KR101512378B1 - 진동 유량계를 위한 내식성 코팅 및 그 코팅의 제조 방법 - Google Patents

진동 유량계를 위한 내식성 코팅 및 그 코팅의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

내식성 진동 유량계(5)가 제공된다. 상기 유량계(5)는 진동하도록 구성된 하나 또는 그보다 많은 유동관(103)을 포함한 유량계 조립체(10)와, 상기 유량계 조립체(10)의 적어도 일부분 상의 확산 코팅(202)을 포함한다. 상기 확산 코팅(202)은 상기 유량계 조립체(10)의 일부분에 확산되어 그 일부분을 구성한다.

Description

진동 유량계를 위한 내식성 코팅 및 그 코팅의 제조 방법 {CORROSION-RESISTANT COATING FOR A VIBRATORY FLOWMETER AND METHOD FOR FORMING THE COATING}
본 발명은 진동 유량계 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내식성 진동 유량계 및 방법에 관한 것이다.
코리올리 질량 유량계들 및 진동 밀도계들 같은 진동 도관 센서들은 통상적으로 유동 물질을 포함하는 진동 도관의 운동을 감지함으로써 작동된다. 질량 유동, 밀도 등과 같은 도관 내의 물질과 관련된 특성들은 상기 도관과 관련된 운동 변환기들로부터 수신된 측정 신호들을 처리함으로써 결정될 수 있다. 일반적으로, 진동 물질 충전 시스템의 진동 모드들은 포함된 도관 및 도관 내에 들어 있는 물질의 조합된 질량, 강도 및 감쇠 특성들에 의해 영향을 받는다.
통상적인 코리올리 질량 유량계는, 파이프라인 또는 다른 전송 시스템 내에 일렬로 연결되어 상기 시스템 내에서 물질, 예를 들면, 유체들, 슬러리들, 에멀전들, 등을 이송하는 하나 또는 그 이상의 도관을 포함한다. 각각의 도관은 예를 들면 간단한 벤딩, 비틀림, 방사(radial) 및 결합(coupled) 모드들을 포함하는 자연 진동 모드 세트를 갖는 것으로 보일 수 있다. 통상적인 코리올리 질량 유동 측정 분야에서, 도관은 물질이 당해 도관을 통과할 때 하나 또는 그 이상의 진동 모드에서 여기되고, 도관의 운동은 도관을 따라 이격된 지점들에서 측정된다. 여기는 통상적으로 주기적 방식으로 도관을 섭동(perturb)시키는 액츄에이터, 예를 들면, 보이스 코일-타입 구동기와 같은 전기기계적 장치에 의해 제공된다. 질량 유량은 변환기 위치에서 운동들 사이의 상(phase) 변화 또는 시간 지연을 측정함으로써 결정될 수 있다. 이러한 2개의 변환기(또는 픽오프(pickoff) 센서)가 통상적으로 유동 도관 또는 도관들의 진동 반응을 측정하기 위하여 채용되며, 통상적으로 액츄에이터의 상류 및 하류 위치에 위치한다. 2개의 픽오프 센서는 전자 기구에 연결된다. 상기 기구는 2개의 픽오프 센서로부터 신호를 수신하여 특히 질량 유량을 측정하도록 신호를 처리한다.
따라서, 코리올리 질량 유량계 및 밀도계를 포함하는 진동 유량계는 유체를 측정하기 위해 진동되는 하나 또는 그 이상의 유동관(flow tubes)을 채용한다. 일반적으로, 이러한 유동관들은 고압 유동 유체 분야에서와 같이 우수한 진동 특성들과 높은 강도를 갖도록 하기 위해 금속으로 제조된다.
그러나, 진동 유량계들은 부식성 및/또는 화학적으로 반응성인 물질들을 취급하기 위해 흔히 사용된다. 금속 유동관들은 부식성 또는 반응성 유동 유체들에 의해 손상될 수 있다. 또한, 금속 유동관들은 유동 유체로부터의 물질을 침출시킬 수 있으며, 및/또는 유동 유체가 금속 유동관들로부터의 물질을 침출시킬 수 있다. 또한, 상기 코팅 또는 코팅들은 매우 단단한 표면을 제공함으로써 부식을 방지할 수 있다. 또한, 상기 코팅들은 미끄럽거나, 유동에 대해 낮은 마찰 계수를 나타낼 수 있다.
도 1은 관의 내부에 형성된 부가적인 라이닝을 포함한 종래 기술의 유동관의 단면도이다. 통상적으로, 이러한 종래 기술의 라이닝은, 예컨대, TEFLON, TEFZEL 또는 다른 플라스틱을 포함하며, 내식성 및 화학적으로 불활성인 라이닝을 제공한다. 그 결과, 유동 유체가 금속 유동관에 접촉하지 않는다.
그러나, 종래 기술은 단점을 갖고 있다. 종래 기술의 라이닝은 종래 기술의 유동관의 내면에 증착(deposition), 접착 또는 부착되어야만 하는 별도의 구성요소를 포함한다. 유감스럽게도, 종래 기술의 라이닝은 유동관의 내부로부터 박리될 수 있다. 박리는 종래 기술의 라이닝 뒤에서의 누설, 부식 및 유동 장애를 유발할 수 있다. 극단적인 경우, 박리는 라이닝의 파괴를 초래할 수 있고, 파괴된 라이닝의 파편이 유동 유체에 합류되어 하류의 필터들, 밸브들, 펌프들, 또는 다른 메카니즘들에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 떨어져 나온 라이닝의 파편들은 하류의 혼합물, 화학적 프로세스들, 설비 또는 측정들에 영향을 미칠 수 있다.
통상적으로, 종래 기술의 라이닝은 종래 기술의 유동관의 금속 보다 훨씬 더 연질이다. 따라서, 종래 기술의 라이닝은 아래에 있는 유동관과 유동 유체의 접촉을 방지하고 충분한 배리어(barrier)를 제공하기 위해서 상당히 두꺼워야만 한다. 또한, 종래 기술의 라이닝은 붕괴되지 않도록 상당히 두꺼워야만 하고, 그렇지 않으면, 진동에 의해 구조적으로 악영향을 받게 된다. 유감스럽게도, 종래 기술의 라이닝의 두께는 종래 기술의 유량계 조립체의 진동 특성들에 영향을 미치게 된다. 더 많은 구동력이 필요할 수 있다. 감도가 감소될 수 있다. 유량계의 공진 주파수가 변할 수 있다.
발명의 양태
본 발명의 일 양태에서, 내식성 진동 유량계는,
진동하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 유동관을 포함한 유량계 조립체; 및
상기 유량계 조립체의 적어도 일부분 상의 확산 코팅(diffusion coating);을 포함하고,
상기 확산 코팅은 상기 유량계 조립체의 일부분에 확산되어 그 일부분을 구성한다.
바람직하게, 상기 확산 코팅은 미리결정된(predetermined) 고온을 넘는 온도로 상기 유량계 조립체의 상기 적어도 일부분에 확산된다.
바람직하게, 상기 확산 코팅은 상기 유량계 조립체에 감온성 요소들을 부착하기 전에 상기 유량계 조립체의 상기 적어도 일부분에 확산된다.
바람직하게, 상기 확산 코팅은 증착 프로세스에 의해 적용(applied)된다.
바람직하게, 상기 확산 코팅은 증기 증착 프로세스에 의해 적용된다.
바람직하게, 상기 확산 코팅은 화학 증기 증착 프로세스에 의해 적용된다.
바람직하게, 상기 확산 코팅은 상기 유량계 조립체의 내면들에 적용된다.
바람직하게, 상기 확산 코팅은 상기 유량계 조립체의 외면들에 적용된다.
바람직하게, 상기 유량계 조립체는 적어도 2개의 프로세스 연결부를 포함하고, 상기 확산 코팅은 상기 적어도 2개의 프로세스 연결부를 덮는다.
바람직하게, 상기 확산 코팅은 상기 유량계 조립체의 실질적으로 모든 표면들에 적용된다.
본 발명의 일 양태에서, 내식성 진동 유량계의 제조 방법은,
진동하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 유동관을 포함한 유량계 조립체를 제조하는 단계; 및
상기 유량계 조립체의 적어도 일부분을 확산 코팅으로 코팅하는 단계;를 포함하고,
상기 확산 코팅은 상기 유량계 조립체의 일부분에 확산되어 그 일부분을 구성한다.
바람직하게, 상기 확산 코팅은 미리결정된 고온 이상에서 상기 유량계 조립체의 상기 적어도 일부분에 확산된다.
바람직하게, 상기 확산 코팅은 상기 유량계 조립체에 감온성 요소들을 부착하기 전에 상기 유량계 조립체의 상기 적어도 일부분에 확산된다.
바람직하게, 상기 확산 코팅은 증착 프로세스에 의해 적용된다.
바람직하게, 상기 확산 코팅은 증기 증착 프로세스에 의해 적용된다.
바람직하게, 상기 확산 코팅은 화학 증기 증착 프로세스에 의해 적용된다.
바람직하게, 상기 확산 코팅은 상기 유량계 조립체의 내면들에 적용된다.
바람직하게, 상기 확산 코팅은 상기 유량계 조립체의 외면들에 적용된다.
바람직하게, 상기 유량계 조립체는 적어도 2개의 프로세스 연결부를 포함하고, 상기 확산 코팅은 상기 적어도 2개의 프로세스 연결부를 덮는다.
바람직하게, 상기 확산 코팅은 상기 유량계 조립체의 실질적으로 모든 표면들에 적용된다.
본 발명의 일 양태에서, 내식성 진동 유량계의 제조 방법은,
진동하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 유동관을 포함한 유량계 조립체를 제조하는 단계;
상기 유량계 조립체에 적어도 2개의 프로세스 연결부를 부착하는 단계; 및
상기 유량계 조립체의 적어도 일부분과 상기 적어도 2개의 프로세스 연결부를 확산 코팅으로 코팅하는 단계;를 포함하고,
상기 확산 코팅은 상기 유량계 조립체의 일부분에 확산되어 그 일부분을 구성한다.
바람직하게, 상기 확산 코팅은 미리결정된 고온 이상에서 상기 유량계 조립체의 상기 적어도 일부분에 확산된다.
바람직하게, 상기 확산 코팅은 상기 유량계 조립체에 감온성 요소들을 부착하기 전에 상기 유량계 조립체의 상기 적어도 일부분에 확산된다.
바람직하게, 상기 확산 코팅은 증착 프로세스에 의해 적용된다.
바람직하게, 상기 확산 코팅은 증기 증착 프로세스에 의해 적용된다.
바람직하게, 상기 확산 코팅은 화학 증기 증착 프로세스에 의해 적용된다.
바람직하게, 상기 확산 코팅은 상기 유량계 조립체의 내면들에 적용된다.
바람직하게, 상기 확산 코팅은 상기 유량계 조립체의 외면들에 적용된다.
바람직하게, 상기 확산 코팅은 상기 유량계 조립체의 실질적으로 모든 표면들에 적용된다.
도 1은 관의 내부에 형성된 부가적인 라이닝을 포함한 종래 기술의 유동관의 단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 진동 유량계를 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명에 따른 확산 코팅을 포함한 유동관의 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 확산 코팅을 포함한 단일의 직관 진동 유량계를 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 4 및 아래 상세한 설명은 본 발명의 최상의 모드를 형성하여 이용하는 방법을 당업자에게 교시하기 위한 특정 예를 개시하고 있다. 본 발명의 원리를 교시하기 위하여, 몇몇 통상적인 양태들은 단순화되거나 생략되었다. 당업자들은 본 발명의 범위 내에 속하는 이러한 예들로부터의 변형을 이해할 것이다. 당업자들은 아래 설명되는 특징들이 본 발명의 다양한 변형을 형성하도록 다양한 방식으로 조합될 수 있다는 것을 이해하게 될 것이다. 결과적으로, 본 발명은 아래 설명되는 특정 실시예로 제한되지 않고, 특허청구범위 및 이들의 등가물에 의해서만 제한된다.
도 1은 본 발명에 따른 진동 유량계(5)를 도시하고 있다. 진동 유량계(5)는 유량계 조립체(10) 및 계측 전자장치(20)를 포함한다. 계측 전자장치(20)는 리드(100)를 경유하여 유량계 조립체(10)에 연결되며, 밀도, 질량 유량, 체적 유량, 총 질량 유동, 온도 중 하나 또는 그 이상의 측정 및 통신 경로(26)에서의 다른 측정 또는 정보를 제공하도록 구성된다. 당업자라면 진동 유량계가 구동기, 픽-오프 센서, 유동 도관 등의 수, 또는 진동의 작동 모드와 관계없이 임의의 유형의 진동 유량계를 포함할 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 진동 유량계(5)는 진동 밀도계를 대안적으로 포함할 수 있음을 이해하여야 한다.
유량계 조립체(10)는 한 쌍의 플랜지(101 및 101'), 매니폴드(102 및 102'), 구동기(104), 픽-오프 센서(105 및 105'), 및 유동 도관(103A 및 103B)을 포함한다. 구동기(104) 및 픽-오프 센서(105 및 105')는 유동 도관(103A 및 103B)에 연결된다.
플랜지(101 및 101')는 매니폴드(102 및 102')에 부착된 프로세스 연결부들을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 매니폴드(102 및 102')는 스페이서(106)의 마주하는 단부에 부착될 수 있다. 스페이서(106)는 파이프라인 힘들이 유동 도관(103A 및 103B)으로 전달되는 것을 방지하기 위하여 매니폴드(102 및 102')들 사이의 간격을 유지한다. 유량계 조립체(10)가 측정되는 유동 유체를 운반하는 파이프라인(미도시) 내에 삽입되면, 유동 유체는 플랜지(101)를 통하여 유량계 조립체(10)로 유입되고, 유입 매니폴드(102)를 통과하고, 유입 매니폴드에서 유동 유체의 총량이 유동 도관(103A 및 103B)으로 유입되도록 지향되고, 유동 도관(103A 및 103B)을 통하여 유출 매니폴드(102') 내로 역으로 유동하며, 유출 매니폴드(102')에서, 플랜지(101')를 통하여 유량계 조립체(10)로부터 배출된다.
유동 유체는 액체를 포함할 수 있다. 유동 유체는 가스를 포함할 수 있다. 유동 유체는 혼입 가스들 및/또는 혼입 고체들을 포함한 액체와 같은 다상 유체를 포함할 수 있다.
유동 도관(103A 및 103B)은 각각 벤딩 축선(W--W 및 W'--W')을 중심으로 실질적으로 동일한 질량 분포, 관성 모멘트 및 탄성 모듈을 갖도록 선택되어 유입 매니폴드(102) 및 유출 매니폴드(102')에 적절히 장착된다. 유동 도관(103A 및 103B)은 필수적으로 평행한 방식으로 매니폴드(102 및 102')로부터 외측으로 연장한다.
유동 도관(103A 및 103B)은 다양한 물질들로 제조될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 유동 도관(103A 및 103B)은 금속 또는 스틸로 제조된다. 다른 실시예에서, 상기 유동 도관(103A 및 103B)은, 예컨대, 스테인레스 스틸, 탄탈륨, HASTELLOY 또는 티타늄 같은 물질을 포함하여, 내식성 물질로 제조된다. 그러나, 탄탈륨, HASTELLOY 및 티타늄은 그들의 우수한 내식 특성에도 불구하고 매우 고가의 물질이며, 유량계 비용을 매우 증가시킨다. 비금속 물질을 포함하여 다른 물질들이 고려될 수 있으며, 이들은 상세한 설명 및 특허청구범위 내에 속한다.
또한, 상기 유량계 조립체(10)는 금속들의 혼합으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 매니폴드(102 및 102')는 HASTELLOY 같은 내식성 금속으로 제조될 수 있는 반면, 상기 유동 도관 또는 도관들은 저렴하고 제조가 용이한 금속 또는 물질로 제조된 다음, 본 명세서에 개시된 바와 같이 코팅될 수 있다. 상기 코팅과 내식성 금속들 또는 재료들의 다른 조합이 고려될 수 있으며, 이들은 상세한 설명 및 특허청구범위 내에 속한다.
유동 도관(103A 및 103B)은 각각의 벤딩 축선(W 및 W')을 중심으로 반대 방향으로 그리고 진동 유량계(5)의 제 1 위상차 벤딩 모드(first out of phase bending mode)로 지칭되는 모드로 구동기(104)에 의해 구동된다. 구동기(104)는 유동 도관(103A)에 장착되는 자석 및 유동 도관(103B)에 장착되는 마주하는 코일과 같은 널리 알려진 다수의 배열체 중 하나를 포함할 수 있다. 양 도관이 진동하도록 마주하는 코일을 교류가 통과한다. 적절한 구동 신호가 리드(110)를 경유하여 구동기(104)로 계측 전자장치(20)에 의해 인가된다. 다른 구동기 장치들이 고려될 수 있으며, 이들은 상세한 설명 및 특허청구범위 내에 속한다.
계측 전자장치(20)는 각각 리드(111 및 111') 상의 센서 신호를 수신한다. 계측 전자장치(20)는 구동기(104)가 유동 도관(103A 및 103B)을 진동시키도록 하는 리드(110) 상의 구동 신호를 발생시킨다. 다른 센서 장치들이 고려될 수 있으며, 이들은 상세한 설명 및 특허청구범위 내에 속한다.
계측 전자장치(20)는 특히 유량을 산정하도록 픽-오프 센서(105 및 105')로부터의 좌측 및 우측 속도 신호들을 처리한다. 통신 경로(26)는 계측 전자장치(20)가 조작자 또는 다른 전자 시스템과 인터페이싱할 수 있도록 하는 입력 및 출력 수단을 제공한다. 도 2의 상세한 설명은 단지 코리올리 유량계의 작동의 일 예로서 제공되었을 뿐, 본 발명의 사상을 제한하려는 의도는 아니다.
일 실시예에서, 계측 전자장치(20)는 유동관(103A 및 103B)을 진동시키도록 구성된다. 진동은 구동기(104)에 의해 이루어진다. 계측 전자장치(20)는 픽-오프 센서(105 및 105')로부터 그에 따른 진동 신호를 더 수신한다. 진동 신호는 유동관(103A 및 103B)의 진동 응답을 포함한다. 계측 전자장치(20)는 진동 응답을 처리하고, 응답 주파수 및/또는 위상차를 결정한다. 계측 전자장치(20)는 진동 응답을 처리하고, 유동 유체의 질량 유량 및/또는 밀도를 포함한 하나 또는 그 이상의 유동 측정을 결정한다. 다른 진동 응답 특성들 및/또는 유동 측정들이 고려될 수 있으며, 이들은 상세한 설명 및 특허청구범위 내에 속한다.
일 실시예에서, 유동관(103A 및 103B)은 도시된 바와 같이 실질적으로 U자형 유동관을 포함한다. 대안적으로, 다른 실시예에서, 유동관은 실질적으로 직선형 유동관을 포함할 수 있다(도 4 및 이하의 설명 참조). 그러나, 추가적인 유량계 형상들 및/또는 구성들이 이용될 수 있으며, 이들은 상세한 설명 및 특허청구범위 내에 속한다.
도 3은 본 발명에 따른 확산 코팅(202)을 포함한 유동관(103)의 단면도이다. 상기 도면은 유동관(103)과 유동관(103)의 물질로 확산된 확산 코팅(202)을 추가적으로 보여준다. 그 결과, 코팅 물질은 유동관(103)의 일부가 되고, 즉, 유동관(103)에 합체된다. 상기 확산 코팅(202)은 유동관(103)에 접합 또는 부착되거나 단순히 부가된 별도의 층이 아니다. 상기 확산 코팅(202)의 물질은 확산 프로세스에서 사용된 고온으로 인해 구조에 혼합되어 그 구조의 일부가 된다.
확산 코팅(202)은 유량계 조립체(10)의 내면을 포함하여 적어도 일부분으로 확산된다. 또한, 확산 코팅(202)은 플랜지들(101,101'), 만약 유량계 조립체(10)에 포함되어 있다면, 스페이서(106), 브레이스 바(brace bars), 균형추/밸런스 구조물, 및/또는 다른 구성요소의 마운트에 추가적으로 적용될 수 있다. 잠재적으로 코팅되는 이 구성요소들의 목록은 배타적이지 않으며, 유량계 조립체(10)의 다른 구성요소들도 본 명세서에 개시된 바와 같이 코팅될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 확산 코팅(202)은 진동 유량계(5)의 전체 유동 경로에 적용된다.
중요하게, 확산 코팅(202)은 감온성 요소들이 유량계 조립체(10)에 부착되기 전에 상기 유량계 조립체(10)의 적어도 일부분에 확산된다. 이는 확산 프로세스의 온도에 의해 영향을 받을 수 있는 임의의 방식의 감온성 요소들을 포함한다. 예를 들어, 유동관 픽-오프 센서들, 온도 센서들, 구동기들 및 배선 등은 열에 의해 손상될 수 있는 비금속 구성요소들을 포함하고 있다. 접착제들, 플라스틱들, 전기 절연 및 회로 물질들, 및 기타 상대적으로 저온의 물질들 같은 다른 구성요소들도 영향을 받을 수 있다.
따라서, 몇몇 실시예에서, 확산 코팅(202)은 용접 작업이 대부분 또는 모두 완료된 후 적용된다. 이에 따라, 용접 작업이 확산 코팅(202)을 손상시키거나 영향을 미칠 수 없다. 이미 코팅된 구성요소들의 용접이 필요하지 않으므로, 용접 작업이 코팅을 약화시키거나 연소시킬 가능성이 없다. 또한, 확산 코팅(202)은, 예컨대, 낮은 스폿들(low spots) 또는 작은 간격(small gaps)같은 임의의 용접 결함을 적어도 부분적으로 채울 수 있다.
유동관(103)의 부식 방지와 같은 다양한 목적들을 위해, 소정의 표면 조성이 얻어질 수 있다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 소정의 표면 조성은 유동 유체와의 화학 반응을 방지하거나, 유동관(103)고 유동 유체 간의 물질 침출 또는 전달을 방지할 수 있다. 또한, 코팅 또는 코팅들은 매우 단단한 표면을 제공함으로써 부식을 방지할 수 있다. 또한, 상기 코팅들은 미끄럽거나, 유동에 대해 낮은 마찰 계수를 나타낼 수 있다.
확산 코팅(202)은 증착 프로세스에 의해 적용될 수 있다. 확산 코팅(202)은 증기 증착 프로세스에 의해 적용될 수 있다. 확산 코팅(202)은 화학 증기 증착 프로세스에 의해 적용될 수 있다.
표면에 증기/도금 물질을 증착하기 위한 많은 여러가지 변형예와, 채용될 수 있는 많은 증착 또는 확산 유형들이 존재한다. 증기 증착의 몇가지 유형들로는 에어로졸 보조 화학 증기 증착(CVD), 플라즈마 CVD, 극초단파 CVD, 직접 액체 분사 CVD, 원자층 CVD, 열선 CVD, 급열 CVD, 증기상 에피택시를 들 수 있다. 이 목록은 배타적이지 않으며, 다른 프로세스들이 존재하거나 개발될 수 있음을 유의하여야 한다. 이 모든 프로세스들과 프로세스들의 변형예가 표면에 코팅을 적용하기 위해 사용될 수 있으며, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
확산 코팅(202)은 고온 프로세스를 통해 적용되며, 여기서, 유량계 조립체(10)(또는 그 일부분)는 확산 캐리어와 함께 확산 챔버 내에 위치된다. 유량계 조립체(10)는 확산 캐리어의 존재하에 가열되며, 확산 캐리어 내의 확산 성분이 유량계 조립체(1)의 표면 또는 표면들의 내부와 위로 확산된다. 그 온도는 유량계 조립체(10)의 물질, 확산 코팅(202)이 되는 상기 확산 성분, 및 캐리어 물질, 소정의 확산 속도, 외부 열 등을 포함한 다른 가능한 요인들에 따라 좌우될 수 있다.
확산된 금속은 유량계 조립체(10)의 일부분이 되며, 유량계 조립체(10)에 단순히 접합 또는 부착되지 않는다. 이는 확산 코팅이 미리결정된 고온 이상에서 유량계 조립체(10)로 확산되는 고온 확산 환경을 이용하여 이루어진다. 몇몇 실시예에서, 상기 미리결정된 고온은 300℉ 또는 그 이상이며, 금속성(또는 더 단단한 경도를 갖는) 유량계 물질로 비-플라스틱(non-plastic) 코팅 물질을 확산시키기 위해 필요한 임의의 온도이다. 확산은 코팅 물질의 분자들이 유량계 물질로 적어도 부분적으로 침투하여, 유량계 물질의 분자들과 섞이고, 결합 및/또는 교합될 것을 필요로 한다.
이러한 이유에서, 플라스틱으로 제조된 유동관들에는 확산 코팅(202)이 사용될 수 없다. 심지어 고온 플라스틱 또는 열가소성 수지도 그러하다.
생성된 확산 코팅(202)은 유동관 물질에 합체된다. 또한, 확산 코팅(202)은 도면에 도시된 바와 같이 균일하고 구별가능한 층을 형성하지 않으며, 이에 한정되지도 않는다. 이는 종래 기술과 대조적이다.
확산 캐리어는 유량계 조립체(10)에 증착될 미리결정된 확산 미립자(즉, 확산 성분)을 가진 가스를 포함할 수 있다. 미리결정된 확산 미립자는 내식성 물질 또는 혼합물을 포함할 수 있다. 확산 캐리어는 대기압, 또는 대기압 보다 높거나 낮은 압력으로 유도될 수 있다. 대안적으로, 확산 캐리어는 미리결정된 확산 미립자 또는 화학물을 포함한 액체, 슬러리, 페이스트 등을 포함할 수 있다.
유량계 조립체(10)의 적어도 일부분은 확산 캐리어와 접촉하게 되며, 미리결정된 확산 미립자들이 유량계 조립체(10)의 일부 또는 모든 표면들로 확산된다.
확산 캐리어는 임의의 유형의 화학 반응제들, 촉매들 또는 확산 프로세스를 돕는 촉진제들을 더 포함할 수 있다. 확산 캐리어가 열활성화되면, 미리결정된 확산 미립자들이 유량계 조립체(10)의 표면들 위에 증착되어 그 표면들 속으로 확산된다. 확산 캐리어를 열 활성화시킴과 아울러, 몇몇 CVD 프로세스들에서는 플라즈마가 확산 캐리어를 또한 활성화시킴으로써, 양질의 코팅을 조성한다.
확산 코팅(202)은 임의의 적당한 두께일 수 있다. 코팅의 물질이 유동관(103)의 금속으로 확산되기 때문에, 확산 코팅(202)은 매우 얇을 수 있다. 확산 코팅(202)의 두께에 대한 하나의 한계는 아래에 있는 유동관 물질의 다공도(porosity)일 수 있다. 다공성 유동관 물질들은 더 두꺼운 확산 코팅(202)을 필요로 할 수 있다. 다른 한계는 유동관 표면의 평활도일 수 있다. 거친 표면은 아래에 있는 유동관 물질을 완전히 덮고 코팅에서의 핀홀 결함을 방지하기 위해 더 두꺼운 확산 코팅(202)을 필요로 할 수 있다. 또한, 유량계 조립체(10)의 한 영역에서 더 두꺼운 확산 코팅(202)에 대한 필요성은 전체 유량계 조립체(10) 위에서 더 두꺼운 확산 코팅을 필요로 할 수 있다. 확산 코팅(202)이 완전히 평활한 표면으로 이루어지지 않고, 규칙적이거나 균일한 층을 포함하지 않기 때문에, 확산 코팅(202)의 두께는 측정하기 어려울 수 있다는 점을 이해하여야 한다.
확산 코팅(202)은 금속 또는 금속 혼합물을 포함할 수 있다. 대안적으로, 확산 코팅(202)은 유동관(103)으로 확산될 수 있는 비금속성 물질을 포함할 수 있다.
바람직하게, 확산 코팅(202)은 고내식성 물질을 포함한다. 확산 코팅(202)은 고도로 화학적으로 안정적이며 비반응성의 물질을 포함한다. 확산 코팅(202)은 유동 유체로부터의 물질을 침출시키지 않는 물질을 포함한다. 확산 코팅(202)은 유동 유체가 당해 확산 코팅(202)으로부터의 물질을 침출시킬 수 없도록 하는 물질을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 확산 코팅(202)은 실리콘 또는 주로 실리콘 물질을 포함한다. 이 실시예에서, 확산 코팅(202)은 일반적으로 두께가 약 25 마이크론일 수 있다. 대안적으로, 확산 코팅(202)은, 예컨대, C2H2 확산 캐리어에 의해 공급되는 것과 같은 탄소 또는 주로 탄소 물질을 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 확산 코팅(202)은 일반적으로 두께가 약 80 마이크론일 수 있다. 다른 확산 물질들/확산 캐리어들이 고려될 수 있으며, 이들은 상세한 설명 및 특허청구범위 내에 속한다.
몇몇 실시예에서, 확산 코팅(202)은 유동관(103) 또는 유량계 조립체(10)의 내면들에 적용된다. 몇몇 실시예에서, 확산 코팅(202)은 유동관(103) 또는 유량계 조립체(10)의 외면들에 적용된다. 몇몇 실시예에서, 확산 코팅(202)은 유동관(103) 또는 유량계 조립체(10)의 모든 표면들에 적용된다. 이는 예컨대 입구 및 출구 구조물과 유동 분할기들을 더 포함할 수 있다. 또한, 프로세스 연결부(101,101')가 내식성일 필요가 있을 수 있기 때문에, 플랜지들/프로세스 연결부(101,101')를 포함한 유량계 조립체(10)의 외면들에 확산 코팅(202)이 적용될 수 있다. 본 발명에 따라 코팅될 수 있는 다른 구성요소들에는 스페이서들, 매니폴드들, 링크들, 또는 브레이스 바들, 밸런스 구조물들 및 마운팅 구조물들이 포함된다. 전술한 예들은 배타적이지 않으며, 다른 코팅된 표면 또는 구성요소들이 고려될 수 있으며, 이들은 상세한 설명 및 특허청구범위 내에 속한다.
유동관(103) 및/또는 유량계 조립체(10)는 미리결정된 물질로 제조될 수 있다. 유동관(103) 및/또는 유량계 조립체(10)는 고온 확산 프로세스에서 프로세싱될 수 있는 물질로 제조될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 유동관(103) 및/또는 유량계 조립체(10)는, 예컨대, 미리결정된 금속 또는 금속성 물질로 제조될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 유동관(103)은, 예컨대, 우수한 진동 특성들과 우수한 내식 특성들을 모두 가진 스테인레스 스틸로 제조될 수 있다. 대안적으로, 유량계 조립체(10)의 구성요소들은 다른 물질들로 제조될 수 있다. 유량계 조립체(10)는 확산 프로세스의 온도를 견딜 수 있는 유리, 세라믹, 석영 또는 다른 물질들로 제조되는 것과 같이, 부분적으로 또는 완전히 비금속성일 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 확산 코팅(202)을 포함한 단일의 직관 진동 유량계(5)를 도시한 도면이다. 도시된 실시예에서, 확산 코팅(202)은 오직 유동관(103)의 내면에만 형성되어 있다. 그러나, 진동 유량계(5)의 다양한 영역들이 전술한 바와 같이 확산 코팅(202)을 포함할 수 있음을 이해하여야 한다. 직관 진동 유량계(5)는 확산 코팅(202)을 포함한다. 확산 코팅(202)은 상기 도면들 및 상세한 설명에서와 같이 적용되며, 두껍고 고가이며 진동적으로 변형되는 유동관 또는 유량계 조립체 구조를 필요로 하지 않고, 상대적으로 얇은 내식성 코팅의 장점을 제공한다.
본 발명에 따른 진동 유량계 및 방법은, 필요하다면, 많은 장점들을 제공하기 위해 임의의 실시예들에 따라 채용될 수 있다. 확산 코팅은 유량계 조립체와 유동 유체 사이에 배리어를 제공한다. 확산 코팅은 단순히 접합되지 않고 구조의 일부분이 되는 통합된 코팅을 제공한다. 이에 따라, 확산 코팅은 분리되거나, 박리되거나, 파괴되지 않는다. 확산 코팅은 더 얇고, 미미한 질량을 추가하며, 그에 따라 진동 특성들에 대해 무시할 수 있을 정도의 영향을 미친다. 확산 코팅은 유량계 조립체가 유동관 물질의 진동 품질을 유지할 수 있도록 한다. 확산 코팅은 배리어를 제공하기 위해 고가의 물질을 덜 필요로 한다.

Claims (29)

  1. 진동하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 유동관(103)을 포함한 유량계 조립체(10)를 포함하는 내식성 진동 유량계(5)로서,
    상기 유량계 조립체(10)의 전체 유동 경로에 적용되는 확산 코팅(diffusion coating, 202);을 포함하고,
    상기 확산 코팅(202)은 상기 유량계 조립체(10)의 일부분에 확산되어 그 일부분을 구성하고,
    상기 확산 코팅(202)이 상기 유량계 조립체(10)의 내면들, 외면들 및 플랜지들에 적용되는 것을 특징으로 하는,
    내식성 진동 유량계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산 코팅(202)은 미리결정된 고온을 넘는 온도로 상기 유량계 조립체(10)의 전체 유동 경로에 확산되는,
    내식성 진동 유량계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산 코팅(202)은 상기 유량계 조립체(10)에 감온성 요소들을 부착하기 전에 상기 유량계 조립체(10)의 전체 유동 경로에 확산되는,
    내식성 진동 유량계.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산 코팅(202)은 증착 프로세스에 의해 적용되는,
    내식성 진동 유량계.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산 코팅(202)은 증기 증착 프로세스에 의해 적용되는,
    내식성 진동 유량계.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산 코팅(202)은 화학 증기 증착 프로세스에 의해 적용되는,
    내식성 진동 유량계.
  7. 진동하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 유동관을 포함한 유량계 조립체를 제조하는 단계를 포함하는 내식성 진동 유량계의 제조 방법으로서,
    상기 유량계 조립체의 전체 유동 경로를 확산 코팅으로 코팅하는 단계;를 포함하고,
    상기 확산 코팅은 상기 유량계 조립체의 일부분에 확산되어 그 일부분을 구성하고,
    상기 확산 코팅이 상기 유량계 조립체의 내면들, 외면들 및 플랜지들에 적용되는 것을 특징으로 하는,
    내식성 진동 유량계의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 확산 코팅은 미리결정된 고온을 넘는 온도로 상기 유량계 조립체의 전체 유동 경로에 확산되는,
    내식성 진동 유량계의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 확산 코팅은 상기 유량계 조립체에 감온성 요소들을 부착하기 전에 상기 유량계 조립체의 전체 유동 경로에 확산되는,
    내식성 진동 유량계의 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 확산 코팅은 증착 프로세스에 의해 적용되는,
    내식성 진동 유량계의 제조 방법.
  11. 청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 7 항에 있어서,
    상기 확산 코팅은 증기 증착 프로세스에 의해 적용되는,
    내식성 진동 유량계의 제조 방법.
  12. 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 7 항에 있어서,
    상기 확산 코팅은 화학 증기 증착 프로세스에 의해 적용되는,
    내식성 진동 유량계의 제조 방법.
  13. 청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    진동하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 유동관을 포함한 유량계 조립체를 제조하는 단계를 포함하는 내식성 진동 유량계의 제조 방법으로서,
    상기 유량계 조립체에 적어도 2개의 프로세스 연결부를 부착하는 단계; 및
    상기 유량계 조립체의 전체 유동 경로 및 상기 적어도 2개의 프로세스 연결부를 확산 코팅으로 코팅하는 단계;를 포함하고,
    상기 확산 코팅은 상기 유량계 조립체의 일부분에 확산되어 그 일부분을 구성하고,
    상기 확산 코팅이 상기 유량계 조립체의 내면들, 외면들 및 플랜지들에 적용되는 것을 특징으로 하는,
    내식성 진동 유량계의 제조 방법.
  14. 청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 13 항에 있어서,
    상기 확산 코팅은 미리결정된 고온을 넘는 온도로 상기 유량계 조립체의 전체 유동 경로에 확산되는,
    내식성 진동 유량계의 제조 방법.
  15. 청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 13 항에 있어서,
    상기 확산 코팅은 상기 유량계 조립체에 감온성 요소들을 부착하기 전에 상기 유량계 조립체의 전체 유동 경로에 확산되는,
    내식성 진동 유량계의 제조 방법.
  16. 청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 13 항에 있어서,
    상기 확산 코팅은 증착 프로세스에 의해 적용되는,
    내식성 진동 유량계의 제조 방법.
  17. 청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 13 항에 있어서,
    상기 확산 코팅은 증기 증착 프로세스에 의해 적용되는,
    내식성 진동 유량계의 제조 방법.
  18. 청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 13 항에 있어서,
    상기 확산 코팅은 화학 증기 증착 프로세스에 의해 적용되는,
    내식성 진동 유량계의 제조 방법.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
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