KR20240056721A - 유체 흐름 제어 장치 및 시스템, 및 유체 흐름 방법 - Google Patents

Abstract

유체 흐름 제어 장치, 시스템 및 방법은 길이방향 축을 따라 연장되는 본체를 포함할 수 있다. 본체는 본체의 제1 축방향 단부에 유체 입구를 갖고, 본체의 제2 축방향 단부에 유체 출구를 갖는다. 채널은 제1 축방향 단부의 유체 입구와 제2 축방향 단부의 유체 출구 사이에서 본체의 내부 부분을 통해 연장될 수 있다. 채널은 본체를 통과하는 유체 경로를 집합적으로 규정한다.

Description

유체 흐름 제어 장치 및 시스템, 및 유체 흐름 방법

본 출원은 "유체 흐름 제어 장치 및 시스템, 및 유체 흐름 방법"에 대한 2021년 8월 12일에 출원된 미국 특허 출원 일련 번호 17/401,300의 이익을 주장하며, 그 개시 내용은 그 전체가 본 문서에 참조로 포함된다.

본 개시는 일반적으로 유체 흐름 제어 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예는 유체 제어 장치를 통과하는 유체의 특성을 변경하도록 구성된 유체 흐름 제어 장치에 관한 것일 수 있다. 예를 들어, 유체 제어 장치는 유체가 유체 제어 장치를 통과할 때 유체의 힘 및/또는 에너지(예 : 유체의 압력)를 방향 전환 및/또는 감소시킬 수 있다.

많은 산업 분야에서 파이프라인, 밸브 또는 다른 유체 취급 조립체 또는 장치 내의 유체(예 : 액체 및/또는 가스)의 힘이나 에너지(예 : 압력)를 감소시키는 것이 필요한 경우가 많다. 이러한 목적을 위해 하나 이상의 유체 제어 장치가 사용될 수 있다. 제어 장치에 대한 다양한 디자인이 해당 분야에 제시되어 있다. 예를 들어, 장치를 통한 흐름을 장치 내의 하나 이상의 구불구불한 유체 흐름 경로로 구성된 하나 이상의 스트림으로 분할하기 위해 장치가 사용될 수 있다. 유체가 구불구불한 유체 흐름 경로를 통과할 때 유체의 방향이 여러 번 변경된다. 또한, 유체가 구불구불한 유체 흐름 경로를 통해 이동할 때, 유체 흐름 경로의 전체 단면적은 증가하여 흐름 경로 내의 유체 속도를 감소시킬 수 있다. 유체 압력과 유체 에너지는 경로 벽 사이의 마찰, 유체 방향의 급격한 변화, 팽창 또는 수축 챔버로 인한 손실의 결과로 이러한 경로를 따라 부분적으로 소산된다. 이러한 장치에는 일반적으로 "구불구불한 경로 트림 장치"라고 불리는 장치가 포함될 수 있다.

유체 흐름 제어 장치는 종종 밸브 본체 내부에 또는 그에 근접하게(예를 들어, 밸브 트림) 제공된다. 유체 흐름 제어 장치는 유체 흐름 시스템의 다른 부분에도 제공될 수 있다. 예를 들어, 유체 흐름 제어 장치는 시스템 내에서 원하는 경우 유체 압력의 감소를 제공하기 위해 다양한 유체 흐름 경로(예 : 초크 튜브 또는 트림)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 다단계 초크 튜브 또는 트림을 사용하여 여러 스테이지에서 압력을 감소시키는 압력 브레이크를 생성할 수 있다. 기존 방식으로 설계 및 제조된 트림에는 초크 튜브를 규정하기 위해 슬리브 내부에 가공된 트림이 내장되어 있다. 이러한 흐름 장치는 예를 들어 플로우서브 매니지먼트 컴퍼니에 2021년 3월 9일에 등록된 미국 특허 10,941,878에 개시되어 있으며, 그 각각의 개시 내용은 참조에 의해 그 전체가 본 문서에 포함된다.

가압된 유체에는 저장된 기계적 위치 에너지가 포함되어 있다. 유체 흐름 제어 장치는 유체의 압력과 속도를 감소시켜 이 에너지를 소산시킨다. 유체가 유체 경로를 통해 흐를 때, 유체 흐름이 난류일 수 있다. 난류 유체에는 유체가 흐르는 파이프 및 유체 제어 장치의 구조적 요소에 작용하는 압력 및 속도 변동이 관련되어 있다. 이러한 압력 및 속도 변동은 일반적으로 침식, 소음, 진동 및 캐비테이션(cavitation)과 같은 다른 문제를 동반한다. 많은 응용 분야에서 이러한 수반되는 문제는 유체 흐름 제어 장치의 바람직하지 않거나 허용할 수 없는 특성이다.

기존의 초크 트림은 잠재적인 누출 경로를 제공하는 여러 핀을 사용하여 함께 고정되고 여러 O-링 씰로 밀봉되어 조립이 복잡해지고 바람직하지 않은 오류가 발생할 수 있다. 예를 들어, 다중 씰이 없는 기존 설계에서는 초크 트림 출구의 핀 주변과 슬리브 외부의 누출 경로로 인한 고속 캐비테이션 및 침식 마모로 인해 압력을 포함하는 본체가 손상되는 경우가 있었다.

본 발명의 다양한 실시예는 종래의 유체 흐름 제어 장치의 많은 문제점을 극복하는 유체 흐름 제어 장치를 포함한다. 본 개시 내용은 캐비테이션, 진동 및 유체 흐름 제어와 관련된 다른 문제를 더 잘 제어하도록 구성된 유체 경로를 포함하는 흐름 제어 장치의 실시예를 설명한다.

하나 이상의 실시예에서, 유체 흐름 제어 장치는 길이방향 축을 따라 연장되는 실질적으로 원통형인 본체를 포함할 수 있다. 실질적으로 원통형인 본체는 실질적으로 원통형인 본체의 제1 축방향 단부에 유체 입구와 실질적으로 원통형인 본체의 제2 축방향 단부에 유체 출구를 갖는다. 채널은 제1 축방향 단부의 유체 입구로부터 제2 축방향 단부의 유체 출구까지 실질적으로 원통형인 본체의 내부 부분을 통해 연장된다. 채널은 유체 경로를 통해 이동하는 유체의 압력을 감소시키기 위해 실질적으로 원통형인 본체를 통해 유체 경로를 집합적으로 규정하며, 여기서 각각의 채널은 채널의 적어도 하나의 다른 채널과 교차한다.

추가 실시예에서, 유체 흐름 시스템은 유체 취급 구성요소를 통한 유체 흐름 경로를 규정하는 유체 취급 구성요소와 유체 취급 구성요소의 유체 흐름 경로에 있는 흐름 제어 장치를 포함할 수 있다. 흐름 제어 장치는 길이방향 축을 따라 연장되는 세장의 본체를 포함할 수 있다. 세장의 본체는 세장의 본체의 제1 길이방향 단부에 유체 입구와 세장의 본체의 제2 길이방향 단부에 유체 출구를 갖는다. 채널은 세장의 본체 내에 규정되고 제1 길이방향 단부의 유체 입구와 제2 길이방향 단부의 유체 출구 사이에서 연장된다. 채널은 유체 입구에서 유체 출구까지 유체 경로를 통해 이동하는 유체의 압력을 감소시키기 위해 세장의 본체를 통과하는 유체 경로를 집합적으로 규정한다. 채널은 채널로부터의 유체 흐름이 유체 출구에 근접한 채널 중 적어도 하나의 인접한 채널로부터의 유체 흐름에 충돌하도록 위치되고 및 구성될 수 있다.

추가 실시예에서, 유체 흐름 제어 장치를 사용하여 유체의 압력을 감소시키는 방법은 본체의 제1 축방향 단부에서 본체의 유체 입구로의 고압 유체를 수용하는 단계; 고압 유체의 압력을 낮추기 위해 본체 내에 규정된 채널을 통해 고압 유체를 저압 유체로 지향시키는 단계; 및 본체의 제2 축방향 단부에 있는 본체의 유체 출구에서 저압 유체를 빠져나가게 하는 단계를 포함한다.

추가적인 실시예는 적층 제조 프로세스를 통해 유체 흐름 제어 장치의 본체를 구축하고 적층 제조 프로세스 동안 본체에 하나 이상의 채널을 동시에 규정하는 단계를 포함하는 유체 흐름 제어 장치를 형성하기 위한 방법을 포함한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유체 흐름 제어 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유체 흐름 제어 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유체 흐름 제어 장치의 단부 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유체 흐름 제어 장치를 포함하는 유체 흐름 제어 시스템의 일부의 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유체 흐름 제어 장치를 포함하는 유체 흐름 제어 시스템의 일부의 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유체 흐름 제어 장치를 포함하는 유체 흐름 제어 시스템의 일부의 부분 단(斷)면도이다.
도 7 및 도 8은 도 6의 유체 흐름 제어 장치의 단(端)면도이다.

본 명세서 전반에 걸쳐 "일 실시예", "실시예" 또는 유사한 언어에 대한 참조는 실시예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 "일 실시예에서", "일부 실시예에서"라는 문구 및 유사한 언어의 출현은 모두 동일한 실시예를 나타낼 수 있지만 반드시 그런 것은 아니다.

여기에 제시된 예시는 어떤 경우에는 임의의 특정 장치, 장치, 시스템 또는 방법의 실제 모습이 아니며 단지 본 개시 내용을 설명하기 위해 사용되는 이상적인 표현일 뿐이다. 다음의 상세한 설명에서, 본 발명의 일부를 형성하고 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 개시 내용을 실시할 수 있을 만큼 충분히 상세하게 설명된다. 그러나, 다른 실시예가 활용될 수 있으며, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 구조적, 논리적 및 기타 변경이 이루어질 수 있다. 여기에 제시된 예시는 임의의 특정 장치 또는 시스템의 실제 모습을 의미하는 것이 아니라, 본 개시 내용의 실시예를 설명하는 데 사용되는 이상적인 표현일 뿐이다. 여기에 제시된 도면은 반드시 일정한 비율로 그려진 것은 아니다. 또한 도면 간에 공통되는 요소는 동일하거나 유사한 숫자 지정을 가질 수 있다.

"제1", "제2", "상부", "하부" 등과 같은 관계형 용어는 일반적으로 본 개시 내용 및 첨부 도면을 이해하는데 있어서 명확성과 편의를 위해 사용되며 임의의 것을 암시하거나 의존하지 않는다. 단, 문맥상 달리 명확하게 나타나는 경우는 제외된다.

본 명세서에 사용된 용어 "및/또는"은 관련된 나열된 항목 중 하나 이상의 임의의 및 모든 조합을 의미하고 포함한다.

본 명세서에 사용된 용어 "수직" 및 "측면"은 도면에 도시된 방향을 의미한다.

본원에 사용된 바와 같이, 주어진 매개변수와 관련하여 "실질적으로" 또는 "약"이라는 용어는 당업자가 주어진 매개변수, 특성 또는 조건이 허용 가능한 제조 공차 내와 같은 작은 정도의 변동으로 충족된다는 것을 이해할 정도를 의미하고 포함한다. 예를 들어, 실질적으로 충족되는 매개변수는 적어도 90% 충족, 적어도 95% 충족, 적어도 99% 충족, 또는 심지어 100% 충족될 수도 있다.

본 개시의 다양한 실시예는 유체 흐름 제어 장치를 포함한다. 일부 실시예에서, 유체 흐름 제어 장치는 구성 요소를 통해 유체 흐름을 지향시키는 실질적으로 일체형 구성 요소로 형성될 수 있다. 예를 들어, 유체 흐름 제어 장치는 단일 구조(예를 들어, 모놀리식 구조, 연속 구조 등)의 유체 흐름 경로를 규정하는 유체 흐름 시스템의 밸브의 내부 또는 근처에 및/또는 다른 부분에 사용되는 초크 튜브 또는 트림을 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 유체 흐름 제어 장치는 단일 구조의 유체 흐름 경로를 규정하는 구성 요소를 제공하는 적층 제조 공정에서 형성될 수 있고, 기존의 다중 부품 조립체를 모놀리식 유닛으로 변환하여 전체 부품을 줄일 수 있다. 이러한 유체 흐름 제어 장치는 설치를 위해 기존의 여러 핀과 추가 O-링 씰이 필요하지 않으며 조립을 단순화하면서 잠재적인 누출 및/또는 침식 경로를 줄일 수 있다.

일부 실시예에서, 유체 흐름 제어 장치는 출구에서 또는 출구 근처에서 초크 트림의 중심을 향해 빠져나가는 유체 흐름을 상호 충돌시켜 하류의 본체와 파이프 벽의 침식을 줄일 수 있는 출력 특징부를 포함할 수 있다. 흐름을 충돌시키는 이러한 출력 특징부는 불가능하지는 않더라도 기존의 절삭 가공 수단으로 생산하기가 어려웠을 것이다. 초크 트림을 생산하기 위해 적층 제조를 사용하여 형성된 유체 흐름 제어 장치를 구현하는 경우, 생산 리드 타임 감소, 복잡한 채널 모양, 크기 및 교차점의 조합에서의 다양한 변형(예 : 높은 혼합, 낮은 볼륨)으로 초크 트림을 거의 또는 전혀 추가 비용 없이 생산할 수 있는 능력, 및 초크 트림 구성에 사용되는 가능한 재료의 범위 확장 중 하나 이상의 추가 이점을 갖는다. 또한, 적층 제조는 기존 제조 방법으로는 불가능했던 설계 및 기능적 성능의 변화를 가능하게 할 수 있다.

도 1은 길이방향 축(104)을 따라 연장되는 세장의 본체(예를 들어, 실질적으로 원통형인 본체(102))를 갖는 유체 흐름 제어 장치(100)의 실시예의 사시도를 예시한다. 추가 실시예에서, 유체 흐름 제어 장치(100)의 본체(102)는 다른 모양(예: 길쭉한 모양 또는 기타 모양)을 갖는다.

도 1 및 본 개시의 다른 도면에서, 명확성을 위해, 유체 흐름 제어 장치(100)의 내부 특징부(예를 들어, 채널, 공동 등)은 관련 설명을 위해 이러한 특징부가 보일 수 있도록 점선으로 표시될 수 있다.

도 2는 유체 흐름 제어 장치(예를 들어, 점선으로 도시된 내부 채널 부분을 갖는 유체 흐름 제어 장치(100))의 단면도이고, 도 3은 유체 흐름 제어 장치(100)의 출구 단부를 도시한 유체 흐름 제어 장치(예를 들어, 유체 흐름 제어 장치(100))의 단부 사시도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 실질적으로 원통형인 본체(102)는 길이방향 축(104)을 따라 연장된다. 채널(106)은 실질적으로 원통형인 본체(102) 내에서 규정된다(예를 들어, 채널(106)의 경계를 도시하는 점선으로 도시된 바와 같이). 채널(106)은 실질적으로 원통형인 본체(102)의 제1 길이방향(예를 들어, 축방향) 부분 또는 제1 축방향 단부(110)에 있는 유체 입구(108)로부터 제2 길이방향(예 : 축방향) 부분 또는 제1 축방향 단부(110)에 대향한 제2 축방향 단부(114)에 또는 근접한 유체 출구(112)까지 연장되어, 실질적으로 원통형인 본체(102)를 통해 유체 경로를 집합적으로 규정한다.

채널(106)은 실질적으로 단일편의 모놀리식 구조로 형성될 수 있는 실질적으로 원통형인 본체(102)의 내부 부분 내에 규정될 수 있다. 예를 들어, 채널(106)은 실질적으로 원통형인 본체(102) 내에(예를 들어, 완전히 내부에) 규정되고, 제1 축방향 단부(110)의 유체 입구(108)에 있는 및 제2 축방향 단부(114)의 유체 출구(112)에 있는 채널(106)의 개구를 제외하고 모든 측면에서 실질적으로 원통형인 본체(102)에 의해 둘러싸여 있다. 이러한 채널(106)은 본체의 측벽(예를 들어 본체의 외부 또는 내부 측벽)에 형성된 부분 채널 또는 홈과 구별될 수 있는데, 여기서 그러한 채널의 일 부분 또는 측면은 채널의 다른 부분을 규정하는 다른 구조와 쌍을 이루지 않는 한 개방되어 있다. 부분 채널 또는 쌍을 이루지 않은 홈의 결합 요소를 갖는 둘 이상의 본체의 조합에 의해 형성된 홈과 달리, 실질적으로 원통형인 본체(102)를 통해 연장되는 채널(106)의 대부분(예를 들어, 실질적으로 전체)은 2개 이상의 개별 구성요소 사이의 채널을 규정하기 위해 함께 구현되는 여러 구성요소에 의해 규정되기 보다는 실질적으로 단일의 원통형 본체(102)에 의해서만 규정된다.

채널(106)은 유체(예를 들어, 액체 및/또는 기체)의 적어도 하나의 특성(예를 들어, 힘, 에너지, 흐름 방향)을 변경하기 위해 실질적으로 원통형인 본체(102)를 통해 연장될 수 있다. 예를 들어, 실질적으로 원통형인 본체(102)를 통해 연장되는 채널(106)은 유체 취급 시스템(예를 들어, 제어 밸브, 튜브, 부속품 등)의 하나 이상의 부분에 대한 에너지 감소 요소(예를 들어, 압력 감소 요소)로서 작용할 수 있다. 일부 실시예에서, 채널(106)의 기하학적 구조는 유체의 캐비테이션을 제어하여 소음을 줄이는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 채널(106)의 다양한 패턴은 유체의 캐비테이션을 감소 또는 실질적으로 방지하고/하거나 채널(106)을 통한 유체의 흐름을 개선하기 위해 유체 경로를 규정한다. 난류, 전단(shear) 및 유체 속도를 줄이기 위해 상대적으로 더 긴 길이의 원통형 본체(102)가 사용될 수 있다. 일부 실시예에서 본체(102)의 채널(106)은 단일 또는 다중 단계 공정 유체 및 슬러리에 포함된 고체를 처리하도록 크기가 지정되고 구성될 수 있다.

일부 실시예에서 도시된 바와 같이 채널(106) 중 하나 이상은 각각 하나 이상의 인접한 채널(106)과 교차할 수 있다(예를 들어 교차점(107)). 채널(106)은 교차점(107)의 효과(예를 들어, 선택된 양의 에너지 감소)를 맞춤화하기 위해 채널(106) 사이의 선택된 교차 각도로 구성될 수 있다. 예를 들어, 채널(106)은 적어도 하나의 다른 채널(106)과 교차하도록 구성될 수 있으며, 교차점(107)은 에너지 감소 스테이지를 규정한다. 스테이지의 수는 교차점(107)의 수에 의해 결정될 수 있고 특정 애플리케이션에 기초하여 선택될 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 각 채널(106)은 선택된 실시예에서 1개 내지 20개 스테이지 또는 그 이상을 포함할 수 있다.

추가 실시예에서, 채널(106)은 교차점을 포함하지 않을 수 있으며 유체 입구(108)로부터 유체 출구(112)까지 실질적으로 원통형인 본체(102)를 통해 연속적으로(예를 들어, 중단 없이) 연장될 수 있다.

추가 실시예에서, 실질적으로 원통형인 본체(102)는 하류 블로우다운 및/또는 초크 튜브 또는 트림 요소로서 사용될 수 있다. 하류 요소로서, 실질적으로 원통형인 본체(102)는 온/오프 구성으로 또는 선형 또는 로터리 형태의 밸브, 매니폴드 또는 플러그를 포함할 수 있는 상류의 스로틀링 요소와 함께 압력 강하 제어를 생성하는 데 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 유체 흐름 제어 장치(100)는 원하는 유체 흐름 제어 특성을 제공하도록 구현될 수 있다.

도시된 바와 같이, 채널(106)은 실질적으로 원통형인 본체(102)의 길이방향 축(104)에 대해 비스듬한 각도로 길이방향으로 연장된다. 아치형 형상을 가질 수 있는 채널(106)은 원통형 본체(102) 내에서 나선형을 형성한다(예를 들어, 실질적으로 나선형 본체를 규정함). 채널(106)은 다른 채널(106)에 대해 서로 다른 각도(예를 들어, 반대 각도)로 연장될 수 있다. 채널(106)의 수와 채널(106)의 구성은 각각의 원하는 애플리케이션에 따라 달라질 수 있다. 채널(106)은 아치형 형상일 수 있거나 다른 곡선형, 선형 및/또는 다각형 구성을 가질 수 있다.

일부 실시예에서, 채널(106)이 실질적으로 원통형인 본체(102) 주위로 연장됨에 따라 채널(106)은 하나 이상의 추가 채널(106)과 교차한다. 채널 경로 및 교차점(107)에 의한 유체 경로의 조합은 실질적으로 원통형인 본체(102)의 채널(106)의 패턴을 규정한다. 채널(106)의 패턴은 채널(106)을 통해 흐르는 유체의 흐름 특성을 규정하는 데 도움이 될 수 있다. 일부 실시예에서, 채널(106)의 패턴화는 채널을 통과하는 유체의 캐비테이션을 감소시키도록 선택될 수 있다. 도시된 실시예에서, 다이아몬드 패턴은 채널(106)에 의해 실질적으로 원통형인 본체(102)를 통해 규정된다. 추가 실시예에서, 오프셋 벽돌 패턴, 격자 패턴, 지그재그 패턴, 톱니 패턴, 재순환 패턴 및 유사 및 이들의 조합을 포함하는 다른 패턴이 구현될 수 있다. 또한, 패터닝은 채널 간격이 실질적으로 원통형인 본체(102)의 길이를 따라 일정하게 유지되도록 일정한 분리를 갖도록 구성될 수 있거나, 일부 실시예에서는 채널 간격이 실질적으로 원통형인 본체(102)의 길이를 따라 변경되거나 변하도록 확장하는 분리를 갖도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 채널(106)은 실질적으로 원통형인 본체(102)의 전체 길이를 횡단할 수 있다. 추가 실시예에서, 채널(106)은 실질적으로 원통형인 본체(102)의 길이의 일부만을 횡단할 수 있다. 예를 들어, 실질적으로 원통형인 본체(102)는 실질적으로 원통형인 본체(102)의 길이방향 단부 중 하나 이상(예를 들어, 제2 축방향 단부(114))에 공동(116)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 공동(116)은 길이방향 축(104)을 따라 축방향으로 실질적으로 원통형인 본체(102)로 연장될 수 있다. 공동(116)이 실질적으로 원통형인 본체(102)의 말단부(118)에서 개방됨에 따라 공동(116)은 단면적이 확대되는 테이퍼 형(예를 들어 절두원추형) 형상을 가질 수 있다.

공동(116)을 사용하면, 채널(106)의 유체 출구(112)는 제2 축방향 단부(114)로 간주될 수 있는 공동(116)의 가장 안쪽 부분에서 실질적으로 원통형인 본체(102) 내에 위치할 수 있다. 이러한 실시예에서, 실질적으로 원통형인 본체(102)는 공동(116)의 가장 바깥쪽 부분(예를 들어, 전체 원통형 본체(102)의 유체 출구)에서 제2 축방향 단부(114)의 하류에 위치하는 말단 축방향 단부(118)를 포함할 수 있다. 공동(116)이 없는 실시예에서, 채널(106)과 본체(102)의 말단 단부 모두에 대해 제2 축방향 단부(114)는 일치할 수 있다.

일부 실시예에서, 채널(106) 사이의 간격(예를 들어, 반경 방향 간격)은 실질적으로 원통형인 본체(102)를 따라 달라질 수 있다. 도시된 바와 같이, 채널(106) 사이의 간격은 채널(106)이 유체 출구(112)에 접근하여 도달함에 따라 감소하여 채널(106)이 유체 출구(112)에 수렴하기 시작한다. 이러한 실시예에서, 수렴 채널(106)은 채널을 통과하여 이동하는 유체 스트림이 유체 출구(112)를 통해 빠져나간 후 교차하도록 안내하는 유체 경로를 규정할 수 있다. 예를 들어, 수렴 채널(106)은 유체 스트림이 실질적으로 원통형인 본체(102)를 빠져나간 후에 충돌하도록 서로를 향해 각도를 이루는(예를 들어, 반경방향 안쪽으로 연장) 유체 경로를 규정할 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 유체 스트림의 충돌은 본체(102) 및/또는 예를 들어 파이프 또는 튜브 벽과 같은 하류 구성요소의 침식을 줄일 수 있다.

일부 실시예에서 채널(106)은 유체 입구(108), 유체 출구(112), 또는 유체 입구(108)와 유체 출구(112) 모두에서 하나 이상의 인접한 채널(106)과 수렴할 수 있다. 채널(106)은 실질적으로 원통형인 본체(102)의 중앙 부분(예를 들어, 공동(116)의 중앙 부분)을 향해 유체를 지향시키기 위해 서로를 향할 수 있다.

일부 실시예에서, 실질적으로 원통형인 본체(102)는 흐름이 유체 출구(112)로부터 채널(106)을 빠져나갈 때 유체 흐름을 지향시키기 위해 유체 방향 구조(예를 들어, 공동(116) 내에 위치된 원뿔(120))을 포함할 수 있다. 예를 들어, 원뿔(120)은 유체 출구(112)에 역류(backwash) 영역 형성의 가능성을 줄이는 역할을 한다.

일부 실시예에서, 유체 흐름 제어 장치(100)의 하나 이상의 부분은 유체 흐름 제어 장치(100)가 유체 흐름 시스템에 설치될 때 적어도 부분적인 밀봉을 규정하기 위한 밀봉 특징부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 실질적으로 원통형인 본체(102)는 홈(122) 내에 하나 이상의 시일(예를 들어, O-링)을 수용할 수 있는 하나 이상의 홈(예를 들어, 홈(122))을 포함할 수 있다.

실질적으로 원통형인 본체(102)는 세라믹, 금속(예를 들어, 합금, 강철, 스테인리스강), 소결 재료(예를 들어, 금속 및/또는 세라믹), 폴리머, 비교적 높은 경도 또는 침식 저항성을 갖는 다른 재료와 같은 재료 및 이들의 조합(예 : 서멧)을 사용하여 형성될 수 있다. 물론, 용도에 따라 다른 재료도 사용될 수 있다는 것이 고려된다. 위에서 언급한 바와 같이, 일부 실시예에서, 실질적으로 원통형인 본체(102) 및 채널은 선택된 재료 또는 프로세스에 사용되는 재료들에 관계없이 적층 제조 빌드업 프로세스에서 동시에 형성된다. 일부 실시예에서는 적층 제조와 전통적인 제조의 조합이 구현될 수 있다.

일부 실시예에서, 채널 유형은 해당 채널(106)을 통한 유체의 흐름에 영향을 미치는 다양한 특성 및 특성을 기반으로 선택될 수 있다. 채널(106)의 기하학적 구조 및 위치는 채널의 원하는 기능을 달성하기 위해 응용 분야에 따라 선택될 수 있다. 일부 실시예에서 채널(106)은 일정한 내부 치수(예 : 직경 또는 폭)로 제한되지 않고 채널(106)의 길이에 따라 달라질 수 있다. 일부 실시예에서 채널(106)의 직경은 채널(106)이 실질적으로 원통형인 본체(102)의 길이를 따라 연장됨에 따라 증가하거나 감소할 수 있다. 다른 실시예에서, 채널(106)의 직경은 채널 경로를 따라 변동하여 각 채널(106)의 흐름 특성을 추가로 규정할 수 있다. 채널(106)의 직경 및/또는 길이는 특정 응용 분야와 실질적으로 원통형인 본체(102)의 크기 및 기하학적 구조에 따라 달라질 수 있다.

도 4는 유체 흐름 제어 장치(201)를 포함하는 유체 흐름 제어 시스템(200)의 일부분의 부분 단면도이다. 일부 실시예에서, 유체 흐름 제어 장치(201)는 위에서 논의된 유체 흐름 제어 장치(100)와 유사할 수 있고, 동일하거나 유사한 구성요소 또는 구성을 포함할 수 있다. 위와 같이, 유체 흐름 제어 장치(201)의 내부 특징(예를 들어, 채널, 공동 등)은 관련 설명을 위해 이러한 특징을 볼 수 있도록 점선으로 표시될 수 있다. 도시된 바와 같이, 유체 흐름 제어 장치(201)는 점선으로 도시된 내부 특징을 갖는 측면도이고, 유체 흐름 제어 시스템(200)의 나머지 부분은 단면으로 도시되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 유체 흐름 제어 장치(201)는 초크 튜브로 구성될 수 있고 파이프(204)(튜브라고도 함)에 수용되는 실질적으로 원통형인 본체(202)를 갖는다. 위에서 설명한 것과 유사하거나 동일하게, 채널(206)은 실질적으로 원통형인 본체(202) 내에 규정된다. 채널(206)은 유체 입구(208)에서 유체 출구(212)로 연장된다. 위에서와 같이, 채널(206)은 실질적으로 단일편의 모놀리식 구조로 형성될 수 있는 실질적으로 원통형인 본체(202)의 내부 부분 내에 규정될 수 있다.

도시된 바와 같이, 파이프(204)는 파이프(204)를 유체 흐름 제어 시스템(200)의 다른 부분에 연결하기 위한 단부(예를 들어, 플랜지형 단부(210))를 포함할 수 있다. 유체 흐름 제어 장치(201)는 임의의 적합한 방법에 의해 파이프(204) 내에 고정될 수 있다(예를 들어 기계적 고정, 용접, 억지끼워맞춤, 접착제 등). 예를 들어, 유체 흐름 제어 장치(201)의 단부 또는 부분(예를 들어, 유체 출구(212)에 근접함)은 파이프(204)의 감소된 치수 부분(214)(예를 들어, 감소된 직경을 갖는 목 부분)에 수용될 수 있다. 즉, 유체 흐름 제어 장치(201)는 하류 방향으로의 추가 이동을 방지하는 쉘프(shelf)과 함께 파이프(204)의 치수 감소 부분(214) 내에 끼워지는 상보적인 감소 직경 부분(215)을 포함할 수 있다. 유체 흐름 제어 장치(201)의 다른 단부 또는 부분(예를 들어, 유체 입구(208)에 근접함)은 제거 가능한 특징부로 유지될 수 있다. 예를 들어, 파이프(204)는 리테이너 링(220)으로 파이프(204)에 고정되는 리테이너 슬리브(218)를 포함할 수 있다. 리테이너 슬리브(218)와 리테이너 링(220)의 제거 및 설치는 유체 흐름 제어 장치(201)가 파이프(204)로부터 원하는 대로(예를 들어, 에너지 감소 특성의 서비스, 교체 및/또는 수정 등을 위해) 설치 및 제거되는 것을 가능하게 할 수 있다.

전술한 바와 같이, 유체 흐름 제어 장치(201)는 파이프(204)와 유체 흐름 제어 장치(201) 사이의 밀봉을 규정하기 위해 하나 이상의 밀봉 요소(224)(예를 들어, 하나 이상의 백업 링을 갖는 O-링)를 수용하는 홈(222)을 포함하여 파이프(204)와 유체 흐름 제어 장치(201) 사이의 유체 흐름 제어 시스템(200) 내의 의도하지 않은 흐름을 최소화하거나 실질적으로 방지할 수 있다.

작동 시, 유체는 파이프(204)의 상류 부분(226)으로부터 제공될 수 있고 유체 흐름 제어 장치(201)를 통해 안내될 수 있다. 파이프(204)의 상류 부분(226)으로부터의 유체가 유체 입구(208)로 그리고 유체 흐름 제어 장치(201)를 통과함에 따라, 유체의 에너지 양(예를 들어, 압력)은 유체가 유체 출구(212)에서 파이프(204)의 하류 부분(228)으로 배출되기 전에 감소될 수 있다. 위와 같이, 유체 흐름 제어 장치(201)의 채널(206)은 파이프(204)의 하류 부분(228)의 중앙 부분을 향해 유체를 지향시키기 위해 유체 출구(212)(예를 들어, 공동(216) 내)에서 서로 충돌하기 시작할 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 흐름의 방향 전환은 유체 출구(212)에서 파이프(204)에 가해지는 유체 힘의 양을 감소시킬 수 있다(예를 들어, 유체 출구(212)에서 빠져나가는 유체 제트로부터 파이프(204) 벽의 마모 또는 침식을 줄이기 위해).

도 5는 유체 흐름 제어 장치(301)를 포함하는 유체 흐름 제어 시스템(300)의 일부의 부분 단면도이다. 일부 실시예에서, 유체 흐름 제어 장치(301) 및/또는 시스템(300)은 전술한 유체 흐름 제어 장치(100, 201) 및 시스템(200)과 유사할 수 있고 전술한 유체 흐름 제어 장치(100, 201) 및 시스템(200)의 동일하거나 또는 유사한 구성요소 또는 구성을 포함할 수 있다. 위와 같이, 유체 흐름 제어 장치(301)의 내부 특징부(예를 들어, 채널, 공동 등)는 관련 설명을 위해 이러한 특징을 볼 수 있도록 점선으로 표시될 수 있다. 도시된 바와 같이, 유체 흐름 제어 장치(301)는 대시로 표시된 내부 특징을 갖는 측면도이고, 유체 흐름 제어 시스템(300)의 나머지 부분은 단면으로 표시되어 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 유체 흐름 제어 장치(301)는 초크 튜브로서 구성될 수 있고 파이프(304)에 수용될 수 있다(예를 들어, 위에서 논의된 바와 같이 파이프(304)에 고정되고 밀봉됨). 위에서 설명한 것과 유사하거나 동일하게, 채널(306)은 실질적으로 원통형인 본체(302) 내에 규정된다. 채널(306)은 유체 입구(308)에서 유체 출구(312)로 연장된다. 위에서 설명한 바와 같이, 채널(306)은 실질적으로 원통형인 본체(302)의 내부 부분 내에서 규정될 수 있고, 이는 실질적으로 단일 조각의 모놀리식 구조로 형성될 수 있다.

도시된 바와 같이, 유체 입구(308)와 유체 출구(312)는 모두 실질적으로 원통형인 본체(302)의 말단부에 위치할 수 있다. 유체 흐름 제어 장치(301)는 유체 출구(312)에서 공동(316)을 규정하는 별도의 출구 링(330)을 포함할 수 있다. 그러한 일 실시예에서, 원뿔(320)은 실질적으로 원통형인 본체(302) 또는 별도의 배출구 링(330)의 일부일 수 있고 유체 배출구(312)에서 실질적으로 원통형인 본체(302)의 말단 단부를 넘어 연장될 수 있다.

전술한 바와 같이, 채널(306)은 채널(306)이 유체 배출구(312)에서 종결되기 전에 선택적으로 유체 배출구(312) 근처로 수렴하여 유체가 별도의 시트 링(330)의 공동(316)을 통과할 수 있도록 할 수 있다.

도 6은 유체 흐름 제어 장치(401)를 포함하는 유체 흐름 제어 시스템(400)의 일부분의 부분 단면도이다. 일부 실시예에서, 유체 흐름 제어 장치(401) 및/또는 시스템(400)은 전술한 유체 흐름 제어 장치(100, 201, 301) 및 시스템(200, 300)과 유사할 수 있고, 전술한 유체 흐름 제어 장치(100, 201, 301) 및 시스템(200, 300)의 동일하거나 유사한 구성요소 또는 구성을 포함할 수 있다. 위와 같이, 유체 흐름 제어 장치(401)의 내부 특징(예를 들어, 채널, 공동 등)은 관련 설명을 위해 이러한 특징을 볼 수 있도록 점선으로 표시될 수 있다. 도시된 바와 같이, 유체 흐름 제어 장치(401)는 점선으로 표시된 내부 특징부를 갖는 측면도이고, 유체 흐름 제어 시스템(400)의 나머지 부분은 단면으로 표시되어 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 유체 흐름 제어 장치(401)는 초크 튜브로서 구성될 수 있고 파이프(404)에 수용될 수 있다(예를 들어, 위에서 논의된 바와 같이 파이프(404)에 고정되고 밀봉됨). 위에서 설명한 것과 유사하거나 동일하게, 채널(406)은 실질적으로 원통형인 본체(402) 내에 규정된다. 채널(406)은 유체 입구(408)에서 유체 출구(412)로 연장된다. 위에서와 같이, 채널(406)은 실질적으로 단일 조각의 모놀리식 구조로 형성될 수 있는 실질적으로 원통형의 본체(402)의 내부 부분 내에 규정될 수 있다.

도시된 바와 같이, 유체 흐름 제어 장치(401)는 추가 채널(406)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 채널(406)의 나선형 구조는 실질적으로 복제되어 각 아치형 채널(406)이 반복되어 유사한 형상의 두 채널(306)이 실질적으로 원통형의 몸체(402)를 통해 실질적으로 평행하게 연장될 수 있다. 다르게 말하면, 유체 흐름 제어 장치(401)는 채널(406)의 두 개(또는 그 이상)의 나선형 구조를 포함할 수 있다(예를 들어, 채널(406)의 제1 나선형 구조는 채널(406)의 다른 나선형 구조 내에 수용됨).

도 7 및 도 8은 도 6의 유체 흐름 제어 장치(401)의 단부도이다. 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 채널(406)의 다중 나선형 구조는 추가 유체 입구(408)에서 시작하여 추가 유체 출구(412)에서 끝날 수 있다(예를 들어, 도 3에 도시된 유체 입구(108) 및 출구(112)와 비교하여). 예를 들어, 채널(406)의 각 나선형 구조의 유체 입구(408) 및 유체 출구(412)는 동심원 내에 놓일 수 있고 채널(406)의 인접한 나선형 구조의 출구와 정렬되거나 오프셋될 수 있다.

특정 실시예가 첨부 도면에 설명되고 도시되었지만, 이러한 실시예는 단지 예시일 뿐이고 본 개시의 범위를 제한하지 않으며, 본 개시는 다양한 다른 추가 및 수정이 도시되고 설명된 특정 구성 및 배열로 제한되지 않는다. 기술된 실시예에 대한 삭제 및 삭제는 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 개시의 범위는 뒤따르는 청구범위의 문자 그대로의 언어와 법적 등가물에 의해서만 제한된다.

Claims (20)

1. 유체 흐름 제어 장치로서,
   길이방향 축을 따라 연장되는 실질적으로 원통형인 본체 - 실질적으로 원통형인 본체는 실질적으로 원통형인 본체의 제1 축방향 단부에 유체 입구 및 실질적으로 원통형인 본체의 제2 축방향 단부에 유체 출구를 가짐 - ; 및
   실질적으로 원통형인 본체의 내부 부분을 통해 제1 축방향 단부의 유체 입구로부터 제2 축방향 단부의 유체 출구까지 연장되는 채널 - 상기 채널은 상기 유체 경로를 통해 이동하는 유체의 압력을 감소시키기 위하여 실질적으로 원통형인 본체를 통과하는 유체 경로를 집합적으로 규정하며, 각각의 채널은 채널 중 적어도 하나의 다른 채널과 교차함 -
   을 포함하는 유체 흐름 제어 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 채널은 길이방향 축에 대해 비스듬한 각도로 실질적으로 원통형인 본체를 통해 연장되는 유체 흐름 제어 장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 채널은 실질적으로 원통형인 본체와 함께 연장되는 나선형 패턴을 규정하는 유체 흐름 제어 장치.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 채널은 채널 중 하나 이상의 다른 채널에서 교차하는 유체 흐름 제어 장치.
5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 제1 축방향 단부의 유체 입구와 제2 축방향 단부의 유체 출구 사이에서 연장되는 채널 전체가 실질적으로 원통형인 본체 내부에 있는 유체 흐름 제어 장치.
6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 채널 중 적어도 일부는 상기 유체 출구에 근접한 실질적으로 원통형인 본체를 통해 반경방향 내측으로 연장되는 유체 흐름 제어 장치.
7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 채널 중 적어도 일부는 상기 유체 입구에서의 채널 간격에 비해 상기 유체 출구에서 서로 상대적으로 더 가깝게 위치하는 유체 흐름 제어 장치.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 채널로부터의 유체 흐름이 상기 유체 출구에서 상기 채널의 적어도 하나의 인접한 채널로부터의 유체 흐름에 충돌하도록 채널이 위치되고 구성되는 유체 흐름 제어 장치.
9. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 실질적으로 원통형인 본체는 제2 축방향 단부에 실질적으로 원통형인 본체 내로 연장되고 실질적으로 원통형인 본체에 의해 방사상으로 둘러싸인 축방향으로 연장되는 공동을 포함하고, 상기 유체 출구의 적어도 일부는 상기 축방향으로 연장되는 공동 내에 규정되는 유체 흐름 제어 장치.
10. 청구항 9에 있어서, 실질적으로 원통형인 본체는 유체 출구에서 유체 흐름을 지향시키기 위해 축방향으로 연장되는 공동 내에 실질적으로 원뿔형 돌출 위치를 포함하는 유체 흐름 제어 장치.
11. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 실질적으로 원통형인 본체는 단일 조각의 모놀리식 구조 내에 규정된 채널을 갖는, 상기 단일 조각의 모놀리식 구조를 포함하는 유체 흐름 제어 장치.
12. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 실질적으로 원통형인 본체는 적층 제조 공정에 의해 형성되는 유체 흐름 제어 장치.
13. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 실질적으로 원통형인 본체는 유체 경로 전체를 규정하는 단일 구조를 포함하는 유체 흐름 제어 장치.
14. 유체 흐름 시스템으로서:
    유체 취급 구성요소를 통과하는 유체 흐름 경로를 규정하는 유체 취급 구성요소; 및
    유체 취급 구성요소의 유체 흐름 경로에 있는 흐름 제어 장치를 포함하며, 상기 흐름 제어 장치는:
    길이방향 축을 따라 연장되는 세장의 본체(elongated body) - 상기 세장의 본체는 상기 세장의 본체의 제1 길이방향 단부에 유체 입구 및 상기 세장의 본체의 제2 길이방향 단부에 유체 출구를 가짐 - ; 및
    상기 세장의 본체 내에 규정되고 제1 길이 방향 단부의 유체 입구와 제2 길이 방향 단부의 유체 출구 사이에서 연장되는 채널 - 상기 채널은 유체 입구로부터 상기 유체 출구까지의 유체 경로를 통해 이동하는 유체의 압력을 감소시키기 위하여 상기 세장의 본체를 통과하는 유체 경로를 집합적으로 규정하고, 상기 채널은 상기 채널로부터의 유체 흐름이 상기 유체 출구에 근접한 채널의 적어도 하나의 인접한 채널로부터의 유체 흐름에 충돌하도록 위치되고 구성됨 -
    을 포함하는 유체 흐름 시스템.
15. 청구항 14에 있어서, 제1 길이방향 단부의 유체 입구와 제2 길이방향 단부의 유체 출구 사이에 연장되는 상기 채널의 전체가 상기 세장의 본체 내에 위치되는 유체 흐름 시스템.
16. 청구항 14에 있어서, 상기 채널로부터의 유체 흐름이 제2 길이방향 단부에서 상기 세장의 본체 내에 규정되는 공동내에 위치되는 상기 유체 출구에서 채널의 적어도 하나의 인접한 채널로부터의 유체 흐름에 충돌하는 유체 흐름 시스템.
17. 청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서, 실질적으로 원통형인 본체와 상기 채널은 적층 제조 공정으로 동시에 형성되고, 상기 유체 취급 구성요소는 밸브 또는 연결 파이프의 일부를 포함하는 유체 흐름 시스템.
18. 유체 흐름 제어 장치를 사용하여 유체의 압력을 감소시키는 방법으로서,
    본체의 제1 축방향 단부에 있는 본체의 유체 입구로 고압 유체를 수용하는 단계;
    고압 유체의 압력을 낮추기 위해 본체 내에 규정된 채널을 통해 고압 유체를 저압 유체로 지향시키는 단계; 및
    본체의 제2 축방향 단부에 있는 본체의 유체 출구에서 저압 유체를 빠져나가게 하는 단계를 포함하는 방법.
19. 청구항 18에 있어서, 유체 출구에서 본체의 채널을 빠져나가는 저압 유체의 유체 스트림이 상기 채널의 인접한 채널의 유체 스트림에 충돌하도록 지향시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
20. 유체 흐름 제어 장치를 형성하는 방법으로서:
    적층 제조 공정을 통해 청구항 1에 기재된 유체 흐름 제어 장치의 실질적으로 원통형인 본체를 구축하는 단계; 및
    적층 제조 공정 동안 실질적으로 원통형인 본체에 채널을 동시에 규정하는 단계를 포함하는 방법.