(57)【要約】【課題】被計測流体の超音波流量計へ流入した時の流れの影響を極力抑え、流路内の流れの均一化を図ることのできる構造を有する超音波流量計を提供する。【解決手段】被計測流体の流入部２と、計測のための計測部３と、流出部４とを有する超音波流量計１において、被計測流体の流入部２から計測部３への流入位置が、被計測流体の流入部２への流入位置と流路１２の入口位置の双方から水平方向に離れるように、流入部２と計測部３との間に邪魔板５を設ける。【選択図】　　　　　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測流体の流入部と、前記流入部から流れ込む被計測流体を所定の断面形状を有する流路に導いて当該流路に超音波を伝播させて流量を計測する計測部と、計測後の被計測流体の流出部とを有する超音波流量計であって、
前記流入部から前記計測部への流入口を有し、前記流入部と前記計測部との間に、前記流入部における被計測流体の流れ方向に対してほぼ直角方向に設けられる邪魔板を備え、
前記流入口が、前記被計測流体の前記流入部への流入位置と、前記流路の入口位置の双方から、前記邪魔板に沿う方向に離れた位置に設けられている
ことを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
被計測流体の流入部と、前記流入部から流れ込む被計測流体を所定の断面形状を有する流路に導いて当該流路に超音波を伝播させて流量を計測する計測部と、計測後の被計測流体の流出部とを有する超音波流量計であって、
前記流路の断面形状が、扁平な矩形状をしており、
当該断面形状の長手方向が、前記計測部に流入する前記被計測流体の流れの方向に対してほぼ直角になるように、前記流路が設けられる
ことを特徴とする超音波流量計。
【請求項３】
請求項１において、
前記流路の断面形状が、扁平な矩形状をしており、
当該断面形状の長手方向が前記邪魔板に沿う方向になるように、前記流路が設けられる
ことを特徴とする超音波流量計。
【請求項４】
請求項１あるいは請求項３において、
前記流入口が、前記邪魔板に沿う方向に開口し、
更に、当該流入口を開閉する遮断弁を有する
ことを特徴とする超音波流量計。
【請求項５】
外部から被計測流体が流入する流入部と、前記流入部から流れ込む被計測流体の流量を超音波を用いて計測する計測部と、計測後の被計測流体が流れ込み当該被計測流体を外部へ流出させる流出部とを有する超音波流量計であって、
前記被計測流体の流れに沿った断面の形状が、ほぼ左右対称である
ことを特徴とする超音波流量計。
【請求項６】
請求項１乃至請求項３において、
前記被計測流体の流れに沿った断面の形状が、ほぼ左右対称である
ことを特徴とする超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスメータ等の気体流量計や、液体流量計に使用する超音波流量計に関し、特に、計測精度を向上させることのできる構造を有する超音波流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスメータ等の気体流量計や液体流量計に、超音波流量計が適用されている。かかる超音波流量計は、一般的には、流入部、計測部、及び流出部からなる構造を有している。流入部は、ガス等の被計測流体が当該超音波流量計に流入してくる部分であり、上流側の配管と接続されている。当該流入部に流れ込んだ被計測流体は、計測部へ導かれる。
【０００３】
計測部は、実際の流量計測を行う部分であり、一般には、計測室、流管、及び超音波センサ等で構成される。前記流入部から流れ込んだ被計測流体は、計測室でその流入時の流れの影響を消された後に、流管の流路へ流れ込み、かかる流路を進行中に超音波センサにより計測を受ける。超音波センサは、通常、流路の入口側と出口側に一つずつ対向配置され、当該二つのセンサ間を結ぶ線平均流速から演算により流量が求められる。
【０００４】
かかる流量計測においては、その計測精度の向上のために、流路内の被計測流体の流れを極力均一にすべきことが知られており、流路や計測室の形状、あるいは超音波センサの位置等種々の工夫がなされている。
【０００５】
また、流出部は、計測後の被計測流体を元のラインに戻す部分であり、計測部から流れ込んだ被計測流体を、接続されている下流側の配管に流出させる。なお、家庭用のガスメータ等の場合には、安全上等の理由から、流量計内に遮断弁が設けられる場合がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の超音波流量計においては、前述した流路内の均一な流れを作るための工夫が、主に前記計測部におけるものであり、流路内の均一な流れのために超音波流量計の構造全体について考慮されることはあまりなかった。
【０００７】
流路内の均一な流れを作るためには、被計測流体が超音波流量計に流入した時の流れの状態が流路内の流れに影響を与えないようにすることが重要であるが、かかる点についての工夫は、例えば、特開平１１−２２３５４０号に記載されており、計測室内に流れ込んだ被計測流体が１８０度方向を変えた後に、流路に流入するような構造の計測部が開示されている。しかしながら、計測部以前の構造については考慮されておらず、十分に、流入時の流れの影響を除去しているとは言えなかった。
【０００８】
また、超音波流量計内に遮断弁を設ける場合にも、流路内の均一な流れを作るために、その配置位置等を考慮する必要がある。さらに、被計測流体の超音波流量計を通過することによる圧力損失を、極力小さく抑えることが効率的であり、この点からも遮断弁の配置については十分に考慮されるべきである。
【０００９】
さらに、家庭用ガスメータ等の場合には、周囲の家の使用状況によっては、被計測流体が逆流する場合もあり、このような場合にも精度の高い計測が行われることが望まれている。即ち、逆流の場合にも、正しい方向に流れている場合と同一の計測性能を確保できるようにすることが好ましい。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、被計測流体の超音波流量計へ流入した時の流れの影響を極力抑え、流路内の流れの均一化を図ることのできる構造を有する超音波流量計を提供することである。また、遮断弁の設置による超音波流量計内の圧力損失を小さくすることのできる超音波流量計を提供することである。さらに、逆流時を考慮して、流れの方向に関係せずに均一な計測性能を有する超音波流量計を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの側面は、被計測流体の流入部と、計測のための計測部と、流出部とを有する超音波流量計において、被計測流体の流入部から計測部への流入位置が、被計測流体の流入部への流入位置と流路の入口位置の双方から水平方向に離れるように、流入部と計測部との間に邪魔板を設けることである。従って、本発明によれば、外部から当該超音波流量計に流入した被計測流体の流れは、流路に入るまでに、即ち計測されるまでに、１８０度の方向転換を２回行うこととなり、また、邪魔板と流路外壁の２箇所にぶつかることとなるので、流路に入る前に超音波流量計に流入した時の流れの影響を十分に消すことができる。また、被計測流体は、邪魔板及び流路外壁に沿って一定距離流れるので、流れの均一化が図られやすい。従って、流路内の流れの均一性を向上させることができ、計測精度を高めることができる。
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明の別の側面による超音波流量計は、被計測流体の流入部と、前記流入部から流れ込む被計測流体を所定の断面形状を有する流路に導いて当該流路に超音波を伝播させて流量を計測する計測部と、計測後の被計測流体の流出部とを有する超音波流量計であって、前記流入部から前記計測部への流入口を有し、前記流入部と前記計測部との間に、前記流入部における被計測流体の流れ方向に対してほぼ直角方向に設けられる邪魔板を備え、前記流入口が、前記被計測流体の前記流入部への流入位置と、前記流路の入口位置の双方から、前記邪魔板に沿う方向に離れた位置に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
上記の発明において、その好ましい態様においては、前記流路の断面形状が、扁平な矩形状をしており、当該断面形状の長手方向が前記邪魔板に沿う方向になるように、前記流路が設けられる。これにより、更に、流路内の流れの均一性を向上させることができる。
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明の別の側面による超音波流量計は、被計測流体の流入部と、前記流入部から流れ込む被計測流体を所定の断面形状を有する流路に導いて当該流路に超音波を伝播させて流量を計測する計測部と、計測後の被計測流体の流出部とを有する超音波流量計であって、前記流路の断面形状が、扁平な矩形状をしており、当該断面形状の長手方向が、前記計測部に流入する前記被計測流体の流れの方向に対してほぼ直角になるように、前記流路が設けられることを特徴とする。
【００１５】
上記の発明において、別の態様は、前記流入口が、前記邪魔板に沿う方向に開口し、更に、当該流入口を開閉する遮断弁を有することを特徴とする。これにより、流路内の流れの均一性を向上させると共に、超音波流量計内の圧力損失を低減させる効果がある。
【００１６】
上記の発明において、その好ましい態様においては、前記被計測流体の流れに沿った断面の形状が、ほぼ左右対称であることを特徴とする。これにより、流れの方向に関係せずに均一な計測性能を確保できる。
【００１７】
上記の目的を達成するために、本発明の別の側面による超音波流量計は、外部から被計測流体が流入する流入部と、前記流入部から流れ込む被計測流体の流量を超音波を用いて計測する計測部と、計測後の被計測流体が流れ込み当該被計測流体を外部へ流出させる流出部とを有する超音波流量計であって、前記被計測流体の流れに沿った断面の形状が、ほぼ左右対称であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の更なる目的及び、特徴は、以下に説明する発明の実施の形態から明らかになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。なお、図において、同一又は類似のものには同一の参照番号又は参照記号を付して説明する。
【００２０】
図１は、本発明を適用した超音波流量計の実施の形態例に係る全体構成を示す図であり、図１の（ａ）は、縦断正面図であり、（ｂ）は、Ａ−Ａ断面視図である。図２は、図１の（ａ）のＢ−Ｂ断面視図である。図１の（ａ）に示す超音波流量計１が、本実施の形態例に係る超音波流量計であり、図に示すとおり、流入部２、計測部３、及び流出部４等で構成されている。
【００２１】
流入部２は、被計測流体が本超音波流量計１に流入してくる部分であり、その上端で上流側の配管等（図示せず）と接続されている。また、計測部３との間には、後述する邪魔板５が設けられており、この点が本超音波流量計１の一つの特徴である。また、当該邪魔板５には、計測部３への流入口６が設けられるが、当該流入口６を開閉する機能を有する遮断弁７が図に示す位置に配置される。
【００２２】
次に、計測部３は、図１及び図２に示すように、計測室８、流管９、及び超音波センサ１０を有している。計測室８は、被計測流体を前記流入部２から流管９へ導く空間であり、被計測流体の超音波流量計１への流入時の流れの影響を打ち消すためのバッファとしての役割を有する。また、計測室８は、仕切り壁１１によって流入側と流出側に区分されている。
【００２３】
流管９は、詳細は後述するが、ほぼ矩形の断面形状を有する流路１２を被計測流体に提供する部分であり、当該流路１２内において被計測流体の計測が行われる。超音波センサ１０については、図１の（ａ）及び図２に示すように、１組（２つ）のセンサが流路１２の上流側と下流側にそれぞれ対向するように配設される。両超音波センサ１０は、互いに超音波の送受信を行い、計測される、流体の流れ方向と同方向の順方向伝播時間と、流体の流れ方向と逆方向の逆方向伝播時間とから被計測流体の流速が演算され、更にそれに基づいて流量が求められる。
【００２４】
次に、流出部４は、計測部３から流れ込む計測後の被計測流体を、その上端に接続される下流側の配管等（図示せず）に流出する部分である。
【００２５】
超音波流量計１が計測する流体は、図１の（ａ）の矢印（図のイ等）が示すように、流入部２から計測室８を通って流管９の流路１２に流れ込み、この間で計測を受けた後、計測室８を通って流出部４から元の配管等に戻る。
【００２６】
以上説明したような構造を有する本超音波流量計１は、邪魔板５、流管９、遮断弁７等の配置や構造等が有する特徴により、流路１２内の均一な流れを実現し、計測精度の向上を図ろうとするものである。以下、特徴部分の構成と作用について順次説明する。
【００２７】
まず、前述した邪魔板５について説明する。邪魔板５は、図１の（ａ）及び（ｂ）に示されている通り、流入部２と計測部３（計測室８）との間に設けられた、双方の空間を仕切る板であり、その中に円形状の流入口６（図２を参照）を有している。ここで、本超音波流量計１における邪魔板５の特徴は、邪魔板５が、流入部２に流入する被計測流体の流れ（図１の（ａ）のイ）方向に対して、ほぼ直角に設けられていること、及び前記流入口６が、被計測流体の流入部２への流入位置（図１の（ａ）のロ）と流路１２の入口の位置（図１の（ａ）のハ）の双方から、水平方向（邪魔板５に沿う方向）に離れた位置に設けられていることである。後者については、換言すれば、図１の（ａ）において、Ｌ１及びＬ２の距離が所定の値以上になるように、流入部２、流入口６、及び流管９を配置するということである。
【００２８】
このような邪魔板５を設けることによってできる流入部２から流路１２にかけての構造により、図１の（ａ）に示す矢印のように被計測流体が流れ、被計測流体を、超音波流量計１への流入時の流れの影響を十分に打ち消した後に、流路１２に導くことができる。具体的には、まず、被計測流体の流れは、邪魔板５の上面（図１の（ａ）のニ部）と流管９の外壁（図１の（ａ）のホ部）の２箇所において、板状の面に当たることになり、これにより上記の効果が得られる。また、被計測流体の流れは、図１の（ａ）の矢印ヘ及びトに示すように、流路１２に至るまでに２回にわたって１８０度の方向転換をすることになり、このことによっても上記効果が得られる。さらに、上述のように、流入口６が、被計測流体の流入部２への流入位置（図１の（ａ）のロ）と流路１２の入口の位置（図１の（ａ）のハ）の双方から離れた位置に設けられているので、被計測流体は、板状の、邪魔板５の上面（図１の（ａ）のニ部）と流管９の外壁（図１の（ａ）のホ部）に沿って一定距離流れることとなり、これによっても上述の効果が得られる。
【００２９】
次に、遮断弁７について説明する。本超音波流量計１が有する遮断弁７は、その配置位置と方向に特徴があり、具体的には、図１に示すように、前記流入口６の位置に、弁体が水平になるように配置される。言い換えれば、水平方向（邪魔板に沿う方向）に開口した前記流入口６を開閉するように遮断弁７が設けられるということである。
【００３０】
これにより、超音波流量計に遮断弁が必要な場合にも、前述した流入時の流れの影響を打ち消すための構造が確保されるという効果が得られる。図３は、遮断弁７の配置方向を変えた場合との比較を説明するための図である。図３の（ａ）は、本超音波流量計１の場合の構造を、（ｂ）は、遮断弁の配置方向を９０度変えた場合の構造を、それぞれ模式的に表している。
【００３１】
図３の（ａ）に示すように、本超音波流量計１の場合には、流入した被計測流体の流れは、図のＦ１に示すようになり、前述したとおり、流入時の影響が打ち消されながら、均一な流れを形成していく。一方、図３の（ｂ）に示すような遮断弁７´の配置にした場合には、流入部２´から流路１２´までの流れは、図のＦ２のようになり、流れの全体が板状の面にぶつかる回数が減って流入時の影響が十分に打ち消されない。また、この場合には、流れが複雑となって、流路１２´内の均一性に対して好ましくなく、さらに、（ａ）の場合よりも圧力損失が大きくなる可能性が高い。
【００３２】
従って、本超音波流量計１における遮断弁７の配置は、流路１２内の均一な流れに対して効果を有すると共に、圧力損失の低減という意味においても効果を有する。
【００３３】
次に、本超音波流量計１が備える流管９について説明する。流管９は、図１及び図２に示すように、扁平でほぼ矩形の断面形状を有する流路１２を有し、その形状に伴って、流管９の外側の断面形状も扁平でほぼ矩形をしていること、及び前記断面形状の長手方向が水平になるように配置されることを特徴としている。
【００３４】
このように流管９が偏平で水平に置かれていることにより、前記邪魔板５に関して説明した、流入部２から流路１２までの構造が形成され、流管９も、流入時の流れの影響を防ぐと共に流路１２内の均一な流れを作るために寄与している。流管９が、その長手方向を垂直にして配置されている場合には、計測室８に流入した被計測流体の流れがぶつかる面（図１の（ａ）のホ部）の面積が小さく、流入時の流れの影響を防ぐ効果を十分に得られない。また、流管９の外壁がほぼ平面であることにより、流路１２内の流れの均一化に効果を及ぼしている。
【００３５】
また、流管９が水平に置かれていることにより、流路１２の入口（図１の（ａ）のハ部）における被計測流体の流れが均一になり、これにより、さらに流路１２内の流れの均一化を図ることができる。図４は、かかる効果を説明するための図であり、図４の（ａ）は、流管９が水平におかれた場合の状態を、（ｂ）は、垂直に置かれた場合の状態を、それぞれ表している。
【００３６】
図４の（ａ）において、矢印Ｆは、計測室８に流入後、流管９の外壁に沿って流路１２の入口に向かう被計測流体の流れを表しており、複数の矢印ｆは、その流れが流路１２内に入る場合の流れ方を示している。図から明らかなように、流管９を水平に置いた場合には、流路１２の長手方向において同じような流れ方となり、流路１２内の流れの均一化に好ましい状態となる。
【００３７】
一方、図４の（ｂ）の場合には、流路１２の入口に向かう被計測流体の流れ（図の矢印Ｆ）は、流路１２の入口において、矢印ｆ１〜ｆ３で表すような流れ方となり、流路１２の長手方向（垂直方向）で流れに差異が生じる。従って、この場合には、流路１２内においても場所によって流れに差がでやすく、流路１２内の流れの均一化に好ましくない状態となる。
【００３８】
図５は、流管９を水平に置いた場合と垂直に置いた場合の、超音波流量計の器差特性線図である。図において、水平軸が超音波流量計に流れる流量（ｍ３／ｈ）を、垂直軸が超音波流量計の器差（％）を表している。また、図の黒丸が流管９を水平に置いた場合を、白丸が流管９を垂直に置いた場合を示している。図からわかるとおり、流管９を水平に置いた場合の方が、各流量に対して器差（％）が小さく、精度の高い計測が可能であると言える。従って、このことからも、本超音波流量計１で採用している流管９の水平配置が好ましいことがわかる。
【００３９】
なお、本実施の形態例では、計測部３への被計測流体の流れが垂直方向（図１で上下方向）であるため、流管９の配置を水平としているが、計測部３への被計測流体の流れが垂直方向でない場合は、その流れの方向に対して流管９の長手方向を直角にするように配置することにより、同様の効果が得られる。
【００４０】
本超音波流量計１の次の特徴は、超音波流量計１の、被計測流体の流入から流出までの流れに沿った断面形状が、ほぼ左右対称であることである。即ち、図１の（ａ）に示す形状が、ほぼ左右対称になっているということである。このことは、言い換えれば、通常、流入部２から流出部４へ流れる被計測流体が、逆に、流出部４から流入部２の方向へ流れる場合にも、超音波流量計１内においてほぼ同じような流れ方をするということを意味する。
【００４１】
従って、本超音波流量計１では、被計測流体が逆流した場合においても、順方向に流れている場合とほぼ同等の条件で計測が行え、これにより、逆流の場合にも、順方向の場合と同等の計測性能を確保できる。前述したように、家庭用ガスメータ等の場合には、周囲の家の使用状況によっては、被計測流体が逆流する場合もあるが、本超音波流量計１では、このような場合にも精度の高い計測が可能となる。なお、遮断弁７を必要としない場合には、図１の（ａ）に示す場合よりも、さらに対称性を高めることができ、そのようにした構造の方が、流れの方向に関係なく同一の計測性能を確保するという点においては、好ましい。
【００４２】
以上説明したように、本実施の形態例に係る超音波流量計１を用いることにより、その構造的な特徴から、流路１２内の流れの均一化にいる計測精度の向上、圧力損失の低減、及び流れの方向によらない計測性能の確保とういう各効果を得ることができる。
【００４３】
本発明の保護範囲は、上記の実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【００４４】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、外部から当該超音波流量計に流入した被計測流体の流れは、流路に入るまでに、即ち計測されるまでに、１８０度の方向転換を２回行うこととなり、また、邪魔板と流路外壁の２箇所にぶつかることとなるので、流路に入る前に超音波流量計に流入した時の流れの影響を十分に消すことができる。また、被計測流体は、邪魔板及び流路外壁に沿って一定距離流れるので、流れの均一化が図られやすい。従って、流路内の流れの均一性を向上させることができ、計測精度を高めることができる。
【００４５】
また、流路が扁平な形状であり、その長手方向が計測部に流入する被計測流体の流れの方向に対してほぼ直角になるように配置されていることにより、更に、流路内の流れの均一性を向上させることができる。また、遮断弁が水平方向（邪魔板に沿う方向）に開口した流入口を開閉するように設けられることにより、流路内の流れの均一性を向上させると共に、超音波流量計内の圧力損失を低減させることができる。さらに、超音波流量計の被計測流体の流れに沿った断面の形状が、ほぼ左右対称であることにより、流れの方向に関係せずに均一な計測性能を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した超音波流量計の実施の形態例に係る全体構成を示す図である。
【図２】図１の（ａ）のＢ−Ｂ断面視図である。
【図３】遮断弁７の配置方向について説明するための図である。
【図４】流管９の配置方向について説明するための図である。
【図５】流管９を水平に置いた場合と垂直に置いた場合の超音波流量計の器差特性線図である。
【符号の説明】
１　超音波流量計
２　流入部
３　計測部
４　流出部
５　邪魔板
６　流入口
７　遮断弁
８　計測室
９　流管
１０　超音波センサ
１１　仕切り壁
１２　流路
【図１】
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【図２】
2004085210.tif 000004
【図３】
2004085210.tif 000005
【図４】
2004085210.tif 000006
【図５】
2004085210.tif 000007