(57)【要約】【課題】【解決手段】周縁部（３６）と空洞中央部（３４）とを有し、縦軸（２９）方向に積層された複数のディスク（３２）を備えており、この各ディスク（３２）が空洞中央部（３４）と周縁部（３６）との間に延びる少なくとも一本の流路（３８）を有し、この流路（３８）が入口部（４０）、出口部（４２）、およびこの入口部（４０）と出口部（４２）との間に延びる中間部（４４）を有しており、各流路の中間部（４４）が、減圧構造（７４、７６）およびこの減圧構造（７４、７６）のすぐ下流に位置する回復領域（９０、９２）を含んでいる。【選択図】図１
2005500485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周縁部と空洞中央部とを有する、縦軸方向に積層された複数のディスクを備えており、
この各ディスクが空洞中央部と周縁部との間に延びる少なくとも一本の流路を有し、この流路が入口部、出口部、およびこの入口部と出口部との間に延びる中間部を有しており、
各流路の中間部が、減圧構造およびこの減圧構造のすぐ下流に位置する回復領域を含んでなる流体圧力低減装置。
【請求項２】
上記減圧構造が、流路の急激な方向変化部分を有してなる請求項１記載の流体圧力低減装置。
【請求項３】
上記流路の中間部が複数の平坦な脚部を有してなる請求項１記載の流体圧力低減装置。
【請求項４】
上記流路の中間部の対向する壁同士が、流路中間部の入口部から出口部に向かうにつれて徐々に離間するように構成されてなる請求項１記載の流体圧力低減装置。
【請求項５】
上記減圧構造が制限部からなる請求項１記載の流体圧力低減装置。
【請求項６】
上記制限部が、流路の第一壁から突出する第一凸部を有してなる請求項５記載の流体圧力低減装置。
【請求項７】
上記制限部が、流路の第二壁である反対の壁から突出する第二凸部を有してなる請求項６記載の流体圧力低減装置。
【請求項８】
上記第一凸部が第二凸部よりさらに流路内へ突出してなる請求項７記載の流体圧力低減装置。
【請求項９】
上記第一凸部が第二凸部の上流に位置するように、両凸部が食い違って配置されてなる請求項７記載の流体圧力低減装置。
【請求項１０】
各流路が、その中間部において複数の減圧構造と、各減圧構造のすぐ下流に位置する組み合わされた回復領域とを有しており、各減圧構造および回復領域が対で圧力降下の作用を奏してなる請求項１記載の流体圧力低減装置。
【請求項１１】
上記流路中間部が螺旋状を呈するように湾曲してなる請求項１記載の流体圧力低減装置。
【請求項１２】
上記入口部が上記ディスクの参照放射状線に沿って配置されるとともに、入口回復領域を含んでなる請求項１１記載の流体圧力低減装置。
【請求項１３】
上記流路中間部の下流部が第一および第二の分割出口を有してなる請求項１記載の流体圧力低減装置。
【請求項１４】
周縁部と空洞中央部とを有する、縦軸方向に積層された複数のディスクを備えており、
この各ディスクが空洞中央部と周縁部との間に延びる少なくとも一本の流路を有し、この流路が入口部、出口部、およびこの入口部と出口部との間に延びる中間部を有しており、
各流路の中間部が、制限部とこの制限部のすぐ下流に位置する組み合わされた回復領域とを有しており、この制限部が流体を実質的に上記回復領域の中央に向けるように構成されてなる流体圧力低減装置。
【請求項１５】
上記流路の中間部の対向する壁同士が、流路中間部の入口部から出口部に向かうにつれて徐々に離間するように構成されてなる請求項１４記載の流体圧力低減装置。
【請求項１６】
上記制限部が、流路の第一壁から突出する第一凸部を有してなる請求項１４記載の流体圧力低減装置。
【請求項１７】
上記制限部が、流路の第二壁である反対の壁から突出する第二凸部を有してなる請求項１６記載の流体圧力低減装置。
【請求項１８】
上記第一凸部が第二凸部よりさらに流路内へ突出してなる請求項１７記載の流体圧力低減装置。
【請求項１９】
上記第一凸部が第二凸部の上流に位置するように、両凸部が食い違って配置されてなる請求項１７記載の流体圧力低減装置。
【請求項２０】
各流路が、その中間部において複数の制限部と、各制限部のすぐ下流に位置する組み合わされた回復領域とを有しており、各制限部が流体の流れを実質的に上記回復領域の中央に向け、各制限部および回復領域が対で圧力降下の作用を奏してなる請求項１４記載の流体圧力低減装置。
【請求項２１】
上記流路中間部が螺旋状を呈するように湾曲してなる請求項１４記載の流体圧力低減装置。
【請求項２２】
周縁部と空洞中央部とを有する、縦軸方向に積層された複数のディスクを備えており、
この各ディスクが空洞中央部と周縁部との間に延びる少なくとも一本の流路を有し、この流路が入口部、出口部、およびこの入口部と出口部との間に延びる中間部を有しており、上記流路の中間部の対向する壁同士が、流路中間部の入口部から出口部に向かうにつれて離間するように構成されてなる流体圧力低減装置。
【請求項２３】
上記各流路中間部が概ね螺旋状を呈してなる請求項２２記載の流体圧力低減装置。
【請求項２４】
各流路の中間部が、減圧構造およびこの減圧構造のすぐ下流に位置する回復領域を含んでなる請求項２２記載の流体圧力低減装置。
【請求項２５】
上記減圧構造が、流路の急激な方向変化部分を有してなる請求項２４記載の流体圧力低減装置。
【請求項２６】
上記減圧構造が制限部からなる請求項２４記載の流体圧力低減装置。
【請求項２７】
上記制限部が、流路の第一壁から突出する第一凸部を有してなる請求項２６記載の流体圧力低減装置。
【請求項２８】
上記制限部が、流路の第二壁である反対の壁から突出する第二凸部を有してなる請求項２７記載の流体圧力低減装置。
【請求項２９】
上記第一凸部が第二凸部よりさらに流路内へ突出してなる請求項２８記載の流体圧力低減装置。
【請求項３０】
上記第一凸部が第二凸部の上流に位置するように、両凸部が食い違って配置されてなる請求項２８記載の流体圧力低減装置。
【請求項３１】
各流路が、その中間部において複数の減圧構造と、各減圧構造のすぐ下流に位置する組み合わされた回復領域とを有しており、各減圧構造および回復領域が対で圧力降下の作用を奏してなる請求項２４記載の流体圧力低減装置。
【請求項３２】
周縁部と空洞中央部とを有する、縦軸方向に積層された複数のディスクを備えており、
この各ディスクが空洞中央部と周縁部との間に延びる第一流路および第二流路を有し、この第一流路が入口部、出口部、およびこの入口部と出口部との間に延びる中間部を有し、第二流路が入口部、出口部、およびこの入口部と出口部との間に延びる中間部を有しており、
第一流路の中間部と第二流路の中間部とが交差部において交差しており、
第一流路の中間部および第二流路の中間部がそれぞれ上記交差部の下流に回復部を含んでなる流体圧力低減装置。
【請求項３３】
上記第一流路および第二流路を流れる流体が交差部の急激な方向変化を被るように、第一流路および第二流路が実質的に同一平面で交差部に向いてなる請求項３２記載の流体圧力低減装置。
【請求項３４】
上記第一流路および第二流路を流れる流体が交差部において剪断力を生じるように、第一流路が交差部の上流における第一平面に向いた第一傾斜路を含んでおり、第二流路が交差部の上流における第二平面に向いた第二傾斜路を含んでなる請求項３２記載の流体圧力低減装置。
【請求項３５】
上記第一流路の入口部と第二流路の入口部とが一体で共通の入口部を構成してなる請求項３２記載の流体圧力低減装置。
【請求項３６】
上記共通の入口部が、実質的に同一体積の流体が第一流路および第二流路に流入するように、上記縦軸から共通入口に延びるディスクの参照放射状線に沿って配置されてなる請求項３５記載の流体圧力低減装置。
【請求項３７】
厚さを有し、周縁部と空洞中央部とを有する、縦軸方向に積層された複数のディスクを備えており、
この各ディスクが空洞中央部と周縁部との間に延びる少なくとも一本の流路を有し、この流路が入口部、出口部、およびこの入口部と出口部との間に延びる中間部を有しており、
各流路がディスクの全厚さにわたって形成されることによって貫通流路を構成しており、各貫通流路がディスクを少なくとも第一片部と第二片部とに分けてなる流体圧力低減装置。
【請求項３８】
各ディスクが第一片部と第二片部との間に延びた第一ブリッジ部をさらに含んでなる請求項３７記載の流体圧力低減装置。
【請求項３９】
上記第一ブリッジ部が、ディスクのほぼ内部に延びる内部リング部からなる請求項３８記載の流体圧力低減装置。
【請求項４０】
上記第一ブリッジ部が、ディスクのほぼ外縁部に延びる外部リング部からなる請求項３８記載の流体圧力低減装置。
【請求項４１】
上記第一ブリッジ部が、ディスクの第一片部と第二片部との間に延びたタブからなる請求項３８記載の流体圧力低減装置。
【請求項４２】
各ディスクが第二ブリッジ部をさらに含んでなる請求項３８記載の流体圧力低減装置。
【請求項４３】
上記第一ブリッジ部が、ディスクの空洞中央部回りに延びる内部リング部からなり、第二ブリッジ部が、ディスクの周縁回りに延びる外部リング部からな請求項４１記載の流体圧力低減装置。
【請求項４４】
上記第一ブリッジ部および第二ブリッジ部が、隣接する片部間に延びる第一タブおよび第二タブからな請求項４１記載の流体圧力低減装置。
【請求項４５】
上記貫通流路の中間部の対向する壁同士が、流路中間部の入口部から出口部に向かうにつれて徐々に離間するように構成されてなる請求項３７記載の流体圧力低減装置。
【請求項４６】
各貫通流路中間部が螺旋状を呈するように湾曲してなる請求項３７記載の流体圧力低減装置。
【請求項４７】
各流路の中間部が、減圧構造と各減圧構造のすぐ下流に位置する回復領域とを有してなる請求項３７記載の流体圧力低減装置。
【請求項４８】
その周縁部と空洞中央部との間に延びる少なくとも一つの流路を有する複数のディスクを形成し、各流路が入口部、出口部、およびこの入口部と出口部との間に延びる中間部を有しており、この流路がディスクを少なくとも第一片部と第二片部とに分け、各ディスクが第一片部と第二片部との間に延びる第一ブリッジ部をさらに含んでおり、
上記ディスクを軸方向に沿って積層し、
これらの積層されたディスク同士を固定して積層ディスク組み立て体を形成し、
この積層ディスク組み立て体中の各ディスクの第一ブリッジ部を除去する流体圧力低減装置の組み立て方法。
【請求項４９】
上記第一ブリッジ部が、ディスクのほぼ内部に延びる内部リング部からなる請求項４８記載の方法。
【請求項５０】
上記第一ブリッジ部が、ディスクのほぼ外縁部に延びる外部リング部からなる請求項４８記載の方法。
【請求項５１】
上記第一ブリッジ部が、ディスクの第一片部と第二片部との間に延びたタブからなる請求項４８記載の方法。
【請求項５２】
上記ディスクが第二ブリッジ部をさらに含んでおり、上記方法が積層ディスク組み立て体中の各ディスクの第二ブリッジ部を除去するステップをさらに含んでなる請求項４８記載の方法。
【請求項５３】
上記第一ブリッジ部が、ディスクのほぼ内部に延びる内部リング部からなり、第二ブリッジ部が、ディスクの周縁回りに延びる外部リング部からな請求項５２記載の方法。
【請求項５４】
上記第一ブリッジ部および第二ブリッジ部が、隣接する片部間に延びる第一タブおよび第二タブからな請求項５２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体圧力低減装置に関し、より詳細には、ガス流やキャビテーション除去機能を有する装置にとって低い音響学的な転換効率を付与し、それが故に液体流についての低い騒音特性を備えた流体圧力低減装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オイルやガスの配管系、発電プラント、化学プロセスなどの産業プロセス中の流体の制御において、流体の圧力を低下させることがしばしば必要となる。流量制御弁、減圧弁、および、ディフューザやサイレンサや他の背圧装置のような他の固定された制限装置等の調節可能な流体制限装置は、この目的のために用いられる。与えられた適用における流量制御弁および／または他の流体制限装置の目的は、流量や他のプロセス変数を制御することかも知れない。しかし、この制限装置は、その流量制御作用の副産物として固有的に圧力損失を増大させうる。
【０００３】
加圧流体は蓄積された機械的位置エネルギを内蔵している。減圧するとこのエネルギは放出される。このエネルギは、それ自身を流体の運動エネルギ（流体の大きな動作および流体の不規則な乱流としての動きの両方）として具現する。乱流は流体の無秩序な運動であるが、この無秩序な運動中には、乱流旋風（渦）の形成という瞬時の構造が存在する。しかし、この構造は破壊されてより小さい渦となり、この小さい渦がまた破壊される。最後には、粘性が最も小さくなった渦の動きを消滅させ、エネルギは熱に変換する。
【０００４】
圧力および速度の変動は乱流の運動と組合わさって配管系の構成要素に作用して振動を発生させる。振動は耐圧構成要素の疲労損傷や他の損傷を発生し、性能を低下し、または不足機器の損傷を発生させるかも知れない。物理的な損傷がない場合であっても、振動は、人間の聴覚にとってやかましく、また、ダメージを与えうる空中の騒音を発生させる。
【０００５】
液体の産業上の適用において、液体の圧力降下から来る騒音、振動およびダメージの主たる源はキャビテーションである。キャビテーションは、流体の圧力がその蒸気圧以下に低下するような領域を流れるときにその流体流れの中に発生する。この低下した圧力において、蒸気の気泡が発生し、引き続いてこの気泡が蒸気圧以上になる下流領域まで移動した後に破壊する。蒸気の気泡の破壊は騒音、振動および損傷を発生させるかも知れない。しかしながら、理想的には、流体圧力低減装置は、蒸気圧以下に低下させることなく流体圧力を徐々に低下させ得るかも知れない。いかし、現実にはそのような流体圧力低減装置を製造するのはあまりに難しく且つハイコストである。したがって、流体圧力低減装置は減圧の複数段（ステージ）に用いられることが知られている。そのような装置における最終段の圧力降下は比較的小さいので、泡やキャビテーションの発生は少ない。
【０００６】
最近では、ディスクを積層することによって流体圧力低減装置の形態を取ったバルブトリムを内蔵した流体制御弁が存在する。積層されたディスクは流体に圧力降下を生じるような複数の流体通路を形成する。
【０００７】
積層ディスクを用いた一つの装置はその中に形成された曲がりくねった流体流路を有している。この装置では、各流路は直列に連続して直角に曲がるようにデザインされ、それにより、入口から出口に至るまでの曲がりくねった流路において、流体の流れは幾度となく流れ方向を変える。そのような装置では、曲がりくねった流路が多段の圧力降下を発生させるように、通路の直角の屈曲それぞれにおいて圧力降下がそれぞれ生じることが意図されている。しかしながら、現実には、流路の中間部の直角屈曲部はその段の圧力降下のための制限を効果的には発生させない、ということがわかった。さらに、各直角屈曲部が圧力降下に与える効果を知ることができないので、曲がりくねった流路によって生じる圧力降下は予測することができない。加えて、直角屈曲部は圧力および質量流量の不安定および流れの非効率を発生させるかも知れないことがわかった。圧力の不安定は、流体が一時的にその蒸気圧以下に低下し且つ直後に回復するような低圧領域を装置内に発生させるかもしれない。そうするとキャビテーションが発生してダメージを引き起こす。流れの不安定は装置を通して圧力降下および流速に影響を及ぼし、いくらかの流路には大質量の流体が流れ、その結果、流速が上昇する。
【０００８】
さらに、曲がりくねった流路を持つ装置は、流路から流出する流体が集中するようにされた流路出口を有している。その結果、隣接する出口から出る流体の噴射同士が衝突してより大きな流れ力を持ったより大きな噴流となる。これによって騒音レベルが上昇する。
【０００９】
上述した最近のトリム装置における欠陥等は、所要の騒音の低減、振動の低減、キャビテーション損失の低減または除去というこれらの装置の効果を著しく減少させる。したがって、トリム装置における上記欠陥を除去するとともに、向上した騒音低減特性を付与するというような他の改良を提供することが望まれている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のある態様によれば、流体圧力低減装置は、周縁部と空洞中央部とを有する、縦軸方向に積層された複数のディスクを備えている。この各ディスクは空洞中央部と周縁部との間に延びる少なくとも一本の流路を有し、この流路が入口部、出口部、およびこの入口部と出口部との間に延びる中間部を有している。各流路の中間部は、減圧構造とこの減圧構造のすぐ下流に位置する回復領域とを含んでいる。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、流体圧力低減装置は、周縁部と空洞中央部とを有する、縦軸方向に積層された複数のディスクを備えている。この各ディスクは、空洞中央部と周縁部との間に延びる少なくとも一本の流路を有し、この流路が入口部、出口部、およびこの入口部と出口部との間に延びる中間部を有している。各流路の中間部は、制限部とこの制限部のすぐ下流に位置する組み合わされた回復領域とを有しており、この制限部が流体を実質的に上記回復領域の中央に向ける。
【００１２】
本発明のさらに他の態様によれば、流体圧力低減装置は、周縁部と空洞中央部とを有する、縦軸方向に積層された複数のディスクを備えている。この各ディスクは、空洞中央部と周縁部との間に延びる少なくとも一本の流路を有し、この流路が入口部、出口部、およびこの入口部と出口部との間に延びる中間部を有しており、上記流路の中間部の対向する壁同士が、流路中間部の入口部から出口部に向かうにつれて離間している。
【００１３】
本発明のさらに他の態様によれば、流体圧力低減装置は、周縁部と空洞中央部とを有する、縦軸方向に積層された複数のディスクを備えている。この各ディスクは、空洞中央部と周縁部との間に延びる第一流路および第二流路を有し、この第一流路が入口部、出口部、およびこの入口部と出口部との間に延びる中間部を有し、第二流路が入口部、出口部、およびこの入口部と出口部との間に延びる中間部を有している。第二流路の中間部と第一流路の中間部とは交差部において交差しており、第一流路の中間部および第二流路の中間部がそれぞれ上記交差部の下流に回復部を含んでいる。
【００１４】
本発明のさらに他の態様によれば、流体圧力低減装置は、厚さを有し、周縁部と空洞中央部とを有する、縦軸方向に積層された複数のディスクを備えている。この各ディスクは、空洞中央部と周縁部との間に延びる少なくとも一本の流路を有し、この流路が入口部、出口部、およびこの入口部と出口部との間に延びる中間部を有している。各流路はディスクの全厚さにわたって延びて貫通流路を構成しており、各貫通流路はディスクを少なくとも第一片部と第二片部とに分けている。
【００１５】
本発明のある態様によれば、流体圧力低減装置の組み立て方法は、その周縁部と空洞中央部との間に延びる少なくとも一つの流路を有する複数のディスクを形成し、各流路が入口部、出口部、およびこの入口部と出口部との間に延びる中間部を有しており、この流路がディスクを少なくとも第一片部と第二片部とに分け、各ディスクが第一片部と第二片部との間に延びる第一ブリッジ部をさらに含んでいる。上記ディスクは軸方向に沿って積層され、相互に固定されて積層ディスク組み立て体を形成する。積層ディスク組み立て体中の各ディスクの第一ブリッジ部は除去される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
新規と確信する本発明の特徴は、前掲の特許請求の範囲において述べられている。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。
【００１７】
図１には、本発明の趣旨に従った流体圧力低減装置が示されている。この流体圧力低減装置は、積層された複数のディスクを有するバルブケージ１０の形態をとり、流量制御弁１２内に組み込まれている。積層されたディスクは軸２９について同心状となっている。流量制御弁１２は流体の入口１６と流体の出口１８と弁箱内の連通流路２０とを有する弁箱１４を含んでいる。ここで入口１６から出口１８へ流れる流体は図１中に左から右へ向かう矢印で示しているが、流体流れは本発明の示唆から離れることのない逆方向（すなわち右から左）であってもよい。
【００１８】
弁座リング２２は弁箱の流路２０内に組み込まれており、弁操作部材２４と協働することにより、バルブケージ１０内に流入して外部へ流出する流体の流れを制御する。バルブケージ１０は、公知の方法によって弁の蓋部分に係止されたケージ保持具２６や取付ボルト２８のような公知の取り付け手段を用いて、弁内に保持してもよい。バルブケージ１０の外側に形成された一連の溶接ビード３０が、複数のディスクを積層状態でしっかりと保持している。本発明の好ましい実施形態においては、各ディスクにはニッケルメッキが施されている。ニッケルメッキされたこれらのディスクは積層状態に組み立てられ、この積層物は固定部に配置され、相互に融合するために最適な積層荷重と最適な温度とがが負荷される。他の実施形態では、ディスク同士を溶接か半田付けによって接合する。大きなディスクに対しては、一連のボルトや他の種類の機械的な接合具を用いてしっかりと積層状態を保持するようにしてもよい。
【００１９】
バルブケージ１０は積層された複数のディスクを含んでおり、各ディスクは図２中に示すディスク３２と同じである。このディスク３２は空洞の中央部３４と環状の周縁部３６とを含んでいる。複数の流路３８がディスク３２内に設けられている。各流路３８は中央部３４近傍にある入口部４０と、周縁部３６近傍にある出口部４２と、入口部４０と出口部４２とを連通する中間部４４とを有している。ディスク３２の上端にこれと同じディスクが積層されて十分に回転させられる（たとえば、図２に示すディスクに対して６０度回転させられる）とき、流路４６は完全に各ディスク３２内に収容されることがわかる。このような実施形態において、各流路３８は内側壁４６と外側壁４８と上下のディスク３２の実質部分とによって画されている。
【００２０】
各ディスク３２は図１および図５に最もよく示されるとおり、厚さ「ｔ」を有している。好ましい実施形態においては、各流路３８は貫通（切り抜き）流路となるようにディスクの厚さ全体を通して形成されている。貫通流路は、レーザ加工を含むよく知られたいくつかの技術のいずれによって形成してもよい。さらに、流路３８は貫通路以外の形態をもって構成してもよい。たとえば、流路３８をディスク３２上に溝やチャンネルとして形成してもよい。
【００２１】
各流路３８は流体に加わる抵抗が増加するような形状にされている。図２の実施形態では、各流路３８の中間部４４は一般的な螺旋状に形成されている。螺旋状にすることは、入口部４０から出口部４２に至る流路３８の長さを最大限に伸ばす。流路３８の最初の幅は、流体が瞬時に内側壁４６および外側壁４８に接触することが保証できるように選択される。好ましい実施形態では、各流路３８の幅は流体の圧力が低下するように流体の速度を制御すべく徐々に拡大させている。
【００２２】
さらに、流路３８は騒音やキャビテーションを低減するような形状にされている。これに関して、流路３８はきわめて狭い間隔、または、９０度以下の角度を成すように曲がる急激な方向変化が連続するような形状が回避されている。図２に示された実施形態では、各流路３８の形状はいかなる鋭角的な変化も呈することなく、緩やかなカーブを描いている。
【００２３】
ディスクの中心軸２９と流路の入口部４０とを結ぶ参照線５０を引いた場合、この参照線に対して角度を成して延びている流路３８のいかなる部位も、入口部４０から出口部４２に向かうにつれて流路３８の長さを増加させることがわかる。このようないかなる付加的な流路長さも流体に加わる抵抗を増加させ、これによって圧力降下の効果が生じる。流路３８における狭い間隔または連続する急激な方向変化がともに回避されれば、フラッシングやキャビテーションを生じる畏れのある流れの不均一や流路行率の低下や蒸気圧以下の低圧を生じる畏れがある高圧と低圧の近接した領域が生じることが無く、緩やかな流体圧の減少が得られる。
【００２４】
図３には、多段（ステージ）の圧力降下を生じる流路６２を有する他の環状ディスク６０が示されている。各ディスク６０は空洞中央部６４と周縁部６６を有している。各流路６２は空洞中央部６４の近傍に位置する入口部６８から中間部７０を通り、周縁部６６の近傍に位置する出口部７２まで延びている。図３に示す実施形態では、各流路６８の中間部７０は直列に配置された複数の均一な脚状部７０ａ、７０ｂ、７０ｃから形成されている。これらの脚部７０ａ〜７０ｃは、流体が流路６２を流れることによる圧力降下ステージのあとの回復に参加する。脚部同士がなす角度は９０度より大きい（すなわち、ここでいうような急激な方向変化を形成しない）。中間部７０に形成された制限部７４、７６のような減圧構造は、個々に圧力降下を発生させ、流れを下流方向に向けることができる。図示の実施形態における制限部７４は、流路６２の内側壁８０に形成された内側凸部７８と、流路の外側壁８４に突設された外側凸部８２とから構成されている。同様に、他の制限部７６は内側壁８０に形成された内側凸部８６と、外側壁８４に形成された外側凸部８８とから構成されている。制限部は内側壁８０かもしくは外側壁８４に形成された一つの凸部から構成してもよく、または、圧力降下を生じさせる他のいかなる方法を用いてもよい。
【００２５】
各制限部７４、７６のすぐ下流はそれぞれ回復領域９０、９２である。回復領域９０、９２は、いかなる制限部も他の圧力降下構造をも有していない。その結果、回復領域９０、９２では、流体が流路６２の内外壁８０、８４に再接触して減圧による抵抗が流体に再度作用する。回復領域９０、９２はまた、圧力を、そのレベルが流体の蒸気圧以下に低下しないように正確に制御するために、次の制限部を通過するときの圧力降下の予想を一層可能にする。さらに、流体の流れが流路６２の壁に再度接触するので、回復領域の下流に位置するいかなる減圧構造も大変効果的であろう。この結果、真の多段減圧装置が提供される。
【００２６】
制限部７４、７６の幾何学的上流部にある流路６２の部分はこの制限部７４、７６の形状やサイズに合わせて流体を回復領域に向けることができ、このようにして大きな減圧が生じる領域を避けている。図３に示すように、制限部７４における外側の凸部８２は内側の凸部７８より大きい。このように食い違いのある凸部は、下流の回復領域９０の中心部に向けて直接流れる流体が定常な流速分布を呈すること、および、高圧と低圧との近接した領域の発生や過度に大きな回復領域が生じることを防止することを助ける。より定常な速度分布の一つの利点は、下流における減圧ステージの予測性が向上することである。
【００２７】
出口部７２は、隣接する出口部７２から出る流体の収束を最小にするように、その位置取りおよび方向付けがなされている。図３の実施形態では、出口部はディスク６０の周縁に間隔をおいて配置されている。さらに、隣接する出口部同士は、その流路６２から出る流体が発散しうるように、相互に異なる方向に向いている。
【００２８】
図４Ａには、図３の環状ディスク６０に酷似した環状ディスク１００が示されている。主な相違点の一つは各流路６２ａ〜６２ｃにおける中間部７０の形状である。この実施形態では、各流路６２ａ、６２ｂ、６２ｃが一層螺旋型に近くなるように、脚部７０ａ〜７０ｃの形状が図３に示すような平坦ではなく緩やかなカーブを描いている。
【００２９】
図４Ａの環状ディスク１００の流路６２ａ〜６２ｃはまた、圧力降下を多段にするために複数の制限部７４、７６、７７を含んでいる。流路６２ａ、６２ｃは、図３の実施形態と同様に、流路の対向する壁面から突出した第一および第二の凸部から構成された制限部とともに示されている。しかし、もう一つの流路６２ｂには採用可能な他の複数の制限部が形成されている。たとえば、制限部７４ｂは流路の一方の壁面から突出した一つの凸部から構成されている。他の制限部７６ｂは流路の対向する壁面から互いに食い違うように突出した凸部７９ａ、７９ｂから構成されている。この食い違いに加えて、両凸部７９ａ、７９ｂは互いに異なる形状を呈している。たとえば、一方の凸部７９ｂは他方の凸部７９ａより流路内へ大きく突出している。圧力降下や流体流れの方向等の所望の流れ特性を得るために、制限部の種々の実施例を用いてもよい。
【００３０】
図４のディスク１００はまた、ディスク１００の中央の空洞に形成された内部リング１０２のようなブリッジを含んでいる。このブリッジは、複数のディスクをトリムケージとして組み込んで製造することを容易にするためのものである。内部リング１０２が無ければ、各ディスクは分離した状態の螺旋状の片部１０４から構成されたものとなり、輸送や組み立てが難しくなるであろう。内部リング１０２があれば、ディスクを積層して互いに固定するときに上記片部１０４は全て位置が比較的容易に固定される。そして、トリムケージの空洞中央部は内部リング１０２内部リングが除去されることによって最終直径まで拡大され、空洞中央部と入口部６８との連通がなされる。各ディスクは内部リング１０２の代わりに、内部リングと同じ利点を提供する外部リング１０５（図４Ｂ）を備えてもよい。ディスクが一旦組み立てられると外部リング１０５は除去される。さらに、ディスクは図４Ｃに示すように内部リング１０２および外部リング１０５の両方を備えてもよい。こうすれば、トリムケージを組み立てる間にディスクはさらに安定する。さらに、隣接する片部１０４同士をつなぐ一以上のタブ１０６からなるブリッジを設けてもよい（図４Ｄ）。このタブ１０６はディスクが組み立てられた後に除去される。前述のいずれの実施形態においても、ブリッジは研磨、研削、切削のような公知の手段によって除去される。
【００３１】
上記のブリッジは、片部が個々に分離されて形成されることのない溝やチャンネルのような他の流路構造にとっては不要である。このような他の構造におては、流路３８はディスクの鋳造や成形の過程で、ディスクの表面へのエッチングや他の何らかの好適な手段によって形成される。
【００３２】
図５は複数の環状ディスクが積層された状態を斜視図で示している。図５から、隣接する環状ディスク１００は流路６２を形成するために相互に回転させられる。図示の実施形態では、積層されたディスク１００は、その内部リング１０２が未だ各流路６２の入口部６８を露出させるために除去されてはいない状態である。
【００３３】
図６には、他の実施形態にかかる環状ディスク１１０が示されており、この環状ディスク１１０では、各流路６２が複数のディスクにわたるように形成されている。図示の実施形態では、中間部７０が出口端１１４を有する上流部１１２と、入口端１１８を有する下流部１１６とを含んでいる。図７に示すように、複数の同一形状のディスク１１０が形成され、そして、第一ディスク１１０に形成された上流部１１２の出口端１１４が第二ディスク１１０に形成された下流部１１６の入口端１１８に合うように積層されている。その結果、流体は空洞中央部から第一ディスクの上流部を通って出口端１１４に至る。そして、流体は重なり合った出口端１１４と入口端１１８とを通って第二ディスクの下流部１１６に流れる。
【００３４】
第一ディスクと第二ディスクとの間の変遷は、連続した二つの９０度の方向変化という圧力降下構造を構成する。狭隘で急激な方向変化による有害な効果を抑制するために、各下流の流路１１６は入口端１１８のすぐ下流に配設された回復領域１２０を含んでいる。この回復領域１２０は乱流を引き起こし、流体が流路壁に接触したり離れたりする。その結果、連続する（すなわち一対の）急激な方向変化が生じても、それによって生じる圧力降下は予測可能であり、抵抗の徐々なる効果が向上する。他の実施形態では、出口端１１４および入口端１１８は一のディスクから隣接ディスクへスムーズな移動が可能なように形成され、それによって連続する急激な方向変化の生成が回避されている。
【００３５】
図８は他の実施形態として、流路での流体の衝突が流体圧力を低下させるように交差した流路を有するディスクを示している。このディスク１３０はディスクの空洞中央部１３４に形成された三つの入口部１３２を含んでいる。各入口部１３２を二つの流路にとって共用の入口としてもよい。たとえば、一の入口部１３２から流体が二つの流路１３６、１３８に流れ込むようにである。各流路１３６、１３８はその入口部１３２から出口部１４０に至る形状が概ね螺旋状となっている。各入口部１３２は、各流路１３６、１３８が共用の入口部１３２から流入する流体の約１／２を受け入れるように、空洞中央部１３４の中心から放射状の位置に配置されるのが好ましい。入口部１３２と流路１３６、１３８との間の急激な方向変換のため、各流路１３６、１３８における入口部１３２のすぐ下流に回復領域１４２、１４４が設けられている。
【００３６】
各流路１３６、１３８は流路が交差した形態の圧力降下構造を含んでいる。各流路１３６、１３８はディスク１３０の周縁部１４６に向けて延びているので、他の流路と交差することになる。たとえば、一の流路１３８は交差部１５０において他の流路１４８と交差している。この流路１３８はさらに他の流路１５２とも交差部１５４で交差している。最後に、この流路１３８は交差部１５６においてさらに他の流路１３６と交差している。各流路はその各交差部の下流に十分な回復領域を有している。たとえば、流路１３８の交差部１５０、１５６間に回復領域１５８が形成されている。さらに、他の交差部１５４、１５６間にも回復領域１６０が形成されている。
【００３７】
運転時には、流路を流れる流体は交差部において衝突するであろうことがわかる。衝突は流体の持つエネルギを減少させ、圧力を低下させる。その結果、流体自身の動きはエネルギ低減の促進に使われ、圧力降下をもたらす。
【００３８】
流路は、各交差部が流体の流れ方向の急激な変化を生むように同一面上（面一）にあるようにしてもよい。たとえば、交差部１５０において、流路１３８を通って交差部１５０に至った流体が、矢印１６２が指し示すように流路１４８の下流部に向くようにである。同様に、流路１４８の上流部の流体が交差部１５０に至り、矢印１６４が指し示すように流路１３８の下流部に向くようにである。したがって、これらの流路を流れる流体は急激な方向変化を生じる。通常は急激な方向変化は望ましくない流れ特性を引き起こすが、各交差部の下流に形成された（符号１５８で示すような）回復領域がそのような急激な方向変化の有害な効果を抑制し、それとともに生じる圧力降下を一層予測可能なものにする。その結果、ディスク１３０を通した望ましい圧力降下の合計値を一層正確に解析し、且つ設計することができる。
【００３９】
また、二つの流れの間で流体の層の剪断という動きを通して追加的なロスが生じるが、それでも、流路を、流体流れの急激な方法変化を減少させるかまたは削除するために各交差部の前で片寄らせてもよい。図８に示すように、流路１３８は交差部１６８において流路１６６と交差している。この交差部１６８の上流において、流路１３６が流体の流れの方向を交差部１６８の上方に向けるランプ（傾斜路）１７０を含み、流路１６６が流体の流れの方向を交差部１６８の下方に向けるランプ（傾斜路）１７２を含んでいてもよい。この結果、流路１３６、１６６から交差部１６８に流入する流体は急激に方向変化することなくそれぞれ自分の流路を維持する。この交差部１６８における圧力降下は他の平面的な交差部１５０におけるほど大きくはないが、流体中のエネルギは隣接する流体流れ同士による剪断力のために消耗される。
【００４０】
図９には複数の分割出口１９４を有する環状ディスク１９０が示されている。このディスク１９０には、入口部６８、中間部７０および出口部７２を有する流路６２が形成されている。入口部６８および中間部７０は前述の種々の実施形態で述べたいかなる方法で形成されてもよい。しかしながら、出口部７２は第一および第二のサブフロー（分流）出口１９４を形成する分流部１９２を含んでいる。複数の分流出口１９４は流体と流路壁との接触の量を増大し、それによって粘性抵抗を生じる。
【００４１】
ここでの説明は、本発明の流体圧力低減装置は流体絞り制御弁に含まれたものとしてなされているが、本発明はこれに限定されない。この流体圧力低減装置は、制御弁の下流または上流の配管に固定される制限部材として用いられる機器であってもよく、または、制御弁の配設とは全く独立した機器であってもよい。
【００４２】
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】
【００４３】
【図１】本発明の示唆に従った流体圧力低減装置を形成する積層ディスク群であるバルブトリムを内蔵した流量制御弁を示す断面図である。
【図２】図１の積層ディスク群の各ディスクを構成している環状ディスクの平面図である。
【図３】多段の圧力降下を生ずる規制部を有する他の実施形態にかかる環状ディスクを示す平面図である。
【図４Ａ】内部リングの形状を呈するブリッジを含んだ多段の圧力降下を生ずる規制部を有するさらに他の実施形態にかかる環状ディスクを示す平面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの環状ディスクに類似したディスクの実施形態であって、外部リングの形状を呈するブリッジを含んだディスクを示す平面図である。
【図４Ｃ】図４Ａの環状ディスクに類似したディスクの実施形態であって、内部リングおよび外部リングの形状を呈する二つのブリッジを含んだ環状ディスクを示す平面図である。
【図４Ｄ】図４Ａの環状ディスクに類似したディスクの実施形態であって、内部リングの形状を呈する第一ブリッジおよび多数のタブの形状を呈する第二ブリッジを含んだ環状ディスクを示す平面図である。
【図５】図４に示すようなディスクを５枚積層した状態を示す斜視図である。
【図６】隣接するディスクに流体が流れ行くことを許容する、他の実施形態にかかる環状ディスクを示す平面図である。
【図７】図６に示すようなディスクを８枚積層した状態を示す斜視図である。
【図８】交差した流路を有する環状ディスクの他の実施形態を示す平面図である。
【図９】多数の分割出口を備えた流路を有する、さらに他の実施形態にかかる環状ディスクを示す平面図である。
【国際公開パンフレット】
2005500485.tif 000003
2005500485.tif 000004
2005500485.tif 000005
2005500485.tif 000006
2005500485.tif 000007
2005500485.tif 000008
2005500485.tif 000009
2005500485.tif 000010
2005500485.tif 000011
2005500485.tif 000012
2005500485.tif 000013
2005500485.tif 000014
2005500485.tif 000015
2005500485.tif 000016
2005500485.tif 000017
2005500485.tif 000018
2005500485.tif 000019
2005500485.tif 000020
2005500485.tif 000021
2005500485.tif 000022
2005500485.tif 000023
2005500485.tif 000024
2005500485.tif 000025
2005500485.tif 000026
2005500485.tif 000027
2005500485.tif 000028
2005500485.tif 000029
2005500485.tif 000030
2005500485.tif 000031
2005500485.tif 000032
2005500485.tif 000033
2005500485.tif 000034
2005500485.tif 000035
2005500485.tif 000036
2005500485.tif 000037
2005500485.tif 000038
2005500485.tif 000039
2005500485.tif 000040
【国際調査報告】
2005500485.tif 000041
2005500485.tif 000042
2005500485.tif 000043