(57)【要約】【課題】製造が容易な流量計を提供する。【解決手段】流路１１が設けられた流路保持体１０と、流路１１に挿入された、底面を有する筒状のメッシュからなる複数の整流部材５ａ，５ｂ，５ｃと、流路１１の複数の整流部材５ａ，５ｂ，５ｃを透過した流体の流量を検出する流れセンサ８と、を備える、流量計を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路が設けられた流路保持体と、
前記流路に挿入された、底面を有する筒状のメッシュからなる少なくとも一つの整流部材と、
前記流路の前記整流部材を透過した流体の流量を検出する流れセンサと、
を備える流量計。
【請求項２】
前記流路の内壁と、前記整流部材の外壁とが、固着している、請求項１に記載の流量計。
【請求項３】
前記少なくとも一つの整流部材が複数の整流部材である、請求項１又は２に記載の流量計。
【請求項４】
前記流れセンサが、前記流路から分岐した分流路に設けられている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項５】
パイプと、
前記パイプに挿入された、底面を有する筒状のメッシュからなる少なくとも一つの整流部材と、
を備える流量計の継ぎ手。
【請求項６】
流路が設けられた流路保持体と、
前記流路に挿入された、底面を有する筒状のメッシュからなる少なくとも一つの整流部材と、
前記流路の前記整流部材を透過した流体の流量を検出する流れセンサと、
前記流路を流れる流体の流量を制御する制御弁と、
前記検出された流量に基づき、前記制御弁を駆動し、前記流路を流れる流体の流量を調節するコントローラと、
を備える流量制御装置。
【請求項７】
流路が設けられた流路保持体を用意するステップと、
底面を有する筒状のメッシュからなる少なくとも一つの整流部材を、前記流路に挿入するステップと、
前記流路の前記整流部材を透過した流体の流量を検出する流れセンサを配置するステップと、
を含む流量計の製造方法。
【請求項８】
前記流路保持体の外壁と、前記整流部材の内壁との間に電流を流し、前記流路の内壁と、前記整流部材の外壁とを溶接するステップを更に含む、請求項７に記載の流量計の製造方法。
【請求項９】
前記少なくとも一つの整流部材が複数の整流部材である、請求項７に記載の流量計の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は計測技術に係り、流量計、流量計の継ぎ手、流量制御装置、及び流量計の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流量計は、流路に設置された流れセンサにより、流路を流れる流体の流量を計測する装置である。流量を正確に測定するためには、流れセンサの上流において、流体の偏流や乱れを整流することが重要となる。例えば、特許文献１には、流路に段差を設け、円筒ねじを用いて整流器を段差に押しつけて固定する方法が提案されている。また、特許文献２には、両面に突起部及び窪み部の対を形成したリンク状のスペーサと、整流体である金網とを交互に積層して構成される整流器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−９３１５９号公報
【特許文献２】特開２００５−２４０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の流量計は、整流器の配置に複雑な機構を要している。そのため、流量計の製造が複雑となり、コストが上昇する場合がある。そこで、本発明は、製造が容易な流量計、流量計の継ぎ手、流量制御装置、及び流量計の製造方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様は、流路が設けられた流路保持体と、流路に挿入された、底面を有する筒状のメッシュからなる少なくとも一つの整流部材と、流路の整流部材を透過した流体の流量を検出する流れセンサと、を備える流量計であることを要旨とする。
【０００６】
本発明の他の態様は、パイプと、パイプに挿入された、底面を有する筒状のメッシュからなる少なくとも一つの整流部材と、を備える流量計の継ぎ手であることを要旨とする。
【０００７】
本発明のさらに他の態様は、流路が設けられた流路保持体と、流路に挿入された、底面を有する筒状のメッシュからなる少なくとも一つの整流部材と、流路の整流部材を透過した流体の流量を検出する流れセンサと、流路を流れる流体の流量を制御する制御弁と、検出された流量に基づき、制御弁を駆動し、流路を流れる流体の流量を調節するコントローラと、を備える流量制御装置であることを要旨とする。
【０００８】
本発明のまたさらに他の態様は、流路が設けられた流路保持体を用意するステップと、底面を有する筒状のメッシュからなる少なくとも一つの整流部材を、流路に挿入するステップと、流路の整流部材を透過した流体の流量を検出する流れセンサを配置するステップと、を含む流量計の製造方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、製造が容易な流量計、流量計の継ぎ手、流量制御装置、及び流量計の製造方法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る流量計の第１の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る流路保持体の上面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る流路保持体の図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る流路保持体の図２のＩＶ−ＩＶ方向から見た断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る整流部材の第１の斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る整流部材の第２の斜視図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る流路保持体と整流部材の第１の断面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る流路保持体と整流部材の第２の断面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る流路保持体と整流部材の第３の断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る流路保持体と整流部材の第４の断面図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る流れセンサの斜視図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る流れセンサの図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ方向から見た断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る継ぎ手の断面図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る継ぎ手と流量計の断面図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る流量制御装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１２】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る流量計は、図１に示すように、流路１１が設けられた流路保持体１０と、流路１１に挿入された、底面を有する筒状のメッシュからなる複数の整流部材５ａ，５ｂ，５ｃと、流路１１の整流部材５ａ，５ｂ，５ｃを透過した流体の流量を検出する流れセンサ８と、を備える。
【００１３】
上面図である図２、ＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た断面図である図３、及びＩＶ−ＩＶ方向から見た断面図である図４に示すように、六面体の流路保持体１０の対向する二面に、注入口１３及び排出口１４が設けられている。注入口１３及び排出口１４のそれぞれには、ガスや液体等の流体を通す配管が挿入される。流路保持体１０の内部に設けられた流路１１は、注入口１３から排出口１４に貫通する。
【００１４】
流路１１の一部に、流路１１の内径を狭めるオリフィス１２が設けられている。オリフィス１２によって、流路１１の上流側と下流側の間で、流体の流速に応じた差圧が発生する。なお、差圧発生構造としては、オリフィス以外に、ベンチュリー等を用いてもよい。以下、流路１１のオリフィス１２より注入口１３側を上流と呼び、流路１１のオリフィス１２より排出口１４側を下流と呼ぶ。また、流路１１には、注入口１３とオリフィス１２との間に、上流から下流に向かって流路１１の内径を狭める段１５が設けられている。
【００１５】
流路保持体１０の流路１１と平行な面には、凹部１６が設けられている。凹部１６から流路１１の上流に孔６ａが貫通し、凹部１６から流路１１の下流に孔６ｂが貫通している。流路保持体１０の材料には、金属等が使用可能である。
【００１６】
図５に示すように、整流部材５ａは、メッシュからなる底面５０と、底面５０の外周に接するメッシュからなる筒状の側面５１とを備える。図６に示すように、筒状の側面５１の一方の開口５２は塞がれていない。整流部材５ａ，５ｂ，５ｃのそれぞれは、例えばＶ字型の切り込みを設けられた円形の金属メッシュを用意し、Ｖ字型の切り込みの頂点に内接する円に沿って金属メッシュの外縁を折り曲げることにより製造される。
【００１７】
図７に示すように、まず１個目の整流部材５ａが流路保持体１０の流路１１の上流側に挿入される。段１５より上流側の流路１１の内周と、筒状の整流部材５ａの外周とは、略同一の形状をしている。整流部材５ａは、段１５に接触するまで、流路１１の内部に挿入される。次に、図８に示すように、スポット溶接機の電極１４１を流路保持体１０の外壁に押し当て、電極１４２を筒状の整流部材５ａの内壁に押し当てる。これにより、整流部材５ａの外壁と、流路１１の内壁とが、密着する。その後、電極１４１と電極１４２との間に電流を流すことによって、密着している整流部材５ａの外壁と流路１１の内壁とを抵抗熱で溶かして接合させる。
【００１８】
さらに、図９に示すように、２個目の整流部材５ｂが流路保持体１０の流路１１の上流側に挿入される。挿入された整流部材５ｂのメッシュ状の底面は、整流部材５ａの開口を覆う。整流部材５ｂも、スポット溶接機によって、流路１１の内壁に接合させられる。またさらに、図１０に示すように、３個目の整流部材５ｃが流路保持体１０の流路１１の上流側に挿入され、流路１１の内壁に接合させられる。
【００１９】
図１０に示す凹部１６を覆うように、図１に示す計測部筐体３０が流路保持体１０上に着脱自在に配置される。計測部筐体３０で覆われた凹部１６が、孔６ａ，６ｂを接続する分流路２５になる。流路１１の上流から流れてきた流体は、オリフィス１２によって一部が孔６ａを経て分流路２５に流入する。
【００２０】
流体の流速又は流量を検出する流れセンサ８は、計測部筐体３０に配置されている。計測部筐体３０が流路保持体１０に配置された場合、流れセンサ８は、分流路２５中に位置する。流れセンサ８は、斜視図である図１１、及びＸＩＩ−ＸＩＩ方向から見た断面図である図１２に示すように、キャビティ６６が設けられた基板６０、基板６０上にキャビティ６６を覆うように配置された絶縁膜６５、絶縁膜６５に設けられたヒータ６１、ヒータ６１より上流側に設けられた上流側測温抵抗素子６２、ヒータ６１より下流側に設けられた下流側測温抵抗素子６３、及び上流側測温抵抗素子６２より上流側に設けられた周囲温度センサ６４を備える。
【００２１】
絶縁膜６５のキャビティ６６を覆う部分は、断熱性のダイアフラムをなしている。周囲温度センサ６４は、図１に示す分流路２５に流入してきた流体の温度を測定する。図１１及び図１２に示すヒータ６１は、キャビティ６６を覆う絶縁膜６５の中心に配置されており、分流路２５に流れる流体を、周囲温度センサ６４が計測した温度よりも一定温度、例えば１０℃高くなるよう、加熱する。上流側測温抵抗素子６２はヒータ６１より上流側の温度を検出するために用いられ、下流側測温抵抗素子６３はヒータ６１より下流側の温度を検出するために用いられる。
【００２２】
ここで、図１に示す分流路２５中の流体が静止している場合、図１１及び図１２に示すヒータ６１で加えられた熱は、上流方向と下流方向へ対称的に拡散する。したがって、上流側測温抵抗素子６２及び下流側測温抵抗素子６３の温度は等しくなり、上流側測温抵抗素子６２及び下流側測温抵抗素子６３の電気抵抗は等しくなる。これに対し、図１に示す分流路２５中の流体が上流から下流に流れている場合、図１１及び図１２に示すヒータ６１で加えられた熱は、下流方向に運ばれる。したがって、上流側測温抵抗素子６２の温度よりも、下流側測温抵抗素子６３の温度が高くなる。そのため、上流側測温抵抗素子６２の電気抵抗と、下流側測温抵抗素子６３の電気抵抗に差が生じる。下流側測温抵抗素子６３の電気抵抗と上流側測温抵抗素子６２の電気抵抗の差は、図１に示す分流路２５中の流体の速度と相関関係がある。そのため、下流側測温抵抗素子６３の電気抵抗と上流側測温抵抗素子６２の電気抵抗の差から、分流路２５を流れる流体の流量が求められる。
【００２３】
図１１及び図１２に示す基板６０の材料としては、シリコン（Ｓｉ）等が使用可能である。絶縁膜６５の材料としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）等が使用可能である。キャビティ６６は、異方性エッチング等により形成される。またヒータ６１、上流側測温抵抗素子６２、下流側測温抵抗素子６３、及び周囲温度センサ６４のそれぞれの材料には白金（Ｐｔ）等が使用可能であり、リソグラフィ法等により形成可能である。
【００２４】
図１に示す計測部筐体３０内には、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００が配置されている。ＣＰＵ３００は、流れセンサ８に電気的に接続されている。ＣＰＵ３００は、図１１及び図１２に示す上流側測温抵抗素子６２の電気抵抗と、下流側測温抵抗素子６３の電気抵抗との差に基づいて、流路１１を流れる流体の流量を算出する。図１に示す計測部筐体３０の上部には、ＣＰＵ３００が算出した流量を表示する表示装置を配置してもよい。
【００２５】
以上説明した第１の実施の形態に係る流量計は、整流部材５ａ，５ｂ，５ｃを容易に配置可能であるため、低いコストで製造することが可能となる。従来においては、流路を流れる流体を整流するために、板状のメッシュ板と、リング状のスペーサとを、交互に配置している。しかし、メッシュ板とスペーサとを交互に挿入するのは手間がかかる。また、それぞれ交互に挿入された複数のメッシュ板とスペーサとを流路内に固定するのも困難な場合がある。
【００２６】
さらに、スペーサを用いると、スペーサと流路の内壁との間にデッドスペースが生じ、流路内のガスの置換が困難になる場合もある。またさらに、メッシュ板を押さえるスペーサは一定の肉厚を有するため、流路の内径が狭まり、圧力損失が高くなる場合がある。これに対し、予め筒状に成形されたメッシュからなる整流部材５ａ，５ｂ，５ｃは、流路への挿入が容易である。さらに、筒状に予め成形されているため、スペーサを必要としない。そのため、圧力損失を低下させることが可能となる。また、金属材料を用いることにより、整流部材５ａ，５ｂ，５ｃを流路１１の内壁へ、スポット溶接により容易に固定することが可能となる。
【００２７】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る流量計の継ぎ手は、図１３に示すように、パイプ２１１と、パイプ２１１に挿入された、底面を有する筒状のメッシュからなる複数の整流部材２０５ａ，２０５ｂ，２０５ｃと、を備える。パイプ２１１の材料には、金属等が使用可能である。整流部材２０５ａ，２０５ｂ，２０５ｃは、第１の実施の形態と同様の方法で、パイプ２１１の内部に挿入され、固定されている。図１４に示すように、継ぎ手は、流量計の流路保持体１０の注入口１３に挿入される。第２の実施の形態に係る流量計の継ぎ手を用いれば、流量計の内部に整流部材を配置する必要がない。そのため、流量計の製造及びメンテナンスが容易となる。また、整流部材２０５ａ，２０５ｂ，２０５ｃが目詰まりをおこした場合は、継ぎ手のみを交換し、流量計を交換する必要がない。よって、流量計のメンテナンスコストを低減させることも可能となる。
【００２８】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る流量制御装置は、図１５に示すように、流量計２５０、流量計２５０の排出口１４に接続された流路９９、及び流路９９に接続され、流体の流量を制御する制御弁４１を備える。制御弁４１は、例えばソレノイド弁である。制御弁４１は、流路４３及び流路４４と、流路４３及び流路４４を連通する弁室４５が設けられた弁座４２、弁室４５に収納され、流路４４を開閉する弁体４６、弁体４６に連結された磁性体のプランジャ４７、及び通電されてプランジャ４７を上下させるソレノイドコイル４８を備える。
【００２９】
第３の実施の形態において、流量計２５０のＣＰＵ３００は、算出した流量に基づき、制御弁４１を駆動し、流路１１及び流路９９を流れる流体の流量を調節するコントローラとしての機能をさらに有する。ＣＰＵ３００は、流量が設定値よりも多い場合は、ソレノイドコイル４８に通電して、流量を減少させる。また流量が設定値よりも少ない場合は、ソレノイドコイル４８に通電して、流量を増加させる。第３の実施の形態に係る流量制御装置は、第１の実施の形態で説明した流量計を採用しているため、高い精度で検出された流量に基づき、流量を制御することが可能となる。
【００３０】
（その他の実施の形態）
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、図１においては、３個の整流部材５ａ，５ｂ，５ｃを配置した例を示したが、整流部材の数は１個でもよいし、４個以上でもよい。また、第１の実施の形態において、スポット溶接機を用いて図１に示す整流部材５ａの外壁と流路１１の内壁とを溶接する例を説明した。これに対し、整流部材５ａの外壁と流路１１の内壁とをロウ付け又は接着等してもよいことはもちろんである。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００３１】
５ａ，５ｂ，５ｃ     整流部材
６ａ，６ｂ    孔
８     センサ
１０   流路保持体
１１   流路
１２   オリフィス
１３   注入口
１４   排出口
１５   段
１６   凹部
２５   分流路
３０   計測部筐体
４１   制御弁
４２   弁座
４３，４４    流路
４４   流路
４５   弁室
４６   弁体
４７   プランジャ
４８   ソレノイドコイル
５０   底面
５１   側面
５２   開口
６０   基板
６１   ヒータ
６２   上流側測温抵抗素子
６３   下流側測温抵抗素子
６４   周囲温度センサ
６５   絶縁膜
６６   キャビティ
９９   流路
１４１，１４２  電極
１５０ 金属メッシュ
２５０ 流量計
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2011080822.tif 000013
【図１２】
2011080822.tif 000014
【図１３】
2011080822.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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