(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量計のサイトチューブにおいて案内ロッドに装着可能なフロートであって、
ほぼ円筒状の部分とほぼ半球状の部分とを有する非金属製本体にして、半球状部分は本体の終端に対向する本体の先端を形成するとともに、本体の円筒状部分の水平方向における断面の直径にほぼ等しい直径を有する非金属製本体を備えたフロートにおいて、
前記フロートは選択された寸法を有し、該選択された寸法は、前記非金属製フロートが、提供される流量範囲にわたり、サイトチューブ内において金属製フロートとほぼ同一のレベルまで上昇し、かつほぼ同一の流量が測定できる寸法であることを特徴とするフロート。
【請求項２】
前記本体の終端はボートテール状を有する請求項１に記載のフロート。
【請求項３】
前記本体はポリ四フッ化エチレンから形成される請求項１に記載のフロート。
【請求項４】
前記本体は案内ロッドにフロートを装着するために本体の先端から終端に延びる案内ロッド用開口部を形成する請求項１に記載のフロート。
【請求項５】
金属製フロートとほぼ同一の流量を測定するように所定の流量計のサイトチューブ内において金属製フロートの代わりに非金属製フロートを用いるための方法において、
概して円筒状の部分と、本体の円筒状部分に対向する先端を有する先端部分とを有する非金属製本体を形成する工程であって、同先端部分は円筒状部分の水平方向における直径を下回る水平方向における直径を先端に近接して有する工程と、
前記金属製フロートが該流量にて上昇するのと同レベルにて非金属製フロートがサイトチューブにおいて上昇する時、非金属製フロートが金属製フロートとほぼ同一の流量を測定するように、非金属製フロートの寸法を調節することにより非金属製フロートの重量を調節する工程と
を備えた方法。
【請求項６】
前記非金属製フロートの重量は、非金属製フロートがサイトチューブ内にて一定範囲の流量にわたって金属製フロートとほぼ同一の高さに上昇するように調節される請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記非金属製フロートの重量は非金属製フロートの長さを変えることにより調節される請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記非金属製フロートの重量は非金属製フロートの円筒状部の直径を変えることにより調節される請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記非金属製フロートがサイトチューブにおいて該流量にて金属製フロートが上昇するのと同レベルに上昇する時、金属製フロートとほぼ同一の流量を測定するように、非金属製フロートの重量を調節するとともに、非金属製フロートの本体の円筒状部分の直径を変える工程を更に備えた請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
前記非金属製フロートの本体の終端にボートテール形状を備える工程を更に備えた請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
前記非金属製フロートがサイトチューブにおいて該流量にて金属製フロートが上昇するのと同レベルに上昇する時、金属製フロートとほぼ同一の流量を測定するように、非金属製フロートの重量を調節するとともに、ボートテールの角度を変更する工程を更に備えた請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記非金属製フロートの本体の先端から終端に延びるとともに、サイトチューブ内において案内ロッドに対して非金属製フロートを装着するように形成された案内ワイヤ用開口部を形成する工程を更に備えた請求項５に記載の方法。
【請求項１３】
異なる流量を測定するように第１のフロートの代わりに所定のサイトチューブの形状内において第２のフロートを用いるための方法において、
概して円筒状の部分と、本体の円筒状部分に対向する先端を有する先端部分とを有する本体を有する第２のフロートを形成する工程であって、同先端部分は円筒状部分の水平方向における直径を下回る水平方向における直径を先端に近接して有する工程と、
前記第１のフロートの代わりに第２のフロートが用いられる時、第１のフロートが異なる流量にて上昇するのと同レベルに第２のフロートがサイトチューブにおいて上昇する時、第２のフロートが第１のフロートとは異なる流量を測定するように、第２のフロートの寸法を調節する工程と
を備えた方法であって、
前記第２のフロートの寸法は、第１のフロートとは異なる流量の範囲を測定するように、第２のフロートの重量を変更するように調節され、該第２のフロートの重量は第２のフロートの長さを変更することにより調節される方法。
【請求項１４】
前記第２のフロートの重量は第２のフロートの円筒状部分の直径を変更することにより調節される請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
異なる流量を測定するように第１のフロートの代わりに所定のサイトチューブの形状内において第２のフロートを用いるための方法において、
概して円筒状の部分と、本体の円筒状部分に対向する先端を有する先端部分とを有する本体を有する第２のフロートを形成する工程であって、同先端部分は円筒状部分の水平方向における直径を下回る水平方向における直径を先端に近接して有する工程と、
前記第１のフロートの代わりに第２のフロートが用いられる時、第１のフロートが異なる流量にて上昇するのと同レベルに第２のフロートがサイトチューブにおいて上昇する時、第２のフロートが第１のフロートとは異なる流量を測定するように、第２のフロートの寸法を調節する工程と
を備えた方法であって、
前記第２のフロートの寸法は第１のフロートとは異なる流量の範囲を測定するように、第２のフロートに対する抵抗を変更するように調節され、前記第２のフロートに対する抵抗は第２のフロートの直径を変更することにより調節される方法。
【請求項１６】
該第２のフロートに対する抵抗は第２のフロートの終端をボートテール状に形成することにより調節される請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ボートテール状部分の角度を変更する工程を更に備えた請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
流量計のサイトチューブの軸線方向に延びる案内ロッドに沿って往復運動するように配置されたフロートにおいて、
前記フロートは非金属製本体であって、前記案内ロッドが貫通して延びるように形成された中央開口部を有する非金属製本体からなり、前記本体は終端と弧状の先端とを有し、かつ該本体の終端方向にて内方にテーパ状になっており、
前記フロートは選択された寸法を有し、該選択された寸法は、前記非金属製フロートが、提供される流量範囲にわたり、サイトチューブ内において金属製フロートとほぼ同一のレベルまで上昇し、かつほぼ同一の流量が測定できる寸法であることを特徴とするフロート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して流量計の分野に関し、詳細にはロータメータ用の流量計フロートに関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
流体のフローの調節及び計量は工業上実施される重要な処理工程である。例えば、種々の集積回路装置を製造する際に、異なる苛性酸及び腐食性酸が用いられる。搬送される異なる酸の量を知ることは特に重要であって、従って、流量を測定し、かつ調節することは完成品の品質にとって不可欠である。
【０００３】
これらの用途に供されるのに広範に用いられるタイプの計器は、概して垂直方向に向けられたサイトチューブを有する面積流量計、即ちロータメータである。サイトチューブの内径はチューブ内における垂直位置によって異なる。一般的に、小さい内径はチューブの下端におけるフローインレットに近接している。通常、内径はチューブを通ってフローアウトレットに向かって上向きに大きくなっている。
【０００４】
チューブ内に「フロート」が配置される。チューブを通る流体の流量の増大及び減少に対し、フロートはそれぞれ上昇し、下降する。「フロート」という用語は実際には誤称であって、というのもフロートは実際には流体より稠密であって、従って浮遊しないためである。しかし、チューブ中を流れる流体の上向きの力により生じる抵抗のため、フロートは浮遊するように見える。
【０００５】
ロータメータはサイトチューブへの流量を調節するようにバルブを有することが多い。従って、ロータメータはフローを特定の流量に調節し、及び／又は一定範囲の流量にわたってフローを測定するのに用いることができる。
【０００６】
腐食性流体のフローを測定するのにロータメータが使用される時、フロートを含め、金属製部品を有さない計器を用いることが望ましい。流量計が金属部分を有するフロートを備えていれば、完全に非金属製のフロートに置き換えることが望ましい。加えて、所定のサイトチューブを有するロータメータが測定することが可能な流量の範囲を増減することも時には望ましい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は腐食性流体又は他の流体のフローを測定するのに用いることが可能な改良非金属製フロートに関する。金属製フロートと同一の流量又は流量範囲を測定するように、所定のロータメータのサイトチューブにおいて金属製フロートの代わりに非金属製フロートを用いるための方法が提供される。所定のロータメータのサイトチューブに関し、異なる流量又は流量範囲を測定すべく、第２のフロートの代わりに第１のフロートを用いる別の方法が提供される。
【０００８】
本発明に基づくフロートは流量計のサイトチューブにおいて案内ロッドに装着することが可能である。フロートは概して円筒状の部分と、概して半球状の部分とを有する非金属製本体を有している。半球状部分は本体の終端に対向する本体の先端を形成する。半球状部分は本体の円筒状部分の水平方向における断面の直径にほぼ等しい直径を有することが可能である。
【０００９】
本体の終端はボートテール形状を有することが可能である。本体は非金属材料であるポリ四フッ化エチレン（PTFE）から形成されることが好ましいが、被計量流体の特徴に適正な他の非金属材料から形成することが可能である。フロートを案内ロッドに装着すべく、本体は本体の先端から終端に延びる案内ロッド用開口部を有することが可能である。
【００１０】
本発明に基づき、金属製フロートとほぼ同一の流量を測定するように、所定の流量計のサイトチューブ内において金属製フロートの代わりに非金属製フロートを用いるための方法が提供される。この方法は概して円筒状の部分と概して半球状の部分とを有する被金属製本体を形成する工程を有している。半球状部分は本体の終端に対向する本体部分の先端を形成する。
【００１１】
金属製フロートの代わりに非金属製フロートが用いられる時、非金属製フロートが金属製フロートとほぼ同一の流量を測定するように、非金属製フロートの重量は非金属製フロートの寸法を調節することにより調節される。サイトチューブにおいて該流量にて金属製フロートが上昇するのとほぼ同レベルに上昇する非金属製フロートにより測定が行われる。
【００１２】
非金属製フロートは金属製フロートとほぼ同一の流量範囲を測定するように形成することが可能である。この場合、範囲内の各流量はサイトチューブにおいて該流量にて金属製フロートが上昇するのとほぼ同レベルに上昇する非金属製フロートにより測定される。
【００１３】
サイトチューブ内にて流体がフロートの近傍を流れる際に、フロートに作用する抵抗を小さくするようにフロートを形成することも可能である。フロートに対する抵抗はフロートの直径を大きくし、或いは小さくすることにより、それぞれ大きくし、或いは小さくすることができる。フロートの終端をボートテール形にすることによっても抵抗を低下することができる。
【００１４】
本発明に基づき、異なる流量を測定するように、所定のサイトチューブ内にて異なるフロートを代用するための別の方法が提供される。この場合、金属製フロートの代わりに非金属製フロートを用いるための方法に関して上記において述べたように、フロートの重量又はフロートに対する抵抗を変化させるように同様の工程が採られる。しかし、この方法に関しては、第１のフロートの代わりに第２のフロートが用いられる時、所定のサイトチューブにおいて第１のフロートが達するのと同一の高さに第２のフロートが達する時、異なる流量が測定される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図面について説明するが、幾つかの図面中、同様の符号は同様の要素を指し示すものであって、図１は従来のフロートを示すものであり、全体として符号１０にて示されている。フロート１０は非金属製シェル１４に取り囲まれた環状金属コア１２を備えた円筒形本体を有している。フロート１０は円筒形本体の一端にて先端１６を有し、円筒形本体の対向端にて終端１８を有している。案内ロッド用開口部２０が円筒形本体中を先端１６から終端１８に延びている。
【００１６】
従来技術において周知であるように、フロート１０はロータメータのサイトチューブ（ｓｉｔｅ  ｔｕｂｅ）２２に配置することが可能である。フロートは、サイトチューブ２２及びフロート１０の案内ロッド用開口部２０を貫通して長手方向に延びる案内ロッド２４に沿って垂直移動するように装着することが可能である。フロート１０、サイトチューブ２２及び案内ロッド２４は面積流量計、即ちロータメータの周知の構成要素である。しかし、「フロート」という用語は実際には誤称であって、というのも流体より稠密であって浮遊するのではなく、流体が計器中を流れている時に浮遊するように見えるだけであるためである。
【００１７】
サイトチューブ２２の内径は垂直方向の位置により変動する。一般的に、内径はフローインレットに近接するサイトチューブ２２の底部にて最小である。サイトチューブ２２の内径はフローアウトレットにてサイトチューブ２２の頂部に向かって大きくなっている。サイトチューブ２２における矢印はサイトチューブ２を貫通するフローの方向を示す。
【００１８】
一般的に、フロート１０は、サイトチューブにフローが案内された時にロッド２４に沿って垂直方向に移動するように、サイトチューブ２２内において水平方向にて中央に配置されている。フロート１０はチューブを通る流体の流量に応じ、チューブに対して上下動する。流量が多いほど、フロート１０はチューブ内にて高い位置に上昇する。
【００１９】
計器中の流量を判定するように、サイトチューブ２２内にてフロート１０が上昇する高さは流量に対して較正されている。作業員はサイトチューブ２２内におけるフロート１０の高さを計測するように、サイトチューブ２２を通して見ることが可能である。サイトチューブは種々の流量に従って、その長さ方向に沿って目盛を有することが可能である（図示せず）。
【００２０】
図２は本発明に基づくフロート２６を示す。フロート２６は概して円筒状の部分２８と、終端３４に対向して先端３２を形成する半球状部分３０とを備えた本体を有している。先端３２から終端３４に延び、フロート２６を貫通して長手方向にて案内ロッド用開口部３６を形成することが可能である。フロート１０とは異なり、フロート２６は全体的にポリ四フッ化エチレン（PTFE）のような非金属材料から形成されることが好ましい。
【００２１】
使用に際しては、フロート２６はフロート１０と同様に、サイトチューブ２２を通る流体の流量を測定するように、サイトチューブ２２内にて案内ロッド２４に装着することが可能である。フロート２６に対する流体の上向きの力（抵抗）がフロート２６の重量に等しい時、フロート２６はサイトチューブ２２内にて安定した位置を占める。流体の流量が増大し、サイトチューブ２２を流れる流体の速度が上昇すると、フロートに対して上向きの力がフロートの重量を上回り、チューブ２２においてフロートを上昇させる。フロートの垂直移動は、フロートが上昇するにつれ、チューブの断面が流体速度を、従ってフロートに付随する上向きの抵抗力を低下させるほどに拡大するまで継続する。そして、上向きの抵抗力がフロートの重量に等しくなる時、フロートは安定した位置を再度占める。
【００２２】
所定のサイトチューブ内にてフロート１０のような比較的重い金属製フロートを比較的軽い非金属製フロートに置き換えることにより、被測定流量が著しく変化し得ると理解されよう。しかし、例えば、腐食性流体のフローを測定するのであれば、金属製フロートの代わりに非金属製フロートを用いることは望ましいと言えよう。非金属製フロートは金属製フロートより稠密度が低く、従ってより軽量であると思われるため、所定のサイトチューブ内において、非金属製フロートはより重い金属製フロートより少ない流量を測定する。
【００２３】
しかし、本発明に基づき、特定のサイトチューブにおいて、非金属製フロートがサイトチューブ内において該流量にて金属製フロートとほぼ同一の高さに上昇する時、非金属製フロートが金属製フロートとほぼ同一の流量を測定するように、金属製フロートの代わりに非金属製フロートを用いる方法が用いられる。この方法は、所定のサイトチューブ内において、金属製フロートにより測定される範囲に類似した流量の範囲を測定することが可能な非金属製フロートを備えることにも利用可能である。
【００２４】
図３は流量／サイトチューブ上の目盛のグラフを示す。目盛０はサイトチューブの下端に近い。１０までの各連続目盛はサイトチューブ上にて次第に高くなっている。曲線Ａは目盛の関数としての流量、即ち重量が７５ｇであってフロート１０に類似した形状のフロートのサイトチューブ内におけるフロートの高さを示す。曲線Ｂは重量が２４ｇであってフロート２６に類似した形状の非金属製フロートに対する同様の関係を示す。両曲線Ａ及びＢは同一のサイトチューブ内においてそれぞれのフロートを試験することにより生成された。このグラフからわかるように、曲線Ａを生成するのに使用されるフロートは、曲線Ｂを生成するのに使用されるフロートより約３００％増しの重量であるが、測定流量は各フロートに対してほぼ同一である。
【００２５】
図３に示す結果を出すべく、本発明に基づく方法が導き出された。この方法はフロートに対する抵抗を変化させ、フロートの重量を変更するようにした工程を有している。
【００２６】
先端３２を形成する概して半球状の部分３０を有するフロート２６のような非金属製フロートを形成することにより、抵抗を小さくすることが可能である。フロート２６の円筒状部分２８の直径を小さくすることによっても抵抗を減ずることができる。フロートの直径が小さくなるにつれ、所定のサイトチューブにおいてフロートに対する抵抗は小さくなる。しかし、フロートの直径が大きくなると、抵抗が増す。この関係は図４に示されている。この図ではフロートの直径の関数として流量が示されている。図４からわかるように、フロートの直径が増すと、サイトチューブ内においてフロートの所定の高さにて測定される流量は減少する。
【００２７】
フロートの終端をボートテール形にすることによっても抵抗を減ずることができる。図５は拡張ボートテール形終端３４を有するフロート２６’を示す。文字Ｃはボートテールの角度を示す（フロート２６も僅かにボートテール形になって示されていることに留意されたい。）。図６はボートテール角の関数としての流量を示すグラフであって、流量は、フロートがサイトチューブにおいて同一の高さに達する時に測定される。ボートテール形は抵抗の低下又は抵抗の増大を生じさせ得ることを理解されよう。ボートテール形には２つの要因、即ちボートテール角及び終端のボートテール形部分の長さが関わっていると思われる。図６からわかるように、ボートテール角６が約３度以下である時に抵抗は低下し始める。抵抗が低下する特定のボートテール角は流体の種類によって決定すると思われる。少ない流量を測定するのに高抵抗が必要な時には、４５度のような大きい角度を用いることができる。
【００２８】
フロートの重量はフロートの寸法を変化させることにより変更することができる。例えば、図７は流量／フロート長のグラフを示す。見てわかるように、フロートの長さを延ばし、その結果フロートの重量を増すことにより、フロートが所定のサイトチューブ内にて特定の高さに位置する時、より多くの流量を測定することが可能になる。フロートの直径もフロートの重量を変えるように調節することができる。
【００２９】
上記の幾つかのパラメータを比較対照することは所望の流量測定をなすために必要であると理解されよう。場合により、上記の全工程又はそのうちの１つ若しくはそれ以上の工程を用いることが必要である。
【００３０】
上記の工程は、異なる流量又は流量の範囲を測定するように、所定のサイトチューブ内にて異なるフロートを代用するための本発明に基づく別の方法を提供するのに用いることもできる。第２のフロートがサイトチューブ内にて第１のフロートと同レベルにある時、第１のフロートとは異なる流量を測定するように、所定のサイトチューブ内にて使用可能な第２のフロートを形成するように、上記工程の１つ、幾つか又は全てを用いることが可能である。例えば、第２のフロートは、フロートを長くして重量を増すことにより、サイトチューブ内において該レベルにてより多くの流量を測定することが可能である。また、第２のフロートは、例えばボートテール形にしないことにより抵抗を高めることにより、第１のフロートより少ない流量を測定することが可能である。
【００３１】
前記において、本明細書に包含される本発明の多数の特徴及び利点を示した。しかし、本開示は多くの点において例示するに過ぎないことを理解されよう。本発明の範囲を逸脱することなく、特に形状、寸法及び部品の配置に関し、詳細なる変更が可能である。勿論、本発明の範囲は添付された請求の範囲を表す用語により規定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  サイトチューブ内にて案内ロッドに装着された従来の金属製フロートの垂直方向における断面図。
【図２】  本発明に基づくフロートの側面図。
【図３】  図１及び図２のフロートに類似した形状のフロートのサイトチューブ内において流量及び高さを比較するグラフ。
【図４】  フロートの直径の関数として、サイトチューブ内において所定の高さにてフロートにより測定される流量を示すグラフ。
【図５】  ボートテールの角度を示す本発明に基づく非金属製フロートの側面図。
【図６】  ボートテール角の関数として、サイトチューブ内において所定の高さにてフロートにより測定される流量を示すグラフ。
【図７】  フロートの長さの関数として、サイトチューブ内において所定の高さにてフロートにより測定される流量を示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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