液体流れ検出熱的界面方法及びシステム
検出方法及びシステムを開示する。流動体の熱伝導率を測定する流動体流れ検出器を提供することができる。検出器は、検出器基材と関連した一つ以上の検出要素を含むように構成することができる。加熱器を前記検出器と関連させることができ、その加熱器は流動体に熱を供給する。加熱器と検出器から流動体を絶縁する膜成分を提供することもできる。その膜成分は加熱器から検出器の方向に熱を伝導する。それによって検出器、加熱器及び流動体の間に熱的結合が形成され、このことは、検出器が熱の他の方向への望まれない損失無く流動体の熱伝導率を測定することによって流動体の組成を決定することを可能にする。膜成分は、管または流路の上に、または管または流路形状として構成することができる。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明の態様は、概して、検出方法及びシステムに関する。また、態様は流動体流れ検出器（fluid flow sensors）に関する。さらに、態様は、流動体流れ検出器に関連して使用される流路及び管装置に関する。
【０００２】
発明の背景
検出器は、麻酔薬を供給する移動式人工呼吸器から化学工場における大規模な処理装置にわたる多様な医療、処理及び産業用途において、流量を測定するために使用されてきている。これらの用途において、流れの制御は適切な操作のための生来の問題であり、それは、部分的に、流系内の流動体の流量を測定するための流れ検出器を用いることによって達成される。多くの流系、例えば、メタノールと水の二成分混合物を含む燃料電池の流系、において、流動体の化学的組成は、しばしば変化することがある。
【０００３】
流系はしばしば、異なった化学的特性及び熱物性を有する一つより多くの流動体を流すことを必要とされる。例えば、窒素を主成分とするガスを使用する半導体加工系では、加工の必要に応じて窒素を主成分とするガスが時々、水素を主成分とするガスまたはヘリウムを主成分とするガスに置き換えられ、また、天然ガスの計測系では、天然ガスの不均一な濃度の側面のためにガスの組成が変化することがある。
【０００４】
そのため、流動体流れ検出器は多くの用途において重要である。液体または流動体流れ検出器を利用して流動体の組成を決定することがしばしば必要である。流動体の組成を決定するための一つの方法は、流動体の熱伝導率を測定して、その値を標準値と比較することである。測定結果は、加熱器から流動体に移動したパワー（ｐｏｗｅｒ）を測定することによって得ることができる。多くの場合、材料の不適合性、防爆用途、または医学的危険のために、流動体は検出器及び／または関連した加熱器と接触すべきではない。そのため、流動体と検出器及び／または加熱器との間に、適合性のある材料が設置されるべきである。しかしながら、そのような材料は、一般的に、流動体及び検出器からパワー（ｐｏｗｅｒ）を放散し、そのため、熱効率を低下させ、それによって信号の質を低下させる。そのため、必要とされていることは、前述の欠点を克服することができる機能強化された検出器の構造である。
【０００５】
発明の要旨
以下の本発明の要旨は、本発明に特有の革新的な特徴のいくつかの理解を容易にするために提供されるものであり、余すところなく記述することを意図したものではない。本発明の多様な態様の完全な認識は、明細書、特許請求の範囲、図面及び要約を全体として理解することによって得ることができる。
【０００６】
それゆえ、本発明の一つの態様は、改良された検出器システム及び方法を提供することである。
【０００７】
本発明の別の態様は、流動体の熱伝導率測定のための流動体流れ検出器において熱を伝導するための、改良された材料または管（tubing）を提供することである。
【０００８】
本発明のさらなる態様は、エネルギー保持のためにそしてその改良された測定のために、流動体流れ検出器から加熱器を絶縁する膜を提供することである。
【０００９】
本発明にさらなる態様は、流動体の組成を測定するための改良された流動体流れ検出器を提供することである。
【００１０】
本発明の上述の態様、並びに他の目的及び利点は、本明細書に述べるように達成することができる。検出方法及びシステムが開示される。流動体の熱伝導率を測定する流動体流れ検出器が提供される。検出器自体は、検出器基材と結びついた一つ以上の検出要素を含むように構成することができる。加熱器は前記検出器と関連しており、そしてその加熱器は流動体に熱を与える。前記の加熱器及び検出器から流動体を絶縁する膜成分を提供することができ、その膜成分は加熱器から検出器の方向に熱を伝導し、それによって検出器、加熱器及び流動体の間に熱的結合（thermal coupling）を形成し、そしてこのことが、検出器が熱の他の方向への望まれない損失無く流動体の熱伝導率を測定することによって流動体の組成を決定することを可能にする。膜成分は、管または流路の上に、または管または流路形状として構成することができる。
【００１１】
さらに、膜成分または管は、ある厚さを有する少なくとも一つの壁から構成されることができ、そして、そこでは、管または流路のその壁の中に複数の熱伝導性粒子が分散している。複数の熱伝導性粒子は、好ましくは、壁の厚さとおおむね同等、またはそれより小さい粒径を有する。そのような複数の熱伝導性粒子はまた、高い熱伝導率と低い電気伝導率を有する。
【００１２】
添付の図面において、同類の参照番号は別々の図を通して、同一のまたは機能的に類似した要素を表す。図面は本明細書に取り込まれ、そして本明細書の部分を形成する。さらに図面は、本発明を図解する。そして図面は、本発明の詳細な説明と共に、本発明の原理の説明に役立つ。
【００１３】
発明の詳細な説明
本明細書の非限定的な実施例において議論する具体的な数字及び構成は変更することができるものであり、それらは単に、本発明の少なくとも一つの態様を説明するために言及されているものであり、そしてそれらは本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【００１４】
図１は検出器システム（１００）の構成図を表し、それは本発明の態様に従って実施することができる。システム（１００）は、管（１１６）の壁の中に複数の熱伝導性粒子（１１８）を有する、低い熱伝導率の管（１１６）を有する。複数の検出要素（１０４）及び（１０８）は、検出される媒体（１０５）の反対側に検出器基材（１０２）に沿って配置することができる。図１のシステム（１００）には単一の検出器（１０２）と検出される媒体（１０５）を表しているが、本発明の別の態様では、一つ以上のそのような検出器基材及び関連する検出要素の一つ以上のセットで機能するように構成することができるということを認識できるであろう。
【００１５】
検出される媒体（１０５）は例えば、生理食塩水のような液体または医療用途で使用される他の同等な医療用流動体であることができる。矢印（２０８）及び（２１０）で示される流動体の流れは、一般に、検出される媒体（１０５）と同一直線状にある。ある具体的な態様において、要素（１０６）は、検出要素（１０４）及び（１０８）と同じ場所に配置された加熱器または検出要素であることができる。要素（１０４）、（１０６）及び（１０８）は検出抵抗（sense resistors）として実施することができる。要素（１０６）を加熱器とすれば、熱は加熱器（１０６）から熱伝導性粒子（１１８）を通して検出される流動体（すなわち検出される媒体（１０５））に伝達されることができる。
【００１６】
熱は流動体を通して、検出抵抗または検出要素（１０４）、（１０８）と接触している他の伝導性粒子に伝導されることができる。そのような粒子を通して、熱は最終的に要素（１０４）及び（１０８）に伝導され、そこで熱が検出されそして流れ信号（flow signal）が生成する。図１は要素（１０６）（例えば、加熱器及び／または検出要素）の使用を説明しているが、図１の構成は要素（１０６）を用いずに実施することができるということが認識できるであろう。そしてそのような場合、要素（１０４）及び（１０８）は、流れに依存して異なった速度で冷却する自己加熱要素（self-heated elements）として実施されることができる。
【００１７】
流れが無い場合、要素（１０４）及び（１０８）は同量の熱を得ることができ、そしてそれらの信号の差はゼロとなる。（２０８）から（２１０）への矢印で示されているように、右から左への流れがある場合、検出器または検出要素（１０８）は検出要素（１０４）のそれより冷却されている。そのため、流れの量に比例する信号の差が存在する。図１において、流れが双方向性であることができるということに留意すべきである。一つの態様において、流動体の流れは、矢印（２０８）から（２１０）のように右から左であってよい。他の態様では、流動体の流れは、矢印（２１１）から（２１３）のように左から右であってよい。
【００１８】
複数の熱伝導性粒子（１１８）の各粒径は、管（１１６）の壁の厚さとほぼ同等である。そのような粒子は概して互いに物理的に接触しないように、高い割合で集まっている。そのため、その縦方向または周方向の熱伝導率より、放射状の熱伝導が非常に大きい。ベース管（１１６）は、低い熱伝導率のシリコン不含プラスチック材料で形成されることができる。他の態様において、シリコン材料を用いることができるが、その相対的に高い熱伝導率のために低い能力を有するであろう。そのためシリコン不含プラスチック材料が好ましい。
【００１９】
粒子（１１８）は高い熱伝導率と低い電気伝導率を有する。粒子（１１８）は、限定するものではないが、ダイヤモンドまたは結晶性セラミック材料等の材料から形成することができる。そのような粒子（１１８）を形成するために、陽極酸化アルミニウムまたは他の酸化金属を使用することができる。粒子（１１８）の代わりとして電気伝導性の粒子を使用することもできるが、そのような粒子は管（１１６）を流れる流動体と反応することがあり、または電気を不必要な領域に漏らすことがあるので、一般に望ましくない。
【００２０】
検出される媒体（１０５）を通る流動体の流れは概して、矢印（２０８）及び（２１０）で図１に示されている。加熱器（１０６）は、矢印（１０６）及び（１０８）で示したように、熱を供給する。検出される媒体（１０５）を流れている流動体の熱的組成を決定するために、そのような流動体の熱伝導率を検出器（１０４）及び（１０８）を通して測定し、そして標準値と比較することができる。この検出機能は、また、加熱器（１０６）から検出される媒体（１０５）に移動したパワー（すなわち、熱）を測定することによって行なうこともできる。管（１１６）は、他の方向に放散することによって熱／パワーを無駄にしないように、好ましくは、加熱器から流動体そして検出器の方向に熱／パワーを伝導する材料の薄いシートで形成されることができる。
【００２１】
そのため、管（１１６）は、流動体（すなわち、検出される媒体（１０５））を加熱器（１０６）、検出器基材（１０２）及び検出要素（１０４）、（１０８）から絶縁する膜から構成されることができる。そのような膜は、膜の長さまたは幅より、膜の薄い厚さを通してよりよく熱を伝導する。そのような膜は、金属点（metal dots）（円形である必要は無い）で覆われた低い熱伝導性の重合体膜から形成されることができる。そしてその膜において、そのような点の下の重合体材料は、そのような金属の底部で、レーザーで穴を開けられているか、プラズマエッチングされているか、またはウェットエッチング（例えば、フォトリソグラフィーを利用して）されていて、それによって重合体バックグラウンドに金属点を有する膜を残す。
【００２２】
別の態様において、上述の膜は、その相対する両面にパターン化された薄い金属（例えば、２５μｍ）を有する薄い（例えば、２５μｍ）重合体として構成することができる。金属はまた、所望の態様に応じて、その一方の面に形成されることもできる。そのような金属は、線または点としてパターン化することができる。そのような形体の幅及び間隔は非常に小さい（例えば、５μｍ）。そのような薄い重合体は、最小の熱の隔離を可能にする。金属は、強度を与え、そして検出要素から媒体への熱伝導を可能にする。そのような態様は、絶縁重合体、検出器加熱器（例えば、加熱器（２０６））、及び、検出抵抗及び／または他の検出要素の精度の高くない配置を容認する。
【００２３】
重合体自体は平面であってよく、そして親水性または疎水性であってよい（例えば、ポリエステル）。金属は、タングステン又は白金等の生体適合性のある金属で構成することができる。堆積は、ＣＶＤ、無電解めっきまたはスパッタリング等の半導体分野の手段であってよい。金属間の空間はまた、好ましくは絶縁用の充填を必要とすべきであり、そしてその媒体面ついて平坦化されるべきである。
【００２４】
別の態様において、一つ以上の空洞（cavity）を形成するためにレーザーでの穴あけを行なった後、その空洞を金属等の高い熱伝導率の材料によって（典型的には重合体表面に向かった無電解めっきによって）埋めることができ、それによってその金属で覆われた面の平坦化が行なわれる。そのような別の態様は、強度、改良された密封、及びその平坦な面上での増強された熱的結合を提供することができる。
【００２５】
さらなる態様は、検出器基材（１０２）及び（１０５）に使用された材料の様式を修飾することによって実施することができる。液体流れ検出を含む多くの用途は、組作業（battery operation）を必要とする。選択される従来の基材は典型的にはセラミックであり、それは熱的エネルギーを制御するための効率的でない手段を許容する。しかしながら、本発明の他の態様に従って、繊維ガラスを主成分とした土台構造を使用することによって、液体流れの検出のためにエネルギーを最大にすることができ、そのためエネルギーを節約することができる。それゆえ、検出基材（１０２）は、初めに、強固な液体流れ検出器ダイ（die）との関連で実施されることができ、そして、繊維ガラス基材上（一般にＦＲ４またはＧ１０として知られる（例えば、約０．５乃至２ｍｍ厚））に直接マウントする（mounted）ことができ、そしてワイヤー接合（wire bonded）することができる。そのため、本発明の別の態様に従って、基材（１０２）は繊維ガラス基材として実施することができる。熱的な絶縁のための好ましい基材は、薄い（例えば、約１乃至５ミル（mil）または２５乃至２５０マイクロメートル）屈曲する回路部品（flex circuitry）、例えばポリイミドに基づく屈曲する回路部品、であってよい。
【００２６】
図２はシステム（２００）の絵図であり、それは、卵形の断面を有する流路（２１６）を含み、そしてそれは本発明の別の態様に従って実施することができる。流路（２１６）は図１及び２の管（１１６）に類似していて、その差は流路（２１６）が卵形の断面を有していることである。当然ながら、図２の態様に関して卵形が示されているが、本発明の態様に従って、別の断面形、例えば長方形の断面、を実施するということが認識できるであろう。卵形の断面を本発明の限定的な特徴として考えるべきではない。図１及び２のシステム（１００）との使用のために、システム（２００）の流路（２１６）を適合させることができる。流動体の流れは、矢印（２０８）及び（２１０）で図２に示している。図２に複数の検出要素（１０４）及び（１０８）を示しているが、それらは図１の検出要素（１０４）及び（１０８）に類似したものである。
【００２７】
従来の流路は検出要素の検出領域と垂直方向に交差していて、その従来の流路の外周の
ごく一部が検出要素のごく一部と合わされている。しかしながら、システム（２００）の構成において、流路（２１６）の卵形の断面領域で表される最適な流路形状を通して、液体流れ検出器のための感度及び熱伝導は最大化することができる。従来の流路は、概して、均一な半径を有する円筒形状として構成されている。
【００２８】
図３はシステム（３００）の絵図であり、そこでは、流路（３１６）は、本発明の別の態様に従って実施することができる卵形のＤ−形の断面を有している。図１乃至３において、同一または類似の部分は同じ参照番号で表されていることに留意されたい。システム（３００）において、検出要素（１０４）及び（１０８）は“Ｄ”形の卵形断面の“平らな面”に設置されている。流動体の流れは、矢印（３０８）及び（１１０）で図３に示している。好ましい“卵形”様式の断面は“Ｄ”形の断面であり、そこでは“Ｄ”形の平らな面に有効な検出要素（１０４）、（１０８）が接触している。加熱器（１０６）は、通例、検出要素（１０４）と（１０６）の間に設置されている。別の態様において、加熱器（１０６）を検出要素と置き換えることができ、そして、流路（３１６）の“Ｄ”形断面の平らな部分に沿って別の位置に加熱器（１０６）を移動することができる。
【００２９】
一方、流路（２１６）は、検出器の検出要素（１０４）、（１０６）及び（１０８）のより大きな表面領域に及ぶ卵形断面流路を有する。そのような形態は、概して、幅と高さの大きな比（例えば、５：１）を与える。さらに、媒体から検出要素への熱伝導を最大にするために、できるだけ薄いものとして流路の検出器の側面が提供される。そのため、縦の部分（length space）より流路（３１５）に沿った幅の部分を利用することによって感度を最大化することができる。流路（２１６）は型で成形することができ、または押出しで成形することができる。そして、流路（２１６）を形成するために使用される材料は、金属、石英ガラス、Ｒａｄｅｌ５０００、重合体等であってよい。流路（２１６）は、熱伝導をさらに最大にするために熱伝導性流動体をもった検出要素（１０４）、（１０６）及び（１０８）に適用することができる。
【００３０】
ここで開示された態様は、生理食塩水または他の医療用流動体の使用を含む医療用途を含む、多くの用途で使用することができる。別の態様を使用することができる一つの例は、熱パルスが加熱器（１０６）によって生成される、いわゆる“飛行時間（time of flight）”様式の検出器との関連においてである。熱パルスの開始から熱スパイク（heat spike）が検出要素（１０４）及び／または（１０８）で検出されるまで、時間を測定することができる。“飛行時間”様式の検出器の一つの例が米国特許第６，２３４，０１６：「流動体速度を測定するための時間差方法（Time lag approach for measuring fluid velocity）」に開示されている。その米国特許は２００１年５月２２日にＵｌｒｉｃｈ Ｂｏｎｎｅらに発行されている。参照として本明細書に援用される米国特許第６，２３４，０１６は、流動体の物理的性質から比較的独立している、流動体の速度を測定するための方法及び装置が開示されている。
【００３１】
図４は、金属点パターン（４００）の上面図を表し、それは本発明の好ましい態様に従って実施することができる。金属点パターン（４００）は、図１に関して本明細書で示したような、複数の粒子を形成するように構成することができる。すなわち、図４において、複数の金属点（４０２）−（４２４）が層（４２６）、（４２８）及び（４３０）上にパターン化されて示されている。点（４０２）−（４２４）は直径が約４μｍの大きさであってよい。点（４０２）−（４２４）はまた、互いに約５μｍの間隔をとることができる。
【００３２】
点（４０２）−（４２４）は本明細書において示したような金属伝導体を含む。しかしながら、そのような金属伝導体はまた、他の形状で構成できるということにも留意されたい。例えば、図５は金属線パターン（４００）の上面図を表し、それは本発明の別の態様に従って実施することができる。点を形成する代わりに、金属伝導体を金属線（５０２）、（５０４）及び（５０６）のようにパターン化することができる。
【００３３】
図６は、本発明の別の態様に従う金属パターン構造（６００）の側面図を表す。図６は“サンドイッチ”構造の側面図を表し、その構造では約２５μｍのポリ層（poly layer）が、約２５μｍの幅を有することができる金属層（６１４）、（６１６）、（６１８）及び金属層（６０６）、（６０８）、（６１０）の間に配置される。また、平坦化された絶縁充填層（６０２）及び（６０４）を、それぞれ、金属層（６１４）と（６１６）の間、（６１６）と（６１８）の間、（６０６）と（６０８）の間、（６０８）と（６１０）の間、に配置することもできる。金属層（６１４）、（６１６）、（６１８）及び（６０６）、（６０８）、（６１０）は、所望の態様に応じて、点として（すなわち、図４参照）または線として（すなわち、図５参照）形成することができる。また、金属層（６１４）、（６１６）、（６１８）及び（６０６）、（６０８）、（６１０）はまた、金属伝導体の格子パターンのような他のパターンとして形成することもできる。そのため、金属伝導体は多様な形状をとることができる。概して、形成された点または線の寸法は、伝導体またはその間隔の小さい方より小さいべきである。
【００３４】
図７は検出器システム（７００）の構成図を表し、それは本発明の好ましい態様に従って実施することができる。各構成部品の厚さが変化することを除いて、システム（７００）は図１のシステム（１００）に類似している。またシステム（７００）の全体的構造は、図１のシステム（１００）の構造と比較して変更されている。図７のシステム（７００）は、概して、その壁の中に複数の熱伝導性の粒子（７１８）を有する低い熱伝導率の管（７１６）を有する。複数の検出要素（７０４）及び（７０８）は検出器基材（７０２）に沿って設置することができる。管（７１６）は媒体の検出のために、媒体（７０５）を囲むように構成することができる。図７のシステム（７００）には単一の検出器基材（７０２）と検出される媒体（７０５）を示しているが、一つ以上のそのような検出器基材及び関連する検出要素の一つ以上のセットを機能するように別の態様を構成することができるということが認識できるであろう。
【００３５】
検出される媒体（７０５）は、例えば、生理食塩水のような液体または医療用途で使用される他の同等な医療用流動体であることができる。矢印（２０８）及び（２１０）で表されている流動体の流れは、通例、検出される媒体（７０５）と同一直線状にある。ある具体的な態様において、要素（７０６）は、検出要素（７０４）及び（７０８）と同じ場所に配置された加熱器または検出要素であってよい。それゆえ、要素（７０４）、（７０６）及び（７０８）は検出抵抗として実施することができる。要素（７０６）が加熱器とした場合、熱は加熱器（７０６）から熱伝導性の粒子（７１８）を通して検出される流動体（すなわち、検出される媒体（７０５））に移動する。
【００３６】
図７の要素（７０４）、（７０６）及び（７０８）は、概して、図１の要素（１０４）、（１０６）及び（１０８）に類似していることに留意されたい。同様に、図７の検出器基材（７０２）は図７の検出器基材（１０２）に類似しており、そして図７の媒体（７０５）は図１の媒体（１０５）に類似している。粒子（７１８）は粒子（１１８）に類似しており、管（７１６）は管（１１６）に類似している。検出器基材（７０２）は、例えば、約５００μｍの厚さを有することができる。検出される媒体（７０５）は約１００μｍの内部直径を有することができる。管（７１６）の壁の厚さは約２５μｍであってよい。一方、要素（７０４）、（７０６）及び（７０８）は、それぞれ約１μｍの厚さを有することができる。
【００３７】
熱は流動体を通して、検出抵抗又は検出要素（７０４）、（７０８）と接触している他の伝導性の粒子に伝導されることができる。そのような粒子を通して、熱は最終的には要素（７０４）及び（７０８）に伝導され、そこで熱が検出されて流れ信号が生成する。図７は要素（７０６）（例えば、加熱器及び／または検出要素）の使用を示しているが、要素（７０６）を用いずに図７の構成を実施することができるということが認識できるであろう。そしてそのような場合、要素（７０４）及び（７０８）は、流れに依存して異なった速度で冷却する、自己加熱（self-heated）要素として実施することができる。
【００３８】
流れが無い場合、要素（７０４）及び（７０８）は同量の熱を得ることができ、そしてそれらの信号の差はゼロとなる。（２０８）から（２１０）への矢印で示されているように、右から左への流れがある場合、検出器または検出要素（７０８）は検出要素（７０４）のそれより冷却されている。そのため、流れの量に比例する信号の差が存在する。図７において、流れが双方向性であることができるということに留意すべきである。一つの態様において、流動体の流れは、矢印（２０８）から（２１０）のように右から左であってよい。他の態様では、流動体の流れは、矢印（２１１）から（２１３）のように左から右であってよい。
【００３９】
複数の熱伝導性粒子（７１８）の各粒径は、管（７１６）の壁の厚さとほぼ同等である。そのような粒子は概して互いに物理的に接触しないように、高い割合で集まっている。そのため、その縦方向または周方向の熱伝導率より、放射状の熱伝導が非常に大きい。ベース管（７１６）は、低い熱伝導率のシリコン不含プラスチック材料で形成することができる。他の態様において、シリコン材料を用いることができるが、その相対的に高い熱伝導率のために低い能力を有するであろう。そのためシリコン不含プラスチック材料が好ましい。
【００４０】
粒子（７１８）は高い熱伝導率と低い電気伝導率を有する。粒子（７１８）は、限定するものではないが、ダイヤモンドまたは結晶性セラミック材料等の材料から形成することができる。そのような粒子（７１８）を形成するために、陽極酸化アルミニウムまたは他の酸化金属を使用することができる。粒子（７１８）の代わりに電気伝導性の粒子を使用することもできるが、そのような粒子は管（７１６）を流れる流動体と反応することがあり、または電気を不必要な領域に漏らすことがあるので、一般に望ましくない。
【００４１】
本明細書において説明した態様及び例は、本発明及びその実用的用途を最もよく説明するように提供されており、そしてそれによって当業者が本発明を実施しそして利用できるように提供されている。しかしながら、当業者は、上述の説明及び例は例証だけの目的で提供されているということを認識するであろう。本発明の別の変化形及び改良形は当業者には明らかであろう。そしてそのような変化形及び修飾形をその範囲に含むことを、添付の特許請求の範囲は意図している。
【００４２】
説明した記述は網羅的であることを意図しておらず、また本発明の範囲を限定することを意図したものでもない。以下の特許請求の範囲の意図からはずれることなく、上述の教示を考慮して多くの改良及び変化が可能である。本発明の使用は異なった特徴を有する構成要素を含むことができるということが考えられる。あらゆる点で等価なものに完全な認識範囲を与える、添付の特許請求の範囲によって本発明の範囲が定義されることを意図している。
【００４３】
独占的所有または権利を請求する本発明の態様は以下の特許請求の範囲で定義される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は検出器システムの構成図を表し、それは本発明の態様に従って実施することができる。
【図２】図２は卵形の断面を有する流路を含むシステムの絵図を表し、それは本発明の別の態様に従って実施することができる。
【図３】図３は卵形のＤ−形の断面を有する流路のシステムの絵図を表し、それは本発明の別の態様に従って実施することができる。
【図４】図４は金属点パターンの上面図を表し、それは本発明の好ましい態様に従って実施することができる。
【図５】図５は金属線パターンの上面図を表し、それは本発明の別の態様に従って実施することができる。
【図６】図６は、本発明の別の態様に従う金属パターン構造の側面図を表す。
【図７】図７は検出器システムの構成図を表し、それは本発明の好ましい態様に従って実施することができる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明の態様は、概して、検出方法及びシステムに関する。また、態様は流動体流れ検出器（fluid flow sensors）に関する。さらに、態様は、流動体流れ検出器に関連して使用される流路及び管装置に関する。
【０００２】
発明の背景
検出器は、麻酔薬を供給する移動式人工呼吸器から化学工場における大規模な処理装置にわたる多様な医療、処理及び産業用途において、流量を測定するために使用されてきている。これらの用途において、流れの制御は適切な操作のための生来の問題であり、それは、部分的に、流系内の流動体の流量を測定するための流れ検出器を用いることによって達成される。多くの流系、例えば、メタノールと水の二成分混合物を含む燃料電池の流系、において、流動体の化学的組成は、しばしば変化することがある。
【０００３】
流系はしばしば、異なった化学的特性及び熱物性を有する一つより多くの流動体を流すことを必要とされる。例えば、窒素を主成分とするガスを使用する半導体加工系では、加工の必要に応じて窒素を主成分とするガスが時々、水素を主成分とするガスまたはヘリウムを主成分とするガスに置き換えられ、また、天然ガスの計測系では、天然ガスの不均一な濃度の側面のためにガスの組成が変化することがある。
【０００４】
そのため、流動体流れ検出器は多くの用途において重要である。液体または流動体流れ検出器を利用して流動体の組成を決定することがしばしば必要である。流動体の組成を決定するための一つの方法は、流動体の熱伝導率を測定して、その値を標準値と比較することである。測定結果は、加熱器から流動体に移動したパワー（ｐｏｗｅｒ）を測定することによって得ることができる。多くの場合、材料の不適合性、防爆用途、または医学的危険のために、流動体は検出器及び／または関連した加熱器と接触すべきではない。そのため、流動体と検出器及び／または加熱器との間に、適合性のある材料が設置されるべきである。しかしながら、そのような材料は、一般的に、流動体及び検出器からパワー（ｐｏｗｅｒ）を放散し、そのため、熱効率を低下させ、それによって信号の質を低下させる。そのため、必要とされていることは、前述の欠点を克服することができる機能強化された検出器の構造である。
【０００５】
発明の要旨
以下の本発明の要旨は、本発明に特有の革新的な特徴のいくつかの理解を容易にするために提供されるものであり、余すところなく記述することを意図したものではない。本発明の多様な態様の完全な認識は、明細書、特許請求の範囲、図面及び要約を全体として理解することによって得ることができる。
【０００６】
それゆえ、本発明の一つの態様は、改良された検出器システム及び方法を提供することである。
【０００７】
本発明の別の態様は、流動体の熱伝導率測定のための流動体流れ検出器において熱を伝導するための、改良された材料または管（tubing）を提供することである。
【０００８】
本発明のさらなる態様は、エネルギー保持のためにそしてその改良された測定のために、流動体流れ検出器から加熱器を絶縁する膜を提供することである。
【０００９】
本発明にさらなる態様は、流動体の組成を測定するための改良された流動体流れ検出器を提供することである。
【００１０】
本発明の上述の態様、並びに他の目的及び利点は、本明細書に述べるように達成することができる。検出方法及びシステムが開示される。流動体の熱伝導率を測定する流動体流れ検出器が提供される。検出器自体は、検出器基材と結びついた一つ以上の検出要素を含むように構成することができる。加熱器は前記検出器と関連しており、そしてその加熱器は流動体に熱を与える。前記の加熱器及び検出器から流動体を絶縁する膜成分を提供することができ、その膜成分は加熱器から検出器の方向に熱を伝導し、それによって検出器、加熱器及び流動体の間に熱的結合（thermal coupling）を形成し、そしてこのことが、検出器が熱の他の方向への望まれない損失無く流動体の熱伝導率を測定することによって流動体の組成を決定することを可能にする。膜成分は、管または流路の上に、または管または流路形状として構成することができる。
【００１１】
さらに、膜成分または管は、ある厚さを有する少なくとも一つの壁から構成されることができ、そして、そこでは、管または流路のその壁の中に複数の熱伝導性粒子が分散している。複数の熱伝導性粒子は、好ましくは、壁の厚さとおおむね同等、またはそれより小さい粒径を有する。そのような複数の熱伝導性粒子はまた、高い熱伝導率と低い電気伝導率を有する。
【００１２】
添付の図面において、同類の参照番号は別々の図を通して、同一のまたは機能的に類似した要素を表す。図面は本明細書に取り込まれ、そして本明細書の部分を形成する。さらに図面は、本発明を図解する。そして図面は、本発明の詳細な説明と共に、本発明の原理の説明に役立つ。
【００１３】
発明の詳細な説明
本明細書の非限定的な実施例において議論する具体的な数字及び構成は変更することができるものであり、それらは単に、本発明の少なくとも一つの態様を説明するために言及されているものであり、そしてそれらは本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【００１４】
図１は検出器システム（１００）の構成図を表し、それは本発明の態様に従って実施することができる。システム（１００）は、管（１１６）の壁の中に複数の熱伝導性粒子（１１８）を有する、低い熱伝導率の管（１１６）を有する。複数の検出要素（１０４）及び（１０８）は、検出される媒体（１０５）の反対側に検出器基材（１０２）に沿って配置することができる。図１のシステム（１００）には単一の検出器（１０２）と検出される媒体（１０５）を表しているが、本発明の別の態様では、一つ以上のそのような検出器基材及び関連する検出要素の一つ以上のセットで機能するように構成することができるということを認識できるであろう。
【００１５】
検出される媒体（１０５）は例えば、生理食塩水のような液体または医療用途で使用される他の同等な医療用流動体であることができる。矢印（２０８）及び（２１０）で示される流動体の流れは、一般に、検出される媒体（１０５）と同一直線状にある。ある具体的な態様において、要素（１０６）は、検出要素（１０４）及び（１０８）と同じ場所に配置された加熱器または検出要素であることができる。要素（１０４）、（１０６）及び（１０８）は検出抵抗（sense resistors）として実施することができる。要素（１０６）を加熱器とすれば、熱は加熱器（１０６）から熱伝導性粒子（１１８）を通して検出される流動体（すなわち検出される媒体（１０５））に伝達されることができる。
【００１６】
熱は流動体を通して、検出抵抗または検出要素（１０４）、（１０８）と接触している他の伝導性粒子に伝導されることができる。そのような粒子を通して、熱は最終的に要素（１０４）及び（１０８）に伝導され、そこで熱が検出されそして流れ信号（flow signal）が生成する。図１は要素（１０６）（例えば、加熱器及び／または検出要素）の使用を説明しているが、図１の構成は要素（１０６）を用いずに実施することができるということが認識できるであろう。そしてそのような場合、要素（１０４）及び（１０８）は、流れに依存して異なった速度で冷却する自己加熱要素（self-heated elements）として実施されることができる。
【００１７】
流れが無い場合、要素（１０４）及び（１０８）は同量の熱を得ることができ、そしてそれらの信号の差はゼロとなる。（２０８）から（２１０）への矢印で示されているように、右から左への流れがある場合、検出器または検出要素（１０８）は検出要素（１０４）のそれより冷却されている。そのため、流れの量に比例する信号の差が存在する。図１において、流れが双方向性であることができるということに留意すべきである。一つの態様において、流動体の流れは、矢印（２０８）から（２１０）のように右から左であってよい。他の態様では、流動体の流れは、矢印（２１１）から（２１３）のように左から右であってよい。
【００１８】
複数の熱伝導性粒子（１１８）の各粒径は、管（１１６）の壁の厚さとほぼ同等である。そのような粒子は概して互いに物理的に接触しないように、高い割合で集まっている。そのため、その縦方向または周方向の熱伝導率より、放射状の熱伝導が非常に大きい。ベース管（１１６）は、低い熱伝導率のシリコン不含プラスチック材料で形成されることができる。他の態様において、シリコン材料を用いることができるが、その相対的に高い熱伝導率のために低い能力を有するであろう。そのためシリコン不含プラスチック材料が好ましい。
【００１９】
粒子（１１８）は高い熱伝導率と低い電気伝導率を有する。粒子（１１８）は、限定するものではないが、ダイヤモンドまたは結晶性セラミック材料等の材料から形成することができる。そのような粒子（１１８）を形成するために、陽極酸化アルミニウムまたは他の酸化金属を使用することができる。粒子（１１８）の代わりとして電気伝導性の粒子を使用することもできるが、そのような粒子は管（１１６）を流れる流動体と反応することがあり、または電気を不必要な領域に漏らすことがあるので、一般に望ましくない。
【００２０】
検出される媒体（１０５）を通る流動体の流れは概して、矢印（２０８）及び（２１０）で図１に示されている。加熱器（１０６）は、矢印（１０６）及び（１０８）で示したように、熱を供給する。検出される媒体（１０５）を流れている流動体の熱的組成を決定するために、そのような流動体の熱伝導率を検出器（１０４）及び（１０８）を通して測定し、そして標準値と比較することができる。この検出機能は、また、加熱器（１０６）から検出される媒体（１０５）に移動したパワー（すなわち、熱）を測定することによって行なうこともできる。管（１１６）は、他の方向に放散することによって熱／パワーを無駄にしないように、好ましくは、加熱器から流動体そして検出器の方向に熱／パワーを伝導する材料の薄いシートで形成されることができる。
【００２１】
そのため、管（１１６）は、流動体（すなわち、検出される媒体（１０５））を加熱器（１０６）、検出器基材（１０２）及び検出要素（１０４）、（１０８）から絶縁する膜から構成されることができる。そのような膜は、膜の長さまたは幅より、膜の薄い厚さを通してよりよく熱を伝導する。そのような膜は、金属点（metal dots）（円形である必要は無い）で覆われた低い熱伝導性の重合体膜から形成されることができる。そしてその膜において、そのような点の下の重合体材料は、そのような金属の底部で、レーザーで穴を開けられているか、プラズマエッチングされているか、またはウェットエッチング（例えば、フォトリソグラフィーを利用して）されていて、それによって重合体バックグラウンドに金属点を有する膜を残す。
【００２２】
別の態様において、上述の膜は、その相対する両面にパターン化された薄い金属（例えば、２５μｍ）を有する薄い（例えば、２５μｍ）重合体として構成することができる。金属はまた、所望の態様に応じて、その一方の面に形成されることもできる。そのような金属は、線または点としてパターン化することができる。そのような形体の幅及び間隔は非常に小さい（例えば、５μｍ）。そのような薄い重合体は、最小の熱の隔離を可能にする。金属は、強度を与え、そして検出要素から媒体への熱伝導を可能にする。そのような態様は、絶縁重合体、検出器加熱器（例えば、加熱器（２０６））、及び、検出抵抗及び／または他の検出要素の精度の高くない配置を容認する。
【００２３】
重合体自体は平面であってよく、そして親水性または疎水性であってよい（例えば、ポリエステル）。金属は、タングステン又は白金等の生体適合性のある金属で構成することができる。堆積は、ＣＶＤ、無電解めっきまたはスパッタリング等の半導体分野の手段であってよい。金属間の空間はまた、好ましくは絶縁用の充填を必要とすべきであり、そしてその媒体面ついて平坦化されるべきである。
【００２４】
別の態様において、一つ以上の空洞（cavity）を形成するためにレーザーでの穴あけを行なった後、その空洞を金属等の高い熱伝導率の材料によって（典型的には重合体表面に向かった無電解めっきによって）埋めることができ、それによってその金属で覆われた面の平坦化が行なわれる。そのような別の態様は、強度、改良された密封、及びその平坦な面上での増強された熱的結合を提供することができる。
【００２５】
さらなる態様は、検出器基材（１０２）及び（１０５）に使用された材料の様式を修飾することによって実施することができる。液体流れ検出を含む多くの用途は、組作業（battery operation）を必要とする。選択される従来の基材は典型的にはセラミックであり、それは熱的エネルギーを制御するための効率的でない手段を許容する。しかしながら、本発明の他の態様に従って、繊維ガラスを主成分とした土台構造を使用することによって、液体流れの検出のためにエネルギーを最大にすることができ、そのためエネルギーを節約することができる。それゆえ、検出基材（１０２）は、初めに、強固な液体流れ検出器ダイ（die）との関連で実施されることができ、そして、繊維ガラス基材上（一般にＦＲ４またはＧ１０として知られる（例えば、約０．５乃至２ｍｍ厚））に直接マウントする（mounted）ことができ、そしてワイヤー接合（wire bonded）することができる。そのため、本発明の別の態様に従って、基材（１０２）は繊維ガラス基材として実施することができる。熱的な絶縁のための好ましい基材は、薄い（例えば、約１乃至５ミル（mil）または２５乃至２５０マイクロメートル）屈曲する回路部品（flex circuitry）、例えばポリイミドに基づく屈曲する回路部品、であってよい。
【００２６】
図２はシステム（２００）の絵図であり、それは、卵形の断面を有する流路（２１６）を含み、そしてそれは本発明の別の態様に従って実施することができる。流路（２１６）は図１及び２の管（１１６）に類似していて、その差は流路（２１６）が卵形の断面を有していることである。当然ながら、図２の態様に関して卵形が示されているが、本発明の態様に従って、別の断面形、例えば長方形の断面、を実施するということが認識できるであろう。卵形の断面を本発明の限定的な特徴として考えるべきではない。図１及び２のシステム（１００）との使用のために、システム（２００）の流路（２１６）を適合させることができる。流動体の流れは、矢印（２０８）及び（２１０）で図２に示している。図２に複数の検出要素（１０４）及び（１０８）を示しているが、それらは図１の検出要素（１０４）及び（１０８）に類似したものである。
【００２７】
従来の流路は検出要素の検出領域と垂直方向に交差していて、その従来の流路の外周の
ごく一部が検出要素のごく一部と合わされている。しかしながら、システム（２００）の構成において、流路（２１６）の卵形の断面領域で表される最適な流路形状を通して、液体流れ検出器のための感度及び熱伝導は最大化することができる。従来の流路は、概して、均一な半径を有する円筒形状として構成されている。
【００２８】
図３はシステム（３００）の絵図であり、そこでは、流路（３１６）は、本発明の別の態様に従って実施することができる卵形のＤ−形の断面を有している。図１乃至３において、同一または類似の部分は同じ参照番号で表されていることに留意されたい。システム（３００）において、検出要素（１０４）及び（１０８）は“Ｄ”形の卵形断面の“平らな面”に設置されている。流動体の流れは、矢印（３０８）及び（１１０）で図３に示している。好ましい“卵形”様式の断面は“Ｄ”形の断面であり、そこでは“Ｄ”形の平らな面に有効な検出要素（１０４）、（１０８）が接触している。加熱器（１０６）は、通例、検出要素（１０４）と（１０６）の間に設置されている。別の態様において、加熱器（１０６）を検出要素と置き換えることができ、そして、流路（３１６）の“Ｄ”形断面の平らな部分に沿って別の位置に加熱器（１０６）を移動することができる。
【００２９】
一方、流路（２１６）は、検出器の検出要素（１０４）、（１０６）及び（１０８）のより大きな表面領域に及ぶ卵形断面流路を有する。そのような形態は、概して、幅と高さの大きな比（例えば、５：１）を与える。さらに、媒体から検出要素への熱伝導を最大にするために、できるだけ薄いものとして流路の検出器の側面が提供される。そのため、縦の部分（length space）より流路（３１５）に沿った幅の部分を利用することによって感度を最大化することができる。流路（２１６）は型で成形することができ、または押出しで成形することができる。そして、流路（２１６）を形成するために使用される材料は、金属、石英ガラス、Ｒａｄｅｌ５０００、重合体等であってよい。流路（２１６）は、熱伝導をさらに最大にするために熱伝導性流動体をもった検出要素（１０４）、（１０６）及び（１０８）に適用することができる。
【００３０】
ここで開示された態様は、生理食塩水または他の医療用流動体の使用を含む医療用途を含む、多くの用途で使用することができる。別の態様を使用することができる一つの例は、熱パルスが加熱器（１０６）によって生成される、いわゆる“飛行時間（time of flight）”様式の検出器との関連においてである。熱パルスの開始から熱スパイク（heat spike）が検出要素（１０４）及び／または（１０８）で検出されるまで、時間を測定することができる。“飛行時間”様式の検出器の一つの例が米国特許第６，２３４，０１６：「流動体速度を測定するための時間差方法（Time lag approach for measuring fluid velocity）」に開示されている。その米国特許は２００１年５月２２日にＵｌｒｉｃｈ Ｂｏｎｎｅらに発行されている。参照として本明細書に援用される米国特許第６，２３４，０１６は、流動体の物理的性質から比較的独立している、流動体の速度を測定するための方法及び装置が開示されている。
【００３１】
図４は、金属点パターン（４００）の上面図を表し、それは本発明の好ましい態様に従って実施することができる。金属点パターン（４００）は、図１に関して本明細書で示したような、複数の粒子を形成するように構成することができる。すなわち、図４において、複数の金属点（４０２）−（４２４）が層（４２６）、（４２８）及び（４３０）上にパターン化されて示されている。点（４０２）−（４２４）は直径が約４μｍの大きさであってよい。点（４０２）−（４２４）はまた、互いに約５μｍの間隔をとることができる。
【００３２】
点（４０２）−（４２４）は本明細書において示したような金属伝導体を含む。しかしながら、そのような金属伝導体はまた、他の形状で構成できるということにも留意されたい。例えば、図５は金属線パターン（４００）の上面図を表し、それは本発明の別の態様に従って実施することができる。点を形成する代わりに、金属伝導体を金属線（５０２）、（５０４）及び（５０６）のようにパターン化することができる。
【００３３】
図６は、本発明の別の態様に従う金属パターン構造（６００）の側面図を表す。図６は“サンドイッチ”構造の側面図を表し、その構造では約２５μｍのポリ層（poly layer）が、約２５μｍの幅を有することができる金属層（６１４）、（６１６）、（６１８）及び金属層（６０６）、（６０８）、（６１０）の間に配置される。また、平坦化された絶縁充填層（６０２）及び（６０４）を、それぞれ、金属層（６１４）と（６１６）の間、（６１６）と（６１８）の間、（６０６）と（６０８）の間、（６０８）と（６１０）の間、に配置することもできる。金属層（６１４）、（６１６）、（６１８）及び（６０６）、（６０８）、（６１０）は、所望の態様に応じて、点として（すなわち、図４参照）または線として（すなわち、図５参照）形成することができる。また、金属層（６１４）、（６１６）、（６１８）及び（６０６）、（６０８）、（６１０）はまた、金属伝導体の格子パターンのような他のパターンとして形成することもできる。そのため、金属伝導体は多様な形状をとることができる。概して、形成された点または線の寸法は、伝導体またはその間隔の小さい方より小さいべきである。
【００３４】
図７は検出器システム（７００）の構成図を表し、それは本発明の好ましい態様に従って実施することができる。各構成部品の厚さが変化することを除いて、システム（７００）は図１のシステム（１００）に類似している。またシステム（７００）の全体的構造は、図１のシステム（１００）の構造と比較して変更されている。図７のシステム（７００）は、概して、その壁の中に複数の熱伝導性の粒子（７１８）を有する低い熱伝導率の管（７１６）を有する。複数の検出要素（７０４）及び（７０８）は検出器基材（７０２）に沿って設置することができる。管（７１６）は媒体の検出のために、媒体（７０５）を囲むように構成することができる。図７のシステム（７００）には単一の検出器基材（７０２）と検出される媒体（７０５）を示しているが、一つ以上のそのような検出器基材及び関連する検出要素の一つ以上のセットを機能するように別の態様を構成することができるということが認識できるであろう。
【００３５】
検出される媒体（７０５）は、例えば、生理食塩水のような液体または医療用途で使用される他の同等な医療用流動体であることができる。矢印（２０８）及び（２１０）で表されている流動体の流れは、通例、検出される媒体（７０５）と同一直線状にある。ある具体的な態様において、要素（７０６）は、検出要素（７０４）及び（７０８）と同じ場所に配置された加熱器または検出要素であってよい。それゆえ、要素（７０４）、（７０６）及び（７０８）は検出抵抗として実施することができる。要素（７０６）が加熱器とした場合、熱は加熱器（７０６）から熱伝導性の粒子（７１８）を通して検出される流動体（すなわち、検出される媒体（７０５））に移動する。
【００３６】
図７の要素（７０４）、（７０６）及び（７０８）は、概して、図１の要素（１０４）、（１０６）及び（１０８）に類似していることに留意されたい。同様に、図７の検出器基材（７０２）は図７の検出器基材（１０２）に類似しており、そして図７の媒体（７０５）は図１の媒体（１０５）に類似している。粒子（７１８）は粒子（１１８）に類似しており、管（７１６）は管（１１６）に類似している。検出器基材（７０２）は、例えば、約５００μｍの厚さを有することができる。検出される媒体（７０５）は約１００μｍの内部直径を有することができる。管（７１６）の壁の厚さは約２５μｍであってよい。一方、要素（７０４）、（７０６）及び（７０８）は、それぞれ約１μｍの厚さを有することができる。
【００３７】
熱は流動体を通して、検出抵抗又は検出要素（７０４）、（７０８）と接触している他の伝導性の粒子に伝導されることができる。そのような粒子を通して、熱は最終的には要素（７０４）及び（７０８）に伝導され、そこで熱が検出されて流れ信号が生成する。図７は要素（７０６）（例えば、加熱器及び／または検出要素）の使用を示しているが、要素（７０６）を用いずに図７の構成を実施することができるということが認識できるであろう。そしてそのような場合、要素（７０４）及び（７０８）は、流れに依存して異なった速度で冷却する、自己加熱（self-heated）要素として実施することができる。
【００３８】
流れが無い場合、要素（７０４）及び（７０８）は同量の熱を得ることができ、そしてそれらの信号の差はゼロとなる。（２０８）から（２１０）への矢印で示されているように、右から左への流れがある場合、検出器または検出要素（７０８）は検出要素（７０４）のそれより冷却されている。そのため、流れの量に比例する信号の差が存在する。図７において、流れが双方向性であることができるということに留意すべきである。一つの態様において、流動体の流れは、矢印（２０８）から（２１０）のように右から左であってよい。他の態様では、流動体の流れは、矢印（２１１）から（２１３）のように左から右であってよい。
【００３９】
複数の熱伝導性粒子（７１８）の各粒径は、管（７１６）の壁の厚さとほぼ同等である。そのような粒子は概して互いに物理的に接触しないように、高い割合で集まっている。そのため、その縦方向または周方向の熱伝導率より、放射状の熱伝導が非常に大きい。ベース管（７１６）は、低い熱伝導率のシリコン不含プラスチック材料で形成することができる。他の態様において、シリコン材料を用いることができるが、その相対的に高い熱伝導率のために低い能力を有するであろう。そのためシリコン不含プラスチック材料が好ましい。
【００４０】
粒子（７１８）は高い熱伝導率と低い電気伝導率を有する。粒子（７１８）は、限定するものではないが、ダイヤモンドまたは結晶性セラミック材料等の材料から形成することができる。そのような粒子（７１８）を形成するために、陽極酸化アルミニウムまたは他の酸化金属を使用することができる。粒子（７１８）の代わりに電気伝導性の粒子を使用することもできるが、そのような粒子は管（７１６）を流れる流動体と反応することがあり、または電気を不必要な領域に漏らすことがあるので、一般に望ましくない。
【００４１】
本明細書において説明した態様及び例は、本発明及びその実用的用途を最もよく説明するように提供されており、そしてそれによって当業者が本発明を実施しそして利用できるように提供されている。しかしながら、当業者は、上述の説明及び例は例証だけの目的で提供されているということを認識するであろう。本発明の別の変化形及び改良形は当業者には明らかであろう。そしてそのような変化形及び修飾形をその範囲に含むことを、添付の特許請求の範囲は意図している。
【００４２】
説明した記述は網羅的であることを意図しておらず、また本発明の範囲を限定することを意図したものでもない。以下の特許請求の範囲の意図からはずれることなく、上述の教示を考慮して多くの改良及び変化が可能である。本発明の使用は異なった特徴を有する構成要素を含むことができるということが考えられる。あらゆる点で等価なものに完全な認識範囲を与える、添付の特許請求の範囲によって本発明の範囲が定義されることを意図している。
【００４３】
独占的所有または権利を請求する本発明の態様は以下の特許請求の範囲で定義される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は検出器システムの構成図を表し、それは本発明の態様に従って実施することができる。
【図２】図２は卵形の断面を有する流路を含むシステムの絵図を表し、それは本発明の別の態様に従って実施することができる。
【図３】図３は卵形のＤ−形の断面を有する流路のシステムの絵図を表し、それは本発明の別の態様に従って実施することができる。
【図４】図４は金属点パターンの上面図を表し、それは本発明の好ましい態様に従って実施することができる。
【図５】図５は金属線パターンの上面図を表し、それは本発明の別の態様に従って実施することができる。
【図６】図６は、本発明の別の態様に従う金属パターン構造の側面図を表す。
【図７】図７は検出器システムの構成図を表し、それは本発明の好ましい態様に従って実施することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出方法であって、
流動体の熱伝導率を測定するための検出器を提供する工程：ここで前記検出器は検出器基材と関連した少なくとも一つの流動体検出要素を有する；
加熱器を前記検出器と関連させる工程：ここで前記加熱器は前記流動体に熱を供給する；及び
前記加熱器及び前記検出器から前記流動体を絶縁する膜成分を提供する工程：ここで前記膜成分は前記加熱器から前記検出器の方向に熱を伝導し、それによって前記検出器、前記加熱器及び前記流動体の間に熱的結合を形成し、そしてこのことが、前記検出器が熱の他の方向への望まれない損失無く流動体の熱伝導率を測定することによって前記流動体の組成を決定することを可能にする；
を含む前記方法。
【請求項２】
壁の厚さを有する少なくとも一つの壁から成る管を構成するように前記膜成分を設定する工程：ここで複数の熱伝導性粒子が前記管の少なくとも一つの壁の中に分散している；
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記壁の厚さにほぼ等しい粒径を有するように前記複数の熱伝導性粒子の各粒子を設定する工程、をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
プラスチックから前記管を形成する工程：ここで前記複数の熱伝導性粒子は高い熱伝導率を有し、そして前記プラスチックは低い電気伝導率を有する；
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
ダイヤモンドから前記複数の熱伝導性粒子を形成する工程、をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
結晶性セラミック材料の粒子を含む前記複数の熱伝導性粒子を形成する工程、をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
陽極酸化アルミニウムから前記複数の熱伝導性粒子を形成する工程、をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記膜成分を低い熱伝導率の重合体から形成する工程；
金属を前記低い熱伝導率の重合体と関連させる工程；
前記低い熱伝導率の重合体の下方にある前記金属をエッチングして前記低い熱伝導率の重合体上に複数の金属点を形成し、それによって重合体バックグラウンドに覆われた前記複数の金属点を前記膜成分に提供する工程：ここで前記複数の金属点は前記複数の熱伝導性粒子を構成する；
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記膜成分を低い熱伝導率の重合体から形成する工程；
金属を前記低い熱伝導率の重合体と関連させる工程；
前記低い熱伝導率の重合体にレーザーで穴を開けて空洞を形成する工程；及び
その後前記空洞を前記重合体の表面まで金属で埋めて前記重合体の金属で覆われた面の平坦化を提供する工程：ここで前記複数の金属点は前記複数の熱伝導性粒子を構成する；
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記検出器基材にマウントされ、そしてワイヤー接合された検出器ダイを有するように前記検出器を構成する工程：ここで前記検出器基材は低い熱伝導率の重合体を主成分とした土台構造（そこでは液体流れの検出のためにエネルギーが最大にされている）を提供する；
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記検出器の前記少なくとも一つの検出要素の表面領域の大部分を覆う卵形の断面領域を有する流路を構成するように前記膜成分を構成する工程、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記検出器の前記少なくとも一つの検出要素の表面領域の大部分を覆う“Ｄ”形の断面領域を有する流路を構成するように前記膜成分を構成する工程、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
検出方法であって、
流動体の熱伝導率を測定するための検出器を提供する工程：ここで前記検出器は少なくとも一つの流動体検出要素を有する；
繊維ガラス基材にマウントされそして接合された検出器ダイから前記検出器を構成し、それによって、液体流れの検出のためにエネルギーが最大にされている繊維ガラスを主成分とした土台構造を提供する工程；
前記検出器に加熱器を関連させる工程：ここで前記加熱器が前記流動体に熱を供給する；
前記加熱器及び前記検出器から前記流動体を絶縁する膜成分を提供する工程：ここで前記膜成分は前記加熱器から前記検出器の方向に熱を伝導し、それによって前記検出器、前記加熱器及び前記流動体の間に熱的結合を形成し、そしてこのことが、前記検出器が熱の他の方向への望まれない損失無く流動体の熱伝導率を測定することによって前記流動体の組成を決定することを可能にする；
壁の厚さを有する少なくとも一つの壁から成る管を構成するように前記膜成分を設定する工程：ここで複数の熱伝導性粒子が前記管の少なくとも一つの壁の中に分散している；
前記壁の厚さにほぼ等しい粒径を有するように前記複数の熱伝導性粒子の各粒子を設定する工程；及び
プラスチックから前記管を形成する工程：ここで前記複数の熱伝導性粒子は高い熱伝導率と低い電気伝導率を有する；
を含む前記方法。
【請求項１４】
検出器システムであって、
流動体の熱伝導率を測定するための検出器：ここで前記検出器は検出器基材と関連した少なくとも一つの流動体検出要素を含む；
前記流動体に熱を供給するための加熱器；及び
前記加熱器及び前記検出器から前記流動体を絶縁する膜成分：ここで前記膜成分は前記加熱器から前記検出器の方向に熱を伝導し、それによって前記検出器、前記加熱器及び前記流動体の間に熱的結合を提供し、そしてこのことが、前記検出器が熱の他の方向への望まれない損失無く流動体の熱伝導率を測定することによって前記流動体の組成を決定することを可能にする；
を含む前記検出器システム。
【請求項１５】
前記膜成分が、壁の厚さを有する少なくとも一つの壁から成る膜であって、複数の熱伝導性粒子が前記膜の前記少なくとも一つの壁の中に分散している膜、を構成する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記複数の熱伝導性粒子の各粒子が前記壁の厚さにほぼ等しい粒径を有する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記膜がプラスチックを含む：ここで前記複数の熱伝導性粒子は高い熱伝導率と低い電気伝導率を有する；
請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記複数の熱伝導性粒子が、以下の媒体、ダイヤモンド、結晶性セラミック及び陽極酸化アルミニウム、の少なくとも一つから形成された粒子を含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
前記膜成分が、複数の金属点で覆われた低い熱伝導率の重合体を含む：ここで、前記複数の金属点は、前記低い熱伝導率の重合体をパターン化し、そしてその後前記低い熱伝導率の重合体と関連した金属にエッチングを行なうことによって形成され、そしてそれによって、前記膜成分に重合体バックグランド中の前記複数の金属点を提供し、ここで、前記複数の金属点は前記複数の熱伝導性粒子を構成する；
請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】
前記膜成分が、複数の金属点で覆われた低い熱伝導率の重合体を含む：
ここで、前記複数の金属点は、前記低い熱伝導率の重合体にレーザーで穴を開けて空洞を形成し、そしてその空洞を前記重合体の表面まで金属で埋めることによって形成され、そしてそれによって、前記重合体の金属で覆われた側面の平坦化が提供され、ここで、前記複数の金属点は前記複数の熱伝導性粒子を構成する；
請求項１５に記載のシステム。
【請求項２１】
前記検出器が、前記検出器基材にマウントされそして接合された検出器ダイを有し、そしてそこでは、前記検出器基材は低い熱伝導率を主とした土台構造を含み、そこでは液体流れの検出のためにエネルギー移動が最大にされている、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２２】
前記膜成分が、前記検出器の前記少なくとも一つの検出要素の表面領域の大部分を覆う、卵形の断面領域を有する流路を構成し、そして前記流路が、熱伝導率を最大にするために熱伝導性流動体を利用した少なくとも一つの検出要素に適用される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１】
検出方法であって、
流動体の熱伝導率を測定するための検出器を提供する工程：ここで前記検出器は検出器基材と関連した少なくとも一つの流動体検出要素を有する；
加熱器を前記検出器と関連させる工程：ここで前記加熱器は前記流動体に熱を供給する；及び
前記加熱器及び前記検出器から前記流動体を絶縁する膜成分を提供する工程：ここで前記膜成分は前記加熱器から前記検出器の方向に熱を伝導し、それによって前記検出器、前記加熱器及び前記流動体の間に熱的結合を形成し、そしてこのことが、前記検出器が熱の他の方向への望まれない損失無く流動体の熱伝導率を測定することによって前記流動体の組成を決定することを可能にする；
を含む前記方法。
【請求項２】
壁の厚さを有する少なくとも一つの壁から成る管を構成するように前記膜成分を設定する工程：ここで複数の熱伝導性粒子が前記管の少なくとも一つの壁の中に分散している；
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記壁の厚さにほぼ等しい粒径を有するように前記複数の熱伝導性粒子の各粒子を設定する工程、をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
プラスチックから前記管を形成する工程：ここで前記複数の熱伝導性粒子は高い熱伝導率を有し、そして前記プラスチックは低い電気伝導率を有する；
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
ダイヤモンドから前記複数の熱伝導性粒子を形成する工程、をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
結晶性セラミック材料の粒子を含む前記複数の熱伝導性粒子を形成する工程、をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
陽極酸化アルミニウムから前記複数の熱伝導性粒子を形成する工程、をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記膜成分を低い熱伝導率の重合体から形成する工程；
金属を前記低い熱伝導率の重合体と関連させる工程；
前記低い熱伝導率の重合体の下方にある前記金属をエッチングして前記低い熱伝導率の重合体上に複数の金属点を形成し、それによって重合体バックグラウンドに覆われた前記複数の金属点を前記膜成分に提供する工程：ここで前記複数の金属点は前記複数の熱伝導性粒子を構成する；
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記膜成分を低い熱伝導率の重合体から形成する工程；
金属を前記低い熱伝導率の重合体と関連させる工程；
前記低い熱伝導率の重合体にレーザーで穴を開けて空洞を形成する工程；及び
その後前記空洞を前記重合体の表面まで金属で埋めて前記重合体の金属で覆われた面の平坦化を提供する工程：ここで前記複数の金属点は前記複数の熱伝導性粒子を構成する；
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記検出器基材にマウントされ、そしてワイヤー接合された検出器ダイを有するように前記検出器を構成する工程：ここで前記検出器基材は低い熱伝導率の重合体を主成分とした土台構造（そこでは液体流れの検出のためにエネルギーが最大にされている）を提供する；
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記検出器の前記少なくとも一つの検出要素の表面領域の大部分を覆う卵形の断面領域を有する流路を構成するように前記膜成分を構成する工程、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記検出器の前記少なくとも一つの検出要素の表面領域の大部分を覆う“Ｄ”形の断面領域を有する流路を構成するように前記膜成分を構成する工程、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
検出方法であって、
流動体の熱伝導率を測定するための検出器を提供する工程：ここで前記検出器は少なくとも一つの流動体検出要素を有する；
繊維ガラス基材にマウントされそして接合された検出器ダイから前記検出器を構成し、それによって、液体流れの検出のためにエネルギーが最大にされている繊維ガラスを主成分とした土台構造を提供する工程；
前記検出器に加熱器を関連させる工程：ここで前記加熱器が前記流動体に熱を供給する；
前記加熱器及び前記検出器から前記流動体を絶縁する膜成分を提供する工程：ここで前記膜成分は前記加熱器から前記検出器の方向に熱を伝導し、それによって前記検出器、前記加熱器及び前記流動体の間に熱的結合を形成し、そしてこのことが、前記検出器が熱の他の方向への望まれない損失無く流動体の熱伝導率を測定することによって前記流動体の組成を決定することを可能にする；
壁の厚さを有する少なくとも一つの壁から成る管を構成するように前記膜成分を設定する工程：ここで複数の熱伝導性粒子が前記管の少なくとも一つの壁の中に分散している；
前記壁の厚さにほぼ等しい粒径を有するように前記複数の熱伝導性粒子の各粒子を設定する工程；及び
プラスチックから前記管を形成する工程：ここで前記複数の熱伝導性粒子は高い熱伝導率と低い電気伝導率を有する；
を含む前記方法。
【請求項１４】
検出器システムであって、
流動体の熱伝導率を測定するための検出器：ここで前記検出器は検出器基材と関連した少なくとも一つの流動体検出要素を含む；
前記流動体に熱を供給するための加熱器；及び
前記加熱器及び前記検出器から前記流動体を絶縁する膜成分：ここで前記膜成分は前記加熱器から前記検出器の方向に熱を伝導し、それによって前記検出器、前記加熱器及び前記流動体の間に熱的結合を提供し、そしてこのことが、前記検出器が熱の他の方向への望まれない損失無く流動体の熱伝導率を測定することによって前記流動体の組成を決定することを可能にする；
を含む前記検出器システム。
【請求項１５】
前記膜成分が、壁の厚さを有する少なくとも一つの壁から成る膜であって、複数の熱伝導性粒子が前記膜の前記少なくとも一つの壁の中に分散している膜、を構成する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記複数の熱伝導性粒子の各粒子が前記壁の厚さにほぼ等しい粒径を有する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記膜がプラスチックを含む：ここで前記複数の熱伝導性粒子は高い熱伝導率と低い電気伝導率を有する；
請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記複数の熱伝導性粒子が、以下の媒体、ダイヤモンド、結晶性セラミック及び陽極酸化アルミニウム、の少なくとも一つから形成された粒子を含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
前記膜成分が、複数の金属点で覆われた低い熱伝導率の重合体を含む：ここで、前記複数の金属点は、前記低い熱伝導率の重合体をパターン化し、そしてその後前記低い熱伝導率の重合体と関連した金属にエッチングを行なうことによって形成され、そしてそれによって、前記膜成分に重合体バックグランド中の前記複数の金属点を提供し、ここで、前記複数の金属点は前記複数の熱伝導性粒子を構成する；
請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】
前記膜成分が、複数の金属点で覆われた低い熱伝導率の重合体を含む：
ここで、前記複数の金属点は、前記低い熱伝導率の重合体にレーザーで穴を開けて空洞を形成し、そしてその空洞を前記重合体の表面まで金属で埋めることによって形成され、そしてそれによって、前記重合体の金属で覆われた側面の平坦化が提供され、ここで、前記複数の金属点は前記複数の熱伝導性粒子を構成する；
請求項１５に記載のシステム。
【請求項２１】
前記検出器が、前記検出器基材にマウントされそして接合された検出器ダイを有し、そしてそこでは、前記検出器基材は低い熱伝導率を主とした土台構造を含み、そこでは液体流れの検出のためにエネルギー移動が最大にされている、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２２】
前記膜成分が、前記検出器の前記少なくとも一つの検出要素の表面領域の大部分を覆う、卵形の断面領域を有する流路を構成し、そして前記流路が、熱伝導率を最大にするために熱伝導性流動体を利用した少なくとも一つの検出要素に適用される、請求項１４に記載のシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２００７−５１２５１７（Ｐ２００７−５１２５１７Ａ）
【公表日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５４０００２（Ｐ２００６−５４０００２）
【出願日】平成１６年１１月１２日（２００４．１１．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０３８３９７
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０５０１４２
【国際公開日】平成１７年６月２日（２００５．６．２）
【出願人】（５００５７５８２４）ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド (1,504)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月１２日（２００４．１１．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０３８３９７
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０５０１４２
【国際公開日】平成１７年６月２日（２００５．６．２）
【出願人】（５００５７５８２４）ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド (1,504)
【Ｆターム（参考）】
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