特表 2024-536857 加圧二重パッキンシールバルブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-08

(54)【発明の名称】加圧二重パッキンシールバルブ

(51)【国際特許分類】

   F16K 41/04 20060101AFI20241001BHJP

【ＦＩ】

F16K41/04

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024518766

(86)(22)【出願日】2022-09-13

(85)【翻訳文提出日】2024-05-13

(86)【国際出願番号】 US2022043349

(87)【国際公開番号】W WO2023048992

(87)【国際公開日】2023-03-30

(31)【優先権主張番号】17/485,674

(32)【優先日】2021-09-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523224589

【氏名又は名称】フローサーブ・プライベート リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＦＬＯＷＳＥＲＶＥ ＰＴＥ．ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】パリッシュ・ポール・ジェフリー

(72)【発明者】

【氏名】ネルソン・マイケル・ピー．

【テーマコード（参考）】

3H066

【Ｆターム（参考）】

3H066AA01

3H066BA19

3H066DA01

3H066DA06

(57)【要約】

【解決手段】プロセス流体の流れを制御するように構成されているバルブは、バルブの線形バルブステムに沿ったシール隙間空間によって分離されている一対のパッキンシールと、プロセス流体圧力よりも高い隙間圧力で窒素ガスなどの加圧流体をシール隙間に適用するために使用することができる加圧ポートとを含み、これによりパッキンシールを通過した漏れが加圧流体からプロセス流体および／または環境へと生じる際、プロセス流体が環境に漏出しないようにする。加圧流体の圧力または流量を監視することでパッキンシールのいずれかを通過する加圧流体の漏れを検出および定量化することができ、それによりパッキンシールの少なくとも１つを締め直すか交換するか、またはバルブを交換するなどのメンテナンス措置をバルブに適用することができる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バルブを備えるバルブシステムであって、前記バルブは、
バルブシートと、
バルブプラグであって、前記バルブプラグと前記バルブシートとの間の分離に応じて前記バルブを通るプロセス流体の流れを制御するように構成されているバルブプラグと、
バルブステムであって、前記バルブプラグと機械的に連通し、前記バルブステムの線形作動が前記バルブプラグと前記バルブシートとの間の前記分離を制御するように構成されているバルブステムと、
前記バルブステムを囲む第１および第２のパッキンシールと、前記パッキンシールの各々は、前記バルブステムと周囲のグランドハウジングとの間にシールを形成し、前記第１および第２のパッキンシールは、シール隙間によって前記バルブステムに沿って互いに分離されており、
シール加圧流体が前記シール隙間に入り、前記シール隙間内で所望の隙間圧力まで加圧されることを可能にするように構成されているシール加圧ポートと
を備える、バルブシステム。

【請求項2】

請求項１に記載のバルブシステムであって、さらに、
加圧流体源と、加圧流体圧力調節装置と、前記加圧流体源と前記バルブの前記シール加圧ポートとの間の流体連通を提供する加圧流体ラインとを備える、バルブシステム。

【請求項3】

請求項２に記載のバルブシステムであって、さらに、
前記隙間空間内の前記加圧流体の圧力を測定するように構成されている圧力測定デバイスを備える、バルブシステム。

【請求項4】

請求項２または請求項３に記載のバルブシステムであって、さらに、
前記隙間空間への前記加圧流体の流量を測定するように構成されている流量測定デバイスを備える、バルブシステム。

【請求項5】

線形ストロークバルブのバルブステムに沿ったプロセス流体の漏れを防止する方法であって、
請求項２に記載のバルブシステムを設け、
前記プロセス流体のプロセス圧力を決定または推定し、
加圧流体を前記シール加圧ポートに加えることを備え、前記加圧流体は、前記プロセス圧力よりも高い隙間圧力まで加圧される、方法。

【請求項6】

請求項５に記載の方法であって、さらに、
前記加圧流体の圧力および前記加圧流体の流量のうちの少なくとも１つを監視することを備える、方法。

【請求項7】

請求項６に記載の方法であって、さらに、
前記監視している圧力または前記監視している流量が指定の量を超えて変化した場合、漏れが前記バルブ内で生じたと決定し、メンテナンス措置を前記バルブに適用することを備える、方法。

【請求項8】

請求項７に記載の方法であって、
前記メンテナンス措置は、
前記パッキンシールの少なくとも１つを締め直すこと、
前記パッキンシールの少なくとも１つを交換すること、および
前記バルブを交換すること
のうちの少なくとも１つを含む、方法。

【請求項9】

請求項５から８のいずれか一項に記載の方法であって、
前記加圧流体は、窒素ガスである、方法。

【発明の詳細な説明】

【政府権益の声明】

【0001】

本発明の一部は、契約番号ＤＥ－ＮＡ０００３５２５の下で政府の資金援助を伴ってなされたものであり、政府に一定の権利が存在する場合がある。

【関連出願】

【0002】

本出願は、２０２１年９月２７日に出願された米国特許出願第１７／４８５，６７４号の利益を主張し、上記の開示は、その全体があらゆる目的で参照により本明細書に組み込まれる。

【技術分野】

【0003】

本発明は、バルブに関し、より詳細には、パッキンを使用してシールを形成するバルブに関する。

【背景技術】

【0004】

外部バルブの漏れがたとえ最小量であっても許容できない重要なバルブ用途では、典型的には、ベローズシールバルブが使用される。

【0005】

図１の断面図を参照すると、ベローズシールバルブは、アコーディオン状のベローズ１００を備える。ベローズ１００の一端１０２は、バルブステム１０４に溶接されるか取り付けられる。ベローズ１００の他端１０６は、バルブボンネット１０９にクランプされるか他の方法で取り付けることができる部品１０８に溶接される。バルブを動作させるとき、バルブステム１０４は、バルブシート１１２に対するバルブプラグ１１０の位置を制御するように線形バルブストロークで移動される。バルブストローク中、ベローズ１００は、スライドするバルブステム１０４の線形運動に伴って圧縮または膨張する。

【0006】

ベローズ１００は各端部１０２、１０６に静的シールを有し、バルブステム１０４の周囲はベローズ１００によって覆われているため、金属障壁がバルブの内側のプロセス流体と外部大気との間に設けられ、バルブステム１０４における漏れを排除する。図１の例では、プロセス流体はベローズ１００の外側にあり、大気はベローズ１００の内側にある。他のベローズバルブの場合、プロセス流体はベローズ１００の内側にあり、大気はベローズ１００の外側にある。

【0007】

金属ベローズ１００はバルブステム１０４が移動するにつれて屈曲するため、時間が経つとベローズ１００は最終的に亀裂が入り破損することになる。ベローズの破損による漏れを防止するために、一組のパッキン１１４がベローズ１００の上に設けられ、第２のシールを提供する。

【0008】

残念なことに、ベローズバルブの実装にはコストがかかる場合がある。さらに、ベローズ１００に漏れ経路が生じた場合、図１の例のプロセス流体は、ベローズ１００の外面から漏れ経路を通ってベローズ１００の内側領域に漏れることになる。次に、バルブ流体は、バルブのグランド領域１１６内のバルブステムパッキン１１４によってのみ外部環境からシールされる。バルブステムパッキン１１４が漏れた場合、プロセス流体は、外部大気に漏出することになる。バルブステムパッキン１１４は、典型的には、ベローズ１００よりも高いレベルの漏れを許容するため、ベローズ１００に漏れ経路が生じた場合、少なくとも一部のプロセス流体がベローズ１００およびバルブステムパッキン１１４を通って外部環境に漏出する可能性が高い。

【0009】

したがって、従来のベローズバルブよりも漏れが少なく、また従来のベローズバルブよりも安価である信頼性の高いバルブ設計が必要とされている。

【発明の概要】

【0010】

本発明は、従来のベローズバルブよりも漏れが少なく、また従来のベローズバルブよりも安価である信頼性の高いバルブ設計である。

【0011】

本発明によれば、線形ストロークバルブが、バルブステムに沿って、例えばバルブのグランド領域内に隙間空間によって離間された一対のパッキンシールを含む。パッキンシールを通る漏れは、窒素などの加圧流体をパッキンシール間の隙間空間に導入し、プロセス流体圧力よりも高い隙間圧力に加圧流体を維持することによって防止され、それによりパッキンシールを通過した漏れが加圧流体からプロセス流体または環境へと生じる際、環境へのプロセス流体の漏出が防止されるようにする。

【0012】

パッキンシールを通過する漏れがほとんどまたは全くないと仮定すると、パッキンシール間の容積は通常は一定かつ静的であり、加圧流体の所望の圧力がバルブ内で確立されると、通常はバルブへの加圧流体の流れは存在しない。実施形態では、加圧流体の圧力および／または流量が監視されるため、パッキンシールのいずれかまたは両方を通る加圧流体の漏れは、バルブへの加圧流体の圧力の減少および／または流量の増加として容易に検出される。バルブの用途に応じて、プロセス流体および／または環境への加圧流体の漏れは、少量であれば許容できる場合がある。しかし、加圧流体の流量および／または圧力降下が指定の最大値を超えると、例えばパッキンを締め直すか交換するか、またはバルブを交換することによって、メンテナンス措置をバルブに適用することができる。

【0013】

開示されたバルブが高温酸化用途に実装されるいくつかの実施形態では、加圧ガスは、パッキンシールの内側リングから酸素を追い出すことによってパッキンシールの内側リングを保護する役割を果たすことができる。パッキンの耐酸化性リングをパッキンシールの外側に載置し、場合によっては酸化する可能性がある内側リングを保護することができる。これらの実施形態のいくつかでは、この配置は、プロセス流体がシステムから排出され、かつ外部環境からバルブに場合によっては空気が吸い込まれる可能性がある真空が生成される際、酸素の侵入からバルブ流体をさらに保護する。

【0014】

本発明の１つの一般的な態様は、バルブを備えるバルブシステムである。バルブは、バルブシートと、バルブプラグであって、バルブプラグとバルブシートとの間の分離に応じてバルブを通るプロセス流体の流れを制御するように構成されているバルブプラグと、バルブステムであって、バルブプラグと機械的に連通し、バルブステムの線形作動がバルブプラグとバルブシートとの間の分離を制御するように構成されているバルブステムと、バルブステムを囲む第１および第２のパッキンシールと、パッキンシールの各々は、バルブステムと周囲のグランドハウジングとの間にシールを形成し、第１および第２のパッキンシールは、シール隙間によってバルブステムに沿って互いに分離されており、シール加圧流体がシール隙間に入り、シール隙間内で所望の隙間圧力まで加圧されることを可能にするように構成されているシール加圧ポートと、を含む。

【0015】

実施形態は、加圧流体源と、加圧流体圧力調節装置と、加圧流体源とバルブのシール加圧ポートとの間の流体連通を提供する加圧流体ラインとをさらに含む。これらの実施形態のいくつかは、隙間空間内の加圧流体の圧力を測定するように構成されている圧力測定デバイスをさらに含む。これらの実施形態のいずれも、隙間空間への加圧流体の流量を測定するように構成されている流量測定デバイスをさらに含むことができる。

【0016】

本発明の別の一般的な態様は、線形ストロークバルブのバルブステムに沿ったプロセス流体の漏れを防止する方法である。方法は、第１の一般的な態様によるバルブシステムを設け、プロセス流体のプロセス圧力を決定または推定し、加圧流体をシール加圧ポートに加えることを含み、加圧流体は、プロセス圧力よりも高い隙間圧力まで加圧される。

【0017】

実施形態は、加圧流体の圧力および加圧流体の流量のうちの少なくとも１つを監視することをさらに含む。

【0018】

上記の実施形態のいずれにおいても、方法は、監視している圧力または監視さている流量が指定の量を超えて変化した場合、漏れがバルブ内で生じたと決定し、メンテナンス措置をバルブに適用することをさらに含むことができる。これらの実施形態のいくつかでは、メンテナンス措置は、パッキンシールの少なくとも１つを締め直すこと、パッキンシールの少なくとも１つを交換すること、およびバルブを交換することのうちの少なくとも１つを含む。

【0019】

そして、上記の実施形態のいずれにおいても、加圧流体は、窒素ガスとすることができる。

【0020】

本明細書に記載の特徴および利点は包括的なものではなく、特に、多くの追加の特徴および利点は、図面、明細書、および特許請求の範囲を考慮することで当業者には明らかとなるであろう。さらに、本明細書で使用される言語は、主に読みやすさおよび指示を目的として選択されており、本発明の主題の範囲を限定するものではないことに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、従来技術のベローズバルブの断面図である。

【0022】

【図2】図２は、本発明の一実施形態の等尺断面図である。

【0023】

【図3】図３は、本発明の一実施形態によるバルブシステムの側面図であり、バルブは、一定の縮尺で描かれている。

【0024】

【図4】図４は、本発明の方法を示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

本発明は、従来のベローズバルブよりも漏れが少なく、また従来のベローズバルブよりも安価である信頼性の高いバルブ設計である。

【0026】

図２を参照すると、本発明によれば、シールが、シール隙間２０６によってバルブステム１０４に沿って互いに分離されている一対のパッキンシール１１４、２００によって、線形ストロークバルブのバルブステム１０４と共に形成される。図２の例では、パッキンシール１１４、２００は両方とも、バルブのグランド領域内に位置し、スペーサ２０４が、隙間空間２０６内に設けられる。

【0027】

バルブは、加圧ポート２０２をさらに含む。図３を参照すると、加圧ポート２０２を使用して、加圧流体移送ライン３０２を通して窒素ガス３００などの加圧流体をパッキンシール１１４、２００間の隙間空間２０６に注入することができる。次に、圧力調節デバイス３０６を使用して、プロセス流体よりも高い圧力に隙間空間２０６内の加圧流体を確立して維持することができ、それによってパッキンシール１１４、２００を通過した漏れが加圧流体からプロセス流体および／または環境へと生じる際、環境へのプロセス流体の漏出が防止されるようにする。

【0028】

パッキンシール１１４、２００を通過する漏れがほとんどまたは全くないと仮定すると、パッキンシール１１４、２００間の隙間空間２０６の容積は通常は一定かつ静的であり、加圧流体の所望の隙間圧力が隙間空間２０６内で確立されると、通常はバルブへの加圧流体の流れ３０４は存在しない。

【0029】

図４を参照すると、実施形態では、バルブを稼働させ４００、所望の隙間圧力にパッキンシール１１４、２００間の隙間空間２０６内の加圧流体を確立４０２した後、加圧流体の圧力および／または流量は、例えば図３に示すような流量計３０４を使用して監視され４０４、それによりパッキンシール１１４、２００のいずれかまたは両方を通過する加圧流体の漏れは、加圧流体の圧力の減少および／または流量の増加として容易に検出および定量化される。バルブの用途に応じて、プロセス流体および／または環境への加圧流体の漏れは、少量であれば許容できる場合がある。しかし、加圧流体の流量および／または圧力降下が指定の最大レベルを超えると４０６、例えばパッキンシール１１４、２００の一方または両方を締め直すか交換するか、またはバルブを交換することによって、メンテナンス措置をバルブに適用することができる４０８。

【0030】

開示されたバルブが高温酸化用途に実装されるいくつかの実施形態では、加圧ガスは、パッキンシール１１４、２００の内側リングから酸素を追い出すことによってパッキンシール１１４、２００の内側リングを保護する役割を果たすことができる。パッキンの耐酸化性リングをパッキンシール１１４、２００の外側に載置し、場合によっては酸化する可能性がある内側リングを保護することができる。これらの実施形態のいくつかでは、本発明は、プロセス流体がシステムから排出され、かつ外部環境からバルブに場合によっては空気が吸い込まれる可能性がある真空が生成される際、酸素の侵入からプロセス流体をさらに保護する。

【0031】

本発明の実施形態に関する前述の説明は、例示および説明を目的として提示されている。この提出物のあらゆるページ、およびそのすべての内容は、どのような特徴付け、識別、または番号付けがされていても、本出願内の形式または配置に関係なく、あらゆる目的で本出願の実質的な部分と見なされる。本明細書は、網羅的であること、または本発明を開示された厳密な形態に限定することを意図したものではない。本開示に照らして、多くの修正および変形が可能である。

【0032】

本出願は限られた数の形態で示されているが、本発明の範囲はこれらの形態にのみ限定されるものではなく、様々な変更および修正が可能である。本明細書に提示される開示は、本発明の範囲内に含まれる特徴のすべての可能な組み合わせを明示的に開示していない。様々な実施形態に関して本明細書に開示された特徴は、一般に、本発明の範囲から逸脱することなく交換され、自己矛盾していない任意の組み合わせに組み合わせることが可能である。特に、以下の従属請求項に提示される限定は、従属請求項が互いに論理的に不適合でない限り、本開示の範囲から逸脱することなく、任意の数および任意の順序でそれらの対応する独立請求項と組み合わせることができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【手続補正書】

【提出日】2024-05-15

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バルブを備えるバルブシステムであって、前記バルブは、
バルブシートと、
バルブプラグであって、前記バルブプラグと前記バルブシートとの間の分離に応じて前記バルブを通るプロセス流体の流れを制御するように構成されているバルブプラグと、
バルブステムであって、前記バルブプラグと機械的に連通し、前記バルブステムの線形作動が前記バルブプラグと前記バルブシートとの間の前記分離を制御するように構成されているバルブステムと、
前記バルブステムを囲む第１および第２のパッキンシールと、前記パッキンシールの各々は、前記バルブステムと周囲のグランドハウジングとの間にシールを形成し、前記第１および第２のパッキンシールは、シール隙間によって前記バルブステムに沿って互いに分離されており、
シール加圧流体が前記シール隙間に入り、前記シール隙間内で所望の隙間圧力まで加圧されることを可能にするように構成されているシール加圧ポートと
を備える、バルブシステム。

【請求項2】

請求項１に記載のバルブシステムであって、さらに、
加圧流体源と、加圧流体圧力調節装置と、前記加圧流体源と前記バルブの前記シール加圧ポートとの間の流体連通を提供する加圧流体ラインとを備える、バルブシステム。

【請求項3】

請求項２に記載のバルブシステムであって、さらに、
前記シール隙間内の前記加圧流体の圧力を測定するように構成されている圧力測定デバイスを備える、バルブシステム。

【請求項4】

請求項２に記載のバルブシステムであって、さらに、
前記シール隙間への前記加圧流体の流量を測定するように構成されている流量測定デバイスを備える、バルブシステム。

【請求項5】

線形ストロークバルブのバルブステムに沿ったプロセス流体の漏れを防止する方法であって、
請求項２に記載のバルブシステムを設け、
前記プロセス流体のプロセス圧力を決定または推定し、
加圧流体を前記シール加圧ポートに加えることを備え、前記加圧流体は、前記プロセス圧力よりも高い隙間圧力まで加圧される、方法。

【請求項6】

請求項５に記載の方法であって、さらに、
前記加圧流体の圧力および前記加圧流体の流量のうちの少なくとも１つを監視することを備える、方法。

【請求項7】

請求項６に記載の方法であって、さらに、
前記監視している圧力または前記監視している流量が指定の量を超えて変化した場合、漏れが前記バルブ内で生じたと決定し、メンテナンス措置を前記バルブに適用することを備える、方法。

【請求項8】

請求項７に記載の方法であって、
前記メンテナンス措置は、
前記パッキンシールの少なくとも１つを締め直すこと、
前記パッキンシールの少なくとも１つを交換すること、および
前記バルブを交換すること
のうちの少なくとも１つを含む、方法。

【請求項9】

請求項５に記載の方法であって、
前記加圧流体は、窒素ガスである、方法。

【国際調査報告】