(57)【要約】  ガスレギュレータは、アクチュエータ、バルブ、及びバルブ内部に配置される流量調整のためのバランス型ポートハウジングを含み、流体が、バルブの出口内部に配置されたピトー管の検出点に到達する際に、バルブ内部の乱流を層流に変換する。バランス型ポートハウジングは、側壁を貫通してバルブのバルブポートと出口との間に配置される開口を含む。この開口は、バッフル又はメッシュスクリーンのような、流体が通過して流れることにより乱流を層流に変換するための、部分的障害物を含み得る。レギュレータは、上流圧力と流体連通するバランス調整ダイアフラムを有するバランス型トリムを更に含み、バルブのバルブディスクに対して、上流圧力によってバルブディスクに加えられる力の反対方向に、力が加えられることにより、上流圧力は、レギュレータによる下流圧力の制御に影響を及ぼすことがない。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体調節装置であって、
入口、出口、及び前記入口と前記出口との間に配置されるバルブポートを有するバルブと、
前記バルブに結合され、バルブディスクを備え、前記バルブディスクが、前記バルブ内部に配置されて、前記バルブポートに係合する閉鎖位置と前記バルブポートから離れて配置される開放位置との間の移動に適合されている、アクチュエータと、
前記バルブの前記出口内部に配置される第１端部、及び前記アクチュエータの内部に流体連通する第２端部を有することにより、前記アクチュエータの前記内部を前記バルブの前記出口と流体連通して配置し、前記アクチュエータが、前記出口における圧力が増大した際に前記バルブディスクを前記バルブポートに向けて移動させ、前記出口における圧力が減少した際に前記バルブディスクを前記バルブポートから離れる方向に移動させることにより、前記流体調節装置の下流の圧力を設定圧力とほぼ等しく維持するように構成される、ピトー管と、
前記バルブ内に配置され、前記アクチュエータに近接配置される概して円筒形の第１部位、前記バルブポートに近接配置される概して円筒形の第２部位、及び前記第２部位の側壁を貫通して前記バルブポートと前記バルブの前記出口との間に配置される開口を備える、ハウジングと、を備える、流体調節装置。
【請求項２】
前記ハウジングの前記第２部位が、前記バルブディスクが前記開放位置と閉鎖位置との間を移動する際に前記バルブディスクを摺動可能に収容するような寸法及び構成の内径を有し、前記バルブディスク及び前記ハウジングの前記第２部位が協働して、流体の流れを前記バルブポートから前記開口を通じて前記出口へと方向付ける、請求項１に記載の流体調節装置。
【請求項３】
前記ハウジングの前記第２部位の前記開口内部に配置される部分的障害物を備え、前記バルブポートを通る流体の流れが前記部分的障害物を通過して前記バルブの前記出口に至る、請求項１に記載の流体調節装置。
【請求項４】
前記部分的障害物が、前記ハウジングの前記第２部位内の乱流の流体流を、前記ピトー管の前記第１端部における層流の流体流に変換させる、請求項３に記載の流体調節装置。
【請求項５】
前記部分的障害物が、前記ハウジングと一体形成される、請求項３に記載の流体調節装置。
【請求項６】
前記部分的障害物が、前記第２部位の前記開口にわたって延在する複数個のバッフルを備える、請求項３に記載の流体調節装置。
【請求項７】
前記バッフルが、前記バルブディスクの移動軸線に平行に配向されるバッフルの第１の組、及び前記バルブディスクの前記移動軸線に垂直に配向されるバッフルの第２の組を備える、請求項６に記載の流体調節装置。
【請求項８】
前記部分的障害物が、メッシュスクリーンを備える、請求項３に記載の流体調節装置。
【請求項９】
前記バルブディスクに作動可能に連結され、前記バルブポートを通過して前記ハウジングの前記第２部位内へと流れる流体の上流圧力と流体連通する第１側面を有するバランス調整ダイアフラムを備え、前記上流圧力が、前記バルブディスクに、前記開放位置の方向で力を加え、前記バランス調整ダイアフラムの前記第１側面に対して作用する前記上流圧力が、前記バルブディスクに、前記閉鎖位置の方向で、前記上流圧力のバルブディスクに対する前記力とほぼ等しい力を加える、請求項１に記載の流体調節装置。
【請求項１０】
前記ハウジングが、前記バルブ内部に着脱可能に配置される、請求項１に記載の流体調節装置。
【請求項１１】
流体調節装置であって、
入口、出口、及び前記入口と前記出口との間に配置されるバルブポートを有するバルブと、
前記バルブに結合され、バルブディスクを備え、前記バルブディスクが、前記バルブ内部に配置され、かつ前記バルブポートに隣接する閉鎖位置と前記バルブポートから離れる開放位置との間の移動に適合されている、アクチュエータと、
前記バルブの前記出口内部に配置される第１端部、及び前記アクチュエータの内部に流体連通する第２端部を有することにより、前記アクチュエータの前記内部を前記バルブの前記出口と流体連通して配置し、前記アクチュエータが、前記出口における前記圧力が増大した際に前記バルブディスクを前記バルブポートに向けて移動させ、前記出口における前記圧力が減少した際に前記バルブディスクを前記バルブポートから離れる方向に移動させることにより、前記流体調節装置の下流の圧力を設定圧力とほぼ等しく維持するように構成される、ピトー管と、
前記バルブにより前記バルブポートに隣接して設けられるハウジングであって、前記アクチュエータに近接配置されて、前記ハウジングを前記バルブ内部に位置決めするために前記バルブの内壁に係合する円筒形の壁を有する第１部位、及び前記バルブポートに近接配置される円筒形の側壁を有する第２部位を備え、前記第２部位の前記円筒形の側壁が、前記バルブポートと前記バルブの前記出口との間に配置される開口を画定し、前記バルブディスクが前記開放位置と閉鎖位置との間を移動する際に、前記円筒形の側壁が、前記バルブディスクを摺動可能に収容し、これにより前記バルブポートから前記アクチュエータへの流体の流れを実質的に制限し、前記バルブポートから前記開口を経由して前記バルブの前記出口に至る流体の流れを促進する、ハウジングと、を含む、流体調節装置。
【請求項１２】
前記ハウジングの前記第２部位の前記開口内部に配置される部分的障害物を備え、前記バルブポートを通る流体の流れが前記部分的障害物を通過して前記バルブの前記出口に至る、請求項１１に記載の流体調節装置。
【請求項１３】
前記部分的障害物が、前記ハウジングの前記第２部位内の乱流の流体流を、前記ピトー管の前記第１端部において層流の流体流に変換させる、請求項１２に記載の流体調節装置。
【請求項１４】
前記部分的障害物が、前記ハウジングと一体形成される、請求項１２に記載の流体調節装置。
【請求項１５】
前記部分的障害物が、前記第２部位の前記開口にわたって延在する複数個のバッフルを備える、請求項１２に記載の流体調節装置。
【請求項１６】
前記バッフルが、前記バルブディスクの移動軸線に平行に配向されるバッフルの第１の組、及び前記バルブディスクの前記移動軸線に垂直に配向されるバッフルの第２の組を含む、請求項１５に記載の流体調節装置。
【請求項１７】
前記部分的障害物が、メッシュスクリーンを備える、請求項１２に記載の流体調節装置。
【請求項１８】
前記バルブディスクに作動可能に連結され、前記バルブポートを通過して前記ハウジングの前記第２部位内へと流れる流体の上流圧力と流体連通する第１側面を有するバランス調整ダイアフラムを備え、前記上流圧力が、前記バルブディスクに、前記開放位置の方向で力を加え、前記バランス調整ダイアフラムの前記第１側面に対して作用する前記上流圧力が、前記バルブディスクに、前記閉鎖位置の方向で、前記上流圧力のバルブディスクに対する前記力とほぼ等しい力を加える、請求項１１に記載の流体調節装置。
【請求項１９】
前記ハウジングが、前記バルブ内部に着脱可能に配置される、請求項１１に記載の流体調節装置。
【請求項２０】
流体調節装置であって、
入口、出口、及び前記入口と前記出口との間に配置されるバルブポートを有するバルブと、
前記バルブに結合され、バルブディスクを備え、前記バルブディスクが、前記バルブ内部に配置され、かつ前記バルブポートに係合する閉鎖位置と前記バルブポートから離れて配置される開放位置との間の移動に適合されている、アクチュエータと、
前記バルブディスクに作動可能に連結され、前記バルブポートを通過して流れる流体の上流圧力と流体連通する第１側面を有するバランス調整ダイアフラムであって、前記上流圧力が、前記バルブディスクに、前記開放位置の方向で力を加え、前記バランス調整ダイアフラムの前記第１側面に対して作用する前記上流圧力が、前記バルブディスクに、前記閉鎖位置の方向で、前記上流圧力のバルブディスクに対する前記力とほぼ等しい力を加える、バランス調整ダイアフラムと、
前記バルブの前記出口内部に配置される第１端部、及び前記アクチュエータ内部に流体連通する第２端部を有することにより、前記アクチュエータの前記内部を前記バルブの前記出口と流体連通して配置し、前記アクチュエータが、前記出口における前記圧力が増大した際に前記バルブディスクを前記バルブポートに向けて移動させ、前記出口における前記圧力が減少した際に前記バルブディスクを前記バルブポートから離れる方向に移動させることにより、前記流体調節装置の下流の圧力を設定圧力とほぼ等しく維持するように構成される、ピトー管と、
前記バルブ内に配置され、前記アクチュエータに近接配置される概して円筒形の第１部位、前記バルブポートに近接配置される概して円筒形の第２部位、及び前記第２部位の側壁を貫通して前記バルブポートと前記バルブの前記出口との間に配置される開口を備える、ハウジングと、
前記ハウジングの前記第２部位の前記開口内部に配置される部分的障害物であって、前記バルブポートを通る流体の流れが前記部分的障害物を通過して前記バルブの前記出口に至る、部分的障害物と、を含む、流体調節装置。
【請求項２１】
前記ハウジングの前記第２部位が、前記バルブディスクが前記開放位置と閉鎖位置との間を移動する際に前記バルブディスクを摺動可能に収容するような寸法及び構成の内径を有し、前記バルブディスク及び前記ハウジングの前記第２部位が協働して、流体の流れを前記バルブポートから前記開口を通じて前記出口へと方向付ける、請求項２０に記載の流体調節装置。
【請求項２２】
前記部分的障害物が、前記ハウジングの前記第２部位内の乱流の流体流を、前記ピトー管の前記第１端部における層流の流体流に変換させる、請求項２０に記載の流体調節装置。
【請求項２３】
前記部分的障害物が、前記ハウジングと一体形成される、請求項２２に記載の流体調節装置。
【請求項２４】
前記部分的障害物が、前記第２部位の前記開口にわたって延在する複数個のバッフルを含む、請求項２２に記載の流体調節装置。
【請求項２５】
前記バッフルが、前記バルブディスクの移動軸線に平行に配向されるバッフルの第１の組、及び前記バルブディスクの前記移動軸線に垂直に配向されるバッフルの第２の組を備える、請求項２４に記載の流体調節装置。
【請求項２６】
前記部分的障害物が、メッシュスクリーンを備える、請求項２２に記載の流体調節装置。
【請求項２７】
前記ハウジングが、前記バルブ内部に着脱可能に配置される、請求項２０に記載の流体調節装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスレギュレータ、より詳細には、閉ループ制御を備えたアクチュエータを有するガスレギュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的なガス配給システムがガスを供給する際の圧力は、システムに求められる需要、気候、供給源、及び／又は他の要因に応じて変動し得る。しかしながら、加熱炉、オーブン、等のようなガス機器を備えるエンドユーザの施設の殆どは、ガスが所定の圧力に従って供給され、ガスレギュレータの最大容量以下で供給されることを必要とする。それ故、供給されるガスがエンドユーザの施設の要件を確実に満たすべく、ガスレギュレータがこれらの配給システム内に装備される。従来のガスレギュレータは、供給されるガスの圧力を検出して制御するための閉ループ制御アクチュエータを一般に含む。
【０００３】
閉ループ制御に加えて、従来のガスレギュレータの一部は、下流圧力の変動に対するガスレギュレータの反応を改善するために、バランス型トリムを含む。バランス型トリムは、ガスレギュレータの性能に対する上流圧力の影響を低減するように適合される。上流圧力はバランス調整ダイアフラムと流体連通され、ガスレギュレータの制御要素に対して、下流圧力の力と反対方向に力を加える。したがって、上流圧力が変動するにつれて、以下に詳述するように、上流圧力により生じる力を相殺するために、対応する力が加えられ、ガスレギュレータは下流圧力のみに反応して作動する。
【０００４】
図１（閉鎖位置）及び図２（完全開放位置）は、１つの従来のガスレギュレータ１０を示す。レギュレータ１０は、アクチュエータ１２及びレギュレータバルブ１４を一般に含む。レギュレータバルブ１４は、例えば、ガス配給システムからのガスを受け入れるための入口１６、及び、例えば、１つ以上の機器を有する、工場、レストラン、アパート建屋、等のようなエンドユーザの施設にガスを供給するための出口１８を画定する。加えて、レギュレータバルブ１４は、入口１６と出口１８との間に配置されるバルブポート２０を含む。ガスは、レギュレータバルブ１４の入口１６と出口１８との間を移動するためには、バルブポート２０を通過しなければならない。
【０００５】
アクチュエータ１２は、レギュレータバルブ１４の出口１８における圧力、即ち出口圧力が、設定圧力として知られる所望の出口又は制御圧力に確実に合致するように、レギュレータバルブ１４に結合される。アクチュエータ１２はそれ故、バルブ開口部２２及びアクチュエータ開口部２４を経由してレギュレータバルブ１４と流体連通する。アクチュエータ１２は、レギュレータバルブ１４の出口圧力を検出して調節するための制御組立体２６を含む。具体的には、制御組立体２６は、ダイアフラム２８、ピストン３０、及び作動可能に連結されたバルブディスク３４を有する制御アーム３２を含む。従来のバランス型トリムのバルブディスク３４は、概して円筒形の本体部３６、及び本体部３６に取り付けられるシーリングインサート３８を含む。制御組立体２６はまた、上流圧力によりバルブディスク３４に加えられる力を相殺するための、バランス調整ダイアフラム４２を備えたバランス型トリム組立体４０を含む。アクチュエータダイアフラム２８は、出口１８をアクチュエータ１２の内部及びアクチュエータダイアフラム２８の底面と流体連通して配置させるピトー管４４を経由して、レギュレータバルブ１４の出口圧力を検出する。制御組立体２６は、検出された出口圧力を相殺するための、ダイアフラム２８の上面に係合する制御バネ４６を更に含む。したがって、制御圧力又はアクチュエータ設定圧力とも称され得る所望の出口圧力が、制御バネ４６の選択により設定される。
【０００６】
ダイアフラム２８は、制御アーム３２に操作可能に連結し、それ故、ピストン３０を経由してバルブディスク３４が、検出された出口圧力に基づいてレギュレータバルブ１４の開放度を制御する。例えば加熱炉のような、レギュレータ１０の下流のガス配給システムに需要を求める機器を、例えばエンドユーザが作動させる際には、流出量が増大し、それにより出口圧力が減少する。したがって、ダイアフラム２８は、この減少した出口圧力を検出する。このため制御バネ４６が伸張し、図１の表示方向に対して、ピストン３０及び制御アーム３２の右側を下方向に移動させることが可能となる。制御アーム３２のこの変位が、バルブディスク３４をバルブポート２０から離れる方向に移動させ、レギュレータバルブ１４を開放させる。図２及び図３は、通常の開放動作位置にあるバルブディスク３４を示す。このように構成されるため、この機器は、ガスをバルブポート２０を通してレギュレータバルブ１４の出口１８に向けて引き入れ得る。
【０００７】
従来のレギュレータ１０では、制御バネ４６は、制御アーム３２を変位させてバルブポート２０を開放する際に、非圧縮状態の長さに向かって伸張するにつれて、発生させる力が本質的に弱くなる。更に、制御バネ４６が伸張するにつれて、ダイアフラム２８が変形し、ダイアフラム２８の面積を増大させる。こうした作動シナリオにおける制御バネ４６によって供給される力の減少及びダイアフラム２８の面積の増大が組み合わさることにより、制御バネ４６により与えられる力がダイアフラム２８により発生する力を十分に相殺することができずに、ユーザによる本来の設定よりも小さい出口制御圧力が結果的にもたらされるレギュレータ反応を生み出す。この現象は「垂下」として知られる。「垂下」が発生すると、出口圧力が減少してその設定制御圧力を下回り、レギュレータ１０は意図されたようには機能し得ない。
【０００８】
図１〜３に示す従来のレギュレータ１０では、制御組立体２６は更に、上述のようにリリーフバルブの機能を果たす。具体的には、制御組立体２６はまた、リリーフバネ４８及び解放バルブ５０を含む。ダイアフラム２８はその中心部位を貫く開口５２を含み、ピストン３０はシーリングカップ５４を含む。リリーフバネ４８は、ピストン３０とダイアフラム２８との間に配置され、通常作動中は、シーリングカップ５４に対してダイアフラム２８を付勢し、開口５２を閉鎖する。制御アーム３２の破損のような故障が生じた際には、制御組立体２６はバルブディスク３４を直接制御することがなくなり、入口流がバルブディスク３４を極度の開放位置にまで移動させることになる。このため最大量のガスがアクチュエータ１２内に流入することが可能となる。このように、ガスがアクチュエータ１２を満たすにつれて、ダイアフラム２８に対する圧力が増大し、ダイアフラム２８をシーリングカップ５４から離れる方向に押し込み、これにより開口５２を露出させる。ガスはそのため、ダイアフラム２８の開口５２を通過して解放バルブ５０に向かって流れる。解放バルブ５０は、バルブプラグ５６、及びバルブプラグ５６を閉鎖位置へと付勢する解放バネ５８を含む。アクチュエータ１２内部及び解放バルブ５０付近の圧力が所定の限界圧力に達すると、バルブプラグ５６が解放バネ５８の付勢に抗して上方向に移動して開放し、それによりガスを大気中に排出してレギュレータ１０内の圧力を低減する。
【０００９】
殆どの実施態様では、図１〜３に示すように、出口１８内部で下流圧力を検出することが好ましい。位置決めされたピトー管４４は、下流圧力の迅速なフィードバックを制御組立体２６に提供し、外部の下流圧力フィードバックラインの必要性を排除する。レギュレータの性能は、指定の出口圧力を維持しながら下流に移送され得る流体の容量によって規定される。ピトー管４４の検出点の前の流体流がより滑らかであるほど、ピトー管４４によって検出されて制御組立体２６に提供される圧力がより精確なものとなる。しかしながら、図示のようなレギュレータ１０では、バルブポート２０を通過する流体は、バルブ開口部２２及び出口１８内部で錯乱されて、典型的な条件下でピトー管４４の検出点を通過する際には、流体は乱流を発生し、それを維持する。この乱流は、下流流体圧力の低水準の検出をもたらす原因となる。
【００１０】
流体流及び、対応する下流圧力のより良好な調節は、ガスレギュレータにより移送される流体容積の量を意図的に引き上げるための流れ調整を使用することにより達成し得る。流れ調整は、流体を乱流から層流へと迅速に転移させて、より正確な下流圧力の検出を提供する。図４〜図６に示す流れ調整の一実施例では、レギュレータ６０は、流量制御部分組立体６６を収容するように構成された改修出口６４を有するレギュレータバルブ６２を含む。流量制御部分組立体６６は、複数個のバッフル７０を有するスクリーン６８、複数個の貫通孔７４を有する半円形シーブ７２、及び中心部検出管７６を含む。検出管７６の内部端は、アクチュエータ１２の内部と流体連通して配置される。流体流は、バッフル７０の間及び孔７４を流体が通過する際に乱流から層流へと変換され、検出管７６の検出点における下流圧力のより正確な測定が結果としてもたらされる。部分組立体６６は、流れの調整には有効である一方、製造が比較的高価である。更に、部分組立体６６は、標準的なレギュレータバルブ本体の改修を必要とし、他の本体寸法への移行は容易ではない。したがって、安価で装備でき、様々なレギュレータバルブの寸法及び本体の型式への装備が容易である、ガスレギュレータ内の流れ調整が必要とされる。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、入口、出口、及び入口と出口との間に配置されるバルブポートを有するバルブを含み得る流体調節装置を提供する。このレギュレータはまた、バルブに結合され、バルブディスクを備えるアクチュエータを含み得、このバルブディスクは、バルブ内部に配置され、バルブポートに係合する閉鎖位置とバルブポートから離れて配置される開放位置との間の移動に適合されている。レギュレータのピトー管は、アクチュエータ内部をバルブの出口と流体連通して配置させるために、バルブの出口内部に配置される第１端部、及びアクチュエータ内部に流体連通する第２端部を有し得る。アクチュエータは、出口での圧力が増大した際にバルブディスクをバルブポートに向けて移動させ、出口での圧力が減少した際にバルブディスクをバルブポートから離れる方向に移動させることにより、流体調節装置の下流の圧力を設定圧力とほぼ等しく維持するように構成され得る。加えて、このレギュレータは、バルブ内に配置され、アクチュエータに近接配置される概して円筒形の第１部位、バルブポートに近接配置される概して円筒形の第２部位、及び第２部位の側壁を貫通してバルブポートとバルブの出口との間に配置される開口を備えたハウジングを含み得る。
【００１２】
このレギュレータの他の態様では、複数個のバッフル又はメッシュスクリーンのような部分的障害物がハウジングの第２部位の開口内に配置され、バルブポートを通る流体の流れが、この部分的障害物を通ってバルブの出口まで通過し得る。部分的障害物は、ハウジングの第２部位内の乱流の流体流をピトー管の第１端部での層流の流体流へと変換させる要因となり得る。このレギュレータの別の態様では、ハウジングの第２部位は、バルブディスクが開放及び閉鎖位置の間を移動する際にバルブディスクを摺動可能に収容し、バルブディスク及びハウジングの第２部位が協働して流体の流れをバルブポートから開口を通じて出口へと方向付けるような寸法及び構成の内径を有し得る。
【００１３】
更に別の態様では、レギュレータは、バルブディスクに作動可能に連結され、バルブポートを通過しハウジングの第２部位内へと流れる流体の上流圧力と流体連通する第１側面を有するバランス調整ダイアフラムを含み得る。上流圧力は、バルブディスクに対して開放位置の方向に力を加え得るとともに、バランス調整ダイアフラムの第１側面に作用する上流圧力が、閉鎖位置の方向に、バルブディスクへの上流圧力の力とほぼ等しい力をバルブディスクに対して加え得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】バランス型トリムを有する従来のガスレギュレータの閉鎖位置における側面断面図である。
【図２】図１のガスレギュレータの完全開放位置における側面断面図である。
【図３】図２のガスレギュレータの出口を通して見た端面図である。
【図４】流れ調整部分組立体を有するガスレギュレータの完全開放位置における側面断面図である。
【図５】図４の線５−５による断面図である。
【図６】図４のガスレギュレータの出口を通して見た端面図である
【図７】本開示の流れ調整を有するガスレギュレータの閉鎖位置における側面断面図である。
【図７Ａ】図７のガスレギュレータのレギュレータバルブ及びバランス型トリムの側面断面図である。
【図８】図７のガスレギュレータの完全開放位置における側面断面図である。
【図８Ａ】図８のガスレギュレータのレギュレータバルブ及びバランス型トリムの側面断面図である。
【図９】図８のガスレギュレータの出口を通して見た端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の本文は、本発明の数多くの異なる実施形態の詳細な説明を記述するものであるが、本発明の法律上の範囲は本特許の終わりにおいて記述される特許請求の範囲の文言により規定されることを理解されたい。この発明を実施するための形態は、例示的なものに過ぎないと解釈されるべきであって、あらゆる可能な実施形態を説明することは不可能ではないにせよ実際的ではないため、本発明のあらゆる可能な実施形態を説明するものではない。数多くの代替的な実施形態は、現在の技術又は本特許の出願日以降に開発される技術のいずれかを使用して実施することが可能であるが、依然として本発明を規定する特許請求の範囲内に含まれるであろう。
【００１６】
用語は、本特許において「本明細書で使用される場合、「＿」という用語は、ここでは・・・を意味すると定義される」という文又は類似の文を使用して明示的に規定されない限り、その平常または通常の意味を超えて、明示的にも又は暗示的にも、その用語の意味を限定するものではなく、そのような用語は本特許の（請求項の言葉以外の）いかなる部分に書かれたいかなる記述に基づく範囲にも限定されると解釈されるべきではないことも理解されたい。本特許の終わりの特許請求の範囲に記載されるいずれかの用語が、本特許において単一の意味で一貫するように言及されている限りにおいて、このことは読者を混乱させないようにただ明確化の目的のみでなされ、そのような特許請求の範囲の用語は、明示的又はそれ以外によっても、その単一の意味に制限されることを意図するものではない。最後に、特許請求の範囲の要素が、「手段」という言葉、及び何らかの構造の詳述がなされていない機能の記載によって定義されない限り、いかなる特許請求の範囲の要素の範囲も、３５合衆国法典第１１２章第６段落に基づいて解釈されるものではない。
【００１７】
図７〜図９は、本発明の一実施形態によって構成されたガスレギュレータ１００を示す。ガスレギュレータ１００は、アクチュエータ１０２及びレギュレータバルブ１０４を一般に含む。レギュレータバルブ１０４は、例えば、ガス配給システムからのガスを受け取るための入口１０６、及び、例えば、１つ以上の機器を有する施設にガスを供給するための出口１０８を含む。アクチュエータ１０２は、レギュレータバルブ１０４に結合し、制御要素１１２を有する制御組立体１１０を含む。第１、即ち通常作動モード中は、制御組立体１１０は、レギュレータバルブ１０４の出口１０８における圧力、即ち出口圧力を検出し、出口圧力が所定の設定値又は制御圧力とほぼ等しくなるように制御要素１１２の位置を制御する。加えて、システム内で故障が生じた際には、レギュレータ１００は、図１〜図３に示すレギュレータ１０に関して上述したリリーフ機能に概ね類似したリリーフ機能を実行する。
【００１８】
引き続き図７を参照すると、レギュレータバルブ１０４は、スロート部１１４及びバルブ開口部１１６を画定する。スロート部１１４は、入口１０６と出口１０８との間に配置される。バルブポート１１８は、スロート部１１４内に配置され、入口１２２及び出口１２４を有する横穴部１２０を画定する。ガスは、レギュレータバルブ１０４の入口１０６と出口１０８との間を移動するためには、バルブポート１１８内の横穴部１２０を通って移動しなければならない。バルブポート１１８はレギュレータバルブ１０４から着脱可能であり、レギュレータバルブ１０４の運用特性及び流動特性を特定の用途に合わせて調整するために、異なる直径又は形状の横穴部を有する別のバルブポートと交換可能である。開示される実施形態では、バルブ開口部１１６は、レギュレータバルブ１０４の入口１０６及び出口１０８の軸線方向に対して概して垂直な軸に沿って配置される開口を画定する。
【００１９】
アクチュエータ１０２は、上述のように、ハウジング１２６及び制御組立体１１０を含む。ハウジング１２６は、例えば複数個の締結具で互いに固定された、上側ハウジング構成部品１２６ａ及び下側ハウジング構成部品１２６ｂを含む。下側ハウジング構成部品１２６ｂは、制御空洞部１２８及びアクチュエータ開口部１３０を画定する。アクチュエータ開口部１３０は、レギュレータバルブ１０４のバルブ開口部１１６に連結され、アクチュエータ１０２とレギュレータバルブ１０４との間の流体連通を提供する。開示される実施形態では、レギュレータ１００は、開口部１１６、１３０を互いに固定させるカラー１３２を含む。上側ハウジング構成部品１２６ａは、リリーフ空洞部１３４及び排気ポート１３６を画定する。上側ハウジング構成部品１２６ａは、後述するように、制御組立体１１０の一部位を収容するためのタワー状部位１６６を更に画定する。
【００２０】
制御組立体１１０は、ダイアフラム部分組立体１４０、ディスク及びバランス調整部分組立体１４２、及び解放バルブ１４４を含む。ダイアフラム部分組立体１４０は、ダイアフラム１４６、ピストン１４８、制御バネ１５０、リリーフバネ１５２、複合バネ座１５４、リリーフバネ座１５６、制御バネ座１５８、及びピストンガイド１６０を含む。
【００２１】
より具体的には、ダイアフラム１４６は、その中心部位を貫通する開口１６２を画定するディスク形のダイアフラムを含む。ダイアフラム１４６は、可撓性で、実質的に気密性の材料により構成され、その周縁部は、ハウジング１２６の上側及び下側ハウジング構成部品１２６ａ、１２６ｂの間で密封して固定される。それ故、ダイアフラム１４６は、リリーフ空洞部１３４を制御空洞部１２８から隔てている。
【００２２】
複合バネ座１５４は、ダイアフラム１４６の上に配置され、ダイアフラム１４６の開口１６２と同心に配置される開口１６４を画定する。図７に示すように、複合バネ座１５４は、 制御バネ１５０及びリリーフバネ１５２を支持する。
【００２３】
開示される実施形態のピストン１４８は、シーリングカップ部位１６６、ヨーク１６８、ネジ付き部位１７０、及びガイド部位１７２を有する概して細長のロッド形部材を含む。 シーリングカップ部位１６６は、凹形の概してディスク形であり、ピストン１４８の中央部位周囲で円周方向に延在し、ダイアフラム１４６の直下に位置決めされている。ヨーク１６８は、ディスク及びバランス調整部分組立体１４２の一部位と連結する連結具１７４の収容に適合した空洞部を含み、後述するように、ダイアフラム部分組立体１４０とディスク及びバランス調整部分組立体１４２との間の連結を可能とする。
【００２４】
ピストン１４８のガイド部位１７２及びネジ付き部位１７０は、ダイアフラム１４６及び複合バネ座１５４のそれぞれの開口１６２、１６４を貫通して配置される。ピストン１４８のガイド部位１７２は、ピストンガイド１６０内の空洞部内に摺動可能に配置され、制御組立体１１０の残余部分に対するピストン１４８の軸線方向整合状態を維持する。リリーフバネ１５２、リリーフバネ座１５６、及びナット１７６は、ピストン１４８のネジ付き部位１７０上に配置される。ナット１７６は、リリーフバネ１５２を複合バネ座１５４とリリーフバネ座１５６との間に保持する。制御バネ１５０は、既述のように複合バネ座１５４の上に配置され、上側ハウジング構成部品１２６ａのタワー状部位１６６内部に配置される。制御バネ座１５８は、タワー状部位１６６内に螺入されて、制御バネ１５０を複合バネ座１５４に対して押し付ける。開示される実施形態では、制御バネ１５０及びリリーフバネ１５２は、圧縮コイルバネを含む。したがって、制御バネ１５０は、上側ハウジング構成部品１２６ａに抗して留まり、複合バネ座１５４及びダイアフラム１４６に下方向の力を加える。リリーフバネ１５２は、複合バネ座１５４に抗して留まり、リリーフバネ座１５６に上方向の力を加え、この力は同様にピストン１４８に加えられる。開示される実施形態では、制御バネ１５０によって発生する力は、タワー状部位１６６内の制御バネ座１５８の位置を調節することにより調節可能であり、それ故、レギュレータ１００の制御圧力もまた、調節可能である。
【００２５】
制御バネ１５０は、ダイアフラム１４６によって検出される制御空洞部１２８内の圧力に抗して作用する。既述のように、この圧力は、レギュレータバルブ１０４の出口１０８において存在する圧力と同じ圧力である。したがって、制御バネ１５０によって加えられる力は、出口圧力を、レギュレータ１００に対する所望の設定値又は制御圧力に設定する。ダイアフラム部分組立体１４０は、ピストン１４８のヨーク部位１７２及び連結具１７４を経由して制御アーム１７８により、上述のように、ディスク及びバランス調整部分組立体１４２に操作可能に結合される。
【００２６】
ディスク及びバランス調整部分組立体１４２は、制御アーム１７８に係合して、下流圧力の変動によるダイアフラム１４６の屈曲に従い、制御要素１１２を開放位置と閉鎖位置との間で移動させるアクチュエータステム１８０を含む。具体的には、アクチュエータステム１８０は、係合面１８２を有する概して直線状のロッドである。制御アーム１７８は、やや湾曲したロッドであり、支点端部１７８ａ及び自由端部１７８ｂを含む。支点端部１７８ａは、下側ハウジング構成部品１２６ｂに設けられたピボットピン１８６を収容する孔１８４を含む。支点端部１７８ａはまた、丸い端部を有してアクチュエータステム１８０の面１８２に係合するフィンガー部１８８を含む。自由端部１７８ｂは、ピストン１４８のヨーク１６８に取り付けられた連結具１７４の頂部１７４ａとピン１７４ｂとの間に収容される。このようにして、連結具１７４及び制御アーム１７８は、ディスク及びバランス調整部分組立体１４２をダイアフラム部分組立体１４０に操作可能に連結する。
【００２７】
ディスク及びバランス調整部分組立体１４２の制御要素１１２は、アクチュエータステム１８０に作動可能に連結され、外側ディスク部位１９２及び同軸の内側ディスク部位１９４を有するバルブディスク１９０を含む。外側ディスク部位１９２は、バルブポート１１８の出口１２４に係合してレギュレータバルブ１０４を通過する流体流を遮断するシーリング面１９８を有するシーリングインサート１９６を収容する陥凹部を含む。ディスク部位１９２、１９４は、バランス型ポートステム２００及びバランス調整バネ座２０２によってアクチュエータステム１８０に連結され、これら複合要素は、ステムガイド２０４、保持プレート２０６、バランス調整ダイアフラム保持部２０８及びバランス調整ポートハウジング２１０によって、直線運動するように支持される。ステムガイド２０４は、下側ハウジング構成部品１２６ｂのアクチュエータ開口部１３０内に適合する寸法及び構成の概して円筒形の外側部位２０４ａ、及びアクチュエータステム１８０を摺動可能に保持するような寸法及び構成の概して円筒形の内側部位２０４ｂを含む。ステムガイド２０４は、以下に更に説明するように、ここを貫通して、出口１０８を制御空洞部１２８と流体連通して配置する経路の一部位を形成する、流路２１２を更に含む。
【００２８】
ステムガイド２０４は、ステムガイド２０４とバランス型ポートハウジング２１０との間に配置される保持プレート２０６に係合し、保持プレート２０６及びバランス型ポートハウジング２１０をバルブ開口部１１６内の所定位置に保持する。保持プレート２０６は概して円形であり、バランス型ポートステム２００が貫通する中心部開口２１４を含む。バランス型ポートハウジング２１０は概して円筒形で中空であり、スロート部１１４に向かってバルブポート１１８の出口１２４を覆うように延在する。ダイアフラム保持部２０６は、バランス型ポートハウジング２１０及び保持プレート２０６の開口２１４の内部に配置され、保持プレート２０６の表面とバランス型ポートハウジング２１０の内側肩部２１６との間の所定位置に保持される。中心部開口を有するディスク形バランス調整ダイアフラム２１８が、バランス型ポートハウジング２１０の内部に備えられる。バランス調整ダイアフラム２１８は、可撓性で、実質的に気密性の材料により構成され、その周縁部は、保持プレート２０６と肩部２１６との間で固定される。バランス調整ダイアフラム２１８の中心部開口の内縁は、外側ディスク部位１９２とバランス型ポートステム２００との間で密封して固定される。バルブディスク１９０、バランス型ポートステム２００及びアクチュエータステム１８０は、バネ座２０２とダイアフラム保持部２０８の座着面２２２との間に配置されるバランス調整バネ２２０により、レギュレータバルブ１０４の開放位置に向けて付勢される。
【００２９】
バランス調整ダイアフラム２１８は、バルブポート１１８を通過する流体の上流圧力が起因となってバルブディスク１９０に加えられる力を相殺すべく、バルブディスク１９０に対して、バルブポート１１８の方向に力を提供する。内側ディスク部位１９４の外径は、外側ディスク部位１９２の内径よりも小さいため、流体は、内側ディスク部位１９４の通路２２４及びバランス型ポートステム２００内部の対応する通路２２６に入ることが可能である。通路２２６は、ダイアフラム保持部２０８の内部へと通じているため、バルブポート１１８とは反対側のバランス調整ダイアフラム２１８の表面を、バルブディスク１９０に加えられる上流圧力と流体連通して配置する。ディスク及びバランス調整部分組立体１４２の構成部品は、ダイアフラム部分組立体１４０に対する上流圧力のいかなる影響も排除するために、バランス調整ダイアフラム２１８により加えられる力が、バルブディスク１９０にかかる上流圧力の力とほぼ反対向きで等しくなるように構成され、これにより、ガスレギュレータ１００による下流圧力のより正確な制御が可能となる。
【００３０】
上述のように、レギュレータバルブ１０４の出口１０８内部に検出点を有するピトー管２２８は、下流圧力のフィードバックをアクチュエータ１０２に提供する。ピトー管２２８は、バルブ開口部１１６内へ延伸し、バランス型ポートハウジング２１０及び保持プレート２０６をそれぞれ貫通する開口２３０、２３２を通過する。ピトー管２２８は、ステムガイド２０４の内部に、またステムガイド２０４の流路２１２を経由して制御空洞部１２８に、下流圧力を提供する。
【００３１】
引き続き図７、図７Ａ、図８及び図８Ａを参照すると、ディスク及びバランス調整部分組立体１４２のバランス型ポートハウジング２１０は、第１部位２３４、第２部位２３６及び移行部位２３８を含む。第１及び第２部位２３４、２３６は、概して円筒形で軸線方向に整合している。第１部位２３４は、概して厳密な許容誤差範囲内でバルブ開口部１１６内に収容される寸法及び構成の外径を有し、同様の許容誤差範囲内でダイアフラム保持部２０８を収容する寸法及び構成の内径を有する。第１部位２３４は更に、バランス型ポートハウジング２１０ならびにディスク及びバランス調整部分組立体１４２の他の構成部品を適切に位置決めするために、バルブ開口部１１６の内側表面の対応する肩部により係合され得る半径方向に延びるフランジ２４０を含み得る。ピトー管２２８のための通路２２４が、出口１０８に近接配向する位置で第１部位２３４を貫通し得る。バランス型ポートハウジング２１０の第２部位２３６は、第１部位２３４の外径よりも小さい外径を有し得、概して厳密な許容誤差範囲内でバルブディスク１９０を収容する寸法及び構成の内径を有し得る。バルブディスク１９０は、第２部位２３６の内側表面と外側ディスク部位１９２の外側表面との間、及びバルブディスク１９０とバランス調整ダイアフラム２１８との間の空洞部内へ流体が流れることを実質的に防ぐような方法で、バランス型ポートハウジング２１０の第２部位２３６内部に摺動可能に収容される。必要に応じて、そのような流れを防ぎつつバルブディスク１９０が第２部位２３６内を摺動可能とするべく、Ｏリングシールのような追加的シール機構が提供され得る。バルブディスク１９０は、ディスク及びバランス調整部分組立体１４２を通りアクチュエータ１０２へ入る流体の流れを阻止、制限、又は実質的に防止するために有効に作用する。移行部位２３８は、第１部位２３４と第２部位２３６との間に軸線方向に配置される。移行部位２３８は、バランス型ポートハウジング２１０の内径が、第１部位２３４の内径から第２部位２３６の内径へと狭まる地点に位置決めされ、これによりバランス調整ダイアフラム２１８をダイアフラム保持部２０８と共に固定する肩部２１６を形成する。
【００３２】
開示される実施形態では、バランス型ポートハウジング２１０の第２部位２３６は、その側壁を貫通する下流流れ開口２４２を画定する。第２部位内の開口２４２における側壁は、バランス型ポートハウジング２１０の残余部分から離れる方向に延びており、開口の壁は第１部位２３４の外径を超えて延在せず、これにより組み立て中に、ハウジングをバルブ開口部１１６に挿入することが依然として可能となる。バランス型ポートハウジング２１０をバルブ開口部１１６に挿入する際、ハウジング２１０は、開口２４２がレギュレータバルブ１０４の出口１０８に面するように配向される。必要であれば、バルブ開口部１１６及び／又は第１部位２３４のフランジ２４０は、開口２４２の適正な配向を確実にするための適切な整合配置機構を備えて構成され得る。バランス型ポートハウジング２１０が図示のように設置されると、バルブポート１１８、第２部位２３６、開口２４２及び出口１０８は、流体配給システムの下流部位に向けて流体を方向付ける流路を画定する。
【００３３】
先に説明したように、レギュレータバルブ１０４を通過して流れる流体は、流体がバルブポート１１８の出口１２４を通過しバルブディスク１９０に衝突する際に乱流を起こす場合があり、この乱流はレギュレータバルブ１０４の出口１０８及びピトー管２２８の検出点を越えて継続し得る。流体流を調整し、乱流をピトー管２２８の検出点の上流で層流に変換するために、ハウジング２１０の側壁を貫通する開口２４２は、複数個のバッフル又はスクリーンのような、流体流が通過する部分的障害物を開口２４２にわたって含み得る。図示の実施形態では、部分的障害物は、開口２４２においてハウジング２１０の第２部位２３６に一体形成される複数個のバッフル２４４を含む。バッフル２４４は、図９に示すように、垂直方向及び水平方向の双方に延在し得る。あるいは、バッフル２４４は、一方向のみに形成されてもよく、又は、バルブディスク１９０の移動する軸線に対して他の角度で配向されてもよい。バッフル２４４の数、厚さ、密度及び配向を含む、バッフル２４４の具体的な構成は、バッフル２４４を通して過度の圧力降下を引き起こすことなく、レギュレータバルブ１０４の出口１０８を通過する所望の層流を得るために必要に応じて選択され得る。
【００３４】
レギュレータバルブ１０４内で乱流を層流に変換可能な部分的障害物の代替的実施形態は、当業者には自明であろう。例えば、開口２４２は、図４及び５に示すスクリーン６８の構成に類似する複数個のバッフルを有するスクリーンの形態の部分的障害物を収容するように構成され得る。更なる代替例として、スクリーン６８に類似する挿入物が、ワイヤーメッシュ、多孔性シート材料又は他の種類の部分的障害物から形成されてもよく、ここで流体は表面を越えて障害物を通過して流れ、乱流が存在する場合、層流に変換される。乱流を層流に変換するために必要な部分的障害物の構成は、レギュレータバルブ１０４を通過する流体の特性によって異なっていてもよく、別個の挿入可能なスクリーンは、ハウジング２１０の全体を交換することなく、レギュレータ１００の順応性又は個別化のレベルを更に高め得る。更に、部分的障害物の性能は、流体が障害物の材料を腐食するか又は障害物の表面に蒸着するにつれて、経時的に劣化し得る。レギュレータ１００の保守は、ハウジング２１０全体の交換を必要とすることなく、障害物の交換が可能であることにより容易になり得る。バランス型ポートハウジング２１０と一体的及び別個の双方で形成される、これら及び更なる代替的な部分的障害物機構は、本開示に従い、レギュレータに使用されるものと想定される。
【００３５】
図７及び図７Ａは、バルブディスク１９０が閉鎖位置にある、本実施形態のレギュレータ１００を示す。そのため、バルブディスク１９０は、シーリング面１９８がバルブポート１１８の出口１２４を密封して係合するように、ハウジング２１０の第２部位２３６内部に摺動可能に配置される。このような構成により、ガスはバルブポート１１８及びレギュレータバルブ１０４を通って流れない。この構成が達成されるのは、ハウジング１２６の制御空洞部１２８内の圧力に相当し、ダイアフラム１４６によって検出される出口圧力が、制御バネ１５０によって加えられる力より大きいためである。したがって、出口１０８における下流圧力が、ダイアフラム１４６及びピストン１４８を閉鎖位置内に押し込む。
【００３６】
例えば、ユーザが、加熱炉、ストーブ等のような機器の操作を開始する時のように、作動要求がガス配給システムに課せられた場合には、その機器は、出口１０８から、またそれに対応してレギュレータ１００の制御空洞部１２８からガスを引き入れ、それによりダイアフラム１４６によって検出される圧力を低減させる。ダイアフラム１４６によって検出される圧力が減少するにつれて、ダイアフラム１４６に対する制御バネ力と出口圧力の力との間に力の不均衡が発生して、制御バネ１５０が伸長し、ダイアフラム１４６及びピストン１４８をハウジング１２６に対して下方向に変位させる。これが起因となり、レバー１８０をピボットピン１８６を中心として時計方向に旋回させ、同様にフィンガー部１８８をアクチュエータステム１８０の面１８２に対して回転させる。これにより、アクチュエータステム１８０及びバルブディスク１９０が、バランス調整バネ２２０の力を起因としてバルブポート１１８の出口１２４から離れる方向に移動可能となり、図８、図８Ａ及び図９に示すように、レギュレータバルブ１０４を開放する。
【００３７】
一度バルブポート１１８が開放されると、ガス配給システムは、レギュレータバルブ１０４を通して、制御バネ１５０によって設定された制御圧力で、ガスを下流の機器に供給することが可能となる。更に、ダイアフラム部分組立体１４０が、レギュレータバルブ１０４の出口圧力を検出し続ける。出口圧力が設定圧力とほぼ等しく維持される限り、制御組立体１１０は、この同じ一般位置にバルブディスク１９０を保つこととなる。しかしながら、流出量、即ち需要が減少し、それにより出口圧力が、制御バネ１５０によって設定された制御圧力を超えて増大するならば、ダイアフラム１４６は、増大した出口圧力を検出し、制御バネ１５０の付勢に抗して上方向に移動する。あるいは、流出量、即ち需要が増大し、それにより出口圧力が、制御バネ１５０によって設定された制御圧力を下回って減少するならば、ダイアフラム１４６は、減少した出口圧力を検出し、制御バネ１５０がダイアフラム１４６及びピストン１４８を下方向に付勢して、レギュレータバルブ１０４を開放する。このようにして、出口又は制御圧力からの僅かな逸脱が起因となり、制御組立体１１０が反応して制御要素１１２の位置を調整する。
【００３８】
バルブディスク１９０がバルブポート１１８の出口１２４から解除されると、ガスがバランス型ポートハウジング２１０の第２部位２３６に流れ込む。第２部位２３６、バルブディスク１９０及び開口２４２の内側表面の構成により、流体は、開口２４２及びその中に配置されたバッフル２４４を通過し、流路からの拡散が比較的僅かな状態で、送り出される。流体がバッフル２４４を通過する際、何らかの乱れが存在する限りは、乱流の流体流は、層流に変換される。その結果、流体がレギュレータバルブ１０４の出口１０８及びピトー管２２８の検出点に達した時には、この流体の滑らかな流れは、下流圧力の測定の改善、及びそれに対応する、制御組立体１１０による下流圧力の調節の改善を可能とする。
【００３９】
上記の本文は、本発明の数多くの異なる実施形態の詳細な説明を記述するものであるが、本発明の法律上の範囲は、本書で優先権を主張する特許の終わりで記述される特許請求の範囲の文言により規定されることを理解されたい。この発明を実施するための形態は、例示的なものに過ぎないと解釈されるべきであって、あらゆる可能な実施形態を説明することは不可能ではないにせよ実際的ではないため、本発明のあらゆる可能な実施形態を説明するものではない。数多くの代替的な実施形態は、現在の技術又は本特許の出願日以降に開発される技術のいずれかを使用することで実施が可能であるが、依然として本発明を規定する特許請求の範囲内に含まれるであろう。
【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７Ａ】
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【図８】
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【図８Ａ】
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【図９】
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