(57)【要約】  サージ抑制装置は、作動流体とプロセス流体との間の圧力をバランスさせるように構成された増力機構を含む。増力機構は、作動流体の充填圧力によって作動する増力部材を含む。シャフトは増力部材から圧力制御部材に延在しており、当該圧力制御部材は、プロセス流体に境界を接し且つ当該プロセス流体に作用する。増力部材は、充填圧力とプロセス流体圧力との間の圧力増幅を提供するために、圧力制御部材よりも大きな有効面積を有し得る。さらに、圧力制御弁は、空気ハウジングに取り付けられ、増力機構によって作動開放される。圧力制御弁の１つを開いて作動させると、充填圧力が増加する。他方の圧力制御弁を開いて作動させると、充填圧力が減少する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力制御部材と、
空気ハウジング内に配置された増力部材と、
前記増力部材と前記圧力制御部材との間に延在し、且つ前記増力部材と前記圧力制御部材とを接続するシャフトと、を備え、
前記増力部材は、前記空気ハウジング内において少なくとも部分的に第１チャンバを画定し、前記第１チャンバは作動流体によって加圧されるように構成されており、これにより、前記増力部材及び前記シャフトを介して前記圧力制御部材を第１の方向に付勢する、サージ抑制装置。
【請求項２】
前記増力部材はピストンである、請求項１記載のサージ抑制装置。
【請求項３】
前記ピストンは第１の有効面積を有し、
前記圧力制御部材は第２の有効面積を有し、
前記第１の有効面積は前記第２の有効面積よりも大きい、請求項２記載のサージ抑制装置。
【請求項４】
前記増力部材は、前記空気ハウジング内において少なくとも部分的に第２チャンバを画定し、前記第１チャンバは、前記増力部材の第１の側に設けられており、前記第２チャンバは、前記増力部材の第２の側に設けられている、請求項２記載のサージ抑制装置。
【請求項５】
前記空気ハウジングは、前記下部チャンバを少なくとも部分的に画定するチャンバ壁を含み、
前記チャンバ壁は、第１直径を有する第１端部と、第２直径を有する第２端部とを含み、
前記ピストンの周囲に延在し、且つ前記チャンバ壁と係合するピストンシールが設けられている、請求項４記載のサージ抑制装置。
【請求項６】
前記第２直径は前記第１直径よりも大きく、
前記第１端部は、前記第２端部と前記第１チャンバとの間に配置されている、請求項５記載のサージ抑制装置。
【請求項７】
前記圧力制御部材はダイヤフラムを含み、前記ダイヤフラムは、該ダイヤフラムの第１の側において少なくとも部分的にプロセス流体チャンバを画定するとともに、前記ダイヤフラムの第２の側において少なくとも部分的に空気チャンバを画定する、請求項４記載のサージ抑制装置。
【請求項８】
前記シャフトは、前記下部チャンバを貫通し、前記下部チャンバと前記空気チャンバとの間に配置された壁部であって前記下部チャンバと前記空気チャンバとを分割する壁部を貫通し、さらに前記空気チャンバを貫通し、前記増力部材と前記圧力制御部材との間に延在している、請求項７記載のサージ抑制装置。
【請求項９】
前記空気チャンバに流体接続された逆止弁を更に備え、
前記逆止弁は、前記空気チャンバから空気を排出できるように構成されており、且つ、前記空気チャンバからの液体の排出を防止するように構成されている、請求項８記載のサージ抑制装置。
【請求項１０】
前記空気ハウジングに取付けられ、前記増力部材の第１の側に配置された第１圧力制御弁と、
前記空気ハウジングに取付けられ、前記増力部材の第２の側に配置された第２圧力制御弁と、を更に備え、
前記第１圧力制御弁は、開状態と閉状態との間で作動されるように構成されており、前記開状態において、前記第１圧力制御部材は、前記第１チャンバと作動流体源とを流体接続し、前記閉状態において、前記第１圧力制御部材は、前記第１チャンバと前記作動流体源とを流体的に分離し、
前記第２圧力制御弁は、開状態と閉状態との間で作動されるように構成されており、前記開状態において、前記第２圧力制御部材は、前記第１チャンバからの流体経路を開放して前記第１チャンバから作動流体を排出し、前記閉状態において、前記第２圧力制御部材は、前記流体経路を閉鎖する、請求項１記載のサージ抑制装置。
【請求項１１】
前記空気ハウジングは、上部ハウジングと下部ハウジングとを含み、前記上部ハウジングは、少なくとも部分的に前記第１チャンバを画定しており、
前記増力部材及び前記下部ハウジングは、第２チャンバを画定しており、
前記第１圧力制御弁は、前記上部ハウジングに取付けられており、
前記第２圧力制御弁は、前記下部ハウジングに取付けられている、請求項１０記載のサージ抑制装置。
【請求項１２】
前記第２圧力制御弁は、前記作動流体を前記下部チャンバに排出するように構成されており、
前記下部チャンバは、大気に流体接続されており、前記作動流体を大気中に排出する、請求項１１記載のサージ抑制装置。
【請求項１３】
前記シャフトの周囲に配置されたシールを更に備え、
前記シールは、前記空気ハウジングの下部チャンバと、前記圧力制御部材によって少なくとも部分的に画定された空気チャンバとの間を、前記シャフトの周囲を通って流体が流れることを防止する、請求項１記載のサージ抑制装置。
【請求項１４】
流体入口、流体出口、及びプロセス流体チャンバを含む抑制装置ハウジングと、
前記抑制装置ハウジングに取付けられた空気ハウジングと、
前記空気ハウジングと前記抑制装置ハウジングとの間に延在している抑制機構と、
前記空気ハウジングに接続された作動流体源と、を備え、
前記抑制機構は、
前記空気ハウジング内に配置され、前記空気ハウジングを第１チャンバ及び第２チャンバに分割する増力部材と、
前記空気ハウジングと前記抑制装置ハウジングとの間で固定され、空気チャンバと前記プロセス流体チャンバとを流体的に分離する圧力制御部材と、
前記増力部材と前記圧力制御部材との間に延在し、且つ前記増力部材と前記圧力制御部材とを接続するシャフトであって、前記空気チャンバと前記第２チャンバとの間に配置された壁部を貫通して延びるシャフトと、を含み、
前記作動流体源は、前記空気ハウジングにおける前記第１チャンバに作動流体を供給するように構成されており、これにより前記第１チャンバを加圧し、
前記作動流体は、前記圧力制御部材を、前記増力部材及び前記シャフトを介して、前記プロセス流体チャンバ内に付勢するように構成されている、流体システム。
【請求項１５】
前記空気ハウジングに取付けられ、前記第１チャンバ内に少なくとも部分的に延在している第１圧力制御弁と、
前記空気ハウジングに取付けられ、前記第２チャンバ内に少なくとも部分的に延在している第２圧力制御弁と、を更に備え、
前記第１圧力制御弁は、開状態と閉状態との間で作動可能であり、前記開状態において、前記第１圧力制御弁は、前記作動流体源と前記第１チャンバとを流体接続し、前記閉状態において、前記第１圧力制御弁は、前記作動流体源と前記第１チャンバとを流体的に分離し、
前記第２圧力制御弁は、開状態と閉状態との間で作動可能であり、前記開状態において、前記第２圧力制御弁は、前記第１チャンバと前記第２チャンバとを流体接続し、前記閉状態において、前記第２圧力制御弁は、前記第１チャンバと前記第２チャンバとを流体的に分離する、請求項１４記載の流体システム。
【請求項１６】
前記増力部材はピストンを含み、前記圧力制御部材はダイヤフラムを含む、請求項１４記載の流体システム。
【請求項１７】
前記増力部材は第１の有効面積を有し、前記圧力制御部材は第２の有効面積を有し、前記第１の有効面積は前記第２の有効面積よりも大きい、請求項１４記載の流体システム。
【請求項１８】
サージ抑制装置の増力部材における第１の側に第１圧力制御弁を接触させ、これにより、前記第１圧力制御弁を第１開状態に移動させる工程と、
前記第１圧力制御弁を前記第１開状態にし、前記第１圧力制御弁を通じて、空気ハウジングの上部チャンバ内に作動流体を流入させる工程であって、前記作動流体が前記上部チャンバ内の充填圧力を増加させる工程と、
前記増力部材における第２の側に第２圧力制御弁を接触させ、これにより、前記第２圧力制御弁を第２開状態に移動させる工程と、
前記第２圧力制御弁を前記第２開状態にし、前記第２圧力制御弁を通じて、前記上部チャンバから作動流体を排出させる工程であって、前記上部チャンバ内の前記充填圧力を減少させる工程と、を備え、
前記増力部材は、前記増力部材と圧力制御部材との間に延在するシャフトによって、前記サージ抑制装置の前記圧力制御部材に接続されており、
前記圧力制御部材は、プロセス流体が流れる流体チャンバを少なくとも部分的に画定し、且つ、前記プロセス流体における振動を減衰するように構成されている、方法。
【請求項１９】
前記上部チャンバ内に作動流体を流入させる工程は、空気圧縮機によって空気を加圧する工程と、前記第１圧力制御弁を通じて前記上部チャンバ内に前記圧縮空気を流入させる工程とを含み、前記圧縮空気が前記作動流体である、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記増力部材の前記第１の側に前記第１圧力制御弁を接触させる工程は、
前記第１圧力制御弁を形成するポペット弁のステムを、前記増力部材を形成するピストンの頂部側に接触させる工程と、
前記頂部側とともに上方に前記ステムを押し上げ、前記第１圧力制御弁を前記第１開状態に移動させる工程と、を含む、請求項１８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は２０１８年５月２５日に出願された「空気圧式サージ抑制装置」という名称の米国仮出願第６２／６７６４１３号の優先権を主張し、その開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本開示は、概して、流体移動に関する。より具体的には、本開示は、流体ポンプおよび振動減衰に関する。
【０００３】
サージ抑制装置は、多くの産業において、流体処理システムにおける圧力変動および圧力スパイクを減衰させるのを助けるために使用されている。塗料循環システムにおいて、サージ抑制装置は、ポンプストロークを切り換える間に往復ポンプの出力によって生じる圧力脈動を減衰させるために使用される。
【０００４】
空気圧式サージ抑制装置は、典型的には、圧縮空気等の作動流体と塗料等のプロセス流体との間に配置されたダイヤフラムを含んでおり、作動流体は当該ダイヤフラムの一方の側にあり、プロセス流体はダイヤフラムの他方の側にある。設計は、本質的には、空気圧をダイヤフラムの他方の側の流体圧力の約７５〜１００％とすることを要求する。多くの塗装システムは、高圧で作動する。その結果、抑制装置は、店舗で入手しやすく、工業的設定においてよく見られる空気圧より高い空気圧で充填されなければならず、それは通常、平方インチあたり約１００ポンド(ｐｓｉ)(０．７ＭＰａ）である。このことは、オペレータに、特別な高圧空気タンク又は高圧窒素タンクを用いた抑制装置の充填を要求するととともに、増大するコスト、時間、及び労力を必要とする。システムの中には、空気圧増幅器を含むものもあり、当該空気圧増幅器は、空気をさらに圧縮して、空気圧式サージ抑制装置に供給される作動流体の圧力を増大させる、空気圧で駆動する装置である。空気圧増幅器は、サージ抑制装置の空気入口部の内部に配管され得る。空気圧増幅器は費用がかかることがあり、長期に亘る信頼性に問題を有することがある。
【０００５】
サージ抑制装置内の空気圧は、通常、手動で設定、維持される。これには、僅かな漏れとシステム流体圧力の変化を考慮に入れるための常時監視と調整が必要である。サージ抑制装置の中には、圧力を自動調整し且つダイヤフラムを中心に保持しようとして、空気を加えたり放出したりするスプール弁を組み込んだものがある。自動調整システムのバルブには、チャタリング及び漏れが発生しやすく、定期的に自己調整を行う必要がある。
【０００６】
ダイヤフラムは、プロセス流体と作動流体との間の境界を提供する。ダイヤフラムが破裂すると、相互汚染および漏れが起こり得る。サージ抑制装置の内部構成要素は塗料で汚染される可能性があり、ユーザはサージ抑制装置の様々な構成要素を分解し、洗浄する必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様によれば、サージ抑制装置は、圧力制御部材と、空気ハウジング内に配置された増力部材と、増力部材と圧力制御部材との間に延在し、且つ増力部材と圧力制御部材とを接続するシャフトと、を含む。増力部材は、空気ハウジング内において少なくとも部分的に第１チャンバを画定し、第１チャンバは作動流体によって加圧されるように構成されており、これにより、増力部材及びシャフトを介して圧力制御部材を第１の方向に付勢する。
【０００８】
本開示の別の態様によれば、流体システムは、流体入口、流体出口、及びプロセス流体チャンバを含む抑制装置ハウジングと、抑制装置ハウジングに取付けられた空気ハウジングと、記空気ハウジングと抑制装置ハウジングとの間に延在している抑制機構と、空気ハウジングに接続され、空気ハウジングにおける第１チャンバに作動流体を供給し、前記第１チャンバを加圧するように構成された作動流体源と、を備える。抑制機構は、空気ハウジング内に配置され、空気ハウジングを第１チャンバ及び第２チャンバに分割する増力部材と、空気ハウジングと抑制装置ハウジングとの間に固定され、空気チャンバとプロセス流体チャンバを流体的に分離する圧力制御部材と、増力部材と圧力制御部材との間に延在し、且つ増力部材と圧力制御部材とを接続するシャフトであって、空気チャンバと第２チャンバとの間に配置された壁部を貫通して延びるシャフトと、を含む。作動流体は、圧力制御部材を、増力部材及びシャフトを介して、プロセス流体チャンバ内に付勢するように構成されている。
【０００９】
本開示のさらに別の態様によれば、方法は、サージ抑制装置の増力部材における第１の側に第１圧力制御弁を接触させ、これにより、第１圧力制御弁を第１開状態に移動させる工程と、第１圧力制御弁を第１開状態にし、第１圧力制御弁を通じて、空気ハウジングの上部チャンバ内に作動流体を流入させる工程であって、作動流体が、上部チャンバ内の充填圧力を増加させる工程と、増力部材における第２の側に第２圧力制御弁を接触させ、これにより、第２圧力制御弁を第２開状態に移動させる工程と、第２圧力制御弁を第２開状態にし、第２圧力制御弁を通じて、上部チャンバから作動流体を排出させる工程であって、上部チャンバ内の充填圧力を減少させる工程と、を備え、増力部材は、当該増力部材と圧力制御部材との間に延在するシャフトによって、サージ抑制装置の圧力制御部材に接続されており、圧力制御部材は、プロセス流体が流れる流体チャンバを少なくとも部分的に画定し、且つ、プロセス流体における振動を減衰するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ポンピングシステムの概略ブロック図である。
【図２Ａ】サージ抑制装置の第１断面図である。
【図２Ｂ】サージ抑制装置の第２断面図である。
【図３】サージ抑制装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、流体処理システム１０の概略ブロック図である。流体処理システム１０は、容器１２、ポンプ１４、流体ライン１６、サージ抑制装置１８、出口部２０、および作動流体源２２を含む。サージ抑制装置１８は、空気ハウジング２４、プロセスハウジング２６、抑制機構２８、作動流体チャンバ３０、およびプロセス流体チャンバ３２を含む。抑制機構２８は、増力部材３４、シャフト３６、および圧力制御部材３８を含む。
【００１２】
流体処理システム１０は、プロセス流体を出口部２０に所定圧力下で供給するように構成されている。いくつかの例では、プロセス流体は塗料であり、これにより、流体処理システム１０は塗料処理システムとなる。いくつかの例では、プロセス流体は潤滑剤であり、これにより、流体処理システム１０は潤滑剤処理システムとなる。いくつかの例では、プロセス流体は、他の選択肢の中でも特に、油、クーラント、ワッシャ流体、および伝達流体のような自動車用の流体である。このように、流体処理システム１０は、自動車用流体処理システムとすることができる。しかしながら、流体は、任意の所望のタイプであり得ることが理解される。
【００１３】
ポンプ１４は、流体ライン１６を通じて容器１２から出口部２０へプロセス流体を送り込む。ポンプ１４は、任意の所望のタイプのポンプとすることができる。例えば、ポンプ１４は、容積型ポンプ、蠕動型ポンプ、回転ベーンポンプ、回転子−固定子ポンプ、または任意の他の所望のポンプであり得る。ポンプ１４は、ピストン、プランジャー、ダイヤフラム、または任意の他の所望のポンピング機構を含むことができる。いくつかの例では、ポンプ１４は、約３００ｐｓｉ(約２．１ＭＰａ）までの高圧を発生することができる。しかしながら、サージ抑制装置１８は、振動減衰が望まれる任意の流体処理システム１０内に配置することができると理解される。例えば、プロセス流体圧力は、流体噴霧用途において、数千ｐｓｉを超える、場合によっては３，０００ｐｓｉ(約２１ＭＰａ）に至ることができる。
【００１４】
出口部２０は、プロセス流体を出力するように構成される。いくつかの例では、出口部２０は噴霧器であり、これにより、流体処理システム１０は流体噴霧システムとなる。一例では、流体処理システム１０が塗料噴霧システムである。いくつかの例では、出口部２０は分配器である。一例において、流体処理システム１０は、潤滑剤分配システムである。いくつかの例では、流体処理システム１０は自動車用流体分配システムである。出口部２０は容器１２から流体を受け取り、その流体を出力するのに適した任意のタイプのものとし得ることを理解されたい。
【００１５】
サージ抑制装置１８は、流体ライン１６に配置されている。空気ハウジング２４はプロセスハウジング２６に取り付けられている。流体ライン１６は、プロセスハウジング２６に接続されており、これにより、プロセスハウジング２６内に配置されたプロセス流体チャンバ３２に流体を供給する。流体ライン１６は、プロセスハウジング２６から出口部２０へ下流側に延びている。サージ抑制装置１８内には、抑制機構２８が配置されている。増力部材３４は、空気ハウジング２４内に配置されており、作動流体チャンバ３０を少なくとも部分的に画定している。圧力制御部材３８は、プロセスハウジング２６内に配置されており、プロセス流体チャンバ３２を少なくとも部分的に画定している。シャフト３６は、増力部材３４と圧力制御部材３８との間に延びており、これらを連結している。いくつかの例では、増力部材３４はピストンであってよく、圧力制御部材３８はダイヤフラムであってよい。いくつかの例では、増力部材３４がダイヤフラムであってよく、圧力制御部材３８がピストンであってもよい。他の例では、増力部材３４および圧力制御部材３８の両方がピストンおよびダイヤフラムの一方と同じものであってもよい。
【００１６】
作動流体源２２は、サージ抑制装置１８に接続されており、サージ抑制装置１８の作動流体チャンバ３０に作動流体を提供する。作動流体は、充填圧力に至るまでサージ抑制装置１８を満たす。いくつかの例では、作動流体源２２は空気圧縮機であり、これにより、作動流体は圧縮空気となる。例えば、作動流体源２２は、機械又は自動車工場における空気圧縮機とすることができる。しかしながら、作動流体は、圧縮空気または別の加圧ガスのような作動流体チャンバ３０を加圧するために適切に構成された任意のタイプのものでもよいと理解される。例えば、作動流体は窒素とすることができる。圧縮ガスは、増力部材３４を下方に押し上げるために必要なエネルギーを蓄えている。
【００１７】
サージ抑制装置１８は、出口部２０に送り出されるプロセス流体における圧力変動および圧力スパイクを減衰するように構成されている。充填圧力およびプロセス流体圧力は、プロセス流体がプロセス流体チャンバ３２を通って流れるときに、抑制機構２８を用いて力平衡を生成する。いくつかの例では、増力部材３４は、圧力制御部材３８よりも大きな有効面積を有することができ、これは、作動流体によって作用される領域であるとともに、当該増力部材の変位をもたらす領域である。増力部材３４の有効面積が圧力制御部材３８の有効面積よりも大きいことは増力効果を提供し、このような増力効果により、抑制機構２８は、当該抑制機構２８に作用する作動流体の力よりも大きな力をプロセス流体に与える。したがって、作動流体圧力によって生成された力は抑制機構２８を介して増幅され、それによってユーザは、高圧プロセス流体と低圧作動流体との間で振動を減衰させることができる。
【００１８】
例えば、ユーザは、１００ｐｓｉの作動流体圧力を生成することができる作動流体源２２を用いて、約３００ｐｓｉの圧力を有するプロセス流体における振動を減衰させることができる。このような振動を効果的に減衰するために、ユーザは、圧力制御部材３８の有効面積の３倍の有効面積を有する増力部材３４を含む抑制機構２８を利用することができる。増力部材３４は圧力制御部材３８の有効面積の約３倍の有効面積を有するので、圧力制御部材３８によってプロセス流体に加えられる力は、作動流体によって増力部材３４に加えられる力の３倍になる。
【００１９】
これにより、抑制機構２８は、増力部材３４に作用する作動流体圧力と、圧力制御部材３８によってプロセス流体に加えられた圧力との間において力増幅を提供する。それにより、ユーザは、ポンプ１４によって出力されたプロセス流体圧力よりも低い圧力を提供し得る作動流体源２２を含むサージ抑制装置１８を利用することができる。このように、サージ抑制装置１８は低コストの圧力増幅器を提供し、既存の流体処理システムに容易に組み込むことができる。さらに、サージ抑制装置１８は、増力部材３４および圧力制御部材３８の有効面積に基づいて、作動流体とプロセス流体との間に任意の所望の圧力比を提供するように構成し得る。
【００２０】
図２Ａは、サージ抑制装置１１８の第１断面図である。図２Ｂは、サージ抑制装置１１８の第２断面図である。図２Ａおよび図２Ｂは、一緒に説明される。サージ抑制装置１１８は、空気ハウジング１２４、プロセスハウジング１２６、抑制機構１２８、圧力制御弁１４０ａ、１４０ｂ（図２Ａ）、逆止弁１４２（図２Ｂ）、シャフトシール１４４、ベアリング１４６、および排出マフラ１４８（図２Ａ）を含む。抑制機構１２８は、増力部材１３４、シャフト１３６、および圧力制御部材１３８を含む。空気ハウジング１２４は、上部ハウジング１５０および下部ハウジング１５２を含む。増力部材１３４は、第１側部１５４、第２側部１５６、ピストン１５８、およびピストンシール１６０を含む。ピストン１５８は周縁部１６２を含む。シャフト１３６は、フランジ１６４、上部ボア１６６、および下部ボア１６８を含む。圧力制御部材１３８は、ダイヤフラム１７０、第１プレート１７２、および第２プレート１７３を含む。上部ハウジング１５０は、作動流体入口１７４（図２Ａ）および弁孔１７６ａ（図２Ａ）を含む。下部ハウジング１５２は、弁孔１７６ｂ（図２Ａ）、チャンバ壁１７８、下部壁１８０、排出部入口１８２（図２Ａ）、排出経路１８４（図２Ａ）、排出口１８６（図２Ａ）、チェックベント１８８（図２Ｂ）、および水平面１８９（図２Ａ）を含む。チャンバ壁１７８は、上端１９０および下端１９２を含む。下部壁１８０は、シャフト孔１９４を含む。プロセスハウジング１２６は、流体入口１９６および流体出口１９８（図２Ａ）を含む。圧力制御弁１４０ａ、１４０ｂは、それぞれ、弁ハウジング２００ａ、２００ｂ、弁部材２０２ａ、２０２ｂ、弁座２０４ａ、２０４ｂ、ステム２０６ａ、２０６ｂ、第１ばね２０８ａ、２０８ｂ、および第２ばね２１０ａ、２１０ｂを含む。逆止弁１４２は、チェックライン２１２、チェック部材２１４、およびフロート２１６を含む。
【００２１】
空気ハウジング１２４はプロセスハウジング１２６に取り付けられている。具体的には、空気ハウジング１２４の下部ハウジング１５２が、プロセスハウジング１２６に取り付けられている。ダイヤフラム１７０の周縁エッジは、下部ハウジング１５２とプロセスハウジング１２６との間に保持されている。プロセス流体チャンバ１３２は、圧力制御部材１３８とプロセスハウジング１２６とによって画定されている。動作中、プロセス流体は、流体入口１９６を通じてサージ抑制装置１１８に流入し、プロセス流体チャンバ１３２を通じて流れ、流体出口１９８を通じてサージ抑制装置１１８から流出する。空気チャンバ１３３は、圧力制御部材１３８と下部ハウジング１５２との間に配置される。
【００２２】
上部ハウジング１５０は下部ハウジング１５２に取り付けられている。空気ハウジング１２４は別個のハウジング部品から形成されるように示されているが、空気ハウジング１２４は一体の部品として形成され得ることが理解される。増力部材１３４は空気ハウジング１２４内に配置されており、空気ハウジング１２４を上部チャンバ１３０及び下部チャンバ１３１に分離する。上部チャンバ１３０は、少なくとも部分的に、増力部材１３４の第１側部１５４及び上部ハウジング１５０によって画定されている。下部チャンバ１３１は、少なくとも部分的に、増力部材１３４の第２側部１５６及び下部ハウジング１５２によって画定されている。上部チャンバ１３０および下部チャンバ１３１は、サージ抑制装置１１８の動作中に容積の増減を行う。図示の例では、増力部材１３４は、空気ハウジング１２４内を往復運動するように構成されたピストン１５８を含む。ピストンシール１６０は、ピストン１５８の周縁部１６２の周りに配置されている。ピストンシール１６０は、ピストンが空気ハウジング１２４内を往復運動するときにチャンバ壁１７８と係合する。
【００２３】
チャンバ壁１７８は、下部ハウジング１５２内に下部チャンバ１３１を部分的に画定する。ピストンシール１６０は、チャンバ壁１７８と係合し、これにより、上部チャンバ１３０と下部チャンバ１３１との間にシールを形成する。チャンバ壁１７８は、チャンバ壁１７８の上端１９０において第１直径Ｄ１を有する。チャンバ壁１７８は、チャンバ壁１７８の下端１９２に第２直径Ｄ２を有する。いくつかの例では、第２直径Ｄ２は第１直径Ｄ１よりも大きい。このようにして、チャンバ壁１７８は、上端１９０と下端１９２との間において傾斜している。
【００２４】
ピストンシール１６０は、周縁部１６２の周りに配置されるとともに、かつピストン１５８の周囲に延在する溝内に配置される。ピストンシール１６０は付勢されており、これにより、ピストン１５８の往復運動中にチャンバ壁１７８の直径が変化するとき、チャンバ壁１７８との係合を維持するように、ピストンシール１６０が溝内で膨張および収縮する。ピストン１５８の直径が変化することにより、往復運動中にピストン１５８の可変有効面積が効果的に生成される。ピストン１５８が下方に移動すると、ピストン１５８の有効面積が増加する。ピストン１５８が上方に移動すると、ピストン１５８の有効面積は減少する。増力部材１３４の有効面積が変わると、抑制機構１２８を用いた力の増幅が変化する。当該変化する有効面積は、動作中、圧力制御弁１４０ａ、１４０ｂの間の浮動位置にピストン１５８を保持することを補助する。変化する有効面積は、ピストン１５８の移動による上部チャンバ１３０内の空気圧の変動の主要因となる。ピストン１５８が下方に移動すると、上部チャンバ１３０の膨張により、上部チャンバ１３０内の空気圧が低下する。ピストン１５８の有効面積が増加することから、ピストン１５８とダイヤフラム１７０との有効面積の間での比が増加し、これにより、上部チャンバ１３０の膨張による圧力低下を補償する。ピストン１５８が上方に移動すると、上部チャンバ１３０の容積の減少により、上部チャンバ１３０内の圧力は増加する。ピストン１５８の有効面積が減少することから、ピストン１５８とダイヤフラム１７０との有効面積の間での比が減少し、これにより、上部チャンバ１３０の容積の減少による圧力増加を補償する。このように、ピストン１５８は圧力制御弁１４０ａ、１４０ｂを作動させて、それぞれの開状態の使用頻度を低くし、それによって、チャタリングを防止し、作動中に利用される作動流体の体積を減少させる。
【００２５】
弁孔１７６ａは、上部ハウジング１５０内に延びている。圧力制御弁１４０ａは、弁孔１７６ａ内に配置される。図示の例では、弁ハウジング２００ａが弁孔１７６ａ内に固定されており、これにより、圧力制御弁１４０ａが上部ハウジング１５０に取り付けられる。弁ハウジング２００ａは任意の適切な方法、例えば、相互のねじ切りによって、または圧入によって、弁孔１７６ａ内に固定することができる。作動流体入口１７４は、上部ハウジング１５０内に延在し、弁孔１７６ａと流体連通している。作動流体入口１７４は、作動流体源２２（図１）などの作動流体源に接続しており、作動流体をサージ抑制装置１１８に供給するように構成されている。例えば、作動流体入口１７４は、作動流体が圧縮空気である場合、空気圧縮機から延びるホースを受け入れることができる。圧力制御弁１４０ａは、増力部材１３４によって開放されるように構成された常閉弁である。圧力制御弁１４０ａは、閉状態にあるとき、作動流体入口１７４と上部チャンバ１３０との間の流体流路を閉じ、それによって作動流体が上部チャンバ１３０に流入することを阻止する。圧力制御弁１４０ａは、開状態にあるとき、作動流体入口１７４と上部チャンバ１３０との間の流体流路を開き、それによって作動流体が上部チャンバ１３０に流入することを可能にする。図示の例では、圧力制御弁１４０ａはポペット弁である。しかしながら、圧力制御弁１４０ａは、当該圧力制御弁１４０ａを跨ぐ作動流体の流れを制御するための任意の所望の構成とし得ることが理解される。
【００２６】
弁孔１７６ｂは、下部ハウジング１５２内に延びている。圧力制御弁１４０ｂは、弁孔１７６ｂ内に配置されている。図示の例では、弁ハウジング２００ｂが弁孔１７６ｂ内に固定されており、これにより、圧力制御弁１４０ｂが下部ハウジング１５２に取り付けられる。弁ハウジング２００ｂは任意の適切な方法、例えば、相互のねじ切りによって、または圧入によって、弁孔１７６ｂ内に固定することができる。圧力制御弁１４０ｂは、増力部材１３４によって開放されるように構成された常閉弁である。圧力制御弁１４０ｂは、閉状態にあるときに、上部チャンバ１３０と下部チャンバ１３１との間の流体流路を閉じ、それによって、作動流体が上部チャンバ１３０から下部チャンバ１３１に放出することを阻止する。圧力制御弁１４０ｂは、開状態にあるときに、上部チャンバ１３０と下部チャンバ１３１との間の流体流路を開き、それによって、作動流体を上部チャンバ１３０から下部チャンバ１３１へ放出する。図示の例では、圧力制御弁１４０ｂはポペット弁である。しかしながら、圧力制御弁１４０ｂは、圧力制御弁１４０ｂを跨ぐ作動流体の流れを制御するための任意の所望の構成とし得ることが理解される。
【００２７】
排出部入口１８２は、下部ハウジング１５２の水平面１８９を通じて延在する。排出経路１８４は、排出部入口１８２と弁孔１７６ｂとの間を、下部ハウジング１５２を通って延びている。排出経路１８４は、上部チャンバ１３０から圧力制御弁１４０ｂへの流路を提供し、上部チャンバ１３０から下部チャンバ１３１への作動流体の排出を容易にする。排出口１８６は、下部ハウジング１５２を通じて、下部ハウジング１５２の外側と下部チャンバ１３１との間に延びている。排出口１８６には排出マフラ１４８が取り付けられている。圧力制御弁１４０ｂを介して下部チャンバ１３１に放出された作動流体は、排出口１８６および排出マフラ１４８を介して大気中に排出され得る。作動流体は大気中に排出されるものとして説明されているが、作動流体は、当該作動流体を受け入れるのに適した任意の場所に排出してもよいことを理解されたい。例えば、作動流体が油圧流体または別の液体である場合、作動流体は、当該作動流体を受け入れるのに適した容器に排出され得る。
【００２８】
各圧力制御弁１４０ａ、１４０ｂについて、弁ハウジング２００ａ、２００ｂはそれぞれ弁孔１７６ａ、１７６ｂに取り付けられている。弁部材２０２ａ、２０２ｂは、弁ハウジング２００ａ、２００ｂ内に配置されている。弁部材２０２ａ、２０２ｂは、圧力制御弁１４０ａ、１４０ｂを通る流れを防止するために弁座２０４ａ、２０４ｂと係合し、圧力制御弁１４０ａ、１４０ｂを通る流れを可能にするために弁座２０４ａ、２０４ｂから離脱する。ステム２０６ａ、２０６ｂは、それぞれ、弁部材２０２ａ、２０２ｂから上部チャンバ１３０および下部チャンバ１３１内に延びている。第１ばね２０８ａ、２０８ｂはそれぞれ、ステム２０６ａ、２０６ｂと弁部材２０２ａ、２０２ｂとの間に配置されている。第２ばね２１０ａ、２１０ｂはそれぞれ、弁ハウジング２００ａ、２００ｂ内に配置されており、弁座２０４ａ、２０４ｂと係合する方向に弁部材２０２ａ、２０２ｂを付勢するように構成されている。
【００２９】
圧力制御部材１３８は、プロセス流体チャンバ１３２と隣接しており、当該プロセス流体チャンバ１３２を少なくとも部分的に画定する。圧力制御部材１３８は、プロセス流体チャンバ１３２を通って流れるプロセス流体によって上下動するように構成される。抑制機構１２８は、圧力制御部材１３８を介してプロセス流体チャンバ１３２を流れるプロセス流体に圧縮力を及ぼす。当該圧縮力は、作動流体が増力部材１３４を介して抑制機構１２８を下方に押し込むことによって生成される。抑制機構１２８によって加えられる力は、プロセス流体内の圧力スパイクに対抗し、それによって、プロセス流体内の振動を減衰する。
【００３０】
圧力制御部材１３８はまた、プロセス流体チャンバ１３２とは反対の圧力制御部材１３８の側において空気チャンバ１３３に隣接しており、当該空気チャンバ１３３を少なくとも部分的に画定する。圧力制御部材１３８は、空気チャンバ１３３とプロセス流体チャンバ１３２とを流体的に隔離する。
【００３１】
シャフト１３６は、増力部材１３４と圧力制御部材１３８との間に延在しており、これらを接続する。フランジナット２１８は、ピストン１５８を通って延びている。フランジナット２１８の一部は、シャフト１３６の上部ボア１６６内に固定されている。例えば、フランジナット２１８は、上部ボア１６６内の雌ネジと結合する雄ネジを含むことができる。ピストン１５８は、フランジナット２１８とシャフト１３６のフランジ１６４との間に固定される。シャフト１３６は、ピストン１５８から、下部ハウジング１５２の下部壁１８０内のシャフト孔１９４を通って延在する。シャフトシール１４４は、シャフト孔１９４内に配置され、シャフト１３６の周囲を延在している。シャフトシール１４４は、シャフト１３６と下部ハウジング１５２との間に流体シールを生成し、これにより、下部チャンバ１３１と空気チャンバ１３３との間での流体漏洩を防止する。ベアリング１４６は、シャフト孔１９４内に配置され、シャフト１３６が往復運動するときにシャフト１３６を支持する。例えば、ベアリング１４６は、リニアベアリングであってもよい。
【００３２】
図示の例では、圧力制御部材１３８は、ダイヤフラム組立体である。第１プレート１７２は、ダイヤフラム１７０の背面側に配置され、シャフト１３６からの力をダイヤフラムの広い領域にわたって分配することができる。第２プレート１７３は、ダイヤフラム１７０内にオーバーモールドされる。止めネジ２２０は、シャフト１３６の下部ボア１６８内に延びており、圧力制御部材１３８をシャフト１３６に固定する。止めねじ２２０は、圧力制御部材１３８およびシャフト１３６の各々に、任意の所望の様式（例えば、相互のねじ切り、圧入、またはこれらの組み合わせ）で接続され得る。いくつかの例では、止めねじ２２０は、ダイヤフラム１７０と一体である。例えば、止めネジ２２０は、ダイヤフラム１７０にオーバーモールドされ得る。
【００３３】
チェックベント１８８は、下部ハウジング１５２を通って延びており、空気チャンバ１３３に流体接続されている。チェックライン２１２は、下部ハウジング１５２に取り付けられ、そこから延びている。逆止弁１４２はチェックライン２１２に取り付けられている。チェックライン２１２は、空気チャンバ１３３と逆止弁１４２との間の流路を提供する。逆止弁１４２のチェック部材２１４は通常閉じているが、チェックライン２１２内の圧力によりチェック部材２１４が開位置に移動し、これにより、空気チャンバ１３３から外部への流れを可能にする。例えば、チェック部材２１４は、ばねによって閉状態に向かって付勢されたボールを含むことができる。フロート２１６は、チェック部材２１４の上方に配置されている。フロート２１６は、図示の例では液体上に浮遊するように構成された中空ボールである。
【００３４】
逆止弁１４２は、空気チャンバ１３３から空気を排出することを可能にするが、流体の漏出は防止する。作動中、空気は、チェックベント１８８、チェックライン２１２、およびチェック部材２１４を通じて、空気チャンバ１３３から排出することができる。空気圧によりチェック部材２１４が開放し、それによって、空気チャンバ１３３内の任意の圧力を解放することができる。空気はフロート２１６の傍を通過し、逆止弁１４２から出る。プロセス流体チャンバ１３２と空気チャンバ１３３との間に漏れが発生した場合、漏洩した流体は、チェックベント１８８及びチェックライン２１２を通じてチェック部材２１４に流れることができる。漏洩する流体の圧力により、チェック部材２１４は開放され得る。しかしながら、フロート２１６は逆止弁１４２のハウジング内の流体に接して上昇し、逆止弁１４２内においてフロート２１６の上方に配置されたシートと係合する。これにより、フロート２１６は、逆止弁１４２から外部への流体経路をシールして、流体の漏出を防止する。それによって、逆止弁１４２は、流体の漏れを防止しながら空気の放出を可能にする。空気チャンバ１３３内への流体の漏洩の場合、シャフトシール１４４が、シャフト１３６の周囲および下部チャンバ１３１内への流体の漏洩を防止する。このように、シャフトシール１４４は、作動流体が流れる通路の、プロセス流体による汚染を防止する。
【００３５】
サージ抑制装置１１８は、作動流体の圧力によって生成される力とプロセス流体に働く力との間において力の増幅を提供することができる。そのように、サージ抑制装置１１８は、十分に高い圧力の作動流体が入手できない場合に、より高い圧力のプロセス流体での振動を効果的に減衰させることができる。増力部材１３４は第１有効面積を有し、圧力制御部材１３８は第２有効面積を有し得る。有効面積の間の比は、力の増幅を提供する。例えば、第１有効面積が第２有効面積よりも大きい場合、抑制機構１２８は、増力部材１３４と圧力制御部材１３８との間において力の増幅を提供する。増力部材１３４の有効面積が大きいということは、プロセス流体との力平衡を維持しつつ、より低い充填圧力を利用できることを意味する。したがって、より低い作動流体圧力を利用して、振動減衰を提供することができる。
【００３６】
自動車工場は、１００ｐｓｉまでの作動流体圧力を提供することができる。第１有効面積と第２有効面積との間の適切な比は、用途のための所望のプロセス流体圧力に基づいて選択することができる。例えば、所望のプロセス流体圧力は３００ｐｓｉとすることができる。プロセス流体内の振動を効果的に減衰させるために、サージ抑制装置１１８は、圧力制御部材１３８を介してプロセス流体に約３００ｐｓｉを作用させる必要がある。第１有効面積と第２有効面積との間に３：１の比を有する抑制機構１２８を利用することにより、ユーザは、３００ｐｓｉのプロセス流体中の振動を１００ｐｓｉの作動流体で効果的に減衰させることができる。いくつかのシステムでは、ユーザは、空気ハウジング１２４とピストン１５８を変更し、特定の流体処理の必要性に合わせて有効面積間の比を増減させることができる。
【００３７】
動作中、プロセス流体は、プロセス流体チャンバ１３２を通じて、流体入口１９６から流体出口１９８まで流れる。抑制機構１２８は、プロセス流体内のあらゆる振動を減衰させるように構成される。上部チャンバ１３０の作動流体は、増力部材１３４の第１側部に作用し、抑制機構１２８に下方へ向かう圧力をかける。この力は、シャフト１３６を介して圧力制御部材１３８に伝達される。圧力制御部材１３８によってプロセス流体に加えられた力は、プロセス流体内のあらゆる圧力スパイクおよび振動を減衰させる。効果的な減衰を提供するために、圧力制御部材１３８によってプロセス流体に加えられる力は、プロセス流体圧力によって抑制機構１２８に加えられる上向きの力とほぼ等しく維持される。抑制機構１２８の各側部にかかる力（例えば、作動流体によって加えられる下向きの力と、プロセス流体によって加えられる上向きの力）が均衡することにより、ピストン１５８は、圧力制御弁１４０ａ、１４０ｂの中間で空気ハウジング１２４内に浮遊する。
【００３８】
プロセス流体圧力および作動流体圧力の変動は、作動中に発生する可能性がある。サージ抑制装置１１８は、上部チャンバ１３０内の作動流体の充填圧力を増減させることによって、圧力差に自動的に適応し、当該圧力差を調整するように構成される。
【００３９】
作動流体は、作動流体入口１７４および圧力制御弁１４０ａを通じて上部チャンバ１３０に提供される。作動流体は、上部チャンバ１３０を所定の充填圧力まで満たす。充填圧力は、増力部材１３４の第１側部１５４に作用して、抑制機構１２８を下方に付勢する。プロセス流体圧力は、圧力制御部材１３８に作用して、抑制機構１２８を上方に付勢する。圧力が均衡すると、圧力制御弁１４０ａ、１４０ｂはそれぞれの閉状態を維持しつつ、ピストン１５８は圧力制御弁１４０ａ、１４０ｂの間を浮遊する。
【００４０】
抑制機構１２８に作用する上向きの力が抑制機構１２８に作用する下向きの力を超えると、ピストン１５８は空気ハウジング１２４内で上昇する。ピストン１５８は、第１側部１５４が圧力制御弁１４０ａに到達し、当該圧力制御弁１４０ａを開状態に駆動するまで、空気ハウジング１２４内で上昇し続ける。
【００４１】
第１側部１５４は、最初にステム２０６ａに接触し、ステム２０６ａを上方に駆動する。ステム２０６ａは上方に移動し、ステム２０６ａと弁部材２０２ａとの間で第１ばね２０８ａを圧縮する。第１ばね２０８ａは、弁部材２０２ａを上方に押し上げ、弁部材２０２ａの下流側に第１の力を及ぼす。第２ばね２１０ａおよび圧力制御弁１４０ａの上流側の作動流体圧力は、作動流体入口１７４において、弁部材２０２ａを下方に押し、それによって、弁部材２０２ａの上流側に第２の力を及ぼす。このように、第１の力は、最初は第１ばね２０８ｂの機械的な力、及び、上部チャンバ１３０内の流体圧力である。第２の力は、最初は第２ばね２１０ｂの機械的な力、及び、作動流体入口１７４内の作動流体圧力の流体力である。いくつかの例では、第１ばね２０８ａおよび第２ばね２１０ａが実質的に同等のばね力を有する。いくつかの例では、第１ばね２０８ａは第２ばね２１０ａよりも大きなばね力を有し、その結果、第１ばね２０８ａは第２ばね２１０ａよりも大きな力をステム２０６ａに及ぼす。
【００４２】
圧力制御弁１４０ａの上流側における作動流体圧力によって、最初は第２の力が第１の力よりも大きいため、弁部材２０２ａは直ちに開状態に移行しない。ピストン１５８が上昇し続けると、第１の力は最終的に第２の力に達し、それを超える。次いで、弁部材２０２ａは弁座２０４ａを外れて移動し、当該弁座２０４ａから離脱する。弁座２０４ａから離脱する弁部材２０２ａは、圧力制御弁１４０ａを通る流路を開放する。作動流体はその流路を流れ、流体圧力は弁部材２０２ａによって均等となる。圧力が均等になるため、第２の力は、作動流体の流体圧および第２ばね２１０ａの機械的な力を複合した状態から、ちょうど第２ばね２１０ａの機械的な力にまで、突然低下する。弁部材２０２ａの両側で作動流体圧力が均等化されると、第１の力は、第１ばね２０８ａによって生成される機械的な上向きの力となり、第２の力は、第２ばね２１０によって生成される機械的な下向きの力となる。第１ばね２０８ａはステム２０６ａが移動するにつれて圧縮されるが、弁部材２０２ａが閉状態に維持されるので、最初、第２ばね２１０ａは圧縮されない。弁部材２０２ａが弁座２０４ａから離脱すると、第２の力の急激な低下によって、第１ばね２０８ａによって加えられた力と第２ばね２１０ａによって加えられた力との間で弁部材２０２ａに力の差が生じる。これらの力は、第１ばね２０８ａが伸張し、第２ばね２１０ａが収縮することによって釣り合い、それによって弁部材２０２ａが急に開く。弁部材２０２ａが急に開くことにより、圧力制御弁１４０ａを通る広い流路が開放される。弁部材２０２ａが急に全開になると、開状態と閉状態との間で弁が迅速に往復するときに発生し得る弁のチャタリングが防止される。
【００４３】
このように、ステム２０６ａが押圧されると、弁部材２０２ａの下流側のばね力及び圧力が、第２ばね２１０ｂのばね力及び弁部材２０２ａの上流側の圧力と等しくなるまで、ステム２０６ａが移動する。これが起こると、圧力制御弁１４０ａは開口し始め、その流れによって、弁部材２０２ａの上方の圧力が低下する。これにより、力バランスが崩れ、弁部材２０２ａは、第１ばね２０８ａの全範囲まで急に開く。これは、ヒステリシス効果を生成し、圧力制御弁１４０ａが単に僅かに開き、ゆっくり漏洩することを防止する。
【００４４】
作動流体は、圧力制御弁１４０ａを通って作動流体チャンバに流れ、上部チャンバ１３０内の充填圧力を増加させる。上部チャンバ１３０内の充填圧力は、作動流体圧力がピストン１５８を下方に移動させ、弁部材２０２ａを開状態に維持する力を除去するまで上昇し続ける。弁部材２０２ａは、ピストン１５８ａの移動に追従する。ピストン１５８はステム２０６から離脱し、弁部材２０２ａが弁座２０４ａと再び係合し、それによって、圧力制御弁１４０ａを通る流路が閉鎖される。圧力制御弁１４０ａは、閉鎖状態にあるとき、作動流体入口１７４および上部チャンバ１３０を流体的に隔離し、それによって、作動流体が上部チャンバ１３０に流入するのを防止する。
【００４５】
作動流体はピストン１５８を空気ハウジング１２４内で下方に押し、これにより、作動流体圧力とプロセス流体圧力との間で抑制機構１２８を用いた力のバランスを取る。プロセス流体圧力が低下すると、ピストン１５８は空気ハウジング１２４内に入り込む。力の差は、増力部材１３４が圧力制御弁１４０ａに到達し、当該圧力制御弁１４０ｂを開状態に駆動するまで崩れ続ける。
【００４６】
第２側部１５６は、最初にステム２０６ｂに接触し、ステム２０６ｂを下方に駆動する。ステム２０６ｂは下方に移動し、ステム２０６ｂと弁部材２０２ｂとの間で第１ばね２０８ｂを圧縮する。第１ばね２０８ｂは、弁部材２０２ｂを下方に押し下げ、弁部材２０２ｂの下流側に第１の力を及ぼす。第２ばね２１０ｂおよび上圧力制御弁１４０ｂの上流の部チャンバ１３０内における作動流体圧力は、弁部材２０２ｂを上方に押し、それによって、弁部材２０２ｂの上流側に第２の力を及ぼす。このように、第１の力は、最初は第１ばね２０８ｂの機械的な力および下部チャンバ１３１内の流体圧力である。いくつかの例では、下部チャンバ１３１内の流体圧力は大気圧であり得る。第２の力は、最初は第２ばね２１０ｂの機械的な力および上部チャンバ１３０内の作動流体圧力の流体力である。いくつかの例では、第１ばね２０８ｂおよび第２ばね２１０ｂは、実質的に同等のばね力を有する。いくつかの例では、第１ばね２０８ｂは、第２ばね２１０ｂよりも大きなばね力を有し、その結果、第１ばね２０８ｂは、第２ばね２１０ｂよりも大きな力をステム２０６ｂに及ぼす。
【００４７】
最初は第２の力が第１の力よりも大きいので、弁部材２０２ｂは直ちに開状態に移行しない。ピストン１５８が上昇し続けると、第１の力は上昇し続け、最終的に第２の力に達し、それを超える。次いで、弁部材２０２ｂは、弁座２０４ｂを外れて移動し、当該弁座２０４ｂから離脱する。弁座２０４ｂから離脱する弁部材２０２ｂは、圧力制御弁１４０ｂを通る流路を開く。作動流体は、上部チャンバ１３０から、排出部入口１８２を通って排出経路１８４へ流れ、そして弁部材２０２ｂへ流れる。作動流体は、弁部材２０２ｂと弁座２０４ｂとの間の流路を通って、下部チャンバ１３１に流入する。下部チャンバ１３１から、作動流体は、排出口１８６および排出マフラ１４８を通って大気中に排出することができる。下部チャンバ１３１は大気中に排出するものとして説明されているが、下部チャンバ１３１は、排出された作動流体を受け入れるのに適した任意の環境に排出することができると理解される。
【００４８】
弁部材２０２ｂが弁座２０４ｂから離脱すると、流体圧力は、圧力制御弁１４０ｂによって均等化される。圧力が均等になるため、第２の力は、作動流体の流体圧および第２ばね２１０ｂの機械的な力を複合した状態から、ちょうど第２ばね２１０ｂの機械的な力にまで突然低下する。弁部材２０２ｂの両側で作動流体圧力が均等化されると、第１の力は、第１ばね２０８ｂによって生成される機械的な上向きの力となる。第１ばね２０８ｂはステム２０６ｂが移動するにつれて圧縮されるが、弁部材２０２ｂが閉状態に維持されるので、最初、第２ばね２１０ｂは圧縮されない。弁部材２０２ｂが弁座２０４ｂから離脱すると、第２の力の急激な低下によって、第１ばね２０８ｂによって加えられた力と第２ばね２１０ｂによって加えられた力との間で弁部材２０２ｂに力の差が生じる。これらの力は、第１ばね２０８ｂが伸張し、第２ばね２１０ｂが収縮することによって釣り合い、これによって、弁部材２０２ｂが急に開放する。弁部材２０２ｂが急に開くことにより、圧力制御弁１４０ｂを通る広い流路が開放される。弁部材２０２ｂが急に全開になると、開状態と閉状態との間で弁が迅速に往復するときに発生し得る弁のチャタリングが防止される。
【００４９】
圧力制御弁１４０ｂが開状態の場合、作動流体は、排出経路１８４および圧力制御弁１４０ｂを通って上部チャンバ１３０から下部チャンバ１３１に流れることができる。下部チャンバ１３１へ排出する作動流体は、排出口１８６および排出マフラ１４８を介して大気中に排出される。上部チャンバ１３０内の充填圧力は、作動流体が上部チャンバ１３０から排出されるにつれて低下する。当該充填圧力は、抑制機構１２８を跨ぐ力の差によって抑制機構１２８が上昇し、それによってピストン１５８が空気ハウジング１２４内で上昇するまで、低下し続ける。ピストン１５８は空気ハウジング１２４内で上昇し続け、弁部材２０２ｂは弁座２０４ｂと再び係合する。弁座２０４ｂに係合している弁部材２０２ｂは、圧力制御弁１４０ｂを通る流路を閉じ、それによって作動流体の排出を阻止する。
【００５０】
上部チャンバ１３０内の充填圧力は、サージ抑制装置１１８によって自動的に制御される。増力部材１３４は、圧力制御弁１４０ａを開放させ、作動流体を上部チャンバ１３０内に流入させて、これにより充填圧力が増加する。充填圧力が所望のレベルに到達し、これにより抑制機構１２８を跨いで力が均衡すると、増力部材１３４は、圧力制御弁１４０ａから離間して動き、当該圧力制御弁１４０ａを閉じる。増力部材１３４は、圧力制御弁１４０ｂを開放させ、作動流体を上部チャンバ１３０から排出させて、これにより充填圧力を低下させる。充填圧力が所望のレベルに到達し、これにより抑制機構１２８を跨いで力が均衡すると、増力部材１３４は、圧力制御弁１４０ｂから離間して動き、当該圧力制御弁１４０ｂを閉じる。それによって、サージ抑制装置１１８は、プロセス流体圧力によって生成される力と作動流体圧力との間の変化する力の差に応じて、充填圧力を自動的に増加および／または減少させる。ユーザは、圧力制御弁１４０ａの上流側の作動流体圧力を任意の所望の圧力レベルに設定することができ、サージ抑制装置１１８は上部チャンバ１３０への流れを自動的に調節し、それにより、過剰な加圧および／または過少の加圧を防止する。
【００５１】
サージ抑制装置１１８は、重要な利点を提供する。増力部材１３４は圧力制御弁１４０ａ、１４０ｂの間で往復動し、作動流体を自動的に上部チャンバ１３０に流入させ、作動流体を自動的に上部チャンバ１３０から排出させ、それによって上部チャンバ１３０内の充填圧力を調節することができる。圧力制御弁１４０ａ、１４０ｂは、ヒステリシスを含んでおり、これにより、望ましくない動作、例えば、サイクル毎の空気圧の過剰な充填及び減衰（チャタリング）が防止される。圧力制御弁１４０ａ、１４０ｂは、ヒステリシスを生成するためにばねを組み込んでおり、このヒステリシスは、開状態への圧力制御弁１４０ａ、１４０ｂの移動を遅延させる。ヒステリシスは、弁のチャタリングを防止するとともに、流体圧力の変更などの必要に応じて、又はゆっくりとした長期間に亘る漏れを補償するために、圧力制御弁１４０ａ、１４０ｂが接触すると直ぐにではなく、圧力制御弁１４０ａ、１４０ｂが確実に開くことを保証する。
【００５２】
サージ抑制装置１１８は力の増幅も行う。このように、サージ抑制装置１１８は、プロセス流体圧力よりも低い圧力を有する作動流体を利用して、当該プロセス流体内の振動を抑制することができる。力の増幅により、サージ抑制装置１１８は、十分に高い圧力の作動流体が利用できないシステムにおいて、より高い圧力でのポンプ動作に関して効果的な圧力減衰を提供することができる。抑制機構１２８によって力の増幅が提供されるため、作動流体源によって生成される最大レベルを超えて作動流体の圧力を増加させる充填圧増幅器およびサージ抑制装置とは別個の他のそのような装置は不要となる。このように、抑制機構１２８は、振動を効果的に減衰させるための低コストでコンパクトな機構を提供する。
【００５３】
さらに、サージ抑制装置１１８は、始動時に自動的にバランスをとる。プロセス流体の前に作動流体が流れ始める場合、圧力制御弁１４０ａは、プロセス流体が流れ始めるまで、作動流体が上部チャンバ１３０に流入することを妨げる。プロセス流体が流れ始めると、プロセス流体圧力によって抑制機構１２８が上昇し、これにより、増力部材１３４が圧力制御弁１４０ａを開状態に作動させる。作動流体は、力のバランスが達成されるまで、上部チャンバ１３０内に流入し、当該上部チャンバ１３０を充填する。力のバランスにより、ピストン１５８は、圧力制御弁１４０ａ、１４０ｂの間で空気ハウジング１２４内の最適化された位置に移動する。ユーザは動作中に充填圧力を監視し、調整する必要がない。そのように、圧力減衰はより効率的となり、直接的なユーザの操作をほとんど必要としない。さらに、サージ抑制装置１１８は、運転停止時に作動流体を上部チャンバ１３０から自動的に排出し、それによって上部チャンバ１３０内の充填圧力を解放し、過剰な加圧を防止する。運転停止時に、プロセス流体は流れを停止し、充填圧力は抑制機構１２８を下方に駆動する。増力部材１３４は圧力制御弁１４０ｂを開放し、それによって、上部チャンバ１３０と下部チャンバ１３１との間の排出経路１８４を開放する。作動流体は上部チャンバ１３０から排出し、それによって、上部チャンバ１３０は減圧される。
【００５４】
図３は、サージ抑制装置３１８の断面図である。空気ハウジング３２４、プロセスハウジング３２６、抑制機構３２８、逆止弁３４２、シャフトシール３４４、およびサージ抑制装置３１８のベアリング３４６が示されている。抑制機構３２８は、増力部材３３４、シャフト３３６、および圧力制御部材３３８を含む。空気ハウジング３２４は、上部ハウジング３５０および下部ハウジング３５２を含む。増力部材３３４は、第１側部３５４、第２側部３５６、ダイヤフラム３５８、上部プレート３５９、下部プレート３６１、および、ねじ４１８を含む。シャフト３３６は、フランジ３６４、上部ボア３６６、および下部ボア３６８を含む。圧力制御部材３３８は、ダイヤフラム３７０、第１プレート３７２、第２プレート３７３、および止めねじ４２０を含む。下部ハウジング３５２の下部壁３８０が示され、下部壁３８０はシャフト孔３９４を含む。プロセスハウジング３２６の流体入口３９６が示されている。チェックライン４１２は逆止弁３４２まで延びている。
【００５５】
サージ抑制装置３１８は、サージ抑制装置３１８（図２Ａおよび図２Ｂ）およびサージ抑制装置１８（図１）と実質的に同様である。サージ抑制装置３１８は、本明細書で説明する技術に従って動作するように構成される。
【００５６】
空気ハウジング３２４はプロセスハウジング３２６に取り付けられている。具体的には、下部ハウジング３５２がプロセスハウジング３２６に取り付けられている。上部ハウジング３５０は、下部ハウジング３５２に取り付けられて、空気ハウジング３２４を形成する。増力部材３３４は、上部ハウジング３５０と下部ハウジング３５２との間に固定される。増力部材３３４は、空気ハウジング３２４を、上部チャンバ３３０および下部チャンバ３３１に分割する。上部チャンバ３３０は、増力部材３３４の第１側部３５４と上部ハウジング３５０とによって画定される。下部チャンバ３３１は、増力部材３３４の第２側部３５６と下部ハウジング３５２とによって画定される。上部チャンバ３３０および下部チャンバ３３１のそれぞれの容積は、抑制機構３２８に作用する力の差が動作中に変動することにつれて増減する。
【００５７】
ダイヤフラム３５８の周縁３６２は、上部ハウジング３５０と下部ハウジング３５２との間に保持される。ダイヤフラム３５８は、圧力制御部材３３８が動作中に移動するにつれて、動作中に撓むように構成される。ダイヤフラム３５８は、上部プレート３５９と下部プレート３６１との間に固定される。上部プレート３５９は、増力部材３３４の第１側部３５４に配置される。下部プレート３６１は、増力部材３３４の第２側部に配置される。いくつかの例では、上部プレート３５９および下部プレート３６１は、圧力制御弁１４０ａ、１４０ｂ（図２Ａおよび２Ｂ）などの弁と接触して、これらの弁を作動させ、上部チャンバ３３０内の充填圧力を制御するように構成される。しかしながら、増力部材３３４は、任意の適切な手段で圧力制御弁を作動するように構成され得ることが理解される。
【００５８】
ねじ４１８は、上部プレート３５９、ダイヤフラム３５８、および下部プレート３６１を貫通して、シャフト３３６の上部ボア３６６内に延在する。ねじ４１８は、増力部材３３４をシャフト３３６に固定する。シャフト３３６は、下部ハウジング３５２内のシャフト孔３９４を通って延在し、圧力制御部材３３８に接続される。シャフトシール３４４は、シャフト３３６の周囲に延在しており、シャフト３３６と下部ハウジング３５２との間でシャフト孔３９４におけるシールを提供する。シャフトシール３４４は、下部チャンバ３３１と空気チャンバ３３３との間の流体の漏出を防止する。ベアリング３４６ａ、３４６ｂは、壁孔内に配置されており、シャフト３３６が往復運動するときにシャフト３３６を支持する。
【００５９】
圧力制御部材３３８は、圧力制御部材３３８の第１側部においてプロセス流体チャンバ３３２に隣接しており、当該プロセス流体チャンバ３３２を少なくとも部分的に画定する。圧力制御部材３３８は、プロセス流体チャンバ３３２を流れるプロセス流体によって上下動して、任意の下流側の振動を減衰するように構成される。圧力制御部材３３８はまた、圧力制御部材３３８の第２側部において空気チャンバ３３３に隣接しており、当該空気チャンバ３３３を少なくとも部分的に画定する。圧力制御部材３３８は、空気チャンバ３３３とプロセス流体チャンバ３３２とを流体的に隔離する。
【００６０】
動作中、プロセス流体は、プロセス流体チャンバ３３２を通って流れる。プロセス流体圧力は、抑制機構３２８の圧力制御部材３３８に第１の力を及ぼし、当該第１の力が抑制機構３２８を上方に押し上げる。作動流体は、上部チャンバ３３０に供給され、所定の充填圧力まで上部チャンバ３３０を充填する。充填圧力は、抑制機構３２８の増力部材３３４に第２の力を及ぼし、当該第２の力が抑制機構３２８を下方に押し下げる。抑制機構３２８は、当該抑制機構３２８に作用する力をバランスさせるように構成されており、これにより、プロセス流体チャンバ３３２を通って流れるプロセス流体における圧力スパイクおよび振動が減衰される。
【００６１】
プロセス流体圧力によって生成される力が作動流体圧力によって生成される力を克服すると、増力部材３３４は上部チャンバ３３０内で上昇する。増力部材３３４は上昇し、圧力制御弁１４０ａなどの第１圧力制御弁に接触し、第１圧力制御弁を開状態に作動させる。第１圧力制御弁を開状態にすると、作動流体が上部チャンバ３３０に流入し、それによって、上部チャンバ３３０内の流体圧力が上昇する。充填圧力は、力の差によって増力部材３３４が下方に移動するまで増加し続け、それによって、第１圧力制御弁から力を取り除き、第１圧力制御弁が閉状態に戻ることを可能にする。
【００６２】
作動流体圧力によって生成される力がプロセス流体圧力によって生成される力を克服すると、増力部材３３４は上部チャンバ３３０内に入り込む。増力部材３３４は下降し、圧力制御弁１４０ｂなどの第２圧力制御弁に接触し、第２圧力制御弁を開状態に作動させる。第２圧力制御弁を開状態にすると、作動流体は、排出経路１８４（図２Ａ）などの排出経路を通じて、上部チャンバ３３０から下部チャンバ３３１に流出する。作動流体は、任意の所望の方法で下部チャンバ３３１から排出することができる。例えば、作動流体が圧縮空気である場合、作動流体を大気中に排出することができる。
【００６３】
作動流体が上部チャンバ３３０から下部チャンバ３３１に排出されると、上部チャンバ３３０内の充填圧力が低下する。抑制機構３２８に作用する力の差によって増力部材３３４が上方に移動するまで充填圧力は減少し続け、それによって、第２圧力制御弁から力を除去し、第２圧力制御弁が閉状態に戻ることを可能にする。
【００６４】
サージ抑制装置３１８は、著しい利点を提供する。抑制機構３２８は、作動流体圧力およびプロセス流体圧力が作用する異なる有効面積を有する。異なる有効面積は、抑制機構３２８を用いた力の増幅を提供する。このようにして、抑制機構３２８は、より低い圧力の作動流体を利用して、より高い圧力のプロセス流体における振動を減衰させることができる。例えば、店舗は、１００ｐｓｉまでの作動流体圧力を提供することができる。第１有効面積と第２有効面積との適切な比率は、用途に応じて適宜選択することができる。所望のプロセス流体圧力が３００ｐｓｉである場合、第１有効面積は、第２有効面積の３倍の大きさとすることができる。
【００６５】
増力部材３３４のダイヤフラム３７０の周縁は、上部ハウジング３５０と下部ハウジング３５２との間に固定されており、これにより、上部チャンバ３３０と下部チャンバ３３１を静的シールによって分離している。したがって、サージ抑制装置３１８から、いくつかの可動部品を取り外すことができる。また、サージ抑制装置３１８は、充填圧力とプロセス流体圧力との間の力の平衡を自動的に取る。したがって、ユーザの監視および関与が低減され、作業効率が向上し、ユーザは自由に他の業務を遂行し得る。増力部材３３４は、第１圧力制御弁および第２圧力制御弁の間で往復動して、作動流体を自動的に上部チャンバ３３０に流入させ、作動流体を自動的に上部チャンバ３３０から排出させており、それによって上部チャンバ３３０内の充填圧力を調節することができる。圧力制御弁はヒステリシスを含むことができ、これにより、望ましくない動作、例えば、サイクル毎の空気圧の、過剰な充填および過剰な減衰（チャタリング）が防止される。
【００６６】
サージ抑制装置３１８はまた、始動時に空気ハウジング３２４内で自動的にバランスをとる。また、サージ抑制装置３１８は運転停止時に上部チャンバ３３０からの圧力を自動的に解放し、過剰な加圧を防止する。ユーザは、動作中に充填圧力を監視し、調整する必要がない。このように、圧力減衰はより効率的となり、直接的なユーザの関与をほとんど必要としない。
【００６７】
本発明は好ましい実施形態に関して説明されているが、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形式上および細部において様々な変更がなされてもよいことは認識できる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【国際調査報告】
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