(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主流路に流れる被計測流体の一部をバイパス流体として流すバイパス流路と、
前記バイパス流路内に設置される流量測定素子と、
前記流体測定素子の上を通過する流体に基づいて前記流量測定素子により測定された結果から、前記被計測流体の流量を測定する流量測定回路と
を備える流量測定装置であって、
前記バイパス流路は、
前記主流路の流れ方向の上流側に対向し、前記流れ方向に垂直な面において開口し、前記バイパス流体を前記バイパス流路内に誘導する流入口と、
前記バイパス流路内を通過した前記バイパス流体を、前記主流路に合流させる流出口と、
前記流入口と前記流出口の間に構成される１つ以上の屈曲部と、
前記バイパス流体に含まれ、前記被計測流体より密度の大きい汚染物が、前記流体測定素子の上を通過しないように、前記汚染物を含む流体を前記バイパス流体から分岐させて流すために設けられた分岐流路と
を有して構成され、
前記分岐流路は、
前記流量測定素子の上流に配置された屈曲部に設置され、慣性を利用して前記汚染物を含む流体を前記分岐流路に誘導する入口と、
前記分岐流路を通過した前記汚染物を含む流体を前記バイパス流体に合流させるために、前記流量測定素子の側面もしくは側面より上流側であり、かつ、合流した後の前記汚染物を含む流体が前記流体測定素子の上を通過しない位置に設置された出口と
を有して構成されている
流量測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流量測定装置において、
前記分岐流路の前記出口は、合流した後の前記汚染物を含む流体が前記流体測定素子の上を通過しない位置となるように、前記バイパス流路に流れる前記バイパス流体の進行方向を法線とした垂直断面に対して、前記流量測定素子の投影面と、前記分岐流路の前記出口の投影面が交差しない位置に設置されている
流量測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の流量測定装置において、
前記１つ以上の屈曲部は、２つ以上で構成され、
前記流量測定素子は、２つの屈曲部の間に設置されており、
前記２つの屈曲部間における前記バイパス流路は、直線流路として形成されている
流量測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の流量測定装置において、
前記分岐流路の前記出口は、合流した後の前記汚染物を含む流体の流路が、前記直流流路と平行となるように形成されている
流量測定装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の流量測定装置において、
前記分岐流路の前記出口は、前記流量測定素子の上流に配置された前記屈曲部の直後に設置される
流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用や産業用のエンジン等の配管に取り付けられ、配管内に流れる流体の一部を取り込み、流量測定素子上に流すことで、配管内に流れる流体の流量を測定する流量測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の流量測定装置としては、配管の上流側に向けて開口する入口と、配管の下流側に位置する通気孔と、前記入口と前記通気孔とを連通する流路と、前記流路から分岐して途中に曲がり部を有するバイパス通路と、を備え、検出素子を前記バイパス通路に設置しているものがある。このような構成を備えることで、汚染物がバイパス流路に流れないようにして、流量測定素子の汚損耐性、破壊耐性を向上させることができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４５１２４９９号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
このような従来の流量測定装置においては、流量測定素子流路内に取り込んだ被計測流体の一部が、流量測定素子上を通過せず、汚染物とともに排出されることとなる。このため、流量測定素子を設置した流路に流れる流量が低減し、流量測定素子の感度が低下するという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、流量測定素子の感度の低下を抑制するとともに、検出素子の汚損耐性と破壊耐性を向上させることのできる流量測定装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る流量測定装置は、主流路に流れる被計測流体の一部をバイパス流体として流すバイパス流路と、バイパス流路内に設置される流量測定素子と、流体測定素子の上を通過する流体に基づいて流量測定素子により測定された結果から、被計測流体の流量を測定する流量測定回路とを備える流量測定装置であって、バイパス流路は、主流路の流れ方向の上流側に対向し、流れ方向に垂直な面において開口し、バイパス流体をバイパス流路内に誘導する流入口と、バイパス流路内を通過したバイパス流体を、主流路に合流させる流出口と、流入口と流出口の間に構成される１つ以上の屈曲部と、バイパス流体に含まれ、被計測流体より密度の大きい汚染物が、流体測定素子の上を通過しないように、汚染物を含む流体をバイパス流体から分岐させて流すために設けられた分岐流路とを有して構成され、分岐流路は、流量測定素子の上流に配置された屈曲部に設置され、慣性を利用して汚染物を含む流体を分岐流路に誘導する入口と、分岐流路を通過した汚染物を含む流体をバイパス流体に合流させるために、流量測定素子の側面もしくは側面より上流側であり、かつ、合流した後の汚染物を含む流体が流体測定素子の上を通過しない位置に設置された出口とを有して構成されているものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、分岐流路に汚染物を集めて流すことができるとともに、分岐流路に流れる汚染物を含む流体が流量測定素子上に流れることを防ぐことができる。さらに、流量測定素子が設置されたバイパス流路断面を通過する流量を、バイパス流路入口の流量と等しくできる。この結果、流量低下を防ぐことが可能となり、流量測定素子の感度の低下を抑制するとともに、検出素子の汚損耐性と破壊耐性を向上させることのできる流量測定装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１における流量測定装置の設置状態を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１における流量測定装置のバイパス流路の詳細を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１における図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１におけるバイパス流路内の流体の流れの詳細を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態１におけるバイパス流路の第２屈曲部周辺での流体の流れを示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態１における分岐流路流出口と流量測定素子の位置関係を示す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態２における分岐流路の流路構造の詳細を示す模式図である。
【図９】本発明の実施の形態２における図８のＥ断面図である。
【図１０】先の図９とは異なる構成の分岐流路の構成を説明するための、図８のＥ断面に相当する図である。
【図１１】本発明の実施の形態３における流量測定装置のバイパス流路の詳細を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の流量測定装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における流量測定装置の設置状態を示す模式図である。図１に示す流量測定装置１は、配管２内に挿入され、フランジ３で固定されている。そして、本実施の形態１における流量測定装置１は、流量測定回路４と、分岐流路１０を有するバイパス流路５とで構成されている。
【００１１】
バイパス流路５内には、流量測定素子６が設置されている。さらに、バイパス流路５は、主流７の流れ方向の上流側に対向し、流れ方向と垂直な面に開口するバイパス流路流入口８と、主流７の流れ方向と平行で流量測定装置１の挿入方向と垂直な面に開口するバイパス流路流出口９を備えている。
【００１２】
図２は、本発明の実施の形態１における流量測定装置１のバイパス流路５の詳細を示す模式図である。バイパス流路５には、第１屈曲部１１、第２屈曲部１２、第３屈曲部１３、第４屈曲部１４、第５屈曲部１５が形成されている。被計測流体の一部は、バイパス流路流入口８からバイパス流路５に流入し、第２屈曲部１２と第３屈曲部１３の間に形成された直線流路２８を経由して、バイパス流路流出口９から流出して、主流７と合流する。
【００１３】
流量測定素子６は、直線流路２８に設置されている。流量測定素子６の上流に位置する第２屈曲部１２に、分岐流路１０の分岐流路流入口１７が設置され、第２屈曲部１２と第３屈曲部１３の間の直線流路２８に、分岐流路流出口１８が設置されている。第２屈曲部１２の下流側のバイパス流路断面Ｄと分岐流路流入口１７は、概略直交している。分岐流路流入口１７は、第２屈曲部１２に流入する流体の進行方向に対して概略垂直に配置されている。
【００１４】
なお、分岐流路１０と第２屈曲部１２とは、紙面奥行方向での高さが異なっており、立体的に交差または並走する流路となっている。図２では、分岐流路１０が、第２屈曲部１２よりも紙面奥行き方向にあることとなる。
【００１５】
図３は、本発明の実施の形態１における図２のＡ−Ａ断面図である。分岐流路１０とバイパス流路５は、分岐流路開口部２９、および同様の開口部である分岐流路流出口１８で繋がっている。
【００１６】
また、図４は、本発明の実施の形態１における図３のＢ−Ｂ断面図である。分岐流路流出口１８の近傍の分岐流路３２を、分岐流路流出部（開口部）１８と、概略同形状、同寸法にしている。正確には、分岐流路流出口１８より、若干（数ｍｍ程度）大きくしている。
【００１７】
また、分岐流路流出口１８の流れを、バイパス流路５の直線流路２８に流れる流体と概略平行にしている。このため、分岐流路流出口１８の分岐流路３２の流体の流れと、直線流路２８の流体の流れは、概略平行になっている。
【００１８】
図５は、本発明の実施の形態１におけるバイパス流路５内の流体の流れの詳細を示す模式図である。第２屈曲部１２に流入する流体１９は、そのまま直進して分岐流路流入口１７に流入する流体２０と、第２屈曲部１２の曲がりに沿って流れる流体２１に分かれる。直進した流体２０は、分岐流路開口部２９を経由して、分岐流路１０に流れ、分岐流路流出口１８で、バイパス流路５に流れた流体２１と合流する。
【００１９】
分岐流路流出口１８は、流量測定素子６の側面および流量測定素子６の上流側に位置しており、流量測定素子６と、直線流路２８の流路壁面２２との間に設置されている。従って、図２の断面Ｃ（直線流路２８に流れる流体の進行方向に垂直で流量測定素子６を通る断面）に流量測定素子６を投影した面と、分岐流路流出口１８を投影した面が交差しない位置に、分岐流路流出口１８と流量測定素子６は、配置されている。
【００２０】
第２屈曲部１２に入る流体１９において、被測定流体より密度の大きな汚染物は、慣性のため、流れ方向の転換に追随することができず直進し、流体２０とともに分岐流路１０を流れる。分岐流路１０に流れた流体２０は、分岐流路流出口１８でバイパス流路５に流れた流体２１と合流する。流体２０は、流体２１と合流しても、直進性を維持するため、流量測定素子６上を通過しない。
【００２１】
従って、流量測定素子６の検出部において、汚染物の付着による精度誤差増大、および汚染物の衝突の衝撃による流量測定機能の破壊を抑制することができる。すなわち、このような流路構成を実現することで、汚損耐性、破壊耐性を向上させることができる。さらに、流量測定素子６が設置されたバイパス流路５の断面Ｃを通過する流量を、バイパス流路流入口８を通過する流量と等しくできる。このため、流量測定素子６の感度の低下を抑制できる。
【００２２】
本実施の形態１では、第２屈曲部１２と第３屈曲部１３の屈曲部間の直線流路２８を概略直線にすることで、図５に示す流体２１（第２屈曲部１２でバイパス流路５に流れた流体に相当）の直進性を向上させている。
【００２３】
分岐流路流出口１８の近傍の分岐流路３２を、分岐流路流出口１８と、概略同形状、同寸法にしている。さらに、分岐流路流出口１８の流れを、バイパス流路５の直線流路２８に流れる流体と概略平行にしている。このため、分岐流路流出口１８の分岐流路３２の流体の流れと、直線流路２８の流体の流れは、概略平行になっている（正確には、分岐流路３２は、分岐流路流出口１８より、若干（数ｍｍ程度）大きくしている）。従って、汚染物を含む流体２０は、流量測定素子６上を通過しない。
【００２４】
図６は、本発明の実施の形態１におけるバイパス流路５の第２屈曲部１２周辺での流体の流れを示す模式図である。流路壁面２２は、流量測定素子６が設置されている流路２６を直線にするため、屈曲していない。第２屈曲部１２に入る流体１９は、分岐流路流入口１７に向かう流体２０と、第２屈曲部１２の屈曲に沿って曲がる流体２１に分かれる。
【００２５】
屈曲に沿って曲がる流体２１は、慣性力があるため、壁面２２から剥離して、流量測定素子６の検出部に向かう。そのため、剥離部２６の圧力が周辺部の圧力よりも下がり、渦２５が発生する。渦２５は、最終的に熱に変わるため、バイパス流路５に流体を流す駆動力に対するエネルギー損失となる。
【００２６】
本実施の形態１において、分岐流路流出口１８は、図６の剥離部２６付近に設置されている。すなわち、分岐流路流出口１８は、第２屈曲部１２の直後で、壁面２２の側面に位置するとともに、流量測定素子６の側面および上流側に位置している。分岐流路流出口１８のこのような設置位置は、負圧領域２６となる。このため、分岐流路１０へ流体を誘引する機能を有し、汚染物を分岐流路１０に流れやすくさせる。また、負圧領域２６に、分岐流路に流れる流体２０’が流れることで、渦２５の強度が弱まることとなる。
【００２７】
従って、流路内のエネルギー損失が小さくなり、総流量の低下を抑制することが可能となり、流量測定素子６の感度の低下を抑制できる。なお、分岐流路１０に流れる流量は、分岐流路開口部２９、分岐流路流出口１８、分岐流路１０の流路断面積等で調整可能である。
【００２８】
分岐流路１０に流れる流量が多い場合には、汚染物は、分岐流路１０に多く流れる。ただし、この場合、分岐流路流出口１８より流出する流体２０が、バイパス流路５内に流れる流体２１と合流する際に、広がり易くなる。分岐流路流出口１８は、流量測定素子６の側面もしくは側面の上流に設置されているため、広がりが大きいと、汚染物が流量測定素子６上に流れる結果となる。
【００２９】
一方、分岐流路１０に流れる流量が少ない場合には、流量測定素子６の破壊を引き起こす密度の大きな粒子は、分岐流路１０に流れるが、流量測定素子６に付着し検出精度を低下させる密度の軽い汚染物は、分岐流路１０に流れないこととなる。ただし、この場合、分岐流路流出口１８より流出した流体２０がバイパス流路５内に流れる流体２１と合流する際に、バイパス流路５を流れる流体２１の流量が多いため、汚染物の広がりは、抑制される。従って、これらを考慮して、分岐流路１０に流れる流量は、最適な量に調整されることが必要である。
【００３０】
なお、本実施の形態１では、分岐流路開口部２９を矩形にしているが、曲面を有していても構わない。図７は、本発明の実施の形態１における分岐流路流出口１８と流量測定素子６の位置関係を示す模式図であり、先の図５とは異なるものである。図７では、分岐流路流出口１８が、流量測定素子６の上流に設置されている。図７において一例を示したが、分岐流路流出口１８の位置は、分岐流路流出口１８との位置関係において、一部が下流側にかかっている場合、側面と上流側にある場合、および上流側にある場合の、すべてのケースが考えられる。
【００３１】
以上のように、実施の形態１によれば、汚染物を集めて流すことができ、流量測定素子上に流れることを防ぐことができる分岐流路を設けた構成を備えている。さらに、流量測定素子が設置されたバイパス流路断面を通過する流量を、バイパス流路入口の流量と等しくしている。この結果、流量低下を防ぐことが可能となり、流量測定素子の感度の低下を抑制するとともに、検出素子の汚損耐性と破壊耐性を向上させることのできる流量測定装置を実現できる。
【００３２】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２における分岐流路１０の流路構造の詳細を示す模式図である。分岐流路仕切板３０を挿入することで、分岐流路開口部２９を通過した流体２０が、Ｕ字形状に曲がった後、分岐流路流出口１８に向かってなめらかに直進する。
【００３３】
図９は、本発明の実施の形態２における図８のＥ断面図である。分岐流路開口部２９から流れた流体２０が、Ｕ字形状に曲がった後、分岐流路流出口１８に向かって直進する際に、なめらかに流路高さを変化させている。
【００３４】
図１０は、先の図９とは異なる構成の分岐流路１０の構成を説明するための、図８のＥ断面に相当する図である。図１０に示した分岐流路１０は、流路高さをなめらかに変化させていない。分岐流路流出口１８から流出する流体は、バイパス流路５の流れ方向に対して垂直方向の流れの成分が大きく、バイパス流路の壁面３１に対して衝突する角度が垂直に近い。
【００３５】
この結果、分岐流路流出口１８から流出する流体は、バイパス流路５の壁面に衝突すると広がり、流量測定素子６上に流れやすくなる。このため、先の図９に示すような構造とし、バイパス流路５の流れの方向と極力平行にして、分岐流路流出口１８から流出する流体を合流させることが好ましい。
【００３６】
合流時の広がりを抑制するためには、分岐流路流出口１８の開口面積を増やして、開口部１８を流れる平均流速を低下させ、バイパス流路の壁面３１に衝突する速度を低下させることが好ましい。
【００３７】
開口面積の拡大に際し、先の図２の断面Ｃに流量測定素子６を投影した領域と、分岐流路流出口１８を投影した面が交差しないことが必要である。このため、分岐流路流出口１８は、断面Ｃの法線方向が長い形状となる。
【００３８】
以上のように、実施の形態２によれば、図８に示したような仕切板を有する構造、そして図９に示したような流体が分岐流路流出口に向かって直進する際に流路高さをなめらかに変化させる構造を有している。この結果、分岐流路を流れる流体が、バイパス流路５と合流する際の広がりを抑制できる。従って、汚損耐性、破壊耐性を向上させることができる。
【００３９】
実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３における流量測定装置１のバイパス流路５の詳細を示す模式図である。第１屈曲部１１と第３屈曲部１３の間（すなわち、第２屈曲部１２の近傍）に仕切板２７を設置することで、分岐流路１０を形成している。
【００４０】
バイパス流路５を流れる流体２１と分岐流路を流れる流体２０に分岐するために、流量測定素子６の上流である第１屈曲部１１に、分岐流路流入口１７を設置している。分岐流路流出口１８は、流量測定素子６の上流側に設置されており、バイパス流路５を流れる流体２１と分岐流路を流れる流体２０は、流量測定素子６の上流で合流している。
【００４１】
バイアス流路流入口８から流入した測定流体より密度の大きな汚染物は、慣性のため、流れ方向の転換に追随することができず直進し、分岐流路１０を流れる。分岐流路１０を流れる流体２０は、分岐流路流出口１８でバイパス流路５に流れた流体２１と合流する。
【００４２】
バイパス流路５に流れる流体２１の進行方向を法線とした垂直断面Ｃ（直線流路２８に垂直で流量測定素子６を通る断面）に対して、流量測定素子６の投影面と、分岐流路流出口１８の投影面は、交差していない。
【００４３】
流量測定素子６は、第２屈曲部１２と第３屈曲部１３の屈曲部間の直線流路２８に設置されている。分岐流路流出口１８近傍の分岐流路１０は、屈曲部間のバイパス流路５（直線流路２８）と概略平行である。
【００４４】
以上のように、実施の形態３によれば、屈曲部間に仕切板を設け、バイパス流路を流れる流体と分岐流路を流れる流体に分ける構成を備えている。このような構成を備えることで、分岐流路に汚染物を集めて流すことができ、分岐流路に流れる汚染物を含む流体が、流量測定素子上に流れることを防ぐことができる。さらに、流量測定素子が設置されたバイパス流路の断面を通過する流量を、バイパス流路入口の流量と等しくすることができる。従って、流量測定素子の感度の低下を抑制するとともに、汚損耐性、破壊耐性を向上できる。
【符号の説明】
【００４５】
１  流量測定装置、２  配管、３  フランジ、４  流量測定回路、５  バイパス流路、６  流量測定素子、７  主流、８  バイパス流路流入口、９  バイパス流路流出口、１０  分岐流路、１１  第１屈曲部、１２  第２屈曲部、１３  第３屈曲部、１４  第４屈曲部、１５  第５屈曲部、１７  分岐流路流入口、１８  分岐流路流出口（開口部）、１９  流体（第２屈曲部１２に流入）、２０  流体（分岐流路を流れる流体）、２１  流体（屈曲部２でバイパス流路に流れる流体）、２２  流路壁面（直線流路２８）、２４  流体（流量測定素子上を流れる流体）、２５  渦、２６  負圧領域、２７  仕切板、２８  直線流路、２９  分岐流路開口部、３０  分岐流路仕切板、３１  バイパス流路の壁面、３２  分岐流路（分岐流路流出口１８の近傍）。
【図１】
0005984146.tif 000002
【図２】
0005984146.tif 000003
【図３】
0005984146.tif 000004
【図４】
0005984146.tif 000005
【図５】
0005984146.tif 000006
【図６】
0005984146.tif 000007
【図７】
0005984146.tif 000008
【図８】
0005984146.tif 000009
【図９】
0005984146.tif 000010
【図１０】
0005984146.tif 000011
【図１１】
0005984146.tif 000012