DE102014209094B4

DE102014209094B4 - Strömungsratenmessvorrichtung

Info

Publication number: DE102014209094B4
Application number: DE102014209094.6A
Authority: DE
Inventors: c/o Mitsubishi Electric Kishikawa Naoyuki; c/o Mitsubishi Electric Corp. Ariyoshi Yuji; c/o Mitsubishi Electric Corp. Kawai Masahiro; c/o Mitsubishi Electric Uramachi Hiroyuki; c/o Mitsubishi Electric Akagi Kazuto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2014-05-14
Publication date: 2020-10-22
Anticipated expiration: 2034-05-15
Also published as: US20150101402A1; US9234817B2; JP2015075445A; JP5646030B1; DE102014209094A1

Abstract

Strömungsratenmessvorrichtung, welche in eine Durchgangsöffnung (2), die in einem Rohr (1) ausgebildet ist, von außerhalb des Rohrs (1) eingebracht ist und in dem Rohr (1) angeordnet ist, sodass die Einbringrichtung in die Durchgangsöffnung (2) im Wesentlichen senkrecht auf der Hauptströmungsrichtung eines zu vermessenden Fluids, das durch das Rohr (1) tritt, steht, wobei die Vorrichtung aufweist:einen Umgehungsdurchgang (7), der einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist, wobei ein Teil des zu vermessenden Fluids veranlasst wird, durch diesen zu treten; und eine flache plattenförmige Strömungsratendetektionseinrichtung (3), die in dem Umgehungsdurchgang (7) angeordnet ist, wobei der Umgehungsdurchgang (7) aufweist:einen Einlass (71), der in der Richtung zur Stromaufwärtsseite der Hauptströmungsrichtung offen ist und in den ein Teil des zu vermessenden Fluids eingebracht wird; einen ersten Durchgangsteil (72), der sich von dem Einlass (71) zu einem ersten Biegungsteil (73) entlang der Hauptströmungsrichtung erstreckt; einen zweiten Durchgangsteil (74), der sich von dem ersten Biegungsteil (73) bezüglich einer Gegeneinbringrichtung zu einem zweiten Biegungsteil (75) entlang der Richtung erstreckt, die senkrecht auf der Hauptströmungsrichtung steht; undeinen dritten Durchgangsteil (76), der sich von dem zweiten Biegungsteil (75) zu einem dritten Biegungsteil (77) entlang der Hauptströmungsrichtung erstreckt, wobei die Strömungsratendetektionseinrichtung (3) so angeordnet ist, dass eine Wandfläche des dritten Durchgangsteils (76) mit einer Hauptfläche der Strömungsratendetektionseinrichtung (3) bündig ist,wobei ein erster stufenförmiger Teil (731), der mehrere Stufenformen aufweist, die jeweils aus zwei Flächen aufgebaut sind, wobei eine Fläche (732) enthalten ist, die im Wesentlichen senkrecht auf der Hauptströmungsrichtung steht, an der Innenwandfläche auf der Außenumfangsseite des ersten Biegungsteils (73) angeordnet ist; undein zweiter stufenförmiger Teil (751), der mehrere Stufenformen aufweist, die jeweils aus zwei Flächen aufgebaut sind, wobei eine Fläche (752) enthalten ist, die im Wesentlichen senkrecht auf der Gegeneinbringrichtung steht, an der Innenwandfläche auf der Außenumfangsseite des zweiten Biegungsteils (75) angeordnet ist; undein plattenförmiges Element (9), welches den Durchgangsquerschnitt des Umgehungsdurchgangs (7) in die Seite der Einbringrichtung und die Seite der Gegeneinbringrichtung unterteilt, von dem Einlass (71) zum stromabwärtsseitigen Ende des zweiten Durchgangsteils (74) entlang der Form des Umgehungsdurchgangs (7) angeordnet ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsratenmessvorrichtung und betrifft insbesondere eine Strömungsratenmessvorrichtung zum Messen einer Strömungsrate von Ansaugluft einer Verbrennungsmaschine.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Eine bekannte Strömungsratenmessvorrichtung, die an einem Ansaugrohr einer Verbrennungsmaschine angebracht ist und die Strömungsrate von Ansaugluft misst, ist eine Strömungsratendetektionseinrichtung, die in einem Umgehungsdurchgang, durch den ein Teil der Ansaugluft eingebracht wird, angeordnet ist. Als Strömungsratendetektionseinrichtung wird eine Halbleitereinrichtung verwendet, die einen Strömungsratendetektionsteil, der aus einem dünnen Film ausgebildet ist, mit einer Dicke von einigen µm, aufweist.
Im Allgemeinen weist das Ansaugrohr der Verbrennungsmaschine einen Luftreiniger auf, der zur Reinigung von Luft darin angeordnet ist. Allerdings können vergleichsweise kleine Staubpartikel, beispielsweise mit einem Partikeldurchmesser von 100 µm oder weniger, durch den Reinigungsfilter in dem Luftreiniger nicht entfernt werden und diese werden in die Ansaugluft eingemischt. Ferner kann eine Verschlechterung des Reinigungsfilters, die Verwendung des Reinigungsfilters in einem Bereich mit beschwerlichen Einsatzbedingungen, die Verwendung eines Filters niedrigen Standards, im Unterschied zur Verwendung eines geeigneten Produkts, oder dergleichen, relativ große Staub- bzw. Schmutzpartikel mit einem Partikeldurchmesser von 100 bis 200 µm oder dergleichen bewirken, dass diese in die Ansaugluft eingemischt werden.
Wenn solcher Staub durch die Ansaugluft beschleunigt wird und mit der Strömungsratendetektionseinrichtung mit hoher Geschwindigkeit kollidiert, kann der Strömungsratendetektionsteil in Abhängigkeit des Partikeldurchmessers oder der Geschwindigkeit des Staubs beschädigt werden. Im Hinblick darauf stellen die Patentdokumente 1 bis 7 vorhandene Strukturen von Strömungsratenmessvorrichtungen, die eine Halbleiter-Strömungsratendetektionseinrichtung aufweisen, die ausgelegt sind, um zu vermeiden, dass der Strömungsratendetektionsteil durch eintreffenden Staub, der in die Ansaugluft gemischt ist, beschädigt wird, wie folgt bereit.
Gemäß den Patentdokumenten 1 und 2 ist der Umgehungsdurchgang, durch den ein Teil der Strömungsrate der Ansaugluft eingebracht wird, einige Male gebogen. Ferner ist die Strömungsratendetektionseinrichtung in dem Umgehungsdurchgang stromabwärts der Biegungen angeordnet. Diese Struktur vermeidet, dass Staub, der durch den Hauptstrom beschleunigt wird, direkt mit der Strömungsratendetektionseinrichtung kollidiert. Auf der anderen Seite wird Staub, der in den Umgehungsdurchgang eintritt, durch mehrmalige Kollision mit der Wandfläche des Umgehungsdurchgangs gebremst, was die Energie der Kollision mit der Strömungsratendetektionseinrichtung vermindert.
Gemäß dem Patentdokument 3 ist die Wandfläche des Umgehungsdurchgangs mit einer rauen Oberfläche ausgebildet, die kontinuierlich Erhebungen und Vertiefungen mit einem Strukturabstand von 50 µm bis 1 mm aufweist. Dadurch wird der Aufprall verringert, wenn Staub, der in den Umgehungsdurchgang eintritt, mit der Wandfläche kollidiert, sodass der Staub gebremst wird, wodurch die Energie der Kollision mit der Strömungsratendetektionseinrichtung vermindert wird.
Gemäß dem Patentdokument 4 sind Erhebungen und Vertiefungen in Form eines Sägezahnmusters an der Wandfläche des Umgehungsdurchgangs in dem Bereich ausgeformt, an dem die Ebene der Einlassöffnung des Umgehungsdurchgangs projiziert ist. Dadurch kollidiert Staub, der durch die Ansaugluft beschleunigt wird, mehrere Male auf geradlinige Weise mit der Sägezahn-Wandfläche, wodurch dieser gebremst wird, was die Energie der Kollision mit der Strömungsratendetektionseinrichtung verringert.
Gemäß dem Patentdokument 5 ist eine Trennungsplatte zum Verzweigen eines Stroms in dem Umgehungsdurchgang, der in einer U-Form gebogen ist, ausgebildet. Dadurch wird bewirkt, dass das zu vermessende Fluid, das in den Umgehungsdurchgang eingebracht wird, stark umgelenkt wird, bevor dieses einen Einlass eines Nebenumgehungsdurchgangs erreicht, in dem die Strömungsratendetektionseinrichtung angeordnet ist, wodurch vermieden wird, dass hoch-träger Staub in den Nebenumgehungsdurchgang eintritt.
Gemäß dem Patentdokument 6 ist ein Führungsgitter zum Stoppen von Staub, das von der Wandfläche des Umgehungsdurchgangs abprallt, stromaufwärts bezüglich der Strömungsratendetektionseinrichtung angeordnet, wodurch vermieden wird, dass Staub mit der Strömungsratendetektionseinrichtung, die in dem Führungsgitter vorgesehen ist, kollidiert. Dadurch wird eine Beschädigung der Strömungsratendetektionseinrichtung und ein Anhaften von Verunreinigungen an der Strömungsratendetektionseinrichtung verringert.
Gemäß dem Patentdokument 7 ist ein plattenförmiges Element, das eine Plattenoberfläche, die parallel zur Strömungsdurchgangsrichtung des Umgehungsdurchgangs liegt, direkt stromaufwärts bezüglich der Strömungsratendetektionseinrichtung vorgesehen. Dieses plattenförmige Element glättet das zu vermessende Fluid und bewirkt ferner, dass Staub, der in dem zu vermessenden Fluid enthalten ist, sich mit dem geglätteten Strom bewegt, somit weist der Staub nicht länger einen großen Impuls in der Richtung auf, die senkrecht auf der Detektionsfläche der Strömungsratendetektionseinrichtung steht. Dadurch wird eine Beschädigung der Strömungsratendetektionseinrichtung und ein Anhaften von Verunreinigungen an der Strömungsratendetektionseinrichtung vermindert.
Schließlich betrifft das Patentdokument 8 eine Strömungsratenmessvorrichtung mit einem Umgehungsdurchgang.

Patentdokument 1: JP 4,161,077 B2
Patentdokument 2: JP 3,602,762 B2
Patentdokument 3: JP 4,553,898 B2
Patentdokument 4: JP 4,929,335 B2
Patentdokument 5: JP 3,681,627 B2
Patentdokument 6: JP 3,797,210 B2
Patentdokument 7: JP 2003-315116 A
Patentdokument 8: DE 10 2007 021 025 A1

Wie es oben beschrieben ist, wurden für die herkömmliche Strömungsratenmessvorrichtung verschiedene Strukturen vorgeschlagen, um zu vermeiden, dass die Strömungsratendetektionseinrichtung durch Staub, der in Luft als das zu vermessende Fluid eingemischt ist, beschädigt wird. Auf der anderen Seite, da die Trajektorie des fließenden Staubs sich in Abhängigkeit des Partikeldurchmessers des Staubs ändert, ist eine Struktur erforderlich, die eine hohe Toleranz bezüglich Staub, der verschiedene Partikeldurchmesser aufweist, hat. Ferner ist eine Struktur erforderlich, bei der die Staubtoleranz erhöht ist, während die Strömungsratendetektionsgenauigkeit nicht beeinträchtigt wird.
Allerdings erhöht sich bei der Strömungsratenmessvorrichtung der Patentdokumente 1 und 2 bei einer Erhöhung der Anzahl von Biegungen in dem Umgehungsdurchgang der Druckverlust, der in dem Umgehungsdurchgang auftritt, wodurch ein Drift bewirkt wird. Dadurch wird eine Turbulenz in der Luft, die sich zur Strömungsratendetektionseinrichtung bewegt, bewirkt, wodurch die Strömungsratendetektionsgenauigkeit verringert wird. Somit besteht, wenn der Umgehungsdurchgang lediglich gebogen ist, eine Schwierigkeit darin, die Kollisionsenergie von Staub ausreichend zu vermindern, während gleichzeitig die Strömungsratendetektionsgenauigkeit beibehalten wird.
Ferner weist die Strömungsratenmessvorrichtung des Patentdokuments 3 ein Problem darin auf, dass die Kollisionsenergie des relativ großen Staubs mit einem Partikeldurchmesser von 100 bis 200 µm oder dergleichen nicht ausreichend verringert werden kann. Ferner kann, beim Bereitstellen feiner Erhebungen und Vertiefungen an der Wandfläche des Umgehungsdurchgangs, für Staub von einigen Mikrometern einfacher werden, an der Wandfläche anzuhaften, was ein Problem, dass die Charakteristik variiert, aufgrund von Verunreinigungen, und ein Problem darin bewirkt, dass der beabsichtigte Effekt nicht erhalten wird, aufgrund der Erhebungen und Vertiefungen, die mit Verunreinigungen besetzt sind.
Ferner weist die Strömungsratenmessvorrichtung des Patentdokuments 4 auch ein Problem darin auf, dass die Kollisionsenergie von Staub mit einem Partikeldurchmesser von 100 bis 200 µm oder dergleichen nicht ausreichend verringert werden kann, vergleichbar wie bei dem Patentdokument 3. Auch die sägezahnförmigen Erhebungen und Vertiefungen weisen einen Winkel auf, der kleiner als 90° ist, oder dergleichen, wodurch eine Stagnation der Luft bewirkt wird, was ein Problem, dass sich der Druckverlust erhöht, und ein Problem darin mit sich bringt, dass die Strömungsratendetektionsgenauigkeit aufgrund der Luftturbulenz verringert wird. Ein weiteres Problem besteht darin, dass sich kleine Staubpartikel mit hoher Wahrscheinlichkeit an den Erhebungen und Vertiefungen ablagern, und, wenn die Erhebungen und Vertiefungen mit dem Staub bedeckt sind, die beabsichtigte Wirkung nicht erhalten werden kann.
Ferner ist bei der Strömungsratenmessvorrichtung des Patentdokuments 5 die Strömungsratendetektionseinrichtung in dem tiefsten Teil des U-förmigen Nebenumgehungsdurchgangs angeordnet, wodurch ein Problem bewirkt wird, dass, wenn Luft, die Staub enthält, in den Nebenumgehungsdurchgang eingebracht wird, der durch Luft beförderte Staub entlang des Nebenumgehungsdurchgangs strömt und im Wesentlichen senkrecht mit der Strömungsratendetektionseinrichtung kollidiert. Ferner kollidiert in der Strömungsratenmessvorrichtung des Patentdokuments 6 Staub, der in das Führungsgitter eintritt, mit dem Führungsgitter und bewegt sich anschließend zur Strömungsratendetektionseinrichtung, somit kann eine Kollision mit der Strömungsratendetektionseinrichtung nicht vermieden werden. Ein weiteres Problem besteht darin, dass das Führungsgitter, das in der Nähe der Strömungsratendetektionseinrichtung angebracht ist, Luftturbulenzen bewirkt, wodurch die Strömungsratendetektionsgenauigkeit deutlich vermindert wird.
Ferner ist in der Strömungsratenmessvorrichtung des Patentdokuments 7 das plattenförmige Element direkt stromaufwärts bezüglich der Strömungsratendetektionseinrichtung vorgesehen, wodurch eine Wirkung des Glättens des Strömungsgeschwindigkeitsvektors gegen Drift bereitgestellt wird, aber ein Problem, dass sich der Druckverlust erhöht und die Geschwindigkeit des Luftstroms in dem Umgehungsdurchgang deutlich verringert ist, und ein Problem einer starken Luftturbulenz direkt stromabwärts bezüglich des plattenförmigen Elements bestehen, was eine Verringerung der Strömungsratendetektionsgenauigkeit zur Folge hat.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die obigen Probleme zu lösen, besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine hoch zuverlässige Strömungsratenmessvorrichtung bereitzustellen, die einen guten Ausgleich zwischen der Staubtoleranz und der Strömungsratendetektionsgenauigkeit erzielt, indem die Kollisionsenergie relativ großen Staubs mit Partikeldurchmessern von 100 bis 200 µm oder dergleichen als Bestandteil anderen Staubs, der in dem zu vermessenden Fluid enthalten ist, ausreichend verringert wird, sodass vermieden wird, dass eine Strömungsratendetektionseinrichtung durch eine Hochgeschwindigkeitskollision des Staubs mit der Strömungsratendetektionseinrichtung beschädigt wird.
Die Strömungsratenmessvorrichtung gemäß der Erfindung ist eine Strömungsratenmessvorrichtung, die in eine Durchgangsöffnung, die in einem Rohr ausgebildet ist, von außerhalb des Rohrs eingebracht ist bzw. wird und in dem Rohr angeordnet ist bzw. wird, sodass die Einbringrichtung in die Durchgangsöffnung im Wesentlichen senkrecht auf der Hauptströmungsrichtung des zu vermessenden Fluids, das durch das Rohr tritt, steht, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Umgehungsdurchgang, der einen rechteckförmigen Durchgangsquerschnitt aufweist, wobei ein Teil des zu vermessenden Fluids veranlasst wird, durch diesen zu treten; und eine flache plattenförmige Strömungsratendetektionseinrichtung, die in dem Umgehungsdurchgang vorgesehen ist. Der Umgehungsdurchgang weist auf: einen Einlass, der in der Richtung zur Stromaufwärtsseite der Hauptströmungsrichtung offen ist und in den ein Teil des zu vermessenden Fluids eingebracht wird; einen ersten Durchgangsteil, der sich von dem Einlass zu einem ersten Biegungsteil entlang der Hauptströmungsrichtung erstreckt; einen zweiten Durchgangsteil, der sich von dem ersten Biegungsteil in der Gegeneinbringrichtung zu einem zweiten Biegungsteil entlang der Richtung, die senkrecht auf der Hauptströmungsrichtung steht, erstreckt; und einen dritten Durchgangsteil, der sich von dem zweiten Biegungsteil entlang der Hauptströmungsrichtung zu einem dritten Biegungsteil erstreckt, wobei die Strömungsratendetektionseinrichtung so angeordnet ist, dass eine Wandfläche des dritten Durchgangsteils mit einer Hauptfläche der Strömungsratendetektionseinrichtung bündig ist. Ein erster stufenförmiger Teil, der mehrere Stufenformen aufweist, die jeweils aus zwei Flächen aufgebaut sind, darunter ist eine Fläche vorhanden, die im Wesentlichen senkrecht auf der Hauptströmungsrichtung steht, an bzw. auf der Innenwandfläche der Außenumfangsseite des ersten Biegungsteils vorgesehen ist. Ein zweiter stufenförmiger Teil, der mehrere Stufenformen aufweist, die jeweils aus zwei Flächen aufgebaut sind, darunter ist eine Fläche vorhanden, die im Wesentlichen senkrecht auf der Gegenströmungsrichtung steht, an bzw. auf der Innenwandfläche der Außenumfangsseite des zweiten Biegungsteils vorgesehen ist. Ein plattenförmiges Element, welches den Durchgangsquerschnitt des Umgehungsdurchgangs in die Seite der Einbringrichtung und die Seite der Gegeneinbringrichtung unterteilt, ist von dem Einlass zum stromabwärtsseitigen Ende des zweiten Durchgangsteils entlang der Form des Umgehungsdurchgangs angeordnet.
Gemäß der Strömungsratenmessvorrichtung gemäß der Erfindung, wird Staub mit verschiedenen Partikeldurchmessern, der in den Umgehungsdurchgang tritt, insbesondere relativ großer Staub mit Partikeldurchmessern von 100 bis 200 µm oder dergleichen, zuverlässig mit dem ersten stufenförmigen Teil, dem zweiten stufenförmigen Teil und dem plattenförmigen Element in Kollision gebracht, wodurch dieser ausreichend abgebremst wird und die Strömungsratendetektionseinrichtung mit geringer Kollisionsenergie erreicht, wodurch vermieden werden kann, dass die Strömungsratendetektionseinrichtung durch Kollision mit Staub hoher Energie beschädigt wird. Ferner wird die Anordnung der Position des plattenförmigen Elements optimiert, wodurch Turbulenzen von Luft vermindert werden, die sich zur Strömungsratendetektionseinrichtung bewegt, wodurch eine zuverlässige Strömungsratenmessvorrichtung bereitgestellt werden kann, die einen guten Ausgleich zwischen der Strömungsratendetektionsgenauigkeit und der Staubtoleranz erzielt.
Die obige und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung deutlicher werden, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird.
Figurenliste

1 ist eine teilweise aufgeschnittene Vorderansicht einer Strömungsratenmessvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2A ist eine Vorderansicht und 2B ist eine Seitenansicht der Strömungsratenmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei ein Umgehungsdurchgang und dessen Umgebungen vergrößert sind;
3A stellt einen ersten stufenförmigen Teil und 3B stellt einen zweiten stufenförmigen Teil der Strömungsratenmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung dar;
4 ist eine Vorderansicht einer herkömmlichen Strömungsratenmessvorrichtung, in der ein Umgehungsdurchgang und dessen Umgebungen vergrößert sind;
5A, 5B und 5C zeigen Trajektorien des Staubs (100 µm), der in den Umgehungsdurchgang der herkömmlichen Strömungsratenmessvorrichtung eintritt;
6A, 6B und 6C zeigen Trajektorien des Staubs (200 µm), der in den Umgehungsdurchgang der herkömmlichen Strömungsratenmessvorrichtung eintritt;
7 stellt eine Wirkung des Bereitstellens lediglich des plattenförmigen Elements in dem Umgehungsdurchgang der herkömmlichen Strömungsratenmessvorrichtung dar;
8A zeigt die Beziehung zwischen der Luftturbulenz an einem Strömungsratendetektionsteil und der Anordnungsposition des plattenförmigen Elements; 8B zeigt die Beziehung zwischen der Staubtoleranz des Strömungsratendetektionsteils und der Anordnungsposition des plattenförmigen Elements;
9 stellt eine Wirkung des ersten stufenförmigen Teils der Strömungsratenmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung dar;
10 stellt eine Wirkung des ersten stufenförmigen Teils und des plattenförmigen Elements der Strömungsratenmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung dar;
11 stellt eine Wirkung des zweiten stufenförmigen Teils und des plattenförmigen Elements der Strömungsratenmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung dar;
12 stellt ein Problem dar, wenn das plattenförmige Element und das zweite stufenförmige Teil gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung nicht gleichzeitig in der Strömungsratenmessvorrichtung vorgesehen sind;
13 stellt ein Problem dar, wenn das plattenförmige Element in der Strömungsratenmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung nicht vorgesehen ist;
14 ist eine Vorderansicht einer Strömungsratenmessvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, in der ein Umgehungsdurchgang und dessen Umgebungen vergrößert sind;
15 stellt die Beziehung zwischen dem Verhältnis der Plattendicke des plattenförmigen Elements zur Umgehungsdurchgangshöhe und der Turbulenz des Strömungsratendetektionsteils dar;
16 ist eine Vorderansicht einer Strömungsratenmessvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, in der ein Umgehungsdurchgang und dessen Umgebungen vergrößert sind;
17A ist eine Vorderansicht einer Strömungsratenmessvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung, in der ein Umgehungsdurchgang und dessen Umgebungen vergrößert sind; 17B stellt einen dritten stufenförmigen Teil der Strömungsratenmessvorrichtung dar;
18 ist eine Vorderansicht der Strömungsratenmessvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung, in der ein Umgehungsdurchgang und dessen Umgebungen vergrößert sind;
19 ist eine Vorderansicht einer Strömungsratenmessvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung, in der ein Umgehungsdurchgang und dessen Umgebungen vergrößert sind;
20A ist eine Vorderansicht der Strömungsratenmessvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung, in der ein Umgehungsdurchgang und dessen Umgebungen vergrößert sind; 20B ist eine Querschnittsansicht des Umgehungsdurchgangs, die entlang der Linie A-A in 20A genommen ist;
21A ist eine Vorderansicht einer Strömungsratenmessvorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform der Erfindung, in der ein Umgehungsdurchgang und dessen Umgebungen vergrößert sind; 21B ist eine Querschnittsansicht des Umgehungsdurchgangs, die entlang der Linie B-B in 21A genommen ist;
22A ist eine Vorderansicht einer Strömungsratenmessvorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform der Erfindung, in der ein Umgehungsdurchgang und dessen Umgebungen vergrößert sind; 22B ist eine Querschnittsansicht des Umgehungsdurchgangs, die entlang der Linie C-C in 22A genommen ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erste Ausführungsform
Eine Strömungsratenmessvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird unten mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine teilweise aufgeschnittene Vorderansicht der Strömungsratenmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. 2A ist eine Vorderansicht und 2B ist eine Seitenansicht der Strömungsratenmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, in der ein Umgehungsdurchgang und dessen Umgebungen vergrößert sind. Es sei bemerkt, dass durch alle Zeichnungen hindurch, auf die in der folgenden Beschreibung Bezug genommen wird, dieselben oder entsprechende Komponenten mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind.
Die Strömungsratenmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform misst die Strömungsrate des zu vermessenden Fluids, das durch ein Rohr tritt. Beispielsweise, wie es in 1 gezeigt ist, wenn Ansaugluft, die durch ein Ansaugrohr einer Verbrennungsmaschine tritt, zu vermessendes Fluid ist, ist eine Einbringöffnung 2, die eine Durchgangsöffnung ist, in welche die Strömungsratenmessvorrichtung einzubringen ist, in dem Ansaugrohr 1 vorgesehen.
Es sei bemerkt, dass in 1 ein Pfeil A die Richtung kennzeichnet, entlang der die Strömungsratenmessvorrichtung eingebracht wird (im Folgenden als Einbringrichtung A bezeichnet); ein Pfeil B die Richtung entgegengesetzt zur Einbringrichtung A (im Folgenden als Gegeneinbringrichtung B bezeichnet) kennzeichnet; und ein Pfeil C die Richtung des Hauptstroms der Ansaugluft, die durch das Ansaugrohr 1 tritt (im Folgenden als Hauptströmungsrichtung C bezeichnet) kennzeichnet.
Die Strömungsratenmessvorrichtung wird bezüglich des Ansaugrohrs 1 von außen in die Einbringöffnung 2, die in dem Ansaugrohr 1 ausgebildet ist, eingebracht und in dem Ansaugrohr 1 installiert, sodass die Einbringrichtung A in die Einbringöffnung 2 im Wesentlichen senkrecht auf der Hauptströmungsrichtung C steht. Eine Strömungsratendetektionseinrichtung 3 wird von einer Platine 4 betrieben, die auf der Seite der Gegenströmungsrichtung B der Strömungsratendetektionseinrichtung 3 vorgesehen ist. Eine Basis 5 hält die Platine 4 und unterstützt die Strömungsratendetektionseinrichtung 3.
Eine Abdeckung 6 ist an der Basis 5 auf eine gestapelte Weise vorgesehen und bildet einen Umgehungsdurchgang 7 zum Einbringen eines Teils von Ansaugluft, in Zusammenwirkung mit der Basis 5. Wie es in 2B gezeigt ist, weist der Umgehungsdurchgang 7 einen rechteckförmigen Querschnitt auf, und die flache plattenförmige Strömungsratendetektionseinrichtung 3 ist in dem Umgehungsdurchgang 7 angeordnet. Ein Einlass 71 des Umgehungsdurchgangs 7 ist in der Nähe einer Vorderseite der Abdeckung 6 auf der Seite der Einbringrichtung A vorgesehen.
Die Basis 5 ist aus einem Verbinder 51, einem Flansch 52, einem Gehäuseteil 53, einem Schlitz 54 und einer Umgehungsdurchgangskomponente 55, in dieser Reihenfolge von der Seite der Einbringöffnung 2 des Ansaugrohrs 1 in der Einbringrichtung A, ausgebildet, die durch Ausformen in ein einziges Teil integriert sind. Der wasserdichte Verbinder 51 ist außerhalb des Ansaugrohrs 1 vorgesehen. Ein Verbinderanschluss 8 weist ein Ende auf, das ein Anschluss ist, der von der Seite des Verbinders 51 zum Senden/Empfangen von Signalen nach/von außen verwendet wird, und das andere Ende ist elektrisch mit der Platine 4 mittels einer Drahtverbindung oder dergleichen verbunden.
Der Flansch 52 ist an dem Ansaugrohr 1 mit einer Schraube (nicht gezeigt) oder dergleichen fixiert. Das Gehäuseteil 53 unterstützt und enthält die Platine 4. Der Schlitz 54 weist die Strömungsratendetektionseinrichtung auf. Die Strömungsratendetektionseinrichtung 3 ist in der Umgehungsdurchgangskomponente 55 platziert. Die Detektionsfläche der Strömungsratendetektionseinrichtung 3 bildet einen Teil der Wandfläche des Umgehungsdurchgangs 7 aus. Das wird später im Detail beschrieben.
Die Abdeckung 6 ist beispielsweise mit PBT-Harz ausgeformt. Die Seite der Gegeneinbringrichtung B der Abdeckung 6 bildet einen Platinenschutz 61 aus, der die Platine 4, die auf der Basis 5 enthalten ist, abdeckt. Auf der anderen Seite bildet die Seite der Einbringrichtung A der Abdeckung 6 den Umgehungsdurchgang 7 zum Einbringen eines Teils von Luft, die in das Ansaugrohr 1 strömt, in Zusammenwirkung mit der Basis 5 aus.
Die Halbleiter- Strömungsratendetektionseinrichtung 3 wird durch Ätzen der Rückseite einer Isolationsplatte, die aus Silizium, Polysilizium, Keramik oder dergleichen ausgebildet ist, gefertigt, wobei ein dünner Teil ausgebildet wird und auf dem dünnen Teil ein Strömungsratendetektionsteil 33 ausgebildet wird, der einen Strömungsratendetektionswiderstand 31 und einen Temperaturkompensationswiderstand 32 aufweist. Die Strömungsratendetektionseinrichtung 3 verbraucht weniger Leistung und antwortet schnell, aufgrund einer geringen Wärmekapazität eines Heizwiderstands und einer guten Wärmeisolation gegen ein Unterstützungselement.
Allerdings ist die Strömungsratendetektionseinrichtung 33, die in dem dünnen Teil ausgebildet ist, bezüglich eines Aufschlags von außen schwach. Genauer gesagt, wenn Staub, der durch das zu vermessende Fluid beschleunigt wird, mit dem Strömungsratendetektionsteil 33 bei hoher Geschwindigkeit kollidiert, können der Strömungsratendetektionswiderstand 31 und der Temperaturkompensationswiderstand 32 beschädigt werden. Anschließend kann als Folge davon die Strömungsratendetektionsgenauigkeit verringert sein, und ferner kann die Messfähigkeit verloren gehen.
Um dieses Problem zu lösen, weist die Strömungsratenmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform einen ersten stufenförmigen Teil 731, einen zweiten stufenförmigen Teil 751 und ein plattenförmiges Element 9, die in dem Basisdurchgang 7 vorgesehen sind, in den die Strömungsratendetektionseinrichtung 3 angeordnet ist, auf. Die Struktur und die Funktion dieser Teile werden unten im Detail mit Bezug auf die 2 bis 13 beschrieben.
Es sei bemerkt, dass die plattenförmige Strömungsratendetektionseinrichtung 3 so angeordnet ist, dass deren eine Hauptfläche bündig mit einer Wandfläche des Umgehungsdurchgangs 7, der den rechteckförmigen Durchgangsquerschnitt aufweist, vorgesehen ist. In der ersten Ausführungsform kennzeichnet ein Pfeil E, der in 2B gezeigt ist, die Dickenrichtung der Strömungsratendetektionseinrichtung 3.
In der folgenden Beschreibung wird bei dem rechteckförmigen Durchgangsquerschnittsbereich des Umgehungsdurchgangs 7, der in 2B gezeigt ist, der Abstand zwischen zwei Seiten, die parallel zur Dickenrichtung E der Strömungsratendetektionseinrichtung 3 verlaufen (mit H in 2B bezeichnet), als Umgehungsdurchgangshöhe bezeichnet. Ferner wird der Abstand zwischen zwei Seiten, die senkrecht auf der Dickenrichtung E der Strömungsratendetektionseinrichtung 3 stehen (bezeichnet mit W in 2B) als Umgehungsdurchgangsbreite bezeichnet.
Der Einlass 71 des Umgehungsdurchgangs 7 ist in der Richtung zur Stromaufwärts gelegenen Seite der Hauptströmungsrichtung C offen und nimmt einen Teil der Ansaugluft, die durch das Ansaugrohr 1 tritt, auf. Wie es in 2A gezeigt ist, weist der Umgehungsdurchgang 7 einen ersten Durchgangsteil 72, einen ersten Biegungsteil 73, einen zweiten Durchgangsteil 74, einen zweiten Biegungsteil 75, einen dritten Durchgangsteil 76 und einen dritten Biegungsteil 77 auf.
Der erste Durchgangsteil 72 erstreckt sich von dem Einlass 71 zum ersten Biegungsteil 73 entlang der Hauptströmungsrichtung C. Das erste Biegungsteil 73 ist aufgebaut, um die Strömungsrichtung von derjenigen in dem ersten Durchgangsteil 72 (Hauptströmungsrichtung C) im Wesentlichen um 90° in dem zweiten Durchgangsteil 74 zu ändern. Der zweite Durchgangsteil 74 erstreckt sich von dem ersten Biegungsteil 73 zum zweiten Biegungsteil 75 entlang der Richtung, die senkrecht auf der Hauptströmungsrichtung C steht, und bezüglich der Gegeneinbringrichtung B.
Der zweite Biegungsteil 75 ist aufgebaut, um die Strömungsrichtung von derjenigen in dem zweiten Durchgangsteil 74 um im Wesentlichen 90° in den dritten Durchgangsteil 76 zu ändern. Ferner erstreckt sich der dritte Durchgangsteil 76 von dem zweiten Biegungsteil 75 zum dritten Biegungsteil 77 entlang der Hauptströmungsrichtung C. Die flache plattenförmige Strömungsratendetektionseinrichtung 3 ist so angeordnet, dass deren eine Hauptfläche mit einer Wandfläche des dritten Durchgangsteils 76 bündig ist.
Ferner ist das plattenförmige Element 9, das den Durchgangsquerschnitt des Umgehungsdurchgangs 7 in eine Seite der Einbringrichtung A und eine Seite der Gegeneinbringrichtung B unterteilt, von dem Einlass 71 zum Ende der Stromabwärtsseite des zweiten Durchgangsteils 74 entlang der Gestalt des Umgehungsdurchgangs 7 vorgesehen.
Ferner ist der erste stufenförmige Teil 731 an der Innenwandfläche auf der Außenumfangsseite des ersten Biegungsteils 73 vorgesehen. Wie es in 3A gezeigt ist, weist der erste stufenförmige Teil 731 mehrere Stufenformen auf, die jeweils aus zwei Flächen bestehen, wobei eine Fläche 732, die im Wesentlichen senkrecht auf der Hauptströmungsrichtung C steht, enthalten ist. In dem ersten stufenförmigen Teil 731 sind die beiden Flächen, welche jede Stufenform ausbilden, in einem Winkel θ₁ von im Wesentlichen 90° zueinander angeordnet.
Ferner ist das zweite stufenförmige Teil 751 an der Innenwandfläche auf der Außenumfangsseite des zweiten Biegungsteils 75 vorgesehen. Wie es in 3B gezeigt ist, weist der zweite stufenförmige Teil 751 mehrere Stufenformen auf, die jeweils aus zwei Flächen bestehen, wobei eine Fläche 752, die im Wesentlichen senkrecht auf der Gegeneinbringrichtung B steht, enthalten ist. In dem zweiten stufenförmigen Teil 751 sind die beiden Flächen, welche jede Stufenform ausbilden, in einem Winkel θ₂ von im Wesentlichen 90° zueinander angeordnet.
Das plattenförmige Element 9, das erste stufenförmige Teil 731 und das zweite stufenförmige Teil 751 sind als Teil der Innenwandfläche des Umgehungsdurchgangs 7, d.h. als ein Teil der Basis 5 oder der Abdeckung 6, ausgebildet, welche dasselbe Harzmaterial, beispielsweise PBT-Harz, verwenden und mit dem Umgehungsdurchgang 7 integral ausgeformt sind.
Als nächstes wird die Funktion des plattenförmigen Elements 9, des ersten stufenförmigen Teils 731 und des zweiten stufenförmigen Teils 751 beschrieben. Als erstes wird als ein vergleichendes Beispiel das Verhalten von Staub, der in den Umgehungsdurchgang 7 einer herkömmlichen Strömungsratenmessvorrichtung eintritt, mit Bezug auf die 4 bis 6 beschrieben.
4 ist eine Vorderansicht der herkömmlichen Strömungsratenmessvorrichtung, in welcher der Umgehungsdurchgang 7 und dessen Umgebungen vergrößert sind. Der Unterschied zum Umgehungsdurchgang 7 gemäß der ersten Ausführungsform (vergleiche 2) besteht lediglich darin, dass das plattenförmige Element 9, der erste stufenförmige Teil 731 und der zweite stufenförmige Teil 751 nicht vorgesehen sind. In dem herkömmlichen Umgehungsdurchgang 7 ist die Innenwandfläche auf der Außenumfangsseite des ersten Biegungsteils 73 und des zweiten Biegungsteils 75 ausgebildet, um ein geneigter flacher Teil oder ein bogenförmiger Teil mit einem bestimmten Krümmungsradius zu sein.
Ferner ändern auch bei der herkömmlichen Struktur, die in 4 gezeigt ist, der erste Biegungsteil 73 und der zweite Biegungsteil 75 die Richtung des Luftstroms in dem Umgehungsdurchgang 7 um im Wesentlichen 90°, um zu vermeiden, dass Staub, der in den Umgehungsdurchgang 7 eintritt, direkt mit der Strömungsratendetektionseinrichtung 3 kollidiert. Allerdings kann Staub, der in den Umgehungsdurchgang 7 eintritt, sich in dem Innenbereich bewegen und mit der Strömungsratendetektionseinrichtung 3 kollidieren.
Um die Trajektorie des Staubs, der in den herkömmlich strukturierten Umgehungsdurchgang 7 eintritt, zu verfolgen, wurde eine CAE-Analyse durchgeführt, wobei das Resultat davon in den 5 und 6 gezeigt ist. Es sei bemerkt, dass in den Zeichnungen, auf die im Folgenden Bezug genommen wird, D Staub bezeichnet und L die Trajektorie des Staubs bezeichnet.
Gemäß dem Resultat einer Marktanalyse war bekannt, dass der Partikeldurchmesser von Staub, der in der Luft, die in das Ansaugrohr 1 strömt, enthalten ist, normalerweise weniger oder gleich 100 µm beträgt, allerdings kann großer Staub, mit einem Partikeldurchmesser von 200 µm oder dergleichen, in das Ansaugrohr 1 bei einem schwierigen Verwendungszustand oder in Abhängigkeit der Verwendung der Vorrichtung durch den Benutzer eintreten.
Somit wurde Staub mit einem Partikeldurchmesser von 100 µm oder 200 µm, der den Strömungsratendetektionsteil 33 beschädigen kann, wenn dieser mit dem Strömungsratendetektionsteil 33 bei einer hohen Geschwindigkeit kollidiert, als ein Ziel der CAE-Analyse spezifiziert, anschließend wurde die Trajektorie des Staubs, nach Ablauf einer bestimmten Zeit, in einem stationären Zustand bei einer konstanten Hauptstromgeschwindigkeit analysiert.
Die 5A bis 5C zeigen die Trajektorie des Staubs mit einem Partikeldurchmesser von 100 µm, wenn eine bestimmte Zeit abgelaufen ist, seit der Staub veranlasst wurde, zu fliegen bzw. transportiert zu werden. Es wurde beobachtet, dass Staub mit einem Partikeldurchmesser von 100 µm dazu tendiert, durch den Luftstrom in dem Umgehungsdurchgang 7 transportiert zu werden, und der Staub, der in den Umgehungsdurchgang 7 eintritt, kollidiert mit der Innenumfangsfläche auf der Außenumfangsseite des ersten Biegungsteils 73 in einem Winkel, kollidiert anschließend mit der Innenwandfläche auf der Außenumfangsseite des zweiten Biegungsteils 75 und bewegt sich anschließend zur Strömungsratendetektionseinrichtung 3.
Auf der anderen Seite zeigen die 6A bis 6C die Trajektorie von Staub mit einem Partikeldurchmesser von 200 µm, wenn eine bestimmte Zeit abgelaufen ist, seit der Staub veranlasst wurde, transportiert zu werden. Es wurde beobachtet, dass nach dem Eintritt in den Umgehungsdurchgang 7 der Staub mit einem Partikeldurchmesser von 200 µm kaum von dem Luftstrom transportiert wird, aber durch den Hauptstrom beschleunigt wird und sich mit einer Trägheitskraft nach vorn bewegt, während dieser mit der Wandfläche kollidiert.
Gemäß dem Resultat der oben beschriebenen Analyse wurde gezeigt, dass, da die Strömungsratendetektionseinrichtung 3 in dem gebogenen Umgehungsdurchgang 7 angeordnet ist, Staub, der von dem Hauptstrom beschleunigt wird, nicht direkt mit der Strömungsratendetektionseinrichtung 3 kollidiert, aber Staub mit einem relativ großen Partikeldurchmesser durch den Hauptstrom beschleunigt wird und die Strömungsratendetektionseinrichtung 3 mit nur sehr geringer Bremswirkung erreicht.
Als nächstes wird eine Wirkung mit Bezug auf die 7 und 8 beschrieben, wenn das plattenförmige Element 9 in dem herkömmlich strukturierten Umgehungsdurchgang 7, wie es in 4 gezeigt ist, angeordnet ist. Das plattenförmige Element 9 ist von dem Einlass 71 zum Ende der Stromabwärtsseite des zweiten Durchgangsteils 74 des Umgehungsdurchgangs 7 entlang der Form des Umgehungsdurchgangs 7 angeordnet. Der Innenbereich des Umgehungsdurchgangs 7 wird von dem plattenförmigen Element 9 in einen Nebenumgehungsdurchgang der Gegeneinbringrichtungsseite 701 und einen Nebenumgehungsdurchgang der Einbringrichtungsseite 702 unterteilt.
7 zeigt eine Trajektorie L1 von Staub D1, der in den Nebenumgehungsdurchgang der Gegeneinbringrichtungsseite 701 eintritt, und eine Trajektorie L2 von Staub D2, der in den Nebenumgehungsdurchgang der Einbringrichtungsseite 702 eintritt. Da der Staub D1 und D2, die in den Umgehungsdurchgang 7 eintreten, von dem Hauptstrom beschleunigt werden, prallen diese, wenn sie mit der Wandfläche des Umgehungsdurchgangs 7 kollidieren, von der Wandfläche ab und kollidieren mit dem plattenförmigen Element 9. Somit erhöht sich, im Vergleich zum Fall ohne plattenförmiges Element 9, die Anzahl der Kollisionen des Staubs mit der Wandfläche des Umgehungsdurchgangs 7 deutlich, wodurch der Staub bzw. die Staubpartikel verlangsamt bzw. abgebremst werden.
8A zeigt die Beziehung zwischen der Anordnungsposition des plattenförmigen Elements 9 und der Luftturbulenz an dem Strömungsratendetektionsteil 33. Hier wird kurz beschrieben, wie die Luftturbulenz an dem Strömungsratendetektionsteil 33 zu evaluieren bzw. auszuwerten ist. Eine Auswertungsvorrichtung, die imstande ist, Luft zu veranlassen, in die Strömungsratenmessvorrichtung mit einer bestimmten Strömungsrate einzuströmen, wird zur Messung des Ausgabeniveaus (Spannung) verwendet, wenn die Strömungsrate inkrementell erhöht wird, wodurch die Relation zwischen der Strömungsrate und der Spannung erhalten wird. Anschließend wird die Standardabweichung (%) der Ausgabestörung, die in dem Ausgabeniveau aufgrund von Luftturbulenz auftritt, als „Luftturbulenz an dem Strömungsratendetektionsteil“ definiert.
Mehrere Abdeckungen 6 werden für die oben beschriebene Auswertungsvorrichtung vorbereitet, die sich graduell von dem Einlass 71 zum dritten Durchgangsteil 76 des Umgehungsdurchgangs 7 länglich erstrecken. Anschließend wird die Relation zwischen der Anordnungsposition des plattenförmigen Elements 9 und der Luftturbulenz an dem Strömungsratendetektionsteil 33 ermittelt.
Wie es aus der 8A ersichtlich ist, wenn das plattenförmige Element 9 über dem zweiten Biegungsteil 75 auf der Seite der Strömungsratendetektionseinrichtung 3 angeordnet ist, wird der Strömungsratendetektionsteil 33 getrennten Scherlagen, die Wirbel und eine kreisförmige Strömung, die bezüglich des plattenförmigen Elements stromabwärts auftritt, enthalten, ausgesetzt, wodurch die Luftturbulenz in der Nähe des Strömungsratendetektionsteils 33 deutlich erhöht wird.
Folglich kann durch Anordnen des plattenförmigen Elements 9, das sich direkt bis vor das zweite Biegungsteil 75 erstreckt, d.h. zum Ende auf der Stromabwärtsseite des zweiten Durchgangsteils 74, vermieden werden, dass das Strömungsratendetektionsteil 33 getrennten Scherlagen ausgesetzt wird, welche von dem plattenförmigen Element 9 bewirkt werden, wodurch die Luftturbulenz deutlich erhöht wird, wodurch der Einschlag von Luftturbulenz auf das Strömungsratendetektionsteil 33 verringert wird.
Ferner zeigt 8B die Beziehung zwischen der Anordnungsposition des plattenförmigen Elements 9 und der Staubtoleranz des Strömungsratendetektionsteils 33 für jeden Staubpartikeldurchmesser (100 µm, 200 µm). Hier wird kurz beschrieben, wie die Staubtoleranz des Strömungsratendetektionsteils 33 zu auszuwerten ist. Eine Auswertungsvorrichtung, die imstande ist, Luft zu veranlassen, in die Strömungsratenmessvorrichtung mit einer bestimmten Strömungsrate einzuströmen, wird verwendet, und Staub mit einem Partikeldurchmesser von 100 µm oder 200 µm wird durch den Einlass 71 des Umgehungsdurchgangs 7 eingebracht.
Anschließend wird die Strömungsrate allmählich erhöht, während die Ausgabe der Strömungsratenmessvorrichtung überwacht wird, und, wenn eine anormale Ausgabe auftritt, wird bestimmt, dass das Strömungsratendetektionsteil 33 durch den Staub beschädigt wurde. Diese Staub-Beschädigungs-Strömungsrate (g/s) wird als Staubtoleranz bezeichnet. Folglich, wenn Staub weniger wahrscheinlich mit dem Strömungsratendetektionsteil 33 kollidiert oder wenn die Geschwindigkeit des Staubs deutlich verringert ist, selbst wenn dieser mit dem Strömungsratendetektionsteil 33 kollidiert, ist die Staubtoleranz groß.
Wie es aus der 8B ersichtlich ist, erhöht eine Anordnung des plattenförmigen Elements 9, das sich stromabwärts bezüglich des zweiten Durchgangsteils 74 erstreckt, die Staubtoleranz deutlich. Gemäß dieser Resultate von Analysen und Experimenten, muss, um die Luftturbulenz zu minimieren und die Staubtoleranz sicher zu maximieren, das Ende der Stromabwärtsseite des plattenförmigen Elements 9 an der Grenze zwischen dem zweiten Durchgangsteil 74 und dem zweiten Biegungsteil 75 angeordnet werden, wodurch ein guter Ausgleich zwischen dem Unterdrücken von Luftturbulenz und der Erhöhung der Staubtoleranz ermöglicht wird.
Allerdings, wie es in 8B gezeigt ist, ist für Staub mit einem Partikeldurchmesser von 200 µm lediglich die Anordnung des plattenförmigen Elements 9 zum Sicherstellen einer angemessenen Staubtoleranz ausreichend. Der Grund liegt darin, dass beim Eintritt in den Umgehungsdurchgang 7 relativ großer Staub mit Partikeldurchmessern von 200 µm eine initiale Kollisionsenergie hat, die größer als die des Staubs mit einem Partikeldurchmesser von 100 µm oder weniger ist, und dieser lediglich mit der Anordnung des plattenförmigen Elements 9 nicht ausreichend abgebremst werden kann.
Aus diesem Grund weist zusätzlich zu dem plattenförmigen Element 9 die Strömungsratenmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform den ersten stufenförmigen Teil 731 auf, der mehrere Stufenformen hat, die jeweils aus zwei Flächen bestehen, welche die Fläche 732 enthalten, die im Wesentlichen senkrecht auf der Hauptströmungsrichtung C steht, wobei diese auf der Innenwandfläche auf der Außenumfangsseite des ersten Biegungsteils 73 platziert sind. Eine Wirkung des ersten stufenförmigen Teils 731 wird mit Bezug auf 9 beschrieben.
Im Allgemeinen sind die Elemente, welche den Umgehungsdurchgang 7 ausbilden, aus einem thermoplastischen Harz mit einem darin enthaltenden Glasfüllmaterial gefertigt, das einen relativ hohen Rückstoßkoeffizienten aufweist, sodass es unwahrscheinlich ist, dass Staub, der in den Umgehungsdurchgang 7 eintritt, durch Kollision mit der Wandfläche des Umgehungsdurchgangs 7 abgebremst wird.
Allerdings nutzt der erste stufenförmige Teil 731 den hohen Abprallkoeffizienten der Wandfläche des Umgehungsdurchgangs 7 vorteilhaft aus. Wie es in 9 gezeigt ist, kollidiert Staub, der in den Umgehungsdurchgang 7 eintritt, im Wesentlichen senkrecht mit der Fläche 732, die im Wesentlichen senkrecht auf der Hauptströmungsrichtung C steht, des ersten stufenförmigen Teils 731. Dadurch wird der Staub deutlich abgebremst. Ferner kann der Staub, der abgeprallt ist, durch den Einlass 71 des Umgehungsdurchgangs 7 nach außen bezüglich des Umgehungsdurchgangs 7 ausgegeben werden kann, wodurch Staub, der in den Umgehungsdurchgang 7 eintritt, verringert werden kann.
Als nächstes wird eine Wirkung mit Bezug auf die 10 beschrieben, wenn sowohl das erste stufenförmige Teil 731 als auch das plattenförmige Element 9 bereitgestellt werden. Wie es in 10 gezeigt ist, selbst wenn Staub in den Umgehungsdurchgang 7 mit einem Winkel eintritt und nicht senkrecht mit der Fläche des ersten stufenförmigen Teils 731 kollidiert, bewegt sich der Staub zum zweiten Durchgangsteil 74, während dieser mit dem plattenförmigen Element 9 und dem ersten stufenförmigen Teil 731 kollidiert. Somit kann das erste stufenförmige Teil 731 den Staub zuverlässig veranlassen, mit dem plattenförmigen Element 9 zu kollidieren, wodurch der Staub deutlich verlangsamt bzw. abgebremst wird.
Somit wird der Staub durch Bereitstellen sowohl des ersten stufenförmigen Teils 731 als auch des plattenförmigen Elements 9 deutlich abgebremst. Der Staub mit einem Partikeldurchmesser von 100 µm oder weniger wird in der Nähe des zweiten Biegungsteils 75, welcher der Endpunkt des plattenförmigen Elements 9 ist, erheblich abgebremst, somit beschädigt dieser den Strömungsratendetektionsteil 33 nicht, aufgrund der geringen Kollisionsenergie, selbst wenn dieser sich zur Strömungsratendetektionseinrichtung 3 bewegt.
Allerdings kann relativ großer Staub mit einem Partikeldurchmesser von 200 µm oder dergleichen, selbst wenn dieser abgebremst wird, das Strömungsratendetektionsteil 33 beschädigen, wenn dieser mit dem Strömungsratendetektionsteil 33 kollidiert. Ferner kann das Strömungsratendetektionsteil 33 beschädigt werden, wenn Staub, selbst mit einem Partikeldurchmesser von 100 µm oder weniger, in einem spitzen Winkel in den Umgehungsdurchgang 7 fliegt, nahezu ohne Kollision mit dem plattenförmigen Element 9 und der Wandfläche des Umgehungsdurchgangs 7 und mit dem Strömungsratendetektionsteil 33 kollidiert.
Aus diesem Grund weist zusätzlich zu dem plattenförmigen Element 9 und dem ersten stufenförmigen Teil 731 die Strömungsratenmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform den zweiten stufenförmigen Teil 751 auf, der mehrere Stufenformen hat, die jeweils aus zwei Flächen bestehen, welche die Fläche 772 enthalten, die im Wesentlichen senkrecht auf der Gegeneinbringrichtung B steht, wobei dieser an der Innenwandfläche der Außenumfangsseite des zweiten Biegungsteils 75 platziert ist.
Als nächstes wird eine Wirkung des Bereitstellens sowohl des plattenförmigen Elements als auch des zweiten stufenförmigen Teils 751 mit Bezug auf 11 beschrieben. Wie es in 11 gezeigt ist, werden Staubpartikel (D₁, D₂) von dem plattenförmigen Element 9 geführt, um sich zum zweiten stufenförmigen Teil 751 zu bewegen, das an dem zweiten Biegungsteil 75 vorgesehen ist. Die Staubpartikel, welche im Wesentlichen senkrecht mit der Fläche 752 des zweiten stufenförmigen Teils 751 kollidiert sind, fliegen in der Richtung von der Strömungsratendetektionseinrichtung 3 weg, wodurch eine Kollision mit dem Strömungsratendetektionsteil 33 zuverlässig vermieden werden kann.
Als nächstes wird ein Problem mit Bezug auf die 12 beschrieben, das dann auftritt, wenn das plattenförmige Element 9 und das zweite stufenförmige Teil 751 nicht bereitgestellt werden. Wie es in 12 gezeigt ist, wenn lediglich das erste stufenförmige Teil 731 und das zweite stufenförmige Teil 9 vorgesehen sind und die Innenwandfläche auf der Außenumfangsseite des zweiten Biegungsteils 75 flach aufgebaut ist, kann Staub (D₁), der durch den Nebenumgehungsdurchgang der Gegeneinbringrichtungsseite 701 tritt, sich zur Strömungsratendetektionseinrichtung 3 bewegen, nach Kollision mit der Innenwandfläche auf der Außenumfangsseite des zweiten Biegungsteils 75 (Trajektorie L₁).
Ferner kann Staub (D₂), der durch den Nebenumgehungsdurchgang der Einbringrichtungsseite 702 tritt, sich zur Strömungsratendetektionseinrichtung 3 bewegen, nachdem sich dieser in dem Umgehungsdurchgang 7 nach vorn bewegt hat, ohne Kollision mit dem ersten stufenförmigen Teil 731 und Kollision mit der Innenwandfläche auf der Außenumfangsseite des zweiten Biegungsteils 75 (Trajektorie L₂).
Als nächstes wird ein Problem mit Bezug auf 13 beschrieben, das dann auftritt, wenn der erste stufenförmige Teil 731 und der zweite stufenförmige Teil 751 bereitgestellt werden und das plattenförmige Element 9 nicht bereitgestellt wird. Wenn das plattenförmige Element 9 nicht vorgesehen ist, kann Staub vorhanden sein, der weder mit dem ersten stufenförmigen Teil 731 noch mit dem zweiten stufenförmigen Teil 751 kollidiert. Solcher Staub, der nicht sehr oft mit der Wandfläche kollidiert, wird nicht ausreichend abgebremst und erreicht die Strömungsratendetektionseinrichtung 3, während dieser weiterhin eine hohe Kollisionsenergie aufweist.
Im Hinblick auf das oben dargelegte, um jeglichen Partikeldurchmesser und jeglichen Bewegungsstatus des Staubs zu berücksichtigen, ist es wichtig, sowohl den ersten stufenförmigen Teil 731, als auch den zweiten stufenförmigen Teil 751 als auch das plattenförmige Element 9 bereitzustellen. Es ist außerdem wichtig, dass jede Stufenform des ersten stufenförmigen Teils 731 und des zweiten stufenförmigen Teils 751 einen Winkel aufweist, der im Wesentlichen 90° beträgt.
Wenn die Stufenform mit einem Winkel aufgebaut ist, der kleiner als 90° beträgt, ist es wahrscheinlich, dass eine Stagnation des Luftstroms auftritt, was ein Problem darin bewirken kann, dass kleiner Staub mit einem Teilchendurchmesser von 100 µm oder weniger sich in dem konkaven Abschnitt der Stufenform ansammelt. Ferner ist es für ein ausgeformtes Teil, bei einer Stufe, die einen spitzen Winkel aufweist, wahrscheinlich, dass kurze schussartige Bewegungen auftreten, somit ist es schwierig, eine gewünschte Stabilität zu erhalten. Ferner ist es für eine ausgeformte Form bei einer Gestalt, die einen spitzen Winkel aufweist, wahrscheinlich, dass eine temporäre Variation der Gestalt bzw. Form aufgrund von Abnutzung der Form oder dergleichen auftritt.
Auf der anderen Seite, wenn jede Stufenform mit einem Winkel aufgebaut ist, der größer als 90° ist, ist es schwierig, eine Fläche auszubilden, die im Wesentlichen senkrecht auf der Hauptströmungsrichtung C steht, und die gewünschte Wirkung kann nicht erzielt werden. Aus diesen Gründen weisen der erste stufenförmige Teil 731 und der zweite stufenförmige Teil 751 wünschenswerterweise Stufenformen auf, die jeweils aus zwei Flächen aufgebaut sind, die in einem Winkel von im Wesentlichen 90° zueinander angeordnet sind.
Wie es oben beschrieben worden ist, wird gemäß der ersten Ausführungsform Staub mit verschiedenen Partikeldurchmessern, der in den Umgehungsdurchgang 7 eintritt, insbesondere relativ großer Staub mit einem Partikeldurchmesser von 100 bis 200 µm oder dergleichen, zuverlässig veranlasst, mit dem ersten stufenförmigen Teil 731, dem zweiten stufenförmigen Teil 751 und dem plattenförmigen Element 9 zu kollidieren, wodurch dieser ausreichend abgebremst wird und die Strömungsratendetektionseinrichtung 3 mit geringer Kollisionsenergie erreicht. Dadurch kann vermieden werden, dass die Strömungsratendetektionseinrichtung 3 beschädigt wird und durch Kollision mit hoher Geschwindigkeit des Staubs zerstört wird.
Ferner wird die Anordnungsposition des plattenförmigen Elements 9 optimiert, um Luftturbulenzen an dem Strömungsratendetektionsteil 33 zu unterdrücken, was einen guten Ausgleich zwischen der Strömungsratendetektionsgenauigkeit und der Staubtoleranz ermöglicht, wodurch eine robuste und zuverlässige Strömungsratenmessvorrichtung bereitgestellt wird. Ferner sind der erste stufenförmige Teil 731, der zweite stufenförmige Teil 751 und das plattenförmige Element 9 mit demselben Harzmaterial wie der Umgehungsdurchgang 7 integral ausgeformt, folglich variieren die Anordnungspositionen kaum, und keine zusätzliche Arbeit zur Positionierung, Anbringung oder dergleichen sind erforderlich.
Zweite Ausführungsform
14 ist eine Vorderansicht einer Strömungsratenmessvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, in der ein Umgehungsdurchgang und dessen Umgebungen vergrößert sind. In der zweiten Ausführungsform ist das plattenförmige Element 9 ausgebildet, um eine Plattendicke t aufzuweisen, wobei das Verhältnis davon zur Umgehungsdurchgangshöhe H im Allgemeinen kleiner oder gleich 0,2 ist (d.h. t/H ≤ 0,2). Es sei bemerkt, dass der weitere Aufbau gleich dem der ersten Ausführungsform ist und eine Beschreibung desselben nicht wiederholt wird.
15 zeigt die Beziehung zwischen dem Verhältnis der Plattendicke T des plattenförmigen Elements 9 zur Umgehungsdurchgangshöhe H (t/H) und der Luftturbulenz an dem Strömungsratendetektionsteil 33. Es sei bemerkt, dass die Definition der Luftturbulenz an dem Strömungsratendetektionsteil 33 so ist, wie in der ersten Ausführungsform mit Bezug auf 8A beschrieben, und eine Beschreibung desselben nicht widerholt wird.
Wie es aus der 15 hervorgeht, bewirkt das initiale Anordnen des plattenförmigen Elements 9 eine Erhöhung der Luftturbulenz an dem Strömungsratendetektionsteil 33. Ferner geht daraus hervor, dass der Druckverlust in dem Umgehungsdurchgang 7 sich mit Vergrößerung der Plattendicke t erhöht und die Luftturbulenz sich tendenziell erhöht, wenn t/H ≥ 0,3 ist.
Aus diesem Grund wird in der zweiten Ausführungsform das Verhältnis der Plattendicke t des plattenförmigen Elements 9 zur Umgehungsdurchgangshöhe H festgelegt, um im Allgemeinen kleiner als oder gleich 0,2 zu sein, wodurch Turbulenz und eine Verlangsamung der Luft unterdrückt werden kann, die sich zur Strömungsratendetektionseinrichtung 3 bewegt, während die Staubtoleranz nahezu gleich der der ersten Ausführungsform beibehalten wird, unter Berücksichtigung des Druckverlusts in dem Umgehungsdurchgang 7.
Dritte Ausführungsform
16 ist eine Vorderansicht einer Strömungsratenmessvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, in der ein Umgehungsdurchgang und dessen Umgebungen vergrößert sind. In der dritten Ausführungsform ist in dem Umgehungsdurchgang 7 der erste Durchgangsteil 72 ausgelassen, und ein erster Biegungsteil 73a ist in der Nähe des Einlasses 871 vorgesehen. Es sei bemerkt, dass der verbleibende Aufbau gleich dem der ersten Ausführungsform ist und eine Beschreibung desselben nicht wiederholt wird.
In der dritten Ausführungsform ist im Vergleich zur ersten Ausführungsform die Position eines ersten stufenförmigen Teils 731a, der in dem ersten Biegungsteil 73a vorgesehen ist, näher an dem Einlass 71. Somit, wie es in 16 gezeigt ist, wenn Staub, der in den Umgehungsdurchgang 7 eintritt, mit dem ersten stufenförmigen Teil 731a kollidiert und zurückprallt, der Staub mit hoher Wahrscheinlichkeit nach außen bezüglich des Umgehungsdurchgangs 7 ausgestoßen wird, unabhängig von der Position und dem Winkel des Zurückpralls. Folglich kann die Gesamtmenge des Staubs, der in dem Umgehungsdurchgang 7 eintritt, deutlich verringert werden.
Somit kann gemäß der dritten Ausführungsform zusätzlich zur selben Wirkung wie bei der ersten Ausführungsform die Gesamtmenge des Staubs, der die Strömungsratendetektionseinrichtung 3, die in dem Umgehungsdurchgang 7 angeordnet ist, verringert werden, wodurch zuverlässig vermieden werden kann, dass der Strömungsratendetektionsteil 33 durch den Staub beschädigt wird.
17A ist eine Vorderansicht einer Strömungsratenmessvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung, in der ein Umgehungsdurchgang und dessen Umgebungen vergrößert sind. 17B stellt einen dritten stufenförmigen Teil 901 dar, der an einem plattenförmigen Element 9a der Strömungsratenmessvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform vorgesehen ist.
In der vierten Ausführungsform ist das dritte stufenförmige Teil 901, das mehrere Stufenformen aufweist, die jeweils aus zwei Flächen aufgebaut sind, die eine Fläche 902 aufweisen, die im Wesentlichen senkrecht auf der Hauptströmungsrichtung C steht, auf der B-Seiten-Fläche der Gegeneinbringrichtung des plattenförmigen Elements 9a angeordnet. Es sei bemerkt, dass der übrige Aufbau gleich dem der ersten Ausführungsform ist und eine Beschreibung desselben nicht wiederholt wird.
Wie es in 17B gezeigt ist, sind in dem dritten stufenförmigen Teil 901 die beiden Flächen, die jede Stufenform ausbilden, in einem Winkel θ₃ von im Wesentlichen 90° zueinander angeordnet. Der Grund für den Aufbau jeder Stufenform des dritten stufenförmigen Teils 901, sodass diese im Wesentlichen einen Winkel von 90° aufweisen, ist gleich dem des ersten stufenförmigen Teils 731 und des zweiten stufenförmigen Teils 751, und eine Beschreibung derselben wird nicht wiederholt.
In der vierten Ausführungsform kollidiert Staub, der in den Nebenumgehungsdurchgang der Einbringrichtungsseite 702 durch den Einlass 71 des Umgehungsdurchgangs 7 eintritt, mit dem ersten stufenförmigen Teil 731, der an dem ersten Biegungsteil 73 vorgesehen ist, wodurch dieselbe Wirkung wie in der ersten Ausführungsform erzielt wird.
Auf der anderen Seite kollidiert Staub, der in den Nebenumgehungsdurchgang der Gegeneinbringrichtungsseite 70 eintritt, im Wesentlichen senkrecht mit der Fläche 902 des dritten stufenförmigen Teils 901, der an dem plattenförmigen Element 9a vorgesehen ist, und wird anschließend durch den Einlass 71 in das Ansaugrohr 1 ausgegeben. Ferner bewegt sich Staub, der mit der Fläche 902 des dritten stufenförmigen Teils 901 in einem Winkel kollidiert, zur Wandfläche des Umgehungsdurchgangs 7 mit verringerter Kollisionsenergie.
Somit wird gemäß der vierten Ausführungsform zusätzlich zu derselben Wirkung wie der der ersten Ausführungsform eine Wirkung des Ausgebens von Staub, der in den Nebenumgehungsdurchgang der Gegeneinbringrichtungsseite 701 in das Ansaugrohr 1 eintritt, und eine Wirkung der weiteren Verringerung der Kollisionsenergie des Staubs erhalten. Es sei bemerkt, dass der Aufbau der zweiten und dritten Ausführungsform auch für die Strömungsratenmessvorrichtung angewendet werden kann, welche das plattenförmige Element 9a gemäß der vierten Ausführungsform aufweist.
Fünfte Ausführungsform
18 ist eine Vorderansicht der Strömungsratenmessvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung, in der ein Umgehungsdurchgang und dessen Umgebungen vergrößert sind. In der fünften Ausführungsform wird ein dritter stufenförmiger Teil 901a an einem plattenförmigen Element 9b wie bei der vierten Ausführungsform bereitgestellt. Sowohl bei einem ersten stufenförmigen Teil 731a als auch bei einem zweiten stufenförmigen Teil 751a als auch bei dem dritten stufenförmigen Teil 901a verringern sich ferner der Flächenbereich der zwei Flächen, die jede Stufenform ausbilden, allmählich zur Stromabwärtsseite des Umgehungsdurchgangs 7. Es sei bemerkt, dass der übrige Aufbau gleich dem der ersten Ausführungsform ist und eine Beschreibung desselben nicht wiederholt wird.
In der fünften Ausführungsform gilt, je näher zur Strömungsratendetektionseinrichtung 3, desto kleiner der Flächenbereich (Höhe und Tiefe) jeder Stufenform der ersten bis dritten stufenförmigen Teile 731a, 751a, 901a, wodurch eine Wirkung darin erzielt wird, dass Turbulenzen von Luft, die sich zur Strömungsratendetektionseinrichtung 3 bewegt, unterdrückt werden. Somit können gemäß der fünften Ausführungsform zusätzlich zu der gleichen Wirkung wie der der ersten Ausführungsform, Luftturbulenzen an dem Strömungsratendetektionsteil 33 unterdrückt werden, wodurch eine Verringerung der Strömungsratendetektionsgenauigkeit der Strömungsratendetektionseinrichtung 3 unterdrückt werden kann.
Es sei bemerkt, dass in der 18 der Flächenbereich zweier Flächen, welche die Stufenform der ersten bis dritten stufenförmigen Teil 731a, 751a, 901a ausbilden, sich allmählich zur stromabwärts gelegenen Seite verringert, allerdings müssen nicht alle stufenförmigen Teile so vorgesehen sein. Ferner kann der Flächenbereich einer oder zweier Flächen, welche die Stufenform ausbilden, kleiner sein. Ferner kann der Aufbau der stufenförmigen Teile in der fünften Ausführungsform für die Strömungsratenmessvorrichtung gemäß den ersten bis dritten Ausführungsformen angewendet werden.
Sechste Ausführungsform
19 ist eine Vorderansicht der Strömungsratenmessvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung, in der ein Umgehungsdurchgang und dessen Umgebungen vergrößert sind. In der sechsten Ausführungsform enthält in dem zweiten Durchgangsteil 74 ein plattenförmiges Element 9C einen Schlitz 91, der in der Plattendickenrichtung durch dieses tritt. In 19 ist der Schlitz 91 an zwei Orten in dem plattenförmigen Element 9C vorgesehen, aber die Anzahl der Schlitze 91 ist darauf nicht beschränkt. Es sei bemerkt, dass der übrige Aufbau gleich dem der ersten Ausführungsform ist und eine Beschreibung desselben nicht wiederholt wird.
In 19 kennzeichnen Pfeile den Luftstrom. Luft, die in den Umgehungsdurchgang 7 strömt, wird um einen rechten Winkel an dem ersten Biegungsteil 23 gebogen, und ferner verringert sich die Höhe des Umgehungsdurchgangs von dem ersten Durchgangsteil 72 zum zweiten Durchgangsteil 74, wodurch der Druckverlust in der Nähe des zweiten Durchgangsteils 74 lokal erhöht wird.
Somit ist in der sechsten Ausführungsform der Schlitz 91, der ein zusätzlicher Weg für Luft ist, in dem zweiten Durchgangsteil 74 stromabwärts bezüglich des ersten Biegungsteils 73 vorgesehen. Dadurch wird bewirkt, dass Luft, die durch den Nebenumgehungsdurchgang der Gegenrichtungseinbringseite 701 tritt, in den Nebenumgehungsdurchgang der Einbringrichtungsseite 702 strömt, wodurch eine lokale Erhöhung des Druckverlusts in der Nähe des zweiten Durchgangsteils 74 unterdrückt wird.
Gemäß der sechsten Ausführungsform kann zusätzlich zu derselben Wirkung wie in der ersten Ausführungsform die Turbulenz und Verlangsamung von Luft, die sich zur Strömungsratendetektionseinrichtung 3 bewegt, unterdrückt werden. Es sei bemerkt, dass der Schlitz 91 des plattenförmigen Elements 9c in der sechsten Ausführungsform für die Strömungsratenmessvorrichtung gemäß der zweiten bis fünften Ausführungsformen angewendet werden kann.
Siebte Ausführungsform
In der Strömungsratenmessvorrichtung gemäß der ersten bis sechsten Ausführungsformen, sind als eine Struktur zum Vermeiden, dass Staub, der in den Umgehungsdurchgang 7 eintritt, mit dem Strömungsratendetektionsteil 33 mit hoher Geschwindigkeit kollidiert, sodass das Strömungsratendetektionsteil 33 beschädigt wird, das plattenförmige Element 9 (9a, 9b, 9c), der erste stufenförmige Teil 731 (731a), der zweite stufenförmige Teil 751 (751a) und der dritte stufenförmige Teil 901 (901a) in dem Umgehungsdurchgang 7 angeordnet.
Ferner sind die Anordnungsposition und Form derselben optimiert, um die Staubtoleranz der Strömungsratendetektionseinrichtung 3 zu verbessern und Turbulenz und Verlangsamung von Luft, die sich zur Strömungsratendetektionseinrichtung 3 bewegt, auf ein Minimum zu unterdrücken.
Allerdings kann es in manchen Fällen sein, dass der Einfluss des Druckverlusts aufgrund der Anordnung des plattenförmigen Elements 9 in dem Umgehungsdurchgang 7 nicht vernachlässigbar ist. Genauer gesagt kann bei Luft, die mit einer initial geringen Geschwindigkeit in den Umgehungsdurchgang 7 eingebracht wird, wenn die Luft die Strömungsratendetektionseinrichtung 3 erreicht, die Luft weiter verlangsamt bzw. abgebremst werden, sodass diese schwierig zu detektieren ist. Somit ist es unstrittig, dass der Druckverlust aufgrund der Anordnung des plattenförmigen Elements 9 den detektierbaren Strömungsratenbereich für die Strömungsratendetektionseinrichtung 3 verschmälern kann, was eine Verringerung der Strömungsratendetektionsgenauigkeit zur Folge hat.
Somit wird in der siebten Ausführungsform als eine Struktur zum Beschleunigen von Luft, die sich zur Strömungsratendetektionseinrichtung 3 bewegt, eine Strömungsratenmessvorrichtung vorgeschlagen, die ein Strömungskontraktionsteil 703 und ein Strömungsaufweitungsteil 704 in dem Umgehungsdurchgang 7 aufweist. Es sei bemerkt, dass die siebte Ausführungsform für die Strömungsratenmessvorrichtung gemäß der ersten bis sechsten Ausführungsform angewendet werden kann.
Der Strömungskontraktionsteil 703 ist ein Teil stromaufwärts bezüglich der Strömungsratendetektionseinrichtung 3 in dem Umgehungsdurchgang 7, in dem die Umgehungsdurchgangsbreite W kontinuierliche verringert wird, sodass sich der Querschnittsflächenbereich des Durchgangs allmählich verringert. Auf der anderen Seite ist der Strömungsaufweitungsteil 704 ein Teil stromabwärts bezüglich der Strömungsratendetektionseinrichtung 3 in dem Umgehungsdurchgang 7, in dem die Umgehungsdurchgangsbreite W sich allmählich vergrößert, wodurch der Querschnittsflächenbereich des Durchgangs allmählich erhöht wird.
Es sei bemerkt, dass der Umgehungsdurchgang 7 wünschenswerterweise so ausgebildet ist, dass die Umgehungsdurchgangshöhe wenigstens eines Teils der stromabwärts gelegenen Seite des Strömungsaufweitungsteils 704 größer als die Umgehungsdurchgangshöhe der stromaufwärts gelegenen Seite des Strömungskontraktionsteils 703 ist. Dadurch kann der Druckverlust stromabwärts bezüglich der Strömungsratendetektionseinrichtung 3 verringert werden, wodurch die Luft, die sich zur Strömungsratendetektionseinrichtung 3 bewegt, weiter beschleunigt werden kann.
Ferner ist die Anordnungsposition des Strömungskontraktionsteils 703 und des Strömungsaufweitungsteils 704 nicht im Besonderen beschränkt, mit Ausnahme darin, dass diese stromaufwärts oder stromabwärts bezüglich der Strömungsratendetektionseinrichtung positioniert sind. Allerdings gilt, je näher zur Strömungsratendetektionseinrichtung 3, desto größer die Wirkung.
Die 20 bis 22 zeigen ein Beispiel der Anordnungsposition des Strömungskontraktionsteils 703 und des Strömungsaufweitungsteils 704. Die 20A, 21A und 22A sind Vorderansichten der Strömungsratenmessvorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform, in denen der Umgehungsdurchgang und dessen Umgebungen vergrößert sind. Die 20B, 21B und 22B sind Querschnittsansichten des Umgehungsdurchgangs, die entlang der Linie A-A (B-B, C-C in 20A, 21A, 22A) genommen sind. Es sei bemerkt, dass in den 20A, 21A und 22A der schraffierte Bereich den Bereich des Strömungskontraktionsteils und des Strömungsaufweitungsteils kennzeichnet.
In dem Beispiel, das in 20 gezeigt ist, weist der Umgehungsdurchgang 7 einen vierten Durchgangsteil 78 auf, der sich von dem dritten Biegungsteil 77 zur Einbringrichtung A entlang der Richtung, die senkrecht auf der Hauptströmungsrichtung C steht, erstreckt. Der Strömungskontraktionsteil 703 ist in dem zweiten Durchgangsteil 74 vorgesehen. Der Strömungsaufweitungsteil 704 ist in dem vierten Durchgangsteil 78 vorgesehen. Wie es in 20B gezeigt ist, weist der dritte Durchgangsteil 76, in dem die Strömungsratendetektionseinrichtung 3 angeordnet ist, eine Umgehungsdurchgangsbreite W₂ auf, die kleiner als eine Umgehungsdurchgangsbreite W₁ stromaufwärts bezüglich des Strömungskontraktionsteils 703 ist.
In dem Beispiel, das in 21 gezeigt ist, ist ein Strömungskontraktionsteil 703a in dem zweiten Biegungsteil 75 vorgesehen, und ein Strömungsaufweitungsteil 704a ist in dem dritten Biegungsteil 77 vorgesehen. Ferner, wie es in 21A gezeigt ist, weist der vierte Durchgangsteil 78 eine Umgehungsdurchgangshöhe H₂ auf, die größer als eine Umgehungsdurchgangshöhe H₁ des zweiten Durchgangsteils 74 ist.
In diesem Beispiel ist der Strömungskontraktionsteil 703a näher an der Strömungsratendetektionseinrichtung 3 vorgesehen als bei dem Beispiel, das in 20 gezeigt ist, wodurch bewirkt wird, dass der Strömungsgeschwindigkeitsvektor der kontrahierten Strömung in dem Umgehungsdurchgang 7 eine Strömungsgeschwindigkeitsverteilung zur Strömungsratendetektionseinrichtung 3 ist. Dadurch kann Luft beschleunigt werden, welche auf das Strömungsratendetektionsteil auftrifft.
Auf der anderen Seite ist in dem Beispiel der 22 ein Strömungskontraktionsteil 703b stromaufwärts bezüglich der Strömungsratendetektionseinrichtung 3 in dem dritten Durchgangsteil 76 vorgesehen, und ein Strömungsaufweitungsteil 704b ist stromabwärts bezüglich der Strömungsratendetektionseinrichtung 3 in dem dritten Durchgangsteil 76 vorgesehen. Ferner, wie es in 22A gezeigt ist, ist die Umgehungsdurchgangshöhe H₂ des vierten Durchgangsteils 78 größer als die Umgehungsdurchgangshöhe H₁ des zweiten Durchgangsteils 74.
In diesem Beispiel ist der Strömungskontraktionsteil 703b noch näher an der Strömungsratendetektionseinrichtung 3 als im Beispiel, das in 21 gezeigt ist, vorgesehen, wodurch direkt bewirkt wird, dass der kontrahierte Strömungsgeschwindigkeitsvektor in dem Umgehungsdurchgang 7 die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung zur Strömungsratendetektionseinrichtung 3 ist. Dadurch kann Luft weiter beschleunigt werden, welche auf den Strömungsratendetektionsteil 33 trifft.
Gemäß der siebten Ausführungsform kann zusätzlich zur Beibehaltung der Staubtoleranz, die durch die Strömungsratenmessvorrichtung gemäß den ersten bis sechsten Ausführungsformen erhalten wird, vermieden werden, dass der detektierbare Strömungsratenbereich für die Strömungsratendetektionseinrichtung 3 durch den Einfluss des Druckverlusts aufgrund des plattenförmigen Elements 9 verschmälert wird. Es sei bemerkt, dass die Ausführungsformen der Erfindung frei kombiniert oder geeignet modifiziert oder ausgelassen werden können, innerhalb des Gegenstands der Erfindung.
Verschiedene Modifikationen und Abwandlungen dieser Erfindung werden für den Fachmann deutlich, ohne sich vom Gegenstand der Erfindung zu entfernen, und es versteht sich, dass dieser nicht auf die beispielhaften, hier dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist.

Claims

Strömungsratenmessvorrichtung, welche in eine Durchgangsöffnung (2), die in einem Rohr (1) ausgebildet ist, von außerhalb des Rohrs (1) eingebracht ist und in dem Rohr (1) angeordnet ist, sodass die Einbringrichtung in die Durchgangsöffnung (2) im Wesentlichen senkrecht auf der Hauptströmungsrichtung eines zu vermessenden Fluids, das durch das Rohr (1) tritt, steht, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Umgehungsdurchgang (7), der einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist, wobei ein Teil des zu vermessenden Fluids veranlasst wird, durch diesen zu treten; und eine flache plattenförmige Strömungsratendetektionseinrichtung (3), die in dem Umgehungsdurchgang (7) angeordnet ist, wobei der Umgehungsdurchgang (7) aufweist: einen Einlass (71), der in der Richtung zur Stromaufwärtsseite der Hauptströmungsrichtung offen ist und in den ein Teil des zu vermessenden Fluids eingebracht wird; einen ersten Durchgangsteil (72), der sich von dem Einlass (71) zu einem ersten Biegungsteil (73) entlang der Hauptströmungsrichtung erstreckt; einen zweiten Durchgangsteil (74), der sich von dem ersten Biegungsteil (73) bezüglich einer Gegeneinbringrichtung zu einem zweiten Biegungsteil (75) entlang der Richtung erstreckt, die senkrecht auf der Hauptströmungsrichtung steht; und einen dritten Durchgangsteil (76), der sich von dem zweiten Biegungsteil (75) zu einem dritten Biegungsteil (77) entlang der Hauptströmungsrichtung erstreckt, wobei die Strömungsratendetektionseinrichtung (3) so angeordnet ist, dass eine Wandfläche des dritten Durchgangsteils (76) mit einer Hauptfläche der Strömungsratendetektionseinrichtung (3) bündig ist, wobei ein erster stufenförmiger Teil (731), der mehrere Stufenformen aufweist, die jeweils aus zwei Flächen aufgebaut sind, wobei eine Fläche (732) enthalten ist, die im Wesentlichen senkrecht auf der Hauptströmungsrichtung steht, an der Innenwandfläche auf der Außenumfangsseite des ersten Biegungsteils (73) angeordnet ist; und ein zweiter stufenförmiger Teil (751), der mehrere Stufenformen aufweist, die jeweils aus zwei Flächen aufgebaut sind, wobei eine Fläche (752) enthalten ist, die im Wesentlichen senkrecht auf der Gegeneinbringrichtung steht, an der Innenwandfläche auf der Außenumfangsseite des zweiten Biegungsteils (75) angeordnet ist; und ein plattenförmiges Element (9), welches den Durchgangsquerschnitt des Umgehungsdurchgangs (7) in die Seite der Einbringrichtung und die Seite der Gegeneinbringrichtung unterteilt, von dem Einlass (71) zum stromabwärtsseitigen Ende des zweiten Durchgangsteils (74) entlang der Form des Umgehungsdurchgangs (7) angeordnet ist.
Strömungsratenmessvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das plattenförmige Element (9) aus demselben Harzmaterial wie die Innenwandfläche des Umgehungsdurchgangs (7) ausgebildet ist und mit dem Umgehungsdurchgang (7) integral ausgeformt ist.
Strömungsratenmessvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der, in dem rechteckförmigen Querschnitt des Umgehungsdurchgangs (7), wobei der Abstand zwischen zwei Seiten, die parallel zur Dickenrichtung (E) der Strömungsratendetektionseinrichtung (3) sind, als Umgehungsdurchgangshöhe (H) bezeichnet wird, das plattenförmige Element (9) eine Plattendicke aufweist, wobei das Verhältnis derselben zur Umgehungsdurchgangshöhe (H) kleiner als oder gleich 0,2 ist.
Strömungsratenmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der in dem Umgehungsdurchgang (7) der erste Durchgangsteil (72) ausgelassen ist und der erste Biegungsteil (73) in der Nähe des Einlasses (71) angeordnet ist.
Strömungsratenmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der in dem ersten stufenförmigen Teil (731) und dem zweiten stufenförmigen Teil (751) die beiden Flächen, welche die Stufenformen ausbilden, in einem Winkel von im Wesentlichen 90° zueinander angeordnet sind.
Strömungsratenmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der in dem ersten stufenförmigen Teil (731) der Flächenbereich der beiden Flächen, welche die Stufenform ausbilden, sich zur stromabwärts gelegenen Seite des Umgehungsdurchgangs (7) allmählich verringert.
Strömungsratenmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der in dem zweiten stufenförmigen Teil (751) der Flächenbereich beider Flächen, welche die Stufenform ausbilden, sich zur stromabwärts gelegenen Seite des Umgehungsdurchgangs (7) allmählich verringert.
Strömungsratenmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der ein dritter stufenförmiger Teil (901), der mehrere Stufenformen aufweist, die jeweils aus zwei Flächen aufgebaut sind, wobei eine Fläche (902) enthalten ist, die im Wesentlichen senkrecht auf der Hauptströmungsrichtung steht, an der gegeneinbringrichtungsseitigen Fläche des plattenförmigen Elements (9) vorgesehen ist.
Strömungsratenmessvorrichtung nach Anspruch 8, bei der in dem dritten stufenförmigen Teil (901) die zwei Flächen, welche die Stufenform ausbilden, in einem Winkel von im Wesentlichen 90° zueinander angeordnet sind.
Strömungsratenmessvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, bei der in dem dritten stufenförmigen Teil (901) der Flächenbereich beider Flächen, welche die Stufenform ausbilden, sich zur stromabwärts gelegenen Seite des Umgehungsdurchgangs (7) allmählich verringert.
Strömungsratenmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der in dem zweiten Durchgangsteil (74) das plattenförmige Element (9) einen Schlitz (91) aufweist, der durch dieses in der Plattendickenrichtung tritt.
Strömungsratenmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der in dem rechteckförmigen Durchgangsquerschnitt des Umgehungsdurchgangs (7), wobei der Abstand zwischen zwei Seiten parallel zur Dickenrichtung (E) der Strömungsratendetektionseinrichtung (3) als Umgehungsdurchgangshöhe (H) bezeichnet wird und der Abstand zwischen zwei Seiten, die senkrecht auf der Dickenrichtung (E) der Strömungsratendetektionseinrichtung (3) stehen, als Umgehungsdurchgangsbreite (W) bezeichnet wird, der Umgehungsdurchgang (7) aufweist: einen Strömungskontraktionsteil (703) stromaufwärts bezüglich der Strömungsratendetektionseinrichtung (3), bei dem sich die Umgehungsdurchgangsbreite (W) kontinuierlich verringert, wodurch sich der Querschnittsflächenbereich des Durchgangs allmählich verringert; und ein Strömungsaufweitungsteil (704) stromabwärts bezüglich der Strömungsratendetektionseinrichtung (3), bei dem sich die Umgehungsdurchgangsbreite (W) allmählich vergrößert, wodurch sich der Querschnittsflächenbereich des Durchgangs allmählich vergrößert.
Strömungsratenmessvorrichtung nach Anspruch 12, bei der in dem Umgehungsdurchgang (7) die Umgehungsdurchgangshöhe wenigstens eines Teils der stromabwärts gelegenen Seite des Strömungsaufweitungsteils (704) größer als die Umgehungsdurchgangshöhe der stromaufwärts gelegenen Seite des Strömungskontraktionsteils (703) ist.
Strömungsratenmessvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, bei welcher der Umgehungsdurchgang (7) einen vierten Durchgangsteil (78) aufweist, der sich von dem dritten Biegungsteil (77) zur Einbringrichtung entlang der Richtung senkrecht auf der Hauptströmungsrichtung erstreckt; der Strömungskontraktionsteil (703) in dem zweiten Durchgansteil (74) angeordnet ist; und der Strömungsaufweitungsteil (704) in dem vierten Durchgangsteil (78) vorgesehen ist.
Strömungsratenmessvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, bei der das Strömungskontraktionsteil (703) in dem zweiten Biegungsteil (75) vorgesehen ist; und der Strömungsaufweitungsteil (704) in dem dritten Biegungsteil (77) vorgesehen ist.
Strömungsratenmessvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, bei welcher der Strömungskontraktionsteil (703) stromaufwärts bezüglich der Strömungsratendetektionseinrichtung (3) in dem dritten Durchgansteil (76) vorgesehen ist; und der Strömungsaufweitungsteil (704) stromabwärts bezüglich der Strömungsratendetektionseinrichtung (3) in dem dritten Durchgangsteil (76) vorgesehen ist.