(57)【要約】【課題】流体流量とは無関係に動作して流体ゾーン内の陽圧を一定に維持する圧力調整装置を提供すること。【解決手段】圧力調整装置は、流体経路と、その流体経路の表面との間に隙間が形成されるように流体経路内に位置するように構成される可動部材とを具備している。この可動部材は、流体経路内を移動するようにされており、これが流体経路内の一定方向に移動するにつれて隙間サイズが大きくなる。【選択図】  図３
2006190258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体入口ポート及び流体出口ポートを備え、且つ流体入口ポートから流体出口ポートへの方向に流体流路を画成する表面を具備し、流体流路の方向に断面積が拡大する流体経路を具備した構造と、
流体経路の表面との間に隙間が形成されるように流体経路内に位置するように構成され、流体流路の方向に移動するにつれて隙間のサイズが増加するように流体経路内を移動するようにされた可動部材と
を含む圧力調整装置。
【請求項２】
可動部材が、可動部材が流体流路の方向に移動するにつれて隙間のサイズが実質的に連続的に増加するように流体経路内に位置するように構成され、流体経路が、流体流路に沿って延在する対称軸を有する、請求項１記載の圧力調整装置。
【請求項３】
流体経路の表面が、流体流路の方向に対して外向きテーパ部分を少なくとも含む、請求項１又は請求項２記載の圧力調整装置
【請求項４】
テーパ表面部分が、ａ）実質的に直線状である断面プロファイル、及びｂ）直径が流体流路の方向に直線状に増加する切頭円錐状表面のうちの少なくとも一方を含む、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の圧力調整装置。
【請求項５】
テーパ表面部分が、ａ）実質的に直線状である断面プロファイル、及びｂ）０度を上回り約２度を下回る円錐テーパを有する切頭円錐状表面のうちの少なくとも一方を含む、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の圧力調整装置。
【請求項６】
可動部材が、テーパ円錐表面又は円筒表面を含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の圧力調整装置。
【請求項７】
可動部材が、開口を画成する端部を有する中空部材を含む、請求項１乃至請求項６記載の圧力調整装置。
【請求項８】
可動部材が、中空部材の端部に周囲補強材を具備する、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の圧力調整装置。
【請求項９】
以下の少なくとも１つを更に含む、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の圧力調整装置。
ａ）可動部材が流体経路内で詰まることを阻止するようにされており、可動部材と流体経路の表面との間に安定隙間を設けられるようにされたデバイス、
ｂ）可動部材と流体経路との間の分離を防止するようにされた止め子、
ｃ）可動部材の有効重量を変更するようにされており、送り機構を有する細長部材を含むデバイス、
ｄ）逆止め弁であって、流体が逆止め弁を通過して流体経路から出ることを実質適に阻止するようにされた逆止め弁、及び
ｅ）流体経路と流体連通しており、流体経路の一部の圧力を決定するために、流体圧力計と操作接続されるようにされた試験ポート。
【請求項１０】
流体入口ポートと流体出口ポートとの間に流体路を確定するための流体経路と、
流体が流体入口ポートから流体出口ポートへと流動している間、第２の流体ゾーンに対して第１の流体ゾーンを約０．２５水柱インチ乃至約５水柱インチの圧力範囲で実質的に一定である所定圧力に維持するために、流体経路内を移動する構成となっている可動部材と
を含む圧力調整装置。
【請求項１１】
流体入口ポートと流体出口ポートとの間に流体路を確定するための流体経路と、
流体が流体入口ポートから流体出口ポートへと流動している間、以下の式にしたがって、第２の流体ゾーンに対して第１の流体ゾーンを実質的に一定である所定圧力に維持するために、流体経路内を移動する構成となっている可動部材と
を含む圧力調整装置。
【数１】
2006190258.tif 000005
式中、「Ｑ」は流体流量であり、「ΔＰ」は実質的に一定である所定圧力であり、「Ｒ」は、流体経路内にある可動部材の位置における流体経路の半径であり、「ｋ」は、位置における可動部材の外径に対する流体経路の内径の比率であり、「Ｌ」は可動部材の長さであり、「μ」は流体の速度である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧力調整装置に関し、特に、流体ゾーンを実質的に一定である所定圧力に維持するようにされた圧力調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のシステムでは、容器内を一定の陽圧に維持しなければならない場合が多い。例えば、従来のシステムは、流体入口及び流体出口が設けられた容器を具備しており、容器内の圧力は、その流体入口を通過する流量を調節することで調整されることが知られている。この流体流量のモニタ及び調整は、負担になる場合がある上、通常不十分な処理に終わる。したがって、広範なシステムについて、流体流量とは無関係に動作して流体ゾーン内を一定の陽圧に維持する圧力調整装置が望まれる。
【非特許文献１】Ｒ．Ｂｙｒｏｎ  Ｂｉｒｄ，Ｗａｒｒｅｎ  Ｅ．Ｓｔｅｗａｒｔ  ａｎｄ  Ｅｄｗｉｎ  Ｎ．Ｌｉｇｈｔｆｏｏｔ，Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ，  ５３（２ｄ．ｅｄ．２００２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明では、流体流量とは無関係に動作して流体ゾーン内を一定の陽圧に維持する圧力調整装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様によれば、流体入口ポート及び流体出口ポートを設けた流体経路を具備する構造を備えた圧力調整装置が得られる。この流体経路は、流体入口ポートから流体出口ポートへ方向に流体流路を画成する表面を具備しており、この経路の断面積は、流体流路の方向に拡大する。この圧力調整装置は更に、流体経路の表面との間に隙間を形成して流体経路内に位置するように構成された可動部材を具備している。この可動部材は、流体経路内を移動するようにされており、これが流体流路の方向に移動するにつれて、流体流路との間の隙間が拡大される。
【０００５】
別の態様によれば、圧力調整装置は、流体入口ポートと流体出口ポートとの間に流体路を確定するための流体経路を具備する。この圧力調整装置はまた、流体経路内を移動する構成である可動部材を具備する。この可動部材は、流体が流体入口ポートから流体出口ポートへと流動する間、第２の流体ゾーンに対して第１の流体ゾーンを実質的に一定である所定圧力に維持するために設けられたものである。この実質的に一定である所定圧力の範囲として、約０．２５水柱インチ乃至約５水柱インチが可能である。
【０００６】
更に別の態様によれば、圧力調整装置は、流体入口ポートと流体出口ポートとの間に流体路を確定するための流体経路を具備する。この圧力調整装置はまた、流体経路内を移動する構成である可動部材を具備する。この可動部材が、流体が流体入口ポートから流体出口ポートへと流動する間、以下の式にしたがって、第２の流体ゾーンに対して第１の流体ゾーンを実質的に一定である所定圧力に維持するために、流体経路内を移動するように構成されている。
【０００７】
【数１】
2006190258.tif 000003
式中、「Ｑ」は流体の流量であり、「ΔＰ」は実質的に一定である所定圧力であり、「Ｒ」は、流体経路内の可動部材の位置における流体経路の半径であり、「ｋ」は、その位置における可動部材の外径に対する流体経路の内径の割合であり、「Ｌ」は、可動部材の長さであり、「μ」は、流体の速度である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明による圧力調整装置は、２つの流体ゾーン間が実質的に一定である所定の正の圧力差となっていると望ましい、広範囲の用途に適用可能である。流体ゾーンは例えば、液体ゾーン、空気や蒸気ゾーンなどの気体ゾーン、又はこれと同様のゾーンを含むことができる。代表的な流体ゾーンはまた、その流体ゾーン間に圧力差を設けられるさまざまな構造を含むことができる。例えば、第１の流体ゾーンは、物体の内側領域、筐体の内側領域、部屋の内側領域、流体雰囲気（例えば、液体又は気体雰囲気）、又はこれと同様の領域を含めることができる。
【０００９】
流体ゾーン構造の例として、物体や筐体の内側領域を含む第１の流体ゾーン、及びビルの１部屋の内側領域を含む第２の流体ゾーンが挙げられる。例えば、その第１の流体ゾーンに、旋盤上で延伸されている石英管の内側領域など、加工中である物体の内側領域を含めることができ、第２の流体ゾーンに、旋盤が入っている部屋の内側領域を含めることができる。延伸処理時に石英管内の圧力を実質的に一定である所定圧力にできれば、圧力が一定でない場合に石英管内で内圧の変動と共に形成しかねない光学歪みを低減する、又はなくすことができる。
【００１０】
別の場合において、第１の流体ゾーンに、幼児用保育チャンバなどの筐体内側領域を含め、第２の流体ゾーンに、その保育器を入れた部屋の内側領域を含めることができる。幼児用保育チャンバでは、幼児を最適に成長及び発育させられるよう、制御した温度、湿度及び酸素レベルを容易に維持できるようになっている。また、無菌で且つ制御した空気源を保育器内に給送することも可能であり、これにより、圧力調整装置がその保育器内を最適且つ実質的に一定である所定圧力に維持することができる。保育器内を正圧にしておけば、菌、埃などを含む危険性のある空気が保育器内に逆流することを防止又は阻止することができるため、保育器を加圧しておくことにより、保育チャンバ内にわずかなシール材が漏れるのではないかという懸念を減らすことができる。保育チャンバを正圧にしておけば、流体の喪失は、シールされていない部分を通過して保育チャンバから保育器のある部屋へと発生するだけであるため、同じシールされていない部分すべてを通る流体の逆流を阻止又は防止することになる。
【００１１】
別の場合において、第１の流体ゾーンに、ビルの制御室の内側領域を含め、第２の流体ゾーンに、同じビルにある第２の部屋の雰囲気又は内側領域を含めることができる。制御室は、菌、埃又は他の汚染物による汚染を防止しておくことが望ましいことも多い。例えば、こうした制御室の例として、菌や他の有害汚染物のない無菌雰囲気を維持することが望ましい手術室が挙げられる。別の例では、制御室として、埃や他の屑のない環境を維持することが望ましい無塵室（例えば、塗装室）が挙げられる。こうした例では、汚染物のない空気源がその制御室内に空気を給送し、圧力調整装置が、制御室内の圧力を最適且つ実質的に一定である所定圧力に維持しつつ、その制御室から空気を解放することができる。制御室を加圧することで、菌、埃などを含み得る空気の制御室内への逆流を防止又は阻止することにより、制御室の壁、天井、床などに漏れがあればそれを補償することができる。制御室を正圧にしておけば、流体の喪失は、制御室のシールされていない部分を通過して発生するだけであるため、同じシールされていない部分すべてを通る流体の逆流を阻止又は防止することになる。
【００１２】
したがって、本明細書における圧力調整装置の概念を広範な用途に適用することが可能であり、その例として、これに限定するわけではないが、上記用途が挙げられることを理解されたい。例えば、本圧力調整装置は、物体が含む第１の流体ゾーン内の圧力維持を容易にして、その物体に対する処理技術を遂行しやすくすることができる。他の例として、本圧力調整装置は、第１の流体ゾーン内の圧力維持を容易にして、第１の流体ゾーンを第２の流体ゾーンから汚染されることを防止することができる。また、本明細書における圧力調整装置が、第２の流体ゾーンに対して第１の流体ゾーンを実質的に一定である圧力に維持する必要のあるさまざまな用途に有用となり得ることを理解されたい。
【００１３】
図１は、システム内において実質的に一定である所定圧力を維持するようにされた代表的圧力調整装置２０を示す正面図であり、図２は、同じ装置を示す上面図である。本明細書内の実施例は、第１の流体ゾーンを第２の流体ゾーンに対して実質的に一定である圧力に維持することを容易にするようにされた圧力調整装置を説明するものであり、流体は第１のゾーンから第２のゾーンへと流動するものとする。
【００１４】
図３は、図２の線分３−３で切り取ってみた圧力調整装置２０を示す断面図である。図示のように、圧力調整装置２０は、流体入口ポート３０及び流体出口ポート３２を備えた流体経路２４を含む構造２２を具備している。流体経路２４は、流体入口ポート３０から流体出口ポート３２への方向２８の流体流路を画成する表面２６を具備している。
【００１５】
構造２２に、広範な材料、形状及びサイズを含めることができる。一実施形態において、構造２２に実質的に剛性構造を含めて、実質的に永久的な形状を有する流体経路２４を設けることができる。この構造にはまた、具体的用途に応じて、さまざまな断面形状及び断面サイズを具備することができる。
【００１６】
流体経路２４は、液体類及び気体類を含む広範な流体を収容するようにされている。例えば、流体経路２４は、水、アルコール、油、溶液、又は他の材料を収容することができる。流体経路２４にはまた、空気、蒸気、酸素、窒素、アルゴン、若しくは他のガス状要素又は物質などのさまざまな気体を収容することができる。流体経路２４の断面積は、流体流路の方向２８に拡大する。例えば、図５に示すように、流体経路２４は、第１の位置にてある断面積を具備しており（例えば、図５で半分を示しているＡ１参照）、この断面積は、流体流路の方向２８に向けて第２の位置にくると拡大している（例えば、図５で半分を示しているＡ２参照）。
【００１７】
圧力調整装置２０は更に、流体経路の表面２６との間に隙間５０（例えば、図６参照）が形成されるように流体経路内に位置するように構成されるフロート４０などの可動部材を具備している。フロート４０は、流体経路２４内で移動するようにされており、これが流体経路の方向２８に移動するにつれて隙間５０のサイズが増加する。
【００１８】
フロート４０と流体経路２４とは、相互に作用して、フロート４０が流体経路の方向２８に移動するにつれて隙間５０のサイズを拡大させることができる。一実施形態において、隙間５０のサイズは、段階的なパターンで増加する。つまり、隙間サイズは、実質的に連続的に増加するのではなく、付加的に増加していく。別の実施例では、フロート４０が流体経路の方向２８に移動するにつれて、隙間５０のサイズを、実質的に連続的に増加させることができる。更に、フロート４０が流体経路の方向２８に移動するにつれて、隙間５０の寸法を、直線的又は非直線的に増加させることができる。例えば、フロートが流体流路の方向２８に移動する距離に対して、隙間５０の寸法を直線的に増加させることができる。別の実施例では、隙間５０の寸法を非直線的関数で増加させることができる。例えば、フロートが流体流路の方向２８に移動する距離に対して、隙間５０の寸法を、放物線、双曲線、又は経験的関数、若しくは他の非直線的関数で増加させることができる。
【００１９】
さまざまな方式で、断面積が流体流路の方向に増加する流体経路を設けることができる。例えば、流体経路２４の表面２６に、流体流路の方向２８に対して外向きにテーパをつけた部分を少なくとも設けることができる。図示のように、図３では（及び図６に更に拡大して図示しているように）、流体経路２４は、流体流路に沿って延在する対称軸２５を具備しており、その表面２６は、流体流路の方向に直径が拡大する切頭円錐状の表面を含んでいる。例えば、図３及び図５に示すように、切頭円錐状の表面は、第１の位置における第１の直径Ｄ１と、その第１の位置から流体流路の方向２８にずれた第２の位置における第２の直径Ｄ２とを含む。例示したように、この切頭円錐状表面に、図３及び図６に例示した表面２６の断面プロファイルが含む、直径方向に対向し、且つ実質的に真っ直ぐな線で例示しているように、実質的に直線状である断面プロファイルを含めることも可能である。この実質的に直線状である断面プロファイルにより、切頭円錐状表面の直径は、流体流路の方向２８に直線的に増加する。図６に示す例などの一実施形態において、直径方向に対向する断面表面プロファイル２６は、互いに対して円錐テーパＴ１にて路に沿って延在している。この円錐テーパＴ１の範囲として、０°を上回る角度から約２°未満が可能である。具体的用途に応じて、この円錐テーパＴ１の範囲に他の角度を含めることも可能である。
【００２０】
例示した実施例では、流体流路に沿って延在する対称軸を有する流体経路を図示しているが、他の実施例に、非対称な流体流路を具備してもよい。更に、断面（例えば、Ａ１、Ａ２など）は実質的に円形断面として例示されているが、他の断面形状でもよい。その例として、三角形、矩形、楕円形、台形、又は他の形状が挙げられる。断面形状を非対称とすると、フロートと流体経路との間の回転移動を防止することができる。更に、例示した流体経路２４は、構造２２の少なくとも上方部分２２ｂが含む実質的に表面全体が流体流路に対して外向きにテーパがつけられているが、他の実施例では、表面全体には及ばない部分のみを外向きテーパとしていてもよい。例えば、断面を矩形にした場合、４辺のうち１辺のみを流体流路２８に対して外向きテーパとすることができる。
【００２１】
フロート４０に、中空又は中実な物体を含めることができる。フロート４０としてはまた、フロート４０が流体流路の方向２８に移動するにつれて隙間５０が拡大するようにフロート４０と流体経路とが相互作用するようにされていれば、広範な形状及びサイズが可能である。一実施形態において、フロートの外側表面のうち少なくとも一部を、流体経路２４の表面２６と相互作用する外形とすることができる。一実施形態において、フロートに、中実又は中空球体を含めることができる。別の実施例では、フロートに長い側部を含めて、流体経路２４内でフロートを安定させることも可能である。例えば、図３、図５及び図６で最もよくわかるように、フロート４０に、流体流路の方向２８の断面が実質的に円形である円筒状表面４２を含めることができる（例えば、図５参照）。一実施形態において、フロート４０に、図６に示すように、実質的に直線状且つ平行であり、直径方向に対向するプロファイル４２ａ、４２ｂを含めることができる。
【００２２】
別の実施例において、フロートに、非平行なプロファイルを含めることも可能である。例えば、図７に示すように、フロート１４０は、流体流路の方向２８に実質的に円形である断面を含み、実質的に直線状且つ非平行であり、直径方向に対向するプロファイル１４２ａ、１４２ｂも含んでいる。フロート１４０はまた、流体経路２４の切頭円錐状表面２６の円錐テーパＴ１とほぼ同じ円錐テーパＴ２を含んでいる。切頭円錐状表面の円錐テーパとほぼ同じ円錐テーパを有するフロートを設けることで、フロートのテーパ円錐表面に沿って、フロートと流体経路の表面との間の距離を実質的に一定且つ最小に維持することができる。本発明によるフロートの表面としては、流体経路２４の表面２６と協働して隙間５０を形成するようにされていれば、逆ピラミッド型など、他の表面形状にしてもよい。
【００２３】
代表的なフロートにはまた、さまざまな形状をした先端部を設けることができる。例えば、フロートの先端部に、そのフロートを中心とする望ましい流体フロープロファイルを生じさせる、又は促進するため、先の丸い端部を含めることができる。例えば、図６に示すように、フロート４０に実質的に半球形である端部４４を設けることができるが、他の形状も考えられる。図示していないが、フロートを流体経路内での安定性を高める構造にする、又はフロートに流体経路内での安定性を高める構造を設けることができる。例えば、フロート及び流体経路の断面を非円形にして、この２つの間の相対的回転を防止することができる。フロートに、リブ、ガイドワイヤ又はロッドなどの案内を具備して、フロートの位置合わせを容易にする、且つ／又はフロートが流体経路内で横方向に移動しないようにすることも可能である。ただし、図示のように、フロート４０は、その周囲のどの側面にも流体フローが通過している間、自己安定型であるため、フロート４０が流体経路２４の表面２６に接触することはなく、ほぼ無摩擦の動作を保持することができる。
【００２４】
第１のゾーン内の圧力を、少なくとも１つはフロートの有効重量により、予め定めることができる。例えば、フロートの有効重量を、単純に、フロートの初期重量とする、又はその初期重量と追加された追加重量との和とすることができる。したがって、フロートの初期重量に追加重量を加えて、フロートの全有効重量を変更することが考えられる。フロートの合計有効重量を変更すると第１のチャンバ内の所定圧力を変更できるため、これにより、その圧力調整装置を、第１の流体ゾーン内に求められる広範な圧力に対処できるようにカスタマイズすることができる。
【００２５】
フロートの有効重量を変更するため、さまざまなデバイスを設けることができる。例えば、このデバイスを、フロートの有効重量を変更するために追加できる補充ウェイトとすることができる。代表的実施形態では、その補充ウェイトをフロート内又はフロート頂部上に配置して、フロートの有効重量を変更することが必要となる。フロートの有効重量はまた、フロートの初期重量を増加させる、又は減じるように、デバイスで別の力を印加することによっても変更可能である。例えば、付勢部材又は他のデバイスを、フロートの有効重量を変更するためにフロートの初期重量を増加させる又は減じるように設計することができる。例えば、圧縮バネ又は引張バネを追加して、フロートの有効重量を変更してもよい。
【００２６】
このデバイスを細長い部材として、フロートの有効重量の調節を容易にしてもよい。例えば、複数の図に示すように、このデバイスの例として、フロート４０の中空内部４６内に送り込まれ、そこで受けられるビードチェーンなどの細長部材８２を挙げることができる。この細長部材８２を、単位長さ当たりの重量を比較的小さく設計して、流体経路２４内におけるフロート４０の高さ変化に応じたフロートの有効重量の変化が顕著にならないようにすることができる。フロート４０の有効重量を変更するために、細長部材８２の一部がフロート４０の中空内部４６内に送り込まれる。この場合、その細長部材８２部分は、コイル状又は他の形状でフロート４０の下方内側表面に配置しておくことができる。この実施形態において、フロートの先端部４４が丸くなっている（例えば、半球形）ことにより、この細長部材８２部分は余計に、流体経路２４の対称軸２５近傍であるフロートの最も下の部分に集まって、フロートが流体経路２４内で傾かないようにすることができる。
【００２７】
細長部材を含むデバイスに、送り機構を含めることもできる。例えば、図示のように、デバイスに、フロートの中空内部内に所望量の細長部材を配置した状態に実質的に維持するようにされた滑車８４を含めることができる。滑車８４は、所望の位置に摩擦により維持できるものであり、この滑車を手動で回転させることによりフロートの有効重量を調整できるようになっている。例示した滑車８４は、ビードチェーンをなす対応ビードそれぞれを受けるようにされて径方向に位置する複数のキャビティを具備して、細長部材と滑車８４との間が摺動してしまうことを防止又は阻止している。この滑車に、所望に応じて、摺動を防止するようにされた他の摩擦表面又は係合表面を具備することも考えられる。使用されていない細長部材部分を収めるため、任意の容器８６を設けることも可能である。
【００２８】
フロート４０に、図５及び図６に図示したように、細長部材８２の一部を受けるようにされた中空部材を含めることができる。例えば、フロート４０に、配備される細長部材８２部分を受けるようにされた中空開口４８を画成する端部を具備することができる。フロート４０が流体経路に対して所望形状を維持しやすくなるように、フロート４０を歪みに抵抗する設計とすることができる。例えば、フロート４０の剛性及び構造上の完全性を増すため、中空開口４８を画成する端部に、周方向の補強材を含めてもよい。例えば、フロートの端部をクリンプする、又はこの端部の剛性を高めながら、その材料を製造加工することができる。例示した実施形態では、この端部に、周方向を強化するようにされた周方向突起４９を具備している。フロート４０を、この周方向突起４９を設けて機械加工することも、又は別の実施形態ではこの突起を材料の追加層として追加することも可能である。
【００２９】
この圧力調整装置にはまた、フロート４０と流体経路２４との間の分離を防止するようにされた止め子７０を具備することができる。代表的な実施形態では、この止め子７０で、フロート４０が流体経路２４から押し出されないようにすることができる。別の実施形態では、フロート４０が流体経路２４から押し出された場合にも、フロートを流体経路内へ向け直してフロートと流体経路との間が分離することを防止するように、止め子７０を設計することができる。
【００３０】
圧力調整装置２０に更に、フロート４０を流体経路２４内で詰まらせないようにされたデバイス６０を具備することができる。例えば、流体圧力がない状態では、フロート４０は経路に設けられた円錐テーパの下方部分に沈みがちとなる。こうしたデバイス６０を設けていない場合、フロートは流体経路２４内に嵌まる、又は詰まる可能性がある。更に、第１の流体ゾーン内が負圧状態にあると、その状態によりフロート４０は更に流体経路２４内へと吸い込まれてしまうため、その負圧状態の解放をできず、且つ／又はフロート４０がますます流体経路２４内で詰まることになりかねない。この詰まりを阻止するようにされたデバイスとして、さまざまな構造が可能である。１実施例におけるデバイス６０はボルトを含むが、バネや他のデバイスも、別の実施形態で使用可能である。図６の点線で示したように、デバイス６０は、フロート４０と流体経路２４の表面２６との間に安定隙間を設けやすくするようにされている。この安定隙間により、フロート４０が流体経路２４内に詰まることはなくなり、負圧状態でフロート４０が流体経路２４を完全に閉塞してしまうことを防止することも可能となる。例示した実施形態では、デバイス６０はボルトを含み、このボルトを時計方向又は反時計方向に回転させることにより、安定隙間量を変更できるようになっている。
【００３１】
圧力調整装置は更に、逆止め弁９０を具備することができる。この逆止め弁９０は、流体がこれを通って流体経路２４から流出することを実質的に阻止するようにされている。使用時、流体経路２４内の正圧が逆止め弁９０を圧迫するため、逆止め弁９０は、構造２２内の下に位置する口部９２をカバーして、口部９２を通る流体喪失を阻止するようになっている。入口ポート３０が負圧源と流体連通している場合、デバイス６０によりフロート４０が流体経路２４に嵌まらないようになっているため、逆止め弁９０が、デバイス６０に沿って鉛直に移動して、口部９２を介して流体経路２４内に空気を入れられるようにすることができる。
【００３２】
圧力調整装置は更に、流体経路２４と流体連通している試験ポート１００を具備することができる。例えば、試験ポート１００は、構造２２の壁部を貫通する口部を含むことができる。この試験ポート１００は、流体経路の一部の圧力を観察するため、流体圧力計１１０に操作接続できるようにされている。例えば、図４及び図５に示したように、流体圧力計１１０は、チューブ又は他の導管で試験ポートアダプタ１０１に接続できるゲージアダプタ１１２を具備する。使用時、フロート４０上流に位置する流体経路２４内の陽圧又は負圧条件を、この流体圧力計１１０でモニタすることができる。別の実施例において、圧力計１１０を省き、別の場所で第１の流体ゾーン内の圧力を測定してもよい。
【００３３】
図８は、図１の代表的圧力調整装置２０の一部を示す分解組立図である。図５及び図８を参照しながら、圧力調整装置２０を製造する代表的な方法を以下に説明する。製造を簡素化するため、構造２２に下方部分２２ａと上方部分２２ｂとを設けることができる。この構造２２の下方部分２２ａにデバイス６０を係合させる。下方部分２２ａに、第１の流体ゾーンと入口ポート３０との間を流体連通させる導管で直接連結するための入口アダプタ３１を設けることができる。試験ポートアダプタ１０１を、試験ポート１００に係合させることができる。試験ポートアダプタ１０１をまた、別のポート１０２（図３参照）に係合して、もう１つの任意の試験ポート位置を設けてもよい。使用していない間は、このポート１０２にプラグ１０４を挿しておくことができる。圧力計１１０がこの装置に組み入れられていない実施形態では、図示していないが、別のプラグを試験ポート１００に挿してもよい。構造２２の下方部分２２ａに更に、ピン１０６を具備して、構造２２の下方部分２２ａと上方部分２２ｂとの間を整合させる。
【００３４】
逆止め弁９０を下方部分２２ａの口部９２上に載置するため、逆止め弁９０の中央口部９１をデバイス６０の上方部分上に配置することができる。次いで、上方部分２２ｂを下方部分２２ａ上に配置して、整合ピン１０６で対応口部（図示せず）を上方部分２２ｂの底端部内に係合する。この下方部分２２ａ及び上方部分２２ｂを、取り付けボルト１２２で支持プレート１２０に取り付ける。この支持プレート１２０と下方部分２２ａとの間に空気経路１２４を設けて、構造２２を、負圧条件時に口部９２内に空気流を流入させられる設計にしてもよい。
【００３５】
次いで、フロート４０を流体経路２４内に挿入し、引き続き、止め子７０を、フロート４０と流体経路２４との間の分離を防止するように構造２２に対して取り付ける。止め子７０の位置を構造２２からずらして、流体出口ポート３２を介する流体フローに対する制限量を減らす、又はなくすようにすることができる。例えば、止め子７０に、止め子７０を構造２２からずらすほうにされた１つ又は複数のスペーサ７２を具備してもよい。このスペーサ７２を貫通して延出する取り付けボルト７４により、止め子７０を構造２２に取り付けることができる。
【００３６】
この止め子７０に取り付けボルト８８で滑車８４を取り付けることができる。ウェーブスプリング８５又はブシュを設けて、滑車８４の位置を止め子７０からずらして、滑車８４の機能を高めてもよい。取り付けボルト８８に適切なトルクを印加したら、止めねじ８９を用いて、取り付けボルト８８が緩まないようにすることができる。
【００３７】
圧力計１１０を用いる場合、圧力計１１０を取り付けブラケット１１４により支持プレート１２０に取り付け、チューブ又は他の導管で試験ポートアダプタ１０１とゲージアダプタ１１２との間を接続することができる。容器８６を用いる場合は、これもボルト又は他の取り付け方法で支持プレート１２０に取り付けることができる。
【００３８】
使用時、デバイス６０を、フロート４０と流体経路２４の表面２６との間に安定隙間を確定するように調整することができる。調整後、入口ポート３０を、第１の流体ゾーンと流体連通させて配置する。例えば、チューブ又は導管で、入口アダプタ３１と第１の流体ゾーンに連結されたアダプタとを係合することができる。こうして流体を第１の流体ゾーン内に給送すると、第１の流体ゾーンを出た流体は流体経路２４の流体入口ポート３０に入り、流体経路２４内でフロート４０を浮揚させることができる。このフロート４０の高さが、流体経路を通過する流体流量に応じて変化するため、その流体流量とは無関係に、第１の流体ゾーン内の圧力が実質的に一定に維持される。したがって、流体流量が減ると、流体経路２４内のフロート４０の位置は低くなり、フロート４０と流体経路の表面２６との間の隙間サイズが小さくなる。同様に、流体流量が増加すると、流体経路２４内のフロート４０の位置は高くなり、フロート４０と流体経路の表面２６との間の隙間サイズが大きくなる。つまり、作用範囲内である流体流量の変動によって、単純に、流体経路内の隙間サイズとフロートの高さとが変化するが、圧力は実質的に一定に保たれるのである。流体流量を、フロート４０をデバイス６０から浮揚させるのに必要な最小量を超えるように維持し、その流体流量を、フロートが止め子７０に係合してしまう、又はフロートが流体経路２４から押し出されてしまう最大量を下回るように維持することが望ましい。
【００３９】
この流量条件を、Ｒ．Ｂｙｒｏｎ  Ｂｉｒｄ，Ｗａｒｒｅｎ  Ｅ．Ｓｔｅｗａｒｔ  ａｎｄ  Ｅｄｗｉｎ  Ｎ．Ｌｉｇｈｔｆｏｏｔ，Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ，  ５３（２ｄ．ｅｄ．２００２）内に掲載されている以下の環状流に対する解析的潮流解（ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  ｆｌｏｗ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｔｏ  ａｎｎｕｌａｒ  ｆｌｏｗ）を使用することにより、算出することができる。
【００４０】
【数２】
2006190258.tif 000004
式中、「Ｑ」は流体流量であり、「ΔＰ」は圧力差であり、「Ｒ」は、浮揚位置におけるチューブの半径であり、「ｋ」は、その浮揚位置におけるフロートの外径に対する流体経路の内径の比率であり、「Ｌ」はフロートの長さであり、「μ」は流体の速度である。
【００４１】
流体経路内の流体流量とフロート高さとの関係を曲線で描くと、非直線状で上に凹のグラフが見られる。この上に凹の関係は、図６を参照して上述したように直線状プロファイルを有する円錐テーパによるものと思われる。この流体経路内における流体流量とフロート高さとの上に凹の関係は、例えば、テーパ上の流体流路の形状を修正することにより変更することも考えられる。例えば、流体経路内における流体流量とフロート高さとの関係を実質的に直線状にするように、経路の形状を設定することも考えられる。こうしたテーパ形状としては、流体経路内における流体流量とフロート高さとの関数関係に望ましい影響を与える放物線、双曲線、経験的またの形状によるテーパを用いることができる。このテーパを適切な形状にすることにより、関数関係に、直線状、凹状又は凸状の関数関係を含めることができる。
【００４２】
代表的実施形態において、フロート４０が流体経路２４内で適切に浮揚したら、圧力計１１０で圧力を読み取ることができる。その圧力が調整を必要とする場合、滑車８４を手動で回転させて、フロート４０の中空内部に配置する細長部材８２部分を追加する、又は配置した細長部材８２部分を取り出すことができる。例えば、第１のゾーン内の圧力を上昇させるには、滑車８４を回転させて、中空内部４６内に細長部材８２の一部を追加配置する。フロート４０の有効重量が増加したことで、フロート４０は経路２４内で浮揚したまま、第１の流体ゾーン内の圧力は増加することになる。同様に、第１のゾーン内の圧力を低下させるには、滑車８４を反対方向に回転させて、フロートの中空内部４６から細長部材８２の一部を取り出すことができる。フロート４０の有効重量が低下したことで、フロート４０は経路２４内で浮揚したまま、第１の流体ゾーン内の圧力は低下することになる。１つのフロート４０を重量の異なる別のフロート４０に交換することでフロート４０の有効重量を変更することも考えられる。更に、細長部材８２をフロート４０の重量を精密に調節することに使用可能な状態としつつ、１つ又は複数の物体をフロート内に落下することでおおよその調整をすることも可能である。別の実施例において、落下する１つ又は複数の物体に紐をつなぎ、必要に応じてその物体を容易に引き上げられるようにしてもよい。
【００４３】
第１の流体ゾーン内が負圧になった場合、圧力調整装置２０は、逆止め弁９０により負圧の上乗せを防止するようにされている。負圧状態となると、逆止め弁９０がデバイス６０に沿って上向きに浮揚して、流体を口部９２から流体経路２４内へと流入させることができる。これに対して、第１の流体ゾーンが陽圧となった状態での使用時には、逆止め弁９０は口部９２に圧迫されて、流体が流体経路２４から逆止め弁９０を通過して出ることを実質的に阻止する。
【００４４】
上述したように、本発明による圧力調整装置は、流体を第１の流体ゾーンから第２の流体ゾーンへと流動させつつ、第２の圧力ゾーンに対する第１の圧力ゾーンを実質的に一定である所定圧力に容易に維持することができる。この所定圧力には、広範囲の圧力を含めることができ、この所定圧力により、比較的大きな、又は比較的小さい圧力差を実現することができる。上記で詳しく説明したように、この所定圧力は調節可能である。例えば、この所定圧力を、約０．２５水柱インチ乃至約２水柱インチとすることが可能である。別の実施例では、約０．２５水柱インチ乃至約２水柱インチ、更に別の実施例では約０．２５水柱インチ乃至約１水柱インチとすることができる。別の実施例において、所定圧力を他の範囲としてもよい。例えば、所定圧力を約２水柱インチを上回る範囲とする、又は０水柱インチを上回り約０．２５水柱インチ以下の範囲とすることも可能である。特定の物体に対する処理技術の遂行には、比較的小さな圧力差を設けると有利な場合がある。圧力差を比較的小さくすると、不快な、又は危険ともなり得る比較的大きな圧力差の下で第１の流体ゾーンに物体や個人を置かずに、第１の流体ゾーンを第２の流体ゾーンから汚染されにくくすることもできる。
【００４５】
本明細書内に記載したさまざまなコンポーネントは、十分に本圧力調整装置の構造上の完全性が得られ、その機能性を維持できる広範な材料で形成することができる。例えば、コンポーネントの少なくとも一部又は全部を、ステンレス鋼、アルミニウム、プラスチック、これらの複合材料で製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態による圧力調整装置を示す正面図である。
【図２】図１の圧力調整装置を示す断面図である。
【図３】図２の線分３−３で切り取ってみた圧力調整装置を示す断面図である。
【図４】図１の圧力調整装置を示す斜視図である。
【図５】図４の圧力調整装置を示す断面斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態による可動部材と流体経路との関係を示す拡大図である。
【図７】本発明の一実施形態による可動部材と流体経路との関係を示す拡大図である。
【図８】図１の圧力調整装置の一部を示す分解組立図である。
【符号の説明】
【００４７】
２０  圧力調整装置
２２  構造
２２ａ  下方部分
２２ｂ  上方部分
２４  流体経路
２５  対称軸
２６  表面
２８  方向
３０  流体入口ポート
３１  入口アダプタ
３２  流体出口ポート
４０  フロート
４２  円筒状表面
４２ａ  直径方向に対向するプロファイル
４２ｂ  直径方向に対向するプロファイル
４４  端部
４６  中空内部
５０  隙間
６０  デバイス
７０  止め子
７２  スペーサ
７４  取り付けボルト
８２  細長部材
８４  滑車
８５  ウェーブスプリング
８６  容器
８８  取り付けボルト
８９  止めねじ
９０  逆止め弁
９１  中央口部
９２  口部
１００  試験ポート
１０１  試験ポートアダプタ
１０２  ポート
１１０  流体圧力計
１０４  プラグ
１０６  ピン
１１２  ゲージアダプタ
１１４  取り付けブラケット
１２０  支持プレート
１２２  取り付けボルト
１２４  空気経路
１４０  フロート
１４２ａ  直径方向に対向するプロファイル
１４２ｂ  直径方向に対向するプロファイル
【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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