(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流管内に配設し該流管内を流れる流体を整流するための整流器において、
上流側から流れてくる流体のうち前記流管の中央部に位置する流体を前記流管の内周壁側に絞るための障害部であって、前記流管と同心の円形断面をもつ形状の障害部と、
該障害部の下流側に続く柱体部であって、該障害部と同心で且つ該障害部の径方向断面より小さい断面をもつ柱状の中間部と、
該中間部の下流側に続く柱体部であって、前記障害部と同心で且つ前記流管の内径に合う径をもつ円柱状の流出部とからなり、
該流出部は、前記障害部により前記流管内周壁側に絞られ、前記中間部の側面を流れた流体を、下流側に流出させるための複数の孔をもち、
各孔のうち複数の孔は、その流入部分の一部分又は全部が、流れ正面から見て前記障害部の径内であって前記中間部の径外に相当する位置にあることを特徴とする整流器。
【請求項２】
前記複数の孔は、前記流出部の同心円の円周上に均等に配列された複数の円孔であることを特徴とする請求項１記載の整流器。
【請求項３】
前記流出部は、該流出部の下流側に、上流側の流管と下流側の流管に一体に狭持するための、該下流側流管と同径をもつ円柱空間を形成していることを特徴とする請求項１又は２記載の整流器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１記載の整流器と、該整流器の流出部に合う径をもち該整流器を流路に配設した整流管本体とを備えた整流管であって、当該整流管は、当該整流管の上流側に配設された、前記整流管本体の流路の内径より小さい内径をもつ上流側流管から流れてくる流体を、前記整流器で整流するよう配設されたものであることを特徴とする整流管。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１記載の整流器を、流速又は流量計測部の上流に配設したことを特徴とする流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、整流器、及びそれを備えた整流管及び流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流管内の流体を整流する整流器は、流管内の被測定流体を測定するための様々な流量計に、流管内でより確かな流速又は流量分布を実現するために用いられている。また、流管内に整流管として具備して、流体を整流することもある。
【０００３】
整流器は、従来からハニカムを使用したもの、多孔板などがよく知られているが、穴が多く開いているものは圧力損失は低いが整流効果が低く、逆に穴の少ないものはその形状によっては整流効果が期待できるが圧力損失が大きい。
【０００４】
このため、従来の整流器では、その整流効果を得るために配管を長くする必要がある。また、整流器を流量計の計測部の上流側に適用する際には、整流器と計測部との間の配管を長くするか、整流器による圧力損失を別途求めたりする必要があり、構造の複雑さやコスト高を招いていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のごとき実状に鑑みてなされたものであり、圧力損失が低く且つ配管を長くする必要も無く、流体を安定した流れ、すなわち流管内の代表位置において流管の平均流速又は平均流量をもつ流れに整えることが可能な、整流器及びそれを備えた整流管を提供することをその目的とする。
【０００６】
本発明は、配管を長くする必要も無く、流速又は流量測定時にそれ自体による圧力損失を別途計算する必要もなく、流体を安定した流れ、すなわち流管内の代表位置において流管の平均流速又は平均流量をもつ流れに整えることが可能な、整流器を用いた流量計を提供することを他の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の各技術手段により上述の課題を解決する。
第１の技術手段は、流管内に配設し該流管内を流れる流体を整流するための整流器において、上流側から流れてくる流体のうち前記流管の中央部に位置する流体を前記流管の内周壁側に絞るための障害部であって、前記流管と同心の円形断面をもつ形状の障害部と、該障害部の下流側に続く柱体部であって、該障害部と同心で且つ該障害部の径方向断面より小さい断面をもつ柱状の中間部と、該中間部の下流側に続く柱体部であって、前記障害部と同心で且つ前記流管の内径に合う径をもつ円柱状の流出部とからなり、該流出部は、前記障害部により前記流管内周壁側に絞られ、前記中間部の側面を流れた流体を、下流側に流出させるための複数の孔をもち、各孔のうち複数の孔は、その流入部分の一部分又は全部が、流れ正面から見て前記障害部の径内であって前記中間部の径外に相当する位置にあることを特徴としたものである。
【０００８】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記複数の孔は、前記流出部の同心円の円周上に均等に配列された複数の円孔であることを特徴としたものである。
【０００９】
第３の技術手段は、第１又は第２の技術手段において、前記流出部は、該流出部の下流側に、上流側の流管と下流側の流管に一体に狭持するための、該下流側流管と同径をもつ円柱空間を形成していることを特徴としたものである。
【００１０】
第４の技術手段は、第１乃至第３のいずれか１記載の整流器と、該整流器の流出部に合う径をもち該整流器を流路に配設した整流管本体とを備えた整流管であって、当該整流管は、当該整流管の上流側に配設された、前記整流管本体の流路の内径より小さい内径をもつ上流側流管から流れてくる流体を、前記整流器で整流するよう配設されたものであることを特徴としたものである。
【００１１】
第５の技術手段は、流量計において、第１乃至第３のいずれか１記載の整流器を、流速又は流量計測部の上流に配設したことを特徴としたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に係る整流器の構成例を示す図で、図１（Ａ）は整流器を流体流出側からみた正面図、図１（Ｂ）は整流器の流れ方向の断面図、図１（Ｃ）は整流器を流体流入側からみた正面図である。
本発明の一実施形態に係る整流器１０は、流管内を流れる流体を整流することを目的として、流管内に配設されるべきものであり、特に上流側の管径が下流側の管径に対して小さい場合に有用なものである。整流器１０は後述する障害部１１，中間部１２，流出部１３が一体として構成されたことを特徴とするが、その製造に当たっては各部１１，１２，１３のいずれか又は全部を別々に成形して接着剤などで接合することで製造してもよいし、最初から一体に成形し削り加工を施して製造してもよい。また、整流器１０の材質には特に制限はないが、流体の特性や設定耐久年数など、その用途に合わせて金属，樹脂などを選択すればよい。
【００１３】
障害部１１は、流管の径（整流器設置位置での流管径）より小径で、且つ流管と同心の円形断面をもつ体をなしている。以下の説明では、障害部１１を、流管と同心で流れに垂直な平面をもつ円柱状（円盤状も含む）の体をなしているものとして例示する。ただし、障害部１１は後で図示するように流れに垂直な平面をもたなくてもよい。障害部１１はこの形状により、上流側（図中、矢視の方向）から流れてくる流体のうち流管の中央部に位置する流体をその内周壁側に絞ることが可能となっている。
【００１４】
また、中間部１２は、障害部１１の下流側に続く柱体部であって、障害部１１と同心（中心が同じ）で且つ障害部１１の径方向断面より小さい断面をもつ柱状の体をなしている。障害部１１の径方向断面とは障害部１１における流れ方向と垂直な断面であり、中間部１２の断面は少なくとも障害部１１の最大径をもつ位置での径方向断面より小さいものとする。また、中間部１２の形状は、角柱状でも円柱状でもよいが、特に角柱状の場合には後述する孔１４の配置を考慮して設計すべきである。以下の説明では、中間部１２を、障害部１１の径より小さい径をもつ円柱状の体をもつものとして例示する。
【００１５】
流出部１３は中間部１２の下流側に続く柱体部であって、障害部１１と同心で且つ流管の内径に合う径をもつ円柱状の体をなしている。ここで流管の内径に合う径とは、隙間無く（後述の孔１４以外から流体が流出しないように）接続可能な径を指し、例えば流管にそのまま組み込むのであればその流管の内径と略同じ径のことである。なお、２つの流管をこの整流器１０により継続させる場合の構成は図２を参照して後述する。流出部１３はさらに、障害部１１により流管内周壁側に絞られ、中間部１２の側面を流れた流体を、下流側に流出させるための複数の孔（貫通孔）１４を有するものとする。この複数の孔１４は、少なくとも、流れ正面から見て障害部１１の径内であって中間部１２の径外に相当する位置に、流体を流出させる空間（１４ａで示す部分に相当）をもつものとする。すなわち、各孔１４のうち複数の孔は、その流入部分の一部分（例えば１４ａで示す部分に相当）又は全部が、流出部１３の前記位置にあるものとする。要するに障害部１１により陰となる部分からも流体が流出するようにすればよい。これは、中間部１２の径を小さくしたことと共に、孔１４の総断面積をできる限り多くすることを目的としている。なお、図１においては、障害部１１，中間部１２，流出部１３の直径／高さを、夫々Ｒ1／Ｌ1，Ｒ2／Ｌ2，Ｒ3／Ｌ3、貫通孔の直径をＲ4−Ｒ5で表している。貫通孔１４の直径Ｒ4−Ｒ5はその高さＬ3により決定してもよい。
【００１６】
複数の孔１４は、整流効果を鑑みると図１で示すように、流出部１３の同心円の円周上に均等に配列された複数の円孔であるようにすることが好ましい。図１ではこの配列の例として４５度ステップで円孔１４を均等に配置している。また、孔１４の数も圧力損失をより少なくするために、より多くすることが望ましい。なお、各孔１４は図１のような断面をもつ孔及びその配列に限らず、角柱状の孔とするなど、様々な形状及びその配列を実験して最適なものがあればそれを選択すればよい。
【００１７】
図２は、本発明の一実施形態に係る整流器の他の構成例を示す図で、図２（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ別の整流器を流体流出側からみた正面図である。ただし、図２においては、図１（Ｂ）のごとき流れ方向の断面図、図１（Ｃ）のごとき流体流入側からみた正面図を省略している。図１で説明した実施形態に係る整流器は、図２（Ａ）で示すような断面形状の異なった孔１４1，１４2を備えてもよく、また、図２（Ｂ）で示すようにさらに多数の孔１４3，１４4を備えてもよい。なお、図２（Ｂ）においては、孔１４3はその断面が障害部１１の径内に相当する位置に形成され、孔１４4はその断面が障害部１１の径外に相当する位置に形成された例を示している。また、以降で説明する各実施形態の整流器に図２で示すような形状をもつ孔やその他の形状をもつ孔を適用してもよく、さらにはそれらの配置も整流器の断面中心に対する点対称であれば整流効果が期待できる。
【００１８】
図３は、本発明の他の実施形態に係る整流器の構成例を示す図で、図３（Ａ）は整流器を流体流出側からみた正面図、図３（Ｂ）は整流器の流れ方向の断面図、図３（Ｃ）は整流器を流体流入側からみた正面図である。
本発明の他の実施形態に係る整流器１０は、その流出部１３において、流出部１３の下流側に円柱空間１５を形成しているものとする。円柱空間１５は、上流側の流管と下流側の流管に一体に狭持するために設けられる空間で、下流側流管と同径とする。この円柱空間１５により削られた流出部１３の下流側は、下流側流管と一体に接続可能となる。また、このとき整流効果を鑑みて、流れ正面から見て、複数の孔１４の一番流管外壁側に該当する空間（流体が流出する部分）の境界が円柱空間１５の直径の範囲内に入っている必要がある。なお、図３においては複数の孔１４の上述の外側境界を円柱空間１５の直径上と一致させた例を示している。なお、円柱空間１５によりできたドーナツ状の部分はスペーサなどにより代用できるため図１で説明したような形態も採用できる。また、図３中、Ｌ4は円柱空間１５の高さを示しており、この例での孔１４の高さはＬ3−Ｌ4となる。
【００１９】
図４は、本発明の他の実施形態に係る整流器の構成例を示す図で、整流器の流れ方向の断面図である。
本発明の他の実施形態として、整流器１０における角部を削り丸みをもたせるようにしてもよい。図４においては障害部１１の側面部１１ａを、中間部１２の、流出部１３との境界部１２ａ及び障害部１１との境界部１２ｂを、丸めた例を示している。なお、多孔１４における流入口に丸みをもたせてもよいが、孔１４の高さとの兼ね合いを鑑みて流れがうまく整うようにする必要がある。
【００２０】
図５は、本発明の一実施形態に係る、整流器を備えた流量計の構成例を示す図で、図４の整流器を熱式質量流量計の検出センサの上流に配設した構成例を示す図である。
本発明の一実施形態に係る流量計は、上述した各実施形態の整流器を流速又は流量計測部の上流に配設して、適切な計測結果を導き出すようにしたものである。図５においては、流量計の例として熱式質量流量計１を挙げて説明するが、その他の種類の流量計においても適用可能であることは言及するまでもない。
【００２１】
本構成例に係る熱式質量流量計１は、流管２０の流路２０′中に配設された感温センサ（温度センサ）２５と、その下流側に配設された加熱感温センサ２６とを有する流量計測部の上流側に、整流器１０を備えるものとする。なお、ここでは図４を参照して説明した整流器を採用した例を示している。整流器１０は、流管２０にその内径を同じくして埋め込まれた流管２２と流管２３との間に管壁が一体になるように接合されており、流管２１において矢視の方向から流れ込んだ流体を障害部１１で流管２２の内壁側に押しやり、流出部１３の貫通孔１４から流出させる。整流器１０により整えられた流れを、感温センサ２５の温度を基準として加熱感温センサ２６で計測し、質量流量を演算することが可能となる。換言すると、この整流器１０により、流体を安定した流れ、すなわち流管２０内の代表位置において流管２０の平均流速又は平均流量をもつ流れに整えることが可能となる。なお、整流器１０の上流側の流管２１の径が下流側の流管２０の径に対して小さい場合には、図示のように、障害部１１の流れに垂直な平面の円の径Ｒ1は、整流器１０の上流側の管（流管２１）の径をＤとすると、Ｄと略同じかＤより大きく設定しておくことが好ましい。
【００２２】
加熱感温センサ２６は温度センサと加熱センサの機能を備えており、感温センサ２５で検出された温度に基づいて流量計測を行う。すなわち熱式質量流量計１の流量計測部では、感温センサ２５と加熱感温センサ２６との温度差を一定（例えば＋３０℃）になるように、加熱感温センサ２６を加熱する（電流を流す）ことで質量流量を計測する。被測定流体が流れたとき、加熱感温センサ２６は冷やされるので、感温センサ２５との温度差を一定に制御するために、さらに電流を流すが、この時に加熱感温センサ２６に流れる電流が質量流量に比例することを利用して、質量流量が検出される。
【００２３】
また、図５に示すように整流器１０の上流側及び／又は下流側に、メッシュ状のフィルタや多孔板等２４を配設するようにしてもよい。このフィルタ等は更なる整流効果を得るためのものでも、単にセンサ２５，２６を異物から保護するためのものでもよい。なお、図５中、２７は流量演算部を、２８は流量演算部２７で演算した質量流量を表示する表示装置（各種測定モードなどを設定する機能を備えてもよい）を、２９は電源やその他演算係数などを供給するためのケーブル接続部を、夫々示している。
【００２４】
図６は、本発明の一実施形態に係る、整流器を備えた整流管の構成例を示す図で、上述した整流器を管内に配設した整流管を、それより小径の配管の間に狭持したときの様子を示す概略図である。
本発明の一実施形態に係る整流管３０は、上述した各実施形態の整流器１０と、整流器１０の流出部１３に合う径をもち、整流器１０を流路に配設した整流管本体３１とを備えた整流管であり、配管の途中に組み込み、旋廻流や偏流を効率よく（圧力損失も殆どなく短い配管で）排除するためのものである。整流管３０は、整流管３０の上流側に配設された、整流管本体３１の流路の内径より小さい内径をもつ上流側流管４１から流れてくる流体を、整流器１０で整流するよう配設されたものである。この整流管３０は、流量計の前段の配管に組み込むことでその機能をより適切に利用することができる。
【００２５】
本構成例に係る整流管３０は、上流側流管としての配管４１と下流側流管としての配管４２との間に狭持されるよう配設されている。配管４１，配管４２は、夫々、上流側流管のフランジ４１ａ，下流側流管のフランジ４２ａによって、整流管本体３１の流路の上流側流入部３２，下流側流出部３３と接合されている。ここではフランジ接続を図示したが、ネジ込み等であってもよい。図６においては、整流管３０の例として、テーパ部３４をその下流側にもつ整流管本体３１の流路を挙げて説明するが、テーパ部３４は流路を配管４２の内径に合わせるために（径の段差を埋めるために）設けた部分であり、例えば円弧状の形状をもつようにしてもよい。なお、下流側の配管４２として整流管本体３１の流路（整流器１０の設置部分の流路）よりも小径の流管を例示したが、テーパ部３４等を設けず同径の流管を採用しても、その効果は得られる。なお、ここでは、障害部１１として、流れに垂直な平面をもたず、流れ方向の断面形状を弓形に形成した側面部１１ｂをもつ例を示している。また、流路内にフィルタ３５を設けることで整流管３０の効果は向上する。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、配管を長くする必要も無く、流体を安定した流れに整えることが可能となる。すなわち、本発明によれば、より短い配管長で、配管の影響がなく、少ない圧力損失で、流管内の流体を整流することが可能となる。また、本発明によれば、この整流器を用いた流量計において、流速又は流量測定時に整流器自体による圧力損失を別途計算する必要もなく、流管内の流速又は流量を流管内の所定の位置で代表させて測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る整流器の構成例を示す図である。
【図２】  本発明の一実施形態に係る整流器の他の構成例を示す図である。
【図３】  本発明の他の実施形態に係る整流器の構成例を示す図である。
【図４】  本発明の他の実施形態に係る整流器の構成例を示す図である。
【図５】  本発明の一実施形態に係る、整流器を備えた流量計の構成例を示す図である。
【図６】  本発明の一実施形態に係る、整流器を備えた整流管の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１…熱式質量流量計、１０…整流器、１１…障害部、１１ａ，１１ｂ…障害部の側面部、１２…中間部、１２ａ…中間部の流出部との境界部、１２ｂ…中間部の障害部との境界部、１３…流出部、１４，１４1，１４2，１４3，１４4…孔（貫通孔）、１５…円柱空間、２０，２１，２２，２３…流管、２０′…流路、２４，３５…フィルタ、２５…感温センサ、２６…加熱感温センサ、２７…流量演算部、２８…表示装置、２９…ケーブル接続部、３０…整流管、３１…整流管本体、３２…整流管の流入部、３３…整流管の流出部、３４…テーパ部、４１…上流側流管、４１ａ…上流側流管フランジ、４２…下流側流管、４２ａ…下流側流管フランジ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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