JP2003285005A - ライニング工法 - Google Patents

ライニング工法

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JP2003285005A
JP2003285005A JP2002090508A JP2002090508A JP2003285005A JP 2003285005 A JP2003285005 A JP 2003285005A JP 2002090508 A JP2002090508 A JP 2002090508A JP 2002090508 A JP2002090508 A JP 2002090508A JP 2003285005 A JP2003285005 A JP 2003285005A
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lining
temperature
crystalline resin
tubular object
resin
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Yoshio Yamazaki
吉夫 山崎
Koji Seki
宏治 關
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Azbil Corp
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Azbil Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】電磁流量計に現場で過酷な蒸気洗浄を行なった
場合、ライニング管が変形してしまうという問題を解消
する。 【解決手段】電磁流量計のライニング管を、その結晶性
樹脂のノーフロー温度近傍まで加熱し、一定時間その温
度を保持した後、一定の割合で徐冷するという再結晶処
理を施す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、電磁流量計におけ
る測定管内面に施されるライニング工法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、測定管内を流れる高温流体やスラ
リー流体などの導電性流体の流量を電気信号に変換して
測定する電磁流量計では、通常測定管を非磁性材からな
るステンレス等で形成し、その内壁面および両端面にテ
トラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエ
ーテル共重合体(PFA樹脂)などの結晶性樹脂からな
るライニング処理を実施し、計測する流体に対する耐腐
食性、耐摩耗性を向上させ、測定管内壁面および両端面
を補強するとともに、電気的絶縁性等を確保している。
【0003】図1は上述の一般的な電磁流量計の断面図
である。同図について概略を説明すると、1は接続用フ
ランジ2を有する測定管で、この測定管1の内壁1aお
よびフランジ端面2aにPFA樹脂等のライニング3が
施されている。この測定管1の外周面4すなわち両フラ
ンジ2間に形成された空間部5に、管内の被測定流体の
流れ方向と直角に磁束を形成する一対の励磁コイル6
が、これを内包するコア7を介し互いに対向して取り付
けられている。また、測定管1の軸線方向中央部には、
一対の電極8(一方のみ図示)が管内の被測定流体の流
れ方向および前記励磁コイル7で形成される磁束の方向
に直行する位置に設けられ、被測定流体の各点に発生し
た起電力を検出するように構成されている。
【0004】この際、流体が管路に不連続に流されたよ
うな場合に、管路内の流体は負圧になることがある。ま
た場合によっては、常時負圧の流体が流されることがあ
る。このような場合、ライニングが負圧によって変形ま
たは剥離すると、内径が変化してしまうため、流体の流
路断面積が小さくなることにより実際の流量と測定値と
の間に誤差が生じたり、局所的な内径の変化により管内
の流速分布が不均一になり正確な平均流速を検出できな
くなるため、測定誤差が生じてしまう。そこで、ライニ
ングが負圧によって測定管から剥離することを防止する
ために、補強管をライニング内部に埋め込む構造が採用
される場合が多く、これにより機械的強度を高め、ライ
ニングの変形、特に内径の変化を防ぐ対策を行なってい
る。
【0005】図2は、この補強管を埋め込んだ場合の電
磁流量計の断面図であり、図1と同一の符号は同じもの
を示している。ここで、9がステンレス材等の非磁性体
で形成された補強管で、前記内壁1aおよびフランジ端
面2aに施されたライニング3に埋設されており、これ
によって測定管1は補強され、ライニング3と測定管内
壁1aおよびフランジ端面2aとの密着部分が剥離する
ことを防止している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】電磁流量計の使用環境
は極めて苛酷であり、特に食品、薬品等の分野において
(洗浄、殺菌、菌繁殖の防止等、いわゆるサニテーショ
ン(衛生)が要求されるプラントにおいて)は、通常高
温蒸気による洗浄が定期的に実施される。長時間または
長期間にわたる繰り返しの蒸気洗浄により、ライニング
部を形成するPFA内部に蒸気が浸透、凝集すること
で、ライニング内部もしくはライニングと測定管の間に
水泡が発生することがある。このためライニング内径が
変形してしまい、測定管の内側断面積および流体流速で
求められる流量計である電磁流量計では、測定精度に影
響を及ぼしてしまうという問題がある。
【0007】図3はライニング材に補強管が入っていな
い場合(図1の電磁流量計)の要部断面図、図4はライ
ニング材に補強管を内在させた場合(図2の電磁流量
計)の要部断面図を示している。つまり、これら図3,
図4は、前記水泡による変形が起こる前の状態を示して
いる。また、図5,図6は、それぞれ図3,図4におい
て長時間の蒸気洗浄を行なった場合の洗浄後(前記水泡
による変形が起こった場合)の状態を示している。図
中、11は洗浄蒸気、12は水泡であり、その他、図1
と同一の符号は同じものを示している。
【0008】上記水泡がなぜ発生するのか、ということ
を、樹脂の結晶構造とともに説明する。図7は、結晶性
樹脂の結晶構造を示すイメージ図である。
【0009】通常、PFAなどの結晶性樹脂は金属と異
なり、全体が結晶構造を持つのではなく、図7に示すよ
うに一部分が結晶構造をとり、残りは非結晶構造をとっ
ている。図中、21は結晶部、22は非結晶部、23は
水蒸気である。結晶部では、樹脂の分子が規則的に配列
しているため、水蒸気化した水分子も透過することがで
きないが、非結晶部では、温度が上昇するに従って分子
運動が活発になり、見かけ上の「隙間」が大きくなるこ
とで水蒸気の透過が始まってしまう。水泡は、透過途中
の水蒸気分子がライニング中で冷やされ、凝固したもの
が集合することで発生するのである。
【0010】図5,図6から明らかなように、この水泡
による影響は、ライニング材に補強管を内在させる構造
を採用しても、補強管より内面で水泡が発生する場合も
あるので、完全に防止することは不可能である。
【0011】本発明の目的は、上述した従来の技術が有
する問題点を解消し、現場で苛酷な蒸気洗浄を行なって
も変形しないライニング管を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項1に記載の発明は、管状物体の内周面
および両端面に結晶性樹脂を形成し、その管状物体の全
体もしくは一部を結晶性樹脂に固有な物性値であるノー
フロー温度近傍まで加熱し、一定時間、同温度を保持し
た後、一定な割合で徐冷することにより、結晶性樹脂部
の未結晶部を結晶化させる再結晶処理の工法である。請
求項2に記載の発明は、上記請求項1に記載の発明にお
いて、管状物体を電磁流量計の測定管としたものであ
る。請求項3に記載の発明は、上記請求項1の発明にお
いて、結晶性樹脂をテトラフルオロエチレン−パーフル
オロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)とした
ものである。
【0013】請求項4に記載の発明は、管状物体の内周
面および両端面に結晶性樹脂を形成する際、管状物体の
全体もしくは一部を前記結晶性樹脂に固有な物性値であ
るノーフロー温度近傍まで加熱し、一定時間前記温度を
保持した後、一定の割合で徐冷することにより、前記結
晶性樹脂を結晶化させる結晶処理の工法である。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
き詳細に説明する。図8は、PFAの温度物性値を示し
ている。
【0015】ここで、融点とは、結晶が溶け始める温度
のことであり、ガラス転移点とは、融点以下の温度で温
度を徐々に上げていくと、結晶や高凝集部はそのままで
一部の結合がゆるみ、セグメントとして分子の一部が運
動可能となるとともに、比容積、屈折率、熱膨張係数お
よび力学的性質が急に変化する温度のことである。ま
た、ノーフロー温度(NO−FLOW温度)とは、成形
樹脂に50Mpaの圧力を印加したときに流動性が失わ
れる温度である。このガラス転移点とノーフロー温度と
の関係は樹脂によって異なるが、どちらも融点より低い
温度である。
【0016】従来技術で説明したとおり、非結晶部では
温度が上昇するに従って分子運動が活発になり、見かけ
上の隙間が大きくなることで水蒸気の透過が始まってし
まう。そこで、結晶部は溶解させずに、非結晶部のみ再
結晶させることにより、非結晶部の結晶化度(結晶にな
っている割合)を向上させるため、以下のように再結晶
処理を行う。
【0017】まず、再結晶処理における温度、つまり、
再加熱温度は、PFA樹脂のノーフロー温度から設定す
ることができる。図8に示すとおり、PFA樹脂のノー
フロー温度は280〜285℃の間に存在する。よっ
て、再加熱温度をこの間に設定すれば、結晶部は形状変
化しないので、大きな形状変化を伴わずに非結晶部のみ
再結晶させることができる。
【0018】図9は、再結晶処理条件の一例である。こ
こでは、再加熱温度は285℃とし、この温度で60分
間加熱し、285℃から250℃まで下げるのに60分
間かけて徐冷している。そこから先は、室温まで自然冷
却するものとする。こうして再結晶処理した結果を、図
10,図11に示す。
【0019】図10は、三井・デュポン フロロケミカ
ル株式会社の型番「450HP−J」というPFA樹脂
について、ライニング成形しただけの無処理のもの、ラ
イニング成形後1回再結晶処理をしたもの、ライニング
成形後2回再結晶処理をしたもの、という3種類の結晶
化度を比重測定から算出した結果の比較表である。ま
た、図11は、同じく三井・デュポン フロロケミカル
株式会社の型番「451HP−J」というPFA樹脂に
ついて、上記同様3種類の結晶化度を比重測定から算出
した結果の比較表である。
【0020】ここで、通常のライニング成形方法につい
て説明する。ライニング成形方法にはいくつか種類があ
るが、一般には金型に管体を組み込み、ライニングを成
形したい空間に溶融した結晶性樹脂を圧力を加えて押し
込む射出成形法が用いられている。
【0021】つまり、図10,図11において、ライニ
ング成形しただけの無処理のものとは、上記のように金
型に管体を組み込み、ライニングを成形したい空間に溶
融した結晶性樹脂を圧力を加えて押し込んだ後、約20
0℃において型からはずし、室温で自然冷却したものの
ことであり、1回再結晶処理をしたものとは、その後、
図9の条件で再結晶処理を施したもののことである。ま
た、2回再結晶処理をしたものとは、1回目の再結晶処
理終了後、室温まで下げ、もう一度図9の条件で再結晶
処理を施したもののことである。
【0022】図10,図11によると、再結晶の効果と
して、結晶化度が4%程度向上しているが、この4%と
いう数字により具体的にどれくらいの違いや効果がある
かを、図12,図13を用いて説明する。
【0023】図12は、ライニング処理した電磁流量計
が苛酷な使用環境におかれている、という状況を作るた
め、電磁流量計(補強管あり)を蒸気温度160℃に2
時間さらしてから冷水(約15℃)に1時間さらす、と
いうサイクルを100回行うことにより、現場で何度も
蒸気洗浄されたのと同じ状態を作り出し、再結晶処理を
施した場合と施してない場合とで、水泡の大きさと数に
どのような変化があったかを比較した表である。この表
から明らかなように、再結晶処理を施したものは、水泡
の大きさも小さくなっており、水泡の数としては約20
個から約10個に減少している。つまり、水泡の数は約
半分にまで減少させることができたということを示して
いる。
【0024】図13は、再結晶処理によってライニング
中の球晶がどのように変化するかを示す図である。ライ
ニング内面は、通常、金型に形成された転写面を樹脂に
転写することにより形成されている。この場合、ライニ
ング成形時においてその内面側は、測定管側と比較して
溶融樹脂の凝固時の冷却速度が速くなる傾向がある。こ
れにより、内面側の球晶直径は測定管側よりも小さくな
り、結晶化度は低くなるため、内面側からライニング内
部への蒸気の浸入は容易である。しかし、これを再結晶
処理することにより、ライニング内面側表層の球晶直径
を大きくすることができ、結晶化度を増加させることが
できるため、蒸気の浸入を防ぐことができるのである。
【0025】以上ように、全体としては4%というわず
かな結晶化度の増加でも、再結晶処理により、蒸気の浸
透が大幅に防止できるという効果がある。
【0026】なお、今回は図9の条件、つまり、再結晶
温度285℃で1時間加熱し、285℃から250℃ま
で下げるのに1時間かけて徐冷する、という条件で再結
晶処理を行ったが、冷却速度が遅いほど結晶化度に対す
る効果が大きくなるので、徐冷時間は上記条件以外であ
っても構わないことは、言うまでもない。
【0027】また、ライニング材としての結晶性樹脂と
しては、PFAだけでなく、テトラフルオロエチレン−
エチレン共重合体(ETFE),テトラフルオロエチレ
ン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP),ポ
リエチレン(PE),ポリプロピレン(PP),ポリフ
ェニレン・サルファイド(PPS),液晶性ポリマー
(LCP)などを使用してもよい。
【0028】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、PFAライニング成形後に、PFA再結晶温
度まで徐熱および徐冷することで、結晶部は溶解させず
に、非結晶部のみ再結晶させることができるので、PF
Aの結晶化度を大幅に向上させることができ、蒸気のP
FAライニングへの浸透を防ぐことができる、という効
果を有している。
【0029】また、ライニングは通常、経年変化により
微小な変形を起こし、電磁流量計の出力シフトを引き起
こすものだが、本発明により、ライニング成形時にでき
た残留応力を取り除くことができ、ライニングの経年変
化による収縮を防ぐことができる、という効果も有して
いる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ライニングが施された電磁流量計の断面図
【図2】ライニングが施され、その中に補強管を埋設し
た電磁流量計の断面図
【図3】図1の電磁流量計の要部断面図
【図4】図2の電磁流量計の要部断面図
【図5】図3においてライニング変形時の状態を示す図
【図6】図4においてライニング変形時の状態を示す図
【図7】樹脂の結晶構造を示すイメージ図
【図8】PFA樹脂の温度物性値の表
【図9】再結晶条件の一例を示す図
【図10】PFA樹脂(450H−J)の結晶化度の比
較表
【図11】PFA樹脂(451H−J)の結晶化度の比
較表
【図12】再結晶処理あり/なしによる水泡の大きさ・
数量の比較表
【図13】再結晶処理をする前のライニング内部の球晶
の状態を示す図
【図14】再結晶処理をした後のライニング内部の球晶
の状態を示す図
【符号の説明】
1 測定管 1a 測定管の内
壁 2 フランジ 2a フランジ端
面 3 ライニング 4 測定間の外
周面 5 フランジ間の空間部 6 励磁コイル 7 コア 8 電極 9 補強管 11 洗浄蒸気 12 水泡 21 結晶部 22 非結晶部 23 水蒸気 31 球晶

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】管状物体の内周面および両端面に結晶性樹
    脂を形成し、前記管状物体の全体もしくは一部を前記結
    晶性樹脂に固有な物性値であるノーフロー温度近傍まで
    加熱し、一定時間前記温度を保持した後、一定の割合で
    徐冷することにより、前記結晶性樹脂部の未結晶部を結
    晶化させる再結晶処理を特徴とする工法。
  2. 【請求項2】請求項1において、管状物体を電磁流量計
    の測定管とすることを特徴とする工法。
  3. 【請求項3】請求項1において、結晶性樹脂をテトラフ
    ルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル
    共重合体(PFA)とすることを特徴とする工法。
  4. 【請求項4】管状物体の内周面および両端面に結晶性樹
    脂を形成する際、管状物体の全体もしくは一部を前記結
    晶性樹脂に固有な物性値であるノーフロー温度近傍まで
    加熱し、一定時間前記温度を保持した後、一定の割合で
    徐冷することにより、前記結晶性樹脂を結晶化させる結
    晶処理を特徴とする工法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016516608A (ja) * 2013-03-05 2016-06-09 ザ ケマーズ カンパニー エフシー リミテッド ライアビリティ カンパニー 金属に対するフルオロポリマの粘着性

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