JP6144127B2 - 詰まり防止機能付きフローメータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体を必要とする機器に流体を供給する金属配管から流体に溶出した金属溶解物や前記流体自体に含まれる金属溶解物が、金属配管内壁に析出付着することによる金属配管の目詰まりを防止する機能を備え、かつランニングコスト削減及び省エネルギー化にも対応可能な詰まり防止機能付きフローメータ装置に関する。

従来、工業用水等の流体を、製造装置等の機器に供給するには、図５に示すように、第１配管１を経てフローメータ本体部４に流入する流体を、フローメータ本体部４に取り付けられた調整ネジ８で流量のコントロールをして、第２配管１１を通じて必要量の流体を製造装置１０に供給している。一般に、第１配管１及び第２配管１１の配管材質には、ステンレス等の金属材料（以下、配管材質の原子記号をＭとする）を用いているため、流体に溶解した金属材料Ｍが配管内に析出付着したり、金属配管が腐食したりすることによって金属配管に目詰まりが発生し、製造装置１０に必要な流体を供給できないことが起こる。金属配管の腐食防止方法として、従来の技術では犠牲アノード方式やカソード防食法、金属電極一対に外部から電圧を印加する強制通電法等で金属の腐食反応（Ｍ → Ｍ⁺＋ e-）を抑制させる方法（例えば、特許文献１参照）や、装置本体配管部への溶解金属生成および付着を抑制すると同時に配管内部の腐食をも抑制させる方法（例えば、特許文献２参照）がある。

特開平１０−２０５６８３号公報 特開２００６−１１８９１５号公報

しかし、例えば犠牲アノード方式や犠牲カソード防食法、強制通電法は電圧を印加するための電源供給部を別途外付けで設置するため取付工事が別々になりメンテナンスを別途要するという欠点がある。更に、前記金属配管の詰まり防止としてフィルター等を通した工業用水の流体を配管流体として用いたとしても、前記金属配管から配管内を流れる流体に溶けた金属溶解物や、流体に含まれるイオン化傾向の大きい金属溶解物が配管に析出付着することによって、配管内が詰まり製造装置１０に必要とする流量の流体を供給できなくなり、フローメータより上流に設けた製造装置１０の機能を損なうという問題が生じる。また、イオン化傾向の大きな電極材質からなる第１電極とイオン化傾向の小さな電極材質からなる第２電極からなる一対の電極は常に一定以上の電圧を印加し続けるため、電極部材や電源機構の負荷が大きく劣化が早くなり部材の交換頻度が高くランニングコストがかかるという問題が生じる。

本発明の目的は、フローメータ本体部より下流にある装置本体側の配管の詰まりを防止できるフローメータについて、ランニングコスト削減及び省エネルギー化にも対応可能なフローメータ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、以下の構造を有する詰まり防止機能付きフローメータ装置とした。
まず、接続される第一配管よりもイオン化傾向が大きい第一電極、及びイオン化傾向が前記第一配管と同等である第二電極を有し、前記第一配管と同じ材質からなる、前記第一配管に下流で接続される第二配管の詰まりを防止する詰まり防止本体部と、一端が前記第一配管と同じ材質であるジョイントにより前記詰まり防止本体部に連結され、他端には前記第二配管が接続されるフローメータ本体部と、前記第一配管内の流体の水質を計測する水質計測部と、前記水質計測部と接続され、前記第一電極および前記第二電極に供給する電圧を可変とする外部電源機構と、からなることを特徴とする詰まり防止機能付きフローメータ装置とした。

また、前記水質計測部は、水質計測機器と水質センサからなることを特徴とする詰まり防止機能付きフローメータ装置とした。
また、前記水質センサは、比抵抗センサ、またはイオン濃度センサであることを特徴とする詰まり防止機能付きフローメータ装置。
また、前記水質計測部は、前記第一配管から分岐したサンプリング管と水質分析装置からなることを特徴とする詰まり防止機能付きフローメータ装置。

また、前記水質分析装置は、原子吸光装置、ＩＣＰ、ガスクロマト装置、液体クロマト装置、蛍光Ｘ線装置のうちのいずれかであることを特徴とする詰まり防止機能付きフローメータ装置とした。
また、前記第二電極と前記詰まり防止本体部の内部とは、電気的に接続されていて、同電位であることを特徴とする詰まり防止機能付きフローメータ装置とした。
また、前記詰まり防止本体部は、前記ジョイントと同じ管径を有することを特徴とする詰まり防止機能付きフローメータ装置とした。

本発明によれば、装置本体側への配管の詰まり防止が可能なフローメータ装置について、供給流体の比抵抗値を電源機構にフィードバックして電源機構からの電極への印加電圧を制御可能にすることで、電極部材や電源本体の寿命を延ばしランニングコスト削減及び省エネルギー化が可能になる。

製造装置に接続した本発明の詰まり防止機能付きフローメータ概略図である。 本発明における詰まり防止本体部断面図である。 図２におけるＡ−Ａ断面図である。 製造装置に接続した本発明の詰まり防止機能付きフローメータの他の実施例の概略図である。 製造装置に接続した従来のフローメータ概略図である。

図１に本発明に係る詰まり防止フローメータ装置の実施例の概略図を示す。
製造装置１０を冷却する流体は、詰まり防止機能付きフローメータ装置１３を介して、上流側の第１配管１より供給される。すなわち、第１配管１と製造装置１０の間には詰まり防止フローメータ装置１３が設けられ、その中を冷却流体が流れている。詰まり防止フローメータ装置１３は、フローメータ本体部４と、その入り口部にジョイント部１２を介して連結される詰まり防止本体部５と、詰まり防止本体部５に付属する外部電源機構６および比抵抗計測機器１４からなる。フローメータ本体部４は図５に示した従来のフローメータ本体部４と同じ構成を有しており、目盛の付いた透明窓から流量コマ７を確認することで冷却水の流量を確認することができる。また、流量の調節はフローメータ本体部４の入り口側に設けられた調整ネジ８によって行う。詰まり防止本体部５および付属する構成については図２と図３を用いて説明する。

詰まり防止本体部５の断面図を図２と図３に示す。詰まり防止本体部５内には、第１配管１の材質よりもイオン化傾向の大きな電極２及び第１配管１の材質と同等のイオン化傾向をもつ電極３が設けられ、各々が外部電源機構６内の直流電源１７に接続されている。比抵抗計測機器１４と第１配管１の中を流れる冷却流体９は計測ライン１８によって接続され、冷却流体９内に設けられた比抵抗センサによって計測された比抵抗値が比抵抗計測機器１４に取り込まれる。また、比抵抗計測機器１４からの信号ライン１５は外部電源機構６内の直流電源１７に設けた信号ライン取込口１６と接続している。

図２における詰まり防止本体部５及びジョイント１２の材質は第１配管１と同じ材質であり、詰まり防止本体部５及びジョイント１２と第１配管１が同じ管径であれば詰まり防止本体部５は円筒状でも角筒状でも良い。電極３と詰まり防止本体部５の内部は電気的に接続され同電位に保たれる。

図２および３において、詰まり防止本体部５内の電極２及び電極３を通電させるための電源体として外部電源機構６を詰まり防止本体部５の側面に設けている。なお、外部電源機構６の電源から詰まり防止本体部５内の電極２及び電極３に通電するため、電極２及び電極３と電源間の電極配線は例えば白金などの耐腐食性の金属材料配線で接続されている。図２および３の詰まり防止本体部５の側面に設けられた外部電源機構６は、充電可能な２次電池機能を外部電源機構６の内部に有する電源構造であるか、あるいは外部電源機構６に別途外付け電源取り出し口を設けて商用電源と接続することにより電気供給が可能な構造を有している。

上記説明における機能を有する図１のフローメータ構造において、第１配管１内に流体９が流れている時に、詰まり防止本体部５内に設けた電極２をアノード、電極３をカソードになるように外部電源機構６の電源から電圧を印加する。電極２及び電極３の印加電圧を流体９から除去すべき金属溶解物のカソード反応が起こる電圧範囲に設定することで、流体９に溶解している金属溶解物がカソード反応により電極３に生成される。電極３にイオン化傾向の大きな金属が生成し、同時に詰まり防止本体部５およびこれに接続された第１配管１の内面に電極２の金属が析出することで腐食が防止され、フローメータ本体部４より上流にあるフローメータ本体部４を要する装置本体側１０の配管１１の詰まりが防止できる。また、フローメータ本体部４と詰まり防止本体部５が連結していることから、流体９の金属溶解物除去効果をフローメータ本体部４の流量コマ７によって示される流量値によって確認可能となり、フローメータ本体部４より下流にある装置本体側１０の配管１１の詰まりを回避、事前防止する効果がある。

また、フローメータ本体部４の外部電源機構６は、比抵抗計測機器１４からの信号ライン１５を外部電源機構６内の直流電源１７に設けた信号ライン取込口１６に接続可能な構造である。即ち、直流電源１７の取込口１６に接続する信号ライン１５は、比抵抗計測機器１４で計測した比抵抗値を電気信号として直流電源１７に取り込むためのラインである。供給流体９における比抵抗値の信号を直流電源１７に取り込むことで、比抵抗値の変化に応じて第１電極２と第２電極３に印加する電圧を変更する機能を設けている。例えば純水の比抵抗は理論上１８ＭΩ以上であるが、比抵抗値が高いほど流体９内の不純物含有量が少なく、不純物による第１配管１内の閉塞が発生しづらい状態になるので、比抵抗値が高い流体６については直流電源１７から第１電極２と第２電極３に印加する電圧をより低くすることが可能である。

比抵抗値をリアルタイムでモニタリングして比抵抗値の信号を直流電源１７にフィードバックすることで、比抵抗値が高い場合は直流電源１７の印加電圧がより低く制御され、比抵抗値が低い場合は印加電圧を高めに制御する構造になっている。即ち、比抵抗計測機器１４に接続された外部電源機構６は、供給流体９の状態によって都度適切な印加電圧が自動的に制御されて第１電極２と第２電極３にフィードバックすることが可能となる。この印加電圧のリアルタイム制御により、供給電気の省エネルギー化効果と第１電極２、第２電極３及び外部電源機構本体６の負荷低減による部材劣化防止と部材交換にかかるランニングコスト低減効果をも有するフローメータ装置となる。

上記実施例では、冷却流体の比抵抗を検知して、その変化に対応して印加電圧を変えることについて説明したが、冷却流体の汚れ具合を検知するための水質センサとして、比抵抗センサに代えて、冷却流体中の金属イオン濃度を検知するためのイオン濃度センサとし、比抵抗計測機器をイオン濃度計測機器とすることも可能である。

図４には、本発明における詰まり防止フローメータ装置の他の実施例を示した。
図１との違いは、第１の配管１からサンプリング管２０を分岐して少量の冷却流体を水質分析装置２１に取り込み、ここで金属イオンの定性および定量を行い、その分析値を外部電源機構６にフィードバックすることで、イオン濃度が低い場合は印加電圧がより低く制御され、イオン濃度が高い場合は印加電圧を高めに制御する構造になっている。即ち、水質分析装置２１に接続された外部電源機構６は、供給流体９の状態によって都度適切な印加電圧が自動的に制御されて第１電極２と第２電極３にフィードバックすることが可能となる。この制御方式により、供給電気の省エネルギー化効果と第１電極２、第２電極３及び外部電源機構本体６の負荷低減による部材劣化防止と部材交換にかかるランニングコスト低減効果をも有するフローメータ装置となる。

ここで、水質分析装置２１としては、原子吸光装置、ＩＣＰ、ガスクロマト装置、液体クロマト装置、蛍光Ｘ線装置などが用いられる。この場合は、１台の水質分析装置で複数のフローメータを監視するような構成とすることも可能である。

１ 第１配管
２ 第１電極
３ 第２電極
４ フローメータ本体部
５ 詰まり防止本体部
６ 外部電源機構
７ 流量コマ
８ 調整ネジ
９ 冷却流体
１０ 製造装置
１１ 第２配管
１２ ジョイント部
１３ 詰まり防止機能付きフローメータ装置
１４ 水質計測機器（比抵抗計測機器、イオン濃度計測機器）
１５ 信号ライン
１６ 直流電源 信号ライン取込口
１７ 直流電源
１８ 計測ライン
１９ 水質センサ（比抵抗センサ、イオン濃度センサ）
２０ サンプリング管
２１ 水質分析装置

Claims (3)

1. 上流に接続される第一配管よりもイオン化傾向が大きい第一電極、及びイオン化傾向が前記第一配管と同等である第二電極を内部に有し、下流に接続される前記第一配管と同じ材質からなる第二配管の詰まりを防止する詰まり防止本体部と、
   一端が前記第一配管と同じ材質であるジョイントにより前記詰まり防止本体部に連結され、他端には前記第二配管が接続されるフローメータ本体部と、
   前記第一配管内の流体の水質を計測し、計測した結果を信号として出力する水質計測部と、
   前記水質計測部が出力した前記信号を取り込めるように接続され、前記信号に応じて前記第一電極および前記第二電極に供給する電圧を可変とする外部電源機構と、を備え、
   前記水質計測部は、前記第一配管から分岐したサンプリング管と水質分析装置からなり、
   前記水質分析装置は、原子吸光装置、ＩＣＰ、ガスクロマト装置、液体クロマト装置、蛍光Ｘ線装置のうちのいずれかであることを特徴とする詰まり防止機能付きフローメータ装置。
2. 前記第二電極と前記詰まり防止本体部の内部とは、電気的に接続されていて、同電位であることを特徴とする請求項１記載の詰まり防止機能付きフローメータ装置。
3. 前記詰まり防止本体部は、前記ジョイントと同じ管径を有することを特徴とする請求項２記載の詰まり防止機能付きフローメータ装置。

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