(57)【要約】【課題】流体管の口径に関わらず、流量を測定する事が可能な渦流量計を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の渦流量計１は、流体が流れる主流路３を有する流路体２と、流路体２に挿入された渦発生体４とを備えており、渦発生体４には、主流路３を流れる流体の流通方向と直交する方向に延在する第一のバイパス流路７a，７bを形成し、渦発生体４によって生じた交番の流れの周波数を検出するフローセンサ１２が、第二のバイパス流路１３に設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる主流路を有する流路体と、
前記流路体に挿入された渦発生体と、を備え、
前記渦発生体には、前記主流路を流れる流体の流通方向と直交する方向に延在し、副流路の一部となる第一の孔部が少なくとも形成され、
前記渦発生体により前記副流路の内部に生じた交番の流れの周波数を検出するセンサが、前記副流路の内部であり、かつ、前記孔部の内部を除く場所に設けられた
ことを特徴とする渦流量計。
【請求項２】
前記流路体に取り付けられる流路構造体を更に備え、
前記流路構造体には、前記第一の孔部と平行となる方向に延在し、前記副流路の一部となる第二の孔部が少なくとも形成され、
前記第一及び第二の孔部は連通しており、
前記第二の孔部の内部に、前記センサが設けられた
ことを特徴とする請求項１に記載の渦流量計。
【請求項３】
前記流路体には、前記第一の孔部と平行となる方向に延在し、前記副流路の一部となる第二の孔部が少なくとも形成され、
前記第一及び第二の孔部は連通しており、
前記第二の孔部の内部に、前記センサが設けられた
ことを特徴とする請求項１に記載の渦流量計。
【請求項４】
前記第一の孔部は、一対の孔部からなり、
前記一対の孔部の各穴が、互いに略同一の中心軸を有するように形成された
請求項１乃至３に記載の渦流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体管内を流れる被測定流体の流量を計測するための渦流量計に関するものである。
【０００２】
従来の渦流量計としては、流体管内に配置された渦発生体に対して、被測定流体の進行方向と直行する方向にバイパス流路を形成し、このバイパス流路内にマイクロフローセンサ（登録商標）を配置する事で、渦発生体によって発生するカルマン渦を検出し、流体の流量を測定する渦流量計が知られている。
（たとえば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開２００４−９３３４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、日本工業規格ＪＩＳ Ｚ ８７６６では、無次元数であるストローハル数Ｓｔが、Ｓｔ＝ｆ・ｗ／Ｕ（ｆ：渦周波数、ｗ：渦発生体の幅、Ｕ：管路内の平均流速）として定義されており、このストローハル数Ｓｔは流速にかかわらずほぼ一定値をとる事がわかっている。すなわち、略三角形断面形状を有する渦発生体の下流側に交番的に発生するカルマン渦の周波数を検出する事によって、被測定流体の流量を測定する事が可能である。
【０００４】
一方で、被測定流体が流れる流体管の口径としては様々なものがあるが、この口径の大小にかかわらず、バイパス流路に配置されるマイクロフローセンサ（登録商標）としては、同一のものが使用されることが一般的である。特許文献１において、バイパス流路内に配置されるマイクロフローセンサ（登録商標）のシリコン基板は、およそ１〜２ｍｍ四方ほどの大きさで形成されている。このマイクロフローセンサ（登録商標）を実装するために、ガラスハーメチックシールなどのシール部材が使用され、このシール部材の径としては、１０ｍｍ程度の大きさが必要となる。また、マイクロフローセンサ（登録商標）を先端部に有するパイプの径は、その内部に接続線を通すことを考慮すると、このシール部材よりも更に大きな径で形成する必要がある。そして、渦発生体に設けられた孔部に対しパイプを挿入する事で構成されるため、渦発生体の幅は、パイプの径よりも大きく設計する必要がある。
【０００５】
ここで、渦発生体の下流側にカルマン渦を発生させ、その周波数を検出するために、日本工業規格ＪＩＳ Ｚ ８７６６では、渦発生体の幅ｗと、流体管の口径Ｄとの関係は、ｗ＝０．２８Ｄとして、その基本寸法が設定されている。この関係に基づき、図７に示す流体管の口径Ｄの代表値に対して、渦発生体の幅ｗの寸法をそれぞれ算出すると、例えば、流体管の口径Ｄが２０.０(ｍｍ)では、渦発生体の幅ｗは５．６０(ｍｍ)となる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１における渦流量計の構成では、略三角形断面形状の渦発生体の孔部にパイプが挿入されるよう構成されている。そのため、例えば、図７に示す流体管の口径Ｄが、２０.０(ｍｍ)以下のものとなると、渦発生体に、パイプを挿入するための孔部を形成する事ができない。したがって、流体管の口径Ｄが２０.０(ｍｍ)よりも小さく設定されるような場合には、特許文献１の構造を有する渦流量計を実現することは困難である。
【０００７】
そこで本発明は、流体管の口径に関わらず、流量を測定する事が可能な渦流量計を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の問題点を鑑みてなされたものである本発明は、流体が流れる主流路を有する流路体と、流路体に挿入された渦発生体と、を備え、前記渦発生体には、前記主流路を流れる流体の流通方向と直交する方向に延在し、副流路の一部となる第一の孔部が少なくとも形成され、前記渦発生体により前記副流路の内部に生じた交番の流れの周波数を検出するセンサが、前記副流路の内部であり、かつ、前記孔部の内部を除く場所に設けられた渦流量計である。
【０００９】
また、前記流路体に取り付けられる流路構造体を更に備え、前記流路構造体には、前記第一の孔部と平行となる方向に延在し、前記副流路の一部となる第二の孔部が少なくとも形成され、前記第一及び第二の孔部は連通しており、前記第二の孔部の内部に、前記センサが設けられてもよい。
【００１０】
また、前記流路体には、前記第一の孔部と平行となる方向に延在し、前記副流路の一部となる第二の孔部が少なくとも形成され、前記第一及び第二の孔部は連通しており、前記第二の孔部の内部に、前記センサが設けられてもよい。
【００１１】
また、前記第一の孔部は、前記渦発生体の一端に開口する一方の孔と、前記渦発生体の他端に開口する他方の孔と、からなり、前記一方及び他方の孔が、同一の中心軸を有していてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、流体管の口径に関わらず、正確な流量を測定する事が可能な渦流量計を提供する事ができる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る制御機器について説明する。
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ため、具体的な寸法等は以下の説明に照らし合わせて判断すべきものである。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。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態にかかわる渦流量計１の正面図であり、図２は、図１のＡ断面図である。渦流量計１は、流体管２の主流路３に流れる被測定流体（図示せず）にカルマン渦を生じさせる渦発生体４を備えており、渦発生体４は、主流路３の径Ｄよりも長い柱状部材である。また、渦発生体４は、流体管２の壁部に形成された孔部５から溝部５bに対して、その径方向に横断するように挿入されている。尚、流体管２には、断面六角形状の中空の継手２６が接続されている。
【００１５】
渦発生体４には、被測定流体（図示せず）の進行方向（図１における矢印Ｂ方向）と直交する方向に、２つのバイパス孔６a，６bが形成されている。バイパス孔６a，６bは、渦発生体４の延在方向の中心軸近傍まで開口されている。また、バイパス孔６a，６bは、渦発生体４の内部に開けられた第一のバイパス流路７a，７bに連通している。さらに、渦発生体４には２つの横孔８a，８bが、それぞれ第一のバイパス流路７a，７bに連通するように形成されており、流体管２に形成された貫通孔３１a，３１bに連通している。尚、本明細書でいう「連通」とは、二つの要素間に他の要素を介さずに繋がっていることを指すわけではない。例えば、バイパス孔６aと横孔８aとが、第一のバイパス流路７aを介して繋がっている場合についても、バイパス孔６aと横孔８aとが「連通している」と表現されるものとしている。
【００１６】
本体部９は、流路部構造体１０と、蓋体１１とから構成されている。流路部構造体１０には第二のバイパス流路１３が形成されており、流体管２に形成された第一のバイパス流路７a，７bを通って流れてくる流体が、フローセンサ１２の配置されている第二のバイパス流路１３へと導かれるようにして、流路部構造体１０流体管２に対して固定されている。したがって、流体管２の第一のバイパス流路７a，７bから流れてきた被測定流体は、横孔１４a，１４bを通過して、本体部の流路部構造体１０に形成された第二のバイパス流路１３に流れ込む。また、蓋体１１は、後述のプリント基板２５、フローセンサ１２を覆うようにして、流路部構造体１０に対して取り付けられている。
【００１７】
流路部構造体１０に形成された第二のバイパス流路１３の内部には、被測定流体の流れを検出するためのフローセンサ１２が設置されている。このフローセンサ１２のセンサチップ１５を、図３に簡略的に示す。図３のように、センサチップ１５は、例えばシリコン基板１６上に１つのヒータ１７を設け、このヒータ１７の両側に小さい金属薄膜からなる温度センサ１８および１９を設けたもので、両温度センサ１８および１９によりヒータ１７の両側の温度変化を検出して、流体振動の検出信号を得るものである。このとき、ヒータ１７に所定の電力を供給して一定の温度に加熱し、このヒータの両側の温度センサ１８および１９に一定の電力を加え、両温度センサ１８および１９の中点に生じる振動波形の信号を検出するように構成する。これにより、検出した信号を単位時間当たりの振動数として計算した上で、流体の流量を測定することが可能となる。
【００１８】
図４に示すように、センサチップ１５はシール部材２０に実装され、このシール部材２０はブラケット２１に固定される。シール部材２０の裏面からは、ブラケット２１の中空部分を通って導線２２が突出している。そして、フローセンサ１２は、流路部構造体１０に形成された孔部２３に挿入され、ヘッダー２１に設けられた図示しないボルト孔を介して、ボルト２４によって流路部構造体１０に固定される。
【００１９】
蓋体１１の内部空間に設けられたプリント基板２５には、図示しない電機素子などで構成される電気回路が設けられており、フローセンサ１２からの信号は導線２２を通して、この電気回路で処理され、測定流量として出力される。また、プリント基板２５上には、ＬＥＤ素子などで構成される図示しない表示灯等が設けられており、測定流量値などを表示する。蓋体１１の表示灯に対応する位置には、透明な窓部２７が設けられ、窓部２７を通して表示灯の点灯状態を確認する事が可能である。尚、特に図示はしないが、蓋体１１には、ユーザによる各種設定操作のためのボタン等が設けられても良い。  
【００２０】
次に、渦発生体４における、バイパス孔６a，６b、第一のバイパス流路７a，７b、横孔８a，８bの形成工程について、図５(a)〜(d)に示した断面図、及び、図５(a)〜(d)のＣ断面における断面図を示した図６(a)〜(d)を用いて説明する。尚、図５(a)〜(d)において、紙面手前側を流体の流れる上流側としている。
図５(a)は、流体管２への取付けの際に嵌めこまれるＯリング用の溝２８が形成された、渦発生体４の断面図であり、図６(a)の断面図に示すように、渦発生体４の上流側端部４aは幅ｗを有している。この渦発生体４に対して、図５(b)に示すように、例えばドリル加工などによって、第一のバイパス流路７a，７bとなるそれぞれの孔を、同一中心軸を有するように加工する。同様にして、図５(c)に示す横孔８a，８b、図５(d)に示すバイパス孔６a，６bを、渦発生体４の外面から第一のバイパス流路７a，７bの方向に向けて加工する。尚、バイパス孔６a，６bに流入する交番の流れは、渦発生体４に対して略水平な同軸上のものを検出する事が望ましい。そのため、バイパス孔６a，６bを渦発生体４の外面から加工する際には、第一のバイパス流路７a，７bに対して斜め方向に加工する。これにより、バイパス孔６a，６bを第一のバイパス流路７a，７bに対して垂直方向に加工するよりも、略水平な同軸上に発生する交番の流れを、第一のバイパス流路７a，７bに導入させる事ができる。
【００２１】
この渦発生体４を流路体２に対して取り付ける際には、図示しないＯリングを溝２８に嵌め込み、第一のバイパス流路７a，７bの開口部２９を、板３０によって覆うようにして、ねじなどの固定手段によって流路体２に固定する。尚、流路体２の貫通孔３１a，３１b、流路構造体１０の横孔１４a，１４b、及び、第二のバイパス流路１３についても、渦発生体４のバイパス孔６a，６b、第一のバイパス流路７a，７b、横孔８a，８bの加工と同様に、ドリル加工などによって加工する事が可能であり、また加工後の開口部分についても、板３０とねじなどの固定手段を使用すればよい。
【００２２】
以上のように形成された流路体２、渦発生体４、本体部９がそれぞれ組み合わされることで、バイパス孔６a，６b、第一のバイパス流路７a，７b、横孔８a，８b、貫通孔３１a，３１b、横孔１４a，１４b、第二のバイパス流路１３によって、１つの流路Ｔが形成される。これによって、渦発生体４によって交番的に発生する流れが流路Ｔを通過してフローセンサ１２上を通過するため、カルマン渦による振動波形の信号を検出し、被測定流体の流量を測定する事が可能となる。
【００２３】
以上の通り、本発明の渦流量計では、渦発生体４の内部にフローセンサ１２を設置せず、渦発生体４に形成された第一のバイパス流路７a，７bを流体が通過して、流体管２の外部に流れるようにし、フローセンサ１２を流体管２の外部に配置するように構成している。そのため、主流路３の径Ｄ、及び、渦発生体４の幅ｗが小さく設計される場合であっても、主流路３の径Ｄ、及び、渦発生体４の幅ｗにかかわらず同一のフローセンサ１２を使用して、流体の流量を測定する事が可能となる。
【００２４】
尚、上記実施の形態では、流路部構造体１０に第二のバイパス流路１３を形成する例を示したが、流路体２にバイパス流路１３を形成するようなものであってもよい。すなわち、必ずしも流路部構造体１０を要する形態とする必要はなく、流路体２と流路部構造体１０とを一体に形成する事も可能である。この場合は、横孔１４aと貫通孔３１a，横孔１４bと貫通孔３１bとを、それぞれ図２における流路部構造体１０の紙面右面側に貫通する一つの孔として形成し、開口した部分を塞ぐように構成すればよい。したがって、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く、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更など、様々な実施の形態などを包含するということは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に係る渦流量計の正面図。
【図２】図１における渦流量計のＡ断面図。
【図３】センサチップの上面図。
【図４】フローセンサの外観図。
【図５】流体の流れる上流側からみた渦発生体の断面図。
【図６】図５における渦発生体のＣ断面図。
【図７】流体管の口径Ｄと渦発生体の幅ｗとの関係を示した図。
【符号の説明】
【００２６】
１            渦流量計
２            流体管
３            主流路
４            渦発生体
７a，７ｂ     第一のバイパス流路
９            本体部
１０          流路部構造体
１１          蓋体
１２          フローセンサ
１３          第二のバイパス流路                                        
【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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