(57)【要約】【課題】安定した計測結果を得ると共に、計測範囲を拡大することのできる流量計を得る。【解決手段】流体の流量を計測するためのセンサ２４の設置面と、その設置面に対応する対向壁との間に形成される空間をセンサ流路１２１とし、そのセンサ流路１２１におけるセンサ２４が位置する流路部分以外の位置に、センサ２４の設置面と対向壁との間隔寸法ａより大きな寸法ｃを有する流路拡張部１２１ａを設ける。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流量を計測するためのセンサの設置面と当該設置面に対向する対向壁との間に形成される空間をセンサ流路とし、当該センサ流路の前記センサが位置する流路部分以外の位置に、前記センサの設置面と対向壁との間隔寸法より大きな寸法を有する流路拡張部を設けたことを特徴とする流量計。
【請求項２】
センサ流路の上流側に位置する上流側流路から当該センサ流路への流体の流れ方向が屈曲するよう流路が形成されていることを特徴とする請求項１記載の流量計。
【請求項３】
上流側流路は屈曲部を有することを特徴とする請求項２記載の流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流体の流量を計測する流量計に関し、特に、その流路構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、流路内の流体の流れを整流するようにした流量計として、例えば、特許文献１に示されるように、流路部分の両端に入口ポートと出口ポートを設け、かつ、これら入口ポートと出口ポートの流路と直角に流路を設け、この流路と流量センサが位置する流路とが直角となるよう流量計内の流路を形成することにより、小形化を図りながら、計測対象となる流体の再現性のある流速分布を形成し、安定した計測結果が得られるようにしたものがあった。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３８８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の流量計では、上述した流路の形状を有することにより、小形でかつ安定した計測結果が得られるといった効果を有するものである。しかしながら、このような流量計では、更に、流量の計測範囲を拡大化することへの要請が強く、このような点から、小形化への条件を満たしながら更に大きな流量を計測することのできる流量計の実現が要望されていた。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、安定した計測結果を得ると共に、計測範囲を拡大することのできる流量計を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る流量計は、流体の流量を計測するためのセンサの設置面とこの設置面に対向する対向壁との間に形成される空間をセンサ流路とし、センサ流路のセンサが位置する流路部分以外の位置に、センサの設置面と対向壁との間隔寸法より大きな寸法を有する流路拡張部を設けたものである。
【０００７】
この発明に係る流量計は、センサ流路の上流側に位置する上流側流路からセンサ流路への流体の流れ方向が屈曲するよう流路を形成したものである。
【０００８】
この発明に係る流量計は、上流側流路が屈曲部を有するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の流量計は、センサ流路におけるセンサが位置する流路部分以外の位置に、センサの設置面と対向壁との間隔より大きな寸法を有する流路拡張部を設けたので、流量が大きい場合でもセンサは安定した流量検出を行うことができ、流量計としての流量測定範囲を大きくすることができる。また、センサ流路として必要な流路断面積は、流路拡張部によって確保できるため、更に、センサと対向壁との間隔寸法を小さくすることができ、その結果、更にセンサ部分を流れる流体の層流化を図ることができる。従って、安定した流量計測結果を得ることができる。
【００１０】
この発明の流量計は、上流側流路からセンサ流路への流体の流れ方向が屈曲するよう流路を形成したので、センサ流路に流入する流体の再現性のある一定の流速分布を形成することができ、その結果、より安定した流量測定結果を得ることができる。
【００１１】
この発明の流量計は、上流側流路が屈曲部を有するようにしたので、屈曲部の壁部に流体が衝突することで再現性のある一定の流速分布を形成され、安定した流量計測結果を得ることができる。これは、入力ポートから流入する時点で流速分布を持つ流れが、屈曲部の壁部に当たることにより変化し、流路内の流速分布が再編成され、これを繰り返すことにより、入力ポートより手前の流路で形成された流速分布が変わり、屈曲部による流速分布が形成されるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による流量計の断面図であり、図２のＡ−Ａ線断面図を示している。
図２は、この発明の実施の形態１による流量計の流路に対して横方向から見た場合の断面図である。
【００１３】
これらの図において、流量計は、本体１、蓋体２、回路基板３、センサ４、コネクタ５、金属製管体６を備えている。本体１は樹脂で形成されて、回路基板３が一体に接着され、かつ、蓋体２の一端部を回動自在に支持している。回路基板３は、例えばセラミック基板であり、この回路基板３の上面にはコネクタ５や各種機能を持った素子（図示省略）が搭載されており、回路基板３の下面にはコネクタ５に接続されたセンサ４が配設されている。このセンサ４は、例えば、ヒータエレメントを挟むように測温抵抗エレメントが配置されたフローセンサである。
【００１４】
尚、ここでは、説明の都合上、上面や下面とは、図示状態での方向を意味しているが、本発明の流量計の設置方向としては、上方向、下方向といった区別は特に存在しない。
【００１５】
金属製管体６は、本体１に埋め込まれ、入力ポート７、出口ポート８を構成するものであり、また、これらの金属製管体６の内周面には図示しないホースを接続するための雌ねじが形成されている。
【００１６】
本体１には．センサ４によって流量検出を行うための流路が形成されている。この流路は、センサ４が位置する流路部分であるセンサ流路１０１と、センサ流路１０１の上流側および下流側に位置する上流側流路１０２および下流側流路１０３から構成されている。また、センサ流路１０１におけるセンサ４の位置する流路の高さ寸法（センサ４の設置面と対向壁との間隔寸法）ａと、上流側流路１０２および下流側流路１０３の間隔寸法ｂとの関係は、ａ＜ｂとなっている。ここで、高さ寸法ａは、流れる流体が、その流体の粘性により整流される高さ寸法として例えば２ｍｍ以下とされている。
【００１７】
センサ流路１０１は、本体１と回路基板３とで区画される断面矩形で直線状の流路であり、その流れ方向および流れに垂直な方向（幅方向）の中心部にセンサ４が位置するよう構成されている。また、センサ流路１０１は、その幅方向の両端部に流路拡張部１０１ａが形成されている。即ち、センサ流路１０１におけるセンサ４が位置する流路部分（図１中、２００で示す）以外の位置に、センサ４と対向壁との間隔寸法ａより大きな寸法ｃを有する流路拡張部１０１ａが設けられている。この流路拡張部１０１ａは、本体１のセンサ４の位置する部分の流路方向両側に所定深さの溝部が構成され、この溝部と回路基板３とで区画される空間により形成されるものである。このような構成により、流路拡張部１０１ａを含むセンサ流路１０１では、流れ方向に対する断面が下向きコ字状に形成されることになる。
【００１８】
また、流路拡張部１０１ａの寸法ｃは、図２に示すように、流路拡張部１０１ａの下端が入口ポート７や出口ポート８の上端より上側となるような位置とされている。これは、入口ポート７から入った流体が、垂直に立ち上がった上流側流路１０２の壁面に当たってセンサ流路１０１に導かれるような流路を形成することが必要であるからである。尚、流体の流れについては後述する。
【００１９】
上流側流路１０２は、センサ流路１０１に対して垂直に立ち上がる流路であり、下流側流路１０３は、センサ流路１０１に対して垂直に立ち下がる流路である。また、上流側流路１０２は入力ポート７に連通し、かつ、上述したように入口ポート７の流体流れ方向に対して垂直となるよう形成され、また、下流側流路１０３は、出口ポート８に連通し、かつ、出口ポートの流体流れ方向に対して垂直となるよう形成されている。
【００２０】
このように構成された流量計は、測定対象となる流体の流路中に設置され、入口ポート７から流体、例えば空気が上流側流路１０２に流入してセンサ流路１０１に導かれ、更に、下流側流路１０３および出口ポート８を経て流出する。その際、流体は上流側流路１０２で流れの方向が変わる。次いで、深さが浅く流路断面積が縮小されたセンサ流路１０１で層流とされ、センサ４によって、例えば、流体の流れ状態が計測される。その計測値はコネクタ５を介して、図示しないコントローラに送られ、そこで流速値、つまり、流量が演算される。
【００２１】
ここで、センサ４が位置するセンサ流路１０１には、流路拡張部１０１ａが設けられているため、大きい流量であってもセンサ４は安定した流量検出を行うことができ、その結果、流量計としての流量測定範囲を大きくすることができる。
【００２２】
図３は、本発明の流量計と、流路拡張部を有しない従来の流量計の特性を比較して示す図である。
図中の、従来の流量計の特性３０１と本発明の流量計の特性３０２から明らかなように、従来の流量計では、流量に対するセンサ出力が飽和してしまう領域であっても、本発明の流量計では流量に対するセンサ出力の直線性を保っている。これにより、大きな流量であっても精度の高いセンサ出力を得ることができる。
【００２３】
また、この流量計は、上流側流路１０２が入口ポート７の流路に対して垂直に立ち上がるよう形成されているので、入口ポート７から流入する流体は上流側流路１０２の壁面に当たって流れの方向が変わる。従って、流体に異物が混入している場合には、異物は上流側流路１０２の底部に留められる。次いで、流体はセンサ流路１０１に流入することになるが、センサ流路１０１の流路は、上流側流路１０２に対して垂直に形成されているので、上流側流路１０２から流入する流体はセンサ流路１０１の壁面、つまり、回路基板３に当たって流れの方向が変わる。従って、流体に異物が含まれていたとしても、それらの異物は、上流側流路１０２の底部および上流側流路１０２とセンサ流路１０１の会合部（隅部）に留められる。同様にして、流体に含まれている異物は、センサ流路１０１と下流側流路１０３との会合部（隅部）および下流側流路１０３の底部に留められる。
【００２４】
流量計の上流で形成された流速分布を持つ流れが、上流側流路１０２の壁面，センサ流路１０１の壁面に当たることにより変化し、流路内の流速分布が再編成される。その結果、センサ流路１０１に流入する流体の再現性のある一定の流速分布を形成し、安定した流量測定結果を得ることができるものである。
【００２５】
以上のように実施の形態１の流量計によれば、センサ流路１０１におけるセンサ４が位置する流路部分以外の位置に、センサ４の設置面と対向壁との間隔寸法ａより大きな寸法ｃを有する流路拡張部１０１ａを設けたので、流量が大きい場合でもセンサ４は安定した流量検出を行うことができ、流量計としての流量測定範囲を大きくすることができる。
【００２６】
また、流路拡張部１０１ａは、センサ流路１０１の両端に所定寸法となるよう形成されているため、流路拡張部１０１ａによってセンサ流路１０１が幅方向に大きくなってしまうことがなく、従って、流量計として、特に幅方向に制約がある場合でも流量測定範囲を大きくした流量計を実現することができる。
【００２７】
更に、実施の形態１の流量計では、網板による整流機構やバイパス流路を全く用いていないため、ごみの蓄積による流量測定への悪影響を大幅に減少させることができる。例えば、大流量を計測可能とするために、センサが位置する流路とバイパス流路とを設けるバイパス方式が考えられるが、このような方式の場合、ごみの蓄積によってセンサが位置する流路とバイパス流路との分流比が大きく変わってしまうことが考えられる。これに対して、実施の形態１の流量計ではバイパス流路が存在しないため、このような悪影響を避けることができる。
【００２８】
また、センサ流路１０１として必要な流路断面積は、流路拡張部１０１ａによって確保できるため、センサ４の設置面と対向壁との間隔寸法ａを小さくすることができる。その結果、更に、センサ４部分を流れる流体の層流化を図ることができ、より安定した流量計測結果を得ることができる。
【００２９】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２による流量計の断面図であり、図５のＢ−Ｂ線断面図を示している。
図５は、この発明の実施の形態２による流量計の流路に対して横方向から見た場合の断面図である。
これらの図において、流量計は、本体１１、蓋体１２、回路基板１３、センサ１４、リード線１５、パッキン１６，１７を備えている。本体１１および蓋体１２は、それぞれ、例えば、ＰＢＴ樹脂（ポリブチレンテレフタレート）といった樹脂からなり、これら本体１１と蓋体１２とは超音波溶着等で一体に固定されている。回路基板１３は、センサ１４による流量検出を行うための回路を備えた基板であり、その下面側にはセンサ１４が取り付けられ、後述するセンサ流路の壁部の一部を構成するよう取り付けられている。この回路基板１３は、本体１１に対して一体に固定されるよう構成されている。
【００３０】
センサ１４は、例えば、ヒータエレメントを挟むように測温抵抗エレメントが配置されたフローセンサであり、センサ流路内に若干突出するよう設けられている。リード線１５は、センサ１４で検出された流量データを取り出すための信号線である。パッキン１６は回路基板１３と本体１１との間の流体の漏れを防止するためのパッキンであり、パッキン１７は、本体１１とマニホールド１８との間の流体の漏れ防止のためのパッキンである。
【００３１】
本体１１にはセンサ１４によって流量検出を行うための流路が形成されており、この流路は、センサ１４が位置する流路部分であるセンサ流路１１１と、センサ流路１１１の上流側および下流側に位置する上流側流路１１２および下流側流路１１３から構成されている。また、センサ流路１１１のセンサ１４位置における流れ方向に垂直な高さ寸法（センサ１４と対向壁との間隔寸法）ａは、上流側流路１１２および下流側流路１１３の間隔寸法ｂよりも小さく設定されている。
【００３２】
センサ流路１１１は、本体１１と回路基板１３とで区画される断面矩形で直線状の流路であり、その流れ方向および流れに垂直な方向の中心部にセンサ１４が位置するようになっている。また、センサ流路１１１には、実施の形態１の流路拡張部１０１ａと同様に、センサ流路１１１におけるセンサ１４が位置する流路部分（図４中、２０１で示す）以外の位置に、センサ１４の設置面と対向壁との間隔寸法ａより大きな寸法ｃを有する流路拡張部１１１ａが設けられている。そして、上流側流路１１２および下流側流路１１３は、その流路が、センサ流路１１１に対して略直角に屈曲するよう形成されており、これら上流側流路１１２および下流側流路１１３には、更に、マニホールド１８との間に断面コ字状の屈曲部１１２ａ，１１３ａを有している。また、上流側流路１１２および下流側流路１１３は、センサ１４の位置を中心として対称となるよう設けられている。
【００３３】
また、センサ流路１１１のセンサ１４位置における流れ方向に垂直な高さ寸法ａは、上流側流路１１２および下流側流路１１３の間隔寸法ｂよりも小さく設定されている。これは、実施の形態１で説明したように、センサ１４が位置する流路部分の流体の流れに対する垂直な高さ寸法を、流体の粘性により整流される高さ寸法とすることにより、センサ１４付近での流体の流れを整流、かつ、層流化することができるからである。このような形状により、センサ１４による安定した計測結果を得ることができる。
【００３４】
更に、実施の形態２における流路拡張部１１１ａの寸法ｃは、図５に示すように、流路拡張部１１１ａの下端が、屈曲部１１２ａ，１１３ａの上端面１１２ｂ，１１３ｂより上側となるような位置とされている。これは、後述するように、屈曲部１１２ａ（１１３ａ）に流入した流体が、上端面１１２ｂ（１１３ｂ）に当たって方向を変える必要があるからである。
【００３５】
このように構成された流量計は、マニホールド１８の入口ポート１８ａから流体、例えば空気が流入し、これが上流側通路１１２を経てセンサ流路１１１に導かれ、更に下流側通路１１３を経て出口ポート１８ｂから流出される。その際、センサ流路１１１を流れる空気の流量がセンサ１４によって検出され、その検出値はリード線１５を介して図示しないコントローラに送られ、そこで流速値、つまり流量が演算される。
【００３６】
ここで、本実施の形態において、上流側流路１１２では、入口ポート１８ａからの流路が略直角に４回屈曲されている。即ち、入口ポート１８ａから流入した空気は屈曲部１１２ａの壁部に４度当たってその流れ方向が変化する。このように、空気の流れ方向が複数回変化する（複数回壁部に当たる）ことにより、再現性のある一定の流速分布を形成することが実験的に確かめられている。これは次のような理由からであると考えられる。
【００３７】
マニホールド１８の流路内部で形成された流速分布を持つ流れが、屈曲部１１２ａ，１１３ａの壁部に当たることにより変化し、流路内の流速分布が再編成される。そして、これが、屈曲部１１２ａ，１１３ａを構成する各流路で繰り返されることにより、マニホールド１８で形成された流速分布が変わり、屈曲部１１２ａ，１１３ａによる流速分布が形成される。
【００３８】
その結果、センサ流路１１１に流入する流体の再現性のある一定の流速分布を形成し、安定した流量測定結果を得ることができるものである。
【００３９】
また、センサ流路１１１には、流路拡張部１１１ａが設けられているため、実施の形態２の流量計においても、大きい流量を流すことができる。即ち、図３に示したような特性を得ることができ、流量計としての流量測定範囲を大きくすることができる。
【００４０】
以上のように、実施の形態２の流量計によれば、上流側流路１１２が屈曲部１１２ａを有するようにしたので、実施の形態１の流量計の効果に加えて、更に、センサ流路１１１に流入する流体の再現性のある一定の流速分布を形成し、安定した流量測定結果を得ることができる。
【００４１】
実施の形態３．
上記実施の形態１、２では、上流側流路や下流側流路の流体流れ方向と、センサ流路の流体流れ方向とが屈曲する構成に対して、センサ流路に流路拡張部を設けたが、上流側流路や下流側流路とセンサ流路の流体流れ方向が同方向の構成であっても適用が可能であり、これを実施の形態３として以下に説明する。
【００４２】
図６は、この発明の実施の形態による流量計の断面図であり、図７のＣ−Ｃ線断面図を示している。
図７は、この発明の実施の形態３による流量計の流路に対して横方向から見た場合の断面図である。
これらの図において、流量計は、本体２１、蓋体２２、回路基板２３、センサ２４、リード線２５を備え、本体２１内にはセンサ流路１２１に連通する上流側通路２６および下流側流路２７が形成されている。ここで、本体２１や蓋体２２およびセンサ２４が取り付けられた回路基板２３とリード線２５といった基本的な構成は、実施の形態１、２の流量計と同様である。
【００４３】
また、図６に示すように、センサ２４が位置する流路部分であるセンサ流路１２１と流路拡張部１２１ａの構成も実施の形態１、２と同様である。即ち、センサ流路１２１は、本体２１と回路基板２３とで区画される断面矩形で直線状の流路であり、その流れ方向および流れに垂直な方向の中心部にセンサ２４が位置するようになっている。また、センサ流路１２１には、センサ２４が位置する流路部分（図６中、２０２で示す）以外の位置に、センサ２４の設置位置と対向壁との間隔寸法ａより大きな寸法ｃを有する流路拡張部１２１ａが設けられている。また、この流路拡張部１２１ａの流れ方向における形成位置は、上流側流路２６の円錐状部２６ａから下流側流路２７の円錐状部２７ａまで設けられている。
上流側流路２６および下流側流路２７は円筒形状に形成された流路であり、実施の形態１、２とは異なり、その流体流れ方向がセンサ流路１２１の流体流れ方向と同方向となるよう構成されている。
【００４４】
このように構成された流量計は、上流側流路２６から流体、例えば空気が流入し、これがセンサ流路１２１に導かれ、更に下流側通路２７から流出される。その際、センサ流路１２１を流れる空気の流量がセンサ２４によって検出され、その検出値はリード線２５を介して図示しないコントローラに送られ、そこで流速値、つまり流量が演算される。
【００４５】
また、センサ流路１２１には、流路拡張部１２１ａが設けられているため、実施の形態３の流量計においても、大きい流量を流すことができる。即ち、図３に示したような特性を得ることができ、流量計としての流量測定範囲を大きくすることができる。
【００４６】
以上のように、実施の形態３の流量計によれば、センサ流路１２１の、センサ２４が位置する流路部分以外の位置に、センサ２４の設置面と対向壁との間隔寸法ａより大きな寸法ｃを有する流路拡張部１２１ａを設けたので、上記実施の形態１、２と同様に、流量が大きい場合でもセンサ２４は安定した流量検出を行うことができ、流量計としての流量測定範囲を大きくすることができる。
【００４７】
尚、上記実施の形態１〜３において、流路拡張部１０１ａ，１１１ａ，１２１ａは、本体１，１１，２１側に形成したが、回路基板３，１３，２３側に突出するよう形成してもよい。即ち、実施の形態１〜３では、流路拡張部１０１ａ，１１１ａ，１２１ａをセンサ４，１４，２４の位置より下方向に形成したが、上方向に形成してもよい。また、流路拡張部１０１ａ，１１１ａ，１２１ａの形状も、実施の形態１〜３のような断面矩形に限定されるものではなく、センサ流路１０１，１１１，１２１の幅寸法より外側に突出せず、かつ、センサ流路１０１，１１１，１２１におけるセンサ４，１４，２４位置と連通しているものであれば、どのような形状であってもよい。
【００４８】
また、上記実施の形態１〜３では、流路拡張部１０１ａ，１１１ａ，１２１ａをセンサ４，１４，２４の流路部分の両側に形成したが、片側のみであってもよい。
【００４９】
また、実施の形態１〜３では、流量計として種々の用途に適用可能であり、例えば、流体としても空気だけでなく、気体であれば種々のものに適用可能である。
更に、実施の形態１〜３では、流体は上流側流路１０２，１１２，２６から下流側流路１０３，１１３，２７に流れる場合を説明したが、これらの流量計は、センサ４，１４，２４に対してその上流側流路１０２，１１２，２６と下流側流路１０３，１１３，２７が対称に形成されているので、下流側流路１０３，１１３，２７から上流側流路１０２，１１２，２６へ向けて流体を流しても、同様に流量を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明の実施の形態１による流量計の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による流量計を横方向から見た場合の断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１による流量計と従来の流量計の特定を比較して示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２による流量計の断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２による流量計を横方向から見た場合の断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３による流量計の断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３による流量計を横方向から見た場合の断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１，１１，２１  本体
３，１３，２３  回路基板
４，１４，２４  センサ
２６，１０２，１１２  上流側流路
２７，１０３，１１３  下流側流路
１０１，１１１，１２１  センサ流路
１０１ａ，１１１ａ，１２１ａ  流路拡張部
１１２ａ，１１３ａ  屈曲部
【図１】
2007121036.tif 000003
【図２】
2007121036.tif 000004
【図３】
2007121036.tif 000005
【図４】
2007121036.tif 000006
【図５】
2007121036.tif 000007
【図６】
2007121036.tif 000008
【図７】
2007121036.tif 000009