JP5208949B2 - 排出口を有するプロセス圧力測定システム - Google Patents

Description

用語”プロセス変量”は、一般的に、物質の物理的並びに化学的状態、又はエネルギーの転化量を指す。プロセス変量の例は、圧力、温度、流量、導電性、ｐＨ、および他の特性量を含んでいる。用語”プロセス測定”は、プロセス量の大きさを定める情報の取得を指す。圧力は基本的なプロセス変量と考えられており、そのときには圧力は流量（２つの圧力の差）、レベル（前方または後方圧力）、さらには温度（熱システム内の流体圧力）の測定のために用いられる。

工業プロセストランスミッタは一般的に、変量を、空気圧を示す電気的又は光学的信号など、標準化された送信信号に変換する感知素子を用いて、測定された変量に応答するトランスデューサまたはセンサを含むが、電気的又は光学的信号は測定された変量の関数である。工業プロセス圧力トランスミッタは、パルプ、石油、ガス、薬剤、食品、および他の流体処理プラントでの、たとえばスラリー、液体、化学物質内の蒸気およびガスなどの工業プロセス内の圧力を測定するのに用いられる。工業プロセス流体トランスミッタは、多くの場合、プロセス流体の近くか、またはフィールドアプリオケーション内に配置される。多くの場合、これらのフィールドアプリケーションは、このようなトランスミッタの設計者に難題を提供する厳しく多様な環境条件にさらされる。

プロセス流体圧力トランスミッタは、一般的に、マニホールドを介してプロセスに接続されている。マニホールドは、１以上のプロセス流体入口から１以上のプロセス流体出力へとプロセス流体を送るが、そのプロセス流体出力は、標準化された方法で、プロセス圧力トランスミッタの圧力センサモジュール上のプロセス流体入力の位置と一致する、さもなくば協働するように配置、又は構成される。

ある特定の種類のマニホールドは、コープレイナー・マニホールドとして知られている。このようなマニホールドは、モデル３０５およびモデル３０６マニホールドの商品名でミネソタ州エデンプレーリーにあるローズマウント・インクから入手可能である。モデル３０５および３０６マニホールドはそれぞれ、多様な構成で注文することが可能である。一般的に、マニホールドは、圧力トランスミッタを分離しておく少なくとも１つの弁を有する。この分離が、弁をプロセスから分離させておきながら、プロセス圧力トランスミッタを取り外し修理する、および／または交換することを可能にする。コープレイナー・マニホールドは、２つ、３つおよび５つの弁構造を備えることもできる。全てのこのようなコープレイナー・マニホールドは、一般的に、排出（ドレイン）／漏出（ベント）機能性のためのプラグを設けている。コープレイナー・マニホールドは、いくつものプロセス流体圧力が、単一の一体成形型マニホールドを介して、プロセス流体圧力トランスミッタに連結されるのを可能にしている。このような構成は、設置コストおよび技術者の時間を減らす他に、極めて強固なプロセス流体接続を提供することができる。

プロセス流体に接触し、かつ周囲環境と接触している外面に延びる２つの表面の間のどの界面も、プロセス流体の漏れの原因を作り出すおそれがある。プロセス流体の漏れを改善するために、フィールド技術者または他の熟練工は、問題を診断して修理することが要求されたりする。漏れにくいプロセス圧力トランスミッタマニホールドを提供することは、プロセス測定および制御工業の利益となるだろう。

プロセス流体圧力測定システムは、コープレイナー・マニホールドに接続されるプロセス流体圧力トランスミッタを含む。コープレイナー・マニホールドは、プロセス流体源に接続可能な第１の穿孔と、第１の穿孔に接続され排出孔内で終端する排出流路とを含む。マニホールドは、弁軸を受けるように構成された少なくとも１つのポートを含む。弁軸をコープレイナー・マニホールドと直接的に係合させることで、選択的にマニホールドに排出口を設けている。また、本発明の態様は、流体をプロセス流体圧力トランスミッタに接続するためのコープレイナー・マニホールドと、このようなコープレイナー・マニホールドに排出口を設ける方法とを含んでいる。

従来技術に従う、コープレイナー・マニホールドに接続されるプロセス流体圧力トランスミッタの概略図である。 従来技術に従う、コープレイナー・マニホールドと係合する弁軸／弁座アセンブリの断面図である。 本発明のある実施形態に従う、コープレイナー・マニホールドと係合する弁座の断面図である。 本発明の別の実施形態に従う、コープレイナー・マニホールドと係合する弁座の概略図である。 本発明のまた別の実施形態に従う、コープレイナー・マニホールドと係合する弁座の概略図である。 本発明の実施形態に従う、プロセス流体圧力測定システムの概略図である。 本発明の実施形態に従う、コープレイナー・マニホールドと直接的に係合する複数の弁座の底面図である。 本発明の実施形態に従う、コープレイナー・マニホールドと係合する弁座の概略図である。

図１は、従来技術に従う、コープレイナー・マニホールド１２に接続されるプロセス流体圧力トランスミッタ１０の概略図である。プロセス流体圧力トランスミッタ１０は、一般的に、センサ室（センサコンパートメント）１６に接続される電子部品室（電子部品コンパートメント）１４を含み、センサ室１６はさらに分離部品（アイソレータアセンブリ）１８に接続され、分離部品は最終的にコープレイナー・マニホールド１２に接続される。マニホールド１２は、一般的に、プロセス流体入口の対２０、２２を含む。図１は、複数の排出口部材（排出口アセンブリ）２４、２６を有するマニホールド１２を示している。部材２４、２６の各々は、一般的に、マニホールド１２内の雌ネジ穿孔に噛み合う。このような雌ネジ穿孔は、典型的には１／４ ＮＰＴとして規定される。

図２は、コープレイナー・マニホールド１２に噛み合う排出口部材２４の断面図である。図示されるように、排出口部材２４は、雄ネジ領域４２を含む弁座４０を含み、その領域４２は、コープレイナー・マニホールド１２の雌ネジ部４４に係合するように構成されている。弁座４０の領域４２は、コープレイナー・マニホールド１２の内部穿孔４８と流体連通する内部穿孔４６を含む。弁座４０はまた、弁軸５２を受けるように構成された雌ネジ領域５０を含む。弁軸５２は、弁座４０の雌ネジ５０に係合するように構成された雄ネジ５４を含む。したがって、弁座４０内での弁軸５２の回転は、弁軸５２を矢印５６の方向に軸上を移動させる。弁軸５２は、軸５２の遠方端に配置されたシール５８を含む。したがって、弁軸５２が弁座４０内で適切に回転すると、シール５８は内部孔４６の端部６０と接触するようになる。弁軸５２が反対の方向へ回転すると、シール５８は端部６０から離れるように移動し、内部穿孔４６が排出孔６２と流体連通するのを可能にする。

図２に関して上述した従来技術の弁軸／シール部材（アセンブリ）は、いくらか限界があるものである。具体的には、弁座４０とコープレイナー・フランジ１２との間のネジ接合部には漏れの可能性があり、それによってプロセス流体が漏出し得る。さらに、弁座４０は、それ自体が部材全体のコストを増大させている。またさらに、弁座４０がフランジ１２に噛み合うので、排出孔６２の配向はトランスミッタ部材に対してランダムに配置される。これは望ましくないことで、なぜなら、排出されたプロセス流体の実際の位置を確実には特定できない、あるいは決定できないためである。

本発明の実施形態は、一般的に、コープレイナー・マニホールドに直接的に接続された弁軸を用いて、コープレイナー・プロセス流体圧力マニホールドに排出口を設けることを容易にしている。図３は、本発明のある実施形態に従う、コープレイナー・マニホールド１００に接続された弁軸５２の断面図である。コープレイナー・マニホールド１００は、プロセス流体に流体的に接続された内部穿孔１０２を含む。穿孔１０２は排出流路１０６に流体的に接続され、排出流路１０６は最終的には排出孔１０８に行き着く。流路１０６の排出孔１０８に近接した部分は、ユーザが異なる排出形態、または全く排出しない形態を用いることを希望する場合に、ネジプラグをその中に受け入れるために雌ネジを含み得る。隅１０４は、好ましくは、軸５２のシール５８に係合するような形状を持っている。図３に示されるように、穿孔１０２および排出流路１０６は、一般的に、それらの間に挟まれた隅１０４に、互いに対して直角に構成される。しかし、これは単に、シール５８が、穿孔１０２と排出流路１０６との間の流体接続を選択的に遮ることを可能にすることが容易になるように構成された一つの構成にすぎない。そのうえ、排出流路１０６はマニホールド１００の中に直接的に機械加工される、あるいは作られるので、マニホールド１００に対する排出孔１０８の位置および／または配向が完全に決定される。様々な構成の排出流路１０６および内部流路１０２が、本発明の様々な実施形態に従って実施され得る。たとえば、排出流路１０６および内部ボア１０２は、互いに対して直角である必要はなく、弁軸５２の回転は、内部穿孔１０２の中心線に沿って弁軸５２を軸方向に移動させる必要はない。

図４は、本発明の別の実施形態に従う、コープレイナー・マニホールドに係合した弁座の概略図である。図４は、図３と多くの類似点を持っており、同様の部品には同じように番号を付してある。図３および図４に図示される実施形態の間の主な違いは、図４では、排出孔１０８が、その中に係合する向き付けアダプタ１０９を有することである。アダプタ１０９は、排出孔１０８の雌ネジに係合して、そこに固定されるように構成されている。アダプタ１０９は、排出流路１０６に流体的に接続し、流体が排出孔１０８を出る方向を排出流路１０６の軸から変える流路を含む。図４に図示する実施形態では、アダプタ１０９は、排出された流体に実質的に直角の方向転換を生じさせるが、本発明の実施形態従う他の構成を実施することも可能である。アダプタ１０９はまた、排出孔１０８内である程度回転可能であってもよく、排出方向を設定変更可能にすることができる。好ましくは、必須ではないが、アダプタ１０９は新規の方向へ延びる部分を含む。たとえば、図４において、アダプタ１０９は、排出流路１０８の軸に対して実質的に垂直である方向へ延びる部分１０７を含む。しかし、アダプタ１０９が、単に排出流路１０６の軸と異なる方向へ排出流体を向ける排出孔をも含み得ることも意図されている。

図５は、軸１１０のまわりの弁軸５２の回転が、軸１１０に沿った軸５２の移動を生じ、その軸方向の移動が、一般的には、流路１１２と排出流路１１４との間のシール５８を送り出すように構成された弁軸５２の概略図である。コープレイナー・マニホールド１２０は弁軸受け部１２２を含み、その弁軸受け部１２２は、弁軸５２が内部流路１１２と排出流路１１４との間の流体連通を直接的に遮るような仕方で、弁軸５２を受け入れるように構成されている。弁軸５２は、任意の適切な大きさであり得て、まっすぐな（非テーパ状の）雌ネジを有するコープレイナー・マニホールド１２０の内部通路（ポート）に直接的に係合するように構成された弁軸を含む。

図６は、本発明の実施形態に従う、プロセス流体圧力測定システム２００の概略図である。システム２００は、プロセス流体圧力トランスミッタ２１０を含み、これは一般的に、センサ室２１６に接続された電子部品室２１４を含み、センサ室２１６はさらに、最終的にコープレイナー・マニホールド２１２に接続された分離部材（アイソレータアセンブリ）２１８に接続されている。プロセス流体入口２２０、２２４はプロセス流体源に接続し、プロセス流体をコープレイナー・マニホールド２１２の中に運ぶ。コープレイナー・マニホールド２１２は、プロセス流体を選択的に排出する目的で、弁軸５２を直接的に受けるように構成されている。コープレイナー・マニホールド２１２は、プロセス流体圧力トランスミッタ２１０の分離部材２１８に接続されている。分離部材２１８は、センサ室２１６内の圧力センサに供された絶縁流体、たとえばシリコーンオイル内に、ほぼ同等の圧力を生じさせることによって、プロセス流体圧力に応答する。圧力センサは、これは絶縁流体圧力に応じて、撓むなどのように変化する、任意の適切な変換素子を含み得る。トランスデューサは、好ましくは、撓みによって変化する電気的特性を有する素子を含む。たとえば、圧力センサは、撓みによって変化する静電容量を有する導電性感知ダイヤフラムを含んでもよい。

圧力センサは、電子部品室２１４内の適切な電子部品に接続されている。電子部品は、圧力センサの電気的特徴の変化を測定して、圧力計算に至るように構成される。そのうえ、電子部品は好ましくは、Ｈｉｇｈｗａｙ Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ Ｒｅｍｏｔｅ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ（ＨＡＲＴ）ループまたはＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（登録商標）フィールドバスループなどのプロセス通信ループ上の圧力を示すデジタル情報を送信する、あるいは運ぶために制御電子部品を含んでいる。

図７は、本発明の実施形態に従う、コープレイナー・マニホールド２１２の底面図である。コープレイナー・マニホールド２１２は複数の取付け孔１２４を含み、マニホールド２１２が取付けられることを可能にする。図６に示されるように、弁軸５２はマニホールド２１２と直接的に係合し、それによって弁座の必要性が除かれる。弁座がないことで、本発明の実施形態に数々の利点がもたらされる。具体的には、弁座自体の製造コストが省かれる。そのうえ、弁座／マニホールド間の界面でプロセス流体が漏れる全ての原因もまた解消される。最後に、排出流路および排出孔がマニホールドの中に直接加工されるので、排出されたプロセス流体が漏出する位置が、完全に決定される。

図８は、本発明の実施形態に従う、コープレイナー・マニホールドに係合された弁座の概略図である。弁軸３００は、コープレイナー・マニホールド３０２と直接的に係合する。好ましくは、このような直接的な係合は、コープレイナー・マニホールド３０２の非テーパ状の雌ネジ３０６と協働する雄ネジ３０４を介する。弁軸３００は、弁軸３００の遠方端に配置されたシール５８を含んでいる。シール５８は、コープレイナー・マニホールド３０２の隅１０４に当接し、マニホールド３０２の流路１０２と弁軸３００内に配置された排出流路３０８との間の流体連通を選択的に遮るように構成される。弁軸に、その内部に配置される排出流路を設けることで、コープレイナー・マニホールド３０２内をより簡略に設計することが可能になる。しかし、上述の実施形態と同様に、弁軸３００は、依然としてマニホールド３０２に直接的に係合している。弁軸３００は実質的に一体であるとして図示されているが、ある部分、たとえばシール５８は、弁軸３００の残りの部分とは異なる材料で作成されてもよいことが意図されている。

好ましい実施形態を参照して本発明を説明してきたが、当業者においては、本発明の本質および範囲から逸脱することなく、形態および細部に変更を加えてもよいことが認識されよう。

Claims (12)

1. プロセス流体圧力トランスミッタと、
   プロセス流体源に連結可能な第１の流路と、第１の流路に接続され、排出孔内で終端する排出流路と、第１の流路と排出流路との間の流体連通を遮る第１の配向、およびそれらの間の流体連通を可能にする第２の位置の少なくとも二つの位置で弁軸を受けるように構成されたポートとを含む、プロセス流体圧力トランスミッタに接続されるコープレイナー・マニホールドと、
   前記ポートと係合された弁軸と、
   を含み、
   前記排出孔が前記弁軸から離れている、
   プロセス流体圧力測定システム。
2. 弁軸が、隅に係合して、第１の流路と排出流路との間のプロセス流体の連通を遮るように構成されたシール端部を含む、請求項１記載のプロセス流体圧力測定システム。
3. 弁軸がコープレイナー・マニホールドに螺合されている、請求項１記載のプロセス流体圧力測定システム。
4. 弁軸が、コープレイナー・マニホールドの雌ネジ領域によって受けられるように構成された雄ネジ領域を含む、請求項３記載のプロセス流体圧力測定システム。
5. コープレイナー・マニホールドの雌ネジ領域が、非テーパ状ネジ山を有する、請求項４記載のプロセス流体圧力測定システム。
6. 排出流路が、排出孔に近接した雌ネジ領域を含む、請求項１記載のプロセス流体圧力測定システム。
7. プロセス流体をプロセス流体圧力トランスミッタに接続するように構成されたコープレイナー・マニホールドであって、
   プロセス流体源に連結可能な第１の流路と、
   第１の流路に接続され、排出孔内で終端する排出流路と、
   第１の流路と排出流路との間の流体連通を遮る第１の配向、およびそれらの間の流体連通を可能にする第２の位置の少なくとも２つの位置で弁軸を受けるように構成されたポートと、
   前記ポートと係合された弁軸と、
   を含み、
   前記排出孔が前記弁軸から離れている、
   コープレイナー・マニホールド。
8. 弁軸が、隅に係合して、第１の流路と排出流路との間のプロセス流体連通を遮るように構成されたシール端部を含む、請求項７記載のコープレイナー・マニホールド。
9. 弁軸が、コープレイナー・マニホールドに螺合されている、請求項７記載のコープレイナー・マニホールド。
10. 弁軸が、コープレイナー・マニホールドの雌ネジ領域によって受けられるように構成された雄ネジ領域を含む、請求項９記載のコープレイナー・マニホールド。
11. マニホールドの雌ネジ領域が、非テーパ状ネジ山を有する、請求項１０記載のコープレイナー・マニホールド。
12. 排出流路が、排出孔に近接した雌ネジ領域を含む、請求項７記載のコープレイナー・マニホールド。

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