JP6805301B2 - 光学的流れ計測用の流通用パイプアダプタ - Google Patents

Description

本発明は、計測光学系に対して透明な少なくとも１個の窓要素が導入されている内側の流通用の空間を有している流体パイプを有している光学的流れ計測技術用のパイプアダプタに関する。

カナダ国特許出願公開第２４３９２４２号明細書は、計測光学系に対して透明な少なくとも１個の窓要素が導入されている内側の流通用の空間を有している流体パイプを有している光学的流れ計測技術用のパイプアダプタを開示している。窓要素は、使用される光源に対して透明な窓を形成しており、流体パイプに局所的に結合されている態様で挿入されている。窓は、流体パイプが途切れることなく、及びパイプ部材の壁に流れの中断要素を形成することなく挿入されるように、ここでは曲率を備えて形成されている。光学的流れ計測技術用の対応する観測を、窓を通して行うことが可能で、レーザが光源として使用され、窓要素がレーザ波長に対して透明な材料を有している。パイプアダプタの流体パイプを、ここではレーザ放射によって照射することが可能であって、別個の窓要素が直径方向で対向している側にそれぞれ使用されている。

光学計測技術用のパイプアダプタのさらなる実施態様が、独国特許出願公開第１０２００９００５８００号明細書から知られており、計測チューブが垂直方向下向きに突き出すように流体パイプの位置に配置されており、滑り込ませる窓が、流体パイプと計測チューブとの間の遷移領域に位置している。滑り込ませる窓は、リーマ加工されている領域に挿入されており、窓要素の領域で流体パイプの内側の輪郭が、基本的に円柱状の形状に途切れている。さらに、共通の窓要素を、流体パイプ内の高い流体圧力に備えるために非常に手間のかかる態様で構成しなければならないが、それは窓要素に全流体圧力が作用し、その結果、それに応じて手間をかけて、流体パイプ内に装着しなければならないからである。そのため、パイプアダプタの比較的長い使用期間にわたって、常に避けなければならない漏れの危険性が生じる。

カナダ国特許出願公開第２４３９２４２号明細書 独国特許出願公開第１０２００９００５８００号明細書

本発明の目的は、窓要素が導入されている流体パイプを有している光学計測技術用のパイプアダプタであって、パイプアダプタは単純に、そして流体の高圧力を流体パイプを通して導くことができるように構成されていなければならないパイプアダプタのさらなる発展形態である。

この目的は、特徴的な特性を有している請求項１の前提部分によるパイプアダプタを基にして達成される。本発明の有利なさらならなる発展形態が、従属請求項に記載されている。

本発明は、流体パイプが、少なくとも窓要素の部分が窓要素を内側のハウジングの空間に取り付けている耐圧ハウジングによって囲まれており、内側のハウジングの空間は、内側の流れの空間と少なくとも間接的に流体的に相互作用する及び／または流体的に連通しているという技術的教えを有している。

同じ流体圧力が、内側のハウジングの空間の内側の流れの空間との少なくとも間接的な流体による連通のせいで、内側のハウジングの空間及び内側の流れの空間の両方に存在している。その結果、流体によって力は窓要素にはもはや作用せず、窓要素を、簡単な構築態様で、特に、高い流体圧力に耐えなくてもすむように構成することができる。窓要素は、流体の流れの中断が起こりうる箇所でそれを引き起こすことのないように、流体パイプ内においてシリンダジャケット表面との相当な違いがないように特に構成することができる。

窓要素の構成には複数の選択肢があって；例えば、比較的高い圧力に耐えなければならないために窓要素を流体パイプ内に受け入れることなく、流体パイプの壁内の局所的に結合されている挿入部分として構成することができる。窓要素の有利な実施態様は、透明な材料で形成されている円柱状のパイプ部分によって達成することができる。円柱状のパイプ部分は、特に、流体パイプ自体とほぼ同じ外径及び内径を有しており、パイプ部分は、流体パイプの長手方向の範囲における経路部分を構成しているのに過ぎない。円柱状のパイプ部分を特別な強度に作る必要なしに、この円柱状のパイプ部分を完全に透明にすることができる。円柱状のパイプ部分を形成する材料は、たとえば、ガラス体またはガラスセラミック材料から選択することができる。

有利な実施態様によれば、円柱状のパイプ部分は、流体パイプの軸線方向の途切れている領域に導入されており、流体パイプの内側の流れの空間に途切れることなく、同じ直径で隣接している円柱状の内側の空間を形成している。２個の流体パイプは、円柱状のチューブ部分の端部側に特に隣接しており、両方の流体パイプ及び円柱状のパイプ部分は、同一の内側の輪郭、特に内径を有している。

円柱状のパイプ部分は、特に有利には少なくとも一方の端部側でコネクタ要素によって１個または２個の流体パイプに接続されており、コネクタ要素は流体浸透可能である。この目的のために、コネクタ要素は、たとえば、流体が通過可能な多孔性材料及び／または焼結材料から形成することができる。したがって、本発明の意味において、少なくとも間接的な流体連通が内側の流れの空間と内側のハウジングの空間との間に発生し、たとえば、流体パイプ内及び円柱状のパイプ部分の流れに影響しない多数の微小孔等も可能である。本明細書では、少なくとも間接的な流体の連通は、内側の流れの空間と内側のハウジングの空間との間の圧力の等化を可能にする流体連通のあらゆる形態である。たとえば、薄膜接続等もそれに含まれている。

特に、弾性薄膜が内側の流れの空間と内側のハウジングの空間との間に形成され、薄膜の変形によって内側の流れの空間と内側のハウジングの空間との間を均圧とすることができる。その結果、内側のハウジングの空間が必ずしも内側の流れの空間と流体を交換しなくてもよく、内側の空間が薄膜によって互いに接続されてもよい。弾性薄膜は、コネクタ要素によって及び／またはコネクタ要素の一部として形成されていることが有利である。薄膜は、たとえば、プラスチックで、特に、加硫ゴム材料、生ゴム材料、または他の弾性材料で形成したり、少なくともこれらの材料を有することができる。その結果、薄膜が、例えば、薄膜の２個の側部の圧力差でアーチ状になり、したがって、流体が空間内で互いに相互作用を及ぼすこともあるような、内側の流れの空間と内側のハウジングの空間との間の相互作用が生じる。

ハウジングも例えばガラスまたはガラスセラミック材料の透明な材料で構成されている少なくとも１個の窓要素を有することで、光学的流れ計測を実施できるようになっている。ここでは、ハウジング内の窓要素は、たとえば、流体パイプの内側の輪郭などのハウジングの内側の輪郭に適合する必要がないので、窓要素は内側のハウジングの空間内の流体の内部圧力に容易に耐えることができるように構成することができる。窓要素は、たとえば、平坦な表面の部材から形成することが可能で、ハウジング内に含めるようにすることができる。圧力系の典型的な窓要素は、複数のねじのフランジ内に取り付けられ、窓要素は、たとえば円形であって、２個のフランジリングの間に気密の態様で囲まれている。

ハウジングは、金属材料で形成されており、流体パイプは、対向して配置されているハウジングの両方の側で内側のハウジングの空間に導入されており、さらに有利である。たとえば円柱状のまたは立方体形状のハウジングの側面の平坦な表面と流体パイプとの間の接続は、溶接接続することができるが、その代わりに流体パイプをハウジングにねじ止めすることもできる。

本発明によれば、内側のハウジングの空間は、内側の流れの空間を通して導入されている流体と同じ流体で満たされているようにパイプアダプタが使用されている。それによって、ただ一種類の流体が光学的流れ計測用に流体パイプ及び内側のハウジングの空間の両方の存在する場合に、光学的な利点を特に得ることができる。内側のハウジングの空間は、ここでは、パイプアダプタを通して導入すべき流体であらかじめ満たすことができる。

本発明を改良するさらなる手段が、図面を参照して本発明の好ましい実施形態の説明と共に以下でより詳細に示される。

図１は、パイプアダプタの全断面の第１の模式図である。 図２は、部分的に断面であって、図１に対して長手方向の軸線を中心に９０°回転している位置にあるパイプアダプタの第２の模式図である。

図１及び図２は、各々がパイプアダプタ１００を示しており、図１において、パイプアダプタ１００は、実質的に完全な断面図において示しており；図２において、パイプアダプタ１００は、長手方向の軸線を中心に９０°回転しており、部分的な断面で示している。

パイプアダプタ１００は、流体パイプ１０の範囲に挿入されており、流体パイプ１０によってパイプアダプタ１００に導入され流体パイプ１０によってパイプアダプタ１００から導出された流体が流れている。

光学的流れ計測は、放射の照射及びその後の放射のセンサ検出に基づいてる。この目的のために、パイプアダプタ１００は、放射が流体内に照射される窓を形成しなければならない。パイプアダプタ１００の前に配置されている模式的に示している光学系２０及びセンサ２１は、この目的及びセンサ検出の役割がある。

流体パイプ１０は、中断しており、円柱状のパイプの部分１５として形成されている窓要素１２がこの中断部分に挿入されている。分割されている流体パイプ１０及び円柱状のパイプ部分１５は、共通の長手方向の軸線２２に沿って延びている。

円柱状のパイプ部分１５は、流体パイプ１０の内側の流れの空間１１が、円柱状のパイプ部分１５にわたって中断なく連続するように、直径に関して、特に内径に対して形成されている。そのため、円柱状の内側の空間１６を介して円柱状のパイプ部分１５を通して流れるときでさえ、流体パイプ１２の内側の流れの空間１１内の流体の流れにおいて、流れの中断は発生しない。

円柱状のパイプ部分１５として形成されている窓要素１２は、流体パイプ１０の端部の間にコネクタ要素１７によって受け入れられている。コネクタ要素１７は、たとえば、流体パイプ１０及び円柱状のパイプ部分１５の外側を完全に囲んでいる袖状の部分を形成している。

コネクタ要素１７は、多孔性材料、特に流体をわずかな程度浸透可能な材料；例えば、多孔性材料、特に焼結材料、たとえば焼結金属を有している。

コネクタ要素１７を備えている窓要素１２は、ハウジング１３によってさらに完全に囲まれており、ハウジング１３は、接続点２３を介して、たとえば、溶接されている接続またはねじ接続によって気密な態様で流体パイプ１０に接続されている。

コネクタ要素１７の浸透可能性によって、流体は、流体パイプ１０の内側の流れの空間１１から、またはパイプ部分１５の円柱状の内側の空間１６から、コネクタ要素１７の材料を通して、ハウジング１３によって囲まれている内側のハウジングの空間１４内に移動できる。パイプアダプタ１００が、比較的高いまたは非常に高い流体圧力に対して使用された場合、流体パイプ１０内及び円柱状のパイプ部分１５内と同じ流体圧力が内側のハウジングの空間１４内に形成される。しかし内側のハウジングの空間１４は、外側の周辺の位置で円柱状のパイプ部分１５を囲んでいるので、パイプ部分１５の円柱状の内側の空間１６内の流体に作用する圧力は、パイプ部分１５に対してどのような機械的圧力の影響も与えないが、それは、同じ流体圧力が、パイプ部分１５の内側及び外側の両方に存在しているからである。

光学的流れ計測を実行するために、実施形態の窓要素１２は、少なくとも1つの計測波長においてパイプ部分１５を通して流体を観察できるように、透明な構成の円柱状のパイプ部分１５である。窓要素１８は、ハウジング１３内に位置しており、対応する流体圧力に耐えなければならない流体パイプ１０内に窓要素１２が導入される場合よりも簡単な構成とすることができる。たとえば、ハウジング１３内の窓要素１８は、平坦な窓要素として形成することが可能で、ハウジング１３の内側の輪郭は、窓要素１８によって途切れていてもよく、たとえば、円柱状の内側のハウジングの空間１４とは異なっていてもよい。円柱状のパイプ部分１５のおかげで、流体パイプ１０内及び流体部分１５内には、流体パイプ１０の直径及び円形の断面形状とは異なる流れの断面領域が形成されない。しかし、ハウジング１３内の圧力が作用する可能性のある窓要素１８の配置による内側のハウジングの空間１４の内側の輪郭の中断は、流体パイプ１０を通した流体の流れとは無関係であるが、それは、内側のハウジングの空間１４では貫通流がなく、同じ圧力が作用するだけだからである。

本発明は、その構成において、以上で具体的に説明した好ましい実施形態に限定されない。むしろ、概ね異なるように構成されている実施形態と共に説明した解決策を同様に利用する多数の変形例が考えられる。特許請求の範囲、明細書、または図面を基にしている任意の構造上の詳細または空間配置を含んでいる全ての特徴及び／または利点は、それ自体および最も変更されている組み合わせの両方において、本発明に不可欠とすることができる。

１００ パイプアダプタ
１０ 流体パイプ
１１ 内側の流れの空間
１２ 窓要素
１３ ハウジング
１４ 内側のハウジングの空間
１５ 円柱状のパイプ部分
１６ 円柱状の内側の空間
１７ コネクタ要素
１８ 窓要素
１９ 開いている領域
２０ 光学系
２１ センサ
２２ 長手方向の軸線
２３ 接続点

Claims (10)

1. 光学的流れ計測用のパイプアダプタ（１００）であって、
   内側の流通用の流れの空間（１１）を有している流体パイプ（１０）であって、計測光学系に対して透明な少なくとも１個の窓要素（１２）が導入されている流体パイプ（１０）を有し、
   流体パイプ（１０）は、少なくとも窓要素（１２）の部分が、窓要素（１２）を内側のハウジングの空間（１４）に取り付けている耐圧ハウジング（１３）によって囲まれており、内側のハウジングの空間（１４）は、内側の流れの空間（１１）と少なくとも間接的に流体的に相互作用する及び／または流体的に連通しており、
   前記窓要素（１２）は、透明な材料で構成されている円柱状のパイプ部分（１５）によって形成されており、前記円柱状のパイプ部分（１５）は、少なくとも一方の端部側でコネクタ要素（１７）によって１個または２個以上の前記流体パイプ（１０）に接続されており、前記コネクタ要素（１７）は流体浸透可能であることを特徴とする、
   パイプアダプタ（１００）。
2. 前記円柱状のパイプ部分（１５）は、ガラス要素またはガラスセラミック要素から構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のパイプアダプタ（１００）。
3. 前記円柱状のパイプ部分（１５）は、前記流体パイプ（１０）の軸線方向の途切れている領域に導入されており、前記流体パイプ（１０）の前記内側の流れの空間（１１）に途切れることなく、同じ直径で隣接している円柱状の内側の空間（１６）を形成していることを特徴とする、請求項１または２に記載のパイプアダプタ（１００）。
4. 前記コネクタ要素（１７）は、流体が通過可能な多孔性材料及び／または焼結材料から形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のパイプアダプタ（１００）。
5. 弾性薄膜が前記内側の流れの空間（１１）と前記内側のハウジングの空間（１４）との間に形成され、薄膜の変形によって前記内側の流れの空間（１１）と前記内側のハウジングの空間（１４）との間が均圧とされていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のパイプアダプタ（１００）。
6. 前記弾性薄膜は、コネクタ要素（１７）によって及び／またはコネクタ要素（１７）の一部として形成されていることを特徴とする、請求項５に記載のパイプアダプタ（１００）。
7. 前記耐圧ハウジング（１３）は、透明な材料で構成されている少なくとも１個の窓要素（１８）を有していることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載のパイプアダプタ（１００）。
8. 前記窓要素（１８）は、平坦な表面の部材で形成されており、耐圧ハウジング（１３）によって囲まれていることを特徴とする、請求項７に記載のパイプアダプタ（１００）。
9. 前記耐圧ハウジング（１３）は、金属材料で形成されており、前記流体パイプ（１０）は、前記耐圧ハウジング（１３）の対向して配置されている端部表面の位置で前記内側のハウジングの空間（１４）に導入されていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載のパイプアダプタ（１００）。
10. 前記内側のハウジングの空間（１４）は、内側の流れの空間（１１）を通して導入されている流体と同じ流体で満たされていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載のパイプアダプタ（１００）。