JP2018194519A - Flow rate measurement device and sensor unit - Google Patents

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和行 守谷
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康博 木内
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Abstract

To provide a flow rate measurement device and a sensor unit which are excellent in input-output characteristics of an ultrasonic wave while having a suitable liquid proof property, in flow rate measurement of liquid.SOLUTION: A sensor unit 60 includes: an ultrasonic sensor 61 including a matching layer 61b (vibration surface) which ultrasonically vibrates to transmit/receive an ultrasonic signal; a cap member 62 which is arranged in a manner to face the matching layer 61b, and which covers the matching layer 61b in a manner to isolate liquid flowing through a measurement flow channel 51c; and grease 63 which is applied on the matching layer 61b, so as to fill a gap with the cap member 62.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、流量計測装置及びセンサユニットに関する。   The present invention relates to a flow rate measuring device and a sensor unit.

近年、地球温暖化などを背景に、自然エネルギー、特に、太陽エネルギーを利用した太陽熱給湯システムなどが知られている(例えば特許文献1参照)。この太陽熱給湯システムにあっては、熱量を求める過程において、流量センサにより液体の流量を計測することが行われる。   In recent years, against the background of global warming and the like, a solar hot water supply system using natural energy, particularly solar energy is known (see, for example, Patent Document 1). In this solar hot water supply system, in the process of obtaining the amount of heat, the flow rate of the liquid is measured by a flow rate sensor.

一方で、ガスメータなどの分野においては、超音波センサによりガスの流量を計測する技術が知られている(例えば特許文献2,3参照)。ガスメータにおける超音波センサは、気体を計測対象としているため、これをそのまま液体の流量計測に転用することは難しい。   On the other hand, in a field such as a gas meter, a technique for measuring a gas flow rate by an ultrasonic sensor is known (for example, see Patent Documents 2 and 3). Since an ultrasonic sensor in a gas meter is intended for measurement of gas, it is difficult to divert it directly to liquid flow measurement.

なお、例えば特許文献4には、石油ガス存在下で用いた場合に、このガス成分が液化したときであっても劣化が生じ難い超音波センサが開示されている。この超音波センサにおいては、センサ素子が整合層とケース本体とからなるケース内に収納され、センサ素子が整合層を介して超音波信号を送受信する。   For example, Patent Document 4 discloses an ultrasonic sensor that is unlikely to deteriorate even when this gas component is liquefied when used in the presence of petroleum gas. In this ultrasonic sensor, the sensor element is housed in a case composed of a matching layer and a case body, and the sensor element transmits and receives an ultrasonic signal through the matching layer.

特開2013−213644号公報JP2013-213644A 特開2008−2879号公報JP 2008-2879 A 特開2008−2872号公報JP 2008-2872 A 特開2002−277307号公報JP 2002-277307 A

ところで、超音波センサは、センサ素子の内部部品やセンサ素子の振動面と反対側に位置付けられる端子など、導電部材を数多く備えている。超音波センサにより液体の流量を計測する場合には、振動面を液体に臨ませる必要があるが、これらの導電部材を液体に曝すことなく、振動面のみを液体に接触させることは技術的に難しい。   By the way, the ultrasonic sensor includes many conductive members such as internal parts of the sensor element and terminals positioned on the side opposite to the vibration surface of the sensor element. When measuring the flow rate of a liquid with an ultrasonic sensor, it is necessary to make the vibration surface face the liquid, but it is technically possible to bring only the vibration surface into contact with the liquid without exposing these conductive members to the liquid. difficult.

また、特許文献4に開示される手法によれば、整合層を設けているため、整合層と液体とが接触しても問題はない。しかしながら、この特許文献4に開示される手法は、ガス成分が液化した程度の防液性を想定しており、液体そのものの流量を計測する際に、液体に曝される環境を想定するものではない。   Further, according to the technique disclosed in Patent Document 4, since the matching layer is provided, there is no problem even if the matching layer and the liquid come into contact with each other. However, the technique disclosed in Patent Document 4 assumes a liquidproof property to the extent that a gas component is liquefied, and does not assume an environment exposed to a liquid when measuring the flow rate of the liquid itself. Absent.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体の流量計測において、適切な防液性を備えつつ超音波の入出力特性に優れた流量計測装置及びセンサユニットを提供することである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a flow rate measuring device and a sensor unit that are excellent in ultrasonic input / output characteristics while having an appropriate liquid-proof property in liquid flow rate measurement. That is.

かかる課題を解決するために、第1の発明は、液体が流れる計測流路が内部に形成された計測ユニットと、計測流路を流れる液体の流量計測を行うセンサユニットと、を有する流量計測装置を提供する。この場合、計測ユニットは、計測流路に臨むようにセンサユニットが組み付けられるセンサ取付部を有している。また、センサユニットは、超音波信号の送受信を行うために超音波振動する振動面を備えた超音波センサと、振動面と対向して配置され、計測流路を流れる液体を隔てるように振動面を覆うキャップ部材と、振動面に塗布されて、キャップ部材との間隙に充填されたグリースと、を備えている。   In order to solve such a problem, the first invention is a flow rate measuring device having a measurement unit in which a measurement channel through which a liquid flows is formed, and a sensor unit that measures the flow rate of the liquid flowing through the measurement channel I will provide a. In this case, the measurement unit has a sensor attachment part to which the sensor unit is assembled so as to face the measurement flow path. In addition, the sensor unit includes an ultrasonic sensor having a vibration surface that vibrates ultrasonically to transmit and receive an ultrasonic signal, and a vibration surface that is disposed opposite to the vibration surface and separates the liquid flowing through the measurement flow path. And a grease applied to the vibration surface and filled in a gap with the cap member.

ここで、第1の発明において、キャップ部材は、環状のシール部材を介してセンサ取付部に組み付けられることが好ましい。   Here, in the first invention, the cap member is preferably assembled to the sensor mounting portion via an annular seal member.

また、第1の発明において、超音波センサは、端部に位置する主面が振動する円柱体のセンサ本体と、センサ本体の主面の外側に配設された整合層と、を備え、キャップ部材は、整合層と、センサ本体の周側部とを覆うカップ形状を備えることが好ましい。   In the first invention, the ultrasonic sensor includes a cylindrical sensor body in which a main surface located at an end vibrates, and a matching layer disposed outside the main surface of the sensor main body, and a cap. The member preferably has a cup shape that covers the matching layer and the peripheral side portion of the sensor body.

また、第2の発明は、液体が流れる計測流路が内部に形成された計測ユニットに対して計測流路に臨むように組み付けられて、計測流路を流れる液体の流量計測を行うセンサユニットを提供する。このセンサユニットは、超音波信号の送受信を行うために超音波振動する振動面を備えた超音波センサと、振動面と対向して配置され、計測流路を流れる液体を隔てるように振動面を覆うキャップ部材と、振動面に塗布されて、キャップ部材との間隙に充填されたグリースと、を備えることが好ましい。   Further, the second invention is a sensor unit that is assembled so as to face the measurement channel with respect to the measurement unit in which the measurement channel through which the liquid flows is formed, and measures the flow rate of the liquid flowing through the measurement channel. provide. The sensor unit includes an ultrasonic sensor having a vibration surface that vibrates ultrasonically to transmit and receive an ultrasonic signal, and a vibration surface that is disposed opposite the vibration surface and separates the liquid flowing through the measurement flow path. It is preferable to include a covering cap member and grease applied to the vibration surface and filled in a gap between the cap member.

本発明によれば、液体の流量計測において、適切な防液性を備えつつ超音波の入出力特性に優れた流量計測装置及びセンサユニットを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a flow rate measuring apparatus and a sensor unit that have an appropriate liquidproof property and excellent ultrasonic input / output characteristics in liquid flow rate measurement.

本実施形態に係る削減熱量算出装置を含む太陽熱給湯システムの構成を模式的に示す説明図Explanatory drawing which shows typically the structure of the solar hot water supply system containing the reduction calorie | heat amount calculation apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る流量計測装置を示す正面図Front view showing a flow rate measuring apparatus according to the present embodiment 本実施形態に係る流量計測装置の内部構造を模式的に示す説明図Explanatory drawing which shows typically the internal structure of the flow measuring device concerning this embodiment 本実施形態に係る流量計測装置を示す側面図Side view showing a flow rate measuring apparatus according to the present embodiment キャップ部材の構成を示す説明図Explanatory drawing which shows the structure of a cap member 流量計測装置の変形例を示す正面図Front view showing a modification of the flow measuring device

図1は、本実施形態に係る削減熱量算出装置5を含む太陽熱給湯システム1の構成を模式的に示す説明図である。太陽熱給湯システム1は、水道管12と、温水管13と、混合水管14と、加熱水管15とを備えている。さらに、太陽熱給湯システム1は、太陽熱温水器2と、混合弁3と、給湯器4とを備えている。   FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a configuration of a solar hot water supply system 1 including a reduced heat amount calculation device 5 according to the present embodiment. The solar hot water supply system 1 includes a water pipe 12, a hot water pipe 13, a mixed water pipe 14, and a heated water pipe 15. Further, the solar hot water supply system 1 includes a solar water heater 2, a mixing valve 3, and a water heater 4.

水道管12は、台所、洗面所、風呂、トイレ等の住宅用水道器具の各々に水を供給する。また、水道管12は、冷水を太陽熱温水器2まで供給する。   The water pipe 12 supplies water to each of household water appliances such as a kitchen, a washroom, a bath, and a toilet. The water pipe 12 supplies cold water to the solar water heater 2.

太陽熱温水器2は、集熱器21と熱媒配管22と貯湯槽23とを有している。集熱器21は、日当たりの良い住宅の屋根などに設置され、太陽熱を取り込んで熱媒を温めるものである。また、熱媒配管22は、集熱器21と貯湯槽23とを接続するものであり、内部に熱媒が流れる構成となっている。熱媒は熱媒配管22を介して集熱器21と貯湯槽23とを循環する。貯湯槽23は、水道管12からの冷水が導入されるとともに、熱媒配管22を通じて流れてくる暖められた熱媒により冷水を加熱して予熱温水として貯湯しておくものである。   The solar water heater 2 has a heat collector 21, a heat medium pipe 22, and a hot water tank 23. The heat collector 21 is installed on a roof of a sunny house or the like, and takes in solar heat and warms the heat medium. Moreover, the heat medium piping 22 connects the heat collector 21 and the hot water storage tank 23, and has a structure in which the heat medium flows inside. The heat medium circulates through the heat collector 21 and the hot water tank 23 via the heat medium pipe 22. In the hot water storage tank 23, cold water from the water pipe 12 is introduced, and the cold water is heated by a warmed heat medium flowing through the heat medium pipe 22 to store hot water as preheated hot water.

温水管13は、貯湯槽23からの予熱温水を給湯器4側に供給するための配管である。この温水管13の終端には混合弁3が設置されており、温水管13からの予熱温水は混合弁3の温水流入口31から混合弁3に供給される。また、水道管12は接続点Aにて分岐しており、水道管12からの冷水は混合弁3の冷水流入口32を介して混合弁3に供給可能となっている。混合弁3は、後述の如く流入する予熱温水と冷水とを混ぜて混合水とする。   The hot water pipe 13 is a pipe for supplying preheated hot water from the hot water tank 23 to the hot water heater 4 side. A mixing valve 3 is installed at the end of the hot water pipe 13, and preheated hot water from the hot water pipe 13 is supplied to the mixing valve 3 from a hot water inlet 31 of the mixing valve 3. Further, the water pipe 12 is branched at the connection point A, and cold water from the water pipe 12 can be supplied to the mixing valve 3 via the cold water inlet 32 of the mixing valve 3. The mixing valve 3 mixes preheated hot water and cold water that flow in as described later to obtain mixed water.

混合水管14は、混合弁3の混合水流出口33と給湯器4とを接続する配管であり、混合水は、この混合水管14を介して混合弁3から給湯器4に供給される。なお、本実施形態における混合弁3は、混合水の温度が所定の温度となるように、温水と冷水との混合割合を自動的に調整する自動温度調節機能付湯水混合弁である。もっとも、混合弁3の構成はこれに限られるものではない。   The mixed water pipe 14 is a pipe that connects the mixed water outlet 33 of the mixing valve 3 and the hot water heater 4, and the mixed water is supplied from the mixing valve 3 to the hot water heater 4 through the mixed water pipe 14. In addition, the mixing valve 3 in this embodiment is a hot water mixing valve with an automatic temperature adjustment function that automatically adjusts the mixing ratio of hot water and cold water so that the temperature of the mixed water becomes a predetermined temperature. However, the configuration of the mixing valve 3 is not limited to this.

給湯器4は、例えばガスバーナと熱交換器とを備えており、利用者等によって定められた温度の加熱水(すなわち、湯)を生成するものである。この給湯器4は、住宅に設けられた給湯器用リモコン等と接続されており、給湯器用リモコン等から受信する制御信号に基づいて、例えば、電源オン、電源オフ、及び生成する湯の温度が設定される。   The water heater 4 includes, for example, a gas burner and a heat exchanger, and generates heated water (that is, hot water) having a temperature determined by a user or the like. This water heater 4 is connected to a remote controller for a hot water heater provided in a house, and based on a control signal received from the remote controller for a hot water heater, for example, the power on, the power off, and the temperature of the generated hot water are set. Is done.

加熱水管15は、給湯器4と給湯側であるシャワー口等とを接続する配管である。給湯器4にて暖められた加熱水は、この加熱水管15を介して利用者等に供給されることとなる。   The heated water pipe 15 is a pipe that connects the water heater 4 and a shower port on the hot water supply side. The heated water warmed by the water heater 4 is supplied to the user or the like through the heated water pipe 15.

以上の構成により、太陽熱給湯システム1は、太陽熱を利用した太陽熱温水器2によって水道管12からの冷水を予熱温水とし、これを給湯器4に供給する。これにより、給湯器4にて使用される燃料費や排出される二酸化炭素量等を削減することができる。   With the above configuration, the solar hot water supply system 1 uses the solar water heater 2 using solar heat as the cold water from the water pipe 12 as preheated hot water and supplies it to the water heater 4. Thereby, the fuel cost used in the hot water heater 4, the amount of carbon dioxide discharged, and the like can be reduced.

次に、削減熱量算出装置5について説明する。削減熱量算出装置5は、太陽熱温水器2の利用によって削減された熱量や二酸化炭素量を算出して積算表示するものであり、演算表示器5aを備えている。なお、削減熱量算出装置5は、熱量に加えて、ガス料金や二酸化炭素排出量を算出して積算表示する機能を備えていてもよい。   Next, the reduced heat amount calculation device 5 will be described. The reduced heat amount calculation device 5 calculates the heat amount and the carbon dioxide amount reduced by the use of the solar water heater 2 and displays the accumulated amount, and includes an arithmetic display 5a. Note that the reduced heat amount calculation device 5 may have a function of calculating and integrating and displaying a gas charge and carbon dioxide emission amount in addition to the heat amount.

削減熱量算出装置5は、演算表示器5aが各種の演算を行うために、第1温度センサT1と、第2温度センサT2と、流量計測装置USとを備えている。   The reduced heat amount calculation device 5 includes a first temperature sensor T1, a second temperature sensor T2, and a flow rate measurement device US in order for the calculation display 5a to perform various calculations.

第1温度センサT1は、水道管12に配置され、太陽熱温水器2により加熱される前の水温、すなわち冷水の温度を検出する。第2温度センサT2は、温水管13に配置され、太陽熱温水器2により加熱されてから給湯器4に供給されるまでの配管内(すなわち温水管13内)の予熱温水の温度を検出する。   The first temperature sensor T1 is disposed in the water pipe 12, and detects the water temperature before being heated by the solar water heater 2, that is, the temperature of cold water. The second temperature sensor T2 is disposed in the hot water pipe 13 and detects the temperature of the preheated hot water in the pipe (that is, in the hot water pipe 13) from when heated by the solar water heater 2 until it is supplied to the hot water heater 4.

流量計測装置USは、液体の流量を計測する装置であり、具体的には、温水管13に配置され、太陽熱温水器2から給湯器4に供給された予熱温水の流量を検出する。流量計測装置USは、超音波式のものである。   The flow rate measuring device US is a device that measures the flow rate of the liquid. Specifically, the flow rate measuring device US is arranged in the hot water pipe 13 and detects the flow rate of the preheated hot water supplied from the solar water heater 2 to the water heater 4. The flow rate measuring device US is an ultrasonic type.

以下、本実施形態の特徴の一つである流量計測装置USについて説明する。ここで、図2は、本実施形態に係る流量計測装置USを示す正面図である。図3は、本実施形態に係る流量計測装置USの内部構造を模式的に示す説明図である。図4は、本実施形態に係る流量計測装置US(センサユニット60を除く)を示す側面図である。   Hereinafter, the flow rate measuring device US which is one of the features of the present embodiment will be described. Here, FIG. 2 is a front view showing the flow rate measuring device US according to the present embodiment. FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing the internal structure of the flow rate measuring device US according to the present embodiment. FIG. 4 is a side view showing the flow rate measuring device US (excluding the sensor unit 60) according to the present embodiment.

流量計測装置USは、計測ユニット50と、一対のセンサユニット60とを有している。   The flow rate measurement device US includes a measurement unit 50 and a pair of sensor units 60.

計測ユニット50は、ユニット筐体51と、円筒部材53と、反射部材55とで構成されている。   The measurement unit 50 includes a unit casing 51, a cylindrical member 53, and a reflecting member 55.

ユニット筐体51は、流入口51aから流出口51bに至る一連の中空部を内部に形成した筐体である。ユニット筐体51は、例えば黄銅などの金属材料により形成されている。ユニット筐体51は、中空部の軸方向(液体の流れ方向)に沿った長手形状とされている。ユニット筐体51の流入口51a側の端部は、その外周面に螺旋状に形成されたねじ山52を備えており、ユニット筐体51の流出口51b側の端部は、その外周面に螺旋状に形成されたねじ山52を備えている。ユニット筐体51のそれぞれの端部は、被測定液体が流れる配管(本実施形態では、温水管13)をねじ接続するための継手として機能する。本実施形態において、流入口51a側には、上流側の温水管13が接続され、流出口51b側には、下流側の温水管13が接続される。   The unit casing 51 is a casing in which a series of hollow portions from the inlet 51a to the outlet 51b are formed. The unit housing 51 is formed of a metal material such as brass, for example. The unit casing 51 has a longitudinal shape along the axial direction (liquid flow direction) of the hollow portion. The end of the unit housing 51 on the inlet 51a side is provided with a screw thread 52 formed in a spiral shape on the outer peripheral surface thereof, and the end of the unit housing 51 on the outlet 51b side is provided on the outer peripheral surface thereof. A screw thread 52 formed in a spiral shape is provided. Each end portion of the unit casing 51 functions as a joint for screw-connecting a pipe (in this embodiment, the hot water pipe 13) through which the liquid to be measured flows. In this embodiment, the upstream hot water pipe 13 is connected to the inlet 51a side, and the downstream hot water pipe 13 is connected to the outlet 51b side.

ユニット筐体51の中空部には、断面円形の筒状体である円筒部材53が嵌合されている。円筒部材53は、樹脂材料より成形されている。この円筒部材53により、ユニット筐体51の内部に、液体が流れる計測流路51cが形成される。   A cylindrical member 53 that is a cylindrical body having a circular cross section is fitted into the hollow portion of the unit casing 51. The cylindrical member 53 is formed from a resin material. The cylindrical member 53 forms a measurement channel 51 c through which liquid flows inside the unit housing 51.

反射部材55は、ユニット筐体51において、センサユニット60の配置箇所と対向する位置に配置されている。反射部材55は、ユニット筐体51の中央部に形成された矩形状の開口部51dに嵌合されており、台状に形成された台状部55aが計測流路51c内に突出している。台状部55aの上面55a1は、平坦に仕上げられており、一方のセンサユニット60から送信された超音波信号を他方のセンサユニット60へと反射する反射面として機能する。   The reflection member 55 is disposed at a position facing the position where the sensor unit 60 is disposed in the unit housing 51. The reflection member 55 is fitted into a rectangular opening 51d formed at the center of the unit casing 51, and a table-shaped part 55a formed in a table shape protrudes into the measurement channel 51c. The upper surface 55a1 of the trapezoidal portion 55a is finished flat, and functions as a reflecting surface that reflects the ultrasonic signal transmitted from one sensor unit 60 to the other sensor unit 60.

ユニット筐体51には、当該センサユニット60を取り付けるためのセンサ取付部54が、一対のセンサユニット60に対応して2箇所に形成されている。本実施形態において、センサ取付部54は、一方のセンサユニット60から送信された超音波信号が反射部材55(台状部55aの上面55a1)で反射して他方のセンサユニット60にて受信されるように、所要の位置にそれぞれ設けられている。   In the unit casing 51, sensor attachment portions 54 for attaching the sensor unit 60 are formed at two locations corresponding to the pair of sensor units 60. In the present embodiment, in the sensor mounting portion 54, the ultrasonic signal transmitted from one sensor unit 60 is reflected by the reflecting member 55 (the upper surface 55a1 of the base portion 55a) and received by the other sensor unit 60. As shown in FIG.

センサ取付部54には、センサユニット60が嵌め込まれる凹状の溝部54aと、センサユニット60をねじ止めするための一対のねじ穴54bとが設けられている。凹状の溝部54aの中央には、計測流路51cと連通する連通部51eが形成されている。   The sensor mounting portion 54 is provided with a concave groove portion 54a into which the sensor unit 60 is fitted, and a pair of screw holes 54b for screwing the sensor unit 60. A communication portion 51e that communicates with the measurement channel 51c is formed at the center of the concave groove portion 54a.

センサユニット60は、超音波信号を送受信して計測流路51cを流れる液体の流量を計測するものであり、計測流路51cの上流側及び下流側にそれぞれ設けられている。本実施形態では、反射面を介して一方のセンサユニット60から送信された超音波信号を他方のセンサユニット60で受信する反射型の構造が採られている。   The sensor unit 60 transmits and receives ultrasonic signals to measure the flow rate of the liquid flowing through the measurement channel 51c, and is provided on the upstream side and the downstream side of the measurement channel 51c, respectively. In the present embodiment, a reflection type structure is adopted in which an ultrasonic signal transmitted from one sensor unit 60 via a reflection surface is received by the other sensor unit 60.

個々のセンサユニット60は、超音波センサ61と、キャップ部材62と、グリース63とで構成されている。   Each sensor unit 60 includes an ultrasonic sensor 61, a cap member 62, and grease 63.

超音波センサ61は、超音波信号の送受信を行うものであり、例えば圧電素子が用いられる。超音波センサ61は、円柱体のセンサ本体61aを備えており、端部に位置する主面(端面)61a1が超音波振動する。センサ本体61aの主面61a1の外面(表面)には、整合層61bが配設されており、この整合層61bは、主面61a1の超音波振動に応じて超音波振動する。本実施形態において、整合層61bは、超音波センサ61の振動面として機能するものであるが、整合層61bを備えない構成であってもよい(すなわち、主面61a1自身が振動面となるものであってもよい)。   The ultrasonic sensor 61 transmits and receives an ultrasonic signal, and for example, a piezoelectric element is used. The ultrasonic sensor 61 includes a cylindrical sensor body 61a, and a main surface (end surface) 61a1 located at an end portion is ultrasonically vibrated. A matching layer 61b is disposed on the outer surface (front surface) of the main surface 61a1 of the sensor main body 61a, and the matching layer 61b ultrasonically vibrates according to the ultrasonic vibration of the main surface 61a1. In the present embodiment, the matching layer 61b functions as the vibration surface of the ultrasonic sensor 61, but may be configured without the matching layer 61b (that is, the main surface 61a1 itself becomes the vibration surface). May be).

図5は、キャップ部材62の構成を示す説明図である。キャップ部材62は、ユニット筐体51のセンサ取付部54に配設されて、超音波センサ61をユニット筐体51に取り付けるための部材である。また、キャップ部材62は、計測流路51cを流れる液体から、超音波センサ61を保護する機能も備えている。   FIG. 5 is an explanatory view showing the configuration of the cap member 62. The cap member 62 is a member that is disposed in the sensor attachment portion 54 of the unit housing 51 and attaches the ultrasonic sensor 61 to the unit housing 51. The cap member 62 also has a function of protecting the ultrasonic sensor 61 from the liquid flowing through the measurement channel 51c.

キャップ部材62は、カップ形状を備えており、金属製の部材から形成されている。具体的には、センサ取付部54の溝部54aと向き合う一方の主面62a1には、連通部51eの内側へと進入する凸部62bが設けられている。これに対して、他方の主面62a2には、多段状に形成された有底の凹部62cが設けられている。この凹部62cには、当該凹部62cの底面62c1と超音波センサ61の整合層61bとが対向するように、超音波センサ61が収納される。この場合、凹部62cにより、整合層61bを含むセンサ本体61aの主面61a1と、センサ本体61aの周側部61a2とが覆われる。   The cap member 62 has a cup shape and is formed from a metal member. Specifically, one main surface 62a1 that faces the groove 54a of the sensor mounting portion 54 is provided with a convex portion 62b that enters the inside of the communication portion 51e. On the other hand, the other main surface 62a2 is provided with a bottomed recess 62c formed in a multi-stage shape. The ultrasonic sensor 61 is accommodated in the concave portion 62c so that the bottom surface 62c1 of the concave portion 62c and the matching layer 61b of the ultrasonic sensor 61 face each other. In this case, the concave portion 62c covers the main surface 61a1 of the sensor main body 61a including the matching layer 61b and the peripheral side portion 61a2 of the sensor main body 61a.

また、超音波センサ61の整合層61bにはグリース63が塗布されている。このため、超音波センサ61が凹部62cへと収納された状態において、超音波センサ61の整合層61bと、凹部62cの底面62c1との間には、グリース63が充填される。このグリース63は、整合層61bと底面62c1(キャップ部材62)との間の隙間(空気層)を排除し、振動面である整合層61bの振動をキャップ部材62の底面62c1へと伝達させる機能を担っている。これにより、超音波センサ61から出力される超音波信号は、キャップ部材62を通過して計測流路51cへと出力される。すなわち、キャップ部材62の凸部62bから超音波信号が出力されることとなる。   Further, grease 63 is applied to the matching layer 61 b of the ultrasonic sensor 61. Therefore, the grease 63 is filled between the matching layer 61b of the ultrasonic sensor 61 and the bottom surface 62c1 of the concave portion 62c in a state where the ultrasonic sensor 61 is housed in the concave portion 62c. The grease 63 eliminates a gap (air layer) between the matching layer 61b and the bottom surface 62c1 (cap member 62), and transmits the vibration of the matching layer 61b, which is a vibration surface, to the bottom surface 62c1 of the cap member 62. Is responsible. Thereby, the ultrasonic signal output from the ultrasonic sensor 61 passes through the cap member 62 and is output to the measurement channel 51c. That is, an ultrasonic signal is output from the convex portion 62 b of the cap member 62.

キャップ部材62の周囲には、一対のフランジ部62dが設けられており、個々のフランジ部62dには、挿通孔62d1が形成されている。この挿通孔62d1は、キャップ部材62をセンサ取付部54へねじ止めする際に、ねじ(図示せず)をねじ穴54bへと導くための孔となる。   A pair of flange portions 62d are provided around the cap member 62, and an insertion hole 62d1 is formed in each flange portion 62d. The insertion hole 62d1 is a hole for guiding a screw (not shown) to the screw hole 54b when the cap member 62 is screwed to the sensor mounting portion 54.

センサユニット60は、キャップ部材62を介して、計測ユニット50のセンサ取付部54へと組み付けられる。具体的には、キャップ部材62の主面62a1側と、センサ取付部54とが互いに向き合う状態で、センサ取付部54へとセンサユニット60を嵌め込む。この際、キャップ部材62の主面62a1側の凸部62bには、Oリングなどの環状のシール部材70が外嵌される。このため、キャップ部材62の主面62a1と、センサ取付部54の溝部54aとの間にはシール部材70が配設される。そして、両者の組付け状態にあっては、溝部54aの中央に位置する連通部51eの中心側へと、キャップ部材62の凸部62bが進入した状態となっている。   The sensor unit 60 is assembled to the sensor mounting portion 54 of the measurement unit 50 via the cap member 62. Specifically, the sensor unit 60 is fitted into the sensor mounting portion 54 with the main surface 62a1 side of the cap member 62 and the sensor mounting portion 54 facing each other. At this time, an annular seal member 70 such as an O-ring is fitted on the convex portion 62 b on the main surface 62 a 1 side of the cap member 62. Therefore, the seal member 70 is disposed between the main surface 62a1 of the cap member 62 and the groove portion 54a of the sensor attachment portion 54. In the assembled state of both, the convex portion 62b of the cap member 62 enters the center side of the communicating portion 51e located at the center of the groove portion 54a.

このような構成の計測ユニット50において、流量の計測時には、一方の超音波センサ61から超音波信号が送信される。この場合、超音波センサ61が動作すると、センサ本体61aがその主面61a1に配設された整合層61bを超音波振動させる。整合層61bの振動は、整合層61bとキャップ部材62との間に充填されたグリース63を介して、キャップ部材62の凸部62bの端面へと伝達され、当該端面が超音波振動する。これにより、一方のセンサユニット60から、計測流路51cを流れる液体を斜めに横切るように超音波信号が出力される。この超音波信号は、反射部材55にて反射され、他方のセンサユニット60にて受信される。   In the measurement unit 50 having such a configuration, an ultrasonic signal is transmitted from one ultrasonic sensor 61 when the flow rate is measured. In this case, when the ultrasonic sensor 61 operates, the sensor body 61a ultrasonically vibrates the matching layer 61b disposed on the main surface 61a1. The vibration of the matching layer 61b is transmitted to the end face of the convex portion 62b of the cap member 62 via the grease 63 filled between the matching layer 61b and the cap member 62, and the end face is ultrasonically vibrated. Thereby, an ultrasonic signal is output from one sensor unit 60 so as to cross the liquid flowing through the measurement channel 51c obliquely. This ultrasonic signal is reflected by the reflecting member 55 and received by the other sensor unit 60.

このように、本実施形態に係るセンサユニット60は、超音波信号の送受信を行うために超音波振動する振動面を備えた超音波センサ61と、振動面と対向して配置され、計測流路51cを流れる液体を隔てるように振動面を覆うキャップ部材62と、振動面に塗布されて、キャップ部材62との間隙に充填されたグリース63と、を備えている。   As described above, the sensor unit 60 according to the present embodiment is disposed so as to face the vibration surface, the ultrasonic sensor 61 including the vibration surface that ultrasonically vibrates in order to transmit and receive the ultrasonic signal, and the measurement channel. A cap member 62 that covers the vibration surface so as to separate the liquid flowing through 51c, and a grease 63 that is applied to the vibration surface and is filled in a gap with the cap member 62 are provided.

この構成によれば、超音波センサ61が液体に曝される環境にあっても、キャップ部材62により振動面が覆われることで、適切なシール性を備えることとなる。また、振動面とキャップ部材62との間隙にはグリース63が充填されているので、空気層が排除された構造となっている。これにより、超音波信号が適切に伝搬され、キャップ部材62の凸部62bの端面から出力されるので、超音波の入出力特性に優れた構造となる。その結果、液体の流量計測にあっても、適切な防液性を備えつつ超音波の入出力特性に優れた流量計測装置USを提供することができる。   According to this configuration, even if the ultrasonic sensor 61 is in an environment where it is exposed to a liquid, the cap member 62 covers the vibration surface, thereby providing an appropriate sealing property. Further, since the grease 63 is filled in the gap between the vibration surface and the cap member 62, the air layer is eliminated. Thereby, since the ultrasonic signal is appropriately propagated and output from the end face of the convex portion 62b of the cap member 62, the structure having excellent ultrasonic input / output characteristics is obtained. As a result, it is possible to provide a flow rate measuring device US having an appropriate liquidproof property and excellent ultrasonic input / output characteristics even when measuring the flow rate of a liquid.

また、本実施形態によれば、気体の流量計測に使用される超音波センサ61の用途として、液体の流量測定を追加することができる。加えて、水のように超音波の減衰が非常に小さい液体の流量計測においては、金属製のキャップ部材62を通過することにより超音波が減衰される為、気体を計測する時と同程度の大きさの波高にすることが可能となる。これより、送信波、受信波ともに気体用の流量計測装置と同じ仕様で処理を行うことができる。   In addition, according to the present embodiment, liquid flow measurement can be added as an application of the ultrasonic sensor 61 used for gas flow measurement. In addition, when measuring the flow rate of a liquid such as water where the attenuation of the ultrasonic wave is very small, the ultrasonic wave is attenuated by passing through the metal cap member 62. It becomes possible to make the wave height of the size. Thus, both the transmission wave and the reception wave can be processed with the same specifications as the gas flow measuring device.

また、本実施形態によれば、シール部材70を備えるため、キャップ部材62と計測ユニット50とが水密に接合されることとなる。これにより、キャップ部材62の裏面側に位置する超音波センサ61を適切に保護することができる。また、キャップ部材62が計測ユニット50に対して直接的に接触している場合には、超音波信号を出力するキャップ部材62の振動が計測ユニット50に伝わってしまい、入出力特性が低下する虞がある。しかしながら、本実施形態によれば、シール部材70が介在しているため、当該シール部材70により振動を吸収することができる。これにより、入出力特性に優れた構造とすることができる。   Moreover, according to this embodiment, since the sealing member 70 is provided, the cap member 62 and the measurement unit 50 are joined in a watertight manner. Thereby, the ultrasonic sensor 61 located on the back side of the cap member 62 can be appropriately protected. Further, when the cap member 62 is in direct contact with the measurement unit 50, the vibration of the cap member 62 that outputs an ultrasonic signal is transmitted to the measurement unit 50, and the input / output characteristics may be degraded. There is. However, according to this embodiment, since the seal member 70 is interposed, vibration can be absorbed by the seal member 70. Thereby, it can be set as the structure excellent in the input-output characteristic.

また、本実施形態によれば、キャップ部材62は、整合層61bと、センサ本体61aの周側部61a2とを覆うカップ形状を備えている。この構成によれば、液体に曝される可能性がある範囲をキャップ部材62で覆うことができるので、防液性の高い構造とすることができる。   According to the present embodiment, the cap member 62 has a cup shape that covers the matching layer 61b and the peripheral side portion 61a2 of the sensor main body 61a. According to this structure, since the range which may be exposed to the liquid can be covered with the cap member 62, it can be set as a structure with high liquid-proof property.

なお、上述した実施形態では、一方のセンサユニット60から送信された超音波信号を反射して他方のセンサユニット60にて受信する反射型の構造が採られている。しかしながら、本実施形態に示すセンサユニット60の構造及び流量計測装置USの構造は、図6に示すように、一方のセンサユニット60から送信された超音波信号を、当該センサユニット60と対向する位置にある他方のセンサユニット60にて受信する構造に適用してもよい。   In the above-described embodiment, a reflective structure in which an ultrasonic signal transmitted from one sensor unit 60 is reflected and received by the other sensor unit 60 is employed. However, the structure of the sensor unit 60 and the structure of the flow rate measuring device US shown in the present embodiment are such that the ultrasonic signal transmitted from one sensor unit 60 is opposed to the sensor unit 60 as shown in FIG. You may apply to the structure received by the other sensor unit 60 in this.

以上、本実施形態では、太陽熱給湯システムを前提として、流量計測装置について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることなく、その発明の範囲において種々の変更が可能であることは言うまでもない。例えば、太陽熱給湯システムへの適用のみならず、流路を流れる液体の流量を計測する流量計測装置として広く適用可能である。また、流量計測装置が備えるセンサユニットも本発明の一部として機能する。   As described above, in the present embodiment, the flow rate measuring device has been described on the premise of the solar hot water supply system, but the present invention is not limited to this embodiment, and it goes without saying that various modifications are possible within the scope of the present invention. Yes. For example, it can be widely applied not only to a solar hot water supply system but also to a flow rate measuring device that measures the flow rate of a liquid flowing through a flow path. Further, the sensor unit provided in the flow rate measuring device also functions as part of the present invention.

1 太陽熱給湯システム
2 太陽熱温水器
3 混合弁
4 給湯器
5 削減熱量算出装置
13 温水管
US 流量計測装置
50 計測ユニット
51 ユニット筐体
53 円筒部材
54 センサ取付部
55 反射部材
60 センサユニット
61 超音波センサ
62 キャップ部材
63 グリース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solar water heating system 2 Solar water heater 3 Mixing valve 4 Water heater 5 Reduction | restoration calorie | heat amount calculation apparatus 13 Hot water pipe US Flow measurement apparatus 50 Measurement unit 51 Unit housing 53 Cylindrical member 54 Sensor attachment part 55 Reflective member 60 Sensor unit 61 Ultrasonic sensor 62 Cap member 63 Grease

Claims (4)

液体が流れる計測流路が内部に形成された計測ユニットと、
前記計測流路を流れる液体の流量計測を行うセンサユニットと、を有し、
前記計測ユニットは、
前記計測流路に臨むように前記センサユニットが組み付けられるセンサ取付部を有し、
前記センサユニットは、
超音波信号の送受信を行うために超音波振動する振動面を備えた超音波センサと、
前記振動面と対向して配置され、前記計測流路を流れる液体を隔てるように前記振動面を覆うキャップ部材と、
前記振動面に塗布されて、前記キャップ部材との間隙に充填されたグリースと、
を備えることを特徴とする流量計測装置。
A measurement unit in which a measurement channel through which liquid flows is formed;
A sensor unit for measuring the flow rate of the liquid flowing through the measurement flow path,
The measurement unit is
Having a sensor mounting part to which the sensor unit is assembled so as to face the measurement flow path;
The sensor unit is
An ultrasonic sensor having a vibration surface that vibrates ultrasonically to transmit and receive ultrasonic signals;
A cap member disposed to face the vibration surface and covering the vibration surface so as to separate the liquid flowing through the measurement flow path;
Grease applied to the vibration surface and filled in a gap with the cap member;
A flow rate measuring device comprising:
前記キャップ部材は、環状のシール部材を介して前記センサ取付部に組み付けられることを特徴とする請求項1に記載された流量計測装置。   The flow rate measuring device according to claim 1, wherein the cap member is assembled to the sensor mounting portion via an annular seal member. 前記超音波センサは、
端部に位置する主面が振動する円柱体のセンサ本体と、
前記センサ本体の主面の外側に配設された整合層と、を備え、
前記キャップ部材は、
前記整合層と、前記センサ本体の周側部とを覆うカップ形状を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載された流量計測装置。
The ultrasonic sensor is
A cylindrical sensor body whose main surface located at the end vibrates,
A matching layer disposed outside the main surface of the sensor body,
The cap member is
The flow rate measuring device according to claim 1, further comprising a cup shape that covers the matching layer and a peripheral side portion of the sensor body.
液体が流れる計測流路が内部に形成された計測ユニットに対して前記計測流路に臨むように組み付けられて、前記計測流路を流れる液体の流量計測を行うセンサユニットにおいて、
超音波信号の送受信を行うために超音波振動する振動面を備えた超音波センサと、
前記振動面と対向して配置され、前記計測流路を流れる液体を隔てるように前記振動面を覆うキャップ部材と、
前記振動面に塗布されて、前記キャップ部材との間隙に充填されたグリースと、
を備えることを特徴とするセンサユニット。
In the sensor unit for measuring the flow rate of the liquid flowing through the measurement flow path, the measurement flow path through which the liquid flows is assembled so as to face the measurement flow path with respect to the measurement unit formed inside.
An ultrasonic sensor having a vibration surface that vibrates ultrasonically to transmit and receive ultrasonic signals;
A cap member disposed to face the vibration surface and covering the vibration surface so as to separate the liquid flowing through the measurement flow path;
Grease applied to the vibration surface and filled in a gap with the cap member;
A sensor unit comprising:
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