JP5912641B2 - 流体計測用センサーの取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、流体計測用センサーの取付構造に関する。さらに詳しくは、流体の輸送能力を低下させず且つ測定精度が高い流体計測用センサーの取付構造に関する。

配管内を流れる流体の流量や液圧、透明度等を測定するために、様々な流体計測用センサーの取付構造が提供されている。これらの取付構造の一つとして、Ｔ字継ぎ手に設けられた三つの枝管の一つにセンサーを設置し、残る二つの中を流れる流体の流量等を測定するものがあるが、そのためのセンサーとして、継ぎ手基端部内壁に嵌着され、底部にダイヤフラムが形成された筒状のセンサーケースを備えた流体圧力センサー（特許文献１）が提案されている。また、センサーケースと継ぎ手本体の間のシール性能を高める技術としては、継ぎ手本体と、筒状シール部材と、流体計測用センサーを内蔵するセンサーケースと、押輪を具備し、押輪で筒状シール部材を継ぎ手本体に押し付けることにより筒状シール部材と継ぎ手の間を密封する流体計測用センサーの取付構造（特許文献２）が提案されている。

図７に示すように、特許文献１のセンサーおよび特許文献２の取付構造はいずれも既存のＴ字継ぎ手にセンサーを取り付けるものであるが、この取付構造は、Ｔ字継ぎ手と他の配管を接続するための構造を利用しているため、センサー３の位置が接続部Ｃの近傍になり、センサー３の位置と流路Ｐが離れてしまうので、正確な流量や液圧等を測定できないことがある。また分岐の部分で乱流が生じてしまい、液溜まりが生じたり、圧力損失が生じたりして、流体の輸送能力が低下する恐れがある。

センサー３を流路Ｐ付近まで突出させることにより測定値は正確なものに近づくと考えられるが、単純にセンサーを流路に近づけただけではセンサー３と枝管２ａの間に液が入り込み、乱流が生じるので、輸送能力が低下する問題は解消できない。

特開平９−１６６５１２号公報 特開平１１−６４０４８号公報

本発明は、配管を流れる流体の計測を正確に行うことができるばかりでなく、流体の輸送能力も低下させない流体計測用センサーの取付構造を提供することを目的とする。

本発明は、三方以上に分岐した配管における枝管に流体計測用センサーを取り付けて、残りの枝管に形成された流路を流れる流体の性質を計測するための流体計測用センサーの取付構造であって、該流体計測用センサーを収容するスリーブを有し、該スリーブは略円筒状の周壁と該周壁の一端側に設けられ該センサーの機能を妨げない保護壁からなるコップ状の部材であって、周壁の保護壁付近にはシールリップが設けられ、該スリーブは該保護壁が枝管の基端付近に配置されるように該枝管に挿入される、流体計測用センサーの取付構造を提供する。

１つの実施態様では、さらに、上記スリーブが挿入された枝管の外端に嵌着または螺着されるキャップ部材を有し、キャップ部材とスリーブ内に配置されたセンサーとの間にスペーサが介設される。

別の実施態様では、上記キャップ部材が、ユニオンナットと、スリーブ内に挿入されスペーサを押圧する押圧具からなる。

さらなる実施態様では、上記スリーブの周壁に該スリーブの保護壁方向に向かって拡開する逆テーパ状傾斜部が周設され、枝管内に該逆テーパ状傾斜部と係合する逆テーパ受け部を有し、該逆テーパ状傾斜部を逆テーパ受け部に押圧することにより逆テーパ状シール部が形成される。

さらなる実施態様では、上記スリーブの周壁に該スリーブの保護壁方向に向かって縮径するテーパ状傾斜部が周設され、枝管内に該テーパ状傾斜部と係合するテーパ受け部を有し、該テーパ状傾斜部をテーパ状受け部に押圧することによりテーパ状シール部が形成される。

さらなる実施態様では、上記逆テーパ状傾斜部または上記テーパ状傾斜部の遠心方向側に円筒状凸部を有し、枝管内に該円筒状凸部と係合する円筒受け部を有し、該円筒状凸部を円筒受け部に挿入することにより円筒状シール部が形成される。

本発明によれば、三方以上に分岐した配管の枝管に、流体計測用センサーが収容されたスリーブを挿入する流体計測用センサーの取付構造であって、スリーブの保護壁を枝管の基端付近に配置されるように構成されているので、センサーの感度が上昇し、正確な流量や液圧等を測定することができる。また、周壁の保護壁付近にはシールリップが設けられているので、センサーが設置された枝管には流体が流れ込まず、従って液溜まりが生じず、圧力損失も生じないので、流体の輸送能力が低下しない。

また、枝管に嵌着または螺着可能なキャップ部材を用い、キャップ部材とセンサーの間にスペーサを介設すれば、スリーブの抜け落ちを防ぐことができるだけでなく、スペーサにより適度の圧力でセンサーを押圧できるので、センサーの揺動を防ぐことができ、測定精度が上昇する。

本発明の流体計測用センサーの取付構造を示す概略説明図である。 図１における流体計測用センサーの周辺部分を示す拡大図である。 本発明の流体計測用センサーの取付構造の別例を示す概略説明図である。 図３における流体計測用センサーの周辺部分を示す拡大図である。 流体計測用センサーの周辺部分の別例を示す拡大図である。 流体計測用センサーの取付構造の更なる別例を示す概略説明図である。 流体計測用センサーの取付構造の更なる別例を示す概略説明図である。 従来の流体計測用センサーの取付構造を示す概略説明図である。

本発明の流体計測用センサーの取付構造１は、図１に示すように、三方以上に分岐した配管２における枝管２ａに流体計測用センサー３（以後、単にセンサー３と称することがある）を取り付けて、残りの枝管２ａに形成された流路Ｐを流れる流体の性質を計測するための流体計測用センサーの取付構造１である。

本発明において、三方以上に分岐した配管２とは、一箇所から三方以上に枝管２ａが突出している配管をいい、典型的にはＴ字継ぎ手のように、それぞれの枝管２ａに別の配管を接続できるように構成されているものが使用されるがこれに限定されず、図１に示したような、枝管２ａのうち一つ以上がセンサー３を取り付けるのに適した形状に成形されているものでもよい。また図示しないが、クロス継ぎ手のように一箇所から四方に分岐した配管２を用いて、そのうち二つにセンサー３を設け、例えば流量と透明度など２種以上の性質を計測できるように構成してもよい。

本発明においては、センサー３を取り付けない残りの枝管２ａには別途の管が接続されて、流路Ｐが形成される。なお、流路Ｐが形成されるには分岐された枝管２ａのうちの少なくとも２本に別途の管が接続される必要がある。

別途の管を接続するための構造としては、従来の継ぎ手等に用いられている接続構造が全て好適に使用でき、具体的には実開平２−１１７４９４号公報、実開平４−１３２２９０号公報、特開平１０−５４４８９号公報、特開平１０−２６７１７６号公報、特開平１１−１４１７９１号公報、特開平１１−２５７５７１号公報、特開平１１−２５７５７２号公報等に記載されている接続方法が例示できる。

配管２の材質は、通常の配管に用いられるような樹脂である限りどのような物質でも用いることができ、具体的にはＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＣＴＦＦ等のフッ素樹脂の他、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ＡＢＳ等が例示できる。また、炭素鋼、ステンレス、アルミニウム等の金属製、好ましくはステンレス製とすることもできる。

本発明の取付構造１は、例えば図２に示すような、流体計測用センサー３を収容するためのスリーブ４を有する。このスリーブ４の形状は略円筒状の周壁４ａと該周壁４ａの一端側に設けられた保護壁４ｂからなるコップ状である。

前記周壁４ａは、該スリーブ４が枝管２ａ内に収容される際に、枝管２ａの内壁と相対する部分であり、該枝管２ａの内壁と前記周壁４ａの間に液体が入らないようにするためのシール構造が周壁４ａに設けられる。

本発明においては、シール構造として少なくともシールリップ５ａがスリーブ４側に設けられている。シールリップ５ａは周壁４ａの保護壁４ｂ付近に周設される凸状であり、その断面形状は図１、図２に示した例では半円状とされているがこれに限定されず、その他二等辺三角形状等のように遠心方向に突出している形状であればよく、あるいは傾斜した方向に突出していてもよく、さらには均一な径で突出している形状でもよい。

なお近年では、例えば集積回路の表面を洗浄するための洗浄液など、極めて粘度の低い液体を高圧で輸送する必要が生じる場合があり、そのような場合には上述のシールリップ５ａだけでは液漏れを生じる可能性がある。このような場合には、その他のシール構造を設ければよい。

例えば、図３、図４Ａに示すように、スリーブ４の周壁４ａに該スリーブ４の保護壁４ｂ方向に向かって拡開する逆テーパ状傾斜部５ｂ１を周設すると共に、枝管２ａ内に前記逆テーパ状傾斜部５ｂ１と係合する逆テーパ受け部５ｂ２を設ければ、スリーブ４を枝管２ａ内に押し込んで、前記逆テーパ状傾斜部５ｂ１を逆テーパ受け部５ｂ２に押圧することにより逆テーパ状シール部５ｂが形成される。このような逆テーパ状シール部５ｂによれば、押圧によりスリーブ４と枝管２ａの間の隙間が極めて狭くなり流体が入り込み難くなるばかりでなく、逆テーパ状シール部５ｂの作用と相まって、流体が流れ込んだ場合でも外端２ｃから漏れ出すまでの経路が長くなるので、シール性が著しく向上する。

また、図３、図４Ａに示すように、スリーブ４の周壁４ａに該スリーブ４の保護壁４ｂ方向に向かって縮径するテーパ状傾斜部５ｃ１を周設すると共に、枝管２ａ内に前記テーパ状傾斜部５ｃ１と係合するテーパ受け部５ｃ２を設ければ、スリーブ４を枝管２ａ内に押し込んで、前記テーパ状傾斜部５ｃ１をテーパ受け部５ｃ２に押圧することによりテーパ状シール部が形成される。このようなテーパ状シール部５ｃは、逆テーパ状シール部５ｂと異なり、流体が漏れ出すまでの経路は若干短くなる。また、ナット６ａの螺進と共に大きな圧接力が発揮され、優れたシール性を提供できる。

さらに、図３、図４Ａに示すように、前記逆テーパ状傾斜部５ｂ１または前記テーパ状傾斜部５ｃ１（図示した例では逆テーパ状傾斜部５ｂ１）の遠心方向側であってスリーブ４の軸方向側に円筒状凸部５ｄ１を設けると共に、枝管２ａ内に前記円筒状凸部５ｄ１と嵌合する円筒受け部５ｄ２を設ければ、スリーブ４を枝管２ａ内に押し込んで、円筒状凸部５ｄ１を円筒受け部５ｄ２に挿入することにより円筒状シール部５ｄが形成される。このような円筒状シール部５ｄは、逆テーパ状シール部５ｂやテーパ状シール部５ｃと異なり、ナット６ａを螺進させてもスリーブ４側の構造と枝管２ａ側の構造が押圧されにくいため、スリーブ４と枝管２ａの間の隙間を狭くする効果は小さいが、嵌合係合により大きな圧接力が得られるとともに漏れ経路が複雑になることにより、シール性を著しく向上させることができる。

なお、図３、図４Ａに示した例ではシールリップ５ａの他、逆テーパ状シール部５ｂ、テーパ状シール部５ｃ、円筒状シール部５ｄが設けられているが、本発明においてはこの全てが同時に設けられている必要はなく、輸送する流体の粘度や輸送圧に応じて適当なシール構造を選択して設ければよい。例えば、図４Ｂに示すように、使用条件にあわせて円筒状シール部５ｄを形成せず、逆テーパ状シール部５ｂおよびテーパ状シール部５ｃだけの構造も可能である。また、同種のシール構造を２箇所以上に設けることも可能であり、例えば、図３、図４Ａにおける逆テーパ状シール部５ｂをテーパ状シール部５ｃに変更し、テーパ状シール部５ｃを２重に設けてもよい。

本発明では、スリーブ４の一端に前記センサー３の機能を妨げない構造の保護壁４ｂが設けられる。この保護壁４ｂはスリーブ４内に流体が流れ込んでセンサー３が故障するのを防ぐ役割を果たす。

機能を妨げない構造としては、用いるセンサー３の種類によって異なるが、例えばセンサー３が圧力計である場合は保護壁４ｂをゴム膜や薄肉の樹脂壁とすればよく、センサー３が透明度計である場合は透明樹脂からなる窓を設ければよい。

なお、保護壁４ｂはセンサー３の感度を向上させるため、一般的には薄手の方が好ましい。ただし、被測定流体に腐食性がない場合には、保護壁４ｂをポリプロピレンにより構成し、図５に示したような厚手のものにすることができる。この場合、測定可能な圧力変動の上限を小さくでき、測定範囲を拡大できる効果が得られる。

本発明においてスリーブ４の材質は、配管２の材質と同じく、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＣＴＦＦ等のフッ素樹脂の他、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ＡＢＳ等の樹脂が例示できる。

なお、スリーブは炭素鋼、ステンレス、アルミニウム等の金属製、好ましくはステンレス製とすることもできるが、スリーブを金属製にすればシールリップを一体的に製造できないという難点が生じる。この場合、例えば別途作成したシールリップをスリーブに貼り付ける、またはスリーブに断面半円形の溝を周設してＯリングを嵌め込む等の方法により、後付けでシールリップを設けることができる。

本発明において、上記スリーブ４は前記保護壁４ｂが枝管２ａの基端２ｂ付近に配置されるように該枝管２ａに挿入される。この際、シールリップ５ａを有効に機能させ、かつセンサーの感度を向上させるために、好ましくはスリーブの周壁が配管内部に露出しないようにし、より好ましくは保護壁４ｂと流体の流路Ｐを構成する枝管２ａの内壁が面一になるようにする。これにより該部分における乱流の発生が最小限に抑えられるとともに圧力損失が小さくなるので、流体の輸液能力の低下を防ぐ効果も得られる。また、上述の通り、保護壁４ｂの付近にはシールリップ５ａが設けられているため、センサー３が設けられた枝管２ａに流体が入り込まず、液溜まりが生じにくくなるので、流体の利用効率が上昇する。

本発明では、スリーブ４が挿入された枝管２ａの外端にキャップ部材６を取り付けることにより、スリーブ４の脱落を防ぐことができる。キャップ部材６の形状、構造はスリーブ４の一端を押圧できる形状である他は特に限定されず、図１に示すような、枝管２ａの内部に挿入するものでもよいし、図３に示すような、枝管２ａの外側に取り付けるものでもよい。また、図１および図３に示した例はいずれもキャップ部材６を螺着するように構成されているが、これに限定されず、嵌着するように構成されていてもよい。

キャップ部材６とスリーブ４内に配置されたセンサー３との間にスペーサ７を介設してもよい。これにより、センサー３を適度な圧力でスリーブ４の内側に押圧することができ、センサー３の揺動を防いで、測定精度を向上させることができる。さらにシール機能も発揮できる。スペーサ７の材質としては、発泡ＰＴＦＥ、発泡ポリウレタン等の発泡樹脂、ＮＢＲ、シリコンゴム等の低反発ゴムなどの低反発性材料が好ましい。

スペーサ７の形状、大きさも、スリーブ４の中に収まり、キャップ部材６の押圧をセンサー３に伝えることができる形状であれば特に限定されないが、最も単純な形状として円柱状が例示できる。また、センサー３が外部電源により作動する場合や有線で外部の機器と通信する場合は、スペーサ７に電源コードやデータ通信線を通すための貫通孔や溝を設けてもよい。

通常のＴ字継ぎ手を用いる場合のように、枝管２ａの外端２ｃからセンサー３までの距離が比較的長くなるような場合には、図３、図４Ａに示すように、キャップ部材６として、ユニオンナット６ａと押圧具６ｂからなるものを用いてもよい。

ユニオンナット６ａはＴ字継ぎ手に他の配管を接続するために通常使用されているものが使用できるがこれに限定されず、例えば袋ナット状のものも使用できる。

押圧具６ｂは前記スリーブ４内に挿入され前記スペーサ７を押圧する部材であり、枝管２ａの外端２ｃまたはスリーブ４の外端とユニオンナット６ａに挟持されるフランジ状の部分６ｂｆと、スリーブ４内に挿入される棒状の部分６ｂｂからなる（図４Ａ）。

本発明においてキャップ部材６の材質は、配管の材質と同じく、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＣＴＦＦ等のフッ素樹脂の他、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ＡＢＳ等の樹脂が例示できる。また、炭素鋼、ステンレス、アルミニウム等の金属製、好ましくはステンレス製とすることもできる。

以下、本発明の取付構造を用いて、流路がＵ字状の配管に流体計測用センサー３を取り付けてなる流量計Ｍについて、図６に基づいて説明する。

図６の流量計Ｍでは三方に分岐した部分が２箇所ある配管が用いられている。流体計測用センサー３はぞれぞれの分岐部分において枝管２ａの一つに設けられているが、流路Ｐは該分岐部分、即ちセンサー３が設けられている部分で直角に曲がっている。この場合、それぞれのセンサー３を圧力計とし、センサー３間における流体の流れ方向に対して平行（保護壁４ｂの向きが流れ方向に対して垂直）になるように設置して、該流体の前側および後側の圧力を計測するようにしてもよいし、センサー３を超音波発信機および受信機とし、超音波の伝播時間を計測するようにしてもよい。そして、この流量計Ｍは前記センサー３により得られた計測値から流量を計算するように構成されている。

本発明の流体計測用センサーの取付構造は、流体計測用センサーをコップ状のスリーブ内に設置し、該スリーブを三方向以上に分岐した配管の枝管の一つに挿入して、該スリーブの保護壁（コップ状の底部）が測定対象の流路外壁とほぼ面一になるように設置するとともに、シールリップを設けてスリーブを設置した枝管に流体が入り込まないように構成されているので、配管による流体輸送の分野で利用される。特に、輸送する流体の流量等を測定する必要がある分野に有用である。

１ 流体計測用センサーの取付構造
２ 三方以上に分岐した配管（Ｔ字継ぎ手）
２ａ 枝管
２ｂ 基端
２ｃ 外端
３ 流体計測用センサー
４ スリーブ
４ａ 周壁
４ｂ 保護壁
５ａ シールリップ
５ｂ 逆テーパ状シール部
５ｂ１ 逆テーパ状傾斜部
５ｂ２ 逆テーパ受け部
５ｃ テーパ状シール部
５ｃ１ テーパ状傾斜部
５ｃ２ テーパ受け部
５ｄ 円筒状シール部
５ｄ１ 円筒状凸部
５ｄ２ 円筒受け部
６ キャップ部材
６ａ ユニオンナット
６ｂ 押圧具
７ スペーサ
Ｐ 流路
Ｍ 流量計
Ｃ 接続部

Claims (4)

1. 三方以上に分岐した配管における枝管に流体計測用センサーを取り付けて、残りの枝管に形成された流路を流れる流体の性質を計測するための流体計測用センサーの取付構造であって、
   該流体計測用センサーを収容するスリーブを有し、
   該スリーブは略円筒状の周壁と該周壁の一端側に設けられ該センサーの機能を妨げない保護壁からなるコップ状の部材であって、周壁の保護壁付近にはシールリップが設けられ、
   該スリーブは該保護壁が枝管の基端付近に配置されるように該枝管に挿入されており、
   該スリーブの周壁に該スリーブの保護壁方向に向かって拡開する逆テーパ状傾斜部が周設され、該枝管内に該逆テーパ状傾斜部と係合する逆テーパ受け部を有し、該逆テーパ状傾斜部を該逆テーパ受け部に押圧することにより逆テーパ状シール部が形成され、そして
   該逆テーパ状傾斜部の遠心方向側に円筒状凸部を有し、該枝管内に該円筒状凸部と係合する円筒受け部を有し、該円筒状凸部を該円筒受け部に挿入することにより円筒状シール部が形成される、流体計測用センサーの取付構造。
2. さらに、前記スリーブが挿入された枝管の外端に嵌着または螺着されるキャップ部材を有し、
   該キャップ部材と該スリーブ内に配置されたセンサーとの間にスペーサが介設される、請求項１に記載の流体計測用センサーの取付構造。
3. 前記キャップ部材が、ユニオンナットと、前記スリーブ内に挿入され前記スペーサを押圧する押圧具からなる、請求項２に記載の流体計測用センサーの取付構造。
4. 前記スリーブの周壁に該スリーブの保護壁方向に向かって縮径するテーパ状傾斜部が周設され、前記枝管内に該テーパ状傾斜部と係合するテーパ受け部を有し、該テーパ状傾斜部を該テーパ状受け部に押圧することによりテーパ状シール部が形成される、請求項１から３のいずれかの項に記載の流体計測用センサーの取付構造。

Images