(57)【要約】【課題】従来設計の場合より低い圧力比で音速流れを達成するガス弁を提供すること。【解決手段】入口流れが横向きで、出口流れに直交して入ってくる高リカバリ音速ガス弁が提供される。この構成は、ノズルおよびディフューザの軸に直交して入ってくる入口流れの影響を打ち消す。入口通路は、流れがノズルおよびディフューザの中心線に沿って入るように湾曲している。このノズルは輪郭成形され、上流の流れの障害を提供する。ディフューザは、その面積勾配が、ノズルスロートにおける小さな正の値から、最大値を経て、最終的にノズル出口の手前でほぼゼロへ大きく落ち込むまで変化するように、輪郭成形される。ディフューザはほぼ円筒形であり、弁の出口フランジを越えて延在して、隣接する配管内へ突出してもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口通路を有する入口と；
前記入口通路に流体連通するノズル領域であって、ノズルスロートと、前記ノズルスロート上流に細まり形状絞りとを有する前記ノズル領域と；
前記ノズルスロートに流体連通する出口とを備える；
制御弁本体。
【請求項２】
前記出口はディフューザを有し、前記ディフューザはその面積勾配が、前記ノズルスロート近傍の初めの開始位置から最大値まで増加し、前記出口の境界でゼロまで下がる、
請求項１の弁本体。
【請求項３】
前記初めの開始位置の内径は、前記ノズルスロートの内径より小さく、前記初めの開始位置は前記ノズルスロートの下流にある、
請求項１の弁本体。
【請求項４】
前記出口は出口フランジを有し、そして前記ディフューザは前記出口フランジを越えて延在する、
請求項２の弁本体。
【請求項５】
前記細まり形状絞りは、その面積勾配がほぼゼロで始まり、前記ノズルスロートへ近づくにつれて負の勾配が増加するように成形される、
請求項１の弁本体。
【請求項６】
前記入口通路が湾曲流路を有する、
請求項１の弁本体。
【請求項７】
前記入口通路の断面は、流れ方向に直交して計測される曲率半径が、流れ方向に平行して計測される大きい方の曲率半径を持つ流路の側より、流れ方向に平行して計測される小さい方の曲率半径を持つ流路の側の方が小さくなるように成形される、
請求項６の弁本体。
【請求項８】
前記入口通路の断面は略楕円形状である、
請求項６の弁本体。
【請求項９】
前記入口は、断面積を有する入口側配管へ接続するようになされ、そして
前記入口通路の、前記入口に隣接する位置での断面積は、前記入口側配管の断面積未満である、
請求項１の弁本体。
【請求項１０】
前記入口通路は、前記入口に隣接する位置の流路が前記出口の出口フランジからできるだけ離れるようにして、前記流路が入口側配管に対して偏心するように、前記入口側配管に隣接して始まる、
請求項９の弁本体。
【請求項１１】
更に、締切り位置と閉位置との間を移動できるようになされた弁ニードルを備え、弁ニードルは、テーパが始まって弁本体の流れ対ストローク特性をもたらす軸位置の上流にほぼ円筒形の領域を有する；
請求項１の弁本体。
【請求項１２】
前記ほぼ円筒形の領域は、１未満および略１のいずれか一方の長さ対直径比を有する、
請求項１１の弁本体。
【請求項１３】
前記弁ニードルは、前記弁ニードルの外形部に円錐形段差および球形段差のいずれか一方を有し、前記円錐形段差および球形段差の前記いずれか一方は前記ノズルスロートに接触して弁の全閉位置での気体流れの気密遮断を提供するようになされている、
請求項１１の弁本体。
【請求項１４】
前記弁ニードルは弁ステムを有し、
前記弁ステムの直径は、前記ほぼ円筒形領域の上流の位置での前記ほぼ円筒形領域の直径より小さい、
請求項１１の弁本体。
【請求項１５】
更に、小径の前記弁ステムと前記ほぼ円筒形領域との間にテーパ付移行部を備える、
請求項１４の弁本体。
【請求項１６】
更に、機械加工間の不一致を許容するための外向段差を前記細まり形状絞り内に備える、
請求項１の弁本体。
【請求項１７】
入口通路を有する入口と；
前記入口通路に流体連通するノズル領域であって、ノズルスロートを有するノズル領域と；
前記ノズルスロートに流体連通する出口と；
前記ノズルスロートに接触している閉位置と、前記ノズルスロートから離間している開位置との間を移動できるようになされた弁ニードルであって、弁ニードルは、テーパが始まって弁本体の流れ対ストローク特性をもたらす軸位置の上流にほぼ円筒形領域を有する弁ニードルとを備える；
弁。
【請求項１８】
前記ほぼ円筒形領域は、１未満および略１のいずれか一方の長さ対直径比を有する、
請求項１７の弁。
【請求項１９】
前記燃料入口が前記燃料出口に直交する、
請求項１７の弁。
【請求項２０】
前記入口通路は湾曲し、よって入口流れをより一様な態様でノズルへ向けて強制する、
請求項１９の弁。
【請求項２１】
前記湾曲流路および細まり形状絞りは、流れが前記入口通路に沿って分離するのを阻止するようになされ、そして前記ノズルにおいて相対的に厚い境界層を提供するようになされている、
請求項２０の弁。
【請求項２２】
更に、前記ノズルスロートの上流に細まり形状絞りを備え、前記細まり形状絞りは、その面積勾配が僅かに負で始まり、前記ノズルスロートへ近づくにつれて負の勾配が増加するように成形される、
請求項１７の弁。
【請求項２３】
前記面積勾配は、前記面積勾配が、前記細まり形状絞りは初めに内向きに湾曲してから次に外向きに湾曲するような方法で成形される、
請求項２２の弁。
【請求項２４】
前記弁ニードルは、前記弁ニードルの外形部に円錐形段差および球形段差のいずれか一方を有し、前記円錐形段差および球形段差の前記いずれか一方は、前期弁ニードルが全閉位置にある時に気密遮断を提供するように、前記ノズルスロートに接触するようになされる、
請求項１７の弁本体。
【請求項２５】
前記弁ニードルは弁ステムを有し、前記弁ステムの傍らを通って前記入口通路とは反対側に至る流れの渦度を最小化するように前記弁ステムの直径は前記ほぼ円筒形領域の直径より小さい、
請求項１７の弁本体。
【請求項２６】
更に、前記小径の弁ステムと前記ほぼ円筒形領域との間にテーパ付移行部を備える、
請求項２５の弁本体。
【請求項２７】
入口側配管に接続するようになされた入口であって、前記入口は、断面積が前記入口側配管の断面積より小さな湾曲入口通路を有する前記入口と；
前記入口通路に流体連通し、ノズルスロートを有するノズル領域と；
前記ノズルスロートに流体連通する出口と；
前記ノズルスロートに接触している閉位置と、前記ノズルスロートから離間している開位置との間を移動できるようになされた弁ニードルとを備える；
弁。
【請求項２８】
前記湾曲入口通路の断面積は、前記入口流路が前記燃料出口の出口フランジからできるだけ離れるようにして前記気体流路が前記入口側配管に対して偏心するように、前記入口側配管に隣接して始まる、
請求項２７の弁。
【請求項２９】
前記湾曲入口通路の断面積は、流れ方向に直交して計測される曲率半径が、流れ方向に平行して計測される大きい方の曲率半径を持つ流路の側より、流れ方向に平行して計測される小さい方の曲率半径を持つ流路の側の方が小さくなるように成形される、
請求項２７の弁。
【請求項３０】
前記湾曲入口通路の断面積は略楕円形である、
請求項２７の弁。
【請求項３１】
前記出口はディフューザを有し、前記ディフューザは、その面積勾配が前記ノズルスロート近くの初めの開始位置から最大値まで増加し、前記燃料出口の境界のところでほぼゼロまで落ち込むように成形される、
請求項２７の弁。
【請求項３２】
前記初めの開始位置の内径は、前記ノズルスロートの内径より小さく、前記初めの開始位置は前記ノズルスロートの下流にある、
請求項３１の弁。
【請求項３３】
更に、前記ノズルスロートと前記湾曲入口通路との間に細まり形状絞りを備える、
請求項２７の弁。
【請求項３４】
前記細まり形状絞りは、その面積勾配がほぼゼロから始まり、前記細まり形状絞りが前記ノズルスロートへ近づくにつれて負の勾配が増加するように成形される、
請求項３３の弁。
【請求項３５】
入口側配管に接続するようになされ、湾曲入口通路を有する入口と；
前記入口通路に流体連通し、ノズルスロートと、前記ノズルスロート上流の細まり形状絞りとを有するノズル領域と；
前記ノズルスロートに流体連通する出口であって、前記出口はディフューザを有し、前記ディフューザは、その面積勾配が、前記ノズルスロート近傍の初めの開始位置から最大値まで増加し、前記出口の境界でゼロまで下がるように整形されるようになした前記出口と；
前記ノズルスロートに接触している閉位置と、前記ノズルスロートから離間している開位置との間を移動できるようになされた弁ニードルであって、テーパが始まって弁本体の流れ対ストローク特性をもたらす軸位置の上流にほぼ円筒形領域を有する弁ニードルとを備える；
弁。
【請求項３６】
前記ほぼ円筒形領域は、略１および１未満のいずれか一方の長さ対直径比を有する、
請求項３５の弁。
【請求項３７】
前記細まり形状絞りは、その面積勾配がほぼゼロで始まり、前記ノズルスロートへ近づくにつれて負の勾配が増加するように整形される、
請求項３５の弁。
【請求項３８】
前記初めの開始位置の内径は、前記ノズルスロートの内径より小さく、前記初めの開始位置は前記ノズルスロートの下流にある、
請求項３５の弁。
【請求項３９】
前記湾曲入口通路の断面積は、前記入口流路が前記出口の出口フランジからできるだけ離れるようにして前記気体流路が前記入口側配管に対して偏心するように、前記入口側配管に隣接して始まる、
請求項３５の弁。
【請求項４０】
前記湾曲入口通路の断面積は、流れ方向に直交して計測される曲率半径が、流れ方向に平行して計測される大きい方の曲率半径を持つ流路の側より、流れ方向に平行して計測される小さい方の曲率半径を持つ流路の側の方が小さくなるように成形される、
請求項３５の弁。
【請求項４１】
前記入口が、断面積を持つ入口側配管に接続するようになされ、そして
前記入口通路は、前記入口側配管の断面積より小さな断面積を前記入口近傍の位置に有する、
請求項３５の弁。
【請求項４２】
前記ディフューザが前記出口の出口フランジを越えて延在する、
請求項３５の弁。
【請求項４３】
前記ディフューザに接続される前記出口側配管の初めの長さ部分は、前記出口側配管内径より小さな内径を有し、よって前記ディフューザを延長する、
請求項３５の弁。
【請求項４４】
更に、機械加工間の不一致を許容するために外向段差を前記細まり形状絞り内に備える、
請求項３５の弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的にはガス弁に関し、より詳細には音速ガス弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの産業において質量流量の精確な制御は必要条件である。例えば、装置産業では気体流が制御されている。ガスタービン産業では、ガスタービンへ送り込む燃料を計量するために、質量流量が用いられている。質量流量は、次式から判定される。
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【０００３】
上流側圧力と温度との測定値が、気体密度を導くのに用いられる。亜音速弁内の速度を計測するには、下流側圧力も計測し、上流側と下流側の圧力の圧力差に基づいて速度が導き出される。しかし、この下流側圧力の測定は、上流側および下流側の両センサの使用のため流量制御の精度および信頼性を低下させる。
【０００４】
精度および信頼性の低下の結果、業界は、弁のノズルのスロート（最も狭い部分）内での速度がマッハ１．０である音速ガス弁を開発した。スロート内での気体速度がマッハ１．０である場合、下流側圧力信号はノズルスロートを通って上流へ伝播できない。というのは、圧力信号は音速より速く伝わり得ないからである。こうしたことから得られる結果の一つが、ノズルスロート内での速度がマッハ１．０である場合に、ノズルへ流入する上流側流れ（フロー）は、下流側圧力の影響を受けないことである。従って、下流側圧力が低下した場合であっても、ノズルスロート内での速度は影響を受けない。その結果、速度決定にとって下流側圧力測定はもはや不必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
音速流れ（すなわち、気体速度はマッハ１．０である）をよりた易く達成できるのは、弁の入口側配管と出口側配管とが一直線になっている（例えば、両中心線が共通直線である）場合である。しかし、弁の入口側配管および出口側配管は、その多くの設置で一直線にはならない。入口側配管が出口側配管に対して直交するバルブでは、気体のフローパターンは入口から出口へ基本的に９０度旋回する。吐出配管の中心線からというより側部から入ってくる流れが、弁内の流れをノズルスロートの周りで不均一にしてしまう。その結果、音速流れの達成はより困難になり、音速流れを達成するためには、より高い圧力降下が要求される。この高い圧力降下は著しいエネルギー損失の原因になる可能性があり、またシステムの効率に悪影響を及ぼす可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、可変面積臨界（音速）ベンチュリ設計において、従来設計の場合より低い圧力比（Ｐ１/Ｐ２）で音速流れを達成するガス弁の設計を提供する。この弁の設計は、入口通路のために湾曲流路を設け、ノズル流れ領域環状部の円周まわりの各地点にごく類似した流れ条件を生み出す、より一様な態様で、入口側流れをノズル領域へ強制的に送り込む。
【０００７】
本発明はさらに、流れを真直ぐにするために、ノズルスロート上流に配置する細まり形状の絞りを提供する。この細まり形状絞りは、その面積勾配がほぼゼロ（例えば、僅かに負の勾配）で始まり、ノズルスロートへ近づくにつれて負の勾配が増える。
【０００８】
ノズル下流のディフューザの形状は、面積勾配が小さな正の値で始まって大きくなり、最大値まで増加した後、ディユーザの出口で小さくなり、そこでの流路の形状がほぼ円筒形であるようになされている。ディフューザ部分の最大直径位置の軸方向長さの一部分は面積勾配がほぼゼロである。一実施の形態において、装着時にこのディフューザ部分は延在して弁の出口フランジを通って、隣接する配管内へ突出する。
【０００９】
本発明のこれら利点および他の利点、ならびに発明上の更なる特徴は、ここに記載の本発明の説明から明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を特定の好ましい実施の形態に関連して説明するが、本発明をかかる実施の形態に限定する意図はない。反面、添付の請求項で定義される発明の精神および範囲に包含されるすべての代替、変形、および均等物を含むものとする。
【００１１】
本発明は、弁ノズルおよびディフューザの軸に直交して入ってくる入口流れへ及ぼす影響を打ち消すか大きく減らす、気体（空気を含む）の流れおよび／または工業用もしくはガスタービン用の燃料の流れを制御するガス制御弁、または、他の流量制御システムを提供する。臨界圧力比を最適化する方策のいくつかを説明する必要があろう。弁の臨界圧力比（Ｐ１/Ｐ２）は、入口圧力（Ｐ１）の出口圧力（Ｐ２）に対する比として定義され、この出口圧力での弁の流量は、音速流量の数％下方まで降下する。何れのガス弁も、その圧力比（Ｐ１/Ｐ２）が略２．０を超える（気体特性に依存する）のに伴って、弁のスロート内ではマッハ１．０の音速流れをもたらすことになる。先に述べた特徴を用いてここで記載する弁は、一実施の形態において略１．０４以上の圧力比（Ｐ１/Ｐ２）でノズルスロート全体にわたって音速流れを提供する。こうした手法のいくつかを、液体弁を含む他の種類の弁に適用して、損失を減らすとともに、最大流量を高めるようにしてもよい。ここで説明する実施の形態は、流路断面がほぼ円形であり、弁内の流路には９０度のベンドを有する。かかる特徴および方策は、長方形断面のような他の流路断面形状、そして真直な流路、あるいは、入口と出口の両フランジが整列するとともにノズル中心線に直交する典型的な玉型弁設計のような他の流路形状、および亜音速弁にも適用できる。
【００１２】
ここで、同様な符号が同様な要素を指す各図面を参照すると、本発明によるガス制御弁２０の例示の実施の形態が図１に示されている。以下の説明から明らかになるであろうが、このガス制御弁２０は、弁ノズルおよびディフューザの軸に直交して入ってくる入口流れの影響を最小限にするか、打ち消すかする弁である。
【００１３】
図１乃至図４を参照すると、弁本体２０は、気体入口２４と、気体出口２６と、弁ニードル３０用のノズルスロート２８とを有する。アクチュエータ２２は、ノズルスロート２８に対する弁ニードル３０の動きを制御する何れの種類のアクチュエータであってもよい。アクチュエータそのものは広く周知であり、ここで詳細に検討を加える必要はない。弁ニードル３０は、所望の、気体流れ対アクチュエータのピストンストローク（すなわち、位置）を提供するよう成形された輪郭面３２を持っている。矢印３４で示す流路は、入口通路３６における湾曲流路であって、入口流れを強制的にノズル３８へ、より一様に入るようにする。ノズル３８は細まり流れ（converging flow）を生じ、そこでは流路断面積が流れ方向に沿って減少していく。この湾曲流路は、ノズルスロート２８の上流にある位置で、ノズル中心線に平行な方向へ流れを変えることにより、ノズルおよびディフューザ軸に直交する入口流れの影響を打ち消す手助けをする。
【００１４】
入口流路の流れ断面積は、上流の入口側配管の断面積より小さな流れ面積を持ち、これにより、流れは強制的に所望の方向へ向けられる。より大きな断面積の入口流路も使用できるが、流れがあまり好ましくない経路に沿うことを許容する可能性がある。より小さな流れの断面積を適用して、音速弁ではないガス弁を含め他の種類の弁での損失を著しく減らすことができる。
【００１５】
小断面積の入口流路は、入口流路が出口フランジ４２からできるだけ離れるような、流路が入口側配管４０に対して偏心する態様で、上流配管４０に隣接して始まる（図２を参照）。これにより入口流路に要求される曲率が縮小されるので、流れがノズル中心線に沿ってノズル領域へ入ることが可能になる。
【００１６】
一実施の形態では、入口流路の断面は非円形であり、それはほぼ楕円形であるか、または流れ方向に直交して計測される曲率半径が、流れ方向に平行して計測される小さい方の曲率半径を持つ流路の側の方が小さくなるような形である（図８を参照）。どちらの場合であっても、大きい方の寸法が、ノズル中心線の軸に直交する楕円の長軸に相当する流路を測ることになる。このことは、ノズルスロート２８の上流の位置で、ノズル中心線に平行な方向へ流れを変える更なる手助けとなる。
【００１７】
出口側配管５４に対する入口側配管４０の配置は工業標準による制約を受けることが多い。入口側配管４０は、ノズルおよびディフューザ中心線の軸に沿って測った場合、ノズルスロート２８のできるだけ上流に配置して、流れがノズル中心線に沿ってノズル領域へ入れるようにするのがよい。ノズルスロート上流の位置で、ノズル中心線に平行な方向へ流れを変えることができるような入口流路の曲率は、多くの実施の形態で有益であり、直交する入口側配管を備える弁に対して限定されるものではない。
【００１８】
細まり形状絞り４４はノズルスロート２８の上流に配置される。絞り４４は流れを真直にし、ノズルおよびディフューザ中心線の軸に直交する入口流れの影響の打ち消しを助ける。湾曲入口通路３６と細まり形状絞り４４との併用は、入口通路の形状に沿って流れが分離するのを防ぐとともに、ノズル３８で厚い境界層を提供する。境界層が厚くなるとディフューザ境界層内に乱流が増加し、ディフューザ４８のディフューザ壁４６から流れが分離する性向を低くする。ディフューザ境界層での乱流は流れの本流中の運動量を壁から離してディフューザ境界層中へ移送するのを助け、かくして境界層の速度を高め、境界層が失速して分離する性向を低くする。
【００１９】
細まり形状絞り４４の使用は、気体流量を継続的に増やしつつニードル３０を更にノズルスロート２８の外へ吸引できるようにするので、最大流量を増やすことができる。かかる形状を伴わない場合、ニードルがノズルスロートから引き抜かれるにつれて、それ以上流量が増加しない点が存在する。細まり形状絞り４４は、面積勾配がほとんどゼロ（例えば、僅かに負）で始まり、ノズルスロート２８へ近づくにつれて負の値が連続して大きくなるように成形される。この面積勾配は、流れ方向に沿う軸方向距離の単位長さ（例えばインチ（２５．４ｍｍ））当たりの断面積の変化率である。
【００２０】
ディフューザ４８では広がり流れとなり、ここで流路断面積は流れ方向に沿って増加する。ノズル３８の下流にあるディフューザ４８の形状は、面積勾配が、ノズルスロート２８近傍で小さな正の値で始まり、最大値に達してから、ディフューザ出口５０でほぼゼロまで落ち込み、ここでの流路はほぼ円筒状である。ディフューザの端部は円筒状もしくはほぼ円筒状のチューブ５２であってよい（すなわち、ほぼ一定断面積のチューブ）。一実施の形態では、このディフューザースリーブの断面積は、最初にノズルスロート２８の下流直下で縮小するとともに、流れ方向に沿った方向で中高な湾曲であるようになされている。この中高湾曲形状は連続し、それにともない断面積はディフューザ内の流れ方向に沿った軸方向の位置で、出口フランジ４２に向けて増加する。ディフューザ出口５０の近傍では壁面の湾曲は中低となり、壁面がほぼ円筒形になるまでその面積勾配を減ずる。
【００２１】
ディフューザ４８がノズルスロート２８の下流直下に小さな面積勾配を持つように成形することにより、ディフューザ壁４６の最小内径をノズルスロートの下流へ来るようにする。この形状は、小さい弁開度で良好な臨界圧力比を維持しながら、ノズルスリーブから弁ニードル３０が引き出される単位長さ当たりでの流量増加が略直線的である弁について、ストロークをより短くさせることができる。
【００２２】
端部での面積勾配がほぼゼロ（ほぼ円筒形）であるディフューザ４８の最大直径部位の軸方向長さは最大化されるが、これを弁の出口フランジを越えて、下流へ延びる隣接配管５４内に突出させてもよい（図２を参照）。この延長部５２はほぼ円筒形であり、外側フランジ位置でディフューザに接するようにもでき、あるいはディフューザ端のところで径方向に設けた外向き段差により僅かに大きい直径を持つようにしてもよい。延長部５２の長さＬは重要ではない。延長部５２の機能は、気体流れの吐出方向をノズル３８と一直線に維持するの助けることである。一実施の形態において、軸方向長さは、直径６インチ（１５２．４ｍｍ）の入口側および出口側配管用弁の場合は４インチ（１０１．６ｍｍ）である。延長部５２のこの機能は、出口側配管５４の始まりの部分の長さを、ディフューザの出口直径に等しいか、それよりも僅かに大きい縮小直径となるように設計することでもこと足りる。
【００２３】
ニードル３０は、長さ対直径比が１未満もしくは略１であってほぼ円筒形または僅かにテーパの付いた領域５６を、弁２０の流れ対ストローク特性をもたらすテーパが始まる軸方向位置の直上流に有する。この形状は流れがニードルの入口側に沿って分かれるのを防ぎ、ニードルに沿って厚い境界層を提供する。この厚い境界層が、ディフューザ境界層中の乱流を増やし、流れがノズルスロート２８の下流のディフューザ４８に突き出すニードル壁から分離する性向を縮小する。
【００２４】
ニードル３０はその外径部にある円錐形段差５８１（図４ｂを参照）または球形段差５８２（図４ｃを参照）を利用してノズル３８のノズルスロート領域２８に接触し、弁の全閉位置で気体流れを気密に遮断する。図６に円錐形段差５８による遮断を示す。段差５８がノズルスロート２８の部分２８１にしっかりと接触していることが見て取れる。この段差５８の半径方向高さを最小化して流れの分離を回避し、ほぼ円筒形または僅かにテーパの付いた領域５６で発達する流れ境界層が消散されないように、そして段差５８の下流にある栓部に沿って境界層の厚さを増すようにする。一実施の形態では、ほぼ円筒形または僅かにテーパの付いた領域５６の、長さ対直径比が略１に等しい（図７ｂを参照）。
【００２５】
ほぼ円筒形の領域５６の上流にある領域６０でのニードルステム直径は縮小されている。ステム直径のこの縮小は、ニードルステム６２の傍らを通って、入口側流れ配管とは反対側のノズルスロートを貫流する流れの渦度を最小化する。テーパ付移行部６８をステム直径部と、ほぼ円筒形または僅かにテーパの付いた領域５６との間に用いて、流れの分離を回避する。
【００２６】
図７ａ乃至図７ｃは、本発明の弁２０に使用できる弁ニードルのそれぞれ別の実施の形態を示す。図７ａは、長さの短い（長さ対直径比が１未満）ほぼ円筒形またはテーパ付領域を示す。図７ｂおよび７ｃは二つの実施の形態を示し、そこでのほぼ円筒形または僅かにテーパの付いた領域５６の長さ対直径比は略１である。
【００２７】
製造時には、機械加工（例えば旋盤加工）を行って、ノズルスロート２８、細まり形状絞り４４、およびディフューザ４８の形状を加工している。弁の製造によっては、機械加工の合わさるところで表面の不連続となる、機械加工間での調整不良が認められることもある。一実施の形態では、ノズル／ディフューザ・スリーブ６４を製作する機械加工において、機械加工ずれにより部品としての不連続部が置かれるが、両端から削除される材料の切削部分は、ノズルスロート２８の可能な限り上流側に配置される。この許容差が外向段差６６（図５を参照）であり、不連続部の下流の直径は不連続部での直径より大きくしてあるので、気体流れは滝のように流れてこの大きい方の直径部へ入る。
【００２８】
弁内のフ流れを改良する技術を説明した。これら技術は、弁内での流れの性能を改善する。説明した技術を個別に利用しても、組み合わせて利用してもよい。例えば、縮小したニードルステムの直径、細まり形状絞り、ディフューザ延長部、および面積勾配パターンの技術を、単独でまたは組み合わせて、いかなるタイプの弁にも利用できる。
【００２９】
本発明を説明する文脈での（特に、特許請求の範囲の文脈での）名詞及び同様な指示語の使用は、特に指示されない限り、または文脈によって明瞭に否定されない限り、単数および複数の両方を含むものと解釈すべきである。本明細書中で提供されたいずれの例示または例示的な用語（例えば、「等」）の使用も、単に本発明を説明し易くするという意図であるに過ぎず、特に請求の範囲に記載しない限り本発明の範囲に制限を加えるものではない。本明細書の語句は、本発明を実施する際の基本的な請求の範囲に含まれない要素を示すものと解釈すべきでない。
【００３０】
本発明の様々な実施の形態に関するこれまでの説明は、図解と説明の目的のために示されたものである。それは網羅することを意図したものではなく、また開示した精確な実施の形態に限定しようとするものではない。例えば、多くの形状および手法を亜音速弁にも使用できる。多くの変更や改変が上記の教示に照らして可能である。検討を行った実施の形態は、本発明の原理およびその実施での最善の説明を提供して、当該技術に通常に精通する者が本発明を、様々な実施の形態において並びに熟慮された特定の使途に合わせた様々な変更を伴って、利用できるようにする。かかる全ての変更および改変は、公正に、法的に、かつ公平に付与された権利の範囲に従って解釈したときに付帯の請求項で定められる本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本明細書と一体化されて、その一部を成す付帯図面は、本発明のいくつかの局面を示すとともに、以下の説明と共に本発明の原理を明らかにする。図面において、
【図１】図１は、弁の上部に従来のアクチュエータ機構が搭載された、本発明による音速ガス弁の完成予定図である。
【図２】図２は、図１の音速ガス弁の断面図である。
【図３】図３は、閉位置にある図１の弁の部分断面図であって、弁ニードルは断面視ではない。
【図４】図４（ａ）は、一部開位置にある図１の弁の部分断面図であって、弁ニードルは断面視ではない。  図４（ｂ）は、図４（ａ）の４ｂ、４ｃに沿った、弁の拡大断面図であって、本発明の教示による円錐形段差を示す。  図４（ｃ）は、図４（ａ）の４ｂ、４ｃに沿った、弁の拡大断面図であって、本発明の教示による球形段差を示す。
【図５ａ】図５ａは、本発明の教示による弁の細まり形状絞りの拡大図である。
【図５ｂ】図５ｂは、図５ａの５ｂに沿った、細まり形状絞りの拡大図であり、本発明の教示による、機械加工間の許容される不一致が存在する部位を示す。
【図６】図６は、図３の部位６に沿った、弁の拡大断面図である。
【図７】図７（ａ）乃至図７（ｃ）は、本発明の教示による弁ニードルの実施の形態を示す。
【図８】図８は、本発明の教示による湾曲流路の等角図である。
【符号の説明】
【００３２】
２０  ガス制御弁
２２  アクチュエータ
２４  気体入口
２６  気体出口
２８  ノズルスロート
３０  弁ニードル
３２  輪郭面
３６  入口通路
３８  ノズル
４０  入口側配管
４２  出口フランジ
４４  細まり形状絞り
４６  ディフューザ壁
４８  ディフューザ
５０  ディフューザ出口
５２  円筒状もしくはほぼ円筒状のチューブ（延長部）
５４  出口側配管
５６  ほぼ円筒形または僅かにテーパの付いた領域
５８  段差
６０  ほぼ円筒形の領域の上流にある領域
６２  ニードルステム
６４  ノズル／ディフューザ・スリーブ
６６  外向段差
６８  テーパ付移行部
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
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