JP3476839B2 - ジュールトムソンクライオスタットインラインバルブ流動制御装置 - Google Patents
ジュールトムソンクライオスタットインラインバルブ流動制御装置Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/02—Gas cycle refrigeration machines using the Joule-Thompson effect
- F25B2309/022—Gas cycle refrigeration machines using the Joule-Thompson effect characterised by the expansion element
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- Lift Valve (AREA)
- Details Of Valves (AREA)
Description
ュールトムソンクライオスタット用のインラインバルブ
流動制御装置に関する。
レイ赤外線センサを使用するミサイルシステムを製造し
ている。焦点面アレイと赤外線センサの温度は正確なタ
ーゲット捕捉のために数十分の1ケルビンの範囲内に維
持されなければならない。アルゴンまたは窒素ガスを用
いるジュールトムソン冷却装置は焦点面アレイ赤外線セ
ンサの冷却に使用される。
発によりそれと匹敵する付勢装置/流動制御装置が必要
とされる。流動制御装置は冷却中に高い流動を許容し、
一度冷却温度に達すると流動を減少させ、焦点面アレイ
赤外線センサの温度を維持する低い流動を許容すること
を必要とする。
バルブ流動制御装置はバルブステムとしてニードルを具
備している。ニードルは付勢装置ステムの軸から外れて
位置されており、それ故、機能するための正確な半径方
向の位置付けを必要とする。バルブが開いているとき、
ニードルはジュールトムソンオリフィスの上方に位置す
る。閉じるように付勢されたとき、ニードルはオリフィ
スの開口へ引込まれ流動を遮断する。最初のニードル位
置とオリフィス状態は開いた流動速度を定めている。
けても高い正確性、信頼性、再現可能性がなければなら
ない。オリフィス開口は直径約0.006インチに過ぎず、
これは機械加工が困難で、汚染物質による詰まりまたは
反復した使用による摩耗が生じることが知られている。
バイパス流はオリフィスシートの縦方向に描いた線によ
り実現され、これは少量の流体がニードルを通過するこ
とを可能にする。せいぜいこのバイパス流装置はシート
に微細な線を反復可能に描くことが困難であるために適
切に反復できない。また、長期間使用した後、描かれた
線は摩耗し、得られるバイパス流動は少ないかまたは全
くない。
ムソンクライオスタットバルブ流動制御装置を提供する
ことである。
イオスタットの付勢ステムの一部である(同一線上であ
る)インラインバルブステムを有するジュールトムソン
クライオスタットのインラインバルブ流動制御装置を提
供する。インラインバルブステムと付勢ステムの両者は
ジュールトムソンクライオスタットのオリフィスの一部
である(そこに存在する)。この装置はバルブシート上
にバルブステムを自動的に位置付ける。インラインバル
ブ流動制御装置は、本出願人により開発された温度依存
性スナップディスク設計と合体されており、これはバル
ブシートに対してバルブステムを閉じるために使用され
る。最初の流動速度はバルブ位置によってではなく、ジ
ュールトムソンクライオスタットのオリフィスの直径に
よってのみ決定される。バイパス流はまたオリフィスの
直径によっても設定され、これは摩耗を受けない。ステ
ムは汚染物質がオリフィス開口(ギャップ)を詰まらせ
ることを防止する。したがって、本発明のバルブ設計は
その他の設計に固有の摩耗または詰まり問題をもたな
い。
を得られた種々のミサイルは3乃至10秒の時間フレーム
における焦点面アレイ赤外線センサの超高速度の冷却を
必要とする。しかしながら、本発明のインラインバルブ
流動制御装置は高速度冷却を必要とするか否かに関係な
く、ジュールトムソンクライオスタットで使用されても
よいことが理解されよう。
以下の詳細な説明を参照することによって容易に理解さ
れるであろう。同じ参照符号は類似の構成素子を示して
いる。
トムソンバルブ流動制御装置を示している。
るための本発明の原理によるインラインバルブの設計を
示した断面図である。
クライオスタットインラインバルブ流動制御装置の断面
図を示している。
図を示している。
従来技術のジュールトムソンバルブ流動制御装置20を示
している。本出願人により使用される従来技術のジュー
ルトムソンバルブ流動制御装置20は、バルブステムとし
てニードル22を具備している。ニードル22はジュールト
ムソンクライオスタット(図示せず)の付勢装置ステム
21の軸から外れて位置されており、それ故、機能するた
めの正確な半径方向の位置付けを必要とする。バルブ流
動制御装置20が開いているとき、ニードル22はジュール
トムソンクライオスタットのバルブオリフィス23の上方
に位置する。閉じるように付勢されたとき、ニードル22
はオリフィス23へ引込まれ、高圧力入口24からの流れを
遮断する。ニードル22の最初の位置とオリフィス23の状
態はバルブ流動制御装置20が開いたときの流動速度を定
めている。ニードル22の位置付けは、製造において生じ
る誤差を受けているが高い正確性、信頼性、反復能力が
なければならない。オリフィス23は直径わずか約0.006
インチであり、これは機械加工が困難で、汚染物質によ
る詰まり、または反復した使用による摩耗が生じること
が知られている。バイパス流動はオリフィスシート25の
縦方向に描いた線(図示せず)により実現され、これは
少量の流体がニードル22を通過することを可能にする。
よくてもこのバイパス流動装置はシート25に微細な線を
反復可能に機械加工することが困難であるために適切に
反復できない。また、長時間使用した後、描かれた線は
摩耗し、得られるバイパス流動は少ないかまたは全くな
い。
御装置20の制限を克服するように設計されている。図2
は、ジュールトムソンクライオスタットで使用するため
の本発明の原理による図1で示された制御装置20に改良
を加えたインラインバルブ流動制御装置10の設計を示し
た断面図である。図3は、完全なジュールトムソンクラ
イオスタットインラインバルブ流動制御装置10の断面図
を示している。図4は図3のインラインバルブ流動制御
装置10の平面図を示している。
を有するハウジング11または本体11を備え、高圧ガス入
口15は中央主流路13に結合され、ジュールトムソンオリ
フィス13を具備する。付勢ステム16は主流路13中に配置
されている。バルブステム12は付勢ステム16と一体化さ
れた部分を形成し、付勢ステム16の上端部に形成され、
バルブ10が閉じられるとき本体11の上端部に形成された
フレアバルブシート18と結合する。
レアされる。バイパス流偏向装置17はバイパス流路14の
フレア部分に位置し、付勢ステム16およびバルブステム
12と一体化されている。バイパス流偏向装置17は主流路
13の直径よりも実質上大きい直径を有するディスクであ
る。溝19aはバイパス流偏向装置17の下の付勢ステム16
に形成され、そこにスナップディスク19が配置される。
スナップディスク19は、円錐形を有し溝19aからハウジ
ング11の壁までの長さのワッシャ状ディスクである。ス
ナップディスク19はバルブシートに対してバルブステム
を閉じるために使用される。
あり、両者はジュールトムソンオリフィス13の一部であ
る(オリフィス中に存在する)。これは例えば図3で示
されているようにバルブシート18上にバルブステム16を
自動的に位置付ける。バルブステム12と付勢ステム16は
両者ともジュールトムソンオリフィス13中に位置され、
特定の汚染物質が詰まる可能性は減少される。
ム16の位置によってではなくジュールトムソンオリフィ
ス13の直径によって決定される。以下示すのはバルブ流
動制御装置10の流動速度に関する計算である。示されて
いる第1の計算は直径0.006インチのオリフィス13につ
いての計算である。流動速度は、圧力、温度、ガス(ア
ルゴン)、およびジュールトムソンオリフィス13の直径
に基づいて計算される。これらの入力に対して、標準的
な毎分51リットル(SLM)の容積流動速度が決定され、
これは実験結果と一致する。
ソンオリフィス13)を通る流動速度が計算される。同一
の入力を使用するが直径およびギャップ面積を変化し
て、等価の流動速度が決定される。ジュールトムソンオ
リフィス13とのみ類似した流動速度では、直径0.015イ
ンチのバルブステムを有する直径0.0175インチのオリフ
ィスが使用される。両者の寸法は容易に機械加工される
ことができる。バイパス流路は直径0.016インチのオリ
フィス13を有し、バルブステム13の寸法は実質上同一で
ある。
いるオリフィス流の計算である。ガスはアルゴンであ
る。以下の計算では、γは比熱(Cp/Cv)の比率であ
り、Poは上流よどみ点圧力であり、Toはよどみ点温度で
あり、Rarは全般的なガス定数であり、dは直径であ
り、Aは面積であり、Cdはオリフィス13の放出係数であ
り、mは質量流量であり、rhoはガス密度であり、Qは
容積流動速度である。
hoはrho(@STP)=0.045モル/lである。アルゴンは比
質量=39.950gm/モルを有する。それ故、流動速度rho=
1.798gm/lであり、Q=m/rho=50.8l/minである。
(P)はPoとPeとの圧力差であり、Aannは環の面積であ
り、Dstmはステムの直径であり、Lstmはステムの長さで
あり、Viscはガスの粘度である。
は、 Po=6000psia Pe=Po*((2/(γ+1))A(γ/(γ−1))) =2466psia del(P)=3534psia To=70F Aann=1.13E−04in2 Dstm=0.015インチ Lstm=0.012インチ 主流路13のギャップ=0.0012インチ バイパス流路14のギャップ=0.006インチ Visc=2.96E−05lbm/st s=9.20E−07lbf s/ft2 それ故、 Q=(del(P)*(Gap3)*Dstm*)/(12*Visc*Lstm) したがって、主流路13ではQ=1.94E+00ft3/s、バイ
パス流路14ではQ=2.72E−01ft3/sである。
タットバルブ流動制御装置を説明した。前述の実施形態
は本発明の原理の応用を表した多数のうち幾つかの特定
の実施形態の単なる例示であることが理解されよう。明
らかに、多数およびその他の装置が本発明の技術的範囲
を逸脱することなく当業者により容易に行われることが
できる。
Claims (3)
- 【請求項1】ジュールトムソンオリフィス(13)を具備
する中央主流路(13)に結合されている高圧ガス入口
(15)を有するハウジング(11)と、 主流路の下部に配置された付勢ステム(16)と、 付勢ステムの上端部に形成されるバルブステム(12)
と、 ハウジングの上端部に形成され、バルブが閉じられたと
きバルブステムと結合するフレアバルブシート(18)
と、 流路の下部に形成されたフレアバイパス流路(14)と、 フレアバイパス流路中に位置し、付勢ステムと一体化さ
れているバイパス流偏向装置(17)とを具備しているイ
ンラインバルブ流動制御装置(10)。 - 【請求項2】バイパス流偏向装置(17)は、主流路(1
3)の直径よりも大きい直径を有するディスクを具備し
ている請求項1記載の制御装置(10)。 - 【請求項3】バイパス流偏向装置(17)の下方の付勢ス
テム(16)に形成されている溝(19a)と、 円錐形を有し、溝に位置し、溝からハウジングの壁まで
延在しているスナップディスク(19)とをさらに具備し
ている請求項1記載の制御装置(10)。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/US1998/024714 WO1999034158A2 (en) | 1997-11-21 | 1998-11-19 | Joule-thomson cryostat in-line valve flow controller |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000516701A JP2000516701A (ja) | 2000-12-12 |
JP3476839B2 true JP3476839B2 (ja) | 2003-12-10 |
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ID=22268327
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP53497699A Expired - Fee Related JP3476839B2 (ja) | 1998-11-19 | 1998-11-19 | ジュールトムソンクライオスタットインラインバルブ流動制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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---|---|---|---|---|
CN112881653B (zh) * | 2021-01-27 | 2023-03-21 | 武汉工程大学 | 超临界co2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应的模拟试验方法 |
-
1998
- 1998-11-19 JP JP53497699A patent/JP3476839B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP2000516701A (ja) | 2000-12-12 |
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