JP2008051562A - 流体計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定流体の流速を正確に測定することができる流体計測装置を提供する。
【解決手段】ガスメータ１は流体計測装置としての多層ユニット３を備えている。ガスメータ１の筐体２の内壁としての下蓋１４に衝突したガスが多層ユニット３の計測流路部１６の入り口側開口部１６ａ内に導かれるように筐体２内においてガスの流路が屈曲している。入り口側開口部１６ａが計測流路部１６の下蓋１４寄りの壁１８ａよりも計測流路部１６の下蓋１４から離れた側の壁１８ｂが筐体２内の流路内により突出するように形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガスメータの筐体に収容されると共に、流速センサによる流速の計測が行われるガス流路を形成する計測流路部を備えた流体計測装置に関する。

近年、マイクロコンピュータを利用して、流速センサが検出した被測定流体としてのガスの流速からガス流量を演算する電子式ガスメータ１００（図１２に示す）が普及している。この電子式ガスメータ１００の筐体１０１には、図１２にしめすように、ガスボンベといったガス供給源が連通するガス流入口１０２と、燃焼器が接続されるガス流出口１０３と、ガス流入口１０２−ガス流出口１０３間を連通するガス流路が設けられている。そして、このガス流路を流れるガスの流速を流速センサによって計測している。

通常、このガス流路は、メータ製造の便宜上、複数に分割されたパーツが組み付けられて構成される。これら複数のパーツのうち、流速センサによる流速計測が行われるパーツである流体計測装置１０４は、上流側のガス供給圧力や下流側のガス使用状況の影響による流速計測特性の変化を軽減するために、ガス流路が一直線状に形成されていることが多い。このため、前述した流体計測装置１０４は、図１３に示すように、筒状に形成されて、内側に前述したガスを流す計測流路部１０５を備えている。

前述したガスメータ１００は、前記筐体１０１内に流体計測装置１０４を設置しており、該筐体１０１内に前述したガス流入口１０２と前記流体計測装置１０４とを連結してガスを流体計測装置１０４内に導くとともに、前記流体計測装置１０４と前記ガス流出口１０３とを連結してガスを前記ガス流出口１０３に導くガス流路が形成されている。

このため、前述した筐体１０１内では、前記ガス流入口１０２と前記流体計測装置１０４との間のガスの流れる方向と、前記流体計測装置１０４内でのガスの流れる方向とが互いに直交していることが多い。この場合、ガスは、図１２中の矢印で示すように、一旦、筐体１０１の内壁１０１ａに衝突して、急激に流体計測装置１０４に向かって向きを変更された後に、該流体計測装置１０４内に導かれる。

流体計測装置１０４の計測流路部１０５が、筒状に形成されているので、流体計測装置１０４の入り口側の開口部１０４ａにおいて、前述した計測流路部１０５の筐体１０１の一旦ガスが衝突する内壁１０１ａ寄りの壁面１０５ａの近傍ではガスの密度が粗となり、該計測流路部１０５の筐体１０１の内壁１０１ａから離れた側の壁面１０５ｂの近傍ではガスの密度が密となる。

このため、流体計測装置１０４の入り口側の開口部１０４ａでは、前述した計測流路部１０５の筐体１０１の内壁１０１ａ寄りの壁面１０５ａ側よりも前記内壁１０１ａから離れた側の壁面１０５ｂ側から多くのガスが計測流路部１０５内に導かれる。このため、流体計測装置１０４の計測流路部１０５内で、ガスの流速にばらつきが生じて、特に、流量の変化に対する流量係数の変化が大きくなって、該流体計測装置１０４のガスの流速即ち流量を正確に測定することが困難となる。

したがって、本発明の目的は、被測定流体の流速を正確に測定することができる流体計測装置を提供することである。

前述した課題を解決し目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の流体計測装置は、筐体に取り付けられて、内側に被測定流体を流す計測流路部と、前記計測流路部内の被測定流体の流速を測定する測定手段と、を備えた流体計測装置において、前記筐体の内壁に衝突した前記被測定流体が前記計測流路部の入り口側開口部内に導かれるように、前記筐体内において前記被測定流体の流路が屈曲しているとともに、前記計測流路部の入り口側開口部が、前記計測流路部の前記内壁寄りの壁よりも前記計測流路部の前記内壁から離れた側の壁が前記筐体内の前記流路内により突出するように形成されていることを特徴としている。

請求項２に記載の本発明の流体計測装置は、請求項１に記載の流体計測装置において、前記計測流路部の出口側開口部が、前記入り口側開口部と同形状に形成されていることを特徴としている。

請求項１に記載の本発明によれば、計測流路部の被測定流体が衝突する内壁寄りの壁よりも計測流路部の内壁から離れた側の壁が突出しているので、内壁に衝突して計測流路部内に導かれる被測定流体が、前述した内壁寄りの壁の近傍で疎となり前述した内壁から離れた側の壁の近傍で密となることを防止できる。このため、入り口側開口部内に一様に被測定流体が計測流路部内に導かれて、該計測流路部内の被測定流体の流速が一様になる。したがって、測定手段が被測定流体の流速即ち被測定流体の流量を正確に測定することができる。

請求項２に記載の本発明によれば、計測流路部の入り口側開口部と出口側開口部とが同形状に形成されているので、計測流路部の両端のいずれも入り口側開口部として用いることができる。このため、筐体へ流体計測装置を組み付ける際に、該計測流路部の一方の端部を必ず入り口側に設置する必要がない。したがって、筐体への組み付け時の制限が緩和される。

第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態を、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態にかかる流体計測装置としての多層ユニットを組み込んだガスメータの要部を示す断面図であり、図２ないし図４は各々、図１に示されたガスメータを構成する多層ユニット３の斜視図、側面図、平面図である。

図１に示すように、ガスメータ１は、筐体２と、流体計測装置としての多層ユニット３とを備えている。筐体２は、図１に示すように、メータボディ４と、底蓋５と、後述のガス流入口８と連通する入口流路部６と、入口流路部６と後述する出口流路部１０との間を連通する中間流路部７とを備えている、

メータボディ４には、図１中の上方に位置する表面にガス流入口８及びガス流出口９が設けられ、かつ、図１中の下方に開口部が設けられた箱状に形成されている。また、メータボディ４には、ガス流出口９から開口部に向かって延在した筒状の出口流路部１０が一体に形成されている。

底蓋５は、平板状に形成され、前述した開口部を塞いだ格好で、メータボディ４に取り付けられる。

入口流路部６は、筒状の流路部本体１１と、該流路部本体１１内の被測定流体としてのガスの流れを遮断可能な遮断弁１２とを備えている。流路部本体１１は、一端が入口流路部６と連通した状態で、メータボディ４に取り付けられる。入口流路部６は、出口流路部１０と間隔をあけて平行に配置されている。

中間流路部７は、箱状の流路部本体１３と、流路部本体１３に取り付けられて該流路部本体１３内を密閉する平板状の下蓋１４とを備えている。互いに取り付けられると、流路部本体１３と下蓋１４との間は、気密に保たれる。流路部本体１３の上壁１５には、入口流路部６及び出口流路部１０の底面に設けられた開口部６ａ及び１０ａと各々連通する開口部１５ａ，１５ｂが設けられている。

流路部本体１３の上壁１５は、前記開口部１５ａ，１５ｂが入口流路部６及び出口流路部１０の開口部６ａ及び１０ａと各々連通する状態で、メータボディ４、入口流路部６などと固定される。即ち、流路部本体１３の長手方向は、前述した入口流路部６及び出口流路部１０の長手方向と互いに交差（図示例では、直交）している。

前述した入口流路部６、出口流路部１０及び中間流路部７は、互いの間が気密を保った状態で、互いに固定されている。そして、入口流路部６及び中間流路部７は、筐体２内に収容される。前述した入口流路部６、中間流路部７及び出口流路部１０は、順に内側に被測定流体としてのガスを流す。このため、前述した入口流路部６、中間流路部７及び出口流路部１０の内側の空間は、ガスの流路を構成している。

また、入口流路部６、出口流路部１０及び中間流路部７が、コ字上に配置されている。このため、ガスの流路は、入口流路部６から中間流路部７内に導かれたガスが、一旦、中間流路部７の下蓋１４に衝突した後、中間流路部７内に配置された多層ユニット３の後述する計測流路部１６の入り口側開口部１６ａ内に導かれるように、屈曲している。なお、下蓋１４は、特許請求の範囲に記載された筐体２の内壁をなしている。

多層ユニット３は、中間流路部７内に収容されている。多層ユニット３は、図１及び図３に示すように、計測流路部１６と、複数の整流板１７と、図示しない測定手段としての流速センサとを備えている。

計測流路部１６は、図２及び図４に示すように、扁平な四角筒状に形成されている。計測流路部１６は、両端部１６ａ，１６ｂが入口流路部６及び出口流路部１０と連通する格好で、中間流路部７の流路部本体１３と下蓋１４との間に収容されて、筐体２に取り付けられている。計測流路部１６の入口流路部６と連通する端部を、以下、入り口側開口部１６ａと呼び、出口流路部１０と連通する端部を、以下、出口側開口部１６ｂと呼ぶ。

入り口側開口部１６ａと出口側開口部１６ｂとは、互いに同形状に形成されている。入り口側開口部１６ａと出口側開口部１６ｂとは、それぞれ、斜四角筒状（ひずめ形ともいう）に形成されている。即ち、入り口側開口部１６ａは、該入り口側開口部１６ａを形成する四つの壁１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄのうち最も下蓋１４寄りの壁１８ａよりも該下蓋１４から最も離れた側の壁１８ｂが、より入口流路部６即ち前述したガスの流路に向かって突出し、かつ前記壁１８ａ，１８ｂ同士を連結する壁１８ｃ，１８ｄが、下蓋１４に近づくのにしたがって入口流路部６即ち前述したガスの流路への突出量が減少するように形成されている。

出口側開口部１６ｂも前述した入り口側開口部１６ａと、同様に、該出口側開口部１６ｂを形成する四つの壁１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄのうち最も下蓋１４寄りの壁１８ａよりも該下蓋１４から最も離れた側の壁１８ｂが、より出口流路部１０即ち前述したガスの流路に向かって突出し、かつ前記壁１８ａ，１８ｂ同士を連結する壁１８ｃ，１８ｄが、下蓋１４に近づくのにしたがって出口流路部１０即ち前述したガスの流路への突出量が減少するように形成されている。

整流板１７は、平板状に形成されており、互いに間隔をあけて平行に配置されている。整流板１７は、計測流路部１６の中央部内に収容されている。整流板１７は、計測流路部１６の長手方向と平行に配置されている。このように、整流板１７は、計測流路部１６の長手方向に沿って延在している。

流速センサは、ガスの流れ方向即ち計測流路部１６の長手方向に沿って互いに離間し、かつ、流れ方向即ち計測流路部１６の長手方向と所定角度を成すように互いに対向して配置された２つの超音波センサを用いている。

上述した２つの超音波センサは、中間流路部７内において、中間流路部７に設けられた２つの開口部を介して、互いに対向する位置に予め配置され、この開口部を通じて、超音波の授受を行うことにより、計測流路部１６内のガスの流速を計測する。

本実施形態によれば、多層ユニット３の計測流路部１６の被測定流体としてのガスが一旦衝突する下蓋１４寄りの壁１８ａよりも計測流路部１６の下蓋１４から離れた側の壁１８ｂが突出しているので、下蓋１４に一旦衝突して計測流路部１６内に導かれるガスが、前述した下蓋１４寄りの壁１８ａの近傍で疎となり前述した下蓋１４から離れた側の壁１８ｂの近傍で密となることを防止できる。このため、入り口側開口部１６ａを通して一様にガスが計測流路部１６内に導かれて、該計測流路部１６内のガスの流速が一様になる。したがって、ガスの流量が変化しても、計測流路部１６内の流量係数が変化することを防止でき、流速センサがガスの流速即ちガスの流量を正確に測定することができる。

また、計測流路部１６の入り口側開口部１６ａと出口側開口部１６ｂとが同形状に形成されているので、計測流路部１６の両端部１６ａ，１６ｂのいずれも入り口側開口部１６ａとして用いることができる。このため、筐体２への多層ユニット３の組み付ける際に、該計測流路部１６の一方の端部を必ず入り口側に設置する必要がない。したがって、多層ユニット３の筐体２への組み付け時の制限が緩和される。

計測流路部１６内に整流板１７が設けられているので、計測流路部１６内での被測定流体としてのガスの流速が一様になる。流速センサがガスの流速即ちガスの流量を正確に測定することができる。

ガスメータ１が、前述した多層ユニット３を備えているので、流速センサがガスの流速即ちガスの流量を正確に測定することができる。

第２実施形態
次に、本発明の第２の実施形態にかかるガスメータ１を、図５ないし図８を参照して説明する。なお、前述した第１の実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、図５に示すように、筐体２のメータボディ４と、入口流路部６と中間流路部７とが一体に形成されている。本実施形態では、多層ユニット３は、中間流路部７と、底蓋５との間に挟まれた格好で、筐体２内に収容されている。

本実施形態では、入口流路部６からのガスが、図６及び図８中に矢印で示すように、一旦、底蓋５と、入口流路部６の内面６ｂとに順に衝突して、急激に向きが変更された後、多層ユニット３の計測流路部１６の入り口側開口部１６ａ内に導かれる。なお、本実施形態では、底蓋５と前述した内面６ｂは、特許請求の範囲に記載された筐体２の内壁をなしている。

また、本実施形態では、図６及び図７に示すように、前述した計測流路部１６の入り口側開口部１６ａと出口側開口部１６ｂとは、互いに同形状に形成されている。計測流路部１６の入り口側開口部１６ａと出口側開口部１６ｂとは、それぞれ、斜四角筒状（ひずめ形ともいう）に形成されている。即ち、計測流路部１６の入り口側開口部１６ａは、該入り口側開口部１６ａを形成する四つの壁１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄのうち最も内面６ｂ寄りの壁１８ｃよりも該内面６ｂから最も離れた側の壁１８ｄが、より入口流路部６即ち前述したガスの流路に向かって突出し、かつ前記壁１８ｃ，１８同士を連結する壁１８ａ，１８ｂが、内面６ｂに近づくのにしたがって入口流路部６即ち前述したガスの流路への突出量が減少するように形成されている。

本実施形態においても、前述した実施形態と同様に、入り口側開口部１６ａを通して一様にガスが計測流路部１６内に導かれて、該計測流路部１６内のガスの流速が一様になる。したがって、ガスの流量が変化しても、計測流路部１６内の流量係数が変化することを防止でき、流速センサがガスの流速即ちガスの流量を正確に測定することができる。

なお、前述した実施形態では、計測流路部１６の開口部１６ａ，１６ｂを斜四角筒状に形成している。しかしながら、本発明では、図９及び図１０に示すように、ガスが一旦衝突する筐体２の内壁から最も離れた壁１８ａに他の壁１８ｂ，１８ｃ，１８ｄより最も突出した突出壁１９を取り付けても良い。なお、図９及び図１０において、前述した実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

図９に示す場合では、前述した第１の実施形態の計測流路部１６の前述した壁１８ａにさらに該壁１８ａよりも入口流路部６に向かって突出した突出壁１９を取り付けている。また図９に示す場合では、前述した第２の実施形態の計測流路部１６の前述した壁１８ａにさらに該壁１８ａよりも入口流路部６に向かって突出した突出壁１９を取り付けている。

次に、本発明の発明者は、実際に筐体２に取り付けられた多層ユニット３にガスを流すことで、本発明の効果を確認した。確認した結果を図１１に示す。図１１では、一点鎖線で示す比較例として図１３に示された従来の流体計測装置１０４を用い、実線で示す本発明品として図２に示された第１の実施形態で説明した多層ユニット３を用いた。

前述した多層ユニット３などを用いて、ガスの流量を適宜変化させたときの流量係数を求めた。図１１によると、比較例の流量係数の変化率が２０％を超えているのに対して、本発明品の流量係数の変化率が数％程度であるのが明らかとなった。図１１によると、計測流路部１６を前述した実施形態のように形成することで、流量係数の変化を抑制できて、流速センサがガスの流速即ちガスの流量を正確に測定することができることが明らかとなった。

前述した実施形態では、前記計測流路部の出口側開口部が、前記入り口側開口部と同形状に形成されている場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、前記計測流路部の出口側開口部が、前記入り口側開口部と異形状に形成されている実施形態とすることもできる。このような形状とすれば、計測流路部内の流体の流れを抑制し、より安定した流速を計測することができる。

また、前述した実施形態では、被測定流体としてのガスの流速即ち流量を測定するガスメータを示している。しかしながら、本発明では、被測定流体としてのガスの以外の種々の流体（気体でも液体でも可）の流速即ち流量を測定する計測器に適用しても良い。

なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の第１実施形態にかかるガスメータの要部の断面図である。 図１に示されたガスメータの多層ユニットの斜視図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図２に示された多層ユニットの平面図である。 本発明の第２実施形態にかかるガスメータの要部の断面図である。 図５に示されたガスメータの多層ユニットの斜視図である。 図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。 図７に示された多層ユニットなどの平面図である。 本発明のガスメータの多層ユニットの変形例の斜視図である。 本発明のガスメータの多層ユニットの他の変形例の斜視図である。 本発明品の比較例の流量係数の変化を示す説明図である。 従来のガスメータの要部の断面図である。 図１２に示されたガスメータの流体計測装置の斜視図である。

符号の説明

１ ガスメータ
２ 筐体
３ 多層ユニット（流体計測装置）
５ 底蓋（筐体の内壁）
６ｂ 内面（筐体の内壁）
１４ 下蓋（筐体の内壁）
１６ 計測流路部
１６ａ 入り口側開口部
１６ｂ 出口側開口部
１７ 整流板
１８ａ 壁（内壁寄りの壁）
１８ｂ 壁（内壁から離れた側の壁）
１８ｃ 壁（内壁寄りの壁）
１８ｄ 壁（内壁から離れた側の壁）

Claims (2)

1. 筐体に取り付けられて、内側に被測定流体を流す計測流路部と、
   前記計測流路部内の被測定流体の流速を測定する測定手段と、を備えた流体計測装置において、
   前記筐体の内壁に衝突した前記被測定流体が前記計測流路部の入り口側開口部内に導かれるように、前記筐体内において前記被測定流体の流路が屈曲しているとともに、
   前記計測流路部の入り口側開口部が、前記計測流路部の前記内壁寄りの壁よりも前記計測流路部の前記内壁から離れた側の壁が前記筐体内の前記流路内により突出するように形成されていることを特徴とする流体計測装置。
2. 前記計測流路部の出口側開口部が、前記入り口側開口部と同形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の流体計測装置。

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