(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス管（5）へのバイパス（3）内にあり該ガス管（5）を通るガス消費量を測定するためのガスメータ（2）を有するガスメーター構造（1）のための差圧手段（4）であって、
前記差圧手段（4）は、前記ガス管（5）内に設置されるように構成されると共に複数のフローダクト（40）を備え、
前記複数のフローダクト（40）は、特有の直径（D1，・・・，D4）を備え且つ前記差圧手段（4）において径方向で異なる位置（R1，R2，R3）に配置されており、
a）前記差圧手段（4）上において外周に近い径方向位置（R3）のより近くに配設された、より小さな直径（D3,D4）を有する前記複数のフローダクト（40）と比べて、前記差圧手段（4）上において中心に近い径方向位置（R1）のより近くに配設された前記複数のフローダクト（40）はより大きな直径（D1,D2）を有し、
b）前記差圧手段（4）の全長（L）の総直径（D0）に対する比は1より大きな値となるよう選定され、
c）前記フローダクト（40）の入口（41）及び/または出口（42）はカウンタシンク角度（α）を有することを特徴とする差圧手段。
【請求項２】
請求項１による差圧手段（4）において、前記複数のフローダクト（40）は、前記差圧手段（4）の中心軸（A）を起点として径方向位置（R1，R2，R3）の増大につれて単調に減少する直径（D1＞D2＞D3＞D4）を有することを特徴とする差圧手段。
【請求項３】
請求項１または２による差圧手段（4）において、
前記カウンタシンク角度（α）は30°〜90°の範囲、好ましくは45°〜75°の範囲、特に好ましくは55°〜65°の範囲であることを特に特徴とする差圧手段。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つによる差圧手段（4）において、
a）前記差圧手段（4）の全長（L）の総直径（D0）に対する比は1.3より大きく、好ましくは1.5より大きな値となるよう選定され、
且つ/または
b）前記フローダクト（40）は円形断面を有し且つ前記特有な直径（D1，・・・，D4）は前記フローダクト（40）の入口（41）の直径（D1，・・・，D4）であり、
且つ/または
c）前記差圧手段（4）の全長（L）に亘って前記フローダクト（40）は定常流れ断面を持つことを特徴とする差圧手段。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つによる差圧手段（4）において、
a）前記フローダクト（40）は前記差圧手段（4）の断面（Q）にある同心円（7）に等距離に配置され、
且つ/または
b）前記差圧手段（4）の断面（Q）は0.3〜0.8の範囲、好ましくは0.3〜0.6の範囲、特に0.4〜0.5の範囲の開口率を有することを特徴とする差圧手段。
【請求項６】
ガス管（5）へのバイパス（3）内に配置されるガスメーター（2）と、前記ガス管（5）内に配置され且つ特有な直径（D1，・・・，D4）を有する複数のフローダクト（40）を備える差圧手段（4）とを有し、前記フローダクト（40）が前記差圧手段（4）の異なる径方向位置（R1，R2，R3）に配置された、特に私的、公的又は工業的な分野においてガス消費量を測定するためのガスメーター構造（1）であって、
a）前記差圧手段（4）上において外周に近い径方向位置（R3）のより近くに配設された、より小さな直径（D3,D4）を有する前記複数のフローダクト（40）と比べて、前記差圧手段（4）上において中心に近い径方向位置（R1）のより近くに配設された前記複数のフローダクト（40）はより大きな直径（D1,D2）を有し、
b）前記差圧手段（4）の全長（L）の総直径（D0）に対する比は1より大きな値となるよう選定され、
c）前記フローダクト（40）の入口（41）及び/または出口（42）はカウンタシンク角度（α）を有し、
前記バイパス（3）の入口（3a）及び出口（3b）は前記ガス管（5）の側壁（5a）に配置されることを特徴とするガスメーター構造。
【請求項７】
請求項６に記載のガスメーター構造（1）において、
前記バイパス（3）の直線長さ（L'）は前記差圧手段（4）の全長（L）に等しくまたはより大きくなるように選定され、且つ前記差圧手段（4）はガス管（5）内で前記バイパス（3）の前記入口（3a）と前記出口（3b）との間に配置されることを特徴とするガスメーター構造。
【請求項８】
請求項７によるガスメーター構造（1）において、前記フローダクト（40）は前記差圧手段（4）の中心軸（A）を起点とした径方向位置（R1，R2，R3）の増大につれて単調に減少する直径（D1＞D2＞D3＞D4）を有することを特徴とするガスメーター構造。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか一つによるガスメーター構造（1）において、前記差圧手段（4）が請求項３〜５のいずれかに基づき実施されることを特徴とするガスメーター構造。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか一つによるガスメーター構造（1）において、
a）前記ガスメーター（2）は熱流量センサー特にCMOS流速計を有し、電熱線と少なくとも一つの温度センサーが上流及び/または下流に配置されており、
且つ/または
b）前記ガスメーター（2）は前記ガス消費量を標準条件下での体積の単位(l/min)及び/またはエネルギーの単位(KW/h)に換算する手段を有することを特徴とするガスメーター構造。
【請求項１１】
ガス管（5）へのバイパス（3）内に配置されるガスメーター（2）と、前記ガス管（5）内に配置され且つ特有な直径（D1，・・・，D4）を有する複数のフローダクト（40）を備える差圧手段（4）とを有し、前記フローダクト（40）が前記差圧手段（4）の異なる径方向位置（R1，R2，R3）に配置された、特に私的、公的又は工業的な分野においてガス消費量を測定するためのガスメーター構造（1）であって、
a）前記差圧手段（4）上において外周に近い径方向位置（R3）のより近くに配設された、より小さな直径（D3,D4）を有する前記複数のフローダクト（40）と比べて、前記差圧手段（4）上において中心に近い径方向位置（R1）のより近くに配設された前記複数のフローダクト（40）はより大きな直径（D1,D2）を有し、
b）前記バイパス（3）の入口（3a）及び出口（3b）は前記ガス管（5）の側壁（5a）に配置され、
c）前記バイパス（3）の直線長さは、前記差圧手段（4）の全長に等しくまたはより大きくなるように選定され、且つ前記差圧手段（4）はガス管（5）内で前記バイパス（3）の 前記入口（3a）と前記出口（3b）との間に配置され、且つ前記ガスメーター（2）はCMOS流速計であることを特徴とするガスメーター構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量センサー特に熱流量センサーを用いてガス消費量を測定する分野に関するものである。独立請求項の前段部分の差圧手段及びガス消費量を測定するガスメーター構造に端を発している。
【背景技術】
【０００２】
WO 01／96819 A1にはエネルギー測定装置として校正されたガスメーターが開示されている。校正は、校正ガスの流量率に依拠して定められ且つセンサー検量線の形式でガスメーターに保存されているセンサー信号値に基づいている。センサー検量線または各々のセンサー信号値に信号換算係数及び主成分ガス混合物の発熱量係数を乗じることにより、得られた結果がエネルギー単位でガス消費量を示すようになる。このエネルギー校正においては、追加の補正係数によって、少なくとも消費されたガス混合物の実際のおよその発熱量を考慮に入れることができる。実際の発熱量として、ある特定な期間において測定され且つ平均された発熱量を用いればよい。
【０００３】
アメリカ特許No.5,750,892には流量測定のための構造が開示されている。この構造は、主流には細長い薄層のフロー素子が設けられており、バイパス内にあるフローセンサと多数のフローダクトとを有しており、バイパスとの連結部はフロー素子の直線範囲内で延びている。従って、フロー素子またはバイパスによって体積流量率の関数としての圧力降下を大部分リニアに保つことができるが、これは、バイパスの入口と流出領域とにおける乱流要素及び非定常流れ断面の結果としての非リニアの要素が最小限に抑えられたからである。
【０００４】
【特許文献１】国際公開  01／96819 A1
【特許文献２】アメリカ特許  No.5,750,892
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的はガスメーター構造のための差圧手段及び差圧手段を有するガスメーター構造を提示することであり、前記差圧手段と前記ガスメーター構造は改良された測定範囲により特徴付けられる。この目的は本発明に係る前記独立請求項の特徴により実現された。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの特徴によれば、本発明はガスメーター構造のための差圧手段に関するものである。ガス管を通るガス消費量を測定する前記ガスメーター構造は前記ガス管のバイパス内に配置されるガスメーターを備え、前記差圧手段は前記ガス管内に取り付けられるように設計されかつ特有な直径を有する複数のフローダクトを有し、これらのフローダクトは前記差圧手段の異なる径方向位置に設けられ、前記差圧手段上において外周に近い径方向位置のより近くに配設された、より小さな直径を有する前記複数のフローダクトと比べて、前記差圧手段上において中心に近い径方向位置のより近くに配設された前記複数のフローダクトはより大きな直径を有する。前記差圧手段の全長の総直径に対する比は1より大きな値となるよう選定され、前記フローダクトの入口及び/または出口はカウンタシンク角度を有する。
前記差圧手段の外周部においてフローダクトの直径が減少していることにより、この範囲でガス管から分岐するバイパスにとって、圧力の有利な増加とそれ故にガス管の中が低流量率の場合バイパスにおける測定効果の増大が達成できる。このような差圧手段は、少ない体積流量に対して改良された測定感度と拡大された測定範囲とを保証でき、特に層流のための構造に適している。
本発明の他の特徴によれば、本発明はガスメーター構造に関するものである。ガス管へのバイパス内に配置されるガスメーターと、前記ガス管内に配置され且つ特有な直径を有する複数のフローダクトを備える差圧手段とを有し、前記フローダクトが前記差圧手段の異なる径方向位置に配置された、特に私的、公的又は工業的な分野においてガス消費量を測定するためのガスメーター構造において、a）前記差圧手段上において外周に近い径方向位置のより近くに配設された、より小さな直径を有する前記複数のフローダクトと比べて、前記差圧手段上において中心に近い径方向位置のより近くに配設された前記複数のフローダクトはより大きな直径を有し、b）前記差圧手段の全長の総直径に対する比は1より大きな値となるよう選定され、c）前記フローダクトの入口及び/または出口はカウンタシンク角度を有し、また前記バイパスの入口及び出口は前記ガス管の側壁に配置される。
本発明の更なる特徴によれば、本発明はガスメーター構造に関するものである。ガス管へのバイパス内に配置されるガスメーターと、前記ガス管内に配置され且つ特有な直径を有する複数のフローダクトを備える差圧手段とを有し、前記フローダクトが前記差圧手段の異なる径方向位置に配置された、特に私的、公的又は工業的な分野においてガス消費量を測定するためのガスメーター構造において、a）前記差圧手段上において外周に近い径方向位置のより近くに配設された、より小さな直径を有する前記複数のフローダクトと比べて、前記差圧手段上において中心に近い径方向位置のより近くに配設された前記複数のフローダクトはより大きな直径を有し、b）前記バイパスの入口及び出口は前記ガス管の側壁に配置され、c）前記バイパスの直線長さは、前記差圧手段の全長に等しくまたはより大きくなるように選定され、且つ前記差圧手段はガス管内で前記バイパスの前記入口と前記出口との間に配置され、且つ前記ガスメーターはCMOS流速計である。
【発明の効果】
【０００７】
一つの実施例において、フローダクトは径方向位置が差圧手段の中心軸からの増大につれて単調に減少する直径を有する。従って、層流測定範囲の特に有利なリニア化と拡大とが達成される。
【０００８】
他の実施例において、フローダクトの入口及び/または出口にカウンタシンク角度（Ansenkwinkel）を有しており、このカウンタシンク角度は特に30°〜90°の範囲であり、好ましくは45°〜75°の範囲であり、特に好ましくは55°〜65°の範囲である。これにより、高い流量率において減少された差圧を引き起こし、その結果高い流速における乱流の比率が低減される。
【０００９】
請求項４と５に基づく実施例によって、メインパイプ内の層流領域と、それ故にメインパイプ内及びバイパス内の体積流量の間の直線性と、リニア測定できる範囲とがさらに改良される。
【００１０】
本発明の更なる特徴によれば、本発明はガス消費量を測定するガスメーター構造に関するものである。このガスメーター構造は、特に私的、公的または工業的分野で利用され、ガス管のバイパスに配置されるガスメーターと前記ガス管に配置されかつ特有な直径を有する複数のフローダクトを有する差圧手段とを備えている。このフローダクトは差圧手段の異なる径方向位置に設けられ、a）前記差圧手段上において外周に近い径方向位置のより近くに配設された、より小さな直径を有する前記複数のフローダクトと比べて、前記差圧手段上において中心に近い径方向位置のより近くに配設された前記複数のフローダクトはより大きな直径を有し、b）前記差圧手段の全長の総直径に対する比は1より大きな値となるよう選定され、c）前記フローダクトの入口及び/または出口はカウンタシンク角度を有し、前記バイパスの入口及び出口は前記ガス管の側壁に配置される。
また、本発明の更なる特徴によれば、本発明はガス消費量を測定するガスメーター構造に関するものである。このガスメーター構造は、特に私的、公的または工業的分野で利用され、ガス管のバイパスに配置されるガスメーターと前記ガス管に配置されかつ特有な直径を有する複数のフローダクトを有する差圧手段とを備えている。このフローダクトは差圧手段の異なる径方向位置に設けられ、a）前記差圧手段上において外周に近い径方向位置のより近くに配設された、より小さな直径を有する前記複数のフローダクトと比べて、前記差圧手段上において中心に近い径方向位置のより近くに配設された前記複数のフローダクトはより大きな直径を有し、b）前記バイパスの入口及び出口は前記ガス管の側壁に配置され、c）前記バイパスの直線長さは、前記差圧手段の全長に等しくまたはより大きくなるように選定され、且つ前記差圧手段はガス管内で前記バイパスの前記入口と前記出口との間に配置され、且つ前記ガスメーターはCMOS流速計である。
これらのガスメーター構造によれば、バイパスの分岐すなわち入口及び出口ダクトをガスメインパイプの断面上にランダムに配置しても、上記の利点は達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のさらなる実施例、利点と応用は従属請求項および下記の説明と図から現れる。図面において、同じ部分については同じ符号が付けられている。
【００１２】
図１は測定流路またはバイパス3に配置されるガスメーター２とメインパイプ５内に配置される差圧手段４とを有するガスメーター構造１を示している。典型的には、前記ガスメーター２は流れるガスの標準条件下での体積またはエネルギー値を測定する熱流量センサー（図示せず）を有する。ここに例として前記バイパス３は、有利には前記ガス管５の側壁5aに配置され、また分岐領域において側壁5aに入口3aと出口3bとを有する。ここに前記バイパス３が実質的に前記ガス管５と平行に伸びている。図示されていないが、バイパス３の他の配置や分岐、形状も可能である。メインガス流6aは前記ガス管５の中を流れ、その中から小バイパスガス流6bが分岐される。分岐比、すなわち体積流量率の比率6b対6aは、概ね、前記差圧手段４により予め定められる。
【００１３】
図２は本来知られた種々の差圧手段４、すなわち、薄壁のハニカム構造4a、管束4b、またはベンチュリ計4cについての体積流量または体積流量率dV/dtの関数としての相対圧力降下ΔPrelの比較を示している。前記ハニカム構造4aは、メイン体積流量6aの関数として非常に直線的な圧力上昇を示している。不利な点としては、得られる最大差圧が小さく、バイパス３内に十分な流量6bを発生させることができない。前記ベンチュリ計4cは一般に層流挙動の範囲が小さ過ぎることを示し、そしてその結果直線的な圧力上昇及び体積流量率6b対6aの直線的分岐比を示している。前記管束差圧手段4bは複数のフローダクト40を有し、該フローダクト40は通常円形であり、前記メインパイプ５に沿って伸びかつ互いに平行に配置されている。従来の管束差圧手段4bも上記の不利益を被る。図２から明確であるように、直線性はベンチュリ計4cの場合より明らかによいが、小さい体積流量6aに対しては圧力降下ΔPrelが低すぎる。
【００１４】
図3a,3bは本発明による管束差圧手段4bの一つの実施例を示している。前記フローダクト40は、異なる径方向位置R1、R2、R3にまたは一般にnを整数の指数としてR1、...Rnに、前記差圧手段４に配置される。フローダクト40は、特有な直径D1... 、D4、または一般にmを整数の指数としてD1、...、Dmを有しており、特に円形断面を有する直径D1、... 、D4または一般にD1、... 、Dmを有している。有利には、mは２と６の間、または３と５の間、またはm=４である。
【００１５】
本発明によれば、中心に近い径方向位置R1のより近くに差圧手段４に配置されたそれらのフローダクト40はより大きい直径D1、D2を有し、外周に近い径方向位置R3のより近くに差圧手段４に配置されたそれらのフローダクト40はより小さい直径D3、D4を有する。有利には、前記フローダクト40の直径D1>D2>D3>D4または一般にD1>...>Dmは、差圧手段４またはそれぞれのガス管５の中心軸Aを始点として径方向座標R1<R2<R3または一般にR1<...<Rnの増大につれて、連続的に減少する。通常、前記バイパスの分岐3a、3b、すなわち入口と出口3a、3bはメインパイプ５上でランダムな径方向位置Rに配置されれば、本発明により、その径方向位置R1...Rnが前記バイパス３の入口3aにより近くに位置するフローダクト40はより小さい直径D1、... 、Dmを有し、その径方向位置R1、... 、Rnがバイパス３の入口3aからより離れた位置に位置するフローダクト40はより大きい直径D1、... 、Dmを有する。
【００１６】
図４はD1=D2=D3=D4(8b)である従来の管束差圧手段と本発明によるD1≧D2＞D3≧D4(8a)である管束差圧手段との相対的な差圧パターンの比較を示している。本発明によれば、穴直径D1、...、D4の変化すなわち中心に近い流入口D1、D2の拡大及び/または中心から離れ且つ外周にある流入口D3、D4の減少により、小さい体積流量率6aについて相対差圧ΔPrelが増加したことが認められ、この結果、測定範囲全体が広範囲で直線化される。本発明によるこの有利な効果の理由としては、層流6aが存在する場合、バイパス３に近い穴の穴直径D3、D4は、前記差圧手段４または前記ガス管５の中心Zに近い穴の穴直径D1、D2と比べて、総圧力降下ΔPに対してより強い影響力を持っている事実である。実験で得られた前記差圧手段４の最大の総圧力降下ΔP＝P1-P2は2mbarであった。測定上限の制限なしで体積流量率比6b対6aである分岐比の広い直線性及び層流が広い範囲で完全に実現できた。
【００１７】
図３によれば、有利には、前記フローダクト40の入口41及び/または出口42は、30°〜90°の間、好ましくは45°〜75°の間、特に好ましくは55°〜65°の間のカウンタシンク角度αを有する。この構造は高い流量率dV/dtにおいて差圧減少させ、それ故に大流量6aに対して測定範囲における直線化に寄与する。カウンタシンクは、すなわち、高い流量率dV/dt(遷移範囲)において現れる部分的な乱流状態を抑えた。差圧ΔPは、流動の乱流要素用の差圧手段４によって流量率または体積流量率dV/dtまたは6aの二乗に比例して上昇するため、高い体積流量率6aにおいて減少された差圧ΔPまたはΔPrelが生じる。カウンタシンク穴41及び/または42によって、高い流量率において高いレイノルズ数を持つ乱流要素の減少も達成された。
【００１８】
有利には、さらに体積流量6aの層流性を改良するため、前記差圧手段４の全長Lの総直径D0に対する比が1より大きい値、好ましくは1.3、特に好ましくは1.5から選択される。それ故に、各フローダクト40における層流のパイプ摩擦の状態が改善され、乱流の相対比率が抑えられる。全長対総直径の因子L/D0が大きいほど、前記ガス管6aを通る体積流量率6aと前記差圧手段４により生じた差圧ΔP＝P1-P2との間の相関関係の直線性がより大きくなる。差圧手段４の圧力は、同様にバイパス３とガスメーター２またはその熱流量センサーとを通る体積流量率6bに比例する。好ましくは、前記フローダクト40が円形断面を有し、且つその特有な直径が前記フローダクト40の入口41の直径D1、...、Dmで定められたD1、...、Dmである。同様に好ましくは、前記差圧手段４の全長Lに亘って前記フローダクト40が定常流れ断面を有する。
【００１９】
図3aと3bによる実施例において、前記複数のフローダクト40は前記差圧手段４の断面Q上にある同心円７上に、等間隔で配置されている。前記差圧手段４の断面Qは0.3〜0.8の範囲の、好ましくは0.3〜0.6の範囲の、特に好ましくは0.4〜0.5の範囲の開口率を有することができる。
【００２０】
本発明の更なる特徴によれば、本発明はガス消費量を測定する特に家庭用ガスメーター構造１に関するものである。該ガスメーター構造１はバイパス３内に配置されるガスメーター２とガス管５内に配置される上述した差圧手段４とを備える。ここでバイパス３の直線的範囲L'は前記差圧手段４の全長Lに等しくまたはより長いものから選定されるべきであり、また前記差圧手段４はガス管５内でバイパス３の入口3aと出口3bの間に配置されるべきである。前記差圧手段４がバイパス開口3a、3bの間の中央に配置されることが好適である。こうすれば前記差圧手段４により定められる差圧ΔP＝P1−P2がバイパス３に確実に勝ることが確保される。本発明による前記差圧手段４の設計によって、すなわち中心軸Aから径方向に沿って前記バイパス３の入口41と出口42のそれぞれに近い前記フローダクト40の直径D1、...、Dmが減少していることによって、前記差圧手段４または前記ガス管５の断面Qを介して流体分析が修正されるので、小さい体積流量率6aにおいて広範囲で厳密に比例する差圧ΔPが前記バイパス３に勝り、バイパス体積流量6bを制御する。
【００２１】
好ましい実施例において、ガスメーター２は熱流量センサー、特にCMOS流速計を有し、電熱線と少なくとも一つの温度センサーが上流及び/または下流に配置されている。特に、ガスメーター２は、標準条件下での体積単位例えばリットル/分(l/min)、及び/またはエネルギー単位例えばキロワット/時間(KW/h)にガス消費量を変換する手段を有することが可能である。これについてはWO 01/96819に詳しく記載されており、その開示された全内容が参照されてこの発明の詳細な説明に組み入れられたものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
図１  ガスメーターの構造の断面での概略図
図２  種々の周知の差圧素子の相対的な圧力パターンの比較
図3a,3b  本発明による管束差圧素子の正面図と断面図
図４  本発明による管束差圧素子と従来の管束差圧素子の相対差圧値測定曲線
【符号の説明】
【００２３】
１    ガスメーター構造
２    熱流量センサーを有するガスメーター、CMOSセンサーチップガスメーター
３    バイパス
3a    バイパス入口
3b    バイパス出口
４    差圧手段
40    フローダクト、小径パイプ
41    入口
42    出口
4a    ハニカム構造
4b    管束
4c    ベンチュリ計
５    フローダクト、パイプ、メインパイプ
5a    メインパイプの側壁
6a    メインパイプにおける体積流量
6b    バイパスにおける体積流量
７    同心円
8a,8b 相対差圧曲線
α    カウンタシンク角度
A     中心軸
D0    総直径
D1,…,D4   パイプ直径
L     差圧手段の長さ
L'    バイパスの直線長さ
P1,P2 差圧手段前の圧力、差圧手段後の圧力
ΔPrel        相対差圧
Q     断面
ｒ    半径
R1,…,R3        径方向位置
U     円周位置
dV/dt 体積流量
Z     差圧手段中心、径方向中心位置
【図１】
0004637088.tif 000002
【図２】
0004637088.tif 000003
【図３ａ】
0004637088.tif 000004
【図３ｂ】
0004637088.tif 000005
【図４】
0004637088.tif 000006