(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ガスが流れる主管路と、前記主管路に設けられ前記燃焼ガスの流れを絞る第１の絞り部と、前記主管路における前記第１の絞り部の上流側と下流側とにそれぞれ開口部を有し両開口部を連通することによって当該主管路を流れる前記燃焼ガスの流れを分岐する分流通路と、前記分流通路内に測定部を露出して設けられ前記燃焼ガスの流量を測定するマイクロフローセンサと、前記分流通路内であって前記マイクロフローセンサの上流側に設けられ前記燃焼ガスの流れを前記第１の絞り部と同一形式で絞る第２の絞り部とを備え、前記分流通路の開口部に隣接する環状室を設けることによって前記分流通路の一部を少なくともマイクロフローセンサの上流側で折り曲げて形成したことを特徴とする燃焼ガス流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工業用あるいは家庭用の都市ガス、ＬＰＧなどの燃焼ガスの流量を測定する燃焼ガス流量測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
第１の従来技術として、例えば、実開平１−５８１１８号公報には、流体振動素子における絞り部内に熱式フローセンサを設置し、これにより検出された流体の流速から流量を演算する流体振動型流量計が開示されている。
【０００３】
また、第２の従来技術として、ガス流路からキャピラリ管を用いて分流し、この分流したガスの流れを、キャピラリ管の外周に設けた２つの熱線から奪われる熱量を検出することで当該ガス流路のガス流量を測定する、いわゆるキャピラリ方式によるガス流量測定手段が知られている。かかるキャピラリ管は、層流を得るため、その内径を約１ｍｍ程度に細く形成してある。
【０００４】
さらに、第３の従来技術として、例えば、特許２５１７４０１号公報には、フルイディック流量計と熱式流速センサとからなる複合流量計に関し、被測定流体を分流させるためのバイパス流路を設けて、そのバイパス流路内に熱式流速センサを配置したものが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の燃焼ガス流量測定装置は以上のように構成されているので、第１の従来技術を都市ガスやＬＰＧの配管で使用する場合にあっては、当該配管の内部は施工時の汚れ（例えば、配管継ぎ手部分のねじ切り作業における切り屑や切削油）がそのまま残されていることが多く、かかる汚れがガスの流れによって粉塵やオイルミストとしてフローセンサに付着し、長期間の使用によってセンサの性能を劣化させるなどの課題があった。
【０００６】
また、第２の従来技術にあっては、キャピラリ方式の構造上、比較的寸法が大きくならざるを得ないことから熱容量も大きくなるため、応答速度が遅く、また微少流量の測定が困難であるなどの課題があった。
さらに、キャピラリ管の中で層流を得るべく、その内径を約１ｍｍ程度に細く形成してあるため、前述した粉塵やオイルミストなどによって管が詰まりやすい都市ガスなどには、当該測定手段を使用し難いなどの課題もあった。
【０００７】
さらに、第３の従来技術にあっては、バイパス流路内に熱式流速センサを配置して流量を求めているものの、分流比を精度良く保って高精度の測定を行う手段が開示されていないなどの課題もあった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、配管内部が粉塵やオイルミストなどで汚れていることの多い、工業用あるいは家庭用の都市ガス、ＬＰＧなどの燃焼ガスの流量を、応答速度が速く、微少流量まで高精度に測定できると共に、簡易な構成によって慣性集塵効果を容易に得ることができ、長期間使用しても性能劣化しにくい燃焼ガス流量測定装置を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る燃焼ガス流量測定装置は、主管路と、この主管路を流れる燃焼ガスの流れを絞る第１の絞り部と、前記主管路における第１の絞り部と、前記主管路における前記第１の絞り部の上流側と下流側とにそれぞれ開口部を有し両開口部を連通する分流通路と、この分流通路に設けられたマイクロフローセンサと、前記分流通路を流れる燃焼ガスの流れを絞る第２の絞り部とを備え、前記分流通路の開口部に隣接する環状室を設けることによって前記分流通路の一部を少なくともマイクロフローセンサの上流側で折り曲げて形成したものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による燃焼ガス流量測定装置を示す断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は多孔オリフィスプレートを示す平面図である。
図において、１及び２は同一形状に形成され、後述する多孔オリフィスプレート５を挟んで配置し一体に構成した第１の流路ブロック及び第２の流路ブロック、３は燃焼ガスが流れる主管路、３ａは主管路３の内径を拡大して形成した拡大径部、４は主管路３と接続される配管、５は図３にも示すように円形の６つの孔５ａを同一円周上に有する多孔オリフィスプレート（第１の絞り部）であり、第１の流路ブロック１と第２の流路ブロック２とによって挟まれて固定されている。
【００１７】
６は図１及び図２に示すように隔壁７と多孔オリフィスプレート５とによって環状の空間として形成された環状室であり、隔壁７の先端部と多孔オリフィスプレート５との間に隙間として設けられた開口部８によって主管路３と連通させてある。
９は配管（分流通路）１０を介して第１の流路ブロック１及び第２の流路ブロック２と接続される第３の流路ブロックであり、多孔オリフィスプレート５の上流及び下流の開口部８，８を連通することによって、主管路３を流れる燃焼ガスの流れを分岐する分流通路１１を備えている。したがって、上述した環状室６はこの分流通路１１の一部をなしており、燃焼ガスが当該環状室６内を流れてから第３の流路ブロック９に至るように構成されている。
【００１８】
１２は第３の流路ブロック９の分流通路１１内に測定部を露出して設けられ燃焼ガスの流量を測定するマイクロフローセンサであり、当該測定部に接して流れる燃焼ガスによって当該測定部に引き起こされる熱移動を検出することで、相対的な流速を極めて速い応答速度でしかも微少流量範囲まで検出するものである。このマイクロフローセンサ１２は、本出願人が特願平３−１０６５２８号公報で開示した半導体ダイアフラム構成をとるものを採用している。なお、マイクロフローセンサ１２には、これを動作させるための図示しない所定の回路や測定結果を表示する表示手段などが接続されている。
【００１９】
１３は分流通路１１内であってマイクロフローセンサ１２の上流側に設けられ燃焼ガスの流れを絞る多孔または単孔のオリフィスプレート（第２の絞り部）である。すなわち、このオリフィスプレート１３は、多孔オリフィスプレート５と同一形式の絞り手段たるオリフィスとして採用することにより、多孔オリフィスプレート５と共に燃焼ガスの分流比を精度良く安定に保つためのものである。
なお、図１において、矢印は燃焼ガスの流れを示している。
【００２０】
次に動作について説明する。
燃焼ガスは、図１の矢印で示すように、上流側の配管４から第１の流路ブロック１の主管路３に入り、拡径部３ａで上流側配管４の形状にかかわらず常に乱流状態となる。そのため、配管４の形状にかかわらず、分流比を一定に保つことができ、安定した測定を可能にする。燃焼ガスの大部分は、多孔オリフィスプレート５の孔５ａを通ることによって絞られ、第２の流路ブロック２の拡径部３ａに入り、配管４へと流れる。
また、燃焼ガスの一部は、第１の流路ブロック１の開口部８から環状室６に入ることで主流から分岐され、分流通路１１に入る。そして、配管１０を経てオリフィスプレート１３でさらに絞られてから、マイクロフローセンサ１２の測定部に直接接触し、この流れによって当該測定部に引き起こされる熱移動を検出することで、相対的な流速が極めて速い応答速度でしかも微少流量範囲まで検出される。検出された流速は、図示しない表示手段によって表示される。
【００２１】
ここで、燃焼ガスは、同一形式の絞り手段たる多孔オリフィスプレート５とオリフィスプレート１３とによって絞られているので、この両者において温度変化などによる絞り特性の変化がほぼ同様の挙動を示すことになる。そのため、分流比の変化をきわめて小さくでき、高い測定精度を得ることができる。
また、燃焼ガスは環状室６内を流れてから第３の流路ブロック９のマイクロフローセンサ１２に至るため、環状室６での慣性集塵効果（ガス流が流路の折り曲げ部分で方向を変えられるとき、ガス流とともに流れて来た塵は、自身が持つ慣性によって直進し、折り曲げ部の壁面に衝突して捕捉されることを言う）により、ガス中に含まれる粉塵やオイルミストなどがマイクロフローセンサ１２に到達しにくくなり、マイクロフローセンサ１２の経時変化を有効に防止する。さらに、配管１０や分流通路１１が当該粉塵などによって詰まることを有効に防止する。
マイクロフローセンサ１２を通過した燃焼ガスは、再び配管１０を経て第２の流路ブロック２の環状室６に入り、開口部８から主流に合流する。
【００２２】
続いて、実験による動作例を図４ないし図９に基づいてさらに詳しく説明する。ここで、図４は単孔オリフィスプレートを示す平面図であり、図において、１５は１つの孔１５ａを有する単孔オリフィスプレートである。また、以下に示す比較実験を行うため、次のような条件を設定した。すなわち、単孔オリフィスプレート１５の寸法は８０ｍｍ×８０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍであり、その孔１５ａは直径１２ｍｍの丸孔、開口面積が１１３．１ｍｍ２  である。また、図３に示した多孔オリフィスプレート５の寸法は８０ｍｍ×８０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍであり、その６つの孔５ａは直径４．９ｍｍの丸孔、開口面積が１１３．１ｍｍ２  である。
【００２３】
また、図５は燃焼ガス流量測定装置の上流及び下流の配管構成が直管の場合を示す側面図、図６は燃焼ガス流量測定装置の上流及び下流の配管構成が曲管の場合を示す側面図である。図５において、配管４は直管として構成し、また図６においては曲管として構成した。図において、Ｌ１〜Ｌ３は配管４の各部の寸法であり、Ｌ１＝２５０ｍｍ、Ｌ２＝４０ｍｍ、Ｌ３＝２７０ｍｍである。
なお、図５及び図６においては、第３の流路ブロック９の図示を省略してある。
【００２４】
以上のような条件の下で、単孔オリフィスプレート１５及び多孔オリフィスプレート５における流量とセンサ出力との関係と、オリフィス条件及び配管構成条件の相違による流量とセンサ出力の振幅との関係を図示例に基づいて考察する。
ここで、図７は単孔オリフィスプレートを使用した場合の流量とセンサ出力との関係を示すグラフ図、図８は多孔オリフィスプレートを使用した場合の流量とセンサ出力との関係を示すグラフ図、図９はオリフィス条件及び配管構成条件の相違による流量とセンサ出力の振幅との関係を示すグラフ図である。
図７において、縦軸はマイクロフローセンサ１２の検出値に対応する出力電圧（Ｖ）であり、横軸は燃焼ガスの流量（ｍ３  ／ｈ）、白丸は配管４を図５に示した直管とした場合、黒丸は配管４を図６に示した曲管とした場合を示している。
【００２５】
また、図８において、縦軸はマイクロフローセンサ１２の検出値に対応する出力電圧（Ｖ）であり、横軸は燃焼ガスの流量（ｍ３  ／ｈ）、白三角は配管４を図５に示した直管とした場合、黒三角は配管４を図６に示した曲管とした場合を示している。
図７に示すように、単孔オリフィスプレート１５を使用すると、配管４を直管とする場合と曲管とする場合とで出力電圧に差が生じていることが分かる。これに対し、図８では多孔オリフィスプレート５を使用したことにより、かかる出力電圧の差は生じていないことが分かる。すなわち、多孔オリフィスプレート５を使用した図１の構成を採用することにより、配管４の形状が変わった場合の測定値に与える影響をほとんどなくすことができ、測定の信頼性が向上する。
【００２６】
また、図９において、縦軸はマイクロフローセンサ１２の検出値に対応する出力電圧（ｍＶ）の振幅であり、横軸は燃焼ガスの流量（ｍ３  ／ｈ）、白丸は単孔オリフィスプレート１５を使用し配管４を図５に示した直管とした場合、黒丸は単孔オリフィスプレート１５を使用し配管４を図６に示した曲管とした場合、白三角は多孔オリフィスプレート５を使用し配管４を図５に示した直管とした場合、黒三角は多孔オリフィスプレート５を使用し配管４を図６に示した曲管とした場合を示している。
図９から分かるように、多孔オリフィスプレート５を使用した場合には、単孔オリフィスプレート１５を使用した場合に比べて、各流量において振幅を小さくできると共に、配管４の形状が変わった時の振幅差をいずれの流量においても小さくできる。したがって、高精度の測定を行うことができ、しかもこれを配管形状にかかわらず行うことができる。
【００２７】
以上のように、この実施の形態１によれば、配管内部が粉塵やオイルミストなどで汚れていることの多い、工業用あるいは家庭用の都市ガス、ＬＰＧなどの燃焼ガスの流量を、応答速度が速く、微少流量まで高精度に測定できると共に、長期間使用しても性能劣化しにくい燃焼ガス流量測定装置を得られる効果がある。
特に、燃焼ガスは、同一形式の絞り手段たる多孔オリフィスプレート５とオリフィスプレート１３とによって絞られているので、燃焼ガスの温度変化などによる分流比の変化をきわめて小さくでき、高い測定精度を得ることができる効果がある。
また、多孔オリフィスプレート５を使用したことにより、外部に接続する配管４の形状にかかわらず高精度の測定を行うことができる効果もある。
【００２８】
さらに、拡径部３ａを設けたことにより、燃焼ガスが拡径部３ａで常に乱流状態となるので、配管４の形状にかかわらず、安定した測定ができる効果がある。
さらに、マイクロフローセンサ１２を主管路３ではなく分流通路１１内に設けたことにより、マイクロフローセンサ１２に対する粉塵やオイルミストなどの付着機会を大幅に減少させることにより、経時変化を有効に防止できる効果がある。
さらに、燃焼ガスは環状室６内を流れてから第３の流路ブロック９のマイクロフローセンサ１２に至るため、ラビリンスと同様に環状室６での慣性集塵効果により、燃焼ガス中に含まれる粉塵やオイルミストなどがマイクロフローセンサ１２に到達しにくくなり、マイクロフローセンサ１２の経時変化を有効に防止できる効果がある。特に、簡易な構造の環状室６を設けることにより、当該慣性集塵効果を容易に得ることができる。
【００２９】
なお、上記実施の形態１においては、多孔オリフィスプレート５として、円形の孔５ａを同一円周上に６つ設けるものとして説明したが、これに限られず、孔５ａを図１０または図１１に示すような配置及び個数にて形成し、同様の効果を得ることもできる。ここで、図１０及び図１１は他の多孔オリフィスプレートを示す平面図である。さらに、孔５ａの形状も円形に限られず、四角形その他の形状であってもよい。
また、オリフィス以外に、ベンチュリ管やノズルなどの一般的な絞り手段を採用してもよい。
【００３０】
実施の形態２．
上記実施の形態１は、第３の流路ブロック９に分流通路１１の一部とマイクロフローセンサ１２とを設け、さらに配管１０を設けて構成したが、本実施の形態２は、第３の流路ブロック９を設けず、分流通路の一部とマイクロフローセンサとを第１の流路ブロックに設けることにより配管を不要とし、装置全体をコンパクトに構成したものである。
図１２はこの発明の実施の形態２による燃焼ガス流量測定装置を示す分解斜視図である。なお、上記実施の形態１において示した部材と同一の部材若しくは相当する部材には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３１】
図において、１６は燃焼ガスの流れを分岐する分流通路、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄは分流通路１６の開口部たる連通孔、１７は第１の流路ブロック１の上面に凹設された分流通路であり、中央部付近を絞った形状に形成して、図示しないマイクロフローセンサを設置するマイクロフローセンサ設置部を有している。この分流通路１７は、図示しない蓋部材によって閉塞されることとなる。１８は図示しないオリフィス（第２の絞り部）を設置するオリフィス設置部、１９は連通孔１６ｂに対応する連通孔である。
なお、▲１▼〜▲４▼は第１の流路ブロック１、第２の流路ブロック２及び多孔オリフィスプレート５を組み付ける場合において、それぞれの対応位置を示し、矢印は燃焼ガスの流れを示している。
【００３２】
次に動作について説明する。
基本動作は上記実施の形態１の場合と同様であり、燃焼ガスが分流通路１６を流れる点において異なる。
すなわち、図１２の矢印で示すように、燃焼ガスの大部分は多孔オリフィスプレート５の孔５ａを通ることによって絞られ、第２の流路ブロック２の主管路３へと流れる。
また、燃焼ガスの一部は第１の流路ブロック１の主管路３から隔壁７を越えて環状室６に入ることで主流から分岐され、連通孔１６ａから分流通路１６に入る。そして、当該燃焼ガスは、オリフィス設置部１８に設置された図示しないオリフィスによってさらに絞られてから、マイクロフローセンサ設置部１７ａに設置された図示しないマイクロフローセンサの測定部に直接接触し、この流れによって当該測定部に引き起こされる熱移動を検出することで、相対的な流速が極めて速い応答速度でしかも微少流量範囲まで検出される。検出された流速は、図示しない表示手段によって表示される。
【００３３】
図示しないマイクロフローセンサを通過した燃焼ガスは、分流通路１６の連通孔１６ｂから多孔オリフィスプレート５の連通孔１９を通過し、さらに第２の流路ブロック２の連通孔１６ｃから分流通路１６に入り、連通孔１６ｄから環状室６を経て、主管路３の主流に合流する。
【００３４】
以上のように、この実施の形態２によれば、上記実施の形態１の場合と同様の効果が得られるほか、分流通路１６の一部と図示しないマイクロフローセンサとを第１の流路ブロック１に設けることにより、実施の形態１において使用した配管１０を不要として部材点数を削減でき、さらに装置全体をコンパクトに構成できる効果が得られる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、主管路と、この主管路を流れる燃焼ガスの流れを絞る第１の絞り部と、前記主管路における第１の絞り部と、前記主管路における前記第１の絞り部の上流側と下流側とにそれぞれ開口部を有し両開口部を連通する分流通路と、この分流通路に設けられたマイクロフローセンサと、前記分流通路を流れる燃焼ガスの流れを絞る第２の絞り部とを備え、前記分流通路の開口部に隣接する環状室を設けることによって前記分流通路の一部を少なくともマイクロフローセンサの上流側で折り曲げて形成するように構成したので、配管内部が粉塵やオイルミストなどで汚れていることの多い、工業用あるいは家庭用の都市ガス、ＬＰＧなどの燃焼ガスの流量を、応答速度が速く、微少流量まで高精度に測定できると共に、前記環状室を設けるだけの簡易な構成によって慣性集塵効果を容易に得ることができ、その環状室による慣性集塵効果により、燃焼ガス中に含まれる粉塵やオイルミストなどがマイクロフローセンサに到達しにくくなり、マイクロフローセンサの経時変化を有効に防止でき、長期間使用しても性能劣化しにくい燃焼ガス流量測定装置を提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による燃焼ガス流量測定装置を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】多孔オリフィスプレートを示す平面図である。
【図４】単孔オリフィスプレートを示す平面図である。
【図５】燃焼ガス流量測定装置の上流及び下流の配管構成が直管の場合を示す側面図である。
【図６】燃焼ガス流量測定装置の上流及び下流の配管構成が曲管の場合を示す側面図である。
【図７】単孔オリフィスプレートを使用した場合の流量とセンサ出力との関係を示すグラフ図である。
【図８】多孔オリフィスプレートを使用した場合の流量とセンサ出力との関係を示すグラフ図である。
【図９】オリフィス条件及び配管構成条件の相違による流量とセンサ出力の振幅との関係を示すグラフ図である。
【図１０】他の多孔オリフィスプレートを示す平面図である。
【図１１】他の多孔オリフィスプレートを示す平面図である。
【図１２】この発明の実施の形態２による燃焼ガス流量測定装置を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
３  主管路
３ａ  拡径部
５  多孔オリフィスプレート（第１の絞り部）
５ａ  孔
６  環状室
８  開口部
１０  配管（分流通路）
１１，１６，１７  分流通路
１２  マイクロフローセンサ
１３  オリフィスプレート（第２の絞り部）
【図１】
0003630916.tif 000002
【図２】
0003630916.tif 000003
【図３】
0003630916.tif 000004
【図４】
0003630916.tif 000005
【図５】
0003630916.tif 000006
【図６】
0003630916.tif 000007
【図７】
0003630916.tif 000008
【図８】
0003630916.tif 000009
【図９】
0003630916.tif 000010
【図１０】
0003630916.tif 000011
【図１１】
0003630916.tif 000012
【図１２】
0003630916.tif 000013