(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流量制御装置であって、
環状ディスク（１５；９１；１０１）のスタック（９０；１００）と、各ディスク（１５；９１；１０１）は内縁と外縁を有し、各ディスク（１５；９１；１０１）の内縁は環状ディスク（１５；９１；１０１）がスタック（９０；１００）の長手方向に延びる中央通路（１４）を形成するように中央孔を区画形成し、隣接ディスク（１０Ａ，１０Ｂ；２０Ａ，２０Ｂ；３０Ａ，３０Ｂ；４０Ａ，４０Ｂ；５０Ａ，５０Ｂ；６０Ａ，６０Ｂ；７０Ａ，７０Ｂ；８０Ａ，８０Ｂ）の各々はディスクの内縁と外縁（１８Ａ，１７Ａ；１８Ｂ，１７Ｂ；２８Ａ，２７Ａ；２８Ｂ，２７Ｂ；３８Ａ，３７Ａ；３８Ｂ，３７Ｂ；４８Ａ，４７Ａ；４８Ｂ，４７Ｂ；５８Ａ，５７Ａ；５８Ｂ，５７Ｂ；６８Ａ，６７Ａ；６８Ｂ，６７Ｂ；７８Ａ，７７Ａ；７８Ｂ，７７Ｂ；８８Ａ，８７Ａ；８８Ｂ，８７Ｂ）の間を延びる少なくとも１つの流体通路（１１Ａ，１１Ｂ；２１Ａ，２１Ｂ；３１Ａ，３１Ｂ；４１Ａ，４１Ｂ；５１Ａ，５１Ｂ；６１Ａ，６１Ｂ；７１Ａ，７１Ｂ；８１Ａ，８１Ｂ）を区画形成する互いに当接する主面を有することと、
装置を通る流体の流量を制御するための、中央通路（１４）内を往復移動可能な制御部材（１６）とを組み込んでいる流量制御装置において、
前記少なくとも１つの通路（１１Ａ，１１Ｂ；２１Ａ，２１Ｂ；３１Ａ，３１Ｂ；４１Ａ，４１Ｂ；５１Ａ，５１Ｂ；６１Ａ，６１Ｂ；７１Ａ，７１Ｂ；８１Ａ，８１Ｂ）は隣接ディスク（１０Ａ，１０Ｂ；２０Ａ，２０Ｂ；３０Ａ，３０Ｂ；４０Ａ，４０Ｂ；５０Ａ，５０Ｂ；６０Ａ，６０Ｂ；７０Ａ，７０Ｂ；８０Ａ，８０Ｂ）の前記当接する主面の少なくとも１つに溝を有すると共に、前記内縁および外縁の一方の位置から始まる入口（１４Ａ，１４Ｂ；２３Ａ，２３Ｂ；３４Ａ，３４Ｂ；４３Ａ，４３Ｂ；５３Ａ，５３Ｂ；６３Ａ，６３Ｂ；７３Ａ，７３Ｂ；８３Ａ，８３Ｂ）と前記内縁および外縁の他方の位置から始まる出口（１３Ａ，１３Ｂ；２４Ａ，２４Ｂ；３３Ａ，３３Ｂ；４４Ａ，４４Ｂ；５４Ａ，５４Ｂ；６４Ａ，６４Ｂ；７４Ａ，７４Ｂ；８４Ａ，８４Ｂ）とを有し、
前記入口（２３Ａ，２３Ｂ；４３Ａ，４３Ｂ；５３Ａ，５３Ｂ；６３Ａ，６３Ｂ；７３Ａ，７３Ｂ；８３Ａ，８３Ｂ）は前記通路溝の直線部分（２５Ａ，２５Ｂ；４５Ａ，４５Ｂ；５５Ａ，５５Ｂ；６５Ａ，６５Ｂ；７５Ａ，７５Ｂ；８５Ａ，８５Ｂ）に通じ、直線部分（４５Ａ，４５Ｂ；５５Ａ，５５Ｂ；６５Ａ，６５Ｂ；７５Ａ，７５Ｂ；８５Ａ，８５Ｂ）は前記通路溝の曲線部分に通じ、前記曲線部分は出口（２４Ｂ，２４Ｂ；４４Ａ，４４Ｂ；５４Ａ，５４Ｂ；６４Ａ，６４Ｂ；７４Ａ，７４Ｂ；８４Ａ，８４Ｂ）で終端するか、または
前記出口（１３Ａ，１３Ｂ；３３Ａ，３３Ｂ）は前記通路溝の直線部分（１５Ａ，１５Ｂ；３５Ａ，３５Ｂ）に通じ、直線部分（１５Ａ，１５Ｂ；３５Ａ，３５Ｂ）は前記通路溝の曲線部分に通じ、前記曲線部分は入口（１４Ａ，１４Ｂ；３４Ａ，３４Ｂ）で終端する
ことを特徴とする、流量制御装置。
【請求項２】
隣接ディスク（１０Ａ，１０Ｂ；２０Ａ，２０Ｂ；３０Ａ，３０Ｂ；４０Ａ，４０Ｂ；５０Ａ，５０Ｂ；６０Ａ，６０Ｂ；７０Ａ，７０Ｂ；８０Ａ，８０Ｂ）間の通路の直線部分（１５Ａ，１５Ｂ；２５Ａ，２５Ｂ；３５Ａ，３５Ｂ；４５Ａ，４５Ｂ；５５Ａ，５５Ｂ；６５Ａ，６５Ｂ；７５Ａ，７５Ｂ；８５Ａ，８５Ｂ）が一様の横断面積を有し、通路の曲線部分が流体の方向に向かって増加する断面積を有することを特徴とする、請求項１に記載の流量制御装置。
【請求項３】
前記直線部分（１５Ａ，１５Ｂ；２５Ａ，２５Ｂ；３５Ａ，３５Ｂ；４５Ａ，４５Ｂ；５５Ａ，５５Ｂ；６５Ａ，６５Ｂ；７５Ａ，７５Ｂ；８５Ａ，８５Ｂ）が入口点で接線に対して９０度未満の角度をなすことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の流量制御装置。
【請求項４】
ディスク（５０Ａ，５０Ｂ；６０Ａ，６０Ｂ；７０Ａ，７０Ｂ）が円錐形または皿形であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の流量制御装置。
【請求項５】
ディスク（１０Ａ，１０Ｂ；２０Ａ，２０Ｂ；３０Ａ，３０Ｂ；４０Ａ，４０Ｂ；８０Ａ，８０Ｂ）が平坦であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の流量制御装置。
【請求項６】
隣接ディスク（２０Ａ，２０Ｂ；４０Ａ，４０Ｂ；５０Ａ，５０Ｂ；６０Ａ，６０Ｂ；７０Ａ，７０Ｂ；８０Ａ，８０Ｂ）間の流体通路（２１Ａ，２１Ｂ；４１Ａ，４１Ｂ；５１Ａ，５１Ｂ；６１Ａ，６１Ｂ；７１Ａ，７１Ｂ；８１Ａ，８１Ｂ）を通る流れが、ディスクの外縁から内縁までであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の流量制御装置。
【請求項７】
隣接ディスク（１０Ａ，１０Ｂ；３０Ａ，３０Ｂ）間の流体通路（１１Ａ，１１Ｂ；３１Ａ，３１Ｂ）を通る流れが、ディスクの内縁から外縁までであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の流量制御装置。
【請求項８】
複数の個別の流体通路（３１Ａ，３１Ｂ，４１Ａ，４１Ｂ；６１Ａ，６１Ｂ；７１Ａ，７１Ｂ；８１Ａ，８１Ｂ）が、少なくとも１対の隣接ディスク（３０Ａ，３０Ｂ，４０Ａ，４０Ｂ；６０Ａ，６０Ｂ；７０Ａ，７０Ｂ；８０Ａ，８０Ｂ）の外縁と内縁の間に設けられることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の流量制御装置。
【請求項９】
平面図で見たときに、隣接ディスク（１０Ａ，１０Ｂ；２０Ａ，２０Ｂ；３０Ａ，３０Ｂ；４０Ａ，４０Ｂ；５０Ａ，５０Ｂ；６０Ａ，６０Ｂ；７０Ａ，７０Ｂ；８０Ａ，８０Ｂ）間の通路（１１Ａ，１１Ｂ；２１Ａ，２１Ｂ；３１Ａ，３１Ｂ；４１Ａ，４１Ｂ；５１Ａ，５１Ｂ；６１Ａ，６１Ｂ；７１Ａ，７１Ｂ；８１Ａ，８１Ｂ）が前記中央通路（１４）を中心に前記中央通路（１４）の周囲に沿って右回りの方向か左回りの方向のいずれかに延びることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の流量制御装置。
【請求項１０】
右回りの通路がディスクのスタック中で左回りの通路と交互になるようにディスク（３０Ａ，３０Ｂ，４０Ａ，４０Ｂ；５０Ａ，５０Ｂ；６０Ａ，６０Ｂ；７０Ａ，７０Ｂ；８０Ａ，８０Ｂ）が配置されることを特徴とする、請求項９に記載の流量制御装置。
【請求項１１】
ディスク（１０Ａ，１０Ｂ；２０Ａ，２０Ｂ；３０Ａ，３０Ｂ；４０Ａ，４０Ｂ；５０Ａ，５０Ｂ；６０Ａ，６０Ｂ；７０Ａ，７０Ｂ；８０Ａ，８０Ｂ）が炭化タングステンかセラミック材料より形成されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の流量制御装置。
【請求項１２】
前記制御部材（１６）が、アクチュエータの制御下で完全閉鎖位置から部分的開放位置の範囲を介して完全開放位置まで、ならびにその逆に、中央通路（１４）内を往復可能なプラグ（１６）であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の流量制御装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの流体通路は１つの平面に沿って延びることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は流体の流量制御装置に関する。流体の流量制御装置は、液体または気体の流れを制御するために使用することができ、また、例えば流動中の高圧流体の速度制御を提供するために使用することができる。
【０００２】
そのような一般的なタイプの装置は、しばしば可変流体絞り制御バルブとして知られており、摩擦通路を有する本願出願人の米国特許第３，４５１，４０４号および第３，５１４，０７４号や、複数の急な角度の曲がり部を有する本願出願人の米国特許第３，５１３，８６４号によって例証されている。
【０００３】
流動中の高圧流体を取り扱う際には、エネルギー損失や高い圧力降下を到達するために、高速の短いスロート部を有するオリフィスを使用することが慣習的である。もし流体が液体の状態であり、かつ急速に気化し易い場合、すなわち、流体がオリフィスかバルブ開口部の下流側で気体条件に蒸発または変化する場合、流体は内破的に凝縮し、有害な衝撃波を引き起こしたり、浸食を引き起こしたりする可能性がある。さらに、バルブ中の流体速度はライン中の流体速度よりも大きいため、いくつかの厄介な反応が起こる。
【０００４】
最も深刻な問題は、液体が直接衝突し、液体中に外来の異質な粒子が懸濁されることよる、バルブ表面の急激な浸食である。さらなる浸食が、キャビテーションによって生じる。キャビテーションは、フローを制御するバルブの内部部品（バルブトリム）と弁体に対する蒸気の高速内破として定義され得る。
【０００５】
浸食によるこのような深刻な問題に加えて、速度の増加はさらに、バルブの流量特性を予測不能で不安定なものにする。
バルブ中の流体速度が高いことにより引き起こされる別の問題は、流動中の流体材料（例えばポリマー）による深刻なノイズ生成、トリム疲労、および劣化可能性である。
【０００６】
制御バルブの下流での、流体によって生成されるノイズは、非常に高いことが多い。そのようなノイズは、もし処理されないかパイプ内に収容されなければ、バルブ出口から約０．９ｍ（３フィート）で、１１０〜１７０ｄＢの音圧レベルとなる。このような大きさの音源は、人に危険で、地元住民から頻繁に苦情が起こることとなる。
【０００７】
マフラーやサイレンサ（消音器）は、流体によって生成されるノイズのほんの２０〜３０ｄＢしか一般に減ずることができない。したがって、所望の音圧レベルを得る際にそれらを用いても部分的な成功しか達成されない。更に、通常の通路処理システム（つまりマフラ、外被支持構造など）は非常に扱いにくく高価であることが多く、ノイズ用の通路処理にかかる全費用は、バルブの費用を超過することが多い。
【０００８】
上記の問題を克服するか改善するために、速度や衝撃波反応を増大させずに高圧流体でのエネルギー損失を達成する装置が導入されている。これは、流体に摩擦と圧力降下を作成する急な曲がり部を備えた複数個の小さな長い通路に流れを細分し、それにより装置における損傷と浸食を回避することにより、達成される。そのような装置が例えば米国特許再発行第３２１９７号に開示されている。
【０００９】
そこでは、複数個の個々の通路溝を包囲する当接面を有する個別の部材の環状スタック状に通路が提供される。溝は、流体の方向を曲げて、かつスタックの入口端部と出口端部の間よりも実質的に長い流体長さを提供するよう、スタックの入口および出口の間で角度をなす。スタックは、バルブハウジングの流体通路内に据え付けられる。また、環状構造内を移動可能な弁プラグは、流体が中を流動できる通路の数を制御する。
【００１０】
ディスクの部材のスタック中の少なくとも１つの通路がディスクの入口領域と出口領域の間に空隙（エネルギー損失通路の断面積を拡張する）を有するこの種の改良装置が、イギリス国特許出願出願公開第２，２７３，５７９号に開示されている。
【００１１】
本願出願人の米国特許第５，６８７，７６３号において、本願出願人は、エネルギー損失通路が改良された構造体、すなわち、流体流れのための一連の実質的に径方向に延びる通路を組込んだ剛性構造を形成する複数対の環状ディスクを備えた流体の流量制御装置、について説明すると共に権利請求している。複数対の環状ディスクの各ディスクは、２つの主面と、該主面の間を完全に延びるが径方向には部分的にしか延びない通路とを有している。複数対の環状ディスクの各ディスクは別のディスクと実質的に同一であり、１つのディスクの主面が別のディスクの主面と直接当接する状態で互いに整列している。そのような１つのディスク中の通路は、実質的に同一のディスク対による流体流れを提供するように、対である別のディスク中の通路と相互接続している。
【００１２】
さらに改良された流量制御装置と、その中で使用される部品とを製造することが、本発明の目的である。さらに、表面の浸食を低減し得る流体制御装置を提供することも、本発明の好ましい目的である。
【００１３】
従って、１態様では、本発明は、流量制御装置のための環状ディスクのスタックであって、ディスクは流体流れのための一連の通路を組込んだ構造体を形成し、隣接するディスクはその間に該通路を区画形成する当接主面を有し、ディスクの少なくとも一部の各々は、その外縁から内縁に延びる通路を備え、該通路はディスクの厚さへ部分的にのみ延びる深さを有するように形成され、該通路の長さの少なくとも一部は曲線状となっており、該通路の曲がった部分は前記内縁と外縁のうちの１つの位置から始まるか、および／または該通路の長さの少なくとも一部は直線状であり、該通路の直線部分は前記内縁と外縁のうちの他方の位置から始まる、環状ディスクのスタックを提供する。
【００１４】
好ましくは、通路は、ディスクの２つの主面のうちの少なくとも１つに形成された溝またはチャネルであり、隣接するディスクの当接主面によってその両端以外の位置で閉鎖される。
【００１５】
別の態様では、本発明は、流体の流量制御装置に組み込むための環状ディスクであって、流体流量制御装置は環状ディスクのスタックを備え、ディスクは内縁および外縁と、主面のうちの１つに形成された少なくとも１つの溝通路とを有し、通路の全長の少なくとも一部は曲線状であり、該通路の曲線部分は前記内縁と外縁のうちの１つの位置から始まり、および／または該通路の全長の少なくとも一部は直線状であり、該通路の直線部分は前記内縁と外縁のうちの他方の位置から始まる、環状ディスクを提供する。
【００１６】
複数個のディスクは、ディスクの中央孔が往復プラグ用の中央通路を区画形成するスタックを形成する。ディスクによって形成される流体流通路は、スタックの中を通る流体の流れ方向に基づいて、中央通路へとまたは中央通路からつながる。プラグは、一極で完全に流体流れを閉鎖し、他極で全ディスク通路を通る流体流れを許容するように、中央通路内に配置することができる。これらの両極間でのプラグの位置は、より少数か多数のディスクの通路を通る流れが必要に応じて許容されるように、完全閉鎖と完全開放との間で所望の流速を可能にするために調節することができる。
【００１７】
別の態様では、本発明は、流体流量制御装置であって、環状ディスクのスタックと、スタックを長手方向に延びる中央通路を形成する環状ディスクの中央孔と、中央通路内を往復動可能なプラグと、装置を通る流体流量を制御するために必要に応じてプラグを完全閉鎖から部分的開放位置を介して完全開放まで移動させるアクチュエータとを組み込んでおり、隣接ディスクがディスクの内縁と外縁の間を延びる少なくとも１つの流体通路を区画形成する当接主面を有し、通路は内縁と外縁のうちの１つの位置から始まる通路の全長の少なくとも一部で曲線状であり、内縁と外縁のうちの他方の位置から始まる通路の全長の少なくとも一部で直線状である、流体流量制御装置を提供する。
【００１８】
１実施形態では、ディスクを横切って流体通路を通って流れる流れは、ディスクの外縁から内縁までの流れ、つまり、中央通路に入る流れである。その後、中央通路は流体出口に接続される。
【００１９】
別の実施形態では、ディスクを横切って流体通路を通って流れる流れは、ディスクの内縁から外縁まで、つまり内縁から外縁までの流れ、つまり、中央通路から出る流れである。したがって、中央通路は流体入口に接続される。
【００２０】
いずれの実施形態でも、流体通路は、入口端の位置から始まる最初の直線部分と、ディスクを横切って出口端部で終端する曲線部分とを有することが好ましい。好ましくは、直線部分は入口の点で、すなわちディスク縁部と通路の交差点で、接線に対して９０度未満の角度をなす。例えば、直線部分は接線に対し５度〜３０度の角度であり得る。
【００２１】
流体流れは、中央通路の中に入るとき、上記の点で半径に対して角度をなして中央通路に入る。これにより、中央通路壁のや弁プラグの浸食が低減される。
通路はその全長に沿って断面積が一定である必要はない。実際、入口と出口の両端間で断面積が増加したり減少したりすることが望ましい場合がある。通路を通って移動する流体に与えられるエネルギー損失を最大限にするか、圧縮媒体により生じ得る流体体積の増加を許容するために、通路の断面積がその出口端の方向に向かって増大することは特に好ましい。そのような断面積の変化は幅を一定にして通路の深さを変えることにより達成することができるが、深さを一定にして通路の幅を変えることが好ましい。代わりに、通路の幅と深さの両方を変えることにより、断面積を変えてもよい。
【００２２】
入口端から連続的に拡大する領域を備えた流れ通路は、入口の浸食を伴う大幅な流れ容量の増大になるだろう。従って、最初の直線部分で通路の容量を一定に保つために一様な断面積を有する最初の直線部分を備えた通路を設計することが有効である。それにより、最初の直線部分はより浸食に対して耐性となる。
【００２３】
１つのディスクは、その外縁と内縁の間に１または複数の通路を備え得る。したがって、ディスクの１つの主面を横切って、例えば１つ、２つ、または３つの独立した通路が存在し得る。
【００２４】
ディスクは１つの主面のみに形成された流体通路を有し、他方の主面は隣接するディスクの通路を閉鎖するために平面状になっていてもよい。代わりに、ディスクは、隣接するディスクの平面状の主面に各側面で当接することにより閉鎖される、両方の主面に形成された流体通路を有していてもよい。
【００２５】
ディスクとその通路を平面図で見ると、通路はディスクを横切って右方向（時計方向）または左方向（反時計方向）のいずれの方向に延びてもよい。ディスクが１つよりも多い通路を有する場合、通路は同じ方向に延びることが好ましい。しかしながら、用途によっては、右回り通路と左回り通路の組み合わせが有利と判明する可能性はある。
【００２６】
上述のように、流体流れの望ましい方向は、通路の断面積が増加する方向であろう。従って「右回り」および「左回り」通路とは、本明細書では、それらの通路を通る流体流れの意図した方向のことを指す。
【００２７】
好ましい実施形態では、ディスクのスタック中で右回り通路が左回り通路と交互になるように、ディスクが配置される。この配置によると、装置出口における渦生成を低減または排除する流れの分裂が許容される。
【００２８】
代わりに、所望の場合、適切な通路の配置により、渦を出口に設計してもよい。例えば、すべての通路が同じ方向に延びるようディスクを配置してもよい。
ディスクは平坦であり得るが、これは必須でなく、円錐形や皿状のディスクのスタックの使用が有利であることが判明することもある。ディスクが皿状であると、処理流体がディスクから排出されるかディスクに進入したときに、処理流体に軸方向ベクトルが付与され、プラグスロットル縁での衝突角がさらに減じられる。
【００２９】
あくまで例ではあるが、直径約４．７５インチ（約１２ｃｍ）で内縁から外縁までの径方向の長さが約１．１２インチ（約２．８４ｃｍ）の環状ディスクの場合、通路の直線部分は０．５〜２．０インチ（約１．２７〜約５．０８ｃｍ）であり、通路の曲線部分は０．５〜２．０インチ（約１．２７〜約５．０８ｃｍ）の可変曲率半径で１〜４インチ（約２．５４〜約１１．２ｃｍ）である。
【００３０】
ディスクは、流体制御装置を使用するバルブ要求条件、特に流体の性質とその温度、圧力および速度に基づいて、任意の適切な材料より構成することができる。ディスクは好ましくは炭化タングステンかセラミック材料により形成される。
【００３１】
通路は任意の都合のよい手段によりディスクを横切って形成することができ、当業者は選択されたディスク材料に応じて適切な手段を容易に選択することができるだろう。ディスクが完全に固められる前に未焼結の状態で炭化タングステンまたはセラミック材料より形成されたディスク中に通路を機械加工することが好ましい。
【００３２】
さらに別の態様によれば、本発明は、スタック状に配置された複数個の環状ディスクを備えた流量制御装置であって、各ディスクが外縁と内縁を有し、スタック中の隣接するディスクが外縁から内縁に延びる少なくとも１つの流体通路を提供する対向する当接主面を有し、通路が内縁および外縁のうちの１つの位置から始まる直線部分および／または内縁および外縁のうちの他方の位置から始まる曲線部分を有する、流量制御装置を提供する。
【００３３】
好ましくは、通路は１つのディスクの主面に形成され、通路はディスクの厚さに部分的のみ延びる深さを有し、通路は、隣接するディスクの当接主面により、その両端以外の位置で閉鎖される。
【００３４】
有利には、通路の入口端に直線部分が設けられ、通路の出口端に曲線部分が設けられる。好ましくは、直線部分の断面積は一定であり、また、曲線部分の断面積は流体の流れる方向に向かって増加する。有利には、直線部分はディスクの縁部において接線に対して９０度未満の角度をなして延びる。
【００３５】
さらなる態様によれば、本発明は、流量制御装置用の環状ディスクであって、外縁と中央孔を区画形成する内縁とを有し、外縁と内縁の間に延びると共に一端に直線部分および／または他端に曲線部分を有する少なくとも１つの溝を有するディスクのスタックから成る環状ディスクを提供する。
【００３６】
流体通路の入口端に直線部分が設けられ、断面積は好ましくは一定であり、および／または任意選択でディスクの縁部において接線に対して９０度未満の角度をなして延びる。
【００３７】
さらに別の態様によれば、本発明は、スタック状に配置された複数個の環状ディスクを備えた流量制御装置を提供する。各ディスクは外縁と内縁を有し、スタック中の隣接するディスクは外縁から内縁に延びる少なくとも１つの流体通路を提供する対向する当接主面を有し、ディスクは円錐形の形状をしている。
【００３８】
円錐形の形状を有するディスクの使用により、通路を通る流体流れには軸方向ベクトルが与えられ、これは特定用途のための利点を有する。
好ましくは、通路は１つのディスクの主面に形成され、ディスクの厚さの一部分にのみ延びる深さを有し、通路は、隣接するディスクの当接主面によりその両端以外の位置で閉鎖される。
【００３９】
有利には、通路の入口端に直線部分が設けられ、通路の出口端に曲線部分が設けられる。好ましくは、直線部分の断面積は一定であり、曲線部分の断面積は流体の流れる方向に向かって増加する。有利には、直線部分はディスクの縁部において、接線に対して９０度未満の角度をなして延びる。
【００４０】
さらなる態様によれば、本発明は、流体制御装置用の環状ディスクであって、ディスクのスタックから成り、外縁と中央孔を区画形成する内縁とを有する円錐形であり、ディスクの一側で主面に流体通路を提供する少なくとも１つの溝を有し、該溝は内縁と外縁の間に延びると共にディスクの厚さよりも小さい深さを有する、環状ディスクを提供する。
【００４１】
好ましくは、溝は、流体通路の入口端に設けられた直線部分を有する。直線部分の断面積は一定であり、および／または、任意選択でディスクの縁部において、接線に対して９０度未満の角度をなして延びる。
【００４２】
さらなる態様によれば、本発明は、スタック状に配置された複数個の環状ディスクを備えた流量制御装置であって、各ディスクに外縁と内縁を有し、スタック中の隣接するディスクは外縁から内縁に延びる少なくとも１つの流体通路を提供する対向する当接主面を有し、スタックは、右回り通路が左回り通路と交互に配置されたディスクを有する、流量制御装置を提供する。
【００４３】
右回り通路と左回り通路を交互に使用することにより、通路から現われる流れは分裂され、渦生成を低減または排除し得る。
好ましくは、隣接するディスク間の通路は、１つのディスクの主面に形成され、ディスクの厚さの部分的にのみ延びる深さを有する。また、通路は、隣接するディスクの当接主面によりその両端以外の位置で閉鎖される。
【００４４】
有利には、通路の入口端に直線部分が設けられ、通路の出口端に曲線部分が設けられる。好ましくは、直線部分の断面積は一定であり、曲線部分の断面積は流体の流れる方向に向かって増加する。有利には、直線部分はディスクの縁部において接線に対して９０度未満の角度をなして延びる。
【００４５】
好ましくは、交互ディスクの通路は、内縁で軸方向に整列し、隣接するディスクの通路に対して内縁において角度的にオフセットすなわち位置ずらしされる。
さらなる態様によれば、本発明は、ディスクのスタックから成る流量生後装置用の環状ディスクであって、外縁と中央孔を区画形成する内縁とを有し、ディスクの一側面で主面に流体通路を提供し、かつ外縁と内縁の間を延びる少なくとも１つの溝を有し、溝が入口端に断面積が一定の直線部分と、出口端に流体の流れの方向に向かって断面積が増加する曲線部分とを有する、環状ディスクを提供する。
【００４６】
好ましくは、直線部分は、ディスクの縁部において接線に対して９０度未満の角度をなして、例えば５〜３０度の範囲で延び、ディスクを平面図で見た場合、通路は右回りか左回りの方向に延びる。
【００４７】
ここで本発明の実施形態を、図面を参照しながらあくまで例として説明する。図１は、例えば気体、液体、固体を含む三相スラリであり得る浸食性スラリの排出に使用するのに特に適したバランスバルブアセンブリを示す。
【００４８】
アセンブリ１０は、入口１２および出口１３を備えた弁体１１を有している。出口１３は、スラリ流速を落とすために徐々に増加する体積を提供するようテーパ状になっており、それによりスラリがバルブから離れる時の浸食の影響を低減している。入口１２と出口１３の間には、環状ディスク１５の剛性スタックの各々の中央孔により区画形成された中央チャンバまたは通路１４が位置する。
【００４９】
ディスク１５は入口と出口の間の通路を提供し、往復動可能な弁プラグ１６は、図示したような完全開放位置と、完全閉鎖位置との間で連接棒１７上に作用する従来の作動手段（図示しない）によって移動可能である。完全閉鎖位置では、プラグは、その下端１８が最下位の環状ディスク１５’よりも下方に来、それによってバルブを通る流れが閉じられるまで下降される。
【００５０】
プラグ１６は、プラグの下端１８より下でディスクを通る流れの適当な程度を開くために、完全開放位置と完全閉鎖位置の間のいかなる所望の中間位置にも移動できることがわかるだろう。
【００５１】
図示したような完全開放位置では、プラグ１６は、ボルト２０によって弁体１０の上面にクランプされた上部ケース１９内に設けられたスペース２４の中へと上方に移動し、スペース２４を縮小する。
【００５２】
異なる位置間でプラグ１６を移動させるためにアクチュエータが働かせなければならない力を最小限にするために、流体圧力は、チャンバ１４とスペース２４の間の流体連通のための１対の通路２１によりプラグを横切ってバランスを保たれる。アクチュエータは公知の様式でシステム制御信号に応答する。
【００５３】
図１のディスク１５は、図２〜１７を参照しながら以下に説明する１または複数のディスクの種類であり得る。
以下の説明で、「右回り」および「左方向」とは、実際には流体がそれと反対方向に流れるようにすることがある状況では望ましい可能性があることが理解されるものの、ディスクを通る流体の意図した流れ方向のことを指す。
【００５４】
図２〜９，１６および１７のディスクは、平坦なディスクであるが、図１０〜１５のディスクは、溝または通路が形成された上部表面と、それに対応する円錐形の下部表面とを有する。ディスク中の類似の部分には、以下、類似のユニット数字を付けている。
【００５５】
図２，３は、各々がその上部表面１２Ａ，１２Ｂに単一の通路１１Ａ，１１Ｂを有する１対の環状ディスク１０Ａ，１０Ｂを示している。通路は内縁１８Ａ，１８Ｂから外縁１７Ａ，１７Ｂまで延びる。
【００５６】
ディスク１０Ａの通路１１Ａの入口１４Ａは、その通路の出口１３Ａより幅狭い。また、通路は概ね右回りの方向に延びる。したがって、以下に説明するすべてのディスクについても当てはまるように、通路の深さはその全長にわたって一定であるため、通路の断面積は、出口１３Ａから内方に延びる直線部分１５Ａを除き、入口１４Ａから出口１３Ａに向かって増加する。示されているように、通路は部分１５Ａ以外の位置で曲線をなしている。
【００５７】
同様に、ディスク１０Ｂの通路１１Ｂの出口１３Ｂは、入口１４Ｂより幅広い。この例では、通路は概ね左回りの方向に延びる。やはり同様に、通路１１Ｂは、出口１３Ｂから内方に延びる直線部分１５Ｂを有し、通路の残りの部分は曲線をなしている。
【００５８】
以上の実施形態で、流体をより広い入口からより狭い出口へと（つまり説明したのと反対方向に）流れさせることが望まれる場合、通路の直線部分は通路の開始位置、つまり入口の位置から始まることが理解されるだろう。
【００５９】
本明細書で示すと共に説明した種々の特定の実施形態において、通路の数、流量面積、ディスクの内径や外径、ならびに他の変数に基づいて、通路の他の部分を直線としたり曲線としたりしてもよい。
【００６０】
図４，５は、別の環状ディスク２０Ａ，２０Ｂの対である、本発明の特に好ましい実施形態を示す。環状ディスク２０Ａ，２０Ｂは、各々、上部表面２２Ａ，２２Ｂのそれぞれに単一の通路２１Ａ，２１Ｂを有する。これらのディスクでは、出口２４Ａ，２４Ｂが、入口２３Ａ，２３Ｂより幅広い。ディスク２０Ａは右回り通路を有し、ディスク２０Ｂは左回り通路を有する。各通路は、直線の一定面積部分２５Ａ，２５Ｂを備えた入口から始まり、次に、面積が拡大する曲線通路としての出口へと続く。
【００６１】
図６，７は、その上部表面３２Ａ，３２Ｂに２つの通路３１Ａ，３１Ｂを各々が有する、１対のディスク３０Ａ，３０Ｂを示す。
各通路３１Ａの入口３４Ａはその各出口３３Ａより幅狭く、いずれの通路も概ね左回りの方向に延びる。各通路３１Ａは、その出口３３Ａから延びる最終の直線部分３５Ａを有し、通路の残りの部分は連続的な曲線部分である。
【００６２】
同様に、各通路３１Ｂの出口３３Ｂは、その各入口３４Ｂより幅広いが、この例では、通路が右回りの方向に延びている。同様に、各通路３１Ｂは、その出口３３Ｂから延びる直線部分３５Ｂを有し、その後、通路は、連続的な曲線部分としてその入口に続く。
【００６３】
図８，９は、各々がその上部表面４２Ａ，４２Ｂに２つの通路４１Ａまたは４１Ｂをそれぞれ有する、別の環状ディスク４０Ａ，４０Ｂの対を示す。これらのディスクでは、出口４４Ａ，４４Ｂは通路の入口４３Ａ，４３Ｂより幅広い。ディスク４０Ａは右回りの通路を有し、ディスク４０Ｂは左回りの通路を有する。各通路は、最初の直線部分４５Ａ，４５Ｂを有し、これらは連続的な曲線部分としてその出口に続く。
【００６４】
図１０，１１は、一対の円錐形または皿形つまり中くぼみ形の環状ディスク５０Ａ，５０Ｂを示す。各ディスク５０Ａ，５０Ｂは、下部の円錐形または皿形の表面５６Ａ，５６Ｂと、それに対応する皿形の上部表面５２Ａ，５２Ｂとをそれぞれ有する。平坦ディスクと同様に、各ディスクはその上部表面に、ディスクの外縁５７Ａ，５７Ｂから内縁５８Ａ，５８Ｂに延びる単一の通路５１Ａ，５１Ｂを有する。いずれのディスクも出口（５４Ｂ）より幅狭い入口５３Ａ，５３Ｂを有している。出口５４Ａは図１０では見えない。ディスク５０Ａの通路５１Ａはディスクを右回りに延びているが、ディスク５０Ｂの通路５１Ｂは左回りに延びている。やはり同様に、通路５１Ａ，５１Ｂはその入口に最初の直線部分５５Ａ，５５Ｂをそれぞれ有し、次に、曲がった通路として出口まで続く。
【００６５】
図１２，１３は別の円錐形ディスク６０Ａ，６０Ｂの対を示す。各ディスク６０Ａ，６０Ｂは、その皿形の上部表面６２Ａ，６２Ｂに、２つの通路６１Ａ，６１Ｂをそれぞれ有している。各通路は出口６４Ａ，６４Ｂ（図では１つの出口のみが見える）より幅狭い入口６３Ａ，６３Ｂを有し、各通路がやはり同様にその入口から始まる最初の直線部分６５Ａ，６５Ｂを有する。通路６１Ａは、概ね右回りに延び、通路６１Ｂは左回りに延びる。
【００６６】
図１４，１５は別の円錐形ディスク７０Ａ，７０Ｂの対を示す。各ディスク７０Ａ，７０Ｂは、その上面７２Ａ，７２Ｂに３つの通路７１Ａまたは７１Ｂを有している。通路は、その入口７３Ａ，Ｂで、その出口７４Ａ，７４Ｂ（すべての出口が見えているわけではない）より幅狭い。前述と同様、各通路は最初の直線部分７５Ａ，７５Ｂを有し、ディスク７０Ａの通路は右回り延びているが、ディスク７０Ｂの通路は左回りに延びている。
【００６７】
図１６，１７は別の環状ディスク８０Ａ，８０Ｂの対を示し、各ディスク８０Ａ，８０Ｂは平坦ディスクである。各ディスクはその上部表面８２Ａ，８２Ｂに３つの通路８１Ａまたは８１Ｂを有している。ディスク８０Ａの通路は、その入口８３Ａからその出口８４Ａまで右回りの方向に延び、ディスク８０Ｂの通路は、その入口８３Ｂからその出口８４Ｂまで左回りの方向に延びる。入口８３Ａ，８３Ｂは出口８４Ａ，８４Ｂより幅狭い。前述と同様に、各通路はその入口から延びる最初の直線部分８５Ａ，８５Ｂを有し、次に、曲線状の通路としてその出口まで続いている。
【００６８】
図１８では、平坦な環状ディスク９１のスタック９０における断面図を示す。各ディスクは、例えば、その上部の主面９２に２つの流体通路溝を有し、溝が上方のディスクの下部主面９３によって上から閉鎖されている、図６〜９に示し図６〜９を参照しながら説明した種類のディスクのうちのいずれであってもよい。
【００６９】
溝は互いに１８０度で中央孔に開口し、隣接するディスク９１は、隣接ディスク９１の出口９４が互いにオフセットし、かつ交互のディスク９１の出口９４が軸方向に整列しするように、互いに対して９０度で回転している。この断面図では、通路の出口９４だけが見られ、各出口９４は積み重ねられたディスクによって区画形成された中央通路９５に通ずる。
【００７０】
上部の平坦な環状ディスク９６は、中央通路の上端部を閉鎖し、流れは矢印で示される通りであり、各ディスク９１の外縁から中央通路９５の中に入り、中央通路９５から出て下方へと移動する。
【００７１】
スタック９０の各ディスク９１は、図２〜５および図１６，１７に示されたいずれの種類であってもよく、隣接ディスクの流体通路が内縁で角度的にオフセットし、交互ディスクの流体通路が内縁で軸方向に整列するように、隣接するディスクは適切に回転されることが理解される。所要流量特性を提供するためにディスクの他の配置を使用してもよい。
【００７２】
図１９は皿状の環状ディスク１０１のスタック１００における同様の断面図を示す。各環状ディスク１０１は、例えば、その上部の主面１０２に２つの流体通路溝を有し、上方のディスクの下部主面１０３により上から閉鎖されている、図１２，１３に例証し図１２，１３を参照しながら説明したどのタイプのディスクであってもよい。
【００７３】
溝は互いに１８０度で中央孔に開口し、隣接するディスク１０１は、隣接ディスクの出口１０４が互いにオフセットし、交互ディスク１０１の出口１０４が軸方向に整列するように、互いに９０度回転されている。やはり同様に、この断面図では各通路の出口１０４だけが見られ、各出口１０４は積み重ねられたディスクによって区画形成された中央通路１０５に通じる。
【００７４】
上部に溝がない皿状の環状ディスク９６は、中央通路の上端部を閉鎖し、繰り返すが、流れは、矢印により示す通りに、各ディスク１０１の外縁から、中央通路１０５に入り、通路１０５から外に出て下方に移動する。
【００７５】
スタック１００の各ディスク１０１が、隣接するディスクの流体通路が内縁で角度的にオフセットし、交互ディスクの流体通路が内縁で軸方向に整列するように、隣接したディスクが適切に回転される、図１０，１１および図１４，１５に示したタイプのいずれであってもよいことが理解されるだろう。所要流量特性を提供するためにディスクの他の配置を使用してもよい。
【００７６】
図１８，１９があくまで一般的な流れの説明を目的としたものにすぎず、実際には、例えば図１で示されたようなプラグと出口の配置が装置の操作のために必要になることが認識される。
【００７７】
本発明の流量制御装置を、種々の流量の要求条件に適合させるべく種々のディスク構成を備えるようにアレンジすることができ、そのディスク構成の各々を装置の構成要素の摩耗消滅を低減するように構成できることがさらに認識される。
【００７８】
本明細書で説明した例証的実施形態が、本発明の種々の範囲および用途を例証することを目的としており、そのような実施形態の特徴を、別個にまたは同じか異なる実施形態の他の特徴と組み合わせて、任意の所望の流量制御装置を製造するために使用し得ることがさらに認識される。
【００７９】
さらに、説明および図示したディスクの特定の形状および／または構成は、本願出願人が現在知っている最良の手段を示すものと考えられるが、本発明はそれに制限されるわけではなく、特許請求の範囲の精神および範囲内で様々な改変および改良を行うことができることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の流量制御装置を使用しているバルブの縦断面図である。
【図２】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図３】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図４】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図５】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図６】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図７】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図８】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図９】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図１０】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図１１】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図１２】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図１３】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図１４】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図１５】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図１６】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図１７】本発明で使用される種々のディスクの立面図である。
【図１８】本発明の平坦ディスクのスタックの縦断面図である。
【図１９】本発明の皿形または円錐形ディスクのスタックの図１８と同様な縦断面図である。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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