JP2010066177A - 流量計及び流量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定流体の整流効果を得ながら圧力損失を低減させることができる流量計及びこれを備える流量制御装置を提供する。
【解決手段】被測定流体が流れる流路５と、流路５内に配置される整流体２０と、を備え、被測定流体の流量を計測する流量計２であって、整流体２０は、被測定流体の整流用の孔を有するとともに、流路５の延在方向に対して垂直な方向における流路断面積よりも広い面積を有する。流量制御装置１は、流量計２と、制御弁３と、流量計２によって検出された流量に係る情報に基づいて制御弁３を制御することにより流量計２の流路５を流れる流体の流量を調整する制御手段４と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、流量計及び流量制御装置に関する。

従来より、被測定流体の流量を検出する流量計が実用化されている。かかる流量計を用いて流量を正確に計測するためには、流路を流れる被測定流体の乱れを抑制して速度分布を安定させる必要がある。

このため、現在においては、流量計の流路に複数枚の整流板を設けることにより、流路を流れる被測定流体の乱れを抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、近年においては、流路に複数の屈曲部を設けて流路の内壁に流体を衝突させることによって流体の速度分布を安定させる技術も提案されている（例えば、特許文献２及び３参照）。
特開２００５−２４０８０号公報 国際公開第２００５／１２１７１８号パンフレット 特開２００７−１２１０３６号公報

しかし、特許文献１に記載されたような技術を採用すると、従来の整流板は流路の延在方向に対して直交するように配置されていたため、被測定流体の圧力損失が増大するという問題があった。また、特許文献２や特許文献３に記載の技術を採用しても、再現性のある一定の流速分布を得るために設けた多くの屈曲部により、被測定流体の圧力損失が増大するおそれがある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、圧力損失の増大を抑制しながら被測定流体の整流効果を得ることができる流量計及びこれを備える流量制御装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明に係る流量計は、被測定流体が流れる流路と、この流路内に配置される整流体と、を備え、被測定流体の流量を計測する流量計であって、整流体は、被測定流体の整流用の孔を有するとともに、流路の延在方向に対して垂直な方向における流路断面積よりも広い面積を有するものである。

かかる構成を採用すると、整流体は、流路の延在方向に対して垂直な方向における流路断面積よりも広い面積を有しているため、整流体に形成される整流用の孔の数や総面積を増大させることができるので、整流体に起因する被測定流体の圧力損失の増大を抑制することができ、しかも整流効果を得ることができる。従って、被測定流体の流量の測定精度を高めることが可能となる。

前記流量計において、流路の延在方向に対して斜めに配置される少なくとも一つの整流板を有する整流体を採用することができる。

かかる構成を採用すると、整流体を構成する整流板が、流路の延在方向に対して「斜め」に（すなわち流路の延在方向に直交しない状態で）配置されるため、従来のように整流板を流路の延在方向に直交させた状態で配置するよりも、整流板の面積を増大させることができる。従って、整流板に形成される整流用の孔の数や総面積を増大させることができるので、整流体に起因する被測定流体の圧力損失の増大を抑制することができ、しかも整流効果を得ることができる。従って、被測定流体の流量の測定精度を高めることが可能となる。

前記流量計において、整流板の外周面が全周にわたって流路の内壁に当接するように配置することができる。

かかる構成を採用すると、整流板の外周面と流路の内壁との間に作用する摩擦力により、流路に対して整流板を確実に固定することができる。また、整流板の外周面が全周にわたって流路の内壁に当接しているので、整流板と流路との間に隙間が形成されるのを防ぐことができる。

また、前記流量計において、流路を形成するための直線状に延在する流路形成部が内部に設けられるとともに流路形成部の上方を外部に連通させるための開口部を有する流路ブロックと、この流路ブロックの開口部を塞ぐように配置される蓋部材と、を採用し、流路ブロックの開口部を蓋部材が塞ぐことにより直管状流路を形成することができる。そして、蓋部材が流路ブロックの開口部を塞ぐ際に、整流板の外周面を蓋部材に当接させる一方、整流板の外周面を流路ブロックの内壁に当接させ、整流板を蓋部材と流路ブロックの内壁との間に挟み込んで固定することができる。この際、蓋部材における整流板の当接位置と、流路ブロックにおける整流板の当接位置と、を直管状流路の延在方向において異なるように設定することができる。

また、前記流量計において、被測定流体の流速又は流量を検出する流れセンサが配置されるセンサ流路部と、センサ流路部の上流側及び／又は下流側に形成されセンサ流路部より流路断面積が大きい拡径流路部と、を有する直管状流路を採用することができる。そして、拡径流路部のセンサ流路部側の端面を、直管状流路の延在方向に垂直な面に対して傾斜した状態で設け、整流板を、直管状流路の拡径流路部の端面に当接するように配置して固定することができる。

かかる構成を採用すると、整流板を、直管状流路の延在方向に対して斜めに配置して固定することができる。従って、直管状流路を有する流量計において、被測定流体の圧力損失の増大を抑制することができ、なおかつ整流効果を得ることができるので、被測定流体の流量の測定精度を高めることが可能となる。

また、前記流量計において、被測定流体の流速又は流量を検出する流れセンサが配置され直線状に延在するセンサ流路部を有するとともに、センサ流路部の上流側及び／又は下流側が屈曲部で屈曲するように構成された屈曲流路を採用することができる。かかる場合に、センサ流路部の内壁上に配置される平板と、平板の上流側端部及び／又は下流側端部に斜めに接続される整流板と、から構成される整流体を採用し、整流板の外周面を屈曲流路の屈曲部の内壁に当接するように配置することにより、整流体を屈曲流路に固定することができる。

かかる構成を採用すると、整流板を、屈曲流路のセンサ流路部の延在方向に対して斜めに配置して固定することができる。従って、屈曲流路を有する流量計において、被測定流体の圧力損失の増大を抑制することができ、なおかつ整流効果を得ることができるので、被測定流体の流量の測定精度を高めることが可能となる。

また、前記流量計において、屈曲流路のセンサ流路部を形成するための直線状に延在するセンサ流路形成部が内部に設けられるとともにセンサ流路形成部の上方を外部に連通させるための開口部を有する流路ブロックと、一方の面に流れセンサを有し他方の面に流れセンサを用いた計測原理を行う電気回路に接続する電気回路用電極を有する回路基板と、を採用することができる。かかる場合に、流路ブロックの開口部を回路基板が塞ぐように、かつ、回路基板の流れセンサが流路ブロックのセンサ流路形成部に臨むように、流路ブロックに対して回路基板を配置することにより、屈曲流路のセンサ流路部を形成することができる。

かかる構成を採用すると、屈曲流路を構成する流路ブロックの開口部から整流体を入れて屈曲流路内に容易に配置することができる。

また、前記流量計において、剛性を有する板状部材にパンチングで孔を形成することにより整流板を構成することができる。

かかる構成を採用すると、剛性を有する整流板を得ることができ、この整流板を中流量乃至大流量計測用の流量計に適用することができる。

また、前記流量計において、薄板にエッチングで孔を形成することにより整流板を構成することもできる。

かかる構成を採用すると、薄型の整流板を得ることができ、この整流板を微小流量計測用の流量計に適用することができる。

また、前記流量計において、流路の延在方向の一方に膨出するように形成された笊状の整流体を採用することもできる。

また、本発明に係る流量制御装置は、前記流量計と、制御弁と、前記流量計によって検出された流量に係る情報に基づいて制御弁を制御することにより前記流量計の流路を流れる流体の流量を調整する制御手段と、を備えるものである。

かかる構成を採用すると、圧力損失の増大を抑制しながら被測定流体の整流効果を得ることができ流量の測定精度が高い流量計を備えるため、流体の流量調整の精度を向上させることができる。

本発明によれば、圧力損失の増大を抑制しながら被測定流体の整流効果を得ることができる流量計及びこれを備える流量制御装置を提供することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る流量計及び流量制御装置について説明する。

[第１の実施形態]
まず、本発明の第１の実施形態に係る流量制御装置１の構成の概要を説明する。本実施形態に係る流量制御装置１は、図１に示すように、流体の流量を計測する流量計２と、流量計２の下流側に設けられて流体の流量を調整する制御弁３と、制御弁３を制御する制御手段４と、を備えている。流量計２は、本発明の第１の実施形態に係る流量計であり、ストレート形状の流路（直管状流路）を有するものである。流量計２の構成については、後に詳述する。

制御弁３は、流体が流れる一次側流路３１及び二次側流路３２が形成された弁座３３、一次側流路３１及び二次側流路３２を連通する弁室３４、弁室３４に収納されて二次側流路３２を開閉する弁体３５、弁体３５に連結された磁性体のプランジャ３６、通電されてプランジャ３６を上下させるソレノイドコイル３７、等を有するソレノイド弁である。

制御手段４は、流量計２によって検出された流量に係る情報に基づいて制御弁３を制御することにより、流体の流量を調整するものである。制御手段４は、流量計２からの検出信号を処理する信号処理回路４１、制御弁３を駆動する駆動回路４２、信号処理回路４１によって処理された流量の検出値に基づいて駆動回路４２を制御するＣＰＵ４３等を有している。ＣＰＵ４３は、流量の検出値が設定値よりも多い場合は駆動回路４２を介して制御弁３を駆動制御して流量を低減させる一方、流量の検出値が設定よりも少ない場合は駆動回路４２を介して制御弁３を駆動制御して流量を増加させる。

次に、図２〜図９を用いて、本実施形態に係る流量計２の構成について説明する。

流量計２は、図２に示すように、被測定流体が流れる直管状流路５、直管状流路５の長手方向略中央位置に配置されて被測定流体の流速又は流量を検出する流れセンサ１０、被測定流体の整流用の孔２１が形成され直管状流路５内に配置される整流体２０（整流板２０ａ、２０ｂ）等を備えている。

本実施形態における直管状流路５は、図２に示すように、流れセンサ１０が配置されるセンサ流路部５ａと、センサ流路部５ａの上流側及び下流側に形成されセンサ流路部５ａより流路断面積が大きい拡径流路部５ｂと、を有している。センサ流路部５ａ及び拡径流路部５ｂの断面形状は、いずれも矩形状である。直管状流路５（センサ流路部５ａ及び拡径流路部５ｂ）は、流路ブロック６の上面に設けられた開口部６ｂを蓋部材７が塞ぐことによって形成されている。

流路ブロック６は、図３及び図４に示すような略直方体状の筐体であり、金属や樹脂等で構成される。流路ブロック６の内部には、その長手方向一端部から他端部にわたって直線状に延在する断面矩形状の流路形成部６ａが設けられている。また、流路ブロック６の上面には矩形状の開口部６ｂが設けられており、この開口部６ｂを介して流路形成部６ａが外部と連通している。

流路ブロック６の流路形成部６ａの長手方向両端には、図４に示すように雌ネジ部６ｃが形成されており、これら雌ネジ部６ｃに外部の配管（例えば図１における配管Ｐ）の雄ネジ部が螺入されることにより、流量計２と配管とが接続される。流路形成部６ａの長手方向中央底部６ｄ（開口部６ｂと対向する下方の部分）は、長手方向両端底部６ｅよりも上方に若干突出するように構成されている。

また、流路形成部６ａの長手方向中央底部６ｄと長手方向両端底部６ｅとを接続する端面（拡径流路部５ｂのセンサ流路部５ａ側の端面となる部分）６ｆは、図４に示すように、流路形成部６ａの延在方向に垂直な面に対して若干傾斜した状態で形成されている。これら端面６ｆは、流路ブロック６の開口部６ｂの長手方向両端縁６ｇの位置よりも内側（中央寄り）に配置されている。これら端面６ｆには、整流板２０の下方部分が当接する。また、流路ブロック６の開口部６ｂの長手方向両端縁６ｇの近傍には、整流板２０ａ、２０ｂの上方部分を係止させるための切欠部６ｈが形成されている。切欠部６ｈは、端面６ｆに平行な傾斜面を有しており、この傾斜面に整流板２０ａ、２０ｂの上方部分が当接する。

蓋部材７は、図２に示すような略直方体状の筐体であり、その下面には、流路ブロック６の開口部６ｂを塞ぐような形状を有する凸状部７ａが設けられている。凸状部７ａは、図２に示すように、その長手方向中央部７ｂが長手方向両端部７ｃよりも下方に若干突出するように形成されている。凸状部７ａの長手方向両端部７ｃの角部７ｄには、流路ブロック６の切欠部６ｈの傾斜面と平行になるように形成された傾斜面が設けられており、この傾斜面に整流板２０の上方部分が当接する。凸状部７ａの長手方向中央部７ｂの表側（流路ブロック６側）には、直管状流路５を流れる流体の流速又は流量を検出する流れセンサ１０が配置されている。流れセンサ１０の構成及び機能については後に詳述する。

蓋部材７の内部には、各種電気回路が設けられた回路基板８が配置されており、この回路基板８と流れセンサ１０とが凸状部７ａの長手方向中央部７ｂの裏側（蓋部材７の内部側）に設けられた電極を介して電気的に接続されている。また、回路基板８には信号ケーブル９が接続されており、信号ケーブル９は蓋部材７に形成された開口部７ｅから外部に導かれて制御手段４の信号処理回路４１に接続される。

流路ブロック６の上に蓋部材７を被せ、図２に示すように流路ブロック６の開口部６ｂを蓋部材７の凸状部７ａで塞ぐことにより、直管状流路５が形成される。この際、蓋部材７の凸状部７ａの長手方向中央部７ｂと、流路ブロック６の流路形成部６ａの長手方向中央底部６ｄと、により直管状流路５のセンサ流路部５ａが形成される。また、蓋部材７の凸状部７ａの長手方向両端部７ｃと、流路ブロック６の流路形成部６ａの段状底部６ｆ及び長手方向両端底部６ｅと、により直管状流路５の拡径流路部５ｂが形成される。

流れセンサ１０は、図７及び図８に示すように、キャビティ１１が設けられた基板１２、基板１２上にキャビティ１１を覆うように配置された絶縁膜１３、絶縁膜１３に設けられたヒータ１４、ヒータ１４より上流側に設けられた上流側測温抵抗素子１５、ヒータ１４より下流側に設けられた下流側測温抵抗素子１６、上流側測温抵抗素子１５より上流側に設けられた周囲温度センサ１７等を有している。

絶縁膜１３のキャビティ１１を覆う部分は、断熱性のダイアフラムを構成している。周囲温度センサ１７は、図２に示す直管状流路５を流れる流体の温度を測定する。ヒータ１４は、キャビティ１１を覆う絶縁膜１３の中心に配置されており、直管状流路５を流れる流体を、周囲温度センサ１７が計測した温度よりも一定温度（例えば１０℃）高くなるように加熱する。上流側測温抵抗素子１５はヒータ１４より上流側の温度を検出するために用いられ、下流側測温抵抗素子１６はヒータ１４より下流側の温度を検出するために用いられる。

ここで、図２に示す直管状流路５中の流体が静止している場合、図７及び図８に示すヒータ１４で加えられた熱は、上流方向と下流方向へ対称的に拡散する。従って、上流側測温抵抗素子１５及び下流側測温抵抗素子１６の温度は等しくなり、上流側測温抵抗素子１５及び下流側測温抵抗素子１６の電気抵抗は等しくなる。これに対し、直管状流路５中の流体が上流から下流に流れている場合、ヒータ１４で加えられた熱は、下流方向に運ばれる。従って、上流側測温抵抗素子１５の温度よりも、下流側測温抵抗素子１６の温度が高くなる。このため、上流側測温抵抗素子１５の電気抵抗と、下流側測温抵抗素子１６の電気抵抗に差が生じる。下流側測温抵抗素子１６の電気抵抗と上流側測温抵抗素子１５の電気抵抗の差は、直管状流路５中の流体の速度又は流量と相関関係がある。このため、下流側測温抵抗素子１６の電気抵抗と上流側測温抵抗素子１５の電気抵抗の差から、直管状流路５を流れる流体の流速又は流量が求められる。

図７及び図８に示す基板１２の材料としては、シリコン(Si)等が使用可能である。絶縁膜１３の材料としては、酸化ケイ素(SiO₂)等が使用可能である。キャビティ１１は、異方性エッチング等により形成される。またヒータ１４、上流側測温抵抗素子１５、下流側測温抵抗素子１６及び周囲温度センサ１７のそれぞれの材料には白金(Pt)等が使用可能であり、リソグラフィ法等により形成可能である。

整流体２０は、図２に示すように、直管状流路５内の拡径流路部５ｂに配置され、被測定流体を整流する（被測定流体の乱れを抑制する）という機能を果たす。本実施形態における整流体２０は、直管状流路５のセンサ流路部５ａの上流側及び下流側に配置した２枚の整流板２０ａ、２０ｂである。整流体２０（整流板２０ａ、２０ｂ）は、図９（Ａ）に示すように、直管状流路５の断面形状に対応するような矩形状の平面形状を有しており、その表側から裏側に貫通するように整流用の孔２１が複数個形成されている。

整流体２０（整流板２０ａ、２０ｂ）は、図２や図９（Ｂ）に示すように、直管状流路５の延在方向に対して斜めに（直管状流路５の延在方向に直交しない状態で）配置されている。整流板２０ａ、２０ｂの配置態様を具体的に説明する。整流板２０ａ、２０ｂの外周面の一部を含む上方部分は、図２、図５及び図６に示すように、流路ブロック６の開口部６ｂを蓋部材７の凸状部７ａで塞いで直管状流路５を形成する際に、流路ブロック６の開口部６ａ付近に形成された切欠部６ｈの傾斜面と、蓋部材７の凸状部７ａの長手方向両端部７ｃの角部７ｄの傾斜面と、に当接する（挟まれる）ように配置される。一方、整流板２０ａ、２０ｂの外周面の一部を含む下方部分は、流路ブロック６の長手方向中央底部６ｄと長手方向両端底部６ｅとを接続する端面（拡径流路部５ｂのセンサ流路部５ａ側の端面）６ｆに当接するように配置される。この端面６ｆは、切欠部６ｈよりも中央寄りに配置されているため、整流板２０ａ、２０ｂは、下方になるに従って中央に傾くように（上方になるに従って外方に傾くように）配置されることとなる。

なお、整流板２０ａ、２０ｂの傾斜角度と、流路ブロック６の開口部６ａ付近に形成された切欠部６ｈの傾斜面の傾斜角度と、蓋部材７の凸状部７ａの長手方向両端部７ｃの角部７ｄの傾斜面の傾斜角度と、流路ブロック６の長手方向中央底部６ｄと長手方向両端底部６ｅとを接続する端面６ｆの傾斜角度と、は全て同一の値に設定されている。また、整流板２０ａ、２０ｂの外周面の他の部分は、流路ブロック６の流路形成部５ａを形成する内壁に当接している。この結果、整流板２０ａ、２０ｂは、その外周面が全周にわたって直管状流路５の内壁に当接し、流路ブロック６の内壁と蓋部材７とに挟み込まれて固定されることとなる。

整流板２０ａ、２０ｂの縦横の寸法（平面形状）・厚さや整流板２０ａ、２０ｂに形成する孔２１の個数・大きさ・形状は、流量計２の仕様、規模、被測定流体の種類等に応じて適宜設定することができる。本実施形態においては、図９（Ａ）に示すように、縦２．９３ｃｍ×横２．５４ｃｍの長方形の整流板を採用している。また、本実施形態においては、直径０．１６ｃｍの真円形の孔２１を９９個（縦１１×横９）採用しており、全ての孔２１を併せた開口面積は、１．９８ｃｍ²とされている。なお、本実施形態においては、長手方向に延在する複数の孔がパンチングにより予め形成された四角柱部材を斜めに切断することにより、図９（Ｂ）に示すように、外周面の上方部分及び下方部分が若干傾斜した（主平面に対して直角でない）比較的厚手の剛性を有する整流板を構成している。整流板２０ａ、２０ｂの材料としては、ステンレス鋼等を採用することができる。

以上説明した実施形態に係る流量計２においては、整流体２０（整流板２０ａ、２０ｂ）を直管状流路５の延在方向に対して「斜め」に（すなわち直管状流路５の延在方向に直交しない状態で）配置して固定することができる。従って、従来のように整流板を流路の延在方向に直交させた状態で配置するよりも、整流板２０ａ、２０ｂの面積を増大させることができ、整流板２０ａ、２０ｂに形成される整流用の孔２１の数や総面積を増大させることができる。

具体的に説明すると、本実施形態における整流体２０（整流板２０ａ、２０ｂ）は、流路の延在方向に直交した状態で配置される図１０に示すような縦横２．５４ｃｍ（孔８１個、開口面積１．６３ｃｍ²）の正方形の整流板１００と比較すると、縦方向の寸法が増大しているため、孔を縦方向に２列分（１８個）多く形成することができ、この結果、開口面積を０．３５ｃｍ²増大させることができる。従って、整流体に起因する被測定流体の圧力損失の増大を抑制することができ、しかも整流効果を得ることができる。この結果、被測定流体の流量の測定精度を高めることが可能となる。

また、以上説明した実施形態に係る流量計２においては、整流板２０ａ、２０ｂを、その外周面が全周にわたって直管状流路５の内壁に当接するように配置しているので、整流板２０ａ、２０ｂの外周面と直管状流路５の内壁との間に作用する摩擦力により、直管状流路５に対して整流板２０ａ、２０ｂを確実に固定することができる。また、整流板２０ａ、２０ｂの外周面が全周にわたって直管状流路５の内壁に当接しているので、整流板２０ａ、２０ｂと直管状流路５との間に隙間が形成されるのを防ぐことができる。

また、以上説明した実施形態に係る流量制御装置１においては、圧力損失の増大を抑制しながら被測定流体の整流効果を得ることができ流量の測定精度が高い流量計２を備えるため、流体の流量調整の精度を向上させることができる。

なお、本実施形態においては、孔が予め形成された四角柱部材を斜めに切断することにより図９（Ｂ）に示すような上下の側面が若干傾斜した整流体２０（整流板２０ａ、２０ｂ）を採用した例を示したが、板材をプレス加工することにより、外周面の上下部分が主平面に対して直角でかつ孔２１Ａを有する板状部材を形成して、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すような整流板２０Ａを製作することもできる。

また、本実施形態においては、断面矩形状の直管状流路５を採用した例を示したが、断面円形状の直管状流路を採用することもできる。かかる場合には、図１２（Ａ）、（Ｂ）に示したように、平面形状が円形状の整流板２０Ｂを採用することができる。なお、図１２（Ａ）、（Ｂ）に示した円形状の整流板２０Ｂは、孔が予め形成された円柱部材を斜めに切断することにより製作したものであるが、板材をプレス加工することにより円形状の整流板を製作することもできる。また、流量計の流路の断面形状（及びこれに対応する整流板の平面形状）は、直線と曲線とを組み合わせた形状であってもよい。

また、本実施形態においては、整流板２０ａ、２０ｂの外周面の一部を含む上方部分を、流路ブロック６の開口部６ａ付近の切欠部６ｈと、蓋部材７の凸状部７ａの長手方向両端の角部７ｄと、によって挟むように配置し、整流板２０ａ、２０ｂを下方になるに従って中央に傾くように配置した例を示したが、整流板の配置態様はこれに限られるものではない。

例えば、図１３に示すように、蓋部材７の凸状部７ａの長手方向中央部７ｂと長手方向両端部７ｃとを接続する端面（拡径流路部５ｂのセンサ流路部５ａ側の端面）７ｆを、流路形成部６ａの延在方向に垂直な面に対して若干傾斜させて形成し、この端面７ｆに整流板２０ｃ、２０ｄの外周面の一部を含む上方部分を当接させることもできる。図１３に示した変形例においては、蓋部材７の凸状部７ａの端面７ｆを、流路ブロック６の底部の端面６ｆよりも中央寄りに配置しており、整流板２０ｃ、２０ｄは、上方になるに従って中央に傾くように（下方になるに従って外方に傾くように）配置される。かかる場合においても、整流板２０ｃ、２０ｄの傾斜角度と、蓋部材７の凸状部７ａの端面７ｆの傾斜角度と、流路ブロック６の底部の端面６ｆの傾斜角度と、を全て同一の値に設定することができる。

また、本実施形態においては、整流板２０ａ、２０ｂの上方部分の位置と下方部分の位置とを直管状流路の延在方向において異ならせることによって、整流板２０ａ、２０ｂを直管状流路５の延在方向に対して斜めに配置した例を示したが、整流板の配置態様はこれに限られるものではない。例えば、整流板の前方部分（例えば図２において紙面手前側の部分）の位置と、後方部分（図２において紙面奥側の部分）の位置と、を直管状流路の延在方向において異ならせることによって、整流板を直管状流路の延在方向に対して斜めに配置することもできる。

また、本実施形態においては、板状部材にパンチングにより孔２１を形成した比較的厚手の剛性を有する（中流量乃至大流量計測用の）整流板２０ａ、２０ｂを採用した例を示したが、薄板にエッチングで孔を形成した薄手の（微小流量計側用の）整流板を採用することもできる。また、本実施形態においては、板状部材に複数の孔が形成された整流板２０ａ、２０ｂを採用した例を示したが、メッシュ状の金網を用いた整流板やスリットが複数形成された整流板を採用することもできる。

また、本実施形態においては、整流板を流れセンサ１０の上流側及び下流側の双方に配置した例を示したが、流れセンサ１０の上流側にのみ整流板を配置することもできる。また、必要に応じて、整流板を３枚以上配置してもよい。また、本実施形態においては、平坦な（断面「Ｉ」字状の）整流板を採用した例を示したが、断面が「く」の字状（又は「く」の字を複数接続した形状）の整流板を採用することもできる。

また、本実施形態においては、整流体として２枚の整流板を採用した例を示したが、整流体の構成はこれに限られるものではなく、流路の延在方向に対して垂直な方向における流路断面積よりも広い面積を有するものであればよい。例えば、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すような笊状の整流体２０Ｃを採用することができる。笊状の整流体２０Ｃは、整流用の孔２１Ｃが多数形成され流路５の延在方向の一方（例えば下流側）に膨出するように形成された整流部２２と、整流部２２の周縁に連接された平坦なフランジ部２３と、を有している。整流部２２は、茶漉しや笊のような（球面の一部のような）曲面形状を有しており、流路５の延在方向に対して垂直な方向における流路断面積よりも広い面積を有している。フランジ部２３は、拡径流路部５ｂのセンサ流路部５ａ側の端面（流路ブロック６の長手方向中央底部６ｄと長手方向両端底部６ｅとを接続する端面６ｆ、及び、蓋部材７の凸状部７ａの長手方向中央部７ｂと長手方向両端部７ｃとを接続する端面７ｆ）に当接するように配置される。

このような笊状の整流体２０Ｃを採用する場合には、図１４（Ａ）に示すように、整流体２０Ｃのフランジ部２３に隣接させて固定部材２４を配置するとともに、流路５の拡径流路部５ｂの長手方向端部の内壁に雌ネジ部Ｓ_Fを形成しておく。流路５の雌ネジ部Ｓ_Fに外部の配管Ｐの雄ネジ部Ｓ_Mを螺入し、この雄ネジ部Ｓ_Mの端部で固定部材２４を整流体２０Ｃのフランジ部２３に押し付けることにより、固定部材２４と、拡径流路部５ｂのセンサ流路部５ａ側の端面と、で整流体２０Ｃのフランジ部２３を挟持して固定することができる。

[第２の実施形態]
次に、図１５〜図２０を用いて、本発明の第２の実施形態に係る流量制御装置１Ａについて説明する。本実施形態に係る流量制御装置１Ａは、第１の実施形態に係る流量制御装置１の流量計１の構成を変更したものであり、その他の構成については第１実施形態と実質的に同一である。このため、異なる構成を中心に説明することとし、重複する構成については第１実施形態と同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る流量制御装置１Ａは、図１５に示すように、流体の流量を計測する流量計２Ａと、流体の流量を調整する制御弁３と、制御弁３を制御する制御手段４と、を備えている。流量計２Ａは、本発明の第２の実施形態に係る流量計であり、屈曲形状の流路（屈曲流路）を有するものである。制御弁３及び制御手段４の構成は、第１実施形態と実質的に同一であるので、説明を省略する。なお、図１５は、流量計２Ａと制御弁３とが流路を介して接続されることを示す概略構成図である。このため、流量計２Ａと制御弁３とを接続する流路の構成や、流量計２Ａ及び制御弁３の相対的な位置関係については、図１５に示したものに限定されることはなく、適宜変更することができる。

流量計２Ａは、図１６に示すように、流路ブロック６０、整流体７０、流れセンサ１０等を備える。流路ブロック６０は、屈曲流路５０を有しており、この屈曲流路５０は、第１の屈曲部５１及び第２の屈曲部５２で屈曲し、第１及び第２の屈曲部５１、５２の間で一定方向に直線状に延在している。整流体７０は、第１の整流板７１及び第２の整流板７２を有している。これら第１の整流板７１及び第２の整流板７２は、各々、第１の屈曲部５１及び第２の屈曲部５１において、一定方向に対して斜めに屈曲流路５０内に配置されている。流れセンサ１０は、第１及び第２の屈曲部５１、５２の間の流路部（センサ流路部５３）の内壁に配置され、屈曲流路５０を流れる流体の流速又は流量を検出する。

流路ブロック６０の上面６１には、図１７及び図１８に示すように、本発明におけるセンサ流路形成部に相当する凹部６２が設けられている。さらに凹部６２の長手方向両端の底面から、流路ブロック６０の底面６３に向かって、貫通孔６４及び貫通孔６５が形成されている。貫通孔６４及び貫通孔６５の断面形状は、例えば矩形とされる。但し、矩形に限定されず、直線と曲線を組み合わせた形状であってもよい。流路ブロック６０の上面６１の外周には、凹部６２を囲むように枠６６が設けられている。流路ブロック６０の材料には、金属又は樹脂等が使用可能である。

流路ブロック６０の上面６１には、図１６に示すように、凹部６２の開口部６７を塞ぐように回路基板８０が配置される。図１７及び図１８に示すように、流路ブロック６０に設けられた貫通孔６４、６５と回路基板８０で覆われた凹部６２とによって、屈曲流路５０が構成される。回路基板８０で覆われ凹部６２に設けられた貫通孔６４の上方が、図１６に示す第１の屈曲部５１となり、第１の屈曲部５１で屈曲流路５０は直角に屈曲する。また、回路基板８０で覆われ凹部６２に設けられた貫通孔６５の上方が、図１６に示す第２の屈曲部５２となり、第２の屈曲部５２で屈曲流路５０は再び直角に屈曲する。本実施形態においては、屈曲流路５０の第１の屈曲部５１側を屈曲流路５０の上流とし、屈曲流路５０の第２の屈曲部５２側を屈曲流路５０の下流とする。

第１の屈曲部５１及び第２の屈曲部５２の間において、屈曲流路５０の内壁として機能する回路基板８０の下面には、流れセンサ１０が配置される。流れセンサ１０の構成は、第１実施形態と実質的に同一であるので、説明を省略する。回路基板８０の上面には、流れセンサ１０を用いた計測原理を行う電気回路に接続する（図示されていない）電気回路用電極が設けられている。そして、流路ブロック６０の開口部６７を回路基板８０が塞ぐように、かつ、回路基板８０の流れセンサ１０が屈曲流路５０のセンサ流路部５３に臨むように、回路基板８０が配置される。

整流体７０は、第１及び第２の整流板７１、７２と、これらの間に配置され第１及び第２の整流板７１、７２に接続された平板７３と、を有している。整流体７０の平板７３は、図１９に示すように平面形状が矩形状とされており、図２０に示すように流路ブロック６０の凹部６２の平坦な底面に貫通孔６４、６５を塞がないように配置される。流路ブロック６０の凹部６２の幅と整流体７０の平板７３の幅とは略同一寸法とされ、平板７３の側面は凹部６２の内壁に接している。このため、流路ブロック６０の凹部６２の内壁と整流体７０の平板７３の側面との間に働く摩擦力により、平板７３は凹部６２の底面に固定される。

整流体７０の第１及び第２の整流板７１、７２は、平面形状が矩形状とされており、図２０に示すように、平板７３に対して斜めに（直交しない状態で）接続されている。第１及び第２の整流板７１、７２は、一辺で平板７３の一辺に接続され、他の三辺で流路ブロック６０の凹部６２の内壁に当接している。また、第１及び第２の整流板７１、７２の外周面の上方部分は、回路基板８０の下面にも当接している。このため、流路ブロック６０及び回路基板８０と第１及び第２の整流板７１、７２の外周面との間に働く摩擦力により、第１及び第２の整流板７１、７２は、凹部６２の底面に設けられた貫通孔６４、６５（開口）を斜めに覆うように固定される。

整流体７０の第１及び第２の整流板７１、７２には、多数の孔が設けられている。第１及び第２の整流板７１、７２の縦横の寸法（平面形状）・厚さや、第１及び第２の整流板７１、７２に形成する孔の個数・大きさ・形状は、流量計２Ａの仕様、規模、被測定流体の種類等に応じて適宜設定することができる。本実施形態においては、第１及び第２の整流板７１、７２として、メッシュ状の整流板を採用している。平板７３と第１及び第２の整流板７１、７２は一体化していてもよい。平板７３及び第１及び第２の整流板７１、７２は、例えばステンレス鋼板の端部に多数の孔をエッチングにより設け、端部を折り曲げることにより得ることができる。折り曲げる際には、平板７３の一部に多数の孔が残るように折り曲げてもよい。

以上説明した実施形態に係る流量計２Ａにおいては、整流体７０を構成する第１及び第２の整流板７１、７２を屈曲流路５０のセンサ流路部５３の延在方向に対して「斜め」に（すなわちセンサ流路部５３の延在方向に直交しない状態で）配置して固定することができる。このため、従来のように整流板を流路の延在方向に直交させた状態で配置するよりも、整流板７１、７２の面積を増大させることができ、整流板７１、７２に形成される整流用の孔の数や総面積を増大させることができる。従って、整流体７０に起因する被測定流体の圧力損失の増大を抑制することができ、しかも整流効果を得ることができる。この結果、被測定流体の流量の測定精度を高めることが可能となる。

また、以上説明した実施形態に係る流量計２Ａにおいては、整流体７０を構成する整流板７１、７２の３辺と、整流体７０を構成する平板７３の側面と、を屈曲流路５０の内壁に当接するように配置しているため、整流板７１、７２及び平板７３と屈曲流路５０の内壁との間に作用する摩擦力により、屈曲流路５０に対して整流体７０を確実に固定することができる。

また、以上説明した実施形態に係る流量計２Ａにおいては、屈曲流路５０を構成する流路ブロック６０の凹部６２の底面に整流体７０を配置した状態で、流路ブロック６０の開口部６７を回路基板８０で塞ぐことにより、センサ流路部５３を形成するので、整流体７０をセンサ流路部５３に対してきわめて容易に配置することができる。

また、以上説明した実施形態に係る流量制御装置１Ａにおいては、圧力損失の増大を抑制しながら被測定流体の整流効果を得ることができ流量の測定精度が高い流量計２Ａを備えるため、流体の流量調整の精度を向上させることができる。

なお、本実施形態においては、断面矩形状の屈曲流路５０を採用した例を示したが、断面円形状の流路や、直線と曲線とを組み合わせた形状の流路を採用することもできる。かかる場合には、その流路の断面形状に対応した平面形状を有する整流板を採用するようにする。

また、本実施形態においては、エッチングで孔を形成した薄手の（微小流量計側用の）整流板７１、７２を採用した例を示したが、板状部材にパンチングにより孔を形成した比較的厚手の剛性を有する（中流量乃至大流量計測用の）整流板を採用することもできる。

また、以上の各実施形態においては、流量検出手段として熱式流量センサを採用した例を示したが、かかる熱式流量センサに代えて、他の方式（超音波式や電磁式）の流量センサを流量検出手段として採用することもできる。また、本実施形態においては、本発明を気体流量計に適用した例を示したが、液体の流量を検出する流量計に本発明を適用することもできる。その他、本発明を、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。なお、以上の説明において用いた「上」及び「下」という語は便宜的な表現であり、必ずしも重力方向に対する方向の限定を表すものではない。

本発明の第１の実施形態に係る流量制御装置の構成を説明するための概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る流量計（直管状流路を有するもの）の断面図である。 図２の流量計の流路ブロックの上面図である。 図３の流路ブロックをIV-IV方向から見た場合の断面図である。 図２の流量計の整流体（整流板）が配置された流路ブロックの上面図である。 図５の整流板が配置された流路ブロックをVI-VI方向から見た場合の断面図である。 図２の流量計の流れセンサの斜視図である。 図７の流れセンサをVIII-VIII方向から見た場合の端面図である。 本発明の第１の実施形態に係る流量計の整流板の一例（矩形状）を示すものであり、（Ａ）は流路上流側から見た図、（Ｂ）は流路側方から見た断面図である。 従来の流量計の矩形状の整流板を示すものであり、（Ａ）は流路上流側から見た図、（Ｂ）は流路側方から見た断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る流量計の整流板の他の例（矩形状）を示すものであり、（Ａ）は流路上流側から見た図、（Ｂ）は流路側方から見た断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る流量計の整流板の他の例（円形状）を示すものであり、（Ａ）は流路上流側から見た図、（Ｂ）は流路側方から見た断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る流量計の整流板の配置態様の変更例を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る流量計の整流体の変形例（笊状）を示すものであり、（Ａ）は流路側方から見た断面図、（Ｂ）は流路上流側から見た図である。 本発明の第２の実施形態に係る流量制御装置の構成を説明するための概略構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る流量計（屈曲流路を有するもの）の端面図である。 図１６の流量計の流路ブロックの上面図である。 図１７の流路ブロックをXVIII-XVIII方向から見た場合の端面図である。 図１６の流量計の整流板が配置された流路ブロックの上面図である。 図１９の整流板が配置された流路ブロックをXX-XX方向から見た場合の端面図である。

符号の説明

１・１Ａ…流量制御装置
２・２Ａ…流量計
３…制御弁
４…制御手段
５…直管状流路
５ａ…センサ流路部
５ｂ…拡径流路部
６…流路ブロック
６ａ…流路形成部
６ｂ…開口部
６ｆ…拡径流路部のセンサ流路部側の端面
７…蓋部材
７ｆ…拡径流路部のセンサ流路部側の端面
１０…流れセンサ
２０・２０Ｃ…整流体
２０ａ・２０ｂ・２０ｃ・２０ｄ・２０Ａ・２０Ｂ…整流板
２１・２１Ａ・２１Ｂ・２１Ｃ…孔
５０…屈曲流路
５１…第１の屈曲部
５２…第２の屈曲部
５３…センサ流路部
６０…流路ブロック
６２…凹部（センサ流路形成部）
６７…開口部
７０…整流体
７１…第１の整流板
７２…第２の整流板
７３…平板
８０…回路基板

Claims (11)

1. 被測定流体が流れる流路と、前記流路内に配置される整流体と、を備え、前記被測定流体の流量を計測する流量計であって、
   前記整流体は、前記被測定流体の整流用の孔を有するとともに、前記流路の延在方向に対して垂直な方向における流路断面積よりも広い面積を有するものである、
   流量計。
2. 前記整流体は、前記流路の延在方向に対して斜めに配置される少なくとも一つの整流板を有し、
   前記整流板は、その外周面が全周にわたって前記流路の内壁に当接するように配置される、
   請求項１に記載の流量計。
3. 前記流路を形成するための直線状に延在する流路形成部が内部に設けられるとともに前記流路形成部の上方を外部に連通させるための開口部を有する流路ブロックと、
   前記流路ブロックの前記開口部を塞ぐように配置される蓋部材と、を備え、
   前記流路は、前記流路ブロックの前記開口部を前記蓋部材が塞ぐことにより形成された直管状流路であり、
   前記蓋部材が前記流路ブロックの前記開口部を塞ぐ際に、前記整流板の外周面が前記蓋部材に当接する一方、前記整流板の外周面が前記流路ブロックの内壁に当接し、前記整流板が前記蓋部材と前記流路ブロックの内壁との間に挟み込まれて固定される、
   請求項２に記載の流量計。
4. 前記蓋部材における前記整流板の当接位置と、前記流路ブロックにおける前記整流板の当接位置と、が前記直管状流路の延在方向において異なるように配置される、
   請求項３に記載の流量計。
5. 前記直管状流路は、前記被測定流体の流速又は流量を検出する流れセンサが配置されるセンサ流路部と、前記センサ流路部の上流側及び／又は下流側に形成され前記センサ流路部より流路断面積が大きい拡径流路部と、を有するものであり、
   前記拡径流路部の前記センサ流路部側の端面は、前記直管状流路の延在方向に垂直な面に対して傾斜した状態で設けられ、
   前記整流板は、前記直管状流路の前記拡径流路部の前記端面に当接するように配置され固定される、
   請求項３又は４に記載の流量計。
6. 前記流路は、前記被測定流体の流速又は流量を検出する流れセンサが配置され直線状に延在するセンサ流路部を有するとともに、前記センサ流路部の上流側及び／又は下流側が屈曲部で屈曲するように構成された屈曲流路であって、
   前記整流体は、前記センサ流路部の内壁上に配置される平板と、前記平板の上流側端部及び／又は下流側端部に斜めに接続される前記整流板と、から構成され、
   前記整流板の外周面が前記屈曲流路の前記屈曲部の内壁に当接するように配置されることにより、前記整流体が前記屈曲流路に固定される、
   請求項２に記載の流量計。
7. 前記屈曲流路の前記センサ流路部を形成するための直線状に延在するセンサ流路形成部が内部に設けられるとともに前記センサ流路形成部の上方を外部に連通させるための開口部を有する流路ブロックと、
   一方の面に前記流れセンサを有し、他方の面に前記流れセンサを用いた計測原理を行う電気回路に接続する電気回路用電極を有する回路基板と、を備え、
   前記流路ブロックの前記開口部を前記回路基板が塞ぐように、かつ、前記回路基板の前記流れセンサが前記流路ブロックの前記センサ流路形成部に臨むように、前記流路ブロックに対して前記回路基板が配置されることにより、前記屈曲流路の前記センサ流路部が形成される、
   請求項６に記載の流量計。
8. 前記整流板は、剛性を有する板状部材にパンチングで前記孔を形成することにより構成される、
   請求項２から７の何れか一項に記載の流量計。
9. 前記整流板は、薄板にエッチングで前記孔を形成することにより構成される、
   請求項２から７の何れか一項に記載の流量計。
10. 前記整流体は、前記流路の延在方向の一方に膨出するように形成された笊状のものである、
    請求項１に記載の流量計。
11. 請求項１から１０の何れか一項に記載の流量計と、
    制御弁と、
    前記流量計によって検出された流量に係る情報に基づいて前記制御弁を制御することにより前記流量計の前記流路を流れる流体の流量を調整する制御手段と、
    を備える、
    流量制御装置。

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