IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ ドレッサ、インクの特許一覧

特表2024-542074流量制御装置におけるブリードの排除
<>
  • 特表-流量制御装置におけるブリードの排除 図1
  • 特表-流量制御装置におけるブリードの排除 図2
  • 特表-流量制御装置におけるブリードの排除 図3
  • 特表-流量制御装置におけるブリードの排除 図4
  • 特表-流量制御装置におけるブリードの排除 図5
  • 特表-流量制御装置におけるブリードの排除 図6
  • 特表-流量制御装置におけるブリードの排除 図7
  • 特表-流量制御装置におけるブリードの排除 図8
< >
(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】2024-11-13
(54)【発明の名称】流量制御装置におけるブリードの排除
(51)【国際特許分類】
   G05D 7/06 20060101AFI20241106BHJP
   F16K 1/44 20060101ALI20241106BHJP
   F16K 17/04 20060101ALI20241106BHJP
【FI】
G05D7/06 Z
F16K1/44 Z
F16K17/04 A
F16K17/04 C
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024526539
(86)(22)【出願日】2022-11-30
(85)【翻訳文提出日】2024-05-02
(86)【国際出願番号】 US2022080646
(87)【国際公開番号】W WO2023102416
(87)【国際公開日】2023-06-08
(31)【優先権主張番号】17/538,667
(32)【優先日】2021-11-30
(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】502122473
【氏名又は名称】ドレッサ エルエルシー
【氏名又は名称原語表記】Dresser,LLC
(74)【代理人】
【識別番号】110002871
【氏名又は名称】弁理士法人坂本国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】スマート,ハロルド ランドール
【テーマコード(参考)】
3H052
3H059
5H307
【Fターム(参考)】
3H052AA01
3H052BA03
3H052CA04
3H052CA12
3H052CC01
3H052CD01
3H052CD02
3H052CD03
3H052EA01
3H059AA03
3H059BB07
3H059CA02
3H059CA12
3H059CB12
3H059CC06
3H059CC11
3H059CD05
3H059CF01
3H059EE01
3H059FF05
5H307AA01
5H307BB01
5H307DD17
5H307EE01
5H307FF01
5H307HH04
5H307HH12
(57)【要約】
【解決手段】 増幅器が、制御バルブ上で使用するように構成されている。これらの構成は、デバイスを通る流れを調節するアクチュエータに空気圧信号を提供する。増幅器は、定常状態付近の作動媒体の変化に応答して移動する可変オリフィス又はブリードバルブを備え得る。このブリードバルブは、定常状態における作動媒体のブリードを防止する。この特徴は、制御バルブからのエネルギー消費又は排出を低減する。
【選択図】図4

【特許請求の範囲】
【請求項1】
流量制御装置であって、
アクチュエータと、
アクチュエータ制御信号を提供するために前記アクチュエータに結合された増幅器であって、定常状態に近い増幅器入力信号の変化に応答して位置を変化させる可変オリフィスを備える、増幅器と、を備える、流量制御装置。
【請求項2】
前記可変オリフィスが、定常状態で流れを防止する位置を有する、請求項1に記載の流量制御装置。
【請求項3】
前記可変オリフィスが、定常状態からの前記増幅器入力信号の増加に応答して流れを可能にする位置を有する、請求項1に記載の流量制御装置。
【請求項4】
前記増幅器が、前記可変オリフィスの後に位置を変える供給バルブを備える、請求項1に記載の流量制御装置。
【請求項5】
前記増幅器が、定常状態からの前記増幅器入力信号の増加に応じた前記可変オリフィスの位置に応答して移動する供給バルブを備える、請求項1に記載の流量制御装置。
【請求項6】
前記増幅器が、供給バルブを備え、前記可変オリフィスが、前記供給バルブの一部に対して移動して流れを防止又は可能にする、請求項1に記載の流量制御装置。
【請求項7】
前記増幅器が、供給バルブを備え、前記可変オリフィスが、前記供給バルブの一部と接触して定常状態での流れを防止する、請求項1に記載の流量制御装置。
【請求項8】
入力空気圧供給信号を前記増幅器入力信号に変換するための動作ハードウェア、
を更に備える、請求項1に記載の流量制御装置。
【請求項9】
前記アクチュエータと結合し、前記増幅器入力信号を提供する電流-圧力変換器、
を更に備える、請求項1に記載の流量制御装置。
【請求項10】
前記増幅器と、前記増幅器入力信号を提供する電流-圧力変換器とが存在するエンクロージャを有するコントローラ、
を更に備える、請求項1に記載の流量制御装置。
【請求項11】
流量制御装置であって、
アクチュエータと、
前記アクチュエータに結合され、前記アクチュエータにアクチュエータ制御信号を送達する、コントローラと、
前記コントローラ内に配置され、前記アクチュエータ制御信号を制御するように構成されている、増幅器であって、
主バルブと、
前記主バルブに結合されたブリードバルブと、を備え、
前記主バルブへの増幅器入力信号の増加に応答して、前記ブリードバルブが前記主バルブの前に開く、増幅器と、を備える、流量制御装置。
【請求項12】
前記主バルブが、供給バルブと通気バルブとを備える、請求項11に記載の流量制御装置。
【請求項13】
前記主バルブが、前記ブリードバルブに結合された供給バルブを備える、請求項11に記載の流量制御装置。
【請求項14】
前記主バルブが、第1のプラグを備え、前記ブリードバルブが、流れを防止又は可能にするために前記第1のプラグとインターフェース接続する第2のプラグを備える、請求項11に記載の流量制御装置。
【請求項15】
前記主バルブが、複数の可動プラグを備え、そのうちの1つが、前記増幅器入力信号の減少に応答して前記空気圧信号を通気する、請求項11に記載の流量制御装置。
【請求項16】
前記主バルブが、複数の可動プラグを備え、そのうちの1つが、前記増幅器入力信号が前記空気圧信号を増加させることを可能にするように開く、請求項11に記載の流量制御装置。
【請求項17】
前記増幅器入力信号を提供するために前記増幅器に結合された電流-圧力変換器、
を更に備える、請求項11に記載の流量制御装置。
【請求項18】
流量制御装置であって、
アクチュエータと、
前記アクチュエータに結合されて前記アクチュエータにアクチュエータ制御信号を提供する増幅器であって、3つの集積バルブを有する構造を備え、前記3つの集積バルブのうちの1つが、定常状態からの増幅器入力信号の変化に応答して、他の集積バルブに先立って移動する、増幅器と、を備える、流量制御装置。
【請求項19】
前記構造が、3つの可動プラグを備える、請求項18に記載の流量制御装置。
【請求項20】
前記構造が、定常状態からの前記増幅器入力信号の増加に応答して同時に移動する一対の可動プラグを備える、請求項18に記載の流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0001】
流量制御装置は、多くの産業施設において大きな役割を果たす。例えば、発電プラント及び産業処理施設は、パイプ、タンク、発電機、及び他の機器の広大なネットワーク全体にわたって材料、典型的には流体の流量を管理するために、異なるタイプの流量制御装置を使用する。制御バルブは、プロセスパラメータを満たすように流量を正確に調整するのに有用である。これらのバルブは、多くの場合、座部に対する閉鎖部材の位置を維持するために空気圧式アクチュエータを使用する。増幅器を空気圧式アクチュエータに接続してもよい。この増幅器は、空気圧式アクチュエータへの、加圧空気(又は「計器用空気」)又は加圧天然ガスのような作動媒体の流れを調整することができる。特にバルブが定常状態にあるときに、増幅器が作動媒体を本質的にブリードすることは珍しいことではない。
【0002】
本開示の主題は、定常状態における増幅器内のブリードを低減できる、又は排除もできる改善に関する。ここで特に興味深いのは、可変オリフィス又は「ブリード」バルブを通気/供給バルブ構造に組み込む実施形態である。このブリードバルブは、通気バルブが定常状態で開いたままである必要性をなくし、増幅器が作動媒体を大気に絶えず排出しなくなることを確実にする。この特徴は、計器用空気の提供のために圧縮機又はポンプを動作させるのに必要なエネルギー消費を低減するため、二酸化炭素(CO)排出の潜在的な低減をもたらすことができ、又は天然ガス供給デバイスの場合、提案される設計は、空気中へのメタン排出を低減する。
【図面の簡単な説明】
【0003】
ここで、添付図面を簡単に参照する。
図1図1は、空気圧リレーの例示的な実施形態の概略図を示す。
図2図2は、図1の空気圧リレーの一例の概略図を示す。
図3図3は、図2の空気圧リレーの性能曲線のプロットを示す。
図4図4は、図2の空気圧リレーの例示的な構造の断面の立面図を示す。
図5図5は、空気圧リレーの追加の例示的な構造を有する図5の断面を示す。
図6図6は、空気圧リレーの追加の例示的な構造を有する図5の断面を示す。
図7図7は、図1のリレーを備えるコントローラの例示的な構造の斜視図を、分解された形で示す。
図8図8は、図7のコントローラを組み込むことができる流量制御装置のための例示的な構造の斜視図を示す。
【0004】
適用可能な場合、同様の参照文字は、他の指示がない限り、縮尺通りではない、いくつかの図全体を通して同一又は対応する構成要素及びユニットを指定する。本明細書に開示される実施形態は、いくつかの図のうちの1つ以上に、又は複数の図の組み合わせで現れる要素を含み得る。その上、方法は単なる例示であり、例えば、個々の段階を順序換え、追加、除去、及び/又は変更することによって修正され得る。
【0005】
本明細書における図面及び任意の説明は、本発明を開示するために実施例を使用する。これらの実施例は、最良の形態を含み、当業者が、任意のデバイス又はシステムを作製及び使用することと、任意の組み込まれた方法を実行することと、を含む、本発明を実施することを可能にする。単数形で記載され、「a」又は「an」という語で進められた要素又は機能は、そのような排除が明示的に記載されていない限り、複数の当該要素又は機能を除外しないものとして理解されるべきである。「一実施形態」又は「一実施態様」への言及は、列挙された特徴も組み込む追加の実施形態又は実施態様の存在を除外するものとして解釈されるべきではない。
【発明を実施するための形態】
【0006】
次に、上記図面に示される実施形態の特徴について説明する。本明細書の実施形態は、定常状態で作動媒体をブリードするために固定オリフィスを使用する従来のリレー又は「増幅器」の設計を改善する。固定オリフィスは、これらの増幅器に見られる特定のバルブの性能の非線形性に起因して生じる制御問題に対処する。この非線形性又は「不感帯」は、定常状態からの供給信号の増加に対する増幅器の応答を遅延させ得る。固定オリフィスを通る安定したブリードを維持することにより、増幅器が装備され、任意の対応する流量制御装置の正確かつ安定した制御を提供する。提案された設計は、このレベルの制御を維持するだけでなく、定常状態で(又はバルブの移動がないとき)増幅器から大気への作動媒体のブリードを排除する。他の実施形態は、本開示の範囲内である。
【0007】
図1は、空気圧リレー100の一例を示す。この実施例は、典型的には、導管106のネットワーク全体に材料104を搬送するように設計された分配ネットワーク102で見られる。リレー100は、導管106と直列に接続するバルブ本体110を有する流量制御装置108の一部であってもよい。バルブ本体110は、座部112と、材料104の流れを調整するために座部112に対する位置に移動できる閉鎖部材114とを収容することができる。流量制御装置108は、アクチュエータ116を用いて閉鎖部材114の位置を管理することができる。コントローラ118は、アクチュエータ116と接続する。コントローラ118は、リレー100に接続する動作ハードウェア120を有し得る。動作ハードウェア120は、入力空気圧供給信号Sを、リレー100内の可変オリフィス122を動作させる増幅器入力信号Sに変換し、アクチュエータ制御信号Sの流れを調整することができる。
【0008】
概して、空気圧リレー100は、大気へのブリードを回避するように構成され得る。これらの構成は、好ましくはある線形比例量だけ、入力信号の圧力又は体積流量を上昇させるデバイスを具現化することができる。デバイスは、リレー、並びに「増幅器」又は「ブースタ」を備える。これらのデバイスは、空気圧作動バルブに又はその近傍に存在する流量制御システムにおいて使用される。
【0009】
分配システム102は、資源を送達又は移動するように構成され得る。これらの構成は、広大なインフラストラクチャを具現化し得る。材料104は、気体、液体、固体、又は混合物も含み得る。導管106は、多くの場合、ポンプ、ボイラなどに接続されるパイプ又はパイプラインを含み得る。パイプはまた、タンク又はリザーバに接続してもよい。多くの施設において、この装置は複雑なネットワークを形成する。
【0010】
流量制御装置108は、この複雑なネットワークにおいて、導管106を通る材料104の流れを調節するように構成され得る。これらの構成は、制御バルブ及び同様のデバイスを含み得る。このようなデバイス内の弁本体110は、鋳造又は機械加工された金属で作られることが多い。この構造は、開口部I、Oにフランジを形成し得る。隣接するパイプ106は、これらのフランジに接続して、材料104がデバイスを通って、例えば座部112の開口部を通って流れることを可能にすることができる。閉鎖部材114は、金属ディスク又は金属「プラグ」を具現化し得る。アクチュエータ116は、プラグ114の位置を調整するために空気圧又は油圧を使用することができ、それにより、座部112を通ってデバイスの下流のパイプ106に入る材料104の流れが管理される。
【0011】
コントローラ118は、信号を処理し、生成するように構成され得る。これらの構成は、制御ネットワーク(又は「分散制御システム」若しくは「distributed control system、DCS」)に接続することができ、制御ネットワークは、プロセスライン上の全てのデバイスの動作を維持して、材料がプロセスに従って流れることを確実にする。DCSは、この目的のために制御バルブ108の動作を記述又は定義する動作パラメータを有する制御信号を生成することができる。動作ハードウェア120は、電気構成要素及びコンピューティング構成要素(例えば、プロセッサ、メモリ、実行可能命令など)を使用することができる。これらの構成要素はまた、入力空気圧供給信号Sで動作する電空デバイスも含み得る。これらの構成要素は、制御バルブ108がプロセスパラメータに従って材料104を下流に供給するために、アクチュエータ116への出力アクチュエータ制御信号Sが適切であることを確実にする。
【0012】
可変オリフィス122は、アクチュエータ制御信号Sの正確に制御するように構成され得る。これらの構成は、増幅器入力信号Sを含む作動媒体の流れの変化に応答して動作するバルブを組み込むデバイスを含むことができる。定常状態では、これらのバルブは、作動媒体の流れ又は「ブリード」を防止することができ、したがって、入力空気圧供給信号Sを加圧する設備においてポンプ又は圧縮機を動作させるコスト、又は潜在的な温室効果ガスの大気への放出の両方に関して、廃棄物源を排除する。
【0013】
図2は、図1の空気圧リレー100の一例を示す。可変オリフィス122は、リレー100からアクチュエータ116への流れを制御する(アクチュエータ制御信号Sとして)主流量制御装置124を備え得る。主流量制御装置124は、供給バルブV及び通気バルブVとして動作する一対の「主」バルブを備え得る。デバイスはまた、「ブリード」バルブVも備え得る。一実施態様では、バルブV、V、Vは、例えば、流量制御装置108の移動又は進行に対応する、アクチュエータ116へのアクチュエータ制御信号Sの変化を防止するために、定常状態で閉鎖される。通気バルブVは、増幅器入力信号Sの減少に応答して開く。この応答により、リレー100を介してアクチュエータ116から材料が排出される。一方、ブリードバルブVは、増幅器入力信号Sの増加に応答して最初に開く。この応答は、アクチュエータ116へのアクチュエータ制御信号Sの(わずかな)増加を引き起こし得る。増幅器入力信号Sが増加するにつれて、ブリードバルブVは、全開状態に達するまで開き続ける。次に、増幅器入力信号Sの更なる増加に応答して、供給バルブVが開く。
【0014】
図3は、図2の例示的なリレー100の例示的な性能のプロットを示す。プロットは、それぞれ、リレー100の提案された設計(定常状態SSで作動媒体をブリードしない)及び従来の設計(定常状態SSで固定オリフィスを通して作動媒体をブリードする)の両方の例示的な動作を説明する性能曲線(P、P)を含む。両方の設計は、増幅器入力信号Sの増加がアクチュエータ制御信号Sのいかなる変化ももたらさない「主」不感帯Dを呈する。不感帯Dは、提案された設計(例えば、供給バルブV)及び固定オリフィスの従来の設計に見られる主バルブの応答に対応する。ブリードバルブVの使用はまた、小さな不感帯Dを性能曲線Pに導入する。しかしながら、(不感帯Dでの)性能におけるこのほぼ無視できる変化についてのトレードオフは、リレー100が定常状態SSにおいていかなる増幅器入力信号Sも効果的にブリードしないようにする利点によって大幅に上回る。リレー100は、比較的エネルギー効率がより高く、環境に優しく、定常状態SS付近でアクチュエータ116の制御と同様に機能する。
【0015】
図4は、図2のリレー100で使用するための例示的な構造の断面の立面図を示す。主流量制御装置124は、その長さに沿って直径が変化する細長い本体128を有する通気プラグ126を備え得る。これらの変化は肩部130を形成し得る。細長い本体128は、一端に座部接触面132を形成し得る。細長い本体128の他方の端部は、ねじ付き端部134を有し得る。供給プラグ136は、細長い本体128を受容する中央ボア138を備え得る。中央ボア138の直径の変化は、いくつかの肩部140を形成し得る。一方の端部において、供給プラグ136は、座部接触面142を有し得る。その他方の端部は、凹部144を有し得る。一実施態様では、ブリードプラグ146が凹部144内に存在し得る。ブリードプラグ146は、例えば、通気プラグ126のねじ付き端部134の露出部分にねじ込むことを可能にするねじ山Tを備えた中央ボア148を有し得る。ブリードプラグ146は、座部接触面150を有し得る。ナット152又は同様のねじ切りされた器具は、好ましくはブリードプラグがねじ切りされた端部134から後退することを防ぐため、ブリードプラグ144を細長い本体128上にロックすることができる。デバイスはまた、通気プラグ126と供給プラグ136との間に介在する第1のばね154も備え得る。
【0016】
図5は、図4のリレー100の断面の立面図を、デバイスの実装のための追加の詳細と共に示す。この例は、アパーチャ158を有する通気座部156を備える。デバイスはまた、供給座部160も備え得る。この構成要素は、中央アパーチャ162及び供給アパーチャ164を有してもよく、多くの場合、供給座部160の周囲又は円周の周りに配置される。この設計はまた、供給プラグ136とエンドキャップ168の表面との間に介在する第2のばね166を必要とし得る。この構成は、ブリードプラグ146の座部接触面150が凹部144の表面と接触したままであり、供給プラグ136の座部接触面142が供給座部158の表面と接触したままであり、通気プラグ126の座部接触面132が通気座部156の表面と接触したままであるため、定常状態において入力空気圧供給信号Sのブリードを防止する。その結果、この構成は、アクチュエータ116へのアクチュエータ制御信号Sのパラメータを定常状態に維持する。
【0017】
図6もまた、図5の断面を示す。リレー100は、172として概略的に図示されるハウジングを備え得る。ハウジング172内の開口部174は、増幅器入力信号Sがダイヤフラムアセンブリ176に衝突することを可能にし得る。ばね178は、通気座部156と供給座部160との間に介在してもよい。この例では、増幅器入力信号Sが増加すると、まず、ブリードプラグ146が第1のばね154のばね力に打ち勝って(凹部144内のその接触位置に対して)開く。この特徴は、リレー100に存在するアクチュエータ制御信号Sを増加させる。増幅器入力信号Sの任意の更なる増加は、供給プラグ136を(供給座部160におけるその接触位置に対して)開き、アクチュエータ制御信号Sを更に増加させる。
【0018】
図7は、分解された形のコントローラ118の一例の斜視図を示す。この構造は、典型的には機械加工された又は成形された金属、プラスチック又は複合材料であるマニホールド本体180を有するマニホールドを備え得る。デバイスは、処理ハードウェアが上部に配置された1つ以上のボード182を備え得る。他のハードウェアは、リレー100と共にアクチュエータ116へのアクチュエータ制御信号S(例えば、計器用空気)を生成することができる電流-圧力変換器184を含み得る。また示されるように、コントローラ100は、制御構成要素を保護するためのハードウェアを有し得る。このハードウェアは、この例ではカバーC、Cとして示されるエンクロージャを含み得る。カバーC、Cは、マニホールド本体182に固定されて、流量制御装置108を取り囲む環境に広がる条件から制御構成要素を保護することができる。カバーのうちの1つ、Cは、エンドユーザ(例えば、技術者)がコントローラ100と相互作用するのを可能にするために、主要ローカルユーザインターフェースとして動作し得る、ディスプレイ186及び押しボタン式入力デバイス188を組み込み得る。この特徴は、例えば、エンドユーザが、較正、設定、及び監視等の機能を手動で行うために、バルブ動作モードから退出し、メニュー構造に踏み込むことを可能にするための、定期的保守、設定、及びセットアップにとって重要であり得る。一実施態様では、コントローラ118は、コントローラ100が流量制御装置108を動作させるために使用する流体の流れ条件(例えば、圧力、流量など)の指示を提供できる1つ以上のゲージG、Gを更に備え得る。
【0019】
図8は、流量制御装置108の例示的な構造の斜視図を示す。バルブ本体110は、フランジ付き開放端部192を有する流路190を形成し得る。コントローラ118は、流量制御装置108の一部であるブラケット194に固定され得る。ボルトなどの締結具がこの目的に有用である。座部及び閉鎖部材のようなバルブ構成要素は、本体110の内側に存在してもよい(したがって、本図では隠れている)。デバイスは、閉鎖部材をアクチュエータ116と接続する、バルブステム196を備え得る。一実施態様では、アクチュエータ116は、典型的には、周縁の周囲にダイヤフラム(図示せず)を捕捉するように縁の周囲を締め付ける2つの部品を伴う、球根状ハウジング198を備え得る。本明細書で述べるように、アクチュエータ制御信号Sは、ダイヤフラムの一方の側に作用するハウジング198の上部を加圧することができる。ハウジング198の下部にあるアクチュエータばねは、ダイヤフラムの反対側に作用する。この構成は、閉鎖部材の位置に影響し、バルブ本体110を通る流れを調整する。
【0020】
上記に鑑みて、本明細書の改良は、増幅器からの作動媒体のブリードを効果的に排除する。実施形態は、本明細書では小型ブリードバルブとして説明される可変オリフィスを組み込むが、他のデバイス構造も同様の結果を達成することができる。固定オリフィスの代わりに可変オリフィスを使用することにより、定常状態における作動媒体の流れが防止される。この特徴は、エネルギーを節約し、不必要な排出を回避する。しかしながら、対応するアクチュエータに対するいかなる制御も犠牲にせず、したがって、提案された設計の増幅器を適合させる流量制御装置は、プロセスラインへの流量に対する正確な制御を依然として維持することができる。
【0021】
特定の要素又は項目(それらのうちの1つ以上を他の要素及び項目と組み合わせ得る)を含む実施例が以下に現れ、本開示の範囲及び趣旨内で想到される実施形態を説明する。この範囲は、当業者に着想される他の実施例を含み、かつ想到し得る。このような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文字どおりの文言と異ならない構造的要素を有する場合、又は、特許請求の範囲の文字どおりの文言とほとんど相違がない同等の構造的要素を有する場合、特許請求の範囲の範囲内にあると意図される。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
【国際調査報告】