JP5209524B2 - 流量計および流量コントローラ - Google Patents
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Description
しかしながら、流量の計測に用いられる流量計の数が増えることから、流量計または流量コントローラの生産コストが上昇するという問題があった。
本発明の流量計は、測定対象である流体が流れる上流側流路および下流側流路と、前記上流側流路における前記流体の圧力を測定する上流側圧力センサと、前記下流側流路における前記流体の圧力を測定する下流側圧力センサと、前記上流側流路および前記下流側流路の間に配置され、少なくとも前記上流側流路よりも流路面積が小さい第1絞り部と、前記上流側流路における前記上流側圧力センサおよび前記第1絞り部の間から分岐し、前記下流側流路に接続されるバイパス流路と、該バイパス流路を流れる流体の流量を制御する開閉弁と、前記バイパス流路および前記下流側流路の間に配置され、少なくとも前記バイパス流路よりも流路面積が小さい第2絞り部と、が設けられ、前記上流側流路と、前記上流側圧力センサと、前記第1絞り部と、前記バイパス流路と、前記第2絞り部と、前記開閉弁は第1筐体に配置される一方、前記下流側流路と、前記下流側圧力センサは第2筐体に配置され、前記第1筐体および前記第2筐体は接続離間が可能に構成されて、その接続部において、前記第1筐体には凹部が設けられる一方、前記第2筐体には前記凹部と嵌め合わされる凸部が設けられ、前記凹部の底面には前記上流側流路および前記バイパス流路が開口し、その各々の開口部にそれぞれ前記第1絞り部と前記第2絞り部とが着脱可能に設けられ、前記第1絞り部および前記第2絞り部は、前記第1筐体と前記第2筐体とが組み合わされた際に、前記凹部に前記凸部が嵌合することにより、前記凸部に押圧されて前記凹部の底面に押付けられることを特徴とする。
また、本発明によれば、第1筐体および第2筐体が接続離間可能に構成されているため、第1絞り部および第2絞り部を露出させることができる。そのため、第1絞り部および第2絞り部の交換や、清掃などのメンテナンスが行いやすくなる。
さらに、本発明によれば、第1絞り部と第2絞り部とが着脱可能に設けられているため、第1絞り部および第2絞り部のメンテナンスがさらに行いやすくなる。
さらに、第1絞り部および第2絞り部の少なくとも一方を、他の絞り部に交換することもできる。
具体的には、開閉弁が閉じられた場合、開閉弁の内部に残された流体は、バイパス流路および第2絞り部を介して下流側流路に流れ出ることができる。
図1は、本実施形態に係る流量コントローラの概略構成を説明する模式図である。
流量コントローラ1には、図1に示すように、第1ボディ(第1筐体)2Aおよび第2ボディ(第2筐体)2Bと、上流側流路3Aおよび下流側流路3Bと、上流側圧力センサ4Aおよび下流側圧力センサ4Bと、バイパス流路5と、第1オリフィス部(第1絞り部)6Aおよび第2オリフィス部(第2絞り部)6Bと、開閉弁7と、流量調節弁(調節弁)8と、制御部9(図5参照)と、が設けられている。
第1ボディ2Aおよび第2ボディ2Bを形成する材料としては、流量を調節する薬液に対する耐性、つまり耐薬品性の高い材料であることが望ましい。
第1ボディ2Aには、図2および図3に示すように、上流側流路3Aと、上流側圧力センサ4Aと、バイパス流路5と、第1オリフィス部6Aおよび第2オリフィス部6Bと、開閉弁7と、が設けられている。
さらに、第1ボディ2Aには、外部の流路との接続に用いられる上流側コネクタ21Aと、第2ボディ2Bとの接合に用いられる第1凹部22Aおよび第2凹部23Aと、が設けられている。
さらに第1凹部22Aの底面には上流側流路3Aおよびバイパス流路5が開口している。そして、上流側流路3Aの開口部には、第1オリフィス部6Aが配置される凹部が形成され、バイパス流路5の開口部には、第2オリフィス部6Bが配置される凹部が形成されている。
第2ボディ2Bには、図4に示すように、下流側流路3Bと、下流側圧力センサ4Bと、流量調節弁(調節弁)8と、が設けられている。
さらに、第2ボディ2Bには、外部の流路との接続に用いられる下流側コネクタ21Bと、第1ボディ2Aとの接合に用いられる第1凸部22Bおよび第2凸部23Bと、が設けられている。
さらに第1凸部22Bの内部は下流側流路3Bとされていて、第1凸部22Bの外周面には、第1凹部22Aの内周面と接触することにより、薬液漏れを防止するOリング24Bが設けられている。
上流側流路3Aには、薬液の流れの上流側から順に、上流側圧力センサ4Aと、バイパス流路5と、第1オリフィス部6Aとが設けられている。
さらに、上流側流路3Aにおける上流側圧力センサ4Aと、第1オリフィス部6Aの配置位置との間には、バイパス流路5の上流側端部が接続されている。
このようにすることで、第1オリフィス部6Aを、第1ボディ2Aから着脱可能にできるため、第1オリフィス部6Aのメンテナンスが行いやすくなる。さらに、第1オリフィス部6Aを、他のオリフィス部に交換することもできる。
具体的には、上流側流路3Aにおける上流側部分、言い換えると、上流側コネクタ21Aとの接続部から、上流側圧力センサ4Aとバイパス流路5との間までの部分は、略水平に延びるように形成され、下流側部分、言い換えると、上流側圧力センサ4Aとバイパス流路5との間から、下流側の端部までの部分は、下流側に向かって下る傾斜を有するように形成されている。
下流側流路3Bには、薬液の流れの上流側から順に、下流側圧力センサ4Bと、流量調節弁8と、が設けられている。
さらに、下流側流路3Bにおける下流側圧力センサ4Bと、下流側流路3Bにおける下流側の端部との間には、流量調節弁8が配置されている。
上流側圧力センサ4Aおよび下流側圧力センサ4Bに用いられるセンサとしては、液体などの流体の圧力を測定できるものであればよく、例えば、ピエゾ式圧力センサや、静電容量式圧力センサや、ひずみゲージ式圧力センサなどを用いることができる。
具体的には、第1ボディ2Aにおける上面の開閉弁7と隣接した位置であって、薬液流れの上流側(図2の右側)に配置されている。
上流側圧力センサ4Aには、図1および図2に示すように、検出した薬液の圧力に係る信号を伝達するセンサケーブル42Aが接続されている。
具体的には、第2ボディ2Bにおける上面の流量調節弁8と隣接した位置であって、薬液流れの上流側(図4の右側)に配置されている。
バイパス流路5には、薬液流れの上流側から順に、開閉弁7、および、第2オリフィス部6Bが設けられている。
この弁室72から第2オリフィス部6Bまで延びるバイパス流路5は、その下端が開閉弁7の弁座73と略同一平面上に配置されている。
具体的には、開閉弁7が閉じられた場合、弁室72に残された薬液は、バイパス流路5および第2オリフィス部6Bを介して下流側流路3Bに流れ出ることができる。
このようにすることで、第2オリフィス部6Bを、第1ボディ2Aから着脱可能とすることで、第2オリフィス部6Bのメンテナンスが、さらに行いやすくなる。さらに、第2オリフィス部6Bを、他のオリフィス部に交換することもできる。
第1オリフィス部6Aには中心軸線に沿って延びる第1絞り流路が形成されており、第1絞り流路は、第2オリフィス部6Bの中心軸線に沿って延びる第2絞り流路よりも流路断面積が狭く形成されている。
第2オリフィス部6Bには中心軸線に沿って延びる第2絞り流路が形成されており、第2絞り流路は、第1絞り流路よりも流路断面積が広く形成されている。
開閉弁7には、弁体71と、弁室72と、弁座73と、が設けられている。
弁体71には、上下方向に延びる略円柱状に形成された本体と、当該円柱状に形成された本体の円周面から鍔状に形成された薄膜を有するダイヤフラム部とが設けられている。
具体的には、弁体71の本体における下端が弁座73と接触することにより、バイパス流路5および第2オリフィス部6Bにおける薬液の流れが止められる。その一方で、弁体71の本体における下端が弁座73から離間することにより、バイパス流路5および第2オリフィス部6Bに薬液が流される。
具体的には、弁体71のダイヤフラム部は弁室72における上側の壁面を構成し、かつ、ダイヤフラム部の薄膜が変形することにより、弁体71の本体が上下方向に移動可能とされている。
弁室72は、第1ボディ2Aに形成された上側に開口する略円柱状の空間と、当該空間の開口を塞ぐ弁体71のダイヤフラム部と、から主に形成された空間である。
流量調節弁8には、弁体81と、弁室82と、弁座83と、が設けられている。
具体的には、弁体81の本体は、上側の端部が塞がれた円筒状に形成されたものであり、その内部に上述の蛇腹部や、大径部および小径部が配置されたものである。弁体81の本体における上側の端面には、弁体81の大径部および小径部を上下方向に移動させるロッドが挿通される貫通孔が形成されている。
さらに、弁体81の内部には、弁体81の大径部および小径部を上下方向に移動させるロッドが挿通されている。
具体的には、弁体81の大径部から下方に突出する小径部が、弁座83に形成された開口部に挿入される程度が調節されることにより、下流側流路3Bを流れる薬液の流量が調節される。さらに、弁体81の大径部と弁座83とが接触することにより、下流側流路3Bにおける薬液の流れが止められる。
弁室82は、第2ボディ2Bに形成された上側に開口する略円柱状の空間と、当該空間の開口を塞ぐ弁体81の本体と、から主に形成された空間である。
この開口には、上述の弁体81の小径部が挿入されている。
制御部9は、図1および図5に示すように、流量調節弁8を制御することにより、流量コントローラ1を流れる薬液の流量を制御するものである。
さらに、制御部9からは、図5に示すように、開閉弁7の開閉を制御する制御信号と、流量調節弁8における弁の開度を制御する制御信号と、が出力されている。
まず、入力部91に対して、約3(ml/min)から約30(ml/min)までの範囲に含まれる所定の流量が制御目標として入力された場合について説明する。
その一方で、上流側流路3Aを流れる薬液の全ては、バイパス流路5に流入することなく、第1オリフィス部6Aに流入する。
具体的には、上流側流路3Aにおける薬液の圧力をP1、下流側流路3Bにおける薬液の圧力をP2、第1オリフィス部6Aを通過する薬液の流量をQ1とすると、以下の式(1)で表される関係式が成り立つ。
Q1=k1√(P1−P2) ・・・(1)
さらに、ここでは、第1オリフィス部6Aを通過する薬液の流量Q1と、流量コントローラ1を通過する薬液の流量とは等しくなっている。
制御部9における流量調節弁8の制御方法としては、PID制御などのフィードバック制御を例示することができる。
流量調節弁8は、図1および図4に示すように、制御信号に基づいて弁体81を弁座83から離間させることにより、弁開度を大きくする。
すると、流量調節弁8を通過する薬液の流量が増加し、流量コントローラ1を流れる薬液の流量の値が、制御目標である流量の値まで増やされる。
流量調節弁8は、図1および図4に示すように、制御信号に基づいて弁体81を弁座83に接近させることにより、弁開度を小さくする。
すると、流量調節弁8を通過する薬液の流量が減少し、流量コントローラ1を流れる薬液の流量の値が、制御目標である流量の値まで減らされる。
具体的には、上流側流路3Aにおける薬液の圧力をP1、下流側流路3Bにおける薬液の圧力をP2、第2オリフィス部6Bを通過する薬液の流量をQ2とすると、以下の式(2)で表される関係式が成り立つ。
Q2=k2√(P1−P2) ・・・(2)
さらに、ここでは、第1オリフィス部6Aを通過する薬液の流量Q1と、第2オリフィス部6Bを通過する薬液の流量Q2との合計が、流量コントローラ1を通過する薬液の流量と等しくなっている。
以後の制御部9における制御は、上述の場合と同様であるので、その説明を省略する。
2A 第1ボディ(第1筐体)
2B 第2ボディ(第2筐体)
3A 上流側流路
3B 下流側流路
4A 上流側圧力センサ
4B 下流側圧力センサ
5 バイパス流路
6A 第1オリフィス部(第1絞り部)
6B 第2オリフィス部(第2絞り部)
7 開閉弁
8 流量調節弁(調節弁)
11 差圧式流量計(流量計)
71 弁体
73 弁座
Claims (4)
- 測定対象である流体が流れる上流側流路および下流側流路と、
前記上流側流路における前記流体の圧力を測定する上流側圧力センサと、
前記下流側流路における前記流体の圧力を測定する下流側圧力センサと、
前記上流側流路および前記下流側流路の間に配置され、少なくとも前記上流側流路よりも流路面積が小さい第1絞り部と、
前記上流側流路における前記上流側圧力センサおよび前記第1絞り部の間から分岐し、前記下流側流路に接続されるバイパス流路と、
該バイパス流路を流れる流体の流量を制御する開閉弁と、
前記バイパス流路および前記下流側流路の間に配置され、少なくとも前記バイパス流路よりも流路面積が小さい第2絞り部と、
が設けられ、
前記上流側流路と、前記上流側圧力センサと、前記第1絞り部と、前記バイパス流路と、前記第2絞り部と、前記開閉弁7は第1筐体に配置される一方、前記下流側流路と、前記下流側圧力センサは第2筐体に配置され、
前記第1筐体および前記第2筐体は接続離間が可能に構成されて、その接続部において、前記第1筐体には凹部が設けられる一方、前記第2筐体には前記凹部と嵌め合わされる凸部が設けられ、
前記凹部の底面には前記上流側流路および前記バイパス流路が開口し、その各々の開口部にそれぞれ前記第1絞り部と前記第2絞り部とが着脱可能に設けられ、
前記第1絞り部および前記第2絞り部は、前記第1筐体と前記第2筐体とが組み合わされた際に、前記凹部に前記凸部が嵌合することにより、前記凸部に押圧されて前記凹部の底面に押付けられることを特徴とする流量計。 - 前記第1絞り部は、前記第2絞り部よりも流路断面積が小さいことを特徴とする請求項1に記載の流量計。
- 前記開閉弁には、弁体および弁座が設けられており、
前記弁座の面と、前記開閉弁から前記第2絞り部に向かって略水平方向に延びる前記バイパス流路における内周面の下端とが、略同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の流量計。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の流量計と、
前記流体の流量を調節する調節弁と、
が設けられていることを特徴とする流量コントローラ。
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