JP5209524B2

JP5209524B2 - 流量計および流量コントローラ

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Publication number: JP5209524B2
Application number: JP2009024713A
Authority: JP
Inventors: 裕規五十嵐
Original assignee: Surpass Industry Co Ltd
Current assignee: Surpass Industry Co Ltd
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2029-02-05
Also published as: JP2010181263A; US8205635B2; US20100193056A1; KR20100090193A; EP2216632B1; EP2216631B1; EP2216632A1; KR101623107B1; EP2216631A1

Description

本発明は、例えば、化学工場、半導体製造、食品およびバイオなどの各種産業分野における流体輸送配管に用いられて、流体の流量を計測するのに用いて好適な流量計、および、それを備えた流量コントローラに関する。

従来、流体の流量を計測する流量計としては、種々の形式の流量計が提案されている。その中で、例えば液体の流速を計測する場合、差圧式流量計は、流体に含まれる気泡などの影響を受けるレーザ式流量計などと比較して、測定誤差が生じにくく正確に流量を測定できるという利点を有している。そのため、差圧式流量計を用いた種々の流量コントローラが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−３４６６７号公報

しかしながら、差圧式流量計は、他の方式の流量計と比較して、測定できる流量の範囲が限定されるという問題があった。具体的には、測定できる流量範囲の上限は、下限の流量に対して約十倍の流量に制限されるという問題があった。

そのため、差圧式流量計における測定可能な流量範囲を超えた範囲で流体の流量を測定する場合には、複数の差圧式流量計を組み合わせて流体の流量を測定する方法も考えられる。
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。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、製造コストの上昇を抑制しつつ、広い流量範囲における流量を測定することができる流量計、および、それを備えた流量コントローラを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
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。

本発明によれば、第１絞り部と、第２絞り部および第２絞り部における流体の流れを制御する開閉弁が設けられているため、製造コストの上昇を抑制しつつ、広い流量範囲にわたる流量を測定することができる。

具体的には、測定対象の流体の流量が、第１絞り部のみを用いて測定できる流量範囲内である場合には、開閉弁を閉じて第１絞り部のみに流体を通過させ、第１絞り部の前後における流体の圧力差を上流側圧力センサおよび下流側圧力センサにより測定することにより、薬液の流量が測定される。

その一方で、測定対象の流体の流量が、第１絞り部のみで流量が測定できる流量範囲を超えている場合には、開閉弁を開いて第１絞り部および第２絞り部に流体を通過させ、第１絞り部および第２絞り部の前後における流体の圧力差を上流側圧力センサおよび下流側圧力センサにより測定することにより、薬液の流量が測定される。
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。

上記発明においては、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が望ましい。

本発明によれば、第１絞り部が第２絞り部よりも大きな流路断面積を有する場合や、略同等の流路断面積を有する場合と比較して、より少ない流体の流量を測定することができる。

上記発明においては、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が望ましい。

本発明によれば、開閉弁が閉じられた際に、開閉弁の内部、および、バイパス流路における開閉弁と第２絞り部との間に流体が溜まることを防止することができる。
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。

本発明の流量コントローラは、上記本発明の流量計と、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。

本発明によれば、上記本発明の流量計が設けられているため、広い流量範囲における流体の流量を調節することができる。

本発明の流量計および流量コントローラによれば、第１絞り部と、第２絞り部および第２絞り部における流体の流れを制御する開閉弁が設けられているため、製造コストの上昇を抑制しつつ、広い流量範囲にわたる流量を測定することができるという効果を奏する。

本発明の一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。図１の第１ボディの構成を説明する模式図である。図２の第１ボディの構成を説明する側面視図である。図１の第２ボディの構成を説明する模式図である。制御部の構成を説明するブロック図である。

この発明の一実施形態に係る流量コントローラについて、図１から図５を参照して説明する。
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。

本実施形態では、本発明の流量コントローラ１を半導体等の生産に用いられる薬液の流量を調節するものに適用して説明する。
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。

言い換えると、流量コントローラ１には、上流側圧力センサ４Ａ、下流側圧力センサ４Ｂ、バイパス流路５、第１オリフィス部６Ａ、第２オリフィス部６Ｂ、および、開閉弁７などから構成される差圧式流量計（流量計）１１、および、流量調節弁８、および、制御部９などから構成される流量調節部１２が設けられている。

第１ボディ２Ａおよび第２ボディ２Ｂは、図１に示すように、流量コントローラ１の外形を構成するとともに、差圧式流量計１１の構成要素や、流量調節部１２の構成要素を内部に収納するものである。
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。

具体的には、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）などのフッ素樹脂材料、または、ＰＥＥＫ（登録商標、ポリエーテル・エーテル・ケトン）等の材料であることが望ましい。

図２は、図１の第１ボディの構成を説明する模式図である。図３は、図２の第１ボディの構成を説明する側面視図である。
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。

上流側コネクタ２１Ａは、図２に示すように、第１ボディ２Ａにおける側面に配置されたコネクタであり、外部の流路と上流側流路３Ａとを連通させるものである。

第１凹部２２Ａは、図２および図３に示すように、第２ボディ２Ｂの第１凸部２２Ｂと嵌め合わされる部分であって、第１ボディ２Ａにおける第２ボディ２Ｂと対向する面に略円柱状に形成された凹みである。
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凹部２３Ａは、図２から図４に示すように、第２ボディ２Ｂの第２凸部２３Ｂと嵌め合わされる部分である。言い換えると、第２凹部２３Ａは、第１ボディ２Ａにおける底面のうち、第２ボディ２Ｂに向かって凹む部分であり、かつ、第２ボディ２Ｂに向かって開口した部分である。

図４は、図１の第２ボディの構成を説明する模式図である。
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。

下流側コネクタ２１Ｂは、図４に示すように、第２ボディ２Ｂにおける側面に配置されたコネクタであり、外部の流路と下流側流路３Ｂとを連通させるものである。

第１凸部２２Ｂは、図４に示すように、第１ボディ２Ａの第１凹部２２Ａと嵌め合わされる部分であって、第２ボディ２Ｂにおける第１ボディ２Ａと対向する面に略円筒状に形成された突出部である。
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。

一方で、第１凸部２２Ｂは、第１ボディ２Ａおよび第２ボディ２Ｂが組み合わされた際に、第１オリフィス部６Ａおよび第２オリフィス部６Ｂを第１凹部２２Ａの底面に押付けるように構成されている。

第２凸部２３Ｂは、図４に示すように、第１ボディ２Ａの第２凹部２３Ａと嵌め合わされる部分である。言い換えると、第２凸部２３Ｂは、第２ボディ２Ｂにおける底面が第１ボディ２Ａに向かって突出した部分である。

このように、第１ボディ２Ａおよび第２ボディ２Ｂを離間可能とすることで、第１オリフィス部６Ａおよび第２オリフィス部６Ｂを露出させることができる。そのため、第１オリフィス部６Ａおよび第２オリフィス部６Ｂの交換や、清掃などのメンテナンスが行いやすくなる。

上流側流路３Ａおよび下流側流路３Ｂは、図１に示すように、外部から供給された薬液が流れる流路である。

上流側流路３Ａは、図２に示すように、第１ボディ２Ａの内部に形成され、外部から供給された薬液が流れる流路である。さらに上流側流路３Ａは、上流側コネクタ２１Ａと繋がるとともに、下流側流路３Ｂと繋がる流路である。
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。

具体的には、上流側流路３Ａにおける上流側の端部と、バイパス流路５が繋がる部分との間には、上流側圧力センサ４Ａに向かって延びる分岐流路が設けられている。この分岐流路によって上流側圧力センサ４Ａにおける圧力検出面と、薬液との接触が確保されている。
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。

その一方で、上流側流路３Ａにおける下流側端部には、第１オリフィス部６Ａが着脱可能に配置される凹部が設けられている。
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。

その一方で、上流側流路３Ａは、途中で下流に向かって下る方向に折れ曲がって延びるように形成されている。
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。

なお、上述のように、上流側流路３Ａは、途中で下流に向かって下る方向に折れ曲がって延びるように形成されていてもよいし、上流側の端部から下流側の端部まで、略水平方向に延びて形成されていてもよく、特に限定するものではない。

下流側流路３Ｂは、図４に示すように、第２ボディ２Ｂの内部に形成され、外部から供給された薬液が流れる流路である。さらに下流側流路３Ｂは、上流側流路３Ａと繋がるとともに、下流側コネクタ２１Ｂと繋がる流路である。
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。

具体的には、下流側流路３Ｂにおける上流側の端部と、流量調節弁８の配置位置との間には、下流側圧力センサ４Ｂに向かって延びる分岐流路が設けられている。この分岐流路によって下流側圧力センサにおける圧力検出面と、薬液との接触が確保されている。
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は、図２に示すように、上流側流路３Ａを流れる薬液の圧力を測定するセンサであり、下流側圧力センサ４Ｂは、図４に示すように、下流側流路３Ｂを流れる薬液の圧力を測定するセンサである。
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。

上流側圧力センサ４Ａは、図２に示すように、第１ボディ２Ａに配置されるとともに、上流側カバー４１Ａにより覆われている。これにより、上流側圧力センサ４Ａが薬液の蒸気などと接触することが防止されている。
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。

センサケーブル４２Ａは、図１に示すように、上流側カバー４１Ａから下流側カバー４１Ｂに向かって延びるとともに、上流側圧力センサ４Ａが出力した圧力に係る信号を制御部９に入力するものである。

下流側圧力センサ４Ｂは、図４に示すように、第２ボディ２Ｂに配置されるとともに、下流側カバー４１Ｂに流量調節弁８とともに覆われている。これにより、下流側圧力センサ４Ｂおよび流量調節弁８が薬液の蒸気などと接触することが防止されている。
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は、図２に示すように、第１ボディ２Ａの内部に形成された上流側流路３Ａから分岐する流路である。
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。

具体的には、バイパス流路５は、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との間から上方（図２の上方）に向かって延び、開閉弁７の弁室７２と接続されている。さらに、バイパス流路５は、弁室７２の側面から略水平方向（図２の左右方向）に向かって延び下流側流路３Ｂと接続される。
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。

このようにすることで、開閉弁７が閉じられた際に、開閉弁７の内部である弁室７２、および、バイパス流路５における開閉弁７と第２オリフィス部６Ｂとの間に薬液が溜まることを防止することができる。
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。

その一方で、バイパス流路５における下流側の端部には、第２オリフィス部６Ｂが着脱可能に配置される凹部が形成されている。
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および第２オリフィス部６Ｂは、図１に示すように、差圧式流量計１１における絞り部を構成するものである。

第１オリフィス部６Ａは、図２および図３に示すように、上流側流路３Ａにおける下流側の端部に形成された凹部に配置される略円柱状の部材である。
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。

このようにすることで、第１オリフィス部６Ａが第２オリフィス部６Ｂよりも大きな流路断面積を有する場合や、略同等の流路断面積を有するである場合と比較して、より少ない薬液の流量を測定することができる。

本実施形態では、第１オリフィス部６Ａにおける第１絞り流路の流路断面積は、差圧式流量計１１において約３（ｍｌ／ｍｉｎ）から約３０（ｍｌ／ｍｉｎ）までの範囲の流量が計測できる面積である場合に適用して説明する。

第２オリフィス部６Ｂは、図２および図３に示すように、バイパス流路５における下流側の端部に形成された凹部に配置される略円柱状の部材である。
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。

本実施形態では、第２オリフィス部６Ｂにおける第２絞り流路の流路断面積は、第１オリフィス部６Ａとともに使用された場合に、差圧式流量計１１において約２０（ｍｌ／ｍｉｎ）から約２００（ｍｌ／ｍｉｎ）までの範囲の流量が計測できる面積である場合に適用して説明する。

開閉弁７は、図２に示すように、バイパス流路５および第２オリフィス部６Ｂへの薬液の流入を制御するものである。開閉弁７は、第１ボディ２Ａの上面の上流側圧力センサ４Ａと隣接した位置であって、薬液流れの下流側（図２の左側）に配置されている。
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。

なお、開閉弁７としては、公知の開閉弁を用いることができ、特に限定するものではない。

弁体７１は、図２に示すように、弁室７２の内部を上下方向（図２の上下方向）に移動し、弁座７３とともに薬液の流れを制御するものである。
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。

弁体７１の本体における下端は、弁座７３と接触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における薬液の流れを制御するものである。
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。

弁体７１のダイヤフラム部は、弁室７２の壁面の一部を形成するものであるとともに、弁体７１の本体における上下方向への移動を許容するものである。
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、図２に示すように、バイパス流路５と連通された空間であるとともに、内部に弁体７１の本体を収納するものである。さらに、弁室７２における底面（図２における下側の面）の略中央には、弁座７３が形成されている。
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。

弁室７２における底面には、弁室７２と上流側流路３Ａとを繋ぐバイパス流路５の一端部が開口している。さらに、弁室７２における円周面には、弁室７２と下流側流路３Ｂとを繋ぐバイパス流路５の他端部が開口している。

弁座７３は、図２に示すように、弁室７２の底面に形成されたバイパス流路５の開口であり、弁体７１の本体とともにバイパス流路５および第２オリフィス部６Ｂにおける薬液の流れを制御するものである。

流量調節弁８は、図１に示すように、流量コントローラ１を流れる薬液の流量を調節するものである。具体的には、差圧式流量計１１により測定された薬液の流量に基づいて、流量コントローラ１から流出する薬液の流量を調節するものである。

流量調節弁８は、図４に示すように、第２ボディ２Ｂの上面の下流側圧力センサ４Ｂと隣接した位置であって、薬液流れの下流側（図４の左側）に配置されている。
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。

弁体８１は、図４に示すように、弁室８２の内部を上下方向（図４の上下方向）に移動し、弁座８３とともに薬液の流れを制御するものである。

弁体８１には、弁室８２における壁面の一部を構成する本体と、該本体から下方向（図４の下方向）に延びる蛇腹部と、該蛇腹部における下端に配置され径の大きな円柱状に形成された大径部および該大径部から下方向（図４の下方向）に延びる径の小さな略円柱状に形成された小径部と、が設けられている。

弁体８１の本体は、図４に示すように、弁室８２の壁面の一部を形成するものであるとともに、蛇腹部の上側の端部が取り付けられたものである。
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。

弁体８１の蛇腹部は、図４に示すように、弁体８１の本体と、弁体８１の大径部および小径部との間に配置されたものであり、上下方向（図４の上下方向）に伸縮可能な部材である。言い換えると、弁体８１の蛇腹部における上側の端部は、弁体８１の本体と接続されており、下側の端部は、弁体８１の大径部と接続されている。
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。

弁体８１の大径部および小径部は、弁座８３とともに下流側流路３Ｂを流れる薬液の流量を調節するものである。
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、図４に示すように、下流側流路３Ｂと連通された空間であるとともに、内部に弁体８１の蛇腹部、大径部および小径部を収納するものである。さらに、弁室８２における底面（図４における下側の面）の略中央には、弁座８３が形成されている。
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。

弁室８２における底面には、弁室８２に薬液を供給する下流側流路３Ｂの端部が開口している。この下流側流路３Ｂは、弁室８２の下方に至るまで略水平に延び、弁室８２の下方で略垂直方向の上方に折れ曲がり、弁室８２と接続されている。
この開口には、上述の弁体８１の小径部が挿入されている。

さらに、弁室８２における円周面には、弁室８２から薬液が流出する下流側流路３Ｂの端部が開口している。この下流側流路３Ｂは、弁室８２から離れるに伴い下方に向かって傾斜した後、略水平方向に延びている。

弁座８３は、図４に示すように、弁室８２の底面に形成された下流側流路３Ｂの開口であり、弁体８１とともに下流側流路３Ｂにおける薬液の流れを制御するものである。つまり、流量コントローラ１における薬液の流れを制御するものである。

なお、流量調節弁８としては、公知の開閉弁を用いることができ、特に限定するものではない。

図５は、制御部の構成を説明するブロック図である。
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。

制御部９には、図５に示すように、入力部９１に入力された薬液の流量の目標値と、上流側圧力センサ４Ａにより測定された上流側流路３Ａを流れる薬液の圧力と、下流側圧力センサ４Ｂにより測定された下流側流路３Ｂを流れる薬液の圧力と、が入力されている。
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。

次に、上記の構成からなる流量コントローラ１における流量の調整方法について説明する。
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。

入力部９１に入力された制御目標である薬液の流量の値は、図５に示すように、制御部９に出力される。制御部９は、制御目標である薬液の流量の値が、第１オリフィス部６Ａのみで測定できる流量であることから、開閉弁７を閉じる制御信号を出力する。

開閉弁７は、図１および図２に示すように、制御信号に基づいて弁体７１を下方に向けて移動させ、弁座７３と接触させる。これにより、開閉弁７が閉じられる。

ここで、上流側流路３Ａを流れる薬液の圧力は、図１および図２に示すように、上流側圧力センサ４Ａにより測定され、測定された薬液の圧力の値は、図５に示すように、制御部９に入力される。
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。

薬液は第１オリフィス部６Ａを通過する際に、薬液の流量に応じて圧力が低下する。
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）

なお、式（１）における比例係数ｋ１は、第１オリフィス部６Ａの形状や、オリフィスの穴径に応じて定まる定数であって、実測により求められる値である。
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。

第１オリフィス部６Ａを通過して圧力が低下した薬液は、図１および図４に示すように、下流側流路３Ｂに流入する。下流側流路３Ｂを流れる薬液の圧力は、下流側圧力センサ４Ｂにより測定され、測定された薬液の圧力の値は、図５に示すように、制御部９に入力される。

制御部９は、上流側圧力センサ４Ａおよび下流側圧力センサ４Ｂから入力された薬液の圧力、および、上述の式（１）に基づいて上流側流路３Ａおよび下流側流路３Ｂを流れる薬液の流量を算出する。

さらに、制御部９は、算出された流量の値と、入力された制御目標である流量の値とを比較して、算出された流量の値が、制御目標である流量の値に近づくように、流量調節弁８の開度を制御する制御信号を出力する。
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。

例えば、算出された流量の値が、制御目標である流量の値よりも小さい場合には、制御部９は、流量調節弁８に対して弁開度を大きくする制御信号を出力する。
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。

逆に、算出された流量の値が、制御目標である流量の値よりも大きい場合には、制御部９は、流量調節弁８に対して弁開度を小さくする制御信号を出力する。
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。

次に、入力部９１に対して、約２０（ｍｌ／ｍｉｎ）から約２００（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。

入力部９１に入力された制御目標である薬液の流量の値は、図５に示すように、制御部９に出力される。制御部９は、制御目標である薬液の流量の値が、第１オリフィス部６Ａおよび第２オリフィス部６Ｂを用いた場合に測定できる流量であることから、開閉弁７を開く制御信号を出力する。

なお、第１オリフィス部６Ａのみを用いて測定できる流量の範囲と、第１オリフィス部６Ａおよび第２オリフィス部６Ｂを用いて測定できる流量の範囲とが、重複しているところでは、第１オリフィス部６Ａのみを用いて測定してもよいし、第１オリフィス部６Ａおよび第２オリフィス部６Ｂを用いて測定してもよく、特に限定するものではない。

開閉弁７は、図１および図２に示すように、制御信号に基づいて弁体７１を上方に向けて移動させ、弁座７３から離間させる。これにより開閉弁７が開かれ、上流側流路３Ａを流れる薬液の一部は、バイパス流路５に流入する。

バイパス流路５に流入した薬液は、開閉弁７を通過して、第２オリフィス部６Ｂに流入する。その一方で、バイパス流路５に流入することなく上流側流路３Ａを流れた薬液は、第１オリフィス部６Ａに流入する。

第２オリフィス部６Ｂを通過する薬液は、第２オリフィス部６Ｂを通過する際に、薬液の流量に応じて圧力が低下する。
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）

なお、式（２）における比例係数ｋ２は、第２オリフィス部６Ｂの形状や、オリフィスの穴径に応じて定まる定数であって、実測により求められる値である。
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。

第１オリフィス部６Ａおよび第２オリフィス部６Ｂを通過して圧力が低下した薬液は、図１および図４に示すように、下流側流路３Ｂに流入する。下流側流路３Ｂを流れる薬液の圧力は、下流側圧力センサ４Ｂにより測定され、測定された薬液の圧力の値は、図５に示すように、制御部９に入力される。

制御部９は、上流側圧力センサ４Ａおよび下流側圧力センサ４Ｂから入力された薬液の圧力、および、上述の式（１）および式（２）に基づいて上流側流路３Ａおよび下流側流路３Ｂを流れる薬液の流量を算出する。
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。

上記の構成によれば、第１オリフィス部６Ａと、第２オリフィス部６Ｂおよび第２オリフィス部６Ｂにおける薬液の流れを制御する開閉弁７が設けられているため、流量コントローラ１の製造コストの上昇を抑制しつつ、広い流量範囲にわたる流量を測定することができる。

具体的には、薬液の流量が、第１オリフィス部６Ａのみを用いて測定できる流量範囲内である場合には、開閉弁７を閉じて第１オリフィス部６Ａのみに薬液を通過させ、第１オリフィス部６Ａの前後における薬液の圧力差を上流側圧力センサ４Ａおよび下流側圧力センサ４Ｂにより測定することにより、薬液の流量が測定される。

その一方で、薬液の流量が、第１オリフィス部６Ａのみで流量が測定できる流量範囲を超えている場合には、開閉弁７を開いて第１オリフィス部６Ａおよび第２オリフィス部６Ｂに薬液を通過させ、第１オリフィス部６Ａおよび第２オリフィス部６Ｂの前後における薬液の圧力差を上流側圧力センサ４Ａおよび下流側圧力センサ４Ｂにより測定することにより、薬液の流量が測定される。

１流量コントローラ
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

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。