JP2006118864A - ガスメータ - Google Patents

Abstract

【課題】折れ曲がり部近傍の下流側においても、一様な流速分布を得て、精度のよい流量計測のできるガスメータを提供する。
【解決手段】ガスメータ１の流路１３における、折れ曲がり部の上流には、整流板１４ａの長手方向と平行にガスが流入するように、ガス流を迂回させるバッファ部１３ａが、形成されている。バッファ部１３ａは、整流板１４ａの上流側において流路１３に突き出すように立設され、メータ筐体と一体形成された壁１３ｂ１と、流路１３に突き出した整流器１４の外枠部１４ｂの一部である外枠端部１４ｂ１と、を含んで構成されている。壁１３ｂ１と外枠端部１４ｂ１とは、距離Ａだけかぶるように構成されている。また、整流板１４ａは、外枠端部１４ｂ１の開口面から所定の助走距離Ｂを保って支持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスメータに関し、特に、ガス供給源に接続される流入口とガス消費源に接続される流出口との間を連通する流路に配置された整流板を有するガスメータに関する。

従来から、図６に示すように、ガス供給源に接続される流入口９１とガス消費源に接続される流出口９２との間を連通する流路９３を通過するガスの流量を検出するガスメータ９が知られている。流路９３は、前からみると、凹字状に折れ曲がっており、折れ曲がり部近傍の下流側の流路９３には、複数の整流板９４ａが配置され、この整流板９４ａの近傍には、ガスの流量を検出するためのセンサ（不図示）が配置されている。そして、例えば、センサとしての一対の超音波振動子の間の超音波の伝搬速度を利用して、流量計測が行われる。

この流量計測では、ガスの流れ（単に、ガス流ともよぶ）と超音波伝搬経路のなす角をθとし、流量計測部の長さをＬとすると、上流方向への超音波の伝搬時間Ｔ１及び下流方向への超音波の伝搬時間Ｔ２に基づいて、
流速Ｖ＝Ｌ／２ｃｏｓθ（１／Ｔ１−１／Ｔ２）
を求めることができる。

したがって、
流量＝ＫＶＳ
として求めることができる。
ここで、Ｓは流量計測部の断面積であり、Ｋは流速Ｖを断面積Ｓにおける平均流速に変換するときの変換係数である。

上記構成のガスメータにおいて、図６中、太矢印で示すように、流入口９１に流入してきたガスは、細矢印で示すように、左側の流路９３を通過して、整流板９４ａに流入する。そして、ガスは、整流板９４ａにて整流され、上記計測方法を利用して流量計測され、右側の流路９３を通過し、流出口９２から流出していく。

なお、上記構成のガスメータ及び流量計測方法は下記特許文献１にも開示されている。
特開平９−４３０１５号公報

ところが、上記構成のガスメータにおいては、流路９３から整流板９４ａの流入口（図６中、整流板９４ａの左端）に、直接的に、ガスが流入するような構成になっている。ガスは、流路９３の折れ曲がり部の角部に沿って流れるので、図６中、Ｇに示すように、角部近傍の流速は遅く、角部から遠い下方の流速は早くなるというふうな、いびつな流速分布が発生することになる。このような流速分布は、そのまま流量計測結果に反映されるため、精度のよい流量計測ができないという問題があった。

また、近年、コストダウンのために、同一構成（ソフトウエアも含めて）のガスメータを利用して、異種のガスを計測できるようにすることが求められている。ところが、図７に示すように、ガス種Ａ（例えば、ａｉｒ）、ガス種Ｂ（例えば、都市ガス１３Ａ）、ガス種Ｃ（ＬＰＧ）はそれぞれ、異なる流速分布Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃを呈する。すなわち、ガス種Ａ、ガス種Ｂ、ガス種Ｃはそれぞれ、異なる粘度、密度を有するので、これらが共に同じ流速であっても、異なる流速分布Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃを呈することになる。センサ測定範囲は、図７中、Ｍで示すような範囲に存在するため、ガス種によって、流量計測方法を変える必要がでてくる。したがって、従来、同一構成のガスメータを利用して、異種のガスの流量計測をすることは困難であると考えられていた。

よって本発明は、上述した現状に鑑み、折れ曲がり部近傍の下流側においても、一様な流速分布を得て、精度のよい流量計測のできるガスメータを提供することを課題としている。また、本発明は、同一構成のガスメータを利用して、異種のガスの流量計測をすることのできるガスメータを提供することを課題としている。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載のガスメータは、ガス供給源に接続される流入口とガス消費源に接続される流出口との間を連通する折れ曲がった流路を通過するガスの流量を検出するガスメータであって、前記流路の折れ曲がり部近傍の下流側に配置されて、前記ガスの流量を検出するセンサと、前記センサに対応する位置に、それぞれが平行になるようにして配置された複数の整流板と、前記整流板の長手方向と平行に、前記ガスを前記整流板に流入させるように、ガス流を前記整流板の上流側で迂回させるバッファ部と、を有することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、流路の折れ曲がり部近傍の下流側に配置されたセンサに対応する位置に、それぞれが平行になるようにして配置された複数の整流板が配置されている。これら整流板には、バッファ部によって、整流板の上流側でガスが迂回されて、その長手方向と平行にガスが流入される。これにより、折れ曲がり部で発生するいびつな流速分布が一様な流速分布に改善される。

上記課題を解決するためになされた請求項２記載のガスメータは、請求項１記載のガスメータにおいて、前記バッファ部は、前記整流板の上流側において前記流路に突き出すように立設され、メータ筐体と一体形成された壁、を含んで構成される、ことを特徴とする。

請求項２記載の発明によれば、バッファ部は、整流板の上流側において流路に突き出すように立設され、メータ筐体と一体形成された壁、を含んで構成されるので、新たな部材を追加することなく、折れ曲がり部近傍の下流側においても、精度のよい流量計測ができる。

上記課題を解決するためになされた請求項３記載のガスメータは、請求項１記載のガスメータにおいて、前記バッファ部は、前記流路に一部が突き出し、開口面から所定の助走距離を保って前記整流板を支持する筒状の枠体、を含んで構成される、ことを特徴とする。

請求項３記載の発明によれば、流路に一部が突き出し、開口面から所定の助走距離を保って整流板を支持する筒状の枠体、を含んで構成されるので、整流器の一部をバッファ部に兼用可能になる。

上記課題を解決するためになされた請求項４記載のガスメータは、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のガスメータにおいて、前記バッファ部は、前記整流板の中心部に対して左右対称になるように構成されている、ことを特徴とする。

請求項４記載の発明によれば、バッファ部は、整流板の中心部に対して左右対称になるように構成されているので、逆流に対しても精度のよい流量計測が可能になる。

請求項１記載の発明によれば、流路の折れ曲がり部近傍の下流側に配置されたセンサに対応する位置に、それぞれが平行になるようにして配置された複数の整流板が配置されている。これら整流板には、バッファ部によって、整流板の上流側でガスが迂回されて、その長手方向と平行にガスが流入される。これにより、折れ曲がり部で発生するいびつな流速分布が一様な流速分布に改善される。したがって、折れ曲がり部近傍の下流側においても、精度のよい流量計測のできるガスメータが提供される。

請求項２記載の発明によれば、バッファ部は、整流板の上流側において流路に突き出すように立設され、メータ筐体と一体形成された壁、を含んで構成されるので、新たな部材を追加することなく、折れ曲がり部近傍の下流側においても、精度のよい流量計測のできるガスメータが提供される。

請求項３記載の発明によれば、流路に一部が突き出し、開口面から所定の助走距離を保って整流板を支持する筒状の枠体、を含んで構成されるので、整流器の一部をバッファ部に兼用可能になる。したがって、メータ筐体を複雑化することなく、折れ曲がり部近傍の下流側においても、精度のよい流量計測のできるガスメータが提供される。

請求項４記載の発明によれば、バッファ部は、整流板の中心部に対して左右対称になるように構成されているので、逆流に対しても精度のよい流量計測が可能になる。したがって、より正確なガス使用量の計算のできるガスメータが提供される。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、図１及び図２を用いて、本発明の一実施形態に係るガスメータの構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るガスメータの構成を示す断面図である。図２は、図１のガスメータに内蔵される整流器の構成を示す断面図である。

図１に示すガスメータ１は、略箱形の外形を有し、マイクロコンピュータ（マイコン）を利用して流量計算処理や保安制御を行う電子式のガスメータである。ガスメータ１は、ガス供給源に接続される流入口１１とガス消費源に接続される流出口１２との間を連通する流路１３を有している。流入口１１及び流出口１２は円筒状であり、側面にネジ山が形成され、やや上方に突出している。流路１３は、前からみると、凹字状に折れ曲がって、流入口１１及び流出口１２を接続している。凹字の底部にあたる流路１３は、流量計測部とよび、図示しない流量を測定するためのセンサが配置されている。この流量計測部には、複数の整流板１４ａを含む整流器１４も配置されている。

また、流入口１１に近い流路１３には、圧力センサ１５や遮断弁装置１６が配置されている。遮断弁装置１６は、圧力センサ１５によって検出された圧力の異常や、図示しない流量センサによって検出されたガス流量の異常等に応答して、保安のために、遮断弁１６ａを駆動させてガスが下流側に流れないように流路１３を遮断する。なお、図示しないが、ガスメータ１は、前面にガス使用量を表示する表示部や各種ボタン等が配置されている。また、この種のガスメータに一般的に含まれる、マイコン、電池、その他電子部品類も、ここでは、省略している。

整流器１４は、図２に示すように、それぞれが平行になるようにして配置された複数の整流板１４ａ、及びこれを支持する筒状の外枠部１４ｂから基本構成されている。外枠部１４ｂは、後述のバッファ部１３ａ１、１３ａ２を構成する外枠端部１４ｂ１、１４ｂ２を有している。整流板１４ａは、詳しくは、均等な層間ピッチＤで配置された５枚の整流板１４ａ１、１４ａ２、１４ａ３、１４ａ４、１４ａ５で流路１３を６層に仕切るように支持されている。整流板１４ａの枚数及びピッチＤについては、図４及び図５を用いて、後で再度説明する。なお、外枠部１４ｂには、ガスメータ１の流量計測部に固定するための、複数の突起１４ｄも配設されている。

図１に戻って、流路１３における、折れ曲がり部（図中、流路１３の左下角）の上流には、整流板１４ａの長手方向と平行にガスが流入するように、また、整流器１４の開口面の全周からガスが回り込んで流入するように、ガス流を迂回させるバッファ部１３ａ１が、形成されている。バッファ部１３ａ１は、整流板１４ａの上流側において流路１３に突き出すように立設され、メータ筐体と一体形成された壁１３ｂ１と、流路１３に突き出した整流器１４の外枠部１４ｂの一部である外枠端部１４ｂ１と、を含んで構成されている。壁１３ｂ１と外枠端部１４ｂ１とは、距離Ａだけかぶるように構成されている。また、整流板１４ａの左端部は、外枠端部１４ｂ１の開口面から所定の助走距離Ｂを保って支持されている。

これらは、整流板１４ａの中心部Ｃに対して左右対称になるように構成されている。すなわち、流路１３における、折れ曲がり部（図中、流路１３の右下角）の下流にも、整流板１４ａから流出したガス流を迂回させるバッファ部１３ａ２が、形成されている。バッファ部１３ａ２は、整流板１４ａの下流側において流路１３に突き出すように立設され、メータ筐体と一体形成された壁１３ｂ２と、流路１３に突き出した外枠端部１４ｂ２と、を含んで構成されている。壁１３ｂ２と外枠端部１４ｂ２とは、上記距離Ａだけかぶるように構成されている。また、整流板１４ａの右端部は、外枠部１４ｂ２の開口面から所定の上記助走距離Ｂを保って支持されている。

このような構成において、図１中、太矢印で示すように、流入口１１に流入してきたガスは、細矢印で示すように、下方に向かうように左側の流路１３を通過して、整流器１４の整流板１４ａに流入する。そして、ガスは、整流板１４ａにて整流され、この整流板１４ａの近傍に配置された、ガスの流量を検出するためのセンサ（不図示）にて流量が計測される。センサとしては、例えば、一対の超音波振動子が用いられ、両超音波振動子間の超音波の伝搬速度を利用した周知の流量計測が行われる。

すなわち、この流量計測では、上述したように、上流方向への超音波の伝搬時間Ｔ１及び下流方向への超音波の伝搬時間Ｔ２に基づいて、
流速Ｖ＝Ｌ／２ｃｏｓθ（１／Ｔ１−１／Ｔ２）
を求めることができるので、
流量＝ＫＶＳ
として求めることができる。この流量計測は、図示しないマイコンにて処理される。

整流器１４の整流板１４ａから流出したガスは、図１中、細矢印で示すように、上方に向かうように右側の流路１３を通過し、流出口１２から流出していく。

上記基本的な作用に加えて、本発明に特有の作用を図３を用いて説明する。図３は、本発明に特有の作用を説明するための図である。図３は、図１を簡略化して描いたものであるが、両図における同一の参照番号は、同一の構成要件を示す。

図３に示すように、流入口１１に流入してきたガスは、図中、左側の流路１３を通過して、整流板１４ａに向かう。このとき、上記バッファ部１３ａ１を構成する、上記距離Ａだけかぶるように構成された壁１３ｂ１及び外枠端部１４ｂ１により、ガス流は、整流板１４ａの上流側で迂回するように曲がり、更に、上記助走距離Ｂを経て、整流板１４ａに流入する。これにより、ガス流は、整流板１４ａの長手方向と平行になって、整流板１４ａに流入することになる。したがって、図６で示したような折れ曲がり部で発生するいびつな流速分布が、図３で示すような一様な流速分布Ｇに改善される。この結果、折れ曲がり部近傍の下流側においても、精度よく流量計測ができるようになる。

そして、ガスは、上記計測方法を利用して流量計測され、図中、右側の流路１３を通過し、流出口１２から流出していく。

なお、バッファ部として、上記壁１３ａ１及び上記外枠端部１４ｂ１に替わるメータ筐体に一体形成された他の壁（不図示）だけによっても同様の効果を得ることができる。バッファ部を筐体に一体形成された壁だけで構成することにより、新たな部材を追加することなく、折れ曲がり部近傍の下流側においても、精度のよい流量計測ができるようになる。

また、バッファ部として、上記外枠端部１４ｂ１だけでも一定の効果を得ることができる。バッファ部を外枠端部１４ｂ１だけにより構成することにより、筐体を複雑化することなく、折れ曲がり部近傍の下流側においても、精度のよい流量計測ができるようになる。

また、バッファ部１３ａ１及び１３ａ２は、整流板１４ａの中心部に対して左右対称になるように構成されている。すなわち、ガスメータ１には、壁１３ｂ１及び外枠端部１４ｂ１を含むバッファ部１３ａ１に対称的な、壁１３ｂ２及び外枠端部１４ｂ２を含むバッファ部１３ａ２が形成されている。

ガス消費源として、例えば、ガスヒートポンプが用いられた場合、ガス流に脈動が発生する場合がある。脈動が発生すると、図３中、矢印とは逆方向のガス流、すなわち、逆流が発生する。正確なガス使用量を計算するためには、この逆流も正確に計測する必要がある。

そこで、上述のように、整流板１４ａの中心部に対して左右対称になるようにバッファ部１３ａ１及び１３ａ２を形成することにより、逆流に対しても精度のよい流量計測が可能になる。したがって、より正確なガス使用量の計算のできるガスメータが提供される。

更に、上記構成のガスメータによると、ソフトウエアも含めて同一構成で、異種のガスの流量計測が可能になることを説明する。図４は、流量６０００Ｌ／ｈ時における整流板の層間ピッチとガス種間差との関係を示すグラフである。図５は、実施形態に示す層間ピッチの整流板による作用を説明するための図である。

図１及び図２を用いて説明したように、整流板１４ａは、均等なピッチＤで配置された５枚の整流板１４ａ１、１４ａ２、１４ａ３、１４ａ４、１４ａ５で流路１３を６層に仕切るように支持されている。図４に示すように、６層構成の整流板において、層間ピッチＤを１．６ｍｍにしたときが、異なるガス種であるＬＰＧ、都市ガス１３Ａに対して、ガス種間差が最小（０．５％）になることがわかる。

層数を減じたり、層間ピッチを広げる過ぎると、超音波計測の理論式が成立する条件（２次元流れ）に近づけることができず、逆に、層数を増やしたり、層間ピッチを狭くし過ぎると、乱反射が発生したり、１９０Ｐａという圧力損失の要求を満足できなくなるため、層間ピッチ１．６ｍｍで６層構成の整流板が最適であることがわかった。

すなわち、上記構成の整流板によると、図５の左側に示すように、本来、異なるガス種Ａ（例えば、ａｉｒ）、ガス種Ｂ（例えば、都市ガス）、ガス種Ｃ（ＬＰＧ）の流速分布Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃが、図５の右側に示すように、類似した流速分布Ｇａ′、Ｇｂ′、Ｇｃ′に改善されることになる。なお、図５中、Ｍはセンサ測定範囲を示す。したがって、本ガスメータ１によると、同一構成でありながら、異種のガスの流量計測ができるようになる。

以上説明したように、本発明の実施形態によれば、流路の折れ曲がり部近傍の下流側においても、一様な流速分布を得て、精度のよい流量計測のできるガスメータが提供される。また、本発明の実施形態によれば、同一構成でありながら、異種のガスの流量計測をすることのできるガスメータが提供される。

本発明の一実施形態に係るガスメータの構成を示す断面図である。 図１のガスメータに内蔵される整流器の構成を示す断面図である。 本発明に特有の作用を説明するための図である。 整流板の層間ピッチとガス種間差との関係を示すグラフである。 実施形態に示す層間ピッチの整流板による作用を説明するための図である。 この種の従来のガスメータの概略構成及び作用を説明するための図である。 図６のガスメータの問題点を説明するための図である。

符号の説明

１ ガスメータ
１１ 流入口
１２ 流出口
１３ 流路
１４ 整流器
１４ａ 整流板
１３ａ１、１３ａ２ バッファ部
１３ｂ１、１３ｂ２ 壁（バッファ部）
１４ｂ１、１４ｂ２ 外枠端部（バッファ部）

Claims (4)

1. ガス供給源に接続される流入口とガス消費源に接続される流出口との間を連通する折れ曲がった流路を通過するガスの流量を検出するガスメータであって、
   前記流路の折れ曲がり部近傍の下流側に配置されて、前記ガスの流量を検出するセンサと、
   前記センサに対応する位置に、それぞれが平行になるようにして配置された複数の整流板と、
   前記整流板の長手方向と平行に、前記ガスを前記整流板に流入させるように、ガス流を前記整流板の上流側で迂回させるバッファ部と、
   を有することを特徴とするガスメータ。
2. 請求項１記載のガスメータにおいて、
   前記バッファ部は、
   前記整流板の上流側において前記流路に突き出すように立設され、メータ筐体と一体形成された壁、を含んで構成される、
   ことを特徴とするガスメータ。
3. 請求項１記載のガスメータにおいて、
   前記バッファ部は、
   前記流路に一部が突き出し、開口面から所定の助走距離を保って前記整流板を支持する筒状の枠体、を含んで構成される、
   ことを特徴とするガスメータ。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のガスメータにおいて、
   前記バッファ部は、
   前記整流板の中心部に対して左右対称になるように構成されている、
   ことを特徴とするガスメータ。

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