출될 수 있기 때문이고, 피스톤 조립체(306)는 플라스틱 재료 또는 PEEK 재료로 만들어질 수 있는데 왜냐하면 비교적 낮은 압력들(즉, 상류측 압력들)에 노출되기 때문이다. 인-라인 조절기(300)는 예를 들어, 기계가공, 주조 및/또는 사출주조와 같은 임의의 적절한 방법들에 의해 제조, 생산, 및/또는 제작될 수 있다. 본원에 상술하지 않았지만, 인-라인 조절기(300)는 유익하게는 배압을 조절하게 구성될 수 있고 및/또는 예를 들어, 상이한 스프링율을 갖는 편향 부재들을 사용하여 조정될 수 있다.
몸체(304)는 제 1 부분(308)과 제 2 부분(310)을 포함한다. 제 1 부분(308)은 제 2 부분(310)으로부터 입구 포트(204)의 구멍(312)을 향해 연장한다. 몇몇 예들에서, 제 1 부분(308)은 인-라인 조절기(300)가 입구 포트(204) 내에 적절히 배치될 수 있도록 도구(도시생략)에 의해 결합되도록 예를 들어, 6각형 프로파일을 가질 수 있다. 제 2 부분(310)은 입구 포트(204)의 내측 나사산(258)들과 나사 결합하는 외측 나사산(314)들을 포함한다. 부가적으로, 제 2 부분(310)은 오목부(320)(예를 들어, 원주방향 오목부)를 형성하는 표면(318)과 개구(324)의 시트면(322)을 포함한다. 개구(324)는 제 1 및 제 2 부분(308, 310)들을 통해 연장한다. 일반적으로, 오목부(320)는 피스톤 조립체(306)의 기다란 부재 또는 칼라(326)(collar)를 수용하고 시트면(322)은 피스톤 부재(306)의 밸브 플러그(328)를 수용한다. 오목부(320)와 칼라(326) 간의 상호작용은 제 2 부분(310)과 피스톤 조립체(306)의 헤드(330) 간의 영역(330)이 실질적으로 대기압이게 하므로, 인-라인 조절기(300)를 통해 흐르는 유체가 헤드(330)의 표면(331)에 대해 실질적으로 작용하지 않는다.
피스톤 조립체(306)는 칼라(326), 밸브 플러그(328) 및 헤드(330)를 포함한다. 밸브 플러그(328)는 헤드(330)와 일체로 커플링되고 몸체(304)의 개구(324)의 입구(333)가 제 1 유체 통로(242)(도 2)에 유체가 통하게 커플링될 수 있게 하는 다수의 개구(232) 사이에 배치된다. 몇몇 예들에서, 개구(332)는 입구 포트(204)의 축(334)에 대해 실질적으로 평행할 수 있다.
헤드(330)의 표면(335)은 입구 포트(204)의 표면(260)(도 2)과 슬라이딩 가능하게 그리고 밀봉되게 결합하는 사이즈를 가질 수 있다. 몇몇 예들에서, 헤드(330)는 예를 들어, 하류측 유체의 압력 또는 온도를 측정하기 위해 센서(337)를 구비할 수 있다. 일반적으로, 헤드(330)의 위치는 개구(324)에 대한 밸브 플러그(328)의 위치에 영향을 미치므로, 인-라인 조절기(330)를 지나는 유체 유동에 영향을 미친다. 보다 상세하게는, 밸브 플러그(328)가 시트면(322)을 향해 이동하고 및/또는 결합할 때, 개구(324)를 지나, 즉, 입구 포트(204)와 제 1 유체 통로(242)(도 2) 사이를 흐르는 유체의 양이 감소한다. 다르게는, 밸브 플러그(328)가 시트면(322)으로부터 멀어지게 이동할 때, 개구(324)를 지나, 즉, 입구 포트(204)와 제 1 유체 통로(242) (도 2) 사이를 흐르는 유체의 양이 증가한다.
상술한 바와 같이, 인-라인 조절기(300)는 제 1 유체 통로(242)(도 2)와 입구 포트(204) 사이의 압력을 조절 및/또는 감소시킨다. 작동시, 제 1 유체 통로(242)(도 2)의 압력은 밸브 플러그(328)를 시트면(322)을 향해 미는 화살표(338)로 일반적으로 나타낸 방향으로 헤드(330)의 면(336)에 힘을 가하고 입구 포트(204)의 압력은 밸브 플러그(328)를 시트면(322)으로부터 멀어지게 미는 화살표(342)로 일반적으로 나타낸 방향으로 밸브 플러그(328)의 일부분(340)에 힘을 가한다. 제 1 유체 통로(242)(도 2)의 압력이 설정 압력에 접근하거나 및/또는 같으면, 헤드(330)의 면(336)에 가해지는 힘은 밸브 플러그(328)의 부분(340)에 가해지는 힘과 제 2 부분(310)과 헤드(330) 사이에 배치된 편향 부재(344)(예를 들어, 접시스프링 워셔(belleville washer), 웨이브 스프링 등)에 의해 가해지는 스프링 힘을 이기므로, 피스톤 조립체(306)는 밸브 플러그(328)가 시트면(322)을 향해 이동하도록 움직인다. 다르게는, 제 1 유체 통로(242)(도 2)의 압력이 설정 압력 아래로 감소하면, 밸브 플러그(328)의 부분(340)에 가해지는 힘과 편향 부재(344)에 의해 가해지는 힘이 제 1 유체 통로(242)(도 2)의 압력을 통해 헤드(330)의 면(336)에 가해지는 힘을 이기므로, 피스톤 조립체(306)는 피스톤 조립체(306)에 의해 형성된 다수의 개구(332)와 몸체(304)에 의해 형성된 개구(324)를 통해 유체가 흐를 수 있도록 밸브 플러그(328)가 시트면(322)으로부터 멀어지게 이동하도록 움직인다.
입구 포트(204) 내에 인-라인 조절기(300)를 커플링하고 및/또는 배치하도록, 사용자는 편향 부재(344)의 표면(346)이 헤드(330)의 표면(331)에 인접하고 및/또는 결합할 때까지 칼라(326) 주변에 편향 부재(344)를 배치할 수 있다. 일반적으로, 편향 부재(344)는 밸브 플러그(328)를 시트면(322)으로부터 멀어지게 민다. 그 다음에 사용자는 칼라(326)를 쥐고 헤드(330)의 표면(335)이 입구 포트(204)의 표면(260)(도 2) 근처에 위치하고 및/또는 밀봉되게 결합할 때까지 구멍(312)을 향해 칼라(326)가 연장하도록 입구 포트(204)로 피스톤 조립체(306)를 삽입한다. 다음에, 사용자는 입구 포트(204)의 내측 나사산(258)들에 몸체(304)의 외측 나사산(314)들을 나사결합시킨 다음에 칼라(326)의 단부(350)가 오목부(320)에 배치되고, 제 2 부분(310)의 표면(318)이 편향 부재(344)와 결합하고 및/또는 밸브 플러그(328)가 시트면(322)에 인접하게 배치되고 및/또는 결합할 때까지 도구(도시생략)를 통해 제 1 부분(308)을 회전(예를 들어, 시계방향 또는 반시계방향)시킨다. 일단 인-라인 조절기(300)가 입구 포트(204)에 적절히 배치되면, 파이프 또는 다른 유체 커플링 구조물(도시생략)이 입구 포트(204)에 나사결합될 수 있고 인-라인 조절기(300) 상류측의 유체 유동이 개시될 수 있다.
도 4는 다른 예시적인 인-라인 조절기(400)(예를 들어, 제 1 스테이지 인-라인 압력 감소 조절기)를 예시하고, 이는 공지된 조절기(200)의 입구 포트(204)와 같은 다른 조절기의 입구 포트에 배치될 수 있다. 도 4의 인-라인 조절기(400)는 도 2의 인-라인 조절기(202)와 유사하다. 인-라인 조절기(400)는 몸체(402), 피스톤 조립체(404) 및 밸브 플러그(406)를 포함하고, 이들 모두는 공지된 조절기(200)(도 2)의 입구 포트(204)에 배치될 수 있다. 몸체(402), 피스톤 조립체(404) 및/또는 밸브 플러그(406)는 예를 들어, 인-라인 조절기(400)를 지나 이동되는 유체의 압력에 따라 금속 재료 및/또는 플라스틱 재료로 만들어질 수 있다.
몸체(402)는 제 1 부분(408)과 제 2 부분(410)을 포함한다. 제 1 부분(408)은 입구 포트(204)의 구멍(412)을 향해 제 2 부분(410)으로부터 연장한다. 제 1 부분(408)은 인-라인 조절기(400)가 입구 포트(204) 내에 적절히 배치될 수 있도록 도구(도시생략)에 의해 결합되도록 예를 들어, 6각형 프로파일(도 5 참조)을 가질 수 있다. 제 2 부분(410)은 입구 포트(204)의 내측 나사산(258)들과 나사 결합하는 외측 나사산(414)들을 포함한다. 부가적으로, 구멍(418), 홈(420), 오목부(422) 및 개구(426)의 시트면(424)을 포함한다. 개구(426)는 제 1 및 제 2 부분(408, 410)들을 통해 연장한다. 일반적으로, 홈(420)은 밀봉부 또는 o-링(428)을 수용하고, 오목부(422)는 피스톤 조립체(404)의 기다란 부재 또는 칼라(430)를 수용하고 시트면(424)은 밸브 플러그(406)를 수용한다. 칼라(430)의 표면(434)과 밀봉부 또는 o-링(428) 간의 상호작용과 오목부(422)와 칼라(430) 간의 상호작용은 제 2 부분(410)과 피스톤 조립체(404)의 헤드(438) 사이의 영역이 실질적으로 대기압일 수 있게 하므로, 인-라인 조절기(400)를 지나 흐르는 유체가 헤드(438)의 표면(440)에 대해 작용하지 않는다.
피스톤 조립체(404)는 칼라(430)와 헤드(438)를 포함한다. 밸브 플러그(406)는 예를 들어, 죔쇠 끼워맞춤(interference fit)을 통해 칼라(430)에 의해 형성된 구멍(441) 내에 적어도 부분적으로 위치하고, 몸체(402)에 의해 형성된 구멍(418) 내에 적어도 부분적으로 위치한다. 도 6을 간단히 참조하면, 몇몇 예에서, 칼라(430)의 구멍(441)은 원통형 프로파일을 갖고 밸브 플러그(406)의 일부분(442)은 6각형 프로파일을 갖는다. 이와 같이, 다수의 공간 또는 갭(444)이 구멍(441)의 표면(446)과 부분(442)의 표면(448)들 사이에 위치하고, 이는 입구(450)(도 4)와 제 1 유체 통로(242)(도 2) 사이에 유체가 흐를 수 있게 한다.
도 4를 다시 참조하면, 피스톤 조립체(404)의 헤드(438)는 헤드(438)의 면(456) 부근에 구멍(454)을 각각 갖는 다수의 개구(452)(도 7 참조)를 형성한다. 몇몇 예들에서, 개구(452)들은 입구 포트(204)의 축(458)에 대해 실질적으로 평행할 수 있다. 헤드(438)는 입구 포트(204)의 면(260)(도 2)과 슬라이딩 가능하게 그리고 밀봉되게 결합하는 밀봉부(462)를 수용하도록 홈(460)(예를 들어, 원주방향 홈)을 형성한다. 일반적으로, 헤드(438)의 위치는 개구(426)에 대한 밸브 플러그(406)의 위치, 즉, 인-라인 조절기(400)를 지하는 유체 유동에 영향을 미친다. 보다 상세하게는, 밸브 플러그(406)가 시트면(424)을 향해 이동하거나 및/또는 결합할 때, 개구(426)를 지나는 즉, 입구 포트(204)와 제 1 유체 통로(242)(도 2) 사이의, 유체의 양이 감소한다. 다르게는, 밸브 플러그(406)가 시트면(424)으로부터 멀어지게 이동할 때, 개구(426)를 지나는, 즉, 입구 포트(204)와 제 1 유체 통로(242)(도 2) 사이의, 유체의 양이 증가한다.
상술한 바와 같이, 인-라인 조절기(400)는 입구 포트(204)와 제 1 유체 통로(242)(도 2) 사이의 압력을 조절하고 및/또는 감소시킨다. 작동시, 제 1 유체 통로(242)(도 2)의 압력은 밸브 플러그(406)를 시트면(424)을 향해 미는 화살표(464)로 일반적으로 나타낸 방향으로 헤드(438)의 면(456)에 힘을 가하고 입구 포트(204)의 압력은 밸브 플러그(406)를 시트면(424)으로부터 멀어지게 미는 화살표(468)로 일반적으로 나타낸 방향으로 밸브 플러그(406)의 일부분(466)에 힘을 가한다. 제 1 유체 통로(242)(도 2)의 압력이 설정 압력에 접근하거나 및/또는 같으면, 헤드(438)의 면(456)에 가해지는 힘은 헤드(438)와 제 2 부분(410) 사이에 위치하는 편향 부재(470)(예를 들어, 접시스프링 워셔, 웨이브 스프링 등)에 의해 가해지는 스프링 힘과 밸브 플러그(406)의 부분(466)에 가해지는 힘을 이기므로, 피스톤 조립체(404)와 밸브 플러그(406)는 시트면(322)을 향해 움직인다. 다르게는, 제 1 유체 통로(242)(도 2)의 압력이 설정 압력 아래로 감소하면, 밸브 플러그(406)의 부분(466)에 가해지는 힘과 편향 부재(470)에 의해 가해지는 힘이 제 1 유체 통로(242)(도 2)의 압력을 통해 헤드(438)의 면(456)에 가해지는 힘을 이기므로, 피스톤 조립체(406)는 몸체(402)에 의해 형성된 개구(426)를 통해, 밸브 플러그(406) 둘레에서 및 피스톤 조립체(404)에 의해 형성된 다수의 개구(452)를 통해 유체가 흐를 수 있도록 밸브 플러그(406)가 시트면(424)으로부터 멀어지게 이동하도록 움직인다.
인-라인 조절기(400)는 상술한 바와 같이 인-라인 조절기(300)와 실질적으로 유사한 방식으로 입구 포트(204) 내에 커플링되거나 및/또는 배치될 수 있다. 이와 같이, 입구 포트(204)에 인-라인 조절기(400)를 커플링하거나 및/또는 배치하는 설명은 여기서 반복하지 않는다.
도 8은 예시적인 인-라인 조절기(800)(예를 들어, 제 1 스테이지 인-라인 압력 감소 조절기)를 예시하고, 이는 공지된 조절기(200)의 입구 포트(204)와 같은 다른 조절기의 입구 포트에 배치될 수 있다. 인-라인 조절기(800)는 몸체(802), 피스톤 조립체(804) 및 밸브 플러그(806)를 포함하고, 이들 모두 공지된 조절기(200)(도 2)의 입구 포트(204) 내에 실질적으로 배치된다. 몸체(802), 피스톤 조립체(804) 및/또는 밸브 플러그(806)는 예를 들어, 인-라인 조절기(800)를 지나 이동하는 유체의 압력에 따라 금속 재료 및/또는 플라스틱 재료로 만들어질 수 있다.
몸체(802)는 제 1 부분(808)과 제 2 부분(810)을 포함한다. 제 2 부분(810)은 입구 포트(204)로 연장하고 제 1 부분(808)은 입구 포트(204)의 구멍(812) 부근에 배치된다. 몇몇 예들에서, 제 1 부분(808)은 인-라인 조절기(800)가 입구 포트(204) 내에 적절히 배치될 수 있도록 도구(도시생략)에 의해 결합되도록 다수의 슬롯(814)을 포함할 수 있다. 부가적으로, 제 1 부분(808)은 파이프 또는 다른 유체 커플링 구조물(도시생략)에 의해 나사 결합되도록 입구 포트(819)와 조절기(200)(도 2)의 입구 포트(204)의 내측 나사산(258)들과 나사 결합하는 외측 나사산(816)들을 포함한다. 제 2 부분(810)은 그 안에 피스톤 조립체(804)의 기다란 부재(822)가 배치되는 구멍(820)과 개구(826)의 시트면(824)을 포함한다. 일반적으로, 기다란 부재(822)는 구멍(820)의 표면(828)과 슬라이딩 가능하게 그리고 밀봉되게 결합한다. 보다 상세하게는, 구멍(820)의 표면(828)과 기다란 부재(822)에 의해 형성되는 홈(832)(예를 들어, 원주방향 홈)에 배치되는 밀봉부(830) 간의 상호작용은 인-라인 조절기(800)를 지나 흐르는 유체가 피스톤 조립체(804)의 헤드(836)의 표면(845)에 대해 작용하는 것을 실질적으로 방지한다.
피스톤 조립체(804)는 밸브 플러그(806)에 작동가능하게 커플링되는 기다란 부재(822)와 헤드(836)를 포함한다. 밸브 플러그(806)는 제 2 부분(810)의 구멍(820)에 배치되고 시트면(824)과 결합하게 구성된다. 피스톤 조립체(804)는 다수의 제 2 구멍(842) 반대쪽의 제 1 구멍(840)을 갖는 개구(838)를 포함한다. 예시적인 인-라인 조절기(800)가 2개의 제 2 구멍(842)들을 포함하지만, 예시적인 인-라인 조절기(800)는 임의의 개수의 제 2 구멍(예를 들어, 1, 2, 3, 등)을 가질 수 있다. 헤드(836)는 입구 포트(204)의 표면(260)(도 2)과 슬라이딩 가능하게 그리고 밀봉되게 결합하는 밀봉부(845)를 수용하도록 홈(844)(예를 들어, 원주방향 홈)을 형성한다.
일반적으로, 헤드(836)의 위치는 개구(826)에 대한 밸브 플러그(806)의 위치에 영향을 미치므로, 인-라인 조절기(800)를 지나는 유체 유동에 영향을 미친다. 보다 상세하게는, 밸브 플러그(806)가 시트면(824)을 향해 이동하고 및/또는 결합할 때, 개구(826)를 지나는, 즉, 입구 포트(204)와 제 1 유체 통로(242)(도 2) 사이의, 흐르는 유체의 양이 감소한다. 다르게는, 밸브 플러그(806)가 시트면(824)으로부터 멀어지게 움직일 때, 개구(826)를 지나는, 즉, 입구 포트(204)와 제 1 유체 통로(242)(도 2) 사이의, 흐르는 유체의 양이 증가한다.
상술한 바와 같이, 인-라인 조절기(800)는 제 1 유체 통로(242)(도 2)와 입구 포트(204) 간의 압력을 조절하고 및/또는 감소시킨다. 작동시, 제 1 유체 통로(242)(도 2)의 압력은 밸브 플러그(806)를 시트면(824)을 향해 미는 화살표(848)로 일반적으로 나타낸 방향으로 헤드(836)의 면(846)에 힘을 가하고 입구 포트(204)의 압력은 밸브 플러그(806)를 시트면(824)으로부터 멀어지게 미는 화살표(852)로 일반적으로 나타낸 방향으로 밸브 플러그(806)의 일부분(850)에 힘을 가한다. 제 1 유체 통로(242)(도 2)의 압력이 설정 압력에 접근하거나 및/또는 같으면, 헤드(836)의 면(846)에 가해지는 힘은 밸브 플러그(806)의 부분(850)에 가해지는 힘을 이기므로, 피스톤 조립체(804)와 밸브 플러그(806)는 시트면(824)을 향해 움직인다. 다르게는, 제 1 유체 통로(242)(도 2)의 압력이 설정 압력 아래로 감소하면, 밸브 플러그(806)의 부분(850)에 가해지는 힘은 제 1 유체 통로(242)(도 2)의 압력을 통해 헤드(836)의 면(846)에 가해지는 힘을 이기므로, 피스톤 조립체(804)와 밸브 플러그(806)는 피스톤 조립체(804)에 의해 형성된 개구(838)와 제 2 구멍(842)들 중 적어도 하나, 몸체(802)에 의해 형성된 개구(826)를 지나 유체가 흐를 수 있도록 시트면(824)으로부터 멀어지게 움직인다.
입구 포트(204) 내에 인-라인 조절기(800)를 커플링하고 및/또는 배치하도록, 사용자는 기다란 부재(822)를 쥐고 예를 들어, 홈(844)에 위치한 밀봉부(845)가 입구 포트(204)의 표면(260)(도 2) 근처에 위치하고 및/또는 밀봉되게 결합할 때까지 구멍(812)을 향해 기다란 부재(822)가 연장하도록 입구 포트(204)로 피스톤 조립체(804)를 삽입한다. 다음에, 사용자는 제 2 부분(810)의 구멍(820)과 기다란 부재(822)를 정렬하고 입구 포트(204)의 내측 나사산(258)들에 몸체(802)의 외측 나사산(816)들을 나사결합시킨다. 그 다음에 도구(도시생략)가 슬롯(814)들에 배치되고 밸브 플러그(806)가 시트면(824)에 인접하게 배치되고 및/또는 결합하고 및/또는 제 2 부분(810)의 단부(854)가 헤드(836)의 표면(834)에 인접하게 배치되고 및/또는 결합할 때까지 몸체(802)를 회전시키도록 (예를 들어, 시계방향 또는 반시계방향으로) 회전된다. 일단 인-라인 조절기(800)가 입구 포트(204)에 적절히 배치되면, 파이프 또는 다른 유체 커플링 구조물(도시생략)이 입구 포트(819)에 나사결합될 수 있고 인-라인 조절기(800) 상류측의 유체 유동이 개시될 수 있다.
도 9는 예시적인 인-라인 조절기(900)(예를 들어, 제 1 스테이지 인-라인 압력 감소 조절기)를 예시하고, 이는 공지된 조절기(200)(도 2)의 입구 포트(204)와 같은 다른 조절기의 입구 포트에 배치될 수 있다. 도 9의 인-라인 조절기(900)는 도 8의 인-라인 조절기(800)와 실질적으로 유사하다. 이와 같이, 도 8에 사용된 도면부호들과 같은 도 9에 사용되는 도면부호들은 동일하거나 유사한 부재들에 대응한다. 도 8의 인-라인 조절기(800)와는 대조적으로, 도 9의 인-라인 조절기(900)의 몸체(902)는 제 1 부분(904)과 제 2 부분(906)을 포함한다. 제 2 부분(906)은 입구 포트(204)로 연장하고 제 1 부분(904)은 입구 포트(204)의 구멍(908)으로부터 멀어지게 연장한다. 제 2 부분(906)은 기다란 부분(910)과, 기다란 부분(910)으로부터 일정 거리의 나사 부분(912)을 포함한다. 나사 부분(912)은 입구 포트(204)의 내측 나사산(258)들과 나사결합한다.
인-라인 조절기(900)를 입구 포트(204)에 커플링하거나 및/또는 배치하기 위해, 사용자는 기다란 부재(822)를 쥐고 예를 들어, 홈(844)에 위치한 밀봉부(845)가 입구 포트(204)의 표면(260)(도 2) 근처에 위치하고 및/또는 밀봉되게 결합할 때까지 구멍(908)을 향해 기다란 부재(822)가 연장하도록 입구 포트(204)로 피스톤 조립체(804)를 삽입한다. 다음에, 사용자는 기다란 부분(910)의 구멍(916)과 기다란 부재(822)를 정렬하고 입구 포트(204)의 내측 나사산(258)들에 나사 부분(912)의 외측 나사산(917)들을 나사결합시킨다. 그 다음에 도구(도시생략)가 제 1 부분(904)의 표면(918)에 결합되고 기다란 부분(910)의 단부(920)가 헤드(936)의 표면(834)에 인접하게 배치되고 및/또는 결합하고 및/또는 밸브 플러그(806)가 시트면(824)에 인접하게 배치되고 및/또는 결합할 때까지 몸체(902)를 회전시키도록 (예를 들어, 시계방향 또는 반시계방향으로) 회전된다. 일단 인-라인 조절기(900)가 입구 포트(204)에 적절히 배치되면, 파이프 또는 다른 유체 커플링 구조물(도시생략)이 입구 포트(819)에 나사결합될 수 있고 인-라인 조절기(900) 상류측의 유체 유동이 개시될 수 있다.
비록 특정한 예의 방법들, 장치 및 제조 항목들이 본 명세서에 설명되었지만, 본 특허의 포괄 범위는 이에 한정되지 않는다. 대조적으로, 본 특허는 등가물들의 원칙 하에서 또는 문자 그대로 청구범위 내에 타당하게 드는 모든 방법들, 장치 및 제조 항목들을 포괄한다.
100: 공지된 인-라인 조절기 102: 하우징
104: 몸체 106: 피스톤 조립체
108: 밸브 플러그 110: 외부 출구 커플링
112: 외측 나사산 114: 구멍
116: 제 1 부분 118: 제 2 부분

Claims (20)

  1. 다른 압력 조절기의 포트와 나사 결합하도록 배치된 나사산들을 갖는 몸체로서, 입구, 개구, 및 시트면을 형성하는 상기 몸체와;
    밸브 플러그에 작동가능하게 커플링되는 피스톤 조립체로서, 다른 조절기와 입구 사이의 유체 유동을 제어하도록 시트면과 개구에 대해 밸브 플러그를 이동시키도록 몸체에 대해 슬라이딩 가능하게 움직일 수 있고, 다른 압력 조절기의 포트의 표면과 슬라이딩 가능하게 그리고 밀봉되게 결합하도록 구성되는 상기 피스톤 조립체를 포함하며,
    상기 몸체는, 밸브 플러그가 시트면과 결합할 때 피스톤 조립체의 칼라를 수용하도록 개구 근처에 오목부를 포함하는 인-라인 압력 조절기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브 플러그는 적어도 부분적으로 몸체의 구멍에 배치되는 인-라인 압력 조절기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 피스톤 조립체는 구멍의 표면과 밀봉되게 결합하는 인-라인 압력 조절기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 피스톤 조립체는 입구를 다른 조절기에 대하여 유체가 통하게 커플링하도록 하나 이상의 개구를 형성하는 인-라인 압력 조절기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브 플러그는 피스톤 조립체를 통해 다른 압력 조절기의 압력에 응답하여 개구와 시트면을 향해 이동하도록 구성되는 인-라인 압력 조절기.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 포트는 다른 압력 조절기의 입구 포트인 인-라인 압력 조절기.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 나사산들은 외측 나사산들인 인-라인 압력 조절기.
  8. 청구항 1에 있어서,
    밸브 플러그를 피스톤 조립체를 통해 개구와 시트면으로부터 멀어지게 밀도록 몸체의 표면과 피스톤 조립체의 일부분 사이에 배치된 편향 부재를 더 포함하는 인-라인 압력 조절기.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 몸체는 제 1 재료를 포함하고 피스톤 조립체는 제 1 재료와는 상이한 제 2 재료를 포함하는 인-라인 압력 조절기.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 인-라인 압력 조절기는 제 1 스테이지 인-라인 압력 감소 조절기인 인-라인 압력 조절기.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 인-라인 압력 조절기는 다른 압력 조절기의 포트 내측에 실질적으로 전체가 배치되는 인-라인 압력 조절기.
  12. 청구항 1에 있어서,
    입구 포트로서 기능하도록 입구 근처에 나사산을 갖는 포트를 더 포함하는 인-라인 압력 조절기.
  13. 삭제
  14. 다른 압력 조절기의 포트와 나사 결합하도록 배치된 나사산들을 갖는 몸체로서, 입구, 개구, 및 시트면을 형성하는 상기 몸체와;
    다른 조절기와 입구 사이의 유체 유동을 제어하기 위한 수단으로서, 다른 압력 조절기의 포트의 표면과 슬라이딩 가능하게 그리고 밀봉되게 결합하도록 구성되는, 다른 조절기와 입구 사이의 유체 유동 제어 수단을 포함하며,
    상기 몸체는 다른 압력 조절기의 포트 내측에 전체가 배치되는 크기를 가지며 배열되며,
    다른 조절기와 입구 사이의 상기 유체 유동 제어 수단은, 밸브 플러그에 작동가능하게 커플링된 피스톤 조립체이며,
    상기 몸체는, 밸브 플러그가 시트면과 결합할 때 피스톤 조립체의 칼라를 수용하도록 개구 근처에 오목부를 포함하는 인-라인 압력 조절기.
  15. 삭제
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 피스톤 조립체는 몸체의 구멍의 표면과 밀봉되게 결합하는 인-라인 압력 조절기.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 밸브 플러그는 피스톤 조립체를 통해 다른 압력 조절기의 압력에 응답하여 개구와 시트면을 향해 이동하도록 배치되는 인-라인 압력 조절기.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 청구항 14에 있어서,
    입구 포트로서 기능하도록 구성되며, 입구 근처에 나사산을 갖는 포트를 더 포함하는 인-라인 압력 조절기.
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