(57)【要約】開示した気体式試験システム（３００）は、フロー・ループ（３０２）と、ブロワ・システム（３０４）と、温度制御システム（３０６）と、基準流量計システム（３０８）と、被検装置（ＵＵＴ）システム（３１０）とを備えている。ＵＵＴシステムは、被検装置（ＵＵＴ）をフロー・ループに接続する。加圧された高圧の気体が、ブロワ・システムの吸入口（３２１）に流入するようにしてあり、ブロワ・システムは、その気体を吐出口（３２２）から高流量で流出させ、この高流量を発生させる際に、吸入口と吐出口との間に小さな圧力上昇を発生させる。ブロワ・システムから流出した気体は温度制御システムに流入し、温度制御システムはその気体の温度を制御する。基準流量計システムと、ＵＵＴシステムに装着されているＵＵＴとで、夫々に、フロー・ループの中で循環している気体の特性を測定する。基準流量計システムによる測定値を、ＵＵＴによる測定値と比較することで、ＵＵＴの較正を実行することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体を収容できるように構成されたフロー・ループ（３０２）と、
前記フロー・ループに接続され、前記気体の温度を制御できるように構成された温度制御システム（３０６）と、
前記フロー・ループに接続され、前記気体の特性を測定できるように構成された基準流量計システム（３０８）と、
被検装置を前記フロー・ループに接続して当該被検装置に前記気体の特性を測定させることができるように構成された被検装置システム（３１０）と、
を備えた気体式試験システム（３００）において、
吸入口（３２１）及び吐出口（３２２）を有するブロワ・システム（３０４）を備え、該ブロワ・システムは、前記気体が前記吸入口に流入し、前記吐出口から前記気体を高流量で流出させて前記フロー・ループの中で前記気体を循環させることができるように構成されており、該ブロワ・システムは、前記高流量を発生させる際に前記吸入口と前記吐出口との間に小さな圧力上昇を発生させるものである、
ことを特徴とする気体式試験システム（３００）。
【請求項２】
前記温度制御システム（３０６）の流出口と前記ブロワ・システム（３０４）の前記吸入口（３２１）との間に接続されたバイパス・ループ（３３０）を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の気体式試験システム（３００）。
【請求項３】
前記温度制御システム（３０６）が、前記気体を冷却して前記気体の前記温度を実質的に一定のレベルに維持することができるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の気体式試験システム（３００）。
【請求項４】
前記温度制御システム（３０６）が、
熱交換器（５０６）と、
前記熱交換器に接続された蒸発式冷却塔（５０８）と、
を含むことを特徴とする請求項３記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項５】
前記ブロワ・システム（３０４）に必要とされる仕事率が300馬力以下であることを特徴とする請求項１記載の気体式試験システム（３００）。
【請求項６】
前記ブロワ・システム（３０４）が、300〜1500 lbs/minの範囲内の流量で前記気体の前記高流量を発生することができるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の気体式試験システム（３００）。
【請求項７】
前記ブロワ・システム（３０４）が、前記吸入口（３２１）と前記吐出口（３２２）との間に約40 PSI以下の圧力上昇を発生させるものであることを特徴とする請求項１記載の気体式試験システム（３００）。
【請求項８】
前記フロー・ループ（３０２、５０２）が、25〜700 PSIの範囲内の圧力に加圧されることを特徴とする請求項１記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項９】
前記基準流量計システム（３０８、５１２）が、互いに並列に接続された複数の基準セクション（４００〜４０４、５３１、５４１、５５１、５６１）のアレイから成ることを特徴とする請求項１記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項１０】
前記複数の基準セクション（４００〜４０４、５３１、５４１、５５１、５６１）の各々が、流量計を含むことを特徴とする請求項９記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項１１】
前記複数の基準セクション（５３１、５４１、５５１、５６１）の各々が、体積流量計と質量流量計とを含むことを特徴とする請求項１０記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項１２】
前記質量流量計がコリオリ流量計（５３３、５４３、５５３、５６３）から成ることを特徴とする請求項１１記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項１３】
前記複数の基準セクション（４００〜４０４、５３１、５４１、５５１、５６１）の各々が、特定の流量範囲に適合したものであることを特徴とする請求項８記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項１４】
前記被検装置システム（３１０、５１４）が、
前記気体で試験を行えるように構成された被検装置（５７２）と、
軸心方向に移動して前記被検装置を前記フロー・ループ（３０２、５０２）に接続することができるように構成されたカプラ・システム（５７４）と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項１５】
前記被検装置システム（３１０、５１４）が、
前記気体を前記被検装置（５７２）の中に流す前に、前記被検装置システムから気体及び水蒸気を吸引除去することができるように構成された真空源（５１６）、
を含むことを特徴とする請求項１４記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項１６】
前記フロー・ループ（５０２）の初期加圧を行うことができるように構成された気体供給源（５２０）を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項１７】
前記被検装置システム（５１４）及び前記フロー・ループ（５０２）の中の前記気体を放出することができるように構成された気体放出装置（３２４）を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項１８】
前記複数の基準セクション（４００〜４０４、５３１、５４１、５５１、５６１）のうちの１つの基準セクションを通って流れる前記気体の流量を制御することができるように構成された制御システム（５１５）を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項１９】
前記制御システム（５１５）が、前記複数の基準セクション（４００〜４０４、５３１、５４１、５５１、５６１）のうちの前記１つの基準セクションによる測定値と、前記被検装置システム（５１４）に接続された被検装置（５７２）による測定値とを比較して、当該被検装置の較正を実行することができるように構成されていることを特徴とする請求項１８記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項２０】
気体を収容できるように構成されたフロー・ループ（３０２）と、前記気体の温度を制御できるように構成された温度制御システム（３０６）と、前記気体の特性を測定できるように構成された基準流量計システム（３０８）と、被検装置を前記フロー・ループに接続して当該被検装置に前記気体の特性を測定させることができるように構成された被検装置システム（３１０）とを備えた気体式試験システム（３００）を動作させる方法において、
前記気体をブロワ・システム（３０４）の吸入口（３２１）に流入させ、
前記ブロワ・システム（３０４）の吐出口（３２２）から前記気体を高流量で流出させて前記フロー・ループの中で前記気体を循環させ、前記ブロワ・システムが、前記高流量を発生させる際に前記吸入口と前記吐出口との間に小さな圧力上昇を発生させるようにする、
ことを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記基準流量計システム（３０８）により前記気体の流量を測定し、
前記被検装置により前記気体の流量を測定し、
前記基準流量計システムによる流量測定値と前記被検装置による流量測定値とを比較して前記被検装置の較正を実行する、
ことを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記温度制御システム（３０６）の流出口から流出する前記気体の一部をバイパスさせて前記気体の前記一部を前記ブロワ・システム（３０４）の前記吸入口（３２１）へ環流させる、
ことを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
前記温度制御システム（３０６）により前記気体を冷却して前記気体の前記温度を略々一定のレベルに維持する、
ことを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２４】
前記基準流量計システム（３０８、５１２）が、複数の基準セクション（４００〜４０４、５３１、５４１、５５１、５６１）のアレイから成り、
前記複数の基準セクションのうちの１つの基準セクションを流れる前記気体の流れを制御する、
ことを特徴とする請求項２０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験システムの分野に関し、より詳しくは、被検装置の較正を実行するための気体式試験システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
流量計の設計者にとっては、新たに設計した流量計の精度や品質などを試験することがしばしば必要となる。流量計の設計を行っている企業の多くは、流量計の企業内試験設備として、液体を用いて試験を行うようにした液体式試験設備を所有しており、液体式試験設備を採用している理由は、低コストで短期間のうちに設置できるからである。これに対して、気体式試験設備は、企業内試験設備として一般的なものではない。そのため、通常は、流量計の設計者を気体式試験設備のあるところへ出張させる必要があり、また、気体式試験設備の使用料を支払う必要もあった。従って、コストと時間を費やさねばならなかった。更に、設計者にとって、設計変更を行ったときに、それに関するフィードバックが即座に得られるならば、大きな利益となるはずである。しかしながら、現状では、設計者は、新たに設計した流量計の試験を行うまでにも、また、その試験結果を得るまでにも、数週間から数か月待たねばならない。また、企業内設備として構築することのできる、十分に小規模で、十分にコストエフェクティブな気体式試験設備が得られるならば、設計者にとって、大きな利益となるはずである。
【０００３】
気体式試験設備の種類としては、代表的なものが２種類ある。それら２種類のうちの一方は、ブローダウン・システムである。ブローダウン・システムは、コンプレッサによって大気中の空気を吸入し、圧縮して、タンク内に貯留する。そして、タンク内の圧力が試験のための目標圧力に達したならば、そのタンクから空気を流出させ、その空気が基準流量計及び被検装置（unit under test: ＵＵＴ）を通過して流れるようにする。それらを通過して流れた空気は大気中へ放出される。このようにタンクから流出して大気中へ放出される気体の流量を、基準流量計及びＵＵＴにより測定する。そして、基準流量計による測定値に基づいて、ＵＵＴの較正を実行する。しかしながら、このようなブローダウン・システムには、動作持続時間が短く、高コストで、非効率的で、しかも、非常に大きな騒音を発生するという問題が付随している。図１は、ブローダウン・システムの一例を示した図であり、このブローダウン・システムについては、後に更に詳細に説明する。
【０００４】
気体式試験設備の代表的な２種類のうちの他方は、循環気体ループ方式である。米国、テキサス州、サンアントニオ市に所在の、Southwest Research Institute（登記商号）が運営しているMetering Research Facilityは、循環気体ループ方式を採用した試験設備である。このMetering Research Facilityは、気体ループと、コンプレッサと、冷却器と、複数本の音速ノズルと、被検装置（ＵＵＴ）を装着する複数のステーションとを備えている。コンプレッサは、気体ループの中で気体を循環させ、その循環流の流量が目標流量になるようにする。コンプレッサは、気体ループの中で気体を循環させる際に、その気体ループの中の気体に熱を付与する。冷却器は、気体ループの中の気体を冷却して、目標温度に維持するためのものである。また、ＵＵＴ及び音速ノズルの夫々により、その気体の流量を測定する。音速ノズルは、ＵＵＴにとっての基準流量計として機能するものである。そして、ＵＵＴによる測定値を、音速ノズルによる測定値と比較して、被検装置（ＵＵＴ）である流量計の精度を検証するなどの、ＵＵＴの較正を実行する。しかしながら、このMetering Research Facilityには、設備が非常に大規模で、高コストで、運転に大電力を要するという問題が付随している。現在のMetering Research Facilityは、多くの企業にとって、その規模、コスト、及び消費電力の点で、効率的に設置及び運用することが不可能なものである。図２は、Metering Research Facilityの一例を示した図であり、このMetering Research Facilityについては、後に更に詳細に説明する。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、気体式試験システムに付随していた上述の問題を解決しようとするものである。本発明に係る気体式試験システムは、フロー・ループと、ブロワ・システムと、温度制御システムと、基準流量計システムと、被検装置（ＵＵＴ）システムとを備えている。ＵＵＴシステムは、被検装置（ＵＵＴ）をフロー・ループに接続することができるように構成されている。フロー・ループの中の気体は加圧されており、その加圧された高圧の気体が、ブロワ・システムの吸入口に流入するようにしてある。ブロワ・システムは、吸入口へ流入してくる加圧された気体を吐出口から高流量で流出させて、その気体をフロー・ループの中で循環させる。このブロワ・システムは、その高流量を発生させる際に、吸入口と吐出口との間に小さな圧力上昇を発生させる。ブロワ・システムから流出した気体は温度制御システムに流入し、温度制御システムはその気体の温度を制御する。基準流量計システムは、フロー・ループの中で循環している気体の特性を測定する。フロー・ループの中で循環している気体の特性を、ＵＵＴシステムに装着されているＵＵＴにおいても測定するようにすれば、基準流量計システムによる測定値を、ＵＵＴによる測定値と比較することで、そのＵＵＴの較正を実行することができる。
【０００６】
本発明に係る気体式試験システムは、小規模で、低コストで、効率的な試験システムを提供し得るという利点を有するものである。本発明に係る気体式試験システムは、企業内設備として構築することのできる、十分に小規模で、十分にコストエフェクティブなシステムとなし得るものである。企業内設備として構築した試験システムがあれば、流量計などの気体装置の設計者は、設計変更を行ったときに、それに関するフィードバックが即座に得られる。そのため、設計者が新たな製品を開発するのに要する期間を短縮することができ、それに要する費用を削減することができる。また更に、本発明に係る気体式試験システムは、従来の試験システムと比べて消費電力がはるかに少なく、そのため運用コストの点でも、よりコストエフェクティブなものとなっている。
【０００７】
本発明の１つの局面は、気体式試験システムから成るものであり、この気体式試験システムは、
気体を収容できるように構成されたフロー・ループと、
前記フロー・ループに接続され、前記気体の温度を制御できるように構成された温度制御システムと、
前記フロー・ループに接続され、前記気体の特性を測定できるように構成された基準流量計システムと、
被検装置を前記フロー・ループに接続して当該被検装置に前記気体の特性を測定させることができるように構成された被検装置システムと、
を備えた気体式試験システムにおいて、
吸入口及び吐出口を有するブロワ・システムを備え、該ブロワ・システムは、前記気体が前記吸入口に流入し、前記吐出口から前記気体を高流量で流出させて前記フロー・ループの中で前記気体を循環させることができるように構成されており、該ブロワ・システムは、前記高流量を発生させる際に前記吸入口と前記吐出口との間に小さな圧力上昇を発生させるものである、
ことを特徴とする気体式試験システムである。
【０００８】
この気体式試験システムは、更に、前記温度制御システムの流出口と前記ブロワ・システムの前記吸入口との間に接続されたバイパス・ループを備えたものとすることが好ましい。
【０００９】
前記温度制御システムが、前記気体を冷却して前記気体の前記温度を実質的に一定のレベルに維持することができるように構成されているようにすることが好ましい。
【００１０】
前記温度制御システムが、
熱交換器と、
前記熱交換器に接続された蒸発式冷却塔と、
を含むようにすることが好ましい。
【００１１】
前記ブロワ・システムに必要とされる仕事率が300馬力以下であるようにすることが好ましい。
【００１２】
前記ブロワ・システムが、300〜1500 lbs/minの範囲内の流量で前記気体の前記高流量を発生することができるように構成されているようにすることが好ましい。
【００１３】
前記ブロワ・システムが、前記吸入口と前記吐出口との間に約40 PSI以下の圧力上昇を発生させるものであるようにすることが好ましい。
【００１４】
前記フロー・ループが、25〜700 PSIの範囲内の圧力に加圧されるようにすることが好ましい。
【００１５】
前記基準流量計システムが、互いに並列に接続された複数の基準セクションのアレイから成るようにすることが好ましい。
【００１６】
前記複数の基準セクションの各々が、流量計を含むようにすることが好ましい。
【００１７】
前記複数の基準セクションの各々が、体積流量計と質量流量計とを含むようにすることが好ましい。
【００１８】
前記質量流量計がコリオリ流量計から成るようにすることが好ましい。
【００１９】
前記複数の基準セクションの各々が、特定の流量範囲に適合したものであるようにすることが好ましい。
【００２０】
前記被検装置システムが、
前記気体で試験を行えるように構成された被検装置と、
軸心方向に移動して前記被検装置を前記フロー・ループに接続することができるように構成されたカプラ・システムと、
を含むようにすることが好ましい。
【００２１】
前記被検装置システムが、
前記気体を前記被検装置の中に流す前に、前記被検装置システムから気体及び水蒸気を吸引除去することができるように構成された真空源、
を含むようにすることが好ましい。
【００２２】
この気体式試験システムは、更に、前記フロー・ループの初期加圧を行うことができるように構成された気体供給源を備えたものとすることが好ましい。
【００２３】
この気体式試験システムは、更に、前記被検装置システム及び前記フロー・ループの中の前記気体を放出することができるように構成された気体放出装置を備えたものとすることが好ましい。
【００２４】
この気体式試験システムは、更に、前記複数の基準セクションのうちの１つの基準セクションを通って流れる前記気体の流量を制御することができるように構成された制御システムを備えたものとすることが好ましい。
【００２５】
前記制御システムが、前記複数の基準セクションのうちの前記１つの基準セクションによる測定値と、前記被検装置システムに接続された被検装置による測定値とを比較して、当該被検装置の較正を実行することができるように構成されているようにすることが好ましい。
【００２６】
本発明の更なる局面は、気体式試験システムを動作させる方法から成るものであり、この方法は、
気体を収容できるように構成されたフロー・ループと、前記気体の温度を制御できるように構成された温度制御システムと、前記気体の特性を測定できるように構成された基準流量計システムと、被検装置を前記フロー・ループに接続して当該被検装置に前記気体の特性を測定させることができるように構成された被検装置システムとを備えた気体式試験システムを動作させる方法において、
前記気体をブロワ・システムの吸入口に流入させ、
前記ブロワ・システムの吐出口から前記気体を高流量で流出させて前記フロー・ループの中で前記気体を循環させ、前記ブロワ・システムが、前記高流量を発生させる際に前記吸入口と前記吐出口との間に小さな圧力上昇を発生させるようにする、
ことを特徴とする方法である。
【００２７】
この方法においては、更に、
前記基準流量計システムにより前記気体の流量を測定し、
前記被検装置により前記気体の流量を測定し、
前記基準流量計システムによる流量測定値と前記被検装置による流量測定値とを比較して前記被検装置の較正を実行する、
ようにすることが好ましい。
【００２８】
この方法においては、更に、
前記温度制御システムの流出口から流出する前記気体の一部をバイパスさせて前記気体の前記一部を前記ブロワ・システムの前記吸入口へ環流させる、
ようにすることが好ましい。
【００２９】
この方法においては、更に、
前記温度制御システムにより前記気体を冷却して前記気体の前記温度を略々一定のレベルに維持する、
ようにすることが好ましい。
【００３０】
前記基準流量計システムが、複数の基準セクションのアレイから成るようにし、この方法においては、更に、
前記複数の基準セクションのうちの１つの基準セクションを流れる前記気体の流れを制御する、
ようにすることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１及び図２は、本発明の理解を容易にすることを目的として、従来のシステムを図示したものである。図３〜図５並びに以下の説明は、本発明を実施するための最良の形態をいかにして製作し使用するかを当業者に教示することを目的として、本発明の具体的な実施例を図示し説明したものである。本発明の原理を教示することを目的としているため、本発明の具体的な細部構成のうち、従来から存在するものについては、それを簡略に示すにとどめることもあり、また、全く示さずに省略することもある。ただし、当業者であれば、本発明の範囲に含まれるところの、以下に示す実施例の様々な変更例にも想到するのは当然のことである。また、当業者であれば、以下に示す数多くの特徴を様々に組合せることによって本発明の数多くの変更例を構成し得るということも、理解するはずである。それゆえ、本発明は、以下に説明する具体的な実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載したところのもの、並びに、その均等物に相当するものに、限定されるものである。
【００３２】
従来のブローダウン・システム−図１
図１は、従来の典型的なブローダウン・システム１００を示した図である。このブローダウン・システム１００は、コンプレッサ１０２、タンク１０４、圧力制御弁１０６、制御システム１０８、基準流量計１１０、それに被検装置（ＵＵＴ）１１２を含んでいる。コンプレッサ１０２はタンク１０４に接続されている。タンク１０４は制御弁１０６に接続されている。制御弁１０６は、制御システム１０８及び基準流量計１１０に接続されている。基準流量計１１０はＵＵＴ１１２に接続されている。制御システム１０８はリンク１１３を介して基準流量計１１０に接続され、また、リンク１１４を介してＵＵＴ１１２に接続されている。
【００３３】
動作について説明すると、コンプレッサ１０２は、大気中の空気を吸入し、圧縮してタンク１０４の中に貯留することによって、このタンク１０４内の圧力を大気圧よりはるかに高い圧力にまで加圧する。例えば、試験によっては、コンプレッサ１０２によってタンク１０４内に蓄積する圧力を1000 PSI（約70 kg/cm2）もの高圧にすることもある。タンク１０４内の圧力が、試験を実行することのできる十分な高圧になったならば、制御弁１０６を開弁してタンク１０４から空気を流出させる。このとき、制御システム１０８は制御弁１０６を調節して、タンク１０４から流出させる空気の圧力及び流量を制御する。基準流量計１１０及びＵＵＴ１１２を通過して流れた空気は、周囲環境中へ放出される。
【００３４】
空気が基準流量計１１０及びＵＵＴ１１２を通過して流れるとき、制御システム１０８またはその他のシステムが、基準流量計１１０及びＵＵＴ１１２の夫々の流量測定値を読み取る。制御システム１０８は、基準流量計１１０の流量測定値とＵＵＴ１１２の流量測定値とを比較することによって、ＵＵＴ１１２の精度の検証や、ＵＵＴ１１２の較正を実行する。
【００３５】
ブローダウン・システムには、幾つもの問題が付随している。第１に、ブローダウン・システムは動作持続時間が短い。タンク１０４内の圧力が低下して、試験に必要な流速を発生させることが不可能な圧力になったならば、その時点で試験を終了せざるを得ない。圧力がそれほどに低下するまでの時間は、タンク１０４の容量と、試験に用いる流速とに応じて決まるが、非常に短い時間となることがある。第２に、ブローダウン・システムは高コストで非効率的である。適切な長さの試験時間と適切な大きさの流速とを提供できるようにするためには、コンプレッサ１０２及びタンク１０４が十分に大型のものでなければならない。ブローダウン・システムに関しては、コストと動作持続時間との間で、適当な折り合いを付けなければならない。更に、コンプレッサ１０２は、タンク１０４の中に空気を貯留する際の動作仕事率が、非常に大きなものとならざるを得ず、場合によっては1350馬力（約1010 kW）を優に超えるほどの大きな仕事率が要求されることもある。例えば、コンプレッサによって、大気中の空気を500 PSI（約35 kg/cm2）にまで加圧する場合の仕事量は、172,000 ft*lbf/lbm（約514 kJ/kg）という大きな値になる。そして、タンク１０４に空気を充填するために注ぎ込んだ仕事量は、その略々全てが、空気が大気中へ放出されることによって散逸する。更に、コンプレッサ１０２そのものが発熱するため、その発熱を抑制する必要もある。例えば、コンプレッサによって、大気中の空気を500 PSIにまで加圧する場合であれば、単純な理想化した熱力学的モデルに従って計算すると、加圧された空気の温度は1500°F（約820°C）にまで上昇し、これによってコンプレッサの効率は60％に低下する。第３に、加圧した空気を大気中に放出する際に大きな騒音が発生する。この騒音によって、基準流量計１１０及びＵＵＴ１１２が共鳴現象を起こすこともあり、共鳴現象が発生すると試験品質が低下する。更に、この騒音によって試験作業員に聴力障害が引き起こされるおそれもある。
【００３６】
従来の流量測定技術研究設備−図２
図２は、従来の流量測定技術研究設備２００を示した図である。この流量測定技術研究設備２００は、米国、テキサス州、サンアントニオ市に所在の、Southwest Research Institute（登記商号）が運営しているMetering Research Facilityを図示したものである。この流量測定技術研究設備２００は、低圧ループ２０６と高圧ループ２０８とを含んでいる。低圧ループ２０６は、コンプレッサ２０２、冷却器２０４、計量タンク２１０、音速ノズル列２１２、それに、マニホルド２１６を含んでいる。高圧ループ２０８は、コンプレッサ２２０、冷却器２２２、音速ノズル列２１４、それに、マニホルド２１８を含んでいる。マニホルド２１６及び２１８は、試験をするためにこの流量測定技術研究設備２００に装着した被検装置（ＵＵＴ）に接続している。流量測定技術研究設備２００は、更にその他の構成要素も含んでいるが、それら構成要素については簡明を旨として説明を省略する。
【００３７】
低圧ループ２０６と、高圧ループ２０８とは、いずれも、循環流のフロー・ループとして構成されている。流量計の試験を高圧ループ２０８において実行する場合には、その流量計（ＵＵＴ）を、ボルトを用いて高圧ループ２０８のマニホルド２１８に接続する。そして、高圧ループ２０８に気体を注入して初期加圧を行う。このときの高圧ループ２０８の目標圧力は、例えば1000 PSI（約70 kg/cm2）である。高圧ループ２０８の加圧が完了したならば、続いて、コンプレッサ２２０によって、高圧ループ２０８の中で気体を目標流量で循環させる。コンプレッサ２２０により高圧ループ２０８の中で気体を循環させる際の目標流量は、例えば3000 lbs/min（約1360 kg/min）である（この流量の値は、圧力が1000 PSIのときのものである）。これほどの高圧で気体を循環させるためには、コンプレッサ２２０が、非常に大型のものである必要がある。あらゆるコンプレッサがそうであるように、このコンプレッサ２２０も、気体を循環させている間に大量の熱を発生する。冷却器２２２は、気体を冷却して、試験に適した目標温度にするものである。コンプレッサ２２０が大量の熱を発生するため、気体から熱を除去するための冷却器２２２もまた、十分に大型のものでなければならない。
【００３８】
高圧ループ２０８の中を循環して流れている気体の流量を、ＵＵＴで測定すると共に、音速ノズル列２１４の中の１本ないし複数本の音速ノズルでも測定する。この場合、音速ノズルは、ＵＵＴにとっての基準流量計として機能する。続いて、制御装置ないしオペレータが、音速ノズルによる測定値と、ＵＵＴによる測定値とを比較して、ＵＵＴの精度の検証や、ＵＵＴの較正を実行する。
【００３９】
流量測定技術研究設備２００に付随する問題としては、大規模であること、高コストであること、それに運転電力が大きいことがある。また、流量測定技術研究設備２００は、構築及び運転に広いスペースを必要とするため、建物の中に設置することが容易でない。サンアントニオ市の上述したMetering Research Facilityは、屋外に構築されており、フットボール競技場の何倍もの広さの敷地を占有している。
【００４０】
流量測定技術研究設備２００は高圧で高流量の気体を取扱うため、コンプレッサ２２０には、非常に大型のものが用いられている。コンプレッサ２２０の大きさとしては、例えば1200馬力もの大型のものが用いられることもある。コンプレッサ２２０が大型のものでなければならない理由の１つは、コンプレッサ２２０の吸入口における圧力が高圧であるということである。通常のコンプレッサの運転状態では、吸入口における圧力は低圧であり、略々大気圧であるのが普通である。ところが、高圧ループ２０８は加圧されているため（1000 PSIもの高圧であることすらある）、コンプレッサ２２０の吸入口には、大気圧よりはるかに高い圧力が作用する。通常のコンプレッサでは、よほど大型のものでない限り、吸入口の圧力がこれほど高いと損傷するおそれがある。非常に大型のコンプレッサ（約1000馬力）であれば、流入口の圧力がこれほどの高圧であっても対応することができる。
【００４１】
しかしながら、大型のコンプレッサには、非効率的であり、大電力を必要とし、大量の熱を発生するという問題が付随している。そのため、コンプレッサ２２０は、高圧ループ２０８の中で気体を循環させている間に、この高圧ループ２８０の中へ大量の熱を注入することになる。既述のごとく、冷却器２２２は、コンプレッサ２２０によって加熱された気体を冷却してその温度を低下させるものである。しかしながら、コンプレッサ２２０が高圧ループ２０８の中へ注入する熱が大量であると、その熱を高圧ループ２０８から除去するために、冷却器２２２も、十分に大型のものにしておかなければならない。例えば、コンプレッサが1000馬力のものである場合には、そのコンプレッサが発生する熱に対処するために、1000馬力に相当する電力を消費する冷却器が必要となることがある。従って、流量測定技術研究設備２００を運転する際には、コンプレッサ２２０と冷却器２２２とが共に大電力を必要とすることから、合計消費電力は非常に大きなものとなる。
【００４２】
流量測定技術研究設備２００は、以上に説明した問題が付随しているため、即ち、大規模で、高コストで、大電力を必要とするものであるため、多くの企業にとって、設置することのできない非経済的な設備である。そのため設計者は、委託試験を利用せざるを得ない状況にあるが、委託試験に出すと時間もコストもかかることになる。
【００４３】
第１実施例−図３及び図４
図３は、本発明の実施例に係る気体式試験システム３００を示した図である。この気体式試験システム３００は、フロー・ループ３０２、ブロワ・システム３０４、温度制御システム３０６、基準流量計システム３０８、それに、被検装置システム３１０を含んでいる。フロー・ループ３０２は閉ループとして構成されている。ブロワ・システム３０４、温度制御システム３０６、基準流量計システム３０８、及びＵＵＴシステム３１０は、フロー・ループ３０２に接続されており、それらを含めてフロー・ループ３０２が閉ループとして維持されている。
【００４４】
本発明の理解を容易にするために、以下に幾つかの用語の定義を明らかにしておく。ブロワ・システムとは、吸入口及び吐出口を有する任意のシステム、またはデバイス、またはコンポーネントであって、加圧された気体が流入し、吐出口から高流量で気体を流出させることができるように構成されたものをいう。ブロワ・システムが高流量を発生させる際に吸入口と吐出口との間に発生させる圧力上昇は小さい。ブロワ・システムの具体例を挙げるならば、例えば、米国、コロラド州、アルバダ市に所在のSundyne Corporationが製造しているコンプレッサなどが挙げられる。本発明の実施例に用いられているブロワ・システムは、吸入口と吐出口との間に発生させる圧力上昇が大きく体積流量が小さい典型的なコンプレッサとは、異なったものである。また、そのブロワ・システムは、吸入口における気体の圧力が高くても対応できるという点においても、典型的なコンプレッサとは異なったものである。
【００４５】
また、フロー・ループとは、任意の管路、または配管、またはその他の封入構造であって、その中に気体を収容することができるように構成されたものをいう。温度制御システムとは、任意のシステム、またはデバイス、またはコンポーネントであって、フロー・ループの中で循環する気体の温度を制御できるように構成されたものをいう。温度制御システムは、その気体の温度を、略々一定のレベルに保持するように機能するものである。温度制御システムの具体例を挙げるならば、例えば、熱交換器から成るシステムや、熱交換器と蒸発式冷却塔とを組合せたシステムなどが挙げられる。基準流量計システムとは、任意のシステム、またはデバイス、またはコンポーネントであって、気体ループの中で循環する気体の特性を測定できるように構成されたものをいう。被検装置システムとは、任意のシステム、またはデバイス、またはコンポーネントであって、被検装置をフロー・ループに接続することができるように構成されたものをいう。高流量とは、300 lbs/min（約136 kg/min）以上で流れる気体の流量をいう。小さな圧力上昇とは、約50 PSI（約3.5 kg/cm2）以下の圧力上昇をいう。較正とは、被検装置の精度を検査すること、または、被検装置に調整を施してその精度を向上させることをいう。例えば、コリオリ流量計の較正には、流量較正係数を補正して、そのコリオリ流量計の精度を向上させることなどが含まれる。
【００４６】
動作について説明すると、先ず、被検装置（ＵＵＴ）を、ＵＵＴシステム３１０を介してフロー・ループ３０２に接続する。ＵＵＴの具体例を挙げるならば、例えば、流量計、コリオリ流量計、それにその他の気体装置などが挙げられる。次に、フロー・ループ３０２に気体を注入して、初期加圧を行う。気体としては、空気、天然ガス、ヘリウムなどをはじめとする、様々なガスが用いられる。フロー・ループ３０２の加圧が完了して、試験が開始されたならば、加圧された気体が、ブロワ・システム３０４の吸入口に流入してくる。ブロワ・システム３０４は、吸入口３２１に流入してくる加圧された気体を、吐出口３２２から高流量で流出させ、それによって、加圧された気体をフロー・ループ３０２の中で循環させる。ブロワ・システム３０４は、高流量を発生させる際に、吸入口３２１と吐出口３２２との間に小さな圧力上昇を発生させる。ブロワ・システム３０４から流出した気体の流れは温度制御システム３０６に流入し、温度制御システム３０６はその気体の温度を制御する。ここでいう温度の制御とは、例えば、フロー・ループ３０２の中の気体を冷却して試験に適した目標温度にすることなどである。基準流量計システム３０８によって、フロー・ループ３０２の中で循環している気体の特性を測定する。また、ＵＵＴシステム３１０に接続されているＵＵＴでも、フロー・ループ３０２の中で循環している気体の特性を測定する。そして、基準流量計システム３０８による測定値を、ＵＵＴによる測定値と比較することによって、ＵＵＴの較正を実行することができる。尚、当業者であれば、以上の開示に基づき、既存の気体式試験システムに改造を施して以上に説明した気体式試験システム３００を製作することも、当然可能であろう。
【００４７】
本発明の実施例では、気体式試験システム３００が更に、バイパス・ループ３３０を含んでいる。バイパス・ループ３３０は制御弁３３２を備えており、この制御弁３３２は、バイパス・ループ３３０の中を流れる気体の流量を制御することができるように構成されている。バイパス・ループ３３０は、温度制御システム３０６の流出口から流出してくる気体の一部を抽出し、それをブロワ・システム３０４の吸入口３２１へ環流させることができるように構成されている。制御弁３３２は、ブロワ・システム３０４の吸入口３２１へ環流する気体の流量を制御するものである。
【００４８】
図４は、本発明の実施例に用いられる、基準流量計システム３０８の１つの具体例を示した図である。この基準流量計システム３０８は、互いに並列に接続された複数の基準セクション４０１〜４０４から成るアレイとして構成されている。基準セクション４０１〜４０４は夫々、流量計システム４０５〜４０８を含んでいる。それら流量計システム４０５〜４０８は、その各々が、１台または２台以上の質量流量計を含むものとすることもでき、１台または２台以上の体積流量計を含むものとすることもでき、１台または複数台のコリオリ流量計を含むものとすることもでき、１台または２台以上のタービン流量計を含むものとすることもでき、或いは更にその他の気体測定装置を含むものとすることもできる。基準セクション４０１〜４１４は更に、その各々が、遮断弁４１１〜４１４を含んでいる。アレイに含まれる基準セクションの個数は４個に限られず、３個以下とすることもできれば、５個以上とすることもでき、個々の場合に応じて適宜の個数とすればよい。流量計システム４０５〜４０８の各々は、気体の特定の特性を測定するのに適した特定の精度を有するように構成されている。例えば、流量計システム４０５は、高流量の場合に最も精度のよいものとし、流量計システム４０８は、低流量の場合に最も精度のよいものとし、流量計システム４０６及び流量計システム４０７は、高流量と低流量との間の流量において、より精度のよいものとしてもよい。尚、遮断弁４１１〜４１４は、流量計システム４０５〜４０８のうちの、どの流量計システムを基準流量計システムとするかを決定するものである。
【００４９】
第２実施例−図５
図５は、本発明の実施例に係る気体式試験システム５００を示した図である。この気体式試験システム５００は、100〜700 PSI（約7.0〜49 kg/cm2）の範囲内の圧力で、500〜1500 lbs/min（約230〜680 kg/min）の範囲内の流量を発生させることができるように構成されている。気体式試験システム５００は、フロー・ループ５０２、ブロワ・システム５０４、熱交換器５０６、蒸発式冷却塔５０８、バイパス・ループ５１０、基準流量計システム５１２、被検装置（ＵＵＴ）システム５１４、制御システム５１５、遮断弁５２７、圧力計５２８、それに、制御弁５２９を含んでいる。気体式試験システム５００は更に、真空源５１６を含んでおり、この真空源５１６は、遮断弁５１８を介してフロー・ループ５０２に接続されている。気体式試験システム５００は更に、気体供給源５２０を含んでおり、この気体供給源５２０は、遮断弁５２２を介してフロー・ループ５０２に接続されている。気体式試験システム５００は更に、気体放出装置５２４を含んでおり、この気体放出装置５２４は遮断弁５２６を介してフロー・ループ５０２に接続されている。この気体式試験システム５００は、更にその他の構成要素を含むものとすることができるが、それら構成要素については簡明を旨として図示省略した。
【００５０】
バイパス・ループ５１０は制御弁５１１を備えており、この制御弁５１１は、バイパス・ループ５１０の中を流れる気体の流量を制御することができるように構成されている。バイパス・ループ５１０は、熱交換器５０６の流出口から流出してくる気体の一部を抽出し、それをブロワ・システム５０４の吸入口へ環流させることができるように構成されている。バイパス・ループ５１０は、気体式試験システム５００が、低流量においても効果的に動作できるようにするものである。制御弁５１１は、ブロワ・システム３０４の吸入口へ環流させる気体の流量を制御するものである。バイパス・ループ５１０は、2インチ（約50 mm）径の管路で構成されている。
【００５１】
基準流量計システム５１２は、複数の基準セクション５３１、５４１、５５１、及び５６１を含んでいる。それらのうち、基準セクション５３１は、6インチ（約150 mm）径の管路と、コリオリ流量計５３３と、遮断弁５３５とを含んでいる。コリオリ流量計５３３としては、例えば、米国、コロラド州、ボールダー市に所在の、Micro Motion Inc.が製造している「CMF 400型」コリオリ流量計などを使用することができる。遮断弁５３５をはじめとして、この実施例に用いている遮断弁はいずれも、極低漏出量のフルボア型ボール弁としてある。基準セクション５４１は、4インチ（約100 mm）径の管路と、タービン流量計５４２と、コリオリ流量計５４３と、遮断弁５４５とを含んでいる。コリオリ流量計５４３としては、例えば、Micro Motion Inc.が製造している「CMF 300型」コリオリ流量計などを使用することができる。基準セクション５５１は、2インチ（約50 mm）径の管路と、タービン流量計５５２と、コリオリ流量計５５３と、遮断弁５５５とを含んでいる。コリオリ流量計５５３としては、例えば、Micro Motion Inc.が製造している「CMF 200型」コリオリ流量計などを使用することができる。基準セクション５６１は、1インチ（約25 mm）径の管路と、タービン流量計５６２と、コリオリ流量計５６３と、遮断弁５６５とを含んでいる。コリオリ流量計５６３としては、例えば、Micro Motion Inc.が製造している「CMF 100型」コリオリ流量計などを使用することができる。各々の基準セクションは、温度センサ及び圧力センサを含んでいる。基準流量計システム５１２の以上の構成要素については、それららのうちの幾つかを制御システム５１５に接続することもあり、また、それら全部を制御システム５１５に接続することもある。基準流量計システム５１２に含まれる基準システムの個数は４個に限られず、３個以下とすることもできれば、５個以上とすることもでき、個々の場合に応じて適宜の個数とすればよい。更に、気体式試験システム５００が、複数の基準流量計システム５１２を含むようにし、それら基準流量計システムが、フロー・ループ５０２の夫々に異なった位置に配設されているようにしてもよい。例えば、ＵＵＴシステム５１４の上流側と下流側の両方に基準流量計システム５１２が配設されているようにすることが考えられる。
【００５２】
ＵＵＴシステム５１４は、被検装置（ＵＵＴ）５７２をフロー・ループ５０２に接続することができるように構成されている。ＵＵＴシステム５１４は、ボルトを用いてＵＵＴ５７２をフロー・ループ５０２に接続するための１個または複数個のスプール・ピースを含んでいる。ＵＵＴシステム５１４は更に、ＵＵＴ５７２の取付けを容易にするためのカプラ・システム５７４を含んでいる。カプラ・システム５７４は、スプール・ピースに対して軸心方向の位置調節を施すものであって、その調節量は、例えば20インチ（約500 mm）以上である。これによって、ＵＵＴシステム５１４に用いるスプール・ピースの長さに関する融通性が、より大きなものとなっている。カプラ・システム５７４は、圧力に起因する軸心方向の荷重が発生しないように、圧力のバランスを取ってある。
【００５３】
動作について説明すると、先ず、ＵＵＴ５７２を、ＵＵＴシステム５１４を介してフロー・ループ５０２に接続する。ＵＵＴ５７２を接続するには、ボルトを用いて１個または複数個のスプール・ピースをフロー・ループ５０２に接続する。また、スプール・ピースと共にカプラ・システム５７４を用いて、ＵＵＴ５７２をフロー・ループ５０２に接続する。ＵＵＴ５７２の接続が完了したならば、制御システム５１５が、遮断弁１８を開弁する。すると、ＵＵＴシステム５１４をはじめとする、このフロー・ループ５０２の様々な構成要素の中に存在していた気体及び水蒸気が、真空源５１６によって吸引除去される。続いて、制御システム５１５は、遮断弁５１８を閉弁する。続いて、制御システム５１５は、遮断弁５２２を開弁する。すると、気体供給源５２０からフロー・ループ５０２へ気体が供給されて、初期加圧が行われる。供給される気体は、空気、天然ガス、ヘリウム、等々である。また、気体供給源５２０がフロー・ループ５０２を初期加圧する際の目標圧力は、例えば25〜700 PSI（約1.8〜49 kg/cm2）であり、ただし、それ以上の圧力とする場合もある。気体供給源５２０は、例えばコンプレッサやガスボンベなどであり、或いは、更にその他の供給源であることもある。
【００５４】
フロー・ループ５０２の中の圧力が目標公称圧力に達したならば、試験を開始することができる。ブロワ・システム５０４が、加圧された気体をフロー・ループ５０２の中で高流量で循環させる。ブロワ・システム５０４が循環させる気体の流量は、例えば500〜1500 lbs/minである。既述のごとく、ブロワ・システム５０４は、通常のコンプレッサとは、異なったものである。通常のコンプレッサは、大きな圧力上昇（100 PSI以上）を発生させ、その流量は低流量である。ブロワ・システム５０４は、発生させる流量が高流量であり、発生させる圧力上昇は小さい。更に、通常のコンプレッサは、吸入口の圧力が高圧であることに対応できない。吸入口の圧力が高圧であると、インペラに大きなスラスト荷重が作用し、通常のコンプレッサのベアリングは、そのような大きなスラスト荷重には耐えられないのである。ブロワ・システム５０４の具体例を挙げるならば、例えば、米国、コロラド州、アルバダ市に所在の、Sundyne Corporationが製造しているコンプレッサが挙げられる。Sundyne社のコンプレッサは、吸入口の圧力が1000 PSIに達するほどの高圧であっても耐えられるスラスト・ベアリングを備えた設計とされている。
【００５５】
ブロワ・システム５０４が発生させる圧力上昇の大きさは、気体式試験システム５００の全体としての圧力損失の大きさ以上である必要はない。気体式試験システム５００の圧力損失は、約10〜30 PSI（約0.7〜2.1 kg/cm2）である。従って、ブロワ・システム５０４が発生させる圧力上昇は、約50 PSI（約3.5 kg/cm2）以下でよく、それによって10〜30 PSIの圧力損失を補償することができる。個々の場合に応じて、ブロワ・システム５０４が発生させる圧力上昇は45 PSI以下でよいこともあり、また、40 PSI、35 PSI、30 PSI、25 PSI、20 PSI、15 PSI、或いは10 PSI以下でよいこともある。このように、必要とされる圧力上昇が小さいため、ブロワ・システム５０４には、大きな仕事率は要求されない。ブロワ・システム５０４に必要とされる仕事率は、個々の場合に応じて、300馬力以下であることもあれば、275馬力、250馬力、225馬力、200馬力、175馬力、或いは150馬力以下であることもある。本実施例では、ブロワ・システム５０４に必要とされる仕事率は150馬力である。
【００５６】
ブロワ・システム５０４は、気体を循環させているときに、その気体に熱を付与する。熱交換器５０６及び冷却塔５０８は、気体を冷却して、フロー・ループ５０２の中の温度を一定に維持するためのものである。熱交換器５０６は、シェル・アンド・チューブ熱交換器であり、複数本のチューブを備えたものである。フロー・ループ５０２から流入してくる気体が、それらチューブの中を通過しているとき、それらチューブの外側には、グリコール水溶液が流されており、それによって、気体からグリコール水溶液へ熱が伝達されるようにしている。熱伝達のための液体としては、その他の様々な液体を使用することも可能である。熱交換器５０６の中にグリコール水溶液を流すために、ポンプ（不図示）が用いられており、このポンプによって、グリコール水溶液は冷却塔５０８へ圧送されている。冷却塔５０８は、閉ループ管路を含んでおり、この閉ループ管路の中を、加熱されたグリコール水溶液がポンプによって流されている。冷却塔５０８では、その閉ループ管路の外壁に散水すると共に、ファンによって、その閉ループ管路の間に空気を流通させており、それらによってグリコール水溶液を冷却している。
【００５７】
熱交換器５０６を通過した気体は、その一部をバイパス・ループ５１０の経路へ導くことができるようにしてある。バイパス・ループ５１０の経路へ導かれる気体の量は、制御システム５１５及び制御弁５１１によって制御される。バイパス・ループ５１０は、熱交換器５０６の流出口から流出する気体を抽出し、ブロワ・システム５０４の吸入口へ環流させるためのものである。バイパス・ループ５１０は、ブロワ・システム５０４の熱暴走を回避する機能を果たすことができ、これが可能であるのは、高温の気体の替わりに、熱交換器５０６から流出する冷却された気体を、バイパス・ループ５１０がブロワ・システム５０４へ環流させるからである。また、気体の流量が低流量であるときに、このバイパス・ループ５１０を利用して、ブロワ・システム５０４がサージングを発生したり、デッドヘッド状態となるのを回避することができる。サージングは一般的に、高ヘッド、低流量の条件下で発生する。バイパス・ループ５１０を機能させることによって、フロー・ループ５０２の流量が低流量であるときにも、ブロワ・システム５０４における流量を高流量にすることができる。従って、フロー・ループ５０２の流量が低流量でも、ブロワ・システム５０４の流量を、それより高流量の、好適動作範囲内の流量に設定することができる。制御システム５１５は、バイパス・ループ５１０の経路へ導かれる気体の量を制御することによって、フロー・ループ５０２のの流量を増減することができるように構成されている。フロー・ループ５０２の流量を増加させる必要があるときには、ブロワ・システム５０４の運転強度を増大させるが、その際には、併せてバイパス・ループ５１０を遮断するようにするとよい。
【００５８】
熱交換器５０６を通過した気体は、基準流量計システム５１２へ流入する。基準流量計システム５１２に流入してきた気体は、コリオリ流量計５３３及び基準セクション５３１を通って流れる。コリオリ流量計５３３は、その気体の流量及び／またはその他の特性を測定し、その測定値は制御システム５１５へ供給される。このコリオリ流量計５３３は、流量が高流量である場合のメインの基準流量計である。
【００５９】
基準流量計システム５１２へ流入してきた気体は、上述した経路を流れると共に、この基準流量計システム５１２の、その他の基準セクションにも流れるようにすることができる。既述のごとく、複数の基準セクションは、その各々がタービン流量計とコリオリ流量計との両方を含んでいる。制御システム５１５は、複数の基準セクションの各々に備えられている遮断弁を開閉することによって、どの基準セクションを通して気体を流すかを決定できるように構成されている。制御システム５１５は、基準流量計の精度を最良にすることのできる、１つまたは複数の基準セクションを選択する。各々の基準セクションのタービン流量計及びコリオリ流量計は、所定の目標圧力及び目標流量に適合した大きさのものとされている。各々の基準セクションが複数の流量計を含んでいるようにしたことによって、この基準流量計システム５１２の精度並びにトレーサビリティが、非常に優れたものとなっている。
【００６０】
制御システム５１５が、遮断弁を制御して、ある１つの基準セクションをフロー・ループ５０２に中に組み込んだならば、こうして選択されたその基準セクションのタービン流量計及びコリオリ流量計によって、それら流量計を通ってを流れる気体の流量及び／またはその他の特性が測定され、それらの測定値は制御システム５１５へ供給される。基準流量計システム５１２を通過した気体はＵＵＴシステム５１４へ流入する。そこでは、ＵＵＴ５７２によって、その気体の流量及び／またはその他の特性が測定され、その測定値は制御システム５１５へ供給される。ＵＵＴシステム５１４を通過した気体は、フロー・ループ５０２の中で循環することによって、ブロワ・システム５０４へ環流する。制御弁５２９は、フロー・ループ５０２の中の動作圧力を制御して、フロー・ループ５０２の圧力を目標圧力にするものである。
【００６１】
制御システム５１５は、基準流量計システム５１２及びＵＵＴ５７２から測定値を受取る。制御システム５１５は、基準流量計システム５１２による測定値をＵＵＴ５７２による測定値と比較して、ＵＵＴ５７２の較正を実行する。各々の基準セクションに含まれるタービン流量計とコリオリ流量計との夫々から得られる測定値の利用の仕方には、様々なものがある。
【００６２】
例えば、制御システム５１５が、基準セクション５４１をフロー・ループ５０２に組み込んだものとする。すると、タービン流量計５４２によって気体の体積流量が測定され、圧力センサ及び温度センサからは、夫々、圧力測定値及び温度測定値が送出される。制御システム５１５は、タービン流量計５４２、圧力センサ、及び温度センサから、それらの測定値を受取る。制御システム５１５は、それらの測定値から、気体の質量流量を算出する。タービン流量計５４２は、この具体例では、品質検証用の流量計として機能する。コリオリ流量計５４３は、気体の質量流量を測定し、その質量流量の測定値は制御システム５１５へ供給される。コリオリ流量計５４３は、ＵＵＴ５７２のための基準流量計として用いられるトランスファスタンダード流量計として機能する。制御システム５１５は、コリオリ流量計５４３により測定された質量流量を、タービン流量計５４２の測定値から算出した質量流量と比較する。そして、その比較結果に基づいて、制御システム５１５は、コリオリ流量計５４３の精度が、ＵＵＴ５７２のための基準流量計として機能するのに十分な精度であるか否かを検証する。更に、ＵＵＴ５７２が、気体の質量流量を測定し、その質量流量の測定値は制御システム５１５へ供給される。制御システム５１５は、コリオリ流量計５４３による質量流量を、ＵＵＴ５７２による質量流量の測定値と比較して、ＵＵＴ５７２の較正を実行する。
【００６３】
別の実施例として、コリオリ流量計５４３を品質検証用の流量計として機能させ、タービン流量計５４２を基準流量計として機能させることも可能である。或いはまた、コリオリ流量計５４３及びタービン流量計５４２の両方を基準流量計として機能させるようにすることも可能である。いずれにせよ、同一の基準セクションにおいて、質量流量計及び体積流量計の両方を備えることによって、利点が得られる。いずれの流量計も、測定値に誤差が生じる恐れがあるが、質量流量計に悪影響を及ぼしても体積流量計に悪影響を及ぼさない条件や、その逆の条件が幾つも存在している。それゆえ、このように流量計を組合せることによって、より良い精度が得られる。
【００６４】
基準流量計を用いてＵＵＴ５７２の較正を実行する方法には様々なものがある。その具体例を挙げるならば、例えば、米国特許第6,360,579号公報に開示されているものなどが挙げられ、同米国特許公報の開示内容は、この言及をもってその全体が本願開示に組み込まれたものとする。
【００６５】
制御システム５１５は、例えば、記録媒体に格納した複数の命令を含むものである。それら命令は、プロセッサが読出して実行し得るものである。そのような命令の具体例を挙げるならば、例えば、ソフトウェア、プログラム・コード、それにファームウェアなどが挙げられる。また、記録媒体の具体例を挙げるならば、例えば、メモリ・デバイス、テープ、ディスク、集積回路、それにサーバなどが挙げられる。また、それら命令は、機能的なものであって、プロセッサがそれらを実行する際に、そのプロセッサに、本発明に従って動作するように指示するものである。ここでいう「プロセッサ」とは、単一の処理装置も含み、また、相互に関連して動作する一群の処理装置も含むものである。プロセッサの具体例を挙げるならば、例えば、コンピュータ、集積回路、それに、論理回路などが挙げられる。以上のような命令、プロセッサ、及び記録媒体は、当業者の熟知しているところのものである。
【００６６】
ＵＵＴ５７２の試験が完了したなら、制御システム５１５は、遮断弁５２７、５３５、５４５、５５５、及び５６５うち、それまで開弁していたものを閉弁する。これによってＵＵＴシステム５１４が、フロー・ループ５０２のその他の部分から分離遮断される。この分離遮断によって、フロー・ループ５０２のＵＵＴシステム５１４以外の部分の圧力を動作圧力に維持したままで、ＵＵＴシステム５１４だけ圧力を抜くことができるようになる。そこで、制御システム５１５は、ＵＵＴシステム５１４が分離遮断された状態で、遮断弁５２６を開弁し、ＵＵＴシステム５１４の中の気体を、気体放出装置５２４へ放出する。気体放出装置５２４は、例えば、気体を大気中へ放出するための管路などである。圧力計５８０により、ＵＵＴシステム５１４から気体が排出されたことが示されたならば、制御システム５１５は遮断弁５２６を閉弁する。
【００６７】
制御システム５１５には、ＵＵＴシステム５１４に圧力が残存している間は、このＵＵＴシステム５１４を開けることができないようにするための、様々な安全装置及び警報装置を装備しておくとよい。また、制御システム５１５には、更に、気体式試験装置５００の適切な動作を保証するための、様々な安全装置及び警報装置を装備しておくとよい。例えば、フロー・ループ５０２の圧力が高すぎる場合、フロー・ループ５０２の流量が高すぎる場合、気体の温度が高すぎる場合などには、制御システム５１５が、警報を発し、及び／または、気体式試験システム５００をシャットダウンするようにしておくのもよい。
【００６８】
続いて、ＵＵＴ５７２をＵＵＴシステム５１４から取外す。これに続いて、ＵＵＴシステム５１４に新たなＵＵＴを接続することもある。新たなＵＵＴを接続したならば、制御システム５１５は遮断弁５１８を開弁する。すると、ＵＵＴシステム５１４の中の気体及び水蒸気が、真空源５１６によって吸引除去される。新たなＵＵＴを装着する際には、気体式試験システム５００の周囲の大気中の気体及び水蒸気が、ＵＵＴシステム５１４の中に侵入する。侵入した気体及び水蒸気が、真空源５１４によって吸引除去されたならば、制御システム５１５は遮断弁５１８を閉弁する。続いて、制御システム５１５は遮断弁５２２を開弁する。すると、気体供給源５２０からＵＵＴシステム５１４へ、試験に用いる気体が供給され、それによってＵＵＴシステム５１４は加圧される。ＵＵＴシステム５１４の加圧が完了したならば、制御システム５１５は遮断弁５２７、５３５、５４５、５５５、及び５６５のうち、開弁すべきものを開弁して、新たなＵＵＴに対する試験を開始する。
【００６９】
以上に説明した気体式試験システム５００によれば、低コストで高効率の気体試験ループを実現できるという利点が得られる。気体式試験システム５００は、圧力を100 PSIとするときに、流量を400 lbs/min（約180 kg/min）とすることができ、また、圧力を700 PSIとするときに、流量を1500 lbs/min（約680 kg/min）とすることができる能力を有する（最大流量は、圧力に応じて決まる）。これらの流量及び圧力とすることができることから、流量計の試験及び較正を、通常の動作流量で実行することが可能となっている。
【００７０】
気体式試験システム５００は、ブローダウン・システム（図１参照）と比べて、数多くの利点をもたらすものである。第１に、気体式試験システム５００は、必要とあらば何時間でも動作を継続することができるのに対して、ブローダウン・システムの動作継続時間は非常に短い。第２に、気体式試験システム５００に用いるブロワ・システム５０４は、ブローダウン・システムに用いるコンプレッサと比べて、はるかに小型のものでよく、なぜならば、ブロワ・システム５０４は、高圧を発生することを要求されないからである。第３に、気体式試験システム５００は、加圧した気体を貯留するための大型のタンクを必要としない。第４に、気体式試験システム５００は大気中へ気体を放出せずに済むため、ブローダウン・システムに付随する大騒音の問題を生じることがない。
【００７１】
気体式試験システム５００は、図２に示した流量測定技術研究設備２００と比べても、数多くの利点をもたらすものである。第１に、気体式試験システム５００は、流量測定技術研究設備２００よりも小規模である。気体式試験システム５００は、建物内に設置することができる程度に、また建物の一隅に設置することができるほどに、十分に小規模のシステムとすることができるのに対し、流量測定技術研究設備２００は、あまりにも大規模である。第２に、気体式試験システム５００は、流量測定技術研究設備２００よりも低コストである。即ち、流量測定技術研究設備２００の構成要素である、例えばコンプレッサ２０２、冷却器２０４、それに計量タンク２１０などは、非常に大型であり高価である。流量計の設計を行う企業にとって、流量測定技術研究設備２００のような設備は経済的な理由で設置することが困難である。一方、気体式試験システム５００は、より小型で安価な構成要素を使用しており、そのため気体式試験システム５００は、多くの企業にとって容易に設置し得るものとなっている。例えば、流量測定技術研究設備２００には、非常に大型のコンプレッサ（1200馬力）が使用されるのに対して、気体式試験システム５００には、それよりはるかに小型のブロワ・システム（150馬力）が使用される。ブロワ・システムの選択は、気体式試験システム５００をその本来の、小型で、効率的で、コストエフェクティブなシステムとする上で重要である。第３に、気体式試験システム５００は、運転する際に要求される仕事率が、流量測定技術研究設備２００と比べて小さい。既述のごとく、流量測定技術研究設備２００には、約1200馬力もの仕事率が要求される非常に大型のコンプレッサが使用される。このような非常に大型のコンプレッサは、循環させている気体に大量の熱を付与することになる。従って、流量測定技術研究設備２００は、コンプレッサが発生した熱を気体から除去するために、非常に大型の冷却システムを併せて必要としている。このような非常に大型のコンプレッサ及び冷却システムは、運転するために大電力を必要とする。これに対して、気体式試験システム５００に使用されるブロワ・システム５０４は、比較的小さなものであり、その仕事率は約150馬力に過ぎない。そのため、気体式試験システム５００は、気体から熱を除去するために、小型の熱交換器５０６及び小型の冷却塔５０８しか必要としていない。気体式試験システム５００が必要とする電力は、流量測定技術研究設備２００が必要とする電力よりはるかに少ない。
【００７２】
気体式試験システム５００は、企業内設備として構築することのできる、十分に小規模で、十分にコストエフェクティブなシステムとなし得るという利点を有するものである。流量計の設計者は、新たに設計した流量計の試験を企業内で行えるため、設計変更を行ったときに、それに関するフィードバックが即座に得られる。そのため、設計者が新たな製品を開発するのに要する期間を短縮することができ、それに要する費用を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】従来の典型的なブローダウン・システムを示した図である。
【図２】従来の気体フロー・ループを示した図である。
【図３】本発明の実施例に係る気体式試験システムを示した図である。
【図４】本発明の実施例に用いられる基準流量計の具体例を示した図である。
【図５】本発明の別の実施例に係る気体式試験システムを示した図である。
【図１】
2006527352.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006527352.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年5月5日(2004.5.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧された気体を収容できるように構成されたフロー・ループ（３０２）と、
前記フロー・ループに接続され、前記加圧された気体の温度を制御できるように構成された温度制御システム（３０６）と、
前記フロー・ループに接続され、前記加圧された気体の特性を測定できるように構成された基準流量計システム（３０８）と、
被検装置を前記フロー・ループに接続して当該被検装置に前記加圧された気体の特性を測定させることができるように構成された被検装置システム（３１０）と、
を備えた気体式試験システム（３００）において、
吸入口（３２１）及び吐出口（３２２）を有するブロワ・システム（３０４）を備え、該ブロワ・システムは、前記加圧された気体が前記吸入口に流入し、前記吐出口から前記加圧された気体を高流量で流出させて前記フロー・ループの中で前記加圧された気体を循環させることができるように構成されており、該ブロワ・システムは、前記高流量を発生させる際に前記吸入口と前記吐出口との間に小さな圧力上昇を発生させるものである、
ことを特徴とする気体式試験システム（３００）。
【請求項２】
前記温度制御システム（３０６）の流出口と前記ブロワ・システム（３０４）の前記吸入口（３２１）との間に接続されたバイパス・ループ（３３０）を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の気体式試験システム（３００）。
【請求項３】
前記温度制御システム（３０６）が、前記加圧された気体を冷却して前記加圧された気体の前記温度を実質的に一定のレベルに維持することができるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の気体式試験システム（３００）。
【請求項４】
前記温度制御システム（３０６）が、
熱交換器（５０６）と、
前記熱交換器に接続された蒸発式冷却塔（５０８）と、
を含むことを特徴とする請求項３記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項５】
前記ブロワ・システム（３０４）に必要とされる仕事率が300馬力以下であることを特徴とする請求項１記載の気体式試験システム（３００）。
【請求項６】
前記ブロワ・システム（３０４）が、300〜1500 lbs/minの範囲内の流量で前記加圧された気体の前記高流量を発生することができるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の気体式試験システム（３００）。
【請求項７】
前記ブロワ・システム（３０４）が、前記吸入口（３２１）と前記吐出口（３２２）との間に約40 PSI以下の圧力上昇を発生させるものであることを特徴とする請求項１記載の気体式試験システム（３００）。
【請求項８】
前記フロー・ループ（３０２、５０２）が、25〜700 PSIの範囲内の圧力に加圧されることを特徴とする請求項１記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項９】
前記基準流量計システム（３０８、５１２）が、互いに並列に接続された複数の基準セクション（４００〜４０４、５３１、５４１、５５１、５６１）のアレイから成ることを特徴とする請求項１記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項１０】
前記複数の基準セクション（４００〜４０４、５３１、５４１、５５１、５６１）の各々が、流量計を含むことを特徴とする請求項９記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項１１】
前記複数の基準セクション（５３１、５４１、５５１、５６１）の各々が、体積流量計と質量流量計とを含むことを特徴とする請求項１０記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項１２】
前記質量流量計がコリオリ流量計（５３３、５４３、５５３、５６３）から成ることを特徴とする請求項１１記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項１３】
前記複数の基準セクション（４００〜４０４、５３１、５４１、５５１、５６１）の各々が、特定の流量範囲に適合したものであることを特徴とする請求項８記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項１４】
前記被検装置システム（３１０、５１４）が、
前記加圧された気体で試験を行えるように構成された被検装置（５７２）と、
軸心方向に移動して前記被検装置を前記フロー・ループ（３０２、５０２）に接続することができるように構成されたカプラ・システム（５７４）と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項１５】
前記被検装置システム（３１０、５１４）が、
前記加圧された気体を前記被検装置（５７２）の中に流す前に、前記被検装置システムから気体及び水蒸気を吸引除去することができるように構成された真空源（５１６）、
を含むことを特徴とする請求項１４記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項１６】
前記フロー・ループ（５０２）の初期加圧を行うことができるように構成された気体供給源（５２０）を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項１７】
前記被検装置システム（５１４）及び前記フロー・ループ（５０２）の中の前記加圧された気体を放出することができるように構成された気体放出装置（３２４）を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項１８】
前記複数の基準セクション（４００〜４０４、５３１、５４１、５５１、５６１）のうちの１つの基準セクションを通って流れる前記加圧された気体の流量を制御することができるように構成された制御システム（５１５）を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項１９】
前記制御システム（５１５）が、前記複数の基準セクション（４００〜４０４、５３１、５４１、５５１、５６１）のうちの前記１つの基準セクションによる測定値と、前記被検装置システム（５１４）に接続された被検装置（５７２）による測定値とを比較して、当該被検装置の較正を実行することができるように構成されていることを特徴とする請求項１８記載の気体式試験システム（３００、５００）。
【請求項２０】
加圧された気体を収容できるように構成されたフロー・ループ（３０２）と、前記加圧された気体の温度を制御できるように構成された温度制御システム（３０６）と、前記加圧された気体の特性を測定できるように構成された基準流量計システム（３０８）と、被検装置を前記フロー・ループに接続して当該被検装置に前記加圧された気体の特性を測定させることができるように構成された被検装置システム（３１０）とを備えた気体式試験システム（３００）を動作させる方法において、
前記加圧された気体をブロワ・システム（３０４）の吸入口（３２１）に流入させ、
前記ブロワ・システム（３０４）の吐出口（３２２）から前記加圧された気体を高流量で流出させて前記フロー・ループの中で前記加圧された気体を循環させ、前記ブロワ・システムが、前記高流量を発生させる際に前記吸入口と前記吐出口との間に小さな圧力上昇を発生させるようにする、
ことを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記基準流量計システム（３０８）により前記加圧された気体の流量を測定し、
前記被検装置により前記加圧された気体の流量を測定し、
前記基準流量計システムによる流量測定値と前記被検装置による流量測定値とを比較して前記被検装置の較正を実行する、
ことを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記温度制御システム（３０６）の流出口から流出する前記加圧された気体の一部をバイパスさせて前記加圧された気体の前記一部を前記ブロワ・システム（３０４）の前記吸入口（３２１）へ環流させる、
ことを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
前記温度制御システム（３０６）により前記加圧された気体を冷却して前記加圧された気体の前記温度を略々一定のレベルに維持する、
ことを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２４】
前記基準流量計システム（３０８、５１２）が、複数の基準セクション（４００〜４０４、５３１、５４１、５５１、５６１）のアレイから成り、
前記複数の基準セクションのうちの１つの基準セクションを流れる前記加圧された気体の流れを制御する、
ことを特徴とする請求項２０記載の方法。
【国際調査報告】
2006527352.tif 000008
2006527352.tif 000009
2006527352.tif 000010