KR20160134675A - 열식 질량 유량계 및 이것을 사용한 질량 유량 제어 장치 - Google Patents

Abstract

250℃로 가열하는 것이 필요한 응결성의 가스를 취급하는 경우에도, 센서 튜브의 내부에서 가스가 재액화 또는 응결되지 않는 열식 질량 유량계 및 이것을 사용한 질량 유량 제어 장치를 제공한다.
베이스의 설치면에 접해서 설치되어, 센서 튜브 및 센서 와이어를 수용하는 케이스를 갖는 열식 질량 유량계에 있어서, 베이스의 설치면 및 케이스의 측면과 각각 면 접촉을 하고 있는 열의 양도체로 이루어지는 전열 블록을 설치한다. 바람직한 실시 형태에 있어서는, 베이스의 측면에 접해서 설치된 온도 조절 블록을 더 설치한다.

Description

열식 질량 유량계 및 이것을 사용한 질량 유량 제어 장치{THERMAL MASS-FLOW METER AND MASS-FLOW CONTROL DEVICE USING SAME}

본 발명은, 열식 질량 유량계에 관한 발명으로, 이에 한정되는 것은 아니지만, 고온의 유체에 사용할 수 있도록 개량된 열식 질량 유량계의 구조 및 이 열식 질량 유량계를 사용한 질량 유량 제어 장치에 관한 것이다.

질량 유량계(매스 플로우미터)는, 반도체의 제조 프로세스에 있어서 챔버 내에 공급되는 가스의 질량 유량을 모니터링할 목적으로 널리 사용되고 있다. 질량 유량계는 단독으로 사용되는 것 외에, 유량 제어 밸브 및 제어 회로 등의 다른 부품과 조합해서 질량 유량 제어 장치(매스 플로우 컨트롤러)를 구성하는 부품으로서도 사용된다. 질량 유량계에는 다양한 형식의 것이 있지만, 그 중에서도 열식 질량 유량계는 비교적 간단한 구조로 가스의 질량 유량을 정확하게 측정할 수 있으므로, 널리 보급하고 있다.

열식 질량 유량계는, 예를 들어 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 가스가 흐르는 유로가 형성된 베이스와, 유로의 중간에 설치된 바이패스와, 바이패스의 상류측에서 유로로부터 분기되어 바이패스의 하류측에서 유로와 합류하는 센서 튜브와, 센서 튜브에 감긴 한 쌍의 센서 와이어와, 상기 센서 튜브 및 상기 센서 와이어를 수용하는 케이스와, 센서 와이어 및 다른 저항 소자에 의해 구성된 브리지 회로를 포함하는 센서 회로를 갖고 있다. 바이패스는 가스에 대하여 유체 저항을 가지므로, 유로를 유동하는 가스 중 일정한 비율의 가스가 센서 튜브로 분기한다. 센서 튜브에 흐르는 가스의 질량 유량을 측정함으로써, 유로를 흐르는 가스의 질량 유량을 검지할 수 있다.

센서 와이어에 소정의 전류를 흐르게 하면, 센서 튜브를 흐르는 가스에 열이 부여된다. 이 열은 가스의 유동에 수반하여 상류측에서 하류측으로 이동한다. 열의 이동에 의해 센서 와이어의 온도 분포가 센서 튜브의 길이 방향을 대하여 비대칭이 되어, 센서 와이어의 전기 저항의 온도 변화에 따라 브리지 회로의 단말기 간에 전위차가 발생한다. 이 전위차를 센서 회로에 의해 검출함으로써, 센서 튜브를 흐르는 가스의 질량 유량을 측정할 수 있다.

그런데 반도체의 제조 프로세스에서는, 어떤 종류의 액체 재료의 기화 가스나 고체 재료의 승화 가스와 같이, 상온에서 응결하기 쉬운 가스를 사용하는 경우가 있다. 이러한 경우, 응결성의 가스가 배관 내에서 응결해 버리지 않도록, 프로세스 챔버에 이르기까지의 모든 배관계를 임계 온도 이상의 온도로 가열 유지해야만 한다. 따라서, 질량 유량 제어 장치에 대해서, 가스가 유동하는 부분을 가열하기 위한 몇 가지의 제안이 이루어져 있다.

예를 들어 특허문헌 2에는, 가스 온도를 250℃로 유지하면서 유량 제어를 행하는 압력식 유량 제어 장치의 발명으로서, 유로가 형성된 밸브 본체의 외측면에 가열용 히터를 구비하는 압력식 유량 제어 장치의 발명이 개시되어 있다. 이 가열용 히터는, 밸브 본체 전체를 가열하여, 밸브 본체에 형성된 유로를 유통하는 가스의 온도를 설정 온도로 유지하기 위해서 설치된 것이다.

또한, 예를 들어 특허문헌 3에는, 압력식 유량 제어 장치 등에 적합하게 사용되는 제어 밸브이며, 가스 도입 유로와 가스 도출 유로를 형성한 제1 블록의 유로 교축 노즐의 근방에, 이 유로 교축 노즐을 통과하는 가스를 가열하기 위한 히터를 설치하고 있는 제어 밸브의 발명이 개시되어 있다. 이 히터는, 유로 교축 노즐을 통과하는 가스가 저증기압 가스인 경우, 단열 팽창에 의해 재액화하는 것을 생각할 수 있으므로, 그 재액화를 방지하기 위해서 설치된 것이다.

또한, 예를 들어 본 출원인의 출원에 관한 특허문헌 4에는, 적어도 센서부를 수용해서 덮는 케이스 부재를 열 양도성 재료에 의해 형성하고, 해당 케이스 부재의 외측에 온도 제어 가능한 가열 수단을 설치한 질량 유량 제어 장치의 발명이 개시되어 있다. 이 케이스 부재는, 오르토 규산 테트라 에틸(TEOS) 등의 액체 원료를 가스화한 기화 가스가 매스 플로우 컨트롤러를 통과할 때에 재액화하지 않도록, 본체 바디에 비교해서 가열되기 어려운 센서부를 포함하는 매스 플로우 컨트롤러의 각 부의 온도를 단시간에 균일하게 가열하고, 이것을 일정하게 조정 유지하기 위해서 설치된 것이다.

일본 특허 공개 제2009-192220호 공보 국제 공개 제2011/067877호 일본 특허 공개 제2000-75931호 공보 일본 특허 공개 평6-214658호 공보

상기한 특허문헌 4에 개시된 발명은, 열식 질량 유량계를 사용한 질량 유량 제어 장치에 있어서, 열식 질량 유량계의 센서 튜브를 흐르는 가스의 온도가 유로를 흐르는 가스의 온도에 비해 크게 저하되는 것을 방지할 수 있는 점에서, 일정한 효과를 발휘하는 것이다. 그러나 센서 튜브는 베이스로부터 돌출되어서 설치되어 있으므로, 열식 질량 유량계의 주위 환경 온도의 영향을 받아서 냉각되기 쉽다. 이로 인해, 센서 튜브를 흐르는 가스의 온도를 높은 온도로 유지하는 것이 곤란한 경우가 있다.

예를 들어, 열식 질량 유량계를 사용한 종래 기술에 관한 질량 유량 제어 장치에 있어서, 상온에서 매우 액화하기 쉬운 응결성의 가스를 취급하는 경우, 액화를 방지할 목적으로 가스의 온도를 예를 들어 250℃로 가열 유지하려고 해도, 열식 질량 유량계의 센서 튜브를 흐르는 가스의 온도가 유로를 흐르는 가스의 온도에 비해 크게 저하되어, 센서 튜브의 내부에서의 가스의 재액화나 응결을 확실하게 방지할 수 없는 경우가 있다. 센서 튜브의 내부에서 가스가 재액화하거나 응결하거나 하면, 생성된 액체 또는 고체가 센서 튜브의 내부에 부착되어서 센서 튜브의 단면적이나 열용량이 변화하어, 열식 질량 유량계의 측정값에 오차가 발생하는 원인이 된다.

열식 질량 유량계의 유로가 형성되는 베이스에 일반적으로 채용되는 스테인리스강은, 다른 금속이나 합금에 비하여 열 전도율이 낮다. 이로 인해, 특허문헌 2에 개시된 밸브 본체 전체를 가열하기 위한 가열용 히터나, 특허문헌 4에 개시된 매스 플로우 컨트롤러의 각 부의 온도를 일정하게 조정 유지하기 위한 케이스 부재를 사용해도, 유로를 가열하는 히터로부터 이격된 위치에 설치되는 센서 튜브의 온도를 유로의 온도와 동일한 온도로 유지하는 것은 쉽지 않다.

특허문헌 3에 개시된 압력식 유량 제어 장치의 유로 교축 노즐의 근방에 설치된 히터와 같이, 유로를 가열하는 히터와는 별도로, 열식 질량 유량계의 근방에 전용 히터를 설치하는 것도 고려된다. 그러나 열식 질량 유량계는, 센서 튜브를 흐르는 가스의 미소한 온도차에 의해 질량 유량을 측정하는 것이므로, 열식 질량 유량계 자체를 히터로 온도 조절하면, 히터의 온/오프에 의해 열식 질량 유량계의 측정값이 변동할 우려가 있다.

또한, 열식 질량 유량계의 감도를 높이기 위해서 센서 튜브는 가는 관에 의해 구성되어 있으므로, 센서 튜브를 흐르는 유체의 유량은 그다지 크지 않다. 이로 인해, 센서 튜브를 흐르는 유체가 갖는 열을 열식 질량 유량계의 온도를 유지하기 위한 열원으로서 이용할 수는 없다.

본 발명은, 열식 질량 유량계를 사용한 질량 유량 제어 장치에 특유의 상기 여러 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 온도를 예를 들어 250℃로 유지하는 것이 필요한 가스를 취급할 수 있는 열식 질량 유량계 및 이것을 사용한 질량 유량 제어 장치의 제공을 목적으로 하고 있다.

본 발명에 관한 열식 질량 유량계는, 센서 튜브 등이 수용된 케이스의 측면에 열을 공급함으로써 센서 튜브의 온도를 유로의 온도와 동등하게 고온으로 유지하는 것을 목적으로 하여, 베이스의 설치면 및 케이스의 측면과 각각 면 접촉을 하고 있는 전열 블록을 갖고 있다. 이 전열 블록은 전열 재료에 의해 형성되어 있다. 즉, 이 전열 블록은 열의 양도체이며, 베이스의 설치면으로부터 케이스의 측면을 향해 효율적으로 열 전도를 행하므로, 센서 튜브가 유로로부터 이격되어 있어도, 양자 사이에 개재하여, 센서 튜브의 온도가 유로의 온도에 비해 크게 저하되지 않도록 할 수 있다.

또한, 전열 블록은 스스로 능동적으로 열을 발생하는 것이 아닌, 단순히 베이스의 열을 케이스에 전달하는 수동적인 역할을 담당하고 있는 것에 지나지 않으므로, 전열 블록에 의한 케이스의 가열 효과는 완만한 것이며, 전열 블록과의 열적 접촉에 의해 열식 질량 유량계의 측정값이 변동할 우려는 없다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 본 발명에 관한 열식 질량 유량계는, 베이스의 설치면뿐만 아니라, 측면으로부터도 열을 수취해서 케이스에 전열하는 것을 목적으로 하여, 베이스의 측면과 전열 블록 중 적어도 하나의 측면과 각각 면 접촉을 하고 있는 전열 시트를 더 갖고 있다. 이 전열 시트도 전열 재료에 의해 형성되어 있다. 즉, 이 전열 시트도 열의 양도체이며, 베이스의 설치면으로부터의 열에 추가하여 베이스의 측면으로부터도 전열 블록을 향해 효율적으로 열의 전도를 행할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 본 발명에 관한 열식 질량 유량계는, 전열 블록의 상면을 덮도록 설치된 단열재를 더 갖고 있다. 단열재를 설치함으로써, 베이스로부터 전도된 열이 전열 블록의 표면으로부터 주위로 방열되는 것을 방지하여, 케이스의 보온 효과가 더욱 높아진다. 또한, 본 발명은 상기 열식 질량 유량계를 사용한 질량 유량 제어 장치의 발명이다.

본 발명에 관한 열식 질량 유량계는, 종래 베이스의 설치면 및 측면으로부터 외부로 방출되고 있던 열을 유효하게 이용해서 케이스 및 그 내부의 센서 튜브의 온도를 유로의 온도와 동일 정도로 유지할 수 있으므로, 부가적인 열원을 형성하지 않고, 또한 열식 질량 유량계의 기능을 손상시키는 일 없이, 유로에 비하여 센서 튜브의 온도가 크게 저하되는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 이에 의해, 온도를 예를 들어 250℃로 유지하는 것이 필요한 가스를 취급하려고 하는 경우에도, 센서 튜브의 내부에서 가스가 재액화하거나 응결하거나 하지 않으므로, 가스의 질량 유량을 안정적으로 계측할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태를 나타내는 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태를 나타내는 가스의 입구측에서 본 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태를 나타내는 상면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 형태를 나타내는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 형태를 나타내는 가스의 입구측에서 본 정면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 하나의 실시 형태를 나타내는 측면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 하나의 실시 형태를 나타내는 가스의 입구측에서 본 정면도이다.
도 7a는 도 7에 나타낸 전열 블록의 형상 중 하나의 변형예를 나타내는 가스의 입구측에서 본 정면도이다.
도 7b는 도 7에 나타낸 전열 블록의 형상 중 다른 하나의 변형예를 나타내는 가스의 입구측에서 본 정면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 하나의 실시 형태를 나타내는 상면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 하나의 실시 형태를 나타내는 측면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 하나의 실시 형태를 나타내는 가스의 입구측에서 본 정면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 하나의 실시 형태를 나타내는 상면도이다.
도 12는 본 발명의 또한 또 다른 하나의 실시 형태를 나타내는 측면도이다.
도 13은 본 발명의 또한 또 다른 하나의 실시 형태를 나타내는 가스의 입구측에서 본 정면도이다.
도 14는 본 발명의 또한 또 다른 하나의 실시 형태를 나타내는 상면도이다.

본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 도면을 사용해서 상세하게 설명한다. 또한, 여기에서 설명하는 실시 형태는 본 발명의 실시 형태를 예시하는 것에 지나지 않고, 본 발명의 실시 형태는 여기에 예시하는 형태에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명에 있어서의 「상면」, 「측면」, 「저면」 등의 용어의 의미는, 도 1, 도 2, 도 4 및 도 5에 기재된 열식 질량 유량계 및 질량 유량 제어 장치의 상하 방향을 기준으로 해석하는 것으로 한다.

도 1은, 본 발명에 관한 열식 질량 유량계(1)를 갖는 질량 유량 제어 장치의 하나의 실시 형태를 나타내는 측면도이다. 본 발명에 관한 열식 질량 유량계(1)는 내부에 유체의 유로(2d)가 설치되고, 하나의 설치면(2a)을 갖는 베이스(2)와, 유로(2d)의 중간에 설치된 바이패스(3)와, 바이패스(3)의 상류측에서 유로(2d)로부터 분기되어 설치면(2a)의 외측을 우회한 후 바이패스(3)의 하류측에서 유로(2d)에 합류하는 센서 튜브(4a), 센서 튜브(4a)에 감긴 한 쌍의 센서 와이어(4b) 및 베이스(2)의 설치면(2a)에 접해서 설치되어 센서 튜브(4a) 및 센서 와이어(4b)를 수용하는 케이스(4c)를 구비한 유량 센서(4)와, 센서 와이어(4b) 및 다른 저항 소자에 의해 구성된 브리지 회로를 포함하는 센서 회로(도시하지 않음)를 갖고 있다.

베이스(2)는, 본 발명에 관한 열식 질량 유량계(1) 및 질량 유량 제어 장치의 전체 구조의 기반이 되는 직육면체의 구성 부품이다. 또한, 본 발명에 관한 열식 질량 유량계에 있어서, 베이스(2)는(도 2 및 도 3에 기재된) 히터(8)에서 가열되었을 때에 상당한 열용량을 갖는 열원으로서의 기능도 갖는다. 베이스(2)의 상면은 설치면(2a)이라 하고, 케이스(4c), 유량 제어 밸브(9) 등의 구성 부품이 베이스(2)의 설치면(2a)에 접해서 설치된다. 베이스(2)의 내부에는, 길이 방향을 따라서 유체의 유로(2d)가 설치되고, 유로(2d)의 양단부에는 가스의 입구와 출구가 설치된다. 베이스(2)를 구성하는 재료에는, 내식성이 우수하므로 일반적으로 스테인리스강이 사용된다. 스테인리스강의 열 전도율은 약 15W/m·K이며, 다른 금속이나 합금에 비해 낮다.

케이스(4c)는, 유량 센서(4)의 주요한 구성 부품인 센서 튜브(4a) 및 센서 와이어(4b)를 수용하는 공동을 갖는 편평한 직육면체의 부품이다. 케이스(4c)는 센서 튜브(4a) 및 센서 와이어(4b)의 주위 온도를 균일하게 유지함으로써 질량 유량의 정확한 계측을 가능하게 하는 기능을 갖는다. 이로 인해, 케이스(4c)에는, 열 전도율이 높은 알루미늄 합금 등의 재료가 일반적으로 사용된다. 케이스(4c)는, 그 저면이 베이스의 설치면(2a)에 접하도록 설치되어 있다. 케이스(4c)의 형상은 편평한 직육면체이며, 케이스(4c)의 저면은 베이스의 설치면(2a)의 일부와 접촉하고 있는 것에 지나지 않는다. 또한, 베이스를 구성하는 재료인 스테인리스강의 열 전도율은 크지 않다. 이로 인해, 베이스의 설치면(2a)으로부터 케이스(4c)의 저면에 전해지는 열의 양은, 케이스(4c)의 온도를 유로(2d)의 온도와 동등하게 유지할 수 있을만큼 크지 않다.

케이스(4c)는 기본적으로는 상기와 같이 편평한 직육면체이지만, 베이스(2)의 설치면(2a)으로의 고정을 위한 나사 구멍을 마련하는 등의 목적으로 다리부를 설치해도 된다. 이 경우, 케이스의 다리부는 베이스의 설치면(2a)으로부터 케이스(4c)로의 열의 전달 경로가 되므로, 그것을 고려해서 케이스의 다리부를 설계할 필요가 있다. 구체적으로는, 케이스(4c)의 다리부는 케이스(4c)와 동일한 재료로 케이스(4c)의 본체와 일체 불가분하게 구성하고, 베이스의 설치면(2a) 그 접촉 면적을 크게 할 수 있도록 설계하는 것이 바람직하다. 또한, 특허문헌 4에 기재되어 있는 바와 같이, 적어도 유량 센서(4)를 수용해서 덮는 케이스 부재에 상당하는 용기를 더 설치해도 된다. 이 경우, 당해 용기와 케이스(4c) 사이의 열 전도를 방해할 수 없도록 유의할 필요가 있다.

본 발명에 관한 열식 질량 유량계(1)는, 특징적인 구성 부품으로서, 베이스의 설치면(2a)에 접하여, 케이스(4c)와 인접하는 위치에 설치된 전열 블록(5)을 더 갖고 있다. 도 1, 도 2 및 도 3의 해칭이 실시되어 있는 부분은, 전열 블록(5)의 실시 형태를 예시하고 있다. 이 전열 블록(5)의 저면(5c)과 베이스의 설치면(2a)은 면 접촉을 하고 있으며, 전열 블록(5) 중 적어도 하나의 측면(5b)과 케이스(4c)의 측면은 면 접촉을 하고 있다. 여기서, 면 접촉이라 함은, 하나의 부품과 다른 부품이 접촉하는 위치가 평면에 의해 구성되고, 양자가 간극 없이 접촉하고 있는 것을 말한다. 전열 블록(5)의 표면이 베이스의 설치면(2a)과 케이스 측면의 양쪽에 면 접촉함으로써, 베이스의 설치면(2a)으로부터 전열 블록(5)을 거쳐 케이스(4c)의 측면으로 열이 정체되지 않고 전도되어, 베이스(2)와 케이스(4c)의 온도차가 감소한다. 이에 의해, 베이스(2)의 내부에 형성된 유로(2d)와 케이스(4c)의 내부에 수용된 센서 튜브(4a)의 온도차도 감소한다.

부품과 부품 사이에 간극이 있으면 거기에 공기가 존재하게 되지만, 공기는 열 전도율이 낮아 열 전도의 장해가 되므로, 간극이 있는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 면 접촉시키고 싶은 부품의 표면을 가능한 한 평활하게 하여, 부품을 조합했을 때의 평행도를 높임으로써, 이상적인 면 접촉을 실현할 수 있다. 그러나 부품의 가공 정밀도를 높이기 위해서는 비용이 들고, 간극을 완전히 제로로 하는 것은 실제로는 불가능하다. 부품 간의 간극이 바람직하게는 최대 0.2㎜를 초과하지 않으면, 본 발명에 있어서의 면 접촉에 의한 전열의 효과를 얻을 수 있다. 부품 간의 간극이 최대 0.1㎜를 초과하지 않으면, 보다 바람직하다.

부품 간의 간극에 존재하는 공기는 열 전도를 방해하는 단열재로서 기능하므로, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 공기보다도 열 전도율이 높은 물질을 부품 사이에 삽입하여, 간극을 가능한 한 배제할 수 있다. 이 목적에는, 유연성을 갖고 열 전도성 및 내열성이 있는 간극재를 사용하는 것이 바람직하다.

전열 블록(5)은, 열 전도율이 가능한 한 높은 재료에 의해 구성하는 것이 바람직하다. 전열 블록(5)은 전열 재료에 의해 형성되어 있다. 본 명세서에 있어서, 전열 재료는 높은 열 전도율을 갖는 재료(즉, 열의 양도체)를 가리키고, 적어도 스테인리스강보다는 높은 열 전도율을 갖는다. 구체적으로는, 구리 또는 알루미늄 혹은 구리 또는 알루미늄을 포함하는 합금을 사용할 수 있다. 전열 블록(5)에 적합하게 사용할 수 있는 알루미늄을 포함하는 합금으로서는, 예를 들어 열 전도성이 우수한 공업용 순(純)알루미늄(국제 알루미늄 합금명이 1000번대인 것)이나, 강도와 가공성이 우수한 Al-Mg계 합금(국제 알루미늄 합금명이 5000번대인 것) 등이 있다.

전열 블록(5)은 베이스의 설치면(2a)에 접하여, 케이스(4c)와 인접하는 위치에 설치할 필요가 있다. 이에 의해, 베이스의 설치면(2a)으로부터 케이스(4c)의 측면을 향해 열을 효율적으로 전도할 수 있다. 전열 블록(5)은 케이스(4c)의 주위를 모두 둘러싸도록 설치하는 것이 바람직하다. 그러나 열식 질량 유량계를 구성하는 다른 부품과의 위치 관계에 의해, 전열 블록(5)이 케이스(4c)의 주위를 모두 둘러쌀 수 없어, 케이스(4c)의 주위의 일부가 노출되어 있어도, 케이스(4c) 주위의 다른 부분과 인접하는 위치에 전열 블록(5)이 설치되어 있으면, 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.

전열 블록(5)의 베이스의 설치면(2a)으로부터의 높이는, 케이스(4c)의 높이와 동일한 높이를 갖고 있어도 되고, 도 1 및 도 2에 예시한 바와 같이, 케이스(4c)의 높이보다도 낮게 해도 된다. 전열 블록(5)의 높이는, 케이스(4c)의 높이 중 적어도 1/3 이상의 높이를 갖고 있는 것이, 본 발명의 효과를 얻는 면에서 바람직하다.

전열 블록(5)의 형상은, 직육면체를 기본으로 하는 임의의 형상으로 설계할 수 있다. 후술하는 전열 시트(6)와 조합할 필요로부터, 전열 블록(5)은 도 2에 예시한 바와 같이, 조립했을 때의 폭이 베이스(2)의 폭과 일치하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 전열 블록(5)은 조립의 편의상, 복수의 부분으로 분할할 수 있도록 설치할 수 있다. 도 3에 예시하는 전열 블록(5)은 2개의 부분으로 이루어져 있으며, 케이스(4c)를 사이에 놓도록 해서 조립해서 고정할 수 있다.

케이스(4c)에 다리부가 설치되어 있는 경우, 전열 블록(5)은 케이스(4c)의 다리부를 피해서 설치할 수 있다. 케이스(4c)의 다리부의 높이가 케이스(4c) 높이의 1/3 이상의 높이를 갖고 있는 경우에는, 후술하는 단열재(7)와 조합할 필요로부터, 전열 블록(5)의 높이를 케이스(4c)의 다리부의 높이와 일치하도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 열식 질량 유량계(1)는, 바람직한 실시 형태에 있어서, 베이스(2)의 측면에 접해서 설치된 전열 시트(6)를 더 갖고 있다. 전열 시트(6)의 표면과 베이스의 측면(2b)은 면 접촉을 하고 있고, 전열 시트(6)의 표면과 전열 블록 중 적어도 1개의 측면(5b)과는 면 접촉을 하고 있다. 사용 시에는, 예를 들어 도 5에 파선으로 나타낸 바와 같이, 전열 시트(6)의 외측에 히터(8)를 설치할 수 있다. 이와 같은 구성에 의해, 히터(8)로부터 베이스의 측면(2b)에 전도하는 열의 일부가 전열 시트(6)를 거쳐 전열 블록의 측면(5b)에 공급되므로, 베이스(2)와 전열 블록(5)의 온도차가 감소함과 함께, 베이스(2)와 케이스(4c)의 온도차도 감소한다. 이에 의해, 베이스(2)의 내부에 형성된 유로(2d)와 케이스(4c)의 내부에 수용된 센서 튜브(4a)의 온도차도 감소한다.

전열 시트(6)는, 가능한 한 높은 열 전도율을 갖는 재료(전열 재료)이며, 시트 형상으로 형성하기 쉬운 재료에 의해 구성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 구리 혹은 알루미늄 또는 구리 또는 알루미늄을 포함하는 합금의 판을 사용할 수 있다. 전열 시트(6)에 적합하게 사용할 수 있는 알루미늄을 포함하는 합금으로서는, 예를 들어 열 전도성이 우수한 공업용 순알루미늄이나, 강도와 가공성이 우수한 Al-Mg계 합금 등이 있다. 또한, 그래파이트나 실리콘계 재료로 이루어지는 시트 등도, 전열 시트(6)로서 적합하게 사용할 수 있다. 전열 시트(6)를 구성하는 재료로서 소성 변형이 용이한 부드러운 재료를 채용하면, 베이스(2)의 측면에 가공이나 조립에 의해 발생한 단차가 다소 있었다고 해도, 단차를 흡수해서 베이스(2)의 측면에 밀착시킬 수 있으므로, 바람직하다.

전열 시트(6)의 두께는, 8.0㎜를 초과하면 열식 질량 유량계(1)의 폭이 증대해서 접지 면적을 넓게 취할 필요가 발생하므로 바람직하지 않고, 0.5㎜보다 얇으면 열류 방향에 수직인 단면적이 작아져서 열의 전도 효율이 나빠지므로 바람직하지 않다. 따라서, 바람직한 전열 시트(6)의 두께는 0.5㎜ 이상, 8.0㎜ 이하이다. 더욱 바람직한 두께의 범위는, 0.8㎜ 이상, 5.0㎜ 이하이다.

전열 시트(6)의 형상은, 도 4에 예시한 바와 같이, 베이스의 측면(2b) 및 전열 블록의 측면(5b)을 모두 덮을 수 있는 직사각형인 것이 바람직하다. 유량 제어 밸브(9)의 주변 등의 승온하고 싶지 않은 부분에 대해서는, 전열 시트(6)를 설치하지 않도록 할 수 있다. 전열 시트(6)는, 베이스의 측면(2b) 및 전열 블록의 측면(5b)에 접해서 설치하는 것에 추가하여, 도 5에 예시한 바와 같이, 전열 블록의 상면(5a)을 덮도록 설치할 수도 있다.

본 발명에 관한 열식 질량 유량계(1)는, 바람직한 실시 형태에 있어서, 전열 블록의 상면(5a)을 덮도록 설치된 단열재(7)를 더 갖고 있다. 이 구성에 의해, 전열 블록의 상면(5a)으로부터 외부로의 열의 방출을 방해할 수 있어, 전열 블록(5)이 베이스의 설치면(2a) 및 전열 시트(6)로부터 수취한 열이 불필요하게 상실되는 일 없이 케이스(4c)의 측면에 전해지도록 할 수 있으므로, 본 발명의 효과가 더욱 증강된다.

단열재(7)는, 도 4 및 도 5에 예시한 바와 같이, 전열 블록의 상면(5a) 전체를 덮도록 설치할 수 있다. 전열 블록(5)의 베이스 설치면(2a)으로부터의 높이가 케이스(4c)의 높이와 일치하고 있는 경우에는, 단열재(7)는 전열 블록의 상면(5a) 및 케이스(4c)의 상면을 덮도록 해서 설치할 수 있다. 또한, 전열 시트(6)를 전열 블록의 상면(5a)을 덮도록 해서 설치한 경우에는, 단열재(7)는 그 전열 시트(6)를 다시 덮도록 설치할 수 있다.

단열재(7)의 두께는, 20㎜를 초과하면 두껍게 해도 단열 효과가 그다지 변함이 없으므로 바람직하지 않고, 3.0㎜보다 얇으면 충분한 단열 효과를 얻을 수 없으므로 바람직하지 않다. 따라서, 바람직한 단열재(7)의 두께는 3.0㎜ 이상, 20㎜ 이하이다. 더욱 바람직한 두께의 범위는, 5.0㎜ 이상, 15㎜ 이하이다.

단열재(7)는 열 전도율이 낮은 공지된 재료에 의해 구성할 수 있다. 구체적으로는, 유리 섬유를 바인더로 굳힌 것 등을 적합하게 사용할 수 있다.

본 발명에 관한 열식 질량 유량계(1)는, 바람직한 실시 형태에 있어서, 베이스(2)를 가열하는 히터(8)를 더 갖고 있다. 히터(8)는 베이스(2)를 가열함으로써, 베이스의 유로(2d)의 내부를 흐르는 가스의 재액화 또는 응결을 방지하는 기능을 갖는다. 히터(8)는, 도 2, 도 3 및 도 5에 예시한 바와 같이, 베이스의 측면(2b)에 접해서 설치된 판 형상의 것으로서 구성할 수 있다. 판 형상의 히터의 구성으로서는, 예를 들어 알루미늄 합금으로 형성한 판 형상의 부재에 니크롬선을 포함하는 막대 형상의 카트리지 히터를 삽입한 것이나, 실리콘 고무 중에 발열체를 설치한 러버 히터, 세라믹스의 판재 중에 발열체를 설치한 플레이트 히터 등을 적합하게 사용할 수 있다.

히터(8)는 베이스(2)의 외부가 아닌, 베이스(2)의 내부에 매설된 형태로 설치할 수도 있다. 예를 들어, 베이스(2)에 구멍을 형성하고, 니크롬선을 포함하는 막대 형상의 카트리지 히터를 삽입해서 구성할 수 있다. 이 경우, 전열 시트(6)는, 내장된 히터로 가열된 베이스의 측면(2b)으로부터 외부로 방출되는 열을 받아서 전열 블록에 전달하는 기능을 갖게 된다.

또한, 본 발명에 관한 열식 질량 유량계에 있어서 히터(8)는 필수적인 구성 요소가 아닌, 유로(2d)를 흐르는 가스 자체가 갖는 열에 의해 베이스(2)를 가열 유지하고, 그 열을 케이스(4c)에 전달해서 사용하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명에 있어서, 열이 전달되는 방향은, 이상에서 설명한 실시 형태에 한정되지 않고, 이것과는 반대의 방향이어도 된다. 예를 들어, 상온 이하의 비점을 갖는 액체의 질량 유량을 측정하고자 하는 경우에는, 히터(8) 대신에 쿨러(냉각 장치)를 설치해서 베이스(2)를 냉각하고, 베이스(2)와 면 접촉시킨 전열 블록(5) 및 전열 시트(6)를 개재해서 케이스(4c) 및 센서 튜브(4a)를 냉각한다. 또한, 단열재(7)를 설치해서 환경 온도에 의한 온도의 상승을 방지한다. 이에 의해, 센서 튜브(4a)를 흐르는 액체의 기화 및 그에 수반하는 질량 유량의 측정 오차의 증대를 유효하게 방지할 수 있다.

상술한 것으로부터도 명확한 바와 같이, 본 발명에 관한 열식 질량 유량계(1)는, 바람직한 실시 형태에 있어서, 베이스(2)를 가열하는 히터 및/또는 베이스(2)를 냉각하는 쿨러를 더 가질 수 있다. 당해 히터 및/또는 쿨러는, 도 2, 도 3 및 도 5에 예시한 히터(8)와 같이, 적어도 베이스의 측면(2b)에 접해서 설치된 전열 재료로 이루어지는 판 형상 또는 블록 형상의 부재와, 당해 부재를 가열 및/또는 냉각하는 발열체 및/또는 냉각체를 갖는 온도 조절 블록으로서 구성할 수 있다.

즉, 본 발명에 관한 열식 질량 유량계(1)는, 바람직한 실시 형태에 있어서, 적어도 상기 베이스의 측면에 접해서 설치된 온도 조절 블록을 더 갖고, 상기 온도 조절 블록은 전열 재료에 의해 형성되어 있고, 또한 상기 온도 조절 블록을 가열하는 발열체 및/또는 상기 온도 조절 블록을 냉각하는 냉각체를 갖는다. 발열체 또는 냉각체에 의해 가열 또는 냉각된 온도 조절 블록은, 적어도 베이스의 측면을 개재하여, 베이스를 가열 또는 냉각할 수 있다.

본 발명의 상기 바람직한 실시 형태에 관한 열식 질량 유량계(1)를 갖는 질량 유량 제어 장치에 대해, 도 6에서 도 8을 참조하면서, 이하에 상세하게 설명한다. 도 6에서 도 8의 우측 하향 사선에 의해 해칭이 실시되어 있는 부분은, 상기 온도 조절 블록의 실시 형태를 예시하고 있다. 도 6에서 도 8에 예시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 열식 질량 유량계(1)를 갖는 질량 유량 제어 장치에 있어서는, 도 2, 도 3 및 도 5에 예시한 히터(8)가 온도 조절 블록(11)으로 치환되어 있다. 즉, 히터(8)는 온도 조절 블록(11) 중 하나의 실시 형태라고 할 수 있다. 또한, 도 6에서 도 8에 나타낸 예에 있어서는, 온도 조절 블록(11)은 알루미늄 합금으로 형성되어 있고, 당해 온도 조절 블록(11)에 형성된 구멍에, 니크롬선을 포함하는 막대 형상의 카트리지 히터(11a)가 발열체로서 삽입되어 있다.

단, 온도 조절 블록(11)의 구성은 상기에 한정되지 않는다. 예를 들어, 온도 조절 블록(11)으로서는, 히터(8)와 마찬가지로, 예를 들어 알루미늄 합금으로 형성한 판 형상 또는 블록 형상의 부재에 니크롬선을 포함하는 막대 형상의 카트리지 히터를 삽입한 것이나, 실리콘 고무 중에 발열체를 설치한 러버 히터, 세라믹스의 판재 또는 블록재 중에 발열체를 설치한 플레이트 히터 등을 적합하게 사용할 수 있다. 베이스(2)를 냉각하고자 하는 경우에는, 온도 조절 블록(11)으로서는, 예를 들어 알루미늄 합금으로 형성한 판 형상 또는 블록 형상의 부재에 펠체 소자 등의 냉각체를 삽입 및/또는 부착한 것이나, 실리콘 고무 중에 냉각체를 설치한 러버 히터, 세라믹스의 판재 또는 블록재 중에 냉각체를 설치한 플레이트 히터 등을 적합하게 사용할 수 있다.

온도 조절 블록(11)을 형성하는 전열 재료의 구체예로서는, 상기와 같이, 예를 들어 구리 혹은 알루미늄 또는 구리 또는 알루미늄을 포함하는 합금을 들 수 있다. 온도 조절 블록(11)에 적합하게 사용할 수 있는 알루미늄을 포함하는 합금으로서는, 예를 들어 열 전도성이 우수한 공업용 순알루미늄이나, 강도와 가공성이 우수한 Al-Mg계 합금 등이 있다.

또한, 온도 조절 블록(11)은 전열 재료에 의해 형성된 본체부의 내부 및/또는 주위에 형성된 유로에 열 매체를 흘림으로써 온도 조절 블록을 가열 또는 냉각하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 열 매체로서는, 예를 들어 오일, 물, 공기 및 각종 가스 등, 열매 또는 냉매로서 널리 사용되고 있는 유체를 사용할 수 있다.

그런데 지금까지는, 전열 블록(5) 중 적어도 하나의 측면이 케이스(4c)의 측면과 면 접촉을 하고 있고, 또한 전열 블록(5)의 저면(5c)이 베이스(2)의 설치면(2a)과 면 접촉을 하고 있는 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명해 왔다. 그러나 센서 튜브(4a)의 온도와 유로(2d)의 온도와의 차를 가능한 한 작게 유지하는 관점에서는, 전열 블록(5)이 베이스(2)와 케이스(4c) 사이에 있어서의 열 전도뿐만 아니라, 온도 조절 블록(11)과 케이스(4c) 사이에 있어서의 열 전도도 보다 효율적인 것으로 하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 과제를 감안하여, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 관한 열식 질량 유량계(1)에 있어서, 상기 전열 블록은 상기 온도 조절 블록의 상면 및/또는 적어도 하나의 측면과 면 접촉을 하고 있다.

구체적으로는, 예를 들어 도 6에서 도 8에 도시한 바와 같이, 전열 블록(5)의 저부 근방에 플랜지 형상의 저면 확장부(5d)를 설치함으로써, 전열 블록(5)의 저면(5c)의 면적을 증대시켜서, 전열 블록(5)의 저면(5c)이 베이스(2)의 설치면(2a)뿐만 아니라, 온도 조절 블록(11)의 상면과도, 면 접촉을 하도록 해도 된다. 이에 의해, 전열 블록(5)은 베이스(2)와 케이스(4c) 사이에 있어서의 열 전도뿐만 아니라, 온도 조절 블록(11)과 케이스(4c) 사이에 있어서의 열 전도도 효율적으로 행할 수 있다. 그 결과, 센서 튜브(4a)의 온도와 유로(2d)의 온도와의 차를 보다 작게 유지할 수 있다.

또한, 도 6에서 도 8에 있어서도, 도 1에서 도 3 및 도 5와 마찬가지로, 전열 블록(5)은 우측 상승의 사선에 의한 해칭이 실시되어 있다. 단, 도 1에서 도 3 및 도 5에 나타낸 예에 있어서는, 전열 블록(5)의 측면(5b)은 케이스(4c)의 측면의 일부와 면 접촉을 하고 있는 것에 반해, 도 6에서 도 8에 나타낸 예에 있어서는, 전열 블록(5)의 측면(5b)은 케이스(4c)의 측면의 전부와 면 접촉을 하고 있을뿐만 아니라, 케이스(4c)의 상면과도 면 접촉을 하고 있다. 이와 같이, 전열 블록(5)이 케이스(4c)의 저면 이외의 모든 면을 가리도록 해도 된다.

상기에 있어서는 전열 블록(5)의 저부 근방에 플랜지 형상의 저면 확장부(5d)를 설치함으로써 전열 블록(5)의 저면(5c)의 면적을 증대시킨 실시 형태에 대해서 예시하였다. 그러나 전열 블록(5)의 형상은 상기에 한정되지 않는다. 예를 들어, 전열 블록(5)은, 도 7a에 도시한 바와 같이, 전열 블록(5)의 저면(5c)에 평행한 평면에 의한 단면이 저면(5c)에 가까울수록 커지는 아래쪽 퍼짐의 형상을 갖고 있어도 된다. 또는, 도 7b에 도시한 바와 같이, 단순하게 전열 블록(5)의 폭을 확장해서 전열 블록(5)의 저면(5c)이 온도 조절 블록(11)의 상면(11c) 중 적어도 일부를 덮도록 해도 된다.

또는, 예를 들어 도 9에서 도 11에 도시한 바와 같이, 전열 블록(5)의 측면(5b)에 대향하는 영역에까지 온도 조절 블록(11)의 일부를 상방을 향해 연장시키고, 이 연장시킨 부분과 전열 블록(5)의 측면(5b)을 면 접촉시키도록 해도 된다. 또한, 이 온도 조절 블록(11)의 상방을 향해 연장시킨 부분을 이후 「상방 확장부(11b)」라고 칭한다. 이에 의해, 전열 블록(5)은 베이스(2)와 케이스(4c) 사이에 있어서의 열 전도뿐만 아니라, 온도 조절 블록(11)과 케이스(4c) 사이에 있어서의 열 전도도 효율적으로 행할 수 있다. 그 결과, 센서 튜브(4a)의 온도와 유로(2d)의 온도와의 차를 보다 작게 유지할 수 있다.

그런데 온도 조절 블록(11)과 케이스(4c) 사이에 있어서의 열 전도를 보다 효율적으로 행하기 위해서는, 도 9에서 도 11에 도시한 예에 있어서의 온도 조절 블록(11)의 상방 확장부(11b)와 전열 블록(5)을 일체 불가분하게 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 과제를 감안하여, 본 발명의 바람직한 다른 실시 형태에 관한 열식 질량 유량계(1)에 있어서, 상기 전열 블록은 상기 온도 조절 블록의 일부분으로서, 상기 온도 조절 블록과 일체 불가분하게 형성되어 있다.

구체적으로는, 예를 들어 도 12에서 도 14에 나타낸 바와 같이, 온도 조절 블록(11)의 일부를 상방을 향해 연장시키는 것뿐만 아니라, 또한 케이스(4c)의 측면에 대향하는 영역을 향해서도 연장시키고, 이 연장시킨 부분을, 베이스(2)의 설치면(2a)뿐만 아니라, 케이스(4c)의 측면과도 면 접촉시키도록 해도 된다. 또한, 이 온도 조절 블록(11)의 케이스(4c)의 측면을 향해 연장시킨 부분 전체를 이후 「전열 블록 기능부(11d)」라고 칭한다. 이에 의해, 전열 블록 기능부(11d)를 개재하여, 베이스(2)와 케이스(4c) 사이에 있어서의 열 전도뿐만 아니라, 온도 조절 블록(11)과 케이스(4c) 사이에 있어서의 열 전도도 효율적으로 행할 수 있다. 그 결과, 센서 튜브(4a)의 온도와 유로(2d)의 온도와의 차를 훨씬 더 작게 유지할 수 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 실시 형태에 관한 열식 질량 유량계(1)에 있어서, 적어도 상기 전열 블록 또는 상기 온도 조절 블록의 상면을 덮도록 설치된 단열재를 더 갖는다. 이 구성에 의해, 전열 블록(5)의 상면(5a) 또는 상기 온도 조절 블록(11)의 상면(11c)으로부터 외부로의 열 방출을 방해할 수 있다. 그 결과, 전열 블록(5) 또는 온도 조절 블록(11)의 전열 블록 기능부(11d)를 거쳐 케이스(4c)에 전달되어야 할 열이 불필요하게 상실되는 것을 억제할 수 있으므로, 본 발명의 효과가 더욱 증강된다.

또한, 단열재는 전열 블록(5)의 상면(5a) 또는 상기 온도 조절 블록(11)의 상면(11c)뿐만 아니라, 케이스(4c), 전열 블록(5) 및 온도 조절 블록(11)의 외부로 노출되어 있는 면의 일부 또는 전부를 덮도록 설치할 수 있다. 단열재의 배치, 형상 및 재료에 대해서는, 이미 설명한 것과 같으므로, 여기에서는 설명을 반복하지 않는다.

본 발명에 관한 열식 질량 유량계(1)는, 바람직한 실시 형태에 있어서, 유로(2d)를 흐르는 유체의 온도와, 센서 튜브(4a)를 흐르는 유체의 온도차의 절댓값이 10℃ 이상이 되지 않는 것을 특징으로 하고 있다. 이 특징에 의해, 유로(2d) 및 센서 튜브(4a)에 있어서의 유체의 온도차가 10℃ 미만이므로, 센서 튜브(4a)의 내부에서 가스가 재액화 또는 응결할 우려가 없어진다. 상기한 온도차가 10℃ 이상이 되지 않도록 하기 위해서는, 제어하는 가스의 성질이나 주위의 환경 온도 등의 조건에 따라, 본 발명에 관한 열식 질량 유량계의 실시 형태에서 최적인 형태를 선택해서 실시하면 된다.

본 발명에 관한 질량 유량 제어 장치는, 본 발명에 관한 열식 질량 유량계(1)와, 베이스의 설치면(2a)에 접해서 설치되고, 유로(2d)를 흐르는 유체의 유량을 제어하는 유량 제어 밸브(9)와, 열식 질량 유량계(1)에 의해 검지된 유체의 유량에 기초하여 유량 제어 밸브(9)에 제어 신호를 출력하는 제어 회로(도시하지 않음)를 갖고 있다. 유량 제어 밸브(9)는, 예를 들어 다이어프램(9a)과, 다이어프램(9a)을 구동하는 액추에이터(9b)에 의해 구성된다. 본 발명에 관한 열식 질량 유량계(1)를 갖는 질량 유량 제어 장치는, 센서 튜브(4a)의 내부에서 가스가 재액화 또는 응결하지 않고, 가스의 질량 유량을 정확하게 계측할 수 있으므로, 계측된 가스의 질량 유량에 기초하여 가스의 질량 유량을 설정값으로 제어할 수 있다.

(실시예 1)

도 4 및 도 5에 나타낸 질량 유량 제어 장치(전열 블록, 전열 시트, 단열재 및 히터를 구비한 것)를 준비하고, 베이스, 센서 튜브 및 유량 제어 밸브의 위치에 온도 센서를 설치하였다. 센서 튜브의 측정 온도 위치는, 센서 튜브의 하부에서 센서 튜브를 지지하고 있는 부재의 위치로 하였다. 이 질량 유량 제어 장치를 항온조에 넣고, 항온조 내의 환경 온도를 31℃로 조정하였다. 그리고 히터에 전력을 공급하여, 베이스의 온도가 155℃가 되도록 히터의 출력을 조정하였다.

이어서, 유량 제어 밸브를 완전 개방으로 하고, 베이스 가스의 입구로부터 유로를 향해 미리 155℃로 가열된 공기의 도입을 개시하였다. 이때의 공기 유량은 20slm이었다. 유로에 도입된 공기는 가스의 출구로부터 항온조의 외부로 방출하였다. 공기의 도입 개시 후의 각 부의 온도 측정값의 시간 변화를 관찰하고, 온도가 안정되는 것을 기다렸다. 그리고 온도가 안정되었을 때의 각 부의 온도 측정값을 기록하였다.

이어서, 환경 온도를 46℃, 65℃ 및 80℃로 조정하여, 각각의 환경 온도에 있어서 각 부의 온도가 안정되었을 때의 온도를 상기와 같은 방법으로 측정하고, 기록하였다. 기록된 각 부의 온도 측정값과, 베이스(B)와 센서 튜브(S)의 온도 측정값으로부터 구해지는 온도차 B-S를 표 1의 실시예 1의 란에 나타낸다.

표 1에 의하면, 환경 온도가 낮을수록 센서 튜브의 온도는 베이스의 온도에 비해 보다 저하되는 경향이 있지만, 양자의 온도차는 고작해야 4℃이다. 또한, 유량 제어 밸브의 위치에 있어서의 온도도 베이스 온도와 거의 동일한 온도로 유지되고 있다. 따라서, 본 발명에 관한 열식 질량 유량계에 의하면, 155℃의 가스를 흘린 경우에도, 센서 튜브의 온도 저하는 고작해야 4℃이고, 센서 튜브 및 유량 제어 밸브의 내부에서의 가스의 재액화 또는 응결을 유효하게 방지할 수 있는 것을 알 수 있다.

(실시예 2)

실시예 1에서 사용한 질량 유량 제어 장치와 동일한 질량 유량 제어 장치를 환경 온도가 25℃인 장소에 설치하고, 히터에 전력을 공급하여, 베이스의 온도가 250℃가 되도록 히터의 출력을 조정하였다. 베이스의 온도가 250℃로 안정되었을 때의 센서 튜브의 온도는 250℃, 유량 제어 밸브의 온도는 235℃였다.

이어서, 유량 제어 밸브를 완전 개방으로 하고, 베이스 가스의 입구로부터 유로를 향해 미리 250℃로 가열된 공기의 도입을 개시하였다. 이때의 공기 유량은 20slm이었다. 유로로 도입된 공기는 가스의 출구로부터 외부로 방출하였다.

공기의 도입 개시 후의 각 부의 온도 시간 변화를 측정하였다. 측정 결과, 베이스의 온도는 측정 개시로부터 5분이 경과할 때까지는 260℃까지 상승하고 있었지만, 그 후는 250℃로 안정되었다. 센서 튜브의 온도는, 측정 개시로부터 5분이 경과할 때까지는 250℃ 그대로였지만, 그 후 서서히 저하되어, 10분 경과 후부터는 245℃로 안정되었다. 유량 제어 밸브의 온도는, 측정 개시로부터 5분이 경과할 때까지는 235℃ 그대로였지만, 그 후 서서히 저하되어, 10분 경과 후부터는 230℃로 안정되었다.

이 실시예 2에서, 본 발명의 구성을 갖는 열식 질량 유량계에서는, 250℃의 가스를 흘린 경우에도, 베이스와 센서 튜브의 온도차 B-S의 값은 고작해야 5℃이고, 센서 튜브의 내부에서의 가스의 재액화 또는 응결을 유효하게 방지할 수 있는 것을 알 수 있다.

(비교예 1)

실시예 1 및 실시예 2에서 사용한 질량 유량 제어 장치와 동일한 질량 유량 제어 장치로부터 전열 블록, 전열 시트 및 단열재를 제거한 것을 준비하였다. 이 질량 유량 제어 장치를 사용하여, 실시예 1과 동일한 방법으로, 환경 온도가 31℃, 46℃, 65℃ 및 80℃에서의 각 부의 온도를 측정하고, 기록하였다. 기록된 각 부의 온도 측정값과, 베이스(B)와 센서 튜브(S)의 온도 측정값으로부터 구해지는 온도차 B-S를 표 1에 나타낸다.

표 1에 의하면, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 환경 온도가 낮을수록 센서 튜브의 온도는 베이스의 온도에 비해 보다 저하되는 경향이 있지만, 실시예 1에 비하여 온도가 크게 저하되어 있으며, 온도차 B-S의 값은 환경 온도가 31℃일 때는 12℃, 환경 온도가 46℃일 때에도 10℃에 달한다. 또한, 온도차 B-S에 대한 환경 온도의 영향도 실시예 1의 경우에 비하여 현저하다. 또한, 유량 제어 밸브의 위치에 있어서의 온도 저하도 실시예 1의 경우에 비하여 커지고 있다.

이 결과는, 비교예 1에 관한 열식 질량 유량계가 전열 블록, 전열 시트 및 단열재 모두 구비하지 않으므로, 주위의 환경 온도의 영향을 받아서 센서 튜브 및 유량 제어 밸브의 온도가 저하되기 쉬운 것을 나타내고 있다. 따라서, 전열 블록, 전열 시트 및 단열재를 구비하지 않는 종래의 열식 질량 유량계에 155℃의 가스를 흘린 경우에는, 환경 온도에 따라서는 베이스의 온도에 대하여 센서 튜브의 온도가 10℃ 이상 저하되어, 센서 튜브의 내부에서의 가스의 재액화 또는 응결을 유효하게 방지할 수 없는 것을 알 수 있다.

(실시예 3)

도 12에서 도 14에 나타낸 실시 형태에 관한 질량 유량 제어 장치(전열 블록 또는 온도 조절 블록과 카트리지 히터를 구비한 것)를 준비하고, 카트리지 히터 및 센서 튜브의 위치에 온도 센서를 설치하였다. 이들 질량 유량 제어 장치를 사용하여, 상술한 실시예 1 및 실시예 3과 마찬가지의 조건 하에서, 각각의 환경 온도에 있어서 각 부의 온도가 안정되었을 때의 온도를 상기와 동일한 방법으로 측정하고, 기록하였다. 기록된 각 부의 온도 측정값과, 카트리지 히터(H)와 센서 튜브(S)의 온도 측정값으로부터 구해지는 온도차 H-S를, 이하의 표 2에 나타낸다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 상기 측정의 결과, 상기 실시 형태에 관한 질량 유량 제어 장치에 포함되는 열식 질량 유량계에 의하면, 155℃, 205℃, 250℃ 및 285℃ 중 어떠한 온도 가스를 흘린 경우에도, 센서 튜브의 온도 저하를 충분히 저감할 수 있어, 센서 튜브 및 유량 제어 밸브의 내부에서의 가스의 재액화 또는 응결을 유효하게 방지할 수 있는 것이 확인되었다.

1 : 열식 질량 유량계
2 : 베이스
2a : 베이스 설치면
2b : 베이스 측면
2d : 유로
3 : 바이패스
4 : 유량 센서
4a : 센서 튜브
4b : 센서 와이어
4c : 케이스
5 : 전열 블록
5a : 전열 블록의 상면
5b : 전열 블록의 측면
5c : 전열 블록의 저면
5d : 전열 블록의 저면 확장부
6 : 전열 시트
7 : 단열재
8 : 히터
9 : 유량 제어 밸브
9a : 다이어프램
9b : 액추에이터
11 : 온도 조절 블록
11a : 카트리지 히터
11b : 온도 조절 블록의 상방 확장부
11c : 온도 조절 블록의 상면
11d : 온도 조절 블록의 전열 블록 기능부

Claims (11)

1. 하나의 설치면을 갖고, 내부에 유체 유로가 형성된 베이스와,
   상기 유로의 중간에 설치된 바이패스와,
   상기 바이패스의 상류측에서 상기 유로로부터 분기해 상기 설치면의 외측을 우회한 후 상기 바이패스의 하류측에서 상기 유로에 합류하는 센서 튜브, 상기 센서 튜브에 감긴 한 쌍의 센서 와이어 및 상기 베이스의 설치면에 접해서 설치되어 상기 센서 튜브 및 상기 센서 와이어를 수용하는 케이스를 구비한 유량 센서와,
   상기 센서 와이어 및 다른 저항 소자에 의해 구성된 브리지 회로를 포함하는 센서 회로를 갖는 열식 질량 유량계이며,
   상기 베이스의 설치면에 접하여, 상기 케이스와 인접하는 위치에 설치된, 전열 재료에 의해 형성된 전열 블록을 더 갖고,
   상기 전열 블록의 저면과 상기 베이스의 설치면은 면 접촉을 하고 있고,
   상기 전열 블록 중 적어도 하나의 측면과 상기 케이스의 측면과는 면 접촉을 하고 있는, 열식 질량 유량계.
2. 제1항에 있어서, 상기 베이스의 측면에 접해서 설치된, 전열 재료에 의해 형성된 전열 시트를 더 갖고,
   상기 전열 시트의 표면과 상기 베이스의 측면은 면 접촉을 하고 있고,
   상기 전열 시트의 표면과 상기 전열 블록 중 적어도 하나의 측면과는 면 접촉을 하고 있는, 열식 질량 유량계.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전열 블록의 상면을 덮도록 설치된 단열재를 더 갖는, 열식 질량 유량계.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스를 가열하는 히터 및/또는 상기 베이스를 냉각하는 쿨러를 더 갖는, 열식 질량 유량계.
5. 제1항에 있어서, 적어도 상기 베이스의 측면에 접해서 설치된 온도 조절 블록을 더 갖고,
   상기 온도 조절 블록은, 전열 재료에 의해 형성되어 있고, 또한 상기 온도 조절 블록을 가열하는 발열체 및/또는 상기 온도 조절 블록을 냉각하는 냉각체를 갖는, 열식 질량 유량계.
6. 제5항에 있어서, 상기 전열 블록은, 상기 온도 조절 블록의 상면 및/또는 적어도 하나의 측면과 면 접촉을 하고 있는, 열식 질량 유량계.
7. 제5항에 있어서, 상기 전열 블록은, 상기 온도 조절 블록의 일부분으로서, 상기 온도 조절 블록과 일체 불가분하게 형성되어 있는, 열식 질량 유량계.
8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 전열 블록 또는 상기 온도 조절 블록의 상면을 덮도록 설치된 단열재를 더 갖는, 열식 질량 유량계.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이스에 다리부가 설치되어 있는, 열식 질량 유량계.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유로를 흐르는 유체의 온도와, 상기 센서 튜브를 흐르는 유체의 온도차의 절댓값이 10℃ 이상이 되지 않는, 열식 질량 유량계.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 열식 질량 유량계와,
    상기 베이스의 설치면에 접하여 설치되어, 상기 유로를 흐르는 유체의 유량을 제어하는 유량 제어 밸브와,
    상기 열식 질량 유량계에 의해 검지된 유체의 유량에 기초하여 상기 유량 제어 밸브에 제어 신호를 출력하는 제어 회로를 갖는, 질량 유량 제어 장치.

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