(57)【要約】流量計量装置は、少なくとも１セットの隣接するモジュール本体を含む少なくとも２つの積み重ね可能なモジュール本体を含み、各モジュール本体はオリフィスを通過する流体の流れを変調させるためのオリフィスを有する。このモジュール本体は、オリフィスが隣接するモジュール本体の間で互いにオフセットするように配置される。隣接して積み重ねられたモジュール本体は、オリフィスを通過する流体の流れを妨げずに流体の流れ内に同伴される微粒子を捕捉するためのチャンバを画成する。【選択図】図１
2010540937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１セットの隣接するモジュール本体を含む少なくとも２つの積み重ね可能なモジュール本体であって、各モジュール本体は通過する流体の流れを変調させるためのオリフィスを有する、モジュール本体を備える、流量計量装置であって、
前記少なくとも２つのモジュール本体は、隣接するモジュール本体の間の前記オリフィスが互いにオフセットするように配置され、
隣接して積み重ねられたモジュール本体は、前記オリフィスを通過する流体の流れを妨げることなく流体の流れの中に浮遊して運ばれる微粒子を捕捉する機構を有するチャンバを画成する、流量計量装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
隣接するモジュール本体が互いに１８０度オフセットする装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記オリフィスが垂直に位置合わせされる装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、
前記オリフィスが実質的に同じサイズである装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置において、
前記オリフィスが実質的に円形である装置。
【請求項６】
請求項５記載の装置において、
前記オリフィスが流体パラメータに応じたサイズにされる装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置において、
前記流体パラメータが、前記少なくとも２つのモジュール本体のうちの最初のものの上流と当該少なくとも２つのモジュール本体のうちの最後のものの下流での所定の圧力降下である装置。
【請求項８】
請求項６記載の装置において、
前記流体パラメータが流体の流量である装置。
【請求項９】
請求項６記載の装置において、
前記流体パラメータが前記流体の比重である装置。
【請求項１０】
請求項６記載の装置において、
前記流体パラメータが、前記流体の圧力降下と、流体の流量と、比重のうちの少なくとも１つである装置。
【請求項１１】
請求項１記載の装置において、
前記オリフィスが実質的に同じ流量係数を有する装置。
【請求項１２】
ｎが１より大きい整数である、ｎ個の積み重ね可能なモジュール本体であって、各モジュール本体は通過する流体の流れを変調させるためのオリフィスを有し個々の流量係数Ｃｉｎｄｉｖｉｄｕａｌを画成する、ｎ個の積み重ね可能なモジュール本体を備える、流量計量装置であって、
前記ｎ個のモジュール本体は集合的に配置されて、集合的な流量係数Ｃｔｏｔａｌを画成し、
流量係数ＣｉｎｄｉｖｉｄｕａｌとＣｔｏｔａｌの間の関係が等式
【数１】
2010540937.tif 000015
を満足させる、流量計量装置。
【請求項１３】
少なくとも１セットの隣接するモジュール本体を含む少なくとも２つの積み重ね可能なモジュール本体であって、各モジュール本体は通過する流体の流れを変調させるために実質的に同じ流量係数を有するオリフィスを有する、モジュール本体を備える、流量計量装置であって、
前記少なくとも２つのモジュール本体は、隣接するモジュール本体の間の前記オリフィスが互いにオフセットするように配置され、
隣接して積み重ねられたモジュール本体は、前記オリフィスを通過する流体の流れを妨げることなく流体の流れの中に浮遊して運ばれる微粒子を捕捉するチャンバを画成する、流量計量装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の装置において、
隣接するモジュール本体が互いに１８０度オフセットする装置。
【請求項１５】
請求項１３記載の装置において、
前記オリフィスが垂直に位置合わせされる装置。
【請求項１６】
請求項１３記載の装置において、
前記オリフィスが実質的に同じサイズである装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の装置において、
前記オリフィスが実質的に円形である装置。
【請求項１８】
請求項１３記載の装置において、
前記オリフィスが流体パラメータに応じたサイズにされる装置。
【請求項１９】
請求項１８記載の装置において、
前記流体パラメータが、前記少なくとも２つのモジュール本体のうちの最初のものの上流と前記少なくとも２つのモジュール本体のうちの最後のものの下流の所定の圧力降下である装置。
【請求項２０】
請求項１８記載の装置において、
前記流体パラメータが、前記流体の圧力降下と、流体の流量と、比重のうちの少なくとも１つである装置。
【請求項２１】
請求項１３記載の装置において、
各モジュール本体が前記少なくとも２つのモジュール本体を一緒に引き寄せるための留め具を受けるように構成される第２のオリフィスを含む装置。
【請求項２２】
少なくとも１セットの隣接するモジュール本体を含む少なくとも２つの積み重ね可能なモジュール本体を備え、各モジュール本体は通過する流体の流れを変調させるためのオリフィスを有し、当該少なくとも２つのモジュール本体は、隣接するモジュール本体の間の前記オリフィスが互いにオフセットするように配置され、
隣接して積み重ねられたモジュール本体は、前記オリフィスを通過する流体の流れを妨げることなく流体の流れの中に浮遊して運ばれる微粒子を捕捉する機構を有するチャンバを画成する、
弾性装置によって穴内の着座位置に配設されるモジュールアセンブリと、
前記モジュールアセンブリと流体連通して配設される流体パラメータ測定装置とを備える流量計量装置であって、
過渡的過圧力状態に応答して、前記測定装置に対する損傷を防止するために前記過渡的過圧力状態を解放するように、前記モジュールアセンブリが一時的に前記着座位置から離して押しやられる、流量計量装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００７年９月２８日に本出願と一緒に同時に出願され、本発明の譲受人に譲渡された「フィルター監視器と流量計の組み合わせセンサー（ＦＩＬＴＥＲ  ＭＯＮＩＴＯＲ−ＦＬＯＷ  ＭＥＴＥＲ  ＣＯＭＢＩＮＡＴＩＯＮ  ＳＥＮＳＯＲ）」と言う名称の出願第 ／ ， 号、整理番号２２０２６−００１７に関し、その全体は参照により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本発明は、一般に流量計量装置に使用される積み重ね可能なモジュール本体に関する。この流量計量装置を通過する流体の流れは、モジュール本体内に形成されるオリフィスによって変調させられる。
【背景技術】
【０００３】
流量計量装置では、流れ絞り部が、差圧測定方法と圧力対流量の較正曲線で流量を直接的にまたは間接的にのいずれかで測定するのに使用できる圧力差を作り出すために使用される。オリフィスプレート、ウエッジメーター、および他の型式の差圧流量測定器が、長年の間化学および石油化学装置産業（およびその他）で通常大流量用に使用されている。
【０００４】
半導体製造または天然ガスの管理移送などの非常に様々な産業では、流量測定精度は極めて重要である。石油化学工程分析計の流れまたは他の一般的な流れ監視用途などの他の産業では、流量測定の全体的な精度は、長期にわたるそれらの測定の再現性ほど重要ではない。別の言い方をすれば、石油化学産業などの産業は、流体の流れが特定の範囲内で起きているか否かが通常より重要である。流体の流量が測定再現性誤差のために日々劇的に変化しない限り、使用者は流体の流れが安定である、または工程／システムが安定であると想定することができる。逆に、使用者は測定された流量変動／変化は工程内の乱れによって引き起こされると想定することができ、注意が必要になる。
【０００５】
その上、微粒子が流体の流れ内に同伴される石油化学および関連する「汚れた」産業の用途では、微粒子が流量計量装置、特に少量の流体流れ通路で動作しているそれらの装置を詰まらせる絶え間のない問題点に遭遇する。すなわち詰まりは、その構造が小さな流れ絞り部を使用する、小流量の下で動作する流量測定構造に基づくオリフィスの欠点のうちの１つである。したがって、較正およびシステム再現性を簡単にするための簡略化された流量等式の全体的な目的に合致することができ、その上長期間詰まらない能力を有する流れ絞り部構造を有することが最適である。
【０００６】
半導体産業などの産業での他の流量測定器は、交換が必要となる前に１〜３年持つことのみが求められているが、石油化学工程または分析機器は、１０年を超える製品寿命を有することが求められている。したがって、この流量計量機器はまた頑丈であり、いくらか「フェイルセイフ（ｆａｉｌ−ｓａｆｅ）」でなければならないことが求められている。
【０００７】
必要とされているのは、詰まりに対して耐性を高めた信頼性の高い流量測定装置である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
差圧流量測定の構成では、通常この流れ絞り部は密度依存性または粘度依存性のいずれかに分類することができる。体積的な流量は一般に、以下の等式１および２について示す以下の関係のいずれかに依存して表現することができる。
【０００９】
（粘度依存性の）層流または多孔性流（ダルシーの法則（Ｄａｒｃｙ’ｓ  ｌａｗ））に対して
【数１】
2010540937.tif 000003
上式で、
【数２】
2010540937.tif 000004
（Ｋｌａｍｉｎａｒは形状依存定数になる）
【００１０】
（密度依存性の）オリフィスを横断する流れに対して、
【数３】
2010540937.tif 000005
上式で、
【数４】
2010540937.tif 000006
（Ｋｏｒｉｆｉｃｅは形状依存定数になる）
ここで
【数５】
2010540937.tif 000007
、液体の流れに対して膨張係数Ｙ＝１
上式で、  ｄ＝多孔性絞りまたは層流要素の水力直径または流路直径
ｄ１＝上流流路直径
ｄ２＝オリフィス流路直径
Ａ＝水力面積または流路面積
ΔＰ＝絞りの両側の差圧（Ｐｕｐｓｔｒｅａｎ−Ｐｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ）
Ｙ＝（ガスの圧縮性および比熱比に依存する、オリフィスの両側のガスの膨張に対する）無次元膨張係数
Ｃｄ＝流量係数（すなわち、オリフィスの幾何学的形状に依存する流れ「効率」係数）
Ｌ＝圧力降下が起きる長さ
η＝流体絶対粘度
ｐ＝流体密度（ガスまたは液体のいずれか）
ｋ＝（多孔性媒体に対する）物質透過性
【数６】
2010540937.tif 000008
【００１１】
本開示の流れ絞り部構造の一実施形態によって、使用者は、オフセットした流路を有して直列に隣り合って並べられるディスクまたはモジュール本体のスタックまたは配列を、測定の異なる形態および流路寸法またはユニットで配置することが可能になる。各モジュール本体は、所定の流れ絞りの大きさを有する。複数のモジュール本体が、交互する配置で積み重ねられるとき、この組み合わされたまたは統合された流れ絞りの大きさは増加する。パイプに対する簡略化されたダルシー−ワイスバッハ（Ｄａｒｃｙ−Ｗｅｉｓｂａｃｈ）流れ等式３は、この流れ絞りの大きさと流量の間の一般的な関係を示す。
【数７】
2010540937.tif 000009
上式で、Ｖ＝流体速度
Ｋν＝Ｋ係数、圧力降下係数、または流量係数に対する抵抗
Ｃ＝流量係数
両方の等式２および３は事実上同一であり、したがってオリフィス形式の流れ絞り部に対して同様な結果を有して使用することができることに留意されたい。この２つの等式の間の唯一の相違点は、等式２がガス状の流れに対する膨張係数を組み込んでいることである。
【００１２】
積み重ねられた各流れ絞り要素は、上記で示すそれ自体の「Ｋ係数」（Ｋν）を有する。このＫ係数は圧力降下係数と一般に呼ばれ、流量係数に対する抵抗を示す。Ｋ係数の逆数は一般に流量係数と呼ばれる。ヤードポンド法の単位で表現されるとき、この流量係数はＣｖとして表示される。これらの絞り要素が互いに直列に配置されるとき、それらは以下の関係で要約される。
【数８】
2010540937.tif 000010
【００１３】
流れ絞り部の全てが等しいサイズの場合、等式４は以下の式を形成するように簡略化することができる。
【数９】
2010540937.tif 000011
上式で、ｎ＝直列に配置される絞り部材の数
【００１４】
合計流れ絞りを一定値に合わせることが所望される場合は、等式５はＣｉｎｄｉｖｉｄｕａｌを解くために再構成することができる。
【数１０】
2010540937.tif 000012
【００１５】
等式６の例示的な適用では、ある流れの用途は、圧力センサーの所与の範囲内で流量を繰り返し測定するために０．０２の合計絞り係数が必要である。流量測定目的のためには、通常センサーから来る差圧信号の大きさを最大にすることが望ましい。使用者は、０．０２の絞り係数を作り出すために、測定単位が０．０５などの単一の小さな流路を使用するように選択することができた。しかし、この小さな流路は、測定単位の０．０５より大きな微粒子の蓄積が存在するとき、詰まりやすかったであろう。この状況は、いくつかのより大きな流れ絞り部が直列に配置される場合は、改善されたであろう。例えば４つの絞り部を使用することができ、そこでは流路は、直列に配設される４つのモジュール本体のそれぞれの中に形成される。等式６の適用によって、
ｎ＝４（モジュール本体の数）
Ｃｔｏｔａｌ＝０．０２
Ｃｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ＝（４）１／２×０．０２
Ｃｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ＝０．０４になる。
絞り係数Ｃは横断面積に直接比例し、したがって流路の直径の２乗に比例する。したがって、直列に配設されるモジュール本体のそれぞれの流れ絞り部に関連する結果として得られる横断面積は、１つの流れ絞り部に必要な面積の２倍であることができる。換言すれば、直列に配設される流れ絞り部の直径はより大きく、それらはより詰まり難くなる。
【００１６】
本開示は、少なくとも２つの積み重ね可能なモジュール本体を含み、かつ隣接するモジュール本体の少なくとも１セットを含む流量計量装置に関する。各モジュール本体は、オリフィスを通過する流体の流れを変調させるためのオリフィスを有し、この少なくとも２つのモジュール本体は、オリフィスが隣接するモジュール本体の間で互いにオフセットするように配置される。隣接して積み重ねられたモジュール本体は、オリフィスを通過する流体の流れを妨げずに流体の流れ内に同伴される微粒子を捕捉するための機構を有するチャンバを画成する。
【００１７】
本開示は、ｎ個の積み重ね可能なモジュール本体を含む流量計量装置に関し、ここではｎは１より大きな整数である。各モジュール本体は、個々の流量係数Ｃｉｎｄｉｖｉｄｕａｌを画成するようにそこを通過する流体の流れを変調させるためのオリフィスを有する。このｎ個のモジュール本体は、集合的な流量係数Ｃｔｏｔａｌを画定するように集合的に配置され、ここでは
【数１１】
2010540937.tif 000013
である。
【００１８】
本開示は、少なくとも２つの積み重ね可能なモジュール本体を含む流量計量装置にさらにまた関する。各モジュール本体は、そこを通過する流体の流れを変調させるための実質的に同じ流量係数を有するオリフィスを有する。この少なくとも２つのモジュール本体は、オリフィスが隣接するモジュール本体の間で互いにオフセットするように配置される。隣接して積み重ねられたモジュール本体は、オリフィスを通過する流体の流れを妨げずに流体の流れ内に同伴される微粒子を捕捉するためのチャンバを画成する。
【００１９】
本開示は、弾性装置によって穴内の着座位置に配設されるモジュールアセンブリを含む流量計量装置にさらにまた関する。このモジュールアセンブリは、少なくとも１セットの隣接するモジュール本体を含む少なくとも２つの積み重ね可能なモジュール本体を含む。各モジュール本体は、オリフィスを通過する流体の流れを変調させるためのオリフィスを有し、この少なくとも２つのモジュール本体は、オリフィスが隣接するモジュール本体の間で互いにオフセットするように配置される。隣接して積み重ねられたモジュール本体は、オリフィスを通過する流体の流れを妨げずに流体の流れ内に同伴される微粒子を捕捉するための機構を有するチャンバを画成する。流体パラメータ測定装置がこのモジュールアセンブリと流体連通して配設される。過渡的過圧力状態に応答して、測定装置に対する損傷を防止するためにこの過渡的過圧力状態を解放するように、このモジュールアセンブリは一時的に着座位置から離して押しやられる。
【００２０】
本開示は、積み重ねられるモジュール本体が、積み重ねられ、次いでばね要素によってバックアップされる摺動アセンブリ内に取り付けられ得るバージョンも組み入れることができる。このばね要素は、異なる力の大きさのアレーをもたらすように調整することができる。この摺動アセンブリは、差圧流量センサーのための正味流れ絞りの大きさを与えるが、流体が大多数の絞りアセンブリをバイパスできるようにバルブ密封要素から離れて摺動することもできる２重の目的に役立つことができる。この任意選択のアセンブリは、不測の上流過圧力状況の場合に、圧力が流れ絞り部をバイパスするのを可能にし、それによってセンサーを損傷から保護し、製品の寿命を延長させることができる。
【００２１】
本開示の他の特徴および利点は、例示として本開示の原理を示す添付の図面を参照して行われる、以下の好ましい実施形態のより詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本開示の流れ制御装置とともに使用するためのモジュール本体の一実施形態の上面斜視図である。
【図２】本開示の流れ制御装置とともに使用するためのモジュール本体の一実施形態の図１と逆向きの上面斜視図である。
【図３】本開示の流れ制御装置の一実施形態の横断面図である。
【図４】本開示の流れ制御装置に組み込まれたモジュール本体の拡大、部分横断面図である。
【図５】本開示のチャンバ部分を示す図４の線５−５に沿ったモジュール本体の一実施形態の端面図である。
【図６】本開示の増加した数のモジュール流れ制御本体とそれらに対応する流量域を使用した、流量対差圧の一般的なグラフ表示の図である。
【図７】本開示の過圧力解放機構を有する流量測定計器の一実施形態の横断面図である。
【図８】本開示の流れ制御装置の代替実施形態の斜視図である。
【図９】本開示の図８の流れ制御装置の対合する対の斜視図である。
【図１０】本開示の図９の線１０−１０に沿った横断面である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
可能な限り、同じ参照番号は図面を通して同じまたは同様な部品を指すために使用される。
【００２４】
次に図面を参照すると、互いに逆向きの上面斜視図で図１および２に、流れ制御装置または流量計量装置１０（図３参照）に使用するためのモジュール本体１２が示されている。モジュール本体１２は対向する端部２０、２２を有し、端部２０に隣接するベース１４を含む。一実施形態では、ベース１４は円盤形状であり、円形の周囲を有する。あるいは、他の規則正しい形状の多角形、すなわち合同の側面と合同の内部角度を有する多角形が企図されている。オリフィス１６はベース１４を貫通して形成され、このベースは一実施形態では円形の形状を有するが、他の閉じた幾何学的形状も使用できる。一実施形態では、オリフィス１６はベース１４に対して中心に配置されない。別の実施形態では図２に示すように、ベース１４はベース１４内に形成される開口部６６内に組み込まれるインサート６４を含む。次いでオリフィス１６は、インサート６４内に形成される。インサート６４は、モジュール本体１２が互いに同一になるための機会を与え、一実施形態では、射出成型によって形成されるプラスチック材料であることができる。その上インサート６４は、モジュール本体１２の残りの部分と異なる材料で構築することができる。一実施形態ではインサート６４は、オリフィス１６の寸法が十分に変化しそれによって補修または交換が必要となる前に、延長された実用使用を可能にするより頑丈な、すなわち耐磨耗性の材料で構築することができる。例えば、そのような構成および状況では、モジュール本体１２全体ではなくインサート６４のみが補修または交換が必要になる可能性がある。一実施形態では、インサート６４は超音波洗浄機で洗浄し、次いでモジュール本体１２の内側に再挿入することができる。
【００２５】
壁１８がベース１４の周囲からベース１４に対して実質的に直角な方向に延び、端部２２のところで終端する。一実施形態ではモジュール本体１２は、円形の円筒などのカップ状のまたは「くり抜かれた」円筒に類似する。別の実施形態では、壁１８は実質的に均一の厚さのものであり、端部２０、２２は、流量計量装置内で使用するためにモジュール本体１２の端部と端部を付き合わせた容易な配置が可能になるように、互いに実質的に平行である。
【００２６】
流量計量装置１０の一実施形態の横断面図である図３および４に示すように、複数のモジュール本体１２が、対向する端部３８、４０を有するハウジング３６を含む流量計量装置１０内に組み込まれる。一実施形態では、圧力ゲージ４２、４４などの流体パラメータ測定計器、圧力ゲージ４２は端部３８に隣接して配設され、圧力ゲージ４４は端部４０に隣接して配設される。モジュール本体１２もハウジング３６の内側に組み込まれる。すなわち図示のように、モジュール本体１２の端部２０は、端部２０がハウジング３６の端部３８に隣接して配設されるハウジング３６の停止部４６の表面４８に当接するまで、端部４０からハウジング３６の内側を導かれる。第１のモジュール本体１２が組み込まれた後、別のモジュール本体１２の端部２０が、続いて組み込まれたモジュール本体１２の端部２０が最初に組み込まれたモジュール本体１２の端部２２に当接するまで、同様に端部４０からハウジング３６の内側を導かれる。一実施形態では図１に示すように、端部２２は、端部２２の表面の少なくとも一部分に形成される複数の機構２４を含む。同様に図２に示すように、端部２０は、端部２０の周囲に隣接する機構ゾーン２６を含み、それは機構ゾーン２６の表面の少なくとも一部分に形成される機構２８を収容する。一実施形態では、機構２４および機構２８は、互いに係合するように構成される。機構２４および２８は、凹部、突起、または凹部と突起両方の組み合わせを含むことができ、したがって機構２４および２８が互いに係合するとき、ハウジング３６の軸６８（図３）の周りの相対的な回転移動は全く存在しないのが好ましい。さらなる代替の実施形態では、隣接するモジュール本体１２が互いに固定されたままであるように、機構２４および２８はハウジング３６の外側で互いに圧力嵌めされる。
【００２７】
モジュール本体１２がハウジング３６内に組み込まれた後、モジュール本体１２は、相対的な回転移動のみならず、軸６８（図３）に沿った軸方向移動も防止される。一実施形態では、モジュール本体１２の所定の数がハウジング３６内に挿入された後、モジュール本体１２が軸６８に沿って移動しないように固定するために、スペーサー５４が組み込まれた最後のモジュール本体１２の端部２２と当接させられる。スペーサー５４の組み込み後、ロックナット（図３参照）などの留め具５６がスペーサー５４との、かつ互いとの確実な係合に持ち込まれる。換言すれば、端部と端部を付き合わせて接触しているモジュール本体１２が、留め具５６のために停止部４６とスペーサー５４の間で圧縮的に固定される。図３に示すように、流体の流れ５０に関しては、流体はハウジング３６の端部３８に入り、端部４０に到達する前にスペーサー５４および留め具５６内に形成される開口部５８を通過するのを含め、モジュール本体１２のオリフィス１６を通過してハウジング３６の端部４０に向かって流れる。
【００２８】
組み込まれた位置では、隣接するモジュール本体１２のオリフィス１６は、所定の位置にまたは互いに対してオフセットして固定される。一実施形態では、隣接するモジュール本体１２は、所定の角度向きでまたは互いに対してオフセットして固定される。別の実施形態では、このオフセットはほぼ１８０°であり、さらなる実施形態では、このオリフィス１６は垂直に位置合わせされる。そのような配置では図４に示すように、移動する流体より重いか軽いかのどちらかである、流体の流れ５０内に同伴される微粒子６２は、隣接するモジュール本体１２の間に形成されるチャンバ５２の部分６０内に「落ち着く（ｓｅｔｔｌｅ）」ことができる。チャンバ５２は、ベース１４の表面３０と１つのモジュール本体１２の壁１８の表面３２によって、かつ隣接するモジュール本体１２のベース１４の表面３４によって画成される（図１および２参照）。図４および５に示すように、チャンバ５２の部分６０は、部分６０の片側の表面３２と、オリフィス１６と接線の、またはオリフィス１６と極めて接近する境界機構７６の間の区域によって画成される。一実施形態では図５によって示すように、境界機構７６は弦７８と一致する平面であり、この弦７８の対向する端部は交差点７０および７４の点で表面３２と交差し、オリフィス１６との少なくとも１つの接触点７２を画成する。表面３２は円形の外形または平面の境界機構７６に限定されないことを理解すべきである。チャンバ５２のチャンバ部分６０は、オリフィス１６を閉鎖させずにオリフィス１６に隣接して微粒子６２を収集するのに使用できる体積を画成するためのものである。
【００２９】
図８〜１０はモジュール本体１１２の一実施形態を示し、そこではモジュール本体を確実に互い違いの向きにするために、インターロック機構１２４がモジュール本体内に形成される。一実施形態では、機構１２４は、組立ての際に隣接するモジュール本体１１２のオリフィス１１６が互い違いに配設されるのを確実にするための対合する突起部／凹部である。モジュール本体１１２は中央に配設されるオリフィス１１８をさらに含み、複数のモジュール本体を組み立てる際に対応するオリフィス１１８が軸方向に位置合わせされ、留め具１２２を受け取るように構成される（図７参照）。一実施形態では、留め具が隣接するモジュール本体１１２の間に所定の圧縮力を加えるように十分に作動させられるとき、この圧縮力はモジュール本体間の流体の漏れを実質的に防止する。
【００３０】
図３および４に示すように、流体の流れ５０は、オリフィス１６のオフセットのために直線でない経路で起きる。結果として、この流体は圧力の点から見てエネルギーを失い、流量に比例する差圧信号をもたらす。流れ絞り部の両端での圧力損失は、基準のベルヌーイの等式である等式７に従って速度と関連する。等式７に示すように、一定であるエネルギーの保存則によって、圧力は流体の流れ速度の２乗に逆比例する。直線でない流量経路の複雑性を加えることによって、この流体速度は、レイノルズ数である等式８によって定義されるような層流域内になるように減速させられる。
【数１２】
2010540937.tif 000014
【００３１】
図６にグラフで示すように、流量対差圧の間の一般的な関係が与えられる。Ｎは、流れ通路内に配設されるモジュール本体の数に対応する。モジュール本体の数が増加するとき、流れ域は純粋なオリフィス関連（Ｎ＝ｘ）から、層流域に近づく擬似層流域または遷移流域（Ｎ＝ｘ＋３）に遷移することが示されている。流量測定の精度が長期にわたる再現性ほど重要ではない一般的な流量監視用途については、擬似層流を生じさせるための十分な数のモジュール本体を使用することが、安定な流体の流れまたは安定な工程／システムの満足すべき指示を提供できることが理解される。逆に言えば、測定される流れの変動は、工程内の乱れの表示であり、注意を要する。
【００３２】
オリフィス１６は、流体パラメータに従ったサイズにすることができる。一実施形態では、この流体パラメータは、図３に示すものなどの、あるいはそれぞれの圧力ゲージ４２および４４によって測定されるものなどの、流量計量装置１０内の第１のモジュール本体１２の上流と最後のモジュール本体１６の下流の所定の圧力降下である。別の実施形態では、この流体パラメータは流体の流量である。さらに別の実施形態では、この流体パラメータは流体の比重である。さらなる実施形態では、この流体パラメータは流体粘度である、なぜなら層流または擬似層流では、流体の流量は等式１に概説されるように層流域で密度依存ではなく粘度依存になるからである。前に等式５で論じたように実質的に等しいサイズのオリフィス１６を採用することができるが、オリフィス１６は異なるサイズのものであり得る（等式４参照）ことを理解されたい。一例では、上流の圧力ゲージと下流の圧力ゲージの間のまたは他の圧力検知計器間の所与の合計の差圧に対して、モジュール本体を通過する流体の流れに対してモジュール本体内に形成されるオリフィスのサイズは、測定可能な差圧を作り出しながら、最大にすることができる。十分に直線でない流体の流れ経路を設けることによって、この流量／圧力の関係は、流体粘度に依存し流体密度に依存しなくなり、これが層流域または擬似層流域または遷移流域に対応する。
【００３３】
「発明の概要」で前に論じたように、モジュール本体のオリフィスの数およびサイズは、所与の流れパラメータに応答して合計の所定の総流量係数を達成するように流れ制御装置内に配置することができる。オリフィスサイズとモジュール本体の数の組み合わせの異なる実施形態を、モジュール本体の数を増加させ、一方では同時にオリフィスサイズを増加させながら流量パラメータを満たすように、前に論じた等式に基づいて構成することができる。
【００３４】
オリフィス本体とモジュール本体の数との組み合わせも、流れ絞り部と圧力解放アセンブリの統合された組み合わせ内に、または統合されたアセンブリ１００内に組み立てることができる。図７を見れば分かるように、統合されたアセンブリ１００は、モジュール本体１１２などのモジュール本体の詰まりのない流量および圧力の特質を組み込むが、追加として装置を過圧力状態から保護するために、差圧流量センサーアセンブリなどの、流体パラメータ測定装置１２０を通り過ぎる圧力をバイパスさせることができる安全圧力解放弁機構を提供する。
【００３５】
流体パラメータ測定装置１２０の上流の流体の流れ経路８０内の突然の過渡的圧力に応答して、モジュールアセンブリ９０はこの過渡的圧力を解放するように穴１２５内に移動する。さらに図７に示すように、モジュールアセンブリ９０は、留め具１２２によって一緒に固定され、対向する端部キャップ１２６、１２７を有する複数のモジュール本体１１２を含む。螺旋ばねなどの中央に配設される弾性装置１３０は、キャップ１２６を一端部のところに、穴１２５の一端部に形成される座ぐり穴１３２を弾性装置１３０のもう１つの端部のところに係合するように構成される。螺旋ばねなどのより大きな弾性装置１２８が、座ぐり穴１３２に隣接する穴１２５の一端部とキャップ１２７との間に配設される。代替の一実施形態では、モジュールアセンブリ９０を着座位置に維持するために、１つの弾性装置（１２８または１３０）をモジュールアセンブリ９０と一緒に使用することができる。しかし図示のように、流体の流れ経路８０内に過圧力状態を生じさせる突然の過渡的圧力に応答して、この過圧力は弾性装置１２８、１３０によって加えられる力に打ち勝つ。すなわち、流体の流れ経路８０内の過圧力は、キャップ１２７を１３４の方向に、または着座していない位置に移動させるように押しやり、流体パラメータ測定装置１２０に対する損傷を防止ために過渡的圧力を十分に減少させるように、流体がモジュールアセンブリ９０の周りを流れるのを可能にする。
【００３６】
本発明を好ましい実施形態を参照して説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなくその要素に対して様々な変更を行うことができ、均等物で置き換えることができることを当業者は理解するであろう。その上、本発明の本質的な範囲から脱することなく本発明の教示に対して特定の状況または材料に適合するように多くの改変を行うことができる。したがって本発明は、本発明を実施するために企図された最良の形態として開示された具体的な実施形態に限定されるべきではなく、本発明は添付の特許請求の範囲の範囲内にある全ての実施形態を含むことが意図されている。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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