(57)【要約】【課題】メーターを大型化しないで、コストアップせず、圧力変動や脈動を効率よく吸収できる流量計の脈動吸収装置を提供することを課題とする。【解決手段】流路壁２に設けた開口部３で流量計測部に連通し、流路Ａの一部を形成し、固定側の流路壁２に対して外側に位置する形態で取り付けられた可動壁４と、可動壁４が固定側流路壁２と間隔を保ちつつ略平行状に移動することにより、流路管内圧力に応じて体積が変化する流路管内圧力変動吸収部５を形成するベローズ６とを含み構成される。【選択図】  図１
2004361168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路の一部に弾性部材により変位可能とした可動壁をもち、前記可動壁の一側面に大気圧作用部を形成し、前記大気圧作用部が設けられた面と対応する他の側面に流路管内の圧力変動により可変する流路管内圧力変動吸収部を形成し、前記大気圧作用部は大気に連通し、前記流路管内圧力変動吸収部は流路側に連通したことを特徴とする流量計の脈動吸収装置。
【請求項２】
流路の一部に弾性部材により変位可能とした剛体の可動壁をもち、前記可動壁の一側面に大気の圧力変動により可変する大気圧変動吸収部と前記大気圧変動吸収部が設けられた面と対応する他の側面に流路管内の圧力変動により可変する流路管内圧力変動吸収部を形成し、前記大気圧変動吸収部は大気に連通し、前記流路管内圧力変動吸収部は流路側に連通したことを特徴とする流量計の脈動吸収装置。
【請求項３】
前記弾性部材はベローズであり、該ベローズの軸方向の中間に前記可動壁が浮動状態で支持されて、そのベローズの一方の側に前記大気圧作用部が、他方の側に前記流路管内圧力変動吸収部が形成され、かつ前記ベローズは前記可動壁の中立状態で前記一方および他方の側のベローズ部が所定の圧縮（収縮）予荷重を付与され、前記可動壁において双方の圧縮予荷重が相殺されている請求項１記載の流量計の脈動吸収装置。
【請求項４】
流路の一部に弾性部材により変位可能とした剛体の可動壁であって、大気圧により変位する第１の可動壁と流路管内の圧力変動により変位する第２の可動壁と弾性を有する弾性膜とによって、弾性膜の一側面に大気の圧力変動を吸収する第１の可動壁を備えた閉空間部と、前記閉空間部が設けられた面と対応する他の側面に流路管内の圧力変動を吸収する第２の可動壁を備えた閉空間部を形成し、第１の可動壁を備えた閉空間部は大気側に、第２の可動壁を備えた閉空間部は流路側に設けたことを特徴とする流量計の脈動吸収装置。
【請求項５】
前記それぞれの閉空間部は内部圧力を調整する手段を有する請求項４記載の流量計の脈動吸収装置。
【請求項６】
前記弾性部材は基端が流路壁に支持されて、他端の自由端がそれぞれ反対側に延びる第１および第２ベローズを備え、各ベローズの各自由端を塞ぐように前記第１および第２可動壁が設けられ、さらに前記各ベローズの基端を支持する流路壁の前記弾性膜が形成されて、その両側に前記各閉鎖空間が形成されている請求項４または５記載の流量計の脈動吸収装置。
【請求項７】
流路の一部に窪みを設け、該窪み部の流体を脈動に同期した共振周波数で共振し脈動を吸収することを特徴とする流量計の脈動吸収装置。
【請求項８】
流路の一部に流路内の流体の圧力が作用する可動壁を配置し、その可動壁を筒状の弾性部材を介して振動可能に流路壁に支持させ、流路内の脈動に同期した共振周波数で該筒状の弾性部材を振動させることにより該筒状の弾性部材内の流体を共振させて振動エネルギーを減衰することを特徴とする請求項７記載の流量計の脈動吸収装置。
【請求項９】
流路の一部に流路内の流体が入り込む窪み部を形成し、この窪み部の底部側にこの窪み部内での流体の圧力変動により弾性変形を繰り返して該窪み内の流体を該流体の脈動に同期した共振周波数で振動させる弾性部材を含む請求項７または８記載の流量計の脈動吸収装置。
【請求項１０】
窪み部の流路側の面を粗面とするか、邪魔板を設けるか、の少なくとも１つを含む請求項７ないし９のいずれか１項に記載の流量計の脈動吸収装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の流量、流速を計測する流量計の脈動吸収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、都市ガスあるいはプロパンガスを燃料としたコジェネレーションシステムとしてガスヒートポンプが普及し始めている。ガスヒートポンプでは、ガス配管系で圧力変動や脈動が発生する。特に、都市ガスの場合、配管が長く繋がっているので、その圧力変動が他の多くの利用者に影響を及ぼす。これら配管網においては、ある特定周波数の脈動を拡大したりしてその影響をさらに大きくしている。これまで開発されている都市ガス用フルイディック流量計では、脈動周波数とフルイディック振動とが近い場合、フルイディック振動が脈動周波数に引き込まれ、正しい流量を示さなくなる不具合がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような問題の解決方法として、特許文献１には、流路にフロートを設け圧力変動の大きさに応じたフロートの動きにより流路の開口隙間を調整することで、下流側での圧力変動を減衰させる圧力変動吸収装置の提案がされている。しかしながら、この公報技術では、メーターが大型化してしまい、コストアップする問題がある。
【０００４】
また、先に、発明者らは、特許文献２において、ヘルムホルツ共鳴器を内蔵したフルイディックガスメーターの提案をした。しかしながら、この公報技術では、いわゆるヘルムホルツの首部の径が小さいため、ガスのドレインやダストで目詰まりしてしまう可能性がある。
【０００５】
そして、超音波メーターでは脈動を除去するためにハード、ソフトの両方が提案されている。脈動を抑制する方法として、特許文献３には、管壁の一部を弾性をもたないたるんだ膜とする提案がされている。しかしながら、この方法では、管内圧力が増加すると薄膜が膨らむことにより圧力が吸収されるものの、薄膜が弾性をもたないので脈動周波数が高くなると変化に追随できない。また、構成上、圧力が通常圧力より低下した場合には十分に機能しない。圧力増加に対しては平準化の効果があるが、圧力低下に対して平準化できない問題がある。
【０００６】
また、特許文献４には、測定部の上流と下流の流路に可変容積室を設けた提案がされている。該公報技術において、可動膜としてゴム材料等からなる弾性膜で構成しており、この弾性膜では、特許文献３と同様で、圧力増加に対しては平準化の効果があるが、圧力減少に対しては十分な平準化ができないという問題がある。また、弾性膜であるため、数十Ｈｚ以上の周波数の脈動には追随できない。さらに、流量計に使用された場合、例えば、ガスメーターに利用された場合、１０年以上の使用に対し、弾性が保持出来ず、長期的な信頼性に欠ける問題がある。
【０００７】
また、特許文献５には、遮断弁の開口を制御する方法が提案されている。この方法では、遮断弁を圧力変動に応じて駆動しなければならない。ガスメーターのように電池で１０年以上駆動させる場合、消費電流が多くなり電池容量の点で問題がある。
【０００８】
さらに、ソフトで脈動を補正する方法として、特許文献６には、圧力センサ等で脈動周波数を検出し、周期に応じたサンプリングを１〜数周期行うことにより脈動を平均化する提案がされている。この方法では、圧力センサ等の脈動センサが必要となり、新たなコストアップとなるばかりでなく、ガスメーターが受ける脈動は０〜３００Ｈｚであるので、頻繁に測定を繰り返す必要があり、電池で１０年以上駆動させる場合、電池容量の点で問題がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−５３９６４号公報
【特許文献２】
特開２０００−２６６５７４号公報
【特許文献３】
実開平５−４３０２６号公報
【特許文献４】
特開平１１−２８１４２７号公報
【特許文献５】
特開２０００−２８３８１１号公報
【特許文献６】
特開２００２−２２５０８号公報
【００１０】
本発明は上記した点を背景になされたものであって、ヘルムホルツ共鳴で脈動を吸収させる方法により、メーターを大型化しないで、コストアップせず、圧力変動や脈動を効率よく吸収できる流量計の脈動吸収装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を解決するために本発明の流量計の脈動吸収装置は、流路の一部に弾性部材により変位可能とした可動壁をもち、可動壁の一側面に大気圧作用部を形成し、大気圧作用部が設けられた面と対応する他の側面に流路管内の圧力変動により可変する流路管内圧力変動吸収部を形成し、大気圧作用部は大気に連通し、流路管内圧力変動吸収部は流路側に連通したことを特徴とする。
【００１２】
上記構成により、可動壁と弾性部材で形成される流路管内圧力変動吸収部は、流路管内圧力の圧力変動に対し体積が増減して圧力変動が吸収され、かつ大気圧の変動に影響されることなく圧力変動を吸収することが可能である。
【００１３】
また、本発明は、流路の一部に弾性部材により変位可能とした剛体の可動壁をもち、可動壁の一側面に大気の圧力変動により可変する大気圧変動吸収部と大気圧変動吸収部が設けられた面と対応する他の側面に流路管内の圧力変動により可変する流路管内圧力変動吸収部を形成し、大気圧変動吸収部は大気に連通し、流路管内圧力変動吸収部は流路側に連通したことを特徴とする。
【００１４】
上記構成により、大気圧の変動に影響されることなく流路管内の圧力変動を吸収できるとともに、可動壁を挟んで、流路管内圧力変動吸収部と大気圧変動吸収部とが形成され、簡単な構成ででき、小型化できる。
【００１５】
また、本発明は、弾性部材はベローズであり、該ベローズの軸方向の中間に可動壁が浮動状態で支持されて、そのベローズの一方の側に大気圧作用部が、他方の側に流路管内圧力変動吸収部が形成され、かつベローズは可動壁の中立状態で一方および他方の側のベローズ部が所定の圧縮（収縮）予荷重を付与され、可動壁において双方の圧縮予荷重が相殺されている。
【００１６】
上記構成により、数百Ｈｚの圧力変動にも追随が可能となり、対応脈動周波数の拡大が図れるとともに耐久性も向上する。
【００１７】
また、本発明は、流路の一部に弾性部材により変位可能とした剛体の可動壁であって、大気圧により変位する第１の可動壁と流路管内の圧力変動により変位する第２の可動壁と弾性を有する弾性膜とによって、弾性膜の一側面に大気の圧力変動を吸収する第１の可動壁を備えた閉空間部と、閉空間部が設けられた面と対応する他の側面に流路管内の圧力変動を吸収する第２の可動壁を備えた閉空間部を形成し、第１の可動壁を備えた閉空間部は大気側に、第２の可動壁を備えた閉空間部は流路側に設けたことを特徴とする。
【００１８】
具体的には、それぞれの閉空間部は内部圧力を調整する手段を有する構成とし、流路管内圧力変動吸収部と大気圧変動吸収部との２つの異なる圧力変動を吸収する空間部を設けて、それぞれの空間部の圧力の調整を可能とし、大気圧の変動に影響されることなく流路管内の圧力変動を吸収することが可能で、流量計に利用されることにより測定精度の向上が図れる。
【００１９】
また、本発明は、流路の一部に窪みを設け該窪み部の流体を脈動に同期した共振周波数で共振し脈動を吸収することを特徴とする。
【００２０】
上記構成により、脈動に共振する流体振動空間部で脈動の吸収が可能で、かつ小型に構成できる。
【００２１】
さらに、本発明は、流路の一部に流路内の流体の圧力が作用する可動壁を配置し、その可動壁を筒状の弾性部材を介して振動可能に流路壁に支持させ、流路内の脈動に同期した共振周波数で該筒状の弾性部材を振動させることにより該筒状の弾性部材内の流体を共振させて振動エネルギーを減衰することを特徴とし、振動エネルギーは流体の壁面との摩擦により、熱エネルギーに変換され、脈動の吸収が簡単な構成ででき、装置の小型化ができる。
【００２２】
また、本発明は、窪み部の流路側の面を粗面とするか、邪魔板を設けるか、の少なくとも１つを含む構成とし、摩擦係数を増大して脈動の吸収効率を高めることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき図面に示す実施例を参照して説明する。流量計の一例として、図５に、超音波流量計における圧力変動吸収装置を取りつけた例を示す。超音波流量計２０は、圧電素子からなる超音波素子２１、２３が超音波の計測部２２を挟んで対向して設けられ、この計測部２２に連通された上流と下流のチャンバ２４ａ、２５ａ内に圧力変動吸収装置１，１が設けられている。チャンバ２４ａ、２５ａと計測部２２が設けられたチャンバ２４ｂ、２５ｂとは、開口部２６ａ、２６ｂを介し繋がっている。上流のチャンバ２４ａは流入口２７に、下流のチャンバ２５ａは流出口２８にそれぞれ繋がっている。この圧力変動吸収装置１が流路の圧力変動を吸収し、流速の計測が行われる計測部２２には圧力変動が計測に影響を及ぼさないようにしている。
【００２４】
図１は、本発明の一実施例を示す断面図である。図５の上流側に設けられた圧力変動吸収装置の部分を示す。圧力変動吸収装置１は、流路壁２に設けた開口部３で流量計測部に連通し、流路Ａの一部を形成し、固定側の流路壁２に対して外側に位置する形態で取り付けられた可動壁４と、可動壁４が固定側流路壁２と間隔を保ちつつ略平行状に移動することにより、流路管内圧力に応じて体積が変化する流路管内圧力変動吸収部５を形成するベローズ６とを含み構成される。固定側流路壁２に可動壁４を囲む可動壁収容部７が設けられ、この可動壁収容部７に大気との開口部８を形成している。ベローズ６は、円筒状をなし、固定側流路壁２と可動壁収容部７とに取り付けられる。可動壁４とベローズ６ａとにより、流路Ａ側には流路管内圧力変動吸収部５が形成され、可動壁４とベローズ６ｂとにより、大気Ｂ側には大気と開口部８を介し連通した状態で可動壁収容部７内に大気圧変動吸収部９が形成される。流路管内圧力変動吸収部５と大気圧変動吸収部９とは、可動壁４を挟んで対向配置している。ベローズ６ａと６ｂは総称してベローズ６とする場合がある。
【００２５】
ベローズ６は、材質としては、ステンレス、リン青銅等の金属薄膜を使用する。また、可動壁４は、材質として、ステンレス、リン青銅、アルミニウム等を使用する。ベローズ６は、通常圧力（Ｐ）、例えば、都市ガスメーターの場合、Ｐ＝大気圧＋３０００Ｐａ程度において、ベローズ６ａ、ベローズ６ｂともに単体の長さよりやや収縮した状態で流路壁２と可動壁収容部７に固定されている。ベローズ６の軸方向の中間に可動壁４が浮動状態で支持されて、そのベローズ６の一方の側に大気圧変動吸収部９が、他方の側に流路管内圧力変動吸収部５が形成され、かつベローズ６は可動壁４の中立状態で一方および他方の側のベローズ６ａ、ベ６ｂ部が所定の圧縮（収縮）予荷重を付与され、可動壁４において双方の圧縮予荷重が相殺されている。
【００２６】
次に、本実施例における動作について説明する。脈動により、Ｐより＋ΔＰの圧力変動があった場合、ベローズ６ａはΔＬだけ伸び、ベローズ６ｂはΔＬだけ縮む。従って、流路管内圧力変動吸収部５の体積Ｖは、可動壁４の面積をＳとすると、Ｓ×ΔＬだけ増加する。逆に、Ｐより−ΔＰの圧力変動があった場合、ベローズ６ａはΔＬだけ縮み、ベローズ６ｂはΔＬだけ伸びる。従って、流路管内圧力変動吸収部５の体積Ｖは、Ｓ×ΔＬだけ減少する。この体積増減により、圧力変動が吸収される。このように、簡単な構成で装置も小型化でき、圧力変動の吸収が効率良く行え、計測制度の向上が図れる。
【００２７】
ベローズ６は、金属性薄膜としており、数百Ｈｚの圧力変動にも追随可能である。また、耐久性も確保できるとともに構成も小型化できる。なお、可動壁４は、前述の材質が好ましいが、撓まないもので、ガスに対し耐久性をもった材料であれば置き換えが可能である。
【００２８】
この脈動吸収部は、計測部の上流域に設けるのが妥当である。また、下流側にガスヒートポンプやその他の燃焼器具により脈動が発生する恐れがある場合には、下流側からの脈動を吸収するため計測部の下流側にも設ける必要がある。通常、ガス圧は３０００Ｐａ程度であり、脈動の強さは最大で±３００Ｐａ程度であるので、例えば、流入口から計測部までの流路の体積を約１５０ｃｍ３としたとき、約１５ｃｍ３の体積が脈動に応じて可変すれば脈動が吸収できる。従って、直径４ｃｍ、それぞれの高さ３ｃｍのベローズ６ａ，６ｂを可動壁４の両側に取り付け、両側とも１ｃｍ程縮めて取り付ける。上記ベローズ６ａ，６ｂは、±３００Ｐａの脈動で±２ｃｍ伸縮するようなものを選択すれば、上記体積の増減が可能となる。また、このベローズ６は、３００Ｈｚ程度まで振動可能なものが必要であるのは勿論である。
【００２９】
また、通常流路管内圧力は大気圧を基準として定められている。その大気圧は天候により大幅に変化することがある。例えば、台風のときは通常より２００００Ｐａも気圧が変化する。従って、可動壁４の流路Ａ側と反対方向の側は大気圧に連通しておく必要がある。開口部８はそのためにある。
【００３０】
図２は、本発明の他の実施例を示す断面図である。流路壁２に設けた開口部３で流量計測部に連通し、流路Ａの一部を形成し、固定側の流路壁２に対して内側と外側に位置する形態で取り付けられた一対の可動壁４ａ，４ｂと、内側の可動壁４ａが固定側流路壁２と間隔を保ちつつ略平行状に移動することにより、流路管内圧力に応じて体積が変化する流路管内圧力変動吸収部５と、外側の可動壁４ｂが固定側流路壁２と間隔を保ちつつ略平行状に移動することにより、大気圧変化に応じて体積変化する大気圧変動吸収部９とを形成するベローズ６と、このベローズ６の内部に位置し、流路管内圧力変動吸収部５と大気圧変動吸収部９とを仕切る弾性膜１０とを含み構成される。
【００３１】
弾性膜１０は、開口部３の位置に流路壁２に一直線上に取り付けられる。弾性膜１０は、ダイヤフラムを使用している。固定側流路壁２に可動壁４ｂを囲む可動壁収容部７が設けられ、この可動壁収容部７に大気との開口部８を形成している。ベローズ６は、円筒状をなし、固定側流路壁２と両側の可動壁４ａおよび可動壁４ｂに取り付けられる。可動壁４ａとベローズ６ｃと弾性膜１０とにより、流路Ａ側には閉空間である流路管内圧力変動吸収部５が形成される。可動壁４ａとベローズ６ｃとは流体に接している。可動壁４ｂとベローズ６ｄと弾性膜１０とにより、大気Ｂ側には大気と開口部８を介し連通した状態で可動壁収容部７内に閉空間である大気圧変動吸収部９が形成される。可動壁４ａには、流路管内圧力変動吸収部５の圧力を調整し流路Ａの圧力にあわせるための圧力調整口１１が設けられている。また、可動壁４ｂには、大気圧変動吸収部９の圧力を調整し大気圧に合わせるための圧力調整口１２が設けられている。
【００３２】
次に、この実施例の動作について説明する。大気圧変動吸収部９の圧力は、圧力調整口１２により予め１気圧に調整される。流路管内圧力変動吸収部５の圧力は、１気圧より通常の流路管内圧力α（例えば３０００Ｐａ）分高圧となっている。この圧力は、圧力調整口１１により予め調整される。脈動により、流路管内の圧力が上昇すると、流路管内圧力変動吸収部５は縮小し、逆に通常圧より降下すると、流路管内圧力変動吸収部５は膨張する。この体積変化を、例えば、流入口から計測部出口までの空間における脈動による圧力変動比に等しくさせることにより圧力変動が吸収される。
【００３３】
そして、天候、気候により大気圧がΔＰｔ変動した場合、流路管内の圧力は、１＋ΔＰｔ＋αとなる。一方、大気圧変動吸収部９はベローズ６ｄの伸縮により、１＋ΔＰｔとなる。この圧力変動は、ベローズ６ｃを介して流路管内圧力変動吸収部５に伝達される。従って、流路管内圧力変動吸収部５内の圧力は、１＋ΔＰｔ＋αとなる。これにより、大気圧変動に影響されることなく流路管内の圧力変動を吸収することが可能となる。このように、簡単な構成で装置を小型化できるとともに大気圧の変動に影響されることなく、圧力変動に追随して吸収でき、測定精度の向上が図れる。
【００３４】
なお、弾性膜１０は、ダイヤフラムを使用するのが好ましいが、弾性を有する部材であれば置き換えられる。
【００３５】
本発明の他の実施例として、脈動の吸収に共振を利用した例を図３および図４をもとに説明する。前述までの実施例の概念は次の通りである。通常のライン圧をＰ、脈動による変化分をΔＰとする。このときの閉空間の体積をＶとすれば、理想気体であれば、ボイルの法則によりＰＶは一定であるので、ΔＶ＝（ΔＰ／Ｐ）×Ｖだけ閉空間の体積を変化させれば、（Ｖ＋ΔＶ）をもつ新たな閉空間の圧力はＰに戻る。すなわち、流路の一部で体積を圧力変動対応分だけ変化させ脈動圧力を吸収しようとするものである。
【００３６】
図３および図４の例は、体積変動で脈動を吸収するのではなく、脈動の周期に応じて流路の一部を共振させ。生じた熱エネルギーの放散により、脈動のエネルギーを吸収する方式である。すなわち、振動エネルギーは熱エネルギーに変換され、脈動が吸収される。従って、この例では、体積変化はしない（厳密には、振動に応じて微小の体積変動はある）。
【００３７】
図３に基ずきヘルムホルツ共鳴器の原理と脈動吸収の原理を説明する。図３ａに示したボトルの首の部分にある空気の塊を考える。ここで、ボトルの首は、ガスメーターの流路に接続されている。流路の脈動により（圧力が上昇した場合）、
首部の空気の塊を押し下げ（図３ｂ）、内部空気を圧縮する。この結果、内部空気圧が増加するので、その力で空気の塊は押し上げられる。このとき、慣性により元の位置より少し外側にでてしまうので内部空気圧が減少し、空気の塊は再び中に吸引される。このようにして、首部で空気の塊が振動し、首部壁と空気の塊との摩擦により振動エネルギーが熱エネルギーに変換され、脈動が吸収される。
【００３８】
ヘルムホルツ共鳴器は、図３ｃに示す、重りとバネのモデルで説明できる。空気の塊が重りで、ボトルの空気がバネに対応している。重りの重さｍ、首の断面積をＳ、長さをＬ、空気の密度をρとすると、ｍ＝ρＳＬとなる。ボトルの体積をＶ、初期の圧力をＰ０、大気の塊の変位をｘ、大気がｘだけ入り込んだときの圧力増加分をｐとすると、
Ｐ／Ｐ０＝−γ（ΔＶ／Ｖ）＝−γ（Ｓｘ／Ｖ）
また、ボトル内部へかかる力Ｆは、ｐＳであるので、
ｄ２ｘ／ｄｔ２＝Ｆ／ｍ＝−（γＳＰ０／ρＶＬ）ｘ
となる。すなわち、復元力は空気の変位量に比例する。このとき、
ヘルムホルツ共鳴器の共振周波数は、
ｆ＝（１／２π）（γＳＰ０／ρＶＬ）１／２            （１）
となる。空気中の音速ｃは大気圧をＰとすると、
ｃ＝（γＰ／ρ）１／２
である。初期状態はボトル内部の圧力は大気圧に等しい、すなわちＰ＝Ｐ０であるので、共振周波数は、
ｆ＝（ｃ／２π）（Ｓ／ＶＬ）１／２                    （２）
で計算できる。また、この等価モデルの振動数、バネ定数は、
ｆ＝（１／２π）（ｋ／ｍ）１／２                      （３）
ｋ＝（ｍｃ２Ｓ／ＶＬ）                              （４）
となる。
【００３９】
そして、都市ガスの脈動周波数は、０〜３００Ｈｚの範囲にわたると云われている。一方、ヘルムホルツ共鳴器による脈動減衰の周波数依存性は共振周波数で極大をもつ。従って、単一のヘルムホルツ共鳴器では０〜３００Ｈｚの全領域をカバーすることができない。ここでは、１０，７０，２００Ｈｚに共振周波数をもつ３ヶのヘルムホルツ共鳴器を考える。
【００４０】
先ず、首の断面積を１０φ、長さを２０ｍｍ、ボトル体積を３００ｃｍ３とした共振周波数は、式（２）から１９９Ｈｚとなる。しかしながら、３００ｃｍ３もの空間をガスメーター中に作るとメーターは巨大なものになってしまい実用的ではない。このため、特許文献２で、発明者は、多孔性膜を用いることを提案した。多孔性膜により、Ｓ、Ｖを２桁小さくすることができる。Ｖとして５ｃｍ３は妥当な値である。しかし、このときＳは、０．０１７７ｃｍ２、すなわち穴径は１．５φとなる。このような細孔ではガス中にドレインあるいはダストがあるような汚れたガスでは、ドレインあるいはゴミで穴が塞がった場合、共振周波数は当初の設定値からたちまちずれてしまう。本発明では、そのようなことを避けるため首の径を１０φと大きくした。
【００４１】
図４ａは、共振を利用した方法の一実施例を示す断面図である。流路壁２に設けた開口部３で流量計測部に連通し、窪みＣを設ける。固定側の流路壁２に対して外側に位置する形態で取り付けられた可動壁４と、流体の脈動に同期した周波数で共振する流体振動空間部１３を形成するベローズ６ｅとを含み構成される。窪みＣが流体振動空間部１３となる。ベローズ６ｅは、円筒状をなし、固定側流路壁２に取り付けられる。可動壁４とベローズ６ｅとにより、流路Ａ側の開口部３から外に流体振動空間部１３が形成される。
【００４２】
次に、Ｖ＝３００ｃｍ３のヘルムホルツ共鳴器のバネ定数ｋを式（４）から求めると、ｋ＝３．１９Ｋｇｓ−２となる。従って、バネ定数３．１９Ｋｇｓ−２のバネで首部の空気を振動させればよい。しかしながら、このときのｍ＝ρＳＬは３ｍｇであるので、このような軽い部材で可動壁は形成できない。そこで、可動壁４をステンレス製として、その重さを０．３ｇとする。このとき、２００Ｈｚの共振周波数を与えるｋは式（３）から４７４Ｋｇｓ−２となる。従って、図４ａに示すように、このバネ定数をもつ長さ２０ｍｍのベローズ６ｅを流路壁２に取り付ければよい。ここで、ベローズの流路Ａ側と反対側は大気に連通している必要がある。あるいは、ベローズ６ｅが振動するとき空気が圧縮されベローズ６ｅの共振周波数を妨げない程度の空間があればよい。
【００４３】
次に、この実施例の動作を説明する。流路管内の脈動による振動エネルギーが伝わると、その振動エネルギーが流体振動空間部１３において、流体とその周囲の壁との摩擦により、熱エネルギーに変換され吸収される。すなわち、流路内の脈動に同期した共振周波数で筒状のベローズ６ｅを振動させることにより筒状のベローズ６ｅ内の流体を共振させて振動エネルギーを減衰させる。これにより、脈動の吸収が簡単な構成ででき、装置の小型化ができる。
【００４４】
図４ｂは、流路壁２とベローズ６ｅまでの距離Ｌを２０ｍｍとした場合を示す。７０Ｈｚに関しては、可動壁４の重さを２．４５ｇとすればよい。１０Ｈｚの場合、可動壁４の重さが１２０ｇとなり実現が困難である。そこで、ベローズ６のバネ定数を１／２０とすれば、可動壁４の重さも６ｇとなり、実現可能となる。図４ｂでは、窪みＣ部の周囲壁面が可動壁収容部７で形成される。
【００４５】
この装置の設置場所としては、少なくとも計測部の上流と下流に、それぞれ１ヶずつ設ける。設置部分の径は、１０φであるので、複数組設けることも可能である。
【００４６】
この実施例は、前述のように、振動エネルギーを流体の壁との摩擦により、熱エネルギーに変換され吸収されるものであるから、流体が共振する部分の壁面、例えば、可動壁４および可動壁収容部７を粗くすることで、摩擦係数が増大して吸収効率を高めることができる。さらに、図４ｃでは、摩擦係数の増大を図る他の実施例を示し、流体振動空間部１３に可動壁収容部７の壁面に平行に邪魔板１４を複数設けている。これにより、流体と接触して摩擦熱を発生して、脈動の吸収効率をさらに向上させることができる。なお、流体振動空間部１３に同心円状に邪魔板を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明流量計の要部の断面図。
【図２】図１の他の実施例を示す断面図。
【図３】本発明に係る脈動吸収の説明図。
【図４】本発明に係る脈動吸収の一例を示す断面図。
【図５】本発明の流量計の断面図。
【符号の説明】
１  圧力変動吸収装置
２  流路壁
３  開口部
４，４ａ，４ｂ  可動壁
５  流路管内圧力変動吸収部
６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ  ベローズ
７  可動壁収容部
８  開口部（大気開口部）
９  大気圧変動吸収部
１０  弾性膜
１１  圧力調整口
１２  圧力調整口
１３  流体振動空間部
１４  邪魔板
【図１】
2004361168.tif 000003
【図２】
2004361168.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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