(57)【要約】  プロセス流体圧力測定システム（１０）が提供される。このシステムは、その底面に、互いに共平面に配置された一対のプロセス流体ポートをもつプロセス流体圧力送信機（１２）を含む。該プロセス流体圧力送信機（１２）は、一対のプロセス流体ポート間の差圧を測定し、プロセス通信ループを介して測定された差圧の指示又は示度を提供するように構成されている。プロセス流体フランジ（１８）は、プロセス流体送信機（１２）の底面にマウントするように構成された第１の面（３６）と、該第１の面に対向する第２の面（３４）と、該第１及び第２の面（３６，３４）との間に延びる少なくとも一つの横側壁（３７）とを有する。複数のフィン（３２）が、該横側面（３７）に繋がって配置されている。
2015522808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセス流体圧力測定システムにおいて、
面上に互いに共面に配置された一対のプロセス流体ポートを有し、前記一対のプロセス流体ポート間の差圧を測定し、該測定された差圧の指示(indication)をプロセス通信ループを介して提供するように構成されたプロセス流体圧力送信機と、
前記プロセス流体圧力送信機の底面に取り付けるように構成された第１の面と、該第１の面に対向するように設けられた第２の面と、前記第１及び第２の面との間に延びる横側壁とを有するプロセス流体フランジとを含み、
複数のフィンが前記横側壁に繋がって配置されているプロセス流体圧力測定システム。
【請求項２】
前記第２の面が、プロセス流体を主流体要素の一対のポートから搬送するバルブマニホルドに取り付けられている、請求項１に記載のプロセス流体圧力測定システム。
【請求項３】
前記主流体要素が、平均化ピトー管主流体要素である、請求項２に記載のプロセス流体圧力測定システム。
【請求項４】
前記主流体要素が、オリフィス板である、請求項２に記載のプロセス流体圧力測定システム。
【請求項５】
各フィンが、前記第１の面から第２の面まで完全に延びている、請求項１に記載のプロセス流体圧力測定システム。
【請求項６】
各フィンが、プロセス流体圧力送信機の前記第１、第２の面に対して垂直方向の幅を有している、請求項５に記載のプロセス流体圧力測定システム。
【請求項７】
少なくとも一つのフィンが、それを通って横方向に延びる孔を含む、請求項６に記載のプロセス流体圧力測定システム。
【請求項８】
プロセス圧力送信機をプロセスに結合するためのプロセス流体フランジであって、
該プロセス流体フランジが、
前記プロセス流体圧力送信機に取り付けられるように構成され、プロセス流体を前記プロセス流体圧力送信機の個々の隔離ダイヤフラムに届けるように構成された一対のプロセス流体ポートを有する第１の面と、
前記第１の面に対向して配された第２の面であって、個々のプロセス流体ポートに結合された一対の注入口を有し、該注入口がプロセス流体を受け取るように構成されている第２の面と、
前記第１及び第２の面間に延びる少なくとも一つの横側壁と、
該少なくとも一つの横側壁に繋がって配置された複数のフィンとを含む、プロセス流体フランジ。
【請求項９】
前記少なくとも一つの横側壁が、四つの横側壁を含む、請求項８に記載のプロセス流体フランジ。
【請求項１０】
各フィンが、前記第１の面から第２の面まで完全に延びている、請求項９に記載のプロセス流体フランジ。
【請求項１１】
各フィンが、前記プロセス流体圧力送信機の底面に対して垂直方向に延びている、請求項８に記載のプロセス流体フランジ。
【請求項１２】
各フィンが、前記プロセス流体フランジと一体である、請求項８に記載のプロセス流体フランジ。
【請求項１３】
前記フィンが、互いに分離しているが少なくとも一つの横側壁に結合されている、請求項８に記載のプロセス流体フランジ。
【請求項１４】
少なくとも一つのフィンが、それを通って横方向に延びる孔を含む、請求項８に記載のプロセス流体フランジ。
【請求項１５】
プロセス流体圧力送信機をプロセスに取り付けるためのアセンブリであって、
該アセンブリが、
プロセス流体パイプ中に挿入でき、複数のプロセス流体ポートを提供する主流体要素と、
バルブマニホルドと、
前記バルブマニホルドに結合されるヘッド板と、
前記主流体要素に結合された第１の端部と、前記ヘッド板に結合された第２の端部とを有し、プロセス流体を前記第１の端部から第２の端部へ運ぶように構成されたプロセス流体部材とを含み、
前記ヘッド板は前記プロセス流体部材に熱的に結合されており、前記プロセス流体部材から伝達されてきた熱を外部環境に移動させるための複数のフィンを含む、アセンブリ。
【請求項１６】
さらに、前記バルブマニホルドに取り付けられ、プロセス流体を排出するための複数の排出弁を有するプロセス流体フランジを含む、請求項１５に記載のアセンブリ。
【請求項１７】
さらに、複数のプロセス流体ポート間の差圧を測定し、該測定された差圧の指示をプロセス通信ループを介して提供するために、前記プロセス流体フランジに結合された差プロセス流体圧力送信機を含む、請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項１８】
前記プロセス流体フランジが、複数のフィンを含む、請求項１７に記載のアセンブリ。
【請求項１９】
少なくとも一つのフィンが、それを通って横方向に延びる孔を含む、請求項１５に記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
プロセス監視および制御システムが、工業プロセスの動作を監視および制御するために用いられている。工業プロセスは、種々の生産物、例えば精製油、薬剤、紙、食物等を生産するための製造業に用いられている。大規模実施では、これらのプロセスは、それらの所望のパラメータ以内で動作させるために、モニタおよび制御されなければならない。
【背景技術】
【０００２】
"送信機"たる用語は、プロセス設備に結合する装置を表わすために、およびプロセス変数を感知するために用いられるものである。プロセス変数の例としては、圧力、温度、流量、および他のものがある。しばしば、送信機は遠隔地（例えば、"現場"）に置かれ、プロセス変数を中央に置かれた制御室に返送信する。有線および無線通信の両方を含む様々の技術がプロセス変数を送信するのに用いられる。一つの共通する有線通信技術は、２線プロセス制御ループとして知られているものを使用している。該２線プロセス制御ループでは、一対の線が、情報の伝送と送信機への電力の提供との両方に用いられている。情報を伝送するための一つのよく確立された技術は、プロセス制御ループを通る電流レベルを、４ｍＡと２０ｍＡとの間に制御するものである。４−２０ｍＡの範囲内の電流値は、プロセス変数の換算値にマップされることができる。
【０００３】
送信機の一つのタイプは、圧力送信機である。一般に、圧力送信機は、プロセスの流体の圧力を測定する送信機であればいかなるタイプのものでもよい。（流体という用語は、気体、蒸気、および液体、およびこれらを組み合わせたものを含む）。圧力送信機は、差圧、絶対圧、またはゲージ圧を含む圧力を直接測定するために用いられることができる。さらに、既知の技術を用いて、圧力送信機は、プロセス流体の二つの位置の間の差圧に基づいて、プロセス流体の流量を測定するのに用いられることができる。
【０００４】
典型的には、圧力送信機は、分離システム(isolation system)を通るプロセス流体の圧力に結合する圧力センサを含む。この分離システムは、例えば、隔離ダイヤフラム、すなわち、プロセス流体と、該隔離ダイヤフラムと圧力センサとの間に延びる隔離充填流体とに物理的に接触する隔離ダイヤフラムである。該充填流体は、好ましくは、オイルのような実質的に非圧縮流体からなる。プロセス流体は隔離ダイヤフラム上に圧力を与えるので、印加された圧力の変化が、該ダイヤフラムを介し、隔離流体を通って、圧力センサに伝えられる。そのような隔離システムは、圧力センサのデリケートな要素がプロセス流体に直接晒されないようにしている。
【０００５】
本発明の先行技術として、下記の特許文献１に開示されているものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０１１−５２９５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
いくつかのプロセス環境では、プロセス流体は比較的高温である場合がある。しかしながら、送信機は一般的には最大動作温度は１８５−２５０°Ｆである。送信機が前記高温に耐えることができる場合においてさえ、その最高の温度では圧力測定値にエラーを生ずる可能性がある。圧力送信機の最大動作温度を超える温度をもつプロセスでは、送信機はそれ自体をプロセス流体から遠く離れて設置し、長い毛細管を用いてプロセス流体に結合されなければならない。毛細管は何フィートも延びており、隔離流体は管内に収容されている。該管の一端は隔離ダイヤフラムを介してプロセスに取付られており、他端は圧力送信機に結合している。この長い毛細管および隔離ダイヤフラムは、一般に、蒸気流量測定アプリケーション上で、"リモートシール(remote seal)"又は"ウォータレッグズ(water legs)"と呼ばれている。
【０００８】
リモートシール配置は今なお効果のある圧力測定を提供しているが、いくつかのトレードオフがある。"ウォータレッグズ"が誤って利用されたり設置されたりすると、実際の圧力測定値にエラーが誘起される場合がある。これらのウォータレッグズは、またある気候の地域では付加的な不凍の保護設備を必要とする。このため、より高温で用いられるプロセス流体圧力測定システムを提供することは、高温適用のためにリモートシールシステムに切り替えることを望まないユーザには有益なことであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
プロセス流体圧力測定システムが提供される。このシステムは、その底面に、互いに共平面に配置された一対のプロセス流体ポートをもつプロセス流体圧力送信機を含む。該プロセス流体圧力送信機は、一対のプロセス流体ポート間の差圧を測定し、プロセス通信ループを介して測定された差圧の指示または示度を提供するように構成されている。プロセス流体フランジは、プロセス流体送信機の底面にマウントするように構成された第１の面と、該第１の面に対向する第２の面と、該第１及び第２の面との間に延びる少なくとも一つの横側壁とを有する。複数のフィンが、該横側面に繋がって配置されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、以前よりも高温で作動させることができ、またプロセス流体流量要素またはパイプの上部に取り付けることができるプロセス流体圧力測定システムを提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態によるプロセス流体パイプに装着された直付け型のプロセス流体圧力測定システムの斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による直付け型のプロセス流体圧力測定システムの斜視図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による共面プロセス流体フランジの斜視図である。
【図４】図４は、本発明の他の実施形態による直付け型のプロセス流体圧力測定システムの分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
プロセス流体圧力送信機は、しばしば、プロセス流体要素の上部、例えば、オリフィス板または平均化ピトー管(averaging pitot tube)の上部、あるいはミネアポリス、チャンハッセンのエマーソンプロセスマネジメントから入手できる、Annubar（登録商標）主流体要素の上部に直付けされる。該主流体要素は、プロセス流体、例えば蒸気の流れの中に配置される。高温での適用では、プロセス流体の温度は、プロセス流体圧力送信機の充満流体を加熱し過ぎることがあり、プロセス流体圧力送信機のセンサにダメージを与える場合がある。これは、１８５−２５０°Ｆのプロセス流体温度およびそれ以上の温度で起きる可能性がある。この問題は、プロセス流体圧力送信機の近くに空気の流れがないまたは空気の流れが小さいような環境、またはプロセス流体圧力送信機の近くの周囲温度が、例えば上限に近い高温エリアにおいて、より悪化する。プロセス流体圧力送信機をプロセス流体流量要素の下部に直付けすることは可能であるが、そのような配置が好ましくないいくつかの理由がある。特に、プロセスパイプの底部は、一般的に、凝縮物、他の不所望な液体、特別な又は他の汚染物質が沈殿する場所である。そのような液体および汚染物質はプロセス流体圧力測定システムのインパルスライン中に流れ込むであろう。圧力及び／又は温度に基づいて、この流体は凍り、システムにダメージを与えるかもしれない、または汚染物質が溜まり圧力センサに詰まって、該圧力センサを不正確にするまたは動作不能にするであろう。さらに、プロセス流体流量要素の下部に直付けすることは、地面または床との間の間隙に関する問題を生ずる可能性がある。このため、プロセス流体流量要素またはパイプの上部に直付けでき、以前よりも高温で作動できるプロセス流体圧力測定システムを提供することが重要である。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態によるプロセス流体パイプに装着された直付きプロセス流体圧力測定システムの斜視図である。システム１０は、一対のインパルスライン１６と共面プロセス流体フランジ１８とによってプロセス流体パイプ１４に結合されたプロセス流体圧力送信機１２を含む。送信機１２は、電子機器区画(electronics compartment)２０と圧力センサモジュール２２を含んでいる。圧力センサモジュール２２は、その底面２３上の一対の隔離ダイヤフラムに印加される差圧と共に変化する、容量のような電気特性を有する差圧センサを含んでいる。圧力センサモジュール２２は、また電気特性を測定し、区画２０内の送信機の電子機器に測定の指示（indication)または示度を提供するための回路を含んでいる。送信機の電子機器は、圧力センサモジュール２２から測定情報を受信し、プロセス制御ループを介して伝送するためのプロセス変数を示すプロセス変数情報を生成する。プロセス変数情報のこの伝送は、有線のプロセス制御ループ、又は無線のプロセス制御ループ、又はこれらの両方を介して行われることができる。一実施例では、送信機１２は、Emerson Process Managementから市販され、取引呼称(trade designation)がモデル３０５１SFCの下で販売されている圧力送信機であることができる。いくつかの実施例では、送信機１２は、圧力センサモジュール２２中、又は１８５°Ｆ−２５０°Ｆの最大温度に対応できる電子機器区画２０中に回路を有する。この同じ回路は、また圧力センサモジュール２２内の実温度をモニタすることができる。
【００１４】
プロセス流体パイプ１４は、プロセス流体圧力送信機１２の最大動作温度又はそれ以上である温度のプロセス流体、例えば過熱蒸気を搬送する。時には、パイプ１４内を流れるプロセス流体の流量、又は他の流れに関連する量を感知するために、プロセス流体流量要素(process fluid flow element)が該流れの中に導入される。例えば、平均化ピトー管主流量要素(averaging pitot tube primary flow element)がパイプ１４内に挿入され、流量に関連する一対のプロセス流体圧力を提供する。平均化ピトー管主流量要素の場合には、第１のプロセス流体圧力が流圧(flowing pressure)を示し、第２のプロセス流体圧力がパイプ１４内の静圧を示す。それから、ベルヌーイの原理とパイプの直径情報を用いると、流体の流量が計算で求められることができる。代替的には、局所の流体制限要素を創出する、オリフィス板が導入されることができる。この実施例では、第１のプロセス流体圧が上流の流体圧力に関係し、第２のプロセス流体圧力がオリフィス板の後の下流の圧力に関係する。既知の式を用いることにより、プロセス流体の流量はこれらの圧力を用いて計算されることができる。
【００１５】
上記の二つの実施形態においては、一対のプロセス流体の圧力は、パイプからプロセス流体圧力送信機にもたらさなければならない。さらに、上述したように、プロセス流体は、プロセス流体圧力送信機の最大動作温度あるいはそれ以上であってもよい。ある従来の装置では、直付け型(direct-mounted)の圧力送信機はプロセスから物理的に間隙を有していたが（本発明の出願人に譲渡された、Steven M.Behmによる米国特許第７、４９７，１２３参照）、圧力送信機がプロセスに物理的にごく密接に接近していなければならないという、直付け型のプロセス圧力感知の課題を解決する必要が残っている。これは、プロセス流体圧力送信機に近接するスペースが制限されている応用装置では特に重要である。
【００１６】
図１に示されているように、プロセス流体圧力送信機１２は共面プロセス流体フランジ１８を介してプロセスパイプ１４に結合されている。特に、送信機１２の圧力センサモジュール２２は、圧力センサモジュール２２のコーナに近接して配置された４個のボルトを用いてプロセス流体フランジ１８の表面又は面３６にボルト付けされている。圧力センサモジュール２２の底面に近接する一対の隔離ダイヤフラムは、プロセス流体フランジ１８中の一対のプロセス流体圧力ポートに、好ましくはＯリングを用いて、流体的にシールされている。さらに、インパルスライン１６は、いかなる適当な接続技術を用いてプロセス流体フランジ１８の底面３４に結合されている。面３４と３６とは、一般的に互いに平行であり対向している。少なくとも一つの横側壁３７が面３４と３６との間に延びている。図１に示されている実施形態では、フランジ１８は４つの横側壁を有しているが、本発明の実施形態は、わずか１つの横側壁を用いて実施されることができる。例えば、プロセス流体フランジが円である場合には、ただ１つの横側壁のみが設けられることになる。
【００１７】
バルブマニホルド（連結管）はフランジ１８の面３４に結合され、マニホルド機能を果たすための複数のバルブ２４，２６、及び２８を提供している。例えば、バルブ２４と２６とは遮断弁であってもよく、そのようなバルブは、圧力センサモジュール２２を交換するために、圧力センサモジュール２２をプロセスから遮断するように閉鎖されることができる。さらに、バルブ２８は、一対のプロセス流体ポート間で流体的な情報のやりとりをすることができるようにするための、調整バルブ(equalization valve)であってもよい。
【００１８】
プロセス流体から圧力センサモジュール２２の面２３に伝えられる熱を低減するために、プロセス流体フランジ１８は複数のフィン３２を含んでいる。フィン３２は、圧力センサモジュール２２の面２３に対して一般的に垂直に延びており、好ましくは、プロセス流体フランジマニホルド１８の面３４と３６との間の長さ全体の幅を有している。さらに、フィン３２はプロセス流体フランジ１８の４つの全ての横側壁に設けられている。しかしながら、本発明の一実施形態では、いくつかのバリエーションを有することができる。例えば、フランジ１８の１以上の側面は必ずしもフィン３２をもつ必要がなく、またある側面上のフィンの個数は変えることができ、またフィンの長さ及び／又は幅は変えることができる、等々。フィン３２は、付加的な表面積を提供するので、プロセス流体から伝えられる熱は対流や放射により外部環境に放熱されることができ、プロセスセンサモジュール２２の隔離ダイヤフラムに伝達されないようにすることができる。プロセス流体はおよそ４００°Ｆかそれ以上であり、外部環境は室温又はそれよりいくらか高い温度であることを考えると、プロセス流体フランジ１８の伝熱特性は重要である。
【００１９】
図２は、本発明の一実施形態によるプロセス流体圧力測定システムの一部の斜視図である。図２は、プロセス流体圧力送信機１２と共面プロセス流体フランジ１８とを、より詳細に示している。例えば、図２は、各フィン３２の熱伝達能力を向上するために、複数の孔３５を有している。図示されているように、各フィン３２は好ましくはフランジ１８の面３４と３６との間を延びている。さらに、隣接するフィンは好ましくはフィレット（fillet）又は曲面部３７を介して共面プロセス流体フランジ１８に連結されており、フィン３２に付加的な強度を提供している。
【００２０】
図３は、本発明の一実施形態による共面プロセス流体フランジの斜視図である。共面プロセス流体フランジ１８は一対のプロセス流体ポート４０，４２を有し、該一対のプロセス流体ポート４０，４２は一対の共面隔離ダイヤフラムを有するプロセス流体圧力送信機に結合するように配置されている。さらに、フランジ１８は、装着ボルト（図示されていない）を通すようなサイズにされた複数の装着孔４４を含んでいる。図３に示されているように、孔３５は、一般的にフィン３２を貫いて横方向に延びており、フィン３２を通って空気が通過するようになっている。いくつかの実施形態では、孔３５は、製造を容易にするために、互いに一直線になるように整列されることができる。最後に、フィン３２の表面仕上げは、例えばプロセス流体圧力送信機１２が取り付ける面４６の粗さよりフィン３２の表面仕上げをより粗くすることによって、熱伝導が向上するように選択されることができる。
【００２１】
図４は、本発明の他の実施形態による直付けプロセス流体圧力測定システムの分解斜視図である。プロセス圧力送信機１２は、図１−３に関して上述したような、フィン付きの共面プロセス流体フランジを含むいかなる適当な共面プロセス流体フランジでもよい共面プロセス流体フランジ１００に結合されている。フランジ１００は、好ましくは、プロセス流体が所望通りに排水及び／又は排気されることができるようにするドレインベント(排出弁；drain vents)を含んでいる。共面プロセス流体フランジ１００は、好ましくはプロセス流体フランジ１００とプロセス流体圧力送信機１２のための直付け送信機接続として構成されている、マルチバルブマニホルド１０２に結合されている。マニホルド１０２は、主（プライマリ）流体要素１０４から部材１０６を経由して一対のプロセス流体圧力注入口に結合されている。部材１０６は、マニホルド１０２から主流体要素１０４に向って延び、主流体要素１０４の各ポートからマニホルド１０２までプロセス流体を搬送する。部材１０６は、また好ましくは"圧力保持／構造(pressure retaining/structural)"部材である、ヘッド板 (head plate) １０８に結合されている。ヘッド板１０８は、一対の端部１１０，１１２をもっており、その各端部は駆動ロッド(drive rod)１１４，１１６のための各々のマウントを有している。該駆動ロッド１１４，１１６は、プロセス圧力送信機１２は勿論主流体要素１０４もアセンブリ１１８から上げ下げされることができるように、アセンブリ１１８内で協同的な駆動に従事している。本発明の一実施形態によると、ヘッド板１０８は、部材１０６内のプロセス流体から周囲の環境へ熱を伝導する縦のフィン１２０を多く含んでいる。このようにして、プロセス流体からの少なくともいくらかの熱がプロセス圧力送信機１２に伝達されなくなり、よって隔離流体と同じくプロセス流体圧力送信機電子回路が晒される温度が低減される。さらに、本発明の実施形態は、高温応用におけるプロセス流体圧力送信機から逃げる熱の流れをさらに増大するために、フィンをもつヘッド板１０８とプロセス流体フランジ１００の両方を含むことができる。
【００２２】
本発明のいくつかの実施形態ではマニホルドと一体に製造されたフィンを有しているが、フィンはフランジ又はヘッド板に固定されている熱伝達アセンブリ(heat transfer assembly)の一部であってもよいことは特に注意されるべきである。そのような熱伝達アセンブリは、さらなる熱伝達を提供するために、ボルトや、締め具や、他のものでマニホルドに固定されるようにすることができる。このように、本発明の少なくともいくつかの実施形態は、より高温での動作を可能にするために、フィン付きの熱伝達アセンブリに結合された既知の共面プロセス流体フランジを含むことができる。
【００２３】
本発明は、好ましい実施形態を参照して説明されたが、当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなしに形状および細部において変更できることを認識するであろう。
【符号の説明】
【００２４】
１０・・・直付きプロセス流体圧力測定システム、１２・・・プロセス流体圧力送信機、１４・・・プロセス流体パイプ、１８・・・プロセス流体フランジ、２０・・・電子機器区画、２２・・・圧力センサモジュール、３２・・・複数のフィン、３４、３６・・・面、３５・・・孔、４０，４２・・・プロセス流体ポート、１１８・・・アセンブリ。
【図１】
2015522808.tif 000003
【図２】
2015522808.tif 000004
【図３】
2015522808.tif 000005
【図４】
2015522808.tif 000006
【国際調査報告】
2015522808.tif 000007
2015522808.tif 000008
2015522808.tif 000009
2015522808.tif 000010