(57)【要約】【課題】圧力損失を増大させることなく整流効果を高めて、測定精度を向上させた流量計を提供する。【解決手段】基本流路２０Ａを等分割して形成した複数の分割流路の下流側端部に、基本流路の断面全域に対して均等の圧力損失を生じさせる金網からなる圧損部材１３Ａを密接させて配置することにより、圧力損失を十分に小さくしたまま、流路内の整流を効果的に行う。また、整流板１２Ａの枚数を調整することによって分割経路を増やすことにより、大流量にも対応できるようにする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定流体が流れ、断面形状が一定である基本流路に設けられ、前記被測定流体の流れと平行方向に所定長さだけ延び、前記基本流路を等分割して、複数の分割流路を形成する流路分割部材と、
前記流路分割部材の下流側に前記流路分割部材の端部に密接されて配置され前記基本流路の断面全域に対して均等の圧力損失を生じさせる金網からなる圧損部材と、
前記分割流路のうちの少なくともひとつに、測定面が暴露するように配置された流量センサと、
を含むことを特徴とする流量計。
【請求項２】
被測定流体が流れ、断面形状が一定である基本流路に設けられ、前記被測定流体の流れと平行方向に所定長さだけ延び、前記基本流路を等分割して、複数の分割流路を形成する流路分割部材と、
前記流路分割部材の下流側に前記流路分割部材の端部に密接されて配置され前記基本流路の断面全域に対して均等の圧力損失を生じさせる金網からなる圧損部材と、
前記圧損部材の配置場所付近の下流側に測定面が暴露するように配置されているマイクロフローセンサと、
を含むことを特徴とする流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流量計に関し、特に、ガスメータ等に利用されて、圧力損失を増大させることなく整流効果を高めて、測定精度を向上させた流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流路内において流量センサが取りつけられている付近の流体の流れを乱れがない整流状態にするのに、その流路内に整流板や整流格子を挿入する方法が広く知られている。この方法によると、大きな圧力損失を発生させずにある程度の整流効果も得られるが、上流側に大きな流れの偏りがある場合、この偏りが残ったまま整流板や整流格子を通過してしまうという欠点がある。このような偏りを消すため、整流したい流路の上流側にメッシュ等を配置する方法も広く知られているが、この方法では逆に流路内の流れに乱れを発生させたり、圧力損失を増大させたりするという欠点がある。
【０００３】
そこで、これらの欠点を補完するために、流路内に整流板や整流格子を挿入すると共に、その上流側にメッシュ等を配置するという方法がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この方法によると、上流側の流れの偏りの影響を受けにくく、かつある程度の整流効果を得ることも可能であることがわかっているが、そのためにはメッシュ番数を細かくする等、圧力損失を大きくしなければならないという問題が発生する。
【０００５】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、圧力損失を増大させることなく整流効果を高めて、測定精度を向上させた流量計を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の流量計は、被測定流体が流れ、断面形状が一定である基本流路に設けられ、前記被測定流体の流れと平行方向に所定長さだけ延び、前記基本流路を等分割して、複数の分割流路を形成する流路分割部材と、前記流路分割部材の下流側に前記流路分割部材の端部に密接されて配置され前記基本流路の断面全域に対して均等の圧力損失を生じさせる金網からなる圧損部材と、前記分割流路のうちの少なくともひとつに、測定面が暴露するように配置された流量センサとを含むことを特徴とする。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、基本流路２０を等分割して形成した複数の分割流路の下流側端部に、基本流路の断面全域に対して均等の圧力損失を生じさせる金網からなる圧損部材１３を密接させて配置することにより、圧力損失を十分に小さくしたまま、流路内の整流が効果的に行われる。
【０００８】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の流量計は、被測定流体が流れ、断面形状が一定である基本流路に設けられ、前記被測定流体の流れと平行方向に所定長さだけ延び、前記基本流路を等分割して、複数の分割流路を形成する流路分割部材と、前記流路分割部材の下流側に前記流路分割部材の端部に密接されて配置され前記基本流路の断面全域に対して均等の圧力損失を生じさせる金網からなる圧損部材と、前記圧損部材の配置場所付近の下流側に測定面が暴露するように配置されているマイクロフローセンサとを含むことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、基本流路２０を等分割して形成した複数の分割流路の下流側端部に、基本流路の断面全域に対して均等の圧力損失を生じさせる金網からなる圧損部材１３を密接させて配置するとともに、圧損部材１３の配置場所付近の下流側にマイクロフローセンサ１１Ａを配置することにより、圧力損失を十分に小さくしたまま、より整流効果の高い箇所での流量測定が可能になる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、基本流路２０を等分割して形成した複数の分割流路の下流側端部に、基本流路の断面全域に対して均等の圧力損失を生じさせる金網からなる圧損部材１３を密接させて配置することにより、圧力損失を十分に小さくしたまま、流路内の整流を効果的に行うことができる。この結果、安定して精度のよい流量計測ができるようになる。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、基本流路２０を等分割して形成した複数の分割流路の下流側端部に、基本流路の断面全域に対して均等の圧力損失を生じさせる金網からなる圧損部材１３を密接させて配置するとともに、圧損部材１３の配置場所付近の下流側にマイクロフローセンサ１１Ａを配置することにより、圧力損失を十分に小さくしたまま、より整流効果の高い箇所での流量測定が可能になる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。
まず、本発明の流量計の適用例について説明する。図１は、本発明の流量計の適用例を示す説明図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の流量計１は、基本的に、流量センサ１１、整流板１２及び圧損部材１３を含んで構成される。この構成に関しては、図２〜図５で後述する。
【００１４】
この流量計１は、例えばガスメータ１００に適用されて、その流路２に設置される。このガスメータ１００はガス供給源側である上流側配管１０１Ａ及びガス消費源側である下流側配管１０２Ａの間に接続される。この上流側配管１０１Ａ及び下流側配管１０２Ａは所定の間隔を有して、ガスメータ１００の流入口１０１及び流出口１０２がそれぞれ連結される。
【００１５】
流入口１０１から流入したガスは、ガスメータ１００内部の流路２を通過し、流出口１０２に流出していく。この流路２の一部には上記流量計１の流量センサ１１が取り付けられ、ここでのガス流がこの流量センサ１１によって計測される。この近辺は、例えば、円形、正方形或いは矩形断面をした細長い直方体形状をしている。
【００１６】
流量センサ１１としては、例えば、マイクロフローセンサや超音波ソナーが用いられる。この流量センサ１１による検出信号は、制御部３に供給されてディジタル信号に変換される。制御部３は、このディジタル信号を基にして、流路２を流れるガスの瞬時的な流速を求め、これに流路２の断面積及びその構造に依存する係数を乗じて、流路２内を流れるガスの瞬時流量を求める。更に、制御部３は上記瞬時流量を所定の周期でサンプリングし、このサンプリング周期に基づいて、ガス配管内を流れるガスの積算流量を求めて、表示部４に表示させる。
【００１７】
また、流路２を通過するガス流は、圧力センサ及び遮断弁装置５の圧力センサ装置によって、ガス圧が計測されている。このガス圧計測値は、制御部３に供給される。制御部３は、このガス圧及び上述したガス流量を監視しており、異常値を検知した場合には、圧力センサ及び遮断弁装置５の遮断弁を閉制御して流路２を流れるガスを遮断する。また異常時に制御部３は、上記表示部４に異常であることを警報表示させるようにしてもよい。
【００１８】
また、制御部３には、上記異常状態を解除された後のリセット操作をするためのリセットボタン及び各種の設定用スイッチ等を含むスイッチ６が接続されている。なお、７はガスメータ１００の各部に所定の駆動電源を供給する電源であり、例えば、ＣＲ電池が用いられる。
【００１９】
次に、図２〜図５を用いて、本発明の流量計のいくつかの実施形態について説明する。図２（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の流量計の第１実施形態を示す概略断面図である。図３（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の流量計の第２実施形態を示す概略断面図である。図４（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の流量計の第３実施形態を示す概略断面図である。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の流量計の第４実施形態を示す概略断面図である。なお、各図（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ、流路分割部材を含む基本流路を矢印で示す上流側及び下流側からみたものである。
【００２０】
図２（Ａ）〜（Ｃ）に示す第１実施形態においては、基本流路２０は、矩形断面を有する矩形基本流路２０Ａである。この矩形基本流路２０Ａには、例えば、流量センサ１１としてのマイクロフローセンサ１１Ａにより、ここを流れる流体の流速が測定される。そして、この矩形形状は、所定の長さにわたり一定である。
【００２１】
この矩形基本流路２０Ａには、被測定流体の流れと平行方向に所定長さだけ延び、矩形基本流路２０Ａを等分割して、複数の分割流路を形成する流路分割部材１２としての複数の整流板１２Ａが配設されている。複数の整流板１２Ａは、矩形基本流路２０Ａの天井面及び床面に平行に、均等間隔に配設された複数、この例では６枚の整流板１２Ａで構成される。各整流板１２Ａは共に同等部材及び同等形状、例えば、耐熱性プラスティック製の長方形薄板で構成されている。
【００２２】
そして、この整流板１２Ａの下流側端部に密接させて生じさせる圧損部材１３としての長方形メッシュ１３Ａが配置されている。長方形メッシュ１３Ａは、金属製の細長い針金を網の目状に編んで構成されている。そして、ひとつひとつの網の目は共に、正方形状の同一形状をしてメッシュ面を形成している。この長方形メッシュ１３Ａは、この矩形基本流路２０Ａの断面に対して、単位面積あたりの流速に対してどの箇所に対しても同等の圧力損失、すなわち、基本流路の断面全域に対して均等の圧力損失を発生させ、この圧力損失は流速に対して単調増加するものとする。
【００２３】
流量センサ４としては、例えば、公知のマイクロフローセンサ１１Ａが使用される。このマイクロフローセンサは、シリコンチップ上にヒータを挟んで所定の間隔を持って上流側に及び下流側に温度センサが配置された測定面を有する。このようなマイクロフローセンサでは、ヒータにより発せられた熱が、上記矩形基本流路２０Ａを通過するガスを媒体として、上記上流側に及び下流側の温度センサの付近に伝わると、この伝わった熱に応じた温度に応じた起電力が各温度センサに発生する。この発生した起電力の差が、基本流路２０を流れる流速に対応する熱起電力信号として、上記制御部３に出力される。この熱起電力信号はアナログ値であるので、制御部３でディジタル信号に変換される。このマイクロフローセンサ１１Ａの測定面は、分割流路のうちの少なくともひとつに暴露するように配置されている。
【００２４】
このようなマイクロフローセンサ１１Ａは、流量センサ４は、図に示すように分割流路の途中で測定面が暴露するように配置されている。また、マイクロフローセンサ１１Ａは、長方形メッシュ１３Ａの配置場所付近の下流側、すなわち、矩形基本流路２０Ａの出口付近に、その測定面が暴露するように配置してもよい（図３参照）。なお、流量センサ１１としては、上記マイクロフローセンサ１１Ａの他、公知のサーモパイル型のものを用いることが好ましいが、狭い範囲の流速を計測できるものであればこれ以外のものであってもよい。
【００２５】
図３（Ａ）〜（Ｃ）に示す第２実施形態においては、上記第１実施形態の整流板１２Ａの替わりに、流路分割部材１２として整流格子１２Ｂが用いられる。整流格子１２Ｂは、整流板１２Ａと同様の材質の耐熱性プラスティック製の複数の長方形薄板が、直行するように格子状に組み合わされて構成される。この整流格子１２Ｂによる分割流露は共に等しい略正方形状断面をしている。
【００２６】
他の構成要件は、上記第１実施形態と同様であるが、但し、この実施形態においては、マイクロフローセンサ１１Ａは、長方形メッシュ１３Ａの配置場所付近の下流側、すなわち、矩形基本流路２０Ａの出口付近に、その測定面が暴露するように配置されている。もちろん、図２で示したように、分割流路の途中で測定面が暴露するように配置されてもよい。
【００２７】
上述したように、第１及び第２実施形態によれば、基本流路２０（矩形基本流路２０Ａ）が均等に分割された分割流路では、流路分割部材１２（整流板１２Ａ又は整流格子１２Ｂ）及び圧損部材１３（長方形メッシュ１３Ａ）により、基本流路２０の流れが偏りなく、かつ乱れがないように整流されているので、流量センサ１１（マイクロフローセンサ１１Ａ等）により、安定した平均流速が測定される。この結果、基本流路２０全体の流量を安定して精度よく測定できるようになる。特に、第１及び第２実施形態によれば、整流板１２Ａ及び整流格子１２Ｂを構成する薄板の数を調整することによって、分割経路を増やすことにより、容易に大流量にも対応できる効果がある。
【００２８】
図４（Ａ）〜（Ｃ）に示す第３実施形態においては、基本流路２０は、円形断面を有する円筒基本流路２０Ｂである。この円筒基本流路２０Ｂには、例えば、流量センサ１１としての超音波ソナー１１Ｂにより、ここを流れる流体の流速が測定される。そして、この円筒形状は、所定の長さにわたり一定である。
【００２９】
この矩形基本流路２０Ａには、被測定流体の流れと平行方向に所定長さだけ延び、基本流路２０を等分割して、複数の分割流路を形成する流路分割部材１２としての多角柱ハニカム構造体１２Ｃが設けられている。この例では、多角柱ハニカム構造体１２Ｃは耐熱性プラスティック製薄板で仕切られた正六角柱ハニカム構造体であり、この構造体の外周部は円筒基本流路２０Ｂの内壁と形状的に整合しないので、耐熱性プラスティックで補填されている。また、分流経路である複数の正六角柱ハニカムは、すべて同形状である。これらにより、複数の分流経路に確実に流体が均等に流れる。
【００３０】
そして、この多角柱ハニカム構造体１２Ｃの下流側端部に密接させて生じさせる圧損部材１３としての円形メッシュ１３Ｂが配置されている。円形メッシュ１３Ｂは、金属製の細長い針金を網の目状に編んで構成されている。そして、ひとつひとつの網の目は共に、正方形状の同一形状をしてメッシュ面を形成している。これは、図２で示した長方形メッシュ１３Ａを円形に加工することによっても得られる。この円形メッシュ１３Ｂも、上記長方形メッシュ１３Ａと同様、この円筒基本流路２０Ｂの断面に対して、単位面積あたりの流速に対してどの箇所に対しても同等の圧力損失を発生させ、この圧力損失は流速に対して単調増加するものとする。
【００３１】
流量センサ４としては、例えば、公知の超音波ソナー１１Ｂが使用される。ここでは、一対の超音波ソナー１１Ｂの検出素子はそれぞれ、複数の分割流路のうちの少なくともひとつの分割流路の入口付近及び出口付近に検出素子が暴露するように配置されている。このような一対の超音波ソナー１１Ｂの超音波信号到達時間を利用して、この分割流路を通過する流体の流速が測定される。この超音波信号到達時間は、制御部３によって基本流路２０全体の平均流速、或いは流量に換算される。なお、流量センサ１１としては、上記のような形状の分割流路に対する設置の容易性から超音波ソナー１１Ｂを用いることが好ましいが、狭い範囲の流速を計測できるものであればこれ以外のものであってもよい。
【００３２】
図５（Ａ）〜（Ｃ）に示す第４実施形態においては、上記第２実施形態の整流板１２Ａの替わりに、流路分割部材１２として円筒ハニカム構造体１２Ｄが用いられる。この円筒ハニカム構造体１２Ｄは、耐熱性プラスティック製の複数の円管が束ねられて構成される。複数の円管はすべて同形状であり、それぞれ分流経路を構成している。この構造体１２Ｄの外周部は円筒基本流路２０Ｂの内壁と形状的に整合しないので、耐熱性プラスティックで補填されている。また、各分流経路間も同様に補填されている。これにより、複数の分流経路に流体が均等に流れるようになる。他の構成要件は、図４で示した第３実施形態とと同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００３３】
上述したように、第３及び第４実施形態によれば、基本流路２０（円筒基本流路２０Ｂ）が均等に分割された分割流路では、流路分割部材１２（多角柱ハニカム構造体１２Ｃ又は円筒ハニカム構造体１２Ｄ）及び圧損部材１３（円形メッシュ１３Ｂ）により、基本流路２０の流れが偏りなく、かつ乱れがないように整流されているので、流量センサ１１（超音波ソナー１１Ｂ等）により、安定した平均流速が測定される。この結果、基本流路２０全体の流量を安定して精度よく測定できるようになる。特に、第３及び第４実施形態によれば、分割流路の入口付近及び出口付近に流量センサ１１としての一対の超音波ソナー１１Ｂを配置することにより、より流量検出精度を高めることができる効果がある。また、円筒基本流路２０Ｂにも容易に適用可能なので、流用計測の適用範囲も広がる。例えば、ガスメータ内部のみならず、広く流通している断面円形のガス配管にも容易に適用可能になる効果がある。
【００３４】
なお、上記図２〜図５で示した各例における圧損部材１３の圧力損失は、従来のように流路分割部材１２の上流側に配置した時の圧損部材１３の半分にしても、十分な整流効果があることが実験により確かめられた。また、圧損部材１３の替わりに、圧損部材１３の半分の圧力損失を有する２つの圧損部材を流路分割部材１２の上流側及び下流側にそれぞれ分散させて配置すると、より効果的である。但し、この場合、下流側では圧損部材を流路分割部材１２に密接させ、上流側では圧損部材を流路分割部材１２からやや上流側に離しておくことが望ましい。参考のために、図６及び図７において、バラツキにおける整流板とメッシュの距離の関係及びバラツキにおける下流側メッシュ有無の影響をそれぞれ示す。図中、横軸は流量、縦軸はバラツキを示している。
【００３５】
以上のように本実施形態によると、基本流路２０を等分割して形成した複数の分割流路の下流側端部に、基本流路の断面全域に対して均等の圧力損失を生じさせる金網からなる圧損部材１３を密接させて配置することにより、圧力損失を十分に小さくしたまま、流路内の整流を効果的に行うことができる。この結果、安定して精度のよい流量計測ができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の流量計の適用例を示す説明図である。
【図２】図２（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の流量計の第１実施形態を示す概略断面図である。
【図３】図３（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の流量計の第２実施形態を示す概略断面図である。
【図４】図４（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の流量計の第３実施形態を示す概略断面図である。
【図５】図５（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の流量計の第４実施形態を示す概略断面図である。
【図６】バラツキにおける整流板とメッシュの距離の関係を示すグラフである。
【図７】バラツキにおける下流側メッシュ有無の影響を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１  ガスメータ
２  流路
３  制御部
４  表示部
５  圧力センサ及び遮断弁装置
６  スイッチ
７  電源
１１  流量センサ
１１Ａ  マイクロフローセンサ（流量センサ）
１１Ｂ  超音波ソナー（流量センサ）
１２  流路分割部材
１２Ａ  整流板（流路分割部材）
１２Ｂ  整流格子（流路分割部材）
１２Ｃ  多角柱ハニカム構造体（流路分割部材）
１２Ｄ  円筒ハニカム構造体（流路分割部材）
１３  圧損部材
１３Ａ  長方形メッシュ（圧損部材）
１３Ｂ  円形メッシュ（圧損部材）
２０  基本流路
２０Ａ  矩形基本流路（基本流路）
２０Ｂ  円筒基本流路（基本流路）
１０１  流入口
１０２  流出口
【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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【図７】
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