(57)【要約】      （修正有）【課題】温度や圧力に影響されずに精度よくガス流量を計測することができる超音波によるガス流量計を提供する。【解決手段】ガスが流通する一定面積を有する流通管２１の上流側と下流側のそれぞれに配置した一対の超音波の発信器２２，２４及び受信器２３，２５を有する計量部１２と、上流側と下流側の発信器２２，２４から発信した超音波をそれぞれ下流側と上流側の対応する受信器２３，２５で受信するまでの時間差を計測してガスの流速を算出しこの算出した流速からガスの通過流量を積算する流量計測部２６と、流量計測部２６で計測した積算流量を表示する表示器２０とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスが流通する一定面積を有する流通管の上流側と下流側のそれぞれに配置した一対の超音波の発信器及び受信器を有する計量部と、前記上流側と下流側の発信器から発信した超音波をそれぞれ下流側と上流側の対応する受信器で受信するまでの時間差を計測してガスの流速を算出しこの算出した流速からガスの通過流量を積算する流量計測部と、該流量計測部で計測した積算流量を表示する表示器とを備えたことを特徴とする超音波によるガス流量計。
【請求項２】
前記計量部の流通管には、上流側にガス流通路の内壁面に臨ませて、一対の発信器及び受信器が設けられ、その上流側から一定の距離だけ離れて、上流側の一対の発信器及び受信器に対して一定の傾斜角度で対向する下流側の内壁面に臨ませて、一対の発信器及び受信器が設けられていることを特徴とする請求項１記載の超音波によるガス流量計。
【請求項３】
前記計量部の流通管は、上流側及び下流側の流通路がそれぞれＬ字型に曲折され、途中が真直ぐに形成された管に形成され、それぞれの曲折された上流側と下流側の互いに対向するガス流通路の内壁面に臨ませて、それぞれ一対の発信器及び受信器が設けられていることを特徴とする請求項１記載の超音波によるガス流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス充填装置等に使用されるガスの流量を測定する超音波によるガス流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境エネルギー問題の要請から、ガソリンや軽油等の自動車燃料の代替エネルギーとして、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）あるいは水素ガス等を使用することが検討されている。このような燃料ガスは、圧縮した高圧ガスとしてガス充填装置により自動車に充填している。このガス充填装置において、ガスの充填量を計測するためのガス流量計が必要となるが、高圧ガスである圧縮天然ガスや水素ガスは、圧力及び温度により体積変化が大きく、容積式の流量計を使用した場合には、気密性の保持が困難になり摺動部分からガスが漏れて正確な計量ができなかった。また、質量流量計を使用した場合には、例えば、質量流量に比例するコリオリ力の信号を検知するため、特に、水素ガスのように軽い気体の場合には、検出信号も小さく、ノイズや振動等の影響を受け易く、精度よく充填量を計測することが困難であった。これに対して、本出願人は、複数の圧力レベルのガスを充填したタンクをロードセル等の重量計測計により計量し、これらタンクからガスの圧力差を利用して充填するガス充填装置を開示している（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１５９５９４公報（第２〜３ページ、第１図）
【発明が解決しようとする課題】
従来のガス充填したタンクの重量を重量計測計により測定するガス充填装置では、圧力差を利用してガス充填を行うため、充填量が増えるに従って自動車等に搭載された被充填タンクの圧力が高くなり、小流量充填となるため十分な計量精度を得ることができないおそれがあった。また、タンク自体の重量に比較して、充填される水素ガスの重量が小さいガスの場合には、精度が出にくい不都合があった。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、温度や圧力に影響されずに精度よくガス流量を計測することができる超音波によるガス流量計を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明にあっては、ガスが流通する一定面積を有する流通管の上流側と下流側のそれぞれに配置した一対の超音波の発信器及び受信器を有する計量部と、前記上流側と下流側の発信器から発信した超音波をそれぞれ下流側と上流側の対応する受信器で受信するまでの時間差を計測してガスの流速を算出しこの算出した流速からガスの通過流量を積算する流量計測部と、該流量計測部で計測した積算流量を表示する表示器とを備えたことを特徴とするものである。超音波を利用してガスの流速を測定しているため、温度や圧力に影響されずに精度よくガス流量を計測することができる。
【０００６】
請求項２に記載の発明にあっては、前記計量部の流通管には、上流側にガス流通路の内壁面に臨ませて、一対の発信器及び受信器が設けられ、その上流側から一定の距離だけ離れて、上流側の一対の発信器及び受信器に対して一定の傾斜角度で対向する下流側の内壁面に臨ませて、一対の発信器及び受信器が設けられていることを特徴とするものである。流通管の対向する内壁面に発信器及び受信器を設けることができる。
【０００７】
請求項３に記載の発明にあっては、前記計量部の流通管は、上流側及び下流側の流通路がそれぞれＬ字型に曲折され、途中が真直ぐに形成された管に形成され、それぞれの曲折された上流側と下流側の互いに対向するガス流通路の内壁面に臨ませて、それぞれ一対の発信器及び受信器が設けられていることを特徴とするものである。超音波の方向とガスの流速方向とを一致させて流量計測を簡単にできる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の一実施形態により具体的に説明する。図１〜図３は本発明第１実施形態の超音波によるガス流量計を説明する図であり、図１はガス充填装置の制御動作を説明するブロック図、図２はガス充填装置の構成を説明する図、図３は超音波によるガス流量計の計量部の断面図である。
【０００９】
本実施形態のガス充填装置１は、例えば、燃料ガスとなる天然ガスや水素ガス等を充填する装置であり、地上に設置された本体ケース１０には、図示しない高圧ガス供給源から配管１１を通して供給される高圧ガスの流量を計量するための計量部１２と、この計量部１２の流出側に接続された高圧ガスの流量を制御する制御弁１３とが収納されている。また、本体ケース１０の側面には、一端部が制御弁１３の流出側に接続され他端部側に充填ノズル１５を有する充填ホース１４が設けられ、また、本体ケース１０の側面に設けられたノズル掛け１６に充填ノズル１５が掛けられるようになっている。ノズル掛け１６の近傍には、充填ノズル１５の掛け外しを検知するノズルスイッチ１７が設けられている。また、本体ケース１０の操作面側には、ガス充填を制御するための操作パネル１８と、ガスの充填量を表示するための表示器２０が設けられ、また、本体ケース１０内には、操作パネル１８からの操作信号及びノズルスイッチ１７の検知信号により制御弁１３の開閉を制御し、計量部１２を動作して通過するガス流量を計測するための信号を受信して流量を積算し、その積算流量を表示器２０に表示する制御を行う制御装置１９が設けられている。
【００１０】
計量部１２は、ガスが流通する一定の内径（Ｄ）を有する流通面積が一定のガスの流通管２１からなり、この流通管２１の上流側には、超音波を内部の下流側に向けて発信する発信器２２と、下流側から送信されてくる超音波を受信する受信器２５とが１対となって設けられ、また下流側には、超音波を内部の上流側に向けて発信する発信器２４と、上流側から送信されてくる超音波を受信する受信器２３とが１対となって設けられている。すなわち、流通管２１の上流側には、ガス流通路の内壁面に臨ませて、一対の発信器２２及び受信器２５が設けられ、その上流側から一定の距離（Ｌ）だけ離れて、上流側の一対の発信器２２及び受信器２５に対して一定の傾斜角度（θ）で対向する下流側の内壁面に臨ませて、一対の発信器２４及び受信器２３が設けられている。上流側の発信器２２から発信された超音波を下流側の受信器２３が受信し、下流側の発信器２４から発信された超音波を上流側の受信器２５が受信するようになっている。この流通管２１には、上流側から下流側へ所定の温度と圧力のガスが所定の流通速度（Ｖ）で流通するようになっている。
【００１１】
制御装置１９は、操作パネル１８からの充填開始等の操作信号及びノズルスイッチ１７の検知信号に基づいて制御弁１３を制御する信号を生成するとともに、計量開始信号を生成する弁制御部２７と、計量部１２の発信器２２，２４を制御して超音波を発信させ、積算したガス流量を算出し、そのガス流量を表示器２０へ表示させる制御を行う流量計測部２６とから構成されている。
【００１２】
流量計測部２６は、発信器制御手段２８と、時間計測手段２９と、流速算出手段３０と、流量算出手段３１とから構成されている。発信器制御手段２８は、弁制御部２７からの計量開始信号に基づいて、計量部１２における上流側の発信器２２及び下流側の発信器２４を動作させて超音波を発信させ、また充填中に一定の時間間隔で超音波を繰り返し発信させる部分である。時間計測手段２９は、上流側の発信器２２から発信された超音波を下流側の受信器２３で受信し、また下流側の発信器２４から発信された超音波を上流側の受信器２５で受信し、それぞれ発信から受信までの時間を測定しその時間差を計測する部分である。この時間計測手段２９では、ガスが流通管２１を上流側から下流側に向けて一定の速度（Ｖ）で流通するときに、上流側の発信器２２から発信された超音波の速度は、傾斜角度（θ）に応じた速度（Ｖ）のガス流通方向の成分が加わり、下流側の受信器２３で受信されるまでの時間（Ｔ１）は短くなり、また下流側の発信器２４から発信された超音波の速度は、傾斜角度（θ）に応じた速度（Ｖ）のガス流通方向の成分が減じられ、下流側の受信器２３で受信されるまでの時間（Ｔ２）は長くなること利用して、その時間差（Ｔ２−Ｔ１）を計測する部分である。この時間差はガスの流速に依存し、流速が大きいほど大きくなり、流速が小さいほど小さくなる。流速算出手段３０は、時間計測手段２９で計測した時間差に基づいてガス流速（Ｖ）を算出する部分である。流量算出手段３１は、流速算出手段３０で算出したガス流速（Ｖ）及び流通管２１の一定の内径（Ｄ）を有する流通面積に基づいて、ガス流量を算出するとともに計測開始からの積算流量を算出する部分である。なお、この流量算出手段３１では、ガスの圧力及び温度に基づいて、例えば、積算流量を０℃で１気圧に換算した値に補正することが好ましい。そのために、計量部１２に圧力計及び温度計を設け、それらの計測値により補正するようにしてもよい。
【００１３】
以上説明したように、本実施形態のガス充填装置１に使用される超音波によるガス流量計では、ガスが流通する一定面積を有する流通管２１の上流側に一対の発信器２２及び受信器２５を設け、その上流側から一定の距離（Ｌ）だけ離れて一定の傾斜角度（θ）で対向する下流側に一対の発信器２４及び受信器２３を配置した計量部１２を設け、流量計測部２６の発信器制御手段２８により、発信器２２，２４から超音波を発信させ、時間計測手段２９により超音波を対応する受信器２３，２５で受信するまでの時間差を算出し、流速算出手段３０によりガスの流速を算出し、流量算出手段３１によりガスの積算流量を算出し、この積算流量を表示器２０に表示するため、容積式の流量計のようなガス漏れの問題がなく、質量流量計のように検出信号が小さくなったり、ノイズや振動等の影響を受けることなく、また小流量充填になってもガス流速を計測することで計量精度を得ることができ、温度や圧力に影響されずに精度よくガス流量を計測することができる。
【００１４】
図４は本発明第２実施形態の超音波によるガス流量計を説明する図であり、計量部の断面図である。なお、第１実施形態に対応する部分及び部材は同一の符号を記す。
【００１５】
この実施形態の超音波によるガス流量計は、計量部３２の流通管３３が上流側及び下流側の流通路がそれぞれＬ字型に曲折され、途中が真直ぐに形成された一定の内径（Ｄ）を有する流通面積が一定の管に形成されている。この流通管３３のそれぞれの曲折された上流側と下流側の互いに対向するガス流通路の内壁面に臨ませて、一対の発信器２２及び受信器２５と、一対の発信器２４及び受信器２３とが一定の距離（Ｌ）だけ離れて設けられている。すなわち、第１実施形態と同等に上流側の発信器２２から発信された超音波を下流側の受信器２３が受信し、下流側の発信器２４から発信された超音波を上流側の受信器２５が受信するようになっている。他の部分の構成は、第１実施形態と同様である。
【００１６】
この本実施形態の超音波によるガス流量計では、第１実施形態と同様に、発信器制御手段２８により、計量部３２の発信器２２，２４から超音波を発信させ、時間計測手段２９により超音波を対応する受信器２３，２５で受信するまでの時間差を算出し、流量算出手段３１によりガスの積算流量を算出し、この積算流量を表示器２０に表示するため、超音波を利用してガス流速を計測することで計量精度を得ることができ、温度や圧力に影響されずに精度よくガス流量を計測することができる。この実施形態では上流側及び下流側の発信器２２，２４と受信器２３，２５との間の超音波の方向とガスの流速方向とが一致するため時間差計測に傾斜角度を考慮する必要がなくなる。
【００１７】
なお、上記実施形態において、計量部１２，３２における流通管２１，３３の形状、流通面積及び長さ等は任意にでき、実施形態に限定されない。また、流通するガスも限定されない。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の超音波によるガス流量計では、ガスが流通する一定面積を有する流通管の上流側と下流側のそれぞれに配置した一対の超音波の発信器及び受信器を有する計量部と、上流側と下流側の発信器から発信した超音波をそれぞれ下流側と上流側の対応する受信器で受信するまでの時間差を計測してガスの流速を算出しこの算出した流速からガスの通過流量を積算する流量計測部と、流量計測部で計測した積算流量を表示する表示器とを備えたことで、超音波を利用してガスの流速を測定し、温度や圧力に影響されずに精度よくガス流量を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１実施形態のガス充填装置の制御動作を説明するブロック図である。
【図２】本発明第１実施形態のガス充填装置の構成を説明する図である。
【図３】本発明第１実施形態の超音波によるガス流量計の計量部の断面図である。
【図４】本発明第２実施形態の超音波によるガス流量計の計量部の断面図である。
【符号の説明】
１  ガス充填装置
１０  本体ケース
１１  配管
１２  計量部
１３  制御弁
１４  充填ホース
１５  充填ノズル
１６  ノズル掛け
１７  ノズルスイッチ
１８  操作パネル
１９  制御装置
２０  表示器
２１  流通管
２２  発信器
２３  受信器
２４  発信器
２５  受信器
２６  流量計測部
２７  弁制御部
２８  発信器制御手段
２９  時間計測手段
３０  流速算出手段
３１  流量算出手段
３２  計量部
３３  流通管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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