JP2021519892A - 一体型のパージ機能を備えた改良した調整バルブ - Google Patents

Abstract

バルブ１において、前記バルブ１は、作動システムに接続されているプラグ２０を備えたバルブ本体１０と、上流側ダクト３０と、下流側ダクト４０と、シャッタ５５を備えたパージダクト５０とを備え、プラグ２０は、第１角度セクタＡ１によるプラグ２０の回転により上流側ダクト３０と下流側ダクト４０との間の流れを規定し、第１角度セクタＡ１とは別個の第２角度セクタＡ２によるプラグ２０の回転により上流側ダクト３０と下流側ダクト４０との間の接続を遮断し、第２角度セクタＡ２に含まれる第３角度セクタＡ２２によるプラグ２０の回転により上流側ダクト３０からパージダクト５０への流れを可能にするようにシャッタ５５を作動させるように、バルブ本体１０内で長手軸線Ｘ−Ｘを中心として回動自在である。【選択図】図７

Description

本発明は、特に宇宙船の極低温流体の流量の調整のために使用される制御バルブに関する。

宇宙船に使用される極低温推進剤の流量を調整するためのシステムは、流量調整機能及びパージ機能を実行できなければならない。

これらの機能は、通常、別個の装置によって実行される。プラグバルブは流量調整機能を実行し、パージバルブはパージ機能を実行する。しかしながら、上記の構成は、複数の別個の装置の使用を必要とし、（特に２つの作動システム及び関連するバルブ及び本体の２つの構成を含む）構造の複雑化、並びに、関連する質量、空間要求及びコストの増加をもたらす。

したがって、本発明は、少なくとも部分的に上記の問題に対応することを目的とする。特許文献１（米国特許第３７７００１６号明細書）は、パージダクトを備えかつ水に適したボールバルブを開示している。また、特許文献２（米国特許出願公開第２０１５／０１２９７８８号明細書）は、冷たい流体又は極低温流体に適したボールバルブを開示している。

米国特許第３７７００１６号明細書 米国特許出願公開第２０１５／０１２９７８８号明細書

本発明は、ダクト内の極低温流体の流量を制御するバルブであって、バルブは、作動システムに接続されているプラグを備えたバルブ本体と、上流側ダクトと、下流側ダクトと、シャッタを備えたパージダクトとを備え、上流側ダクト及び下流側ダクトがバルブ本体に開口しており、パージダクトは上流側ダクトに接続されており、シャッタが、初期設定では、パージダクトの遮断位置にあるように構成されており、プラグが、第１角度セクタによるプラグの回転により、バルブ本体を介して上流側ダクトと下流側ダクトとの間の流れを規定し、第１角度セクタとは別個の第２角度セクタによるプラグの回転により、上流側ダクトと下流側ダクト（又はバルブ本体の内部体積部）との間の接続を遮断し、第２角度セクタに含まれる第３角度セクタによるプラグの回転により、上流側ダクトからパージダクトへの流れを可能にするようにシャッタを作動させるように、バルブ本体内で長手軸線を中心として回動自在である、バルブに関する。

一例によれば、プラグは、第１角度セクタによるプラグの回転によって調整されるバルブ本体を介した上流側ダクトと下流側ダクトとの間の流れが、プラグの回転に応じた圧力降下を有するように構成されている。

一例によれば、プラグはプラグの外面に配置されたラグを有し、ラグは、プラグが第３の角度セクタに回転駆動させられた時にラグがシャッタに接触して作動させて上流側ダクトからパージダクトへの流れを可能にするように構成されている。

一例によれば、プラグは、その断面が第１の端部から第２の端部に向かって増大する開口部を有し、開口部は、プラグの回転軸線を中心として配置されている。

本発明は、また、上記バルブを備える宇宙船に関する。

本発明及びその利点は、非限定的な実施例によって与えられる本発明の種々の実施形態についての以下の詳細な説明を読むことにより、より良く理解されるであろう。この説明は、添付の図面を参照する。全ての図において、同一の要素は、共通の参照番号によって識別される。

図１は、本発明の１つの態様によるバルブの図を示す。 図２は、図１に示されるバルブの断面図である。 図３は、図１に示されるバルブの断面図である。 図４は、切り離されて単独で撮られたバルブのプラグを示す。 図５は、その動作中のバルブの異なる状態の内の１つを示す。 図６は、その動作中のバルブの異なる状態の内の１つを示す。 図７は、その動作中のバルブの異なる状態の内の１つを示す。 図８は、図５〜７に関連した異なる角度セクタを図式化した図である。

以下において、図を参照して、本発明の１つの態様によるバルブを記載する。

図１は、本発明の一態様によるバルブの図を示し、図２は、その断面図を示し、図３は、バルブの特定領域の詳細断面図である。

バルブ１は、プラグ２０が装着され、かつ、上流側ダクト３０と下流側ダクト４０とパージダクト５０とシャッタ５５が接続された、バルブ本体１０を備える。

「上流側ダクト」及び「下流側ダクト」という語は、バルブ１の想定される動作に応じて使用される。上流側ダクト３０は、タンク又はターボポンプなどの流体供給源（例えば極低温推進剤）に接続されることが意図されており、下流側ダクト４０は、ガス発生器などの宇宙船の推進部材に接続されることが意図されている。

したがって、上流側ダクト３０及び下流側ダクト４０は、バルブ本体１０の内部体積部内に流体的に接続される。

プラグ２０は、バルブ本体１０の内部体積部内に取り付けられ、上流側ダクト３０と下流側ダクト４０との間の流体連通の選択的な遮断の機能を果たす。

したがって、プラグ２０は、典型的には、回転軸線Ｘ−Ｘを中心とする略円筒形の回転形状を有する。プラグ２０は、その壁面に配置された貫通開口部２１を有し、開口部２１は、バルブ本体１０の内部体積部内に開口する上流側ダクト３０の部分と位置合わせできるようになっている。プラグ２０内に配置されたこの開口部２１は、軸線Ｘ−Ｘを中心とする角度セクタに応じた（角度セクタの関数としての）可変セクションを有し、典型的には、第１の端部から第２の端部に向かって増大する開口セクションを有し、その結果、軸線Ｘ−Ｘを中心とするバルブ本体１０内のプラグ２０の回転によって、上流側ダクト３０からバルブ本体１０の内部体積部まで、従ってより一般的には上流側ダクト３０から下流側ダクト４０まで通過できる流体の流量を制御することができる。

従って、作動システム（図示せず）を介した軸線Ｘ−Ｘを中心としたプラグ２０の回転により、プラグ２０によって生成される圧力降下を制御することができ、従って上流側ダクト３０から下流側ダクト４０へ通過する流体流量を制御することができる。しかしながら、開口部２１は、３６０°未満の角度セクタにわたって延び、残りの角度セクタは、したがって、バルブ本体１０の内部体積部と上流側ダクト３０との間の接続を遮断することができることに留意されたい。プラグ２０は、下流側ダクト４０とは反対のプラグ２０の端部２９を介して作動システム（図示せず）に接続することができる。

上記で提案するバルブ１は、プラグ２０の外面から延びておりかつ典型的にはパージダクト５０に向くように配置されたラグ２５をその中に位置決めすることによって、この角度セクタを利用し、従って、後述するように、パージダクト５０のシャッタ５５を作動させることを可能にする。

パージダクト５０は、上流側ダクト３０をパージライン（図示せず）に接続できるように形成される。このように、パージダクトは、上流側ダクト３０に流体的に接続され、その接続は、上流側ダクト３０とバルブ本体１０の内部体積部との間の接合部の上流、したがってプラグ２０の上流においてなされる。シャッタ５５は、選択的にパージダクト５０を遮断するようにパージダクト５０内に摺動可能に取り付けられている。このシャッタ５５は、通常はバネである戻り要素５６に関連付けられており、シャッタ５５の遮断位置における初期設定の保持を保証する。

シャッタ５５は、その端部がバルブ本体１０の内部体積部内に開口しているロッドを有する。このロッドは、プラグ２０の回転が規定された角度セクタに従ってなされる時に、プラグ２０上に形成されたラグ２５によって作動できるように位置決めされる。次いで、ラグ２５は、シャッタ５５に押圧力を作用させて、戻り要素５６によって加えられた力に対向しながらパージダクト５０内を摺動することができ、従って、流体が上流側ダクト３０からパージダクト５０へ通過することを可能にする。

プラグ２０が、ラグ２５がシャッタ５５にもはや接触しないように回転すると、プラグ２０は、戻り要素５６によって、遮断位置に戻される。

ラグ２５は、典型的には、中央部分を有し、ラグ２５の機能的傾斜路が中央部分から延び、軸線Ｘ−Ｘを中心とするプラグ２０の同じ方向の連続回転によって、シャッタ５５をこの機能的傾斜路に接触させ、次いで、（最大変位に対応して）その中央部分と接触させる。上記の幾何学的形状によって、シャッタ５５の移動、したがって、パージダクト５０の開口（開度）を調整することを可能にする。

したがって、上記で提案するバルブ１により、プラグ２０の角度位置の関数として（に応じて）、上流側ダクト３０から下流側ダクト４０へ通過する流量を調整し、上流側ダクト３０から下流側ダクト４０への流体の通路（通過）を遮断し、又は、パージダクト５０を介して上流側ダクト３０のパージを行うことができる。

このように、これらの異なる構成は、図５〜図７に示される。図３及び５〜７において、図面に過剰に記載しないために、バルブ１のシール性を確保した各種シールは、特に上流側ダクト３０から下流側ダクト４０への流体の通路（通過）を遮断した時には示されていない。

プラグ２０の動作を図示するために、プラグ２０の回転及びバルブ１の異なる構成を模式化するために、異なる角度セクタが図８に示されている。

第１の角度セクタＡ１を参照すると、この第１の角度セクタＡ１は、より具体的には、図５に示される構成に対応するプラグ２０内に作られた拡大・縮小可能な開口部２１による、上流側ダクト３０からプラグ２０を介した下流側ダクト４０へ通過する流量の調整領域に対応する。

第１の角度セクタＡ１とは別の第２の角度セクタＡ２は、プラグ２０が上流側ダクト３０を遮断する構成に対応する。第２の角度セクタＡ２及び第１の角度セクタＡ１は、シール領域Ｅ１及びＥ２によって分離されているものとして示される。

シール領域Ｅ１は、バルブ１の閉位置とプラグの開口部２１を介した開口との間において縁を画定する。

シール領域Ｅ２は、その部分が非機能領域であり、この非機能領域は、最大又は最小の開口を有するバルブ１に対応する位置と、バルブ１が閉じてパージダクト５０に対応する位置との間に隣接領域(abutment)を形成することができる。

角度セクタＡ２、Ｅ１及びＥ２の累積的な大きさは、プラグ２０の良好な機械的強度に寄与し、したがって、プラグ２０の良好な剛性を確保するのに十分でなければならない。

第２の角度セクタＡ２の内部では、第１の副セクタＡ２１と第２の副セクタＡ２２に区別される。第１の副セクタＡ２１は、プラグ２０が上流側ダクト３０を遮断する構成に対応し、ラグ２５がシャッタ５５に接触していない（パージダクト５０が遮断される）構成は、図６に示す構成に対応する。第２の副セクタＡ２２は、プラグ２０が上流側ダクト３０を遮断する構成に対応し、ラグ２５は、図７に示す構成に対応するパージダクト５０の開口（開度）を制御するために、すなわち、上流側ダクト３０から下流側ダクト４０への通路を遮断したままパージ動作を制御するために、シャッタ５５に接触している。

したがって、上記で提案するバルブ１は、既存のシステムでは開発されていないままであるプラグ２０の角度範囲にわたる回転を利用することによって、単一の装置内に流量調整機能とパージ機能を蓄積することができる。

上述したようなプラグ２０の回転における作動、したがって、バルブ１の制御は、単一の作動システムによって行うことができることにも留意されたい。

上記で提案するバルブ１は、又は、より具体的には、バルブ本体１０は、典型的には、積層造形(additive manufacturing)によって製造される。

Claims (4)

1. ダクト内の極低温流体の流量を制御するためのバルブ（１）において、前記バルブ（１）は、
   作動システムに接続されているプラグ（２０）を備えたバルブ本体（１０）と、
   上流側ダクト（３０）と、
   下流側ダクト（４０）と、
   シャッタ（５５）を備えたパージダクト（５０）とを備え、
   前記上流側ダクト（３０）及び前記下流側ダクト（４０）が前記バルブ本体（１０）に開口しており、前記パージダクト（５０）は前記上流側ダクト（３０）に接続されており、前記シャッタ（５５）が、初期設定では、前記パージダクト（５０）の遮断位置にあるように構成されており、
   前記プラグ（２０）が、
   第１角度セクタ（Ａ１）による前記プラグ（２０）の回転により、前記バルブ本体（１０）を介して前記上流側ダクト（３０）と前記下流側ダクト（４０）との間の流れを規定し、
   前記第１角度セクタ（Ａ１）とは別個の第２角度セクタ（Ａ２）による前記プラグ（２０）の回転により、前記上流側ダクト（３０）と前記下流側ダクト（４０）との間の接続を遮断し、
   前記第２角度セクタ（Ａ２）に含まれる第３角度セクタ（Ａ２２）による前記プラグ（２０）の回転により、前記上流側ダクト（３０）から前記パージダクト（５０）への流れを可能にするように前記シャッタ（５５）を作動させるように、
   前記バルブ本体（１０）内で長手軸線（Ｘ−Ｘ）を中心として回動自在であり、
   前記プラグ（２０）は前記プラグ（２０）の外面に配置されたラグ（２５）を有し、
   前記ラグ（２５）は、前記プラグ（２０）が第３の角度セクタ（Ａ２２）に回転駆動させられた時に前記ラグ（２５）が前記シャッタに接触して作動させて前記上流側ダクト（３０）から前記パージダクト（５０）への流れを可能にするように構成されている、バルブ（１）。
2. 前記プラグ（２０）は、前記第１角度セクタ（Ａ１）による前記プラグ（２０）の回転によって調整される前記バルブ本体（１０）を介した前記上流側ダクト（３０）と前記下流側ダクト（４０）との間の流れが、前記プラグ（２０）の回転に応じた圧力降下を有するように構成されている、請求項１に記載の制御バルブ（１）。
3. 前記プラグ（２０）は、その断面が第１の端部から第２の端部に向かって増大する開口部（２１）を有し、前記開口部（２１）は、前記プラグ（２０）の回転軸線（Ｘ−Ｘ）を中心として配置されている、請求項１又は２に記載の制御バルブ（１）。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のバルブ（１）を備える宇宙船。

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