(57)【要約】  流体循環システムで使用するのに適した釣合い制御組合せ弁が、プラグ（６、１０、１６、１５）、シート（１３）およびプラグ（６、１０、１６、１５）とシート（１３）との間隔を調整する調整手段（２０〜２８）を含むチャンバと、間隔を横切る流体流量を監視する監視手段とを備える。この調整手段は、弁プラグ（６、１０、１６、１５）の運動を制御するために駆動部（２８）によって動作可能な運動変換手段（２０〜２７）を備えて、それによって駆動部の位置の所与の変化量に対して弁の導通に好都合な変化量を与え、駆動部（２８）は、導通の漸増変化に対応する増分で較正される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラグ（６、１０、１６、１５）、シート（１３）および前記プラグ（６、１０、１６、１５）と前記シート（１３）との間隔を調整する調整手段（２０〜２８）を含むチャンバと、
前記間隔を横切る流体流量を監視する監視手段とを備える、流体循環システムで使用するのに適した釣合い制御組合せ弁において、前記調整手段が、前記弁プラグ（６、１０、１６、１５）の運動を制御するために駆動部（２８）によって動作可能な運動変換手段（２０〜２７）を備え、それによって前記駆動部の位置の所与の変化量に対して前記弁の導通に好都合な変化量を与え、前記駆動部（２８）が、前記導通の漸増変化に対応する増分で較正されることを特徴とする釣合い制御組合せ弁。
【請求項２】
前記駆動部が、前記運動変換手段（２０〜２７）を駆動させて前記プラグ（６、１０、１６、１５）と前記シート（１３）との間隔を調整するように直線運動で動作可能なロッド（２８）と、チャンバの外で目視可能なスケールを有する、チャンバから突出し、前記駆動部によって作り出すことができる前記プラグと前記シートとの間の最大間隔を制限するように動作可能な、関連付けられた較正手段（１、２、２９、３０、３１）とを備えることを特徴とする請求項１に記載の弁。
【請求項３】
較正手段（１、２、２９、３０、３１）が、１つまたは複数のねじ部材（１、３１）の回転に基づいて、所定の増分だけ前記駆動部（２８）の直線移動を妨げるように構成された前記１つまたは複数のねじ部材（１、３１）からなることを特徴とする請求項１または２に記載の弁。
【請求項４】
スケールが、前記線形スケールに加えるか単一のスケールとするかにかかわらず、回転する前記ねじ部材（１、３１）の外周に備えられることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の弁。
【請求項５】
前記弁プラグ（６、１０、１６、１５）およびシート（１３）が、前記システム中の流体の流れの所期の方向と軸方向に位置合わせされて構成されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の弁。
【請求項６】
前記運動変換手段（２０〜２７）が、前記ロッド（２８）の鋸歯状ラック部分と係合し、前記ロッド（２８）の前記鋸歯状ラック部分がピニオン（２１）と係合し、前記ピニオン（２１）が、カム機構のカムガイド（２０）を画定しているカムプレートに固定され、前記カムプレートが前記ピニオン（２１）とともに回転してカムフォロア（２３）を回転させ、前記カム機構が前記プラグとシートとの前記間隔を調整するように動作可能であることを特徴とする、請求項２から５のいずれかに記載の弁。
【請求項７】
前記カムフォロア（２３）が、シャフト（２４）に固定され、前記シャフト（２４）に前記シート（１３）またはプラグ（６、１０、１６、１５）が固定的に取り付けられ、前記シート（１３）またはプラグ（６、１０、１６、１５）が、前記カムフォロア（２３）が前記カムプレート中に設けられた前記ガイド（２０）に追従すると、前記シャフト（２４）の軸方向の運動が生じそれによって前記プラグとシートとの前記間隔を調整するように構成されたことを特徴とする請求項６に記載の弁。
【請求項８】
前記ロッド（２８）を付勢して前記ハウジング（１４、１７）から突出させる偏倚機構（３２、３９）を備える、請求項６または請求項７に記載の弁。
【請求項９】
前記シャフト（２４）が、両端部において、前部ベアリングプレート（５）および後部ベアリングプレート（２２）の中に受けられ、前記シャフト（２４）が前記２つのベアリングプレート（５、２２）のそれぞれを貫通する箇所で同一の直径を備えることを特徴とする請求項７または８に記載の弁。
【請求項１０】
前記駆動部（２８）が、前記駆動部（２８）を駆動する外部制御信号に応答する駆動手段によって駆動され、前記運動変換手段（２０〜２７）が、前記駆動手段および駆動部の一定の運動を前記プラグ（６、１０、１６、１５）の好都合な運動に変換するように構成され、それによって前記制御信号に応答して前記弁の前記導通に好都合な変化をもたらすことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の弁。
【請求項１１】
前記プラグ（６、１０、１６、１５）およびシート（１３）が、前記プラグ（６、１０、１６、１５）の前記運動にほぼ比例する導通を提供するように構成されたことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の弁。
【請求項１２】
前記プラグ（６、１０、１６、１５）が部分差圧補償を備えることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の弁。
【請求項１３】
前記シート（１３）に対する前記プラグ（６、１０、１６、１５）の軸方向の運動が、バイアスばね（４）によって抵抗力を受ける請求項１から１２のいずれかに記載の弁。
【請求項１４】
前記バイアスばね（４）が、前記弁を開口させるように構成された、請求項１３に記載の弁。
【請求項１５】
駆動される前記駆動部（２８）が必要とする力を最小限にするように、流体圧力が内部チャンバを通って伝送されて、一次側と二次側との間の所与の圧力差を克服することを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の弁。
【請求項１６】
前記調整手段（２０〜２８）が、前記弁が以下の式にほぼ従う前記間隔の変化を与えるような一定の駆動に応答して動作可能であり、
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式中、ＫＶは、前記駆動部の所与の位置での前記弁の前記導通であり、ＫＶＳは、前記弁の最大導通であり、ｈは、全閉した弁に対する０から全開した弁の間隔に対する１までの範囲をとる前記駆動部の位置であり、φは「ＥＱＭ係数」であることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の弁。
【請求項１７】
前記プラグ（６、１０、１６、１５）とシート（１３）との間の前記間隔を、全開位置から前記全閉位置まで滑らかで連続的に調整するように構成された請求項１から１６のいずれかに記載の弁。
【請求項１８】
前記プラグ（６、１０、１６、１５）が、弾性封止手段（１５）を備え、前記弾性封止手段（１５）が前記プラグの移動の大部分を通して前記シート（１３）と協動するように構成された請求項１７に記載の弁。
【請求項１９】
前記運動変換手段（２０〜２７）が、前記流体流れの流路中に位置する請求項１から１８のいずれかに記載の弁。
【請求項２０】
前記駆動部（２８）の予め定められた移動において全閉位置に達するよう前記プラグ（６、１０、１６、１５）が調整できるように構成されたことを特徴とする請求項１から１９のいずれかに記載の弁。
【請求項２１】
使用者が前記較正手段（１、２、２９、３０、３１）の前記スケールの読取り値および前記弁全体にわたる前記差圧の決定値から前記弁を通る流体流量を計算できるように、監視手段および較正手段が共に構成されたことをさらに特徴とする請求項１から２０のいずれかに記載の弁。
【請求項２２】
監視手段が、前記較正手段（１、２、２９、３０、３１）の前記スケールの読取り値および前記弁全体にわたる前記差圧の決定値から前記弁を通る流体流量を計算するように構成されたプロセッサを含むことをさらに特徴とする請求項１から２１のいずれかに記載の弁。
【請求項２３】
前記プロセッサが、所与の差圧に対する前記流量および前記較正手段（１、２、２９、３０、３１）のスケールの増分を特定できる参照チャートを備える請求項２２に記載の弁。
【請求項２４】
前記処理手段が自動化されている請求項２１または２２に記載の弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体循環システムを流通する流体流量を監視および調整し、流体が相対的に安定した流体の流れを保証するために、そのシステム中で一般に使用される制御弁および釣合い弁（ｂａｌａｎｃｉｎｇ  ｖａｌｖｅ）に関する。本発明は、この改良された弁を組み込むと流体循環システムの性能が向上するような新規な設計の釣合い機構を組み込んだ制御弁を提供する。
【背景技術】
【０００２】
流体ネットワークでは、通常、流体源から１つまたは複数の消費点（負荷）に流体を供給する。様々な要求に従って適正な量の流体を供給するために、通常、１つまたは複数の制御弁が備えられる。このような制御弁は、制御信号に応答して、システム中で可変絞りを作り出し、各負荷に適切な流量を供給する。例えば、制御信号がサーモスタットによって与えられると、その弁は熱交換器を流通する加熱流体または冷却流体の流量を変えて応答することになる。このような制御弁は、用途に必要な最大開口よりも大きな最大開口が選択された場合、常に過度に閉鎖するように制御しなければならない。こうした過度な閉鎖によって、制御弁は適切な位置に設定されずに開状態から閉状態に繰り返し変化するため、結果として不安定な制御となる。反対に、弁が小さすぎる最大開口に選択された場合、システム中に起こる不必要な圧力降下に対処するために、過剰な注入エネルギーが必要となる。この問題は、制御弁は使用者に何らかのタイプの誤りを選択することを強いる、決められた行程においてのみ通常利用できるということによりさらに増す。
【０００３】
また、こうしたシステムは、通常、種々の末端において異なる余剰圧力値を有する。一般的な制御弁は、流体流量の読取り手段を備えていないばかりでなく、一般的な制御弁が不適正な流れになるような最大開口を手動で調整する手段も備えていない。余剰圧力値は、理論上は計算することができるが、実際には、その複雑さから計算されないことが多く、また構造の変化により不正確になる。こうした問題には、較正された調整可能な絞りおよび流量測定手段を備えた釣合い弁を設置することによって対処することが多い。次いで、最大流量状態で全ての末端が過剰にならずに正確な流体の流れを受けるように、システムの全体にわたってこれら釣合い弁を調整するために、釣合いコントラクタが利用される。
【０００４】
現行の技術の限界は、釣合い弁によって作り出される絞りが制御弁に考慮されておらず、その結果制御弁のストロークの一部分が無駄になっているということである。
【０００５】
従来の装置には、単一ユニットの中で制御弁と釣合い弁の機能を組み合わせ、この組合せユニットの性能を改良しているものがある。制御機能および釣合い機能を単体の装置で実施して、所与の末端での正確な状態に適合するように制御性能を改良することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、従来技術の構成で提起された問題を克服する一体化した釣合い部品を有する制御弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明により、流体循環システムで使用するのに適した釣合い弁と制御弁の組合せを提供し、プラグ、シートおよびプラグとシートとの間隔を調整する調整手段を含むチャンバと、その間隔を横切る流体流量を監視する監視手段とを備えるこの釣合い制御組合せ弁は、調整手段が、弁プラグの運動を制限するために駆動部によって動作可能な運動変換手段を備えて、それによって駆動部の位置の所与の変化量に対して弁の導通に好都合な変化量を与え、駆動部が、導通の漸増変化に対応する増分で較正されることを特徴とする。
【０００８】
回路の釣合いを保つために必要なこの調整は、任意の個別設定で既知の絞りを与える較正されたスケールを用いて、制御弁の最大開口を制限することによって行われる。回路の釣合いを保つために必要な流量の読取りは、弁の絞り全体にわたる差圧を読み取ることによって行われる。本発明の実際的な一実施形態において、調整手段は、チャンバの外部に目視可能なスケールを有する較正手段を含み、スケールに設けられた単位に対応した増分で、プラグとシートとの最大の可能な間隔を調整するように動作可能である。釣合いを保つ処置の後、駆動部は、外部制御信号に応答して、閉止と設定最大値との間の任意の適切な値に弁の導通を変更することができる。
【０００９】
好ましい実施形態では、較正手段は、好都合に、その長さ方向に沿って表示された線形スケールを有するロッドの形態でチャンバから突出し、ロッドの直線運動が、弁シートとプラグの１つまたは両方に伝達され、それによって線形スケールに従ってロッドが移動した距離に相当する量の分、シートとプラグの間隔を調整する。
【００１０】
１つの選択肢としては、このロッドは、その移動を制限するように動作可能なねじスリーブによって囲まれ、そのねじスリーブがチャンバに対して固定された相補的なねじ部と係合し、スリーブを回転させることで直線運動が実現する。場合によっては、スリーブは、回転を阻止されることが可能であり、ハウジングに対して並進方向に固定されたナットに対して係合することも可能である。どちらの選択肢においても、スケールは、上述の線形スケールに加える（例えば、微調整できるように）か、単一のスケールとするかにかかわらず、回転要素の外周に備えることができる。
【００１１】
弁およびシートは、システム内の流体流れの所期の方向と同じ軸方向に配置されることが望ましい。軸方向配置では、流体は、単一の軸に沿って弁に対して流入および流出し、弁はその同じ軸に沿って運動するプラグを有する。この配置は、乱流を低減させ、流体が過度に方向を変える必要がある配置よりも結果的にノイズが小さくなる。また、この配置により、弁を他の配置よりも小型にすることができる。
【００１２】
好ましい一実施形態において、較正されたロッドがチャンバ中に延在して鋸歯状ラック部分を含み、この鋸歯状ラック部分がピニオンと係合し、このピニオンがカム機構のカムプレートに固定され、このカムプレートがピニオンとともに回転してカムフォロアを回転させ、このカム機構がプラグとシートとの間隔を調整するように動作可能である。カムフォロアは、好都合にシャフトに固定され、シャフトにはシートまたはプラグが固定的に取り付けられる。カムフォロアが、カムプレート中に設けられたガイドに追従すると、シャフトの軸方向の運動が生じ、それによってプラグとシートとの間隔を調整する。
【００１３】
このカムの構造は、作動部からの一定の運動をプラグの好都合な運動に変換するように選択され、それによって制御信号に応答して弁の流体導通の好都合な変化をもたらす。例えば、カムは、弁の開口が伝熱装置の出力特性を補償し、それによって、制御信号と熱伝達との間の関係をより線形に近くするように設計されてもよい。制御信号と所望の被制御変数とのこうした線形関係は、定ゲインと呼ばれることがあり、制御システムには有利である。また、カムの運動は、カムがその閉位置に近づきながらプラグを運動させる上で、駆動部に機構的な利点を与えることができ、それによって駆動部を駆動するのに必要な動力が低減される。
【００１４】
プラグおよびシートは、プラグの移動にほぼ比例する流体導通を与えるように構成されることが好ましい。場合によっては、プラグが部分的な差圧補償を備えて、駆動部に必要な動力をさらに低減させることもできる。
【００１５】
場合によっては、シャフトの軸方向の運動は、開位置または閉位置のいずれか一方にバルブを偏倚するように配置されたバイアスばねによって抵抗を受ける。このバイアスばねが、バルブを開位置に付勢し、振動防止を補助することが望ましい。
【００１６】
一般的に、プラグの線形運動を必要とする制御弁では、システムの圧力が、弁の内部と外部の駆動部の配置場所との間の圧力差の結果として弁を開位置に付勢する。したがって、既述の本発明の任意選択の改良において、この問題は、異なる圧力の２つの領域間で反対方向に同時に軸方向の運動をするように構成された等しい直径の２つのシャフトを提供することによって対処される。
【００１７】
既に述べた通り、いくつかの実施形態では、偏倚力を作り出すために１つまたは複数のばねを提供することができ、その結果弁が開位置に常に付勢されるか、または閉位置に常に付勢される。こうした場合に、差圧の釣合いは、同じ方向に「偏倚力」を与えるようにさらに構成することができる。
【００１８】
ここで、本発明の一実施形態の例として、添付図面を参照しながらさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による弁の部分的に切り取った側面図である。
【図２】部分的に切り取った図１の弁の上面図である。
【図３】弁の移動部を部分的に通る弁の断面図である。
【図４】電気機械的駆動部を備えた弁の外部側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１の弁は、一般に、チャンバを画定するハウジング（１４、１７）を備え、チャンバ中で、流体循環システム中の流体の流れ方向に沿って軸方向に位置合わせされてプラグ組立体（６、１０、１５、１６）およびシート（１３）が備えられている。プラグ（６、１０、１５、１６）は、シャフト（２４）に担持され、シャフトの軸は、プラグ（６、１０、１５、１６）の中央を貫通する。シャフト（２４）は、カムフォロア組立体（２３、２５）も担持する。ロッド（２８）と相互に作用する組立体（１、２、２９、３０および３１）の形態で較正手段が提供され、ロッド（２８）は、封止された一次側チャンバを貫通し、一次側に取り付けられたベアリングを用いて軸方向に自在に摺動する。このロッドは、電気機械的手段または他の制御された駆動手段に連結するように構成されている。この較正ストローク制限機構（１、２、２８、２９、３０、３１）は、釣合い処理中に弁の最大開口を調整するために提供される。
【００２１】
ロッド（２８）は、鋸歯状部分の形態で、プラグの運動と垂直方向に、かつプラグ（６、１０、１５、１６）の面と平行にチャンバ中に延在する。この鋸歯状部分は、ピン（２６）を用いて、カムフォロア（２３）用のガイド（２０）を組み込んだカムプレートに固定的に取り付けられたピニオンギア（２１）と係合する。カムフォロア（２３）は、シャフト（２４）に固定的に取り付けられ、ピニオンギア（２１）は、軸方向の運動を妨げないようにシャフト（２４）のスロットを貫通する。ロッド（２８）が軸方向に運動すると、ピニオンギア（２１）は、ロッド（２８）の鋸歯状部分と係合することによって力を受けて回転し、カムプレートがそれと共に回転する。カムプレートが回転すると、カムフォロア（２３）は、力を受けてカムガイド（２０）中をシャフト（２４）を担持して移動する。シャフト（２４）の軸方向以外の運動はいずれも、ハウジング（１４、１７）、シャフト（２４）のスロット中のピニオンギア（２１）の係合、および他の構成部品によって阻止される。また、プラグ（６、１０、１５、１６）は、シャフト（２４）に担持され、力を受けて軸方向に運動し、それによってプラグ（６、１０、１５、１６）とシート（１３）との間隔を調整する。プラグの移動距離は、チャンバから突出するロッドの部分に設けられたスケールで測定される。スケールに沿ってロッドが移動する距離は、予め計算されたプラグ（６、１０、１５、１６）の移動距離に対応する。シャフト（２４）は、ピニオンに対してラック部分を保持するラックベアリング（１２、１８、１９）によって、ラック部分の直線運動を妨げることなく滑らかに移動するように補助される。
【００２２】
プラグ（６、１０、１５、１６）のすぐ後部では、ばね（４）がシャフト（２４）を包囲する。ばね（４）は、プラグ（６、１０、１５、１６）とシート（１３）を付勢して離間するように圧縮される。
【００２３】
チャンバは、プラグ（１６）と、プラグ（１６）の上流の戦略的に位置付けられた点に一連の通路によって連結されたカバープレート（１１）との間に形成される。このチャンバ中の圧力が、弁全体にわたる圧力差を部分的に補償して、プラグを動かすのに必要な駆動力を低減する。
【００２４】
両端部におけるシャフト（２４）の周囲の前部ベアリングプレート（５）および後部ベアリングプレート（２２）での封止により、チャンバ中の空気から流体を分離する。ベアリングプレート（５、２２）のそれぞれを貫通する箇所でシャフト（２４）の外周は等しい。
【００２５】
図２を参照すると、ピニオンギア（２１）がロッドベアリング（３４）中に取り付けられ、フォロアベアリング（３６、３７）が、カムフォロア（２３）の滑らかな移動を補助することが分かる。ピン（３９）およびバイアスばね（３３）を用いて、カムフォロア（２３）に対するカムプレートの位置が、カムフォロア（２３）を図１に示す位置に戻すように偏倚されて、その結果ロッドの下降ストロークに抵抗する。
【００２６】
弁全体にわたる圧力差は、チャンバの両側に配置されたポート（４２、４３）を用いて監視される。較正手段（１、２、２９、３０および３１）で使用されるスケールは、流速をこの２つの読取り値から求めることができるように、差圧の監視に使用するスケールと相関するように選択される。
【００２７】
図３では、対象の２領域である、圧力補償チャンバ（４０）、およびチャンバの上流領域に連結する関連付けられた通路をハッチングパターンで示す。通路の配置は、安定を維持しながら可能な限り駆動部に対する力を小さくするように選択される。機構チャンバ（４１）は、流体から分離され、このチャンバ外部の空気につなげられる。
【００２８】
使用の際には、始めに、較正スケールと流速の測定圧力差の組合せを使用して最大動作流量が弁に適用され、プラグとシートの最適な最大間隔が特定され、弁は、最大間隔がその最適値まで制限されるように調整される。その後、制御された駆動手段は、外部制御信号に応答して、弁の通常動作で、閉位置と最適な最大開位置との間で弁を運動させるように駆動部を動作させることができる。
【００２９】
以下に、図１、図２および図３で参照した構成部品を要約した表を示す。
【表１】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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