TW201820455A - 流體機器 - Google Patents

Abstract

本發明減少因流體的熱膨脹等而施加至壓力感測器的過度的壓力。本發明具備：機殼單元2，其形成有流體所流經的內部流路R1；壓力感測器3，其設置於機殼單元2而偵測內部流路R1的壓力；以及變動吸收部5，其設置於機殼單元2而吸收流體的壓力變動。

Description

流體機器

本發明是有關於一種搭載有壓力感測器的流體機器。

作為搭載有壓力感測器的流體機器，例如存在差壓式流量計。該流量計於流體所流經的流路設置流體阻力元件，於該流體阻力元件的上游側及下游側分別設置壓力感測器，根據該上游側壓力感測器及下游側壓力感測器的差壓來測定流體的流量。

於裝入有該差壓式流量計的流體迴路中，有時於流量計的上游側及下游側設置開閉閥，於不使流體流入至流量計的情況下，可關閉上游側及下游側的開閉閥。

然而，於在該狀態下，流體的溫度上升的情況下，流體會熱膨脹，導致開閉閥之間的密閉空間的壓力上升。由於該壓力的上升，例如超過允許超壓的過度的壓力會施加至流量計的壓力感測器等構成組件，導致構成組件受損。例如，導致構成組件產生故障、零點變化、跨距（span）變化。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2008-196858號公報

[發明所欲解決之課題]

因此，本發明是為了解決所述問題點而成的發明，其主要課題在於減少因流體的熱膨脹等而施加至壓力感測器的過度的壓力。 [解決課題之手段]

即，本發明的流體機器的特徵在於具備：機殼單元（body unit），其形成有流體所流經的內部流路；壓力感測器，其設置於所述機殼單元而偵測所述內部流路的壓力；以及變動吸收部，其設置於所述機殼單元而吸收所述流體的壓力變動。

若為該流體機器，則由於設置於機殼單元的變動吸收部會吸收因流體的熱膨脹等而產生的壓力變動，故而能夠抑制與流體的熱膨脹等相伴的內部流路的壓力上升。藉此，能夠減少施加至壓力感測器的過度的壓力，從而能夠減少因流體的熱膨脹等而產生的壓力變動對於壓力感測器造成的損傷。

此處，較理想為所述變動吸收部吸收所述流體的熱膨脹。

作為本發明的效果顯著的構成，可考慮所述壓力感測器使用隔膜（diaphragm）來偵測壓力，該隔膜會根據所述內部流路的壓力的變化而變形。隔膜容易受到因流體的熱膨脹等而產生的壓力變動的影響而變形，因此，設置變動吸收部所產生的效果顯著。

流體機器的具體構成可考慮差壓式流量計。於該差壓式流量計的情況下，成為如下構成，即，於所述內部流路設置有流體阻力元件，所述壓力感測器具有設置於所述流體阻力元件的上游側的上游側壓力感測器、及設置於所述流體阻力元件的下游側的下游側壓力感測器。而且，差壓式流量計於其下游側設置有流量控制閥，且與流量控制閥一併構成流量控制機器。 於該情況下，當在流體阻力元件的下游側設置有變動吸收部時，變動吸收部會作為緩衝器（buffer）而發揮作用，導致流量控制閥的流量控制響應性變差。 因此，為了不使流量控制閥的流量控制響應性變差，減少熱膨脹對於壓力感測器造成的損傷，較理想為所述變動吸收部設置於所述上游側壓力感測器或所述流體阻力元件的上游側。 另一方面，亦存在如下情況，即，差壓式流量計於其上游側設置有流量控制閥，且與流量控制閥一併構成流量控制機器。於該情況下，較理想為所述變動吸收部設置於所述下游側壓力感測器或所述流體阻力元件的下游側。

為了簡單地將變動吸收部設置於機殼單元，較理想為所述變動吸收部安裝於機殼單元的外表面。

為了使變動吸收部的構成簡單，較理想為所述變動吸收部具有隨著所述流體的壓力變動而變形的隔膜。

為了使變動吸收部的隔膜容易根據因流體的熱膨脹等而產生的壓力變動而變形，較理想為所述變動吸收部的隔膜具有波狀部，該波狀部俯視呈環狀，並且剖面呈波形狀。

為了防止隔膜的塑性變形所引起的破損，並且確保流體機器的安全性，較理想為所述變動吸收部具有變形限制部，該變形限制部以與所述隔膜隔開規定距離的方式，設置於所述隔膜產生變形時的膨出側。 [發明的效果]

根據本發明，設置於機殼單元的變動吸收部會吸收因流體的熱膨脹等而產生的壓力變動，故而能夠減少因壓力變動而施加至壓力感測器的過度的壓力，該壓力變動是因流體的熱膨脹等而產生。

以下，參照圖式來對本發明的流量計的一實施形態進行說明。

本實施形態的流量計100例如使用於半導體製造製程。

具體而言，如圖1所示，該流量計100包括：機殼單元2，其形成有例如半導體製程用液體等液體所流經的內部流路R1；以及壓力感測器3，其設置於該機殼單元2而偵測內部流路R1的壓力。再者，機殼單元2由對於所述液體具有耐腐蝕性的材料形成，例如為不鏽鋼製。而且此外，壓力感測器3等接液構件亦同樣由對於所述液體具有耐腐蝕性的材料形成，例如為不鏽鋼製。

機殼單元2呈由內部流路R1貫通的塊狀。於內部流路R1的途中，設置有例如層流元件或孔口（orifice）等流體阻力元件4。而且，於機殼單元2的上游側即流路的一端部連接有外部流入配管H1。於機殼單元2的下游側即流路的另一端部連接有外部流出配管H2。再者，外部流入配管H1及外部流出配管H2包含剛性較壓力感測器3的隔膜31更高的材質。而且，於外部流入配管H1及外部流出配管H2設置有例如氣動閥（pneumatic valve）或電磁閥等開閉閥V1、V2。

壓力感測器3使用隔膜31來偵測壓力，該隔膜31會根據內部流路R1的壓力的變化而變形。本實施形態的壓力感測器3為靜電電容型的壓力感測器，其檢測所述隔膜31與遠離隔膜31而設置的固定電極32之間的靜電電容，藉此來測定壓力。

而且，壓力感測器3具有設置於流體阻力元件4的上游側的上游側壓力感測器3a、與設置於流體阻力元件的下游側的下游側壓力感測器3b。此處，上游側壓力感測器3a是以覆蓋機殼單元2中所形成的上游側導入路徑R11及上游側導出路徑R12的開口的方式，安裝於機殼單元2。而且，下游側壓力感測器3b是以覆蓋機殼單元2中所形成的下游側導入路徑R13及下游側導出路徑R14的開口的方式，安裝於機殼單元2。上游側導入路徑R11、上游側導出路徑R12、下游側導入路徑R13及下游側導出路徑R14均是以於機殼單元2的一個面上開口的方式，形成於內部流路R1中的流體阻力元件4的附近。再者，上游側壓力感測器3a及下游側壓力感測器3b藉由感測器驅動電路驅動，表示各感測器3a、3b所獲得的靜電電容的檢測信號藉由放大電路放大，且藉由運算電路換算為流量。

而且，尤其如圖2所示，於本實施形態的機殼單元2設置有變動吸收部5（以下，亦稱為熱膨脹吸收部5），該變動吸收部5吸收因內部流路中的流體的熱膨脹等而產生的壓力變動。

該熱膨脹吸收部5設置於上游側壓力感測器3a及流體阻力元件4的上游側，且具有隨著流體的熱膨脹而變形的隔膜51、與支持該隔膜51的支持體52。再者，熱膨脹吸收部5與壓力感測器3不同，其並不測定壓力。為了容易與其他構成組件一併配置本實施形態的熱膨脹吸收部5，該熱膨脹吸收部5內置於機殼單元2中的與設置有壓力感測器3的面（具體而言為上表面）不同的部位，且內置於機殼單元2的下表面側。再者，當然亦可將熱膨脹吸收部5內置於機殼單元2中的設置有壓力感測器3的面側（上表面側）。

隔膜51設為較所述壓力感測器的隔膜31更易變形的構成。具體而言，如圖3所示，隔膜51具有波狀部51M，該波狀部51M俯視呈環狀，並且剖面呈波形狀。呈同心圓狀地設置多個呈圓環狀的凸部或凹部，藉此來形成波狀部51M。

該隔膜51是以面向與內部流路R1連通的連通空間S1的方式設置（參照圖2）。本實施形態的連通空間S1由支持體52形成，且連接有導入路徑R15及導出路徑R16。再者，隔膜51亦可設為如下構成，即，以直接面向內部流路R1的方式設置。

此處，為了使隔膜51容易變形，較理想為隔膜51的與連通空間側的面的相反的一側向大氣敞開。而且，為了增大隔膜51的變形量，較理想為預先對隔膜51的與連通空間側的面的相反的一側加壓，使隔膜51向連通空間側變形。作為使隔膜51向連通空間側變形的構成，可考慮利用氣體對隔膜51加壓而使其變形的構成、藉由彈簧或橡膠等彈性體的彈性復原力對隔膜51加壓而使其變形的構成等。

其次，對該熱膨脹吸收部的作用進行說明。 在設置於流量計100的上游側及下游側的上游側開閉閥V1及下游側開閉閥V2關閉的狀態下，包含內部流路R1的上游側開閉閥V1及下游側開閉閥V2之間的流路成為密閉狀態。

於該狀態下，若該已密閉的流路中的流體的溫度上升，則流體會熱膨脹。該膨脹後的體積會逃避至該已密閉的流路中的可撓部分。此處，可撓部分為上游側壓力感測器3a及下游側壓力感測器3b的隔膜31、與熱膨脹吸收部5的隔膜51，但由於熱膨脹吸收部5的隔膜51更容易變形，故而膨脹後的體積的大部分因向熱膨脹吸收部5的隔膜51的與流路的相反的一側（於本實施形態中為大氣敞開側）變形而被吸收（參照圖4）。

根據以所述方式構成的流量計100，由於設置於機殼單元2的熱膨脹吸收部5會吸收流體的熱膨脹，故而能夠抑制與流體的熱膨脹相伴的內部流路R1的壓力上升。藉此，能夠減少施加至壓力感測器3的過度的壓力，從而能夠減少由流體的熱膨脹引起的壓力感測器3的損傷。而且，由於熱膨脹吸收部5裝入至機殼單元2的內部，故而能夠使流量計100小型化。

再者，本發明不限於所述實施形態。 例如，如圖5所示，熱膨脹吸收部5亦可具有變形限制部53，該變形限制部53以與隔膜51隔開規定距離的方式，設置於隔膜51產生變形時的膨出側。該變形限制部53於隔膜51產生了規定量以上的變形而膨出的情況下，與該膨出部分接觸而限制進一步的變形。具體而言，該變形限制部53包含平板構件。

而且，於所述實施形態中，熱膨脹吸收部5內置裝入於機殼單元2，但如圖6所示，亦可採用如下構成，即，不內置於機殼單元2，而是外裝於機殼單元2的外表面。於該情況下，熱膨脹吸收部5是以覆蓋機殼單元2中所形成的導入路徑R15及導出路徑R16的開口的方式，安裝於機殼單元2。根據此種構成，無需將熱膨脹吸收部5內置於機殼單元的內置加工，能夠簡便地進行安裝。再者，為了減小流體機器的設置空間，較理想為熱膨脹吸收部5設置於與各壓力感測器3a、3b相同的面上。

而且，所述實施形態的熱膨脹吸收部5具有一塊隔膜51，但為了增加能夠吸收的膨脹量，如圖7～圖9所示，亦可具有兩塊以上的隔膜。圖7及圖9的熱膨脹吸收部5是以如下方式構成，即，相向地配置有兩塊隔膜51a、51b，於該兩塊隔膜51a、51b的周圍充滿流體，隔膜51a、51b向內側變形，圖8的熱膨脹吸收部5是以如下方式構成，即，於兩塊隔膜51a、51b之間充滿流體，隔膜51a、51b向外側變形。而且，圖7及圖8為於從內部流路R1分支出的流路中設置有熱膨脹吸收部5的構成，圖8為於內部流路R1上設置有熱膨脹吸收部5的構成。再者，於圖7及圖9中，在兩塊隔膜51a、51b之間設置有變形限制部53，但亦可不設置該變形限制部53，兩塊隔膜51a、51b於產生了規定量的變形的情況下會彼此接觸，一塊隔膜會作為另一塊隔膜的變形限制部而發揮功能。

所述實施形態的熱膨脹吸收部包含隔膜，但只要為如下機構即可，該機構具有隨著熱膨脹而變形的變形構件，藉由該變形構件來吸收其膨脹部分，例如亦可使用波紋管（bellows）來構成熱膨脹吸收部。

進而，所述實施形態的流體機器100為於機殼單元2搭載有壓力感測器3的流量計，但除此之外，可為搭載有流量控制閥的質量流量控制器（mass flow controller），亦可為於設置有熱式流量計、柯氏（Coriolis）式流量計或超音波式流量計等其他方式的流量測定機構的流體機器中設置壓力感測器而成的流體機器。

而且，於流體機器的下游側未設置流量控制閥的流體迴路的情況下，熱膨脹吸收部亦可設置於下游側壓力感測器3b或流體阻力元件4的下游側。

所述變動吸收部作為熱膨脹吸收部而發揮主要功能，此外，亦可吸收開閉閥V1、V2阻塞時所產生的流體的壓力變動。

所述實施形態的壓力感測器為靜電電容式的壓力感測器，但可為於隔膜設置有應變計（strain gauge）的應變計式的壓力感測器，亦可為於隔膜設置有壓電元件的壓電式（piezoelectric type）的壓力感測器。

所述實施形態的流量測定機構除了能夠使用熱式以外，亦能夠使用壓力式、柯氏式或超音波式等各種流量測定方式。

亦能夠將所述實施形態的流體機器使用於半導體製造製程以外的用途。

此外，本發明不限於所述各實施形態，當然能夠在不脫離其宗旨的範圍內進行各種變形。

2‧‧‧機殼單元

3‧‧‧壓力感測器

3a‧‧‧上游側壓力感測器

3b‧‧‧下游側壓力感測器

4‧‧‧流體阻力元件

5‧‧‧熱膨脹吸收部（變動吸收部）

31、51、51a、51b‧‧‧隔膜

32‧‧‧固定電極

51M‧‧‧波狀部

52‧‧‧支持體

53‧‧‧變形限制部

100‧‧‧流體機器（流量計）

H1‧‧‧外部流入配管

H2‧‧‧外部流出配管

R1‧‧‧內部流路

R11‧‧‧上游側導入路徑

R12‧‧‧上游側導出路徑

R13‧‧‧下游側導入路徑

R14‧‧‧下游側導出路徑

R15‧‧‧導入路徑

R16‧‧‧導出路徑

S1‧‧‧連通空間

V1‧‧‧上游側開閉閥

V2‧‧‧下游側開閉閥

圖1是示意性地表示本實施形態的流量計的構成的剖面圖。 圖2是示意性地表示本實施形態的變動吸收部的構成的部分放大圖。 圖3是表示本實施形態的隔膜的構成的平面圖。 圖4是表示本實施形態的變動吸收部的作用的示意圖。 圖5是示意性地表示變動吸收部的設置的變形例的剖面圖。 圖6是示意性地表示變動吸收部的變形例的剖面圖。 圖7是示意性地表示變動吸收部的變形例的剖面圖。 圖8是示意性地表示變動吸收部的變形例的剖面圖。 圖9是示意性地表示變動吸收部的變形例的剖面圖。

Claims (8)

1. 一種流體機器，其具備： 機殼單元，其形成有流體所流經的內部流路； 壓力感測器，其設置於所述機殼單元而偵測所述內部流路的壓力；以及 變動吸收部，其設置於所述機殼單元而吸收所述流體的壓力變動。
2. 如申請專利範圍第1項所述的流體機器，其中 所述變動吸收部吸收所述流體的熱膨脹。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的流體機器，其中 所述壓力感測器使用隔膜來偵測壓力，所述隔膜會根據所述內部流路的壓力的變化而變形。
4. 如申請專利範圍第1項所述的流體機器，其中 於所述內部流路設置有流體阻力元件， 所述壓力感測器具有設置於所述流體阻力元件的上游側的上游側壓力感測器、及設置於所述流體阻力元件的下游側的下游側壓力感測器， 所述變動吸收部設置於所述上游側壓力感測器或所述流體阻力元件的上游側。
5. 如申請專利範圍第1項所述的流體機器，其中 所述變動吸收部安裝於機殼單元的外表面。
6. 如申請專利範圍第1項所述的流體機器，其中 所述變動吸收部具有隨著所述流體的壓力變動而變形的隔膜。
7. 如申請專利範圍第6項所述的流體機器，其中 所述變動吸收部的隔膜具有波狀部，所述波狀部俯視呈環狀，並且剖面呈波形狀。
8. 如申請專利範圍第6項或第7項所述的流體機器，其中 所述變動吸收部具有變形限制部，所述變形限制部以與所述隔膜隔開規定距離的方式，設置於所述隔膜產生變形時的膨出側。