JP4668997B2 - 流体流装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体流装置に関し、より詳細には、流体流量計、流体混合器および流体分散装置に関する。

米国特許第４，６３８，６７２号、第４，８１２，０４９号、５，３６３，６９９号および第５，８１４，７３８号に開示された流体流量計及び流体分散混合装置は、導体内に対称的に設けられ、変位部材と導体の内面との間で画定される領域内を通る流体流を直線化し、変位部材の上流および下流の両方の導体内の流体流の速度断面分布を平坦化する上で非常に独特な静置式流体流変位部材によって特徴付けられている。この装置により、導管内における流体流の状態の測定を高信頼度で確実に行うことができるようになり、さらに、種々の流体及び／又は微粒子物質を含む流体の均一な混合および分散を行うことができる。

この独特な流体流量計および混合装置は、前記米国特許の権利者であり、本発明の譲受人でもあるカリフォルニア州ヘメット（Ｈｅｍｅｔ）に在するマクロメータ（ＭｃＣｒｏｍｅｔｅｒ）社による「Ｖコーン（Ｖ−ＣＯＮＥ）」の登録商標によって製造販売されている。

前記Ｖコーン装置内の流体流変位部材は、導管の同軸芯上に配置された一対の円錐形台板の大径端同士を結合することにより構成されている。前記円錐形台板は、導管部分の軸心線、さらには流体の流れ方向に対して略垂直になるように設けられており、前記台板の外周は、導管部分内面から内方に向けて対称的に離間している。導管の内径に対する変位部材の寸法に応じて、変位部材は前記導管部分を通る流体の速度範囲にわたって流体流を直線化する機能を持っている。

一部の実施形態において、変位部材は、通常は溶接により一対の台板の大径端同士を結合することにより作製されている。上流に向く一方の台板は、上流側の小径端部で、例えば溶接により管体または管材に結合されている。この管体または管材は変位部材内を通過して下流面まで延伸しておりこの管材を通して圧力が読み取られ、あるいは前記管材を通して、前記導管を通って流れる一次流体と混合するために二次流体が導入される。管体または管材は外向きに折れ曲がっている、変位部材の上流側にある導管部分の壁を貫通して延び出している。管体または管材は導管部分の壁に、例えば溶接により結合され、導管部分内で同軸に変位部材を設けるための手段として良好に機能する。

前記実施形態において、別個の流量計及びそれに関連する流検知装置は、それぞれの流量範囲にわたる流体流を直線化して測定する上で、必要な種々の大きさの流量計用の部材が必要とされる。

特許第５，８１４，７３８号はＶコーン装置の一実施形態を開示しているが、この実施形態では、流体流変位部材は導管部分の下流端に取り外し及び取り替え可能に設けられているため、導管部分を通る別の流体および別の範囲の流体流を受け入れるため、一つの変位部材を取り外して別の１以上の変位部材に取り替えることもできる。この方法において、導管の単一の部分、すなわち単一の流量計本体は、流量計本体を通る種々の液体及びガス、さらには広範囲の流れを受け入れるために、種々の変位部材を用いることができる。

本装置の後者の実施形態では、さらに、測定タップまたは他の孔もしくは流路を変位部材内に備えなくともよいように、導管部分又は流量計本体の壁を通る流量測定タップを提供している。しかしながら、一部の流体、特に高速ガスについては、導管壁に設けられたタップによる変位部材の下流側における圧力の測定は、前述のＶコーン装置の実施形態で得られる下流測定値ほど正確なものにならないことがわかっている。

本発明の目的は、前記列挙した特許で開示された装置、およびＶコーン計測器と流体混合拡散装置との商業的な実施形態を改善することである。

特に、本発明の目的は、導管の壁を通して延び出すと共に変位部材を通って軸方向流路と連通する管体または管材に対し、取り外し可能に接続し又は取り外すために、導体部分に変位部材を取り外し可能／取替可能に設けるための手段を提供することである。これにより、変位部材の下流面の軸における取り替え可能性と測定との利点が両方とも得られるようにすることである。

本発明の好ましい実施形態によれば、導管の外周壁に固定されると共に前記導管を貫通して延びる管又はチューブは、導管セクションの軸芯線に略沿って配置される共に下流方向に延伸する延伸部を含んでいる。内部を貫通すると共に軸芯線方向に略沿った内腔または流路を有する変位部材は、前記管が前記変位部材の下流端面の軸芯線部に流体流通可能に連通するように、前記管に嵌合しており、それにより導管セクションの外側で、前記管を介して所望の測定点の測定ができるようになっている。

好ましい実施形態において、前記管の端部及び変位部材の上流端部には、該変位部材を前記管の端部に対して取り外し可能に取り付けるための取り付け手段が設けられている。この協働取り付け手段は、絶対的に信頼しうるものである限りにおいて、ねじ結合、差込み結合又はＪスロット型急速継手等、各種公知形態の取り付け手段とすることができる。ポンプ、圧縮器、あるいは他の高価な機器ユニットが配置される下流側に運ばれる逃走型変位部材を備える必要はない。

そのため、本発明の好ましい実施形態には、余分の固定システムを組み込んでいる。

本発明は、取り外し可能及び取り替え可能な変位部材を有し、また導管内の最適場所で圧力測定を行う流体流量計及び混合装置を提供する。
本発明の特許請求の範囲に記載した各発明を具体的に列挙すると以下の通りである。
請求項１記載の発明は、流体装置において、取り外し及び取り替え可能なセクション（２０）を含む導管を備え、該導管は、流体を所定方向に流通させる内面を備えた外周壁を有すると共に、前記所定方向の流体流の上流端部と下流端部とを有しており、前記導管の前記セクション（２０）よりも寸法径が小さくて前記導管内に配置されると共に前記所定方向の流体流の上流端部と下流端部とを有する流体流変位部材（４２）を備え、該流体変位部材（４２）の上流端部と下流端部との間の外周面には傾斜壁（４８，５０）が形成され、該傾斜壁（４８，５０）と前記導管の前記セクション（２０）の内面との間で流体流通領域を画定し、前記流体を前記流体流通領域に流通させることにより前記流体を偏向させるようになっており、前記導管の前記外周壁を貫通して延びる管を備え、該管は、前記導管の軸芯線に略沿って前記流体流の下流方向に延びる延伸部を有しており、前記変位部材（４２）は前記管の前記延伸部に嵌合する流路（６４）を備えており、該流路（６４）により、前記導管のセクション（２０）の外部と、前記変位部材（４２）の前記下流端部若しくは該下流端部近傍における前記導管のセクション（２０）の軸芯線部若しくは該軸芯線部近傍の位置との間で、流体を連通させるようになっており、前記導管のセクション（２０）内に前記変位部材（４２）を取り外し及び取り替え可能に取り付けるための協働取り付け手段を備え、該協働取り付け手段により、前記導管のセクション（２０）を通過する各種範囲の流れに対応するように、既設の変位部材（４２）を別の変位部材に取り替え可能とし、前記協働取り付け手段は、前記管の前記延伸部と前記変位部材との間に配置されると共に、前記管の前記延伸部に設けられた管側の連結用部材と、前記変位部材（４２）の軸線方向の前記流路（６４）内に設けられた流体路側の連結用部材とを、を含み、
前記管側の連結用部材と前記流路側の連結用部材とは、前記変位部材（４２）を前記管に固定するために互いに係合している。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の流体流装置において、前記管は、前記導管のセクションの外側に位置する第１の測定タップと、前記変位部材より上流側の前記導管のセクションの前記外周壁を通って延びる第２の測定タップとを備え、前記両測定タップは、前記変位部材の上流および下流の両区域における前記導管内の流体流を測定するようになっている。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の流体流装置において、前記導管のセクションと前記両測定タップとに接続されると共にメータ本体を構成する流量検知手段を含み、前記変位部材を別の変位部材と置き換えることにより、各種流体および各種範囲の流量を単一のメータ本体によって測定できるように構成されている。
請求項４記載の発明は、請求項２記載の流体流装置において、前記両測定タップのうち、前記第２の測定タップは、流体流の速度プロフィールが比較的平坦な箇所で前記変位部材の前記導管上流区域に連通し、そして、前記導管の外周壁に配置された流量検知手段が前記両測定タップを介して前記導管の前記内部に連通している。
請求項５記載の発明は、請求項１記載の流体流装置において、該協働取り付け手段は、前記管の前記延伸部と前記変位部材とにそれぞれ形成されたねじ部から構成されている。
請求項６記載の発明は、請求項１記載の流体流装置において、前記協働取り付け手段は、前記管の前記延伸部を有する軸線方向の管状延長部分を備え、該管状延長部分は、前記変位部材の前記上流端部から前記変位部材の前記下流端部又は該下流端部近傍まで、前記変位部材内の前記軸芯線方向の流路を通って延びると共に、分割下流端部と該下流端部に形成されたねじ部とを有し、前記管状延長部分の前記ねじ部にはテーパねじ付きプラグが螺挿され、該テーパねじ付きプラグを螺挿することにより、前記変位部材の内部と前記分割下流端部とが結合するまで前記管状延長部分を拡張させるように構成している。
請求項７記載の発明は、請求項６記載の流体流装置において、前記協働取り付け手段は、前記変位部材の前記上流端部内にねじ部を備え、該ねじ部は前記管状延長部分に連続する部分として形成されている。
請求項８記載の発明は、請求項７記載の流体流装置において、前記テーパねじ付きプラグと前記管状延長部分との間のねじ結合部と、前記変位部材と前記延伸部との間のねじ結合部とは、逆ねじになっている。
請求項９記載の発明は、請求項１記載の流体流装置において、前記協働取り付け手段は、ピン式急速継手、ピン及び該ピンに係脱するスロットを含んでいる。
請求項１０記載の発明は、流体装置において、流体を所定方向に流す導管を備え、該導管は、内面を備えた外周壁を有しており、前記導管部分よりも寸法径が小さくて前記導管部分内に配置されると共に前記所定方向の流体流の上流端部と下流端部とを有する流体流変位部材を備え、前記変位部材の外周面には、上流端部と下流端部との間に傾斜壁が形成され、該傾斜壁が、前記導管部分の内周面との間で流体流通領域を画定すると共に前記流体を前記流体流通領域内へと偏向させるようになっており、前記導管の前記外周壁を貫通して延びる流量測定タップを備え、該流量測定タップは前記変位部材の前記導管上流内の区域に連通し、前記導管の前記外周壁を貫通して延びる管を備え、該管は、前記導管の軸芯線に略沿って前記流体流の下流方向に延びる延伸部を有しており、前記変位部材は、略軸芯線方向に変位部材を通過する流路を有すると共に、前記管の前記延伸部に着脱自在に結合され、前記管と前記流路とは、前記導管の外部と、前記変位部材の前記下流端部若しくは該下流端部近傍における前記導管の軸芯線若しくは該軸芯線近傍位置との間で、流体を連通させる測定タップを備え、前記変位部材を前記管の前記延伸部に着脱自在の取り付けるための協働取り付け手段を備え、前記協働取り付け手段は、前記管の前記延伸部と前記変位部材との間に配置されると共に、前記管側の連結用部材と、前記変位部材４２側の連結用部材とを、を含み、前記管側の連結用部材と前記流路側の連結用部材とは、前記変位部材４２を前記管に固定するために互いに係合している。
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の流体流装置において、前記協働取り付け手段は、前記管の前記延伸部と前記変位部材とにそれぞれ形成されたねじ部から構成されている。
請求項１２記載の発明は、請求項１０記載の流体流装置において、前記協働取り付け手段は、前記管の前記延伸部を有する軸芯線方向の管状延長部分を備え、該管状延長部分は、前記変位部材の前記上流端部から前記変位部材の前記下流端部又は該下流端部近傍まで、前記変位部材内の前記軸方向の流路を通って延びると共に、分割端部と該下流端部に形成されたねじ部とを有し、前記管状延長部分の前記ねじ部にはテーパねじ付きプラグが螺挿され、該テーパねじ付きプラグを螺挿することにより、前記変位部材の内部と前記分割端部とが結合するまで前記管状延長部分を拡張させるように構成している。
請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の流体流装置において、前記協働取り付け手段は、前記変位部材の前記上流端部内にねじ部を備え、該ねじ部は前記管状延長部分に連続する部分として形成されている。
請求項１４記載の発明は、請求項１３記載の流体流装置において、前記テーパねじ付きプラグと前記管状延長部分との間のねじ結合部と、前記変位部材と前記延伸部との間のねじ結合部とは、逆ねじになっている。
請求項１５記載の発明は、流体装置において、取り外し及び取り替え可能なセクションを含む導管を備え、前記導管のセクションは、流体を所定方向に流通させる内面を備えた外周壁を有すると共に、前記所定方向の流体流の上流端部と下流端部とを有しており、
前記導管のセクションよりも寸法径が小さくて前記導管のセクション内に配置されると共に前記所定方向の流体流の上流端部と下流端部とを有する流体流変位部材を備え、前記上流端部と前記下流端部との間の外周面には傾斜壁が形成され、該傾斜壁と前記導管のセクションの内面との間で流体流通領域を画定し、前記流体を前記流体流通領域に流通させることにより前記流体を偏向させるようになっており、前記導管のセクションの前記外周壁を貫通して延びる管を備え、該管は、前記導管のセクションの軸芯線に略沿って前記流体流の下流方向に延びる延伸部を有しており、前記変位部材は前記管の前記延伸部に嵌合する流路を備えており、該流路により、前記導管の外部と、前記変位部材の前記下流端部若しくは該下流端部近傍における前記導管のセクションの軸芯線部若しくは該軸芯線部近傍の位置との間で、流体を連通させるようになっており、前記導管のセクション内に前記変位部材を取り外し及び取り替え可能に取り付けるための協働取り付け手段を備え、該協働取り付け手段により、前記導管のセクションを通過する各種範囲の流れに対応するように、既設の変位部材を別の変位部材に取り替え可能とし、前記協働取り付け手段は、前記変位部材と前記管の前記延伸部との間に配置される共に、前記管の前記延伸部を有する軸線方向の管状延長部分を備え、該管状延長部分は、前記変位部材の前記上流端部から前記変位部材の前記下流端部又は該下流端部近傍まで、前記変位部材内の前記軸方向の流路を通って延びると共に、分割下流端部と該下流端部に形成されたねじ部とを有し、前記管状延長部分の前記ねじ部にはテーパねじ付きプラグが螺挿され、該テーパねじ付きプラグを螺挿することにより、前記変位部材の内部と前記分割下流端部とが結合するまで前記管状延長部分を拡張させるように構成している。
請求項１６記載の発明は、請求項１５記載の流体流装置において、前記協働取り付け手段は、前記管の前記延伸部と前記変位部材とにそれぞれ形成されたねじ部から構成されている。
請求項１７載の発明は、請求項１５記載の流体流装置において、前記協働取り付け手段は、前記変位部材の前記上流端部内にねじ部を備え、該ねじ部は前記管状延長部分に連続する部分として形成されている。

本発明の前記目的および他の目的、さらに利点については、当業者が添付の図面に関連して考慮すれば、以下の詳細な説明から明確になるであろう。

以下、本発明を実施する最良形態として発明者が現在考える本発明の好ましい実施形態を、詳細に説明する。下記説明により、この実施の形態に対する改造及び変更も当業者にとって明白になるであろう。

図１において、符号１０で示す本発明による流体流量計は、端部にボルト締め型フランジ１４が形成された複数の管体セクション１２を備えている管路又は流体流導管内に設置されている。流体流量計１０は、流量計本体又は導管セクション２０と、該導管セクション（流量計本体）２０内の同軸芯上に配置された流体流変位装置４０と、を備えている。導管セクション（流量計本体）２０は、２つの前記管体セクション１２間、例えば、管体セクション１２のフランジ１４間に配置され、ボルトにより固定されている、また、他の例として、フランジやボルト以外の適宜の固定手段を有する管体セクションまたは導管セクションを備えることもできる。図示された流量計本体（導管セクション）２０はいわゆるウェーハ設計であり、単にフランジ１４間に介在させられると共にフランジ１４間で延伸しており、両フランジ１４を結合すると共に円周方向に間隔をおいて配置されたボルト１６（１つだけが図示されている）によって、管体セクション１２の中心、あるいは管体セクション１２と同一軸芯軸線上に位置せしめされている。ただし、導管セクション２０に、フランジ部又は溶着端部等の他の適切な固定手段を設ける構成とすることもできる。

導管セクション２０は内孔または貫通穴２２を有しており、この貫通孔２２は、使用中に、管体セクション（管路）１２を通る流体流の連続した経路の一部、もしくは経路自体を構成する。流体流の方向は、図中に矢印で示すように、図の左から右へ向かっている。管体セクション（管路）１２及び導管セクション２０は、通常は円筒状に形成されており、貫通孔２２は、通常、管路セクション１２と同一内径で同一寸法となっている。しかし、必ずしも同一径で同一寸法とする必要性はない。

二つの流量測定タップ２４、２６は、後述する目的を達成するための位置に、互いに流体流方向に離れた位置に配置されており、導管セクション２２を通って径方向に延びている。

図１及び図２において、変位装置４０は、流量調整部材又は変位部材４２と、支持体又は取り付け台４４と、を備える。

流量調整部材又は変位部材４２は、通常は円筒状に形成された本体と、通常は円錐形に形成された傾斜壁４８，５０と、を備えている。変位部材４２の前記本体は、縁部４６において最も大きい横断外径又は寸法を有しており、傾斜壁４８，５０は、互いに対向配置されると共に、それぞれ流量計本体の上流側と下流側に向いて小径となるテーパ面を有している。ここ以降で説明する内容を除き、流量調整部材又は変位部材４２は、マクロメータ（ＭｃＣｒｏｍｅｔｅｒ）社の製品を利用することができる「Ｖコーン」装置で用いられる流体流変位部材、及び米国特許第４，６３８，６７２号、第４，８１２，０４９号、第５，３６３，６９９号および第５，８１４，７３８号で開示されているものと同一の物理的特性と本質的に同じ方式の機能を有しており、前記特許の開示内容は変位部材等が全て示されているが、本件では引用によって上記内容が組み込まれる。

前述の従来の特許で説明した通り、変位部材４２は、導管セクション２０の貫通孔２２よりも寸法径が小さく、通常の流体流の向きに沿って前記貫通孔２２内に配置されると共に該貫通孔２２と同軸芯に配置されている。変位部材４２の形成された前記傾斜壁４８，６０は、導管の外周壁の内部又は内面から、内側に向けて対称的に離間している。両傾斜壁４８，５０の大径側の接続端部は、同一の大きさと形状とを有し、両傾斜壁４８，５０の接続部において鋭い外周縁４６が形成され、その接続部の断面は、流体流の向きに対して直角となっている。上流の傾斜壁４８は下流の傾斜壁５０よりも長くなっており、好ましくは、上流の傾斜壁４８は流体流の上流側に向けて小径となるテーパ面を有する。上流側の傾斜壁４８は、流体流と垂直で外周縁部４６を通る平面に対し、約３９°から約７５°の範囲内の角度に形成され、好ましくは、前記角度は約６７．５°程度に設定される。下流側の傾斜壁５０は、前記縁部４６を通る平面に対し、約１５°〜約３０°の範囲内に設定されるが、好ましくは、前記角度は約２６°程度に設定される。導管セクション２０の内径に対する変位部材４２のベータ率は、約０．４から約０．９４までの範囲になることもある。

流体が導管セクション２０の入口又は上流端部に流入すると、流体は変位部材４２の上流側の傾斜壁４８によって変位させられ、また、傾斜壁４８によって偏向され、導管セクション２０の内面と上流側傾斜壁４８との間で形成された環状エリア内に入る。該環状エリアでは、流体流方向に向かって流通断面積が徐々に小さくなり、前記外周縁部４６において最小となる。その後、流体は導管セクション２０の内面と下流側の傾斜壁５０との間で形成された環状エリアに入る。この下流側傾斜壁５０に対応する環状エリアでは、流体流方向の下流側に行くにしたがい、環状エリアの流通断面積は大きくなる。その結果、流体流は、変位部材４２の上流側と下流側の両方で安定化されて調整される。特に、変位部材４２は、該変位部材４２と導管セクション２０の外周壁との間の領域の流体流を直線化し、変位部材４２の上流側と下流側との両方における広範囲の流速の流体流の速度プロファイルを平坦化する機能を有する。従って、上流側と下流側との両方の流れプロファイルは比較的平坦で対称的になると共に、導管セクション内で軸芯線部に集中され、そして、る。流速に関係なく、大きく、本来的な流径一定化手段となる。また、流体あるいは複数の流体およびその中にある何らかの固体材料は均質化されているため、導管セクション２０は、実質的にその全断面積にわたって実質的に均質な混合物で満たされることになる。

さらに、下流側の傾斜壁５０は、流体が変位部材４２の下流側導管セクション内で自由流状態に戻れば、流体の戻り速度を最適化する機能を有する。下流側の傾斜壁５０に連なる鋭い外周縁部４６によって、短い渦が外周縁部から下流方向に流れるようになる。これらの渦は幅が小さく、高振動数を持っているため、流体流の戻り速度を最適化することに役立つ。幅が小さくて高振動数の渦によって、下流側で発生する可能性がある障害、すなわち、「騒音」をなくし、これによって非常に正確で信頼性の高い測定が容易にできるようになる。

流量計本体又は導管セクション２０内の変位部材４２を取り替え可能に取り付ける目的であって、変位部材の下流端部における導管の軸芯線部又は軸芯線部近傍での流量測定を行うために、本発明の好ましい実施形態では、変位部材４２の上流端部が取り外し可能に固定されると共に変位部材４２の上流端部に配設され取り付けアッセンブリ（取り付け台）４４を含んでいる。

図２乃至図５に示されるように、取り付けアッセンブリ（取り付け台）４４は、２つの測定タップ２４，２６のうち、下流側に配置された測定タップ２６から導管内を径方向内方に延びる管状ステムまたはスリーブ５４で作製された管と、前記スリーブ５４の内方端部に固着されると共に導管の軸芯線に沿って下流方向に延びる管状ガイドピン５６と、を備えている。ガイドピン５６は、変位部材４２の長さとほぼ等しい長さを有しており、縦方向に複数本のスリットを形成することにより、下流側の端部が４つの分割片５８に四等分に分割される。４つの分割片５８の下流端部の内面にはねじ部６０が形成され、ガイドピン５６の上流端部の外面にもねじ部６２が形成されている。変位部材４２はガイドピン５６を適切に挿入するための軸方向貫通流路６４を有しており、変位部材４２の上流端部の内周面には、前記ガイドピン５６の外周ねじ部６２に螺合する内周ねじ部６６を有している。変位部材の変形例として、単にガイドピン５６に対して単にねじ込むだけで、取付け及び取り外し可能で、交換可能に取り付けアッセンブリ（取り付け台）４４に固定する構造とすることもできる、安全のため、ねじ部６２−６６は、好ましくは自己ロック型とする。

さらに、本発明の好ましい実施形態において、取付け台（アセンブリ）は、第２又は追加の固定システムを含むことができ、この固定システムは、ガイドピン５６の下流端部の分割片５８と、管状のプラグ６８とを含んでいる。該プラグ６８は、先細に形成された上流端部と、下流端部近傍に形成された外周ねじ部７０とを有している。前記プラグ６８を前記４つの分割片５８の内周ねじ部６０に螺合することにより、前記４つの分割片５８を径方向の外方に拡張させ、それにより、ガイドピン５６の下流端部において、変位部材４２の流路６４の内周壁と４つの分割片５８とを係合させるようになっている。これにより、変位部材４２ガイドピン５６に対して確実に固定されるので、使用中に緩むことがなく、従って流体流量計の下流に配置されている機器に対してねじ止め等で固定する必要はない。安全性を付加的に確保するために、上流端部のねじ部６２−６６と、下流端部のねじ部６０−７０とは、好ましくは逆ねじとする。

ねじ部を脱着するための回転操作を容易にするため、変位部材４２には、その下流端部壁に、工具（図示せず）を挿入するための一対の孔が形成され、前記工具は、前記孔に係合する一対のピンを備えている、一方、プラグ６８の下流端面には、六角レンチ（図示せず）を係合することができる六角ソケット７４が形成されている。

上流側の流量測定タップ２４により、変位部材４２の縁部４６のより上流の１つ以上の流体流状態の判定が容易になり、管状のスリーブ５４、ガイドピン５６及びプラグ６８を介して連通する下流側の流量測定タップ２６により、変位部材４２の下流面での導管の軸新線部における１つ以上の流体流状態の判定が容易になる。

変位部材４２はガイドピン５６に対して容易に取付け及び取り外すことができ、計測器本体（導管セクション）２０内を通過する各種の流体および各種の流速の流体流にそれぞれ対応する種々のベータ率を有する複数の変位部材４２、例えば、図８，図９及び図１０に示す異なる３つの変位部材４２と、交換可能である。図８，図９及び図１０１０の変位部材４２は、同一の流量計本体での利用を容易にするための大きさ及び／又は異なる形状となっている。

２つの測定タップ２４及び２６は、予め設定された望ましい流量特性を読み取るために、従来公知の適切な流量測定計器２７に接続される。

図６及び図７は本発明の第２の実施形態であり、導管長さ方向に間隔をおいて配置された一対の径方向流量測定タップ２４ａ及び２６ａと、下流側の測定タップ２６ａに溶接により一端部が固定されると共に、下流方向に曲がって軸方向の延伸ガイド５６ａまで達する管４４ａと、ガイド５６ａに取り付け及び取り外し可能に設けられる変位部材４２ａとを有する導管セクション２０ａを備えている。本実施形態において、交換可能な変位部材４２ａは、通常は、符号８０で示す急速着脱装置により、ガイド５６ａに対して取付け及び取り外し可能となっている。前記装置８０を除き、図６および図７で用いられる符号は図１−図５５で用いられるものと同一であるが、接尾語「ａ」を付している。

急速着脱装置８０は、変位部材に固定されると共に前記変位部材８０の中心流路または孔６４ａ内から径方向に延びる複数のピン８２と、該ピン８２が取り外し可能に挿入されるガイド５６ａ内の対応する数の差込みまたはＪスロット８４と、前記変位部材８０をガイド５６ａに固定するために、図７で示されるように、ピン８２が常にＪスロット８４の下部終端に留まるように、変位部材８０をガイド５６ａから離れるように付勢する孔６４ａ内のばね８６とを備えている。流体流によってピン８２をＪスロット８４の終端に保持する役目を果たす。

変位部材８０をガイド５６ａから取り出し、あるいは取り外す場合には、ピン８２をＪスロット８４の下部終端から抜くように上流に向けて変位部材８０を押し、そして、変位部材８０を許される方向に短い距離だけ捻り、Ｊスロット８４の開放上端を通してばね８６によってピン８２をガイド５６ａから分離するだけでよい。同一の、あるいは別の変位部材を、上で述べた過程を逆の過程でにより、ガイドに取り付けることができる。

好ましくは、ガイド５６ａは、変位部材８０をガイド５６ａにシールするための一対のＯリング８８を備えることができ、この一対のシール８８は、軸芯方向に間隔おいて配置されている。

変位部材４２，４２ａを、取り付けアッセンブリ（ガイド管体または管材）４４，４４ａに取り外し可能に設けることにより、流体流量計および混合装置の製造に関して大きな利点が得られ羽。その理由は、標準化された製造手順を用いて、導管セクションや種々の標準径の流量計本体および種々の標準径、構成、ベータ率の変位部材を作製でき、そのため、個々の仕様に合う流量計および混合器が、オーダーメイドのものよりも標準的で、保管中の在庫品の構成要素中から即座に経済的に組む立てることができるようになるためである。全ての構成要素は、測定タップ２４，２６及び２４ａ，２６ａの間隔といった幾何学的類似性及びある定数と、さらに変位部材の下流端面に連通する測定タップ２６，２６ａとベータ縁部４６，４６ａの間隔とをもって作製される。幾何学的類似性や定数をもつという標準化および保守面での長所によって、流量計および混合器を注文する際に、かつて必要であったような、各々全ての流量計あるいは混合器の試験を行う必要がなくなる。

図８，９および１０は、例として、ある直径の導管で用いることを意図した３つの代表的な変位部材４２ｂ，４２ｃおよび４２ｄを示しているが、それぞれ、導管内で別々のベータ率を示しており、すべて各測定タップから同一のベータ縁部４６ｂ，４６ｃ及び４６ｄまでの間隔を与えている。

図８の変位部材は、ある導管の内径について０．４５のベータ率をもたらす比較的大径のベータ縁部４６ｂを有している。

図９の変位部材は、同一内径の導管内において、０．５５のベータ率をもたらす中間径の縁部４６ｃを有している。端部４６ｃの径が小さいことから、傾斜壁４８ｂと比較して上流側の傾斜壁４８ｃが短くなっている。各測定タップから縁部４６ｃまでの均一な間隔を維持するために、図９の変位部材４２ｃは、最上流端部において、変位部材４２ｃの全体的な長さが変位部材４２ｂと等しくなり、ベータ縁部４６ｃは測定タップからベータ縁部４６ｂと同距離になるような長さの円筒状延伸部４９ｃを含んでいる。

図１０で示される変位部材４２ｄは比較的小さな直径のベータ縁部４６ｄを有し、同一内径の導管内で０．６５のベータ率をもたらす。変位部材の全体的な長さ、および測定タップからベータ縁部までの間隔を一定に維持するために、変位部材４２ｄは最上流端部において、図９の変位部材の延伸部４９ｃよりも長い円筒状延伸部４９ｄを有する。

幾何学的類似性及びある定数を維持し、標準化された製造手順を実施することで、単体の流量計本体（導管セクション）２０及びそれに関連する測定計測２７を別の目的に適応させ、例えば、図８，図９及び図１０で示された変位部材のうちの１つ、またはその他、さらに他の変位部材を適切に選択することで別の機能を発揮することができる。

本発明の変位部材取付け支持システムによって、第１のベータ率から他のベータ率、あるいは第１の流速範囲から他の別の流速範囲に装置を便利かつ即座に変換できる。特に、導管セクション２０内の貫通孔２２に対する変位部材の寸法及び／又は構成、例えば傾斜面の角度により、ベータ率、流体のタイプ、変位部材と導管の壁の内面との間の領域を通る流体流を変位部材が直線化できるような流れの範囲が決定される。変位部材の大きさ及び／又は構成が変化すると、システムが対応する流れのタイプおよび範囲が変わる。したがって、第１の変位部材を取り外して別の変位部材に置き換えることで、システムは、別の流量および別の流体および粒体混合物に正確に対応できるようになる。本発明により、導管セクション２０を管路から取り外し、変位部材をガイド５６又は５６ａ及び導管セクション２０から取り外し、別の変位部材で変位部材を置き換え、セクション２０を管路１２内の元の位置に戻すだけで、迅速にこれが達成できる。したがって、所定の流量計本体をまったく別の流量計本体と置き換える必要はない。１つの導管セクション２０及びそれに関連するセンサがあれば、複数の範囲の流速、複数の別の流体、液体、ガス、およびその混合物に対する流体流を測定するという目的にとって十分なものになる。

したがって、本発明の目的は、便利な実際的、経済的、容易な方法で達成されることが示された。

本発明の現時点での好ましい実施形態がここで例示され、説明されたが、添付請求項で規定される本発明の適用範囲から逸脱することなく、種々の変更、再配置、改造を行ってもよいことは当然である。

本発明の第一実施形態の縦断面図である。 図１の実施形態を備える流体流量計の拡大断面図である。 図１の実施形態の変位部材取り付け部の斜視図である。 図１の実施形態の変位部材取り付け部の構成要素の断面図である。 図１の実施形態の変位部材取り付け部の構成要素の断面図である。 本発明の第２の実施形態の縦断面図である。 図６の「Ｂ」で囲まれた部分の断面図であり、図６の実施形態の変位部材取り付け部を示す図である。 同一の導管、または内径の等しい複数の導管に用いられる３つの交換可能な変位部材であって、前記導管に対して異なるベータ率を有するものの内の一つの断面図である。 同一の導管、または内径の等しい複数の導管に用いられる３つの交換可能な変位部材であって、前記導管に対して異なるベータ率を有するものの内の一つの断面図である。に対する 同一導管、または内径の等しい複数の導管で用いられ、それぞれが導管に対して異なるベータ率を有するものに対する３つの交換可能な変位部材のうちの別の一つの断面図である。

Claims (17)

1. 流体装置において、
   取り外し及び取り替え可能なセクション（２０）を含む導管を備え、該導管は、流体を所定方向に流通させる内面を備えた外周壁を有すると共に、前記所定方向の流体流の上流端部と下流端部とを有しており、
   前記導管の前記セクション（２０）よりも寸法径が小さくて前記導管内に配置されると共に前記所定方向の流体流の上流端部と下流端部とを有する流体流変位部材（４２）を備え、該流体変位部材（４２）の上流端部と下流端部との間の外周面には傾斜壁（４８，５０）が形成され、該傾斜壁（４８，５０）と前記導管の前記セクション（２０）の内面との間で流体流通領域を画定し、前記流体を前記流体流通領域に流通させることにより前記流体を偏向させるようになっており、
   前記導管の前記外周壁を貫通して延びる管を備え、該管は、前記導管の軸芯線に略沿って前記流体流の下流方向に延びる延伸部を有しており、
   前記変位部材（４２）は前記管の前記延伸部に嵌合する流路（６４）を備えており、該流路（６４）により、前記導管のセクション（２０）の外部と、前記変位部材（４２）の前記下流端部若しくは該下流端部近傍における前記導管のセクション（２０）の軸芯線部若しくは該軸芯線部近傍の位置との間で、流体を連通させるようになっており、
   前記導管のセクション（２０）内に前記変位部材（４２）を取り外し及び取り替え可能に取り付けるための協働取り付け手段を備え、該協働取り付け手段により、前記導管のセクション（２０）を通過する各種範囲の流れに対応するように、既設の変位部材（４２）を別の変位部材に取り替え可能とし、
   前記協働取り付け手段は、前記管の前記延伸部と前記変位部材との間に配置されると共に、前記管の前記延伸部に設けられた管側の連結用部材と、前記変位部材（４２）の軸線方向の前記流路（６４）内に設けられた流体路側の連結用部材とを、を含み、
   前記管側の連結用部材と前記流路側の連結用部材とは、前記変位部材（４２）を前記管に固定するために互いに係合している、流体流装置。
2. 請求項１記載の流体流装置において、
   前記管は、前記導管のセクションの外側に位置する第１の測定タップと、前記変位部材より上流側の前記導管のセクションの前記外周壁を通って延びる第２の測定タップとを備え、
   前記両測定タップは、前記変位部材の上流および下流の両区域における前記導管内の流体流を測定するようになっている流体流装置。
3. 請求項２記載の流体流装置において、
   前記導管のセクションと前記両測定タップとに接続されると共にメータ本体を構成する流量検知手段を含み、前記変位部材を別の変位部材と置き換えることにより、各種流体および各種範囲の流量を単一のメータ本体によって測定できるように構成されている流体流装置。
4. 請求項２記載の流体流装置において、
   前記両測定タップのうち、前記第２の測定タップは、流体流の速度プロフィールが比較的平坦な箇所で前記変位部材の前記導管上流区域に連通し、そして、前記導管の外周壁に配置された流量検知手段が前記両測定タップを介して前記導管の前記内部に連通している流体流装置。
5. 請求項１記載の流体流装置において、
   該協働取り付け手段は、前記管の前記延伸部と前記変位部材とにそれぞれ形成されたねじ部から構成されていることを特徴とする流体流装置。
6. 請求項１記載の流体流装置において、
   前記協働取り付け手段は、前記管の前記延伸部を有する軸線方向の管状延長部分を備え、
   該管状延長部分は、前記変位部材の前記上流端部から前記変位部材の前記下流端部又は該下流端部近傍まで、前記変位部材内の前記軸芯線方向の流路を通って延びると共に、分割下流端部と該下流端部に形成されたねじ部とを有し、
   前記管状延長部分の前記ねじ部にはテーパねじ付きプラグが螺挿され、該テーパねじ付きプラグを螺挿することにより、前記変位部材の内部と前記分割下流端部とが結合するまで前記管状延長部分を拡張させるように構成していることを特徴とする流体流装置。
7. 請求項６記載の流体流装置において、
   前記協働取り付け手段は、前記変位部材の前記上流端部内にねじ部を備え、該ねじ部は前記管状延長部分に連続する部分として形成されていることを特徴とする流体流装置。
8. 請求項７記載の流体流装置において、
   前記テーパねじ付きプラグと前記管状延長部分との間のねじ結合部と、前記変位部材と前記延伸部との間のねじ結合部とは、逆ねじになっていることを特徴とする流体流装置。
9. 請求項１記載の流体流装置において、
   前記協働取り付け手段は、ピン式急速継手、ピン及び該ピンに係脱するスロットを含んでいることを特徴とする流体流装置。
10. 流体装置において、
    流体を所定方向に流す導管を備え、該導管は、内面を備えた外周壁を有しており、
    前記導管部分よりも寸法径が小さくて前記導管部分内に配置されると共に前記所定方向の流体流の上流端部と下流端部とを有する流体流変位部材を備え、前記変位部材の外周面には、上流端部と下流端部との間に傾斜壁が形成され、該傾斜壁が、前記導管部分の内周面との間で流体流通領域を画定すると共に前記流体を前記流体流通領域内へと偏向させるようになっており、
    前記導管の前記外周壁を貫通して延びる流量測定タップを備え、該流量測定タップは前記変位部材の前記導管上流内の区域に連通し、
    前記導管の前記外周壁を貫通して延びる管を備え、該管は、前記導管の軸芯線に略沿って前記流体流の下流方向に延びる延伸部を有しており、
    前記変位部材は、略軸芯線方向に変位部材を通過する流路を有すると共に、前記管の前記延伸部に着脱自在に結合され、
    前記管と前記流路とは、前記導管の外部と、前記変位部材の前記下流端部若しくは該下流端部近傍における前記導管の軸芯線若しくは該軸芯線近傍位置との間で、流体を連通させる測定タップを備え、
    前記変位部材を前記管の前記延伸部に着脱自在の取り付けるための協働取り付け手段を備え、
    前記協働取り付け手段は、前記管の前記延伸部と前記変位部材との間に配置されると共に、前記管側の連結用部材と、前記変位部材４２側の連結用部材とを、を含み、
    前記管側の連結用部材と前記流路側の連結用部材とは、前記変位部材４２を前記管に固定するために互いに係合している、流体流装置。
11. 請求項１０記載の流体流装置において、
    前記協働取り付け手段は、前記管の前記延伸部と前記変位部材とにそれぞれ形成されたねじ部から構成されていることを特徴とする流体流装置。
12. 請求項１０記載の流体流装置において、
    前記協働取り付け手段は、前記管の前記延伸部を有する軸芯線方向の管状延長部分を備え、
    該管状延長部分は、前記変位部材の前記上流端部から前記変位部材の前記下流端部又は該下流端部近傍まで、前記変位部材内の前記軸方向の流路を通って延びると共に、分割端部と該下流端部に形成されたねじ部とを有し、
    前記管状延長部分の前記ねじ部にはテーパねじ付きプラグが螺挿され、該テーパねじ付きプラグを螺挿することにより、前記変位部材の内部と前記分割端部とが結合するまで前記管状延長部分を拡張させるように構成していることを特徴とする流体流装置。
13. 請求項１２記載の流体流装置において、
    前記協働取り付け手段は、前記変位部材の前記上流端部内にねじ部を備え、該ねじ部は前記管状延長部分に連続する部分として形成されていることを特徴とする流体流装置。
14. 請求項１３記載の流体流装置において、
    前記テーパねじ付きプラグと前記管状延長部分との間のねじ結合部と、前記変位部材と前記延伸部との間のねじ結合部とは、逆ねじになっていることを特徴とする流体流装置。
15. 流体装置において、
    取り外し及び取り替え可能なセクションを含む導管を備え、前記導管のセクションは、流体を所定方向に流通させる内面を備えた外周壁を有すると共に、前記所定方向の流体流の上流端部と下流端部とを有しており、
    前記導管のセクションよりも寸法径が小さくて前記導管のセクション内に配置されると共に前記所定方向の流体流の上流端部と下流端部とを有する流体流変位部材を備え、前記上流端部と前記下流端部との間の外周面には傾斜壁が形成され、該傾斜壁と前記導管のセクションの内面との間で流体流通領域を画定し、前記流体を前記流体流通領域に流通させることにより前記流体を偏向させるようになっており、
    前記導管のセクションの前記外周壁を貫通して延びる管を備え、該管は、前記導管のセクションの軸芯線に略沿って前記流体流の下流方向に延びる延伸部を有しており、
    前記変位部材は前記管の前記延伸部に嵌合する流路を備えており、該流路により、前記導管の外部と、前記変位部材の前記下流端部若しくは該下流端部近傍における前記導管のセクションの軸芯線部若しくは該軸芯線部近傍の位置との間で、流体を連通させるようになっており、
    前記導管のセクション内に前記変位部材を取り外し及び取り替え可能に取り付けるための協働取り付け手段を備え、該協働取り付け手段により、前記導管のセクションを通過する各種範囲の流れに対応するように、既設の変位部材を別の変位部材に取り替え可能とし、
    前記協働取り付け手段は、前記変位部材と前記管の前記延伸部との間に配置される共に、前記管の前記延伸部を有する軸線方向の管状延長部分を備え、
    該管状延長部分は、前記変位部材の前記上流端部から前記変位部材の前記下流端部又は該下流端部近傍まで、前記変位部材内の前記軸方向の流路を通って延びると共に、分割下流端部と該下流端部に形成されたねじ部とを有し、
    前記管状延長部分の前記ねじ部にはテーパねじ付きプラグが螺挿され、該テーパねじ付きプラグを螺挿することにより、前記変位部材の内部と前記分割下流端部とが結合するまで前記管状延長部分を拡張させるように構成していることを特徴とする流体流装置。
16. 請求項１５記載の流体流装置において、
    前記協働取り付け手段は、前記管の前記延伸部と前記変位部材とにそれぞれ形成されたねじ部から構成されていることを特徴とする流体流装置。
17. 請求項１５記載の流体流装置において、
    前記協働取り付け手段は、前記変位部材の前記上流端部内にねじ部を備え、該ねじ部は前記管状延長部分に連続する部分として形成されていることを特徴とする流体流装置。

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