JP5408916B2 - 差圧式流量計及び流量コントローラ - Google Patents

Description

本発明は、たとえば化学工場、半導体製造、食品、バイオ等の各種産業分野における流体輸送配管中に用いられる差圧式流量計及び流量コントローラに関する。

従来、流体の流量を測定する差圧式流量計が広く用いられている。このような差圧式流量計は、オリフィスの前後に圧力センサを備えており、たとえば半導体製造プロセスのように、高純度の硝酸、塩酸、フッ化水素酸等の腐食性薬品を含む流体圧力を測定する場所に設置して使用されるものがある。具体例をあげると、半導体製造装置においては、半導体基板のエッチング処理に際し、フッ化水素酸等を含む薬液が使用されるので、この薬液を安定供給するため、薬液の循環回路中に差圧式流量計が組み込まれる。

すなわち、上述した差圧式流量計は、流体主流路に設けたオリフィスの上流側及び下流側に一対の圧力センサを設置することにより、両圧力センサの差圧を流量に換算して算出する流量計として用いることができる。そして、この流量計による算出流量と、予め設定した設定流量との差をなくすように可変バルブの開度を制御すれば、流体主流路の流量を所望の値にフィードバック制御する流量コントローラとなる。（たとえば、特許文献１参照）
特開平５−２３３０６８号公報（図１参照）

上述した差圧式流量計及び流量コントローラにおいては、正確な流量測定及び流量制御を行うための前提として、差圧の測定に必要なオリフィス開度を一定に保つことが重要である。
たとえば凝固しやすいスラリー状の液体を取り扱う場合には、流体の凝固により生じる凝固物がオリフィスに付着してオリフィス径を狭めることがある。このような凝固物の付着は、測定した流量に誤差を生じさせる原因となる。このため、凝固物等の異物がオリフィス部分に付着した場合には、洗浄用の流体を薬液と同方向に流して洗浄処理することが一般的である。

しかしながら、上述した薬液等の凝固物は付着力が強いため、通常の洗浄処理により除去できない場合が多い。このため、薬液等の凝固物がオリフィスに付着した場合には、差圧式流量計のオリフィス周辺部分を分解して洗浄するか、あるいは、洗浄用流体を通常の流れ方向とは逆向きに流す逆洗処理が必要となる。このような分解処理や逆洗処理は、作業に手間や時間を要するという問題が指摘されている。また、通常とは逆向きに流体を流す逆洗処理は、隣接する機器類においても通常想定されている流れ方向と逆向きに流体を流すことになるので、思わぬトラブルを生じさせる原因になるなど現実的ではない。

このような背景から、オリフィスを用いた差圧式流量計及び流量コントローラにおいては、凝固物等の異物がオリフィスに付着した状態を容易に解消し、差圧式流量計及び流量コントローラによる正確な流量測定及び流量制御を開始できる構造が望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、凝固物等の異物がオリフィスに付着した場合であっても、凝固物等の異物付着状態を容易に解消できる構造を有する差圧式流量計及び流量コントローラを提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る差圧式流量計は、流体主流路の直管部に設けた一対の圧力センサ間にオリフィスが配設され、前記圧力センサで検出した二つの圧力値により得られる差圧を流量に換算して流量測定を行う差圧式流量計において、前記流体主流路の流体流れ方向と直交する方向に着脱可能な円柱形状のオリフィス本体を設け、該オリフィス本体に前記流体流れ方向へ貫通する上流側及び下流側が対称のオリフィス孔を形成するとともに、前記オリフィス本体を所定の設置位置で回転させて前記オリフィス孔の上流側及び下流側を反転可能とし、前記オリフィス本体の着脱を固定位置で阻止するカバー部材を設け、該カバー部材は、前記流体主流路の流れ方向に設定された前記固定位置と着脱可能位置との間をスライド可能であることを特徴とするものである。

このような差圧式流量計によれば、流体主流路の流体流れ方向と直交する方向に着脱可能な円柱形状のオリフィス本体を設け、該オリフィス本体に前記流体流れ方向へ貫通する上流側及び下流側が対称のオリフィス孔を形成するとともに、オリフィス本体を所定の設置位置で回転させてオリフィス孔の上流側及び下流側を反転可能としたので、オリフィスに凝固物のような異物が付着した場合には、オリフィス本体の上流側及び下流側を反転させることにより、通常の流体流れ方向に洗浄用の流体を流す洗浄処理で容易に異物を除去することができる。
さらに、オリフィス本体の着脱を固定位置で阻止するカバー部材を設け、該カバー部材は、流体主流路の流れ方向に設定された固定位置と着脱可能位置との間をスライド可能であるから、オリフィス本体は、所定の固定設置でカバー部材に着脱を阻止されて確実に固定される。そして、カバー部材を着脱可能位置へスライドさせれば、オリフィス本体を容易に引き抜くことができるので、着脱及び交換が容易になる。

上記の発明において、前記オリフィス本体は、上流側と下流側とを反転させた第１及び第２のオリフィス位置に固定可能であることが好ましく、これにより、通常のオリフィス使用時には、オリフィス本体を所定のオリフィス位置である第１または第２のオリフィス位置に確実に固定することができる。なお、第１のオリフィス位置または第２のオリフィス位置については、どちらが選択されているかを目視で分かるように、流れ方向等の識別手段を備えていることが好ましい。

本発明に係る流量コントローラは、請求項１または２に記載の差圧式流量計と、前記流体主流路に設けられ、前記差圧式流量計の流量測定値と予め定めた設定流量値との差が所定の範囲内に入るよう開度制御される流量調整弁と、を具備して構成したことを特徴とするものである。

このような流量コントローラによれば、請求項１または２に記載の差圧式流量計と、前記流体主流路に設けられ、前記差圧式流量計の流量測定値と予め定めた設定流量値との差が所定の範囲内に入るよう開度制御される流量調整弁とを具備しているので、差圧式流量計のオリフィスに凝固物のような異物が付着した場合には、オリフィス本体の上流側及び下流側を反転させることにより、通常の流体流れ方向に洗浄用の流体を流す洗浄処理で容易に異物を除去することができる。

上述した本発明の差圧式流量計及び流量コントローラによれば、オリフィス本体を反転させてから洗浄することにより、凝固物等の異物がオリフィスに付着した状態を容易に解消することができ、差圧式流量計及び流量コントローラによる正確な流量測定及び流量制御を短時間で再開することができる。
また、洗浄による異物の除去ができなかった場合や、オリフィス径を変更する必要が生じた場合においては、カバー部材を着脱可能位置へスライドさせることにより、オリフィス本体を容易に引き抜いて交換することができる。すなわち、オリフィスを設置した流体主流路の配管や構成機器類を分解する必要がなく、カバー部材をスライドさせるという最小限の作業により、オリフィス本体を容易かつ確実に交換することができる。

以下、本発明に係る差圧式流量計及び流量コントローラの一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１から図５に示す実施形態において、図１は流量コントローラ１０の要部を断面にした正面図、図２は図１の平面図、図３は図１のオリフィス部を示す縦断面図（図１のＡ−Ａ断面図）である。この流量コントローラ１０は、後述する流体主流路１２と連通する配管１１に組み込まれ、同流路内を流れる液体（薬液等）の流体流量を一定に保つ流量制御装置であり、実際の流体流量を測定するための差圧式流量計２０と、弁体の開度制御が可能な流量調整弁６０とを具備して構成される。なお、差圧式流量計２０は、流体主流路１２内を流れる流体の流れ方向において、流量調整弁６０の上流側に配置されている。

差圧式流量計２０は、一対の圧力センサ２１Ａ，２１Ｂがオリフィスユニット４０を介して直列に配置された構成とされる。すなわち、差圧式流量計２０においては、流体主流路１２の直管部に配設されたオリフィスユニット４０を通過することで減圧され、圧力差を生じた流体圧力が両圧力センサ２１Ａ，２１Ｂによって各々検出される。圧力センサ２１Ａ，２１Ｂが検出した二つの圧力値は、各々電気信号に変換されて制御部（不図示）に入力される。
こうして圧力値の信号入力を受けた制御部は、二つの圧力値から得られる差圧を流量に換算し、流体主流路を流れる流体の流量測定を行うことができる。
なお、以下の説明では、必要に応じてオリフィスユニット４０より上流側に配置した圧力センサ２１Ａを第１センサと呼び、下流側に配置した圧力センサ２１Ｂを第２センサと呼んで区別する。

ここで使用する圧力セン２１Ａ，２１Ｂは、たとえば流体主流路１２から上方へＴ字状に分岐する圧力導入路を設けてセンサ本体を設置した構成とされる。しかし、流体圧力を検出できれば特に限定されることはなく、センサ本体についても、たとえばピエゾ式圧力センサや静電容量式圧力センサ、ひずみゲージ式圧力センサが好適ではあるが、特に限定されることはない。
図示の構成例では、下流側となる第２圧力センサ２１Ｂにオリフィスユニット４０を一体に組み込んだ構成としているが、これに限定されることはない。また、第２センサ２１Ｂは、後述する流量調整弁６０と一体のボディ２４に流体主流路１２が形成されている。すなわち、図示の第２センサ２１Ｂは、オリフィスユニット４０及び流量調整弁６０とボディ２４を共有する一体構造となっている。

オリフィスユニット４０は、流体流れ方向と直交する方向に着脱可能な円柱形状のオリフィス本体４１を、流体主流路１２の直管部に設けたものである。この場合の流体流れ方向は、図中に矢印で示すように、紙面右側（ＩＮ）から左側（ＯＵＴ）となる。また、流体流れ方向と直交する方向は、図中に矢印Ｙで示す上下（鉛直）方向となる。すなわち、図示の流量コントローラ１０及び差圧式流量計２０においては、流体主流路１２の直管部が水平方向とされ、オリフィス本体４１については、水平方向と直交する鉛直方向に挿入及び引き抜くことで着脱可能とされる。

オリフィス本体４１には、流体流れ方向へ貫通する左右対称のオリフィス孔４２が形成され、流体主流路１２の流路断面積を制限している。すなわち、オリフィス孔４２は、流体主流路１２の断面積より小さな径とされ、オリフィス孔４２を通過する際の流路抵抗を与えることにより、上流側と下流側との間に圧力差を生じさせている。このオリフィス本体４１は、所定の設置位置においてオリフィス孔４２の中心位置が流体主流路１２の軸中心と一致するようになっている。すなわち、オリフィス本体４１は、ボディ２４に設けた鉛直方向の取付穴４３に対して所定位置まで挿入された状態では、オリフィス孔４２の中心位置が流体主流路１２の軸中心位置にある。

上述したオリフィス本体４１は、上述した所定の設置位置において回転可能とされる。オリフィス本体４１を１８０度回転させると、オリフィス孔４２の上流側と下流側とを反転させることができる。すなわち、円柱形状のオリフィス本体４１は、流体流れ方向において上流側と下流側とが対称となるように形成されたオリフィス孔４２を備えている。
なお、図中の符号４４はＯリングであり、流体主流路１２と取付穴４３の挿入口側との間をシールして、流体主流路１２を流れる流体の漏れを防止している。

上述したオリフィス本体４１には、円柱形状の外周面から全周にわたって突出する３段の鍔部４５，４６，４７が設けられている。
このうち、下側２段となる鍔部４６，４７間には、上述したシール用のＯリング４４が取り付けられている。また、鍔部４６の上端面は、カバー部材５０の下端面に係止されている。すなわち、オリフィス本体４１は、ボディ２４に設けた取付穴４３の所定位置まで挿入して取り付けられた後、ボディ２４にビス５１で固定されたカバー部材５０により所定位置に保持するよう抜け止めされる。この場合のカバー部材５０は、図中に矢印Ｘで示す流体流れ方向と同方向の水平方向において、ボディ２４の外周面に沿って固定位置と着脱可能位置との間をスライド可能となっている。このようなスライドは、ボディ２４側のガイド機能に加えて、たとえば図５（図３のＢ−Ｂ断面図）に示すように、流体流れ方向の下流側を連通状態とし、オリフィス本体４１の通り抜けを可能にした略Ｕ字状の係止孔５２を設けたことにより可能となっている。

上述した固定位置は、図１に実線で示すカバー部材５０の位置であり、オリフィス本体４１を所定の使用位置に抜け止めして固定することができる。このとき、カバー部材５０はビス５１によってボディ２４に固定されている。
また、上述した着脱可能位置は、図１に想像線で示すカバー部材５０の位置である。この着脱可能位置は、ビス５１を取り外してカバー部材５０の固定を解除した後、カバー部材５０を流体流れ方向の上流側へスライドさせた位置であり、鍔部４６の上端面に対する係止が解除された状態となっている。従って、このような着脱可能位置では、所定の使用位置にあるオリフィス本体４１を上方へ引き抜いて取り外すことが可能となる。

このように、オリフィス本体４１の着脱を固定位置で阻止するカバー部材５０を設け、該カバー部材５０は、流体主流路１２の流れ方向に設定された固定位置と着脱可能位置との間をスライド可能としたので、オリフィス本体４１は、所定の固定設置においてビス止めされたカバー部材５０により着脱を阻止されて確実に固定される。そして、ビス５１を取り外してカバー部材５０を着脱可能位置へスライドさせれば、オリフィス本体４１を容易に引き抜くことができるようになるので、差圧式流量計２０を分解するような作業は不要となり、従って、オリフィス本体４１の着脱及び交換が容易になる。

上述したオリフィス本体４１は、上流側と下流側とを反転させた二つのオリフィス位置において、回転等による移動をしないように固定されている。
図示の構成では、オリフィス本体４１の上端部に回転操作用のレバー５５が取り付けられている。このレバー５５は、たとえばオリフィス本体４１の上部に凹部５６が嵌合して取り付けられている。なお、レバー５５の回転動作は、たとえば円柱形状の外周面を部分的に削除して形成された平面部と凹部５６の内壁面との係合により廻り止めされ、オリフィス本体４１と一体の回動を可能にしている。

上述したレバー５５の上面には、二つあるオリフィス位置からどちらが選択されているかを目視で判断できるようにするため、流れ方向の識別手段が設けられている。
図示の例では、流れ方向を示す白抜矢印の両側に「Ａ」及び「Ｂ」の文字が表示された表示部５７が設けられている。従って、上流側及び下流側を反転可能としたオリフィス部材４１のオリフィス孔４２は、通常のオリフィス使用時において、流体流れ方向のＡからＢへ流れる第１のオリフィス位置（図２参照）、あるいは、流体流れ方向のＢからＡへ流れる第２のオリフィス位置（図４参照）から現状の固定位置を判断する場合、表示部５７を目視して容易かつ正確に識別することができる。

また、上述したオリフィス本体４１は、上流側と下流側とを反転させた第１のオリフィス位置及び第２のオリフィス位置において、それぞれの位置で固定可能とされる。図示の構成例では、ボディ２４に固定されているカバー部材５０に対して、レバー５５をビス５７で固定する構造が採用されている。この結果、オリフィス本体４１は、一体に回動するレバー５５が固定されたことにより、流体主流路１２やボディ２４等に対し、所望のオリフィス位置で確実に固定される。
なお、図示の符号５９はレバー５５を第２のオリフィス位置に固定するためのビス穴、符号６０はレバー５５を第１のオリフィス位置に固定するためのビス穴である。

このように、流体主流路１２の直管部に設けた一対の圧力センサ２１Ａ、２１Ｂ間にオリフィスユニット４０が配設され、圧力センサ２１Ａ，２１Ｂで検出した二つの圧力値により得られる差圧を流量に換算して流量測定を行う差圧式流量計２０、そして、この差圧式流量計２０を備えた流量コントローラ１０においては、流体主流路１２の流体流れ方向と直交する方向に着脱可能な円柱形状のオリフィス本体４１を設け、このオリフィス本体４１に流体流れ方向へ貫通するオリフィス孔４２を形成するとともに、オリフィス本体４１を所定の設置位置で回転させてオリフィス孔４２の上流側及び下流側を反転可能としたので、オリフィスユニット４０のオリフィス孔４２に凝固物のような異物が付着した場合には、オリフィス本体４１の上流側及び下流側を反転させて洗浄処理により除去することができる。

すなわち、通常の流体流れ方向に洗浄用の流体を流す洗浄処理では除去できない凝固物等の異物についても、オリフィス本体４１の上流側及び下流側を反転させて洗浄処理することにより、洗浄流体の流れ方向を逆転させて洗浄処理する逆洗処理と同様の洗浄効果を得ることができる。しかも、この場合の洗浄処理は、洗浄用の流体自体に流れ方向の変化がないため、流れ方向を逆転させる従来の逆洗処理のように、隣接する機器類において流れ方向の逆転に伴う破損等の予期せぬトラブルが生じることを防止できる。
すなわち、上述した本発明により、通常の流体流れ方向に洗浄用の流体を流す洗浄処理により、従来の逆洗処理と同等の異物除去能力が得られるので、安全かつ容易に異物を除去することができる。

従って、上述した本発明の差圧式流量計２０及び流量コントローラ１０によれば、オリフィス本体４１を反転させてから洗浄することにより、凝固物等の異物がオリフィス孔４２に付着した状態を容易に解消することができるため、差圧式流量計２０及び流量コントローラ１０による正確な流量測定及び流量制御を短時間で再開することができる。
また、洗浄による異物の除去ができなかった場合や、オリフィス径を変更する必要が生じた場合には、カバー部材５０を着脱可能位置へスライドさせることにより、オリフィス本体４１を容易に引き抜いて交換することができる。すなわち、オリフィスユニット４０を設置した流体主流路１２に接続された配管１１や圧力センサ２１Ａ，２１Ｂ等の構成機器類を取り外して分解する必要がなく、カバー部材５０をスライドさせるという最小限の作業により、オリフィス本体４１を容易かつ確実に交換することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明に係る流量コントローラの要部を断面にした全体構成例を示す正面図である。 図１の平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２に示す状態のオリフィス部材について、上流側及び下流側を反転させたレバー位置の状態を示す平面図である。 レバーを取り除いた状態のカバー部材及びオリフィス本体を示す断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）である。

符号の説明

１０ 流量コントローラ
１２ 流体主流路
２０ 差圧式流量計
２１Ａ，２１Ｂ 圧力センサ
２４ ボディ
４０ オリフィスユニット
４１ オリフィス本体
４２ オリフィス孔
５０ カバー部材
５５ レバー
６０ 流量調整弁

Claims (3)

1. 流体主流路の直管部に設けた一対の圧力センサ間にオリフィスが配設され、前記圧力センサで検出した二つの圧力値により得られる差圧を流量に換算して流量測定を行う差圧式流量計において、
   前記流体主流路の流体流れ方向と直交する方向に着脱可能な円柱形状のオリフィス本体を設け、該オリフィス本体に前記流体流れ方向へ貫通する上流側及び下流側が対称のオリフィス孔を形成するとともに、前記オリフィス本体を所定の設置位置で回転させて前記オリフィス孔の上流側及び下流側を反転可能とし、
   前記オリフィス本体の着脱を固定位置で阻止するカバー部材を設け、該カバー部材は、前記流体主流路の流れ方向に設定された前記固定位置と着脱可能位置との間をスライド可能であることを特徴とする差圧式流量計。
2. 前記オリフィス本体は、上流側と下流側とを反転させた第１及び第２のオリフィス位置に固定可能であることを特徴とする請求項１に記載の差圧式流量計。
3. 請求項１または２に記載の差圧式流量計と、前記流体主流路に設けられ、前記差圧式流量計の流量測定値と予め定めた設定流量値との差が所定の範囲内に入るよう開度制御される流量調整弁と、を具備して構成したことを特徴とする流量コントローラ。

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