JP2019178946A - 流量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】計測誤差の縮小化を図ることが可能な流量測定装置を提供する。【解決手段】直管型ガスメータは、メータボディ１０に形成されガスを導入するガス流入口１１及びガスを排出するガス流出口１２と、ガス流入口１１からガス流出口１２にかけて概略所定方向に延在するガス流路１３と、ガス流路１３を流れるガスの流量を計測するための流速センサ４と、流速センサ４の上流側においてガス流路１３を遮断する遮断弁５とを備えている。ガス流路１３は、ガス流入口１１からガス流出口１２に至るまでの間に、メータボディ１０の長手方向と直交する方向に延びると共に遮断弁５が設置された屈曲部ＢＰを有した屈曲構造となっており、屈曲部ＢＰのうち遮断弁５の下流側における流路断面積ＳＡ１が、多層ユニット３の断面積ＳＡ２以上とされている。【選択図】図２

Description

本発明は、流量測定装置に関する。

従来、流量測定装置の１つとして、ガス流入口と、ガス流出口とが直線状に配列された直管型ガスメータが提案されている。この直管型ガスメータは、内部にガス流入口からガス流出口にかけて概略所定方向に延在するガス流路と、ガス流路を流れるガスの流量を計測するための流速センサとを備え、流速センサによって計測された流速に基づくガス流量を積算表示する構成となっている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１７-１７３２００号公報

特許文献１に記載のような直管型ガスメータは小型化を目的として設計されており、メータが配管そのものの一部となっていることから、ガス機器の使用等による圧力変動を流速変化としてそのまま計測し易くなってしまう。特に、特許文献１に記載のように遮断弁がボールバルブによって構成された場合には、ガス流路が完全ストレート構造であるため、圧力変動により発生する流速変動が計測部直近でより顕在化し易い。このため、流量計測の誤差が大きくなってしまう可能性があった。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その発明の目的とするところは、計測誤差の縮小化を図ることが可能な流量測定装置を提供することにある。

本発明の流量測定装置は、ガス流入口と、ガス流出口と、ガス流入口からガス流出口にかけて概略所定方向に延在するガス流路と、ガスの流量を計測するための流速センサと、ガス流路を遮断する遮断弁とを備えている。また、ガス流路は、ガス流入口からガス流出口に至るまでの間に屈曲部を有した屈曲構造となっており、屈曲部のうち遮断弁の下流側における流路断面積が、流速センサによりガスの流量が計測される流路部分の断面積以上とされている。

本発明によれば、ガス流路は、屈曲部を有した屈曲構造となっているため、完全ストレート構造のように圧力変動の影響をそのまま受けてしまうことがなく、屈曲部において圧力変動の影響を緩和することができる。特に、屈曲部のうち遮断弁の下流側における流路断面積が、流速センサによりガスの流量が計測される流路部分の断面積以上とされていることから、屈曲部における流路容積を確保し、この容積部分で圧力変動の緩和を図り、計測誤差の縮小化を図ることができる。

本実施形態に係る直管型ガスメータの外観斜視図である。 本実施形態に係る直管型ガスメータの内部構成の概略を示す一部断面図である。 圧力変動時に計測される流量値を示すグラフである。 変形例に係る直管型ガスメータの内部構成の概略を示す一部断面図である。

以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾点が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用されていることはいうまでもない。加えて、以下では、外形が直管形状となる直管型ガスメータを流量測定装置の一例として説明するが、流量測定装置は直管型ガスメータに限られるものではない。

図１は、本実施形態に係る直管型ガスメータの外観斜視図であり、図２は、本実施形態に係る直管型ガスメータの内部構成の概略を示す一部断面図である。

図１及び図２に示す直管型ガスメータ１は、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属材料等により成形された筐体であるメータボディ（ボディ）１０を備えている。メータボディ１０は、略四角柱状の外形形状を有しており、四角柱の高さ方向に長手となる直管形状とされている。図１に示す例においてメータボディ１０は、その長手方向が鉛直方向と一致するように設置されているが、これに限らず、長手方向が水平方向と一致するように設置されてもよい。

メータボディ１０は、その長手方向の一端部１０ａにガスを導入するガス流入口１１と、その長手方向の他端部１０ｂにガスを排出するガス流出口１２とを備えている。ガス流入口１１は、上流側配管２０を介してガス供給元と接続され、ガス流出口１２は、下流側配管２１を介してガス供給先と接続される。ガス流入口１１と上流側配管２０との接続、及びガス流出口１２と下流側配管２１との接続には、例えばワンタッチ操作（すなわち押し込み操作のみ）で連結解除が可能な継手構造１５が採用されている。

メータボディ１０の内部には、ガス流入口１１からガス流出口１２にかけて概略所定方向（メータボディ１０の長手方向）に延在する１つのガス流路１３が形成されている。ガス流路１３は、ガス流入口１１からガス流出口１２に至るまでの間に、メータボディ１０の長手方向と直交する方向に延びる屈曲部ＢＰを有した屈曲構造となっている。なお、「概略所定方向に延在する」とは、所定方向に延びる流路の流路長の合計と、それ以外の方向に延びる流路の流路長の合計とを比較すると、所定方向に延びる流路の流路長の合計が、それ以外の方向に延びる流路の流路長の合計よりも大きい場合をいう。

さらに、本実施形態に係る直管型ガスメータ１は、図１に示す表示パネル２、並びに図２に示す多層ユニット３、流速センサ４、及び遮断弁５等を備えている。

図１に示す表示パネル２は、ＬＣＤ等によって構成され、メータボディ１０の正面部１０ｃに設けられている。表示パネル２は、マイコン（不図示）に制御され、マイコンによって処理された情報を表示する。表示パネル２に表示される代表的な情報は、流速センサ４により計測される計測値に基づくガス流量の積算値（積算流量）である。

図２に示す多層ユニット３は、その内部に計測流路を形成する断面略四角形状の筒状体である。この多層ユニット３は、筒状体の内部に、計測流路を分割する複数の仕切板３ａを一体に備えている。これらの仕切板３ａにより、多層ユニット３内部を流れるガスが整流される。なお、多層ユニット３は、例えば、仕切板３ａが金属にて形成され、その他が樹脂等で形成されている。

流速センサ４は、ガス流路１３（多層ユニット３）を挟んで所定距離だけ離され、かつ、ガス流れ方向Ｙに対して角度θをなすように、互いに対向して配置された２つの音響トランスジューサＴＤ１，ＴＤ２を有している。マイコンは、トランスジューサＴＤ１，ＴＤ２の一方を駆動して、当該一方から超音波信号をガス流路１３に間欠的に送信させる。トランスジューサＴＤ１，ＴＤ２の他方は超音波信号を受信する。マイコンは、上記動作を、ガスの流れ方向Ｙに対して上流側及び下流側の双方から行わせ、この送受信に関する超音波信号の伝搬時間の差分に基づいてガス流速を算出する。さらに、マイコンは、算出したガス流速に基づいてガス流量を計測することとなる。

なお、図２において仕切板３ａと超音波信号の送受信方向とは交差するように図示されているが、実際には両者は並行関係にあり、仕切板３ａは超音波信号の送受信を阻害しないように設置されている。

遮断弁５は、ガス流路１３のうち流速センサ４の上流側においてガス流路１３を遮断するものであって、ガス流路１３の屈曲部ＢＰに設置されている。屈曲部ＢＰには上流側と下流側との間に円形開口（開口）ＯＰが形成されており、遮断弁５は、前記直交する方向（屈曲部ＢＰの延在方向）に突出して円形開口ＯＰを塞ぐ弁閉状態と、この突出方向と反対側に動作して円形開口ＯＰを開放する弁開状態とで遷移可能となっている。

さらに、本実施形態において直管型ガスメータ１は、他の需要者におけるガス機器の使用時等の圧力変動を流速変化としてそのまま計測してしまうことを抑制すべく、以下の２つの構成を採用している。１つ目は、上記したように、ガス流路１３を完全ストレート形状とせずに屈曲部ＢＰを設けたことである。このような屈曲部ＢＰを設けることで、ストレート形状であるときのように圧力変動により発生する流速変動が多層ユニット３内でより顕在化することを防止している。２つ目は、屈曲部ＢＰのうち遮断弁５の下流側における容積を所定以上に確保していることである。すなわち、本実施形態に係る直管型ガスメータ１は、ガス流路１３に屈曲部ＢＰを設けることに加えて、屈曲部ＢＰのうち遮断弁５の下流側における容積の増大を図って、大容積部を圧力変動に対する緩衝部として機能させるようにしている。直管型ガスメータ１は、このような大容積部を形成するために以下の構成を採用している。

まず、本実施形態においてガス流路１３は、屈曲部ＢＰのうち遮断弁５の下流側の断面積ＳＡ１（メータボディ１０の長手方向に直交する断面）が、多層ユニット３の断面積ＳＡ２と略同じとされている。このように、遮断弁５の下流側の断面積ＳＡ１を多層ユニット３の断面積ＳＡ２と略同じとすることで、屈曲部ＢＰのうち遮断弁５の下流側の容積を確保するようにしている。

さらに、本実施形態においては、ガス流路１３のうち屈曲部ＢＰから多層ユニット３に至るまでの部分（例えば長手方向に対してやや傾斜して延びる流路１３ａ）の断面積ＳＡ３についても多層ユニット３の断面積ＳＡ２と略同じとされている。このため、ガス流路１３は、屈曲部ＢＰの下流側から多層ユニット３に至るまで流路が絞られることなく略均一断面積の流路となっている。

なお、屈曲部ＢＰのうち遮断弁５の下流側の断面積ＳＡ１、及び、ガス流路１３のうち屈曲部ＢＰから多層ユニット３に至るまでの部分の断面積ＳＡ３は、多層ユニット３の断面積ＳＡ２よりも大きくされていてもよい。

さらに、本実施形態において屈曲部ＢＰに形成される円形開口ＯＰは、その開口面積が多層ユニット３の断面積ＳＡ２以上とされている。このように円形開口ＯＰを或る程度大きくすることで、その直下に位置する上記下流側の容積を確保し易くしている。すなわち、円形開口ＯＰが小さいと、これに応じて上記下流側の容積についても小さくなり容積を確保し難くなる。しかし、本実施形態に係る直管型ガスメータ１は、円形開口ＯＰを或る程度大きくすることで、円形開口ＯＰの大きさに伴って上記下流側の容積を確保し易くしている。

加えて、本実施形態において屈曲部ＢＰは、遮断弁５の弁閉動作時の弁移動方向に窪んだ窪み部６を有している。すなわち、屈曲部ＢＰは下流側の庭壁ＢＰ１が刳り貫かれるようにして窪み部６が形成されている。このような窪み部６により、上記下流側の容積の拡大を図り、圧力変動に対する緩衝部としてより一層機能させるようにしている。

ここで、窪み部６の深さは一定値（例えば３ｍｍ）以下とされている。図３は、圧力変動時に計測される流量値を示すグラフである。なお、図３に示す例においては、φ２８の窪み部６を形成した場合を示しており、流量の真実値は０Ｌ／ｈであるものとする。

図３に示すように、窪み部６が存在しない場合（すなわち深さ０ｍｍである場合）、流量は、７．５Ｈｚの圧力変動に対して−０．７Ｌ／ｈが計測され、１０Ｈｚの圧力変動に対して−１．０Ｌ／ｈが計測され、１１．６６Ｈｚの圧力変動に対して−０．２Ｌ／ｈが計測されている。また、１３．３Ｈｚの圧力変動に対して−０．３Ｌ／ｈが計測され、１７．５Ｈｚの圧力変動に対して０．３Ｌ／ｈが計測され、２０．８Ｈｚの圧力変動に対して０．５Ｌ／ｈが計測され、５０Ｈｚの圧力変動に対して０．２Ｌ／ｈが計測されている。

これに対して、窪み部６の深さが３ｍｍである場合、及び深さが１３ｍｍである場合、７．５Ｈｚ〜１１．６６Ｈｚの圧力変動に対して、流量は０Ｌ／ｈに近づいた。このため、屈曲部ＢＰの庭壁ＢＰ１に窪み部６を設けることにより、圧力変動の影響を緩和して計測誤差を小さくできることがわかった。

また、図３に示すように、窪み部６の深さが３ｍｍである場合と深さが１３ｍｍである場合とでは、圧力変動の影響を緩和する度合いに差異が殆ど見られなかった。このため、φ２８の窪み部６については深さが３ｍｍを超える必要がなく、窪み部６の深さは一定値で充分であることがわかった。

なお、本実施形態において窪み部６は、庭壁ＢＰ１の全体が刳り貫かれるようにして形成されているが、これに限らず、庭壁ＢＰ１の一部のみが刳り貫かれるようにして形成されていてもよい。

次に、本実施形態に係る直管型ガスメータ１の作用について説明する。例えば、他の需要者においてガス機器が使用され、その際に発生した圧力変動が直管型ガスメータ１の上流側に到達したとする。

この場合、圧力変動（すなわちガスの振動）についてはガス流入口１１からガス流路１３内におけるガスに対しても作用する。しかし、本実施形態においてはガス流路１３に屈曲部ＢＰが設けられている。さらに、屈曲部ＢＰのうち遮断弁５の下流側における部位は一定以上の容積が確保されている。すなわち、当該部位における断面積ＳＡ１は、多層ユニット３の断面積ＳＡ２以上とされると共に、屈曲部ＢＰの円形開口ＯＰの大きさについても、多層ユニット３の断面積ＳＡ２以上とされている。よって、屈曲部ＢＰの存在と、一定以上の容積が確保されることとによって、圧力変動を抑えることとなり多層ユニット３内への影響についても緩和されることとなる。これにより、圧力変動による計測誤差の縮小化を図ることができる。

このようにして、本実施形態に係る直管型ガスメータ１によれば、ガス流路１３は、屈曲部ＢＰを有した屈曲構造となっているため、完全ストレート構造のように圧力変動の影響をそのまま受けてしまうことがなく、屈曲部ＢＰにおいて圧力変動の影響を緩和することができる。特に、屈曲部ＢＰのうち遮断弁５の下流側における流路断面積ＳＡ１が、多層ユニット３の断面積ＳＡ２以上とされていることから、屈曲部ＢＰにおける流路容積を確保し、この容積部分で圧力変動の緩和を図り、計測誤差の縮小化を図ることができる。

また、円形開口ＯＰの面積が多層ユニット３の断面積ＳＡ２以上とされているため、円形開口ＯＰが小さくなって屈曲部ＢＰにおける流路容積を確保し難くなることを防止し、適切に計測誤差の縮小化を図ることができる。

また、屈曲部ＢＰは、遮断弁５の弁閉動作時の弁移動方向に窪んだ窪み部６を有するため、窪み部６によって屈曲部ＢＰにおける流路容積の増大を図り、一層適切に計測誤差の縮小化を図ることができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、可能な範囲で適宜他の技術を組み合わせてもよい。

例えば、上記実施形態において遮断弁５はモータ弁を想定して説明したが、これに限らず、ソレノイド弁等の他の種類の弁によって構成されてもよい。また、本実施形態では流速センサ４として超音波式流速センサを備えているが、可能であればフローセンサ等の他の種類のセンサであってもよい。

加えて、本実施形態に係る直管型ガスメータは図４に示す構成となっていてもよい。図４は、変形例に係る直管型ガスメータの内部構成の概略を示す一部断面図である。図４に示すように、変形例に係る直管型ガスメータ２は、長手方向に対してやや傾斜して延びる流路１３ａが多層ユニット３の上流側ではなく下流側に設けられている。このように、ガス流路１３については、多層ユニット３の下流側において斜め方向に曲げられる構成であってもよい。

さらに、上記実施形態においてはメータボディ１０が直管形状となる直管型ガスメータ１を流量測定装置の一例として説明したが、これに限らず、ボディ形状は直管型に限らず箱型等であってもよい。また、上記実施形態においては測定した流量を表示するメータ機能を有した直管型ガスメータ１を流量測定装置の一例として説明したが、これに限らず、流量測定装置は測定流量を表示する機能を有していなくともよい。さらには、ガス流量を計測するための流速センサ４を備えていれば、流量に限らず単に流速のみを計測するものであってもよい。

１ ：直管型ガスメータ（流量測定装置）
３ ：多層ユニット
４ ：流速センサ
５ ：遮断弁
６ ：窪み部
１０ ：メータボディ（ボディ）
１１ ：ガス流入口
１２ ：ガス流出口
１３ ：ガス流路
ＢＰ ：屈曲部
ＯＰ ：円形開口

Claims (3)

1. ボディに形成されガスを導入するガス流入口及びガスを排出するガス流出口と、前記ガス流入口から前記ガス流出口にかけて概略所定方向に延在するガス流路と、前記ガス流路を流れるガスの流量を計測するための流速センサとを備えた流量測定装置であって、
   前記流速センサの上流側において前記ガス流路を遮断する遮断弁を備え、
   前記ガス流路は、前記ガス流入口から前記ガス流出口に至るまでの間に、前記所定方向と直交する方向に延びると共に前記遮断弁が設置された屈曲部を有した屈曲構造となっており、前記屈曲部のうち前記遮断弁の下流側における流路断面積が、前記流速センサによりガスの流量が計測される流路部分の断面積以上とされている
   ことを特徴とする流量測定装置。
2. 前記遮断弁は、前記直交する方向に突出して開口を塞ぐ弁閉状態と、前記突出の方向と反対側に動作して前記開口を開放する弁開状態とで遷移可能であって、
   前記ガス流路は、前記開口の面積が前記流路部分の断面積以上とされている
   ことを特徴とする請求項１に記載の流量測定装置。
3. 前記屈曲部は、前記遮断弁の弁閉動作時の弁移動方向に窪んだ窪み部を有する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の流量測定装置。

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