(57)【要約】  流量調節器は、調節弁およびアクチュエータを備えている。アクチュエータは、調節弁に組み合わせられ、調節弁を通過する流体の流れを制御するための制御要素を備えている。さらに、アクチュエータは、調節弁の排出口の実際の圧力を検出するための圧力平均化検出チューブを備えている。これにより、実際の圧力がアクチュエータのダイアフラムなどの検出要素へと供給され、制御要素の位置を調節する。圧力平均化検出チューブは、開いた検出端および細長いスロットを備えている。細長いスロットが、好都合なことに、検出チューブの長さにわたって圧力を検出および平均化して、検出要素へと供給される圧力信号の精度を最高にする。【選択図】  図4
2010525466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導入口、排出口、及び、流体の通過を可能にするように前記導入口と前記排出口の間に配置されたバルブポート、を有する弁と、
前記弁に組み合わせられるとともに、制御要素及び該制御要素に作用可能に接続されたダイアフラムを含む制御アセンブリを有し、前記制御要素が前記弁へと延びて前記バルブポートに対して変位することで前記導入口と前記排出口の間の流体の流れを制御するように構成されたアクチュエータと、
前記弁の前記排出口の付近に配置された開放端を含む検出部、及び、前記アクチュエータの前記ダイアフラムの付近に配置されている取り付け部、を有する検出チューブと、
前記検出部によって前記弁の前記排出口の圧力を平均し、前記検出チューブによって平均された圧力を前記ダイアフラムへと伝えることができるように、前記検出チューブの前記検出部に形成されるとともに、前記開放端から前記取り付け部に向かって延びるように構成されたスロットと、
を備えた流体調節装置。
【請求項２】
前記検出チューブの前記検出部の前記スロットは、前記弁の前記バルブポートから遠い方に形成されている請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記検出チューブの前記検出部の前記スロットが、直線状のスロット、波状のスロット、および変化する幅を有しているスロットのうちの少なくとも1つを備えている請求項1に記載の装置。
【請求項４】
前記検出チューブの前記検出部は、円形の断面、矩形の断面、および三角形の断面のうちの1つを備えている請求項1に記載の装置。
【請求項５】
前記検出チューブの前記検出部は、真っ直ぐな検出チューブおよび屈曲した検出チューブの一方を備えている請求項1に記載の装置。
【請求項６】
前記アクチュエータの反対側で前記弁に組み合わせられた監視器をさらに備え、
該監視器は、前記弁へと延びて前記バルブポートに対して変位するように構成された第2の制御要素と、前記制御要素に作用可能に接続された第2のダイアフラムと、検出部および取り付け部を含み、前記検出部が前記弁の前記排出口の付近に配置され、前記取り付け部が前記第2のダイアフラムの付近に配置されている第2の検出チューブと、を有し、
前記検出部は、開放端と、該開放端から前記取り付け部に向かって延びているスロットと、を有し、前記検出チューブによって前記弁の前記排出口の圧力を平均して、平均された圧力を前記第2のダイアフラムへと伝えるよう構成されている、請求項1に記載の装置。
【請求項７】
導入口、排出口、及び、流体の通過を可能にするように前記導入口と排出口の間に配置されたバルブポート、を有する弁と、
前記弁に組み合わせられるとともに、前記導入口と前記排出口の間の流体の流れを制御するための制御アセンブリを有し、該制御アセンブリが制御要素および該制御要素に作用可能に接続されたダイアフラムを含み、前記制御要素が前記弁へと延びて前記バルブポートに対して変位するように構成されたアクチュエータと、
前記弁の前記排出口の付近に配置された検出端を含む前記検出部、及び、前記ダイアフラムの付近に配置されている取り付け部を有する検出チューブと、
前記検出端と前記取り付け部と間で前記検出部の長さに沿って間隔を空けて位置している複数の検出位置と、を備え、
前記検出端および前記複数の検出位置は、協働して前記弁の前記排出口の圧力を平均し、前記検出チューブによって平均された圧力を前記ダイアフラムへと伝えるように構成されている、流体調節装置。
【請求項８】
前記検出チューブの前記検出部は、前記検出端から前記取り付け部に向かって延びているスロットを有し、該スロットが前記複数の検出位置を定めている、請求項7に記載の装置。
【請求項９】
前記検出チューブの前記検出部の前記スロットは、前記弁の前記バルブポートから遠い方に形成されている、請求項8に記載の装置。
【請求項１０】
前記検出チューブの前記検出部の前記スロットは、直線状のスロット、波状のスロット、および変化する幅を有しているスロットのうちの少なくとも1つを備えている請求項8に記載の装置。
【請求項１１】
前記検出チューブは、円形の断面、矩形の断面、および三角形の断面のうちの1つを備えている請求項8に記載の装置。
【請求項１２】
前記検出チューブの前記検出部は、真っ直ぐな検出チューブおよび屈曲した検出チューブの一方を備えている請求項8に記載の装置。
【請求項１３】
前記アクチュエータの反対側で前記弁へと組み合わせられた監視器をさらに備え、
該監視器は、前記弁へと延びて、前記バルブポートに対して変位するように構成されている第2の制御要素と、前記制御要素に作用可能に接続された第2のダイアフラムと、検出部および取り付け部を有し、前記検出部が前記弁の前記排出口の付近に配置され、前記取り付け部が前記第2のダイアフラムの付近に配置されている、第2の検出チューブと、を有し、
前記検出部は、開放端と該開放端から前記取り付け部に向かって延びているスロットと、を有し、前記検出部によって前記弁の前記排出口の圧力を平均して、第２検出チューブによって平均された圧力を前記第2のダイアフラムへと伝えるよう構成されている、請求項8に記載の装置。
【請求項１４】
流体調節装置に使用する圧力平均化検出チューブであって、
前記流体調節装置は、導入口と、排出口と、前記導入口と前記排出口との間に配置されたバルブポートと、前記圧力平均化検出チューブによって生成される信号に応答して前記バルブポートに対して変位して前記導入口と前記排出口との間の流体の流れを制御するように構成された制御アセンブリと、を備えており、
前記圧力平均化検出チューブは、前記流体調節装置の前記排出口の付近に配置されるように構成された開放端を含む検出部と、
前記検出部に対して斜めに配置され、前記流体調節装置の前記制御アセンブリの付近に配置されるように構成された取り付け部と、
前記検出部に形成されるとともに、前記開放端から前記取り付け部に向かって延びており、前記圧力平均化検出チューブが前記流体調節装置に設置されたとき、前記検出部によって前記排出口の圧力を平均し、前記圧力平均化検出チューブによって平均された圧力を前記制御アセンブリへと伝えるよう構成されているスロットと、有する、圧力平均化検出チューブ。
【請求項１５】
前記検出部の前記スロットは、前記流体調節装置の前記バルブポートから遠い方に形成されるように構成されている請求項14に記載の圧力平均化検出チューブ。
【請求項１６】
前記スロットは、直線状のスロット、波状のスロット、および変化する幅を有しているスロットのうちの少なくとも1つを備えている請求項14に記載の装置。
【請求項１７】
前記検出部は、円形の断面、矩形の断面、および三角形の断面のうちの1つを備えている請求項14に記載の装置。
【請求項１８】
前記検出部は、真っ直ぐな検出チューブおよび屈曲した検出チューブの一方を備えている請求項14に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
2007年4月20日付の米国特許仮出願第60/913,127号の優先権の利益を、ここに主張し、この米国特許仮出願の全内容が、ここでの言及によって本明細書に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、ガス流量調節器に関し、さらに詳しくは、閉ループの流量制御を有するガス流量調節器に関する。
【背景技術】
【０００３】
典型的なガス分配システムによるガス供給の圧力は、システムに対する需要、環境、供給源、および／または他の因子に応じて変動しうる。しかしながら、炉やオーブンなどのガス器具が備えられた最終消費者の施設の多くは、ガスが、所定の圧力に従って、ガス流量調節器の最大能力以下で届けられることを必要とする。したがって、届けられるガスが最終消費者の施設の要件に合致するように保証するため、ガス流量調節器が、これらの分配システムへと組み込まれる。従来からのガス流量調節器は、通常は、送り出されるガスの圧力を検出して制御するために、閉ループ制御のアクチュエータを備えている。
【０００４】
図1が、1つの従来からのガス流量調節器10を示している。流量調節器10は、大まかに、アクチュエータ12および調節弁14を備えている。調節弁14が、例えばガス分配システムからガスを受け取るための導入口16と、例えば1つ以上の器具を有する工場、レストラン、共同住宅、などといった最終消費者の施設へガスを届けるための排出口18とを定めている。さらに、調節弁14は、導入口と排出口との間に配置されたバルブポート36を備えている。ガスは、調節弁14の導入口16と排出口18との間を移動するためには、バルブポート36を通過しなければならない。
【０００５】
アクチュエータ12は、調節弁14の排出口18における圧力、すなわち出口圧力が、所望の出口圧力または制御圧力に従うことを保証するために、調節弁14に組み合わせられている。したがって、アクチュエータ12は、バルブ口34およびアクチュエータ口20を介して調節弁14に流体連通している。アクチュエータ12は、検出される出口圧力にもとづいて調節弁14の出口圧力を調節するための制御アセンブリ22を備えている。具体的には、制御アセンブリ22が、ダイアフラム支持板19、ダイアフラム24、ピストン32、および制御アーム26を備えており、制御アーム26が、バルブディスク28を有している。バルブディスク28は、おおむね円柱形の本体25と、本体25に取り付けられたシールインサート29とを備えている。ダイアフラム24が、調節弁14の出口圧力を検出し、バルブディスク28を動かして調節弁14を開閉するように応答をもたらす。さらに制御アセンブリ22は、ダイアフラム24によって検出される出口圧力を補正するために、制御ばね30を制御アセンブリ22の上面に当接させて備えている。したがって、所望の出口圧力（制御圧力と称することも可能である）が、制御ばね30の選択によって設定される。
【０００６】
ダイアフラム24が、制御アーム26へと作用可能に接続され、すなわちピストン32を介してバルブディスク28へと作用可能に接続され、検出される出口圧力にもとづいて調節弁14の開きを制御する。例えば、最終消費者が、流量調節器10の下流のガス分配システムに需要を生じさせる例えば炉などの器具を作動させると、結果として出口圧力が低下する。その結果、ダイアフラム24が、この出口圧力の低下を検出する。これにより、制御ばね30が膨張して、ピストン32および制御アーム26の右側を下方（図1の向きによる）へと動かすことができる。この制御アーム26の変位によって、バルブディスク28が調節弁14を開くべくバルブポート36から離れるように動かされることで、流出量が、器具からの需要の増加に合致するように増加し、出口圧力が再び制御圧力へと上昇する。このように構成されることで、器具が、バルブポート36および調節弁14の排出口18を通ってガスを引き出すことができる。
【０００７】
従来からの流量調節器10においては、バルブポート36を開くべく制御アーム26を変位させるとき、当然ながら、制御ばね30が圧縮されていないときの長さに向かって伸びるにつれて、制御ばね30が生み出す力は小さくなる。さらに、制御ばね30が伸びるにつれて、ダイアフラム24が変形し、ダイアフラム24の面積が増加する。この動作の経過において、制御ばね30のもたらす力の減少とダイアフラム24の面積の増加とが複合することで、流量調節器の応答において、制御ばね30のもたらす力がダイアフラム24によって生成される力に適切に釣り合うことができず、結果として排出口の制御圧力がユーザによる当初の設定よりも低くなる。この現象は、「ドループ」として知られている。「ドループ」が生じると、出口圧力が設定された制御圧力を下回って低下し、流量調節器10が意図するとおりに機能しない可能性がある。「ドループ」が、流量調節器10において生じうる動的な圧力の有害な影響の一例である。
【０００８】
このような影響に対処するために、従来からの流量調節器10のいくつかは、圧力検出チューブ15を備えている。検出チューブ15は、図1に実線で示されているような真っ直ぐな検出チューブ15aを備えてもよく、あるいは想像線で示されているような曲がった検出チューブ15bを備えてもよい。どちらの検出チューブ15a、15bも、開いた検出端17a、17bを有する細長い円筒形のチューブを備えている。開放端17a、17bが、調節弁14の排出口18のガスの圧力を検出するように構成され、チューブ15a、15bが、検出された圧力をダイアフラム24へと伝えるように構成されている。このようにして、検出チューブ15a、15bが、調節弁14の排出口18の圧力について、検出チューブ15a、15bなしでのダイアフラム24による圧力の検出に比べ、より正確な検出をもたらす。検出チューブ15a、15bなしでの動作は、動圧の影響ゆえに、下流の圧力よりも高い圧力がダイアフラム24によって検出される結果になることが多い。
【０００９】
例えば、図2および3を参照すると、ガスの流れが、バルブポート36を出て広がるときに、下流へと移動して検出チューブ15a、15bを過ぎる。これにより、圧力の3つの領域が生じる。この3つの領域として、低圧領域（ＬＰＲ）301、中圧領域（ＭＰＲ）303、および高圧領域（ＨＰＲ）305が挙げられる。
【００１０】
図2および3に示されている従来からの検出チューブ15a、15bは、上述のように、開放端17a、17bを有している。開放端17a、17bは、ＬＰＲ301からの圧力のみを図1に示したアクチュエータ12のダイアフラム24へと伝える。ＬＰＲ301における圧力は、検出チューブ15a、15bを過ぎる流れに比例して減少する。流れが増加するにつれ、ＬＰＲ301の圧力が、真の下流側圧力から大きく外れ始め、アクチュエータ12のダイアフラム24の圧力の検出が次第に不正確になる。これは、ダイアフラム24が実際の出口圧力よりも低い圧力で応答し始めるという結果につながりかねず、望ましくないと考えられる。
【００１１】
再び図1に戻ると、従来からの流量調節器10の制御アセンブリ22は、さらに安全弁としても機能する。具体的には、制御アセンブリ22が、安全ばね40および放出弁42をさらに備えている。ダイアフラム24が、自身の中央部を貫く開口44を備えており、ピストン32が、シールカップ38を備えている。安全ばね40が、ピストン32とダイアフラム24との間に配置され、通常の動作時、ダイアフラム24をシールカップ38に対して付勢して、開口44を閉じている。制御アーム26における破損などの故障が生じると、制御アセンブリ22は、もはやバルブディスク28を直接制御することができず、流入する流れによって、バルブディスク28がきわめて開いた位置へと動かされる。これにより、最大の量のガスがアクチュエータ12へと流入する。結果として、アクチュエータ12がガスで満たされるにつれて、圧力がダイアフラム24に対して蓄積し、ダイアフラム24をシールカップ38から離れるように押して、開口44を露出させる。その結果、ガスがダイアフラム24の開口44を通り、放出弁42に向かって流れる。放出弁42は、図1に示されているとおり、バルブ栓46およびバルブ栓46を閉鎖位置へと付勢する放出ばね54を備えている。アクチュエータ12において放出弁42に隣接する圧力が所定のしきい値圧力に達すると、バルブ栓46が、放出ばね54の付勢に逆らって上方へと変位して開き、ガスを大気へと排出させて、流量調節器10内の圧力を低下させる。検出チューブ15も、実際の出口圧力を表す信号をアクチュエータ12のダイアフラム24へと供給することによって、この安全機能の提供において流量調節器10を補助することができる。しかしながら、上述のように、従来からの検出チューブ15によって検出される圧力は、例えば大流量の状態において不正確になりうる。
【発明の概要】
【００１２】
本発明は、調節弁とアクチュエータとを備える流量調節器を提供する。アクチュエータが、調節弁に組み合わせられ、調節弁を通過する流体の流れを制御するための制御要素を備えている。さらに、アクチュエータに、調節弁の排出口の実際の圧力を有利に検出するための圧力平均化検出チューブが備えられている。これにより、平均された実際の圧力がアクチュエータへと供給され、制御要素の位置を調節する。
【００１３】
一実施形態においては、圧力平均化検出チューブが、開いた検出端および細長いスロットを備えている。細長いスロットは、直線状のスロット、波状のスロット、変化する幅を有するスロット、またはおおむね任意の他の幾何学的構成を備えることができる。
【００１４】
他の実施形態においては、スロットおよび／または検出チューブのサイズ、構成、ならびに他の要素または特性を、具体的な流体制御装置の特定の用途に合わせてカスタマイズしている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来からの流量調節器の側面断面図である。
【図２】流量調節器において使用されるように構成された或る検出チューブの周囲に生じる圧力領域の概略図である。
【図３】流量調節器において使用されるように構成された別の検出チューブの周囲に生じる圧力領域の概略図である。
【図４】検出チューブを備える流量調節器の側面断面図であり、流量調節器および検出チューブが、本発明の一実施形態に従って構成されている。
【図５】本発明の原理に従って構成された圧力平均化検出チューブの検出部の一実施形態の斜視図である。
【図６Ａ】本発明の原理に従って構成された圧力平均化検出チューブの検出部の種々の別の実施形態の斜視図である。
【図６Ｂ】本発明の原理に従って構成された圧力平均化検出チューブの検出部の種々の別の実施形態の斜視図である。
【図６Ｃ】本発明の原理に従って構成された圧力平均化検出チューブの検出部の種々の別の実施形態の斜視図である。
【図６Ｄ】本発明の原理に従って構成された圧力平均化検出チューブの検出部の種々の別の実施形態の斜視図である。
【図７】流量調節器と監視器とを備える本発明の別の代案の実施形態の側面断面図であり、流量調節器および監視器のそれぞれが、本発明の原理に従って構成された圧力平均化検出チューブを備えている。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図4が、検出チューブ115を備えるガス流量調節器100を示しており、流量調節器100および検出チューブ115が、本発明の一実施形態に従って構成されている。ガス流量調節器100は、大まかに、アクチュエータ102および調節弁104を備えている。調節弁104は、例えばガス分配システムからガスを受け取るための導入口106と、例えば1つ以上の器具を有する施設へとガスを届けるための排出口108とを備えている。アクチュエータ102が、調節弁104に組み合わせられ、制御要素127を有する制御アセンブリ122を備えている。第1または通常の動作モードにおいては、制御アセンブリ122が、調節弁104の排出口108の圧力、すなわち出口圧力を検出し、出口圧力が所定の制御圧力にほぼ等しくなるように制御要素127の位置を制御する。さらに、システムに故障が生じると、流量調節器100が、図1に示した流量調節器10に関して上述した安全機能とおおむね同様の安全機能を実行する。
【００１７】
調節弁104は、スロート110およびバルブ口112を定めている。スロート110は、導入口106と排出口108との間に配置されている。バルブポート136が、スロート110に配置され、入り口150および出口152を有する穴148を定めている。ガスは、調節弁104の導入口106と排出口108との間を移動するためには、バルブポート136の穴148を通過しなければならない。バルブポート136は、調節弁104の動作および流れの特性を特定の用途に合わせるため、別の直径または構成の穴を有する別のバルブポートと交換できるように、調節弁104から取り外すことが可能である。ここに開示されている実施形態においては、バルブ口112が、調節弁104の導入口106および排出口108の軸に対しておおむね垂直な軸に沿って配置された開口114を定めている。
【００１８】
アクチュエータ102は、上述のとおり、ハウジング116および制御アセンブリ122を備えている。ハウジング116は、例えば複数の固定具によって一体に固定された上側ハウジング部品116aおよび下側ハウジング部品116bを備えている。下側ハウジング部品116bは、制御空洞118およびアクチュエータ口120を定めている。アクチュエータ口120は、アクチュエータ102と調節弁104との間に流体連通をもたらすために、調節弁104のバルブ口112へと接続されている。ここに開示されている実施形態においては、流量調節器100が、口112、120を一体に固定するカラー111を備えている。上側ハウジング部品116aが、安全空洞134および排気ポート156を定めている。さらに、上側ハウジング部品116aは、後述のとおり制御アセンブリ122の一部を収容するためのタワー部158を定めている。
【００１９】
制御アセンブリ122は、ダイアフラムサブアセンブリ121、ディスクサブアセンブリ123、および放出弁142を備えている。ダイアフラムサブアセンブリ121は、ダイアフラム支持板109、ダイアフラム124、ピストン132、制御ばね130、安全ばね140、複合ばね座164、安全ばね座166、制御ばね座160、およびピストンガイド159を備えている。
【００２０】
さらに詳しくは、ダイアフラム124が、中央部を貫く開口144を定めているディスク状のダイアフラムを備えている。ダイアフラム124は、柔軟であって実質的に気密な材料で構成され、外周が、ハウジング116の上側および下側ハウジング部品116a、116bの間に気密に固定されている。したがって、ダイアフラム124が、安全空洞134を制御空洞118から隔てている。
【００２１】
複合ばね座164が、ダイアフラム124の上に配置され、ダイアフラム124の開口144に同軸に配置された開口170を定めている。図4に示されているとおり、複合ばね座164は、制御ばね130および安全ばね140を支持している。
【００２２】
ここに開示されている実施形態のピストン132は、シールカップ部138と、ヨーク172と、ねじ山部174と、案内部175とを有するおおむね細長い棒状部材を備えている。シールカップ部138は、凹状であって、おおむねディスク状であり、ピストン132の中央部の周囲を周状に延びており、ダイアフラム124の直下に位置している。ヨーク172は、空洞を備えており、この空洞は、後述のとおりダイアフラムサブアセンブリ121とディスクサブアセンブリ123との間の取り付けを可能にするために、ディスクサブアセンブリ123の一部へとつながるカプラ135を収容するように構成されている。
【００２３】
ピストン132の案内部175およびねじ山部174が、ダイアフラム124および複合ばね座164のそれぞれの開口144、170を貫いて配置されている。ピストン132の案内部175は、ピストン132の軸を制御アセンブリ122の残りの部分の軸に整列した状態に保つピストンガイド159の空洞に摺動可能に配置されている。安全ばね140、安全ばね座166、およびナット176が、ピストン132のねじ山部174に配置されている。ナット176が、安全ばね140を複合ばね座164と安全ばね座166との間に保持している。制御ばね130が、上述のとおり複合ばね座164の上かつ上側ハウジング部品116aのタワー部158の内側に配置されている。制御ばね座160が、タワー部158へとねじ込まれており、制御ばね130を複合ばね座164に対して圧縮している。ここに開示されている実施形態においては、制御ばね130および安全ばね140が、圧縮コイルばねを備えている。したがって、制御ばね130は、上側ハウジング部品116aを基礎として、複合ばね座164およびダイアフラム124へと下向きの力を加える。安全ばね140は、複合ばね座164を基礎として、安全ばね座166へと上向きの力を加え、これがピストン132へと加えられる。ここに開示されている実施形態においては、制御ばね130によって生成される力を、タワー部158における制御ばね座160の位置を調節することによって調節することができ、したがって流量調節器100の制御圧力も調節可能である。
【００２４】
制御ばね130が、ダイアフラム124によって検出される制御空洞118の圧力に対して反対に作用する。したがって、制御ばね130によって加えられる力が、出口圧力を流量調節器100の所望の圧力または制御圧力へと設定する。ダイアフラムサブアセンブリ121は、上述のように、ピストン132のヨーク部172およびカプラ135を介してディスクサブアセンブリ123へと作用可能に接続されている。
【００２５】
具体的には、ディスクサブアセンブリ123が、制御アーム126およびステムガイド162を備えている。制御アーム126が、ステム178、レバー180、および制御要素127を備えている。ここに開示されている実施形態の制御要素127は、バルブディスク128を備えている。したがって、ここに開示されている実施形態においては、バルブディスク128が、図4に示されているとおりバルブポート136を封じるためのシールディスク129を備えている。シールディスク129を、例えば接着剤または他の何らかの手段によって、バルブディスク128の残りの部分へと取り付けることができる。シールディスク129を、バルブディスク128の残りの部分と同じ材料または異なる材料で製作することができる。例えば、一実施形態においては、シールディスク129が、ポリマー製のシールディスク129を含むことができる。
【００２６】
ステム178、レバー180、およびバルブディスク128が、別々に製作されて、制御アーム126を形成すべく組み立てられる。具体的には、ステム178が、突出部178aおよび凹所178bを有するおおむね真っ直ぐな棒であり、ここに開示されている実施形態においては、凹所178bがおおむね矩形である。レバー180は、わずかに湾曲した棒であって、支点端180aおよび自由端180bを備えている。支点端180aは、下側ハウジング部品116bによって保持される枢支ピン186を収容する開口184を備えている。さらに、支点端180aは、楕円形の断面を有してステム178の凹所178b内に配置されるナックル187を備えている。自由端180bが、ピストン132のヨーク172へと取り付けられたカプラ135の上部135aおよびピン135bの間に受け入れられている。このようにして、カプラ135が、ディスクサブアセンブリ123をダイアフラムサブアセンブリ121へと作動可能に接続している。
【００２７】
ステムガイド162は、おおむね円筒形の外側部分162a、おおむね円筒形の内側部分162b、ならびに内側および外側部分162b、162aを接続する複数の放射状のウェブ162cを備えている。ステムガイド162の外側部分162aは、調節弁104および下側ハウジング部品116bのそれぞれの口112、120に適合するような寸法および構成とされている。内側部分162bは、制御アーム126のステム178を摺動可能に保持するような寸法および構成とされている。したがって、ステムガイド162は、調節弁104、アクチュエータハウジング116、および制御アセンブリ122（さらに詳しくは、制御アセンブリ122の制御アーム126のステム178）の整列を維持するように機能する。
【００２８】
図4は、制御要素127を、バルブディスク128がバルブポート136の出口152に密に係合する閉鎖位置に示している。この構成において、ガスがバルブポート136を通って流れることがなく、調節弁104が閉じられている。この構成は、ハウジング116の制御空洞118の圧力（ダイアフラム124によって検出される）に相当する出口圧力が、制御ばね130によって加えられる力よりも大きいことで達成される。すなわち、出口圧力が、ダイアフラム124およびピストン132を閉鎖位置へと押す。
【００２９】
しかしながら、例えばユーザが炉またはストーブなどといった器具の運転を開始し、ガス分配システムに現に動作需要が生じる場合、器具が流量調節器100の制御空洞118からガスを引き出すことで、ダイアフラム124によって検出される圧力が低下する。ダイアフラム124によって検出される圧力が低下するにつれ、ダイアフラム124において制御ばねの力と出口圧力による力との間に力の不釣り合いが生じ、制御ばね130が伸びて、ダイアフラム124およびピストン132をハウジング116に対して下方に変位させる。これにより、レバー180が、枢支ピン186を中心にして時計回り方向に枢動し、ナックル187をステム178の凹所178bに対して回転させる。これにより、ステム178およびバルブディスク128が、バルブポート136の出口152から離れるように動かされ、調節弁104が開かれる。
【００３０】
この構成において、ガス分配システムは、制御ばね130によって設定される制御圧力にて、調節弁104を通って下流の器具へとガスを届けることができる。さらに、ダイアフラムサブアセンブリ121が、調節弁104の出口圧力の検出を続ける。出口圧力が制御圧力にほぼ等しいままである限り、制御アセンブリ122は、バルブディスク128をおおむねこの同じ位置に保つ。しかしながら、流出する流れ、すなわち需要が減少し、出口圧力が制御ばね130によって設定される制御圧力を上回って上昇すると、ダイアフラム124が出口圧力の上昇を検出し、制御ばね130の付勢に逆らって上方に移動する。あるいは、流出する流れ、すなわち需要が増加し、出口圧力が制御圧力を下回って低下すると、ダイアフラム124が出口圧力の低下を検出し、ばね130が、ダイアフラム124およびピストン132を下方に付勢して、調節弁104を開く。このようにして、出口圧力または制御圧力からのわずかな逸脱で、制御アセンブリ122が反応し、バルブディスク128の位置を調節する。
【００３１】
制御ばね130が、バルブディスク128を変位させてバルブポート136を開くべく伸びるにつれて、制御ばね130の生み出す力が減少し、ダイアフラム124の面積は増加する。図1に示した従来からの流量調節器10に関してすでに検討したように、このばね力の減少およびダイアフラムの面積の増加によって、ダイアフラム124との釣り合いに必要な出口圧力が小さくなる可能性があり、ダイアフラム124につながる可能性がある。この結果、出口圧力が制御圧力を下回って低下し、需要の増加に比例して、このずれの大きさも大きくなる。上述のとおり、この現象は、「ドループ」として知られている。「ドループ」に対する1つの従来からの解決策は、図1に関して上述した検出チューブ15a、15bのうちの1つを流量調節器に備えることである。しかしながら、上述のように、従来からの検出チューブ15a、15bは、調節弁を通過して流れる流体の力学に起因し、とくには検出端17a、17bに隣接するＬＰＲ301に圧力の変化が存在するために、常に正確な圧力を検出するわけではないという欠点を抱えている。
【００３２】
したがって、図4に示した流量調節器100は、調節弁104の排出口108において検出される圧力を平均することができる検出チューブ115を備えている。そのような平均化により、検出チューブ115は、より正確な圧力信号をアクチュエータ102の制御空洞118（さらに詳しくは、ダイアフラム124）へと伝えることができる。図4に示した検出チューブ115は、検出部117と取り付け部119とを有する円筒形のチューブを備えており、検出部117が開いた検出端117aを備えている点で、図1に示した検出チューブ15aとおおむね同様である。取り付け部119は、検出部117に対して斜めに配置されている。一方で、図4に示した実施形態の検出チューブ115の検出部117は、図5にさらに明確に示されている細長いスロット131をさらに備えている。図5に示した実施形態のスロット131は、検出部117の検出端117aから実質的に取り付け部119まで延びる真っ直ぐなスロットを含んでいる。
【００３３】
図4に示されているように、ここに開示されている実施形態の取り付け部119は、アクチュエータ102のディスクサブアセンブリ123のステムガイド162によって保持されている。より具体的には、取り付け部119が、ステムガイド162の放射状のウェブ162cの1対の間に取り付けられている。一実施形態においては、取り付け部119を、干渉、摩擦によるはまり合い、接着剤、スプラインによる接続、またはほぼ任意の他の手段によって、ステムガイド162の放射状のウェブ162cの間に固定することができる。そのように構成され、検出チューブ115の検出部117は、調節弁104の排出口108の付近に配置される。その結果、図4に示されているとおり、検出チューブ115の検出部117のスロット131は、バルブポート136から遠い方を向き、例えばバルブポート136の下流の方向を向いている。換言すると、スロット131が、例えば図2に示した中圧領域（ＭＰＲ）303に連絡する。さらに、検出端117aが、例えば図2に示した低圧領域（ＬＰＲ）301に連絡するように配置される。したがって、この圧力平均化検出チューブ115は、検出端117aでＬＰＲ301の圧力を検出できるだけでなく、スロット131の全長に沿った複数の位置においてＭＰＲ303の圧力も採取することができる。例えば、説明をわかりやすくするために、スロット131が、圧力平均化検出チューブ115を、例えば図5に示されているようにスロット131の全長に沿った複数の圧力検出位置131aを有するものとして定めている。図5は、5つのそのような圧力検出位置131aのみを示しているが、スロット131に沿って間隔を空けて位置する圧力検出位置131aの数が実質的に無限であってよいことを、当業者であれば理解できるであろう。
【００３４】
このようにして、本発明のこの実施形態の圧力平均化検出チューブ115は、図2に示したＬＰＲ301およびＭＰＲ303の両方からの圧力を連絡することで、排出口108における圧力の平均をアクチュエータ102へともたらす。この平均化は、調節弁104を通過する流れの増加に起因して生じるＬＰＲ301の圧力の低下を軽減するように機能する。したがって、圧力平均化検出チューブ115によってアクチュエータ102へと伝えられる圧力は、真の出口圧力をより正確に表現する。本出願の圧力平均化検出チューブ115のさらなる利点は、調節弁104を通過する流れが増加を続けるときに、従来からの検出チューブ15a、15bに対して圧力平均化検出チューブ115の精度が、ますます顕著になる点にある。
【００３５】
これまでは、本発明の圧力平均化検出チューブ115を、例えば図5に示されているようなおおむね直線状のスロット131を有する円筒形の検出チューブ115を備えるものとして説明したが、別の実施形態は、別の幾何学的構成を備えることができる。例えば、図6A〜図6Dが、本発明の原理に沿って構成された別の圧力平均化検出チューブ115a〜115dを示している。図6A〜図6Cに示した検出チューブ115a〜115cはそれぞれ、それぞれの検出部117の検出端117aから延びる波状のスロット131aを備えている。対照的に、図6Dに示した検出チューブ115dは、幅寸法Wが変化するスロット131bを備えている。ここに開示されている実施形態においては、図6に示したスロット131bの幅Wが、幅Wを検出チューブ115dの長さに対してプロットしたならば例えば幅Wは正弦曲線に類似して、最小幅W1と最大幅W2との間を推移している。
【００３６】
本発明は、円筒形の検出チューブに限られない。例えば、図6Bに示した検出チューブ115bは、おおむね三角形の断面を備えている。またさらに、図6Cに示した検出チューブ115cは、おおむね矩形の断面を備えており、少なくとも一実施形態においては、正方形の断面を備えている。本発明は、おおむね任意の断面の検出チューブを含むことができる。
【００３７】
したがって、本発明が、本明細書に開示された圧力平均化検出チューブ115の実施形態に限定されるのではなく、検出チューブおよびスロットの別の形状も、本発明の原理に適うことができ、したがって本発明の技術的範囲に包含されることを、理解すべきである。別の代案の実施形態においては、圧力平均化検出チューブ115が、スロットをまったく備えない代わりに、本来であればスロット131が位置するであろう検出チューブ115の検出部117の長さに沿って、間隔を空けて位置する複数の別個独立の開口を備えることができる。
【００３８】
実際、断面形状ならびにスロット131の形状および幅など、本発明に従って製造される圧力平均化検出チューブ115の具体的な形状を、任意の所与の流量調節器の用途に合わせてカスタマイズできると考えられる。例えば、流量、出口制御圧力、調節弁のサイズ、バルブポートのサイズ、などといった任意の所与の流量調節器のパラメータ一式において最適に機能するように、特定の断面ならびにスロットの形状および／またはサイズ（幅または長さなど）を有する圧力平均化検出チューブ115を設計または選択することが有益でありうる。
【００３９】
さらに、本明細書においては、圧力平均化検出チューブ115を、スロット131を検出部117にのみ配置して備えるものとして開示したが、別の実施形態は、取り付け部119をも通過して延びるスロット131を備えることができる。さらに、これまでは、圧力平均化検出チューブ115を、例えば図2に示した真っ直ぐな検出チューブ15に類似するものとして開示したが、本発明の検出チューブ115を、図3に示した検出チューブに類似する屈曲した検出チューブとして製造してもよい。そのように構成されるとき、本発明の原理に従って構成される屈曲検出チューブは、検出チューブの検出端から取り付け部まで延び、さらに／あるいは取り付け部を通って延びるスロットを備えることができる。別の実施形態においては、屈曲した圧力平均化検出チューブが、開いた検出端に直接隣接する屈曲部にはスロットを備えずに、例えば図3に示した中圧領域（ＭＰＲ）303に連絡する部位にのみスロットを備えてもよい。
【００４０】
このように、上記に照らし、本発明は、調節弁104の排出口108の圧力をより正確に検出することができる圧力平均化検出チューブ115を提供する。これは、「ドループ」の有害な影響の補償に役立つと同時に、故障発生の場合に、より正確な応答をもたらすうえでも役に立つ。
【００４１】
例えば、上述のとおり、本発明に従って製作された流量調節器100は、制御アセンブリ122の何らかの構成部品が故障した場合に安全機能も果たす。そのような発生時に、バルブディスク128が完全に開いた位置へと移動し、ガスがアクチュエータ102の制御空洞118へと流入できるようになる。これにより、ダイアフラム124における圧力の表示が、弁104の出口圧力に実質的に等しくなる。ただし、本発明の圧力平均化検出チューブ115を組み込むことで、正確な圧力信号が、本発明の圧力平均化検出チューブ115がない場合よりも速やかにダイアフラム124に達することができる。この圧力が、ピストン132およびシールカップ138を最も下方の位置へと動かし、流量調節器100が、安全弁142の構成によってあらかじめ定められるとおりに、調節弁104の排出口108の圧力を逃がすことができる。
【００４２】
例えば、ひとたび制御空洞118の圧力が、安全ばね140によって設定される安全圧力を超えて上昇すると、この圧力によってダイアフラム124および複合ばね座164が上方に押され、安全ばね140を安全ばね座166に向かって圧縮する。この結果、ダイアフラム124がピストン132のシールカップ138から離れ、ガスが、開口144、170を通ってダイアフラム124の上方の安全空洞134へと流入する。安全空洞134がガスで満たされるにつれて、安全空洞134の圧力が高まる。
【００４３】
安全空洞134の圧力が所定の放出圧力を超えて上昇すると、放出弁142が開き、ガスを図1に示した従来からの流量調節器10に関して上述した様相と同様の様相で排気ポート156を通って大気へと排出する。具体的には、放出弁142が、図4に示されているように、バルブ栓146および放出ばね154を備えている。放出弁142は、ハウジング116の上側ハウジング部品116aにおいて、排気ポート156に隣接して収容されている。さらに具体的には、排気ポート156が、垂直部156aおよび水平部156bで構成されるＬ字形の空洞を含んでいる。垂直部156aが、安全空洞134に流体連通している。水平部156bが、大気へと開いている。垂直部156aが、放出弁142を収容しており、座面198を定めている。したがって、放出ばね154が、バルブ栓146を排気ポート156の座面198に当接する閉鎖位置へと付勢している。
【００４４】
このように、以上に照らして、本発明が、より正確かつ時宜を得た圧力信号をアクチュエータへともたらす有利な手段を提供することを、理解すべきである。これは、「ドループ」の影響を有利に補償および／または防止するとともに、流量調節器の動作の効率をさらに向上させる。しかしながら、本明細書において説明される流量調節器100は、本発明の原理を取り入れてなる流体制御装置の一例にすぎない。他の流量調節器および制御弁を含む他の流体制御装置も、本発明の構造および／または利点から利益を得ることができる。
【００４５】
例えば、図7は、例えば上述の流量調節器100と監視器200とを含む流体分配システムの一部を示している。監視器200が、特定の状況において流量調節器100が適切に機能できず、調節弁104を閉じることができない場合に、調節弁104を閉じるためのバックアップをもたらすように構成されている。流量調節器100のダイアフラム124と同様に、監視器200は、調節弁104の出口圧力を検出するためのダイアフラム224を備えている。検出される出口圧力にもとづき、監視器200は、制御要素227の位置を制御する。一般に、監視器200は、調節弁104を閉じるように流量調節器100に指示する出口圧力よりも高い出口圧力に応じて、制御要素227を閉じて調節弁104を通過する流体の流れを停止させるように構成されている。
【００４６】
さらに、図7に示した実施形態においては、流量調節器100に圧力平均化検出チューブ115が備えられ、監視器200に圧力平均化検出チューブ215が備えられている。このように構成され、検出チューブ115、215が、検出チューブ115に関して上述したやり方と同一のやり方で調節弁104の排出口108の平均圧力を検出する。検出チューブ115、215は、上述した検出チューブ115のいずれかを備えることができ、あるいは本発明の原理に従って構成される任意の別の検出チューブを備えることができる。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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