JP2008111714A - 流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】 導入側流路から計測用直線流路に至る流路の断面形状を工夫することによって、整流手段を配置しなくても流れ方向と直交する方向での流体の流速分布を容易に均等化したり対称化したりすることのできる流量計を提供する。
【解決手段】 中間流路２１において、ほぼ直交状に配置される入口側連結流路２１ｂと直線状中間流路２１ａとの間には、方向転換部２１１、流路断面縮小部２１２及び外周拡大部２１３が流れ方向上手側から下手側に向ってこの順に接続形成されている。流路断面縮小部２１２は、方向転換部２１１の出口側末端部と一部重なり合うようにして接続形成されている。流路断面縮小部２１２と方向転換部２１１とは、湾曲外周側及び湾曲内周側で流れ方向下手側ほど流路断面積が縮小する形態を有する。流路断面縮小部２１２に接続形成される外周拡大部２１３は、湾曲外周側の流路断面が流れ方向下手側ほど徐々に拡大変化する形状に形成され、直線状中間流路２１ａに接続されている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ＬＰガス、都市ガス、水などの流体の流量を計測する流量計に関する。

従来、ＬＰガス、都市ガス、水などの流体の流量を計測する流量計測装置として、超音波を利用して流速を測定する超音波流量計が知られている。このような超音波流量計では、例えば、流体を通過させるための計測流路の壁部（取付壁面）に、流体の流れ方向上手側又は下手側に向けて超音波を発振した後、流れ方向上手側又は下手側から到来する超音波を受信する一対の送受信振動子（超音波センサ）が取り付けられている。そして、計測流路の入口側に、流速分布を非対称化して流速の最大値の発生位置を計測流路の中心から一方に偏らせるために、屈曲部、段差部、異形状部等からなる非対称流れ促進手段を設けることが開示されている（特許文献１参照）。

特許第３４３６２４７号公報

特許文献１によれば、非対称流れ促進手段を設けることによって、層流域と乱流域との補正係数の差を少なくし、流体の種別により粘性係数が変化しても補正係数の変化を小さくすることが可能となる。しかし、超音波流量計を始め多くの流量計では、配置スペース等の関係から、送受信振動子（計測部）は通常、計測用の測線が計測流路（計測用直線流路）の上下方向高さの中央に位置するように配置されている。したがって、特許文献１のように非対称流れ促進手段を設けることによって、高さ方向の流速分布が非対称（不均等）になりやすい。そこで、計測部の前方側（流れ方向上手側）に、整流素子のように流速分布を対称化（均等化）するための整流手段を配置する必要がある。

本発明の課題は、導入側流路から計測用直線流路に至る流路の断面形状を工夫することによって、整流手段を配置しなくても流れ方向と直交する方向での流体の流速分布を容易に均等化したり対称化したりすることのできる流量計を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を解決するために、本発明に係る流量計は、
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有する計測用直線流路と、を含む流量計であって、
前記導入側流路及び計測用直線流路を流れる流体の流れ方向に沿うとともにそれら両流路の中央を通る共通断面において、
前記導入側流路の出口側末端部に続く形で流体の流れを方向転換させる湾曲形態の方向転換部と、
その方向転換部の出口側末端部を含む形で接続形成され、前記方向転換部の湾曲外周側及び／又は湾曲内周側で流れ方向下手側ほど流路断面積が縮小する流路断面縮小部と、
その流路断面縮小部に続く形で接続形成され、前記湾曲外周側の流路断面が流れ方向下手側ほど連続的に徐々に拡大変化又は階段状に急激に拡大変化して前記計測用直線流路に接続可能な外周拡大部とを含み、
前記方向転換部及び流路断面縮小部を流れる間に前記湾曲内周側に比して湾曲外周側で相対的に速くなる流体の流速分布が、前記外周拡大部を通る間に前記流れ方向と直交する方向に均等化及び／又は対称化されることを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る流量計に超音波流量計を用いる場合、
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有し、その壁部の取付壁面に流体の流れ方向上手側若しくは下手側に向けて超音波を発振し、及び／又は流れ方向上手側若しくは下手側から到来する超音波を受信する送受信振動子が取り付けられた計測用直線流路と、を含む流量計であって、
前記導入側流路及び計測用直線流路を流れる流体の流れ方向に沿うとともにそれら両流路の中央を通り、前記送受信振動子が取り付けられた取付壁面に平行となる共通断面において、
前記導入側流路の出口側末端部に続く形で流体の流れを方向転換させる湾曲形態の方向転換部と、
その方向転換部の出口側末端部を含む形で接続形成され、前記方向転換部の湾曲外周側及び／又は湾曲内周側で流れ方向下手側ほど流路断面積が縮小する流路断面縮小部と、
その流路断面縮小部に続く形で接続形成され、前記湾曲外周側の流路断面が流れ方向下手側ほど連続的に徐々に拡大変化又は階段状に急激に拡大変化して前記計測用直線流路に接続可能な外周拡大部とを含み、
前記方向転換部及び流路断面縮小部を流れる間に前記湾曲内周側に比して湾曲外周側で相対的に速くなる流体の流速分布が、前記外周拡大部を通る間に前記流れ方向と直交する方向に均等化及び／又は対称化されることを特徴とする。

これらの流量計によれば、被測定流体（例えばＬＰガス）は計測用直線流路の流れ方向上手側に位置する方向転換部及び流路断面縮小部を流れる間に、流速分布が湾曲内周側に比して湾曲外周側で相対的に速くなる傾向がある。しかし、湾曲外周側の流路断面が流れ方向下手側ほど連続的に徐々に拡大変化又は階段状に急激に拡大変化する外周拡大部を通る間に、流速分布が流れ方向と直交する方向に均等化及び／又は対称化される。すなわち、方向転換部や流路断面縮小部で発生する偏流（流れの中心が湾曲外周側に偏った流れ）が外周拡大部で矯正される（流れの中心が計測用直線流路の中央部になるように流速分布を対称に整える）。したがって、計測部（例えば一対の送受信振動子）の測線を流速分布の中央位置に配置して、計測用直線流路を流れる被測定流体の中心的な（平均的な）流速を安定して計測することができるので、層流域から乱流域にわたって広範囲に高精度で流量を計測できる。なお、外周拡大部は、流れ方向下手側ほど曲線状又は直線状の勾配（傾斜）を有して連続的又は段階的に徐々に拡大変化する形状に形成したり、階段状に急激に拡大変化する形状に形成したりすることができる。

そして、流路断面縮小部では流れ方向下手側ほど流路断面積が縮小し、かつ整流素子のような整流手段を流路中に配置する必要がないので、圧力損失が抑制されるに応じて計測用直線流路を流れる流体の流量を増大させることができ、流量測定部での測定範囲の拡大を図ることも可能になる。また、整流手段を設けないため流量計のコスト低減を図ることもできる。なお、方向転換部（又はそれに続く流路断面縮小部）の湾曲外周側の曲率半径を湾曲内周側の曲率半径よりも大に設定する場合には、流路断面縮小部における流路断面積の縮小率を大きくすることができるので、圧力損失を一層抑制し、測定範囲の拡大を図ることができる。

このように、超音波流量計では、送受信振動子の測線が計測用直線流路の流速分布の中央位置に配置される。同様に、計測部の測線が計測用直線流路の流速分布の中央位置に配置されるタイプの流量計にも適用することができる。このようなタイプの流量計として、ピトー管式流量計（計測部：ピトー管）や、渦式流量計（計測部：渦発生体）を例示することができる。

流路断面縮小部は、湾曲外周側において方向転換部の末端位置からその接線方向に滑らかに繋がり、流れ方向を揃えて安定化させるための外周直線部を含んで外周拡大部に接続される一方、湾曲内周側において方向転換部の末端位置から湾曲状に滑らかに繋がる内周湾曲部を含んで構成されていることが望ましい。

方向転換部へ流入した流体は、導入側流路（例えば下向き）から計測用直線流路（例えば横向き）へ方向転換する途上にあるため、それらの中間方向（例えば斜め下向き）の速度成分が大きい。このような速度成分を有する流体は、方向転換部の湾曲外周側に沿って流れ方向下流側へ移動していくため、その流れ方向は方向転換部の末端位置に達しても依然として不揃いで不安定な状態にある。また、方向転換部の末端位置において流れ方向と直交する方向の流速分布は、湾曲外周側ほど流速が大きくなり、不均等（非対称）な状態にある。このように、方向転換部（及び流路断面縮小部の入口側）では流れ方向が不安定で流速が不均等（非対称）な流れ（上記した偏流に相当）が発生する。

そこでまず、流路断面縮小部には、湾曲外周側において方向転換部の末端位置から接線方向に滑らかに繋がる外周直線部を形成することによって、流れ方向の不揃い・不安定さが解消される。つまり、外周直線部は流れ方向の安定化区間として機能する。次に、外周直線部は外周拡大部に接続されることによって、湾曲外周側の流路が広がり流速の偏りが緩和（上記した矯正に相当）される。つまり、外周拡大部は流速緩和区間（流速分布の均等化・対称化区間）として機能する。すなわち、方向転換部や流路断面縮小部の入口側で発生する偏流は、流路断面縮小部の湾曲外周側に形成される外周直線部で流れ方向が安定化され、さらにその先に接続される外周拡大部で流速分布が均等化・対称化される。

第一の具体例として、流路断面縮小部は、内周湾曲部の末端位置からその接線方向に滑らかに繋がる内周直線部を含んで構成され、その内周直線部は外周直線部の流れ方向下手側の端部と流れ方向において重合して平行状に配置される場合がある。このように、内周直線部と外周直線部との平行状重合配置によって、流れ方向を一層安定化させることができる。

そしてこのとき、流路断面縮小部の外周直線部及び内周直線部を計測用直線流路とそれぞれ平行状に配置することができる。これによって、整流手段（例えば整流素子）を用いなくても、流れ方向を容易に安定化させることができる。

他方、第二の具体例として、流路断面縮小部は、内周湾曲部の末端位置からその接線方向に滑らかに繋がる内周直線部を含んで構成される一方、外周直線部は流れ方向上手側に位置する第一直線部とそれより下手側に位置して流路断面積を縮小させる第二直線部とを含んで構成され、第一直線部は内周湾曲部と、第二直線部は内周直線部と、それぞれ対向配置される場合がある。外周直線部が二段階に断面縮小することによって流れ方向の安定化区間が比較的長く形成されるので、層流域・乱流域を問わず広範囲に流れ方向を安定させることができる。

そしてこのとき、流路断面縮小部の第一直線部、第二直線部及び内周直線部を、計測用直線流路とそれぞれ平行状に配置することができる。これによって、整流手段（例えば整流素子）を用いなくても、流れ方向を容易に安定化させることができる。

導入側流路と計測用直線流路とが直交状に配置され、計測用直線流路の流路断面積が流れ方向に対して一定に形成されていれば、流量計をコンパクトな箱型形状に形成できる。また、外周拡大部で均等化（対称化）された流速分布が計測用直線流路でも安定して維持されるので、流量測定の精度が向上する。

（実施例１）
次に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、一般住宅用ガスメータ等として用いられる超音波流量計の一実施例の全体斜視図を示す。この超音波流量計１００（流量計）は、本体ユニット１０と中間流路形成ユニット２０と遮断弁３０とから構成され、本体ユニット１０は本体部１１と蓋部１７とからなる。

図２は超音波流量計１００の正面断面図を示し、図２のＡ−Ａ断面図が図３に表わされている。図２に示すように、本体部１１は全体として直方体形状を有し、その上面には、上流側のガス配管に接続される流入口１２及び下流側のガス配管に接続される流出口１３がそれぞれ開口している。また、その内部には、流入口１２と流出口１３との間にガス（流体）を通過させるための本体流路１４が形成されている。本体部１１の下部には、図２の背面側から手前側（嵌合方向）に向けて本体流路切除部１５が形成され、この本体流路切除部１５は、パッキン１７ａ（シール材）を介し蓋部１７によって外部から覆われている（図３参照）。本体部１１の嵌合方向前方側（図２の手前側）の外面には、本体流路切除部１５と連通する一対の窓孔１６，１６（図１参照）が開口している。

図３に示すように、中間流路形成ユニット２０の内部には、本体部１１の本体流路切除部１５にガスの流れ方向と直交する方向（嵌合方向）から嵌合したときに本体流路１４と接続される中間流路２１が貫通形成されている。この中間流路２１は、本体流路１４と滑らかに連続する上下方向の入口側連結流路２１ｂ（導入側流路），出口側連結流路２１ｃ（導出側流路）と、両端で両連結流路２１ｂ，２１ｃと連なるとともに、本体流路１４とほぼ直交する形態で本体部１１の下面に沿って配設される水平方向の直線状中間流路２１ａ（計測用直線流路）とから構成されている（図２参照）。また、中間流路形成ユニット２０には、本体部１１に開口する一対の窓孔１６，１６に対応して嵌合方向の前方側に一対の突出部２２，２２がそれぞれ一体形成されている。さらに、中間流路形成ユニット２０の一対の突出部２２，２２には、直線状中間流路２１ａを通過するガスの流量を測定するために、超音波センサ２３の一対の送受信振動子２３ａ，２３ｂがそれぞれ着脱可能に取り付けられている。直線状中間流路２１ａの軸直交断面積（流路断面積）を本体流路１４や入口側連結流路２１ｂの軸直交断面積（流路断面積）よりも小とし（絞り）、流れ方向に対して一定の大きさに形成する。これによって、直線状中間流路２１ａを流れるガスの流速を速くして一定に保持し、超音波センサ２３による流量（流速）の測定精度が高くなるようにしている。なお、流入口１２と中間流路２１との間の本体流路１４には、本体流路１４のガスの流れを遮断する遮断弁３０が設けられている（図２参照）。

したがって、図３において、中間流路２１が本体流路１４と連通するように中間流路形成ユニット２０を本体部１１の本体流路切除部１５に嵌合すると、各突出部２２，２２が本体部１１の各窓孔１６，１６からそれぞれ外部に突出する。そして、各突出部２２，２２はパッキン１６ａ（シール材）を介し各窓孔１６，１６をそれぞれ密閉する。さらに、超音波センサ２３の各送受信振動子２３ａ，２３ｂは、各突出部２２，２２の収容孔２２ａ，２２ｂにそれぞれ外部から挿入され、取付ねじ（取付部材；図示せず）や押圧板（押圧部材；図示せず）によって着脱可能に固定されている。

図３に示すように、直線状中間流路２１ａ（中間流路２１）は、本体流路切除部１５への嵌合方向を長辺Ｌ、上下方向を短辺Ｓ（図２参照）とする矩形状に形成されている。そして、超音波センサ２３は次のような反射型Ｖ字配列に構成されている。すなわち、直線状中間流路２１ａの流れ方向直交断面のうち嵌合方向前方側の短辺を形成する取付壁面２１ｄ（壁部）の送受信振動子２３ａ，２３ｂが流れ方向に所定距離Ｗを隔てて取り付けられ、嵌合方向後方側の短辺を形成する壁面（壁部）を反射面２１ｅとする。

図１に戻り、超音波センサ２３の送受信振動子２３ａ，２３ｂ（センサ素子）で得られた出力信号は、リード線２５，２５を介して流量演算処理回路２４に送信されてガス流量が算出され、流量表示部（図示せず）等を用いて報知される。これらの送受信振動子２３ａ，２３ｂ、流量演算処理回路２４、リード線２５，２５、流量表示部等は流量測定部Ｍを構成している。リード線２５，２５は、窓孔１６，１６から外部に突出して設けられる超音波センサ２３（送受信振動子２３ａ，２３ｂ）から引き出されるので、その芯線部を通じて測定ガスが外部に漏れ出して、気密性が不十分となったり、測定精度が低下したりすることがない。このように、本体部１１・蓋部１７・中間流路形成ユニット２０の三者の気密性が確保され、リード線２５，２５が流路外に位置するので、漏れ出したガスに電気部品の火花が引火して火災が発生することもない。なお、入口側連結流路２１ｂと直線状中間流路２１ａとの間には、流路内での測定ガス流の乱れを抑え速度分布を均一化するための整流素子（整流部材）は設けられていない（図２，図３参照）。

次に、図４は図２における中間流路の流路構成の一実施例を示す要部拡大説明図である。図４に示す中間流路２１において、ほぼ直交状に配置される入口側連結流路２１ｂ（本体流路１４）と直線状中間流路２１ａとの間には、方向転換部２１１、流路断面縮小部２１２及び外周拡大部２１３が流れ方向上手側から下手側に向ってこの順に接続形成されている。

方向転換部２１１は、ほぼ下向きに配置された入口側連結流路２１ｂの出口側末端部に続いて、ガスの流れを約９０°方向転換させる湾曲形態に形成されている。この方向転換部２１１の湾曲形状は内側、外側ともに円弧状に形成され、湾曲外周側の半径Ｒ１が湾曲内周側の半径Ｒ２よりも大きく（例えば、Ｒ１＝２×Ｒ２）設定されている。これによって、後述する流路断面縮小部２１２における流れ方向の流路断面積の縮小率を大きくとることができるので、直線状中間流路２１ａでの流速を大きくして流量測定部Ｍ（図１参照）での測定精度を向上させるとともに、圧力損失を抑制できる。

流路断面縮小部２１２は、方向転換部２１１の出口側末端部と一部重なり合うようにして接続形成されている。したがって、流路断面縮小部２１２と方向転換部２１１とは、湾曲外周側及び湾曲内周側で流れ方向下手側ほど流路断面積が縮小する形態を有する。一方、流路断面縮小部２１２に接続形成される外周拡大部２１３は、湾曲外周側の流路断面が流れ方向下手側ほど拡大形成され、直線状中間流路２１ａに接続されている。

具体的には、流路断面縮小部２１２の湾曲外周側では、方向転換部２１１の末端位置からその接線方向（水平方向）に外周直線部２１２ａが滑らかに繋がって、流れ方向を斜め方向から水平方向に揃えて安定化させ、さらに外周拡大部２１３に接続されている。その外周拡大部２１３は、流れ方向下手側ほど曲線状又は直線状（図４では円弧状）の勾配（傾斜）を有して連続的又は段階的（図４では連続的）に徐々に拡大変化する形状に形成され、直線状中間流路２１ａに接続されている。なお、外周拡大部２１３は階段状に急激に拡大変化する形状に形成されていてもよい。

一方、流路断面縮小部２１２の湾曲内周側では、方向転換部２１１の末端位置から内周湾曲部２１２ｂが湾曲状に滑らかに繋がって形成されている。さらに、内周湾曲部２１２ｂの末端位置からその接線方向（水平方向）に内周直線部２１２ｃが滑らかに繋がって形成され、直線状中間流路２１ａに接続されている。

そして、流路断面縮小部２１２の内周直線部２１２ｃは、外周直線部２１２ａの流れ方向下手側の端部と流れ方向において重合して平行状（水平状）に配置されている。その結果、流路断面縮小部２１２の外周直線部２１２ａ及び内周直線部２１２ｃは、直線状中間流路２１ａとそれぞれ平行状（水平状）に配置されている。

以上のように流路構成されているので、この流路内のガスの流れは次のようになる。

方向転換部２１１へ流入したガスは、下向き（上下方向）の入口側連結流路２１ｂから横向き（水平方向）の直線状中間流路２１ａへ方向転換する途上にあるため、斜め下向き（中間方向）の速度成分が大きい。このような速度成分を有するガスは、方向転換部２１１の湾曲外周側に沿って流れ方向下流側へ移動していくため、その流れ方向は方向転換部２１１の末端位置に達しても依然として不揃いで不安定な状態にある。また、方向転換部２１１の末端位置において流れ方向と直交する方向の流速分布は、湾曲外周側ほど流速が大きくなり、不均等（非対称）な状態にある。このように、方向転換部２１１（及び流路断面縮小部２１２の入口側）では流れ方向が不安定で流速が不均等（非対称）な流れ（偏流）が発生している。

そこでまず、流路断面縮小部２１２には、湾曲外周側において方向転換部２１１の末端位置から接線方向に滑らかに繋がる外周直線部２１２ａを形成することによって、流れ方向の不揃い・不安定さが解消される。つまり、外周直線部２１２ａは流れ方向の安定化区間として機能する。次に、外周直線部２１２ａは外周拡大部２１３に接続されることによって、湾曲外周側の流路が広がり流速の偏りが緩和（矯正）される。つまり、外周拡大部２１３は流速緩和区間（流速分布の均等化・対称化区間）として機能する。すなわち、方向転換部２１１や流路断面縮小部２１２の入口側で発生する偏流は、流路断面縮小部２１２の湾曲外周側に形成される外周直線部２１２ａで流れ方向が安定化され、さらにその先に接続される外周拡大部２１３で流速分布が均等化・対称化される。

しかも、流路断面縮小部２１２の内周直線部２１２ｃは外周直線部２１２ａの流れ方向下手側の端部と流れ方向において重合して平行状（水平状）に配置されているので、流れ方向は一層安定化する。さらに、流路断面縮小部２１２の外周直線部２１２ａ及び内周直線部２１２ｃは、直線状中間流路２１ａとそれぞれ平行状（水平状）に配置されているので、整流手段（例えば整流素子）を用いなくても、流れ方向を容易に安定化させることができる。

したがって、直線状中間流路２１ａにおいて、一対の送受信振動子２３ａ，２３ｂの測線を流速分布の中央位置に配置すれば、直線状中間流路２１ａを流れるガスの中心的な（平均的な）流速を安定して計測することができるので、層流域から乱流域にわたって広範囲に高精度で流量を計測できる。

（実施例２）
図５は、図４に代わり図２における中間流路の流路構成の他の実施例を示す要部拡大説明図である。図５に示す中間流路２１においても図４と同様に、ほぼ直交状に配置される入口側連結流路２１ｂ（導入側流路）と直線状中間流路２１ａ（計測用直線流路）との間には、方向転換部２１１、流路断面縮小部２１２及び外周拡大部２１３が流れ方向上手側から下手側に向ってこの順に接続形成されている。

この実施例では、流路断面縮小部２１２の外周直線部２１２ａは、流れ方向上手側に位置する第一直線部２１２ａ１とそれより下手側に位置して流路断面積を縮小させる第二直線部２１２ａ２とを含んで構成され、さらにその流れ方向下手側で外周拡大部２１３に接続されている。また、第一直線部２１２ａ１と第二直線部２１２ａ２とは外周縮小部２１２ｄを介して接続されている。なお、外周縮小部２１２ｄは、流れ方向下手側ほど曲線状又は直線状（図５では円弧状）の勾配（傾斜）を有して連続的又は段階的（図５では連続的）に縮小する形状に形成されている。

そして、流路断面縮小部２１２の第一直線部２１２ａ１は内周湾曲部２１２ｂと、第二直線部２１２ａ２は内周直線部２１２ｃと、それぞれ対向配置されている。その結果、流路断面縮小部２１２の第一直線部２１２ａ１、第二直線部２１２ａ２及び内周直線部２１２ｃは、直線状中間流路２１ａとそれぞれ平行状（水平状）に配置されている。

この実施例では、流路断面縮小部２１２の外周直線部２１２ａが第一直線部２１２ａ１と第二直線部２１２ａ２との二段階に断面縮小することによって、流れ方向の安定化区間が比較的長く形成されるので、層流域・乱流域を問わず広範囲に流れ方向を安定させることができる。さらに、流路断面縮小部２１２の第一直線部２１２ａ１、第二直線部２１２ａ２及び内周直線部２１２ｃは、直線状中間流路２１ａとそれぞれ平行状（水平状）に配置されているので、整流手段（例えば整流素子）を用いなくても、流れ方向を容易に安定化させることができる。なお、実施例２（図５）において実施例１（図４）と共通する機能を有する部分には同一符号を付与して説明を省略する。

（変形例）
以上の実施例においては、超音波センサ（送受信部）の配置と超音波の通る径路（測線という）として反射型Ｖ字配列を採用した場合について説明した。反射型Ｖ字配列では、一対の送受信部を流れ方向に沿って同じ側に集中配置できるので、送受信部の着脱を同じ方向から行える利点がある。超音波流量計における超音波センサ（送受信部）の測線方式には、反射型Ｖ字配列の他にも多くの種類が知られている。他の測線方式に対する本発明の適用例について以下に説明する。

（１）透過型Ｚ配列（図６（ａ））
一方の送受信部１２３ａから発せられた超音波を流れ方向に沿って所定距離離間して配置された他方の送受信部１２３ｂで受信する方式である。この方式では、一方の送受信部１２３ａと他方の送受信部１２３ｂとは流れ方向の両側に分離して配置される。

（２）透過型Ｖ字配列（図６（ｂ））
１個の送信部２２３ａから発せられた超音波を流れ方向に沿って所定距離離間して配置された一対の受信部２２３ｂ，２２３ｂで受信する方式である。この方式では、送信部２２３ａと受信部２２３ｂ，２２３ｂとは流れ方向の両側に分離して配置される。

（３）交差型Ｘ配列（図６（ｃ））
流れ方向に沿って所定距離離間して配置された一対の送信部３２３ａ，３２３ａから発せられた超音波を流れ方向に沿って所定距離離間して配置された一対の受信部３２３ｂ，３２３ｂで受信する方式である。この方式は上記した図６（ｂ）の方式において、送信部を１個から一対に増設したものに相当する。

以上の実施例及び変形例においては、本体ユニット１０が、本体流路１４を内部に有する本体部１１と、本体部１１を外部から覆う蓋部１７とから構成される場合についてのみ説明したが、本体ユニット１０は次のような構成であってもよい。すなわち、本体ユニットは半割り状の本体流路を各々有する第一本体部と第二本体部とを合掌構成してもよい。ただし、この場合には窓孔は第一本体部と第二本体部とのうち少なくともいずれか一方に設けられ、蓋部は設けても設けなくてもよい。

本発明に係る超音波流量計の一実施例の全体斜視図。 図１の正面断面図。 図２のＡ−Ａ断面図。 図２における中間流路の流路構成の一実施例を示す要部拡大説明図。 図２における中間流路の流路構成の他の実施例を示す要部拡大説明図。 超音波センサの配置変形例を示す説明図。

符号の説明

２１ 中間流路
２１ａ 直線状中間流路（計測用直線流路）
２１ｂ 入口側連結流路（導入側流路）
２１ｃ 出口側連結流路（導出側流路）
２１ｄ 取付壁面（壁部）
２１１ 方向転換部
２１２ 流路断面縮小部
２１２ａ 外周直線部
２１２ａ１ 第一直線部
２１２ａ２ 第二直線部
２１２ｂ 内周湾曲部
２１２ｃ 内周直線部
２１２ｄ 外周縮小部
２１３ 外周拡大部
２３ 超音波センサ
２３ａ，２３ｂ 送受信振動子（センサ素子）
１００ 超音波流量計（流量計）

Claims (8)

1. 流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有する計測用直線流路と、を含む流量計であって、
   前記導入側流路及び計測用直線流路を流れる流体の流れ方向に沿うとともにそれら両流路の中央を通る共通断面において、
   前記導入側流路の出口側末端部に続く形で流体の流れを方向転換させる湾曲形態の方向転換部と、
   その方向転換部の出口側末端部を含む形で接続形成され、前記方向転換部の湾曲外周側及び／又は湾曲内周側で流れ方向下手側ほど流路断面積が縮小する流路断面縮小部と、
   その流路断面縮小部に続く形で接続形成され、前記湾曲外周側の流路断面が流れ方向下手側ほど連続的に徐々に拡大変化又は階段状に急激に拡大変化して前記計測用直線流路に接続可能な外周拡大部とを含み、
   前記方向転換部及び流路断面縮小部を流れる間に前記湾曲内周側に比して湾曲外周側で相対的に速くなる流体の流速分布が、前記外周拡大部を通る間に前記流れ方向と直交する方向に均等化及び／又は対称化されることを特徴とする流量計。
2. 流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有し、その壁部の取付壁面に流体の流れ方向上手側若しくは下手側に向けて超音波を発振し、及び／又は流れ方向上手側若しくは下手側から到来する超音波を受信する送受信振動子が取り付けられた計測用直線流路と、を含む流量計であって、
   前記導入側流路及び計測用直線流路を流れる流体の流れ方向に沿うとともにそれら両流路の中央を通り、前記送受信振動子が取り付けられた取付壁面に平行となる共通断面において、
   前記導入側流路の出口側末端部に続く形で流体の流れを方向転換させる湾曲形態の方向転換部と、
   その方向転換部の出口側末端部を含む形で接続形成され、前記方向転換部の湾曲外周側及び／又は湾曲内周側で流れ方向下手側ほど流路断面積が縮小する流路断面縮小部と、
   その流路断面縮小部に続く形で接続形成され、前記湾曲外周側の流路断面が流れ方向下手側ほど連続的に徐々に拡大変化又は階段状に急激に拡大変化して前記計測用直線流路に接続可能な外周拡大部とを含み、
   前記方向転換部及び流路断面縮小部を流れる間に前記湾曲内周側に比して湾曲外周側で相対的に速くなる流体の流速分布が、前記外周拡大部を通る間に前記流れ方向と直交する方向に均等化及び／又は対称化されることを特徴とする流量計。
3. 前記流路断面縮小部は、前記湾曲外周側において前記方向転換部の末端位置からその接線方向に滑らかに繋がり、流れ方向を揃えて安定化させるための外周直線部を含んで前記外周拡大部に接続される一方、
   前記湾曲内周側において前記方向転換部の末端位置から湾曲状に滑らかに繋がる内周湾曲部を含んで構成されている請求項１又は２に記載の流量計。
4. 前記流路断面縮小部は、前記内周湾曲部の末端位置からその接線方向に滑らかに繋がる内周直線部を含んで構成され、
   その内周直線部は前記外周直線部の流れ方向下手側の端部と流れ方向において重合して平行状に配置されている請求項３に記載の流量計。
5. 前記流路断面縮小部の外周直線部及び内周直線部は前記計測用直線流路とそれぞれ平行状に配置されている請求項４に記載の流量計。
6. 前記流路断面縮小部は、前記内周湾曲部の末端位置からその接線方向に滑らかに繋がる内周直線部を含んで構成される一方、
   前記外周直線部は流れ方向上手側に位置する第一直線部とそれより下手側に位置して流路断面積を縮小させる第二直線部とを含んで構成され、
   前記第一直線部が前記内周湾曲部と、前記第二直線部が前記内周直線部と、それぞれ対向配置されている請求項３に記載の流量計。
7. 前記流路断面縮小部の第一直線部、第二直線部及び内周直線部は、前記計測用直線流路とそれぞれ平行状に配置されている請求項６に記載の流量計。
8. 前記導入側流路と計測用直線流路とが直交状に配置され、
   前記計測用直線流路の流路断面積が流れ方向に対して一定に形成されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の流量計。

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