JP4879481B2 - 特定用途における改善安定性をもつ遠隔処理用シール - Google Patents

Description

本発明は、プロセス（処理）制御および計測の技術に関する。特に、本発明は、改良された遠隔処理用シールに関する。

前記プロセス制御および計測の技術は、一般的に、化学、製紙、石油、薬品、食品、その他の産業の処理設備における、固体、スラリー、液体、蒸気、気体などの物体に関するプロセス変数を遠隔モニターするための、プロセス変数発信器を備える。プロセス変数とは、圧力、温度、流量、レベル、乱流、密度、濃度、化学組成、その他の特性である。プロセス変数発信器は、プロセスのモニターや制御が行えるように、検出されたプロセス変数の出力をプロセス制御ループ回線を経由して制御室へ送信することができる。

前記プロセス制御ループ回線は、２線式の４〜２０ｍＡサイズのプロセス制御ループ回線が一般的である。そのようなプロセス制御ループ回線における電力レベルは、問題が起こった場合でもスパークを発生させないような低い電力レベルである。このことは、特に可燃性環境において有効である。また、プロセス変数発信器自体も、４〜２０ｍＡサイズのプロセス制御ループ回線から全ての電力供給が受けられるような低電力にて動作可能なものがある。さらに、プロセス制御ループ回線の信号は、ＨＡＲＴ（商標）デジタルプロトコルなどの標準デジタルプロセスプロトコルに基づく、２線式回線に重畳されたデジタル信号が使用される。

例えば、プロセス圧力発信器は、所定のプロセス環境内において圧力値（絶対値、ゲージ値、差圧値）を検出するための多様な適用例にて利用されている。加えて、タンクの２つの上下地点での圧力差を測定して、タンク内の液面の表示を行うのにも、プロセス圧力発信器が利用できる。しかし、プロセス設備における２つの異なる分離位置での圧力の測定には、単数または複数の遠隔シールの使用が必要となる。さらに、プロセスの温度が高すぎる場合には、圧力発信器をプロセス設備に近接して設置すると、熱で故障する恐れがある。それゆえ、圧力を測定する複数地点が空間的に分離していたり、プロセスの温度が非常に高い場合などの適用例には、基本的に遠隔シールの使用が必要となる。

そのような場合に使用される遠隔シール装置は、圧力発信器と、少なくとも１つの遠隔処理用シール体と、前記圧力発信器と遠隔処理用シール体の間に設置された接続配管と、その接続配管内の充填液とからなる。動作中には、薄膜状の可撓ダイヤフラムと充填液により、圧力発信器の圧力検知部はプロセス液から分離される。該接続配管は一般的には細管であって、遠隔処理用シール体と圧力発信器とを接続している。プロセス圧力が印加されると、遠隔処理用シール体のダイヤフラムが変形して、充填液圧力を該接続配管を経由して圧力発信器まで伝送する。この伝送圧力により、圧力発信器の圧力検知部内の検知ダイヤフラムが変位する。その変位はプロセス圧力に比例しており、所定の電流値、電圧値、または、ＨＡＲＴ（高速アドレ可能ス遠隔変換）プロトコルなどのデジタル出力信号に変換されるのである。

圧力発信器内で検知された圧力がプロセス圧力を正確に示せるよう、充填液は非圧縮特性を持つことが特に重要である。このことは比較的に直接的な設計基準である一方で、オイルの種類によっては、オーバータイム、ガス排出、あるいは、その内部における気泡発生などの恐れがある。加えて、遠隔処理用シール体および／または接続配管を形成する金属類も、多少ともガス排出やオーバータイムなどの問題をもつ。現状では、それらの問題点を解決するのに、高品質の充填液を選定して、ガス排出やオーバータイムの欠点を低減できるよう充填液を前処理して、遠隔処理用シール体および／または細い接続配管を形成する金属類に、ガス排出の度合いを低下させる処理が行われている。それらの方法により、遠隔処理用シール装置の長期にわたる安定性を向上させることができる。

それでも（特に、遠隔処理用シール体が２００℃以上の高温、および／または、高度な真空にさらされるなどの）場合によっては、遠隔処理用シール装置の動作が不安定および／または不正確になる恐れがある。例えば、上記のような特定用途の例では、前記製造技法にて製造された遠隔処理用シール装置でも、始動してから６ヶ月またはそれ以上経過するにつれ、徐々に不安定性や不正確性が増す場合がある。そのような厳格な適用例における有効寿命を許容するにしても、できる限り長く適用例に対処できる遠隔処理用シール装置を提供することが望ましい。さらに、できる限り長く適用例に対処できる遠隔処理用シール装置を提供するだけでなく、現状では必要な、充填液および／または構造金属類からのガス排出を低減または最小にするための余分な製造工程をなくすことも、遠隔処理用シール装置にとっては重要な改良点である。

そこで、改善された遠隔処理用シール装置を提供する。その遠隔処理用シール装置は、非圧縮性の充填液が充填された接続配管を経由してプロセス圧力発信器に接続された少なくとも１つの遠隔処理用シール体を備える。非圧縮性の充填液は、少なくとも１つの捕捉部材と接触して、時間と共に蓄積される水素ガスが原因となる動作不安定性を低減する。特徴の１つとして、層状の捕捉部材を、遠隔処理用シール体の圧力検知部内に設置あるいは配置する。

以前には、最も厳格な基準で製造された遠隔処理用シール装置でさえ、動作の不安定および／または精度不足が解決されなかった。実際、精度不足はプロセス液内の水素ガスの累積に起因するものであると理解されている。また、その水素は、遠隔処理用シール装置の金属構造体から装置の特定用途における動作中に発生すると考えられる。ここでいう「特定用途」とは、温度がほぼ２００℃以上、または、真空度がほぼ０．５psia以上、またはその両方が達成された動作条件を意味する。本発明では、遠隔処理用シール装置の充填流体装置内に水素捕捉材を備える。結果として、特定用途におけるより堅固な装置となった。

図１は、本発明の実施例が特に有効に利用できる遠隔処理用シール装置の概略図である。装置１０は、それぞれ細管１６、１８を通って圧力発信器２０に接続された１対の遠隔処理用シール部材１２、１４を備えている。なお、図示の遠隔処理用シール部材１２、１４の形状は説明のための例であって、現在すでに周知の、あるいは、将来に開発されるであろう様々な形状の遠隔処理用シール部材の利用が、本発明の実施例では可能である。遠隔処理用シール部材１２と１４には、遠隔処理用シール部材を目的のプロセス設備に取り付けるのに適したボルト配置をもつフランジ部２２、２４がそれぞれ備わっている。その取付フランジ部内に、圧力変換部（pressure transducing portion）２６、２８が設けられている。該圧力変換部２６、２８は、充填液に直接に接触して、充填液の圧力をそれぞれの細管１６、１８を経由してプロセス圧力発信器２０へ伝達できるよう設定されている。

図２は、図１のＡ−Ａ線における遠隔処理用シール体の概略断面図である。図２に示されている遠隔処理用シール体は、従来例の遠隔処理用シール体１２である。遠隔処理用シール体１２には、圧力変換部２６のシャフト３４を通すための貫通孔３２が設けられている。対応するプロセス設備の接続部に取り付けるための取付孔３６が、取付板３０に設けられている。圧力変換領域２６はシャフト３４に取り付けられており、充填液に直接に接触できるよう配置されている。この領域２６には、２ヶ所４２と４４でプレート部４０に溶接された隔離ダイヤフラム３８が備わっている。ダイヤフラム３８は、所定用途に従って様々な素材から構成できる。例えば、３１６ステンレス合金、３０４ステンレス合金、タンタル、ジルコニウム、または、ヘストロイ（Ｈａｙｎｅｓ社の商品の登録商標）、インコネル６００（ＨｕｎｔｉｎｇｔｏｎＡｌｌｏｙｓ社の商品の登録商標）、モネル４００（ＩｎｃｏＡｌｌｏｙ社の商品の登録商標）などの合金、または、その他の適当な素材などがあげられる。特に、ダイヤフラム３８の内側の面に対向するプレート部４０の表面は、４６で示すように渦状に形成されている。プレート部４０も同様の素材で形成するが、炭素鋼などの付加部材を含んでも構わない。プレート部４０の渦状表面とダイヤフラム３８の内側面の間の容積空間は、シリコンオイルなどの非圧縮特性をもつ充填液が充填される室を構成する。しかしながら、充填液はそれに限らず、どのような種類のものでも構わないが、本発明の実施例では適当な非圧縮性の充填液を利用する。充填液は、接続経路４８から、圧力発信器（図２には図示しない）までの接続細管１６内に充満している。

図３と４は、本発明の実施例による遠隔処理用シール体のそれぞれ断面図と斜視図である。図３に示すのは、図２の従来の遠隔処理用シール体１２と同様の遠隔処理用シール体５０であり、同等の構成には同じ符号が付されている。特に、遠隔処理用シール体５０は、図２に示すものと同じ取付フランジ３０を採用している。実施例の改良された遠隔処理用シール体５０と従来の遠隔処理用シール体１２との基本的な違いは、充填液室内に別途の凹部５２が形成されていることである。その凹部は、捕捉部材（getter）５４とスクリーン５６を収容設置できるよう好適に構成されている。図３に示すように、捕捉部材５４は充填液を通過させる開孔５８を備える。捕捉部材５４の上側に取り付けられたスクリーン５６は、好ましくは所定位置に溶接された金属製スクリーンである。別の実施例として、捕捉部材５４に開孔５８を設けずに、捕捉部材の下側を充填液が通過できるよう別途の溝または凹部を機械加工で形成することも可能である。ここでいう捕捉部材とは、充填液中のガス状の水素を捕捉、吸収、または除去できる能力をもつ構造や物質を意味する。

図４は、前記フランジ３０を備えた遠隔処理用シール体５０の斜視図である。図から明らかなように、偏向可能な隔離ダイヤフラムをシール体５０から取り外して、その下の渦巻きだけでなく、スクリーンや捕捉部材の下側を通るリリーフ溝６０を開示している。スクリーン５６は、図４では直接に目視できる位置にあり、シール体の中央部位に斜線部で示す。

本発明の実施例における捕捉部材は、遠隔処理用シール体の充填液域内に配備されているが、遠隔処理用シール体の圧力変換位置に配置可能なシート形状であるのが望ましい。捕捉部材をシート形状にすると、その表面面積を拡大することができ、捕捉動作を容易にできるからである。また、本発明の実施例の捕捉部材は、遠隔処理用シール体の充填液室内に配備できるいかなるタイプのものでもよいが、シリコンオイルなどの作動油に対する捕捉機能を有するのが望ましい。それゆえ、捕捉部材として、プラチナおよび／またはパラジウムなどは不適切である。プラチナやパラジウムなどの従来の捕捉部材を不適切とする理由は、それらの素材が充填液（一般的にはオイル）により破壊されることが実験により判明したからである。その替わりとして、ポリマー捕捉材が好適な素材である。そのような周知のポリマー捕捉部材の例は、米国特許の第５、８３７、１５８号や第６、０６３、３０７号に開示されている。

従来においては、高い真空度を維持および／または達成するために捕捉部材を利用することは周知であるが、オイル充填式の非真空遠隔処理用シール装置内の初期状態を保持するのに、そのような素材を使用することはなかった。遠隔処理用シール装置内に水素捕捉部材を使用すること、特定用途に対応すべきシール装置の動作寿命を延ばすことができることも認知されている。

本発明は、実施例に基づいて説明したけれど、本発明の精神や範囲を逸脱することなく形態や詳細の変更が可能なのは当業者には理解できよう。例えば、図３に示す捕捉部材５４は、遠隔処理用シールのプロセス圧力検知部の凹部内にシート層として設置されているが、その他の適当な方法で、および／または、複数の部材を充填液室内に装備して捕捉部材を構成することも可能である。例として、適当な捕捉材を渦状表面と等面配置（flash）または積層配置（deposite）するとか、あるいは、充填液内の浮遊物（suspension）として配備しても構わない。さらに、捕捉部材が少なくともある程度の電気的に誘導性（inductive）をもつ実施例や、捕捉部材の導電性が水素負荷関数として変化する実施例の場合、捕捉部材負荷の表示、つまり、シール寿命を提供するために、捕捉部材の導電性を計測できるようにすることも望ましい。本発明と同様の捕捉部材は、あらゆるタイプの充填液装置の性能を向上させるのに適用可能である。例えば、本発明の実施例や充填液装置を備えた圧力送信器の場合、その動作性能を向上あるいは維持するために同様の効果が期待できる。

本発明の実施例が有効利用できる遠隔処理用シール装置の概略図である。 従来の遠隔処理用シール体の概略断面図である。 本発明の実施例による遠隔処理用シール体の概略断面図である。 本発明の実施例による遠隔処理用シール体の斜視図である。

符号の説明

１０……遠隔処理用シール装置
１２、１４……遠隔処理用シール部材
１６、１８……細管
２０……プロセス圧力発信器
２２、２４……フランジ部
２６、２８……圧力変換部

Claims (13)

1. 少なくとも１つの圧力入口をもつプロセス圧力発信器と、
   前記プロセス圧力発信器の少なくとも１つの圧力入口に流体的に連通しており、前記少なくとも１つの圧力入口からプロセス流体を隔離すると同時に、充填液を介して前記少なくとも１つの圧力入口までプロセス流体の圧力を伝達できるように構成されている遠隔処理用シール体とを備える一方、
   前記遠隔処理用シール体に凹部を形成し、
   前記遠隔処理用シール体内の充填液に接触し充填液中のガス状の水素を捕捉，吸収，または除去できる能力を有する部材から成る捕捉部材を前記凹部内に配置し、
   前記凹部内における前記捕捉部材よりプロセス流体側にスクリーンを設置し、
   前記スクリーンを覆う位置にダイヤフラムを配置して成る
   遠隔処理用シール装置。
2. 前記スクリーンが金属製である、請求項１記載の遠隔処理用シール装置。
3. 前記捕捉部材がポリマーの捕捉部材である、請求項１記載の遠隔処理用シール装置。
4. 前記充填液がシリコンオイルである、請求項１記載の遠隔処理用シール装置。
5. 前記遠隔処理用シール体が、ステンレス合金から構成されている、請求項１記載の遠隔処理用シール装置。
6. 前記捕捉部材の導電性が測定され、前記遠隔処理用シール体の製品寿命の診断表示値として表示される、請求項１記載の遠隔処理用シール装置。
7. 配管に充填された非圧縮性の充填液を介してプロセス流体の圧力が伝達されるように構成された遠隔処理用シール体であって、
   前記遠隔処理用シール体はプレート部材を備え、
   前記プレート部材に対して液室を形成できるよう隔離ダイヤフラムを溶接する一方、
   前記液室の底面に凹部を形成し、
   当該凹部内に、前記充填液に接触し充填液中のガス状の水素を捕捉，吸収，または除去できる能力を有する部材から成る捕捉部材及び当該捕捉部材よりプロセス流体側にスクリーンを設置して成る
   遠隔処理用シール体。
8. 前記プレート部材が、前記隔離ダイヤフラムの内側面に対向した渦状面を備える、請求項７記載の遠隔処理用シール体。
9. 前記プレート部材が、前記捕捉部材の当該捕捉部材より凹部の底側に形成される溝を備える、請求項７記載の遠隔処理用シール体。
10. 遠隔処理用シール体を備えた遠隔処理用シール装置内の充填液を維持する方法であって、
    前記遠隔処理用シール体を構成するプレート部材に対して液室を形成できるよう隔離ダイヤフラムを溶接し、前記プレート部材に設けられた凹部内に前記充填液中のガス状の水素を捕捉，吸収，または除去できる能力を有する部材から成る捕捉部材及び当該捕捉部材よりプロセス流体側にスクリーンを設置することで、
    前記捕捉部材に非圧縮性の充填液に接触させる工程からなる、プロセス装置内の充填液を維持する方法。
11. 前記非圧縮性の充填液がオイルである、請求項１０記載の方法。
12. 前記オイルがシリコンオイルである、請求項１１記載の方法。
13. 前記遠隔処理用シール体は、前記充填液を介してプロセス流体の圧力を圧力発信器へ伝送する請求項１０記載の方法。

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