(57)【要約】【課題】弁を通る流体の圧力降下を低減する、低圧力降下比係数を有する流量制御弁（１０）および弁座リング（２０）を提供すること。【解決手段】低圧力降下比係数を得るために弁座リングの入口に導入ノズル通路（３２）を形成し、この導入ノズル通路（３２）が、長く且つ拡大する出口通路（３６）と協働することにより、かかる弁座リングが組み込まれた弁に優れた性能を付与する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体入口と、流体出口と、流体入口と流体出口との間に配設された流路とを有する弁箱と、
上記流路内部に配設された弁座リングと、
上記流路をシールするバルブプラグとを備えており、
上記弁座リングが、
弁座リング入口と、
弁座リング出口と、
中間通路と、
弁座リング入口と中間通路とを連絡する導入ノズル通路であって、概ね弁座リング入口から中間通路に向かって縮小するように傾けられて狭くなる通路を形成する面を含み、且つ、中間通路より長い導入ノズル通路と、
中間通路と弁座リング出口とを連絡する出口通路であって、概ね中間通路から弁座リング出口に向かって徐々に拡大するように傾けられて広くなる通路を形成する面を含む出口通路とを備えており、
上記中間通路が、導入ノズル通路の縮小方向に傾けられた面と出口通路の拡大方向に傾けられた面とを連絡する連絡通路を形成し、上記バルブプラグがプラグ外周面を含んでなる流量制御弁。
【請求項２】
上記バルブプラグが導入ノズル通路と協働することにより、導入ノズル通路と中間通路との間に位置する着座ラインにおいて流路をシールする請求項１記載の流量制御弁。
【請求項３】
上記導入ノズル通路が、弁座リング入口に位置する第一開口と、中間通路に位置する、第一開口より小さな第二開口とを有しており、導入ノズル通路の開口の面積が弁座リング入口と中間通路との間で減少してなる請求項１記載の流量制御弁。
【請求項４】
上記導入ノズル通路が線形傾斜面を有してなる請求項１記載の流量制御弁。
【請求項５】
上記導入ノズル通路が非線形傾斜面を有してなる請求項１記載の流量制御弁。
【請求項６】
出口通路が線形傾斜面を有してなる請求項１記載の流量制御弁。
【請求項７】
出口通路が非線形傾斜面を有してなる請求項１記載の流量制御弁。
【請求項８】
上記出口通路が上記中間通路より長く形成されてなる請求項１記載の流量制御弁。
【請求項９】
上記出口通路が上記導入ノズル通路より長く形成されてなる請求項１記載の流量制御弁。
【請求項１０】
上記導入ノズル通路および出口通路が線形傾斜面を有してなる請求項９記載の流量制御弁。
【請求項１１】
上記導入ノズル通路および出口通路が非線形傾斜面を有してなる請求項９記載の流量制御弁。
【請求項１２】
上記導入ノズル通路および出口通路が線形傾斜面を有してなる請求項１記載の流量制御弁。
【請求項１３】
上記導入ノズル通路および出口通路が非線形傾斜面を有してなる請求項１記載の流量制御弁。
【請求項１４】
上記中間通路が実質的に円筒状を呈してなる請求項１記載の流量制御弁。
【請求項１５】
上記中間通路の直径が実質的に一定である請求項１記載の流量制御弁。
【請求項１６】
上記導入ノズル通路の面が、弁座リングの中心軸に垂直な平面に対して約５７度の角度を成す着座面を形成してなる請求項１記載の流量制御弁。
【請求項１７】
上記バルブプラグのプラグ外周面が、バルブプラグの中心軸に垂直な平面に対してプラグ角を形成しており、このプラグ角が上記着座面角度より大きい請求項１６記載の流量制御弁。
【請求項１８】
上記プラグ角が約６０度である請求項１７記載の流量制御弁。
【請求項１９】
弁座リング入口と、
弁座リング出口と、
中間通路と、
弁座リング入口と中間通路とを連絡する導入ノズル通路であって、概ね弁座リング入口から中間通路に向かって縮小するように傾けられて狭くなる通路を形成する面を含み、且つ、中間通路より長い導入ノズル通路と、
中間通路と弁座リング出口とを連絡する出口通路であって、概ね中間通路から弁座リング出口に向かって徐々に拡大するように傾けられて広くなる通路を形成する面を含む出口通路とを備えており、
上記中間通路が、導入ノズル通路の縮小方向に傾けられた面と出口通路の拡大方向に傾けられた面とを連絡する連絡通路を形成してなる流量制御弁用の弁座リング。
【請求項２０】
上記導入ノズル通路が、弁座リング入口に位置する第一開口と、中間通路に位置する、第一開口より小さな第二開口とを有しており、導入ノズル通路の開口の面積が弁座リング入口と中間通路との間で減少してなる請求項１９記載の弁座リング。
【請求項２１】
上記導入ノズル通路が線形傾斜面を有してなる請求項１記載の弁座リング。
【請求項２２】
上記導入ノズル通路が非線形傾斜面を有してなる請求項１９記載の弁座リング。
【請求項２３】
弁座リング出口通路が線形傾斜面を有してなる請求項１９記載の弁座リング。
【請求項２４】
弁座リング出口通路が非線形傾斜面を有してなる請求項１９記載の弁座リング。
【請求項２５】
上記弁座リング出口通路が上記中間通路より長く形成されてなる請求項１９記載の弁座リング。
【請求項２６】
上記弁座リング出口通路が上記導入ノズル通路より長く形成されてなる請求項１９記載の弁座リング。
【請求項２７】
上記弁座リング導入ノズル通路および弁座リング出口通路が線形傾斜面を有してなる請求項２６記載の弁座リング。
【請求項２８】
上記弁座リング導入ノズル通路および弁座リング出口通路が非線形傾斜面を有してなる請求項２６記載の弁座リング。
【請求項２９】
上記導入ノズル通路および出口通路が線形傾斜面を有してなる請求項１９記載の弁座リング。
【請求項３０】
上記弁座リング導入ノズル通路および弁座リング出口通路が非線形傾斜面を有してなる請求項１９記載の弁座リング。
【請求項３１】
上記中間通路が実質的に円筒状を呈してなる請求項１９記載の弁座リング。
【請求項３２】
上記中間通路の直径が実質的に一定である請求項１９記載の弁座リング。
【請求項３３】
上記導入ノズル通路の面が、弁座リングの中心軸に垂直な平面に対して約５７度の角度を成す着座面を形成してなる請求項１９記載の弁座リング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量制御弁に関し、とくに、非常に低い圧力降下比係数を有する流量制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
流量制御弁は、ガス配管システムや化学プロセスプラントなどにおいて、流体の流量を正確に制御するために一般的に使用されている。ときおり、極低圧力降下比係数特性を有する流量制御弁は、この弁内の流量が常に弁棒位置に比例するような流れにおいて、弁が最大流量（またはチョークドフロー）でも動作しうることが要求される。
【０００３】
過去に、弁の出口側の構造、たとえば弁の絞り領域の下流側の構造を調整することによって低圧力降下比係数を備えた制御弁を得ることが試みられた。かかる従来の試みの結果、圧力降下比係数は約０．７３から約０．２８まで低下した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ある使用実情においては、０．１４以下というような非常に低い圧力降下比係数を有する流量制御弁の提供が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本出願は、２００１年の８月１７日に出願された、発明名称「低圧力降下比係数を有する流量制御弁」にかかる米国特許出願６０／３１３，２５１に基づいて優先権を主張している。
【０００６】
本発明の趣旨に従って構成される流量制御弁は、流体入口と流体出口とこれらを連通する流路とを有する弁箱を含んでいる。上記流路の内部に弁座リングが配設されており、この弁座リングが弁棒およびプラグと協働することにより、弁座リングの上端のオリフィスと弁出口との間の流体の流量を制御する。
【０００７】
上記弁座リングは、そこに流体を通すための三つの異なる内部通路を含んでいる。すなわち、（１）弁座上端オリフィスから弁座内を下方に向かって収縮するように傾けられて延びる上部アングル状部分と、（２）実質的に円筒状の中間通路と、（３）弁出口に向かって、外方へ拡大しつつ延びる下部通路とを含んでいる。流体の流量を制御するために、延びた外形のプラグが上部アングル状部分内の弁座リングと係合する。
【０００８】
非常に低い圧力降下比係数が要求されるような弁にとって、流体を弁通路から弁座に導入して弁座内の絞りが生じる部分に導くために、緩やかなテーパにされた導入ノズル構造を含むことは、特別な利点であることが判った。とくに、できるだけ効果的な方法で流体のエンタルピを機械的エネルギに変換することによる最も効果的なノズル構造を含むことが特別に有利である。できるだけ効果的な方法とは、たとえば収縮−拡大または「ラバル管」構造である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明にかかるアングル型グローブ弁の原型である実施形態では、本発明の趣旨に従って、導入ノズル構造がアングル状弁座とプラグ外形との間に配設され、望まれる０．０６５の低圧力降下比係数が実現された。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
この発明は添付の図面を参照した以下の説明によって最もよく理解されるであろう。この図面の中の同一の符号は複数の図面における同一の要素を識別する。
【００１１】
図１および図２は本発明の一実施形態を示しており、この実施形態においては極低圧力降下比係数を有するアングル型グローブ弁が提供されている。ここでの記述は本発明を説明する目的のためのものであり、ここにおける趣旨は他のタイプのバルブにも同様に適用してもよいことを理解すべきである。
【００１２】
図１および図２には、流体の入口１４、出口１６および内部連通路１８を有する弁箱１２を含んだ流量制御弁１０が示されている。内部連通路１８は入口１４からの流体を弁箱１２を通して出口１６に導くためのものである。弁箱１２内には中空の弁座リング２０が取り付けられている。入口１４から出口１６に流れる流体の流量を制御するために上記弁座リング２０にプラグ２２が組み合わされている。このプラグ２２は弁棒２４と一体に形成されており、この弁棒２４は弁蓋２６内に摺動可能に組み込まれており、その結果、プラグ２２は弁箱１２内に適正に組み込まれる。公知の方法によって弁棒２４は、この弁を通過する流体の流量を制御するために、プラグ２２を弁座リング２０内の位置およびそこから離れた位置に適正に位置させるようにストロークさせることができる。
【００１３】
入口１４からの流体の流れは、内部通路１８から弁座リング２０を通って出口１６に出ていくように、矢印２８で示す方向に流れる。本発明の趣旨によれば、流体が上部弁座オリフィス部３０を通過して弁座リング内に進むように、緩やかなテーパにされた導入ノズル構造が採用されている。弁座リング２０は直列に並んだ複数の中空の内部通路を有している。これらの通路は、弁座オリフィス３０から延びる上部のアングル状通路３２、中間の実質的円筒状通路３４、および、下部の外方拡大通路３６である。上部のアングル状通路３２は、弁座リングの水平な上端面に対して角度ａを成すように（図２）下方に向かって延びることにより縮径された（円錐状の）座面３８によって構成されている。円錐状を形作る直線状の座面の他に、ここでの示唆によってたとえば５次多項式などから得られる他の形状の面も採用することができる。
【００１４】
本発明の趣旨によれば、流体がプラグと弁座リングとの間に進入するために、緩やかに縮径するノズル状の流体導入部が提供されている。これは、弁座リング内の着座ラインの位置を低い位置に下げ、そして、流体導入部をノズルとして形成するることによって達成される。
【００１５】
とくに、図１および図２によれば、上部のアングル状通路３２は下方に向かって緩やかに縮径する面３８によって規定され、また、プラグ２２の外形と対向するに十分な長さにされている。こうすることにより、プラグ２２の外周面４０とアングル状通路３２の面３８との間に形成される絞り領域に流体を導くための、緩やかなテーパにされた導入ノズル構造が生み出される。上記絞り領域は、弁座リング２０のアングル状通路３２内における、上記座面３８とプラグ４０の外周面４０との間の最小断面積の領域に生じる。このユニークな構造は、流量制御弁１０に対して非常に低い圧力降下比係数という特性を提供することになる。その結果、この弁は、与えられた弁棒位置における体積流量が大きな圧力変化の範囲にわたって一定を維持するために、弁前後の圧力変化ができるだけ小さい状態のチョークドフローにおいて動作することができる。プラグ２２とアングル状通路３２との組み合わせにより、実質的にラバル管（Laval nozzle）構造の特性を有する、非常に効果的なノズル構造が提供される。
【００１６】
この発明にかかるアングル型グローブ弁の原型である実施形態では、その弁座リング２０に、座面３８の角度ａ（図２）が約５７度であるアングル状通路が形成されている。そして、原型である実施形態のプラグ２２は、約６０度のプラグ外周面４０の角度ｂ（図２）を有している。このような構造により、原型である実施形態の弁は望ましい約０．０６５の極低圧力降下比係数を示している。
【００１７】
前述した詳細な説明は発明の理解を明瞭にするのが目的であり、不必要な限定であると理解すべきではない。その変形は当業者にとって自明であるからである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明にかかる、極低圧力降下比係数を有する流量制御弁を示す断面図である。
【図２】図１の制御弁の弁座とプラグコンポーネントとの分解図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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