JP2019219301A

JP2019219301A - 流量測定装置

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Publication number: JP2019219301A
Application number: JP2018117531A
Authority: JP
Inventors: 一裕東; Kazuhiro Azuma
Original assignee: Yazaki Energy System Corp
Current assignee: Yazaki Energy System Corp
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2019-12-26
Anticipated expiration: 2038-06-21
Also published as: JP7084225B2

Abstract

【課題】所定方向への小型化を図りつつガス流速の計測の安定化を図ることを防止す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１は、ガス流入口１１からガス流出口１２にかけて概略直管長手方向に延在するガス流路１３と、流速センサ５と、計測筒部４と、遮断弁６とを備えている。ガス流路１３は、計測筒部４の上流側で直管長手方向と略直交する方向に延びると共に遮断弁６が設置された屈曲流路部ＢＰと、屈曲流路部ＢＰから直管長手方向に延びて形成され計測筒部４の上流端４ａを包囲して形成されたバッファ流路部ＢＦと、を備えている。屈曲流路部ＢＰは、直管長手方向と屈曲流路部ＢＰの延在方向との双方を含む平面における断面において、後壁１ａから計測筒部４側に突出した土手部ＢＳを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、流量測定装置に関する。

従来、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が直線上に配置された直管形状のガスメータが知られている（例えば特許文献１参照）。この直管型ガスメータは、ガス流入口の下流側に遮蔽板が設けられており、メータ内に導入したガスを遮蔽板に衝突させるようにして拡散させる。このため、偏った流れのガスがメータ内に入ってきたとしても流れを崩したうえで計測流路に導くことができ、正確なガス流速を計測することができる。

特開２０１７−１２５７０１号公報

しかし、特許文献１に記載の直管型ガスメータでは、ガス流入口と、ガス流出口と、流速センサ及び計測筒部を有した流量の計測ユニットとが直線状に並ぶことから、直線方向（所定方向）に長い形状となってしまう。特に、このような直管型ガスメータに対して圧力調整器を取り付けた場合には、ガス流入口側に圧力調整器が位置することとなって、一層直線方向に長くなってしまう。そこで、計測ユニットの計測筒部自体を短く構成して所定方向への大型化を抑制することが考えられる。

しかしながら、直管型ガスメータにおいては、内部のガス流路を所定方向に直線的に形成することが可能であるものの、内部にモータ弁やソレノイド弁などの遮断弁を設ける場合には、ガス流路の一部を所定方向と略直交する方向に延在させてガス流路を屈曲させる必要がある。このため、この屈曲部においてガスに偏流が発生してしまうことから、計測筒部自体を短く構成してしまうと、偏流が解消されないままガスが計測ユニット内に進入してしまい、計測精度の低下を招くこととなってしまう。

なお、この問題は直管型ガスメータに限るものではなく、例えば積算流量を表示する表示部等を有しない流量測定装置においても共通するものである。

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、所定方向への小型化を図りつつガス流速の計測の安定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、流速センサと、計測筒部と、遮断弁とを備えている。ガス流路は、計測筒部の上流側で所定方向と略直交する方向に延びると共に遮断弁が設置された屈曲流路部と、屈曲流路部から所定方向に延びて形成され計測筒部の上流端を包囲して形成されたバッファ流路部と、を備えている。屈曲流路部は、所定方向と屈曲流路部の延在方向との双方を含む平面における断面において、遮断弁の下流側の壁部から計測筒部側に突出した土手部を有する。

本発明によれば、屈曲流路部は、遮断弁の下流側の壁部から計測筒部側に突出した土手部を有するため、屈曲流路部を通過するガスは土手部によって計測筒部の中心側に寄せられることとなる。これにより、偏流が抑えられて計測筒部にスムーズにガスが流れ易くなり、計測筒部については、その長さを短く形成することも可能となる。従って、所定方向への小型化を図りつつガス流速の計測の安定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断面図である。ガスの圧力変動と流量の計測誤差との関係を示すグラフである。流量に対する瞬時流量のばらつきを示すグラフである。拡径部の変形例を示す断面図である。

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。

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断面図である。なお、以下の説明では流量測定装置として直管型ガスメータを例に説明するが、本発明はこれに限るものではない。

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、不図示の圧力調整器や上流側配管を介してガス供給元と接続され、ガス流出口１２は、下流側配管を介してガス供給先と接続される。ガス流入口１１とガス流出口１２とは、直管長手方向に沿って直線上に配置されている。ガス流入口１１と上流側配管との接続、及びガス流出口１２と下流側配管との接続には、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にかけて概略直管長手方向（所定方向）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流路部ＢＰを有した屈曲構造となっている。

具体的にガス流路１３は、ガス流入口１１側に位置して直管長手方向に延在する第１ガス流路１３ａと、ガス流出口１２側に位置して直管長手方向に延在する第２ガス流路１３ｂとを有している。屈曲流路部ＢＰは、第１ガス流路１３ａと第２ガス流路１３ｂとの間に配置され前後方向（直管長手方向と直交する方向）に延在している。さらに、ガス流路１３は、屈曲流路部ＢＰから直管長手方向に延びて形成されたバッファ流路部ＢＦを有している。

また、本実施形態に係る直管型ガスメータ１は、表示パネル２、計測ユニット３、及び遮断弁６等を備えている。

表示パネル２は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）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５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に示す計測ユニット３は、計測筒部４と、流速センサ５とを備えたものである。計測筒部４は、流速センサ５が設けられる筒状体であって、上記第２ガス流路１３ｂの一部を構成するものである。この計測ユニット３は、筒状体の内部に内部空間を分割する複数の整流板（図示せず）を一体に備えている。これらの整流板により、計測筒部４を流れるガスが整流される。なお、計測筒部４は、例えば整流板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５は、計測筒部４の前方側に取り付けられるものであって、保護ケースＰＣ内に収納されている。この流速センサ５は、上流側センサ５ａと下流側センサ５ｂとからなる。上流側センサ５ａと下流側センサ５ｂとは直管長手方向に所定距離だけ離されて配置されている。また、上流側センサ５ａと下流側センサ５ｂとはガス流れ方向Ｙ（直管長手方向と同じ）に対して傾いた状態となっている。マイコンは、これらセンサ５ａ，５ｂの一方を駆動して、当該一方から超音波信号を計測筒部４内に間欠的に送信させる。送信された超音波信号は、計測筒部４の後側の壁で反射して、センサ５ａ，５ｂの他方によって受信される。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、上記した整流板は、超音波信号の送受信方向と平行関係にあり、整流板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６は、ガス流路１３のうち流速センサ５の上流側（すなわち計測筒部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の屈曲流路部ＢＰに設置されている。遮断弁６は、前記直交する方向（屈曲流路部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、計測筒部４が若干短めに形成されている。また、バッファ流路部ＢＦは、計測筒部４の上流端４ａを包囲するように拡径された流路となっている。この拡径されたバッファ流路部ＢＦによって流入するガスの脈動対策が図られている。なお、バッファ流路部ＢＦが計測筒部４の上流端４ａを包囲して形成されている関係上、計測筒部４は直管型ガスメータ１の後壁１ａから浮いた状態となっている。

加えて、本実施形態に係る直管型ガスメータ１は、屈曲流路部ＢＰに土手部ＢＳを有している。土手部ＢＳは、直管長手方向と屈曲流路部ＢＰの延在方向との双方を含む平面における断面（すなわち図２に示す断面）において、後壁１ａ（遮断弁６の下流側の壁部）から計測筒部４側（すなわち前側）に突出した部位である。

本実施形態においては、バッファ流路部ＢＦが計測筒部４を包囲しているため、計測筒部４は後壁１ａから若干浮いた状態となっている。すなわち、計測筒部４は後壁１ａよりも前側に位置している。このような計測筒部４は、若干短めに形成されていることから、長めに形成されるときと比較してガスを整流し難くなってしまう。

ところが、屈曲流路部ＢＰが後壁１ａから計測筒部４側に突出した土手部ＢＳを備えることにより、屈曲流路部ＢＰを通過するガスは土手部ＢＳによって計測筒部４の中心側に寄せられることとなる。これにより、偏流を抑えた状態でガスを計測筒部４に導入させ易くなり、計測筒部４については長さを短く形成しても計測の安定化が図られることとなる。

ここで、土手部ＢＳは、計測筒部４の中心位置ＣＰ以下の高さで計測筒部４側に突出している。このため、土手部ＢＳの高さが計測筒部４の中心位置ＣＰを超えてしまい、土手部ＢＳが高すぎることによって計測筒部４に流入するガスが乱れてしまう事態を抑制するようにしている。

さらに、計測筒部４は、上流端４ａが中央部４ｂよりも拡径された拡径部Ｅを構成し、拡径部Ｅの開口面積が、計測筒部４の中央部４ｂの開口面積の２．８倍以上とされていることが好ましい。バッファ流路部ＢＦの上流端から計測筒部４の拡径部Ｅまでの距離Ｌが短い場合（具体的には距離Ｌがバッファ流路部ＢＦの前後方向距離以下である場合）には、拡径部Ｅが適切な大きさとなって高流量域における瞬時流量のばらつきを抑えることができるからである。

詳細に説明すると、本件発明者は、瞬時流量のばらつきが距離Ｌの長さと拡径部Ｅの開口面積とに依存することを見出した。このため、距離Ｌが長い場合には、拡径部Ｅの開口面積が計測筒部４の中央部４ｂの開口面積の２．８倍未満であっても、瞬時流量のばらつきが小さくなる。しかし、距離Ｌが短い場合には、拡径部Ｅの開口面積を計測筒部４の中央部４ｂの開口面積の２．８倍以上とすることで、瞬時流量のばらつきを抑えることができる。特に、直管型ガスメータ１は直管長手方向に大きくなる傾向にあることから、拡径部Ｅの開口面積を計測筒部４の中央部４ｂの開口面積の２．８倍以上とすれば、距離Ｌを短くでき、直管長手方向への大型化を抑えることができる。

なお、瞬時流量のばらつきを抑える観点からすると、距離Ｌを長めにしつつも、拡径部Ｅの開口面積を計測筒部４の中央部４ｂの開口面積の２．８倍以上としてもよい。これにより、多少大型化の懸念があるものの、より確実に瞬時流量のばらつきを抑えることができるからである。

図３は、ガスの圧力変動と流量の計測誤差との関係を示すグラフである。なお、図３においては、距離Ｌが短くされている場合を例に説明する。図３に示すように、ガスの圧力変動に対して流量の計測誤差は約１．１Ｌ／ｈ以下であることが要求される。ここで、拡径部Ｅを有しない計測筒部４では、周波数１１．６６Ｈｚにおいて計測誤差が−１．０Ｌ／ｈとなってしまう。また、周波数５０Ｈｚにおいて計測誤差が−０．９Ｌ／ｈとなってしまう。

これに対して、拡径部Ｅを有する計測筒部４では、周波数１０Ｈｚにおいて計測誤差が−０．６Ｌ／ｈとなっており、これが最大値（絶対値で最大値）となっている。このため、拡径部Ｅを設けることにより、圧力変動による流量の計測誤差を小さくすることができ、更なる計測の安定化を図ることができる。

図４は、流量に対する瞬時流量のばらつきを示すグラフである。なお、図４においても距離Ｌが短くされている場合を例に説明する。図４に示すように、拡径部Ｅを有するか否かに関わらず、６００Ｌ／ｈ〜９０００Ｌ／ｈにおいては瞬時流量のばらつきが小さい。しかしながら、１２０００Ｌ／ｈにおいては、瞬時流量のばらつきに差が見られ、拡径部Ｅを有しない計測筒部４では８０Ｌ／ｈ弱のばらつきが発生している。これに対して、拡径部Ｅを有しその開口面積が中央部４ｂの２．８倍である計測筒部４では、１２０００Ｌ／ｈにおけるばらつきは約３５Ｌ／ｈとなる。さらに、拡径部Ｅの開口面積が中央部４ｂの３．５倍である計測筒部４では、１２０００Ｌ／ｈにおけるばらつきは約３０Ｌ／ｈとなる。なお、流量算出の際に用いられる流量補正係数は、６００Ｌ／ｈ〜１２０００Ｌ／ｈの範囲内において全て１．０５〜１．０７に収まっている。

以上の図３及び図４からすると、計測筒部４は、上流端４ａが中央部４ｂよりも拡径された拡径部Ｅを構成し、拡径部Ｅの開口面積が、計測筒部４の中央部４ｂの開口面積の２．８倍以上とされていることが好ましいといえる。

さらに、本実施形態に係る直管型ガスメータ１は、図２に示すように圧力センサ７を備えている。圧力センサ７は、ガス流路１３を流れるガスの圧力を検出するものである。一般に圧力センサ７はガス流路１３内に設けられるが、本実施形態においてはメータボディ１０にガス流路１３と圧力センサ７とを接続する小通路ＳＲが形成されており、小通路ＳＲを通じてガス流路１３を流れるガスの圧力を検出するようになっている。

具体的に小通路ＳＲは、屈曲流路部ＢＰのうち円形開口ＯＰの上流側の壁部から圧力センサ７までを接続するように形成されている。この小通路ＳＲを利用することで圧力センサ７の設置位置に自由度を持たせることができる。本実施形態において圧力センサ７の設置領域と計測筒部４の設置領域とは、前後方向（所定方向と直交する方向の一例）に重複する部分を有する。すなわち、前後方向に沿って視認した場合、圧力センサ７の少なくとも一部が計測筒部４に重なるようになっている。これにより、直管型ガスメータ１は所定方向に大型化し難くなり、小型化を図ることができる。

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。

まず、需要者によりガス器具が使用されたとする。この場合、直管型ガスメータ１のガス流入口１１から導入されたガスは、第１ガス流路１３ａを通じて屈曲流路部ＢＰに至り、屈曲流路部ＢＰからバッファ流路部ＢＦを通じて第２ガス流路１３ｂに導入される。

ここで、ガスが屈曲流路部ＢＰを通過する際、流速分布の隔たりが変わってしまい、乱れによって流速センサ５における流速計測が不安定となってしまう傾向がある。しかし、本実施形態に係る直管型ガスメータ１は、屈曲流路部ＢＰの後壁１ａに土手部ＢＳを有している。しかも、土手部ＢＳは計測筒部４の中心位置ＣＰ以下の高さで計測筒部４側に突出している。このため、ガスの流れは計測筒部４の中心側に寄せられることとなる。この結果、ガスは偏流を抑えた状態で計測筒部４に流入する。

また、計測筒部４の上流端４ａは中央部４ｂの開口面積の２．８倍以上の開口面積を有する拡径部Ｅを備えていることから、距離Ｌが短いにもかかわらず、高流量のガスが流れてきた場合であっても乱れが少なく計測筒部４内に流入する。

そして、計測筒部４に導入されたガスは、複数の整流板によって整流され、流速センサ５によって流速が計測される。直管型ガスメータ１は、計測した流速に基づいてガス流量を算出して、表示パネル２に積算表示することとなる。

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、屈曲流路部ＢＰは、後壁１ａから計測筒部４側に突出した土手部ＢＳを有するため、屈曲流路部ＢＰを通過するガスは土手部ＢＳによって計測筒部４の中心側に寄せられることとなる。これにより、偏流が抑えられて計測筒部４にスムーズにガスが流れ易くなり、計測筒部４については、その長さを短く形成することも可能となる。従って、直管長手方向への小型化を図りつつガス流速の計測の安定化を図ることができる。

また、土手部ＢＳは、直管長手方向に沿って視認した場合に計測筒部４の中心位置ＣＰ以下の高さで突出しているため、土手部ＢＳの高さが計測筒部４の中心位置ＣＰを超えてしまい、土手が高すぎることによって計測筒部４に流入するガスが乱れてしまう事態を抑制することができる。

また、計測筒部４は拡径部Ｅの開口面積が計測筒部４の中央部４ｂの開口面積の２．８倍以上とされているため、距離Ｌが短い場合であっても、拡径部Ｅが適切な大きさとなって高流量域における瞬時流量のばらつきを抑えることができる。

また、計測筒部４と圧力センサ７との設置位置が前後方向に重複する部分を有するため、圧力センサ７を設けることによって直管長手方向に大型化し難くなり、小型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６はモータ弁やソレノイド弁を想定して説明したが、これに限らず、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５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。

また、本実施形態において土手部ＢＳは後壁１ａから突出して設けられる中実の部材を想定しているが、特にこれに限らず中空部材であってもよい。さらに、土手部ＢＳは、屈曲流路部ＢＰの後壁１ａの略全域から突出して設けられることが好ましいが、これに限らず、屈曲流路部ＢＰの後壁１ａの一部から突出して設けられていてもよい。

さらに、土手部ＢＳの上面は、直管長手方向に延びる平面であることが好ましいが、これに限らず、例えば上面は階段状とされていてもよいし、直管長手方向に傾斜する傾斜面となっていてもよい。

また、圧力センサ７は、前後方向に計測筒部４と設置領域が重複しているが、これに限らず、例えば左右方向に重複する等、直管長手方向に直交する方向に重複していれば、重複方向を問うものではない。

さらに、計測筒部４の上流端４ａの拡径部Ｅは図２に示すラッパ状に限らず、図５に示すノズル状であってもよい。すなわち、図５に示すように、計測筒部４の上流端４ａは直線的に拡径される拡径部Ｅによって構成されていてもよい。これによっても同様の効果を得ることができるからである。さらには、ラッパ状やノズル状に限らず、拡径部Ｅが形成されていれば、他の形状であってもよい。

１：直管型ガスメータ（流量測定装置）
１ａ：後壁（遮断弁の下流側の壁部）
４：計測筒部
４ａ：上流端
４ｂ：中央部
５：流速センサ
６：遮断弁
７：圧力センサ
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
ＢＦ：バッファ流路部
ＢＰ：屈曲流路部
ＢＳ：土手部
ＣＰ：中心位置
Ｅ：拡径部
ＳＲ：小通路

Claims

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速を計測するための流速センサと、前記流速センサが設けられると共に前記ガス流路の一部を構成する計測筒部と、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、前記計測筒部の上流側で前記所定方向と略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流路部と、前記屈曲流路部から前記所定方向に延びて形成され前記計測筒部の上流端を包囲して形成されたバッファ流路部と、を備え、
前記屈曲流路部は、前記所定方向と当該屈曲流路部の延在方向との双方を含む平面における断面において、前記遮断弁の下流側の壁部から前記計測筒部側に突出した土手部を有する
ことを特徴とする流量測定装置。
前記土手部は、前記計測筒部の中心位置以下の高さで前記計測筒部側に突出している
ことを特徴とする請求項１に記載の流量測定装置。
前記ガス流路を流れるガスの圧力を検出する圧力センサと、
前記ガス流路と前記圧力センサとを接続する小通路と、をさらに備え、
前記計測筒部と前記圧力センサとの設置位置が前記所定方向と直交する方向に重複する部分を有する
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。