(57)【要約】  流体制御バルブ１００のある実施形態は、実質上制御表面に沿った引張応力集中なしで動作する１つまたは複数のセラミック製の構成要素を含む。いくつかの実施形態では、流体制御バルブ１００が、制御表面１４３を画定するプラグの円筒形の表面１４１内にフライス加工された１組の長手方向の溝１４２を有するセラミック製のプラグ１４０を含む。プラグは、流体が、制御表面に対してほぼ平行な方向にプラグの制御表面上を流れるように、バルブ本体１１０の内部長手方向空洞１２０内に配置されている。セラミック製のプラグおよびその他のセラミック製の構成要素は、比較的簡単な機械加工技術を使用して製造され、全体の製造コストを低減させることができる。
2008524525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
取入ポートと、長手方向に延びる内部空間と、排出ポートとを有するバルブ本体と、
前記内部空間内に配置された第１および第２のセラミック製のガイドであって、前記第２のセラミック製のガイドが、それらの間に中間空洞を画定するために前記第１のセラミック製のガイドから長手方向に離隔されている、セラミック製のガイドと、
前記内部空間を通る流体の流れを制御するためのセラミック製のプラグであって、長手方向に延び、かつ前記第１および第２のセラミック製のガイドと滑動自在に係合されている、セラミック製のプラグと、
前記取入ポートと前記中間空洞の間の第１の段階部分内の流体と接触するように前記第１のセラミック製のガイドの近傍に配置され、前記セラミック製のプラグ内に形成された第１の組の制御表面と、
前記中間空洞と前記排出ポートの間の第２の段階部分内の流体と接触するように前記第２のセラミック製のガイドの近傍に配置され、前記セラミック製のプラグ内に形成された第２の組の制御表面と
を備え、
前記流体が前記第１および第２の段階部分を流れるとき、前記セラミック製のプラグが、実質上第１および第２の組の制御表面に沿った引張応力集中なしで動作する多段階流れ制御バルブ。
【請求項２】
流体が前記第１および第２の段階部分を流れるとき、前記流体が、前記制御表面に対してほぼ平行な方向に流れる請求項１に記載のバルブ。
【請求項３】
前記内部空間内に配置され、かつ前記第１のセラミック製のガイドと接続された第１のキャリアをさらに備え、前記第１のセラミック製のガイドが管状であり、かつ前記第１のキャリアが、前記第１のセラミック製のガイドを圧縮嵌め接続で保持している請求項１に記載のバルブ。
【請求項４】
前記セラミック製のプラグが、ほぼ円筒形のベース部分から形成され、かつ前記制御表面が、外周表面内に形成された複数の平行な溝を備え、前記溝が、離隔され、かつほぼ長手方向に延びている請求項１に記載のバルブ。
【請求項５】
前記セラミック製のプラグと接続された駆動部材をさらに備え、前記駆動部材は、ステム部分が前記バルブ本体に対して移動されたとき、前記セラミック製のプラグが前記セラミック製のガイドに対して移動されるように、前記バルブ本体から延びるステム部分を含む請求項１に記載のバルブ。
【請求項６】
前記内部空間を通る流体の流れを閉鎖するための対向する弁座表面をさらに備え、前記弁座表面が金属材料を含む請求項１に記載のバルブ。
【請求項７】
流体が前記第１および第２の段階部分を流れるとき、前記プラグおよびガイドのセラミック表面が前記流体をガイドし、かつ
前記内部空間を通る流体流れが閉鎖されたとき、前記金属製の弁座表面が互いに接触する請求項６に記載のバルブ。
【請求項８】
前記流体が、少なくとも１種の液体および少なくとも１種の腐食性の粒子を含む腐食性の溶媒を含む請求項１に記載のバルブ。
【請求項９】
第１および第２の段階部分を通る流体の流れを制御するためのセラミック製のプラグと、
第１の段階部分内の流体と接触するための第１の組の制御表面と、
第２の段階部分内の流体と接触するための第２の組の制御表面とを備え、
前記制御表面は、前記流体が前記第１および第２の段階部分を流れるとき、前記セラミック製のプラグが、実質上前記制御表面に沿った引張応力集中なしで動作するように構成されるように、前記セラミック製のプラグ内に形成されている
多段階流れ制御デバイス。
【請求項１０】
流体が前記第１および第２の段階部分を流れるとき、前記流体が、前記制御表面に対してほぼ平行な方向に流れる請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
内部空間を有するバルブ本体をさらに備え、前記セラミック製のプラグが前記内部空間内に配置されている請求項９に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記内部空間内に配置された第１および第２の管状のセラミック製のガイドをさらに備え、前記セラミック製のプラグが、前記第１および第２のセラミック製のガイドと滑動自在に係合されている請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記第１の組の制御表面が、前記第１の段階部分内の流体と接触するように前記第１のセラミック製のガイドの近傍に配置され、かつ前記第２の組の制御表面が、前記第２の段階部分内の流体と接触するように前記第２のセラミック製のガイドの近傍に配置されている請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記内部空間内に配置され、かつ前記第１のセラミック製のガイドと接続された第１のキャリアをさらに備え、前記第１のキャリアが、前記セラミック製のガイドを圧縮嵌め接続で保持している請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記セラミック製のプラグが、ほぼ円筒形のベース部分から形成され、かつ前記制御表面が、外周表面内に形成された複数の平行な溝を備え、前記溝が、離隔され、かつほぼ長手方向に延びている請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記セラミック製のプラグと接続された駆動部材をさらに備え、前記駆動部材は、ステム部分が前記バルブ本体に対して移動されたとき、前記セラミック製のプラグが前記セラミック製のガイドに対して移動されるように、前記バルブ本体から延びるステム部分を含む請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１７】
内部空間を有するバルブ本体と、
前記内部空間内に配置された少なくとも１つのプラグ・ガイドと、
前記内部空間を通る流体の流れを制御するためのセラミック製のプラグであって、前記セラミック製のプラグが、第１の動作位置から第２の動作位置へ長手方向に往復運動するように、前記プラグ・ガイドと滑動自在に係合されているセラミック製のプラグと、
前記セラミック製のプラグの外部表面内に形成された複数の溝であって、前記溝が、ほぼ長手方向に延び、かつ、前記セラミック製のプラグが前記第１の動作位置にあるとき、流体が、制御表面に対してほぼ平行な方向に前記セラミック製のプラグと前記プラグ・ガイドの間の溝内を流れるように、前記制御表面を画定している複数の溝と
を備える流れ制御デバイス。
【請求項１８】
前記流体が、前記セラミック製のプラグと前記プラグ・ガイドの間の溝内を流れるとき、前記セラミック製のプラグが、実質上前記制御表面に沿った引張応力集中なしで動作する請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記内部空間内に配置され、かつ前記プラグ・ガイドと接続されたキャリアをさらに備え、前記プラグ・ガイドがセラミック製のチューブであり、かつ前記キャリアが、前記プラグ・ガイドを圧縮嵌め接続で保持している請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記セラミック製のプラグと接続された駆動部材をさらに備え、前記駆動部材が、前記セラミック製のプラグを圧縮嵌め接続で保持している請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記駆動部材が、前記バルブ本体から延びるステム部分を含み、前記ステム部分が前記バルブ本体に対して移動されたとき、前記セラミック製のプラグが前記セラミック製のガイドに対して移動される請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
バルブ本体の内部空間内にセラミック製のプラグを組み立てるステップであって、前記プラグが長手方向軸、および外周表面内に形成された複数の平行な溝を有し、前記溝が前記外周表面から離隔され、かつほぼ長手方向に延びているステップと、
前記バルブ本体の前記内部空間内に少なくとも１つのセラミック製のガイドを組み立てるステップであって、前記セラミック製のガイドが、前記セラミック製のプラグの外周表面と滑動自在に係合するほぼ円筒形の孔を有するステップとを含み、
前記セラミック製のプラグが、第１の動作位置へ長手方向に移動されたとき、流体が、前記セラミック製のプラグと前記セラミック製のガイドの間を前記溝に対してほぼ平行な方向に流れるように、前記内部空間を通る流体の流れを制御するために前記ガイドの前記孔と滑動自在に係合する
バルブを製造する方法。
【請求項２３】
前記セラミック製のプラグを駆動部材に圧縮嵌め接続で結合するステップをさらに含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記セラミック製のプラグを、ステム部分が前記バルブ部材に対して移動されたとき、前記セラミック製のプラグが前記セラミック製のガイドに対して長手方向に移動されるように、前記バルブ本体から延びるステム部分を含む駆動部材に結合するステップをさらに含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記セラミック製のガイドを、前記内部空間内に組み付けるステップの前に、圧縮嵌め接続を使用してキャリアに結合するステップをさらに含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
ほぼ円筒形のベース部分から前記セラミック製のプラグを形成するステップと、その外周表面の一部分に溝をフライス削りするステップとをさらに含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記セラミック製のガイドを管状のベース部分から形成する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
内部空間を有するバルブ本体と、
前記内部空間内でセラミック製のプラグ手段をガイドするための少なくとも１つのガイド手段であって、前記ガイド手段が内部空間内に配置されているガイド手段と、
前記内部空間を通る腐食性の流体の流れを制御するためのセラミック製のプラグ手段であって、前記セラミック製のプラグ手段が、第１の動作位置から第２の動作位置へ長手方向に往復運動するように、前記ガイド手段と滑動自在に係合されているセラミック製のプラグ手段と、
前記内部空間内の流体の流れを方向付けるための制御表面手段であって、前記手段が、前記セラミック製のプラグ手段の外部表面内に形成された複数の溝を含み、前記溝が、ほぼ長手方向に延び、かつ、前記セラミック製のプラグが第１の動作位置にあるとき、流体が、制御表面に対してほぼ平行な方向に前記セラミック製のプラグ手段と前記ガイド手段の間の溝内を流れるように、前記制御表面を画定している制御表面手段と
を備える流れ制御デバイス。
【請求項２９】
前記流体が、前記セラミック製のプラグ手段と前記ガイド手段の間の溝内を流れるとき、前記セラミック製のプラグ手段が、実質上前記制御表面に沿った引張応力集中なしで動作する請求項２８に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記内部空間内で前記ガイド手段を固定するためのキャリア手段をさらに備え、前記ガイド手段がセラミック製のチューブであり、かつ前記キャリア手段が、前記ガイド手段を圧縮嵌め接続で保持している請求項２８に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記セラミック製のプラグ手段と接続された駆動のための手段をさらに備え、前記駆動のための手段が、ステム部分が前記バルブ本体に対して移動されたとき、前記セラミック製のプラグ手段が前記ガイド手段に対して移動されるように、前記バルブ本体から延びるステム部分を含む請求項２８に記載のデバイス。
【請求項３２】
前記セラミック製のプラグ手段が、少なくとも５００°Ｆの温度を有する流体の流れを制御する請求項２８に記載のデバイス。
【請求項３３】
第１および第２の段階部分を通る流体の流れを制御するためのプラグであって、前記プラグが、極限引張強度よりもかなり大きい極限圧縮強度によって特徴付けられる脆性の材料を含むプラグと、
第１の段階部分内の流体と接触するように前記脆性材料内に形成された第１の組の制御表面と、
第２の段階部分内の流体と接触するように前記脆性材料内に形成された第２の組の制御表面とを備え、
前記制御表面が、前記流体が、前記第１および第２の段階部分を通って流れるとき、前記プラグが、実質上前記制御表面に沿った引張応力集中なしで動作するように構成されるように、前記プラグ内に形成されている
多段階流れ制御デバイス。
【請求項３４】
前記脆性材料が、Ｓｔｅｌｌｉｔｅ材料を含む請求項３３に記載のデバイス。
【請求項３５】
前記脆性材料が、セラミック材料を含む請求項３３に記載のデバイス。
【請求項３６】
流体が前記第１および第２の段階部分を通って流れるとき、前記流体が、前記制御表面とほぼ平行な方向に流れる請求項３３に記載のデバイス。
【請求項３７】
内部空間を有するバルブ本体をさらに備え、前記プラグが前記内部空間内に配置されている請求項３３に記載のデバイス。
【請求項３８】
前記内部空間内に配置された第１および第２の管状のガイドをさらに備え、前記ガイドが、極限引張強度よりもかなり大きい極限圧縮強度によって特徴付けられる脆性の材料を含む請求項３７に記載のデバイス。
【請求項３９】
前記第１の組の制御表面が、前記第１の段階部分内の流体と接触するように前記第１のガイドの近傍に配置され、かつ前記第２の組の制御表面が、前記第２の段階部分内の流体と接触するように前記第２のガイドの近傍に配置されている請求項３８に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体制御デバイス（ｆｌｕｉｄ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｄｅｖｉｃｅ）に関し、ある実施形態は、セラミック製の構成要素を有する多段階制御バルブ（ｍｕｌｔｉ−ｓｔａｇｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｖａｌｖｅ）に関する。
【０００２】
本出願は、２００４年１２月１６日に提出された米国特許出願第１１／０１４，１２４号の利益を請求する。
【背景技術】
【０００３】
いくつかの流体システムは、流体の流れを制御するためにバルブを使用する。これらの流体制御バルブは、バルブ・ハウジングの内部に着座されたプラグを備えてもよい。プラグは、バルブを通る流体の流れを調節するために、バルブ・ハウジング内で移動されることができる。流体がバルブを通って流れるとき、プラグ表面上の切欠きまたは埋め込まれた隅部が、流体と相互作用し、流れの特徴に影響を与える。例えば、かなりの圧力降下が流体制御バルブを横切って付加される場合、流体がプラグ上を通過するときに圧力を段階的に低下させるために、二段階バルブが使用されてもよい。このような二段階バルブでは、流体が、プラグの表面内に形成された切欠きまたは埋め込まれた隅部上を流れ、これらが、バルブ・ハウジング内の一連の回収空洞内へ流体をガイドする。
【０００４】
いくつかの要因が、流体制御バルブの設計に影響を与える。バルブによって制御される流体のタイプが、バルブ構成要素の材料および寸法に影響を与える可能性がある。例えば、いくつかのガソリン精製適用例は、原油および、土および／またはある種の触媒などの腐食性の微粒子を含む高温の流体の流れを制御するためのバルブを必要とする。この腐食性の流体がバルブを通って流れるとき、構成要素は、５００°Ｆを超える、また極端な場合には、１０００°Ｆを超える温度および３０００ｐｓｉを超えるバルブを横切る圧力差を受けることがあり、このことが、バルブの制御表面での高い流体速度を結果として生じさせる。このような例では、特別な寸法の切欠きまたは埋め込まれた隅部を有するバルブ・プラグが、バルブを横切る圧力降下を段階付けるために使用されてもよい。
【０００５】
バルブ・トリム構成要素の材料は、流体制御バルブの設計において考慮されるべき別の要因である。高温／高圧の流体によるバルブ構成要素の腐食は、顕著な問題をもたらすことがある。例えば、いくつかのガソリン精製適用例では、腐食性の粒子を有する高温の原油が、約６ヶ月毎に、金属から作製されたバルブ・プラグの交換を必要とする。金属が、バルブ・プラグおよび弁座の埋め込まれた隅部に付与される圧力差および引張応力集中（ｔｅｎｓｉｌｅ  ｓｔｒｅｓｓ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ）に耐えることができる場合でさえも、腐食性の流体が、制御表面を組織的に磨耗させることがあり、それによってバルブ構成要素の交換を必要とする。バルブ構成要素の急速な腐食は、かなりの維持および交換コストを結果として生じさせる。
【発明の要約】
【０００６】
他の材料が、腐食に対してより良好な耐性を与えるかもしれないが、製造コストおよび動作リスクが、多くの商業用途でのこれらの材料の使用を制限してきた。一般に、複雑な切欠きおよびらせん状のねじ山を金属製のプラグ内に機械加工することが、これらと同じ幾何形状をセラミック製のプラグ内に機械加工することよりも低価格であるため、金属製のバルブ構成要素を製造することは、ずっとコストが低い。また、セラミック製の材料は一般に、引張力が加えられたとき金属製の材料よりも壊れやすい。バルブ・プラグの表面内に形成される切欠き、埋め込まれた隅部およびその他の複雑な幾何形状が、材料内で引張応力集中を生じさせる可能性があるため、金属製の構成要素が、破滅的な破壊を受けにくいと従来信じられていた。
【０００７】
本発明のある実施形態は、実質上引張応力集中なしで動作する１つまたは複数のセラミック製の構成要素を有する流体制御バルブを含む。いくつかの実施形態では、流体制御バルブが、流体がプラグの制御表面上を制御表面に対してほぼ平行な方向に流れるように、セラミック製のプラグ上に形成された１組の溝を含む。セラミック製のプラグおよびその他のセラミック製の構成要素は、全体製造コストを低減させるために比較的簡単な機械加工技術を使用して製造されることができる。
【０００８】
ある例示的な実施形態では、多段階流れ制御デバイスが、第１および第２の段階部分を通る流体の流れを制御するセラミック製のプラグを含む。デバイスはまた、第１の段階部分内の流体と接触する第１の組の制御表面と、第２の段階部分内の流体と接触する第２の組の制御表面とを含む。制御表面が、流体が、第１および第２の段階部分を通って流れるとき、セラミック製のプラグが、実質上制御表面に沿った引張応力集中なしで動作するように、セラミック製のプラグ内に形成されている。
【０００９】
別の例示的な実施形態では、流れ制御デバイスが、内部空間を有するバルブ本体と、内部空間内に配置された少なくとも１つのプラグ・ガイドとを含む。デバイスはまた、内部空間を通る流体の流れを制御するセラミック製のプラグを含む。セラミック製のプラグが、第１の動作位置から第２の動作位置へ長手方向に往復運動するように、プラグ・ガイドと滑動自在に係合されている。デバイスは、セラミック製のプラグの外部表面内に形成された複数の溝を含む。溝は、長手方向に延び、かつ、セラミック製のプラグが第１の動作位置にあるとき、流体が、制御表面に対してほぼ平行な方向にセラミック製のプラグとプラグ・ガイドの間の溝内を流れるように、制御表面を画定している。
【００１０】
さらに別の例示的な実施形態では、バルブを製造する方法が、バルブ本体の内部空間内にセラミック製のプラグを組み立てるステップを含む。プラグが外周表面内に形成された複数の平行な溝を有し、溝が外周表面に沿って離隔され、かつほぼ長手方向に延びている。方法はまた、バルブ本体の内部空間内に少なくとも１つのセラミック製のガイドを組み立てるステップを含む。セラミック製のガイドは、セラミック製のプラグの外周表面と滑動自在に係合するためのほぼ円筒形のトンネルを有する。セラミック製のプラグが、第１の動作位置にあるとき、流体が、セラミック製のプラグとセラミック製のガイドの間を溝に対してほぼ平行な方向に流れるように、内部空間を通る流体の流れを制御するためにガイドのトンネルと滑動自在に係合する。
【００１１】
これらおよびその他の実施形態は、以下の利点のうちの１つまたは複数を提供するように構成されてもよい。第１に、セラミック製の構成要素を有する流体流れ制御バルブは、製造するのが比較的低価格にされることができる。例えば、いくつかのセラミック製の構成要素が、最小数の機械加工作業を使用して比較的複雑でないベース部品（例えば、円筒、管など）から製造されることができる。第２に、流体流れ制御バルブは、腐食状態に対する改善された抵抗を有することができ、それによってバルブの耐用年数が増加する。いくつかの場合、流体が、制御表面に対してほぼ平行な方向にセラミック製のプラグとセラミック製のガイド・トリムの間を流れてもよい。このような構成は、低い角度での粒子衝突をもたらし、このことが、セラミック表面上の腐食摩耗の速度を減少させることができる。第３に、セラミック製の構成要素の幾何形状が、バルブの動作中の引張応力集中を低減または除去するように設計されることができ、それによって、バルブ構成要素の破滅的な破壊の可能性を減少させる。いくつかの例では、セラミック製のプラグは、流体がバルブを通って流れるときに引張応力集中を生じさせる段差、フランジまたは埋め込まれた隅部を含まないように構成されてもよい。第４に、流れ制御バルブは、セラミック製の構成要素が、組立てプロセス中、引張加重をほとんどまたはまったく受けないように組み立てられてもよい。例えば、セラミック製の構成要素が、バルブ本体の内部のキャリアによって圧縮で保持されてもよい。このような設計は、セラミック材料が圧縮で保持されるときのセラミック材料の強化された強度を使用する。これらおよびその他の利点の１つまたは複数が、本明細書に記載されたデバイスによって提供されることができる。
【００１２】
本発明の１つまたは複数の実施形態の詳細が、添付の図面および以下の説明で示される。本発明の他の特徴、目的、および利点は、説明および図面から、ならびに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【００１３】
様々な図面における類似の参照符号は、類似の要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１〜２を参照すると、バルブ・デバイス１００は、１つまたは複数の部分から組み立てられることができるバルブ本体１１０を含む。この実施形態では、バルブ本体は、上側本体部分１１２および下側本体部分１１４を備える。両本体部分１１２および１１４は、高温の流体の流れに耐えることが可能である高強度の金属材料を含む。上側本体部分１１２および下側本体部分１１４は、１組のシャフト１１３が対応する１組の開口１１５を通って挿入され、１組のねじ山付きナット１１６と係合されるとき、互いに対合するように構成されている。このような構成は、上側および下側本体部分１１２および１１４の正確な位置合わせを可能にする。バルブ本体１１０の実施形態が、図１〜２に示された構成に限定されないことを理解されたい。むしろ、バルブ本体１１０は、本体部分が適切に位置合わせされるような様々な方式で組み立てられることができる。
【００１５】
バルブ本体１１０は、完全に組み立てられたとき、ある構成要素が配置される内部空間１２０を含む。図１におそらく最も良く示されているように、ステム１３０、プラグ１４０、１つまたは複数のガイド１６０および１７０、スペーサ１８０、ならびに排出口ライナ１８５が、バルブ・デバイス１００の内部空間１２０内に配置されてもよい。ステム１３０の少なくとも上側部分１３２が、アクチュエータなどのデバイスが上側ステム部分１３２と係合するように、バルブ本体１００から外へ延びてもよい。下側ステム部分１３４がバルブ本体１１０内に配置され、かつプラグ１４０と係合する。このような状況で、上側ステム部分１３２が、バルブ本体１１０に対してプラグ１４０を移動させるように調節されてもよい。
【００１６】
プラグ１４０および／またはガイド１６０および１７０は、延性であるよりは脆性であり、かつ十分耐腐食性である、セラミック材料または類似の材料を含んでもよい。一般に、セラミック材料は、引張応力が亀裂の進展および割れを生じさせる状態よりも圧縮応力下でより良好に機能する。また、セラミック材料は、セラミック表面に対してほぼ平行に流体が流れるとき（セラミック表面に対して垂直に高速で流れて、セラミック表面に衝撃を与えるのではなく）、腐食性の流体に対して、より耐性であることができる。この耐腐食性の特徴は、流体が腐食性の粒子を有する高温、高速の流体であるとき、より明らかである。流れ制御バルブのある実施形態は、より長い動作寿命および低い破滅的な破壊の可能性を有するバルブ・デバイスを提供するために、セラミック材料のこれらまたはその他の特徴の１つまたは複数を使用してもよい。
【００１７】
図１〜２をさらに参照すると、ガイド１６０および１７０のそれぞれが、これも内部空間１２０内に配置されている、付随するキャリア１６２および１７２内でそれぞれ保持されてもよい。キャリア１６２および１７２は、内部空間１２０のパイロット表面１２２と係合する外周表面１６４および１７４をそれぞれ有してもよい。したがって、ガイド１６０および１７０が、ガイド１６０および１７０のそれぞれを通って軸方向に延びるように、プラグ１４０に対して正確に位置合わせされることができる。
【００１８】
バルブ本体１１０は、少なくとも１つの取入ポート１２４および少なくとも１つの排出ポート１２６を含んでもよい。取入ポート１２４および排出ポート１２６は、隣接する装置と対合するように構成されてもよい。例えば、取入ポート１２４または排出ポート１２６は、装置の別の部片からのチューブ、パイプ、ホース、またはポートと係合するための内部または外部ねじを含んでもよい。動作中、流体が、取入ポート１２４を通って内部空間１２０内へ連通される。内部空間１２０内でのプラグ１４０の位置に応じて、流体が、プラグ１４０とガイド１６０および１７０の間を排出ポート１２６へ通過してもよい。別法として、プラグ１４０は、流体の流れが遮断されるように配置されてもよい（図４〜５に関連して以下でより詳細に説明される）。取入ポート１２４および排出ポート１２６が、図１〜２に示された構成および方向に限定されないことを理解されたい。むしろ、他のタイプおよび方向のポートが、バルブ本体１１０の内部空間１２０に流体を流出入させるために使用されてもよい。
【００１９】
図３をここで参照すると、ステム１３０は、上側ステム部分１３２の外周表面と係合する上側ステム・ガイド１３６を含んでもよい。ステム・ガイド１３６は、上側バルブ本体部分１１２の孔の中に挿入される金属材料を備えてもよい。ステム・ガイド１３６は、ステム１３０が、バルブ本体１１０に対して長手方向１０５へ移動されるように、上側ステム部分１３２と滑動自在に係合する内周表面を含む。ステム・ガイド１３６は、ステム１３０がバルブ本体１１０内での動揺（ｓｗａｙｉｎｇ）に対して実質上拘束されるように、厳しい製造公差で好ましくは作成される。この実施形態では、ステム・ガイド１３６は、ステム・ガイド１３６の近傍でのステム１３０のいかなる横方向動揺も、ガイド１６０および１７０内のプラグ１４０の位置に実質上影響を与えないように、プラグ・ガイド１６０および１７０から離隔されている（例えば、ガイド１６０および１７０とプラグ１４０の製造公差が、普通ならステム・ガイド１３６によって許されるかもしれない、ステム１３０のいかなる動揺すなわち横方向運動を実質上防止する）。
【００２０】
システム１３０は、高温の流体の流れに耐えることができる金属材料を備えてもよい。ある実施形態では、ステム１３０は、高強度の、硬化された鋼材料を備えてもよい。以下でより詳細に説明されるように、バルブ・デバイスのいくつかの実施形態が、流体の流路を閉鎖する金属対金属弁座（ｍｅｔａｌ−ｏｎ−ｍｅｔａｌ  ｓｅａｔ）を形成するために下側ステム部分１３４の金属表面を使用してもよい。下側ステム部分１３４は、プラグ１４０と係合するように形成および構成されている。また、下側ステム部分１３４は、バルブ本体１１０の内部空洞内に嵌合するような、およびその空洞内で長手方向１０５に運動するようなサイズにされている。
【００２１】
図４を参照すると、下側ステム部分１３４は、プラグ１４０が圧縮下で保持されるようにプラグ１４０と係合することができる。この実施形態では、下側ステム部分１３４は、プラグ１４０の外周表面１４１と係合する内周表面１３７を含む。このような実施形態は、下側ステム部分１３４が、熱収縮圧縮嵌め接続によってプラグ１４０と係合することを許す。例えば、下側ステム部分１３４が、内周表面１３７の膨張を生じさせるために、（例えば、推定された動作温度を超える温度に）加熱されてもよい。次に、プラグ１４０が、位置合わせされ、下側ステム部分１３４内に挿入されてもよい。下側ステム部分１３４が（例えば、推定された動作温度以下の温度に）冷却されたとき、下側ステム部分１３４が、収縮し、内周表面１３７とプラグ１４０の間に圧縮嵌めを形成する。
【００２２】
前に説明したように、プラグ１４０は、セラミック材料を備えてもよい。セラミック材料は、圧縮条件下でより良好に機能するため、下側ステム部分１３４とセラミック製のプラグ１４０の間の圧縮嵌め係合が、組立て中にセラミック材料に付与される可能性のあるいかなる引張応力集中も除去する、または減少させる。
【００２３】
いくつかの実施形態では、保持ワイヤが、代替固定デバイスとしてオプションで使用されてもよい。プラグの外周表面１４１およびステムの内周表面１３７が、保持ワイヤ１３９を受けるためにその中に形成された対向する溝を有してもよい。プラグ１４０が、圧縮嵌め接続を使用して下側ステム部分１３４に固定された後、保持ワイヤ１３９が、下側ステム部分１３４とプラグ１４０の間に配置されるように、下側ステム部分１３４内の開口１３８を通って挿入されることができる。圧縮嵌め（上記で説明した）が、プラグ１４０をステム１３０に固定する働きをしている間、保持ワイヤ１３９が、下側ステム部分１３４が温度上昇して、膨張し、圧縮嵌めを緩ませた場合に代替となる固定デバイスとして働くことができる。
【００２４】
図４に示されている実施形態をさらに参照すると、セラミック製のプラグ１４０は、外周表面１４１内に形成された第１の組の溝１４２を含む。この実施形態では、溝１４２は、互いにほぼ平行であり、かつ長手方向１０５に延びている。各溝１４２は、流体の流れ面積が狭窄される（例えば、流速が実質上増加される）所のバルブ・トリムに沿って流体の流れに曝露される表面である、１つまたは複数の制御表面１４３を画定する。この実施形態では、制御表面１４３は、セラミック製のガイド１６０の近傍にある溝１４２内の表面を含む。プラグ１４０が開放位置へ移動されたとき、流体は、溝１４２内を（プラグの制御表面１４３とセラミック製のガイド１６０の内側表面の間を）ほぼ長手方向１０５に流れる。したがって、流体は、制御表面１４３（およびセラミック製のガイド１６０の内側表面）とほぼ平行な方向に、プラグ１４０の制御表面１４３上を流れる。前に説明したように、セラミック材料は、流体がセラミック表面に対してほぼ平行に流れるとき、より耐腐食性であることができる。したがって、セラミック製のプラグ１４０のこのような実施形態が、セラミック材料の耐腐食性の特徴を利用しながら、バルブ・デバイス１００の動作寿命を増加させ得る。
【００２５】
ある実施形態では、バルブ・デバイス１００が、異なる段階部分で圧力降下を段階付ける多段階バルブ・デバイスであってよい。図４の実施形態に示されているように、プラグ１４０は、外周表面１４１内に形成された第２の組の溝１４４を含んでもよい。第２の組の溝１４４は、バルブ・デバイス１００内に第２の段階部分を提供してもよい。この実施形態では、溝１４４は、互いにほぼ平行であり、かつ長手方向１０５に延びている。各溝１４４は、第２のセラミック製のガイド１７０の近傍にある溝１４４内の表面を含む、１つまたは複数の制御表面１４５を画定する。プラグ１４０が開放位置に移動されたとき、流体は、排出ポート１２６に向かってほぼ長手方向１０５に溝１４４内を（プラグの制御表面１４５とセラミック製のガイド１７０の内側表面１４５の間を）流れる。この場合も、流体は、制御表面１４５に対してほぼ平行な方向にプラグ１４０の制御表面１４５上を流れ、このことが、セラミック材料の耐腐食性の特徴を利用しながら、バルブ・デバイス１００の動作寿命を増加させ得る。
【００２６】
図４をさらに参照すると、セラミック製のプラグ１４０のある実施形態が、実質上プラグ１４０の制御表面に沿った引張応力集中なしで動作することができる。この実施形態では、流体は、プラグ上の切欠き付きの制御表面に対して垂直に流れず、それによって、切欠きの埋め込まれた隅部で引張応力を生じさせる。むしろ、流体は、プラグ１４０の制御表面１４３、１４５とほぼ平行な方向に溝１４２、１４４内を流れる。セラミック製のプラグ１４０が、流体による圧縮力下で動作し、実質上の引張応力集中はない。したがって、バルブ・デバイス１００のこのような実施形態が、圧縮下でのセラミック材料の強化された強度を利用しながら、セラミック製のトリム構成要素の亀裂の進展および破滅的な破壊の可能性を減少させることができる。
【００２７】
また、セラミック製のプラグ１４０のいくつかの実施形態は、比較的直接的な機械加工技術を使用して製造されてもよい。セラミック製のプラグ１４０は、セラミック材料の機械加工のためにしばしば必要とされる、コストのかかる工具加工なしで製造されてもよい。第１に、最終的にプラグ１４０を形成するベース部品は、セラミック材料の基本的な円筒であってよい。このような比較的単純な形状のベース形状を成形または焼結することは、より複雑な幾何形状を有するセラミック製のベース部品を形成するよりも一般にコストが安い。第２に、セラミック製のプラグ内の溝１４２および１４４が、丸鋸ブレード（ｃｉｒｃｕｌａｒ  ｓａｗ  ｂｌａｄｅ）、研削ディスク（ｇｒｉｎｄｉｎｇ  ｄｉｓｃ）などによる比較的複雑でない切削を使用して形成されてもよい。溝１４２および１４４の長さおよび深さが、バルブ・デバイス１００の所望の流れの特徴に従って選択されてもよい。いずれの場合でも、溝１４２および１４４が、セラミック材料内に環状の切欠きまたはらせん状のねじ山を形成する複雑な機械加工なしで形成されることができる。
【００２８】
図４に示されているガイド１６０および１７０をここで参照すると、各ガイド１６０および１７０が、それぞれ、キャリア１６２および１７２によって保持されている。この実施形態では、各キャリアが、それぞれ、付随するガイド１６０および１７０の外周表面１６４と係合する金属材料を備える。このような実施形態は、各キャリア１６２および１７２が、それぞれ、熱収縮圧縮嵌め接続によって、それぞれ付随するガイド１６０および１７０と係合することを許す。例えば、第１のキャリア１６２が、膨張させるために（例えば、推定された動作温度を超える温度に）加熱される。次に、第１のガイド１６０が、第１のキャリア１６２内へ挿入される。第１のキャリア１６２が（例えば、推定された動作温度以下に）冷却されたとき、第１のキャリア１６２が収縮して、ガイド１６０の外周表面１６４に沿って圧縮嵌めを形成する。同様のプロセスが、第２のキャリア内で第２のガイド１７０を保持するために行われてもよい。
【００２９】
前に説明したように、ガイド１６０および１７０は、セラミック材料を備える。セラミック材料は、圧縮条件下でより良好に機能することができるため、各キャリア１６２および１７２と付随するセラミック製のガイド１６０および１７０との間の圧縮嵌め係合が、それぞれ、組立て中にセラミック材料に付与される可能性のあるいかなる引張応力集中も除去するまたは減少させる。また、セラミック製のガイド１６０および１７０のいくつかの実施形態は、比較的基本的な機械加工技術を使用して製造されることができる。第１に、ガイド１６０および１７０を最終的に形成するベース部品は、セラミック材料の単純な円筒状の管であってよい。このような比較的単純な形状のベース形状を成形または焼結することは、より複雑な幾何形状を有するセラミック製のベース部品を形成することよりも一般にコストが安い。第２に、ガイド１６０および１７０の軸方向長さが、鋸刃、研削盤などによる比較的複雑でない切削を使用して適切にサイズ調整されてもよい。したがって、セラミック製のガイド１６０および１７０が、セラミック製のプラグ１４０と同様に、比較的低価格で製造することができる。
【００３０】
図４をさらに参照すると、第１のキャリア１６２が、第１のキャリア１６２の外周表面１６４をパイロット表面１２２と係合することによってバルブ本体１１０の内部空間１２０（図１）内に組み立てられてもよい。この実施形態では、パイロット表面１２２は、セラミック製のガイド１６０および１７０がそこから位置合わせされるほぼ一様な直径を備える。第１および第２のキャリア１６２および１７２を単一の表面から案内することによって、位置合わせ誤差の可能性がかなり低減され（例えば、幾何学的な製造公差が最小化されることができる）、このことが、組立ておよび品質制御コストを最終的に減少させ得る。第１のキャリア１６２は、キャリア１６２とバルブ本体１１０の間で流体密封を形成する上側密封リング１６６を含んでもよい。上側密封リング１６６は、推定された動作温度および圧力で隣接する表面間での実質上の密封を形成することが可能であるいかなる適切な材料を備えてもよい。
【００３１】
バルブ・デバイス１００のこの実施形態は、バルブ本体１１０の内部空間１２０内に組み立てられたスペーサ１８０を含む。スペーサ１８０は、上側本体部分１１２のパイロット表面１２２と係合する外周表面１８２を含む。スペーサ１８０は、プラグ１４０の外径よりもかなり大きい内径を有する。したがって、中間空洞１２５が、第１および第２のキャリア１６２および１７２の間の内部空間１２０内に形成される。中間空洞１２５は、第一段階部分を通って絞られた後および第二段階部分を通って絞られる前の、流体のための回収空間として働く（図５と相俟って以下でより詳細に説明される）。中間空洞１２５の長手方向長さおよび半径方向幅が、バルブ・デバイス１００の所望の流れの特徴に従って選択されてもよい。スペーサ１８０が、下側密封リング１６７が、キャリア１６２とスペーサ１８０の間で流体密封を形成するように、第１のキャリア１６２と当接する。下側密封リング１６７は、推定された動作温度および圧力で、隣接する表面の間の実質上の密封を形成することが可能であるいかなる適切な材料を備えてもよい。
【００３２】
図４をさらに参照すると、第２のキャリア１７２が、第２のキャリア１７２の外周表面１７４をパイロット表面１２２と係合することによって、バルブ本体１１０の内部空間１２０（図１）内に組み立てられてもよい。第２のキャリア１７２は、第２のキャリア１７２とスペーサ１８０の間で流体密封を実質上形成するための上側密封リング１７６を含んでもよい。同様に、第２のキャリア１７２は、第２のキャリア１７２と下側バルブ本体部分１１４の間で流体密封を実質上形成するための下側密封リング１７７を含んでもよい（バルブ本体が完全に組み立てられたとき）。
【００３３】
排出口ライナ１８５もまた、バルブ本体１１０の内部空間１２０内に組み立てられてもよい。排出口ライナ１８５は、流体がプラグ内の最終組の溝（例えば溝１４４）を出るとき、流体の流れをガイドするセラミック材料を備えてもよい。排出口ライナ１８５は、流体が最後の段階部分を通過した後、流体流れのためのオリフィス面積を増加させる円錐台形状の内側表面を有してもよい。排出口ライナ１８５は、熱収縮圧縮嵌め接続によって金属製のインサート１８６と係合される。インサート１８６は、下側バルブ本体部分１１４が上側バルブ本体部分１１２と対合される前に、下側バルブ部分１１４内に組み立てられる。
【００３４】
下側バルブ本体部分１１４が上側バルブ本体部分１１２と結合されたとき、第１のキャリア１６２、スペーサ１８０、および第２のキャリア１７２が、それぞれが、バルブ本体１１０に対してほぼ固定された位置を保持するように、内部空間内で互いに押圧される。したがって、ステム１３０は長手方向１０５に移動され、ガイド１６０および１７０に対してプラグ１４０の前後位置を調節することができる。例えば、図５に示されているように、プラグが開放位置に移動された場合、流体が、第１の組の溝１４２を通って、中間空洞１２５内へ、次に第２の組の溝１４４を通って排出ポート１２６のほうへ流れることを許される。他方、プラグ１４０が閉鎖位置に移動された場合、下側ステム部分１３４の弁座表面１３５が、第１のキャリア１６２の弁座表面１６５と当接する。現在好ましい一実施形態では、ステム１３０と第１のキャリア１６２の両方が金属材料を備え、したがって、弁座表面１３５および１６５（図４参照）が、金属対金属弁座を形成する。したがって、セラミック製のプラグ１４０とガイド１６０および１７０は、プラグ１４０が閉鎖位置へ移動されたとき、弁座での衝撃荷重に耐えることなく、腐食性の流体の影響に抵抗するために使用されることができる。
【００３５】
バルブ動作をここで参照すると、バルブ・デバイス１００は、一段階または多段階デバイスであってよい。図１〜５に示されている実施形態では、バルブ・デバイス１００は、二段階デバイスとして示されたが、他の実施形態は、バルブを横切る圧力降下が一段階部分のみを横切って段階付けられるように、１組の溝１４２または１４３および１つのガイド１６０のみを有するバルブ・プラグ１４０を含む。別法として、いくつかの実施形態は、バルブ・デバイスが三段階デバイスとして動作するように、３組の溝（１４２、１４４など）、３つのガイド（１６０、１７０など）および２つの中間空洞１２５を有するバルブ・デバイスを含んでもよい。類似の設計が、４、５またはそれ以上の段階を有するバルブ・デバイスを作成するために実施されることができる。
【００３６】
次に図５を参照すると、バルブ・デバイス１００は、流体が、制御表面１４３および１４５に対してほぼ平行な方向に制御表面１４３および１４５に沿って流れるように、流体の流れを制御してもよい。また、流体は、プラグ１４０またはトリム・ガイド１６０および１７０内にいかなる引張応力集中を生じさせることもなく、バルブ・プラグ１４０に沿って流れてもよい。図５は、バルブ・デバイス１００を通る流体の流れを表すための矢印を示している。これらの流れの矢印は、単に例示に過ぎず、流体の流れの実際の方向および経路を必ずしも表していないことを理解されたい。
【００３７】
前に説明したように、バルブ・デバイス１００は、流体が、取入ポート１２４および排出ポート１２６の間を流れないように閉鎖されることができる。いくつかの実施形態では、プラグ１４０は下側ステム部分１３４が、金属対金属弁座（上記で説明された）を形成するために長手方向に力を加えられ、かつ第１のキャリア１６２に押し付けられるように閉鎖位置へ移動されることができる。下側ステム部分１３４が、第１のキャリア１６２に近付き流体の流れを閉鎖するとき、第１の組の溝１４２が、流体の流れを拘束するために、その点で減少した深さを有してもよい。したがって、バルブ・デバイス１００を通る流体の流れは、下側ステム部分１３４が第１のキャリア１６２と接触して流体の流れを閉鎖する直前に、かなり拘束されることができる。このような実施形態は、金属対金属密封の品質を改善し、かつ弁座表面１３５および１６５（図４）上での腐食磨耗も減少させることができる。
【００３８】
図５をさらに参照すると、バルブ・デバイスは、流体が、取入ポート１２４および排出ポート１２６の間を流れることを許されるように開放されることができる。図５に示されている実施形態では、ステム１３０が、第１の組の溝１４２の少なくとも一部分が、取入ポート１２４からの流体の流れに曝露されるように、バルブ本体１１０に対して長手方向１０５に移動されてもよい。したがって、流体が、第１のセラミック製のガイド１６０の近傍のプラグの制御表面１４３を備える、第１の段階部分１４８を通って絞られることができる。これらの状況では、流体が、制御表面１４３と第１のセラミック製のガイド１６０の間の溝１４２を通って流れる。溝１４２は、流体が、ほぼ長手方向にかつ制御表面１４３に対してほぼ平行に、第１の段階部分１４８を通って流れるように、流体をガイドする。第１の段階部分１４８を通る絞りの後、流体が中間空洞１２５内で回収される。第２の組の溝１４４の少なくとも一部分が、中間空洞１２５内の流体に曝露される。中間空洞内の流体圧力が十分なレベルに到達したとき、流体が、第２のセラミック製のガイド１７０の近傍のプラグの制御表面１４５を備える第２の段階部分１４９を通って絞られてもよい。このような状況では、流体は、制御表面１４５と第２のセラミック製のガイド１７０の間の溝１４４を通って流れる。溝１４４は、流体が、制御表面１４５に対してほぼ平行な方向に第２の段階部分１４９を通って流れるように、流体をガイドする。第２の段階部分１４９を通る絞りの後、流体は、排出口ライナ１８５を通り、排出ポート１２６に向かって流れる。
【００３９】
バルブ・デバイス１００は、バルブの設計者にバルブ・デバイス１００を通る流体の流れを特徴付ける少なくとも３つの方式を提供している。第１に、バルブ・デバイスを通る流れの特徴は、ガイド１６０、１７０に対するプラグ１４０上の溝１４２、１４４の長手方向位置を変更することによって調節されてもよい。第２に、流体の流れの特徴は、第１の段階部分１４８での溝１４２の寸法（例えば、幅、深さなど）を変更することによって調節されてもよい。第３に、第２の段階部分１４９での溝１４４の寸法を変更することによってもまた、バルブ・デバイス１００を通る流れの特徴を調節することができる。
【００４０】
プラグの幾何形状（例えば、溝１４２および１４４）および制御表面（例えば、表面１４３および１４５）が、図４〜５に示したもの以外の構成を有してよいことを理解されたい。プラグ１４０の制御表面は、所望の流れの特徴に応じて様々な外見を有するように形成されることができる。例えば、プラグ１４０は、より少数の大きなサイズの溝、またはより多数の小さなサイズの溝を含んでもよい。いくつかの実施形態では、１つの溝が、プラグ１４０内に形成された隣接する溝とは異なる寸法を有してもよい。
【００４１】
図５に示した実施形態では、流体が、制御表面１４３および１４５に対してほぼ平行な方向に段階部分１４８および１４９を通って流れる。前に説明したように、セラミック材料は、流体がセラミック表面に対してほぼ平行に流れるとき、より耐腐食性になることができる。したがって、セラミック材料の耐腐食性の特徴を利用しながら、バルブ・デバイス１００の動作寿命が増加されることができる。また、流体が段階部分１４８および１４９のそれぞれを通って絞られるため、セラミック製のプラグ１４０とセラミック製のガイド１６０および１７０が、いかなる引張応力集中も実質上受けずに動作し、それによって亀裂の進展、破裂、および破滅的な破壊の可能性を減少させる。
【００４２】
いくつかの現在好ましい実施形態では、バルブ・デバイス１００が、腐食性の流体の流れを制御するための精製適用例で使用されるように構成されている。例えば、いくつかの精製適用例は、腐食性の微粒子（例えば、土および／または触媒）と原油を含む腐食性の流体を含む。バルブ・デバイス１００は、流体が約６００°Ｆから約１２００°Ｆの温度に加熱され、かつバルブ・デバイスを横切る圧力降下が約１，０００ｐｓｉから約３，５００ｐｓｉの範囲である可能性があるという条件下で、この腐食性の流体を制御してもよい。このような状況では、バルブ・デバイス１００は、直径約１から約８インチの取入ポート・サイズを有してもよい、およびいくつかの実施形態では、取入ポートは、直径２４インチであってもよい。さらに、セラミック製のプラグのある実施形態は、１２インチ以上の長手方向の長さを有してもよく、バルブ本体１１０の内部空間は、このようなプラグを収容するために十分なサイズである。これらの実施形態では、流体が、セラミック製のプラグ１４０の制御表面１４３および１４５に対してほぼ平行な方向に、段階部分１４８および１４９を通って流れてもよく、このことが、バルブ・デバイス１００のトリム構成要素の動作寿命を増加させることができる。
【００４３】
いくつかの代替実施形態では、プラグ１４０とガイド１６０および１７０が、セラミック材料と類似の特徴を有する別の構成材料を含んでもよい。例えば、プラグおよびトリム・ガイドは、オンタリオ州ベルビルのＤｅｌｏｒｏ  Ｓｔｅｌｌｉｔｅ，Ｉｎｃ．によって供給されている特別に設計された合金である、Ｓｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標）材料を備えてもよい。セラミック材料と同様に、Ｓｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標）材料（およびその他のこのような特別に設計された合金）は一般に、延性であるよりも脆性であり（例えば、その極限圧縮強度が、極限引張強度よりもかなり大きい）、極めて硬く、かつ腐食性の流体に対して十分耐性である。プラグおよびトリム・ガイドが、いかなる引張応力集中も実質上なく動作するため、かなり脆性かつ硬い材料での亀裂の進展または引張破壊の可能性が低減される。
【００４４】
本発明のいくつかの実施形態が説明されてきた。それにもかかわらず、様々な修正が、本発明の精神および範囲を逸脱することなく行われることができることを理解されるであろう。したがって、他の実施形態も、頭記の特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】内部構成要素の図を提供するために一部画が切断された、本発明のある実施形態による流れ制御バルブの分解透視図である。
【図２】内部構成要素の図を提供するために一部画が切断された、図１の組み立てられたバルブの拡大透視図である。
【図３】内部構成要素の図を提供するために一部画が切断された、図２のバルブの別の透視図である。
【図４】内部構成要素の図を提供するために一部画が切断された、図２のバルブの一部分の拡大部分透視図である。
【図５】内部構成要素の図を提供するために一部画が切断された、図２のバルブの別の透視図である。
【図１】
2008524525.tif 000003
【図２】
2008524525.tif 000004
【図３】
2008524525.tif 000005
【図４】
2008524525.tif 000006
【図５】
2008524525.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成19年8月7日(2007.8.7)
【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】
内部空間を有するバルブ本体と、
前記内部空間内に配置された少なくとも１つのプラグ・ガイドと、
前記内部表面内に配置され、かつ金属材料を備える対向する弁座表面と、
前記内部空間を通る流体の流れを制御するためのセラミック製のプラグであって、前記セラミック製のプラグが、第１の動作位置から第２の動作位置へ長手方向に往復運動するように、前記プラグ・ガイドと滑動自在に係合されているセラミック製のプラグと、
前記セラミック製のプラグの外部表面内に形成された複数の溝であって、前記溝が、ほぼ長手方向に延び、かつ、前記セラミック製のプラグが前記第１の動作位置にあるとき、流体が、制御表面に対してほぼ平行な方向に前記セラミック製のプラグと前記プラグ・ガイドの間の溝内を流れ、かつ前記セラミック製のプラグが前記第２の動作位置にあるとき、前記金属製の弁座表面が、前記内部空間を通る流体の流れを閉鎖するために互いに接触するように、前記制御表面を画定している複数の溝と
を備える流れ制御デバイス。
【請求項２】
前記流体が、前記セラミック製のプラグと前記プラグ・ガイドの間の溝内を流れるとき、前記セラミック製のプラグが、実質上前記制御表面に沿った引張応力集中なしで動作する請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記内部空間内に配置され、かつ前記プラグ・ガイドと接続されたキャリアをさらに備え、前記プラグ・ガイドがセラミック製のチューブであり、かつ前記キャリアが、前記プラグ・ガイドを圧縮嵌め接続で保持している請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記セラミック製のプラグと接続された駆動部材をさらに備え、前記駆動部材が、前記セラミック製のプラグを圧縮嵌め接続で保持している請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記駆動部材が、前記バルブ本体から延びるステム部分を含み、前記ステム部分が前記バルブ本体に対して移動されたとき、前記セラミック製のプラグが前記セラミック製のガイドに対して移動される請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
バルブ本体の内部空間内にセラミック製のプラグを組み立てるステップであって、前記プラグが長手方向軸、および外周表面内に形成された複数の平行な溝を有し、前記溝が前記外周表面から離隔され、かつほぼ長手方向に延びているステップと、
前記バルブ本体の前記内部空間内に少なくとも１つのセラミック製のガイドを組み立てるステップであって、前記セラミック製のガイドが、前記セラミック製のプラグの外周表面と滑動自在に係合するほぼ円筒形の孔を有するステップと、
前記バルブ本体の前記内部空間内に、第２の、対向する弁座表面に対向するように第１の弁座表面を配置するステップであって、前記第１および第２の弁座表面が金属材料を備えるステップとを含み、
前記セラミック製のプラグが、第１の動作位置へ長手方向に移動されたとき、流体が、前記セラミック製のプラグと前記セラミック製のガイドの間を前記溝に対してほぼ平行な方向に流れ、かつ前記セラミック製のプラグが第２の動作位置にあるとき、前記第１および第２の金属製の弁座表面が、前記内部空間を通る流体の流れを閉鎖するために互いに接触するように、前記内部空間を通る流体の流れを制御するために前記ガイドの前記孔と滑動自在に係合する
バルブを製造する方法。
【請求項７】
前記セラミック製のプラグを駆動部材に圧縮嵌め接続で結合するステップをさらに含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記セラミック製のプラグを、ステム部分が前記バルブ部材に対して移動されたとき、前記セラミック製のプラグが前記セラミック製のガイドに対して長手方向に移動されるように、前記バルブ本体から延びるステム部分を含む駆動部材に結合するステップをさらに含む請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記セラミック製のガイドを、前記内部空間内に組み付けるステップの前に、圧縮嵌め接続を使用してキャリアに結合するステップをさらに含む請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
ほぼ円筒形のベース部分から前記セラミック製のプラグを形成するステップと、その外周表面の一部分に溝をフライス削りするステップとをさらに含む請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記セラミック製のガイドを管状のベース部分から形成する、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
第１および第２の段階部分を通る流体の流れを制御するためのプラグであって、前記プラグが、極限引張強度よりもかなり大きい極限圧縮強度によって特徴付けられる脆性の材料を含むプラグと、
第１の段階部分内の流体と接触するように前記脆性材料内に形成された第１の組の制御表面と、
第２の段階部分内の流体と接触するように前記脆性材料内に形成された第２の組の制御表面とを備え、
前記制御表面が、前記流体が、前記第１および第２の段階部分を通って流れるとき、前記プラグが、実質上前記制御表面に沿った引張応力集中なしで動作するように構成されるように、前記プラグ内に形成されている
多段階流れ制御デバイス。
【請求項１３】
前記脆性材料が、Ｓｔｅｌｌｉｔｅ材料を含む請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記脆性材料が、セラミック材料を含む請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１５】
流体が前記第１および第２の段階部分を通って流れるとき、前記流体が、前記制御表面とほぼ平行な方向に流れる請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１６】
内部空間を有するバルブ本体をさらに備え、前記プラグが前記内部空間内に配置されている請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記内部空間内に配置された第１および第２の管状のガイドをさらに備え、前記ガイドが、極限引張強度よりもかなり大きい極限圧縮強度によって特徴付けられる脆性の材料を含む請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記第１の組の制御表面が、前記第１の段階部分内の流体と接触するように前記第１のガイドの近傍に配置され、かつ前記第２の組の制御表面が、前記第２の段階部分内の流体と接触するように前記第２のガイドの近傍に配置されている請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記内部空間内に配置され、かつ前記第１の管状のガイドと接続された第１のキャリアをさらに備え、前記第１のキャリアが、前記第１のセラミック製のガイドを圧縮嵌め接続によって保持している請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記プラグと接続された駆動部材をさらに備え、前記駆動部材が、前記ステム部分が前記バルブ本体に対して移動されたとき、前記プラグが前記ガイドに対して移動されるように、前記バルブ本体から延びるステム部分を含む請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記プラグが、ほぼ円筒形のベース部分から形成され、かつ前記第１および第２の組の制御表面が、外周表面内に形成された複数の平行な溝を備え、前記溝が、離隔され、かつほぼ長手方向に延びている請求項１２に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記第１および第２の段階部分を通る流体の流れを閉鎖するための対向する弁座表面をさらに備え、前記弁座表面が金属材料を含み、かつ前記プラグがセラミック材料を含む請求項１２に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記対向する弁座表面が、前記第１および第２の段階部分を通る流体の流れを閉鎖するための金属対金属弁座を提供し、
プラグが、流体の流れが前記第１および第２の段階部分を通ることができるように前記金属的金属弁座が開放されるとき、流体を検出するセラミック表面を提供する請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記プラグが、少なくとも５００°Ｆの温度を有する流体の流れを制御する請求項１２に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記プラグが、腐食性の微粒子とともに原油を含む腐食性の流体の流れを制御する請求項２４に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記腐食性の流体が、約６００°Ｆから約１，２００°Ｆの温度まで加熱される請求項２５に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記プラグが、約１，０００ｐｓｉから約３，５００ｐｓｉの範囲において多段階流れ制御デバイスを横切る圧力降下を制御する請求項２５に記載のデバイス。
【国際調査報告】
2008524525.tif 000008
2008524525.tif 000009