JP2934138B2 - フルイディック流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、噴出ノズルから流路
内に噴出した噴流の流体振動現象に基づき、流体の流量
を測定するフルイディック流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のフルイディック流量計としては、
図１２に示すようなものが知られている。図中符号１は
フルイディック流量計であり、フルイディック本体２の
開口部３には、異常時にこの開口部３を遮断してガスの
供給を停止する遮断弁４が取付られる一方、その流路の
下流側には流量計測部５が設けられている。遮蔽弁４の
先端部分には開口部３に面してガス導入口６が形成され
ており、このガス導入口６は本ガスメータのガス流入口
７に対して直角に配置されている。フルイディック本体
２の内部には、開口部３をガスの流入口とする滞留空間
８が形成されており、この滞留空間８は流量計測部５の
ノズル部９に連通されている。

【０００３】流量計測部５は、いわゆる流体振動形流量
計と呼ばれるものであり、ノズル部９の下流側に設けら
れた流路拡大部１０と、流路拡大部１０内に配置される
ターゲット１１と、流路拡大部１０の入り口付近に設け
られた一対の圧力若しくは流量検出機構１２とを主な構
成要素とし、流路拡大部１０の後流側にはガス流出口１
３が形成されている。

【０００４】そして、このフルイディック流量計１で
は、ガス流入口７から流入したガスがガス導入口６を経
て滞留空間８内へ流入した後、ノズル部９を経て流路拡
大部１０内へ流入するが、狭いノズル部９から流路拡大
部１０内へ噴流する際に、コアンダ効果によって直進す
ることなく、一方の側壁に引き寄せられて逆流するいわ
ゆる帰還流となるが、この帰還流は左右交互に発生す
る。帰還流は、ノズル部９の流路拡大部１０への開口部
付近にて、噴流主流に対して直交する方向に流体エネル
ギを付与し、制御流としての役割を果たすこととなり、
ノズル部９から噴出するガスがターゲット１１の両側面
を左右交互に流れる現象が発生する。この左右交互に流
れる噴流の流れ現象により生じる圧力の変化を、一対の
圧力もしくは流量検出機構により検出し、この流体の流
れが切り替わる振動数を計測することにより流量を計測
するようにしたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
フルイディック流量計にあっては、ガス導入口６が単一
であり、かつガス流入口７とガス導入口６の方向が直角
であるため、ガスがガス導入口６から滞留空間８内へ流
入する際に渦を巻いて流入し、滞留空間８内は三次元的
な乱流状態となり、これによって流量計測部５内におけ
る流体振動を不規則なものとしている。即ち、滞留空間
８からノズル部９へ流入するガスの流れは対称性を有す
る二次元的な流れであることが要求されるが、これが阻
害されて流量測定精度を向上させることが困難であると
いう問題点があった。

【０００６】これを解決するものとして、特開平４−１
３４２１８号公報、特開平４−１３４２１９号公報に示
されるように、遮断弁４のノズル部６を開口部３を経て
滞留空間８内へ突出する金網で覆い、これによってノズ
ル部６から流出するガスの整流を行なおうとするもの
や、特開平４−２７８４２１号公報、及び特開平４−２
７８４２２号公報に示されるように、ノズル部周囲の壁
を滞留空間内へ突出させ、この突出部を覆うように整流
器となる半円筒部材を設置し、滞留空間内に流入したガ
スを半円筒部材の両端からその内壁に沿わせて流した後
合流させ、ノズル部へ導くようにしたものである。

【０００７】しかし、特開平４−１３４２１８号公報や
特開平４−１３４２１９号公報に示される、金網を用い
たフルイディック流量計にあっては、直角の流れにより
生じる回転流を防止することが困難である一方、金網が
目詰まりを起こしたり、ゆがんだりする問題点があっ
た。また、特開平４−２７８４２１号公報や特開平４−
１７８４２２号公報に示される、半円筒状の整流器を用
いたものにあっては、半円筒状の左右両側から流入する
ガスの流速が変化するため、半円筒状の中心を偏心させ
る必要が生じるが、その位置の決定が非常に難しく、特
に流量の範囲が広い場合には流量により最適位置が変化
するという問題点があった。

【０００８】この発明は、上述した事情に鑑みてなされ
たものであり、乱流、渦、圧力変動等を吸収すると共に
ノズル部に動圧の影響を与えることなく、ガスの導入口
からノズル部までの流れを二次元的流れとしてフルイデ
ィック本体内での計測精度を向上させることのできるフ
ルイディック流量計を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載のフルイディック流量計は、ガスが供
給される流体供給路と、この流体供給路から供給された
ガスの流量を計測する流量計測部との間にガス導入口が
設けられると共に、前記流量計測部の上流側に分流機能
を有する整流手段が設けられたフルイディック流量計に
おいて、前記ガス導入口の上流側に該ガス導入口を覆っ
て前記ガスを分散、整流させる分散手段を設けると共
に、この分散手段の後流側の前記ガス導入口に前記整流
手段を設けたことを特徴としている。

【００１０】請求項２記載のフルイディック流量計は、
分散手段が多孔板によって構成される一方、整流手段が
平断面三角形状の柱部材によって構成されていることを
特徴としている。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【作用】この発明のフルイディック流量計では、流体供
給路で発生する回転を伴うガス流の乱れや圧力変動等が
分散手段を通過する際に吸収されて分散、整流される。
即ち、分散手段によって上流側で発生するガスの渦や乱
流が吸収されると共にガスの流れが分流、整流された
後、整流手段によってガスが分散されてガスの動圧が流
量計測部に直接作用するのを防止すると共に、ガスの流
れが二次元的に整流される。

【００１７】請求項２記載のフルイディック流量計で
は、多孔板によって分散、整流されたガスが、三角柱の
両辺に沿って流れることにより、ガスの動圧が流量計測
部に直接作用するのを防止すると共に、二次元的な流れ
となる。

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明のフルイディ
ック流量計の実施例について説明する。図１から図５
は、この発明の一実施例のフルイディック流量計を示す
図である。図中符号２０はフルイディック流量計を示す
図であり、フルイディック流量計２０は、ガスが供給さ
れる流体供給路２１、この流体供給路２１から供給され
たガスの流量を計測する流量計測部が構成されたフルイ
ディック本体２２、これらの間に設けられたガス供給部
であるマルチフィーダ２３から主に構成されている。

【００２４】流体供給路２１は断面円形のパイプであ
り、このパイプ２１の末端にはハニカム構造の整流器２
４が取り付けられている。フルイディック本体２２は、
図２に示されるように矩形状に形成されており、アルミ
板に外枠部２５及びターゲット２６を残して溝部２７を
形成したものであり、外枠部２５が流体供給路２１と接
続される側（上流側）の中央には、滞留空間３１に連通
するガス導入口２８が、また下流側にはガス流出口２９
が形成されている。ガス導入口２８は、幅ｗと高さｈと
を有する矩形断面状に形成されている。そして、図２に
示すように、フルイディック本体２２の内部には、左右
対称にノズル部材３０が取り付けられることにより滞留
空間３１とノズル部３２とが形成されている。

【００２５】ノズル部材３０には、ノズル取付穴３４と
カバー取付穴３５とが形成され、図示しないネジをこれ
らの取付穴に嵌合させることによりノズル部材３０をフ
ルイディック本体２２の内部に固定するようにしてい
る。ノズル部材３０の下流側には、ノズル部３２と連通
する流路拡大部３６が形成されており、この流路拡大部
３６の中央部にはノズル部３２の延長線上にターゲット
２６が位置しており、このターゲット２６の後流側には
ガス流出口２９が位置することにより流量計測部３３が
構成されている。

【００２６】ガス供給部２３は矩形の箱状であり、フル
イディック本体２２の上流側の外枠部２５に取り付けら
れ、内部に蓄気室３７が形成されている。この蓄気室３
７はフルイディック本体２２に形成されたガス導入口２
８に連通する構造となっている。また、ガス供給部２３
の上流側には円筒部材３８が接続され、この円筒部材３
８に流体供給路２１を接続することにより、ガスが流体
供給路２１から蓄気室３７を経てフルイディック本体２
２の内部に導入される構造となっている。

【００２７】円筒部材３８は、上流側端部３８ａに４５
度の角度で縮流用テーパ３８ｂが形成され、縮流用テー
パ３８ｂより下流側は流路断面が円形であり、その下流
側端部３８ｃが蓄気室３７の側板に接続する構成であ
る。円筒部材３８の縮流用テーパ３８ｂ側の外周には複
数の突起３８ｄが形成され、ホース等の接続が確実に行
うことができる。

【００２８】さらに、ガス供給部２３の蓄気室３７の後
流側には、ガス導入口２８を覆うような分散手段として
の多孔板４０が設けてある。この多孔板４０は、ガス供
給部２３をフルイディック本体２２に固定するためのフ
ランジ面４１の内側に形成された取付手段としての溝４
２に沿ってスライドさせて取り付けることができる。ま
た、ガス導入口２８の中央部には整流手段４３が設置さ
れ、整流手段４３はこの実施例では、図５に示すよう
に、三角柱の部材を使用した。この三角柱部材４３は一
つの頂点が上流側に向かって配置されることにより、こ
の三角柱部材４３の両側面とガス導入口２８の開口側面
とで矩形のノズル４４が２箇所形成される。

【００２９】上述のような構造を有する本実施例のフル
イディック流量計２０では、ガスが流体供給路２１から
整流器２４を経てガス供給部２３の蓄気室３７内部に供
給される。ガス供給部２３に供給されたガスは一時的に
蓄気室３７の内部に貯留された後、多孔板４０を経て、
ガス導入口２８からフルイディック本体２２の滞留空間
３１内へ流出する。その際、三角柱部材４３によって左
右に分流された状態で滞留空間３１内へ流入した後、ノ
ズル部３２内へ流入することとなる。

【００３０】そのため、ガス供給部２３に供給されるガ
スは、上流側で発生する乱流、渦、圧力変動等の影響を
受けることとなるが、蓄気室３７内においてその圧力変
動を吸収し、多孔板４０によって渦や乱流を吸収し、滞
留空間３１内へ一様な流れのガスを供給することができ
る。さらに、多孔板４０を経て滞留空間３１内へ流れる
際に、ガスはガス導入口２８の開口壁面と柱部材４３の
側面とで形成される断面矩形のノズル４４部分を通過す
る際に、分流されて二次元的な流れとなって滞留空間３
１内へ流入する。また、ガスは柱部材４３の側面に沿っ
て流れるため、滞留空間３１の外側に向かって噴流され
ることとなり、流量計測部のノズル部３２に直接動圧の
影響を及ぼさない。これにより、流量と流体振動周波数
との比例関係が成立しなくなる原因の一つであるガスの
流れの動圧が直接ノズル部３２に作用することを排除で
きる。

【００３１】さらに、フルイディック本体２２の滞留空
間３１の内部に流入したガスは滞留空間３１の内部で両
側から中央に向かって流れ、中央部において合流した
後、ノズル部３２の内部へ流入する。中央部において、
合流したガスは三次元的流れが二次元的流れとなってノ
ズル部３２の内部へ流入することとなる。即ち、二方向
から流入したガスが合流する際に互いに押し合いながら
ノズル部３２内へ流入するため、速度分布がノズルの高
さ方向に対して均一となり、流量計測部３３において高
精度の計測が可能となる。

【００３２】また、円筒部材３８内の流路の内径ｄｐを
ガス供給部の蓄気室３７の高さｈに一致させることで、
これら両者相互の上下部分の接続部での段差がなくな
り、これによって渦の発生が防止される。さらに円筒部
材３８の上流側に縮流テーパ３８ｂを形成することで、
流体供給路２１との段差がなくなり、これによっても渦
の発生が防止される。

【００３３】この実施例のフルイディック流量計のＱ−
ｆ特性曲線を、図６から図１１を用いて説明する。これ
らの図は、流量計測部、即ち流体振動流量計での流量Ｑ
と圧力の切り替わる度合に起因する振動周波数ｆとの関
係を示したものである。

【００３４】図６から図８は、多孔板４０のみを設置し
た場合のＱ−ｆ特性曲線を示すものであり、ノズル部の
幅寸法を２．０ｍｍ、長さを１５ｍｍとし、多孔板の厚
さｔ＝６ｍｍ、及び孔の空孔径を、Ｌｐ＝４００μｍ
（図６）、Ｌｐ＝２００μｍ（図７）、Ｌｐ＝１００μ
ｍ（図８）の３段階に変化させたものである。これらの
図から、Ｌｐ＝４００μｍの時には流量Ｑ＝０．２ｍ³
／ｈ以下及びＱ＝１．５ｍ3 ／ｈ以上で直線性が得られ
るが、０．２〜１．５ｍ³ ／ｈでは直線に対して偏差が
発生しており、Ｌｐ＝２００μｍの時には流量Ｑ＝０．
２ｍ〜１．０ｍ³／ｈで直線性がない。Ｌｐ＝１００μ
ｍの時には、流量Ｑが０．４〜０．８ｍ³／ｈの領域に
おいて直線から偏差が発生しているだけで、それ以外の
部分においては非常に直線性が良好なものとなってい
る。又直線からの偏差はＬｐが大きい程増大する。した
がって、多孔板４０の空孔径Ｌｐ＝１００μｍの場合に
おいて最も直線性が良好となり、多孔板４０の後流でガ
スの一様な流れを得ることができる。

【００３５】図９から図１１は、多孔板４０も柱部材４
３も設けない場合（図９）、多孔板４０のみが設置され
た場合（図１０）、多孔板４０と柱部材４３の両方が設
置された場合（図１１）のＱ−ｆ特性曲線を示すもので
ある。この時の実験条件はノズル部の幅が２．０ｍｍ、
長さ２０ｍｍ、高さ７．５ｍｍ、空孔径Ｌｐ＝１００μ
ｍ、空孔率ε＝３５〜４０％、多孔板の厚さｔ＝６ｍ
ｍ、三角柱部材の底辺ａ＝１５ｍｍ、厚さｂ＝６ｍｍ、
全長Ｌ＝１０ｍｍである。

【００３６】これらの図から、多孔板４０がある場合
（図１０）には多孔板４０がない場合（図９）に比べて
流量Ｑ＝０．２ｍ³ ／ｈ以下の部分において直線性が良
好となり、多孔板と柱部材の両方がある場合（図１１）
には流量Ｑ＝０．２ｍ³ ／ｈ付近で僅かに直線から偏差
が発生している以外は良好な直線性を有している。この
Ｑ−ｆ特性曲線の実験結果からも分かるように、この実
施例のフルイディック流量計２０は、多孔板４０と柱部
材４３とを設けることにより、良好なガスの流れを実現
させることができ、高い計測精度を実現させることがで
きる。

【００３７】なお、上記実施例の整流手段は三角柱の
他、半円柱などガスがその表面を滑らかに流れて分流さ
れるようなものであればよい。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のフルイ
ディック流量計によれば、ガス導入口の上流側に該ガス
導入口を覆ってガスを分散、整流させる分散手段を設け
ると共に、この分散手段の後流側の前記ガス導入口に整
流手段を設けたので、流体供給路で発生する回転を伴う
ガス流の乱れや圧力変動等が分散手段を通過する際に分
散、整流され、該分散手段で一様に整流されたガスの動
圧が流量計測部に直接作用するのが防止されると共に、
整流手段により二次元的に変換されて流量計測部に導入
され、これによってガスが流量計測部へ円滑に流入し、
流量計測部の精度をより一段と向上させることができ
る。

【００３９】請求項２記載のフルイディック流量計は、
多孔板によって分散、整流されたガスが、三角柱の周辺
に沿って流れることにより分流されて二次元流となるた
め、流体供給路からのガスの動圧が流量計測部に直接作
用することがなく、流量計測部の精度をより一段と向上
させることができる。

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【００４３】

【００４４】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例のフルイディック流量計の
ガス導入口付近の斜視図である。

【図２】この発明の一実施例の流量計測部が構成された
フルイディック本体の平面図である。

【図３】この発明の一実施例のフルイディック流量計の
一対のノズル部材の平面図である。

【図４】この発明の一実施例のフルイディック流量計の
ガス供給部の背面図である。

【図５】この発明の一実施例のフルイディック流量計の
整流手段の斜視図である。

【図６】この発明の一実施例のフルイディック流量計の
多孔板の孔の内径を４００μｍとした場合のＱ−ｆ性能
曲線を示す図である。

【図７】この発明の一実施例のフルイディック流量計の
多孔板の孔の内径を２００μｍとした場合のＱ−ｆ性能
曲線を示す図である。

【図８】この発明の一実施例のフルイディック流量計の
多孔板の孔の内径を１００μｍとした場合のＱ−ｆ性能
曲線を示す図である。

【図９】この発明の一実施例のフルイディック流量計に
多孔板も柱部材もない場合のＱ−ｆ性能曲線を示す図で
ある。

【図１０】この発明の一実施例のフルイディック流量計
の多孔板のみを設けた場合のＱ−ｆ性能曲線を示す図で
ある。

【図１１】この発明の一実施例のフルイディック流量計
の多孔板と柱部材の両方を設けた場合のＱ−ｆ性能曲線
を示す図である。

【図１２】従来のフルイディック流量計の内部を説明す
る断面正面図である。

【符号の説明】 ２０ フルイディック流量計 ２１ 流体供給路 ２３ ガス供給部（マルチフィーダ） ２８ ガス導入口 ３３ 流量計測部 ３７ 蓄気室 ４０ 分散手段（多孔板） ４２ 取付手段（溝） ４３ 整流手段（柱部材）

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスが供給される流体供給路と、この流
   体供給路から供給されたガスの流量を計測する流量計測
   部との間にガス導入口が設けられると共に、前記流量計
   測部の上流側に分流機能を有する整流手段が設けられた
   フルイディック流量計において、前記ガス導入口の上流
   側に該ガス導入口を覆って前記ガスを分散、整流させる
   分散手段を設けると共に、この分散手段の後流側の前記
   ガス導入口に前記整流手段を設けたことを特徴とするフ
   ルイディック流量計。
2. 【請求項２】 前記分散手段が多孔板によって構成され
   る一方、前記整流手段が平断面三角形状の柱部材によっ
   て構成されていることを特徴とする請求項１記載のフル
   イディック流量計。