JP3355130B2 - 流量計の脈動吸収構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子式ガスメータ
等に使用される流量を計測する流量計に関し、さらに詳
しくは、流路中の流速を間欠的に計測して積算流量を推
測する推量式流量計の脈動（圧力変動、流速変動）の影
響を軽減する流量計の脈動吸収構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子式ガスメータ等の流量計測に
使用されている流量計としては、超音波式やフルイディ
ック式等の流量計が広く使用されている。例えば、超音
波式のガス流量計の基本原理について簡単に説明する
と、図３に示すように、超音波式流量計３０は、ガス流
路内に一定距離だけ離れて配置された超音波周波数で作
動する、例えば圧電式振動子からなる２つの音響トラン
スジューサ３１、３２と、超音波が伝搬する計測用ダク
ト３３とを有している。

【０００３】超音波式流量計３０は、例えば、先ずガス
流入側の音響トランスジューサ３１から超音波信号を発
生させ、ガス流出側の音響トランスジューサ３２に受信
させて音響トランスジューサ間での超音波信号のガス流
方向の伝搬時間ｔ1 を計測する。次に超音波式流量計３
０は、双方の音響トランスジューサを切換えて、ガス流
出側の音響トランスジューサ３２から超音波信号を発生
させ、ガス流入側の音響トランスジューサ３１に受信さ
せて該ガス流方向とは逆方向の伝搬時間ｔ2 を計測す
る。更に超音波式流量計３０は、計測した２つの伝搬時
間ｔ1,ｔ2 の伝搬時間差に基づいて計測用ダクト３３内
を流れているガスの流速ｖを間欠的に求め、この流速ｖ
に計測用ダクト３３の断面積を乗じて瞬時流量を求め
る。そして、瞬時流量に一定の計測間隔であるサンプリ
ング時間を乗じて通過流量を求め、通過流量を積算して
求めた積算流量を表示するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の流
量計を通じて供給されるガス等の流体を消費するガスヒ
ートポンプ（ＧＨＰ）等の燃焼器の中には、作動中、供
給ガスに圧力変動や流速変動等の脈動を生じさせるもの
がある。すなわち例えば、図４（ａ）に示す流量計の設
置例では、燃焼器４０の作動に伴ってガス圧に変動を生
じ、その脈動４１が流量計３０の下流側から流量計３０
内に伝搬してくる。これが計測誤差の原因となる。

【０００５】また、図４（ｂ）に示す流量計の設置例で
は、並列に接続された２つの流量計３０Ａ、３０Ｂのう
ち、流量計３０Ｂには、燃焼器４０Ｂからの脈動４１Ｂ
が下流側から伝搬するとともに、燃焼器４０Ａからの脈
動４１Ａが上流側から伝搬する。したがって、流量計３
０Ｂには、図４（ａ）に示す設置例よりも更に大きな計
測誤差が発生することとなる。

【０００６】図５を参照して更に詳しく説明すると、圧
力変動等が発生すると、これが原因でガス流に、時間と
共にガス流速が変化する脈動を生じるようになる。この
ような脈動の生じているガス流の流速ｖを、上述したよ
うな流量計により一定のサンプリング間隔Δｔを以て測
り、計測した流速ｖにサンプリング時間Δｔを乗じて通
過流量を求める。この場合、図中斜線を施した部分が誤
差となる。したがって、通過流量を積算して求めた積算
流量は、実際のガス使用量と違った積算値となる。

【０００７】本発明の目的は、上記課題を解決すること
にあり、脈動の影響を軽減して、正確な流量計測を行う
ことができる流量計の脈動吸収構造を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる上記課題
は、流入口及び流出口を介して流入又は流出する流体中
の流速を計量測定部によって間欠的に計測して積算流量
を推測する推量式流量計の脈動吸収構造において、前記
流入口及び流出口の少なくともいずれか一方の内方に
は、流入口又は流出口より内径の小さな流体流路を内周
に有するとともに、周壁上に大小異なる多数の孔を有す
る多孔パイプが、前記流体の流入又は流出方向に沿わせ
るように設けられており、かつ該多孔パイプの下流域に
前記流体の流れを阻止する隔壁が設けられていることを
特徴とする流量計の脈動吸収構造によって解決される。

【０００９】本発明に係る流量計の脈動吸収構造におい
ては、流入口及び流出口を介して本体内に流入又は流出
する流体に、例えば流量計の上流側又は下流側から脈動
が伝搬してきた場合、流体の流れを内周の流体流路から
外側の流体流路に大小異なる多数の孔を介して大小の分
岐流が流れ出すとともに、その下流域に設けられた隔壁
に流れを阻止されることで細かな乱流が瞬間的に発生
し、この乱流により流体の脈動を減衰させることができ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態である
流量計の脈動吸収構造を適用した超音波式ガス流量計に
ついて、図１及び図２に基づいて詳細に説明する。図１
は、本発明の一実施形態である流量計の脈動吸収構造を
適用した超音波式ガス流量計を示す概略断面図、図２
は、図１に示した超音波式ガス流量計の流入口付近の拡
大断面図である。

【００１１】図１及び図２を参照すると、超音波式ガス
流量計１０は、本体１１内に流入口１２及び流出口１３
を介して流入又は流出するガス流量を本体１１内に設け
られた計量測定部１４において計測する。

【００１２】前記流入口１２及び流出口１３は、それぞ
れ略円筒状に形成されており、略同一の内径を有する。
流入口１２及び流出口１３の内方には、内側流路１５、
１６を有する略円筒状の多孔パイプ１７、１８が、ガス
流の流入又は流出方向に沿わせるように設けられてい
る。各多孔パイプ１７、１８の周壁上には大小異なる孔
１７ａ、１８ａが多数設けられている。本実施形態では
パイプの下端方向に向かって大きな孔から次第に小さな
孔にグラデーション状に設けられている。

【００１３】すなわち、流入口１２及び流出口１３の内
方は、各多孔パイプ１７、１８によって、本流である内
側流路１５、１６と、この内側流路から大小異なる孔１
７ａ、１８ａを通って多数の分岐流が発生する外側流路
１９、２０との二重流路が形成されている。

【００１４】また、各多孔パイプ１７、１８の下方に
は、多孔パイプ１７、１８下端と所定間隔を隔てた隔壁
２１、２２が設けられている。すなわち、各隔壁２１、
２２は、ガス流の流入又は流出方向と直交する方向に沿
って設けられている。また、各隔壁２１、２２の上面に
は、補助隔壁２３が流入口１２及び流出口１３の側壁２
４の延長線上に沿って、上方に向けて突設されている。
この隔壁２１、２２と補助隔壁２３により本体１１内の
特定方向へのガス流の流れを阻止する。

【００１５】また、計量測定部１４は、従来の構成と同
様である。すなわち、超音波が伝搬する計測用ダクト２
５と、計測用ダクト２５を挟んで所定の間隔を隔てて対
向する位置に配置された一対の音響トランスジューサ２
６、２７を備えている。各トランスジューサ２６、２７
は、超音波周波数で作動する圧電式振動子である。

【００１６】そして、ガス流量の積算手順も上述したよ
うに、ガス流入側のトランスジューサ２６から超音波信
号を発生させ、当該超音波信号をガス流出側のトランス
ジューサ２７に受信させる。このとき、両トランスジュ
ーサ２６、２７間での超音波信号のガス流方向の伝搬時
間ｔ1 を計測する。

【００１７】次に、双方のトランスジューサ２６、２７
を切換え、ガス流出側のトランスジューサ２７から超音
波信号を発生させ、当該超音波信号をガス流入側のトラ
ンスジューサ２６に受信させる。このとき、ガス流方向
とは逆方向の伝搬時間ｔ2 を計測する。

【００１８】そして、上記伝搬時間ｔ1,ｔ2 の伝搬時間
差に基づいて、計測用ダクト２５内を流れているガスの
流速ｖを間欠的に求め、計測用ダクト２５の断面積と、
温度、圧力及びガス質（密度、粘度）により決定される
定数を流速ｖに乗じて瞬時流量を求める。その後、瞬時
流量に一定の計測間隔であるサンプリング時間を乗じて
通過流量を求め、通過流量を積算して積算流量を求め
る。

【００１９】本実施形態の流量計の脈動吸収構造の作用
を説明する。上述した構成のガス流量計１０において
は、流入口１２及び流出口１３を介して本体１１内に流
入又は流出するガス流に、流量計の上流側又は下流側か
ら脈動が伝搬してきた場合、ガス流の流れを変える多孔
パイプ１７、１８及び隔壁２１、２２の存在によって、
圧力変動、流速変動等の脈動が減衰される。

【００２０】すなわち、流入口１２側について説明する
と、図２に示すように流入口１２から流入した計量前の
ガス流は、内側流路１５を通過して隔壁２１に直接当た
る主流と、内側流路１５を通過中に大小多数の孔１７ａ
から外側流路１９に流出してから隔壁２１に当たる分岐
流にわかれる。この主流と分岐流が隔壁２１で衝突する
とともに、隔壁２１に跳ね返された主流が外側流路１９
内に回り込んで上流からの分岐流と衝突することで瞬間
的に乱流が生じる。この乱流によってガス流を伝搬して
きた脈動を減衰させることができる。

【００２１】また、流出口１３側について説明すると、
流出口１３から流出する計量後のガスは、隔壁２２を回
り込み、内壁面１１ａと補助隔壁２３先端との間を通っ
て、流出口１３手前の多孔パイプ１８に当たり、外側流
路２０内を流れてから、大小多数の孔１７ａから内側流
路１６内に流れ込むガス流と、多孔パイプ１８の下端を
迂回して内側流路１６内に流れ込むガス流とが内側流路
１６内で合流して流出口１３から流出する。この合流時
に瞬間的に乱流が生じ、この乱流により流出ガス流を伝
搬してきた脈動を減衰させることができる。

【００２２】なお、ガス流量計１０の下流側からの脈動
の伝搬に留まらず、ガス流量計１０の下流側から、例え
ばガス流の逆流が生じた場合でも、上述したガス流量計
１０の下流側からの脈動の伝搬と同様に、流出口１３に
おいて逆流するガス流の脈動が減衰される。

【００２３】上述したように本実施形態の流量計の脈動
吸収構造によれば、流体流路１５、１６を内周に有し、
周壁上に大小異なる多数の孔１７ａ、１８ａを有する多
孔パイプ１７、１８が、流体の流入又は流出方向に沿わ
せるように流入口１２及び流出口１３に設けられてお
り、かつ該多孔パイプの下流域に流体の流れを阻止する
隔壁２１、２２が設けられている。したがって、ガス流
量計１０の上流側又は下流側から伝搬する脈動を流入口
１２及び流出口１３付近で減衰させることができる。こ
れにより、ガス流量計測に及ぼす脈動流の影響を軽減す
ることができ、正確な流量計測を行うことができる。ま
た、製造に際しても、現行部品の簡単な形状変更と付加
的に多孔パイプを取付けることで、計測精度が高く、安
価な流量計を得ることができる。

【００２４】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものでなく、適宜な変更を行うことにより他の形態でも
実施することができる。例えば、上記実施形態では、多
孔パイプ１７、１８の大小多数の孔１７ａ、１８ａを下
端方向に向かって大きな孔から小さな孔にグラデーショ
ン状に配置したが、逆に小さな孔から大きな孔に配置し
ても良く、ランダム状に配置することもできる。

【００２５】また、上記実施形態では、超音波式を含む
推量式ガス流量計の原理・構造に特に適したものであ
り、顕著な効果が期待できるため、超音波式ガス流量計
に適用した実施形態例として説明したが、これに限るも
のではない。すなわち、ガスに限らず、他のあらゆる流
体の流量を計測する流量計に適用することが可能であ
り、超音波式に限らず、フルイディック式等の他の推量
式流量計又は実測式流量計に適用することができる。そ
れらの場合でも、上述と同様の高い効果を期待できる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の流量計の脈
動吸収構造によれば、流入口及び流出口の少なくともい
ずれか一方の内方には、流入口又は流出口より内径の小
さな流体流路を内周に有するとともに、周壁上に大小異
なる多数の孔を有する多孔パイプが、流体の流入又は流
出方向に沿わせるように設けられており、かつ該多孔パ
イプの下流域に流体の流れを阻止する隔壁が設けられて
いる。

【００２７】したがって、流量計の上流側又は下流側か
ら脈動が伝搬してきた場合、大小異なる多数の孔を介し
て大小の分岐流が発生するとともに、その下流域に設け
られた隔壁に流れを阻止されることで細かな乱流が発生
する。よって、この乱流により流体の脈動を減衰させる
ことができ、正確な流量計測を行うことができる信頼性
の高い流量計を得ることができる。また、現行部品の簡
単な形状変更と付加的に多孔パイプを取付けるだけで計
測精度が高い流量計を得ることができるので、コスト面
でも安価な流量計を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である流量計の脈動吸収構
造を適用した超音波式ガス流量計を示す概略断面図であ
る。

【図２】図１に示した超音波式ガス流量計の流入口付近
の拡大断面図である。

【図３】従来の超音波式ガス流量計を示す概略断面図で
ある。

【図４】従来のガス流量計の設置例を示す概略図であ
る。

【図５】ガス流の流速変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ 流量計（超音波式ガス流量計） １１ 本体 １２ 流入口 １３ 流出口 １４ 計量測定部 １５、１６ 内側流路 １７、１８ 多孔パイプ １７ａ、１８ａ 孔 １９、２０ 外側流路 ２１、２２ 隔壁 ２３ 補助隔壁 ２５ 計測用ダクト ２６、２７ 音響トランスジューサ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流入口及び流出口を介して流入又は流出
   する流体中の流速を計量測定部によって間欠的に計測し
   て積算流量を推測する推量式流量計の脈動吸収構造にお
   いて、 前記流入口及び流出口の少なくともいずれか一方の内方
   には、流入口又は流出口より内径の小さな流体流路を内
   周に有するとともに、周壁上に大小異なる多数の孔を有
   する多孔パイプが、前記流体の流入又は流出方向に沿わ
   せるように設けられており、かつ該多孔パイプの下流域
   に前記流体の流れを阻止する隔壁が設けられていること
   を特徴とする流量計の脈動吸収構造。