(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定流体が流れるフローチューブの両端をコリオリ流量計の接続フランジで支持し、該支持位置を節部として前記フローチューブを軸直角方向に加振して生ずるコリオリの力に基づいて被測定流体の質量流量を計測するコリオリ流量計において、前記フローチューブの端部を拡大開口し、前記フローチューブの軸直角方向を剛とし、軸方向に作用するストレスを吸収するストレス除去構造とし、前記拡大開口したフローチューブの端部の外周を、前記接続フランジの外部配管接続面に設けた環状凹部に接合する構造としたことを特徴とするコリオリ流量計。
【請求項２】
被測定流体が流れるフローチューブの両端をコリオリ流量計の接続フランジで支持し、該支持位置を節部として前記フローチューブを軸直角方向に加振して生ずるコリオリの力に基づいて被測定流体の質量流量を計測するコリオリ流量計において、前記フローチューブの端部を拡大開口し、前記フローチューブの軸直角方向を剛とし、軸方向に作用するストレスを吸収するストレス除去構造とし、前記拡大開口したフローチューブの端部の外周を、前記接続フランジのフローチューブ接続面に設けた拡大開口部の外周と接合する構造としたことを特徴とするコリオリ流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コリオリ流量計に関し、より詳細には、被測定流体が流れるフローチューブが温度変化などにより生ずるストレスをフローチューブの形態を維持しながら除去する構造で、大口径はもとより特に測定の困難な小口径コリオリ流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コリオリ流量計は、周知のように、コリオリの力を利用してコリオリの力に比例した質量流量を計測する直接型の質量流量計である。しかし、コリオリ流量計では、フローチューブに作用するコリオリの力は、加振力に対して極めて小さく、これを高精度に検出するためには高度の技術を必要とし、更に，加振方向の曲げ剛性の大きい直管形状のフローチューブを持つ直管式コリオリ流量計では、コリオリの力の作用によるフローチューブの最大流量における変位量はμｍ（マイクロメータ）のオーダであり、薄肉構造のフローチューブを用いて精度にコリオリの力を検出しようとすると、フローチューブに作用する熱膨張等によるストレスや外部振動等の雑音影響を無視することができず、高精度な質量流量を計測するためには、ＳＮ比の優れた検出手段が求められた。
【０００３】
高ＳＮ比でコリオリの力を検出する手段として、構造面と信号処理面で対策することが行われているが、従来、構造面の対策としては、フローチューブが受ける軸方向のストレスを除去するために、フローチューブの両端側に、ベローズやダイヤフラムあるいはフローチューブ拡大開口部を設ける構造、又はフローチューブをＯリングを介して移動可能に支持する構造等としていた。
【０００４】
図５は、従来のフローチューブのストレス除去構造を説明するための図で、図５（Ａ）はベローズ方式、図５（Ｂ）はダイヤフラム方式、図５（Ｃ）は拡大開口部支持方式、図５（Ｄ）はＯリング支持方式であり、図中、１０，１１，１４，１６はフローチューブ、１２，１５，１７は支持管、１３はダイヤフラム、１８はＯリングである。
【０００５】
図５（Ａ）に示すベローズ方式は、フローチューブ１０にベローズ１０ａを溶着接合または絞り加工等により一体成形されたもので、フローチューブ１０を軸方向に移動可能に支持し、フローチューブ１０の熱膨張等によるストレスを除去している。
【０００６】
図５（Ｂ）に示すダイヤフラム方式は、流入側（流出側も同様）の支持管１２に支持管１２の軸と略直角な面を持つダイヤフラム１３の外周を溶着し、フローチューブ１１をダイヤフラム１３の内周でダイヤフラム１３と同軸に支持し、フローチューブ１１を軸方向に移動可能に支持して、フローチューブ１１の熱膨張等によるストレスを除去している。
【０００７】
図５（Ｃ）に示す拡大開口部方式は、フローチューブ１４の端部を拡大開口し、拡大開口部１４ａを構成し、外周１４ｂで支持管１５に溶着し、拡大開口部１４ａのばね作用によりフローチューブ１４のストレスを除去している。
【０００８】
図５（Ｄ）に示すＯリング支持方式は、支持管１７にフローチューブ１６をＯリング１８でシールしながら弾性的に支持し、フローチューブ１６の熱膨張によるストレスを除去する簡易な支持構造である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示した従来のフローチューブのストレス除去構造は、各々機能的にはフローチューブのストレス除去効果を有する構造であるが、各々以下に示す欠点がある。
【００１０】
図５（Ａ）に示す支持方式は、ベローズ１０ａが軸方向に伸縮し、フローチューブ１０のストレスを除去するが、軸直角方向の曲げ剛性も小さくフローチューブ１０が軸方向以外の半径方向にも移動し易くフローチューブ１０の振動特性が不安定になり易い。
【００１１】
図５（Ｂ）に示すダイヤフラム方式は、支持管１２とフローチューブ１１とは常に同軸に保たれ安定した支持方式であるが、支持管１２とフローチューブ１１とは異径であり、流体が流れるとフローチューブ１１内で縮流が生じ、流速が大きくなるとキャビテーションが発生し易く、流体力学的に不安定である。
【００１２】
図５（Ｃ）に示す拡大開口部方式は、ダイヤフラム方式と同様のストレス除去機能を持っているが、支持管１５と外周部１４ｂとの接合を安定にするため、連続曲面は２箇所に変曲面を有しており、拡大部１４ａのばね定数がダイヤフラム方式の場合に比し大きくなる。
【００１３】
図５（Ｄ）に示すＯリング支持方式は、簡易な支持方式であるが、Ｏリング１８は有機材であり、温度影響等を受け易いので、被測定流体の温度条件等が制限され、使用範囲が狭くなる。
【００１４】
図５（Ａ）乃至図５（Ｄ）に示しフローチューブのように、従来は、ストレスを除去する構造としては、ベローズ，ダイヤフラムや拡大部あるいはＯリングによる摺動構造としているが、これらの構造において、特に、小口径の直管式コリオリ流量計で大きな制約を受ける。ベローズ，ダイヤフラム，拡大開口部構造では、前述の問題の他に、
１．直管状フローチューブ径と接続部径に大きな径差を設けることができない。
２．感度をあげるためには薄肉チューブを用いなければならないが、溶接が難かしい。
等の問題がある。
【００１５】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、大口径，小口径を問わず、フローチューブに作用するストレスを効果的に除去し、しかも、振動系を軸直角方向のみに安定に保ち、かつ、流体力学的に安定で製作容易なコリオリ流量計を提供するとこを目的とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、被測定流体が流れるフローチューブの両端をコリオリ流量計の接続フランジで支持し、該支持位置を節部として前記フローチューブを軸直角方向に加振して生ずるコリオリの力に基づいて被測定流体の質量流量を計測するコリオリ流量計において、前記フローチューブの端部を拡大開口し、前記フローチューブの軸直角方向を剛とし、軸方向に作用するストレスを吸収するストレス除去構造とし、前記拡大開口したフローチューブの端部の外周を、前記接続フランジの外部配管接続面に設けた環状凹部に接合する構造としたものである。
【００２０】
請求項２の発明は、被測定流体が流れるフローチューブの両端をコリオリ流量計の接続フランジで支持し、該支持位置を節部として前記フローチューブを軸直角方向に加振して生ずるコリオリの力に基づいて被測定流体の質量流量を計測するコリオリ流量計において、前記フローチューブの端部を拡大開口し、前記フローチューブの軸直角方向を剛とし、軸方向に作用するストレスを吸収するストレス除去構造とし、前記拡大開口したフローチューブの端部の外周を、前記接続フランジのフローチューブ接続面に設けた拡大開口部の外周と接合する構造としたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に関連する発明の実施形態を説明するためのコリオリ流量計の部分断面図であり、以下例としてすべて直管式コリオリ流量計を用いて説明する。図中、１は外筒、２は接続フランジ、３はフローチューブ、３ａ，３ｂはフローチューブ３の部分構成チューブ（以後、フローチューブと記す）、４ａはフローチューブ３ａの拡大開口部、４ｂはフローチューブ３ｂの拡大開口部、５は外周溶着部である。
【００２２】
図１に示したコリオリ流量計は、フローチューブ３の両端（図においては一端３ｃのみを示している）を接続フランジ２の流路開口部２ａで溶着されており、接続フランジ２は、外筒１と一体に形成されている。外筒１は、フローチューブ３と同軸な円筒状体で、フローチューブ３との間にフローチューブ３を軸直角方向に駆動する駆動手段（図示せず）と、駆動により生ずるコリオリの力に比例したフローチューブ３の位相差を検出するセンサ（図示せず）が取り付けられている。
【００２３】
フローチューブ３は、内径が等しいフローチューブ３ａと３ｂとからなり、接合されたものであるが、接合されるフローチューブ３ａと３ｂの端面は、ラッパ状に拡大開口し各々拡大開口部４ａ，４ｂを形成して、拡大開口部４ａ，４ｂの外周の近傍の端面は、フローチューブ３の軸に略直角となっており、外周溶着部５で溶接等により接合される。前記外周溶着部５で接合された拡大開口部４ａ，４ｂがフローチューブ３の両端側に設けられ、前記駆動部およびセンサは両端側に設けられた拡大開口部４ａ，４ｂに挟まれた区間に設けられる。
【００２４】
フローチューブ３は、拡大開口部４ａ，４ｂが対向して接合され、各々の拡大開口部４ａ，４ｂは軸方向の曲げ剛性が小さく形成されるので、熱膨張等により軸方向に変形するひずみを拡大開口部４ａ，４ｂで吸収するので、フローチューブ３にストレスを発生することがない。しかも、フローチューブ３ａ，３ｂは、１箇所の外周溶着部で溶着されているから、軸と直角方向に変形する曲げの剛性が高く、密度の異なる流体が流れてもフローチューブ３の軸線は直線で、安定した振動が保たれ、高精度な質量流量が求められる。また、拡大開口部４ａ，４ｂ間の軸方向の間隔が短かく、フローチューブ３ａ，３ｂの内径が等しいので、フローチューブ３内の流れを乱すことはなく、流れ変動による計測値の外乱発生はなく、全流量範囲で安定した質量流量が計測できる。さらに、フローチューブの拡大形状部をフローチューブ３ａの拡大開口部４ａとフローチューブ３ｂの拡大開口部４ｂとを同軸に対向し外周で接合したので、小口径の薄肉のフローチューブでも、軸直角方向に高い剛性を持った軸方向のストレスを吸収することが可能となる。
【００２５】
図２は、本発明に関連する発明の他の実施形態を説明するためのコリオリ流量計の部分断面図であり、図中、６はフローチューブ、６ａは拡大部、６ｂは端部であり、図１と同様の作用をする部分には、図１と同じ参照番号を付してある。
【００２６】
図２に示したコリオリ流量計のフローチューブ６は、１本の直管に駆動部および一対のセンサが取り付けられた区間を直管部とし、その区間の両端部に拡大部６ａを設けたもので、拡大部６ａは絞り加工等により形成される。
【００２７】
拡大部６ａを１本の直管に対し絞り加工等により形成されるので、溶接等の他工程を不要としたもので、図１に示した前記フローチューブ３の場合と同様の効果が得られ、特に、小口径の直管式コリオリ流量計に用いて好適である。
【００２８】
図３は、請求項１の発明の実施形態を説明するためのコリオリ流量計の部分断面図であり、図中、２ｂは接続フランジ２の外部配管との接続面において流路開口部２ａの外周に設けられた環状凹部、２ｃは環状凹部２ｂ内に設けられた突起部、７はフローチューブ、７ａはフローチューブ７の端部拡大開口部、７ｂは端部拡大開口部７ａの外周接続部であり、図１の場合と同様の作用をする部分には、図１と同じ参照番号を付してある。
【００２９】
図３に示したコリオリ流量計のフローチューブ７は、両端部に一様に拡大する端部拡大開口部７ａを有し、一つの変曲面で構成した理想的なノズルを形成しており、外周接続部７ｂの端面は、フローチューブ７の軸と略直角となっている。一方、接続フランジ２の外部配管（図示せず）との接続面側に流路開口と同軸な環状凹部２ｂを設け、更に、該環状凹部２ｂ内に、前記接続面より内側に位置して突起部２ｃを設けている。フローチューブ７は、外周接続部７ｂで突起部２ｃに溶接等により接合される。
【００３０】
端部拡大開口部７ａは、フローチューブ７の端部を一様に拡大したノズル形状としたので、流入する被測定流体の流れはポテンシャルの流れとなるので、フローチユーブ７内の流れは安定した一様流れとなり、器差を安定させる。更に、フローチューブ７の外周接続部７ｂは、外部配管の接続面より内部に位置しており、フローチューブ７の熱膨張等による伸長を妨げることがなく、効果的にストレスを除去する。また、外周接続部７ｂの端面は軸に直角であるから、曲げ剛性は大きくなる。
【００３１】
図４は、請求項２の発明の実施形態を説明するためのコリオリ流量計の部分断面図であり、図中、１ａは外筒１の接面板、２ｄは接続フランジ２のフローチューブ８との接合面側に設けられた拡大開口部、８はフローチューブ、８ａはフローチューブ８の端部拡大開口部であり、図１の場合と同様の作用をする部分には、図１と同じ参照番号を付してある。
【００３２】
図４に示したコリオリ流量計のフローチューブ８は、端部拡大開口部８ａを有し、端部拡大開口部８ａは、接続フランジ２のフローチューブ８との接合面側に設けた拡大開口部２ｄと外周面で溶接等により接合される。接続フランジ２と外筒１とは、外筒１の接面板１ａを介して接続される。
【００３３】
図４に示したコリオリ流量計のフローチューブ８は、拡大形状部となる拡大開口部８ａ，２ｄは、接続フランジ２のフローチューブ８との接合面側にあり、その分、長さが短かくなることにより、曲げ剛性は更に高くなる。しかも、フローチューブのストレスの除去効果は、上述した請求項１の発明によるフローチューブと変わらない効果が得られる。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１に対応する効果：コリオリ流量計のフローチューブの所定間隔を隔てた２箇所に各々１個の拡大形状部を設け、フローチューブ自体で構成されたストレス除去構造としたので、フローチューブが受ける温度変化等で生ずる大きなストレスをフローチューブの形態を維持しながら除去することができる。また、フローチューブの拡大形状部を、接続フランジの接続面に設けた環状凹部に接合したので、流入・流出側がノズル形状となり、流れが安定する。
【００３８】
請求項２に対応する効果：コリオリ流量計のフローチューブの所定間隔を隔てた２箇所に各々１個の拡大形状部を設け、フローチューブ自体で構成されたストレス除去構造としたので、フローチューブが受ける温度変化等で生ずる大きなストレスをフローチューブの形態を維持しながら除去することができる。また、フローチューブの拡大形状部を接続フランジのフローチューブ接続面側に設けたので、フローチューブの距離が短かくなることにより、曲げ剛性が更に高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関連する発明の実施形態を説明するための直管式コリオリ流量計の部分断面図である。
【図２】本発明に関連する発明の他の実施形態を説明するための直管式コリオリ流量計の部分断面図である。
【図３】請求項１の発明の実施形態を説明するための直管式コリオリ流量計の部分断面図である。
【図４】請求項２の発明の実施形態を説明するための直管式コリオリ流量計の部分断面図である。
【図５】従来のフローチューブのストレス除去構造を説明するための図である。
【符号の説明】
１…外筒、１ａ…接面板、２…接続フランジ、２ａ…流路開口部、２ｂ…環状凹部、２ｃ…突起部、２ｄ…拡大開口部、３…フローチューブ、３ａ，３ｂ…フローチューブ３の部分構成チューブ、４ａ…拡大開口部、４ｂ…拡大開口部、５…外周溶着部、６…フローチューブ、６ａ…拡大部、６ｂ…端部、７…フローチューブ、７ａ…端部拡大開口部、７ｂ…外周接続部、８…フローチューブ、８ａ…端部拡大開口部。
【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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