(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端が開口した筒状のケース内に筒状の中央コーンを配置し、該ケースと中央コーン間に筒状の仕切板を配置して、これらの間により複数の流路を重合状態に形成し、ケースの両端開口部にセンサケースリングを嵌合装着し、該両センサケースリングに、上記流路のうちの少なくとも１つの流路の延長線上に位置して一組の超音波発受信センサを対向的に備えたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
両端が開口した筒状のケース内に筒状の中央コーンを配置し、該ケースと中央コーン間に筒状の仕切板を配置して、これらの間により複数の流路を重合状態に形成し、ケースの両端開口部にセンサケースリングを嵌合装着し、該両センサケースリングに、上記流路のうちの少なくとも１つの流路の延長線上に位置して一組の超音波発受信センサを対向的に備え、更に、ケースの両開口端部における上記両センサケースリングの外側に、リング状の蓋フランジを嵌合装着したことを特徴とする超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図４に示すように、二重円管１０１，１０２により形成された断面円環状の１つの流路１０３に、その管軸方向に沿って被計測流体を流し、一組（一対）の超音波発受信センサの一方１０４を内管１０１に配置し、他方１０５を外管１０２に配置して、超音波１０６を流れに対して斜めに横断するように発射し、発受信センサ間を結ぶ線平均流速から流量を演算して求める超音波流量計が公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような超音波流量計においては、上記のように線平均流速から流量を演算することから、流路内を流れる流体は整流状態である必要がある。
【０００４】
また、上記のような管の壁面間で形成される流路は整流効果が高いが、その整流には、流路幅（壁面間の長さ）Ｈを、流路長（管軸方向長）Ｌに対して約１／１０の長さにする必要がある。
【０００５】
また、大容量の流量計にするためには、当然ながらその流路断面積を大きくしなければならない。
そのため、上記従来の流量計においては、これを大容量化するためには、狭い流路幅Ｈで大直径の円断面の流路にしなければならず、流量計が径方向に大型化し、また、流路幅Ｈを大きくした場合には流路長Ｌも長くなり、管軸方向に大型化する問題がある。
【０００６】
更に、上記従来のように内外管に発受信センサを配置するものにおいては、これらの内部機器の組付用の開口部を外管１０２の途中に形成するとともに該開口部に蓋を付設するか、或いはケースを分割する必要があり、その流量計が大型化する問題もある。
【０００７】
そこで本発明は、流量計の小型化を図り、特に大容量の流量計に適する超音波流量計を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の第１の発明は、両端が開口した筒状のケース内に筒状の中央コーンを配置し、該ケースと中央コーン間に筒状の仕切板を配置して、これらの間により複数の流路を重合状態に形成し、ケースの両端開口部にセンサケースリングを嵌合装着し、該両センサケースリングに、上記流路のうちの少なくとも１つの流路の延長線上に位置して一組の超音波発受信センサを対向的に備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明においては、複数の流路を、夫々の流路幅を整流効果が得られる狭い幅に形成して重合することにより、超音波発受信センサにより精度の高い流量計測が可能になるとともに、その複数の流路によって大きな流路断面積を確保することができる。そのため、大容量でかつ径方向の小型化を図ることができる。
【００１０】
また、上記のように流路幅を狭くできることは、その流路長も短くすることができる。そのため、大容量でかつ管軸方向の小型化を図ることができる。
したがって、大容量でかつ精度が良く、更にコンパクトな流量計を形成できる。
【００１１】
請求項２記載の第２の発明は、両端が開口した筒状のケース内に筒状の中央コーンを配置し、該ケースと中央コーン間に筒状の仕切板を配置して、これらの間により複数の流路を重合状態に形成し、ケースの両端開口部にセンサケースリングを嵌合装着し、該両センサケースリングに、上記流路のうちの少なくとも１つの流路の延長線上に位置して一組の超音波発受信センサを対向的に備え、更に、ケースの両開口端部における上記両センサケースリングの外側に、リング状の蓋フランジを嵌合装着したことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明においては、上記と同様の作用を発揮する上に、上記の中央コーン、仕切板及びセンサケースリングを、ケースの両端開口部から挿入嵌合して内部組み付けできるので、従来のように、ケースの中央部に組付用開口部を設けてこれに蓋を設けたり、ケースを分割するものに比べて流量計がコンパクトになり、かつケースの構造が単純になってその加工も容易になる。
【００１３】
更に、上記の構造によれば、流入口側と流出口側を同一構造に形成できるため、配管に対するケースの接続方向の制限をなくすことができ、ケースの設置性の向上を図ることができる。
【００１４】
更に、リング状の蓋フランジを装着することにより、該蓋フランジ部で流路が絞られるため、該蓋フランジの外周に形成される配管用のフランジ部での配管ズレやパッキンのはみ出しなどによっても、流体の流れの乱れが少なくなり、流量計測精度の向上を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１乃至図３に示す実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
図１及び図２は第１実施例を示す。
【００１６】
超音波流量計を構成するケース１は両端が開口する円筒状に形成され、その両端外周にはフランジ２，３が一体形成されている。
上記ケース１の両端開口部の内周面にはセンサケースリング４，５が嵌合装着されている。該両センサケースリング４，５の管軸方向の外側には上記フランジ２，３と別体に形成したリング状の蓋フランジ６，７が嵌合され、両センサケースリング４，５の外脱を阻止している。該蓋フランジ６，７と上記フランジ２，３とは段部８，９により軸方向の位置決めがなされ、かつＯリング１０，１１によりシールされている。
【００１７】
上記蓋フランジ６，７における流通口６ａ，７ａを形成する内方側周面６ｂ，７ｂは、上記センサケースリング４，５の内面と同径に形成され、また、外方側周面は外側が拡開するテーパ面６ｃ，７ｃに形成されている。すなわち、両流通口６ａ，７ａは内側へ向かって絞られている。この絞り径としては、例えばφ８０からφ７０に絞る。
【００１８】
上記ケース１の内部にはケース１の内径より小径の円筒に形成された仕切板１２がケース１と同心的に配置されている。該仕切板１２の軸方向長は、該仕切板１２の端面と上記センサケースリング４，５の内端面に流通部１３，１４が形成されるように設定されている。更に、仕切板１２は薄肉板で形成され、その直径は、その外周面と上記ケース１の内周面とで整流効果が得られるような狭い流路幅Ｈ1 の第１流路１５が形成されるように設定されている。
【００１９】
上記円筒状の仕切板１２の内側には円筒状の中央コーン１６が、上記ケース１及び仕切板１２と同心的に配置されており、その外径は、その外周面と上記仕切板１２の内周面とで整流効果が得られるような狭い流路幅Ｈ2 の第２流路１７が形成されるように設定されている。
【００２０】
例えば、ケース１の内径をφ１１０に設定し、仕切板１２の板厚を２ｍｍにするとともにその外径をφ９４に、内径をφ９２に設定し、また、中央コーン１６の外径をφ７６に設定して、第１の流路１５の流路幅Ｈ1 と第２の流路１７の流路幅Ｈ2 を夫々８ｍｍに形成する。
【００２１】
上記の構成により、流路幅Ｈ1 が狭いドーナツ状（円環状）の第１流路１５と、流路幅Ｈ2 が狭いドーナツ状（円環状）の第２流路１７が重合した２重円管流路が形成される。
【００２２】
上記中央コーン１６の両端部には、軸方向断面における外面を凹状円弧面の誘導面１６ａ，１６ｂにしたコーン部１６ｃ，１６ｄが形成されており、該誘導面１６ａ，１６ｂと上記センサケースリング４，５間に流通部１８，１９が形成されている。
【００２３】
上記流通部１３，１８及び１４，１９には夫々軸方向に配置された３枚の整流板２０，２１，２２及び２３（２４，２５）が周方向に等間隔に設けられており、これらの整流板２０〜２５によって上記仕切板１２及び中央コーン１６が所定位置に保持されている。
【００２４】
上記第１流路１５の両端延長線上に位置して一組の超音波発受信センサ２６Ａ，２６Ｂが上記両センサケースリング４，５内に収納されて対向しており、これら一組の超音波発受信センサ２６Ａ，２６Ｂにより、第１流路１５内を流通する流体の流量を、周知のようにその流速から演算して求めるようになっている。
【００２５】
また、上記第２流路１７の両端延長線上に位置して他の一組の超音波発受信センサ２７Ａ，２７Ｂが上記両センサケースリング４，５内に収納され対向しており、これら一組の超音波発受信センサ２７Ａ，２７Ｂにより、第２流路１７内を流通する流体の流量を、周知のようにその流速から演算して求めるようになっている。
【００２６】
なお、上記センサケースリング４，５には、超音波の通過穴４ａ，５ａが形成されている。
上記各組の発受信センサ２６Ａ，２６Ｂ及び２７Ａ，２７Ｂは周方向の任意の位置に設定するものである。
【００２７】
上記フランジ２，３にはボルト穴２８，２９が形成されている。図１において３０，３１はパッキンを示す。
上記の構造により、ケース１の一方を流入側、他方を流出側とするものであるが、その一方のフランジ２、蓋フランジ６、センサケースリング４の形状と、他方のフランジ３、蓋フランジ７、センサケースリング５の形状は、軸方向（図１の左右方向）に対称に形成され、いずれの側を流入側としても配管に接続できるようになっている。
【００２８】
以上のような構造であるから、組み付けに際しては、一方の発受信センサ２６Ａ，２７Ａを収納した一方のセンサケースリング４をケース１の一方の開口部よりケース１内に嵌合装着するとともに一方の蓋フランジ６をケース１に嵌合装着する。また、他方の発受信センサ２６Ｂ，２７Ｂを収納した他方のセンサケースリング５をケース１の他方の開口部よりケース１内に嵌合装着するとともに他方の蓋フランジ７をケース１に嵌合装着して組み付ける。
【００２９】
そして、図１の符号Ａ側を流入側としてフランジ２を、図示しない上流側配管に対して、パッキン３０を介在し、かつボルト穴２８を通じてボルトで接続し、また、符号Ｂ側を流出側としてフランジ３を、図示しない下流側配管に対してパッキン３１を介在し、かつボルト穴２９を通じてボルトで接続してケース１を設置する。この接続により、ケース１と配管とはパッキン３０，３１によりシールされ、更に、蓋フランジ６，７は一層強固に組み付けられる。
【００３０】
なお、ケース１の設置に際しては、その表示部３２を見やすい方向に設置することが望ましい。本実施例においては、出入口のフランジ２，３等を上記のように対称形状として、いずれを流入口又は流出口としても配管に接続できるようにしたので、表示部３２を見やすい方向に向けてケース１を配管に接続できる。この場合には、初期設置の際、流量計が流入方向を自動的に判別して流通方向に対して正常に動作する機能を設ける。
【００３１】
このようにすることにより、ケース１の設置方向の制約がなく、設置作業が容易かつ誤りなく行える。すなわち、仮に、設置方向（出入口側方向）が制約されているケースにおいては、設置方向の誤りが生じるおそれがあり、更に、表示部を機械的に回転して変向できる構造にしなければならず、その回転機構、防水性の確保などが必要となる問題があるが、上記本実施例によれば、このような問題を解消できる。
【００３２】
そして、被計測流体を流通させると、その流体は蓋フランジ６の流入口６ａにおけるテーパ面６ｃで絞られて流入する。このように絞りを形成したのは、狭いドーナツ状の流路１５，１７に対して発受信センサ２６Ａ，２６Ｂ及び２７Ａ，２７Ｂの計測域は一部分であるため、偏流があると計測精度に悪影響を与えることになることから、上記のように絞ることにより、配管のズレやパッキンのはみ出し等による偏流を少なくして計測精度を高めるようにしたものである。
【００３３】
上記のように流入した流体は、流通部１８，１３を通じて第１流路１５と第２流路１７内に分流し、該両流路１５，１７を流通した後、流通部１４，１９を通じて蓋フランジ７の流出口７ａから下流の配管へ流出する。
【００３４】
上記流体の流通状態において、一方の一組の発受信センサ２６Ａ，２６Ｂから超音波を発受信して、周知のように第１流路１５内における発受信センサ間を結ぶ線平均流速から第１流路１５部の流量を演算して求める。また、他方の一組の発受信センサ２７Ａ，２７Ｂから超音波を発受信して周知のように、第２流路１７内における発受信センサ間を結ぶ線平均流速から第２流路１７部の流量を演算して求める。そして、この両流路１５，１７での流量を合計して全体の流量を求める。
【００３５】
このとき、両流路１５，１７内を流れる流体は、夫々の流路幅Ｈ1 ，Ｈ2 が狭いため、夫々の流路において整流された均一の流れとなり、精度の高い流量を求めることができる。
【００３６】
なお、第１流路１５と第２流路１７が共に同一流量で均一な流れを生じる場合には、上記いずれか一方の流路側のみに一組の発受信センサのみを設置して、その一方の流路の流量から全体流量を求めるようにしてもよい。
【００３７】
また、流路毎に発受信センサを設置する場合でも、その流路毎に複数組設置してもよい。図１の鎖線２６ｃ，２７ｃはこの場合の設置状態を示す。
図３は第２実施例を示す。
【００３８】
本第２実施例は、上記第１実施例における仕切板１２を厚みの大きい円筒状の仕切板４０とし、この仕切板４０とケース１との間に上記と同様の第１流路１５を形成し、仕切板４０と中央コーン４１との間に上記と同様の第２流路１７を形成し、仕切板４０と中央コーン４１の端部に外方が拡開するテーパ面４０ａ，４１ａを形成し、該両テーパ面４０ａ，４１ａ間であって第２流路１７の延長線上にセンサケースリング４２を配置し、該センサケースリング４２に上記第１実施例の発受信センサ２７Ａを収納したものである。また、中央コーン４１の先部は図３に示すように、センサケースリング４２の内側に流体を分流誘導する先端テーパ面４１ｂ、中間テーパ面４１ｃ、小径部４１ｄが連続形成されている。
【００３９】
なお、図面ではケース１の右側のみを表したもので、ケース１の左側も対称的に形成され、第２流路１７の左側にもセンサケースリングを配置し、これに他方の発受信センサ２７Ｂ（図示せず）が対向している。
【００４０】
その他の構造は上記第１実施例と同様であるので、同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
本第２実施例においても上記第１実施例と同様の作用、効果を発揮できる。
【００４１】
なお、上記各実施例においては、円筒状の仕切板１７，４０を１枚としたが、この円筒状の仕切板を複数枚、適宜間隔（流路幅）を有して多重的に設け、２以上の流路を多重的に設けてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上のようであるから、請求項１記載の発明によれば、流路断面積が大きく、かつ精度の高い計測が行え、更に流量計のコンパクト化を図ることができる。そのため、大容量の超音波流量計に特に有効である。
【００４３】
請求項２記載の発明によれば、更に、流量計のコンパクト化、ケースの設置性の容易化、流量計測精度の向上化、ケースの製造の容易化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す縦断面図。
【図２】図１におけるＣ−Ｃ線断面図。
【図３】本発明の第２実施例を示す一部縦断面図。
【図４】従来構造を示す略斜視図。
【符号の説明】
１…ケース                      ４，５，４２…センサケースリング
６，７…蓋フランジ              １２，４０…仕切板
１５…第１流路                  １６，４１…中央コーン
１７…第２流路                  Ｈ1 ，Ｈ2 …流路幅
２６Ａ，２６Ｂ，２７Ａ，２７Ｂ…超音波発受信センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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