專利名稱:用于調(diào)節(jié)器熱量傳遞的裝置制造方法
【專利摘要】公開了用于調(diào)節(jié)器熱量傳遞的裝置。示例性的裝置包括調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器包括本體、布置在其中的桿、第一入口和第一出口。所述調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)從第一入口流到第一出口的流體的壓力。所述示例性的裝置包括布置在本體中的渦流發(fā)生器，以將熱量傳輸?shù)秸{(diào)節(jié)器的閥。所述桿控制調(diào)節(jié)器和渦流發(fā)生器。另一示例性的裝置包括：本體，其具有入口、出口以及布置在本體中的桿；渦流發(fā)生器，其布置在本體中，渦流發(fā)生器用于加熱從入口流到出口的流體；以及第一閥，其用于調(diào)節(jié)流體的壓力，所述桿控制第一閥和渦流發(fā)生器。另一示例性的裝置包括壓力調(diào)節(jié)裝置和用于加熱所述壓力調(diào)節(jié)裝置的加熱裝置。
【專利說明】用于調(diào)節(jié)器熱量傳遞的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開大體上涉及流體調(diào)節(jié)器，更具體地，涉及一種加熱流體調(diào)節(jié)器。

【背景技術(shù)】
[0002]流體調(diào)節(jié)器可能在壓降的位置由于水合物而發(fā)生結(jié)冰。在一些情形下，該結(jié)冰可能發(fā)生在冰凍以上的溫度下。冰塊可能形成在調(diào)節(jié)器中，由此妨礙了調(diào)節(jié)器的性能。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]為了解決上述問題，本實(shí)用新型提供一種用于調(diào)節(jié)器熱量傳遞的裝置，以防止發(fā)生結(jié)冰。
[0004]公開了用于調(diào)節(jié)器熱量傳遞的裝置。示例性的裝置包括調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器包括本體、布置在所述本體中的桿、第一入口和第一出口。所述調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)從所述第一入口流到所述第一出口的流體的壓力。所述示例性的裝置包括布置在所述本體中的渦流發(fā)生器，以將熱量傳輸?shù)剿稣{(diào)節(jié)器的閥。所述桿控制所述調(diào)節(jié)器和所述渦流發(fā)生器。
[0005]其中，所述調(diào)節(jié)器和所述渦流發(fā)生器之間的接觸區(qū)域的尺寸與傳輸?shù)剿鲩y的熱量相關(guān)。
[0006]其中，還包括隔離所述渦流發(fā)生器和圍繞所述本體的周圍環(huán)境的隔離件。
[0007]其中，所述本體包括向所述渦流發(fā)生器提供壓縮流體的第二入口。
[0008]其中，所述本體包括第二出口和第三出口，所述第二出口將所述壓縮流體的第一部分傳輸離開所述渦流發(fā)生器，所述第三出口將所述壓縮流體的第二部分傳輸離開所述渦流發(fā)生器，所述壓縮流體的所述第一部分的溫度高于所述壓縮流體的所述第二部分的溫度。
[0009]其中，還包括用于控制所述壓縮流體的所述第一部分遠(yuǎn)離所述渦流發(fā)生器的流動(dòng)的第二閥。
[0010]其中，還包括布置在所述第一入口和所述第二閥之間的密封件。
[0011]其中，還包括布置在所述第二出口和所述第二閥之間以減小聲音到周圍環(huán)境的傳遞的穿孔板。
[0012]其中，還包括布置在所述密封件和所述第二閥之間以操作所述第二閥的杠桿，其中所述桿控制所述杠桿。
[0013]另一示例性的裝置包括具有入口、出口以及布置在其中的桿的本體、布置在所述本體中以加熱從所述入口流到所述出口的流體的渦流發(fā)生器以及用于調(diào)節(jié)所述流體的壓力的第一閥。所述桿控制所述第一閥和所述渦流發(fā)生器。
[0014]其中，還包括布置在所述渦流發(fā)生器中的解旋器。
[0015]其中，還包括第二閥，所述第二閥控制由所述渦流發(fā)生器產(chǎn)生的加熱流體，所述加熱流體通過所述第二閥流入所述第一閥。
[0016]其中，還包括位于所述第一閥和所述第二閥之間的腔室。
[0017]其中，所述加熱流體通過所述第二閥的流動(dòng)與傳輸?shù)剿龅谝婚y的熱量相關(guān)。
[0018]其中，所述本體還包括先導(dǎo)入口，所述第一閥調(diào)節(jié)從先導(dǎo)入口流到出口的第二流體的壓力。
[0019]其中，還包括布置在所述先導(dǎo)入口中的限流器，所述限流器減小通過所述先導(dǎo)入口流動(dòng)的所述第二流體的壓力。
[0020]其中，還包括將由所述渦流發(fā)生器產(chǎn)生的加熱流體傳輸?shù)剿鱿葘?dǎo)入口的通道。[0021 ] 其中，所述通道包括其中限定有孔的板。
[0022]另一示例性的裝置包括壓力調(diào)節(jié)裝置和用于加熱所述壓力調(diào)節(jié)裝置的加熱裝置，所述壓力調(diào)節(jié)裝置和所述加熱裝置包括一個(gè)本體。
[0023]其中，還包括控制所述壓力調(diào)節(jié)裝置和所述加熱裝置的控制裝置，所述控制裝置使得所述加熱裝置相應(yīng)地響應(yīng)于所述壓力調(diào)節(jié)裝置。
[0024]這里描述的示例性的裝置可用來(lái)向流體調(diào)節(jié)器提供熱量，而不需要外部的加熱源。特別地，這里描述的示例使用在調(diào)節(jié)器的本體中的渦流發(fā)生器，其中渦流發(fā)生器將熱量傳輸?shù)秸{(diào)節(jié)器以避免在調(diào)節(jié)器中結(jié)冰。

【附圖說明】

[0025]圖1是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的第一裝置的示意圖。
[0026]圖2是通過示例性的渦流發(fā)生器的流體的流動(dòng)對(duì)比于通過渦流發(fā)生器流動(dòng)的流體與輸入流體之間的溫度差的圖表示意圖。
[0027]圖3是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的第二裝置的示意圖。
[0028]圖4是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的第三裝置的示意圖。
[0029]圖5是圖4的第三裝置的橫截面視圖。
[0030]圖6是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的第四裝置的示意圖。
[0031]附圖并非按照規(guī)定比例。相反地，為了說明多個(gè)層和區(qū)域，層的厚度可以在附圖中放大。只要可能，在附圖和下面的說明中使用的相同附圖標(biāo)記表示相同或相似的部分。如本實(shí)用新型中所使用的，應(yīng)聲明任何部分(例如，層、薄膜、區(qū)域或板)以任何方式布置于(例如，布置于、定位于、設(shè)置于或者形成于)另一部分上，意味著所涉及的部分或者與另一部分接觸，或者所涉及的部分位于另一部分上，其間布置一個(gè)或多個(gè)中間部分。應(yīng)聲明任何部分與另一部分接觸意味著這兩部分之間沒有中間層。

【具體實(shí)施方式】
[0032]這里公開的示例性的裝置涉及加熱流體調(diào)節(jié)器。更具體地，這里描述的示例可用來(lái)向流體調(diào)節(jié)器提供熱量，而不需要外部的加熱源。特別地，這里描述的示例使用在調(diào)節(jié)器的本體中的渦流發(fā)生器，其中渦流發(fā)生器將熱量傳輸?shù)秸{(diào)節(jié)器以避免在調(diào)節(jié)器中結(jié)冰。
[0033]當(dāng)例如水和天然氣在低溫度和高壓力下接觸時(shí)形成水和碳?xì)浠衔锏乃衔锘蚪Y(jié)冰混合物。引起水合物形成的其它因素包括例如高流速、流體攪動(dòng)、壓力脈動(dòng)以及二氧化碳和/或氫化硫的存在。當(dāng)包含例如水和二氧化碳的碳?xì)浠衔锪黧w通過調(diào)節(jié)器流動(dòng)時(shí)可由于水合物而發(fā)生結(jié)冰。當(dāng)流體的壓力根據(jù)調(diào)節(jié)器的操作而減小時(shí)，流體的溫度也根據(jù)焦耳-湯姆遜效應(yīng)減小。由于溫度下降，流體流中的任何濕氣可引起水合物的形成。水合物可形成在例如調(diào)節(jié)器中的壓降位置，諸如在調(diào)節(jié)器的閥門處。
[0034]調(diào)節(jié)器中例如水合物的形成可妨礙調(diào)節(jié)器的性能。例如，在調(diào)節(jié)器閥的水合物的形成可阻止調(diào)節(jié)器閥適當(dāng)?shù)仃P(guān)閉或打開，從而影響調(diào)節(jié)器響應(yīng)于調(diào)節(jié)器上的需求變化來(lái)控制流體的壓力的能力。調(diào)節(jié)器中的結(jié)冰可通過例如阻塞調(diào)節(jié)器的出口來(lái)進(jìn)一步妨礙調(diào)節(jié)器的流體輸出。
[0035]盡管包含可形成水合物的流體的調(diào)節(jié)器的一些已知的應(yīng)用已經(jīng)包括加熱源來(lái)減少結(jié)冰的情形，但是這些加熱源通常是附加的裝置，其在外部安裝到調(diào)節(jié)器的本體。一個(gè)這種外部加熱源是渦流發(fā)生器。渦流發(fā)生器通過在高速下旋轉(zhuǎn)經(jīng)由例如管道的壓縮流體(例如，壓縮氣體)來(lái)形成渦流而產(chǎn)生熱量。引起的渦流包括熱流體流，熱流體流的一部分可通過渦流發(fā)生器的出口流出。渦流流體的剩余部分以較慢的速率流回渦流發(fā)生器的管道，使得較慢移動(dòng)的流體中的熱量被傳遞到較快移動(dòng)的進(jìn)入流體。熱量的傳遞產(chǎn)生冷流體流，其在與熱流體流的出口相反的出口處流出渦流管道。通過各自出口的熱流體流的流動(dòng)和冷流體流的流動(dòng)可通過閥門來(lái)調(diào)節(jié)。
[0036]根據(jù)這里公開的教導(dǎo)，渦流發(fā)生器和調(diào)節(jié)器設(shè)置在調(diào)節(jié)器本體中。熱流體流由渦流發(fā)生器產(chǎn)生并通過鄰近調(diào)節(jié)器的閥設(shè)置的出口流出，以提供熱量到調(diào)節(jié)器閥來(lái)避免在調(diào)節(jié)器的操作過程中結(jié)冰。具體地，由渦流發(fā)生器產(chǎn)生并傳遞到調(diào)節(jié)器閥的熱量可避免在調(diào)節(jié)器中的壓降位置處由于水合物的形成而引起的結(jié)冰。在一些示例中，熱量可經(jīng)由例如傳導(dǎo)、流體混合和/或經(jīng)由連續(xù)流動(dòng)通過渦流發(fā)生器和調(diào)節(jié)器的流體而傳遞到調(diào)節(jié)器閥。另夕卜，雙座單桿閥的設(shè)計(jì)提供了調(diào)節(jié)器本體中的調(diào)節(jié)器和渦流發(fā)生器的同時(shí)控制。
[0037]現(xiàn)轉(zhuǎn)向附圖，圖1示出了包括調(diào)節(jié)器102的示例性的裝置100，調(diào)節(jié)器102具有設(shè)置在調(diào)節(jié)器本體104中的第一調(diào)節(jié)器腔室102a和第二調(diào)節(jié)器腔室102b。諸如天然氣或壓縮氣體等過程流體進(jìn)入過程流體入口 106并流入第一調(diào)節(jié)器腔室102a。調(diào)節(jié)器閥108布置在第一調(diào)節(jié)器腔室102a和第二調(diào)節(jié)器腔室102b之間，以調(diào)節(jié)流動(dòng)通過調(diào)節(jié)器102的過程流體的壓力。
[0038]調(diào)節(jié)器閥108由布置在調(diào)節(jié)器本體104中的桿110來(lái)控制。桿110打開并關(guān)閉調(diào)節(jié)器閥108，以在調(diào)節(jié)器出口 112處提供過程流體的基本恒定的輸出壓力。桿110控制調(diào)節(jié)器閥108，以響應(yīng)于通過加載機(jī)構(gòu)114產(chǎn)生并通過感應(yīng)元件116感測(cè)的力。桿110可通信地連接到感應(yīng)元件116，由于通過加載機(jī)構(gòu)114產(chǎn)生的力引起的感應(yīng)元件116的移位使得桿110打開調(diào)節(jié)器閥108。在裝置100中，加載機(jī)構(gòu)114包括彈簧，并且感應(yīng)元件116是隔膜。在一些實(shí)施例中，調(diào)節(jié)器102是壓力加載或圓頂加載的調(diào)節(jié)器或者重力加載的調(diào)節(jié)器。在其它的實(shí)施例中，加載機(jī)構(gòu)114包括彈簧加載、圓頂加載和/或重力的組合。感應(yīng)元件116可包括例如彈性體材料、活塞或波紋管。
[0039]另外，渦流管118布置在調(diào)節(jié)器本體104中。輸入流體經(jīng)由渦流管入口 120a、120b進(jìn)入渦流管118。盡管圖1示出了裝置100具有兩個(gè)渦流管入口 120a、120b，但是裝置100可具有更少或更多的渦流管入口。此外，輸入流體可以是與進(jìn)入調(diào)節(jié)器102的過程流體入口 106的過程流體相同的流體，或者與過程流體不同的流體。
[0040]渦流管入口 120a、120b包括噴嘴121，以當(dāng)輸入流體流入渦流管入口 120a、120b時(shí)使輸入流體旋轉(zhuǎn)來(lái)產(chǎn)生渦流。在一些實(shí)施例中，噴嘴121包括切向入口或具有阿基米德螺旋線形狀的入口。噴嘴121可包括用來(lái)使輸入流體旋轉(zhuǎn)的一個(gè)或多個(gè)入口。在輸入流體進(jìn)入渦流管入口 120a、120b時(shí)通過噴嘴121旋轉(zhuǎn)輸入流體增加了輸入流體在從渦流管入口120a、120b流到渦流管118時(shí)的切向速度并產(chǎn)生渦流。
[0041]輸入流體在渦旋流動(dòng)中通過渦流管118，包括輸入流體的第一流體流或部分和輸入流體的第二流體流或部分。第一流體流具有比第二流體流更高的溫度，使得第一流體流是相對(duì)熱的流體流，而第二流體流是相對(duì)冷的流體流。作為渦流管118的操作的一個(gè)示例，渦流通過旋轉(zhuǎn)輸入流體而產(chǎn)生。渦流可被看作是由第一流體流構(gòu)成的主渦流。第一流體流朝著渦流管118的第一端流動(dòng)，第一流體流的一部分在第一端流出渦流管118。第一流體流的剩余部分或者第二流體流朝著渦流管118的第二端流動(dòng)。第二流體流作為次渦流在主渦流的低壓區(qū)域內(nèi)行進(jìn)。第一流體流和第二流體流分別朝著渦流管118的第一端和第二端沿相反的方向流動(dòng)，同時(shí)以相同的角速度沿相同的方向旋轉(zhuǎn)。從次渦流到主渦流損失角動(dòng)量。能量的損耗引起第一流體流和第二流體流之間的溫度差，使得第一流體流的溫度相比于第二流體流的溫度增加。
[0042]例如，熱流體流的溫度可以比進(jìn)入渦流管入口 120a、120b的輸入流體高大約120° Fo熱流體流和輸入流體之間的溫度差可大于或小于120° Fo當(dāng)熱流體流和輸入流體之間的溫度差為大約120° F時(shí)，冷流體流和輸入流體之間的溫度差為大約60° F。在該些實(shí)施例中，冷流體流的溫度比輸入流體的溫度低大約60 ° F。熱流體流和/或冷流體流與輸入流體之間的溫度差與來(lái)自渦流管118的熱流體流和冷流體流的輸出流動(dòng)相關(guān)，這里將在下面進(jìn)一步描述。
[0043]在裝置100中，熱流體流通過渦流管118流動(dòng)并經(jīng)由熱流體出口 122流出裝置100。另外，渦流管閥124布置在渦流管118中，使得熱流體流在經(jīng)由熱流體出口 122流出裝置100之前流動(dòng)穿過渦流管閥124。冷流體流通過與熱流體出口 122相對(duì)的冷流體出口126流出渦流管118。在一些實(shí)施例中，第二渦流管閥布置在冷流體出口 126中，以控制冷流體流的輸出。
[0044]當(dāng)桿110控制或調(diào)整調(diào)節(jié)器閥108以調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)器102流動(dòng)的過程流體的壓力時(shí)，桿110還控制或調(diào)整渦流管閥124以相對(duì)于調(diào)節(jié)器102上的需求向調(diào)節(jié)器閥108提供熱量。在共同控制調(diào)節(jié)器本體104中的調(diào)節(jié)器閥108和渦流管閥124時(shí)，單個(gè)桿110控制調(diào)節(jié)器閥108以維持經(jīng)由調(diào)節(jié)器出口 112流出調(diào)節(jié)器102的過程流體的恒定輸出壓力。桿110還控制渦流管閥124以將熱量從熱流體流傳遞到調(diào)節(jié)器閥108。另外，桿110控制渦流管閥124，使得熱流體流和進(jìn)入渦流管118的輸入流體之間的溫度差相對(duì)于在調(diào)節(jié)器閥108的過程流體的壓降被最大化。
[0045]為了維持經(jīng)由調(diào)節(jié)器出口 112流出調(diào)節(jié)器102的過程流體的恒定壓力輸出，桿110響應(yīng)于加載機(jī)構(gòu)114和感應(yīng)元件116的行為來(lái)調(diào)整調(diào)節(jié)器閥108的位置。當(dāng)由加載機(jī)構(gòu)114產(chǎn)生的力大于對(duì)應(yīng)于第二調(diào)節(jié)器腔室102b中的過程流體的力而引起感應(yīng)元件116移動(dòng)時(shí)，桿110打開調(diào)節(jié)器閥108，以增加通過調(diào)節(jié)器102的過程流體的流動(dòng)的量。當(dāng)來(lái)自緊靠感應(yīng)元件116的加載機(jī)構(gòu)114的力小于對(duì)應(yīng)于第二調(diào)節(jié)器腔室102b中的過程流體的力時(shí)，桿110關(guān)閉調(diào)節(jié)器閥108以限制通過調(diào)節(jié)器102的過程流體的流動(dòng)。桿110控制調(diào)節(jié)器閥108以在調(diào)節(jié)器出口 112維持由加載機(jī)構(gòu)114限定的恒定輸出壓力。
[0046]為了向調(diào)節(jié)器閥108提供熱量，輸入流體經(jīng)由渦流管入口 120a、120b進(jìn)入渦流管118，渦流產(chǎn)生在渦流管118中。渦流包括熱流體流，其溫度高于在渦流管入口 120a、120b的輸入流體的溫度。當(dāng)調(diào)節(jié)器閥108打開時(shí)，桿110定位渦流管閥124，使得熱流體流的一部分流出渦流管閥124。當(dāng)通過渦流管閥124時(shí)，熱流體流進(jìn)入設(shè)置在調(diào)節(jié)器本體104中并布置在渦流管118和熱流體出口 122之間的膨脹腔室128。在圖1中所示的裝置100中，膨脹腔室128鄰近第一調(diào)節(jié)器腔室102a布置在調(diào)節(jié)器本體104中。
[0047]密封件130布置在調(diào)節(jié)器102和膨脹腔室128之間。密封件130阻止通過第一調(diào)節(jié)器腔室102a流動(dòng)的過程流體與通過渦流管118流動(dòng)的輸入流體混合。密封件130可包括彈性體材料，以允許桿110在調(diào)節(jié)器102和渦流管118之間滑動(dòng)，從而控制調(diào)節(jié)器閥108和渦流管閥124的打開和關(guān)閉。例如，密封件130可包括彈性體O形環(huán)。
[0048]當(dāng)熱流體流流入膨脹腔室128時(shí)，熱量從熱流體流傳遞到第一調(diào)節(jié)器腔室102a中的過程流體。在示例性的裝置100中，熱量通過傳導(dǎo)來(lái)傳遞。特別地，熱量通過在調(diào)節(jié)器102和膨脹腔室128之間的接觸區(qū)域132傳遞。接觸區(qū)域132包括調(diào)節(jié)器102的表面134。表面134包括導(dǎo)熱材料，例如，具有高傳熱系數(shù)的金屬。在一些實(shí)施例中，表面134包括葉片，以增加表面134的表面面積并由此增加傳熱速率。當(dāng)熱量通過表面134傳導(dǎo)到流動(dòng)通過第一調(diào)節(jié)器腔室102a的過程流體時(shí)，過程流體被加熱。當(dāng)加熱的過程流體流動(dòng)穿過調(diào)節(jié)器閥108時(shí)，減少和/或阻止了水合物在調(diào)節(jié)器閥108的形成。
[0049]桿110還控制通過渦流管閥124的熱流體流的流動(dòng)的量，以相對(duì)于過程流體在調(diào)節(jié)器閥108的壓降的量值提供傳遞到過程流體的最大量的熱量。在確定相對(duì)于在調(diào)節(jié)器閥108發(fā)生的壓降的量值所傳遞到過程流體的熱量時(shí)，渦流管118中的渦流的流動(dòng)行為被考慮。特別地，熱流體流和冷流體流與流入渦流管118的輸入流體之間的溫度差和通過渦流管118的渦流流體的流動(dòng)可通過圖2的示例圖表來(lái)表示。圖2的圖表示出了流入渦流管的輸入流體與渦流的冷流體流和熱流體流之間的溫度差對(duì)比于通過渦流管的冷流體出口的冷流體流的整體流動(dòng)的百分比。
[0050]如圖2的圖表中所示，反比關(guān)系存在于渦流的熱流體流的溫度和經(jīng)由熱流體出口122流出渦流管118的熱流體流的流動(dòng)量。例如，當(dāng)通過冷出口的冷流體流的流動(dòng)包括總輸出流動(dòng)的大約80%以及因此通過熱出口的熱流體流的流動(dòng)包括總輸出流動(dòng)的大約20%時(shí)，熱流體流和輸入流體之間的溫度差為大約120° F。對(duì)于相同的流動(dòng)，冷流體流和輸入流體之間的溫度差為大約-60° Fo
[0051]圖2的圖表還示出了當(dāng)通過冷出口的冷流體流的流動(dòng)包括總輸出流動(dòng)的大約40%以及因此熱流體流包括總流動(dòng)的大約60%時(shí)，熱流體流和輸入流體之間的溫度差為大約40° F。對(duì)于相同的流動(dòng)，冷流體流和輸入流體之間的溫度差為大約-120° F。如圖2的圖表所示，熱流體流的增加的溫度對(duì)應(yīng)于通過渦流管的熱流體流的減小的輸出流動(dòng)。
[0052]在裝置100中，當(dāng)渦流管閥124幾乎關(guān)閉并且離開熱流體出口 122的熱流體流的流動(dòng)小于離開冷流體出口 126的冷流體流的流動(dòng)時(shí)，熱流體流的溫度如圖2的圖表中所示的根據(jù)渦流管的行為而增加。當(dāng)桿110響應(yīng)于調(diào)節(jié)器102上的增加需求而調(diào)整調(diào)節(jié)器閥108時(shí)，桿110還調(diào)整渦流管閥124以向調(diào)節(jié)器閥108提供增加的熱量，從而阻止由于在調(diào)節(jié)器閥108發(fā)生的增加的壓降而引起的結(jié)冰。
[0053]例如，響應(yīng)于調(diào)節(jié)器102上的增加需求，桿110打開調(diào)節(jié)器閥108，以增加通過調(diào)節(jié)器102的過程流體的流動(dòng)并在調(diào)節(jié)器出口 112維持恒定的過程流體輸出壓力。當(dāng)過程流體流動(dòng)穿過調(diào)節(jié)器閥108時(shí)，過程流體的壓力減小。當(dāng)過程流體的壓力減小時(shí)，在調(diào)節(jié)器閥108處形成水合物而發(fā)生結(jié)冰的風(fēng)險(xiǎn)由于增加的壓降而增加。
[0054]為了解決增加的結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)，桿110調(diào)整渦流管閥124，以相對(duì)于在調(diào)節(jié)器閥108處發(fā)生的壓降的量值向調(diào)節(jié)器閥108提供最大量的熱量。桿110定位渦流管閥124，使得穿過渦流管閥124的熱流體流的流動(dòng)小于經(jīng)由冷流體出口 126流出渦流管118的冷流體流的流動(dòng)。在該些實(shí)施例中，渦流管閥124處于部分或幾乎關(guān)閉位置。當(dāng)通過調(diào)節(jié)器102的過程流體的流動(dòng)由于調(diào)節(jié)器閥108的打開而增加時(shí)，通過渦流管閥124的熱流體流的流動(dòng)由于部分關(guān)閉渦流管閥124而減少。當(dāng)熱流體流的流動(dòng)減少時(shí)，渦流管118中的熱流體流的溫度增加。當(dāng)熱流體流流出渦流管118時(shí)，來(lái)自熱流體流的熱量被傳遞到調(diào)節(jié)器102中的過程流體。在示例性的裝置100中，熱量的傳遞通過在接觸區(qū)域132的傳導(dǎo)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0055]桿110控制調(diào)節(jié)器閥108和渦流管閥124以平衡通過調(diào)節(jié)器102的過程流體的流動(dòng)、熱流體流的溫度以及傳遞到調(diào)節(jié)器102的熱量。在達(dá)到該平衡的過程中，桿110用來(lái)維持恒定的調(diào)節(jié)器輸出壓力并阻止調(diào)節(jié)器閥108中水合物的形成。
[0056]在一些實(shí)施例中，裝置100包括布置在調(diào)節(jié)器本體104中并圍繞渦流管118的隔離件136。隔離件136減少了由于渦流管118中渦流的形成而產(chǎn)生的熱量向除了調(diào)節(jié)器102以外的環(huán)境的傳遞(例如，損耗)。在一些實(shí)施例中，隔離件包括吸聲材料，其將渦流管118中的渦流產(chǎn)生的聲能轉(zhuǎn)換成熱量。包括吸聲材料的隔離件136還可圍繞冷流體出口 126，以在冷流體流流出渦流管118時(shí)減小噪聲。隔離件136不限于裝置100，并可包含在這里公開的示例性裝置中。
[0057]在一些實(shí)施例中，板138布置在渦流管閥124和熱流體出口 122之間，以減小由于渦流管118中的渦流的形成而產(chǎn)生的噪聲。板138減弱經(jīng)由熱流體出口 122流出渦流管118的熱流體流的噴射。在一些實(shí)施例中，板138是穿孔的板。在一些實(shí)施例中，減聲板138附加地或替換地布置在冷流體出口 126中。板138布置在熱流體出口 122和/或冷流體出口126中，以不阻塞熱流體出口 122和/或冷流體出口 126。
[0058]圖3示出了用來(lái)向調(diào)節(jié)器閥提供熱量的第二示例性的裝置300。裝置300包括布置在調(diào)節(jié)器本體304中的渦流管118。當(dāng)輸入流體通過噴嘴121進(jìn)入渦流管入口 120a、120b并行進(jìn)通過渦流管118時(shí)，形成包括相對(duì)熱流體流和相對(duì)冷流體流的渦流。渦流管閥124調(diào)節(jié)流出渦流管118的熱流體流的流動(dòng)。冷流體流通過冷流體出口 126流出渦流管118。
[0059]在裝置300中，桿100控制調(diào)節(jié)器閥108和渦流管閥124。當(dāng)調(diào)節(jié)器閥108打開以例如增加通過調(diào)節(jié)器102的過程流體的流動(dòng)來(lái)維持恒定壓力輸出時(shí)，桿110定位渦流管閥124，使得熱流體流流出渦流管118并流入鄰近調(diào)節(jié)器102的表面134布置在本體304中的膨脹腔室128。表面134具有布置在其中的通道336a、336b，熱流體流通過通道336a、336b從膨脹腔室128流入第一調(diào)節(jié)器腔室102a。來(lái)自熱流體流的熱量通過熱流體流與第一調(diào)節(jié)器腔室102a中的過程流體混合而傳遞到過程流體。當(dāng)過程流體與熱流體流混合并穿過調(diào)節(jié)器閥108流入第二調(diào)節(jié)器腔室102b時(shí)，熱量被提供到調(diào)節(jié)器閥108以減少和/或阻止水合物的形成。
[0060]為了相對(duì)于調(diào)節(jié)器102上的需求而將最大量的熱量傳遞到調(diào)節(jié)器閥108，桿110如圖2中的示例圖表中表示的根據(jù)渦流管118的行為來(lái)控制渦流管閥124。例如，當(dāng)調(diào)節(jié)器閥108打開并且通過調(diào)節(jié)器102的過程流體的流動(dòng)增加時(shí)，桿110部分地封閉渦流管閥124，以經(jīng)由穿過通道336a、336b的熱流體流的流動(dòng)將熱量提供到調(diào)節(jié)器102。輸入流體和經(jīng)由部分封閉的渦流管閥124流出渦流管118的熱流體流之間的溫度差被最大化，以響應(yīng)于過程流體在調(diào)節(jié)器閥108的增加的壓降。
[0061]裝置300通過熱流體流與調(diào)節(jié)器102中的過程流體混合將熱量傳遞到調(diào)節(jié)器102。為了將傳遞到調(diào)節(jié)器102的熱量最大化，諸如限流閥等限流器338布置在過程流體入口 106中。當(dāng)過程流體進(jìn)入過程流體入口 106并流入第一調(diào)節(jié)器腔室102a時(shí)，限流器338提供壓降。限流器338通過減小過程流體的壓力幫助熱流體流與過程流體混合。在一些情形下，第一調(diào)節(jié)器腔室102a中的過程流體的壓力高于從渦流管閥124流出并通過通道336a、336b流動(dòng)的熱流體流的壓力。限流器338在過程流體入口 106提供壓降，以減小過程流體的壓力并幫助過程流體與熱流體流混合。在流動(dòng)通過限流器338以后，第一調(diào)節(jié)器腔室102a中的過程流體的壓力小于流動(dòng)通過渦流管118和通道336a、336b之后的熱流體流的壓力。通過熱流體流與過程流體混合，熱量隨著過程流體和熱流體流的混合物流動(dòng)穿過調(diào)節(jié)器閥108而提供到調(diào)節(jié)器閥108。
[0062]在一些實(shí)施例中，通道336a、336b包括其上具有孔的板。熱流體流通過穿孔的板流入第一調(diào)節(jié)器腔室102a。形成通道336a、336b的板的直徑基于當(dāng)熱流體流經(jīng)由渦流管閥124從渦流管118流入膨脹腔室128時(shí)熱流體流的壓降的量值來(lái)選擇。通道336a、336b的尺寸這樣選擇，使得當(dāng)熱流體流經(jīng)由通道336a和336b，通過渦流管閥124，并流入第一調(diào)節(jié)器腔室102a中時(shí)，熱流體流維持比過程流體更高的壓力。另外，盡管圖3示出了裝置300具有兩個(gè)通道336a、336b，但是裝置300可包括附加的或較少的通道。
[0063]圖4示出了用于將熱量傳遞到調(diào)節(jié)器閥的第三示例性的裝置400。裝置400包括布置在調(diào)節(jié)器本體404中的渦流管118。渦流管入口 420a、420b用作過程流體經(jīng)由本體404中的單個(gè)流動(dòng)通路流入渦流管118和調(diào)節(jié)器102的入口。過程流體通過噴嘴421流入渦流管入口 420a、420b并穿過渦流管118行進(jìn)，渦流形成在過程流體流入第一調(diào)節(jié)器腔室102a之前。渦流包括較熱部分的過程流體或熱過程流體流以及較冷部分的過程流體或冷過程流體流。
[0064]渦流管閥124控制流出渦流管118的熱過程流體的流動(dòng)。在流出渦流管118以后，熱過程流體流流入第一調(diào)節(jié)器腔室102a。在調(diào)節(jié)器102的操作中，熱過程流體流穿過調(diào)節(jié)器閥108流入第二調(diào)節(jié)器腔室102b并經(jīng)由調(diào)節(jié)器出口 112流出裝置400。在進(jìn)入調(diào)節(jié)器102之前流動(dòng)通過渦流管118的過程中，過程流體由于渦流管118中產(chǎn)生的渦流而被加熱。過程流體的加熱避免了由于流體壓力在調(diào)節(jié)器閥108降低而發(fā)生結(jié)冰的情形。
[0065]在裝置400中，渦流管入口 420a、420b用作向渦流管118和調(diào)節(jié)器102提供過程流體的入口。過程流體在進(jìn)入調(diào)節(jié)器102之前流動(dòng)通過渦流管118。因此，桿110控制渦流管閥124，以通過向調(diào)節(jié)器102傳遞熱量來(lái)平衡調(diào)節(jié)器102上的需求。具體地，桿110控制渦流管閥124，以向調(diào)節(jié)器102提供充足的熱過程流體流輸入，從而在調(diào)節(jié)器出口 112維持恒定壓力輸出。在調(diào)節(jié)渦流管閥124以向調(diào)節(jié)器102提供充足輸入的過程中，桿110還基于通過渦流管閥124的熱過程流體流的溫度和流動(dòng)量來(lái)控制提供到調(diào)節(jié)器102的熱量。
[0066]桿110平衡渦流管閥124的打開程度，以在熱過程流體流流出渦流管118時(shí)隨著熱過程流體流的溫度向調(diào)節(jié)器102提供充足的輸入。根據(jù)圖2的示例圖表中所示的渦流輸出流動(dòng)的行為，桿110定位渦流管閥124，使得流出渦流管閥124的熱過程流體流的溫度相對(duì)于為在調(diào)節(jié)器出口 112維持恒定輸出壓力所需的通過渦流管閥124的過程流體的流動(dòng)量而最大化。在裝置400中，桿110控制渦流管閥124，以向調(diào)節(jié)器102提供充足的輸入和充足熱量來(lái)阻止由于過程流體在調(diào)節(jié)器閥108的減少而引起的結(jié)冰。
[0067]另外，桿110控制調(diào)節(jié)器閥108和渦流閥124，以提供穿過裝置400的階段式壓降。當(dāng)熱過程流體流流動(dòng)通過調(diào)節(jié)器102時(shí)，通過減小在調(diào)節(jié)器閥108的壓降的量值，階段式壓降增加了裝置400的穩(wěn)定性。例如，當(dāng)桿110調(diào)節(jié)渦流管閥124以向調(diào)節(jié)器102提供足夠的熱過程流體流的流動(dòng)時(shí)，第一壓降發(fā)生在熱過程流體流流動(dòng)通過渦流管閥124并流入第一調(diào)節(jié)器腔室102a時(shí)。當(dāng)進(jìn)入第一調(diào)節(jié)器腔室102a時(shí)，熱過程流體流的壓力由于在渦流管閥124的第一壓降而減小。當(dāng)熱流體流流動(dòng)穿過調(diào)節(jié)器閥108時(shí)，在調(diào)節(jié)器閥108發(fā)生第二壓降。由于在流入第一調(diào)節(jié)器腔室102a之前，熱過程流體流的壓力在渦流管閥124減小，所以第二壓降的量值比熱過程流體流沒有遇到第一壓降要小。在渦流管閥124的第一壓降允許加載機(jī)構(gòu)114和感應(yīng)元件116的更小尺寸，以平衡對(duì)應(yīng)于加載機(jī)構(gòu)114和過程流體的力。因此，由于在調(diào)節(jié)器本體404中的兩個(gè)閥座處的階段式壓降，裝置400的穩(wěn)定性增加。
[0068]圖5是示例性裝置400的更詳細(xì)的第二操作圖。圖5示出了通過渦流管118的輸入過程流體442的流動(dòng)和桿110的行為。當(dāng)輸入過程流體442通過噴嘴421流入渦流管入口 420a、420b時(shí)，渦流444產(chǎn)生。渦流444包括相對(duì)熱的過程流體流444a和相對(duì)冷的過程流體流444b。
[0069]在圖5中所示的裝置400中，桿110響應(yīng)于調(diào)節(jié)器102上的需求來(lái)控制調(diào)節(jié)器閥108和渦流管閥124的打開和關(guān)閉，以維持壓力輸出并阻止結(jié)冰。隨著調(diào)節(jié)器上的需求增加，桿110打開調(diào)節(jié)器閥108。另外，桿110定位渦流管閥124，使得熱過程流體流444a和輸入過程流體442之間的溫度差相對(duì)于為在調(diào)節(jié)器出口 112維持恒定壓力輸出所需的通過裝置400的輸入過程流體442的流動(dòng)量而最大化。
[0070]當(dāng)調(diào)節(jié)器102上的需求減小時(shí)，桿110使調(diào)節(jié)器閥108關(guān)閉。在該些情形下，桿110將渦流管閥124移動(dòng)到更完全的打開位置，使得熱過程流體流444a和輸入過程流體442之間的溫度差比渦流管閥124部分關(guān)閉時(shí)更小。在裝置400的操作中，桿110基于調(diào)節(jié)器102上的需求連續(xù)地調(diào)整調(diào)節(jié)器閥108和渦流管閥124。
[0071]在裝置400中，冷流體流通過冷流體出口 126流出渦流管118。在一些實(shí)施例中，冷流體流流入例如位于示例性裝置400下游的管道。在一些實(shí)施例中，冷流體流444b是釋放到大氣中的氣體。另外，在示例性的裝置100和300中，冷流體流可另外以針對(duì)示例性的裝置400所描述的方式在流出冷流體出口 126時(shí)被限制或釋放。
[0072]在一些實(shí)施例中，解旋器446鄰近渦流管閥124布置在渦流管118中。解旋器446在熱過程流體流444a流動(dòng)穿過渦流管閥124之前使熱過程流體流444a變直。在使熱過程流體流444a變直的過程中，解旋器446幫助熱過程流體流444a與冷過程流體流444b分離。在分離熱過程流體流444a和冷過程流體流444b的過程中，當(dāng)熱過程流體流444a通過渦流管閥124流出渦流管118時(shí)，解旋器446提供增加的熱量輸出。解旋器446并不限于圖5中所示的示例性的裝置400。解旋器446還可實(shí)施在示例性的裝置100和示例性的裝置300中。用于分離熱過程流體流444a和冷過程流體流444b的其它機(jī)構(gòu)也可以實(shí)施在這里公開的示例性的裝置中。
[0073]圖6示出了示例性的裝置100具有用來(lái)控制渦流管閥124的杠桿650。杠桿650布置在調(diào)節(jié)器本體104中密封件130和渦流管118之間。杠桿650被連接到桿110，使得杠桿650調(diào)節(jié)渦流管閥124，以響應(yīng)于桿110由于來(lái)自加載機(jī)構(gòu)114的力而調(diào)整調(diào)節(jié)器閥108的行為。
[0074]在裝置100中，桿110打開調(diào)節(jié)器閥108以提供通過調(diào)節(jié)器102的過程流體的增加的流動(dòng)，從而在調(diào)節(jié)器出口 112維持恒定的壓力輸出。同時(shí)，杠桿650使得渦流管閥124部分關(guān)閉，以經(jīng)由渦流管118中產(chǎn)生的渦流的熱流體流向調(diào)節(jié)器閥傳遞熱量。例如，熱量可經(jīng)由調(diào)節(jié)器102和膨脹腔室128之間的接觸區(qū)域132通過傳導(dǎo)傳遞到調(diào)節(jié)器102。
[0075]在一些實(shí)施例中，渦流管118在調(diào)節(jié)器本體104中的位置相對(duì)于桿110和密封件130的位置偏斜。當(dāng)杠桿650控制渦流管閥124打開和關(guān)閉時(shí)，偏斜渦流管118的位置容許杠桿650的臂的運(yùn)動(dòng)。
[0076]杠桿650并不限于圖6中所示的示例性的裝置100。相反地，杠桿650可被實(shí)施，以通過如示例性的裝置300中的流體的混合或者通過如示例性的裝置400中的輸入流體的連續(xù)流動(dòng)來(lái)將熱量傳遞到調(diào)節(jié)器。另外，杠桿650可在除了圖6中所示的配置以外的實(shí)施中與桿110 —起配置。
[0077]根據(jù)前面所述，應(yīng)理解上面公開的示例性的裝置包括布置在一個(gè)本體中的調(diào)節(jié)器和渦流發(fā)生器，以調(diào)節(jié)壓力并提供熱量來(lái)減小或者阻止在調(diào)節(jié)器中的壓降位置發(fā)生可能妨礙調(diào)節(jié)器的性能的結(jié)冰情形。上面公開的實(shí)施例向調(diào)節(jié)器傳遞熱量，而不需要外部的加熱源，也不會(huì)有將外部的加熱源連接到調(diào)節(jié)器而引起的到環(huán)境的溫度損耗。熱量通過例如傳導(dǎo)、流體混合或者經(jīng)由渦流發(fā)生器和調(diào)節(jié)器的流體的連續(xù)流動(dòng)而有效地傳遞到調(diào)節(jié)器。另夕卜，除了壓縮流體，渦流發(fā)生器不需要任何其它源來(lái)產(chǎn)生熱量。在一些實(shí)施例中，提供到渦流發(fā)生器的壓縮流體可以與從調(diào)節(jié)器輸出的流體相同。
[0078]另外地，這里公開的示例性的裝置在調(diào)節(jié)器出口維持恒定的出口壓力。另外，上面公開的示例性的裝置提供了相對(duì)于調(diào)節(jié)器上的需求以及在調(diào)節(jié)器閥發(fā)生的對(duì)應(yīng)于增加的結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)的壓力降低量值的最大熱量傳遞到調(diào)節(jié)器。雙座單桿閥桿允許對(duì)調(diào)節(jié)器和渦流發(fā)生器的控制，以響應(yīng)于通過調(diào)節(jié)器的流動(dòng)的變化而實(shí)時(shí)調(diào)整供給到調(diào)節(jié)器的熱量。應(yīng)理解單桿通過向調(diào)節(jié)器傳遞熱量平衡了維持恒定輸出壓力所需的通過調(diào)節(jié)器的流動(dòng)的量，以避免由于調(diào)節(jié)器中流體的壓降而引起的結(jié)冰。
[0079]另外，通過在流體流出渦流發(fā)生器并流入調(diào)節(jié)器時(shí)提供第一壓降，階段式壓降增加了這里公開的示例性裝置的穩(wěn)定性。第一壓降減小了在調(diào)節(jié)器閥維持恒定的調(diào)節(jié)器壓力輸出所需的流體的壓降量值。階段式壓降允許較小的加載機(jī)構(gòu)和感應(yīng)元件用于示例性的裝置，而不需要犧牲調(diào)節(jié)器的穩(wěn)定性，同時(shí)避免了可能妨礙調(diào)節(jié)器性能的水合物的形成。
[0080]盡管這里已經(jīng)描述了某些示例性的方法、裝置和制造物品，但是本實(shí)用新型的覆蓋范圍并不限于此。相反地，本實(shí)用新型覆蓋了合理落入本實(shí)用新型的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有方法、裝置和制造物品。
【權(quán)利要求】
1.一種用于調(diào)節(jié)器熱量傳遞的裝置，其特征在于，包括: 調(diào)節(jié)器，其包括本體、布置在所述本體中的桿、第一入口和第一出口，所述調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)從所述第一入口流到所述第一出口的流體的壓力；以及 渦流發(fā)生器，其布置在所述本體中，所述渦流發(fā)生器將熱量傳輸?shù)剿稣{(diào)節(jié)器的閥，所述桿控制所述調(diào)節(jié)器和所述渦流發(fā)生器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述調(diào)節(jié)器和所述渦流發(fā)生器之間的接觸區(qū)域的尺寸與傳輸?shù)剿鲩y的熱量相關(guān)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括隔離所述渦流發(fā)生器和圍繞所述本體的周圍環(huán)境的隔離件。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述本體包括向所述渦流發(fā)生器提供壓縮流體的第二入口。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述本體包括第二出口和第三出口，所述第二出口將所述壓縮流體的第一部分傳輸離開所述渦流發(fā)生器，所述第三出口將所述壓縮流體的第二部分傳輸離開所述渦流發(fā)生器，所述壓縮流體的所述第一部分的溫度高于所述壓縮流體的所述第二部分的溫度。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，還包括用于控制所述壓縮流體的所述第一部分遠(yuǎn)離所述渦流發(fā)生器的流動(dòng)的第二閥。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，還包括布置在所述第一入口和所述第二閥之間的密封件。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，還包括布置在所述第二出口和所述第二閥之間以減小聲音到周圍環(huán)境的傳遞的穿孔板。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，還包括布置在密封件和所述第二閥之間以操作所述第二閥的杠桿，其中所述桿控制所述杠桿。10.一種用于調(diào)節(jié)器熱量傳遞的裝置，其特征在于，包括: 本體，其具有入口、出口以及布置在所述本體中的桿； 渦流發(fā)生器，其布置在所述本體中，所述渦流發(fā)生器用于加熱從所述入口流到所述出口的流體；以及 第一閥，其用于調(diào)節(jié)所述流體的壓力，所述桿控制所述第一閥和所述渦流發(fā)生器。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，還包括布置在所述渦流發(fā)生器中的解旋器。12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，還包括第二閥，所述第二閥控制由所述渦流發(fā)生器產(chǎn)生的加熱流體，所述加熱流體通過所述第二閥流入所述第一閥。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，還包括位于所述第一閥和所述第二閥之間的腔室。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述加熱流體通過所述第二閥的流動(dòng)與傳輸?shù)剿龅谝婚y的熱量相關(guān)。15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述本體還包括先導(dǎo)入口，所述第一閥調(diào)節(jié)從先導(dǎo)入口流到出口的第二流體的壓力。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，還包括布置在所述先導(dǎo)入口中的限流器，所述限流器減小通過所述先導(dǎo)入口流動(dòng)的所述第二流體的壓力。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，還包括將由所述渦流發(fā)生器產(chǎn)生的加熱流體傳輸?shù)剿鱿葘?dǎo)入口的通道。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述通道包括其中限定有孔的板。19.一種用于調(diào)節(jié)器熱量傳遞的裝置，其特征在于，包括: 壓力調(diào)節(jié)裝置，其調(diào)節(jié)流體的壓力；以及 加熱裝置，其加熱所述壓力調(diào)節(jié)裝置，所述壓力調(diào)節(jié)裝置和所述加熱裝置包括一個(gè)本體。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，還包括控制所述壓力調(diào)節(jié)裝置和所述加熱裝置的控制裝置，所述控制裝置使得所述加熱裝置相應(yīng)地響應(yīng)于所述壓力調(diào)節(jié)裝置。
【文檔編號(hào)】F16K49-00GK204267856SQ201420334579
【發(fā)明者】J·L·小格里芬, H·J·麥金尼 [申請(qǐng)人]艾默生過程管理調(diào)節(jié)技術(shù)公司