(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体流入口（３）を有する流入室（２）と、流体流出口（５）を有するくびれのある同軸の流出室（４）とを備える流体流れ制御バルブ（１）であって、前記流入室は、前記流出室に対して開口している同軸のケージ（６）を含み、前記ケージは、前記流体流入口から前記流出室へ液体を流すための少なくとも１つのバルブ口（７）をその壁に有し、前記制御バルブは、前記少なくとも１つのバルブ口を開閉するために前記ケージに対して軸方向に移動可能な同軸のプラグ（１０）と、前記プラグまたはケージを互いに対して移動させ、それによって、前記少なくとも１つのバルブ口を開閉する操作が可能なバルブアクチュエータ（９、１１、１２、１３）とをさらに備え、前記ケージを出る前記流入室からの流体に前記ケージの軸（３１）に対して接線方向の速度成分を与えるよう前記少なくとも１つのバルブ口が配置されている、流体流れ制御バルブ。
【請求項２】
前記流入口から前記少なくとも１つのバルブ口へと流れる流体に、前記ケージの軸に対して接線方向の速度成分を与えるように、前記流入口および／または流入室が形成されている、請求項１に記載のバルブ。
【請求項３】
前記少なくとも１つのバルブ口が、前記ケージの軸に対して、軸方向および接線方向の両方向に向いている、請求項１または２のいずれかに記載のバルブ。
【請求項４】
渦防止装置（vortex breaker）が、前記流出室内に前記流出室のくびれ部下流に位置している、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項５】
前記渦防止装置は、半径方向および軸方向に延びる羽根を備え、前記羽根の流体衝撃面は、前記流出室の軸に対して、前記ケージに近い端から前記ケージから遠い端へと次第に減少する角度を有する、請求項４に記載のバルブ。
【請求項６】
前記流体流入口および前記流体流出口は、前記流入室および流出室と実質的に同軸である、請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項７】
前記流出室には、前記ケージから前記流出室のくびれ部までの流体流路に、妨げとなる構造要素が実質的にない、請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項８】
開口したケージおよび流出室を有するプラグ・ケージバルブであって、前記ケージの開口が、軸方向および接線方向の両方向に向いており、前記流出室にくびれがあることを特徴とする、プラグ・ケージバルブ。
【請求項９】
前記ケージの軸に垂直な面において前記開口を通る流れ軸と前記ケージの軸から前記ケージの壁での前記開口の中心までの半径との間の角度は３５〜８８度である、請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項１０】
前記開口を通る流れ軸と前記ケージの壁での前記開口の中心で前記ケージの軸と垂直な面との間の角度は５〜７０度である、請求項１〜９のうちのいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項１１】
バルブを備える導管を通る乳濁液の流量または圧力を、前記バルブの動作によって変える方法であって、前記バルブは請求項１〜１０のうちのいずれか１項に記載のバルブであることを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記乳濁液の連続相の密度は分散相の密度よりも高い、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体流れ制御バルブあるいはチョークバルブ、特に、たとえば、連続相（たとえば、油または気体）と不連続相（たとえば、水滴または油滴）とを含む２相以上の流体の圧力および流れを制御するためのバルブ、およびそのようなバルブを用いて、流体の圧力および流量を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、油井から炭化水素を産出し処理する場合、炭化水素と共に水が存在することが多く、そのため、水を炭化水素から分離する必要がある。分離完了の前には、混入した液体炭化水素液滴または気体炭化水素気泡を含む水、混入した水滴およびガス気泡を含む液体炭化水素、または混入した水滴または油滴を含む気体炭化水素などの流れの制御が必要な場合がある。混入した液滴が小さいほど、液滴の分離がより困難となるため、処理手順自体が液滴の細分化を引き起こさないことが重要となる。同様に、炭化水素井戸から生成された水の処理において、混入した油滴がさらに細分化されないことが重要である。なぜならば、生成水を環境に戻す前に、混入した油滴を実質的になくす必要があるからである。従来の流体流れ制御バルブまたはチョークバルブでは、流体の流れを規制する（たとえば、バルブを閉じたり開けたりする）間、流れていく流体は、液滴の細分化を引き起こす大きな剪断力に曝される可能性がある。国際公開第２００７／０２４１３８号パンフレット（その内容はこれに言及することにより、本出願に組み込まれる）において、タイフォニックスＡＳ社（Typhonix AS）は、バルブの操作によって流量を変える位置で、入ってくる流体に回転流パターンを与える制御バルブの使用を提案している。これは、円筒状の流入室内のピストンが軸方向に移動することで閉じることができる接線方向の流入口を通って、この流入室に流体が入ることによって実現される。回転する流体は、流入室の開端部からくびれのある同軸円筒状の流出室を通り、そして流出室の流出口を通ってバルブ外へと出る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００７／０２４１３８号パンフレット
【発明の概要】
【０００４】
一般に、「制御バルブ」および「チョークバルブ」という用語は、流体処理システムにおいてバルブが位置する場所およびこのバルブが行なう機能をいう。便宜上、以下では用語「制御バルブ」を両方意味するものとして用いる。
【０００５】
さて、制御バルブ性能が、以下の部材を備えるバルブを用いることで高められることがわかった。その部材とは、開口を有し、その開口を通って流体が流される開位置とそのような流れを減少またはなくす閉位置との間の面に対して移動可能な部材であって、この開口には、そこを通って流れる流体の速度に回転成分を与えるため角度が付けられている。１つの好ましい形態において、これは、流入室と流出室との間の「ケージ」に接線方向の開口を有し、ピストンが「ケージ」の開口を閉じることにより流れを止める「プラグ」としての役目をする「プラグ・ケージ」バルブを配置することで実現される。
【０００６】
ケージをこのように変更すると、流体のバルブ通過によるエネルギー損失が、流出室で渦を巻いて流れることにより概して散逸され、液滴の重大な細分化は引き起こされない。
【０００７】
したがって、一局面から見られるように、本発明は、流体流入口を有する円筒状の流入室と、流体流出口を有するくびれのある同軸円筒状の流出室とを備える流体流れ制御バルブであって、前記流入室は、前記流出室に対して開口している同軸円筒状のケージを含み、前記ケージは、前記流体流入口から前記流出室へ液体を流すための少なくとも１つのバルブ口をその円筒壁に有し、前記制御バルブは、前記バルブ口を開閉するために前記ケージに対して軸方向に移動可能な同軸円筒状のプラグと、前記プラグまたはケージを互いに対して移動させ、それによって、前記バルブ口を開閉する操作が可能なバルブアクチュエータとをさらに備え、前記ケージを出る前記流入室からの流体に前記ケージの円筒軸に対して接線方向の速度成分を与えるよう前記バルブ口が配置されている、流体流れ制御バルブを提供する。
【０００８】
本発明の制御バルブにおいて、流出室には、ケージからくびれ（つまり、流出室の断面積が最小のくびれた部分）までの流路に、妨げとなる構造要素が実質的にないことが好ましい。すなわち、この流路では、流体が満たす空間が、流出室の内壁から流出室の軸へと十分に広がることが好ましい。このように、雑音、振動および液滴の細分化を引き起こし得る余分な乱流を回避しつつ、この空間をエネルギー散逸に用いることができる。
【０００９】
ここで用いられている「円筒状」という用語は、断面が完全な円形である形に制限されず、また、制御バルブの流入室および流出室に関する限りでは、軸と平行な側壁を有する形にも制限されない。したがって、たとえば、断面は楕円形でもよく、また、流入室および流出室に関しては、側壁は軸側へ近付いていってもよいし軸から離れていってもよい。しかしながら、断面は円形または実質的に円形であることが好ましい。同様に、２つ以上の要素に対してここで用いられる「同軸」という用語は、各要素の軸が同一であることを必須としない。つまり、各軸が実質的に同じ方向に沿って、実質的に隣接するものとする。しかしながら、正確に同軸であることが好ましい。
【００１０】
制御バルブの一実施形態において、流入室に入る流体が、バルブ口を通ってケージへ入る前に円筒軸まわりに回転するように、流体流入口を配置してもよい。したがって、接線速度成分を与えるように、またこの成分が同じ向き（つまり、同じ回転方向）であるように、流体流入口とバルブ口の両方を配置してもよい。
【００１１】
制御バルブの他の実施形態において、流入室への入口は軸に沿っていてもよく、流入室の内壁は、ケージの上流で流体に回転運動を与える構造を備えていてもよい。たとえば、そのような構造は羽根であってもよいし、より好ましくは、プラグ駆動機構のハウジングの外面の渦巻状溝および／または渦巻状隆起であってもよい。同様に、そのような構造は、ハウジングの外面と流入室の外壁の内面との間を連結する、またはその間に配置される羽根などであってもよい。この場合、ケージは、接線方向ではなく半径方向に向いている開口を有していてもよく、一般にこの開口は、流れている流体に既に与えられた回転運動を損なわないよう、比較的大きな開口である。あるいは、実際、軸方向のプラグの動きのみで流れの増加／減少を果たすのであれば、ケージを省略してもよい。しかしながら、流れている流体に既に与えられた回転運動に合わせた、ケージの接線方向の開口を使用することが、非常に好ましい。したがって、さらなる局面から見られるように、本発明は、軸方向に配置された流体流入口を有する円筒状の流入室と、流体流出口を有する同軸円筒状の流出室とを備えた制御バルブであって、前記流入室は、前記流入室から前記流出室への流体の流れを防ぐためにプラグそれ自身が軸方向に移動可能なプラグ用のハウジングを含み、前記流入室から前記流出室へと流れる流体に回転運動を与えるように、前記ハウジング上を、たとえば前記ハウジングの外面上を流れる流体が接する面が形成されていることを特徴とする、制御バルブも提供する。
【００１２】
一般に、本発明の制御バルブは、流体流入方向がケージと同軸である「インライン」バルブであってもよく、また、流入方向が、ケージ軸に対してある角度、典型的な場合では約９０度、で曲がる「アングル」バルブであってもよい。アングルバルブでは、一般に、ケージによって流入室内部の長さを延ばすことが好ましく、この場合、流体流入口は、入ってくる流体を流入室の内壁とケージの外壁との間の環状空間へ直接導入する役割を果たす。この構成において、流入口は、流体を接線方向にこの環状空間へ導入するよう配置されることが好ましい。しかしながら、インラインバルブでは、ケージがこの総長さを延ばさないことが好ましく、また、流体流入口は、ケージおよび流出室から離れた方の端部またはその端部の近くで、好ましくは流出入室の円筒軸に沿って、流入室へ流体を導入するように配置されることが好ましい。
【００１３】
ケージは、複数の、たとえば１００までまたはそれ以上のバルブ口を備えていることが好ましく、またこの開口が、回転対称に分布していることが好ましい。この開口の断面積は一様であってもよく、あるいは、円筒軸に沿って増加（または減少）してもよい。同様に、軸の単位長さ当たりの開口の数は一様であっても変化していてもよい。このように、プラグの動きによる流体の流れの開始または遮断のペースは、ほぼ一定であってもよいし、早くなっても遅くなってよい。バルブ口の数が特に多い場合には、ケージ壁の外観は網の目のようであってもよい。
【００１４】
ケージ壁の開口は、好ましくは接線方向に、ドリル又は切断によりケージ壁を貫通することによって、容易に形成してもよい。当然、開口を作る他の従来の方法を用いてもよい。
【００１５】
ここで用いられる「接線方向」とは、円筒軸と交差せず、且つ円筒軸に平行でない方向を意味する。好ましくは、この方向は円筒軸に垂直であり、また、好ましくは、半径に実質的に垂直である。開口は、そこを通る流れの方向が、流入室またはケージのそれぞれの面を通るように配列されてもよく、その一方で、必要であれば流れの方向が、軸方向の成分、好ましくは流出室に向かう成分を有するように、開口が角度を有していてもよい。
【００１６】
ケージの開口は、たとえば円形、正多角形、または、たとえば楕円、スリット状といった細長い形などの任意の断面形状を有してよい。断面は滑らかであることが好ましく、開口は、断面がスリット状または円形、つまり切断又はドリルによって容易に実現され得る形であることが好ましい。開口の断面が細長い、たとえばスリット状である場合、この長手方向は、少なくとも部分的に、より好ましくは少なくとも大部分がケージの軸方向に沿っていることが好ましい。
【００１７】
開口の端部は、とりわけケージの外面において、滑らかであることが望ましい。さらに、開口の断面積は増加してもよく、また、好ましくは、ケージの外側から内側へと進むにつれ断面積が減少してもよい。たとえば、開口は実質的に円錐台形状であってもよい。ケージの軸から最も遠い開口の端部は、ケージ内部へのその入口で実質的に接線方向にあることが好ましい。
【００１８】
開口が接線方向に向いている場合、ケージの軸から最も遠い開口の端部がケージ内部へのその入口で実質的に接線方向にある一方で、ケージ軸に垂直な面において開口を通る流れの軸とケージ軸からケージ壁での開口の中心までの半径との間の角度が、可能な限り９０度に近いことが好ましい。典型的には、この角度は、高々８８度まで、たとえば８６度まで、または８５度までである。この角度は、少なくとも１０度であることが好ましく、より好ましくは少なくとも２０度、とりわけ少なくとも３０度、さらにとりわけ少なくとも３５度、特に少なくとも７０度であることが好ましい。したがって、たとえば、５〜８５度、とりわけ１０〜８０度、たとえば３５〜７０度であってもよい。開口が軸方向に向いていることも好ましい。つまり、開口を通る流れの軸とケージ壁での開口の中心でケージ軸に垂直な面との間の角度は、０度より大きく、５〜７０度であることが好ましく、特に１０〜６０度、たとえば１０〜５０度であることが好ましい。そのようないかなる軸方向の向きもケージからの流れの方向にあることが好ましい。このようにすることで、ケージ領域での乱流および結果として生じるいかなる液滴の細分化をも最小限に抑え得る。接線方向と軸方向の両方向に向いた開口を有するケージの使用は新規であり、そのような開口を有するプラグ・ケージバルブは、本発明のさらなる局面を形成する。このバルブにおいて、流出室にくびれがあることは好ましいが、必須ではない。
【００１９】
制御バルブにおいて、ケージは端部が開口した円筒でもよいし、流出室から離れた方の端部が閉じられていてもよい。プラグがケージ外に配置される場合は、後者の方式が好ましく、プラグがケージ内に配置される場合は、前者の方式が好ましい。
【００２０】
ケージの流出室側端部の内周またはプラグがケージ外に配置される場合のプラグの内周は、流出室の入口側端部の内周と実質的に同一平面上にあることが好ましい。ケージおよび流出室、または、プラグおよび流出室をそれぞれ一緒に保持してもよいし、あるいは、ケージまたはプラグが、それぞれ流出室の入口側端部と一体化した一部分であってもよい。
【００２１】
上述したように、本発明の「角度のある流れ（angled flow）」の実施形態において、たとえば、国際公開第２００７／０２４１３８号パンフレットにおいて示されているように、流入口も接線方向にあることが好ましく、また制御バルブにおいて、流出室から離れた方の流入室の端部に流入口があることが好ましい。そのような流入口が２つ以上備えられていてもよく、それにより、好ましくは周方向において均等な間隔をあけた、２以上の場所から流体が入ることとなる。本発明の制御バルブの他の好ましい「インライン」の実施形態において、流入口は軸と平行な流入方向を作るために配列された流入室の端部にあることが好ましい。この実施形態において、流入口は円筒軸上にあることが好ましい。
【００２２】
プラグがケージ内に配置される場合、バルブアクチュエータや何らかの便利な手段、たとえば、塞がれた開口を通って流入室の端部を貫通するロッドにより、プラグがケージの内部に沿って駆動されてもよい。プラグが制御バルブのケージ外に配置される場合、プラグは端部が開口した円筒であることが好ましく、ケージは、バルブアクチュエータによってプラグの内部に沿って同様に駆動されてもよい。バルブアクチュエータの操作は手動であってもよいし、より好ましくは駆動モータによるものでもよい。このように、たとえばロッドとロッドが通る流入室の開口とは螺合していてもよく、そのようにすることで、外部からロッドを回転させると、プラグが前進したり、後退したりする。あるいは、回転を伴わずに、プラグが前進または後退してもよい。
【００２３】
本発明の全てのバルブでは、プラグおよび／またはケージが、バルブを通る流体の流れを遮断するために基本的に十分に軸方向に動くことが好ましい。本発明の全てのバルブにおいて、ケージのバルブ口が全て接線方向にあることも好ましい。一般に、ケージは静止し、プラグは本発明のバルブを開閉するために移動可能であることが好ましい。
【００２４】
ケージ、プラグおよび流出入室の断面は円形でもよい。または、円形の方が好ましいものの、たとえば楕円や滑らかな多角形といった非円形であってもよい。プラグおよびケージの断面が非円形である場合には、プラグまたはケージの前進／後退は、プラグまたはケージの回転を伴わない。
【００２５】
上述のように、制御バルブの流出室は、くびれのある円筒形状を有する。これは、内部断面積が、流れの方向において、減少し、次いで増加することを意味する。くびれの内径は、流出室の入口の内径の１０〜９０％、とりわけ２０〜５０％であることが好ましい。くびれ下流の流出室の最大の内径は、流出室の入口の内径の１０〜２００％、とりわけ２０〜１５０％、さらにとりわけ５０〜１５０％であることが好ましい。入口からくびれまでと、くびれから流出口までの軸方向長さの比は、０．１：１〜１０：１、さらには０．２：１〜１０：１、特に０．２：１〜５：１、たとえば０．５：１〜５：１であることが好ましい。流れの方向における内面は、段のある直線形状であってもよいが、滑らかな曲線状であることが好ましい。
【００２６】
バルブ口を通り抜けた流体への望ましくない剪断力を防ぐために、ケージ内への入口から流出室のくびれまでの内部領域には、流体の流れを妨げたり制限したりするバルブの構成部材がないことが特に好ましい。同様に、流れの方向のこの領域の側壁が、実質的に滑らかであることが好ましい。つまり、断面積が急激な階段的減少を起こさないことが好ましい。内面の凹凸は、最小限に抑えられることが好ましい。
【００２７】
流出室の内部長さに対する流出室の入口の内径の比は、１：１〜１：２０、とりわけ１：２〜１：１０であることが好ましい。
【００２８】
一般的に、バルブの内面は、軸方向においてケージの下流側端部と流出室の出口との間で滑らかである。軸方向において、くびれはこの２端点間に生じ、滑らかな表面は、流れの方向において放物線状から双曲線状へと変化してもよい。この面に沿って、最小直径の一点（くびれ）をＢ、ケージの端部をＡ、流出室の出口をＣ、Ｂを通った円筒軸からの半径上のバルブの外側の一点をＤとすると、角度ＡＢＤは、１０〜８５度、とりわけ２０〜８０度、特に３０〜７０度であることが好ましく、角度ＣＢＤは、４０〜８７度、とりわけ５０〜８５度、特に６０〜８０度であることが好ましい。したがって、角度ＡＢＣは、５０〜１７２度、とりわけ７０〜１６５度、特に９０〜１５０度であることが好ましい。
【００２９】
流出室の流体流出口は、入口端部から離れた方の端部にあることが好ましい。流出口は、流出室の端部にあってもよく、好ましくは軸上に、あるいは、側壁にあってもよい。軸外にある場合、流出口は、流出室から流体を接線方向に排出するような向きであることが好ましい。流入室から離れた方の流出室の端部が流出口であることが、特に好ましい。
【００３０】
渦防止装置（vortex breaker）が、出ていく流体の回転運動を取り除くように流出室内に、またはその後ろに位置することが好ましい。このような装置は、円筒軸または流れの方向の平均（mean flow direction）に平行な１組の板または管の形状であってもよい。渦防止装置が流出室内に位置する場合、くびれ上流の空間で乱流を発生させないように、くびれ下流に位置することが好ましい。
【００３１】
とりわけ好ましくは、渦防止装置は、流出室の軸に対して流れの方向に沿って減少する角度を有する面（たとえば、軸方向および半径方向に延びる羽根）を備え、万一逆流すれば、この面は直線的に流れる流体に回転運動を与えるであろう。そのような羽根は、軸と平行に並んだ単純な平面と比べて極めて効果的である。したがって、たとえば、実験では、作動中の雑音レベルが４分の１以下に下がり得ることを示した。面の上流端部では、くびれからこの面に達する流体の「螺旋形の」流れの方向に対して平行に近く（たとえば１０度の範囲）、面の下流端部では、軸に対して平行に近くなるように面が並んでいることが望ましい。このようにすることで、雑音および振動を最小限にして、回転する流れから直線的な流れへと最も滑らかに移行することが可能となる。
【００３２】
制御バルブは、流入口と流出口の周りに外部フランジを備えていることが好ましく、これは、このフランジに取り付けられた各導管を通して流体をバルブに供給し、且つ、バルブから排出するためである。
【００３３】
必要であれば、このバルブは、流体流入口の上流または流体流出口の下流にさらにバルブを含んでもよい。
【００３４】
ケージ、プラグ、および流入出室は、多くの場合にはプラスチックで、より好ましくは金属、たとえば炭素鋼、ステンレス鋼、鋳鋼、鍛鋼、または鋳鉄で形成され、また、耐浸食性の面や炭化タングステン、炭化チタン、多結晶ダイヤモンドまたはセラミック等の表面被覆を共に形成してもよい。
【００３５】
上述のように、本発明のバルブは、たとえば乳濁液や分散液といった、２相または３相の流体の流れを制御する際の使用に特に適している。便宜上、ここでは乳濁液とする。このバルブは、液体の液滴が混入した気体や、液体の液滴がケージを通過することで放出される気体への使用、また液体の液滴が混入した液体への使用にとりわけ適している。
【００３６】
したがって、さらなる局面から見られるように、本発明は、バルブを備える導管を通る乳濁液の流量または圧力を、前記バルブの動作によって変える方法であって、前記バルブは本発明に係るバルブであることを特徴とする方法を提供する。
【００３７】
本発明の方法において、乳濁液とは、水中炭化水素型乳濁液（hydrocarbon-in-water emulsion）（たとえば生成水）、炭化水素中水型乳濁液（water-in-hydrocarbon emulsion）、または気体に液体が分散したもの（たとえばエアゾール）であることが好ましい。この方法において、導管によって、バルブと上流および／または下流のたとえば重力分離機や遠心分離機といった相分離器とが連結されることが好ましい。
【００３８】
本発明の制御バルブにおいて、流出室のくびれに向かって渦巻状で流れることが、実質的に全体的な圧力低下へとつながるので、ケージを通過する際の圧力低下は少なくてもよい。またそれによって、全体的な圧力低下は同じであっても、液滴の細分化の発生が少なくなる。したがって、くびれと下流の渦防止装置とを組み合わせることで、バルブが作動している間のケージ領域での乱流が全体的に少なくなる。さらに、ケージからくびれまでの流れにおいて構造要素をなくすことで、乱流が回避され、バルブ機能が向上する。同様に、接線方向および軸方向の両方向に向いた開口を使用することで、ケージを通過する際の圧力低下は少なくなり、ケージからくびれまでの領域において乱流が少なくなる。このように、２つ以上のこのような特徴を組み合わせることで、この制御バルブは、高密度または低密度の混入した液滴を有する流体への使用に適する。
【００３９】
ここまで、ケージを通り抜ける前に流体が入る流入室を有する制御バルブに関して本発明を説明してきたが、本発明の原理は、上述のような開口した部材を有する他のバルブにも適用可能であり、またそのようなバルブも本発明の一部分をなす。
【００４０】
したがって、さらなる局面から見られるように、本発明は、一端に流出口を、側壁に流入口を有し、かつ同軸円筒状のプラグと、側壁にバルブ口を有し、前記流出口に隣接する端部が開口した同軸円筒状のケージとを含む円筒状の流入室を備える制御バルブであって、前記流入口からの流体の流れが前記バルブ口を通り、前記流出口を通って出ることを許可又は防止するように、前記プラグは軸方向に移動可能であり、前記バルブ口は接線方向に向いていることを特徴とする、制御バルブを提供する。
【００４１】
このような形態の制御バルブにおいて、プラグとケージは、プラグが軸方向へ移動することでケージのバルブ口が開閉する２つの別々の同軸構造であってもよい。しかしながら、軸方向へ移動することで、流体が流入口、バルブ口、および流出口を通り抜けることのできる位置へと、またはその位置の外へとケージを移動させるように、プラグとケージが一体的に形成されることが好ましい。
【００４２】
たとえば、ケージおよび流出室を構成するといった、本発明の制御バルブに対して上述され、このバルブの形態に適合する好ましい局面も、このバルブの形態に好ましい。
【００４３】
一般に、本発明は、流入室と、くびれのある流出室と、開口のある部材を通り流出室へと流体が流れることを防ぐ当該開口のある部材の面の上を移動可能なバルブ部材と、この開口のある部材を通って流れる流体に回転運動させる手段とを有するすべてのバルブにまでおよぶ。
【００４４】
本発明のバルブによって液滴の細分化が減少するので、１つの結果として、バルブの下流での流体の有効粘性が、従来のバルブよりも低くなり、そのことによって液体を流すために必要とされるエネルギーが減少し、抗力を減少させる化学添加剤の必要性が低減または解消することから、本発明のバルブは、たとえば重質原油といった高粘性を有する流体への使用に特に適することとなる。したがって、このバルブは、たとえば、輸送パイプラインおよび立上り管の上流といった海中のチョークバルブとしての使用に特に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
次に添付図面を参照して本発明をさらに説明する。
【００４６】
図１は、本発明に係る第１バルブの概略縦断面図である。
【００４７】
図２は、流出室を省略した本発明に係る第２バルブの縦断面図である。
【００４８】
図３は、図２のバルブの縦図である。
【００４９】
図４は、図２のバルブの流入室の縦断面図である。
【００５０】
図５は、本発明に係る制御バルブの縦断面図である。
【００５１】
図６は、アングル制御バルブの切り欠き斜視図である。
【００５２】
図７は、図１のバルブと同様の構造のインライン制御バルブの一部分の切り欠き斜視図である。
【００５３】
図８は、軸方向に入る流体にプラグおよびケージの上流で回転運動を与える制御バルブの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
図６および図７は、モクフェルトバルブズＢＶ社（Mokveld Valves BV）が製造する従来のプラグ・ケージバルブを示し、当該会社の許可によりここに転載する。このように、実際、この２つの図ではケージの接線方向に向いた開口を示しておらず、また、実際のところ、そのような向きは図から識別できないであろう。しかしながら、この２つの図を含むのは、本発明のバルブにあることが好ましい他の構造的特徴を、好都合なことに示しているからである。したがって、この２つの図が、望ましい接線方向および／または軸方向に向いた開口を有するケージを示しているものとして、図についての以下の説明を解釈されたい。
【００５５】
図１および図７を参照すると、軸方向に位置する流体流入口３を有する円筒状の流入室２と、軸方向に位置する流体流出口５を有するくびれのある同軸円筒状の流出室４（図７では図示せず）とを有する制御バルブ１が示されている。
【００５６】
流入室２内に、流出室４へと一端で開口した同軸円筒状のケージ６が位置している。ケージ６は、その側壁に接線方向の複数のバルブ口７を有する。流出室から離れた方のケージ６の端部は、筐体８によって閉じられており、筐体８は、ピストンロッド１１を軸方向に動かすことでバルブ口を塞ぐまたは開けるために、ケージ内に沿ってプラグ１０を動かすように配置された伝達部９を含んでいる。伝達部９は、外部駆動モータ１３によって生じる心棒１２の回転運動または軸方向運動をピストンロッドの軸方向運動へと変えるように作動する。
【００５７】
ハウジング８のようなハウジングが流入室内にある場合には、上流端部は、その上での流体の流れを容易にするよう円錐形であることが好ましい。
【００５８】
流入口３は、フランジ１５で流入管１４に取り付けられている。流出口５は、フランジ１７で流出管１６に取り付けられている。示されているように流入管１４および流出管１６は同じ内径を有する。
【００５９】
くびれ１８の上流の流出室４の内面は、軸方向において流出室の軸に対して３０度の角度を有する。つまり、円錐角は６０度である。くびれの下流では円錐角は滑らかに変化する。
【００６０】
流出室の下流側端部内に渦防止装置１９が配置される。
【００６１】
図２〜図４を参照すると、側壁に流入口２２を有する円筒状の流入室２１を有し、端部が開口した同軸円筒状のケージ２３を含む制御バルブ２０が示されている。ケージ２３の下流側端部は、フランジ３０を介して流出室（図示せず）へ取り付けられている。ケージ及び流入室の円筒軸（３１）が示されている。ケージと流入室もフランジ３０を介して取り付けられる。接線方向を向いたケージ２３の側壁の開口２４によって、流体が流入室から流出室へと流れる。ケージ２３内には、ピストン２６上に取り付けられた円筒状のプラグ２５が配置され、ピストン２６は、流入室の端壁のピストン開口２７を通る。ピストンとピストン開口とが螺合しているので、ピストン２６上のハンドル２８を回すと、プラグ２５が、接線方向に向いたケージ壁の開口２４を覆うまたは覆わない状態となる。流入口２２を通してバルブへと流体を導入するため、流入管（図示せず）を流入室の外側のフランジ２９に取り付けてもよい。
【００６２】
図５を参照すると、側壁に流入口３４を、一端に流出口３５を備えた円筒状の流入室３３を有する制御バルブ３２が示されている。流入室３３内に、ピストン３７を介して駆動モータ３８に取り付けられた、端部が開口したプラグ・ケージ円筒３６が配置される。プラグ・ケージ円筒の側壁には、その下流側端部に、接線方向に向いたバルブ口３９がある。プラグ・ケージ円筒が下流方向に移動することで、バルブ口３９と流入口３４とが並んだ状態ではなくなり、これにより、バルブを通る流体の流れを防ぐ。
【００６３】
図６を参照すると、側壁に非接線方向の流入口４２を備え、一端に流出口４３を備えた円筒状の流入室４１を有する制御バルブ４０が示されている。流入室４１内には、固定ケージ円筒４４と、ピストン４５を介して駆動モータ（図示せず）に取り付けられた移動可能なプラグ円筒４９とが配置される。ケージ円筒４４のケージ部分の側壁には、接線方向に向いたバルブ口４６がある。ピストン４５の動作によってプラグ円筒４９が上流方向に移動すると、流入口から流体が入り、バルブ口を通り抜けて流出口を通って出る。
【００６４】
図８を参照すると、ハウジング５１を含む流入室５０を有するプラグ・ケージ制御バルブの部分切り欠き図が示されており、ハウジング５１自体がプラグ５２を駆動するための伝達部を含む。半径方向または接線方向に開口する、固定されたケージ５４を介して、流入室５０は流出室５３と通じている。図１および図７のバルブのように、心棒５５の回転運動は、プラグ５２の軸方向運動へと変えられる。ケージ５４を通り抜ける前に、ハウジング５１の螺旋形状の面によって、流入室５０に入ってくる流体に対して回転運動が与えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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