(57)【要約】【課題】本発明は、熱式流量計に関する。【解決手段】この流量計は、互いに実質的に平行に伸張する少なくとも二つの貫通孔を有するベース部を備えている。流量を測定される媒体のための流管が、貫通孔を通って設けられている。ベース部から離れたところにある流管の一部が、媒体の流量を測定可能な測定管部を備えている。流量測定管は、ベース部に接続されている絶縁ハウジングを備え、絶縁ハウジングは、少なくとも流管の測定管部を囲んでいる。絶縁ハウジングは、測定管部に対向しているハウジングの内面、並びに、測定管部とは反対側に向いているハウジングの外面を備えている。本発明によれば、ベース部に接続されているカバー体が設けられており、該カバー体は、絶縁ハウジングを少なくとも実質的に囲んでいる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱式流量計（１）であって、 
互いに実質的に平行に伸張する少なくとも二つの貫通孔（５）が設けられているベース部（３）と、
流量を測定される媒体のための流管（７）であって、該流管が、少なくとも二つの貫通孔（５）を通って伸張し、ベース部（３）から離れたところに在る流管（７）の一部が、媒体の流量を測定可能な測定管部（９）を備えている上記流管（７）と、
ベース部（３）に接続されている絶縁ハウジング（１１）であって、少なくとも上記流管の測定管部（９）を囲み、該絶縁ハウジング（１１）が、測定管部（９）に対向しているハウジングの内面（１３）、並びに、測定管部（９）とは反対側を向いているハウジングの外面（１５）を備えている上記絶縁ハウジング（１１）とを備え、
流量計（１）は、ベース部（３）に接続されているカバー体（１７）を備え、該カバー体は、絶縁ハウジング（１１）を少なくとも実質的に囲んでいることを特徴とする流量計（１）。
【請求項２】
カバー体は、ハウジングの外面（１５）に対向し、かつ、該ハウジングの外面からある距離離れて、カバーの内面（１９）とハウジングの外面（１５）との間に絶縁層（２１）が形成されるようになっている上記カバーの内面（１９）を備えていることとする請求項１に記載の流量計。
【請求項３】
カバーの内面（１９）とハウジングの外面（１５）との間の間隔が、実質的に一定であることとする請求項２に記載の流量計。
【請求項４】
絶縁層（２１）は、気体を含んでおり、特に該絶縁層は、空気を含んでいることとする請求項２又は請求項３に記載の流量計。
【請求項５】
絶縁層（２１）は、気体で構成されており、特に該絶縁層は、空気で構成されていることとする請求項４に記載の流量計。
【請求項６】
絶縁層（２１）は、真空を含んでいることとする請求項２又は請求項３に記載の流量計。 
【請求項７】
絶縁層（２１）は、２．５ｍ２Ｋ／Ｗを超える熱抵抗を有していることとする請求項２乃至請求項６のいずれか一つに記載の流量計。 
【請求項８】
カバー体（１７）は、ベース部（３）に取外し可能に接続されていることとする請求項１乃至請求項７のうちのいずれか一つに記載の流量計。
【請求項９】
流量計（１）は、ベース部（３）とカバー体（１７）及び絶縁ハウジング（１１）との組立体を囲む装置ハウジングを備えていることとする請求項１乃至請求項８のうちのいずれか一つに記載の流量計。 
【請求項１０】
流量計（１）は、測定管部（９）に接続されている制御手段及び調整手段のうち少なくとも一方を備え、該制御手段及び調整手段のうち少なくとも一方は、装置ハウジングとカバー体（１７）との間に少なくとも一部が設けられていることとする請求項９に記載の流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱式流量計に関し、互いに実質的に平行に伸張する少なくとも二つの貫通孔が設けられたベース部と、流量を測定される媒体のための流管を備え、該流管は、少なくとも二つの貫通孔を通って伸張しており、該流管のベース部から離れた部分は、媒体の流量が測定可能な測定管部を備え、熱式流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記の種類の流量計は、例えば、ＥＰ１８６７９６２により、既知である。一般に、熱流量センサーは、さらに、ＪＰＳ５６７３３１７Ａ及びＷＯ２０１２／０５７８８６により既知である。毛細管を有する流量センサーを備えた熱流量計は、管壁から管内を流れる流体（気体又は液体）への熱伝達率が質量流量、流体温度と壁温度との間の差、及び、流体の比熱容量の関数である、という事実を利用している。質量流量制御装置では、多種多様な流量センサー構成が使用されている。特定の種類の構造には、例えば、流管と熱伝導接触している二つ又はそれ以上の抵抗体を有するステンレス鋼流管の使用が含まれる。この抵抗体は、一般に、抵抗温度係数の高い材料で構成されている。抵抗体のそれぞれは、ヒーターとして、温度検出器として、又はその両方として機能する。少なくとも１個の抵抗体（ヒーター）には、管を通って流れる流体に熱を供給するため、電流が流される。二つのヒーターに一定の電力を加えれば、抵抗体間の温度差から、管を通る流体の質量流量の導出が可能となる。別の方法では、第１の位置における第１の抵抗体が、ヒーターとして、かつ、温度検出器として機能し、第１の位置の上流、第２の位置に配設された第２の抵抗体が、温度検出器として機能する。制御回路が、流れ時の抵抗体間の温度差を、予め決められた一定の値に維持するよう機能し、管を通って流れる流体の質量流量が、制御回路からのデータに基づいて測定される。この測定法は、定温（ＣＴ）法と呼ばれている。本発明は、例えば、ＥＰ１４７７７７９に開示されたＴＢ（熱平衡）法で使用する場合にも好適である。
【０００３】
上記の測定法及びシステムで生ずる問題は、管を通る流れの流量が比較的低い場合に、測定信号の不正確さが生じる場合があることである。発明者等の考えでは、この問題は、熱質量流量センサーが、流管（の一部）での温度勾配及び抵抗体での温度勾配の少なくとも一方が生じ得る環境内で使用されることが多いという事実に起因している。
【０００４】
ＮＬ１０３２２０７は、流管が、熱伝導の良好な材料で構成された二つの絶縁ハウジング部間に、局部的に熱クランプされる流量センサーを開示しており、該絶縁ハウジングは、流管の二つの、電気抵抗体を有する接続脚、湾曲部及び脚を囲んでいる。ＮＬ１０３２００７に開示された解決策は、十分に機能するものであるが、この解決策では、絶縁ハウジング部にて熱的非対称が存在する場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の目的は、本明細書の冒頭で述べた種類の流量計、すなわち、外部からの温度勾配の影響を打ち消して、流管の動作部分、すなわち、互いに反対側を向いている抵抗体の側面の間にある部分ばかりでなく、脚（及び脚を接続脚に接続している湾曲部）においても、使用中の温度勾配の発生を防ぐか、もしくは、最小限度に抑える流量計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る流量計は、少なくとも流管の測定管部を実質的に、好ましくは、流管全体を実質的に囲む絶縁ハウジングを備えている。絶縁ハウジングは、流管の少なくとも一部のための受入空間を備えている。絶縁ハウジングは、受入空間を画定し、流量測定管に対向するハウジングの内面を備えている。特に、ハウジングの内面の一部は、流管と接触可能となっている。絶縁ハウジングは、ハウジングの外面を備え、該ハウジングの外面は、流量測定管とは反対側を向き、絶縁ハウジングの外側を形成している。
【０００７】
本発明に係る流量計は、該流量計が、ベース部に接続されているカバー体を備え、該カバー体は、絶縁ハウジングを少なくとも実質的に囲んでいることを特徴としている。カバー体は、ハウジングの外面に対向し、かつ、好ましくは、カバーの内面とハウジングの外面との間に絶縁層が形成されるよう、ハウジングの外面からある距離離れたカバーの内面を備えている。このようなカバー体を、絶縁ハウジングを覆うように配置し、かつ、それをベース部に接続することによって、絶縁ハウジングとカバー体との間に比較的薄い絶縁層が形成される。ベース部を介して機械的及び熱的な結合を生じさせることによって、流管及び絶縁ハウジングの少なくとも一方での温度勾配が、最小限度に抑えられる。結果として、流量計の外側の温度差及びそれによって生ずる流管での温度勾配の影響は、さらに低減される。以上により、本発明の目的は、達成される。 
【０００８】
従属請求項の主題事項は、有利な実施形態によって形成されている。以下、これらの実施形態のいくつかをさらに詳しく説明する。
【０００９】
本発明の流量計の一実施形態では、カバーの内面とハウジングの外面との間の間隔は、実質的に一定である。絶縁ハウジングとカバー体との間の絶縁層の厚さは、この場合実質的に均等であり、したがって、絶縁層の熱抵抗は、絶縁層全体にわたって実質的に同じである。熱的な橋絡（thermal bridges）の形成は、防止される。カバー体は、例えば、カップ又は円筒体の形状を有していてよい。カバーの内面の形状は、例えば、特にハウジングの外面の形状に対応しており、ハウジングの外面は、カバー体と同様に、形状が、例えば、特に円筒状となっている。カバー体は、絶縁ハウジングの形状に従って、立方体もしくは長方形の箱の形状を有することがさらに考えられる。
【００１０】
カバーの内面、ハウジングの外面、又はその両方、又はその一部には、熱抵抗の調整を目的として、絶縁又は非絶縁材料の層を設けることも考えられる。このような層は、例えば、熱的に絶縁性の又は熱的に反射性の被膜からなっていてよい。
【００１１】
このような流量計は、実際において、一般に、Ｕ字形流管を備えており、Ｕ字形の脚が、ベース部の孔を貫通している。カバー体は、好ましくは、流量測定管全体を囲んでいる。Ｕ字形流管の脚に実質的に平行な方向に設定されるカバー体の高さは、目的に合わせて、脚のそれぞれの長さより大きくなるように選択することができ、また、測定管に実質的に平行な方向に設定されるカバー体の直径は、測定管部の長さより大きくなるように選択することができる。
【００１２】
カバー体は、ベース部の上に、一体をなすカバー体として設けることができるが、カバー体は、多数のカバー体部分を結合して、カバー体を形成することによって実現することもできる。さらに、絶縁ハウジングとベース部は、それぞれ多数の部分を備えることができる。そしてそれにより、流量計の組立を簡単化することができる。
【００１３】
絶縁層は、空気を含んでいることが好ましい。空気は、熱抵抗が比較的高く、絶縁ハウジングとカバー体との間にこのような空気の層を設けることは、比較的容易である。空気は、例えば、セル状の構造を有する材料内に保持してもよい。空気以外の気体の使用も考えられる。特殊な実施形態では、絶縁層は、真空を含んでいる。
【００１４】
さらなる実施形態では、絶縁層は、空気からなっている。その場合には、保持材料は使用されない。好ましくは、空気は、絶縁ハウジングとカバー体との間に保持され、したがって、絶縁層を出入りする空気の対流は、低減されるかあるいは排除すらされるため、断熱性が向上している。空気の使用に加えて、他の気体又は絶縁材料を絶縁層内に使用することも考えられる。
【００１５】
本発明の流量計の好適な実施形態では、絶縁層の熱抵抗は、２．５ｍ２Ｋ／Ｗを超える。このような熱抵抗は、流管（の一部）及び抵抗体の少なくとも一方における温度勾配の発生を大いに低減することが分かっている。
【００１６】
別の実施形態では、カバー体は、ベースに取外し可能に取り付けられている。したがって、カバー体は、流量計の、例えば組立や保守の際に、迅速簡単に取付け及び取外しが可能である。カバー体は、例えば、ねじ、クランプシステム、磁石又は他の同様な付属品手段によって着脱自在にベース部に取り付けてよい。一方、カバー体は、例えば、接着、溶接、特にレーザー溶接によって、ベース部に固定することも考えられる。絶縁ハウジングは、好ましくは、ベース部との熱継手として機能し、温度の外乱がベースに放散されて、測定管部に影響しないようにする。さらに、例えば、絶縁ハウジングに温度センサーを設けることにより、熱継手上に温度センサーを備えることができる。
【００１７】
一実施形態では、本発明の流量計は、ベース部とカバー体及び絶縁ハウジングとの組立体を囲む装置ハウジングを備えている。該装置ハウジングは、望ましくない外部の影響から組立体を保護し、センサー部及びカバー体によって設けられた熱的なスクリーンを損傷から保護している。
【００１８】
流量計は、流量測定管に接続された制御手段及び調整手段の少なくとも一方を備えていてよく、該制御手段及び調整手段の少なくとも一方は、装置ハウジングとカバー体との間に少なくとも一部が設けられている。既に示したように、装置ハウジングは、制御手段及び調整手段の少なくとも一方を、例えば、使用中ばかりでなく、輸送中においても、損傷に対して保護するものである。
【００１９】
以下、添付の図面に示したいくつかの好適な実施形態を参照して、本発明をさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１ａ】本発明に係る流量計の、該流量計の流管によって画定された平面における縦断面図である。
【図１ｂ】図１ａの線Ib-Ibに沿った、図１ａの流量計の断面平面図である。
【図２ａ】図２ｂの線IIa-IIaに沿った図１ａ及び図１ｂの流量計の縦断面図である。
【図２ｂ】図２ａの線IIb-IIbに沿った図２ａの流量計の断面平面図である。
【図３】図２ａの線III-IIIに沿った図２ａの流量計の横断面図である。
【図４】図２ａの線IV-IVに沿った図２ａの流量計の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１ａは、本発明に係る流量計１の一実施形態を示す。図１ａは、流量計１の流管７によって画定された平面における縦断面図である。流量計１は、ベース部３を備えている。ベース部３には、二つの平行な孔５が設けられている。孔５は、図１の平面に平行に伸張している。流管７は、上記孔５を通って伸張している。図示の実施形態では、流管７は、Ｕ字形であり、Ｕ字形の基部を形成する測定管部９によって相互接続されている二つの脚７ａ、７ｂを備えている。流管７の各脚７ａ、７ｂは、孔５のうちの一つを通って伸張している。一実施形態では、流管は、一体に形成され、したがって、脚７ａ、７ｂと測定管部９とは、一体に相互接続されている。絶縁ハウジング１１は、測定管部９を囲んでおり、絶縁ハウジング１１のハウジングの内面１３が測定管部９に対向している。流体は、流管７を通って流れることができ、該流体の質量流量は、抵抗体（参照番号無し）によって測定でき、抵抗体は、測定管部９と熱伝導接触している。流量を熱的に測定するこのような方法は、既に説明しており、当業者には、公知のものである。
【００２２】
本発明によれば、カバー体１７が設けられており、該カバー体１７は、ベース部３に取り付けられている。カバー体１７は、絶縁ハウジング１１を囲んでいる。絶縁ハウジング１１のハウジング外面１５は、カバー体１７のカバー内面１９に対向している。カバー体１７は、測定管部９のいかなる箇所においても、絶縁ハウジング１１から離れて配設されている。したがって、ハウジング外面１５とカバー内面１９との間には、絶縁層２１が形成されている。図示の実施形態では、カバー体１７と絶縁ハウジング１１との間に中空スペース２１が形成され、したがって、該中空スペースが、絶縁層２１を形成している。中空スペース２１は、例えば、空気などの気体を含んでいてよい。他の気体を使用すること、あるいは、空気（又は別の絶縁気体）を含む充填材料を設けることも考えられる。
【００２３】
図１ａに示すように、カバー体１７は、流管７のＵ字形状に対応する形状を付与されている。カバー体１７は、ベース部３の周囲に嵌り、特に流量計１の底部側近くで、ベース部３と接触している。カバー体１７は、（レーザー）溶接、接着、ねじ止め、クランピングなどの適当な技術を用いて、ベース部３に接合し、それに接続されている。一実施形態では、カバー体１７のベース部３への接続は、完全に封止された絶縁層２１が得られるよう、気密状態にすることが考えられる。
【００２４】
流量計１の上側近くに、カバー体１７が、絶縁ハウジング１１から間隔を置いて配設されている。絶縁ハウジング１１とカバー内面１９との間の間隔は、図示の実施形態では、約０．６〜０．８ｍｍであり、絶縁ハウジング１１の周囲全体に亘って、実質的に同じである。
【００２５】
図１ａに示すように、絶縁ハウジング１１は、第１の絶縁ハウジング部１１ｃを備えている。絶縁ハウジング部１１ｃの内側、すなわち、測定管部９に対向する絶縁ハウジング部１１ｃの部分は、受入空間を形成している。該受入空間には、測定管部９が収容されている。図示の実施形態では、受入空間には、熱絶縁体１４が充填されており、これは、図示の実施形態では、二つの絶縁部１４ａ、１４ｂからなっている（図１ａ参照）。絶縁体１４（図４も参照）は、測定管部９と接触している。
【００２６】
測定管部９、もしくは、抵抗体の形態の少なくとも１個またはそれ以上のセンサー素子が、電気的な接続手段、図示の実施形態では、ＰＣＢ（印刷回路基板）３１、特にフレクシブルＰＣＢ３１の形態の電気的な接続手段に接続されている。
【００２７】
測定管部９は、湾曲部７ｃ、７ｄを介して、Ｕ字形流管７の脚７ａ、７ｂに連通している。湾曲部７ｃ、７ｄに近い脚７ａ、７ｂの一部は、絶縁ハウジング１１内に、部分的には接着剤チャンバー１６内に収容されており、接着剤チャンバー１６は、熱伝導率＞０．９Ｗ／ｍＫを有する接着剤が充填され、管７を絶縁ハウジング１１に機械的に、かつ、熱的に結合することが可能となっている。このような構造は、ＥＰ１８６７９６２により、既知である。脚７ａ、７ｂは、接着剤チャンバー１６、したがって、絶縁ハウジング１１から、ベース部３に伸張している。絶縁ハウジング１１は、より大きく、ベース部３までの全幅に亘って伸張し、したがって、流管７全体を実質的に収容することも考えられる。
【００２８】
絶縁ハウジング１１への流管７の設置を容易にするため、絶縁ハウジング１１は、二つの絶縁ハウジング部１１ｃ、１１ｄを備えている。両方の絶縁ハウジング部１１ｃ、１１ｄは、絶縁ハウジング部１１ｃ、１１ｄが互いに当接したとき、キャビティーを形成する、すなわち、接着剤チャンバー１６及び既述の受入空間を形成する凹所を備えている。絶縁ハウジング部１１ｃ、１１ｄには、受入空間から離れたところに、貫通孔１１ｅが設けられており、絶縁ハウジング部が、留め具２３によって相互接続され得るようになっている。留め具２３は、開口１１ｅを通って伸張し、絶縁ハウジング部１１ｃ、１１ｄを互いに他に位置合わせするピン、ボルト、又は、ねじであってよい。
【００２９】
図１ｂは、留め具２３の位置における流量計１の断面平面図である。この図で示すように、流量計の外側は、カバー体１７によって形成され、ベース部３の少なくとも一部が、その内側に設けられている。絶縁ハウジング部１１ｃ、１１ｄの下側部分は、一方が他方の上に配設されており、絶縁ハウジング部１１ｃ、１１ｄによって形成されている絶縁ハウジング１１は、開口１１ｅが互いに他に位置合わせされた状態で、ベース部３のガイド３ａ上に配置されている。ガイド３ａと絶縁ハウジング１１の開口１１ｅには、絶縁ハウジング１１が、ベース部３上に簡単に配置されるよう、留め具２３が設けられる。一実施形態では、留め具２３は、ベース３と絶縁ハウジング１１との間の熱伝導ねじ接続部となっている。
【００３０】
一実施形態では、絶縁ハウジング１１は、導電性材料、特にザマック５で形成されている。
【００３１】
再び図１ａを参照すると、流管７の脚７ａ、７ｂが、絶縁ハウジング１１から、ベース部３を通って伸張している状態が示されており、流管７は、ベース部のチャンバー３ｂを介して、ベース部３の一方の側に入っており、ベース部のチャンバー３ｂには、エポキシが充填されていて、それにより、カバー体とベース部３の内側の空間を密封することができる。このやり方で、絶縁層における一定の気体組成が得られる。流管７は、実質的に、孔５を通って伸張し、封止凹部３ｃで終わっている。各孔５の端部では、流管７は、例えば溶接、特にレーザー溶接によってベース部３に接続されている。流管７は、さらに伸張して封止凹部３ｃを超えることも考えられる。封止凹部３ｃには、プラスチック材料のガスケット、特にバイトン・ガスケット、又は、好ましくはＯ−リングなどの、封止手段２５（図２ａ参照）が設けられる。
【００３２】
図２ａは、図１ａの断面図の平面に平行な、特に図２ｂにおける線IIa-IIaに沿った平面における流量計１の縦断面図を示す。図２ａは、特に封止手段２５、例えば、ベース部３の封止凹部（３ｃ、図１ａ参照）に設けられているＯ−リングを明確に示すものである。
【００３３】
図２ｂは、図２ａの線IIb-IIbに沿った流量計１の断面平面図を示す。この図では、特にカバー体１７とベース部３との間の接続部を示してある。図で分かるように、ベース部には、孔５が設けてあり、これを通って、流管７の管部７ａ、７ｂが伸張している。孔５から離れた箇所には、いわゆる漏れ試験孔４１が設けてある。該漏れ試験孔は、孔５とそれに対応する漏れ試験孔４１との間に伸張しているチャンネルにより、孔５に接続されている。この漏れ試験孔４１を用いれば、流管７のベース部３に対する接続（一実施形態では溶接接続）が、適切に行われているかどうかを検査することができる。上記孔４１は、さらに、例えば腐食により、流管７とベース部３との間の接続が不良となった場合、カバー体１７とベース部３との間に気体が滞留しないことを保証するものである。
【００３４】
図３は、図２ａの線III-IIIに沿った流量計１の横断面図である。流量計１は、ベース部３を備えており、その上方にカバー体１７が設置されている。ベース3の中心部には、その底部側にキャビティーが有り、このキャビティー内に封止体３２が有る。封止体３２の上方には、エポキシ・チャンバー３３が設けられている。エポキシ・チャンバーは、カバー体１７及びベース部３内の空間を気密封止するように機能する。封止体は、センサーが形成されている流量計１の内部からエポキシが流れ出ることを防止するものである。ＰＣＢ３１の形態の電子接続手段が、エポキシ・チャンバー３３及び封止体３２を通って伸張している。当業者であれば、接続手段は、別様に、例えば光学接続手段の形態でも構成できる、と考えるであろう。
【００３５】
図３は、さらに、第１の絶縁ハウジング部１１ｃ及び第２の絶縁ハウジング部１１ｄによって形成された絶縁ハウジングの内部が、測定管部９の位置で、二つの絶縁部１４ａ、１４ｂによって充填されていることを示している。測定管部９は、絶縁部１４ａ、１４ｂの中心に位置している。図は、カバー体１７が、絶縁ハウジング１１から離れたところにあることを明確に示している。
【００３６】
最後に、図４は、図２ａの線IV-IVに沿って留め具２３のうちの一つを通る、流量計１の横断面図である。留め具２３は、この場合は、ねじの形態であり、ベース部３のガイド３ａを通って、かつ、二つの絶縁ハウジング部１１ｃ、１１ｄの開口１１ｅを通って伸張している。この図はまた、二つの絶縁ハウジング部１１ｃ、１１ｄで構成されている絶縁ハウジング１１の内部が、絶縁部１４ａ、１４ｂによって充填されていることも示している。該絶縁部は、例えば、ポリウレタン・フォームなどの開放セル構造を有する材料で構成してよい。
【００３７】
当業者は、上述した本発明が、いくつかの好適な実施形態を参照して説明された、と考えるであろう。しかしながら、本発明は、これらの実施形態に限定されない。本発明の範囲内で多くの変形例が考えられる。保護の範囲は添付の請求項によって決定されている。
【図１ａ】
2016540988.tif 000003
【図１ｂ】
2016540988.tif 000004
【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
2016540988.tif 000008
【国際調査報告】
2016540988.tif 000009
2016540988.tif 000010
2016540988.tif 000011