JP3017832B2 - 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
内に噴出されるガス等の流体の振動現象によって生じる
交番圧力波を検出して流量を検出するフルイディック流
量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般家庭等に設置され、ガスの流量を計
量するフルイディック流量計は、例えば、特開昭６３−
３１３０１８号公報、特開平１−２５０７２５号公報か
ら公知である。

【０００３】フルイディック流量計は、流路の入口側に
噴出ノズルが設けられ、この噴出ノズルから流路に流体
を噴出すると、コアンダ効果によって噴出流体は、例え
ば右側の側壁に沿って流れる。この右側の側壁に流れた
流体の一部は帰還流体となり、この帰還流体の流体エネ
ルギが噴出流体に付与され、噴出流体が左側の側壁に沿
って流れるようになり、今度は左側の側壁に流れた流体
の一部が帰還流体となり、この帰還流体の流体エネルギ
が噴出流体に付与され、噴出流体が再び右側の側壁に沿
って流れるようになる。

【０００４】つまり、噴出ノズルから流路内に噴出され
る流体の振動現象によって交番圧力波が生じる。この交
番圧力波を圧電膜センサによって検出し、この周波数か
ら流量を算出して流体の流量を検出している。

【０００５】ところで、前記交番圧力波を検出するため
には噴出ノズルの出口近傍の交番圧力波が生じる位置に
圧力波導入部を設ける必要があるが、圧電膜センサの圧
力波導入部の位置および間隔は、一般に交番圧力波が生
じる位置および間隔とは異なっており、両者は対応しな
い。

【０００６】また、他の構成部材に邪魔されて離れた位
置に圧電膜センサを設置せねばならない場合もある。し
たがって、従来においては次のような方式で圧力波の伝
達を行っている。

【０００７】すなわち、図９は、流路本体１の側壁に交
番圧力波が生じる位置に対応した間隔に圧力波導入パイ
プ２，２を設けている。一方、流路本体１の外側壁には
圧電膜センサ３を設け、この圧電膜センサ３に設けられ
た圧力波導入部４，４と前記圧力波導入パイプ２，２と
をビニールチューブ等のパイプ５，５によって接続して
いる。

【０００８】また、図１０は、流路本体１の側壁に交番
圧力波が生じる位置に対応した間隔に圧力波導入孔６，
６を設けている。一方、流路本体１の外側壁にパッキン
グ７を介してプレート８を設け、このプレート８にパッ
キング９を介して圧電膜センサ３を設けている。

【０００９】そして、プレート８に圧電膜センサ３に設
けられた圧力波導入部４，４と連通する通孔１０ａ，１
０ａを設けるとともに、前記圧力波導入孔６，６と連通
する通孔１０ｂ，１０ｂを設け、これら通孔１０ａと１
０ｂとをプレート８の内部で連通して圧力波伝達路１０
を形成している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述のよう
に、圧電膜センサの圧力波導入部の間隔と交番圧力波が
生じる位置および間隔との違いを補うために、パイプを
接続して圧力波を伝達させるように構成したものは、パ
イプを接続するスペースが必要となり、流量計が大型化
するとともに、接続箇所が多くなり、ガス漏洩の恐れが
ある。

【００１１】また、プレートを介在し、このプレートに
通孔を設けた構造は、プレートおよびパッキングの肉厚
分だけ流量計が大型化し、さらに加工が面倒でコストア
ップの原因となるという問題がある。

【００１２】また、一般家庭用ガス流量計は、最大使用
流量からその1/1000〜1/2000の流量まで広い範囲に亘っ
て計測できる必要性があるが、交番圧力波を検出する圧
電膜センサを用いたフルイディック流量計の計測可能範
囲は、最大使用流量からその1/50程度であり、微小流量
域での計測は不可能である。そこで、大流量域は圧電膜
センサによって検出し、微小流量域はフローセンサによ
って検出するように構成したフルイディック流量計が開
発された。

【００１３】このフルイディック流量計は、図１１に示
すように構成されている。すなわち、１０１はケースで
あり、これはケース本体１０２と蓋体１０３とから構成
されている。

【００１４】ケース１０１の内部には流路１０４を構成
する流路本体１０５が設けられ、この流路本体１０５の
開口部はパッキング１０６を介して蓋体１０７によって
気密に閉塞されている。そして、前記流路本体１０５の
側壁にはフローセンサ１０８が取り付けられ、蓋体１０
７には圧電膜センサ１０９が取り付けられている。

【００１５】ところで、圧電膜センサ１０９は、前述し
たように、噴出ノズルから流路１０４内に噴出される流
体の振動現象によって生じる交番圧力波を検出するよう
になっており、検出波形、外乱の影響の少ない、噴出ノ
ズルの出口近傍にその検出位置を設置するのが好まし
く、フローセンサ１０８は、微小流量を検出するという
目的上、最も流速の大きい、噴出ノズル部に設置するの
が好ましい。

【００１６】したがって、圧電膜センサ１０９とフロー
センサ１０８の検出位置は必然的に極めて接近した位置
になり、両センサのオーバラップを避けるために、従来
はフローセンサ１０８と圧電膜センサ１０９とを流路１
０４を挟んで相対向する状態に設置している。

【００１７】ところが、前述のように構成されたフルイ
ディック流量計は、フローセンサ１０８と圧電膜センサ
１０９とが流路１０４を挟んで相対向する状態に設置さ
れているために、これらを包容するケース１０１が大型
化するという欠点がある。

【００１８】また、流路本体１０５に対するフローセン
サ１０８と圧電膜センサ１０９の取付け方向が２方向と
なり、組立て作業工程も多くなり、組立て作業性が悪い
という欠点がある。

【００１９】この発明は、前記事情に着目してなされた
もので、その目的とするところは、簡単な構造で圧力波
を伝達する圧力信号伝達路を形成することができ、流量
計の小型化を図ることができるフルイディック流量計を
提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段及び作用】この発明は、前
記目的を達成するために、請求項１は、噴出ノズルから
流路内に噴出される流体の振動現象によって生じる交番
圧力波を検出して流量を検出する圧電膜センサを設けた
フルイディック流量計において、前記流路を構成する流
路本体の交番圧力波が生じる２箇所に溝部を形成すると
ともに、これら溝部の一端側の圧力波導入口を残して閉
止部材によって閉塞し、これら溝部の底部に前記圧電膜
センサと連通する通孔を設けて圧力信号伝達路を形成し
たことにある。

【００２１】噴出ノズルから流体が噴出する際に、その
流体の振動現象によって生じる交番圧力波は、凹溝の一
端側の圧力波導入口から凹溝および通孔を介して圧電膜
センサに伝達され、圧電膜センサによって流量が計測さ
れる。

【００２２】請求項２は、溝部に嵌入されるキャップに
よって閉止部材を構成し、また、請求項３は、キャップ
の周壁の一部に切欠部を設け、溝部にキャップの切欠部
の端面と当接する突起を設け、キャップの周方向の位置
決めを行うことを特徴とする。

【００２３】請求項４は、フローセンサと圧電膜センサ
とを流路本体の一側壁に隣接して設置し、流路本体に対
してフローセンサと圧電膜センサを同方向から組付けで
きるようにしたことを特徴とする。

【００２４】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
説明する。

【００２５】図１および図２はフルイディック流量計の
全体を示すもので、１１はケースである。このケース１
１は矩形箱状のケース本体１２と、このケース本体１２
の開口部を閉塞する蓋体１３とから構成されている。

【００２６】ケース本体１２の下部にはガス流入口体１
４とガス流出口体１５が並設され、上部には表示窓１６
が設けられている。ケース１１の内部における下部には
後述するフルイディック素子１７および遮断弁１８が設
置され、上部には電池１９、圧力スイッチ２０、感震器
２１および前記表示窓１６に対向する積算表示基板２２
が設置されている。

【００２７】前記フルイディック素子１７について説明
すると、２３はダイキャスト等によって形成された流路
本体であり、この流路本体２３の開口部をパッキング２
４を介して蓋体２５によって閉塞することにより、流路
２６が構成されている。

【００２８】この流路２６は隔壁２７によって区画さ
れ、上流側流路２８は前記ガス流入口体１４に連通し、
下流側流路２９は前記ガス流出口体１５に連通してい
る。上流側流路２８の途中には弁座３０が設けられ、こ
の弁座３０には前記遮断弁１８の弁体３１が対向してい
る。すなわち、前記圧力スイッチ２０、感震器２１が異
常を感知したとき、遮断弁１８によって流路２６を遮断
することができるように構成されている。

【００２９】前記流路本体２３の隔壁２７には図３に示
すように、噴出ノズル３２が設けられている。この噴出
ノズル３２は流路本体２３の奥行き方向全体に亘って開
口するスリット状で、その長手方向の開口両側縁には上
流側流路２８に突出する突出部３２ａ，３２ｂを有し、
ノズル通路長を延長させている。

【００３０】この噴出ノズル３２に対向する下流側流路
２９には流体の流動方向切換安定化を図るための第１の
ターゲット３３が設けられている。この第１のターゲッ
ト３３を挟んで両側には側壁３４ａ，３４ｂが対称的に
設けられている。

【００３１】さらに、前記第１のターゲット３３より下
流側に位置する中央部には第２のターゲット３５が設け
られ、さらに下流側には下流側流路２９の幅方向に延長
するリターン壁３６が設けられている。そして、前記側
壁３４ａ，３４ｂの外側に帰還流路３７ａ，３７ｂが形
成され、リターン壁３６の両端外側に排出通路３８ａ，
３８ｂが設けられている。

【００３２】したがって、前記噴出ノズル３２から下流
側流路２９に向かって流体が噴出されると、コアンダ効
果によって噴出流体は、例えば右側の側壁３４ａの内側
に沿って流れる。

【００３３】この右側の側壁３４ａに流れた流体の大部
分は排出通路３８ａに向かうが、一部は帰還流体とな
り、帰還通路３７ａに向かう。この帰還流体の流体エネ
ルギが噴出流体に付与され、噴出流体が左側の側壁３４
ｂの内側に沿って流れるようになり、今度は左側の側壁
３４ｂに流れた流体の一部が帰還流体となり、この帰還
流体の流体エネルギが噴出流体に付与され、噴出流体が
再び右側の側壁３４ａの内側に沿って流れるようにな
る。つまり、噴出ノズル３２から下流側流路２９内に噴
出される流体の振動現象によって交番圧力波が生じるよ
うに構成されている。

【００３４】さらに、前記噴出ノズル３２に対応する前
記流路本体２３の側面にはフローセンサ４０および圧電
膜センサ４１が設けられている。フローセンサ４０は、
センサ本体４２と、発熱部および感温部からなる検出部
を備えたセンサチップ４３とからなり、センサ本体４２
を前記流路本体２３の側面に固定し、センサチップ４３
を噴出ノズル３２に臨ませている。

【００３５】すなわち、フローセンサ４０は、微小流量
域の計測を行うために、流路が狭められて流速が最も速
くなる位置に設置されている。また、前記圧電膜センサ
４１は大流量域の計測を行うためのもので、図４〜図６
に示すように、センサ本体４４と、圧力波導入部４５と
からなり、センサ本体４４を前記流路本体２３の側面に
固定し、圧力波導入部４５を噴出ノズル３２の出口近傍
で、振動現象によって生じる交番圧力波の最適取出し位
置に設置している。

【００３６】すなわち、噴出ノズル３２の出口近傍に位
置する流路本体２３の内壁には一対の溝部としての一対
の円形状の凹陥部４６，４６が対称的に設けられてい
る。これら凹陥部４６，４６と連通して前記噴出ノズル
３２の出口側角部まで延長する凹溝４７，４７が前記流
路本体２３の内壁に刻設されている。

【００３７】さらに、凹陥部４６，４６の底部で、前記
凹溝４７と反対方向に偏倚した位置には流路本体２３の
側面を貫通する通孔４８が穿設され、前記センサ本体４
４と連通している。また、前記凹陥部４６，４６と凹溝
４７，４７との角部には凹陥部４６，４６ないに突出す
る突起４６ａ，４６ａが設けられている。

【００３８】一方、凹陥部４６，４６には前記凹溝４７
と対応する部分に切欠部４９ａを有する閉止部材として
のキャップ４９，４９が嵌入されている。そして、切欠
部４９ａの端面は前記突起４６ａ，４６ａに当接してお
り、キャップ４９，４９の周方向の位置決めがされてい
る。しかも、流路２６に凹凸ができないように、キャッ
プ４９，４９の底面は流路本体２３の底面と同一平面上
に位置している。

【００３９】このように構成することによって、流路本
体２３の下流側流路２９で、しかも噴出ノズル３２の出
口側角部に開口する圧力波導入口４７ａが形成され、こ
の圧力波導入口４７ａは凹溝４７、キャップ４９で覆わ
れた凹陥部４６および通孔４８を介してセンサ本体４４
に連通し、圧力信号伝達路５０が形成されている。

【００４０】すなわち、この圧力信号伝達路５０によっ
て圧力信号の迂回通路を形成し、圧電膜センサ４１のセ
ンサ本体４４が前記フローセンサ４０のセンサ本体４２
とオーバラップするのを避け、流路本体２３の同一側面
にフローセンサ４０と圧電膜センサ４１を並設すること
を可能としている。

【００４１】一方、前記上流側流路２８には金網からな
る平板状の第１の整流板５１と金網からなる山形状の第
２の整流板５２が設置され、これらは流路本体２３に対
して着脱可能に設けられている。

【００４２】次に、前述のように構成されたフルイディ
ック流量計の作用について説明する。ガス流入口体１４
から流入した流体は流路２６の上流側流路２８を通過
し、さらに第１の整流板５１および第２の整流板５２に
よって整流された後、噴出ノズル３２に向かう。

【００４３】噴出ノズル３２は流路が狭められているた
めに、流体の流速が増し、噴出ノズル３２から下流側流
路２９に流体が噴出される。流体が噴出ノズル３２を通
過するとき、その流速がフローセンサ４０によって検出
される。

【００４４】噴出ノズル３２から下流側流路２９に向か
って流体が噴出されると、コアンダ効果によって噴出流
体は、例えば右側の側壁３４ａの内側に沿って流れる。
この右側の側壁３４ａに流れた流体の大部分は排出通路
３８ａに向かうが、一部は帰還流体となり、帰還通路３
７ａに向かう。

【００４５】この帰還流体の流体エネルギが噴出流体に
付与され、噴出流体が左側の側壁３４ｂの内側に沿って
流れるようになり、今度は左側の側壁３４ｂに流れた流
体の一部が帰還流体となり、この帰還流体の流体エネル
ギが噴出流体に付与され、噴出流体が再び右側の側壁３
４ａの内側に沿って流れるようになる。

【００４６】つまり、噴出ノズル３２から下流側流路２
９内に噴出される流体の振動現象によって交番圧力波が
生じる。この交番圧力波、つまり噴出ノズル３２からの
噴流の流動方向の変化に起因する圧力変化は圧力信号伝
達路５０，５０を介して圧電膜センサ４１によって検出
される。フローセンサ４０および圧電膜センサ４１から
の波形信号はその周波数から流体流量を算出して積算表
示基板２２に表示される。

【００４７】また、流路本体２３に対してフローセンサ
４０および圧電膜センサ４１を組付けるに当たっては、
流路本体２３の同一側面にフローセンサ４０と圧電膜セ
ンサ４１を同方向から取付けるため、組み立て作業性の
向上を図ることができ、さらに保守点検および修理の際
にも作業性が向上する。

【００４８】なお、前記一実施例においては、圧力信号
伝達路５０を形成するために、流路本体２３の内壁に溝
部として凹陥部４６、この凹陥部４６に連通する凹溝４
７を設け、凹陥部４６をキャップ４９によって閉塞する
ことにより、凹溝４７の一端側に圧力波導入口４７ａを
設けたが、凹陥部４６を設けずに、凹溝４７を設け、こ
の凹溝４７の一端側を残してキャップ等によって閉塞し
た構造であってもよい。

【００４９】さらに、図７および図８に示すように、凹
陥部４６の開口縁に段差部５３を設け、この段差部５３
に閉止部材として円板５４を嵌入して凹陥部４６を閉塞
することにより、凹溝４７の一端側に圧力波導入口４７
ａを設けた構造であってもよい。勿論、この場合におい
ても、流路２６に凹凸ができないように、円板５４は流
路本体２３の底面と同一平面上に位置している。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の請求項
１によれば、流路を構成する流路本体の交番圧力波が生
じる２箇所に溝部を形成するとともに、これら溝部の一
端側の圧力波導入口を残して閉止部材によって閉塞し、
これら溝部の底部に圧電膜センサと連通する通孔を設け
て圧力信号伝達路を形成したから、従来のパイプやプレ
ートを追加して圧力信号伝達路を形成したものに比較し
て流量計の小型化を図ることができる。

【００５１】請求項２、３によれば、溝部に嵌入される
キャップによって閉止部材を構成し、キャップの周壁の
一部に切欠部を設ける一方、溝部にキャップの切欠部の
端面と当接する突起を設けたから、キャップの周方向の
位置決めを行うことができ、組み立て作業性を向上でき
る。

【００５２】請求項４によれば、フローセンサと圧電膜
センサとを流路本体の一側壁に隣接して設置し、流路本
体に対してフローセンサと圧電膜センサを同方向から組
付けできるようにしたから、組立て作業性の向上と保守
点検および修理も容易となり、さらに流量計の小型化を
図ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係わるフルイディック流
量計の縦断正面図。

【図２】同実施例のフルイディック流量計の縦断側面
図。

【図３】同実施例のフルイディック素子の縦断正面図。

【図４】同実施例の圧力信号伝達路を示す断面図。

【図５】同実施例の圧力信号伝達路を構成する凹陥部お
よびキャップの斜視図。

【図６】同実施例の圧力信号伝達路の断面図。

【図７】この発明の他の実施例に係わる圧力信号伝達路
を構成する凹陥部および円板の斜視図。

【図８】同実施例の圧力信号伝達路の断面図。

【図９】従来のフルイディック流量計の圧力信号伝達路
の構造を示す断面図。

【図１０】従来のフルイディック流量計の圧力信号伝達
路の構造を示す断面図。

【図１１】従来のフルイディック流量計の縦断側面図。

【符号の説明】

１１…ケース、２３…流路本体、２６…流路、３２…噴
出ノズル、４０…フローセンサ、４１…圧電膜センサ、
４６…凹陥部、４６ａ…突起、４７…凹溝、４７ａ…圧
力波導入口、４９…キャップ（閉止部材）、４９ａ…切
欠部、５０…圧力信号伝達路、５４…円板（閉止部
材）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大池 英行 東京都板橋区志村１丁目２番３号 株式 会社金門製作所内 (72)発明者 神田 廣一 愛知県名古屋市熱田区千年１丁目２番70 号 愛知時計電機株式会社内 (72)発明者 澁谷 忠夫 大阪府大阪市東成区東小橋２丁目10番16 号 関西ガスメータ株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−308921（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 1/20 G01F 7/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流路内に流体を噴出する噴出ノズルを有
   し、この噴出ノズルに流体の流速を検出して微小流量域
   の流量を検出するフローセンサを設けるとともに、前記
   噴出ノズルから流路内に噴出される流体の振動現象によ
   って生じる交番圧力波を検出して流量を検出する圧電膜
   センサを設けたフルイディック流量計において、前記流
   路を構成する流路本体の交番圧力波が生じる２箇所に溝
   部を形成するとともに、これら溝部の一端側の圧力波導
   入口を残して閉止部材によって閉塞し、これら溝部の底
   部に前記圧電膜センサと連通する通孔を設けて圧力信号
   伝達路を形成したことを特徴とするフルイディック流量
   計。
2. 【請求項２】 閉止部材は、溝部に嵌入されるキャップ
   であ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。
3. 【請求項３】 キャップは、その周壁の一部に切欠部が
   設けられ、溝部にはこの内部に嵌入されるキャップの切
   欠部の端面と当接してキャップの周方向の位置決めを行
   う突起を設けたことを特徴とする請求項１または２記載
   のフルイディック流量計。
4. 【請求項４】 フローセンサと圧電膜センサとを流路本
   体の一側壁に隣接して設置した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。