(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
推測式気体流量計と、該推測式気体流量計に流体を流す上流側流路に配設した熱式フローセンサーと、前記推測式気体流量計の圧損に応動して上流側流路の熱式フローセンサー配設部の流路断面積を変えるＵ字管液柱方式の流路断面積変更手段とを設け、
微小流量域においては前記流路断面積を小さく設定し、かつ熱式フローセ ンサーの電気信号に基いて流量を測定することを特徴とする気体流量計。
【請求項２】
推測式気体流量計と、該推測式気体流量計に流体を流す上流側流路に配設した熱式フローセンサーと、前記推測式気体流量計の圧損に応動して上流側流路の熱式フローセンサー配設部の流路断面積を変えるＵ字管液柱方式の流路断面積変更手段とを設け、
Ｕ字管の一方の上部に熱式フローセンサーを配設し、
微小流量域においては前記流路断面積を小さく設定し、かつ熱式フローセ ンサーの電気信号に基いて流量を測定することを特徴とする気体流量計。
【請求項３】
推測式気体流量計と、該推測式気体流量計に流体を流す上流側流路に配設した熱式フローセンサーと、前記推測式気体流量計の圧損に応動して上流側流路の熱式フローセンサー配設部の流路断面積を変えるＵ字管液柱方式の流路断面積変更手段とを設け、
Ｕ字管の一方の上部に熱式フローセンサーを配設し、
更に、Ｕ字管の他方に前記推測式気体流量計の下流側の圧力を印加し、
微小流量域においては前記流路断面積を小さく設定し、かつ熱式フローセ ンサーの電気信号に基いて流量を測定することを特徴とする気体流量計。
【請求項４】
推測式気体流量計と、該推測式気体流量計に流体を流す上流側流路の上壁面に配設した熱式フローセンサーと、前記推測式気体流量計の圧損に応動して上流側流路の熱式フローセンサー配設部の流路断面積を変えるＵ字管液柱応動手段と、該Ｕ字管液柱応動手段の液柱両端部に設けられ液相部と気相部を仕切るベローフラムようの可とう隔膜とを設け、
一方の可とう隔膜を前記熱式フローセンサーと対向配置すると共に、他方の可とう隔膜の上部気相部を前記推測式気体流量計の下流に連通し、
更に微小流量域においては前記流路断面積を小さく設定し、かつ熱式フローセンサーの電気信号に基いて流量を測定することを特徴とする気体流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は業務用ガスメータに好適な気体流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
業務用ガスメータは使用最大流量が２５ｍ3 ／ｈタイプから１６０ｍ3 ／ｈタイプまでの数種類の容量のものが使われており、何れも膜式ガスメータである。
【０００３】
現行の業務用膜式ガスメータは、その構造から非常に大型であり、これの小型化は長年にわたるガス事業者の懸案事項である。
ところで、膜式ガスメータは業務用、家庭用を問わず、安全（セキュリティ）機能として、流量オーバー遮断等の遮断機能やガス漏れ等の微小流量を計測して警報する警報機能等を備えており、業務用では５リットル／ｈの微小流量から前記使用最大流量の２倍の流量までのレンジャビリティを有していた。
【０００４】
近年、超音波式、渦式、フルイディック式、熱線式等の小形の電子式流量計が開発されているが、いずれも単体ではレンジャビリティが小さくて膜式ガスメータのレンジャビリティに比肩すべきものではなく、親子式の流量計である、いわば多段式流量計が提案されてはいる。
【０００５】
例えば、中〜大流量を計測するフルイディック発振素子と、小流量の範囲を計測する別のフルイディック素子とを用い、ダイアフラム式切換弁により、両フルイディック素子を流量の大小に応じて切り換えて使用する親子式流量計が特開昭６１−２２３５１７号公報で提案されている。
【０００６】
なお、ガス業界の技術ではないが、商品名でベロフラムとして周知の作動膜と類似の構造のＢＦダイアフラムと証する作動膜部を備えたアクチュエータが周知である。
【０００７】
このＢＦダイアフラムは、図３，図４に示すように、ポリエステル布等の上にゴムを被覆した作動膜部１を、ピストン２とシリンダ３Ａ，３Ｂの間に折り返しを作りながら介在させて使っている。作動膜部１の外周端１ａはシリンダ３Ａと３Ｂのフランジ間に挾着固定されている。
【０００８】
圧力によってピストン２が図３の位置から図４の位置へ降下するとき、ＢＦダイアフラムはピストン壁からシリンダ壁へとなめらかに摩擦なく転がりながらローリング作動して折り返し部分を移動させていく。圧力が減少して図４の位置から図３の位置へピストンが上昇するときも同様である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の技術の特開昭６１−２２３５１７号公報の親子式流量計では、フルイディック素子を２つ設けても１０００倍の流量範囲を測定するのが困難であり、また切換弁を用いると、切換弁自体の可動部が弁漏れを発生し５リットル／ｈ程度の微小流量まで計測しようとすると、耐久性が問題であった。
【００１０】
更に又、切換弁の作動力は受圧ダイアフラムの面積で決定されるので、ガスメータのような微小圧損で作動させるにはダイアフラムの形状を大きくする必要があって小型化が困難であり、かつ差圧をダイアフラムの両面に導く圧力導入路、軸受部、弁座部等を必要とすることから、機構が複雑で高価になるという問題点があった。
【００１１】
そこで、本発明は推測式気体流量計と、熱式流量計と同様の原理で微小流量時の流速を電気信号に変える熱式フローセンサーと、熱式フローセンサーを配設した流路部の流路断面積を流量計の圧損に応じて変えるベロフラムようの薄膜を用いた流路断面積変更手段とを使うことにより、ガスメータの安全機能に必要な微小流量域の計測を含む広いレンジャビリティに対応でき、かつ小型、安価に構成できる、業務用ガスメータに好適な気体流量計を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、推推測式気体流量計と、該推測式気体流量計に流体を流す上流側流路に配設した熱式フローセンサーと、前記推測式気体流量計の圧損に応動して上流側流路の熱式フローセンサー配設部の流路断面積を変えるＵ字管液柱方式の流路断面積変更手段とを設け、
微小流量域においては前記流路断面積を小さく設定し、かつ熱式フローセ ンサーの電気信号に基いて流量を測定することを特徴とする気体流量計である。
【００１３】
この発明では、微小流量時には推測式気体流量計の圧損が小さいので、この小さい圧損に応動して、Ｕ字管液柱方式の流路断面積変更手段が上流側流路の熱式フローセンサー配設部の流路断面積を小さな値に設定する。従って、微小流量でも熱式フローセンサーが検知する気体の流速はそれ程小さくならず、熱式フローセンサーの流速感度を活かして微小流量まで計測できる。熱式フローセンサーの電気信号は流速に比例するため、この電気信号に基いて流路断面積を考慮して流量を演算し、更に積算流量（体積流量）を求める。
流量が大きくなると熱式フローセンサー配設部の流路断面積が大きくなり、熱式フローセンサーの流量感度は下がるが、推測式気体流量計で測定する。
【００１４】
請求項２の発明は、推測式気体流量計と、該推測式気体流量計に流体を流す上流側流路に配設した熱式フローセンサーと、前記推測式気体流量計の圧損に応動して上流側流路の熱式フローセンサー配設部の流路断面積を変えるＵ字管液柱方式の流路断面積変更手段とを設け、
Ｕ字管の一方の上部に熱式フローセンサーを配設し、
微小流量域においては前記流路断面積を小さく設定し、かつ熱式フローセ ンサーの電気信号に基いて流量を測定することを特徴とする気体流量計である。
請求項３の発明は、推測式気体流量計と、該推測式気体流量計に流体を流す上流側流路に配設した熱式フローセンサーと、前記推測式気体流量計の圧損に応動して上流側流路の熱式フローセンサー配設部の流路断面積を変えるＵ字管液柱方式の流路断面積変更手段とを設け、
Ｕ字管の一方の上部に熱式フローセンサーを配設し、
更に、Ｕ字管の他方に前記推測式気体流量計の下流側の圧力を印加し、
微小流量域においては前記流路断面積を小さく設定し、かつ熱式フローセ ンサーの電気信号に基いて流量を測定することを特徴とする気体流量計である。
請求項４の発明は、推測式気体流量計と、該推測式気体流量計に流体を流す上流側流路の上壁面に配設した熱式フローセンサーと、前記推測式気体流量計の圧損に応動して上流側流路の熱式フローセンサー配設部の流路断面積を変えるＵ字管液柱応動手段と、該Ｕ字管液柱応動手段の液柱両端部に設けられ液相部と気相部を仕切るベローフラムようの可とう隔膜とを設け、
一方の可とう隔膜を前記熱式フローセンサーと対向配置すると共に、他方の可とう隔膜の上部気相部を前記推測式気体流量計の下流に連通し、
更に微小流量域においては前記流路断面積を小さく設定し、かつ熱式フローセンサーの電気信号に基いて流量を測定することを特徴とする気体流量計である。
【００１５】
微小流量時は推測式気体流量計の圧損が小さいため、Ｕ字管液柱応動手段の２つの可とう隔膜の上部気相部にかかる差圧が小さく、熱式フローセンサーと一方の可とう隔膜との間隔は狭い。従って、熱式フローセンサー配設部の流路断面積が小さく設定され、熱式フローセンサーの流量感度が高くなる。
【００１６】
従って、熱式フローセンサーの電気信号（流速に比例する電気信号）に基いて、流路断面積を考慮して流量を演算し、更に積算流量（体積流量）を演算する。
可とう隔膜は液柱を構成する液体の蒸発を防止する。
【００１７】
流量が大きくなると、請求項１の発明と同様に推測式気体流量計で計測する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好ましい実施の形態を図１及び図２に従って説明する。
図１は本発明の実施例の構成を示す略図で、推測式気体流量計４に流体を流す上流側流路５の上壁面に後述する熱式フローセンサー６が配設され、熱式フローセンサー配設部の流路断面積を前記推測式気体流量計の圧損（差圧）に応じて液柱方式の流路断面積変更手段７が変える。
【００１９】
流路断面積変更手段７は、Ｕ字管液柱応動手段８で構成され、微小流量時には、一方の液柱の上部に設けた可とう隔膜９Ａが上限位置にあって、前記流路断面積を小さく設定している。
【００２０】
Ｕ字管液柱応動手段８は図２（ａ）に示すように、内径Φの筒８ａと８ｂ及び両筒８ａと８ｂを連通する液体移動路８ｃが全体としてＵ字管状に形成され、液体（水）１０が入れてある。両筒８ａと８ｂの液柱部の上面には、液相部と気相部を仕切るベローフラムようの可とう隔膜９Ａと９Ｂがそれぞれ外周端を筒８ａ，８ｂに固定して設けてある。可とう隔膜９Ａ，９Ｂはゴムの薄膜で形成されている。更に、該可とう隔膜９Ａ，９Ｂの上面は、平面を得るように形成されており、例えば図２（ａ）に示すように、可とう隔膜９Ａ，９Ｂの上面に剛性が高く、両筒８ａ，８ｂ内を昇降できる薄板１５Ａ，１５Ｂを付設すると良い。
【００２１】
図２（ａ）に実線で示す可とう隔膜９Ａ，９Ｂは、両可とう隔膜に上方からかかる圧力の差、すなわち差圧が零のときの状態を示し、一方の可とう隔膜９Ａと上流側流路５の上壁面との距離ｈは２ｍｍに定めてある。上流側流路５の上壁面には熱式フローセンサー６が配設されている。
【００２２】
熱式フローセンサー６は、例えばシリコンチップ上の流れが当る表面に発熱部の上流側と下流側に流体温度検出部を配置したもので、流量（厳密には流速）に応じて発熱の両側の流体温度検出部の電気抵抗が変化するため、この変化を電気信号として検出し、増幅、Ａ／Ｄ変換し、図示されてないマイクロコンピュータにより流量を演算し、更に積算流量（体積流量）を算出する。このような熱式フローセンサー６は、例えば特許第２５９５３０６号公報に記載されているものを使用できる。この熱式フローセンサー６は微小流量（流速）を測定でき、かつその小形のセンサー部を流路に配置して流路構成部を簡易にすることができ、更に、測定部の流路長が数ｍｍで良い特徴を有する。
【００２３】
流体は流入路１１から入り、上流側流路５、連結流路１２を経て推測式気体流量計４に流入し、下流の流出路１３へと流れる。
推測式気体流量計４の上流側の圧力Ｐ1 は、一方の可とう隔膜９Ａの上部気相部に印加され、下流側の圧力Ｐ2 は配管１４を介して他方の可とう隔膜９Ｂの上部気相部に伝えられる。こうして、Ｕ字管液柱応動手段８に推測式気体流量計４の圧損（差圧）が印加され、該圧損に応じて、可とう隔膜９Ａ，９Ｂが上下動してその位置を変える。
【００２４】
流量が零のときは圧損（差圧）が零で、可とう隔膜９Ａと９Ｂは図２（ａ）に実線で示すように同じ高さの位置にある。このとき、上流側流路５の上壁面と該壁面に対向配置された可とう隔膜９Ａの平面部との上下方向の距離ｈは前述のように２ｍｍに設定されている。
【００２５】
上流側流路５の熱式フローセンサー６の配設部の流路幅Ｗ（図２（ｂ）参照）は４６ｍｍであるため、このときの流路断面積は４６×２＝９２ｍｍ2 である。使用最大流量を２５ｍ3 ／ｈとし、そのときの圧損（圧力損失）ΔＱを２００Ｐａ≒２０ｍｍＨ2 Ｏとすると、そのときのＵ字管液柱の両可とう隔膜の高低差は２０ｍｍとなり、図２（ａ）の実線の位置から、一方の可とう隔膜９Ａは符号９Ａ′に示す位置まで１０ｍｍ下降する。また、他方の可とう隔膜９Ｂは符号９Ｂ′に示す位置まで１０ｍｍ上昇する。従って、このときの上流側流路５の流路断面積は、
４６×Ｈ＝４６×１２＝５５２ｍｍ2 
に増大する。
【００２６】
圧損ΔＰは流量Ｑの２乗に比例するので、流量Ｑが２００リットル／ｈのときの圧損ΔＰは、
ΔＰ＝２００Ｐａ×０．２2 ／２５2 ＝１２．８×１０ -3 Ｐａ≒０
で、液柱の液面、即ち可とう隔膜は動かない。
【００２７】
因みに、液柱の液面が１ｍｍ動くには、約７．９ｍ3 ／ｈの流量を要する。
なお、Ｕ字管液柱の液体に水でなく、それより比重の小さいものを選定すれば、上流側流路５の大流量時の流路断面積は大きくなる。
【００２８】
上述のように、熱式フローセンサー６を設けた流路部の流路断面積を、液柱マノメータと類似の構造のＵ字管液柱応動手段８を用いて流量に応じて変更するようにし、しかも流量が０リットル／ｈ〜２００リットル／ｈ程度の微小流量域では最小流路断面積を保持し、使用最大流量には大きな流路断面積に開く。そのため、微小流量時は熱式フローセンサー６が測定する気体流速が流量の割に大きくなり、熱式フローセンサー６の感度を有効に活かして測定できる。そして、流量が大きくなると、流量断面積が大きくなり、上流側流路５の部分の圧損を低減する。このときの流量を、推測式気体流量計４で計測し、積分して体積流量を求める。
【００２９】
筒８ａと８ｂの内径は実施例では同一径Φとしたが、異なった径にすることもでき、異なった値とすることで、その動作をより良い方向にすることができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の気体流量計は上述のように構成されているので、微小流量時は液柱を用いた流路断面積変更手段で流路断面積を最小値にして、熱式フローセンサーの電気信号に基いて微小流量を高感度で計測できる。そして、大流量時には流路断面積を大きくして、その部分の圧損を低減し、熱式フローセンサーと直列に配置した推測式気体流量計で計測する。
【００３１】
流路断面積の変更に液柱の液面の上下変位を直接利用するので、構造が簡単で動作が確実である。
また、大型のダイアフラムを要しないため、小形、コンパクトにでき、軸受等が不要であるため、耐久性が高く、かつ安価に製作できる。
【００３２】
そして、請求項４の発明では、可とう隔膜が液柱の液体の蒸発を防止し、この面からの信頼性が向上する。
従って、安全機能を要する業務用ガスメータに好適な微小流量の５リットル／ｈ程度から使用最大流量の２倍程度までの広いレンジャビリティを有する小形で信頼性の高い気体流量計が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す流量計全体の構成を示す略図。
【図２】（ａ）は図１における流路断面積変更手段と流路要部の縦断面図、（ｂ）は（ａ）における流路要部の平面略図である。
【図３】従来技術のアクチュエータの縦断面図である。
【図４】図３のアクチュエータの圧縮時の態様を示す縦断面図である。
【符号の説明】
４          推測式気体流量計
５          上流側流路
６          熱式フローセンサー
７          流路断面積変更手段
８          Ｕ字管液柱応動手段
９Ａ，９Ｂ  可とう隔膜
１０        液体（水）
１１        流入路
１２        連結流路
１３        流出路
１４        配管
１５Ａ，１５Ｂ    薄板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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