JP2016161415A - 熱式流量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度の低下を抑制できる熱式流量センサを提供する。
【解決手段】配管１０における外壁面のうちの所定箇所の温度を検出する第１温度センサ２０と、第１温度センサ２０と離間した状態で配管１０の外壁面上に配置され、配管１０の外壁面を加熱または冷却することにより、測定媒体と熱の授受を行う伝熱素子５０と、配管１０の外壁面における伝熱素子５０によって加熱または冷却された部分の温度を検出する第２温度センサ３０と、所定の処理を行う制御手段６０とを備える。そして、伝熱素子５０と配管１０の外壁面との間に、伝熱素子５０と配管４０との間の熱流束を直接検出する熱流束センサ４０を配置し、制御手段６０にて、第１温度センサ２０で検出された温度、第２温度センサ３０で検出された温度、熱流束センサで直接検出された熱流束に基づいて、測定媒体の流量を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、配管内を流れる測定媒体の流量を検出する熱式流量センサに関するものである。

従来より、この種の熱式流量センサとして、例えば、特許文献１に次のものが提案されている。すなわち、この熱式流量センサでは、配管の温度を検出することによって配管内に流れる測定媒体の温度を検出する第１温度センサと、第１温度センサよりも測定媒体の流れ方向の下流側に配置され、測定媒体（配管）との間で熱の授受を行う伝熱素子と、外気の温度を検出する第２温度センサとを備えている。なお、第１温度センサは、配管のうちの伝熱素子と熱の授受を行う部分の温度の影響を受けないように、伝熱素子とは十分に離間して配置されている。

このような熱式流量センサでは、第２温度センサで外気の温度を検出し、外気の温度に基づいて伝熱素子と配管との間の熱流束を演算している。そして、当該熱流束と第１温度センサで検出された測定媒体の温度を用いて測定媒体の流量を演算している。

特開２００４−６９６６７号公報

しかしながら、上記特許文献１の熱式流量センサでは、外気の温度を検出し、外気の温度に基づいて伝熱素子と配管との間の熱流束を演算（推測）しているため、検出精度が低下し易いという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、検出精度の低下を抑制できる熱式流量センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、配管（１０）における外壁面のうちの所定箇所の温度を検出することによって配管内の通路（１１）を流れる測定媒体の温度を検出する第１温度センサ（２０）と、第１温度センサと離間した状態で配管の外壁面上に配置され、配管の外壁面を加熱または冷却することにより、測定媒体と熱の授受を行う伝熱素子（５０）と、配管の外壁面における伝熱素子によって加熱または冷却された部分の温度を検出する第２温度センサ（３０）と、所定の処理を行う制御手段（６０）と、を備え、以下の点を特徴としている。

すなわち、伝熱素子と配管の外壁面との間には、伝熱素子と配管との間の熱流束を検出する熱流束センサ（４０）が配置されており、制御手段は、第１温度センサで検出された温度、第２温度センサで検出された温度、熱流束センサで検出された熱流束に基づいて、測定媒体の流量を検出することを特徴としている。

これによれば、伝熱素子と配管の外壁面との間に熱流束センサが配置され、伝熱素子と配管との間の熱流束を熱流束センサで直接検出している。このため、熱流束の検出精度が低下することを抑制でき、測定媒体の流量の検出精度が低下することを抑制できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態における熱式流量センサの配置構成を示す模式図である。 図１に示す熱流束センサを裏面保護部材側から視た平面図である。 図１に示す熱流束センサを表面保護部材側から視た平面図である。 図２および図３中のIV−IV線に沿った断面図である。 図２および図３中のV−V線に沿った断面図である。 本発明の第２実施形態における熱式流量センサの配置構成を示す模式図である。 図６に示す熱流束センサを裏面保護部材側から視た平面図である。 図６に示す熱流束センサを表面保護部材側から視た平面図である。 図７および図８中のIX−IX線に沿った断面図である。 本発明の第３実施形態における熱流束センサを裏面保護部材側から視た平面図である。 図１０に示す熱流束センサを表面保護部材側から視た平面図である。 図１０および図１１中のXII−XII線に沿った断面図である。 本発明の第４実施形態における伝熱素子および熱流束センサの断面図である。 本発明の第５実施形態における熱式流量センサの配置構成を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態の熱式流量センサは、配管１０内を流れる測定媒体の流量を検出するものであり、温度を検出する第１、第２温度センサ２０、３０と、熱流束を検出する熱流束センサ４０と、配管１０を加熱する伝熱素子５０と、制御部６０とを備えている。

配管１０は、内部に測定媒体が流れる通路（中空部）１１を有するものであり、ＳＵＳ等の金属部材で構成されている。本実施形態では、配管１０内を流れる測定媒体の流れ方向を紙面左側から右側として説明する。

第１、第２温度センサ２０、３０は、サーミスタ等で構成されており、互いに離間した状態で配管１０の外壁面に配置されている。本実施形態では、第１温度センサ２０は第２温度センサ３０よりも測定媒体の流れ方向上流側（図１中紙面左側）に配置されている。また、第１、第２温度センサ２０、３０は、制御部６０と接続されており、配置されている部分の配管１０の外壁面における温度に応じた検出信号を制御部６０に出力する。

なお、具体的には後述するが、第１温度センサ２０は、配管１０の外壁面における伝熱素子５０で加熱されない部分の温度を検出し、第２温度センサ３０は配管１０の外壁面における伝熱素子５０で加熱される部分の温度を検出する。つまり、第１温度センサ２０は、第２温度センサ３０よりも測定媒体の流れ方向上流側であり、かつ第２温度センサ３０（伝熱素子５０）から十分に離間して配置されている。

熱流束センサ４０は、第２温度センサ３０上に配置されていると共に制御部６０と接続されている。そして、具体的には後述するが、熱流束センサ４０上には伝熱素子５０が配置されており、伝熱素子５０と配管１０との間の熱流束に応じた検出信号を制御部６０に出力する。ここで、本実施形態の熱流束センサ４０の構成について具体的に説明する。

熱流束センサ４０は、本実施形態では、図２〜図５に示されるように、絶縁基材１００、裏面保護部材１１０、表面保護部材１２０が一体化され、この一体化されたものの内部で第１、第２層間接続部材１３０、１４０が交互に直列に接続されて構成されている。なお、図２では理解をし易くするために裏面保護部材１１０を省略して示し、図３では理解をし易くするために表面保護部材１２０を省略して示し、図２、図３は断面図ではないが第１、第２層間接続部材１３０、１４０にハッチングを施してある。

絶縁基材１００は、本実施形態では、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド(ＰＥＩ)、液晶ポリマー（ＬＣＰ）で代表される平面矩形状の熱可塑性樹脂フィルムにて構成されている。そして、厚さ方向に貫通する複数の第１、第２ビアホール１０１、１０２が互い違いになるように千鳥パターンに形成されている。

なお、本実施形態の第１、第２ビアホール１０１、１０２は、表面１００ａから裏面１００ｂに向かって径が一定とされた円筒状とされているが（図４、図５参照）、表面１００ａから裏面１００ｂに向かって径が小さくなるテーパ状とされていてもよい。また、裏面１００ｂから表面１００ａに向かって径が小さくなるテーパ状とされていてもよいし、角筒状とされていてもよい。

そして、第１ビアホール１０１には第１層間接続部材１３０が配置され、第２ビアホール１０２には第２層間接続部材１４０が配置されている。つまり、絶縁基材１００には、第１、第２層間接続部材１３０、１４０が互い違いになるように配置されている。

第１、第２層間接続部材１３０、１４０は、ゼーベック効果を発揮するように、互いに異なる金属で構成されている。例えば、第１層間接続部材１３０は、Ｐ型を構成するＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅ合金の粉末が、焼結前における複数の金属原子の結晶構造を維持するように固相焼結された金属化合物（焼結合金）で構成される。また、第２層間接続部材１４０は、Ｎ型を構成するＢｉ−Ｔｅ合金の粉末が、焼結前における複数の金属原子の所定の結晶構造を維持するように固相焼結された金属化合物（焼結合金）で構成される。このように、第１、第２層間接続部材１３０、１４０として所定の結晶構造が維持されるように固相焼結された金属化合物を用いることにより、起電圧を大きくできる。

絶縁基材１００の裏面１００ｂには、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド(ＰＥＩ)、液晶ポリマー（ＬＣＰ）で代表される平面矩形状の熱可塑性樹脂フィルムにて構成される裏面保護部材１１０が配置されている。この裏面保護部材１１０は、絶縁基材１００と平面形状が同じ大きさとされており、絶縁基材１００と対向する一面１１０ａ側に銅箔等がパターニングされた複数の裏面パターン１１１が互いに離間するように形成されている。そして、各裏面パターン１１１はそれぞれ第１、第２層間接続部材１３０、１４０と適宜電気的に接続されている。

具体的には、図２および図４に示されるように、隣接する１つの第１層間接続部材１３０と１つの第２層間接続部材１４０とを組１５０としたとき、各組１５０の第１、第２層間接続部材１３０、１４０は同じ裏面パターン１１１と接続されている。つまり、各組１５０の第１、第２層間接続部材１３０、１４０は裏面パターン１１１を介して電気的に接続されている。なお、本実施形態では、絶縁基材１００の長手方向（図２〜図４中紙面左右方向）に沿って隣接する１つの第１層間接続部材１３０と１つの第２層間接続部材１４０とが組１５０とされている。

絶縁基材１００の表面１００ａには、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド(ＰＥＩ)、液晶ポリマー（ＬＣＰ）で代表される平面矩形状の熱可塑性樹脂フィルムにて構成される表面保護部材１２０が配置されている。この表面保護部材１２０は、裏面保護部材１１０と同様に、絶縁基材１００と平面形状が同じ大きさとされており、絶縁基材１００と対向する一面１２０ａ側に銅箔等がパターニングされた複数の表面パターン１２１および２つの接続パターン１２２が互いに離間するように形成されている。そして、各表面パターン１２１および２つの接続パターン１２２はそれぞれ第１、第２層間接続部材１３０、１４０と適宜電気的に接続されている。

具体的には、図３および図４に示されるように、絶縁基材１００の長手方向に隣接する組１５０において、一方の組１５０の第１層間接続部材１３０と他方の組１５０の第２層間接続部材１４０とが同じ表面パターン１２１と接続されている。つまり、組１５０を跨いで第１、第２層間接続部材１３０、１４０が同じ表面パターン１２１を介して電気的に接続されている。

また、図３および図５に示されるように、絶縁基材１００における外縁では、基本的には、長手方向と直交する方向（図２中紙面上下方向）に沿って隣接する第１、第２層間接続部材１３０、１４０が同じ表面パターン１２１と接続されている。詳述すると、絶縁基材１００の長手方向に表面パターン１２１および裏面パターン１１１を介して直列に接続されたものが折り返されるように、隣接する第１、第２層間接続部材１３０、１４０が同じ表面パターン１２１と接続されている。

さらに、図３および図４に示されるように、上記のように直列に接続されたものの端部となる第１、第２層間接続部材１３０、１４０（図３中紙面右下の第１層間接続部材１３０および紙面右上の第２層間接続部材１４０）は、接続パターン１２２と接続されている。具体的には後述するが、熱流束センサ４０上には伝熱素子５０が配置され、図３中では伝熱素子５０と対向する部分（直下に位置する部分）を領域Ａとして示している。そして、２つの接続パターン１２２は、それぞれ第１、第２層間接続部材１３０、１４０と接続される側と反対側の端部が領域Ａの外側まで引き出されている。なお、図２においても、伝熱素子５０と対向する部分（直下に位置する部分）を領域Ａとして示している。

そして、図４に示されるように、表面保護部材１２０には、領域Ａの外側まで引き出された接続パターン１２２の端部を露出させるコンタクトホール１６０が形成されている。そして、当該コンタクトホール１６０を介して制御部６０との電気的な接続が図れるようになっている。

以上が本実施形態における熱流束センサ４０の構成である。上記熱流束センサ４０は、熱流束センサ４０を厚さ方向に通過する熱流束が変化すると、交互に直列接続された第１、第２層間接続部材１３０、１４０にて発生する起電圧が変化するため、当該起電圧を検出信号として制御部６０に出力する。なお、熱流束センサ４０の厚さ方向とは、絶縁基材１００、表面保護部材１２０、裏面保護部材１１０の積層方向のことである。

このような熱流束センサ４０は、特に図示しないが、いわゆるＰＡＬＡＰ（登録商標）製法によって製造される。すなわち、まず、絶縁基材１００に第１、第２ビアホール１０１、１０２を形成し、当該第１、第２ビアホール１０１、１０２に第１、第２層間接続部材１３０、１４０を構成する導電性ペーストを充填する。次に、裏面パターン１１１が形成された裏面保護部材１１０、および表面パターン１２１、接続パターン１２２が形成された表面保護部材１２０を用意する。そして、第１、第２ビアホール１０１、１０２に充填された導電性ペーストが表面パターン１２１および裏面パターン１１１と適宜接触するように、裏面保護部材１１０、絶縁基材１００、表面保護部材１２０を順に積層して積層体を構成する。その後、積層体を加熱しながら積層方向に加圧し、裏面保護部材１１０、絶縁基材１００、表面保護部材１２０を一体化すると共に、導電性ペーストから第１、第２層間接続部材１３０、１４０を構成することによって製造される。

そして、上記熱流束センサ４０は、図１に示されるように、第２温度センサ３０を覆うように配置された熱伝導性部材７０を介して第２温度センサ３０（配管１０の外壁面）上に配置されている。具体的には、熱伝導性部材７０は、グリースやゲルシート等の熱伝導性材料であって可撓性を有するもので構成され、配管１０の外壁面に沿って配置されると共に配管１０と反対側が配管１０に沿った形状（面）とされている。そして、熱流束センサ４０は、裏面保護部材１１０側が熱伝導性部材７０側となり、かつ配管１０の外壁面との間に隙間（空間）が構成されないように、熱伝導性部材７０を介して配置されている。つまり、熱流束センサ４０と配管１０の外壁面（第２温度センサ３０）との間を完全に封止するように、熱伝導性部材７０が配置されている。

なお、熱流束センサ４０は、上記のように絶縁基材１００、表面保護部材１２０、裏面保護部材１１０が熱可塑性樹脂で構成されているために可撓性を有している。このため、熱伝導性部材７０（下地）に沿った形状に配置される。

伝熱素子５０は、本実施形態では、通電されることで発熱する電気ヒータ等で構成され、熱流束センサ４０上に配置されている。言い換えると、伝熱素子５０は、伝熱素子５０と配管１０の外壁面との間に熱流束センサ４０が配置されるように、配管１０の外壁面上に配置されている。そして、伝熱素子５０は、熱流束センサ４０、熱伝導性部材７０、第２温度センサ３０を介して配管１０の外壁面における当該伝熱素子５０と対向する部分および当該部分の近傍を加熱することにより、測定媒体と熱の授受を行う。このため、第２温度センサ３０では、配管１０の外壁面における伝熱素子５０で加熱された部分の温度が検出され、熱流束センサ４０では、伝熱素子５０と配管１０の外壁面との間の熱流束が直接検出される。なお、第１温度センサ２０は、上記のように配管１０の外壁面における伝熱素子５０で加熱される部分とは十分に離間した位置に配置されており、伝熱素子５０で加熱されない部分の温度を検出する。

また、伝熱素子５０は、本実施形態では、図１〜図３に示されるように、平面形状が熱流束センサ４０より小さくされた矩形状とされている。そして、当該伝熱素子５０と熱流束センサ４０との積層方向から視たとき、伝熱素子５０は、熱流束センサ４０内に位置するように配置されている（図２、図３中の領域Ａ）。言い換えると、積層方向から視たとき、伝熱素子５０の外形を形造る端部が熱流束センサ４０から突出しないように配置されている。

そして、第１、第２温度センサ２０、３０、熱流束センサ４０、伝熱素子５０、熱伝導性部材７０を覆うように、グラスウールや発泡ウレタン等で構成される断熱部材８０が配置されている。本実施形態では、断熱部材８０として、第１、第２温度センサ２０、３０、熱流束センサ４０、伝熱素子５０、熱伝導性部材７０、および配管１０を覆う環状のものを図示しているが、第１、第２温度センサ２０、３０、熱流束センサ４０、伝熱素子５０、熱伝導性部材７０およびこれらが配置される配管１０の所定箇所のみを覆うものを用いてもよい。

制御部６０は、ＣＰＵ、記憶手段を構成する各種メモリ、周辺機器等を用いて構成され、所定の処理を行って配管１０の通路１１内を流れる測定媒体の流量を検出する。具体的には、第１、第２温度センサ２０、３０および熱流束センサ４０で検出された検出信号が入力されると、これらの検出信号を用いて配管１０の通路１１内を流れる測定媒体の流量を検出する。なお、本実施形態では、制御部６０が本発明の制御手段に相当している。

以上が本実施形態における熱式流量センサの構成である。次に、上記熱式流量センサの作動について説明する。

上記のような熱式流量センサでは、伝熱素子５０が発熱すると、配管１０のうちの伝熱素子５０と対向する部分（直下に位置する部分）および当該部分の近傍が加熱される。そして、伝熱素子５０に発生した熱は熱流束センサ４０を介して配管１０に伝達される（熱流束センサ４０を熱流束が通過する）ため、熱流束センサ４０から当該熱流束センサ４０を通過する熱流束に応じた検出信号が制御部６０に出力される。つまり、熱流束センサ４０と配管１０の外壁面との間の熱流束が熱流束センサ４０によって直接検出される。また、配管１０における外壁面のうちの伝熱素子５０で加熱されていない部分の温度に応じた検出信号が第１温度センサ２０から制御部６０に出力され、配管１０における外壁面のうちの伝熱素子５０で加熱されている部分の温度に応じた検出信号が第２温度センサ３０から制御部６０に出力される。

ここで、熱流束センサ４０にて検出された熱流束をＱ、配管１０から測定媒体への熱伝達率をｈ、測定媒体の温度をＴ１、伝熱素子５０で加熱された部分の壁面温度をＴ２とすると、Ｑ＝ｈ（Ｔ２−Ｔ０）と示される。なお、配管１０における外壁面のうちの伝熱素子５０で加熱されていない部分の温度は、測定媒体の温度と等しいとみなすことができる。つまり、第１温度センサ２０にて測定媒体の温度Ｔ１が検出される。

したがって、制御部６０は、まず、検出された熱流束Ｑ、測定媒体の温度Ｔ１、加熱された部分の壁面温度Ｔ２を用いて熱伝達率ｈを演算する。また、熱伝達率ｈと測定媒体の流速とは相関関係があるため、演算した熱伝達率ｈと測定媒体の流速との相関関係から当該流速を演算する。そして、規定値である配管１０の断面積と、測定媒体の流速とに基づいて演算（乗算）することによって測定媒体の流量を演算する。以上のようにして、測定媒体の流量が演算される。

ここで、本実施形態では、伝熱素子５０は、平面形状が熱流束センサ４０より小さくされた矩形状とされており、当該伝熱素子５０と熱流束センサ４０との積層方向から視たとき、熱流束センサ４０内に位置するように配置されている。このため、熱流束センサ４０の検出精度が低下することをさらに抑制できる。

すなわち、伝熱素子５０が熱流束センサ４０より平面形状が大きく、伝熱素子５０の外形を形造る端部が熱流束センサ４０から突出している場合、当該突出している部分の直下は隙間（空間）となる。このため、当該突出している部分に発生した熱が当該隙間に伝達されることにより、隙間に伝達された熱によって熱流束センサ４０の温度分布が変化するため、熱流束が領域毎に変化することによって熱流束センサ４０の検出精度が低下する可能性がある。

これに対し、本実施形態では、伝熱素子５０は、平面形状が熱流束センサ４０より小さくされた矩形状とされており、当該伝熱素子５０と熱流束センサ４０との積層方向から視たとき、熱流束センサ４０内に位置するように配置されている。このため、伝熱素子５０にて発生した熱は、熱流束センサ４０を均等に通過するため、検出精度が低下することを抑制できる。

同様に、熱流束センサ４０と配管１０との間には、隙間（空間）が構成されないように熱伝導性部材７０が配置されている。このため、伝熱素子５０にて発生した熱は、熱流束センサ４０、熱伝導性部材７０を介して均等に配管１０に伝達され、熱流束センサ４０の検出精度が低下することを抑制できる。また、伝熱素子５０にて発生した熱は、熱流束センサ４０、熱伝導性部材７０を介して均等に配管１０に伝達されるため、配管１０の外壁面における加熱された部分の温度と熱流束センサ４０を通過する熱流束との間で誤差が生じることも抑制できる。

以上説明したように、本実施形態では、伝熱素子５０と配管１０の外壁面との間に熱流束センサ４０を配置し、伝熱素子５０と配管１０との間の熱流束を熱流束センサ４０で直接検出している。このため、熱流束の検出精度が低下することを抑制でき、測定媒体の流量の検出精度が低下することを抑制できる。

また、本実施形態では、伝熱素子５０は、平面形状が熱流束センサ４０より小さくされた矩形状とされており、当該伝熱素子５０と熱流束センサ４０との積層方向から視たとき、熱流束センサ４０内に位置するように配置されている。このため、伝熱素子５０にて発生した熱は、熱流束センサ４０を均等に通過するため、伝熱素子５０の外形を形造る端部が熱流束センサ４０から突出している場合と比較して、熱流束センサ４０の検出精度が低下することを抑制できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して第２温度センサ３０の配置箇所を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図６に示されるように、熱流束センサ４０は、配管１０の外壁面に直接配置されている。つまり、本実施形態では、熱流束センサ４０と配管１０との間に熱伝導性部材７０が配置されていない構成とされている。そして、第２温度センサ３０は、熱流束センサ４０の近傍に配置されている。具体的には、第２温度センサ３０は、配管１０の外壁面における伝熱素子５０と対向する部分に配置されていないが、配管１０の外壁面における伝熱素子５０で加熱される部分の温度が検出できる箇所に配置されている。

このように、第２温度センサ３０は、配管１０の外壁面における伝熱素子５０で加熱される部分の温度が検出できる箇所であれば、配管１０の外壁面における伝熱素子５０と対向する部分に配置されていなくてもよい。また、このように第２温度センサ３０を配置する場合には、熱流束センサ４０を直接配管１０に配置することができるため、熱伝導性部材７０を配置しなくてもよく、部品点数の削減を図ることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して第２温度センサ３０と熱流束センサ４０とを一体化したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図７〜図９に示されるように、第２温度センサ３０は、熱流束センサ４０と一体化されている。具体的には、第２温度センサ３０は、絶縁基材１００と裏面保護部材１１０との間であり、領域Ａ内に位置するように配置されている。なお、図７では理解をし易くするために裏面保護部材１１０を省略して示し、図８では理解をし易くするために表面保護部材１２０を省略して示し、図７、図８は断面図ではないが第１、第２層間接続部材１３０、１４０および後述する第３層間接続部材１７０にハッチングを施してある。

そして、絶縁基材１００には、第１、第２ビアホール１０１、１０２と同様の第３ビアホール１０３が形成されており、第３ビアホール１０３には、第１、第２層間接続部材１３０、１４０と同様に焼結金属である第３層間接続部材１７０が配置されている。なお、第３ビアホール１０３は、第２温度センサ３０を露出させるように形成され、第３層間接続部材１７０は、第２温度センサ３０と電気的に接続されるように配置されている。

また、表面保護部材１２０には、接続パターン１２２と同様の２つの接続パターン１２３が形成されており、当該接続パターン１２３は、それぞれ第３層間接続部材１７０と接続される側と反対側の端部が領域Ａの外側まで引き出されている。そして、表面保護部材１２０には、図９に示されるように、コンタクトホール１６０と同様に、引き出された接続パターン１２３の端部を露出させるコンタクトホール１６１が形成されている。これにより、当該コンタクトホール１６１を介して制御部６０との電気的な接続が図れるようになっている。なお、第３層間接続部材１７０は、第１、第２層間接続部材１３０、１４０と同様の構成とされていてもよいが、第３層間接続部材１７０は第２温度センサ３０と接続パターン１２３とを電気的に接続できるものであれば適宜変更可能である。

そして、特に図示しないが、このような第２温度センサ３０と熱流束センサ４０とが一体化されたものは、熱流束センサ４０の裏面保護部材１１０側が配管１０における外壁面と対向するように、配管１０の外壁面に直接配置されている。

これによれば、第２温度センサ３０と熱流束センサ４０とが一体化されているため、配管１０の外壁面に第２温度センサ３０および熱流束センサ４０を取り付ける際、第２温度センサ３０と熱流束センサ４０との位置ずれが発生することを抑制しつつ、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第３実施形態に対して第１温度センサ２０も熱流束センサ４０と一体化したものであり、その他に関しては第３実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図１０〜図１２に示されるように、第１温度センサ２０は、第２温度センサ３０と共に、熱流束センサ４０と一体化されている。具体的には、第１温度センサ２０は、絶縁基材１００と裏面保護部材１１０との間であり、領域Ａの外側に位置するように配置されている。

なお、第１温度センサ２０は、伝熱素子５０の影響を受けないように、領域Ａの外側であり、かつ領域Ａから十分離間した位置に配置されている。また、図１０では理解をし易くするために裏面保護部材１１０を省略して示し、図１１では理解をし易くするために表面保護部材１２０を省略して示し、図１０、図１１は断面図ではないが第１〜第３層間接続部材１３０、１４０、１７０および後述する第４層間接続部材１８０にハッチングを施してある。

そして、絶縁基材１００には、第１〜第３ビアホール１０１〜１０３と同様の第４ビアホール１０４が形成されており、第４ビアホール１０４には、第１〜第３層間接続部材１３０、１４０、１７０と同様に焼結金属である第４層間接続部材１８０が配置されている。なお、第４ビアホール１０４は、第１温度センサ２０を露出させるように形成され、第４層間接続部材１８０は、第１温度センサ２０と電気的に接続されるように配置されている。

また、表面保護部材１２０には、接続パターン１２２、１２３と同様の２つの接続パターン１２４が形成されており、当該接続パターン１２４は、それぞれ第４層間接続部材１８０と接続される側と反対側の端部が領域Ａ外まで引き出されている。そして、表面保護部材１２０には、コンタクトホール１６０と同様に、引き出された接続パターン１２４の端部を露出させるコンタクトホール１６２が形成されている。そして、当該コンタクトホール１６２を介して制御部６０との電気的な接続が図れるようになっている。なお、第４層間接続部材１８０は、第１、第２層間接続部材１３０、１４０と同様の構成とされていてもよいが、第４層間接続部材１８０は第１温度センサ２０と接続パターン１２４とを電気的に接続できるものであれば適宜変更可能である。

そして、特に図示しないが、このような第１、第２温度センサ２０、３０と熱流束センサ４０とが一体化されたものは、熱流束センサ４０の裏面保護部材１１０側が配管１０における外壁面と対向するように、配管１０の外壁面に直接配置されている。なお、本実施形態においても、第１温度センサ２０が第２温度センサ３０よりも測定媒体の流れ方向上流側となるように配置されている。

これによれば、第１、第２温度センサ２０、３０と熱流束センサ４０とが一体化されているため、配管１０の外壁面に第１、第２温度センサ２０、３０および熱流束センサ４０を取り付ける際、第１、第２温度センサ２０、３０および熱流束センサ４０の位置ずれが発生することを抑制しつつ、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して熱流束センサ４０と伝熱素子５０とを一体化したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図１３に示されるように、熱流束センサ４０と伝熱素子５０が一体化されている。まず、伝熱素子５０の構成について説明する。伝熱素子５０は、絶縁基材２００、裏面保護部材２１０、裏面パターン２１１、表面保護部材２２０、表面パターン２２１、接続パターン２２２、第１、第２層間接続部材２３０、２４０を有しており、基本的な構成は図２〜５で説明した熱流束センサ４０と同様の構成とされている。また、表面保護部材２２０には、接続パターン２２２の端部を露出させるコンタクトホール２６０が形成されている。

このような伝熱素子５０は、接続パターン２２２を介して制御部６０から通電されることにより、裏面保護部材２１０側および表面保護部材２２０側の一方の面側から放熱（加熱）され、他方の面側にて吸熱（冷却）される。つまり、本実施形態の伝熱素子５０は、ペルチェ効果を利用したものである。なお、このような伝熱素子５０は、通電方向を調整することによって加熱と冷却とを設定できるため、用途に応じて通電方向を調整することによって加熱と冷却とを変更できる。すなわち、本実施形態の伝熱素子５０では、共通の素子で配管１０の外壁面を加熱したり冷却したりできる。以上が本実施形態における伝熱素子５０の構成である。

そして、熱流束センサ４０と伝熱素子５０とは、熱流束センサ４０における表面保護部材１２０と伝熱素子５０における裏面保護部材２１０とが対向するように一体化されている。言い換えると、裏面保護部材１１０、絶縁基材１００、表面保護部材１２０、裏面保護部材２１０、絶縁基材２００、表面保護部材２２０からなる共通の１つの基板に、熱流束センサ４０と伝熱素子５０とが形成されている。

なお、図１３における熱流束センサ４０は図４とは異なる部分の断面に相当する図であり、熱流束センサ４０は、図１３とは別断面において、伝熱素子５０を貫通するように形成されたコンタクトホールによって接続パターン１２２が露出され、当該コンタクトホールを介して制御部６０との電気的な接続が図れるようになっている。

また、本実施形態では、熱流束センサ４０の平面形状と伝熱素子５０の平面形状とが等しくされているが、このような熱流束センサ４０および伝熱素子５０としても、熱流束センサ４０と伝熱素子５０との積層方向から視たとき、伝熱素子５０は熱流束センサ４０内に位置しているといえる。

このような熱流束センサ４０および伝熱素子５０は、熱流束センサ４０を構成する裏面保護部材１１０、絶縁基材１００、表面保護部材１２０、伝熱素子５０を構成する裏面保護部材２１０、絶縁基材２００、表面保護部材２２０を順に積層して積層体を構成し、当該積層体を加熱しながら加圧することによって一体化して製造される。

これによれば、熱流束センサ４０と伝熱素子５０が一体化されているため、配管１０に熱流束センサ４０および伝熱素子５０を取り付ける際、熱流束センサ４０と伝熱素子５０との位置ずれが発生することを抑制しつつ、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上記では、熱流束センサ４０の表面保護部材１２０と伝熱素子５０の裏面保護部材２１０とが異なる部材で構成されたものについて説明したが、熱流束センサ４０の表面保護部材１２０と伝熱素子５０の裏面保護部材２１０とを共通化してもよい。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して第１温度センサ２０の配置箇所を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図１４に示されるように、第１温度センサ２０は、第２温度センサ３０（伝熱素子５０）と配管１０の周方向に離間して配置されている。なお、図１４は、配管１０を外壁面側から視た平面模式図であり、断熱部材８０を省略して示してある。また、本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、第１温度センサ２０は、配管１０の外壁面における伝熱素子５０で加熱されない部分の温度を検出できるように、第２温度センサ３０（伝熱素子５０）から十分に離間して配置されている。

これによれば、第１温度センサ２０を伝熱素子５０から配管１０の周方向に離間するように配置しているため、第１、第２温度センサ２０、３０、熱流束センサ４０、伝熱素子５０および配管１０を周方向に覆うように環状の断熱部材８０を配置する場合、断熱部材８０における測定媒体の流れ方向の長さを短くできる。このため、断熱部材８０全体としての使用量の削減を図ることができる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記各実施形態において、熱流束センサ４０の構成は上記に記載したものに限定されるものではなく、例えば、サーモパイルを用いた熱流束センサとしてもよい。

また、上記第１〜第４、第６実施形態において、伝熱素子５０は配管１０の外壁面を冷却するものであってもよい。

さらに、上記第３実施形態では、第２温度センサ３０は、絶縁基材１００と裏面保護部材１１０との間に配置されているものについて説明したが、第２温度センサ３０は熱流束センサ４０と一体化されていればよい。例えば、第２温度センサ３０は、裏面保護部材１１０のうちの絶縁基材１００側と反対側に配置されることによって熱流束センサ４０と一体化されていてもよい。同様に、上記第４実施形態では、第１温度センサ２０は、絶縁基材１００と裏面保護部材１１０との間に配置されているものについて説明したが、第１温度センサ２０は熱流束センサ４０と一体化されていればよい。例えば、第１温度センサ２０は、裏面保護部材１１０のうちの絶縁基材１００側と反対側に配置されることによって熱流束センサ４０と一体化されていてもよい。

また、第４実施形態において、第１温度センサ２０と熱流束センサ４０のみを一体化し、第２温度センサ３０は熱流束センサ４０と一体化されていなくてもよい。

さらに、上記各実施形態を適宜組み合わせることもできる。例えば、上記第２実施形態を上記第３、第４実施形態に組み合わせ、第２温度センサ３０を領域Ａの外側に配置するようにしてもよい。同様に、上記第２実施形態を上記第５、第６実施形態に組み合わせ、第２温度センサ３０を配管１０の外壁面における伝熱素子５０と対向する部分の近傍に配置するようにしてもよい。また、上記第３、第４実施形態を上記第５、第６実施形態に組み合わせ、熱流束センサ４０と第１、第２温度センサ２０、３０とを適宜一体化するようにしてもよい。そして、上記第５実施形態を上記第６実施形態に組み合わせ、熱流束センサ４０と伝熱素子５０とを一体化するようにしてもよい。さらに、上記各実施形態を組み合わせたもの同士を適宜組み合わせるようにしてもよい。

１０ 配管
１１ 通路
２０ 第１温度センサ
３０ 第２温度センサ
４０ 熱流束センサ
５０ 伝熱素子
６０ 制御手段（制御部）

Claims (7)

1. 配管（１０）における外壁面のうちの所定箇所の温度を検出することによって前記配管内の通路（１１）を流れる測定媒体の温度を検出する第１温度センサ（２０）と、
   前記第１温度センサと離間した状態で前記配管の外壁面上に配置され、前記配管の外壁面を加熱または冷却することにより、前記測定媒体と熱の授受を行う伝熱素子（５０）と、
   前記配管の外壁面における前記伝熱素子によって加熱または冷却された部分の温度を検出する第２温度センサ（３０）と、
   所定の処理を行う制御手段（６０）と、を備え、
   前記伝熱素子と前記配管の外壁面との間には、前記伝熱素子と前記配管との間の熱流束を検出する熱流束センサ（４０）が配置されており、
   前記制御手段は、前記第１温度センサで検出された温度、前記第２温度センサで検出された温度、前記熱流束センサで検出された熱流束に基づいて、前記測定媒体の流量を検出することを特徴とする熱式流量センサ。
2. 前記伝熱素子は、前記熱流束センサと前記伝熱素子との積層方向から視たとき、前記熱流束センサ内に位置していることを特徴とする請求項１に記載の熱式流量センサ。
3. 前記熱流束センサは、熱可塑性樹脂にて構成される絶縁基材（１００）に厚さ方向に貫通する複数の第１、第２ビアホール（１０１、１０２）が形成されていると共に、前記第１、第２ビアホールに互いに異なる金属で形成された第１、第２層間接続部材（１３０、１４０）が埋め込まれ、かつ、前記絶縁基材の表面（１００ａ）に表面パターン（１２１）が形成されていると共に、前記表面と反対側の裏面（１００ｂ）に裏面パターン（１１１）が形成され、前記第１、第２層間接続部材が前記表面パターンおよび前記裏面パターンを介して交互に直列接続された構成とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱式流量センサ。
4. 前記第２温度センサは、前記熱流束センサと一体化されていることを特徴とする請求項請求項３に記載の熱式流量センサ。
5. 前記第１温度センサは、前記熱流束センサと一体化されていることを特徴とする請求項３または４に記載の熱式流量センサ。
6. 前記伝熱素子は、熱可塑性樹脂にて構成される絶縁基材（２００）に厚さ方向に貫通する複数の第１、第２ビアホール（２０１、２０２）が形成されていると共に、前記第１、第２ビアホールに互いに異なる金属で形成された第１、第２層間接続部材（２３０、２４０）が埋め込まれ、かつ、前記絶縁基材の表面（２００ａ）に表面パターン（２２１）が形成されていると共に、前記表面と反対側の裏面（２００ｂ）に裏面パターン（２１１）が形成され、当該第１、第２層間接続部材が前記表面パターンおよび前記裏面パターンを介して交互に直列接続された構成とされており、前記熱流束センサと一体化されていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載の熱式流量センサ。
7. 前記第１温度センサは、前記伝熱素子と前記配管の周方向に離間して配置されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の熱式流量センサ。
   
   

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