特開2019-164046(P2019-164046A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2019-164046(P2019-164046A)
(43)【公開日】2019年9月26日
(54)【発明の名称】熱式流量計
(51)【国際特許分類】
   G01F 1/684 20060101AFI20190830BHJP
【FI】
   G01F1/684 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】OL
【全頁数】7
(21)【出願番号】特願2018-52361(P2018-52361)
(22)【出願日】2018年3月20日
(71)【出願人】
【識別番号】000006666
【氏名又は名称】アズビル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100098394
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 茂樹
(74)【代理人】
【識別番号】100064621
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 政樹
(72)【発明者】
【氏名】池 信一
【テーマコード(参考)】
2F035
【Fターム(参考)】
2F035EA04
2F035EA05
2F035EA08
(57)【要約】
【課題】樹脂製の配管を用いた熱式流量測定において、配管の強度低下を招くことなく、高い精度で正確な流量が測定できるようにする。
【解決手段】配管101の肉薄部101aにおける外壁に、第1補強管121,第2補強管122,第3補強管123を備える。第1補強管121および第2補強管122は、肉薄部101aに、配管101の長手方向に互いに離して設けられている。また、第1補強管121および第2補強管122は、それぞれ配管101の周囲を覆い、配管101の外壁に内壁が接している。第3補強管123は、樹脂からなり、肉薄部101aのうち、第1補強管121および第2補強管122によって覆われている領域以外の領域において、配管101の周囲を覆い、配管101の外壁に内壁が接して形成されている。
【選択図】 図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定対象の流体を輸送する樹脂製の配管と、
前記配管の一部に形成されてその一部の前記配管の厚さが他の部分より薄い肉薄部と、
前記肉薄部に、前記配管の長手方向に互いに離して設けられ、それぞれ前記配管の周囲を覆い、前記配管の外壁に内壁が接する第1補強管および第2補強管と、
前記肉薄部のうち前記第1補強管および前記第2補強管によって覆われている領域以外の領域において、前記配管の周囲を覆い、前記配管の外壁に内壁が接する樹脂からなる第3補強管と、
前記第1補強管の外壁に接して設けられ、前記流体の温度を測定するように構成された温度測定部、前記第2補強管の外壁に接して設けられ、前記流体を加熱するように構成されたヒータを備え、前記ヒータの温度と前記ヒータの熱影響を受けない位置における前記流体の温度との差が設定されている設定温度差となるように前記ヒータを駆動しているときの、前記ヒータに加熱された前記流体における熱拡散の状態に対応するセンサ値を出力するように構成されたセンサ部と、
前記流体の流量を前記センサ値から算出するように構成された流量算出部と
を備え、
前記第1補強管および前記第2補強管は、前記第3補強管を形成する材料より高い熱伝導度を有する材料から構成されていることを特徴とする熱式流量計。
【請求項2】
請求項1記載の熱式流量計において、
前記肉薄部は、前記配管の周方向に形成されていることを特徴とする熱式流量計。
【請求項3】
請求項1または2記載の熱式流量計において、
前記肉薄部は、前記配管の管壁の厚さは周方向に一定とされていることを特徴とする熱式流量計。
【請求項4】
請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱式流量計において、
前記第3補強管は複数設けられ、前記第1補強管および前記第2補強管の少なくとも一方は、2つの前記第3補強管に接していることを特徴とする熱式流量計。
【請求項5】
請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱式流量計において、
前記第1補強管および前記第2補強管は、金属、セラミック、またはシリコンから構成されていることを特徴とする熱式流量計。
【請求項6】
請求項5記載の熱式流量計において、
前記金属は、銅であることを特徴とする熱式流量計。
【請求項7】
請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱式流量計において、
前記温度測定部は、前記ヒータより上流側で前記ヒータの熱影響を受けない位置の前記流体の温度を測定し、
前記センサ部は、前記ヒータの温度と前記温度測定部が測定した前記流体の温度との差が前記設定温度差となるように前記ヒータを駆動しているときの、前記ヒータの電力を前記センサ値として出力する
ことを特徴とする熱式流量計。
【請求項8】
請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱式流量計において、
前記温度測定部は、第1温度測定部、第2温度測定部、第3温度測定部から構成され、
前記第1温度測定部は、前記ヒータより上流側で前記ヒータの熱影響を受けない位置の前記流体の温度を測定し、
前記第2温度測定部は、前記ヒータより上流側で前記ヒータの熱影響を受ける位置の前記流体の温度を測定し、
前記第3温度測定部は、前記ヒータより下流側で前記ヒータの熱影響を受ける位置の前記流体の温度を測定し、
前記センサ部は、前記ヒータの温度と、前記第1温度測定部が測定した前記流体の温度との差が前記設定温度差となるように前記ヒータを駆動しているときの、前記第2温度測定部が測定した前記流体の温度と前記第3温度測定部が測定した前記流体の温度との温度差を前記センサ値として出力する
ことを特徴とする熱式流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、流体における熱拡散の作用を利用して流量を測定する熱式流量計に関する。
【背景技術】
【0002】
流路を流れる流体の流量や流速を測定する技術が工業・医療分野などで幅広く利用されている。流量や流速を測定する装置としては、電磁流量計、渦流量計、コリオリ式流量計、熱式流量計など様々な種類があり、用途に応じて使い分けられている。熱式流量計は、 気体の検出が可能であり、圧力損失が基本的にはなく、質量流量が測定できるなどの利点がある。このような液体の流量を測定する熱式流量計は、微量な流量の測定に適している。
【0003】
熱式流量計には、ヒータの上下流の温度差により流量を測定する方法と、ヒータの消費電力による流量を測定する方法とがある。例えば、水溶液の流量を測定する場合、ヒータ温度を水温に対し、プラス10℃など一定温度に加温駆動で動作させ、上流と下流との温度差またはヒータの電力から、流量を算出する。
【0004】
このような熱式流量計を、レジスト塗布装置のフォトレジスト供給機構で用いる場合、配管には、樹脂製の配管が用いられている。これは、金属等の汚染物がフォトレジストに混入することを防止するためである。しかしながら、樹脂製の配管を用いる場合、熱の伝導があまりよくない。このため、例えば、測定対象の流体を効率良く短時間で加熱できず、また、流体の温度を短時間で測定できないため、高い精度で正確な流量測定ができないという問題がある。
【0005】
上述した樹脂製配管を用いる場合の問題を解消するために、管壁を外側から切削して他の部位より薄くした箇所にセンサ部を設ける技術が提案されている(特許文献1参照)。この技術によれば、樹脂製の配管を用いても、より迅速に流体を加熱でき、また、より迅速に流体の流れによる温度変化を検出することができ、高精度で被測定流体の流量を測定することができるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2012−202971号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、配管を薄くした箇所は、機械的な強度が低下するという問題が発生する。このように、従来の技術では、樹脂製の配管を用いる場合、配管の強度低下を招くことなく、高い精度で正確な流量測定ができないという問題があった。
【0008】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、樹脂製の配管を用いた熱式流量測定において、配管の強度低下を招くことなく、高い精度で正確な流量が測定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明に係る熱式流量計は、測定対象の流体を輸送する樹脂製の配管と、配管の一部に形成されてその一部の配管の厚さが他の部分より薄い肉薄部と、肉薄部に、配管の長手方向に互いに離して設けられ、それぞれ配管の周囲を覆い、配管の外壁に内壁が接する第1補強管および第2補強管と、肉薄部のうち第1補強管および第2補強管によって覆われている領域以外の領域において、配管の周囲を覆い、配管の外壁に内壁が接する樹脂からなる第3補強管と、第1補強管の外壁に接して設けられ、流体の温度を測定するように構成された温度測定部、第2補強管の外壁に接して設けられ、流体を加熱するように構成されたヒータを備え、ヒータの温度とヒータの熱影響を受けない位置における流体の温度との差が設定されている設定温度差となるようにヒータを駆動しているときの、ヒータに加熱された流体における熱拡散の状態に対応するセンサ値を出力するように構成されたセンサ部と、流体の流量をセンサ値から算出するように構成された流量算出部とを備え、第1補強管および第2補強管は、第3補強管を形成する材料より高い熱伝導度を有する材料から構成されている。
【0010】
上記熱式流量計において、肉薄部は、配管の周方向に形成されている。
【0011】
上記熱式流量計において、肉薄部は、配管の管壁の厚さは周方向に一定とされている。
【0012】
上記熱式流量計において、第3補強管は複数設けられ、第1補強管および第2補強管の少なくとも一方は、2つの第3補強管に接している。
【0013】
上記熱式流量計において、第1補強管および第2補強管は、金属、セラミック、またはシリコンから構成されている。例えば、金属は、銅である。
【0014】
上記熱式流量計において、温度測定部は、ヒータより上流側でヒータの熱影響を受けない位置の流体の温度を測定し、センサ部は、ヒータの温度と温度測定部が測定した流体の温度との差が設定温度差となるようにヒータを駆動しているときの、ヒータの電力をセンサ値として出力する。
【0015】
上記熱式流量計において、温度測定部は、第1温度測定部、第2温度測定部、第3温度測定部から構成され、第1温度測定部は、ヒータより上流側でヒータの熱影響を受けない位置の流体の温度を測定し、第2温度測定部は、ヒータより上流側でヒータの熱影響を受ける位置の流体の温度を測定し、第3温度測定部は、ヒータより下流側でヒータの熱影響を受ける位置の流体の温度を測定し、センサ部は、ヒータの温度と、第1温度測定部が測定した流体の温度との差が設定温度差となるようにヒータを駆動しているときの、第2温度測定部が測定した流体の温度と第3温度測定部が測定した流体の温度との温度差をセンサ値として出力する。
【発明の効果】
【0016】
以上説明したように、本発明によれば、肉薄部に第1補強管,第2補強管,第3補強管を備えるようにしたので、樹脂製の配管を用いた熱式流量測定において、配管の強度低下を招くことなく、高い精度で正確な流量が測定できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
図1図1は、本発明の実施の形態における熱式流量計の構成を示す構成図である。
図2A図2Aは、本発明の実施の形態における熱式流量計の一部構成を示す断面図である。
図2B図2Bは、本発明の実施の形態における熱式流量計の一部構成を示す断面図である。
図3図3は、本発明の実施の形態における他の熱式流量計の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明の実施の形態おける熱式流量計について図1図2A図2Bを参照して説明する。この熱式流量計は、測定対象の流体を輸送する合成樹脂から構成された配管101と、センサ部102と、流量算出部103とを備える。配管101は、例えば、フッ素樹脂から構成されている。また、この熱式流量計は、配管101の肉薄部101aにおける外壁に、第1補強管121,第2補強管122,第3補強管123を備える。
【0019】
肉薄部101aは、一部が配管101の他の部位より薄い領域である。肉薄部101aは、例えば、配管101の他の領域より外形が細い。また、肉薄部101aは、例えば、肉薄部101aは、配管101の周方向に形成されている。また、肉薄部101aは、配管101の管壁の厚さは周方向に一定とされている。
【0020】
第1補強管121および第2補強管122は、肉薄部101aに、配管101の長手方向に互いに離して設けられている。また、第1補強管121および第2補強管122は、それぞれ配管101の周囲を覆い、配管101の外壁に内壁が接している。第2補強管122は、第1補強管121の下流側の配管101の外壁に接して設けられている。第1補強管121および第2補強管122は、後述する第3補強管123を形成する材料より高い熱伝導度を有する材料から構成されている。第1補強管121および第2補強管122は、例えば、シリコン、セラミック、または金属から構成されている。第1補強管121および第2補強管122は、例えば、銅から構成されていればよい。
【0021】
第3補強管123は、樹脂からなり、肉薄部101aのうち、第1補強管121および第2補強管122によって覆われている領域以外の領域において、配管101の周囲を覆い、配管101の外壁に内壁が接して形成されている。第3補強管123は、例えば、合成樹脂(プラスチック)から構成されている。また、例えば、第3補強管123は複数設けられ、第1補強管121および第2補強管122の少なくとも一方は、2つの第3補強管123に接している。
【0022】
実施の形態において、センサ部102は、温度測定部111、ヒータ112、制御部113、電力計測部114を備える。温度測定部111は、第1補強管121の外壁に接して設けられている。ヒータ112は、第2補強管122の外壁に接して設けられている。第2補強管122は、第1補強管121の下流に設けられているので、ヒータ112は、温度測定部111より下流に設けられるものとなる。温度測定部111、例えば、熱伝導性接着剤により、第1補強管121の外壁に接着固定されている。温度測定部111は、流体の温度を測定する。ヒータ112は、例えば、熱伝導性接着剤により、第2補強管122の外壁に接着固定されている。
【0023】
ここで、センサ部102は、ヒータ112の温度と、ヒータ112の熱影響を受けない位置における流体の温度との差が、設定されている設定温度差となるようにヒータ112を駆動しているときの、ヒータ112に加熱された流体における熱拡散の状態に対応するセンサ値を出力する。実施の形態において、制御部113が、ヒータ112の温度と、温度測定部111で測定されるヒータ112の熱影響を受けない位置、例えばヒータ112より上流における流体の温度との差が、予め設定されている設定温度差となるように、ヒータ112を制御して駆動する。
【0024】
また、電力計測部114は、制御部113により制御されているヒータ112の電力を計測して出力する。センサ部102を構成する電力計測部114から出力される電力がセンサ値となる。流量算出部103は、電力計測部114が計測して出力したヒータ112の電力(センサ値)より、流体の流量を算出する。
【0025】
以上に説明したように、実施の形態によれば、肉薄部101aに第1補強管121,第2補強管122,第3補強管123を備えるようにしたので、樹脂製の配管101の、周囲より肉薄とされている肉薄部101aにおける強度低下が抑制できるようになる。また、温度測定部111が設けられる第1補強管121、およびヒータ112が設けられる第2補強管122は、金属、セラミック、またはシリコンなどの第3補強管123より熱伝導率の高い材料から構成しているので、流体を迅速に加熱可能であり、流体の温度測定の精度を低下させることがない。また、第1補強管121,第2補強管122の周囲の肉薄部101aは、樹脂からなる第3補強管123を設けるので、流路方向の熱の逃げが防げるようになり、効率的にヒータ112の熱を流体に伝えることができる。
【0026】
ここで、実施の形態における熱式流量計の動作について、より詳細に説明する。よく知られているように、ヒータ112の温度とヒータ112の熱影響を受けない位置における流体の温度との差が設定温度差となるようにヒータ112を駆動しているときの、ヒータ112が消費している電力と、流体の流量との間には相関がある。また、この相関関係は、同じ流体/流量/温度において再現性がある。従って、上述したように、ヒータ112が制御部113に制御されている状態で、電力計測部114が計測した電力より、流量算出部103において、所定の相関係数(定数)を用いることで流量が算出できる。
【0027】
なお、図3に示すように、温度測定部(第1温度測定部)111、ヒータ112、制御部113、温度測定部(第2温度測定部)116、温度測定部(第3温度測定部)117からセンサ部102’を構成してもよい。各温度測定部は、肉薄部101aにおいて、第1補強管121aの外壁に接して設けられている。第1補強管121aは、前述した実施の形態と同様に、肉薄部101aの一部(各温度測定部の配置箇所)において、配管101の周囲を覆って形成されて配管101の外壁に内壁が接して形成されている。第1補強管121aは、熱伝導性のよいシリコン、セラミック、または金属から構成されている。第1補強管121aは、例えば、銅から構成されていればよい。
【0028】
なお、ヒータ112は、第2補強管122の外壁に接して設けられている。また、第1補強管121および第2補強管122が配置されている以外の肉薄部101aの全域に、第3補強管123が、配管101の周囲を覆って形成されて配管101の外壁に内壁が接して形成されている。
【0029】
この構成において、制御部113は、ヒータ112の温度と、温度測定部111で測定されるヒータ112の熱影響を受けない位置、例えばヒータ112より上流における流体の温度との差が、予め設定されている設定温度差となるように、ヒータ112を制御して駆動する。
【0030】
温度測定部116は、温度測定部111より下流側でかつヒータ112の上流側における第1補強管121aの外壁に接して設けられている。また、温度測定部117は、ヒータ112の下流側における第1補強管121aの外壁に接して設けられている。温度測定部116,温度測定部117は、流体の温度を測定する。
【0031】
温度測定部116が測定している流体の温度と、温度測定部117が測定している流体の温度との温度差より、流体の流量を算出することができる。この例では、温度測定部116が測定している流体の温度と、温度測定部117が測定している流体の温度との温度差が、センサ値となる。
【0032】
よく知られているように、ヒータ112の温度とヒータ112の熱影響を受けない位置における流体の温度との差が、予め設定されている設定温度差となるようにヒータ112を駆動しているときの、ヒータ112より上流の流体の温度とヒータ112より下流の流体の温度との温度差と、流体の流量との間には相関がある。また、この相関関係は、同じ流体/流量/温度において再現性がある。従って、上述したように、ヒータ112が制御部113に制御されている状態で、温度測定部116が測定した温度と温度測定部117が測定した温度との差(温度差)より、所定の相関係数(定数)を用いることで流量が算出できる。
【0033】
以上に説明したように、本発明によれば、測定部に第1補強管,第2補強管,第3補強管を備えるようにしたので、樹脂製の配管を用いた熱式流量測定において、配管の強度低下を招くことなく、高い精度で正確な流量が測定できるようになる。
【0034】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
【符号の説明】
【0035】
101…配管、101a…肉薄部、102…センサ部、103…流量算出部、111…温度測定部、112…ヒータ、113…制御部、114…電力計測部、121…第1補強管、122…第2補強管、123…第3補強管。
図1
図2A
図2B
図3