JP2015206629A - 渦流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】流体管の口径に関わらず、流量を測定する事が可能な渦流量計を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の渦流量計１は、流体が流れる主流路３を有する流路体２と、流路体２に挿入された渦発生体４と、主流路３と連通し、流体を分流させるパイプ６a,６bとを備えており、パイプ６a,６bによって分流された流体が流れる第一のバイパス流路７a，７bが、流路体２に形成されており、渦発生体４により第一のバイパス流路７a，７bの内部に生じた交番の流れの周波数を検出するフローセンサ１２が、第二のバイパス流路１３の内部に設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、流体管内を流れる被測定流体の流量を計測するための渦流量計に関するものである。

従来の渦流量計としては、流体管内に配置された渦発生体に対して、被測定流体の進行方向と直行する方向にバイパス流路を形成し、このバイパス流路内にマイクロフローセンサ（登録商標）を配置する事で、渦発生体によって発生するカルマン渦を検出し、流体の流量を測定する渦流量計が知られている。
（たとえば、特許文献１参照。）
特開２００４−９３３４９号公報

ところで、日本工業規格ＪＩＳ Ｚ ８７６６では、無次元数であるストローハル数Ｓｔが、Ｓｔ＝ｆ・ｗ／Ｕ（ｆ：渦周波数、ｗ：渦発生体の幅、Ｕ：管路内の平均流速）として定義されており、このストローハル数Ｓｔは流速にかかわらずほぼ一定値をとる事がわかっている。すなわち、略三角形断面形状を有する渦発生体の下流側に交番的に発生するカルマン渦の周波数を検出する事によって、被測定流体の流量を測定する事が可能である。

一方で、被測定流体が流れる流体管の口径としては様々なものがあるが、この口径の大小にかかわらず、バイパス流路に配置されるマイクロフローセンサ（登録商標）としては、同一のものが使用されることが一般的である。引用文献１において、バイパス流路内に配置されるマイクロフローセンサ（登録商標）のシリコン基板は、およそ１〜２ｍｍ四方ほどの大きさで形成されている。このマイクロフローセンサ（登録商標）を実装するために、ガラスハーメチックシールなどのシール部材が使用され、このシール部材の径としては、１０ｍｍ程度の大きさが必要となる。また、マイクロフローセンサ（登録商標）を先端部に有するパイプの径は、その内部に接続線を通すことを考慮すると、このシール部材よりも更に大きな径で形成する必要がある。そして、渦発生体に設けられた孔部に対しパイプを挿入する事で構成されるため、渦発生体の幅は、パイプの径よりも大きく設計する必要がある。

ここで、渦発生体の下流側にカルマン渦を発生させ、その周波数を検出するために、日本工業規格ＪＩＳ Ｚ ８７６６では、渦発生体の幅ｗと、流体管の口径Ｄとの関係は、ｗ＝０．２８Ｄとして、その基本寸法が設定されている。この関係に基づき、図７に示す流体管の口径Ｄの代表値に対して、渦発生体の幅ｗの寸法をそれぞれ算出すると、例えば、流体管の口径Ｄが２０.０(ｍｍ)では、渦発生体の幅ｗは５．６０(ｍｍ)となる。

しかしながら、特許文献１における渦流量計の構成では、略三角形断面形状の渦発生体の孔部にパイプが挿入されるよう構成されている。そのため、例えば、図７に示す流体管の口径Ｄが、２０.０(ｍｍ)以下のものとなると、渦発生体に、パイプを挿入するための孔部を形成する事はできない。したがって、流体管の口径Ｄが２０.０(ｍｍ)よりも小さく設定されるような場合には、特許文献１の構造を有する渦流量計を実現することは困難である。

そこで本発明は、流体管の口径に関わらず、流量を測定する事が可能な渦流量計を提供する事を目的とする。

上記の問題点を鑑みてなされたものである本発明は、流体が流れる主流路を有する流路体と、流路体に挿入された渦発生体と、主流路と連通し、前記流体を分流させる分流部と、を備え、分流部によって分流された流体が流れる副流路が、流路体に形成され、渦発生体により副流路の内部に生じた交番の流れの周波数を検出するセンサが、副流路の内部に設けられたことを特徴とする渦流量計である。

また、流路体に取り付けられる流路構造体を更に備え、流路構造体には、副流路の一部となる孔部が少なくとも形成され、前記孔部の内部に、前記センサが設けられてもよい。

この発明によれば、流体管の口径に関わらず、正確な流量を測定する事が可能な渦流量計を提供する事ができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る制御機器について説明する。
以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであるため、具体的な寸法等は以下の説明に照らし合わせて判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

図１は、本発明の実施の形態にかかわる渦流量計１の正面図であり、図２は、図１のＡ断面図である。渦流量計１は、流体管２の主流路３に流れる被測定流体（図示せず）にカルマン渦を生じさせる渦発生体４を備えており、渦発生体４は、主流路３の径Ｄよりも長い柱状部材である。また、図６は、図２の渦発生体４のＣ断面図を示すものであり、渦発生体４は略三角形状の断面４aを有し、流体管２の壁部に形成された孔部５aから溝部５bに対して、その径方向に横断するように挿入されている。尚、流体管２には、断面六角形状の中空の継手２６が接続されている。

流体管２には、被測定流体（図示せず）の進行方向（図１における矢印Ｂ方向）と直交する方向に、２つのパイプ６a，６bが支持部８a，８ｂと共に挿入されて、渦発生体４の高さ方向の略中心位置に向けて設置される。尚、図１に図示しないが、支持部８a，８bには内部流路が形成されており、流体管２の内部に開けられた第一のバイパス流路７a，７bに連通している。尚、本明細書でいう「連通」とは、二つの要素間に他の要素を介さずに繋がっていることだけを指すわけではない。例えば、パイプ６aと第一のバイパス流路７aとが、支持部８a，８ｂの内部流路を介して繋がっている場合についても、パイプ６aと第一のバイパス流路７aとが「連通している」と表現されるものとしている。

本体部９は、流路部構造体１０と、蓋体１１とから構成されている。流路部構造体１０には第二のバイパス流路１３が形成されており、流体管２に形成された第一のバイパス流路７a，７bを通って流れてくる流体が、フローセンサ１２の配置されている第二のバイパス流路１３へと導かれるようにして、流路部構造体１０は流体管２に対して固定されている。したがって、流体管２の第一のバイパス流路７a，７bから流れてきた被測定流体は、縦孔１４a，１４bを通過して、本体部の流路部構造体１０に形成された第二のバイパス流路１３に流れ込む。また、蓋体１１は、後述のプリント基板２５、フローセンサ１２を覆うようにして、流路部構造体１０に対して取り付けられている。

流路部構造体１０に形成された第二のバイパス流路１３の内部には、被測定流体の流れを検出するためのフローセンサ１２が設置されている。このフローセンサ１２のセンサチップ１５を、図３に簡略的に示す。図３のように、センサチップ１５は、例えばシリコン基板１６上に１つのヒータ１７を設け、このヒータ１７の両側に小さい金属薄膜からなる温度センサ１８および１９を設けたもので、両温度センサ１８および１９によりヒータ１７の両側の温度変化を検出して、流体振動の検出信号を得るものである。このとき、ヒータ１７に所定の電力を供給して一定の温度に加熱し、このヒータの両側の温度センサ１８および１９に一定の電力を加え、両温度センサ１８および１９の中点に生じる振動波形の信号を検出するように構成する。これにより、検出した信号を単位時間当たりの振動数として計算した上で、流体の流量を測定することが可能となる。

図４に示すように、センサチップ１５はシール部材２０に実装され、このシール部材２０はブラケット２１に固定される。シール部材２０の裏面からは、ブラケット２１の中空部分を通って導線２２が突出している。そして、フローセンサ１２は、流路部構造体１０に形成された孔部２３に挿入され、ブラケット２１に設けられた図示しないボルト孔を介して、ボルト２４によって流路部構造体１０に固定される。

蓋体１１の内部空間に設けられたプリント基板２５には、図示しない電機素子などで構成される電気回路が設けられており、フローセンサ１２からの信号は導線２２を通して、この電気回路で処理され、測定流量として出力される。また、プリント基板２５上には、ＬＥＤ素子などで構成される図示しない表示灯等が設けられており、測定流量値などを表示する。蓋体１１の表示灯に対応する位置には、透明な窓部２７が設けられ、窓部２７を通して表示灯の点灯状態を確認する事可能である。尚、特に図示はしないが、蓋体１１には、ユーザによる各種設定操作のためのボタン等が設けられても良い。

次に、流体管２における、孔部５a、溝部５b、第一のバイパス流路７a，７b、横孔３１a，３１bの形成工程について、図５(a)〜(d)に示した断面図を用いて説明する。
図５(a)は、主流路３となる貫通孔が形成された流体管２を示したものであり、例えばドリル加工などによって主流路３が形成される。この流体管２に対して、図５(b)に示すように、孔部５aと溝部５bとが、流体管２の上面側から形成される。同様にして、図５(c)に示す横孔３１a，３１bを、主流路３に貫通するように形成し、図５(d)に示す第一のバイパス流路７a，７bを、流体管２の上面側から横孔３１a，３１bに貫通するように形成する。

渦発生体４を流路体２に対して取り付ける際には、渦発生体４を嵌め込んでの下端部を溝部５bの底面まで挿入する。この際、図示しないＯリングと共に渦発生体４を嵌めこむ事が望ましい。また、パイプ６a, 支持部８a、及び、パイプ６b，支持部８ｂはそれぞれ、取付板３０a、及び、取付板３０bと共に、ボルトなどの固定手段によって流路体２に固定される。尚、流路構造体１０の第二のバイパス流路１３、縦孔１４a，１４bについても、流路体２の孔部５a、溝部５b、第一のバイパス流路７a，７b、横孔３１a，３１bの加工と同様に、ドリル加工などによって加工される。

以上のように形成された流路体２、渦発生体４、流路構造体１０が、それぞれ組み合わされることで、パイプ６a，６b、支持部８a，８ｂの図示しない内部流路、第一のバイパス流路７a，７b、縦孔１４a，１４b、第二のバイパス流路１３によって、１つの流路Ｔが形成される。これによって、渦発生体４によって交番的に発生する流れが流路Ｔを通過してフローセンサ１２上を通過するため、カルマン渦による振動波形の信号を検出し、被測定流体の流量を測定する事が可能となる。

以上の通り、本発明の渦流量計では、渦発生体４の内部にフローセンサ１２を設置せず、流路体２に形成された第一のバイパス流路７a，７bを流体が通過して、流体管２の外部に流れるようにし、フローセンサ１２を流体管２の外部に配置するように構成している。そのため、図５に示した主流路３の径Ｄ、及び、図６に示した渦発生体４の幅ｗが小さく設計される場合であっても、同一のフローセンサ１２を配置して、流体の流量を測定する事が可能となる。

尚、上記実施の形態では、流路部構造体１０に第二のバイパス流路１３を形成する例を示したが、流路体２に第二のバイパス流路１３を形成するようなものであってもよい。すなわち、必ずしも流路部構造体１０を要する形態とする必要はなく、流路体２と流路部構造体１０とを一体に形成する事も可能である。この場合は、縦孔１４aと第一のバイパス流路７a，縦孔１４bと第一のバイパス流路７bとを、それぞれ図２における流路部構造体１０の紙面上面側に貫通する一つの孔として形成し、開口した部分を塞ぐように構成すればよい。また、図２の溝部５b側を貫通させて、紙面下面方向から渦発生体４を挿入して固定する。したがって、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更など、様々な実施の形態などを包含するということは言うまでもない。

本発明の実施の形態に係る渦流量計の正面図。 図１における渦流量計のＡ断面図。 センサチップの上面図。 フローセンサの外観図。 流体の流れる上流側からみた渦発生体の断面図。 図２における渦発生体のＣ断面図。 流体管の口径Ｄと渦発生体の幅ｗとの関係を示した図。

１ 渦流量計
２ 流体管
３ 主流路
４ 渦発生体
７a，７ｂ 第一のバイパス流路
９ 本体部
１０ 流路部構造体
１１ 蓋体
１２ フローセンサ
１３ 第二のバイパス流路

Claims (2)

1. 流体が流れる主流路を有する流路体と、
   前記流路体に挿入された渦発生体と、
   前記主流路と連通し、前記流体を分流させる分流部と、を備え、
   前記分流部によって分流された流体が流れる副流路が、前記流路体に形成され、
   前記渦発生体により前記副流路の内部に生じた交番の流れの周波数を検出するセンサが、前記副流路の内部に設けられた
   ことを特徴とする渦流量計。
2. 前記流路体に取り付けられる流路構造体を更に備え、
   前記流路構造体には、前記副流路の一部となる孔部が少なくとも形成され、
   前記孔部の内部に、前記センサが設けられた
   ことを特徴とする請求項１に記載の渦流量計。