JP3926327B2

JP3926327B2 - 膜の破裂を認識する装置を備える圧力送出機、および膜の破裂を認識する装置を備えるコネクションアダプタ

Info

Publication number: JP3926327B2
Application number: JP2003510911A
Authority: JP
Inventors: ヴォエスト，ヴォルフガング
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2001-06-30
Filing date: 2002-06-15
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2022-06-15
Also published as: US20040244494A1; JP2004533623A; CN1268905C; RU2004102684A; US7197935B2; DE50214148D1; CN1522361A; EP1402241B1; RU2265812C2; WO2003004984A1; DE10131855A1; ATE454616T1; EP1402241A1

Description

本発明は、ダイアフラム・シールを有し、圧力が内部に広がる第１の媒体から第２の媒体に圧力を伝送する圧力送出機または圧力伝達機に関する。
より正確には、本発明は、
−プラットフォームと、
−端部を上記プラットフォームに固定された、分割または分離する膜またはダイアフラムであって、上記プラットフォームから遠ざかる方向を向いた上記分割膜の第１の表面が第１の媒体と接触可能であり、また、上記プラットフォームの方を向いた上記分割膜の第２の表面が上記プラットフォームと共に、第２の媒体によって満たされうる圧力チェンバを形成し、この圧力チェンバが第２の媒体によって伝達されうる圧力の通る圧力チェンバ開口を備えるものと、
−そのチェンバ内の媒体の性質をモニターするセンサーと、
を備える圧力送出機に関する。

このタイプの装置は、その他の用途として、圧力がよく変動する（aggressive）媒体における圧力の測定にも用いられる。分割膜は圧力がよく変動する第１の媒体（aggressive first medium）と接触し、圧力チェンバにおいて、第１の媒体中に広がる圧力が第２の媒体に送られる。そこで、圧力は適当な圧力伝達ラインに沿って、圧力計測セルまで送られる。しかしながら、圧力送出機およびそれに備えられた圧力ラインを用いた圧力の送出は、圧力変動が殆どない媒体（non-aggressive media）の場合においても、第１の媒体と圧力計測セルのある場所との大きな距離を埋めるために、望まれている。

圧力伝達用の第２の媒体として、非圧縮性のオイルが好ましくは用いられる。そのような物質が計測中の媒体を汚染するのに適しているために、また、その他のさまざまな理由によって、分割膜に漏れ口（leak）がある、または、分割膜が破裂していることを早めに知る必要がある。その意味で、Bastiaanは欧州特許出願、ＥＰ０８３８６７２号において圧力送出機を開示している。この圧力送出機では、圧力チャンバはその内壁に行き止まりの穴を有していて、その穴には、導電率センサーの電極が配置されている。このような場合には、分割膜が破裂すると、第１の媒体は圧力チェンバ内に拡散し、その行き止まりの穴の中に拡散する。すると、もし第１の媒体が第２の媒体から大きくはずれる導電率をもつならば、導電率の変化が検出可能である。第１の媒体が腐食性の媒体であり、第２の媒体がオイルである場合が、特にこの場合となっている。

様々な圧力計測への適用において、それら適用の異なる要求に合わせて非常に多くの圧力送出機がある。Bastiaanによって提案された、導電率プローブをもつ多数のセンサーを備えるには、非常に高い製造コストが要求される。さらに、本願の主題に対応した製品用の、本出願人の製品説明書“Badoterm's MDS Diaphragm Leakage Detection System”に記載されているとおり、Bastiaanの構成は、導電率センサーを圧力伝達ラインの隣りに並べるのに、最低でも１．５インチすなわち３．８ｃｍの直径を必要としている。このような制約は多くの適用において受け入れることができないものである。

さらに、汚染物質のそのセンサーへの移動が、上述の圧力送出機においては単に拡散によって起こる。これは、漏れの発生と、それにより生じる汚染の検出との間の大きな遅延時間に至りうる。この遅延時間は、行き止まりの穴の深さ、および、その圧力送出機の設置の詳細に依存する。

したがって、本発明の目的は、従来技術の不都合な点を克服した、改善された圧力送出機を提供することにある。
本発明の目的は、独立請求項１および１０の装置によって解決することができる。本発明のさらなる利点および見地は、従属請求項、（明細書の）記述、図面に記載されている。

第１の媒体の圧力を第２の媒体へ伝送するための本発明の圧力送出機は、
プラットフォームと、
端部が上記プラットフォームに固定された分割膜であって、上記プラットフォームから遠ざかる方向を向いた上記分割膜の第１の面が第１の媒体に接触することができ、また、上記プラットフォームの方を向いた上記分割膜の第２の面が上記プラットフォームと共に、第２の媒体によって満たされる圧力チェンバを形成する上記分割膜と、
上記圧力チェンバ内の第２の媒体の圧力を、圧力計測手段へ繋がる圧力伝達ラインへ導くために、第２の媒体が通過するよう上記プラットフォームに貫通して設けられた圧力チェンバ開口と、
上記第２の媒体の物質の性質をモニターするセンサーとを備え、
そのセンサーは、上記圧力チェンバ開口を介して上記圧力チェンバとフローコネクション（flow connection）にある。
ここで、「センサーが圧力チェンバ開口を介して圧力チェンバとフローコネクションにある」とは、上記センサーが、上記圧力チェンバ開口内から上記圧力伝達ライン内にかけての領域における、上記圧力チェンバから所定の距離だけ隔てた位置に配置され、この所定の距離は、上記圧力チェンバの容積が多くとも３０％圧縮されることで、上前記圧力チェンバ内に含まれる第２の媒体の少なくとも一部が上記センサーの位置まで流れるような距離であることを言う。

好ましくは、そのセンサーは、導電率センサーである。さらに、そのセンサーは、第２の媒体の比誘電率をモニターする容量性のセンサーであってもよい。
分割膜の漏れが生じると続いて、第１の媒体からの汚染物によって第２の媒体の物質的性質が変化する。その汚染物が、少なくとも一定の温度、一定の圧力で、本質的に拡散して広がる限りは、そのセンサーは、その膜の漏れ口からセンサーまでの汚染物の予測される拡散時間が、与えられたタイムスパンを超えないように、分割膜から最大限離して配置されるのが好ましい。そのセンサーが適用される状況によって決定される要求に応じて、このタイムスパンは、数分、数時間、数日、または、数週間の範囲にあることができる。本発明の圧力送出機を可能な限り一般的に適用できるようにするには、センサー要素は、分割膜から可能な限り小さく隔てられて配置されなければならない。

そのセンサーが導電率センサーである場合は、少なくとも２つの互いに分離された電極を含み、それら電極の間の空間は、少なくとも部分的には第２の媒体によって満たされている。そのセンサーは、例えば、場合によっては、互いに、そして、プラットフォームまたは圧力供給ラインからも電気的に絶縁された第１および第２の電極を呈するようにしてもよい。また、そのセンサーは、場合によっては、プラットフォームまたは圧力供給ラインから電気的に絶縁された第１の電極を呈するようにしてもよい。そして、そのプラットフォームまたは供給ラインは、他方の電極として用いる。容量性のセンサーにおいても、導電率センサーと同じ配列を呈することができる。

好ましい実施の形態においては、圧力送出機のプラットフォームは、圧力を送出する圧力の伝達または供給ラインを圧力変換器につなぐためのラインコネクションを含む。圧力チェンバ開口はこのラインコネクションに開いている。そのセンサーは、例えば、そのラインコネクション、または、コネクションアダプタに配置することができる。コネクションアダプタでは、圧力伝達ラインが上記ラインコネクションに取り付けられる。

そのコネクションアダプタは上記ラインコネクションおよび圧力ラインレシーバのそれと補い合う圧力送出機コネクションを含む。そのコネクションアダプタはさらに、そのセンサーの第１の電極と第２の電極とを含む。その圧力ラインレシーバは、例えば、そのコネクションアダプタ内に、その圧力伝達ラインが開くチェンバを持つことができる。第１の電極および第２の電極は、例えば、そのチェンバの開口において、ガラスブッシング（glass bushing）により守ることができる。特に好ましいのは、圧力伝達ラインについても同様に、ガラスブッシング、特に、同じガラスブッシングで守られるような実施形態である。

圧力チェンバ開口、または、その圧力チェンバ開口を介して圧力チェンバと通じている他のセクションにおいて、移動媒体の物質の性質をモニターするセンサーの配列は、さらに、移動媒体の対流またはフローによって汚染物の移動も導かれるという利点を有する。

このことは、Bastiaanの配列での単に拡散による移動よりも、しばしば、汚染物のより早い検出を生じさせる。例えば、圧力チェンバの作用する領域が１００ｍｍ³であり、開口の直径が１ｍｍであると仮定すると、このことは、過負荷の圧力パルスにおいては、開口での総作用体積（total working volume）の移動が１２７ｍｍであることを意味する。このようにして、Bastiaanの配列の場合よりも、かなり早く汚染物は移動媒体と共にセンサーに到達することができる。

同様にして、温度変動は汚染物の対流式の移動を引き起こす。圧力伝達ラインの温度の変化、例えば、１０℃の変化が、約１０^-3／Ｋの体積膨張係数、圧力伝達ラインの長さ１０ｍ、その内径１ｍｍに対しては、８０ｍｍ³の体積変化に至る。これは、液体の円柱が圧力伝達ラインの端で約１００ｍｍ移動することに対応する。記述したセンサーへの対流式移動は、圧力伝達ラインの長さが分割膜とセンサーとの分離の度合いと比較して長いほどより効果的である。

この効果の最適な利用のためには、そのセンサーの要素、例えば、導電率センサーの電極は、上述の対流が通過する、圧力チェンバ開口、圧力伝達ライン、または、圧力変換器と圧力伝達ラインの間のコネクションアダプタの領域内またはその前後に、配置されるべきである。

では、図面を基に本発明をより詳細に説明する。
図１に示される圧力送出機は、好ましくは本質的にシリンダ状に対称な構造をもつプラットフォーム１を含む。分割膜２は、その端部２１でプラットフォームの前部側１３に固定されていて、圧力チェンバ１１が分割膜２とプラットフォームの間に形成されている。プラットフォーム１の前部側１３には、通常の方法で膜床（membrane bed）が設けられている。過負荷時には、この膜床に対して分割膜２が押圧される。

圧力チェンバ１１は、その圧力チェンバ内に広がる圧力を送る開口１２を有する。開口１２は好ましくは、細い管状のラインとして構成される。好ましい実施形態においては、開口１２は、圧力ラインコネクション１４まで延びる。その圧力ラインコネクション１４は、好ましくは、本質的にシリンダ状または軸対称な凹部の形状で、プラットフォーム１の分割膜２を含む側とは反対側にある。

好ましい実施形態においては、圧力伝達ライン４のコネクションは、コネクションアダプタ３により行われる。そのコネクションアダプタ３には、物質の性質をモニターするセンサーが搭載されている。コネクションアダプタ３の詳細を図２を参照して説明する。図２の実施形態のコネクションアダプタにおける個々の要素の位置関係は、図１のコネクションアダプタのそれとは異なっている。しかしながら、両方の図面において、対応する要素には、同一の参照符号が用いられている。

コネクションアダプタ３は、ラインコネクション１４および圧力ラインレシーバと相補的な関係にある、好ましくはシリンダ状の第１の断面３３に型作られる圧力送出機コネクション３７を含む。コネクションアダプタ３は、さらに、センサーの第１の電極３１と第２の電極３２とを含む。

圧力送出機コネクション３７は、例えば、第１の断面３３の端面から軸方向に延びた、導管３６を含んだ、本質的にシリンダ状または円錐状の突起を含むことができる。その導管３６を通じて、圧力送出機１の圧力チェンバ開口１２と圧力ラインレシーバとの間にフローコネクション（flow connection）が生成されている。

そのシリンダ状の突起が第１の断面３３より小さい半径を有する限りは、そのシリンダ状の突起の外部にある第１の断面の端面は、軸接触面として振舞う。この面は、プラットフォーム１に対するコネクションアダプタ３の位置を定義すると共に、プラットフォーム１とコネクションアダプタ３との間に、（おそらく補足的な）シールを生じさせる。

本質的にシリンダ状の突起の側面３８には、もし必要ならば、圧力ラインコネクション１４の壁内部のネジ山と相補的な関係にある外側のネジ山が設けられていてもよい。
圧力ラインレシーバは、例えば、コネクションアダプタ３内にチェンバ３５を有していて、圧力伝達ライン４は、その入口がこのチェンバ３５に位置してもよい。第２の媒体の物質的な性質、ここでは導電率、をモニターするセンサーは、同様にして、圧力ラインレシーバ内に配置される。センサーの第１の電極３１および第２の電極３２は、例えば、ガラスブッシング３４によってチェンバ３５の開口内に固定されている。好ましくは、圧力伝達ラインは、同様にして、ガラスブッシングによって固定されており、特には同じガラスブッシング３４が用いられてもよい。さらに、場合によっては、それら２つの電極または圧力伝達ラインを、それぞれ別の開口に、ガラスブッシングまたは他の適切な固定手段によって固定することができる。

一方では、チェンバ３５は、場合によっては、それら電極が互いに絶縁して位置できるように十分に大きくなければならず、かつ、それら電極の間に広がる適当な空間が第２の媒体、または、移動流体、によって満たされていなければならない。さらに、電極の周囲での汚染物の移動は、可能な限り速く行なわなければならない。したがって、大きな断面積を有し、可能な限り短くかつ直接的なパスが、圧力送出機コネクション３７内の導管３６とそれら電極との間に存在する必要がある。導管３６が、汚染物のパスの断面と同様である限り、導管３６は、可能な限り低い拡散抵抗を示す必要がある。他方では、システム内の移動する液体の総ボリュームは、システム全体への温度変動による影響を最小にするために、可能な限り小さく保つ必要がある。

２つの分離した電極の代わりに、１つの電極のみを提供し、この１つの電極とプラットフォームまたはチェンバとの間の導電率を計測することも可能である。
圧力伝達ライン４は、好ましくは、管状のライン（キャピラリーライン）として構成される。実施形態の図では、その管状のラインはチューブであるが、センサーおよび圧力コネクションアダプタまたは圧力送出機コネクションが搭載されうる大きなブロック、例えば分割体（dividing body）、の中の孔であってもよい。

圧力伝達ラインは第２の媒体中の圧力を、圧力に依存する電気信号を供給する（より詳細には示されない）圧力計測セルに送る。
導電率センサーの電極３１、３２は、移動媒体の導電率をモニターする適当な計算回路（evaluation circuit）に接続される。そのモニタリングは、例えば、連続的、周期的、または、イベント制御、例えば、マイクロプロセッサによるクエリによって生じてもよい。

今のところは導電率センサーは、移動媒体の物質の性質をモニターするのに好ましいセンサーであるとしても、本発明の圧力送出機は、基本的に、他のセンサーも利用することができる。それらの中で特に適しているのは、容量性のセンサー、ｐＨセンサー、光度計（photo meter）、または、特定の吸着センサーである。それらは、第１の媒体または移動媒体中のプロセス媒体からの選ばれた異物の存在を検出する。

本発明の好ましい実施形態における圧力送出機の透視断面図である。本発明の好ましい実施形態のコネクションアダプタである。

Claims

第１の媒体の圧力を第２の媒体へ伝送する装置において、
プラットフォーム（１）と、
端部が上記プラットフォーム（１）に固定された分割膜（２）であって、前記プラットフォームから遠ざかる方向を向いた前記分割膜（２）の第１の面が前記第１の媒体に接触することができ、また、前記プラットフォーム（１）の方を向いた前記分割膜の第２の面が前記プラットフォームと共に、前記第２の媒体によって満たされる圧力チェンバ（１１）を形成する前記分割膜（２）と、
前記圧力チェンバ（１１）内の第２の媒体の圧力を、圧力計測手段へ繋がる圧力伝達ライン（４）へ導くために、該第２の媒体が通過するよう前記プラットフォームに貫通して設けられた圧力チェンバ開口（１２）と、
前記第２の媒体の物質の性質をモニターするセンサーとを備え、
前記センサーは、前記圧力チェンバ開口（１２）内から前記圧力伝達ライン（４）内にかけての領域における、前記圧力チェンバ（１１）から所定の距離だけ隔てた位置に配置され、該所定の距離は、前記圧力チェンバの容積が多くとも３０％圧縮されることで、前記圧力チェンバ内に含まれる前記第２の媒体の少なくとも一部が前記センサーの位置まで流れるような距離であることを特徴とする装置。
前記センサーは導電率センサーであることを特徴とする請求項１記載の装置。
前記導電率センサーは、互いに、そして、前記プラットフォーム（１）からも絶縁されている第１の電極（３１）と第２の電極（３２）とを備えることを特徴とする請求項２記載の装置。
前記導電率センサーは、前記プラットフォーム（１）から絶縁配置された１つの電極を有し、該電極と前記プラットフォームまたは前記プラットフォームに導電接続された部品との間の前記第２の媒体の導電率を測定することを特徴とする請求項２記載の装置。
前記圧力伝達ライン（４）は管状のラインであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
前記圧力伝達ライン（４）と前記圧力チェンバ開口（１２）とを接続するコネクションアダプタ（３）をさらに有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
前記センサーは前記コネクションアダプタ（３）中に配置されていることを特徴とする請求項６記載の装置。
前記所定の距離は、前記圧力チェンバの容積が多くとも２０％圧縮されることで、前記圧力チェンバ内に含まれる前記第２の媒体の少なくとも一部が前記センサーの位置まで流れるような距離であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置。
前記所定の距離は、前記圧力チェンバの容積が多くとも１０％圧縮されることで、前記圧力チェンバ内に含まれる前記第２の媒体の少なくとも一部が前記センサーの位置まで流れるような距離であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置。
第１の媒体の圧力を第２の媒体へ伝送する圧力送出機と、該第２の媒体の圧力を圧力計測手段へと伝達する圧力ライン（４）とを接続するコネクションアダプタ（３）において、
前記圧力送出機は、プラットフォーム（１）と、端部が前記プラットフォーム（１）に固定された分割膜（２）とを備え、前記プラットフォームから遠ざかる方向を向いた前記分割膜（２）の第１の面が前記第１の媒体に接触することができ、前記プラットフォーム（１）の方を向いた前記分割膜の第２の面が前記プラットフォームと共に、前記第２の媒体によって満たされる圧力チェンバ（１１）を形成し、
前記圧力送出機は、前記圧力チェンバ（１１）内の第２の媒体の圧力を前記コネクションアダプタ（３）へ導くために、該第２の媒体が通過するよう前記プラットフォームに貫通して設けられた圧力チェンバ開口（１２）を更に備え、
前記コネクションアダプタは、
圧力ラインレシーバと、前記圧力チェンバ開口（１２）を介して前記圧力チェンバ（１１）と前記圧力ライン（４）との間を前記第２の媒体が通過可能に接続する圧力送出機コネクション（３７）とを備えると共に、
前記第２の媒体の物質の性質をモニターするセンサーを備え、該センサーは、前記コネクションアダプタ内における前記圧力チェンバ（１１）から所定の距離だけ隔てた位置に配置され、該所定の距離は、前記圧力チェンバの容積が多くとも３０％圧縮されることで、前記圧力チェンバ内に含まれる前記第２の媒体の少なくとも一部が前記センサーの位置まで流れるような距離であることを特徴とするコネクションアダプタ。