JPH04501471A - 微粒子を含むガスの流量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 微粒子を含むガスの流量測定装置 技術分野 本発明は、微粒子を含むガスの流量を測定するための装置に関し、より詳細に言 えば、熱伝達構造（ｔｈｅｒ■ｏｐｈｏｒｅｔｉｃ）の圧力タップと共に自己洗 浄性のオリフィスを用いて、同伴微粒子を含むガス流の流量を連続的にかつ正確 に測定するための差圧式装置に関する。

背景技術 流量制限オリフィス及び圧力感知手段に接続された該オリフィスの上流側及び下 流側の圧力タップを用いた差圧式流量測定装置が、一般に様々な型式の流体の流 量を測定するために使用されている。しかしながら、これらの装置を用いて、相 当量の同伴微粒子を含むガス流の流量を効果的に測定することはできない。この ような装置のオリフィス及び開放型の圧力タップは、前記微粒子がすぐに詰まっ て圧力の測定を誤らせかつ不安定にすると共に、これらの部品を取り外して洗浄 するのに十分な時間に亘って運転を停止させる必要が生じる。同伴微粒子を含む ガスの流量を測定するための幾つかの既存の装置は、オリフィス板及び開放型圧 力タップの表面から付着物を噴き飛ばしまたは洗い流すべく現場で運転される洗 浄システムに依存している。

当然ながら、これらの装置は、洗浄サイクルの間は圧力の読取りに誤りが生じ、 更に微粒子が時間を掛けてゆっくりと蓄積されるので洗浄サイクル間に於ける流 量の読取り精麿即ち正確さが徐々に低下することになる。

米国特許第４．６７１．１０９号明細書には、ゲート弁を介して流れの中に直角 に挿入される圧力感知要素を有する流量測定装置が開示されている。流量の読取 りが低下するにつれて、前記圧力感知要素が流れの中から前記ゲート弁を通過し た直後の位置まで引き出され、前記弁を閉じ、かつ最後に前記圧力感知要素を完 全に引き出して洗浄した後に再挿入する。当然ながら、この洗浄活動によって、 一定の時間は流量を測定することができない。

米国特許第４．４９８，３４７号明細書には、詰まるにつれて概ね下流を向くよ うに流れの中で機械的に回転する内部パイロット管を用いた流量測定装置が開示 されている。

前記パイロット管は、この後で後向きにパージガスを−噴きして、付着した固体 物を除去する。同様に、パージサイクルの間は正確に圧力を読み取ることができ ない。

米国特許第４，６５１，５７２号明細書には、ベンチュリーオリフィス及び流体 コンジット圧力タップに多孔性の耐摩耗性材料からなるバリヤ層を並べた流量測 定ベンチュリー装置が開示されている。洗浄用のガスが定常的にまたは断続的に 前記バリヤ層の中を前記流れに対して後向きに送給されて、前記ベンチュリーオ リフィス及び圧力タップに微粒子が堆積するのを防止している。しかしながら、 この方法では、洗浄用ガスによって流体が汚染される。更に、微細な微粒子が長 時間に亘ってゆっくりと前記バリヤ層を詰まらせて、流量の読取りを不正確にし かつ一層大変な洗い流し作業を必要とする結果となる。

米国特許第４，５７２，００７号明細書は、熱伝達作用を用いてガス透過面に微 粒子を寄せ付けないための装置及び方法を開示している。微粒子を含まないガス のサンプルは高温のガス透過面の清浄側から引き出される。

最後に、１９８３年１月１８日に日本国東京で行われたＩＳＨＭ−インターネピ オン・テクニカル・セミナー（Ｉｎｔｅｒｎｅｐｅｏｎ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　 Ｓｅｍ１ｎａｒ　）に於て頒布されたエヌ・エム・グラシンスキ（Ｎ、　Ｍ、　 Ｇｒａｌｅｎｓｋｌ　）による刊行物［シン・フィルム・パイ・コンベアライズ ド・アトモスフェリツク−ＣＶＤＪ　（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｃｏｎｖｅｙｏｒ ｌｚｅｄ　Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｌｃ　ＣＶＤ）には、その第６頁に、従来の圧力 測定装置に接続された開放型圧力タップと共に２個の互いに逆向きに回転するシ リンダ及び関連するスクレーパを備えた自己洗浄性のオリフィスが開示されてい る。シリンダを逆向きに回転させることによって、堆積した微粒子を前記スクレ ーパで除去することができ、その結果として定常状態の運転に於てオリフィスの 大きさを一定にすることができる。しかしながら、ここに開示されている開放型 圧力タップでは長時間に亘ってその中に微粒子が蓄積し、流量の読取り精度が徐 々に低下することになる。これらの付着物は前記圧力タップを分解することによ って除去できるが、その間は流量の読取りができない。

上述した従来技術は、本発明に照らしてかつその説明のためにのみ集められかつ 検討されたものである。従って、本発明がなければこのような様々な従来技術を 収集することはとても思い至らなかったものである。

容易に操作できかつ信頼性があって、同伴微粒子を含むガス流の流量を測定する のに適した正確な差圧式連続流量測定装置が望ましい。このような流量測定装置 であれば、分解及び洗浄を必要とせず、パージガスによって流体を汚染すること がなく、かつオリフィス及び／または圧力タップに於ける微粒子の蓄積によって 流量のデータが徐々に低下することもない。

発明の開示 本発明によれば、驚くべきことに、 （Ａ）その中をガスが流通する流路と、（Ｂ）少なくとも第１の面と第２の面と を有し、前記流路内に配置されたオリフィスと、 （Ｃ）前記第１の面及び第２の面を別個に該面に対して直角をなす線と概ね垂直 な方向に動かす手段と、（Ｄ）前記第１の面及び第２の面が動いている間、常に 前記第１の面及び第２の面の少なくとも一部分と緊密に接触するスクレーパ手段 とを備え、前記両面が前記スクレーパ手段を通過して動くことによって前記第１ の面及び第２の面に付着した微粒子が除去され、 （Ｅ）前記オリフィスの上流及び下流に於て前記流路と連通ずるように配置され 、かつ圧力測定手段と連絡しており、前記オリフィスに於けるガスの通過から生 じる前記流路内の圧力差を測定するための圧力タップと、（Ｆ）前記圧力タップ 内の前記ガスを加熱するように配置され、それによって前記圧力タップ内から微 粒子を排除する熱伝達ヒータとを備える新規な装置を用いて、同伴微粒子を含む ガスの流量を正確に、高い信頼性を持って連続的に測定できることが判明した。

本発明の装置は、例えばガラスへの金属酸化物の化学蒸着の際に生じる微粒子、 または燃料若しくは炭化水素を含む廃棄材料の燃焼時に生じる副産物等のような 同伴微粒子を含むガスの流量を測定するために使用すると好都合である。

発明を実施するための最良の形態 第１図乃至第４図には、微粒子を含むガスの流量を測定するのに有用な流量測定 装置１０が示されている。この装置１０は、共働して流体コンジット３４を郭定 する前板１４．１６、後板１８．２０、チャンバ２２．２４、上板２６、下板２ ８及び円筒状ロール３０．３２からなる本体１２と、流体コンジット３４内に配 置されたオリフィス３６とを備える。前板１４．１６及び後板１８．２０は、そ れぞれねじ止め具３８によってチャンバ２２．２４に適当に取り付けられている 。上板２６及び下板２８が同様にして別のねじ止め具４０によってチャンバ２２ ．２３に固定されている。抵抗加熱要素４２がチャンバ２２．２４内の開孔内に 配置されている。

それぞれ平行な軸４４．４６を有する円筒状ロール３０．３２は、それぞれ前板 及び後板１４及び１８．１６及び２０に配置された軸受セット４８．５０に軸支 されている。

軸４４．４６は、それぞれ噛合する歯車５６．５８を固定するための承継部５２ ．５４を有する。歯車５６．５８は互いに係合して、ロール３０．３２がそれぞ れチャンバ２２．２４の中を嵌通する孔６０．６２内で逆方向に回転できるよう になっている。噛合する歯車５６．５８は、駆動軸６６に固定されかつモータア センブリ６８によって駆動される駆動歯車６４によって駆動される。モータアセ ンブリ６８は、支持ブラケット７ｏ上に取り付けられ、かつ該支持ブラケット７ ０はねじ止め具４ｏによって上板２６に固定されている。

スクレーパ７２．７４は、それぞれロール３０，３２の表面の成る部分に係合す るようになっており、それぞれ溝７６．７８内に摺動可能に取り付けられ、かつ 圧縮ばね８０によってロール３０．３２に押圧されている。機械加工された通路 ８２．８４によって、それぞれスクレーパ７２．７４と流体コンジット３４とが 連通している。

入口８６及び出口８８が流体コンジット３４及びオリフィス３６と連通し、それ によって流速を測定しようとする微粒子を含むガスが通過する流路が郭定されて いる。圧力タップ９０．９２がそれぞれ入口８６及び出口８８と連通し、かつそ の遠隔端部に於て例えばダイアフラムまたは圧抵抗トランデューサのような通常 の圧力測定手段９３に接続されている。圧力タップを用いてガス流の圧力を測定 するための装置は、カーク−オスマー（Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｉ＋ｅｒ　）の「コン サイス・エンサイクロペディア中オブ・ケミカル舎テクノロジーＪ　（Ｃｏｎｃ ｉｃｅ　Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ　ｏｆ　Ｃｈｅ＋＋１ｃａｌ　Ｔｅａｈｎｏ ｌｏｇｙ　）　、米国ニューヨーク州ジョン会ワイリー・アンド・サンズ（Ｊｏ ｈｎ　Ｗｌｌｅｙ　ａｎｄ　５ｏｎｓ　）　１９８５年発行の第９４９〜９５０ 頁に詳細に記載されている。

熱伝達用のヒータ９４．９６がそれぞれ圧力タップ９０゜９２に取り付けられ、 かつそれぞれ入口８６及び出口８８の直ぐ近傍に配置されている。図示されてい る熱伝達用ヒータ９４．９６は、それぞれ入口８６及び出口８８の直近に位置す る圧力タップ内に含まれるガスを局部的に加熱するように設計された電気抵抗式 ヒータである。当然ながら、例えばスチームジャケット構造を用いる等によって 圧力タップ９０．９２を加熱する他の方法を使用することができる。

運転時には、同伴微粒子を含むガスが入口８６に入り、流体コンジット３４及び オリフィス３６の中を通過し、出口８８を通って出て行く。定常状態の運転時に は、本明細書に於ける流路を構成する人口８６、流体コンジット３４、オリフィ ス３６及び出口８８のそれぞれに於て流量が略一定である。

ロール３０．３２とチャンバ２２．２４、前板１４．１６及び後板１８．２０と の間の間隙は、第２図及び第３図では大きく描かれているが、実際には、全ガス 流がロール３０．３２間のオリフィス３６を通過し得る程度の大きさである。チ ャンバ２２．２４及び関連するロール３０．３２はそれぞれ加熱要素４２によっ て高温度にされ、ガス流内の凝縮可能な成分を蒸発状態に維持し、かつ熱伝達作 用（ｔｈｅｒｍｏｐｈｏｒｅｓｌｓ）によって概ね全表面から微粒子を排除して いる。

オリフィス３６は、流体コンジット３４に暴露されがっ連通ずる対向ロール３０ ，３２の表面の辺地部分がら構成される。オリフィス３６は、オリフィス３６が ら上流のガスの速度に関してその中を通過するガスの速度を増大させる流路内の 狭窄部である。同時にオリフィス３６は、対応して前記流路内に於ける圧力の低 下を生じさせる。従って、前記コンジット内を通過するガスの流速が増大するこ とによってオリフィス３６に於ける圧力低下が大きくなる。オリフィスの大きさ の関数として圧力低下と流速との関係が、マクグローヒル・カンパニー（ＭｃＧ ｒａｗ−Ｈｌｌｌ　Ｃｏｍｐａｎｙ）　１９６３年発行のベリー（Ｐｅｒｒｙ） 、チルトン（Ｃｈｉｌｔｏｎ　）及びカークパトリック（Ｋｌｒｋｐａｔｒｌｃ ）による［ケミカル・エンジニアーズ・ハンドブックＪ　（Ｃｈｅａ＋１ｃａｌ 　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ’ｓ　ｌ１ａｎｄｂｏｏｋ）に詳細に説明されている。オリ フィスの大きさは、本発明の図示される実施例では、分割線９８でチャンバ２２ ．２４を分離しかつ破線１００で示されるようにシムを挿入することによって大 きくすることができる。この場合には、より大きな径の歯車５６．５８とより小 さな径の駆動歯車６４とが必要になる。

ガス流の流れに同伴する微粒子は、流体コンジット３４内の表面に付着する傾向 がある。オリフィスの大きさを一定に維持するために、ロール３０．３２がモー タアセンブリ６８及び関連する駆動歯車６４と噛合する歯車５６．５８によって 逆向きに回転する。ロール３０，３２は、流体コンジット３４に露出する面を個 々に概ね出口８８の方向へ動かすように逆向きに回転される。ロール３０．３２ の露出移動面がそれぞれスクレーパ７２．７４に係合するので、それに付着した 微粒子は除去されかつガス流の流れによって出口８８から排出される。ポリテト ラフロオロエチレン製のスクレーパが特に本発明の使用に適していることが分か った。定常状態では、オリフィス３６に於けるロール３０．３２の前記表面には 、一定の厚さ微粒子が付着している。ロール及び３２の前記露出面は連続的に新 しくされ、即ち汚れを削り落としたロール３０．３２の清浄な面がそれぞれロー ル３０．３２の連続的な逆向きの回転によって孔６０．６２から連続的に出現し てくる。

前記ガス流の流れに同伴する微粒子は、それぞれ熱伝達ヒータ４．９５の作用に よって圧力タップ９０．９２内に侵入しかつその中に蓄積することが防止される 。熱伝達作用は、一般に粒子の周辺の雰囲気に於ける熱勾配によって該粒子に生 じる運動と定義される。従って、粒子は高温領域から低温領域に移動するように 誘導される。前記熱伝達ヒータは、圧力タップ９０．９２内のガスの温度を入口 ８６、及び出口８８内のガスの温度より高く上昇させる。本発明によれば圧力タ ップ９０．９２から微粒子を排除するために必要な正確な温度差は不明であるが 、５６℃（１００°Ｆ）を越える温度であれば十分なことが分かっている。

熱伝達作用によって圧力タップ９０．９２を介してそれぞれ入口８６及び出口８ ８内のガスの圧力を圧力測定装置９３に連絡することが可能になると同時に、そ の中に微粒子が侵入することを排除できる。この熱伝達ヒータ９４．９６によっ て、微粒子の物理科学的な特性に実際上はとんど依存することなく、圧力タップ ９０．９２の汚染をそれぞれ効果的に防止している。熱伝達ヒータ９４．９６の 作用は、懸濁微粒子の大きさ、組成または濃度によって制限されるものではない 。

以上特定の実施例を用いて本発明の詳細な説明したが、当業者にとって明らかな ように、本発明はその技術的範囲内に於て、上述した実施例にさまざまな変形・ 変更を加えて実施することができる。例えば、一方の圧力タップを概ねオリフィ スの位置に配置したような圧力タップを用いて圧力差を測定することができる。

別の実施例では、個々の表面が該表面に対して直角をなす線に対して垂直な方向 に連続的に動き、かつスクレーパ手段と係合して付着した微粒子を除去できる限 り、円筒面以外の面を用いて前記オリフィスを形成することができる。

図面の簡単な説明 本発明の新規な特徴は、特許請求の範囲に記載される通りであるが、本発明の構 造及び使用方法を添付図面と共に以下に詳述する特定の実施例を用いて説明する 。

第１図は、本発明の特徴を具現化した装置を示す斜視図である。

第２図は、流路内に於けるオリフィスを表す第１図の装置の縦断面図である。

第３図は、一方のオリフィスロール及び駆動機構を示す第１図の装置の部分断面 側面図である。

第４図は、オリフィスより下流側のスクレーパ及び流体コンジットを示す第２図 の４−４線に於ける第１図の装置の水平方向の断面図である。

ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、４ 国際調査報告 ＋　１Ｉｌｌ’ｈ−Ｉｌｌｌ　Ａ　ｅ　Ｄ　ｌ　ｌ　ｅ　ａ　マ１６　＋ｔ　Ｎ 　＠　。１．ｔ　、　、、、ｏｒ、　ｔｒ、　ｒ、　ｏ　、@。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．同伴微粒子を含むガスの流量を連続的に測定するための装置であって、 （Ａ）その中をガスが流通する流路と、（Ｂ）少なくとも第１の面と第２の面と を有し、前記流路内に配置されたオリフィスと、 （Ｃ）前記第１の面及び第２の面を別個に該面に対して直角をなす線と概ね垂直 な方向に動かす手段と、（Ｄ）前記第１の面及び第２の面が動いている間、常に 前記第１の面及び第２の面の少なくとも一部分と緊密に接触するスクレーパ手段 とを備え、前記両面が前記スクレーパ手段を通過して動くことによって前記第１ の面及び第２の面に付着した微粒子が除去され、 （Ｅ）前記オリフィスの上流及び下流に於て前記流路と連通するように配置され 、かつ圧力測定手段と連絡しており、前記オリフィスに於けるガスの通過から生 じる前記流路内の圧力差を測定するための圧力タップと、（Ｆ）前記圧力タップ 内の前記ガスを加熱するように配置され、それによって前記圧力タップ内から微 粒子を排除する熱伝達ヒータとを備えることを特徴とする同伴微粒子を含むガス の流量測定装置。
2. ２．前記圧力測定手段がダイアフラムであることを特徴とする請求項１に記載の ガス流量測定装置。
3. ３．前記圧力測定手段が圧抵抗トランデューサを有することを特徴とする請求項 １に記載のガスの流量測定装置。
4. ４．前記熱伝達ヒータが、前記流路内にあるガスの温度より前記圧力タップ内に あるガスの温度を少なくとも約５６℃（１００°Ｆ）高く維持するようになって いることを特徴とする請求項１項乃至３のいずれかに記載のガス流量測定装置。
5. ５．前記第１の面及び第２の面がそれぞれ別個の円筒形状をなすことを特徴とす る請求項１乃至４のいずれかに記載のガス流量測定装置。
6. ６．前記オリフィスの大きさを変える手段を更に有することを特徴とする請求項 １乃至５のいずれかに記載のガス流量測定装置。
7. ７．前記スクレーパ手段が、圧縮ばねによって押圧されて前記第１の面及び第２ の面と密接するポリテトラフルオロエチレン製のスクレーパを有することを特徴 とする請求項１乃至６のいずれかに記載のガス流量測定装置。
8. ８．前記第１の面及び第２の面を動かす手段がモータ駆動装置を有することを特 徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のガス流量測定装置。
9. ９．前記オリフィスの下流側にある前記圧力タップが概ね前記オリフィスの位置 に配置されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のガス流量 測定装置。
10. １０．同伴微粒子を含むガスの流量を連続的に測定するための装置あって、 （Ａ）その中を前記ガスが流通する流路と、（Ｂ）少なくとも第１の円筒面と第 ２の円筒面とを有し、前記流路内に配置されたオリフィスと、（Ｃ）前記第１の 円筒面及び第２の円筒面を該面の軸に関して別個に回転させるための手段と、 （Ｄ）前記第１の円筒面及び第２の円筒面が回転している間、常に少なくとも前 記第１の円筒面及び第２の円筒面の一部分と緊密に接触するスクレーパ手段とを 備え、それによって前記面が前記スクレーパ手段を通過して回転することによっ て前記第１の面及び第２の面に付著した微粒子が除去され、 （Ｅ）前記オリフィスの上流側及び下流側に於て前記流路と連通するように配置 され、更に圧力測定手段に接続され、前記オリフィスの中を前記ガスが通過する ことによって生じる前記流路内の圧力差を測定するための圧力タップと、（Ｆ） 前記圧力タップ内の前記ガスを前記流路内の温度より少なくとも約５６℃（１０ ０°Ｆ）高い温度に加熱するように配置され、それによって微粒子を排除する熱 伝達ヒータとを備えることを特徴とするガス流量測定装置。
11. １１．同伴微粒子を含むガスの流量を連続的に測定するための装置であって、 （Ａ）その中を前記流通する流路と、 （Ｂ）少なくとも第１の円筒面と第２の円筒面とを有し、前記流路内に配置され たオリフィスと、（Ｃ）前記オリフィスの大きさを変えるための手段と、（Ｄ） モータ駆動装置を有し、前記第１の円筒面及び第２の円筒面を別個に前記面の軸 を中心として回転させるための手段と、 （Ｅ）前記第１の円筒面及び第２の円筒面が回転している間、常に少なくとも前 記第１の円筒面及び第２の円筒面の一部分に接触し、圧縮ばねによって押圧され て前記第１の面及び第２の円筒面に緊密に接触するポリテトラフルオロエチレン のスクレーパを有するスクレーパ手段とを備え、前記スクレーパ手段を通過して 前記円筒面が回転することによって前記第１の及び第２の円筒面に付着した微粒 子が除去され、 （Ｆ）前記オリフィスの上流側及び下流側に於て前記流路と連通するように配置 され、更に圧力測定手段と連通し、前記オリフィスの中を前記ガスが通過するこ とによって生じる前記流路内の圧力差を測定するための圧力タップと、（Ｇ）前 記圧力タップ内の前記ガスを前記流路内のガスの温度より少なくとも約５６℃（ １００°Ｆ）高い温度に加熱するように配置され、それによって微粒子を排除す るようにした熱伝達ヒータとを備えることを特徴とするガス流量測定装置。