(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体、前記本体内に配置されたステム、第一のインレット、第一のアウトレット、及び、前記第一のインレットから前記第一のアウトレットへ流れる流体の圧力を調整するレギュレータバルブと、
前記本体内に配置されたボルテックス・ジェネレータであって、ボルテックス・チューブ・バルブを備え、前記レギュレータバルブへ熱を伝達するボルテックス・ジェネレータと、
を備える装置であって、
前記ステムを作動させることにより、前記レギュレータバルブが開閉されて前記レギュレータを通過して流れる圧力が調整されるとともに、前記ボルテックス・チューブ・バルブが開閉されて前記レギュレータからの需要に応じて前記レギュレータバルブに熱が供給されるよう構成されている装置。
【請求項２】
前記レギュレータ及び前記ボルテックス・ジェネレータ間の接触領域のサイズが、前記レギュレータバルブへ伝達される熱量に関連付けられている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
さらに、前記本体を囲む周囲環境から前記ボルテックス・ジェネレータを断熱する断熱材を備える、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記本体が、前記ボルテックス・ジェネレータへ圧縮流体を提供するための第二のインレットを備える、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記本体が、第二のアウトレット及び第三のアウトレットを備え、前記第二のアウトレットが、前記圧縮流体の第一の部分を前記ボルテックス・ジェネレータから離すよう搬送するためのものであり、前記第三のアウトレットが、前記圧縮流体の第二の部分を前記ボルテックス・ジェネレータから離すよう搬送するためのものであり、前記圧縮流体の第一の部分が、前記圧縮流体の第二の部分よりも高い温度を持つ、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
さらに、前記ボルテックス・ジェネレータから離れる前記圧縮流体の前記第一の部分の流量を制御する第二のバルブを備える、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
さらに、前記第一のインレットと前記第二のバルブとの間に配置されたシールを備える、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
さらに、前記本体を囲む周囲環境への音の伝達を減少させるための、前記第二のアウトレットと前記第二のバルブとの間に配置された有孔プレートを備える、請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
さらに、前記第二のバルブを作動させるための、前記シールと前記第二のバルブとの間に配置されたレバーを備え、前記レバーは前記ステムに接続されており、前記ステムが前記レギュレータバルブを調整する際に前記レバーが前記ボルテックス・チューブ・バルブを調整するように構成されている請求項７または８に記載の装置。
【請求項１０】
インレット及びアウトレットを有すると共に、内在するステムを有する本体、
前記本体内に配置されたボルテックス・ジェネレータであって、前記インレットから前記アウトレットへ流れる流体を加熱し、ボルテックス・チューブ・バルブを有するボルテックス・ジェネレータ、及び
前記流体の圧力を調整するための第一のバルブを備える装置であって、
前記ステムを作動させることにより、前記第一のバルブが開閉されて前記インレットから前記アウトレットに流れるプロセス流体の圧力を調整されるとともに、前記ボルテックス・チューブ・バルブが開閉されて前記前記第一のバルブに熱が供給されるようるよう構成されている前記装置。
【請求項１１】
さらに、前記ボルテックス・ジェネレータ内に配置されたデツイスタを備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
さらに、第二のバルブを備え、前記第二のバルブが、前記ボルテックス・ジェネレータによって生成される被加熱流体を制御するためのものであり、前記被加熱流体が前記第二のバルブを通って前記第一のバルブへ流れる、請求項１０または１１に記載の装置。
【請求項１３】
さらに、前記第一のバルブと前記第二のバルブとの間に位置するチャンバを備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記第二のバルブを通過する前記被加熱流体の流量が、前記第一のバルブへ伝達される熱量に関連付けられる、請求項１２または１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記本体が、さらに、プロセス流体インレットを備え、前記第一のバルブが、前記プロセス流体インレットから前記アウトレットへ流れる第二の流体の圧力を調整する、請求項１０〜１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
さらに、前記プロセス流体インレット内に配置されたリストリクタを備え、前記リストリクタが、前記プロセス流体インレットを通過する前記第二の流体の圧力を減少させる、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
さらに、前記ボルテックス・ジェネレータによって生成された被加熱流体を前記プロセス流体インレットへ搬送するためのチャネルを備える、請求項１５または１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記チャネルが、孔が区画形成されたプレートを備える、請求項１７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して流体レギュレータに関し、より詳しくは受熱流体レギュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体レギュレータは、減圧点で水和物からの着氷を被ることがある。この着氷は、氷点よりも高い温度で発生する場合もあり、氷がレギュレータ内に蓄積してしまう場合は、レギュレータの性能への障害となる。
【発明の概要】
【０００３】
受熱流体レギュレータが開示される。実施例としての装置は、本体、その中に配置されたステム、第一のインレット及び第一のアウトレットを備えるレギュレータを含む。レギュレータは、第一のインレットから第一のアウトレットへ流れる流体の圧力を調整する。実施例の装置は、レギュレータのバルブへ熱を伝達するために本体内に配置されたボルテックス・ジェネレータを備える。ステムは、レギュレータ及びボルテックス・ジェネレータを制御する。
【０００４】
もう一つの実施例としての装置は、インレット及びアウトレットを有する本体と、その中で配置されたステム、インレットからアウトレットへ流れる流体を加熱するための、本体内に配置されたボルテックス・ジェネレータ、及び流体の圧力を調整するための第一のバルブを含む。ステムは、第一のバルブ及びボルテックス・ジェネレータを制御する。
【０００５】
もう一つの実施例の装置は、圧力調整手段、及び圧力調整手段を加熱する加熱手段を含み、圧力調整手段及び加熱手段は一体に形成される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本開示の一つ以上の態様による第一の装置を表す概略図である。
【図２】ボルテックス・ジェネレータ通過流体及び入力流体間の温度差に対する、実施例としてのボルテックス・ジェネレータを通過する流体の流量を表すグラフである。
【図３】本開示の一つ以上の態様による第二の装置を表す概略図である。
【図４】本開示の一つ以上の態様による第三の装置を表す概略図である。
【図５】図４に示す第三の装置の断面図である。
【図６】本開示の一つ以上の態様による第四の装置を表す概略図である。
【０００７】
これらの図は、一定の比率ではなく、複数の層及び領域を明瞭に示すために、図面内の層の厚さは拡大されている場合もある。可能な限り、図面及び付随の説明文を通して、同じ部品または同様な部品に言及するのに同じ参照番号が用いられる。この特許で用いられる、ある部品（例えば、層、フィルム、領域またはプレート）が、もう一つの部品上に配置される（例えば、上に配置される、上に位置する、上に載置される、上に形成される、等の）と述べる文は、参照部品が他の部品と接触していること、あるいは参照部品が、他の部品との間に一つ以上の中間物を挟んで上方に位置することを意味する。ある部品が、もう一つの部品と接触している、と述べる文は、二つの部品間に中間物が存在しないことを意味する。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本文に開示される実施例としての装置は、受熱流体レギュレータに関する。より具体的には、本文で説明する実施例は、外部加熱源を必要とせずに流体レギュレータへ熱を提供するために使用されてもよい。特に、本文で説明する実施例は、レギュレータの本体内にボルテックス・ジェネレータを採用する。この場合、ボルテックス・ジェネレータは、レギュレータ内への着氷を防止するためにレギュレータへ熱を伝達することになる。
【０００９】
水和物、すなわち水と炭化水素の冷凍混合物は、例えば、水と天然ガスが低温度及び高圧下で接触すると生成される。水和物生成に寄与する他の要因は、例えば、高い流体速度、流体撹拌、圧力脈動、二酸化炭素及び／または硫化水素の存在を含む。水和物による氷は、例えば、水と二酸化炭素を含む炭化水素流体として起こり、レギュレータを通過する。流体の圧力が、レギュレータの作動により降下すると、流体の温度も、ジュール・トムソン効果に従い降下する。温度降下の結果、流体流中の湿気から、水和物の生成が起こる場合がある。水和物は、例えば、レギュレータのバルブ等の、レギュレータ内の減圧点で生成される場合がある。
【００１０】
レギュレータ内における、例えば水和物の蓄積は、レギュレータの性能に対する障害となる可能性がある。例えば、レギュレータ・バルブでの水和物の蓄積は、レギュレータ・バルブの正常な開閉を妨げるため、レギュレータへの種々の要求に応じて流体の圧力を制御するレギュレータの機能に悪影響を及ぼす。レギュレータ内の着氷は、さらに、例えば、レギュレータ・アウトレットを塞いでしまうことによって、レギュレータの流体出力を阻害する可能性がある。
【００１１】
水和物の生成が起こり得る流体を扱うレギュレータに関するいくつかの既知の適用は、着氷の可能性を減らすために熱源を含むが、そのような熱源は、典型的に、レギュレータの本体外部に取り付けられる追加のデバイスである。そのような外部熱源の一つが、ボルテックス・ジェネレータである。ボルテックス・ジェネレータは、渦を発生させるために、高速で、例えば、チューブを通して圧縮流体（例えば、圧縮空気）を回転させることによって、熱を生じさせる。結果として生じる渦は、熱い流体流を含み、その一部が、ボルテックス・ジェネレータのアウトレットから流出し得る。渦流の残部は、より遅い速度でボルテックス・ジェネレータのチューブに沿って強制的に逆流されるため、より遅い速度の流体の熱が、より急速に流入する流体へ伝達される。この熱伝達は、熱い流体流のアウトレットの反対側に位置するアウトレットからボルテックス・チューブを出る冷たい流体流を生じる。各々のアウトレットを通る熱い流体流の流量と冷たい流体流の流量は、バルブによって調整されてもよい。
【００１２】
本文に開示の教示に従って、ボルテックス・ジェネレータ及びレギュレータは、レギュレータ本体内に配置される。レギュレータの作動中、着氷を阻止するために、レギュレータ・バルブへ熱を提供するよう、熱い流体流がボルテックス・ジェネレータによって生成され、この熱流体流は、レギュレータのバルブ近位に配置されたアウトレットを通して流出する。特に、ボルテックス・ジェネレータによって生成されてレギュレータ・バルブへ伝達される熱は、レギュレータ内の減圧点における水和物生成による着氷を阻止する可能性がある。いくつかの実施例においては、熱は、例えば、伝導、流体混合を介して、及び／またはボルテックス・ジェネレータ及びレギュレータを通って連続的に流通する流体を介してレギュレータ・バルブへ伝達されてもよい。さらに、２シート単一ステム・バルブ・デザインは、レギュレータ本体内のレギュレータ及びボルテックス・ジェネレータの同時制御を提供する。
【００１３】
さて、図面を参照する。図１は、レギュレータ１０２を含む実施例としての装置１００を表す。このレギュレータは、レギュレータ本体１０４内に配置された第一レギュレータ・チャンバ１０２ａ及び第二レギュレータ・チャンバ１０２ｂを有する。プロセス流体、例えば、天然ガスまたは圧縮空気が、プロセス流体インレット１０６へ入り、第一レギュレータ・チャンバ１０２ａへ流入する。レギュレータ・バルブ１０８は、レギュレータ１０２を流通するプロセス流体の圧力を調整するために、レギュレータ・チャンバ１０２ａ及び１０２ｂ間に配置される。
【００１４】
レギュレータ・バルブ１０８は、レギュレータ本体１０４内に配置されたステム１１０によって制御される。ステム１１０は、レギュレータ・アウトレット１１２において、実質的に一定なプロセス流体の出力圧を提供するために、レギュレータ・バルブ１０８を開閉する。ステム１１０は、ローディング機構１１４によって生成され検知素子１１６によって検出された力に応じて、レギュレータ・バルブ１０８を制御する。ステム１１０は、検知素子１１６へ相互伝達可能に接続されており、ローディング機構１１４によって生成された力による検知素子１１６の変位が、ステム１１０にレギュレータ・バルブ１０８を開かせる。装置１００におけるローディング機構１１４はバネを含み、検知素子１１６は隔膜である。いくつかの実施例におけるレギュレータ１０２は、圧力負荷またはドーム負荷型レギュレータ、あるいは重量負荷型レギュレータである。更なる実施例におけるローディング機構１１４は、バネ負荷、ドーム負荷及び／または重量の組み合わせを含む。検知素子１１６は、例えば、エラストマー材料、ピストンまたはベローを含んでもよい。
【００１５】
加えて、レギュレータ本体１０４内には、ボルテックス・チューブ１１８が配置される。入力流体は、ボルテックス・チューブ・インレット１２０ａ、１２０ｂを通ってボルテックス・チューブ１１８へ入る。図１は、二つのボルテックス・チューブ・インレット１２０ａ、１２０ｂを有する装置１００を示すが、装置１００は、より少ない、あるいはより多くのボルテックス・チューブ・インレットを持ってもよい。さらに、入力流体は、レギュレータ１０２のプロセス流体インレット１０６へ流入するプロセス流体と同じ流体であっても、あるいはプロセス流体とは異なる流体であってもよい。
【００１６】
ボルテックス・チューブ・インレット１２０ａ、１２０ｂは、入力流体がボルテックス・チューブ・インレット１２０ａ、１２０ｂへ流入するときに渦を生じるよう入力流体をスピンさせるために、ノズル１２１を含む。いくつかの実施例におけるノズル１２１は、接線方向のインレット、あるいはアルキメデス・スパイラル形状を持つインレットからなる。ノズル１２１は、入力流体をスピンさせるために、一つ以上のインレットを含んでもよい。入力流体がノズル１２１を通ってボルテックス・チューブ・インレット１２０ａ、１２０ｂへ入るときに入力流体をスピンさせることは、入力流体がボルテックス・チューブ・インレット１２０ａ、１２０ｂからボルテックス・チューブ１１８へ入るときの入力流体の接線速度を増加させるため、渦が発生する。
【００１７】
入力流体は、入力流体の一部である第一の流体流、及び入力流体の一部である第二の流体流を含む渦流として、ボルテックス・チューブ１１８を通過する。第一の流体流が第二の流体流よりも高い温度を持つため、第一の流体流は比較的熱い流体流であり、第二の流体流は比較的冷たい流体流である。ボルテックス・チューブ１１８の作動の実施例として、渦は、入力流体をスピンさせることによって発生される。この渦は、第一の流体流から構成される一次渦流と考えてもよい。第一の流体流は、ボルテックス・チューブ１１８の第一端の方へ流れ、第一端で、第一の流体流の一部がボルテックス・チューブ１１８から流出する。第一の流体流の残部、すなわち第二の流体流は、ボルテックス・チューブ１１８の第二端の方へ流れる。第二の流体流は、一次渦流の低圧領域内を二次渦流として流れる。第一の流体流及び第二の流体流は、同じ角速度で同方向に回転しながら、各々反対方向へ、ボルテックス・チューブ１１８の第一端及び第二端の方へ流れる。角運動量は、二次渦流から一次渦流へ失われる。このエネルギ損失は、第一の流体流と第二の流体流との間の温度差として現れるため、第一の流体流の温度は、第二の流体流の温度に比べ、上昇する。
【００１８】
例えば、熱流体流の温度は、ボルテックス・チューブ・インレット１２０ａ、１２０ｂへ入る入力流体の温度よりも約１２０°Ｆ高くともよい。熱流体流と入力流体との間の温度差は、１２０°Ｆを超えても、あるいはそれ未満でもよい。熱流体流と入力流体との間の温度差が約１２０°Ｆであると、冷流体流と入力流体との間の温度差は約６０°Ｆである。そのような実施例における冷流体流の温度は、入力流体の温度よりも約６０°Ｆ低い。入力流体に対する熱流体流及び／または冷流体流の温度差は、本文において更に考察するように、ボルテックス・チューブ１１８からの熱流体流及び冷流体流の出力流量に関わる。
【００１９】
装置１００における熱流体流は、ボルテックス・チューブ１１８を流通し、熱流体アウトレット１２２を介して装置１００から流出する。加えて、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４がボルテックス・チューブ１１８内に配置されているため、熱流体流は、熱流体アウトレット１２２を介して装置１００から流出する前に、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４を通過することになる。冷流体流は、熱流体アウトレット１２２の反対側に位置する冷流体アウトレット１２６を介して、ボルテックス・チューブ１１８から流出する。いくつかの実施例においては、冷流体流の出力を制御するために、第二のボルテックス・チューブ・バルブが冷流体アウトレット１２６内に配置される。
【００２０】
レギュレータ１０２を流通するプロセス流体の圧力を調整するために、ステム１１０は、レギュレータ・バルブ１０８を制御、すなわち調整するとき、ステム１１０は、また、レギュレータ１０２に対する需要に応じて、レギュレータ・バルブ１０８へ熱を提供するために、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４を制御、すなわち調整する。レギュレータ本体１０４内のレギュレータ・バルブ１０８及びボルテックス・チューブ・バルブ１２４を一緒に制御する際に、単一のステム１１０は、レギュレータ・アウトレット１１２を介してレギュレータ１０２から流出するプロセス流体に関して一定な出力圧を維持するようレギュレータ・バルブ１０８を制御する。ステム１１０は、また、熱流体流からレギュレータ・バルブ１０８へ熱を伝達するようボルテックス・チューブ・バルブ１２４を制御する。さらに、ステム１１０は、熱流体流とボルテックス・チューブ１１８に流入する入力流体との間の温度差が、レギュレータ・バルブ１０８でのプロセス流体の減圧に対して最大となるようボルテックス・チューブ・バルブ１２４を制御する。
【００２１】
レギュレータ・アウトレット１１２を介してレギュレータ１０２から流出するプロセス流体の定圧出力を維持するために、ステム１１０は、ローディング機構１１４及び検知素子１１６の作動に応じて、レギュレータ・バルブ１０８の位置を調整する。ステム１１０は、第二レギュレータ・チャンバ１０２ｂ内のプロセス流体に対応する力よりも大きな、ローディング機構１１４が生成した力によって検知素子１１６が変位するとき、レギュレータ１０２を通過するプロセス流体の流量を増加させるようレギュレータ・バルブ１０８を開く。ステム１１０は、検知素子１１６に対するローディング機構１１４からの力が、第二レギュレータ・チャンバ１０２ｂ内のプロセス流体に対応する力よりも小さいとき、レギュレータ１０２を通過するプロセス流体の流量を制限するようレギュレータ・バルブ１０８を閉じる。ステム１１０は、ローディング機構１１４によって定義されたように、レギュレータ・アウトレット１１２に一定な出力圧を維持するようレギュレータ・バルブ１０８を制御する。
【００２２】
レギュレータ・バルブ１０８へ熱を提供するために、入力流体は、ボルテックス・チューブ・インレット１２０ａ、１２０ｂを介してボルテックス・チューブ１１８へ入り、ボルテックス・チューブ１１８内に渦を発生させる。渦は、ボルテックス・チューブ・インレット１２０ａ、１２０ｂにおける入力流体の温度よりも高い温度を持つ熱流体流を含む。レギュレータ・バルブ１０８が開いているとき、ステム１１０は、熱流体流の一部がボルテックス・チューブ・バルブ１２４から流出するようボルテックス・チューブ・バルブ１２４を配置する。ボルテックス・チューブ・バルブ１２４を通過すると、熱流体流は、レギュレータ本体１０４内に配置されてボルテックス・チューブ１１８と熱流体アウトレット１２２との間に位置する膨張チャンバ１２８へ流入する。図１に示す装置１００内の膨張チャンバ１２８は、レギュレータ本体１０４内で、第一レギュレータ・チャンバ１０２ａに近位に配置されている。
【００２３】
レギュレータ１０２と膨張チャンバ１２８との間には、シール１３０が配置される。シール１３０は、第一レギュレータ・チャンバ１０２ａを流通するプロセス流体の、ボルテックス・チューブ１１８を流通する入力流体との混合を阻止する。シール１３０は、レギュレータ・バルブ１０８及びボルテックス・チューブ・バルブ１２４の開閉を制御するためにステム１１０がレギュレータ１０２及びボルテックス・チューブ１１８間で滑動するように、エラストマー材料からなってもよい。例えば、シール１３０は、エラストマー性Ｏリングであってもよい。
【００２４】
熱流体流が膨張チャンバ１２８内へ流入すると、熱は、熱流体流から第一レギュレータ・チャンバ１０２ａ内のプロセス流体へ伝達される。実施例の装置１００における熱は、伝導を介して伝達される。熱は、特に、レギュレータ１０２と膨張チャンバ１２８との接触領域１３２を介して伝達される。接触領域１３２は、レギュレータ１０２の面１３４を含む。面１３４は、熱伝導率が高い金属などの熱伝導性物質を含む。いくつかの実施例における面１３４は、面１３４の表面積を増加させるフィンを含み、それによって熱伝達率を向上させる。熱が、面１３４を介して、第一レギュレータ・チャンバ１０２ａを流通するプロセス流体へ伝導されると、プロセス流体は加熱される。受熱プロセス流体がレギュレータ・バルブ１０８を通過するとき、レギュレータ・バルブ１０８における水和物の生成は、減少する、及び／または阻止される。
【００２５】
ステム１１０は、また、レギュレータ・バルブ１０８におけるプロセス流体の圧力降下の大きさに対するプロセス流体への最大熱量伝達を提供するために、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４を流通する熱流体流の流量を制御する。レギュレータ・バルブ１０８で発生する圧力降下の大きさに対するプロセス流体への伝達熱量を判定する際に、ボルテックス・チューブ１１８内の渦流の特徴が考慮される。特に、ボルテックス・チューブ１１８に流入する入力流体に対する熱流体流及び冷流体流の温度差と、ボルテックス・チューブ１１８を流通する渦流体流は、図２の実施例グラフによって表現されてもよい。図２のグラフは、ボルテックス・チューブに流入する入力流体と、渦の冷流体流及び熱流体流との間の温度差、対、ボルテックス・チューブの冷流体アウトレットを通過する冷流体流の全流量パーセンテージを表す。
【００２６】
図２のグラフに示すように、渦の熱流体流の温度と、熱流体アウトレット１２２を介してボルテックス・チューブ１１８から流出する熱流体流の流量との間には、反比例関係が存在する。例えば、冷アウトレットを介しての冷流体流の流量が全出力流量の約８０％である場合、熱アウトレットを介しての熱流体流の流量は全出力流量の約２０％であり、熱流体流と入力流体との間の温度差は、約１２０°Ｆである。同じ流量に対して、冷流体流と入力流体との間の温度差は、約？６０°Ｆである。
【００２７】
図２のグラフは、さらに、冷アウトレットを介しての冷流体流の流量が全出力流量の約４０％である場合、熱流体流は全流量の約６０％であり、熱流体流と入力流体との間の温度差は、約４０°Ｆであることを示す。同じ流量に対して、冷流体流と入力流体との間の温度差は、約？１２０°Ｆである。図２のグラフによって表されるように、熱流体流の高温は、ボルテックス・チューブを流通する熱流体流の出力流量減少に対応する。
【００２８】
装置１００において、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４がほぼ閉じられ、冷流体アウトレット１２６からの冷流体流の流量と比較して熱流体アウトレット１２２からの熱流体流の流量が少ない場合、図２のグラフに示すボルテックス・チューブの性能に従って、熱流体流の温度は上昇する。レギュレータ１０２への需要の増加に応じて、ステム１１０がレギュレータ・バルブ１０８を調整するとき、ステム１１０は、レギュレータ・バルブ１０８で発生する圧力降下の増大から生じ得る着氷を阻止するため、レギュレータ・バルブ１０８への熱伝達を増加させるようボルテックス・チューブ・バルブ１２４をさらに調整する。
【００２９】
例えば、レギュレータ１０２への需要の増加に応じて、ステム１１０は、レギュレータ・バルブ１０８を開き、レギュレータ１０２を流通するプロセス流体の流量を増加させ、レギュレータ・アウトレット１１２に一定なプロセス流体出力圧を維持する。プロセス流体がレギュレータ・バルブ１０８を通過するとき、プロセス流体の圧力は降下する。圧力降下の増大に起因し、プロセス流体の圧力が降下するときの、レギュレータ・バルブ１０８における水和物生成による着氷のリスクが増加する。
【００３０】
着氷リスクの増加に対処するために、ステム１１０は、レギュレータ・バルブ１０８で発生する圧力降下の大きさに対する最大熱量をレギュレータ・バルブ１０８へ提供するようボルテックス・チューブ・バルブ１２４を調整する。ステム１１０は、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４を通過する熱流体流の流量が、冷流体アウトレット１２６を介してボルテックス・チューブ１１８から流出する冷流体流の流量よりも少ないように、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４を配置する。そのような例におけるボルテックス・チューブ・バルブ１２４は、部分的に、あるいはほとんど閉位置にある。レギュレータ・バルブ１０８が開くことにより、レギュレータ１０２を流通するプロセス流体の流量が増加すると、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４を流通する熱流体流の流量は、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４が部分的に閉じるため、減少する。熱流体流の流量が減少すると、ボルテックス・チューブ１１８内の熱流体流の温度は上昇する。熱流体流からの熱は、熱流体流がボルテックス・チューブ１１８から流出するときにレギュレータ１０２内でプロセス流体へ伝達される。実施例の装置１００における熱伝達は、接触領域１３２における伝導を介して達成される。
【００３１】
ステム１１０は、レギュレータ１０２を通過するプロセス流体の流量、熱流体流の温度、及びレギュレータ１０２へ伝達される熱量をバランスさせるよう、レギュレータ・バルブ１０８及びボルテックス・チューブ・バルブ１２４を制御する。そのようなバランスを達成する際に、ステム１１０は、一定なレギュレータ出力圧を維持し、レギュレータ・バルブ１０８内での水和物の生成を阻止するよう機能する。
【００３２】
いくつかの実施例における装置１００は、レギュレータ本体１０４内に配置されてボルテックス・チューブ１１８を囲む断熱材１３６を含む。断熱材１３６は、ボルテックス・チューブ１１８内における渦の発生から生じる熱の、レギュレータ１０２以外の環境への伝導（例えば、損失）を減少させる。いくつかの実施例における断熱材は、ボルテックス・チューブ１１８内の渦によって発生する音エネルギを熱へ変換する吸音材を含む。吸音材を含む断熱材１３６は、冷流体流がチューブ１１８から流出するときのノイズを減少させるために、冷流体アウトレット１２６をさらに包囲してもよい。断熱材１３６は、装置１００に限らず、本文に開示される他の実施例としての装置にも含まれてよい。
【００３３】
いくつかの実施例においては、ボルテックス・チューブ１１８内における渦の発生から生じるノイズを減少させるために、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４と熱流体アウトレット１２２との間にプレート１３８が配置される。プレート１３８は、熱流体アウトレット１２２を介してボルテックス・チューブ１１８から流出する熱流体流の噴流を分解する。いくつかの実施例におけるプレート１３８は、有孔プレートである。いくつかの実施例においては、冷流体アウトレット１２６内に減音プレート１３８が、追加的に、あるいは択一的に配置される。プレート１３８は、熱流体アウトレット１２２及び／または冷流体アウトレット１２６を塞がないように熱流体アウトレット１２２及び／または冷流体アウトレット１２６内に配置される。
【００３４】
図３は、レギュレータ・バルブへ熱を提供するための、第二の実施例としての装置３００を示す。装置３００は、レギュレータ本体３０４内に配置されたボルテックス・チューブ１１８を含む。入力流体がノズル１２１を介してボルテックス・チューブ・インレット１２０ａ、１２０ｂへ入り、ボルテックス・チューブ１１８を通過するとき、比較的熱い流体流と比較的冷たい流体流を含む渦が生成される。ボルテックス・チューブ・バルブ１２４は、ボルテックス・チューブ１１８から流出する熱流体流の流量を調整する。冷流体流は、冷流体アウトレット１２６を介してボルテックス・チューブ１１８から流出する。
【００３５】
装置３００におけるステム１１０は、レギュレータ・バルブ１０８及びボルテックス・チューブ・バルブ１２４を制御する。例えば、定圧出力を維持するために、レギュレータ１０２を流通するプロセス流体の流量を増加させるようレギュレータ・バルブ１０８が開いているとき、ステム１１０は、熱流体流が、ボルテックス・チューブ１１８から流出し、レギュレータ１０２の面１３４に近位に本体３０４内に配置された膨張チャンバ１２８へ流入するよう、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４を配置する。面１３４は、面内に配置されたチャネル３３６ａ、３３６ｂを有し、熱流体流は、膨張チャンバ１２８からチャネル３３６ａ（３３６ｂ）を通って第一レギュレータ・チャンバ１０２ａへ流入する。熱流体流からの熱は、熱流体流の、第一レギュレータ・チャンバ１０２ａ内のプロセス流体との混合を介して、プロセス流体へ伝達される。プロセス流体が熱流体流と混合し、レギュレータ・バルブ１０８を通過して第二レギュレータ・チャンバ１０２ｂへ流入するとき、水和物の生成を減少させる、及び／または阻止するために、レギュレータ・バルブ１０８へ熱が提供される。
【００３６】
レギュレータ１０２への需要に対する最大熱量をレギュレータ・バルブ１０８へ伝達するために、ステム１１０は、図２の実施例グラフに表すボルテックス・チューブ１１８の性能に従って、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４を制御する。例えば、レギュレータ・バルブ１０８が開いており、レギュレータ１０２を流通するプロセス流体の流量が増加するとき、ステム１１０は、チャネル３３６ａ、３３６ｂを通る熱流体流の流量を介してレギュレータ１０２へ熱伝達するよう、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４を部分的に閉じる。入力流体と、部分的に閉じたボルテックス・チューブ・バルブ１２４を介してボルテックス・チューブ１１８から流出する熱流体流との間の温度差は、レギュレータ・バルブ１０８におけるプロセス流体の圧力降下の増大に応じて、最大化される。
【００３７】
装置３００は、熱流体流とレギュレータ１０２内のプロセス流体との混合を介して、レギュレータ１０２への熱伝達を提供する。レギュレータ１０２へ伝達される熱量を最大にするために、プロセス流体インレット１０６内に、絞り弁等のリストリクタ３３８が配置される。リストリクタ３３８は、プロセス流体がプロセス流体インレット１０６へ入り、第一レギュレータ・チャンバ１０２ａへ流入するときに圧力降下を提供する。リストリクタ３３８は、プロセス流体の圧力を減少させることによって、プロセス流体と熱流体流との混合を容易にする。いくつかの状況では、第一レギュレータ・チャンバ１０２ａ内のプロセス流体の圧力は、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４から流出してチャネル３３６ａ、３３６ｂを通過する熱流体流の圧力よりも高い。リストリクタ３３８は、プロセス流体インレット１０６での圧力降下を提供し、プロセス流体の圧力を減少させ、プロセス流体と熱流体流の混合を促進する。リストリクタ３３８を通った後の、第一レギュレータ・チャンバ１０２ａ内のプロセス流体の圧力は、ボルテックス・チューブ１１８及びチャネル３３６ａ、３３６ｂを通った後の熱流体流の圧力より低い。熱流体流とプロセス流体との混合によって、熱は、プロセス流体及び熱流体流の混合物がレギュレータ・バルブ１０８を通過するときにレギュレータ・バルブ１０８へ提供される。
【００３８】
いくつかの実施例におけるチャネル３３６ａ、３３６ｂは、孔を持つプレートから構成される。熱流体流は、有孔プレートを通って第一レギュレータ・チャンバ１０２ａへ流入する。チャネル３３６ａ、３３６ｂを形成するプレートの直径は、熱流体流が、ボルテックス・チューブ１１８からボルテックス・チューブ・バルブ１２４を介して膨張チャンバ１２８へ流れるときの熱流体流の圧力降下の大きさに基づいて選択される。チャネル３３６ａ、３３６ｂのサイズは、熱流体流が、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４を通過し、チャネル３３６ａ、３３６ｂを通って第一レギュレータ・チャンバ１０２ａへ流入するときに熱流体流がプロセス流体よりも高い圧力を維持するよう選択されてもよい。さらに、図３は、二つのチャネル３３６ａ、３３６ｂを有する装置３００を示すが、装置３００は、追加の、あるいは、より少ないチャネルを含んでもよい。
【００３９】
図４は、レギュレータ・バルブへ熱を伝達するための、第三の実施例としての装置４００を表す。装置４００は、レギュレータ本体４０４内に配置されたボルテックス・チューブ１１８を含む。ボルテックス・チューブ・インレット４２０ａ、４２０ｂは、本体４０４内の単一の流路を介してボルテックス・チューブ１１８及びレギュレータ１０２へプロセス流体を導くインレットとして機能する。プロセス流体は、ノズル４２１を介してボルテックス・チューブ・インレット４２０ａ、４２０ｂへ入り、ボルテックス・チューブ１１８を流通する。そこで、プロセス流体が第一レギュレータ・チャンバ１０２ａへ流入する前に渦が生じる。渦は、プロセス流体の比較的に熱い部分、すなわち熱プロセス流体流、及びプロセス流体の比較的に冷たい部分、すなわち冷プロセス流体流を含む。
【００４０】
ボルテックス・チューブ・バルブ１２４は、ボルテックス・チューブ１１８から流出する熱プロセス流体流の流量を制御する。ボルテックス・チューブ１１８からの流出後、熱プロセス流体流は、第一レギュレータ・チャンバ１０２ａへ流入する。レギュレータ１０２の作動中、熱プロセス流体流は、レギュレータ・バルブ１０８を通過して第二レギュレータ・チャンバ１０２ｂへ流れ、レギュレータ・アウトレット１１２を介して装置４００から流出する。レギュレータ１０２へ流入する前にボルテックス・チューブ１１８を通過する際に、ボルテックス・チューブ１１８内での渦の発生の結果としてプロセス流体は加熱される。プロセス流体の熱は、レギュレータ・バルブ１０８で流体圧力が降下するときの着氷の発生を阻止する。
【００４１】
装置４００におけるボルテックス・チューブ・インレット４２０ａ、４２０ｂは、ボルテックス・チューブ１１８及びレギュレータ１０２へプロセス流体を導くインレットとして機能する。プロセス流体は、レギュレータ１０２へ流入する前にボルテックス・チューブ１１８を通過する。その結果、ステム１１０は、レギュレータ１０２の需要とレギュレータ１０２へ伝達される熱量とをバランスさせるようボルテックス・チューブ・バルブ１２４を制御することになる。特に、ステム１１０は、レギュレータ・アウトレット１１２に定圧出力を維持するために、レギュレータ１０２への熱プロセス流体流の十分な入力を提供するようボルテックス・チューブ・バルブ１２４を制御する。レギュレータ１０２への十分な入力を提供するためにボルテックス・チューブ・バルブ１２４を調整する際に、ステム１１０は、さらに、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４を通過する熱プロセス流体流の温度及び流量に基づき、レギュレータ１０２に提供される熱を制御する。
【００４２】
ステム１１０は、レギュレータ１０２への十分な入力を提供するためのボルテックス・チューブ・バルブ１２４の開口度と、ボルテックス・チューブ１１８から流出するときの熱プロセス流体流の温度とをバランスさせる。図２の実施例グラフに示す渦出力流量の性能に従って、ステム１１０は、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４から流出する熱プロセス流体流の温度が、レギュレータ・アウトレット１１２に一定な出力圧を維持するのにボルテックス・チューブ・バルブ１２４を通過する必要があるプロセス流体の流量に対して最大となるよう、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４を配置する。装置４００におけるステム１１０は、レギュレータ・バルブ１０８でのプロセス流体の減少による氷の蓄積を阻止するために、レギュレータ１０２への十分な入力及び十分な熱を提供するよう、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４を制御する。
【００４３】
加えて、ステム１１０は、装置４００を通した段階的な圧力降下を提供するよう、レギュレータ・バルブ１０８及びボルテックス・バルブ１２４を制御する。段階的な圧力降下は、熱プロセス流体流がレギュレータ１０２を流通するときのレギュレータ・バルブ１０８での圧力降下の大きさを減少させることによって、装置４００の安定性を向上させる。例えば、ステム１１０は、レギュレータ１０２へ熱プロセス流体流の十分な流量を提供するようボルテックス・チューブ・バルブ１２４を調整するとき、第一の圧力降下は、熱プロセス流体流がボルテックス・チューブ・バルブ１２４を通って第一レギュレータ・チャンバ１０２ａへ流入するときに発生する。第一レギュレータ・チャンバ１０２ａへの流入の際に、熱プロセス流体流の圧力は、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４での第一の圧力降下により、減少する。熱流体流がレギュレータ・バルブ１０８を通過するとき、レギュレータ・バルブ１０８での第二の圧力降下が発生する。第二の圧力降下の大きさは、熱プロセス流体流の圧力が、第一レギュレータ・チャンバ１０２ａへ流入する前にボルテックス・チューブ・バルブ１２４で減少しているので、熱プロセス流体流が第一の圧力降下を経ていない場合に比べ、小さい。ボルテックス・チューブ・バルブ１２４での第一の圧力降下は、ローディング機構１１４及びプロセス流体に対応する力をバランスさせるよう、ローディング機構１１４及び検知素子１１６のより小さな矯正を可能にする。その結果、装置３００の安定性は、レギュレータ本体４０４内の二つの弁座での段階的な圧力降下により、向上する。
【００４４】
図５は、実施例としての装置４００の作動を表す、第二の、より詳細な図である。図５は、ボルテックス・チューブ１１８を通る入力プロセス流体４４２の流れと、ステム１１０の作動を示す。入力プロセス流体４４２がノズル４２１を介してボルテックス・チューブ・インレット４２０ａ、４２０ｂへ流入すると、渦４４４が発生する。渦４４４は、比較的に熱いプロセス流体流４４４ａと比較的に冷たいプロセス流体流４４４ｂを含む。
【００４５】
図５に示す装置４００におけるステム１１０は、出力圧を維持し着氷を阻止するために、レギュレータ１０２に対する需要に応じて、レギュレータ・バルブ１０８及びボルテックス・チューブ・バルブ１２４の開閉を制御する。レギュレータに対する需要が増加すると、ステム１１０はレギュレータ・バルブ１０８を開く。さらに、ステム１１０は、熱プロセス流体流４４４ａと入力プロセス流体４４２との間の温度差が、レギュレータ・アウトレット１１２に一定な出力圧を維持するのに装置４００を通過する必要がある入力プロセス流体４４２の流量に対して最大となるよう、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４を配置する。
【００４６】
レギュレータ１０２に対する需要が減少すると、ステム１１０は、レギュレータ・バルブ１０８が閉まるようにする。そのような状況で、ステム１１０は、熱プロセス流体流４４４ａと入力プロセス流体４４２との間の温度差が、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４が部分的に閉じている場合に比べ、小さくなるよう、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４をより全開な位置へ移動させる。装置４００の作動中、ステム１１０は、レギュレータ１０２に対する需要に基づき、レギュレータ・バルブ１０８及びボルテックス・チューブ１２４を連続的に調整する。
【００４７】
装置４００における冷流体流は、冷流体アウトレット１２６を介してチューブ１１８から流出する。いくつかの実施例における冷流体流は、例えば、実施例の装置４００から下流に位置するパイプへ流入する。いくつかの実施例における冷流体流４４４ｂは、大気に放出される空気である。さらに、実施例の装置１００及び３００における冷流体流は、追加的に、実施例の装置４００に対して説明した方式で、冷流体アウトレット１２６から流出する際に捕集されても、あるいは放出されてもよい。
【００４８】
いくつかの実施例においては、ボルテックス・チューブ１１８内の、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４の近位に、デツイスタ４４６が配置される。デツイスタ４４６は、熱プロセス流体流４４４ａがボルテックス・チューブ・バルブ１２４を通過する前に熱プロセス流体流４４４ａを直流にする。熱プロセス流体流４４４ａを直流にする際に、デツイスタ４４６は、冷プロセス流体流４４４ｂからの熱プロセス流体流４４４ａの分離を促進する。熱プロセス流体流４４４ａと冷プロセス流体流４４４ｂとを分離する際に、デツイスタ４４６は、熱プロセス流体流４４４ａが、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４を介してボルテックス・チューブ１１８から流出するときの熱出力の増加を提供する。デツイスタ４４６は、図５に示す実施例の装置４００に限定されない。デツイスタ４４６は、実施例装置１００及び実施例装置３００においても実装されてよい。熱プロセス流体流４４４ａを冷プロセス流体流４４４ｂから分離するための他のメカニズムが、本文に開示の実施例装置に実装されてもよい。
【００４９】
図６は、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４を制御するためのレバー６５０を有する実施例としての装置１００を示す。レバー６５０は、レギュレータ本体１０４内の、シール１３０とボルテックス・チューブ１１８との間に配置される。レバー６５０は、ローディング機構１１４からの力によりレギュレータ・バルブ１０８を調整する際のステム１１０の作動に応じて、レバー６５０がボルテックス・チューブ・バルブ１２４を調整するよう、ステム１１０に結合される。
【００５０】
装置１００におけるステム１１０は、レギュレータ・アウトレット１１２に一定な出力圧を維持するために、レギュレータ１０２を通過するプロセス流体の流量を増加させるよう、レギュレータ・バルブ１０８を開く。同時に、レバー６５０は、ボルテックス・チューブ・バルブ１２４を部分的に閉めさせて、ボルテックス・チューブ１１８内で発生した渦の熱流体流を介してのレギュレータ・バルブ１１２への熱伝達を提供する。例えば、熱は、レギュレータ１０２と膨張チャンバ１２８との間の接触領域１３２を通した伝導を介してレギュレータ１０２へ伝達されてもよい。
【００５１】
いくつかの実施例におけるレギュレータ本体１０４内のボルテックス・チューブ１１８の位置は、ステム１１０及びシール１３０の位置に対してオフセットされる。ボルテックス・チューブ１１８の位置をオフセットすることによって、レバー６５０がボルテックス・チューブ・バルブ１２４の開閉を制御するときのレバー６５０のアームの運動を許容できる。
【００５２】
レバー６５０は、図６に示す実施例の装置１００に限定されない。むしろ、レバー６５０は、実施例装置３００における流体の混合を介して、あるいは実施例装置４００における入力流体の連続的な流れを介して、レギュレータへの熱伝達を提供するよう実装されてもよい。さらに、レバー６５０は、図６に示す構成以外の実施例において、ステム１１０と一緒に構成されてもよい。
【００５３】
前述から明らかなことは、上記開示の実施例装置が、圧力を調整し、レギュレータ性能への障害となり得るレギュレータ内の圧力降下点での着氷の発生を減少させる、あるいは阻止するための熱を提供するために、一つの本体内に配置されたレギュレータ及びボルテックス・ジェネレータを含むことである。上記開示の実施例は、外部熱源を必要とせずに、レギュレータへ外部熱源を結合させた場合に生じる環境への温度損失がない状態で、レギュレータへの熱伝達を提供する。熱は、例えば、伝導、流体混合、またはボルテックス・ジェネレータ及びレギュレータを流通する流体の連続的な流れを介して、効率的にレギュレータへ伝達される。さらに、ボルテックス・ジェネレータは、圧縮流体以外の、他の発熱源を必要としない。いくつかの実施例におけるボルテックス・ジェネレータに提供される圧縮流体は、レギュレータからの出力と同じ流体であってもよい。
【００５４】
加えて、本文に開示の実施例装置は、レギュレータ・アウトレットに一定な出力圧を維持する。さらに、上記開示の実施例装置は、レギュレータに対する需要と、着氷リスクの増加に至る可能性のあるレギュレータ・バルブで発生する減圧の大きさに対して、レギュレータへの最大熱量の伝達を提供する。２シート単一ステムのバルブステムは、レギュレータ及びボルテックス・ジェネレータの両方の制御を可能にし、レギュレータを介する流量変化に応じての、レギュレータへの供給熱量に対するリアルタイム調整を提供する。理解すべきことは、単一のステムが、レギュレータ内での流体の減圧から生じる着氷を阻止するために、一定な出力圧を維持するのに必要なレギュレータ通過流量と、レギュレータへ伝達される熱量とをバランスさせることである。
【００５５】
さらに、段階的な圧力降下は、流体がボルテックス・ジェネレータから流出してレギュレータへ流入するときに流体の第一の圧力降下を提供することによって、本文に開示の実施例装置の安定性を向上させる。第一の圧力降下は、一定なレギュレータ出力圧を維持するのにレギュレータ・バルブで必要な流体の圧力降下の大きさを減少させる。段階的な圧力降下は、レギュレータの安定性を犠牲にすることなく、レギュレータ性能への障害となり得る水和物の生成を阻止しながら、実施例装置への、より小さなローディング機構及び検知素子の使用を可能にする。
【００５６】
特定な方法、装置及び製造物品の実施例が本文に開示されたが、本特許の範囲は、それらに限定されない。それどころか、本特許は、特許の請求項の範囲内に該当するすべての方法、装置及び製造物品を含む。
【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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