(57)【要約】  流体の圧力および流量を制御する制御バルブ（１）の配置において、吸入口（１６）を介して前記制御バルブ（１）に流入する流体は、主流軸（２０）のまわりを回転させられてから、少なくとも圧力または速度エネルギーが減少された状態で吐出口（１２）を介して前記制御バルブ（１）から流出する。前記吸入口（１６）と連通する少なくとも１つの流入口（１４）は、前記制御バルブ（１）に備えられた減速室（６）の流入部（２２）に対して接線方向に設けられ、前記主流軸（２０）と略同軸上にある前記減速室（６）は、主流方向の少なくとも第１の部分にわたって末広がりになっている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の圧力および流量を制御する制御バルブ（１）の配置において、吸込口（１６）を介して前記制御バルブ（１）に流入する流体は、主流軸（２０）のまわりを回転させられてから、少なくとも圧力または速度エネルギーが減少された状態で吐出口（１２）を介して前記制御バルブ（１）から流出する配置であって、
前記吸込口（１６）と連通する少なくとも１つの流入口（１４）は、前記制御バルブ（１）に備えられた減速室（６）の流入部（２２）に対して接線方向に設けられ、前記主流軸（２０）と略同軸上にある前記減速室（６）は、主流方向の少なくとも第１の部分にわたって末広がりになっていることを特徴とする配置。
【請求項２】
前記減速室（６）は、実質的に他の物体がない請求項１に記載の配置。
【請求項３】
前記減速室（６）は、少なくとも１つの双曲面部（２６）を含む請求項１に記載の配置。
【請求項４】
前記減速室（６）は、少なくとも１つの円錐部（２４）を含む請求項１に記載の配置。
【請求項５】
前記減速室（６）は、少なくとも１つの円錐部（２４）と少なくとも１つの双曲面部（２６）とを連続的に含む請求項１に記載の配置。
【請求項６】
前記流入口（１４）は入口弁（４）の一部を構成し、前記流入口（１４）の断面積が可変である請求項１に記載の配置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御バルブに関する。特に、流体の圧力および流量を制御する制御バルブに関する。本発明の制御バルブにおいて、吸込口を介して制御バルブに流入する流体は、主流軸（main flow axis）のまわりを回転させられ、これによって少なくとも圧力または速度エネルギーが減少された流体は、吐出口を介して制御バルブから流出する。吸込口と連通する少なくとも1つの流入口は、制御バルブに備えられた減速室の流入部において、主流軸から半径距離を隔てて、好ましくは接線方向に設けられ、主流軸と略同軸上にある減速室は、主流方向（main flow direction）の少なくとも第１の部分にわたって末広がりになっている。
【背景技術】
【０００２】
本発明に係る制御バルブは、広範な用途に適している。下記は石油関連の用途に基づいているが、本発明の範囲は決してこれに限定されない。
【０００３】
石油の生産において、油井流体は、かなりの量の水を含んでいることが多い。油井から最終の生産段階にいたっても、水が油井流量の９０％にまで達するのはめずらしいことではない。
【０００４】
水と石油とは、油井流体が油井から流出した後、いくつかの工程を経て分離される。しかし、この分離が行われる前だけでなく、それぞれの工程の間においても、流量および流体圧を制御する必要がある。
【０００５】
この種の制御は、一般に、当該処理工程の前の流路に配置された制御バルブによって行われる。
【０００６】
非混合流体の分離処理を理論的に説明するには、通常、ストークスの法則に基づく。
【０００７】
【数１】
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【０００８】
油水分離において、Ｖtは水中の油滴の上昇速度、ｇは重力、Ｄは液滴径、ρ1は連続相（水）の比重、ρ2は分散相（油）の比重、およびμは連続相の粘度である。
【０００９】
ストークスの法則は、分離処理の理論効率が、分散相の液滴サイズの２乗だけ増加することを示している。従って、制御バルブが、その中を流れる流体の各相における液滴サイズの減少をできる限り最小限に抑えることは、非常に重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来技術による制御バルブは、流体に比較的大きな剪断力を加える。これは、とりわけエネルギー損失率が大きい、即ち、例えば速度や圧力エネルギーという形の流体エネルギーがあまりにも早く失われるからである。従来技術のチョークバルブを流れる流体は、（複数の）分散流体相の液滴サイズが大幅に減少する。
【００１１】
本発明の目的は、従来技術の上記欠点の少なくとも1つを改善または低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は、本発明に従い、以下の説明および請求項に記載されている特徴により達成される。
【００１３】
圧力および流量を制御する制御バルブにおいて、吸入口を介して制御バルブに流入する流体は、主流軸のまわりを回転させられてから、少なくとも圧力または流量エネルギーが減少された状態で吐出口を介して制御バルブから流出する。吸入口と連通する少なくとも１つの流入口は、制御バルブに備えられた減速室の流入部において、主流軸から半径距離を隔てて、好ましくは接線方向に設けられている。主流軸と略同軸上にある減速室は、主流方向の少なくとも第１の部分にわたって末広がりになっている。
【００１４】
流体の主流方向は、実質的に、減速室の流入部から流出部へ向かう方向の主流軸と一致する。
【００１５】
前記減速室は、実質的に、内部物体を備えずに設計されることが有利である。
【００１６】
流入口によって主流軸のまわりを回転させられた流体は、減速室の径が主流方向に沿って大きくなることから、減速室内を流れるにつれて回転の直径が増加し始め、その結果、回転速度が減少し、主流方向の流速も減少することになる。
【００１７】
主流方向における減速室の径の増加は指数関数的でもよく、それによって減速室は双曲面状となることができ、減速室の径の増加が直線的であれば、円錐状となることができる。あるいは、これら２種類の容積（volume）を組み合わせてもよい。さらに、減速室の径の増加は、段階的であってもよい。これら全ての幾何学的形状は、「末広がり（divergent）」という用語に含まれるが、他の好適な形状を含むこともある。
【００１８】
減速室からの吐出口（複数でもよい）は、一般に、減速室の中央に位置しているが、減速室の周縁部または中間位置に配置されてもよい。吐出口は、主流軸に対して軸方向および／または接線方向に配置されてもよい。
【００１９】
制御バルブの少なくとも１つの流入口を、例えば、流入口断面を調節可能にすることによって可変させるのが有利である。流入口は、一般に、流量を変えることができる入口弁内に設けられている。
【００２０】
流入口は、制御翼または他の流量制御手段を含んでもよい。さらに、流入口は、軸方向に設けられていても、減速室の流入部に流入するのに必要な回転運動を流体に付与するように制御されることが可能である。
【００２１】
上述のように、流入口／複数の流入口は、減速室の流入部に配置されるのが最も有利である。減速室に対する流入部の幾何学的適合のために、流入部をこの領域の移行部とすることが必要となる場合もある。流入部は、円筒状または主流方向に沿って先細り状（convergent）に形成されてもよい。
【００２２】
本発明の制御バルブによる制御は、従来技術のチョークバルブを用いた場合よりも、分散相の液滴サイズの減少を著しく抑制することが、試験によって実証されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、添付の図面に示された好ましい実施形態の一例を説明するが、これに限定されない。
【００２４】
図面において、１は制御バルブであり、制御バルブ１のバルブ筐体２は、入口弁４と、入口弁４に対して下流側に配置された減速室６とを含む。
【００２５】
入口弁４は、バルブ筐体２の一端部に位置する。バルブ筐体２の反対側端部には、流出部８が封止用端板１０を備えている。端板１０は、中央に吐出口１２７を有する。
【００２６】
この好ましい実施形態における入口弁４は、図３に示すように、２つの接線方向の流入口１４を備えている。流体は、吸込口１６を介して入口弁４に流入し、流入路１８を通って流入口１４に到達することにより、減速室６の流入部２２に接線方向に流入するため、減速室６の中心軸と実質的に一致する主流軸２０のまわりを強力に回転させられる。
【００２７】
流体は、減速室６に沿って回転の直径が大きくなるにつれて回転速度を減少させながら、流入口１４から、流入部２２を介して、主流方向に減速室６を通過し、チョークバルブ１の流出部８に向かって、主流軸２０のまわりを回転して流れる。
【００２８】
図４に示す別の実施形態において、減速室６は、２つの円錐部２４と１つの双曲面部２６とを備え、吐出口１２は、減速室６の周縁部に配置されている。このように、減速室６は、当該流体を好適に減速させるように設計されている。
【００２９】
入口弁４は、制御バルブ１の軸方向に調節自在に動かすことが可能な制御ピストン２８を備える。制御ピストン２８は、対応する流入口１４内に突出した突出部３０を含む。制御ピストン２８の移動によって、それぞれの流入口１４の断面が変化する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の制御バルブの軸方向断面図であり、制御バルブの入口弁は、図３の線III−IIIについての断面が示されている。
【図２】図２は、図１の部分拡大図である。
【図３】図３は、図２の線II−IIについての断面図である。
【図４】図４は、別の実施形態における制御バルブの軸方向断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年4月28日(2008.4.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入口（１６）と、減速室（６）と、吐出口（１２）とを備え、流体の圧力および流量を制御する制御バルブ（１）であって、
前記吸込口から流入する流体は、前記減速室（６）を介して前記吐出口から流出する前に、主流軸（２０）のまわりを回転させられ、前記減速室は、前記主流軸と略同軸上にあるとともに、前記主流軸に沿って一部が末広がりになっており、
前記減速室の流入部（２２）は、前記主流軸に沿って先細り状に形成された空間であることを特徴とする制御バルブ。
【請求項２】
前記吸入口（１６）は、前記主流軸（２０）から半径方向にずれて配置されている請求項１に記載の制御バルブ。
【請求項３】
前記吸入口（１６）は、前記主流軸（２０）に対して接線方向に向いて配置されている請求項２に記載の制御バルブ。
【請求項４】
前記吸入口（１６）は、前記主流軸（２０）に対して軸方向に向いて配置されている請求項１に記載の制御バルブ。
【請求項５】
前記減速室（６）は、双曲面状末広部（２６）を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御バルブ。
【請求項６】
前記減速室（６）は、円錐状末広部（２４）を有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の制御バルブ。
【請求項７】
前記減速室（６）は、実質的に内部物体がない請求項１〜６のいずれか１項に記載の制御バルブ。
【請求項８】
前記吸入口（１６）と前記減速室（６）の前記流入部（２２）との間に、可変流量入口弁（４）が配置されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の制御バルブ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の制御バルブに流体を通過させることを含む流体の圧力および流量の制御方法。
【請求項１０】
前記流体は、連続相の中に分散相の液滴を含有する請求項９に記載の方法。
【国際調査報告】
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