(57)【要約】【課題】曲がり部とそれに連なる直管部とで構成された曲がり管を用いた質量流量計において、遠心力による曲がり部での管路断面内での２次流れの影響を受けない質量流量計を提供することを目的とする。【解決手段】曲がり部とそれに連なる直管部とで構成された曲がり管を用い、曲がり部の外周の管壁に遠心力検出用の歪ゲージと、直管部の管壁に静圧・温度補償用の歪ゲージを取り付け、その出力差から流量を計測する質量流量計であって、少なくとも曲がり部の管路断面の形状が、曲がり管の曲がり部の曲率半径方向に対して垂直方向が長い管路断面形状を持つことを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲がり部とそれに連なる直管部とで構成された曲がり管を用い、曲がり部の外周の管壁に遠心力検出用の歪ゲージと、直管部の管壁に静圧・温度補償用の歪ゲージを取り付け、その出力差から流量を計測する質量流量計であって、
少なくとも曲がり部の管路断面の形状が、曲がり管の曲がり部の曲率半径方向に対して垂直方向が長い管路断面形状を持つことを特徴とする質量流量計。
【請求項２】
前記直管部は、管路断面の形状が円形であることを特徴とする請求項１記載の質量流量計。
【請求項３】
前記曲がり管の曲がり部の曲率半径方向に対して垂直方向が長い管路断面形状が、楕円形、長方形、４隅にＲを付けた長方形、または、短辺を半円に置き換えた長方形であることを特徴とする請求項１又は２記載の質量流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量流量計に関し、特に、小型・軽量な流量計での流量計測が必要な分野、例えば、人工心臓などの医療用流量計や、石油、石油化学、化学などのプラントの配管を流れる流体の流量計測や、ガス、ビンの洗浄水、ウェハや基板の洗浄液、薬剤などの流量計測に好適な質量流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
病院外使用の体内埋め込み人工心臓では、病態管理のため流量表示が必要であるが、埋め込みできる小型の流量計が存在していない。産業用の流量計としては、渦流量計、抵抗流量計、フロート式流量計など様々な式はあるが、超軽量でシンプルな計測方式の流量計が求められている。
本発明者等は、先に、超軽量でシンプルな計測方式の質量流量計として、遠心力が発生する曲がり管を用い、曲がり部に遠心力検出用の歪ゲージと、直管部に静圧・温度補償用の歪ゲージを取り付け、その出力差から流量を計測する質量流量計を開発し、出願をしている（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２１８７７５号公報（特願２００６−０４０６７５）
【特許文献２】特開２００９−１５０６７１号公報（特願２００７−３２６７６１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者等が、先に提案してきた曲がり管を用いた質量流量計（特許文献１、２参照）では、計測方法はシンプルで小型化が可能だが、管路断面形状が円形の曲がり管を用いていたため、遠心力が発生する曲がり部では管路断面内で２次流れが生じ、しかも２次流れの影響により低流量と高流量で管路断面の流れのパターンが異なっているため、低流量と高流量で異なる校正式を事前に計測し、使用しなくては２次流れの影響を考慮した正確な流量計測結果を得ることができず、複雑な校正作業が必要となることがわかった。
図１は、本発明者等が先に出願した特許文献１、２の従来の曲がり管を用いた質量流量計であり、図示のごとく曲がり管は曲がり部とそれに連なる直管部とで構成され、曲がり管の管路断面の形状は曲がり部も直管部も円形である。図３は、図１で示した曲がり管の管路断面の形状が円形の質量流量計における、曲がり部における管路断面の２次流れを示した図であり、左側の図が低流量の場合の２次流れ、右側の図が高流量の場合の２次流れを示している。低流量では渦の中心が管路上面と下面に近い位置であるが、高流量では流れのパターンが変わり渦中心が管路中央に近い位置に移動している。正確な流量を得るためにはこの２次流れによる影響を事前に計測し校正式を求める必要があるが、図３に示すとおり高流量と低流量では２次流れのパターンが異なっており、複雑な校正式を求めなければならない。
また、曲がり管の歪ゲージ式センサ取付部の形状が半円の曲面となっているため、計測精度を向上させるための薄肉加工が困難であった。
本発明が解決しようとする課題は、２次流れによる流れのパターンの変化の小さい曲がり管を用いた質量流量計を提供するとともに、曲がり管の歪ゲージ式センサ取付部の薄肉加工の容易な質量流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は、曲がり部とそれに連なる直管部とで構成された曲がり管を用い、曲がり部の外周の管壁に遠心力検出用の歪ゲージと、直管部の管壁に静圧・温度補償用の歪ゲージを取り付け、その出力差から流量を計測する質量流量計であって、曲がり部の管路断面の形状が、曲がり管の曲がり部の曲率半径方向に対して垂直方向が長い管路断面形状を用いる。
また、本流量計において、遠心力を計測する曲がり部のみ管路断面の曲率半径方向に対して垂直方向が長い管路断面を用いる。曲率半径方向に対して垂直方向が長い管路断面として、楕円、長方形、４隅にＲを付けた長方形、短辺を半円に置き換えた長方形を用いる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、曲がり管を用いた質量流量計において、従来の円形の断面を持つ曲がり管に比べて、高流量時と低流量時の２次流れが管路両端のみに抑制され、管路断面に生じる渦の位置が変化しない。つまり、２次流れの影響による低流量と高流量で管路断面の流れのパターンに変化が少ないため、質量流量計の校正式を１つの式で簡易に表すことができるようになる。
さらに、歪ゲージ式センサを貼り付ける部分の管路断面が楕円形状や長方形形状とすることで、計測精度を向上させるための薄肉加工が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】管路断面の形状が円形状の曲がり管を用いた従来の質量流量計（特許文献１：特開２００７−２１８７７５号公報参照）を示す図である。
【図２】本発明の管路断面の形状が曲率半径方向に対して垂直方向が長い曲がり管を用いた質量流量計を示す図である。
【図３】図１に示した従来の管路断面の形状が円形状の質量流量計における、曲がり部における２次流れ（左：低流量、右：高流量）を示す図である。
【図４】図２に示した本発明の管路断面の形状が曲率半径方向に対して垂直方向が長い曲がり管を用いた質量流量計における、曲がり部における２次流れ（左：低流量、右：高流量）を示す図である。
【図５】本発明の一実施例を示した図であって、曲がり部のみ管路断面の形状が曲率半径方向に対して垂直方向が長く、直管部は管路断面の形状が円形状の質量流量計である。
【図６】図５に示した本発明の一実施例である質量流量計において、歪ゲージセンサを管路外周から貼り付けるため、管路を薄肉加工したセンサ貼付け部の形状を説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、曲がり部とそれに連なる直管部とで構成される曲がり管を用い、曲がり部に遠心力検出用の歪ゲージと、直管部に静圧・温度補償用の歪ゲージを取り付け、その出力差から流量を計測する質量流量計であって、少なくとも曲がり部の管路断面の形状が、曲がり管の曲がり部の曲率半径方向に対して垂直方向が長い管路断面を持つことを特徴とする質量流量計である。
前記のとおり、図１に示した従来の質量流量計では、管路断面の形状が円形状の曲がり部において、図３に示すような２次流れ（左：低流量、右：高流量）が発生し、低流量では渦の中心が管路上面（図での上面）と下面（図での下面）に近い位置であるが、高流量では流れのパターンが変わり渦中心が管路中央に近い位置に移動している。ここで、矢印の長さは最大流量で正規化した２次流れの大きさを表し、矢印の向きが２次流れの向きを表す。図３に示すように、低流量と高流量のいずれの場合も、歪みゲージ取り付け位置である曲がり部の外周において２次流れが発生しており、２次流れの影響が無視できない。そのため、正確な質量流量を得るためには事前に計測して校正式を求める必要があるが、低流量と高流量では２次流れのパターンが異なるので、２次流れの影響の校正が難しい。
これに対し、図２に示した本発明の質量流量計では、少なくとも曲がり部の管路断面の形状が、曲がり管の曲がり部の曲率半径方向に対して垂直方向が長い管路断面であるため、図４に示すような２次流れとなる。図３の従来の円形の断面を持つ曲がり管に比べて、図４の本発明では、曲がり部での高流量時と低流量時の２次流れが、曲がり部の曲率半径方向に対して垂直方向が長い管路断面の両端（図での上端及び下端）のみに抑制され、流れのパターンの変化が小さく、しかも歪ゲージ取り付け位置である曲がり部の外周での２次流れの影響はほとんどみられないため、質量流量計の校正式を１つの式で簡易に表すことができるようになる。
さらに、曲がり部の外周の歪ゲージ取り付け位置の形状が管路断面で直線又は直線に近く、従来の円管の半円の場合に比べて薄肉加工が容易な形状となる。
【０００９】
なお、図２及び図４では、曲がり部の管路断面の形状は、隅にＲのついた長方形断面で、長方形の長辺が曲がり管の曲がり部の曲率半径方向に対して垂直なものを示したが、管路断面の形状は長方形断面に限定されることなく、楕円形状であっても良く、あるいは図５に示すような長方形の短辺を半円に置き換えたものであっても良い。
また、図２では直管部も曲がり部と同じ管路断面形状としたが、図５及び図６のように直管部の断面形状は円形断面とし、曲がり部のみの管路断面の形状が、曲がり管の曲がり部の曲率半径方向に対して垂直方向が長い管路断面としてもよい。
【実施例】
【００１０】
図５及び図６に本発明の質量流量計の一実施例を示す。本実施例の曲がり管は、曲がり部とそれに連なる直管部とからなり、図示のごとく直管部の管路断面の形状は円形形状であり、曲がり部の管路断面の形状は、長方形の短辺を半円で置き換えた形状であって、長方形の長辺が曲がり管の曲がり部の曲率半径方向に対して垂直となっており、曲がり部と直管部との接続部分では断面形状をなめらかに変化させて断面形状の変化により流れが乱れないようにしてある。
図６は、歪ゲージセンサを管路外周から貼り付けるため、管路を薄肉加工したセンサ貼付け部の形状を説明した図であって、曲がり部の外周に遠心力計測用センサを取り付け、直管部に静圧補償用（温度補償用を兼ねる、以下「静圧・温度補償用」という）センサを取り付ける。曲がり管は流体圧によって大きな弾性変形を生じない程度の硬質の管を用い、曲がり部の外周において遠心力計測用センサを取り付ける部分は、適宜の研削等の薄肉加工を行って薄肉部とし、曲がり管内を流動する流体が、曲がり部で流動方向を変えるときの遠心力によって変形しやすくしておく。同様に、直管部において静圧・温度補償用センサを取り付ける部分も薄肉加工を行って薄肉部としておく。
曲がり部の外周に取り付けた遠心力計測用センサで遠心力と静圧の合計圧力を検出し、直管部に取り付けた静圧・温度補償用センサで静圧及び温度に関連した圧力を検出し、歪センサ計測で慣用されているブリッジ回路などを用いて両者の出力差から質量流量を求めることが出来る（特許文献１、２参照）。
【００１１】
本実施例では、曲がり部の管路断面の形状を、長方形の短辺を半円で置き換えた形状であって、長方形の長辺が曲がり管の曲がり部の曲率半径方向に対して垂直となるものを採用したので、図４で示した管路断面内の２次流れのパターンと同様に、２次流れは長方形の短辺を半円で置き換えた両端のみに抑制されるので、曲がり部外周の遠心力計測用センサの取り付け位置での２次流れの影響はほとんどない。
また、本実施例では、曲がり部外周のセンサ取り付け位置での薄肉加工が、この位置での管壁の形状が従来の円管のものより加工が容易であり、また、曲がり部を曲げ加工で加工したときの影響が、従来の円管の場合より少ないので、薄肉加工が容易である。
【産業上の利用可能性】
【００１２】
本発明の質量流量計は体内埋め込み用の人工心臓の流量計として好適であるが、他の手術用血液ポンプなどの医療用機器の流量計として、あるいは工業用の流量計としても適用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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