JP4426746B2 - 保護外層を備えたケーシングを有するコリオリ流量計 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、コリオリ流量計を収容するケーシングに関する。より詳細には、本発明はケーシングが衛生的な用途に用いられるようにしたケーシングの外側の薄板に関する。さらに詳細には、本発明はケーシングを包囲しケーシングの衛生的及び／または耐腐食性の表面を与える薄板に関する。
【０００２】
【技術的問題点】
１９８５年１月１日にＪ・Ｅ・スミスに発行された米国特許第４４９１０２５号及び１９８２年２月１１日にＪ・Ｅ・スミスに発行された再発行特許第３１４５０号に開示されるように、配管を通って流れるプロセス物質の質量流量及び他の情報を測定するためにコリオリ効果質量流量計を用いることが知られている。これらの流量計は１本またはより多くの直線状または曲線状の流管を有する。コリオリ流量計における各流管の形状は１組の固有振動モードを有しており、これには単純な曲げ、捩れ、放射状、あるいはそれらの組み合わせの型がある。各流管はこれらの固有モードのうちの１つで共振振動するように駆動される。物質が充満した振動系の固有振動モードは部分的には流管と流管を通って流れるプロセス物質との組み合わせた質量によって決定される。物質は流量計の入口側に連結された配管から流量計に流入する。それから物質は１本または複数本の流管を通るように進み、流量計から出口側に連結された配管に出てゆく。
【０００３】
駆動源が流管に振動の力を加える。この力は流管を振動させる。流量計を通ってプロセス物質が流れない時に、流管に沿った全ての点は同じ位相で振動する。プロセス材料が流管を通って流れ始めると、コリオリ加速度により流管に沿った各点が流管に沿った他の点に対して異なる位相を有するようになる。流管の入口側の位相は駆動源より遅れるが、出口側の位相は駆動源より進む。流管の異なる点における検出器が２つの点における流管の運動を表す正弦波状の信号を生成する。検出器から受け取られた２つの信号の位相差が時間単位で計算される。２つ検出器の間の位相差は１本または複数本の流過を通って流れる物質の質量流量に比例する。
【０００４】
流管は典型的にはケーシングに収容される。このケーシングは外部の力による流管への損傷を防止する。ケーシングはまた流管を破損した時に物質を収容するために用いられ、流管を配管に連結するフランジの間隔を維持するためのスペーサとしても用いられよう。
【０００５】
顧客がケーシングを衛生的な、あるいは耐腐食性の材料で形成することを要求することがあるのが問題になる。流量計が食品の処理における原料配送システム等のシステムに用いられる時に、ケーシングは清浄にし易い衛生的な材料で形成されなければならない。流量計が酸等の腐食性物質を含む環境に挿入される時に、ケーシングは耐腐食性の材料で形成されなければならない。
【０００６】
従来の二重ループ型コリオリ流量計においては、ケーシングを衛生的な、あるいは耐腐食性の材料で形成することは問題にならない。スペーサが外部の振動を減少させるように流量計の構造的荷重に耐え、入口側と出口側との間に適切な間隔を維持する。流管のループ形状により流管の中間部分が膨張及び収縮できるように外方及び内方に膨張することができる。かくして、ケーシングは流管が膨張及び収縮することができるようにケーシングと流管との間に十分な間隔を有していなければならない。このために、ケーシング及びスペーサは衛生的な流量計の表面とするために衛生的な材料で形成され、あるいはコーティングされよう。
【０００７】
しかしながら、直管型コリオリ流量計の場合にケーシングを衛生的な、あるいは耐腐食性の材料で形成することには問題がある。直管型流量計において、ケーシングとスペーサとが結合して流量計の構造的荷重を支えるという同じ作用を果たす。流管が加熱されて膨張すると、直線状の管は半径方向及び軸方向に膨張しなければならないので、流管の長さが増大する。
【０００８】
ケーシングの軸方向の荷重は流管の荷重とは符号が反対になるが、ケーシングは流管と同じ軸方向の荷重を受けるであろう。しかしながら、流管は断面積がより小さいために、その応力はケーシングよりずっと大きくなるであろう。それゆえ、ケーシングは流管の端部において流管に取り付けられており、ケーシングが流管と同じ割合で膨張しない場合には流管が流管の完全性を損なうよう応力を受けるので、流管の軸方向の膨張が問題になる。
【０００９】
公開された国際出願ＷＯ９２／１４１２３号はコリオリの原理を用いて流体の質量流量を測定するための流量計装置を開示している。半径方向の振動モードで振動する１本の直線状流管が用いられる。それによって質量流量の作用として管路の断面形状を変形させる流れ管路の壁部に沿ってコリオリ力が生ずる。流れ管路の選択された部分の半径方向の振動を用いた他の実施例が開示されている。さらに、２つの振動モードで管路を同時に振動させそれにより各々の振動数の変化に基づいて圧力及び密度を決定することによって流体の圧力及び密度を決定するための方法が開示されている。
【００１０】
１つの解決策は同じ衛生的で耐腐食性の材料でケーシングと流管とを形成することである。しかしながら、チタン等の耐腐食性の材料の価格は特段に高くなる。それゆえ、異なる金属の熱膨張により加わる応力に耐えることができ製造経費が効率的なケーシングを製造する必要がある。それにより経費の少ない直管型コリオリ流量計が製造されるようになろう。
【００１１】
【解決策】
上述した、また他の問題は、衛生的あるいは耐腐食性の材料の薄板で包囲されたコリオリ流量計のケーシングを備えることにより解決され、技術的進歩がなされる。本発明では、薄板は表面の材料を被覆するようにケーシングの表面を包囲し、あるいは積層された材料の層である。本発明の薄板によりケーシングが流量計の構造的荷重に耐えられるようになり、薄板により衛生的な表面を与える機能が達せられる。
【００１２】
本発明の第１の利点は、ケーシングを包囲するように衛生的な、あるいは耐腐食性の材料の薄板を用いることによりコリオリ流量計を製造するのに必要な衛生的な、あるいは耐腐食性の材料の量が減少して製造経費が減少する。ケーシングは衛生的な、あるいは耐腐食性の材料で形成されなくてもよいので、必要な衛生的な材料の量が減少する。第２の利点は、ケーシングの材料が流管の材料に実質的に等しい熱膨張率を有するようになることである。それゆえ、ケーシングと流管との膨張及び収縮が実質的に同し割合で生じ、そのために熱膨張によって生ずる構造的応力が減少する。
【００１３】
本発明のケーシングは以下のようにして上述の利点を与えるように形成される。ケーシングはコリオリ流量計の流管を収容する。ケーシングは流管の両端部に取り付けられる。ケーシングの外側の面は薄板で包囲される。薄板は取り付けを可能にするために薄板と実質的に同じ特性を有する材料で形成されたけース端部に取り付けられる。さらに薄板の膨張及び収縮はケーシングの膨張及び収縮によらないであろう。
【００１４】
薄板の膨張及び収縮がケーシングの膨張及び収縮によらないようにするために、薄板の内面とケーシングの外面との間の間隙により空間が形成されよう。この空間によりケーシングが薄板の内側で自由に膨張及び収縮できるようになる。
【００１５】
この間隙に換えて、あるいはそれとともに、薄板はその両側の周辺にベローズを有していてもよい。薄板の材料が膨張する際に屈曲し薄板が収縮する際に直線状に引っ張られる薄板面における屈曲部である。
【００１６】
薄板とケーシングの外面との間の間隙は断熱材で充填されよう。断熱材は流管の温度をより一様に保持する。この間隙はまた流管の加熱ジャケットを与える加熱要素を収容する。他の可能性として、流管の温度を調整するように蒸気あるいは他の流体が間隙を通って流れるようにできることである。これらのことは全て流管の温度勾配による流管の軸方向の応力を減少させるために用いられよう。
【００１７】
上述したハウジングは本発明の一以上の面を与える。本発明の１つの面は、入口側端部及び出口側端部を有する流管と、該流管を振動させる該流管に取り付けられた駆動源と、上記流管の振動を測定してこれを通って流れる物質の流れの特性を測定するように上記流管に取り付けられた検出器と、実質的に上記流管の入口側端部及び出口側端部に取り付けられ上記流管を入口側端部から出口側端部まで収容するケーシングとからなり、上記ケーシングの外面を包囲して上記ケーシングの衛生的な表面を与えるように上記ケーシングの外面と上記ケーシングの上記外面を包囲する上記薄板との間に間隙を有するようにしたコリオリ流量計である。
【００１８】
好適には、上記薄板が上記ケーシングと異なる割合で膨張及び収縮することである。
【００１９】
上記コリオリ流量計は好適にはさらに、上記薄板におけるベローズが上記薄板を上記ケーシングの外面によらずに膨張及び収縮できるようにすることを含む。
【００２０】
上記コリオリ流量計は好適にはさらに、上記薄板における屈曲部が膨張及び収縮する上記ケーシングに応じて膨張及び収縮することを含む。
【００２１】
上記コリオリ流量計は好適にはさらに、上記薄板と上記ケーシングの外面との間隙を断熱材が充填していることを含む。
【００２２】
上記コリオリ流量計は好適にはさらに、加熱ジャケットを与えるように上記間隙内に加熱要素が設置されることを含む。
【００２３】
好適には、流管が入口側フランジと出口側フランジとに連結された直線状流管であり、さらにコリオリ流量計は、上記ケーシングの第１の端部が上記入口側フランジに連結され、上記ケーシングの第２の端部が出口側フランジに連結され、上記薄板の第１の端部は上記入口側フランジに近接し上記ケーシングの第１の端部に取り付けられ、上記薄板の第１の端部が上記ケーシングの上記第１の端部を包囲し、上記薄板の第２の端部は上記出口側フランジに近接した上記ケーシングの第２の端部に取り付けられ、上記薄板の上記第２の端部が上記ケーシングの上記第２の端部を包囲している。
【００２４】
好適には、ケーシング及び流管が実質的に等しい熱膨張率を有する材料で形成されることである。
【００２５】
好適には、流管がチタンで形成されることである。
【００２６】
好適には、ケーシングが炭素鋼で形成されることである。
【００２７】
好適には、薄板が流管の材料の熱膨張率と大きく異なる熱膨張率を有する材料で形成されることである。
【００２８】
本発明のさらに他の面は、薄板がステンレス鋼で形成されることである。
【００２９】
本発明の上述した、また他の特徴は添付の図面を参照して以下の詳細な説明から理解されよう。以下に、本発明の実施例を示した添付の図面を参照して本発明をより詳細に説明する。本発明は多くの異なる形で実施されるものであり、ここに説明した実施例に限定されることはなく、これらの実施例は説明を完全なものにし、その範囲を明らかにするためのものであることが当業者には理解されよう。図面において、全体として同様の番号は同様の部分を示している。
【００３０】
図１は直管型コリオリ流量計５を示している。直管型コリオリ流量計５と組み合わせて示されているが、本発明は曲線状あるいはロープ状の形状を有する流管を収容するようにも用いられることが当業者に理解されよう。コリオリ流量計５はコリオリ検出器１０及び付随する流量計電子回路２０を含む。
【００３１】
コリオリ検出器１０は流管１０１及びこれを取り囲むバランスバー１０２を収容するケーシング１０３を有する。流管１０１は１０１Ｌで示された左側端部と１０１Ｒで示された右側端部とを含む。流管１０１及びその端部は流管の入口側端部１０７から出口側端部１０８までの流量計の全長にわたって延びる。バランスバー１０２はその端部において受けバーにより流管１０１に連結されている。
【００３２】
流管１０１の左側端部１０１Ｌは入口側フランジ１２２に取り付けられ、右側端部１０１Ｒは出口側フランジ１２２′に取り付けられている。ケーシング１０３はケーシングの各々の端部から軸方向外方に延びケーシング１０３を入口側フランジ１２２及び出口側フランジ１２２′に連結する端部１２８を有している。入口側フランジ１２２及び出口側フランジ１２２′はコリオリ流量計１０を配管に連結する。
【００３３】
周知の従来の方法において、駆動源１０４と左側のピックオフ１０５及び右側のピックオフ１０５′が流管１０１及びバランスバー１０２に連結される。駆動源１０４は流量計電子回路２０から線路１１０を介して信号を受け取って、駆動源１０４が流管１０１とバランスバー１０２とを物質が充満した流管１０１の共振振動数で位相を合わせて振動させるようにする。振動する流管１０１の振動はその内部の物質の流れとともに周知のように流管におけるコリオリ撓みを生ずる。このコリオリ撓みがピックオフ１０５及び１０５′で検出され、これらのピックオフの出力が導線１１１及び１１１′を介して流量計電子回路２０に伝達される。周知のように、ピックオフの出力信号の間の位相差は流管１０１内の物質の流れに関する情報を表す。ピックオフの信号は導線１１１及び１１１′を介して流量計電子回路２０に受け取られ、流量計電子回路２０は周知のようにしてこれらの信号を処理して出力情報を生成し、この出力情報は導線２６に供給されて物質の流れについての種々のパラメータを表示する。これらのパラメータは物質の流れに関する密度、粘度、質量流量及び他の情報である。
【００３４】
本発明はここに説明するように、多数の駆動源に関する多数の駆動信号を生成し得る。流量計電子回路２０は質量流量を計算するように右側及び左側の速度信号を処理する。線路２６は流量計電子回路２０が操作者とのインタフェースをとれるようにする入力及び出力手段を与える。本発明のケーシング１０３及び薄板１５０を理解するのに流量計電子回路２０の説明は必要でないので、簡略化のために省略する。
【００３５】
本発明はケーシング１０３の外面１５１を包囲する薄板１５０を有するケーシング１０３に関する。本発明において、ケーシング１０３はケーシングの構造的荷重を支え、別個の薄板１５０がケーシング１０３の衛生的な、あるいは耐腐食性の面を与える。ケーシング１０３は第１の金属で形成される。好ましい実施例において、第１の金属は衛生的でなく、耐腐食性でもない。
【００３６】
好ましい実施例において、薄板１５０は第１の金属とは異なる第２の金属で形成される。説明上、異なるというのは２種類の材量が例えば異なる熱膨張率のような、異なる特性を有することを意味する。好ましい実施例において、第２の材料はステンレス鋼等の耐腐食性の材料である。薄板１５０は外面１５１を包囲しセンサー１０の衛生的及び／または耐腐食性の被覆体を与える。
【００３７】
図２に示されるように、薄板１５０は以下のようにしてケーシング１０３の外面１５１に取り付けられている（図１）。薄板１５０は軌道溶接２０１によりケーシング１０３の端部１０３Ｌ及び１０３Ｒに取り付けられている。縦方向の溶接部２０２は薄板１５０がケーシング１０３の周囲に巻き付けられた後に薄板１５０の重なる側をシールするために用いられる。また外面１５１に対して薄板１５０を配置すること、外面１５１上に薄板１５０を塗布すること、あるいは他の方法により外面１５１を薄板１５０でコーティングすることも可能である。
【００３８】
好ましい実施例において、ケーシング１０３は流管１０１が形成された材料に実質的に等しい熱膨張率を有する材料で形成される。例えば、流管１０１はランキン目盛で４．６ｅ^−６゜Ｒまたは４．６ｅ^−６／０．５５℃の熱膨張率を有するチタンで形成され、ケーシング１０３は多くの動作に関して実質的に等しい６．５ｅ^−６゜Ｒまたは６．５ｅ^−６／０．５５℃の熱膨張率を有する炭素鋼で形成されよう。
【００３９】
しかしながら、耐腐食性の薄板１５０が９．６ｅ^−６゜Ｒまたは９．６ｅ^−６／０．５５℃の熱膨張率を有するステンレス鋼等の材料で形成される場合、薄板１５０及び流管１０１あるいはケーシング１０３の熱膨張率の間の不釣合いが過大になり得る。熱膨張率の不釣合いにより生ずる不適当な応力を防止するために、薄板１５０は内面と外面とを有する別個の構造とされよう。薄板１５０はケーシング１０３の右側端部１０３Ｒ及びケーシング１０３の左側端部１０３Ｌに取り付けられた端部を有するであろう。
【００４０】
薄板１５０の内面とケーシング１０３の外面１５１との間に間隙１７０が形成されよう。間隙１７０によりケーシング１０３が薄板１５０に応力を加えずに膨張及び収縮できるようになる。間隙１７０に換えて、あるいはこれとともに、薄板１５０はその両端においてベローズ１９１（図３−５に示される）を有していてもよい。ベローズ１９１は、下側にあるケーシング１０３が膨張及び収縮する際にベローズ１９１が屈曲しまた伸張して薄板に加わる応力を防止するように、膨張及び収縮できる薄板１５０の面における屈曲部である。
【００４１】
ある実施例において、間隙１７０は図３に示されるように、断熱材３００を含むであろう。断熱材３００はケーシング１０３において熱を保持するために用いられよう。熱の保持によりコリオリセンサー１０の内側の温度勾配による軸方向の応力が減少する。また加熱要素（図４に示される）が間隙１７０の内側に装着されてもよい。加熱要素４００は流管１０１の膨張及び収縮により生ずるコリオリセンサー１０における軸方向の応力を減少させるようにケーシング１０３を加熱する加熱ジャケットを与える。第３の例において、流体５００（図５に矢印で示される）がコリオリセンサー１０の温度を調整するように間隙１７０を通って流れるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 直管型コリオリ流量計を収容するケーシングの外面を包囲する薄板の断面図である。
【図２】 流量計を包囲する薄板を有するケーシングを示す図である。
【図３】 ケーシングと薄板との間の間隙に断熱材を有するコリオリ流量計の断面図である。
【図４】 ケーシングと薄板との間の間隙に加熱要素を有するコリオリ流量計の断面図である。
【図５】 ケーシングと薄板との間の間隙に流体の流れを有するコリオリ流量計の断面図である。

Claims (12)

1. 入口側端部（１０１Ｌ）及び出口側端部（１０１Ｒ）を有する流管（１０１）と、
   該流管（１０１）を振動させる該流管に取り付けられた駆動源（１０４）と、
   上記流管（１０１）の振動を測定してこれを通って流れる物質の流れの特性を測定するように上記流管（１０１）に取り付けられた検出器（１０５−１０５′）と、
   実質的に上記流管（１０１）の入口側端部（１０１Ｌ）及び出口側端部（１０１Ｒ）に取り付けられ上記流管（１０１）を入口側端部（１０１Ｌ）から出口側端部（１０１Ｒ）まで収容するケーシング（１０３）と、
   からなり、上記ケーシング（１０３）の外面（１５１）を包囲して上記ケーシング（１０３）の外面（１５１）の両方の端部（１０３Ｌ−１０３Ｒ）に取り付けられた薄板（１５０）と、
   上記ケーシングの上記外面と上記ケーシングの外面を包囲する薄板（１５０）との間の間隙（１７０）と、
   を有することを特徴とするコリオリ流量計（５）。
2. 上記薄板（１５０）が上記ケーシングと異なる割合で膨張及び収縮することを特徴とする請求項１に記載のコリオリ流量計（５）。
3. 上記薄板（１５０）が上記ケーシング（１０３）の外面（１５１）によらずに膨張及び収縮できるようにする上記薄板（１５０）におけるベローズ（１９１）をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のコリオリ流量計（５）。
4. 上記ケーシングの膨張及び収縮に応じて膨張及び収縮する上記薄板（１５０）における屈曲部を含むようにしたことを特徴とする請求項３に記載のコリオリ流量計（５）。
5. 上記薄板（１５０）と上記ケーシング（１０３）の外面（１５１）との間隙を充填する断熱材（３００）をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のコリオリ流量計（５）。
6. 加熱ジャケットを与えるように上記間隙（１７０）内に設置された加熱要素（４００）をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のコリオリ流量計（５）。
7. 上記流管（１０１）が入口側フランジ（１２２）と出口側フランジ（１２２′）とに連結された直線状流管であり、
   上記入口側フランジに取り付けられた上記ケーシングの第１の端部（１０３Ｌ）と、
   上記出口側フランジに取り付けられた上記ケーシングの第２の端部（１０３Ｒ）と、
   上記入口側フランジに近接した上記ケーシングの第１の端部に取り付けられ上記ケーシングの第１の端部を包囲するようにした上記薄板の第１の端部と、
   上記出口側フランジに近接した上記ケーシングの第２の端部に取り付けられ上記ケーシングの第２の端部を包囲するようにした上記薄板の第２の端部と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のコリオリ流量計（５）。
8. 上記ケーシング（１０３）及び上記流管（１０１）が実質的に等しい熱膨張率を有する材料で形成されることを特徴とする請求項７に記載のコリオリ流量計（５）。
9. 上記流管（１０１）がチタンで形成されていることを特徴とする請求項８に記載のコリオリ流量計（５）。
10. 上記ケーシング（１０３）が炭素鋼で形成されていることを特徴とする請求項８に記載のコリオリ流量計（５）。
11. 上記薄板（１５０）が上記流管の材料の熱膨張率と大きく異なる熱膨張率を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項８に記載のコリオリ流量計（５）。
12. 上記薄板（１５０）がステンレス鋼で形成されていることを特徴とする請求項１１に記載のコリオリ流量計（５）。

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