JP2007511779A - 流量センサー管組立体 - Google Patents

Abstract

【解決手段】流量センサーッセンブリは、第１及び第２の略反対の側を有する基部部材を含んでいる。開口部は基部部材を貫通して伸張しており、流量センサー管の端部はこの開口部の中に入っている。溶加材は、管を基部部材に取り付けるために、開口部の中に、基部部材の第１側に隣接する流量センサー管を取り囲んで配置される。流量センサー管は、基部部材に、基部部材の第２側に隣接して溶接される。
【選択図】図４

Description

本発明は、概括的には管接続に、より具体的には、流れ測定管を基部部材に接続することに関する。

流体の流れの測定及び制御は、プロセス工業では極めて重要である。多くの製造工程では、流体の吐出量に厳密な精度と反復性を必要としているで、処理流体の質量流量を正確に測定し、制御することが求められる。質量流量を測定するには、様々な技術が知られている。例えば、コリオリ力の効果に基づく質量流量の測定は、質量流量を直接測定することになる。典型的なコリオリ力流量センサーでは、流れ感知管を通って流体の流れが確立されることになるが、その流れ感知管を振動させる。管は、１つ又は複数のループ形状であることが多い。ループは、質量流量ベクトルが、ループの異なる部分で反対方向に向くような形状になっている。管のループは、例えば、「Ｕ字」型、長方形、三角形又は「デルタ」型、又はコイル状である。真っ直ぐな管という特別な場合、質量流量ベクトルは単一の方向にあるが、管のアンカーポイントと一致する２つの同時角速度ベクトルがある。

振動システムでは回転方向が変化するので、角速度ベクトルは方向が変化する。その結果、何れの所与の時間でも、コリオリの力は、反対方向に作用し、質量流量ベクトル又は角速度ベクトルが反対方向に向けられる。角速度ベクトルは、振動システムによって絶えず変化しているので、コリオリの力も、絶えず変化している。その結果、管の振動運動の頂部に、力学的なねじれ運動が加えられる。ねじれの強さは、所与の角速度に対する質量流量に比例している。

熱式質量流量計測器は、流体ストリームの一部が流れ感知管を通るようにすることによって流量を測定する。熱は感知管の中間に加えられ、温度センサーは、加熱器の両側に配置されている。各温度センサーは、それぞれ場所で流体の温度を測定する。第１温度センサーは、加熱器の上流の温度を測定する。第２温度センサーは、加熱器の下流で温度を測定し、加熱器によって加熱された流体に対応する温度を反映させる。加熱器の各側の流体の温度差は、質量流量に比例している。

そのような流量測定装置の流量感知管は、通常、基部部材に、通常、管の入口端及び出口端又はその付近で接続されている。信頼性のある作動状態とするため、管の接続部はしっかりしていて漏れの無いものでなければならない。通常、流れ管は、基部部材にロウ付けされる。ロウ付けは、しっかりした漏れの無い接続部を作り出すが、管の材料に比べると耐腐蝕性が劣る。溶接は、好ましい接合技術である。しかしながら、既知の製造工程及び許容差では、特に、非常に小さな流量感知管を必要とする低流量の用途では、満足できる溶接管接続継手を実現するのが困難なことが多い。

本発明は、先行技術に付帯する欠点に取り組んでいる。

本開示の或る態様では、流量センサー管組立体は、第１及び第２の略反対の側を有する基部部材を含んでいる。開口部は、基部部材を貫通して伸張しており、流量センサー管の端部がこの開口部の中に入っている。管を基部部材に取り付けるため、開口部の中に、基部部材の第１側に隣接する流量センサー管を取り囲んで溶加材が配置されている。ロウ付け作業をやり易くするため、基部部材の第１側に、開口部を取り囲んで溝が画定され、開口部に隣接して隆起したボスを形成している。流量センサー管は、基部部材に、基部部材の第２側に隣接して溶接されている。溶接を改良されたものとするために、代表的な実施形態では、溶接される部分同士の肉厚を上手く一致させるため、基部部材の第２側によってニップルが画定されている。更に、ニップルは、開口部と流量センサー管の間の間隙を無くすため、流量センサー管の回りに形成される。

第２開口部は、流量センサー管の反対側の端部を受け入れるために設けられている。管のこの端部は、第１端部と同じ様式で基部部材に接続されており、第２開口部の中に、基部部材の第１側に隣接する流量センサー管を取り囲んで溶加材が配置され、流量センサー管の第２端部は、基部部材に、基部部材の第２側に隣接して溶接されている。

更に、管の端部を、基部部材を貫通して伸張している開口部に挿入する段階を含む、管を基部部材に取り付ける方法も、開示されている。管を基部部材に接続するため、開口部の中に、基部部材の第１側に隣接する管の回りに溶加材が配置されている。更に、管は、基部部材に、基部部材の第２側に隣接して、溶接されている。基部部材の第２側は、開口部と管の間の間隙を無くすため、管に合わせて形成される。或る実施形態では、基部部材によって画定された円錐形のニップルが、開口部と管の間の隙間を無くすため、間隙調整器、すなわちスエージ(swage)を使って形成される。

本発明のその他の目的及び利点は、以下の詳細な説明を読み、図面を参照すれば明白になるであろう。

本発明は、様々な修正及び代替形態の余地があるので、その具体的な実施形態を、例を挙げて図面に示し、本明細書に詳しく説明する。しかしながら、具体的な実施形態の本明細書の説明は、本発明を、開示している具体的な形態に限定する意図はなく、反対に、その意図は、特許請求項の範囲に定義している本発明の精神及び範囲内に含まれる全ての修正、等価物及び代替案を包含することである。

本発明の例証的実施形態を以下に説明する。分かり易くするため、本明細書では、実際の実施例の全ての特徴を説明することはしない。勿論、そのような実際の実施形態の開発では、システム関連及びビジネス関連の制約との整合取りのような、開発者の具体的な目標を実現するため、多くの実施例固有の決定を行わなければならず、それが具体的な実施例毎に変わることは、理解頂けよう。更に、そのような開発の努力は複雑で時間が掛かるが、それでも、この開示の恩典を享受する当業者には日常的に請け負える仕事であることも、理解頂けよう。

図１は、コリオリに基づく質量流量センサーの一部分を概念的に示している。簡単にするため、開示部分は、コリオリ質量流量測定装置で実施されているように表しているが、本開示は、安全な流体密な管接続を要する他の装置にも適用することができる。例えば、開示されている概念を、熱式質量流量測定装置のような他の流量測定装置に適用することは、本開示の恩典を享受する当業者には日常的に請け負える仕事であろう。

図１に示しているコリオリ質量流量センサー１０は、流量センサー管１２を含んでおり、管１２を振動させるため、装置１４が管に取り付けられている。コリオリ力による管１０内のねじれを測定するために、ピックオフ装置１６が管１０に取り付けられている。流量センサー管１０の両端は、装置の入口及び出口接続部部が入っている基部ハウジング１８の中に配置された基部部材に取り付けられている。図１に示している代表的な流量センサー管１０は、ほぼ「Ｕ」字型をしているが、デルタ形、長方形、コイル状又は真っ直ぐな管のような他の形状でもよい。

図２は、本発明の或る態様による代表的な流量センサー管組立体１００の分解斜視図である。センサー管組立体１００は、基部部材１１０と流量センサー管１１２を含んでいる。基部部材１１０は、基部部材を貫通して伸張し、流量センサー管１１２の端部が入る開口部１１４を有している。一般的に、流量センサー管１１２の一方の端部は入口で、反対側の端部は出口であり、流量センサー管１１２の中に流体の流れを確立して流量を測定できるようになっている。図３は、流量センサー管組立体１００の、流量センサー管１１２の両端部が開口部１１４内に入った状態を示している。

図４は、基部部材１１０の開口部１１４の中に入り込んだ流量センサー管１１２の端部を示す断面図である。管１１２を基部部材に、基部部材１１０の第１又は上側に隣接して取り付けるために、開口部１１４の中に、基部部材１１０の第１側（図４では上側）に隣接する流量センサー管１１２を取り囲んで、溶加材１２０が配置されている。或る代表的な実施形態では、基部部材１１０の上側に隣接してロウ付け接続を行うため、低温合金材料が用いられている。銀ロウ合金は、ロウ付け継手に適した溶加材である。別の実施形態では、流量センサー管１１２を基部部材１１０の第１側に隣接して取り付けるため、溶加材として、半田、又はエポキシのような接着剤が用いられている。

流量センサー管１１２は、更に、第２側（図４では下側）で、第２継手部１２２によって基部部材１１０に接続され、ここでは基部部材１１０に溶接されている。流量センサー管１１２は、基部部材１１０に二重の継手部で取り付けられ、安全な漏れの無い取り付けを構成している。溶接取り付け１２２は流体シールを形成し、ロウ付け継手１２０は構造的な取り付け部を形成している。

或る代表的な実施形態では、開口部１１４は、それぞれ第１及び第２の直径を画定する２つの区画１１４ａと１１４ｂを有している。第１区画１１４ａの直径は、第２区画１１４ｂの直径よりも大きく、管１１２の回りに半径方向の間隙が形成され、溶加材１２０用の空間を形成している。ロウ付け溶加材を使用する或る実施形態では、ロウ付け継手を行うために誘導加熱を用いているが、これは、誘導加熱は、適切に局所加熱を行えるので管１１２に悪影響を及ぼさないからである。ロウ付け処理をやり易くするために、基部部材１１０の上側に円形の溝１５０を画定し、ロウ付け継手を行うための誘導加熱器具を配置できるようにする隆起したボス１５２を作り出している。

溶接するときには、溶接する２つの部分の厚さを一致させることが望ましい。非常に小さい管を使う低流量の場合は特に、基部部材１１０は、通常、管１１２より相当に厚い。基部部材１１０の厚さ対管１１２の壁に関してプレートの厚さをできるだけ一致させるために、基部部材１１０の底にニップル１３０が形成されている。図５は、基部部材１１０の底面斜視部で、基部部材１１０に形成されたニップル１３０を示している。

或る代表的な流れ管組立体では、基部部材１１０の厚さは約０．８３８ｃｍ（０．３３０インチ）で、流量センサー管１１２の壁の厚さは約０．００２５ｃｍ（０．００１インチ）である。この代表的な実施形態では、ニップル１３０の端部は、約０．００２５ｃｍ（０．００１インチ）（管壁の厚さと同じ）まで先細になっており、そこで溶接が行われる。

溶接される部品の厚さを一致させることに加え、溶接部品の間の間隙を部品の厚さの約１０％まで減らすことが望ましい。第２区画１１４ｂと管１１２の直径の間の製造許容差により、流量センサー管１１２と基部部材１１０の間に必要な密接な接触を実現して、安定した溶接と流体密な継手を実現することが困難になる。上に述べた、管１１２の壁の厚さが０．００２５ｃｍ（０．００１インチ）の代表的な実施形態の場合、許容可能な間隙は０．０００１インチである。しかしながら、流量センサー管１１２の外径の通常の許容差は、±０．０００５１ｃｍ（０．０００２インチ）であり、その結果、許容不可能な０．００１０２ｃｍ（０．０００４インチ）の間隙が生じかねない。

製造許容差にかかわらず密接な接触を実現するために、管１１２を開口部１１４に挿入した後で、基部部材１１０は、管１１２と開口部１１４の第２区画１１４ａとの間の間隙を取り除くため、形成される。図４に示しているように、開口部１１４の第２区画１１４ｂの一部分は、ニップル１３０内に位置している。或る代表的な実施形態では、開口部１１４と流量センサー管１１２の間に存在し得る間隙を閉じるため、隙間調整器、すなわちスエージ１４０が、制御された力でニップル１３０に押し付けられる。図６は、或る代表的な管組立体で、基部部材１１０を管１１２の回りに形成するスエージ加工を概念的に示している。図６は、基部部材１１０をひっくり返して示しているので、基部部材１１０の下側に形成されているニップル１３０は、図では先が上向きに尖っている。図示の実施形態では、ニップル１３０は略円錐で、傾斜は約６２°である。隙間調整器１４０は、傾斜１４２が約６０°なので、隙間調整器１４０に力を掛けるとニップル１４０と干渉し、開口部１１４を管１１２の回りにスエージ加工し、両者の間の隙間を取り除く。

図７と図８では、管の位置／溶接形状が幾らか異なっている。図７では、管１１４は、管１１４の端部がニップル１３０とほぼ面一になるように位置している。この状態では、溶接は、基部部材１１０に直角に行われる。図８では、管１１４は、基部部材１１０から突き出ている。この状態では、溶接は、或る角度で行われる。

上に開示した具体的な実施形態は、分かり易く説明することだけを目的としており、本発明は、ここに教示したことの恩典を享受する当業者には明白なように、異なってはいても等価な様式で修正を加え実施することができる。更に、特許請求の範囲に記載していることを除き、ここに示している構造又は設計の詳細事項に限定する意図はない。従って、上に開示している具体的な実施形態は変更又は修正することができ、そのような全ての変更も、本発明の範囲及び精神に含まれることは明白である。従って、ここに要求する保護は、特許請求の範囲に述べるとおりである。

質量流量測定装置の一部分を示すブロック図である。 本発明の或る態様による、管組立体の分解斜視図である。 図２に示している管組立体の組み立て斜視図である。 図２及び図３に示している管組立体の一部分を示す断面図である。 図２及び図３に示している管組立体の基部部材の底面図である。 ここに開示している管組立体の隙間調整器と関係部分を概念的に示す断面図である。 基部部材に対する代表的な管の配置を示す管組立体の断面図である。 基部部材に対する代表的な管の配置を示す管組立体の断面図である。

Claims (21)

1. 流量センサー管組立体において、
   第１及び第２の略反対の側を有する基部部材と、
   前記基部部材を貫通して伸張している開口部と、
   前記開口部に入っている端部を有する流量センサー管と、
   前記開口部の中に、前記基部部材の前記第１側に隣接する前記流量センサー管を取り囲んで配置されている溶加材と、を備えており、
   前記流量センサー管は、前記基部部材に、前記基部部材の前記第２側に隣接して溶接されている、流量センサー管組立体。
2. 前記開口部は、それぞれ第１及び第２の直径を画定する第１及び第２の区画を有しており、前記第１直径は前記第２直径より大きい、請求項１に記載の流量センサー管組立体。
3. 前記溶加材は、前記開口部の前記第１区画の中に、前記流量センサー管を取り囲んで配置されている、請求項２に記載の流量センサー管組立体。
4. 前記基部部材の前記第２側によって画定されているニップルを更に備えている、請求項１に記載の流量センサー管組立体。
5. 前記基部部材の前記第２側によって画定されているニップルを更に備えており、前記開口部の前記第２区画は、少なくとも部分的には前記ニップルの中に位置している、請求項２に記載の流量センサー管組立体。
6. 前記開口部に隣接する前記基部部材の前記第２側は、前記開口部と前記流量センサー管の間の間隙を無くすため、前記流量センサー管の回りに形成されている、請求項１に記載の流量センサー管組立体。
7. 前記ニップルは、前記開口部と前記流量センサー管の間の間隙を無くすため、前記流量センサー管の回りに形成されている、請求項４に記載の流量センサー管組立体。
8. 前記流量センサー管の一部分は、前記基部部材の前記第２側から伸張している、請求項１に記載の流量センサー管組立体。
9. 前記基部部材を貫通して伸張している第２開口部と、
   前記第２開口部に入っている前記流量センサー管の第２端部と、
   前記第２開口部の中に、前記基部部材の前記第１側に隣接する前記流量センサー管を取り囲んで配置されている溶加材と、を更に備えており、
   前記流量センサー管の前記第２端部は、前記基部部材に、前記基部部材の前記第２側に隣接して溶接されている、請求項１に記載の流量センサー管組立体。
10. 前記基部部材の前記第１側に前記開口部を取り囲んで画定され、前記開口部に隣接する隆起したボスを作り出している溝を更に備えている、請求項１に記載の流量センサー管組立体。
11. 前記溶加材はロウ付け材料を含んでいる、請求項１に記載の流量センサー管組立体。
12. 前記溶加材は半田を含んでいる、請求項１に記載の流量センサー管組立体。
13. 前記溶加材はエポキシを含んでいる、請求項１に記載の流量センサー管組立体。
14. 管を基部部材に取り付ける方法において、
    前記管の端部を、前記基部部材を貫通して伸張している開口部に挿入する段階と、
    溶加材を、前記開口部内の前記管の回りに、前記基部部材の第１側に隣接して配置する段階と、
    前記管を前記基部部材に、前記基部部材の第２側に隣接して溶接する段階とを備える方法。
15. 前記開口部は、それぞれ第１及び第２の直径を画定する第１及び第２の区画を有しており、前記第１直径は前記第２直径より大きく、前記溶加材を配置する前記段階は、前記溶加材を、前記開口部の前記第１区画の中の前記管の回りに配置する段階を含んでいる、請求項１４に記載の方法。
16. 前記基部部材の前記第２側を前記管に合わせてスエージ加工する段階を更に含んでいる、請求項１４に記載の方法。
17. 前記基部部材の前記第２側をスエージ加工する段階は、前記基部部材の前記第２側から伸張しているニップルを前記管に合わせてスエージ加工する段階を含んでいる、請求項１６に記載の方法。
18. 前記管は、前記管の一部分が前記基部部材の第２側から伸張するように、前記開口部に挿入されている、請求項１４に記載の方法。
19. 前記管の第２端部を、前記基部部材を貫通して伸張している第２開口部に挿入する段階と、
    溶加材を、前記第２開口部内の前記管の前記第２端部の回りに、前記基部部材の前記第１側に隣接して配置する段階と、
    前記管の前記第２端部を前記基部部材に、前記基部部材の前記第２側に隣接して溶接する段階と、を更に含んでいる、請求項１４に記載の方法。
20. 前記溶加材はロウ付け材料を含んでおり、前記方法は、前記開口部内に配置されている前記ロウ付け材料を誘導加熱する段階を更に含んでいる、請求項１４に記載の方法。
21. 流量センサー管組立体において、
    第１及び第２の略反対の側を有する基部部材と、
    前記基部部材を貫通して伸張している開口部と、
    前記開口部に入っている端部を有する流量センサー管と、
    前記流量センサー管を前記基部部材に、前記基部部材の前記第１側に隣接して取り付けるための第１手段と、
    前記流量センサー管を前記基部部材に、前記基部部材の前記第２側に隣接して取り付けるための第２手段と、を備えている流量センサー管組立体。

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