JP5027220B2 - 改良されたガス圧力調整器 - Google Patents

Description

この発明は、ガス圧力調整器に係る。特に、本発明は、騒音減少装置が取り付けられる圧力調整器に係る。

現在使用されている圧力調整器はまた、一般的に、“圧力レデュサー”とも呼ばれている。その理由は、それらの調整動作が、層流の流れ要素によりガス供給圧力を減少させることにより実現されるからである。

従来技術において知られている調整器は、ガスが高い圧力で流入する入口と、ガスが低い圧力で流出する出口と、を備えた本体を、基本的に有している。この本体は、ガスの流れをコントロールし調整するための手段を収容している。このコントロールし調整するための手段は、少なくとも一つのシャッター及びパイロット装置を有している。シャッターは、スプリング及びダイアフラム・システムで駆動され、それらは、シャッターがそのシャフトの上でスライドすることを可能にする。パイロット装置は、調整器の上流及び下流のガスの圧力を測定して、シャッターを駆動するダイアフラムを、然るべくコントロールする。

シャッターは、通常円筒形の形状であって、二つの限界位置の間で軸方向に移動することが可能である。第一のガス遮断位置では、シャッターがそれぞれのハウジングと実質的に接触し、第二の完全に開けられた位置は、ガスの流れのポートの最大のサイズに対応している。

ガスの流れは、リング・シールまたはパッドにより遮断される。このリング・シールまたはパッドは、通常、可動シャッターに対して固定され、ハウジングに係合するように構成されている。ガスの層流の効果は、それ故に、ハウジングに集中される。これは、圧力調整器が定常状態で動作しているときに、大きな騒音を発生させる。

騒音は、圧力を降下させる間に生ずる物理的プロセスによりもたらされる。ガスは、ダイアフラムにより規定される絞られた断面から、高い速度で流れ出る；この高い速度は、“超臨界的な”圧力減少状態において、音の速度まで達することがある；このようにして、絞られた断面から流れ出るガスの速度は、管の下流でのガスの速度と、大幅に異なる。この違いが、様々なサイズの気泡（当該分野の用語で“乱流バブル”と呼ばれている）を発生させる。これらの気泡は、ガスの流れそれ自体により、連続的に、吐き出される。このプロセスによりもたらされる圧力の振動が、騒音を発生させる。速度が増大するに伴い、騒音も増大する。この効果によりもたらされる騒音は、管の下流に伝えられ、次にそれが、騒音源となる。

更にまた、“超臨界的な”圧力減少の間に、流入圧力から流出圧力への変化が、非定常な状態で生じ（“衝撃波”と呼ばれる）、それが、騒音のサージの増大をもたらす。これらの波はまた、機械的振動をもたらし、それが、更に多くの騒音を発生させる。

近年、圧力調整器の製造者は、調整器の騒音の放出を減少させる観点から、消音装置についての研究を集中させている。

今日、二つのタイプの消音装置が使用されている；即ち、騒音の発生源に対して作用を及ぼす消音器と、実際に作り出された騒音を減少させる消音器である。前者のタイプの消音器は、流れを分割する装置と、圧力減少の全段階を、複数の圧力減少の段階に分割する装置との、両方を含んでいる。後者のタイプの消音器は、作り出される騒音を減らすものであって、吸収により動作し、ガス層流領域の下流に配置されている。これらの装置は、通常、音波を吸収するように構成された多孔質材料で作られたカートリッジを有している。

上述の全ての装置の中で、音吸収装置は、最も複雑で且つ厄介なものである。その理由は、それらのカートリッジが、圧力調整器のボディの内側に配置されなければならないからである。調整器の本体は、それ故に、カートリッジを収容するために大きくなければならず、そのことは、必然的に、調整器の重量が増大し、コストが増大することを意味する。
圧力の減少段階を分割することにより動作する装置もまた、非常に複雑であって、調整器自体の構造がかなり複雑になり、その設計段階も非常に複雑になる。

上述の装置の中で、流れの分割装置は、疑いなく、最も実用的であり、且つ経済的でもある。その理由は、それらは、ガスが通過し且つガスの流れを複数のより小さい流れに分ける表面を基本的に有しているからである。このことは、多くの経験から示されているように、発生した騒音の量を、相当程度、減少させる。しかしながら、これらの装置も、完全に弱点が無い訳ではない。

主な弱点は、そのような流れの分割装置は、圧力調整器が完全に分解されないと、組み込まれることが可能でないことである。これは、一旦、特定のタイプの消音装置が組み込まれた後では、調整器が完全に分解されない限り、それが交換されることが可能でないことを意味している。しかしながら、多くの場合、調整器の中に既に組み込まれている消音装置を交換することが、必要となる。その理由は、それが、許容される騒音レベルを超えること、あるいは、それが、異なる流れの状態に適応することが要求されること、などである。
消音装置はまた、消耗したときに、交換が必要になることもある。

これらの状況に鑑み、従来技術の圧力調整器において、消音装置には、組み立ての際にかなりの困難な問題が残されている。

この発明の狙いは、上述の弱点を克服し、シンプルであり、組み立ての際のコストが低く、且つ、保守を行い易い圧力調整器を提供することにある。

上述の狙いに基づく、本発明の技術的特徴は、添付された特許請求の範囲の内容から、特に請求項１から、及び請求項に直接的または間接的に従属するいずれかの請求項から、容易に推量することが可能であろう。

更に、本発明の優位性は、添付図面を参照ながらの以下の詳細な説明から明らかになる。これらの添付図面は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、単に例を示すためのものであって、本発明の概念の範囲を制限するものではない。

図１を参照すると、参照符号１は、全体として、この発明に基づいて作られたガス圧力調整器を表している。

圧力調整器１は、入口開口３及びガス出口開口５を備えた本体２を有している。入口開口３には、ガスが第一の供給圧力で流入し、この入口開口３は、それぞれの第一の入口管４に接続されている。また、ガス出口開口５は、それぞれの第二の出口管６に接続され、この出口管６の中を、ガスは、供給圧力とは異なる圧力で、流れる。

第二の出口管６は、矢印Ｆ１で示された方向に対して、第一の入口管４の下流側に配置され、その中を、ガスが、調整器１を通って流れる。

第一の管４と第二の管６の間に、軸対象ボディ７がある。この軸対象ボディ７については、以下において詳細に説明される。前記ボディ７は、調整されるガス経路８を規定する。

調整器１はまた、その内側に、シャッター９を有し、このシャッターは、第一の規定されたラインＤに沿って、長手方向に移動し、経路が閉じられた第一の限界位置（図１に示されている）と、完全に開けられた位置（添付図面の中には示されていない）の間の、調整される経路８の開口を調整する。

シャッター９は、中心軸Ａを有する中空の円筒形ボディ１０、及び、その下端部９ａに、調整される経路８を遮断するための要素１１を有している。

閉鎖要素１１は、円筒形のボディ１０に取り付けられた二つのブロック１１ａ，１１ｂを有し、これらの二つのブロック１１ａ，１１ｂは、これらの間に堅く締め付けられた状態で、シール・パッド１２を有している。このシール・パッド１２は、ガス経路８を閉じるために、それぞれの位置決め用の溝１０１に係合するように構成されている。図２に示されているように、溝１０１は、リング形状であって、軸対象ボディ７の中に一体的に形成されている。

調整されるガス経路８は、図１に、実質的に閉じられた状態で示されている。このガス経路８は、使用の際、シャッター９が移動したときに、シール・パッド１２とそれぞれの位置決め用の溝１０１との間に作り出される間隙により規定される。

図１を参照すると、本体２は、その上に取り付けられた状態で、シャッター９を駆動するための装置１４を有している。この装置１４は、第一の、上側の凹面のカバー１５、及び第二の、下側の凹面のカバー１６を有していて、それらは、それらの凹面が互いに向かい合って、ボリュームＶの境界を定めるように、結合されている。

ボリュームＶは、環状のダイアフラム１７を収容し、このダイアフラムの外側の端は、二つのカバー１５，１６の間に、堅く保持されている。このダイアフラム１７は、ボリュームＶを二つのチャンバＶｌ，Ｖ２に分割し、その容量的なサイズは、圧力調整器１の運転パラメータの関数として変化する。

駆動装置１４はまた、二つのフランジ１８及び１９（それぞれ、上側フランジ及び下側フランジ）を有していて、それらは、それらの間に、環状のダイアフラム１７の内側の端を堅く保持する。

調整器１はまた、円筒形のライナー１３を有し、このライナーは、シャッター９をスライド可能に収容する。このライナー１３は、下側の凹面のカバー１６にスライド可能に取り付けられている。

より詳細に見ると、図５に明確に示されているように、下側のカバー１６は、中央の円形の開口２００を有し、その内側の表面は、ネジが形成された部分２０１を有している。同様に、円筒形のライナー１３の外側の表面の部分１３ａには、ネジが形成され、それによって、その部分が、カバー１６側のネジが形成された部分２０１に、ネジにより接続されることが可能である。このようにして、ライナー１３は、下側のカバー１６をそのハウジングからを取り外す必要無く、本体２の中に挿入され、また、そこから抜き出されることが可能である。

二つのフランジ１８，１９は、互いに、しっかり結合され、複数の締結要素２１により、シャッター９に接続されている。シャッター９の円筒形ボディ１０は、調整器スプリング・ユニット３０を収容し、この調整器スプリング・ユニット３０は、その軸Ａに沿う圧縮により動作するラセン・スプリング３１を有している、第一及び第二の調整器プレート３３，３４（それぞれ、上側調整器プレート及び下側調整器プレート）が、スプリング３１のそれぞれの端部と接触して、配置されている。下側の調整器プレート３４は、中空の円筒形ボディ１０の内側に作られた外周の端に接触する。
リングナット４５が、シャッター９の上端部９ｂで、それぞれネジが形成された内側の部分にネジで接続されている。

調整器１はまた、軸対象ボディ７の中に収容された、流れ分割タイプの消音要素１０２を有している。図２から４に明確に示されているように、消音要素１０２は、実質的に円筒形の壁面１０３を有し、その壁面に複数の孔１０４が設けられ、それら孔が、ガスが通過する開口を形成する。簡潔性を確保するために、それらの孔１０４の一部のみしか、これらの添付図面に示されていない。

図６及び７に示された他の実施形態において、消音要素１０２は、ワイヤ・メッシュから作られている円筒形壁面１１０を有している。この円筒形壁面１１０は、互いに反対側に位置する二つの外周の端１１２を有し、そこに、それぞれの強化リング１１３が取り付けられ、それにより、軸対象ボディ７が取り付けられることを可能にする。

図２を参照すると、この図は、調整器１から取り外された要素１０２及び本体７を示している。軸対象ボディ７は、複数の窓７１を備えた円筒形の周囲の壁面７０を有していて、それらの窓は、ほぼ四辺形で、壁面７０それ自体の外周の周りに、等間隔で配置されている。それぞれの窓７１は、ガスが、調整器１の第一の管４から第二の管６へ通過するそれぞれのポートを形成している。

上述のように、図２は、軸対象ボディ７から取り外された消音要素１０２を、明確に示している。この要素１０２は、好ましくは（但し、必須ではない）、複数の孔１０４が設けられた金属板から作られている。

孔１０４の効果は、第一の管４と第二の管６の間を通過するガスの流れを、ガス圧力調整領域の近傍の、少なくとも短い距離の間で、複数のより小さい流れに分割することにある。この分割の結果として、実質的に既知の流体力学現象（これについては、本発明の範囲から外れるので、ここでは説明しない）に基づいて、作り出された騒音の量が相当に減少される。この減少は、既に、実験的に示されている。

軸対象ボディ７はまた、円筒形壁面７０の底部領域７０ａから始まり、本体７それ自体の内側の方へ伸びる環状の部分７２を有している。図１及び２に示されているように、この環状の部分７２は、シャッター９の上述の位置決め用の溝１０１を形成する。本体７の環状の部分７２は、更に、キャビティ７３を有し、このキャビティもまた環状である。

添付図面に明確に示されているように、且つ以下においてより詳細に説明されるように、消音要素１０２は、軸対象ボディ７の中に取外し可能に収容される。より詳細に見ると、図２から４を参照すると、上記環状の部分７２に形成された上述の環状のキャビティ７３は、組み立てられ形態で、消音要素１０２の円筒形壁面１０３の底部の端１０３ａを収容する。

図２に示されているように、消音要素１０２は、その外周に、切れ目、即ち円筒形壁面１０３の間隙を有している。この切れ目は、要素１０２が弾性的に変形されることを可能にするように構成されている。図３は、如何にして、弾性変形が消音要素１０２の外周の寸法を減少させるかについて、示している。

外周の切れ目は、好ましくは（但し、必須ではない）、金属板要素１０２の中に作られる。もし、消音要素１０２が、ワイヤ・メッシュから作られる壁面１１０を有している場合には、消音要素は、その中に、外周の切れ目を有することがない。

ここに示されていない他の可能な消音要素１０２の実施形態において、円筒形壁面１０３は、金属の代わりに、プラスチックまたはセラミック材料で作られている。換言すれば、消音要素１０２を規定する、円筒形壁面１０３の側面は、連続しておらず、それ故に、軸対象ボディ７から取り外された時に分離する二つの互いに対向する端部のエッジ１０３ｂ，１０３ｃを有している。

壁面１０３が作られる材料の弾性は、円筒形壁面１０３それ自体を弾性的に変形させることにより、二つの隔てられたエッジ１０３ｂ，１０３ｃが、最小の手間で、互いに接近することを可能にする。エッジ１０３ｂ，１０３ｃを互いに接近するように移動することにより、消音要素１０２の全体の外周の寸法が減少し、それによって、図３及び４に明確に示されているように、消音要素が、軸対象ボディ７の中に挿入されることが可能になる。

一旦、軸対象ボディ７の内側で、弾性的に変形された形態において、消音要素１０２は、軸対象ボディ７の円筒形壁面７０の内側の面７０ｂに対して、実質的に径方向の対応する弾性力を作用させる。図１に示されているように、軸対象ボディ７は、ライナー１３と本体２の部分の間に配置され、それによって、入口管４から調整される経路８へ流れるガスが、明確に規定された経路を辿るように強制されることになる。

上述の弾性力は、消音要素１０２及び軸対象ボディ７を、互いにしっかり保持し、ガスが、高い圧力で調整器１の中を流れる場合であっても、それらが、互いに対してスライドすることを防止する。

もし、消音要素１０２が、ワイヤ・メッシュから作られている壁面１１０を有する場合には、このワイヤ・メッシュは、好ましくは、軸対象ボディ７の中に挿入され、それによって、強化リング１１３が本体７の内側の面７０ｂに押し付けられ、それにより、運転の間は、本体７を所定の位置にしっかり保持するが、メインテナンス目的のためおよび／またはそれを交換するためには、本体７が容易に取り外されることを可能にする。

図１及び５は、軸対象ボディ７が、如何にして、調整器１の本体２の中に形成された段差が設けられた外周のハウジング２０２の中に配置され、そして、調整器１が組み立てられたとき、如何にして、ライナー１３により所定の位置に保持されるかについて、示している。ライナー１３の下側の端部１３ｂに、それぞれの段差部２０３があり、それらは、軸対象ボディ７の上端部７０ｃに係合するように構成されている。

図５に示されているように、軸対象ボディ７および／または消音要素１０２は、例えば、ボトム・カバー１６を取り外す必要なく、調整器１それ自体の特定のパーツを単に取り外すことによって、圧力調整器１に取り付けられおよび／または圧力調整器１から抜き出されることが可能である。

また、軸対象ボディ７のおかげで、例えば穴あき金属シートまたはワイヤ・メッシュのような、異なるタイプの消音器が、交換可能に使用されることが可能であり、そして容易に取り外され且つ取り付けられることが可能である。

図１は、本発明に基づく圧力調整器の好ましい実施形態を、概略的な断面図で示す。 図２は、図１の圧力調整器の、二つに分解されたパーツの、上方からの斜視図である。 図３は、組み立てられる前の、図２の二つのパーツの、上方からの斜視図である。 図４は、組み立てられた後の、図２の二つのパーツの、上方からの斜視図である。 図５は、図２から４に示された組み立て／分解ステップの間の、図１の圧力調整器の断面の概略図である。 図６は、図２に示されたパーツの他の実施形態の、側面からの概略的な立面断面図である。 図７は、組み立てられた後の、図６の二つのパーツの概略的な断面図である。

Claims (8)

1. ガスの圧力調整器であって、
   − 第一の、ガス入口管（４）、及び第二の、ガス出口管（６）を有する本体（２）を有し；
   − ガスがその中を第一の管（４）から第二の管（６）へ流れる、調整されるガス経路（８）を有し；
   − 本体（２）の中に少なくとも部分的に収容され、前記ガス経路（８）が完全に開けられた限界位置と、前記ガス経路（８）が閉じられた限界位置との間で、前記ガス経路（８）の開口を調整するために移動することが可能なシャッター（９）を有し、このシャッター（９）は、前記閉じられた限界位置にあるとき、それぞれの位置決め用の溝（１０１）に係合し；
   − 前記ガス経路（８）に配置され、前記圧力調整器の内側で生ずる騒音を減らす消音要素（１０２）を有し、この消音要素（１０２）は、ガスが通過する複数の開口（１０４）を有する実質的に円筒形の壁面（１０３）を有している；
   圧力調整器において、
   当該圧力調整器は、前記ガス経路（８）に、前記消音要素（１０２）を収容するための軸対称ボディ（７）を有していること；
   前記軸対称ボディ（７）は、複数の窓（７１）を備えた周囲の壁面（７０）を有し、これらの窓のそれぞれが、ガスが通過するそれぞれのポートを形成すること；
   前記消音要素（１０２）は、前記軸対称ボディ（７）の周囲の壁面（７０）の内側に取外し可能に収容されていること；
   前記軸対称ボディ（７）には、前記周囲の壁面（７０）から内側の方へ伸びる環状の部分（７２）が一体的に形成され、この環状の部分（７２）が、前記シャッター（９）の位置決め用の溝（１０１）を形成すること；
   前記環状の部分（７２）は、前記消音要素（１０２）の円筒形の壁面（１０３）の下端部（１０３ａ）を収容する環状のキャビティ（７３）を有していること；及び、
   前記消音要素（１０２）は、その外周に、前記消音要素（１０２）が弾性的に変形されることによりその外周の寸法を減らすことを可能にするように構成された切れ目を有していること；
   を特徴とする圧力調整器。
2. 下記特徴を有する請求項１に記載の圧力調整器：
   前記消音要素（１０２）は、弾性的に変形されたとき、前記軸対称ボディ（７）の周囲の壁面（７０）の中に挿入される。
3. 下記特徴を有する請求項２に記載の圧力調整器：
   前記消音要素（１０２）は、前記軸対称ボディの周囲の壁面（７０）に対して、実質的に径方向への弾性力を作用させる。
4. 下記特徴を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の圧力調整器：
   前記消音要素（１０２）は、金属板から作られていて、ガスの経路のための前記複数の開口（１０４）は、円形の孔である。
5. 下記特徴を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の圧力調整器：
   前記消音要素（１０２）は、リジッドなワイヤ・メッシュから作られている。
6. 下記特徴を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の圧力調整器：
   前記消音要素（１０２）は、セラミック材料で作られている。
7. 下記特徴を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の圧力調整器：
   前記消音要素（１０２）は、プラスチックで作られている。
8. 下記特徴を有する請求項１から７のいずれか１項に記載の圧力調整器：
   前記シャッター（９）は、本体（２）に固定された円筒形のライナー（１３）の中に、スライド可能に収容され、
   前記軸対称ボディ（７）は、前記ガス経路（８）から流れるガスが、明確に規定された経路を辿るように強制されるように、このライナー（１３）と本体（２）の部分の間に配置されている。

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