(57)【要約】【課題】本発明は、低温流体が流れるバルブ本体(１)と、導管に配置され低温流体の流量を制御するために閉位置と開位置との間に弁体を移動する制御ロッド(３)に結合される弁体(２)と、を有する低温バルブ装置を提供する。【解決手段】上記装置はさらに、制御ロッド(３)に結合したピストン(４２)を含む室(４１)を有する空気圧式アクチュエータ(４)を有し、上記室(４１)は、所定位置にピストンを位置付けるために制御ガスが供給される。バルブ本体の温度と大気温度との間の温度でアクチュエータ温度、ひいては制御ガス温度を保持するために、上記アクチュエータは、アクチュエータをバルブ本体から熱的に分断するようにアクチュエータ(４)とバルブ本体(１)の間に配置される室(５１)を介してバルブ本体に固定される。室(５１)は、外部からの浸透を防止するため及び装置の中へ起こり得る漏れを排出するため正圧状態にある。【選択図】図１Ｂ
2004197949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温流体が流れる導管(１０)を規定するバルブ本体(１)と、
上記導管に配置され、導管(１０)を閉じる閉位置と低温流体が導管に沿って自由に流れる開位置との間でシャッタ部を移動し低温流体の流量を制御する制御ロッド(３)に結合されるシャッタ部(２)と、を有する低温バルブ装置において、上記バルブ装置が、
２つの空洞部(４２１，４２２)を規定し、上記制御ロッド(３)に連結するピストン(４２)を包含する室(４１)を有する空気圧式アクチュエータ(４)と、
上記ピストンを上記シャッタ部の閉位置と開位置との間のあらゆる位置に位置付けるために制御ガスを供給される上記空洞部と、
周囲の圧力に対して正圧であり、上記バルブ本体から上記アクチュエータを熱的に切り離し周囲の環境から上記アクチュエータを分離するように上記アクチュエータ(４)と上記バルブ本体(１)との間に配置される中間室(５１)と、をさらに有することを特徴とするバルブ装置。
【請求項２】
上記中間室(５１)が熱的に絶縁するスペーサ(５)を有することを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項３】
上記制御ロッド(３)が、上記シャッタ部を上記ピストンから熱的に切り離すために熱的に絶縁するスペーサ(７)をさらに有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のバルブ装置。
【請求項４】
上記アクチュエータ、上記中間室及び上記バルブ本体が、各々のケーシング(４０；５０；３０)を有し、上記ケーシングが制御ガスと低温流体とを上記装置内部に閉じ込めるために漏れない方法で相互に連結されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の装置。
【請求項５】
上記中間室(５１)が、リークリカバリ装置(５３)に結合される開口部(５２)を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の装置。
【請求項６】
上記リークリカバリ装置が、上記バルブ又は上記アクチュエータの機能不良を検出する測定機器に結合されることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
一掃する流体が上記室を通じて流れることができるために、上記中間室が第１及び第２の開口部(５４，５５)を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項８】
上記アクチュエータが、そこへ熱の流入を大きくする手段(６)を外面に有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項９】
上記アクチュエータが、上記アクチュエータと外部との間の熱交換を制限するために外面に断熱材(８)を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項１０】
上記空気圧式アクチュエータが、弁体の形でシャッタ部(２)を駆動するリニアアクチュエータ形式であり、上記弁体が上記導管(１０)に設けられた座部(１１)に接触している閉位置と上記弁体が上記座部から垂直にある間隔に持ち上げられている開位置との間に上記弁体を移動するために、上記アクチュエータのピストン(４２)が、直線運動を弁体に結合される制御ロッドに伝達する連結手段(４４)によって上記制御ロッド(３)に結合されるロッド(４３)を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項１１】
上記空気圧式アクチュエータ(１０４)が、バタフライ形の旋回シャッタ部(１０２)を作動する旋回アクチュエータ形式であり、上記バタフライを閉位置と開位置との間で任意の位置に位置付けるために、上記ピストン(１４２)が、旋回運動を上記バタフライに結合された上記制御ロッドに伝達するクランク(１０３Ａ)により上記制御ロッド(１０３)に結合されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項１２】
上記バルブ装置が、上記アクチュエータと上記旋回シャッタ部(１０２)との間の熱交換を低減するため、上記制御ロッド(１０３)と上記クランク(１０３Ａ)との間に配置される断熱スペーサ(１０７Ｂ)をさらに有することを特徴とする請求項１１記載のバルブ装置。
【請求項１３】
上記バルブ装置が、上記アクチュエータと上記シャッタ部との間の熱交換を低減するために、上記制御ロッド(１０３)と上記旋回シャッタ部(１０２)との間に配置される断熱スペーサ(１０７Ａ)をさらに有することを特徴とする請求項１１又は請求項１２記載のバルブ装置。
【請求項１４】
上記ピストン(１４２)が、上記アクチュエータと上記シャッタ部との間の熱交換を低減するために、上記クランク(１０３Ａ)と上記ピストン(１４２)との間の連結点の両側にそれぞれ配置される第１及び第２の断熱スペーサ(２２)を有することを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項１５】
上記クランク(１０３Ａ)が、熱的に絶縁する材料で作られることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項１６】
上記アクチュエータが、第１及び第２の制御ガス供給回路をさらに有し、上記供給回路が、上記アクチュエータ(１０４)又は上記バルブ本体(１０１)と熱交換器(１２３，１２４)を形成することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項１７】
上記バルブ装置が、低温流体を取り出し、上記導管(１０)と上記室の制御ガス供給開口部(４１０)との間に結合される管(６０)と、制御ガスを再注入し、上記室の制御ガス排気開口部(４１１)と上記導管との間に結合される管(６３)と、をさらに有し、上記管(６０)が取り出される低温流体を蒸発する手段(６２)を有し、上記管(６３)が排出される気体を凝縮する手段(６５)を有することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項１８】
上記制御ガスが、上記導管に存在する低温流体の温度と実質的に等しい又はそれ以上である飽和温度又は臨界温度を有することを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項１９】
上記アクチュエータに使用される制御ガスが、乾燥窒素であることを特徴とする請求項１８記載のバルブ装置。
【請求項２０】
上記アクチュエータに使用される制御ガスが、乾燥空気であることを特徴とする請求項１８記載のバルブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温流体の流量を制御するバルブに関するものである。本発明は、より詳細には、上記バルブを駆動するために制御ガスで作動する空気圧式アクチュエータを製作すること及び提供することに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
低温バルブを駆動するために圧縮された空気又は窒素のような制御流体を使用する空気圧式アクチュエータは、問題の低温であるバルブ本体から熱的に片寄り(オフセット：offset)、そのために上記アクチュエータの作動温度が周囲温度に近いままであることを確保している。このようにして、制御ガスを周囲温度に近いままにすることができることにより、アクチュエータの中で制御ガスが液化する又は結晶が形成するという危険性が回避され、非低温流体(non-cryogenic fluid)用に使用されるアクチュエータと同じ形式のアクチュエータを使用することができる。
【０００３】
しかし、十分なほどに制御されるまでアクチュエータとバルブ本体との間の熱的な結合を低減するために、及び流量を制御する可動部と機械的な結合を付与するために、通常行われる解決策は、制御ロッド(control rod)をアクチュエータとバルブ本体との間に配置することであり、上記制御ロッドは、断熱シース(insulating sheath)により囲まれている。制御ロッドは、十分な熱抵抗を示すことを保証するために比較的に長いにもかかわらず、操作力を伝達するために十分に頑丈でなければならない。この長さは、典型的にはメートルオーダー(meter order)である。制御ロッドは延びるので、アクチュエータ自体の高さもまた存在する。このことは、非低温バルブに必要である大きさより大きい寸法のバルブ装置をもたらす。さらに、例えば、振動、衝撃、又は加速の源により妨げられる環境にバルブ装置を配置するつもりである場合には、アクチュエータ主要部と配管軸との距離が、配管に作用する相当な力を引き起こし得る。
【０００４】
さらに、今日のシステムでは、断熱シース外部に位置しているロッド部が、関連した密閉システムである周囲の媒体に露出されている。このことは、露出された部分が損傷を受ける危険性をもたらし、その結果としてバルブ操作の低下を引き起こす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の欠点を回避するために、バルブ本体に直接に隣接した低温空気圧式アクチュエータを使用することが考えられるかもしれないが、制御ガスがアクチュエータの中で液化するという危険性を防止するために、以下の２つの解決策のどちらかを使用することが必要である。
【０００６】
第１の解決策は、バルブへの空気流体(pneumatic fluid)の制御圧力をバルブ温度での制御ガスの飽和圧力より低く制限することにある。例えば、絶対温度約１１１度(１１１ケルビン(K))で液化天然ガス(LNG)の流れの配管に据え付けられ、絶対温度１１１度(111K)での飽和圧力が１．５５メガパスカル(1.55MPa)である乾燥窒素により作動されるバルブを考える場合には、上記窒素がアクチュエータ内部で液化しないことを確実にするために、制御圧力はこの値以下であることが必要である。この制限は、それがアクチュエータの活動面(active surface)の範囲に直接の影響を及ぼすので明らかに不利になり、その結果、アクチュエータの寸法、質量、及びコストが増大する。
【０００７】
第２の解決策は、制御ガスがアクチュエータ内部で液化することを回避するために、空気流体がバルブ本体の温度より十分に低い液化温度を有する流体であることにある。最も低温の用途においては、この要求を満足する唯一の解決策は、比較的高価であり場合によっては危険である、ヘリウム、水素、又はネオンのような気体を使用することである。従って、この解決策は、例えば、宇宙の用途に適用するように、質量と体積とを低減する要求が価格に関する要求より重要である用途に限定される。
【０００８】
さらに、バルブ本体に隣接して空気圧式アクチュエータを使用する場合には、制御ガス漏れと低温流体漏れの問題がまた、アクチュエータとバルブ本体との間に、及びそれらの一方と外部環境との間に現れ得る。アクチュエータがバルブ本体に近いので、低温流体は、アクチュエータの中へ浸透し得る。上記のような浸透は、アクチュエータ内部で温度の降下、及びアクチュエータ内部で制御流体と低温流体との間で望ましくない混合を引き起こす。同様に、アクチュエータに使用される空気流体の一部がバルブ本体の中に浸透する及び低温流体と混じる危険性がある。制御流体による低温流体の上記のような汚染は、当然どちらも望ましくない。最後に、制御流体及び／又は低温流体が装置の内部に拡散する(すなわち漏れる)場合には、流体が、その中で流れ、外部に漏れ、ある状況(例えば爆発性雰囲気)では非常に危険であり得る。
【０００９】
本発明は、上記に記載した欠点を改善し、削減された製造及び操業コストを示す小型の組立体(アセンブリ：assembly)を形成する空気圧で駆動される低温バルブを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
これらの目的は、低温流体が流れる導管を規定するバルブ本体と、導管に配置され、導管を閉じる閉位置と低温流体が導管に沿って自由に流れる開位置との間でシャッタ部を移動することにより低温流体の流量を制御する制御ロッドに結合されるシャッタ部と、上記制御ロッドに連結するピストンを包含する室(チャンバ：chamber)を備えた空気圧式アクチュエータと、を有する低温バルブ装置により実現され、上記室は、ピストンがシャッタ部の閉位置と開位置との間のあらゆる位置に位置付けられ得るために制御ガスを供給される２つの空洞部を規定する。アクチュエータの温度をバルブ本体の温度と周囲温度との間の温度で保持するために、及び周囲の環境から全体として装置の内部を孤立させるために、上記アクチュエータは、周囲と比べると正圧である室を介してバルブ本体に固定される。
【００１１】
従って、飽和温度又は臨界温度が、導管内にある低温流体の温度に等しい又はそれ以上である制御ガスを使用することができ、アクチュエータとバルブ本体との間の片寄りを制限するとはいえこのようにすることができる。もっと正確に言えば、アクチュエータとバルブ本体との間に配置される中間室の存在により付与される熱の分離のために、気体がアクチュエータ内部で液化する危険性を排除する水準にアクチュエータの温度を保持することができる。特に、制御ガス温度が、臨界温度以上に保持されるならば、制御ガス圧力が所望の値まで上げることができ、アクチュエータの寸法は、かなりの程度まで縮小され得る。
【００１２】
アクチュエータとバルブ本体との間に配置される中間室は、バルブ本体を制御ガス漏れから遮断することが可能であり、逆にアクチュエータを低温ガス漏れから遮断することが可能である閉じ込め容積(confinement volume)を構成している。これを可能とするために、上記室は、危険性(汚染、爆発など)がない、つまり感度のよくない又は安全である区域に漏れを伝達する導管に結合されるならば、随意的にバルブ装置の近くに現れる漏れを取出す装置に結合される開口部を有してもよい。さらに、リークリカバリ装置(leak-recovery device)が、バルブ及び／又はアクチュエータの機能不良を検出するために、ガスの流量を測定する又は化学成分を分析する機器に結合されても良い。
【００１３】
対流により熱の分離を付与することに寄与する中立的な流体(ニュートラルフルイド：neutral fluid)で上記室が一掃され得るために、２つの開口部がまた、中間室の各々の側に１つずつ設けられても良い。中間室の中へ漏れる場合には、超過圧力もまた回避される。
【００１４】
本発明の１つの特徴によれば、アクチュエータとバルブ本体との間の熱の分離を大きくするために、上記中間室が熱的に絶縁するスペーサ(spacer)を有している。
【００１５】
本発明のもう１つの特徴によれば、上記アクチュエータが、そこへ熱の流入を増やす手段を外面に有している。
【００１６】
もう１つの特徴によれば、上記アクチュエータが、アクチュエータと外部との間の熱交換を制限するために外面に断熱材を有している。
【００１７】
本発明の第１の実施形態においては、空気圧式アクチュエータは、弁体(バルブメンバー：valve member)の形でシャッタ部を駆動するリニアアクチュエータ形式(linear actuator type)であり、上記弁体が上記導管に設けられた座部(シート：seat)に接触している閉位置と上記弁体が上記座部から垂直にある間隔に持ち上げられている開位置との間に上記弁体を移動するために、上記アクチュエータのピストンが、直線運動を弁体に結合された制御ロッドに伝達する連結手段を介して上記制御ロッドに結合されたロッドを有する。
【００１８】
上記の場合には、上記バルブ装置が、アクチュエータとシャッタ部(この場合には弁体)との間の熱交換を低減するために、連結手段の近くで制御ロッドとピストンロッドとの間に配置される断熱スペーサをさらに有しても良い。
【００１９】
本発明の第２の実施形態では、空気圧式アクチュエータは、蝶形物(バタフライ：butterfly)又は栓タイプ(plug type)であるシャッタ部を駆動する旋回アクチュエータ形式(pivoting actuator type)であり、上記ピストンは、バタフライを閉位置と開位置との間で旋回させるように、バタフライに結合される制御ロッドに旋回運動を伝達するクランク(crank)により上記制御ロッドに結合される。
【００２０】
上記の場合には、上記バルブ装置が、アクチュエータとシャッタ部との間の熱交換を低減するために、制御ロッドとクランクとの間に配置される１つの断熱スペーサ、及び制御ロッドとバタフライとの間にもう１つの断熱スペーサをさらに有しても良い。
【００２１】
シャッタ部(弁体又はバタフライ)の熱の分離は、シャッタ部とアクチュエータのピストンとの間に直接的な熱伝導経路を有することを回避する働きをする。
【００２２】
さらに、上記ピストンが、アクチュエータとシャッタ部との間の熱交換を低減するために、ピストンがクランクに結合される点の両側にそれぞれ配置される第１及び第２の断熱スペーサを有しても良い。
【００２３】
本発明の１つの特徴によれば、上記アクチュエータが、制御ガスを供給する回路をさらに有し、上記回路は、制御ガスがアクチュエータに注入されるとき制御ガス圧力の急降下を回避するために、アクチュエータ又はバルブ本体と熱交換器を形成する。
【００２４】
制御ガスは、特定のガス源から得られても良く、或いは、例えば液化天然ガス設備のように導管に流れる低温流体から直接に得られても良い。その場合には、上記バルブ装置が、低温流体を取り出し、導管と上記室の中へ制御ガスを供給する開口部との間に結合される管であり、上記管が取り出す低温流体を蒸発する手段を有する上記管と、制御ガスを再注入し、上記室の制御ガス排気開口部と導管との間に結合されるもう１つの管であり、排出される気体を凝縮する手段を備えたもう１つの上記管と、をさらに有する。
【００２５】
アクチュエータに使用される制御ガスが、例えば、乾燥窒素又は乾燥空気であっても良い。
【００２６】
本発明の他の特徴及び利点は、制限的ではない例として与えられる本発明の特別な実施形態及び添付図面に関する以下の記述より明らかとなる。本発明の第１の実施形態においては、図１Ａは、低温流体が流れる導管１０により構成されるバルブ本体１と、導管の上端部に固定されるケーシング(casing)３０と、を有するバルブ装置を示している。導管１０は、弁体２により分離される上流部１２と下流部１３とを有している。弁体が導管の中に形成された座部１１に支持されている閉位置と、弁体が座部の上方へ垂直に持ち上げられた開位置(図１Ｂ)との間で弁体２を移動するために、弁体２は、ガイド軸受３５及び３６内で垂直に滑動する制御ロッド３に結合される。このことは、導管に沿う低温流体の流れが制御されることを可能とする。
【００２７】
制御運動をロッド３に伝達するために、バルブ装置は、空気圧式アクチュエータ４を有している。アクチュエータ４は、ピストン４２が移動可能である室４１を規定するケーシング４０により形成される。
【００２８】
ピストンの位置に応じて変化する容積である２つの空洞部４２１及び４２２を規定するために、ピストン４２は、室４１の中で密閉する“境界”を規定する。ピストンの移動を制御する目的で、室４１は、制御ガスが導入される又は室４１の各空洞部から流出することができるように室の各々の側にそれぞれ形成される２つの開口部４１０及び４１１を有している。このために、各々の開口部４１０、４１１は、制御ガスを考慮すると室の空洞部を選択的に満たす又は空にするために、例えば電磁弁(ソレノイドバルブ：solenoid valve)等に結合される。もっと正確に言えば、開口部４１０は、加圧状態で制御ガスを供給する管Ｐinと、制御ガスを排気する管Ｐoutとにそれぞれ結合される２つの電磁弁１８及び１９と共に作用する。同様に、開口部４１１は、加圧された制御ガスを供給する管Ｐinと、制御ガスを排気する管Ｐoutとにそれぞれ結合される電磁弁１６及び１７と共に作用する。
【００２９】
バルブは、電磁弁１６から１９までを操作することにより制御される。図１Ａでは、導管１０に沿う流体の流れを低減するために、バルブが、閉位置に駆動される(矢印Ｆ)、すなわち、弁体２が、座部１１の方へ下げられる。この操作は、電磁弁１８及び１７を開くことにより行われ、室４１の空洞部４２１が電磁弁１８を介して加圧状態で制御ガスを供給されることが可能となり、空洞部４２２に存在する制御ガス圧力が電磁弁１７を介して排気されることが可能となる。
【００３０】
図１Ｂ(矢印０)に示されるように、開位置にバルブを駆動するためには、電磁弁に適用される開及び閉指令を交換すれば十分である。従って、ピストン４２を室４１の上部の方へ移動させ、弁体２を座部１１から持ち上げるために、第１に空洞部４２２に制御圧力を供給し、第２に空洞部４２１を空にするため電磁弁１７及び１８が閉じられ、電磁弁１６及び１９が開けられる。
【００３１】
電磁弁を使用して又は何か他の同等手段を使用して各空洞部４２１及び４２２の圧力を調整することにより、閉位置と開位置との間のあらゆる間の位置がバルブ装置で得られ得ることに注意すべきである。電磁弁を適切に制御することにより、流体の流量を調節する目的で閉及び開位置の間のあらゆる位置にピストンを位置させることができる。
【００３２】
ピストン４２は、バルブ制御ロッド３の軸に実質的に沿い、ガイド軸受４５を通してバルブ本体１の方へ垂直に延在するロッド４３を有している。ピストンロッド４３の自由端は、連結装置４４により制御ロッド３の端部に結合され、上記連結装置は、２つの並進運動とバルブ軸に垂直な平面内の２つの回転運動とに適応する。
【００３３】
アクチュエータを制御するために使用される空気流体は、特定のガス源より供給される気体であってもよい、又は、例えば、液化天然ガス設備で可能であるように、バルブ導管に流れる流体から直接に取り出されてもよい。その場合には、図１Ａに示されるように、バルブ装置は、バルブから上流の導管１０の中を流れる流体の一部を取り出す第１枝管６０を有している。流体は、電磁弁６１の制御の下で取り出される。流体は液体状であるので、電磁弁１６又は１８を介して室４１(Ｐin)の中へ注入する前に液体を気体に変換するために、取り出される流体部は、蒸発器(エバポレータ：evaporator)６２を通される。蒸発させることにより、流体は、圧力が上がり制御ガスとして使用され得る。逆に、他方(Ｐout)においては、排気されるべき気体が、第２枝管６３によってバルブから下流の導管１０の中へ再注入される。再注入する前に気体を液体に変換するために、その流れは、そこから上流に配置される凝縮器６５を有する電磁弁６４により制御される。一例として、絶対温度１１１度(111K)及び最大圧力１０バール(10bars)で導管１０の中に流れる液化天然ガス流体に対しては、蒸発によって圧力８０バール(80bars)に到達できる制御ガスを、メタン(methane)の臨界温度以上の温度で保持されたアクチュエータに供給することが可能である。
【００３４】
小型であり空気圧で駆動される低温バルブ装置を製作するために、バルブ本体とアクチュエータとの間に起こる熱交換量を制御できるだけでなく、装置内部の流体の断熱、及び外部からの流入に対する装置の断熱を制御できることもまた必要である。アクチュエータの温度が、飽和温度(所定の圧力において)以下の低温まで又は使用される制御ガスの臨界温度まで降下するならば、アクチュエータ内部の気体の凝縮及び液化の危険があり、運転を妨げるであろう。さらに、制御ガスがアクチュエータからバルブ本体の中へ漏れること、及び逆に低温流体がアクチュエータの中へ漏れることを防止する必要がある。アクチュエータの中へ上昇して入る低温流体が、制御ガスの温度降下をもたらすであろう。
【００３５】
このために、本発明のバルブ装置は、ケーシング５０により形成される中間室５１を有している。図１Ａ及び１Ｂは、上記のような室を有するバルブ装置を示している。室５１は、アクチュエータのケーシング４０とバルブ本体のケーシング３０との間に、これらの２つの要素を熱的に分断するように配置されている。従って、アクチュエータと外部との熱交換のために、アクチュエータは、バルブ本体の温度と周囲温度との間の中間温度に保持され、該中間温度は、アクチュエータを制御するために使用される気体の飽和温度又は臨界温度より高い。
【００３６】
室５１は、室への制御ガス漏れ及び／又は低温流体漏れの存在、又は室に結合される外部供給装置(不図示)のどちらかにより圧力状態に保持される。特に湿気がその中に浸透することを防止するために、この正圧が、外部環境から装置を保護する。
【００３７】
第１シールバリア(sealing barrier)２６が、中間室５１とバルブ本体のケーシング３０との間に配置されてもよく、第２シールバリア４８が、室５１とピストン室４１のケーシング４０との間に配置されてもよい。
【００３８】
室５１はまた、開口部５２を有しており、該開口部は、任意で、室の中で正圧のあらゆる不全を軽減する働きをする逆止弁を有するオリフィスを通してエアーリーク(air leak)のようにリークリカバリ装置５３に結合されてもよい。従って、漏れが発生した場合には、過度の圧力が回避され得る。制御ガス及び／又は低温流体の漏れに直面したとき、外部環境が、敏感でない又はあらゆる危険(例えば汚染又は爆発の危険性)を与えない場合には、開口部５２又はリークリカバリ装置５３は、バルブ装置の付近に開放することができる。そうでなければ、開口部又はリークリカバリ装置は、敏感でない又は危険でない区域に漏れを伝達する導管に結合されるべきである。さらに、バルブ又はアクチュエータ、或いは実際にはそれらの両方の機能不良を検出するために、リークリカバリ装置をガス流量測定用又は化学成分分析用の機器に結合することができる。
【００３９】
従って、バルブ本体とアクチュエータとの間に据え付けられたこの中間室によって、装置から外部へ漏れを伝達することができるので、アクチュエータの中に流れる流体が、バルブの中に流れる流体から分離される。
【００４０】
中間室の異なる実施形態では、図２に示されるように、室は、２つの開口部５４及び５５を備えていてもよい。上記のような実施形態では、わずかな正圧にある及び周囲温度にある中立的な流体を用いて室を一掃することができる。これは、アクチュエータの中に及びバルブの中にそれぞれ流れる流体が混合することを防止する働きをするだけでなく、それらの間の熱の分離を大きくするために一掃する中立的な流体がバルブとアクチュエータとの間に強制対流を発生させることもまた可能である。
【００４１】
中間室５１はまた、熱的に絶縁するスペーサ５を有してもよい。断熱スペーサ５は、アクチュエータとバルブ本体との間の熱の分離を大きくすることを可能にする。スペーサの厚さ及び材料は、使用状況(低温流体の温度、制御ガスの臨界温度又は飽和温度、熱の漏れなど)を考えると、得ることが望まれる熱の分離に応じて決定される。
【００４２】
連結装置４４では、さらなる熱的に絶縁するスペーサ７がまた、制御ロッド３とピストンロッド４３との間に配置されてもよい。
【００４３】
状況に応じて、アクチュエータの外壁が、フィン(fin)、放熱器等のようなアクチュエータと外部との間の熱交換を増加する装置６で覆われてもよく、或いは、これに対してアクチュエータとの熱交換を制限する断熱層８で覆われてもよく、そのどちらかにより霜の形成を防止する。
【００４４】
このようにして、バルブ本体とアクチュエータとの間の熱の分離によって、中間室に要求される厚さを無視してアクチュエータがバルブ本体に隣接してもよいので、弁体とアクチュエータとの間の制御ロッドの長さを著しく縮めることができる。
【００４５】
この熱の分離はまた、所定の範囲でアクチュエータの温度を保持するために、アクチュエータと外部との間の熱交換及びアクチュエータとバルブ本体との間の熱交換を利用することができる。アクチュエータの温度範囲は、中間室の高さに応じて、及び／又は、状況に応じて、もしあるならスペーサ５及び追加スペーサ７の効果に応じて調節され得る。最後に、アクチュエータと外部との間の熱交換をそれぞれ増加又は減少する働きをする装置６又は断熱層８の効果はまた、アクチュエータの温度範囲を調節することに寄与し得る。
【００４６】
制限的ではない例として、絶対温度約１１１度(111K)でその中に流れる液化天然ガス流体を有する回路に据え付けられた低温バルブを考えると、乾燥窒素で制御することが望まれている。アクチュエータの温度がバルブ本体の温度に近いならば、窒素が液化することを回避するために、制御圧力は、１．５メガパスカル(1.5MPa)に制限されなければならない。
【００４７】
その一方、中間室５１が存在するならば、絶対温度１２６度(126K)である窒素の臨界温度以上にアクチュエータの温度を保持することができる。従って、制御圧力がいくらであっても、窒素の液化が防止され得る。バルブ及びアクチュエータの組立体の大きさ及び重量は、アクチュエータがバルブからある距離を置いて配置される従来技術の解決策と比べてかなり低減され得る。従って、本発明では、アクチュエータは、低温であり、すなわち、室５１を介してバルブに直接に隣接して配置されることができ、バルブ制御ロッドの長さを著しく低減することができる。さらに、制御ガスが液化する危険性により制御圧力がもはや制限されないので、アクチュエータは、高い制御圧力を使用することにより小型になり得る。
【００４８】
図３は、バタフライ弁のような回転シャッタ部材を有する形式のバルブ装置に適用される本発明の第２の実施形態を示しており、上記バルブ装置は、低温流体の流れ回路(flow circuit)に結合する導管部１１０を規定するバルブ本体１０１を有する。シャッタ部又はバタフライ１０２が、導管部１１０に配置される。バタフライ１０２は、閉位置にあるとき閉じるために導管１１０の内径に実質的に等しい寸法で作られる。導管１１０の流体の流量は、バタフライ１０２が開かれる程度に応じて制御される。
【００４９】
閉及び開位置との間にバタフライ１０２を移動し得るために、バタフライは、旋回動作を与えバタフライの旋回軸を規定する制御ロッド１０３に結合される。
【００５０】
バタフライ１０２を制御する軸となるような制御ロッドを駆動するために、空気圧式アクチュエータ１０４が、バルブ本体１０１に隣接して配置される。アクチュエータ１０４は、ピストン１４２が移動する室１４１を規定する円筒部１０９により形成される。
【００５１】
図４に見られ得るように、ピストン１４２は、室１４１をピストンの位置に応じて変化する容積である２つの空洞部１４２１及び１４２２に分離する。上述のバルブ装置に関するものと同じように、ピストン１４２の運動は、空洞部１４２１及び１４２２の中へ制御ガス圧力を供給すること及び空洞部から外へ排気することにより制御される。これを行うために、室１４１は、制御ガスが室１４１の各空洞部の中へ導入され得る又は各空洞部から排気され得るために、室の両側にそれぞれ形成される２つの開口部１４１０及び１４１１を有する。各開口部１４１０、１４１１は、当該室部を加圧された制御ガス供給管Ｐin又は制御ガス排気管Ｐoutに選択的に通ずるために、１対の電磁弁１１８及び１１９、１１６及び１１７に結合される。
【００５２】
従って、上記バルブは、電磁弁１１６から１１９までを操作することにより制御され、上記電磁弁は、流体流量を制御するために導管内部でバタフライが開かれる角度を決定する働きをする。アクチュエータの中央部の両側に、空洞部１４２１と１４２２との間の漏れを防止するために、ピストンと上記円筒部１０９の内壁との間にガスケット１１１及び１１２がある。
【００５３】
アクチュエータを制御するために使用される空気流体が、特定のガス源より供給される気体であってもよい、又は、例えば、液化天然ガス設備で可能であるように、バルブの導管に流れる流体から直接に取り出されてもよい。その場合には、図１Ａに示したバルブ装置に関して記載されているように、導管から取り出される及び導管の中へ再注入するシステム(蒸発器、凝縮器、電磁弁)が、現在記載されているバルブ装置と同じように実行され得る。
【００５４】
ピストン１０２の運動は、クランク１０３Ａを通じてバタフライ１０２の制御ロッド１０３に伝達され、上記クランクは、ピストンの並進運動を制御ロッドの旋回運動に変換する働きをする。このために、クランク１０３Ａの端部は、ピストンの移動を追跡し反対側の端部で旋回運動を制御ロッドに伝達するために、ハウジング(housing)１２０で可動する要素１１５を備え得る。
【００５５】
バルブ本体１０１からアクチュエータ１０４を熱的に分離するために、図１Ａ、１Ｂ及び２に示されるバルブ装置の場合のように、ケーシング１５０により形成される中間室１５１が、アクチュエータとバルブとの間の接触の近くに配置される。その結果として、アクチュエータと外部との間の熱交換のために、アクチュエータの温度は、バルブ本体の温度と周囲温度との間の温度に保持され得る。上記に説明されるように、室１５１は、正圧に保持される。同様に、上記室はまた、開口部を有し、或いは任意で供給導管に結合されるリークリカバリ装置を有し得る。その代わりに、室１５１が、上記に記載された方法と同じように中立的な流体で一掃され、アクチュエータとバルブとの間に強制対流もまた発生させる。
【００５６】
アクチュエータと外部との熱交換はまた、室１５１に断熱材のスペーサ１０５を配置することにより制限され得る。
【００５７】
全体の寸法に関してほとんど不利益を与えない数ミリメートルだけ断熱スペーサの厚さを増加することにより、ピストン１４２と室１４１との間のシールガスケット(sealing gasket)１１１及び１１２に使用するのに好適である材料の範囲を拡大することができる水準まで、アクチュエータの温度を上げることができる。スペーサの厚さはまた、アクチュエータとバルブ本体との間で熱を受ける経路を長くすることができ、アクチュエータからバルブ本体への熱の流入を低減する。
【００５８】
必要に応じて、アクチュエータとバタフライ１０２との間の熱交換を低減するために、アクチュエータとバルブ本体との間の断熱スペーサ１０５の効果は、アクチュエータとバルブ本体との間の接触領域に挿入されたスペーサ１０６、制御ロッド１０３とバタフライ１０２との間に配置されたスペーサ１０７Ａ、及び／又はクランク１０３Ａと制御ロッド１０３との間に配置されたスペーサ１０７Ｂのような１つ若しくはそれ以上の断熱スペーサを追加することにより強化され得る。
【００５９】
アクチュエータと外部との間の熱交換はさらに、アクチュエータの外面に断熱材１０８を配置することにより制限され得る。その代わりに、図１Ａに示された第１の実施形態のアクチュエータ４に関するように、そこへ熱の流入を大きくするために、放熱器又はフィンのような装置が、アクチュエータに設けられ得る。
【００６０】
図３及び４に示されるように、ピストン１４２は、ピストンとクランク１０３Ａとの間の機械的連結部の両側に配置される断熱スペーサ１２２に適合されてもよい。
【００６１】
必要に応じて、クランク１０３Ａは、熱的に絶縁する材料で作られてもよい。
【００６２】
さらに、注入される気体の温度をアクチュエータの温度まで高めることが望まれるならば、上記気体をアクチュエータ又はバルブ本体と接触する熱交換器を介して通させることができる。図３では、アクチュエータの中へ入る前に制御ガスを徐々に冷やすことができるように、コイル形式(coil type)の２つの熱交換器１２３及び１２４が、アクチュエータ本体１０４のまわりにそれぞれ配置されている。
【００６３】
これらの熱交換器装置は、制御ガスが室へ注入されるときに、注入されると降下する温度によって制御ガスが圧力降下することを回避する働きをする。上記のような熱交換器装置はまた、図１Ａ及び１Ｂに示されたバルブ装置のアクチュエータ４に使用されてもよい。
【００６４】
従って、本発明は、低温で作動し空気圧で制御するバルブに対して、窒素又は乾燥空気のような気体を使用することができ、バルブ本体からある距離を置いてアクチュエータを配置する必要がなく、上記のようにすることができる。この解決策は、気体を移動する、蓄積する又は液化するたいていの設備の場合のように、この形式の気体が既に利用できる設備で特に有利であり、乾燥窒素は、設備をパージ(purge)する又は不活性にするために必要とされる。
【００６５】
例えば、気体の通常の沸点が絶対温度１１１度(111K)である液化天然ガス設備を考えてみる。窒素において、この温度は、飽和圧力１．５５メガパスカル(1.55MPa)に相当し、アクチュエータが液化天然ガスの温度でバルブ本体に熱的に直接に接触しているならば、それ以上でアクチュエータの中で液化し始める制御ガスの限界圧力に相当する。この圧力限界は、バルブのシャッタ部を駆動するために必要とされる力を供給できるほど十分に大きい、及びアクチュエータの寸法を大きくすることにつながる空気の領域を与える必要があるので、アクチュエータの設計に直接の影響を有する。
【００６６】
しかし、本発明に係るアクチュエータは、窒素の臨界温度である絶対温度１２６．２度(126.2K)より高い温度に保持されるならば、使用される制御圧力にかかわらず気体が臨界状態にあるので、制御ガスはアクチュエータ内部に凝縮する危険性がない。これは、アクチュエータがバルブ本体に直接に熱的に接触しているとき、制御圧力が限界圧力を軽く超えてバルブまであげられることができる。その結果として、アクチュエータの重量及び大きさをかなり低減することができ、さらにバルブのシャッタ部に同じ力を引き起こす。
【００６７】
上記に記載された発明のバルブ装置のもう１つの側面は、装置のすべての要素、すなわち、バルブ本体、アクチュエータ、及び中間室に充当する場所が、外部に対して漏れないユニットを形成するケーシングに閉じ込められるという事実にある。装置と周囲媒体との間のこの耐漏れ性(leaktightness)は、装置内に存在する流体が漏出しないことを意味する。設備が、例えば、天然ガスのように爆発性又は可燃性である気体を含有するとき、本発明のバルブ装置は、火災の危険がない他の設備の近くに配置され得る。さらに、バルブ装置の外部と内部の間のこの耐漏れ性のために、バルブが、装置の運用において危険性のない腐食環境に又は他の環境に配置され又は浸され得る。さらに、耐漏れ性が固定したシールにより提供され、それにより運動用シールに依存するシステムと比べてさらに装置の信頼性を向上させる。
【００６８】
液化天然ガスに適用できることに加えて、本発明はまた、例えば、窒素又は酸素のような他の低温流体に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１Ａ】閉位置にある空気圧で駆動されるバルブの第１の実施形態の断面図である。
【図１Ｂ】開位置にある空気圧で駆動されるバルブの第１の実施形態の断面図である。
【図２】図１Ａに示したバルブの一部の改良型の断面図である。
【図３】本発明に係る空気圧で駆動されるバルブの第２の実施形態の透視図である。
【図４】ＩＩＩ面の断面における図３のバルブの平面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１、１０１  バルブ本体
２  弁体
３、１０３  制御ロッド
４、１０４  アクチュエータ
５、７、１０５、１０６，１０７Ａ、１０７Ｂ、１２２  スペーサ
６  熱交換を増加する装置
８  断熱層
１０、１１０  導管
１１  座部
１２  上流部
１３  下流部
１６、１７，１８、１９、６１、６４、１１６、１１７、１１８、１１９  電磁弁
２６  第１シールバリア
３０、４０、５０、１５０  ケーシング
３５、３６、４５  ガイド軸受
４１、１４１  室
４２、１４２  ピストン
４３  ピストンロッド
４４  連結装置
４８  第２シールバリア
５１、１５１  中間室
５２、５４，５５、４１０、４１１、１４１０、１４１１  開口部
５３  リークリカバリ装置
６０  第１枝管
６２  蒸発器
６３  第２枝管
６５  凝縮器
１０２  バタフライ
１０３Ａ  クランク
１０８  断熱材
１０９  円筒部
１１１、１１２  ガスケット
１１５  可動する要素
１２０  ハウジング
１２３、１２４  熱交換器
４２１、４２２、１４２１、１４２２  空洞部
【図１Ａ】
2004197949.tif 000003
【図１Ｂ】
2004197949.tif 000004
【図２】
2004197949.tif 000005
【図３】
2004197949.tif 000006
【図４】
2004197949.tif 000007
【外国語明細書】
2004197949.tif 000008
2004197949.tif 000009
2004197949.tif 000010
2004197949.tif 000011
2004197949.tif 000012
2004197949.tif 000013
2004197949.tif 000014
2004197949.tif 000015
2004197949.tif 000016
2004197949.tif 000017
2004197949.tif 000018
2004197949.tif 000019
2004197949.tif 000020
2004197949.tif 000021
2004197949.tif 000022
2004197949.tif 000023
2004197949.tif 000024
2004197949.tif 000025
2004197949.tif 000026
2004197949.tif 000027
2004197949.tif 000028
2004197949.tif 000029
2004197949.tif 000030
2004197949.tif 000031
2004197949.tif 000032
2004197949.tif 000033
2004197949.tif 000034
2004197949.tif 000035
2004197949.tif 000036