(57)【要約】配管取付けガス流量センサは、流量オリフィスを通るガス流を変化させるべく、移動可能な流量オリフィスと、前記流量オリフィスに隣接する固定流量リストリクタとを備えている。前記流量オリフィスおよび前記流量リストリクタは、前記流量オリフィスが一定増分づつ移動すると、前記流量オリフィスを通る流量が一定の率で変化するように形成されている。前記移動可能な流量オリフィスに固定されたマグネットにより、流量リストリクタの各一定増分の移動に対応して磁束が変化する。磁束センサは、前記磁束の変化に応答して一定率の流量変化に対応する出力を提供する。【選択図】図３
2004526172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口と流出口とを有する流管と、
前記流入口と前記流出口との間において前記流管内に移動可能に取り付けられ、ガス流を受け取るための中央アパチャーを有するダイアフラム部品と、
前記流管内に固定して取り付けられ、前記ダイアフラム部品の前記中央アパチャー内に突出する自由プラグ端部を有するテーパ形状のプラグと、
前記流管内に取り付けられる固定端部と、前記ダイアフラム部品を前記テーパ形状のプラグの一端部に弾性的に接触させることにより中央アパチャー閉鎖位置に一致させるべく前記ダイアフラム部品と接触する移動可能端部とを有するバネと、
移動可能なダイアフラム部品に固定されており、前記流管内で摺動することによりガス流量の変化に応答して磁束変化を提供するマグネットと、
前記マグネットにより提供された前記磁束変化に応答してガス流量の変化を表す出力信号を生成する、前記マグネットに隣接して固定的に取り付けられる磁束センサと
を備え、
前記ダイアフラム部品は、ガス流量の増加に応答して前記中央アパチャー閉鎖位置から離れ、前記自由プラグ端部の方向へ移動し、ガス流量の減少に応答して前記自由プラグ端部から離れ、前記中央アパチャーの閉鎖位置の方向へ移動するように構成されているガス流量センサ。
【請求項２】
前記中央アパチャーは外側に広がり、前記プラグは流れの下流方向へ向かうに従って内側に狭まっていくようにテーパ付けされている請求項１記載のガス流量センサ。
【請求項３】
ガス流量の変化と対応する前記磁束の変化との間に比例関係があるように構成されている請求項２記載のガス流量センサ。
【請求項４】
前記ダイアフラム部品は、前記中央アパチャーを有するダイアフラムベースと、該ダイアフラムベースに取り付けられる内側周縁部と前記流管に取り付けられる外側周縁部とを有する可撓性ダイアフラムとを有する請求項１記載のガス流量センサ。
【請求項５】
前記中央アパチャーが外側に広がり、前記プラグが流れの下流方向に向かうに従って内側に狭まっていくようにテーパ付けされている請求項４記載のガス流量センサ。
【請求項６】
流入口と流出口とを有する流管と、
ガス流を通過可能にする流量オリフィスを有する前記流管内に移動可能に取り付けられる移動可能な流量オリフィス部品と、
前記流量オリフィス部品を通るガス流量を変えるべく、前記流量オリフィス部品に隣接して取り付けられる固定流量リストリクタと、
流量オリフィス部品の一定増分づつの移動に対応して磁束変化を提供する、前記移動可能な流量オリフィス部品に固定されたマグネットと、
前記磁束変化に応答して一定の率の流量変化に対応する出力を提供する磁束センサと
を備え、
前記流量オリフィス部品および流量リストリクタは、前記固定流量リストリクタに対して流量オリフィス部品が一定増分づつ移動すると、前記流量オリフィスを通る流量が一定の率で変化するように形成されるように構成されてなるガス流量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス流量を測定するためのデバイスに関するものであり、さらに詳細には、配管取付けガス流量センサおよびこのようなセンサを利用するシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガス消費者がプロパンタンク供給源からプロパンガスを供給されるプロパンガスシステムにおいては、フロートレベルセンサがプロパンタンク内で使用されてプロパンガスのレベルを監視する。このようなシステムでは、ユーザは、定期的にタンクレベルセンサを見て、必要に応じて、交換用プロパンガスの配送を依頼する。タンク内に取り付けられたこのような燃料レベルセンサにより、タンク内に残っているガスレベルの信頼性ある指標が提供されるが、センサがタンク内に配置されるため、管理が難しく、必要なときに修理するのにも時間がかかる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、プロパンタンク内のガスレベルを感知・表示できるだけではなく、中央ロケーションに信号を送信し、この情報を用いてガス使用率を追跡し、必要に応じて交換燃料の配送予定を組むこともできるプロパンタンクレベル監視システムを実現することが望まれている。特に、タンク内に残っているプロパンガスレベルを導くことができるガス流量を感知する配管取付けガス流量センサの実現が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の原理に従って、ガス流量の変化を表す出力信号を発信すべくガス流量の変化に応じて変化する磁束に応答するホール効果型センサを利用した配管取付けガス流量センサが提供される。
【０００５】
特に、流管と、この流管に移動可能に取り付けられ、ガス流を受け入れるための中央アパチャーを有するダイアフラム部品とを備えるガス流量センサが提供される。流管内にはテーパ形状のプラグが取り付けられており、このプラグの自由端がダイアフラム部品の中央アパチャー内に突出している。バネは、流管内に固定された一方の端部と、ダイアフラム部品をテーパ形状のプラグの一方の端部に弾性的に接触させることにより中央アパチャー閉鎖位置に一致させるべくダイアフラム部品と接触する移動可能な他方の端部とを有している。ガス流量の増加に応答して、ダイアフラム部品は、テーパ形状のプラグに沿って中央アパチャーの閉鎖位置から離れ、プラグの自由端部に向かって移動する。
【０００６】
磁石は、移動可能なダイアフラム部品に固定されており、ガス流量の増加に応答して流管内で摺動し、この移動により磁束が変化する。また、磁束センサは、磁石に隣接して取り付けられており、磁束の変化に応答し、これにより、ガス流量の変化を表す出力信号を生成する。
【０００７】
テーパ形状のプラグは、磁束密度と磁気センサの出力との間に比例関係が得られるように成形されたプラグ外面を有している。したがって、マグネットを有するダイアフラム部品が、ガス流量の増加に応答して、例えば、テーパ形状のプラグ上における流管オリフィスの初期閉鎖位置から、テーパ形状のプラグに対してオリフィス開口位置の方向へ移動すると、磁気センサの出力は、オリフィス閉鎖位置からオリフィス開口位置に至るまで比例関係を保持することになる。これにより、磁気センサの出力は、ガス流量を求めるために公知の方法において利用することができる信号表示出力を供与する。
【０００８】
流量センサは、流管の流入口におけるガス圧を感知する圧力センサと、ガス温度を示す温度センサとを有する。一般ガスサイジング方程式の如き周知のアルゴリズムを、ガス圧値、温度値、磁気センサからの出力信号値、および流量センサの既知の物理的パラメータ値と一緒に用いるとガス流量を求めることができる。したがって、既知の満杯のガスタンクレベルから開始して、このタンクから流出するガス流量を判定することにより、タンク内に残る実際のガスレベルを容易に決定することができる。好都合なことに、タンクの交換燃料の配達スケジュールを組むためにこの情報を利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
新規性があると考えている本発明の特徴は、添付する請求項において詳細に記載されている。本発明は、添付した図面に関連して記載された以下の説明を参照すると最も良く理解される。添付した図面では、一部の図において、同一参照番号は同一要素を示している。
【００１０】
図１は、供給されたプロパンガスを含むタンク12を備えたプロパンガス分配システム10を示している。圧力レギュレータ14は、配管取付け流量センサ18に結合される供給導管16内のガス圧を調整する。流量センサ18からのガス流出力は、流出導管20を介してこのプロパンガスのユーザ21に結合されている。ガス流量センサ18は、ガス流量を表す信号を出力回線22を介して提供すべく通信リンクを備えており、この信号はレポートステーション24に結合される。レポートステーション24は、ガス流量情報を利用してプロパンタンク12内に残っているプロパンのレベルを判定し、必要に応じてタンク12への交換ガスの配送のスケジュールを組むことができる。
【００１１】
図２は、本発明に係る配管取付けガス流量センサ18を概略的に示しており、流管26と、この流管26上に取り付けられた補助ハウジング28とを備えている。移動可能マグネット30は、流管26内に取り付けられており、導管16からのガス流によって作用を受け、よって、ガス流量の変化に応答して磁束密度が変化する。ガス流量の変化に対応する磁束密度の変化を検出すべく、ホール効果センサの如き磁気センサ32が、補助ハウジング28内においてマグネット30に近接して取り付けられる。流入導管16からのガス流の入口での圧力を検出すべく、流管内に圧力センサ34が取り付けられる。ガス温度を検出すべく補助ハウジング28内に温度センサ36が取り付けられる。磁気センサ32、圧力センサ34、および温度センサ36の各出力は、対応する情報をレポートステーション24に供給すべく、出力回線22を介して通信リンク37に結合されている。この情報と一般ガスサイジング方程式の如き公知のアルゴリズムとを利用して、ガス流量を求めることができ、さらに、タンク12に残留しているガスのレベルも容易に求めることができる。
【００１２】
図２の流量センサ18の概略図の詳細が、図３の横断面図に示されている。図３の横断面図において示されているように、流管26は、オリフィスガイド42によって螺合可能に相互に結合される流入管38と流出管40とを備えている。流入管38、流出管40、およびオリフィスガイド42は、すべて、真鍮またはアルミニウムの如き非磁性体金属で形成されている。流量板44は、プラスティック素材で形成され、流入導管16からの流入ガス流を均等に分配すべく一連のフローホール46を有する。流量板には、ネジ切りされたスクリュー49によってテーパ形状のプラグ48が取り付けられている。
【００１３】
移動可能なオリフィス部品50は、テーパ形状のプラグ48を囲む中央開口部51を備えており、この中央開口部51が外側に広がるように、上流側開口部51aは下流側開口部51bよりも小さくなっている。図３で示されるように、テーパ形状のプラグ48と中央開口部51との間の空間が流れ下流方向へ向かうに従って増加していく。
【００１４】
オリフィス部品50には、マグネット部品52が、可撓性ダイアフラム54を用いて取り付けられている。可撓性ダイアフラム54の内側周縁部はオリフィス部品50とマグネット部品52との間に挿入されおり、可撓性ダイアフラム54の外側周縁部は、流出管40とオリフィスガイド42との間に取り付けられている。マグネット部品52は、流出管40内に設けられた空洞56内に摺動可能に取り付けられており、これにより、ガス流量が変化すると、プラグ保持体50とこれに取り付けられたマグネット部品52とが空洞56内で摺動する。スプリング58は、流出管40とオリフィス部品50との間に挟まれており、ガス流量がない場合に、図３に示されるように、オリフィス部品50の上流側開口部51aをプラグ48の一方の端部まで移動するのに十分な弾力性を有している。ガス流量が増加するにつれて、オリフィス部品50とこれに関連するマグネット部品52とは、閉鎖位置から離れ、最終的には、プラグ48に対してある位置にまで移動する。この位置は最大ガス流量位置に相当する。
【００１５】
テーパ形状のプラグ48と外側に広がる中央アパチャーとは、流量オリフィスの変化（即ちテーパ形状のプラグ48と中央開口部51の間の空間）と流量変化との間に正比例関係を実現するように成形されている。換言すれば、図３で示されるように流量オリフィスが閉じている状態から、最大ガス流量位置に相当する流量オリフィスが完全に開かれた状態に進む場合には、プラグ48の形状と中央開口部51の形状とにより、マグネット52の移動により生じる磁束密度の変化と磁気センサ32からの出力との間に比例関係がもたらされる。したがって、プラグ48と中央開口部51とは、同率流量オリフィスを実現する「同率プラグ」と名付けることができる。即ち、オリフィス部品50が、毎回、一定の増分だけ変化する場合には、流量オリフィスを通る流量には一定率の変化だけがもたらされる。したがって、磁束密度と流量オリフィスを通る流量の変化に応答する磁気センサ32の出力との間に比例関係が存在することになる。
【００１６】
本発明にかかる実施例に従って組み立てられたプロトタイプにおいては、中央アパチャーは約10度の角度で外側に広がるように形成され、テーパ形状のプラグは約6度の角度で内側に狭まるように形成された。
【００１７】
流入管38の取付けポート60を利用することにより圧力センサ34を取り付けることができる。磁気センサ32の出力の他に圧力センサ34および温度センサ36からの情報も利用することにより、当該産業分野における周知のアルゴリズムを利用してガス流量を決定することができる。ガス流量が一旦決定されると、プロパンタンク12内に残っているガスの容量は簡単に決定することができ、要求に従って、どのような交換燃料のどのような配送でもスケジュールを組むことができる。
【００１８】
以上の詳細な説明は、理解を鮮明にするためにのみ与えられたものであり、当業者にとり修正等が明白であり、したがって、以上の説明から不必要な限定を想起すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明にかかる配管取付け流量センサを組み込むプロパンガスタンク分配システムの概略ダイアグラム図である。
【図２】配管取付け流管を有する、本発明にかかる配管取付け流量センサを例示する概略ダイアグラム図である。
【図３】本発明にかかるガス流量センサを例示する横断面図である。
【図１】
2004526172.tif 000003
【図２】
2004526172.tif 000004
【図３】
2004526172.tif 000005
【国際公開パンフレット】
2004526172.tif 000006
2004526172.tif 000007
2004526172.tif 000008
2004526172.tif 000009
2004526172.tif 000010
2004526172.tif 000011
2004526172.tif 000012
2004526172.tif 000013
2004526172.tif 000014
2004526172.tif 000015
2004526172.tif 000016
2004526172.tif 000017
2004526172.tif 000018
【国際調査報告】
2004526172.tif 000019
2004526172.tif 000020