(57)【要約】【課題】水素阻止膜のコーティングを施したダイアフラムの固定構造を工夫することで水素阻止効果をより高め、水素透過の影響を低減した圧力伝送器を提供すること。【解決手段】リングを介してブロックの受圧面に固着され、前記ブロックの受圧面との間に形成される空間部にはシール液が封入されるダイアフラムを受圧部とする圧力伝送器において、前記ダイアフラムの外周が前記リングの内周面に形成された段差部に嵌め合わされて第１の溶接により気密的に固着され、前記ダイアフラムが固着された前記リングが前記ブロックの受圧面に第２の溶接により気密的に固着され、前記ダイアフラムと前記ダイアフラムが固着された前記リングの前記第２の溶接よりも内側の前記ブロックの受圧面と対向する全表面に水素阻止膜がコーティングされたことを特徴とするもの。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リングを介してブロックの受圧面に固着され、前記ブロックの受圧面との間に形成される空間部にはシール液が封入されるダイアフラムを受圧部とする圧力伝送器において、
前記ダイアフラムの外周が前記リングの内周面に形成された段差部に嵌め合わされて第１の溶接により気密的に固着され、
前記ダイアフラムが固着された前記リングが前記ブロックの受圧面に第２の溶接により気密的に固着され、
前記ダイアフラムと前記ダイアフラムが固着された前記リングの前記第２の溶接よりも内側の前記ブロックの受圧面と対向する全表面に水素阻止膜がコーティングされたことを特徴とする圧力伝送器。
【請求項２】
前記水素阻止膜は、ステンレス鋼やニッケル合金よりも水素透過率の小さい金属、酸化物セラミックス、窒化物セラミックスの少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１に記載の圧力伝送器。
【請求項３】
前記圧力伝送器はダイアフラムシール付差圧伝送器であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧力伝送器。
【請求項４】
前記圧力伝送器は、前記ブロックの両面にダイアフラムを受圧部とする受圧面が設けられた本体カプセルと、この本体カプセルの一方の面に取り付けられた高圧側フランジと、前記本体カプセルの他方の面に取り付けられた低圧側フランジとで構成され、
前記本体カプセルの受圧面は請求項１または請求項２の記載に基づくものであることを特徴とする圧力伝送器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力伝送器に関し、詳しくは、ダイアフラムにおける水素阻止効果の改善に関する。
【０００２】
圧力伝送器の一種に、ダイアフラムシール付差圧伝送器がある。ダイアフラムシール付差圧伝送器は、差圧伝送器の受圧部の高圧側および低圧側に、それぞれシール液が封入されたキャピラリを介して接液部が連結されたものであって、差圧伝送器の受圧部に被測定流体が直接導入されては困る場合に使用される。
【０００３】
図５は、このようなダイアフラムシール付差圧伝送器を用いたタンク液位測定系の接続例図である。図５において、差圧伝送器１０の受圧部の高圧側１１にはシール液が封入されたキャピラリ２１を介して高圧側接液部３０が連結され、受圧部の低圧側１２にはシール液が封入されたキャピラリ２２を介して低圧側接液部４０が連結されている。
【０００４】
図６は、高圧側接液部３０の一例を示す構成説明図である。金属ブロック３１の一方の面には、ダイアフラム３２がたとえば電子ビーム溶接によりリング３３とともに気密に固定されている。
【０００５】
金属ブロック３１とダイアフラム３２との間に形成される空間部３４はキャピラリ２１に連通しており、ダイアフラム３２で受けた圧力を差圧伝送器１０の受圧部の高圧側１１に伝達するためにシール液が封入されている。
【０００６】
図６のように構成される高圧側接液部３０はタンク５０の下部に設置され、低圧側接液部４０はタンク５０の上部に設置される。
【０００７】
そして、差圧伝送器１０の差圧測定値に基づきタンク５０内部の液位が測定される。
【０００８】
ところで、図５において、タンク５０内に水素ガスが充満している場合、ダイアフラム３２はステンレス鋼やニッケル合金など耐食性に優れた厚さの薄い板で製作されていることから、水素は容易にダイアフラム３２を透過することになる。この水素透過率は、温度が高いほど大きくなる。
【０００９】
水素がダイアフラム３２を透過すると、シール液中に気泡が形成される。気泡が形成されるとシール液を介しての正確な圧力伝達が行われなくなり、差圧伝送器１０の出力誤差を引き起こすことになる。
【００１０】
そこで、このような差圧伝送器１０の出力誤差対策として、金やセラミックスなど水素透過率の低い材料を水素阻止膜としてダイアフラム３２にコーティングすることが行われている。
【００１１】
ここで、水素阻止膜のコーティングは、ダイアフラム３２のシール液側に施す。ダイアフラム３２のタンク液との接液側にコーティングすると、タンク液中に含まれる固形物によってコーティング膜が摩耗あるいは剥離するためである。
【００１２】
タンク５０内の水素はダイアフラム３２に侵入するが、水素阻止膜コーティングによって、シール液側には透過しない。ただし、金やセラミックスなどのコーティング膜は電子ビーム溶接を阻害するため、図７に示すように溶接径の内側にだけコーティングを施す。
【００１３】
特許文献１には、ダイアフラムを透過する水素量を低減できる圧力伝送器の技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平７−２６０６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
図７に示すコーティング済みのダイアフラム３２を、図８に示すようにリング３３とともにブロック３１に溶接すると、ダイアフラム３２の溶接径の外側には、図９の溶接部分の拡大構成説明図に示すように、コーティング領域の外側の非コーティング部分が残る。
【００１６】
この結果、図５に示すタンク３０内に存在する水素ガスは、ダイアフラム３２の表面に吸着した後に溶解し、拡散現象により薄いダイアフラム３２内に広がる。そして、ダイアフラム３２の非コーティング部分に達すると、図９に破線Ａで示すように、ダイアフラム３２を透過してシール液中に気泡を形成することになる。
【００１７】
本発明は、このような従来の問題点に着目したものであり、その目的は、水素阻止膜のコーティングを施したダイアフラムの固定構造を工夫することで水素阻止効果をより高め、水素透過の影響を低減した圧力伝送器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
このような課題を達成する請求項１の発明は、
リングを介してブロックの受圧面に固着され、前記ブロックの受圧面との間に形成される空間部にはシール液が封入されるダイアフラムを受圧部とする圧力伝送器において、
前記ダイアフラムの外周が前記リングの内周面に形成された段差部に嵌め合わされて第１の溶接により気密的に固着され、
前記ダイアフラムが固着された前記リングが前記ブロックの受圧面に第２の溶接により気密的に固着され、
前記ダイアフラムと前記ダイアフラムが固着された前記リングの前記第２の溶接よりも内側の前記ブロックの受圧面と対向する全表面に水素阻止膜がコーティングされたことを特徴とする。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の圧力伝送器において、
前記水素阻止膜は、ステンレス鋼やニッケル合金よりも水素透過率の小さい金属、酸化物セラミックス、窒化物セラミックスの少なくともいずれかを含むことを特徴とする。
【００２０】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の圧力伝送器において、
前記圧力伝送器はダイアフラムシール付差圧伝送器であることを特徴とする。
【００２１】
請求項４の発明は、
前記圧力伝送器は、前記ブロックの両面にダイアフラムを受圧部とする受圧面が設けられた本体カプセルと、この本体カプセルの一方の面に取り付けられた高圧側フランジと、前記本体カプセルの他方の面に取り付けられた低圧側フランジとで構成され、
前記本体カプセルの受圧面は請求項１または請求項２の記載に基づくものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
これらにより、ダイアフラムにおける水素阻止効果をより高めることができ、水素透過の影響を大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例を示す構成説明図である。
【図２】図１で用いるダイアフラム３２とリング３３の個別構成説明図である。
【図３】図１におけるダイアフラム３２とリング３３の組立構成説明図である。
【図４】図１の動作を説明するための溶接部分の拡大構成説明図である。
【図５】ダイアフラムシール付差圧伝送器を用いたタンク液位測定系の接続例図である。
【図６】高圧側接液部３０の一例を示す構成説明図である。
【図７】従来の水素阻止膜コーティング範囲の説明図である。
【図８】従来のダイアフラムとリングの溶接の説明図である。
【図９】図８の溶接部分の拡大構成説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明について、図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施例を示す構成説明図であり、図６と共通する部分には同一の符号を付けている。図１と図６の相違点は、以下の通りである。
【００２５】
１）ダイアフラム３２の外周平坦部分の幅が図６に比べて狭い
２）リング３３のダイアフラム３２との対向面にダイアフラム３２を溶接固着するためのダイアフラム３２の板厚と等しい段差部を設ける
３）リング３３の段差部にダイアフラム３２を溶接固着する
４）ダイアフラム３２が溶接固着されたリング３３の所定範囲に水素阻止膜コーティングを設ける
５）水素阻止膜コーティングを施したリング３３を金属ブロック３１に溶接する
【００２６】
図１において、金属ブロック３１の寸法形状は図６と同一である。ダイアフラム３２とリング３３については、図２と図３を用いて説明する。
【００２７】
図２は、図１で用いるダイアフラム３２とリング３３の個別構成説明図である。
ダイアフラム３２の材質および湾曲形状などは図６と同様であるが、外周平坦部分の幅が図６ではリング３３の幅と等しく形成されていたのに対して、リング３３に新たに設けられた段差部３３ａに嵌め合うように狭く形成されている。
【００２８】
リング３３に新たに設けられた段差部３３ａの寸法は、ダイアフラム３２を隙間なく装着できる内径と、ダイアフラム３２の板厚と等しい深さになるように設計されている。
【００２９】
図３は、図１におけるダイアフラム３２とリング３３の組立構成説明図である。ダイアフラム３２をリング３３の段差部３３ａに嵌め合わせ、シール液側から電子ビーム溶接またはレーザー溶接で気密に固着する。これを第１の溶接とする。
【００３０】
その後、溶接固着されたダイアフラム３２とリング３３のシール液側に、第１の溶接の直径よりも広く金属ブロック３１との溶接固着に干渉しない範囲で、水素阻止膜をコーティングする。
【００３１】
溶接固着され水素阻止膜がコーティングされたダイアフラム３２とリング３３を、コーティングした面が金属ブロック３１と対向するように反転させて金属ブロック３１に組み付け、コーティング範囲にかからない直径でリング３３を電子ビーム溶接またはレーザー溶接で気密に固定する。これを第２の溶接とする。
【００３２】
図４は、図１の動作を説明するための溶接部分の拡大構成説明図である。タンク５０内の測定流体に含まれる水素はダイアフラム３２の表面に吸着されて溶解するが、水素阻止膜コーティング膜によりシール液側に透過することはない。
【００３３】
ダイアフラム３２の内部に溶解した水素は拡散して第１の溶接部に到達するが、第１の溶接部もコーティングされているため水素はシール液側には透過できず、破線Ｂで示すように第１の溶接部を経てリング３３全体に移動する。
【００３４】
リング３３はダイアフラム３２よりも厚いため、水素がリング３３全体に拡散するのに時間がかかる。そして、リング３３全体に拡散した水素が水素阻止膜のコーティング範囲を超えたときにシール液側に透過する。
【００３５】
ここで、ダイアフラム３２の材質と表面積と厚さおよび温度が同じであれば、ダイアフラム３２に溶解する水素量と、ダイアフラム３２内を拡散する速度は同じである。したがって、同じ形状のダイアフラムであれば、外部から一定の割合で水素が供給されることになり、図６に示す従来構造も図１に示す本願発明の構造も、ダイアフラム３２に溶解する水素の量は同じである。
【００３６】
ダイアフラム３２とリング３３を第１の溶接で固着し、ダイアフラム３２とリング３３のシール液側を水素阻止膜でコーティングした構造は、図６の従来構造と異なり、水素をダイアフラム３２だけでなく厚いリング３３にも拡散させることになる。
【００３７】
これにより、水素がシール液側に透過するまでに要する期間は図６の従来構造に比べて大幅に長くなる。したがって、水素がシール液側に透過することに起因して圧力伝送器の出力に異常が発生するまでの期間、すなわち圧力伝送器が正常に動作する期間を従来よりも大幅に拡大延長できて長寿命化を実現でき、長期間にわたって安定した測定動作が得られる。
【００３８】
なお、水素阻止膜としてコーティングする材料としては、ステンレス鋼やニッケル合金よりも水素透過率の小さいたとえば金などの金属、アルミナなどの酸化物セラミックス、窒化チタンなどの窒化物セラミックスを選択することができる。
【００３９】
また、上記実施例では、ダイアフラムシール付差圧伝送器の接液部の構造について説明したが、これに限るものではなく、受圧部に被測定流体が直接導入される差圧伝送器の受圧部としても有効である。
【００４０】
この場合、差圧伝送器は、ブロックの両面にダイアフラムを受圧部とする受圧面が設けられた本体カプセルと、この本体カプセルの一方の面に取り付けられた高圧側フランジと、前記本体カプセルの他方の面に取り付けられた低圧側フランジとで構成し、これら本体カプセルの受圧面を、請求項１または請求項２の記載に基づくものとする。
【００４１】
以上説明したように、本発明によれば、ダイアフラムにおける水素阻止効果をより高めることができ、水素透過の影響を大幅に低減できる圧力伝送器が実現できる。
【符号の説明】
【００４２】
３１  ブロック
３２  ダイアフラム
３３  リング
３３ａ  段差部
３４  空間部（シール液側）
【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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