KR20140020282A - 유체 조절기의 유체 오염 방지를 위한 밸브 장치 - Google Patents

유체 조절기의 유체 오염 방지를 위한 밸브 장치 Download PDF

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KR20140020282A
KR20140020282A KR20137026905A KR20137026905A KR20140020282A KR 20140020282 A KR20140020282 A KR 20140020282A KR 20137026905 A KR20137026905 A KR 20137026905A KR 20137026905 A KR20137026905 A KR 20137026905A KR 20140020282 A KR20140020282 A KR 20140020282A
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제이슨 디. 클리포드
마크 와튼 크래머
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테스콤 코포레이션
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Abstract

유체 조절기 내의 유체 오염을 방지하는 밸브 장치가 개시된다. 본원의 예시적 밸브 장치는 유체 조절기의 유체 유로 내부에 배치되고 유체 유로 저압측 및 유체 유로 고압측을 형성하는 하우징을 포함한다. 유체 조절기에 결합될 때 하우징은 최소한 부분적으로 유체 유로를 형성하는 보어를 가진다. 하우징은 비-나사식 연결을 통해 보어 내부에 배치되고 유체 유로 저압측과 유체 연통되는 가동성 밸브 조립체 및 하우징을 유체 조절기 개구에 나사 결합시키는 수나사를 가진다. 밀폐 시스템은 유체 유로 고압측 및 유체 유로 저압측 사이로 불순물 유동을 방지한다.

Description

유체 조절기의 유체 오염 방지를 위한 밸브 장치{VALVE APPARATUS TO PREVENT CONTAMINATION OF FLUID IN A FLUID REGULATOR}
일반적으로 본 특허는 유체 조절기, 더욱 상세하게는, 유체 조절기에서 유체 오염 방지를 위한 밸브 장치에 관한 것이다.
통상 유체 조절기는 공정 제어시스템 전반에 분산 배치되어 다양한 유체 (예를들면, 액체, 기체, 기타 등) 압력을 조절한다. 전형적으로 유체 조절기는 유압을 실질적으로 일정한 값으로 조절하기 위하여 사용된다. 상세하게는, 전형적으로 유체 조절기는 상대적으로 고압의 공급 유체를 수용하여 출구에서 상대적으로 더 낮은 및 실질적으로 일정 압력을 제공하는 입구를 가진다.
하류 압력 조절을 위하여, 통상 유체 조절기는 하류원와 유체 연통되는 출구 압력을 감지하기 위한 감지 요소 또는 다이어프램을 포함한다. 밸브 장치는 유체 유로 내부에 배치되어 입구 및 출구 사이 유체 흐름을 조절하거나 조정한다. 밸브 장치는 감지 요소와 작동적으로 연결되어, 감지 요소 양측 압력차에 따라 밸브 장치는 입구 및 출구 사이 유체 유동을 허용하는 개방위치 및 입구 및 출구 사이 유체 유동을 제한하는 폐쇄위치 사이로 이동된다.
밸브 장치를 유체 유로에 결합시키기 위하여, 일부 공지 유체 조절기는 유체 조절기 몸체 보어와 나사 결합되는결착구 또는 기타 부재를 이용한다. 그러나, 조립 과정에서, 이러한 나사식 연결은 밸브 장치의 필터 하류에 불순물 (예를들면, 입자, 파편 또는 오염물)을 형성한다. 작동 중에, 고압 처리 유체는 불순물을 유체 유로를 통해 흘려보내고 하류 요소 또는 설비는 오염된다. 고순도 분야에서, 오염 유체는 허용되지 않는다. 추가로 또는 달리, 불순물은 밸브 장치 실링 표면에 부착되어, 유체 조절기가 폐쇄위치에 있을 때 밀폐성이 부적합하게 되고 및/또는 밸브 장치에 손상이 유발된다.
일 실시예에서, 밸브 장치는 유체 조절기의 유체 유로 내부에 배치되고 유체 유로 저압측 및 유체 유로 고압측을 형성하는 하우징을 포함한다. 유체 조절기에 결합될 때 하우징은 최소한 부분적으로 유체 유로를 형성하는 보어를 가진다. 하우징은 비-나사식 연결을 통해 보어 내부에 배치되고 유체 유로 저압측과 유체 연통되는 가동성 밸브 조립체 및 하우징을 유체 조절기 개구에 나사 결합시키는 수나사를 가진다. 밀폐 시스템은 유체 유로 고압측 및 유체 유로 저압측 사이로 불순물 유동을 방지한다.
다른 실시예에서, 유체 조절기는 최소한 부분적으로 입구 및 출구 사이 유체 유로를 형성하는 나사식 개구를 가지는 밸브 몸체를 포함한다. 유체 조절기는 하우징을 가지는 밸브 카트리지를 포함하고 하우징은 밸브 카트리지를 밸브 몸체의 나사식 개구에 착탈식 결합하는 수나사를 포함하고 밸브 카트리지는 하우징에 결합되는 필터를 가진다. 하우징은 유동 조절 조립체를 수용하는 보어를 가지고 유동 조절 조립체는 필터 하류에 비-나사식 연결을 통해 하우징에 결합된다. 실링이 밸브 카트리지 하우징에 결합되고 밸브 카트리지 수나사 및 유체 조절기 감지 챔버 사이에 배치되어 실링 및 필터는 불순물을 필터 상류 유체 조절기 개구 내로 격리시켜 필터 하류 처리 유체를 오염시키는 것을 방지한다.
본 명세서 내에 포함되어 있음.
도 1은 공지의 유체 조절기를 도시한 것이다.
도 2는 도 1 공지 유체 조절기 구현에 사용되는 공지 밸브 장치 확대도이다.
도 3은 본원의 예시적 유체조절기를 도시한 것이다.
도 4는 도 3의 예시적 유체 조절기의 부분확대도이다.
도 5는 본원의 다른 예시적 밸브 장치를 가지는 유체 조절기의 부분도이다.
도 6은 본원의 또 다른 예시적 밸브 장치를 가지는 유체 조절기의 부분도이다.
본원의 예시적 밸브 장치는 불순물 (예를들면, 오염물, 파편, 입자, 기타 등)이 하류 요소 또는 설비로 흘러들거나 및/또는 밸브장치의 실링 표면에 침적되는 것을 상당히 감소 또는 방지한다. 더욱 상세하게는, 본원의 예시적 밸브장치는 유체 조절기 몸체에 밸브 장치를 착탈식 결합하는 수나사를 가진다. 유체 조절기 몸체에 결합될 때, 밸브 장치는 유체 유로 저압측 및 유체 유로 고압측을 형성하고, 유로 저압측 및 고압측 사이 유체 유동을 조절하는 가동성 밸브를 포함한다. 종래 또는 공지 밸브 장치와는 달리, 본원의 밸브장치는 밀폐 시스템을 이용하여 불순물이 유체 유로 고압측 및 유체 유로 저압측 사이로 유동되는 것을 방지한다. 즉, 밀폐시스템은 불순물이 유체 조절기 유체 유로의 여과된 영역으로 흐르는 것을 방지한다. 일부 실시예들에서, 밀폐시스템은 밸브 장치 수나사 저압측에 배치되는 실링을 포함한다. 예를들면, 실링은 밸브 장치 수나사 및 유체 조절기 감지 챔버 사이에 배치되어 불순물이 감지 챔버를 통해 유체 유로로 흐르는 것을 방지한다. 따라서, 예시적 실링은 밸브 조립체 수나사 및 유체 유로 사이 유체 연통을 막는다.
추가로, 일부 실시예들에서, 밸브장치의 밀폐시스템은 수나사가 필터 및 실링 사이에 놓이도록 유체 유로에 배치되는 필터를 포함한다. 이러한 방식으로, 예시적 실링 및 필터는 불순물이 유체 유로로 흐르는 것을 방지한다. 특히, 예시적 필터 및 실링은 필터 상류의 불순물 (예를들면, 수나사에 의해 발생되는 불순물)을 격리 또는 포획하여 이러한 불순물이 유체 유로로 흐르거나 및/또는 밸브 시트 또는 유체 조절 장치에 침적되는 것을 방지한다. 따라서, 예시적 필터 및 실링은 필터 상류의 임의의 불순물을 포획 또는 봉쇄한다.
또한, 종래 유체 조절기와는 달리, 도시된 실시예의 밸브장치는 가동성 유동 조절 조립체를 밸브 장치의 보어 내부에 비-나사식 연결로 결착시킨다. 즉, 본원의 예시적 밸브 장치는 필터 하류 또는 유체 유로의 여과된-측에 나사식 연결부를 가지지 않는다. 따라서, 비-나사식 연결으로 인하여 필터 하류의 처리 유체 오염 가능성은 더욱 줄어든다.
또 다른 실시예들에서, 밸브장치의 예시적 밀폐시스템은 밸브 장치 수나사 제1 측 (즉, 유로 저압측)에 인접하게 배치되는 제1 실링 (예를들면, O-링) 및 수나사 제2 측 (즉, 유로 고압측)에 인접하게 배치되는 제2 실링 (예를들면, O-링)을 가진다. 이러한 방식으로, 예시적 제1 실링 및 제2 실링은 유체 조절기 조립 과정에서 수나사 사이에서 발생되는 불순물을 포획한다.
본원의 예시적 유체조절기를 설명하기 전에, 공지의 유체 조절기 (100)에 대한 간단한 설명이 도 1에 제공된다. 도 1을 참조하면, 예시적 유체 조절기 (100)는 본네트 (104)에 나사 결합되고 입구 (106) 및 출구 (108) 사이 유로를 형성하는 밸브 몸체 (102)를 포함한다. 하중 조립체 (110)는 본네트 (104) 내부에 배치되어 다이어프램 (112)에, 원하는 유체 출구 압력에 상당하는 하중을 제공한다. 다이어프램 (112)은 본네트 (104) 및 밸브 몸체 (102) 사이에 포획되고 다이어프램 (112) 및 밸브 몸체 (102)는 감지 챔버 (114)를 형성하고, 챔버는 통로 (116)를 통해 출구 (108)와 유체 연통된다.
밸브 장치 또는 포핏 (118)은 밸브 시트 (120)에 대하여 운동하여 입구 (106) 및 출구 (108) 사이 유체 흐름을 조절하거나 조정한다. 편향 요소 (122)는 밸브 시트 (120)를 향하여 포핏 (118)을 편향시킨다. 또한 포핏 (118)은 다이어프램 (112) 및 포핏 (118)을 작동적으로 연결하는 스템 (124)을 포함한다. 결착구 (126)는 밸브 시트 (120) 및 포핏 (118)을 밸브 몸체 (102) 보어 (130) 내부로 유지시킨다.
조립 과정에서, 편향 요소 (122) 및 포핏 (118)은 보어 (130) 내부에 배치된다. 밸브 시트 (120)가 보어 (130) 내부에 놓이고 보어 (130) 어깨부 (132)에 지지된다. 결착구 (126)는 밸브 몸체 (102) 보어 (130)와 나사 결합된다. 결착구 (126)는 원통형 몸체이고 밸브 몸체 (102) 나사 (136)와 체결되는 수나사 (134)를 포함한다. 그러나, 조립 과정에서, 결착구 (126) 나사 (134)및/또는 밸브 몸체 (102) 나사 (136)는, 코팅 재료 도금 여부와 무관하게, 불순물 (예를들면, 오염물, 입자 또는 파편)을 유발 또는 발생시킨다. 예를들면, 조립 과정에서, 나사 (134, 136) 크라운은 (예를들면, 나사 (134, 136) 기계가공 과정에서 형성될 수 있는) 버르 (burr)를 가질 수 있고 나사 (134, 136)들이 상호 체결 또는 회전될 때 이것은 절단되거나 금속 입자들 또는 절삭분을 생성할 수 있다. 일부 경우에는, 고압 분야 또는 압력 맥동을 발생시키는 고압 순환 분야에서, 처리 유체는 불순물 또는 입자를 교란시켜 감지 챔버 (114)로 유동시키고, 이에 따라 유체 통로 (116)를 통과하는 처리 유체 및 하류 요소 또는 설비가 오염된다.
추가로 또는 달리, 불순물 또는 입자는 밸브 시트 (120) 및/또는 포핏 (118)으로 흐르거나 침적되어, 유체 조절기 (100)가 폐쇄위치에서 포핏 (118)이 밸브 시트 (120)와 체결될 때 기밀한 실링이 방해된다. 추가로, 밸브 시트 (120) 및/또는 포핏 (118) 상에 불순물 누적으로 포핏 (118) 및/또는 밸브 시트 (120)이 손상되어, 포핏 (118) 및/또는 밸브 시트 (120) 수명이 단축된다.
결착구 (126) 나사 (134) 및 밸브 몸체 나사 (136) (102)는 전형적으로 평행 나사이고 결착구 (126)는 밸브 몸체 (102) 및 다이어프램 (112)에 대하여 정확하게 배치될 수 있다. 그러나, 나사 (134, 136)가 평행나사이므로, 입구 (106)로부터의 고압 유체는 나사 (134, 136) 사이를 통해 감지 챔버 (114)로 흘러, 불순물이 유체 유로로 흐르게 된다. 또한, 일부 공지 유체 조절기는 유체 유로 입구 측 (106) 나사 (134, 136) 아래에 배치되는 실링을 포함한다. 그러나, 유체 유로에 걸친 진동 및/또는 압력 맥동으로 나사 (134, 136) 사이의 파편 또는 불순물이 교란되어, 불순물은 감지 챔버 (114)를 통해 유체 유로로 흘러든다. 일부 경우, 중력 및/또는 진동으로 인하여 나사 (134, 136) 사이에 있는 파편 또는 불순물이 유체 유로로 흘러들도록 유체 조절기 (100) 방향이 설정된다. 예를들면, 유체 조절기 (100)가 거꾸로 배향되면, 나사 (134, 136) 사이의 불순물은 중력 및/또는 진동에 의해 감지 챔버 (114)로 낙하한다.
또한, NPT 나사 체결 체결 나사 간 실링을 제공하지만, NPT 나사를 사용하면 결착구 (126)가 밸브 몸체 (102)에 대하여 부적합한 위치 (예를들면, 높이, 수직성, 기타 등)에 놓이고 따라서 밸브 시트 (132)에 대한 포핏 (118) 위치, 이에 따라, 다이어프램 (112)의 행정에서 유체 유량에 영향을 미치므로 평행나사 (134, 136) 대신 NPT 나사를 사용하는 것은 적합하지 않다. 예를들면, 결착구 (126)가 밸브 몸체 (308)에 대하여 원하는 높이보다 더 낮은 높이에 있으면, 다이어프램 (112)은 원하는 유체 유량을 획득하기 위하여 필요한 이상의 거리를 움직여야 한다.
또한, 세척 용액 또는 솔벤트가 세척 후 유체 조절기 (100)에서 완전히 제거되지 않으므로 일부 경우에 유체 조절기 (100) 조립 후 세척 공정은 적합하지 않다. 그 결과, 유체 조절기 (100)가 공정시스템과 결합되어 작동될 때 솔벤트는 처리 유체 (예를들면, 산소)와 상호 작용할 수 있다.
도 2는 도 1 유체 조절기 (100) 구현에 적용되는 공지의 밸브 카트리지 또는 장치 (200)를 도시한다. 본 실시예에서, 밸브 장치 (200)는 밸브 몸체 (예를들면, 도 1 유체 조절기 (100)의 밸브 몸체 (102))에 밸브 장치 (200)에 나사 결합되는 몸체 또는 하우징 (202)을 포함한다. 추가로, 밸브 장치 (200)는 캡 (204)을 포함하며, 이는 밸브 장치 (200) 몸체 (202) 내부에 밸브 시트 (210)를 보유하기 위하여 몸체 (202) 암나사 (208)와 체결하는 수나사 (206)를 가진다. 그러나, 몸체 (202) 나사 (206) 및 캡 (204) 나사 (208)는 밸브 장치 (200) 유체 유로 (212)와 유체 연통된다. 즉, 나사 (206, 208)는 필터 (214) 하류에 배치된다. 따라서, 조립 과정에서 몸체 (202) 나사 (206) 및 캡 (204) 나사 (208) (예를들면, 평행나사)에 의해 발생되는 파편, 오염물 또는 불순물은 작동 과정에서 유체 유로 (212) 내부로 흐를 수 있어, 하류 요소들 또는 설비를 오염시킨다. 추가로 또는 달리, 불순물은 밸브 장치 (200)의 밸브 시트 (210) 및/또는 포핏 (216)의 각 실링 표면들에 정착되어 밸브 장치 (200) 폐쇄위치에서 포핏 (216)이 밸브 시트 (210)와 체결될 때 실질적으로 기밀한 실링을 방해한다. 추가로, 이러한 불순물 침적으로 밸브 시트 (210) 및/또는 포핏 (216)이 손상된다.
도 3은 본원의 밸브 카트리지 또는 밸브 장치 (302)를 가지는 예시적 유체 조절기 (300)를 도시한다. 도 3을 참조하면, 예시적 유체 조절기 (300)는 하부 몸체부 또는 밸브 몸체 (308)에 체결되는(예를들면, 나사 결합) 상부 몸체부 또는 본네트 (306)를 가지는 조절기 몸체 (304)를 포함한다. 밸브 몸체 (308)는 유체 조절기 (300)입구 (310) 및 출구 (312) 사이 유체 유로를 형성한다. 다이어프램 (314)은 밸브 몸체 (308) 및 본네트 (306) 사이에 개재되어 다이어프램 (314) 제1 측 (316) 및 본네트 (306)은 하중 챔버 (318)를 형성하고 하중 조립체 (320)를 형성한다. 다이어프램 (314) 제2 측 (322) 및 밸브 몸체 (308)내부 표면 (324)은 감지 챔버 (326)를 형성한다. 감지 챔버 (326)는 통로 (328)를 통하여 출구 (312)와 유체적으로 결합되어 출구 (312)의 유체 압력을 감지한다.
하중 조립체 (320)는 다이어프램 플레이트 또는 지지 플레이트 (330)를 통하여 다이어프램 (314)에 작동적으로 연결되어 다이어프램 (314)에(예를들면, 예비-설정 힘) 기준 힘 또는 하중을 제공한다. 본 실시예에서, 하중 조립체 (320)는 하중 챔버 (318) 내부에 편향 요소 (332) (예를들면, 스프링)을 포함하여 다이어프램 플레이트 (330)를 통하여 다이어프램 (314)에 하중을 제공한다. 편향 요소 (332)는 다이어프램 플레이트 (330) 및 나사 (338)를 통하여 스프링 조정기 (336)와 작동적으로 연결되는 스프링 버튼 (334) 사이에 배치된다. 스프링 조정기 (336)는 스프링 버튼 (334)을 통하여 편향 요소 (332)를 이동시켜 편향 요소 (332)가 다이어프램 (314) 제1 측 (316)에 가하는 예비설정 힘 또는 하중을 조정 (예를들면, 증가 또는 감소)한다. 예를들면, 스프링 조정기 (334)를 제1 방향 (예를들면, 시계방향) 또는 제2 방향 (예를들면, 반시계방향)으로 돌려 편향 요소 (332) (예를들면, 편향 요소 (332)) 압축정도, 따라서, 다이어프램 (314) 제1 측 (316)에 가해지는 하중을 변경시킨다.
입구 (310) 및 출구 (312) 사이 유체 흐름을 조절 또는 조정하기 위하여, 유체 조절기 (300)는 밸브 장치 또는 밸브 카트리지 (302)를 적용한다. 도시된 실시예의 밸브 장치 (302)는 입구 (310)와 유체적으로 연결되는 입구 챔버 (344)를 형성하는 밸브 몸체 (308) 보어 또는 개구 (342) (예를들면, 나사식 개구) 내부에 배치되는 부조립체이다. 밸브 장치 (302)는 다이어프램 (314)과 작동적으로 연결되어, 편향 요소 (332)에 의해 다이어프램 (314)에 제공되는 대향 압력 및 감지 챔버 (326) 내의 압력 간 압력차에 따라 다이어프램 (314)은 밸브 장치 (302)를 유체 조절기 (300) 유로를 통해 유체 유동을 허용하는 개방위치 및 유체 조절기 (300) 유로를 통해 유체 유동을 제한하는 폐쇄위치 사이로 이동시킨다.
도 4는 도 3의 밸브 장치 (302) 확대도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 밸브 장치 (302)는 하우징 또는 결착구 (402)를 포함한다. 하우징 (402)은 원통-형상의 몸체를 가지고 유체 조절기 (300) 밸브 몸체 (308) 개구 (342)에 밸브 장치 (302)를 나사 결합시키는 나사부 (404)를 가진다.
하우징 (402)은 밸브 장치 (302)가 밸브 몸체 (308)에 결합될 때 최소한 부분적으로 유체 유로를 형성하는 공동 또는 보어 (406)를 포함한다. 더욱 상세하게는, 유체 조절기 (300) 유체 유로 내에 결합될 때, 밸브 장치 (302)는 입구 (310)와 유체 연통되는 유체 유로 고압측 (403) 및 출구 (312)와 유체 연통되는 유체 유로 저압측 (405)을 형성한다.
가동성 밸브 또는 유동 조절 조립체 (408)는 보어 (406) 내부에 배치되어 입구 (310) 및 출구 (312) 사이 유체 흐름을 조절한다. 본 실시예에서, 유동 조절 조립체 (408)는 포핏 (410), 밸브 시트 (412), 및 편향 요소 (414)를 포함한다. 편향 요소 (414)는 포핏 (410) 어깨부 (416) 및 스프링 시트 (418) 사이에 배치되어 밸브 시트 (412)를 향하여 포핏 (410)을 편향시킨다 (예를들면, 폐쇄위치). 다이어프램 (314)은 포핏 (410) 스템 (413) 기준으로 이동하여 (예를들면, 체결되어) 밸브 시트 (412)에 대하여 포핏 (410)을 움직여 유로를 통한 유체 유동을 조정하거나 조절한다.
유동 조절 조립체 (408)를 하우징 (402) 보어 (406) 내부에 결착시키기 위하여, 밸브 장치 (302)는 캡 (420)을 포함한다. 캡 (420)은 하우징 (402) 단 (424)에 캡 (420)을 나사 결합시키는 수나사 (422)를 포함한다. 기타 실시예들에서, 캡 (420)은 하우징 (402) 단 (424)에 압착될 수 있다.
본 실시예에서, 밸브 장치 (302)는 입구 챔버 (344) 내부에 필터 (426)가 배치되도록 하우징 (402)에 결합되는 필터 또는 필터 카트리지 (426) (예를들면, 스크린)를 더욱 포함한다. 도시된 바와 같이, 필터 (426)는 캡 (420)과 밸브 시트 (412) 사이에 배치되어 입구 (310)로부터 입구 챔버 (344)로 흐르는 유체에 있는 불순물 (예를들면, 파편, 오염물, 기타 등)을 여과한다. 따라서, 캡 (420)은 하우징 (402) 보어 (406)에 필터 (426)를 결착시킨다. 도시된 바와 같이, 필터 (426)는 원통-형상의 소결된 금속 필터이고 실질적으로 포핏 (410)을 포위하거나 둘러싼다. 필터 (426)는 밸브 시트 (412)와 체결되어 하우징 (402) 어깨부 (416)에 대하여 밸브 시트 (412)를 보유하여 입구 챔버 (344)로부터의 유체가 밸브 시트 (412)를 지나 흐르지 못하도록 한다.
감지 챔버 (326) 및 입구 챔버 (344) 간 실링을 제공하기 위하여, 밸브 장치 (302)는 실링 (428)을 포함한다. 실링 (428) (예를들면, O-링)은 e 밸브 장치 (302) 하우징 (402) 및 유체 조절기 (300) 밸브 몸체 (308) 사이에 위치한다. 또한, 실링 (428)은 감지 챔버 (326) 및 하우징 (402) 나사 (404) 사이에 위치한다. 특히, 실링 (428)은 나사 (404) 저압측 (405) (즉, 도 3 및 4 방향에서나사 (404) 상부)에 배치되고 유체 유로 고압측 (403) 및 유체 유로 저압측 (405) 사이로 감지 챔버 (326)를 통하여 불순물 또는 파편이 흐르는 것을 방지한다. 즉, 실링 (428)은 하우징 (402) 외부 표면 및 밸브 몸체 (308) 개구 (342) 내부 표면 사이에 위치하여 나사 (404) 인근의 불순물이 감지 챔버 (326)를 통하여 유체 유로에 흐르는 것을 방지한다. 밸브 몸체 (308) 개구 (342)로 인하여 O-링은 개구 (342)에 결합될 때 붕개지거나 변형되어 밸브 몸체 (308) 및 하우징 (402) 사이에 상대적으로 유체 기밀한 실링이 제공된다.
도시된 실시예에서, 하우징 (402)은 실링 (428)를 보유하기 위한 플랜지 (430)를 포함한다. 또한, 플랜지 (430)는 밸브 몸체 (308) 표면 (431)와 체결되는 확실한 (positive) 정지부를 제공하여 밸브 몸체 (308)에 대하여 적절한 위치 또는 방향 (예를들면, 높이, 수직성, 기타 등)으로 밸브 장치 (302)가 배치될 수 있다. 추가로, 하우징 (402) 나사 (404) 및 개구 (342) 나사 (434)는 평행나사이므로 밸브 장치 (302)는 플랜지 (430)가 밸브 몸체 (308) 표면 (431)에 닿을 때까지 밸브 몸체 (308) 개구 (342)에 나사 체결된다. 플랜지 (430) 표면 (436)이 밸브 몸체 (308) 표면 (431)와 체결되면 밸브 몸체 (308)에 대하여 밸브 장치 (302)는 적당한 위치 (예를들면, 높이, 수직성, 기타 등)로 놓인다. 따라서, 플랜지 (430)및 표면 (431)의 체결을 방해하는 NPT 나사는 적합하지 않을 수 있다. 적당한 위치 또는 방향의 밸브 장치 (302)는 소정의 다이어프램 (314) 행정에 대하여 오리피스 (408)를 지나는 예측된 유량을 제공한다. 밸브 장치 (302)가 부적합하게 놓이면 (예를들면, 도 4에 도시된 위치보다 더 높거나 낮은 높이), 다이어프램 (314)은 소정의 다이어프램 (314) 행정 길이에서 예측 유체 유량과는 다른 (예를들면, 소정 행정 길이에서 예측 유체 유량보다 더 많거나 더 적은 유체) 유량이 오리피스 (408)를 통과하는 거리만큼 밸브 시트 (412)로부터 포핏 (410)을 이동시킨다 (예를들면, 더 긴 거리, 더 짧은 거리).
추가로 또는 달리, 밸브 장치 (302)가 너무 높게 조정되면, 다이어프램 (314)은 커넥터 스템 (413)과 체결되고 사전-하중 조건을 포핏 (410)에 제공하고, 포핏 (410)에 힘을 부여하여 포핏 (410) 및 밸브 시트 (412)와 기밀한 체결이 방해되어 밸브 시트 (412)를 통해 유체 누출이 유발될 수 있다. 밸브 장치 (302)가 너무 낮게 놓이면 (예를들면, 도시된 것보다 낮은 높이), 다이어프램 (314)은 개방위치로 포핏 (410)을 밸브 시트 (412)에서 이격시키기 위하여 더욱 큰 정도 또는 길이로 이동하거나 휘어야 하며, 이에 따라 다이어프램 (314)은 응력 또는 피로로 인하여 고장이 유발될 수 있다.
또한, 도시된 실시예의 밸브 장치 (302)는 유동 조절 조립체 (408)를 보어 (406) 내부에 수용하거나 포함하기 위하여 유체 유로 저압측 (405)에 비-나사식 연결을 적용한다. 즉, 도시된 실시예의 밸브 장치 (302)는, 불순물 또는 파편이 필터 (426) 하류에 유입되어 유로를 흐르는 유체를 오염시키고, 및/또는 밸브 시트 (412) 및/또는 포핏 (410)을 손상시킬 수 있는, 저압측 (405)과 유체 연통된 밸브 장치 (302) 암나사를 포함하지 않는다. 더욱 상세하게는, 유동 조절 조립체 (408)는 하우징 (402) 보어 (406) 내부에 필터 (426) 하류 비-나사식 연결로 결착된다. 예를들면, 캡 (420)이 하우징 (402)과 나사 결합될 때 포핏 (410), 밸브 시트 (412) 및 편향 요소 (414)는 하우징 (402) 어깨부 (416) 및 캡 (420) 사이의 보어 (406)에 고정되거나 보유된다. 또한, 캡 (420) 나사 (422) 및 하우징 (402) 나사 (432)는 필터 (426) 상류 또는 필터 (426) 비-여과측 인근에 있고 및/또는 고압측 (403)과 연통된다. 따라서, 실링 (428) 및 필터 (426)는 조립 과정에서 나사 (422, 432)로 인해 발생된 불순물을 격리 또는 유로 저압측 (403)으로 흐르는 것을 방지한다. 또한, 실링 (428)으로 인하여 조립 과정에서 밸브 장치 (302) 나사 (404) 및 밸브 몸체 (308) 개구 (342) 나사 (434) 사이에 생성된 불순물은 유체 유로 저압측 (403)으로 흐르는 것이 방지된다.
도 3 및 4를 참조하면, 작동에 있어서, 예시적 유체 조절기 (300)는 예를들면, 입구 (310)를 통해 상대적으로 고압의 유체 (예를들면, 기체)를 제공하는 상류 압력원과 유체적으로 연결되고, 예를들면, 출구 (312)를 통해 저압 하류 기구 또는 시스템과 유체적으로 연결된다. 유체 조절기 (300)는 유체 조절기 (300)를 흐르는 유체 출구 압력을 가동 하중 조립체 (320)에 의해 제공되는 예비설정 하중에 상당하는 원하는 압력으로 조절한다.
원하는 출구 압력을 달성하기 위하여, 조정기 (336)를 돌려 (예를들면, 시계방향 또는 반시계방향) 편향 요소 (332)에 의해 다이어프램 (314) 제1 측 (316)에 가해지는 하중을 높이거나 낮춘다. 설정된 기준 압력에서, 감지 챔버 (326)는 통로 (328)를 통해 출구 (312) 가압 유체 압력을 감지하고, 감지 챔버 (326)의 가압 유체 및 편향 요소 (332)에 의해 다이어프램 (314)에 걸쳐 제공되는 압력 또는 힘의 차이에 따라 감지 챔버 (326) 압력 변화에 대한 응답으로 다이어프램 (314)을 이동시킨다. 다이어프램 (314) 양측 압력차로 인하여, 포핏 (410)이 밸브 시트 (412)와 체결 (예를들면, 기밀한 체결)되어 입구 (310) 및 출구 (312) 사이 유체 유동을 제한하는 폐쇄위치 및 포핏 (410)이 밸브 시트 (412)로부터 떨어져 입구 (310) 및 출구 (312) 사이 유체 유동이 허용되는 개방위치 사이로 포핏 (410)이 이동된다. 다이어프램 (314) 대향 측들의 압력 또는 힘이 균형을 이룰 때까지 가압 유체는 입구 (310) 및 출구 (312) 사이 유동한다.
유체 중 및/또는 밸브 장치 (302) 또는 유체 조절기 (300) 조립 과정에서 발생될 수 있는 나사 (404, 422) 사이 불순물 (예를들면, 파편, 오염물 또는 입자)은 필터 (426)를 향하여 흐르고, 이것은 불순물, 입자 또는 오염물이 유체 유로로 들어가는 것을 방지하거나 실질적으로 제한한다. 또한, 실링 (428)은 나사 (404) 및/또는 입구 챔버 (344) 내부 불순물이 감지 챔버 (326)를 통해 유체 유로로 흐르는 것을 방지한다. 그 결과, 실링 (428) 및 필터 (426)는 필터 (426) 상류의 불순물을 포획 또는 포착하여 유체 유로로부터 제거한다. 그 결과, 유체 중 및/또는 유체 조절기 (300) 조립 과정에서 형성된 불순물은 입구 챔버 (344) 내부에 잔류하거나 유체 유로 고압측 (403) 내부에 구속된다. 또한, 실링 (428) 및 필터 (426) 모두 불순물이 밸브 시트 (412) 및/또는 포핏 (410)에 도달 또는 침적되는 것을 억제하므로 밸브 시트 (412) 및 포핏 (410)은 불순물로부터 보호된다.
또한, 밸브 장치 (302)는 유체 유로 저압측 (405)과 유체 연통되는 비-나사식 연결을 제공한다. 따라서, 밸브 장치 (302)가 유체 조절기 (300)에 조립될 때 밸브 조립체 (302)는 필터 (426) 하류에서 불순물을 형성하지 않는다.
도 3 및 4의 밸브 장치 (302)는 평형 밸브 장치이다. 평형 밸브는 더욱 큰 Cv (상대적으로 높은 유량) 및 더욱 높은 처리 유체 입구 압력 (예를들면, 4500 psi)에 적용될 수 있다. 포핏 (410) 평형을 이루기 위하여, 포핏 (410)은 시트 (412) 및 캡 (420) 사이의 포핏 (410) 보이드 (442)를 출구 (312)와 유체적으로 결합시키는 유체 유로 (440)를 포함한다. 보이드 (442) 및 캡 (420) 사이에 실링 (444)이 제공되어 입구 압력이 보이드 (442)로 연통되는 것을 방지한다. 작동 중, 포핏 (410)은 출구 압력와 실질적으로 평형이므로 포핏 (410)이 이동될 때 다이어프램 (314)은 입구 압력 힘을 극복할 필요가 없다. 실링 부재 상태에서는, 입구 압력에 의한 힘이 포핏 (410) 및/또는 밸브 시트 (412)에 손상을 가할 수 있다.
도 5는 본원의 다른 예시적 밸브 장치 또는 밸브 카트리지 (502)를 가지는 유체 조절기 (500)의 부분도이다. 본 실시예에서, 밸브 장치 (502)는 필터 (504)를 포함하고, 이는 하우징 (506) 보어 (510) 내부에 유동 조절 조립체 (508)를 보유하도록 밸브 장치 (502) 하우징 (506)에 결합된다. 따라서, 도 3 및 4의 밸브 장치 (302)와는 달리, 예시적 밸브 장치 (502)의 필터 (504)는 유동 조절 조립체 (508)를 하우징 (506) 보어 (510) 내부로 보유하여 캡 (420) 및 하우징 (402) 간 나사식 연결이 생략된다. 본 실시예에서, 필터 (504)는 압입, 스냅-맞춤, 억지끼워맞춤, 기타 등에 의해 하우징 (506) 단 (512)에 결합된다. 더욱 상세하게는, 하우징 (506) 단 (512)은 필터 (504) 확장부 (516)를 수용하는 탭 또는 핑거 (514)을 포함한다. 도 4 밸브 장치 (302)와는 달리, 도 5 밸브 장치 (502)는 평형형이 아니다. 특히, 밸브 장치 (502)는 상대적으로 낮은 Cv (낮은 흐름) 특성 및 상대적으로 낮은 처리 유체 입구 압력에서 적용될 수 있다.
도 3 밸브 장치 (302)와 유사하게, 밸브 장치 (502)는 유체 조절기 (500) 밸브 몸체 (520)에 나사 결합되는 수나사 (518)를 포함한 부조립체이다. 특히, 본 실시예에서, 하우징 (506)은 수나사 (518)를 가지는 원통형 몸체이다. 필터 (504)는 밸브 몸체 (520) 입구 (524)와 연통되는 보어 또는 입구 챔버 (522)에 배치되어 보어 (510) 내부로 또는 작동 중 유체 유로로 불순물이 유동되는 것을 방지한다. 나사 (518) 및 감지 챔버 (528) 사이에 실링 (526)이 제공되어 필터 (504) 및 실링 526 사이 (예를들면 입구 챔버 (522)) 불순물이 감지 챔버 (528)를 통해 유체 유로로 흐르는 것을 방지한다. 도시된 실시예의 하우징 (506)은 하우징 (506) 및 밸브 몸체 (520) 사이 실링을 결착시키도록 플랜지 (530)를 포함한다.
또한, 밸브 장치 (502)는 필터 (504) 하류에 비-나사식 연결을 포함한다. 따라서, 필터 (504) 및 실링 (526)은 필터 (504) 상류 불순물을 포획 또는 포착한다. 작동에 있어서, 필터 (504) 및 실링 (526)은 필터 (504) 상류 불순물 (예를들면, 수나사 (518)에 의해 발생)을 격리시키고 불순물이 유체 유로로 흐르고 및/또는 유체 조절 장치 (508)에 침적되는 것을 방지한다.
도 6은 본원의 다른 예시적 밸브 장치 (602)를 가지는 유체 조절기 (600)의 부분도이다. 본 실시예에서, 밸브 장치 (602)는 유체 조절기 (600) 밸브 몸체 (606)의 보어 또는 입구 챔버 (604) 내부에 배치된다. 도 3-5 밸브 장치 (302, 502)와는 달리, 밸브 장치 (602)는 이중 실링 장치 (608)를 적용하여 밸브 장치 (602) 나사 (610) 내부의 불순물 (예를들면, 오염물 파편 또는 입자)을 포획 또는 봉쇄한다.
도 6을 참조하면, 밸브 장치 (602)는 결착 캡 (612)을 포함하여 유동 조절 장치 (614)를 밸브 몸체 (606) 보어 (604)에 보유한다. 캡 (612)은 수나사 (616)가 있는 원통형 몸체를 가진다. 제1 실링 (618)은 나사 (616) 제1단 (620)에 인접하게 배치되고, 및 제2 실링 (622)은 나사 (616) 제2단 (624)에 인접하게 배치된다. 즉, 제1 실링 (618)은 나사 (616) 및 저압측 또는 감지 챔버 (626) 사이에 배치되고 제2 실링 (622)은 나사 (616) 및 고압측 또는 밸브 몸체 (606) 입구 챔버 (604) 사이에 배치된다. 이러한 방식으로, 캡 (612)이 보어 (604)와 나사 결합될 때 제1 및 제2 실링들 (618, 622)은 조립 과정에서 형성된 불순물을 포획 또는 봉쇄한다. 작동에 있어서, 실링들 (618, 622)은 불순물 또는 파편을 포획 또는 봉쇄하여 불순물 또는 파편이 유체 조절기 (600) 유체 유로로 흐르지 못하도록 한다. 또한, 필터 (626)가 입구 (628) 내부에 배치되어 입구 (628) 상류 유체의 불순물을 여과한다.
소정의 예시적 방법, 장치 및 제조물품이 본원에 기재되지만 본 특허가 포괄하고 있는 범위는 이에 국한되지 않는다. 이와는 반대로, 본 특허는 문헌적 또는 균등론적으로 공정하게 청구범위에 속하는 모든 방법, 장치 및 제조물품을 포괄하는 것이다.
300: 유체 조절기
302: 밸브 장치
304: 조절기 몸체
306: 본네트
310: 입구
312: 출구
314: 다이어프램
316: 제1 측
318: 하중 챔버
320: 하중 조립체
322: 제2 측
324: 내부 표면
326: 감지 챔버
328: 통로
330: 다이어프램 플레이트
332: 편향 요소
334: 스프링 버튼
336: 스프링 조정기
338: 나사
342: 개구
344: 입구 챔버
402: 하우징

Claims (22)

  1. 유체 조절기에 사용되는 밸브 조립체에 있어서,
    유체 조절기의 유체 유로 내부에 배치되고 유체 유로 저압측 및 유체 유로 고압측을 형성하며, 유체 조절기에 결합될 때 최소한 부분적으로 유체 유로를 형성하는 보어를 가지고, 비-나사식 연결을 통해 보어 내부에 배치되고 유체 유로 저압측과 유체 연통되는 가동성 밸브 조립체 및 유체 조절기 개구에 나사 결합시키는 수나사를 가지는 하우징; 및
    유체 유로 고압측 및 유체 유로 저압측 사이로 불순물 유동을 방지하는,
    밀폐 시스템으로 구성되는, 밸브 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 가동성 밸브 조립체는 유로의 저압측 및 고압측 간의 유체 유동을 조절하며, 가동성 밸브 조립체는 하우징 보어 내부에 배치되는 밸브 시트, 포핏 및 편향 요소로 구성되는, 밸브 조립체.
  3. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 하우징에 착탈식 결합되고 하우징 보어 내부에 포핏, 밸브 시트 및 편향 요소를 보유시키는 결착 캡을 더욱 포함하는, 밸브 조립체.
  4. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 밀폐 시스템은 유체 조절기 개구에 의해 형성되는 입구 챔버 내부로 불순물을 포획하는 실링 및 필터로 구성되는, 밸브 조립체.
  5. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 감지 챔버를 통하여 불순물이 유체 유로에 유동되는 것을 방지하기 위하여 실링은 수나사 및 유체 조절기 감지 챔버 사이 하우징 외부에 인접하게 배치되는, 밸브 조립체.
  6. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 필터는 하우징에 결합되고 입구 및 보어 사이 유체 유로 고압측에 배치되어 실링 및 필터는 필터 상류 불순물을 포획하여 필터 하류의 처리 유체 오염을 방지하는, 밸브 조립체.
  7. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 필터는 밸브 시트 및 결착 캡 사이에 배치되고 실질적으로 포핏을 둘러싸는, 밸브 조립체.
  8. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 실링은 수나사 단부에 인접하게 배치되는 O-링을 포함하는, 밸브 조립체.
  9. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 밀폐 시스템은 수나사 단부에 인접하게 배치되는 제1 O-링 및 수나사 타 단부에 인접하게 배치되는 제2 O-링를 포함하는, 밸브 조립체.
  10. 유체 조절기에 있어서,
    최소한 부분적으로 입구 및 출구 사이 유체 유로를 형성하는 나사식 개구를 가지는 밸브 몸체;
    밸브 몸체의 나사식 개구에 착탈식 결합하는 수나사를 포함하는 하우징 및 하우징에 결합되는 필터를 가지고, 하우징은 유동 조절 조립체를 수용하는 보어를 가지고 유동 조절 조립체는 필터 하류에 비-나사식 연결을 통해 하우징에 결합되는, 밸브 카트리지; 및
    필터 하류 처리 유체 오염을 방지하기 위하여 밸브 카트리지 하우징에 결합되고 밸브 카트리지 수나사 및 유체 조절기 감지 챔버 사이에 배치되는 실링으로 구성되고, 실링 및 필터는 불순물을 필터 상류 유체 조절기 개구 내로 격리시키는, 유체 조절기.
  11. 제10항에 있어서, 밸브 카트리지는 원통형 몸체부 및 플랜지 부를 포함하는, 유체 조절기.
  12. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 유동 조절 조립체는 밸브 시트, 포핏 및 편향 요소로 구성되는, 유체 조절기.
  13. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 밸브 카트리지는 포핏, 밸브 시트 및 편향 요소를 하우징 보어 내부로 보유하는 캡을 포함하는, 유체 조절기.
  14. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 캡은 하우징 단부와 나사 결합하는 나사를 포함하고, 캡의 나사는 필터 상류인, 유체 조절기.
  15. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 필터는 밸브 시트 및 캡 사이 보어에 배치되어 필터는 밸브 시트 및 캡 사이 포핏을 둘러싸고, 필터는 밸브 시트와 체결되어 밸브 시트를 보어 내부로 보유하는, 유체 조절기.
  16. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 필터는 하우징 단부와 결합하여 포핏, 밸브 시트 및 편향 요소를 하우징 보어 내부로 보유하는, 유체 조절기.
  17. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 밸브 카트리지 수나사 및 유체 조절기 입구 챔버 사이에 배치되는 제2 실링을 더욱 포함하는, 유체 조절기.
  18. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 필터 및 실링은 불순물을 입구와 유체 연통되는, 실링, 필터 및 밸브 몸체 개구 내부 표면 사이의 입구 챔버 내부로 유지하는, 유체 조절기.
  19. 유체 조절기에 사용되는 밸브 조립체에 있어서,
    유체 조절기에 밸브 조립체를 착탈식 결합하는 수나사 및 최소한 부분적으로 유체 조절기의 유체 유로를 형성하는 제1단부 및 제2단부 사이 보어를 가지는 원통형 몸체;
    보어 내부에 배치되고 몸체 어깨부와 체결되는 밸브 시트;
    보어 내부에 배치되고 편향 요소에 의해 밸브 시트를 향하여 편향되는 포핏;
    보어 내부에 밸브 시트, 포핏, 및 편향 요소를 보유하기 위하여 몸체 제1단과 결합되는 결착구; 및
    몸체 수나사 및 유체 조절기 감지 챔버 사이에 배치되고 유체 조절기 감지 챔버를 통해 유체 유로 내부로 불순물 유동을 방지하는 실링으로 구성되는, 밸브 조립체.
  20. 제19항에 있어서, 보어 및 유체 조절기 입구 사이 몸체에 결합되는 필터를 더욱 포함하고, 필터 및 실링은 필터 상류 불순물을 포획하는, 밸브 조립체.
  21. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 결착구는 몸체와 나사 결합되는 캡을 포함하고, 필터는 밸브 시트 및 캡 사이에 배치되는, 밸브 조립체.
  22. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 실링은 수나사 단부에 인접하게 배치되는 제1 O-링 및 수나사 타 단부에 인접하게 배치되는 제2 O-링을 포함하는, 밸브 조립체.
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