JP3482038B2 - 圧力変動吸収装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は配管内を輸送される都市
ガス等の流体の圧力変動を抑制するための圧力変動吸収
装置に係り、例えばフルイディック流量計におけるフル
イディック素子の上流側に発生した圧力変動を吸収する
圧力変動吸収装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、都市ガス等の需要者宅に配設され
るガスメータとして、例えば熱式流速センサ（フローセ
ンサ）を用いた流量計のほか、フルイディック発振の周
波数が流体（ガス）の流量と関係することを利用したフ
ルイディック流量計が知られている。このフルイディッ
ク流量計では、フルイディック素子の上流側に設けられ
たガスガバナやガスヒートポンプ等の影響によりガスに
脈動等のノイズ的な圧力変動が生ずると、特に低流量域
におけるフルイディック発振が影響を受け、測定精度が
低下してしまう。そこで、このような管内圧力変動を吸
収し抑制するため、従来より、例えば図６に示すような
圧力変動吸収装置をフルイディック素子の上流側流路中
に配設することが考えられている。

【０００３】この圧力変動吸収装置６０は、両端部が閉
塞された円筒形状のケース６１０内に円筒形状のフロー
ト６２０を昇降自在に収容したものである。ケース６１
０には、その底面にガスの入口部６１１が形成され、ま
た側面の下部位置にはガスの出口部６１２が形成されて
いる。一方、フロート６２０は下端面が開放されると共
に、上端面が閉塞されている。フロート６２０の外周面
とケース６１０の内周面との間の隙間は、周面全体にわ
たって微小（０．数ｍｍ程度）であり、また、両周面は
共に突起のない滑らかな面になっている。

【０００４】この圧力変動吸収装置６０では、ガス流量
に基づく入口部６１１の圧力と出口部６１２の圧力との
圧力差に応じてケース６１０内をフロート６２０が上下
移動し、これによりケース６１０の出口部６１２の開口
率が変化し、ガスのノイズ的圧力変動を吸収するように
なっている。例えば、あるガス流量において、フロート
６２０は図７に示す位置まで浮上し、上流側からのガス
は入口部６１１および出口部６１２を通って下流側へと
流れるが、上流側の圧力変動は絞りとしての出口部６１
２の存在によって吸収されるのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の圧
力変動吸収装置では、上述のようにフロート６２０の外
周面とケース６１０の内周面とはいずれも突起のない平
滑面であり、両周面間の隙間量は周面全体にわたって均
一かつ微小であったので、フロート６２０はケース６１
０といわば面接触の状態で昇降するようになっていた。
一方、ガス中にはある程度のダストが含まれていること
があり、このガスが圧力変動吸収装置内を長期間通過す
ることによって、図７に示すようにフロート６２０とケ
ース６１０との隙間にダストが付着する。したがって、
ダストの付着量が一定量以上になると、フロート６２０
の移動動作が円滑さを失い、場合によってはフロート６
２０がケース６１０に固着してまったく動作しなくなる
こともあった。この結果、圧力変動の吸収能力が著しく
低下し、あるいは吸収能力がゼロになるおそれもあると
いう問題点があった。

【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、流体中に含まれるダスト等によるフ
ロート動作への影響を低減し、長期間にわたって安定し
た圧力変動吸収能力を維持することができる圧力変動吸
収装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の圧力変動
吸収装置は、流体の流路中に設けられ、その上流側にお
ける流体の圧力変動を吸収して下流側への伝達を抑制す
るための装置であって、底面部に上流側に通ずるフロー
ト孔を有し、側面部に下流側に通ずる流体排出口を有す
る中空柱状のケースと、一端が開放され他端が閉鎖され
た中空柱状の可動部材であって、前記一端側を上流側に
して前記フロート孔に摺動自在に嵌合されると共に、側
壁面に流体通過用孔を有し、上流側と下流側との差圧に
よって自ら上下移動して前記流体通過用孔の流体通過断
面積の大きさを変化させるフロートとを備えている。

【０００８】この圧力変動吸収装置では、上流側からの
流体が、フロートの前記開放された一端からフロート内
に流入して前記閉鎖された他端を押し上げることでフロ
ートを浮上させると共に、前記流体通過用孔のうちケー
ス内空間に属する開口部分からケース内に流入し、さら
に前記流体排出口から下流側に流出する。前記流体通過
用孔の流体通過に供する面積はフロートの上昇量によっ
て定まるため、前記流体通過用孔は流量に応じた可変絞
りとして機能し、上流側の圧力変動を流量に応じて効果
的に吸収する。フロートとケースとの間には相当の隙間
が確保されるため、ガス中に含まれるダストの付着によ
ってフロートの上下動に支障を来すのを防止できる。

【０００９】請求項２記載の圧力変動吸収装置は、請求
項１記載の圧力変動吸収装置において、さらに、前記フ
ロートが前記他端にケース内壁面と当接摺動してフロー
トの上下移動を案内する案内部材を備えるように構成し
たものである。この圧力変動吸収装置では、案内部材の
存在により、フロートは横揺れなく上下移動可能とな
る。

【００１０】請求項３記載の圧力変動吸収装置は、請求
項２記載の圧力変動吸収装置において、さらに、前記フ
ロートが、その下降時において前記案内部材が前記ケー
スの流体排出口以下にまで下がるのを防止するためのス
トッパを備えるように構成したものである。この圧力変
動吸収装置では、前記案内部材は特にダストの付着量が
多いと考えられる流体排出口にさしかかることがないの
で、ダストが案内部材とケース内面との間に入り込んで
フロートの動作に影響を与えることが少ない。

【００１１】請求項４記載の圧力変動吸収装置は、請求
項１ないし３のいずれか１に記載の圧力変動吸収装置に
おいて、前記ケースおよびフロートを共に円筒形状とし
たものである。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。

【００１３】図５は本発明の一実施例に係る圧力変動吸
収装置を用いたフルイディック流量計の概略構成を表わ
すものである。このフルイディック流量計１は、例えば
ガスメータとして使用されるもので、上流側の流路２と
下流側の流路３との間に配設されたフルイディック素子
１０と、流路２の途中に配設された圧力変動吸収装置２
０と、フルイディック素子１０の出力信号（フルイディ
ック発振信号）４を処理して流量を求める流量演算部３
０とを備えている。

【００１４】フルイディック素子１０は、いわゆるフル
イディック発振の周波数が流体（ガス）の流量と関係す
ることを利用した流量計である。なお、このフルイディ
ック発振とは、図示しないが、噴流を発生させるノズル
の下流側に、一対の側壁によって流路拡大部を形成する
と共に、側壁の外側に設けられたリターンガイドによっ
て、ノズルを通過した流体を各側壁の外側に向かってノ
ズルの噴出口側へ導く一対のフィードバック流路を形成
した場合に、ノズルを通過した流体が一対のフィードバ
ック流路を交互に流れる現象である。この場合、フルイ
ディック発振の周波数を検出するセンサとしては圧電素
子等が用いられる。

【００１５】圧力変動吸収装置２０は、上流側で生じた
ノイズ的な圧力変動がフルイディック素子１０に伝わっ
て流量測定値に悪影響を与えるのを抑制するためのもの
であり、以下に説明する構造および機能を備えている。

【００１６】流量演算部３０は、圧電膜センサ等によっ
て結晶されたフルイディック発振信号４の周波数（また
は周期）が流路２，３を流れるガスの流量（または流
速）と相関関係があることに基づいて流量の演算をする
ものであり、マイクロプロセッサ等によって構成され
る。

【００１７】図１は本発明の一実施例に係る圧力変動吸
収装置の断面構造を表し、図２はこの圧力変動吸収装置
の図１の矢印Ａの方向から見た側面を一部破断にて表す
ものである。これらの図に示すように、圧力変動吸収装
置２０は、上端面が閉鎖された円筒状のケース２１０
と、このケース２１０内に収容された円筒状のフロート
２３０とを備えている。

【００１８】ケース２１０は、例えば合成樹脂により形
成され、上流側に通ずる円形のフロート孔２１１を有す
る底部隔壁２１２と、下流側に通ずる排出口２１３を有
する側壁２１４とを備えている。排出口２１３は円筒軸
方向に細長い矩形形状を有している。底部隔壁２１２の
下方には、側壁２１５および底面壁２１６によって形成
された気室２１７が設けられている。底面壁２１６には
上流側に通ずる導入口２１８が形成されている。ケース
２１０の内部の上方には、小孔２１９を有する隔壁２２
０、上面壁２２１および側壁２１４によって形成された
気室２２２が設けられている。気室２２２は、側壁２１
４内に形成された通気路２２４によって下流側と連通し
ている。この気室２２２は、上流側の圧力変動に伴って
フロート２３０が急激に移動してハンチングを起こすの
を防止するためのものである。なお、使用に際してケー
ス２１０は、その円筒軸が鉛直方向を向くように配置さ
れる。

【００１９】フロート２３０は、一端（下側）が開放さ
れ他端が閉鎖された円筒形状を有し、開放された一端側
を上流側にしてケース２１０のフロート孔２１１に僅か
のクリアランスをもって摺動自在に嵌合されている。フ
ロート２３０の上端部は、ケース２１０の内径より僅か
に小さい外径を有する円板２２６によって閉塞されてい
る。この円板２２６による案内によって、フロート２３
０はケース２１０内で横揺れなく昇降動作が可能になっ
ている。フロート２３０の側壁面のほぼ中央部には、周
面に沿って突出したストッパ２３１が形成され、フロー
ト２３０の最下端位置において円板２２６が排出口２１
３にかかるのを防止している。また、ストッパ２３１の
下側における側壁には、円筒軸方向に細長い矩形形状
（上下端は半円状である）を有する通気孔２３２が形成
されている。この通気孔２３２は、後述するように、上
流側の圧力変動を吸収するための一種の絞りとして機能
するものである。なお、フロート２３０もまた、例えば
合成樹脂により形成される。

【００２０】フロート２３０は、上流側と下流側との差
圧によって自ら上下移動し、ケース２１０内に含まれる
通気孔２３２の開口部分の面積（すなわち、流体通過断
面積）を変化させるようになっている。すなわち、上流
側からのガスは、導入口２１８から気室２１７に流入し
てフロート２３０を押し上げ、これによりケース２１０
内に含まれるようになった通気孔２３２の一部を通って
ケース２１０内に流入し、さらに排出口２１３から下流
側に流出するようになっている。

【００２１】以上のような構成の圧力変動吸収装置の作
用を説明する。

【００２２】上流側と下流側の差圧が所定値以下の状態
ではフロート２３０は浮上せず、図２に示したように、
フロート２３０の側壁の通気孔２３２は完全に気室２１
７内に含まれている。このため、導入口２１８と排出口
２１３との間は遮断状態（ガス流通ができない状態）と
なっている。

【００２３】差圧が所定値以上になると、ガスがフロー
ト２３０の円板２２６を押し上げ、フロート２３０が浮
上を開始する。そして、図３に示すように、フロート２
３０の通気孔２３２の一部がケース２１０の内部に含ま
れるところまで上昇すると、この通気孔２３２の一部を
介してガスが流通できる状態となる。すなわち、導入口
２１８から流入したガスはフロート２３０の下端側から
通気孔２３２の一部を通ってケース２１０内に入り、排
出口２１３から排出される。そして、フルイディック素
子計１０（図５）へと送られる。この状態では、比較的
低流量のガスが圧力変動吸収装置２０を通過することと
なる。このとき、排出口２１３のガス通過断面積は比較
的小さく絞り率が大きいため、上流側の圧力変動は効果
的に吸収され、下流側に伝わる圧力変動は十分抑制され
る。

【００２４】一般に低流量域では、フルイディック素子
の出力、すなわち圧電膜センサ（図示せず）から出力さ
れるセンサ電圧の振幅は小さいので、圧力変動がそのま
まフルイディック素子１０に伝達されると測定精度が著
しく低下する。しかし、圧力変動吸収装置２０を設けれ
ば、その絞り作用により低流量域で圧力変動を効果的に
吸収することができるため、フルイディック素子１０に
よる流量検出精度が良好になる。この場合、比較的高い
周波数（数十Ｈｚ程度）のノイズ的な脈動であっても、
絞り作用により効果的に吸収される。

【００２５】さて、上流側と下流側との差圧がさらに上
昇して流量が増加すると、フロート２３０はさらに上昇
し、通気孔２３２のガス通過断面積が増加し、絞り率は
より小さくなる。そしてついには、図４に示すように、
通気孔２３２の全体がケース２１０内に含まれることと
なってガス通過断面積は最大となり、最大流量のガスが
通過する。この状態では絞り率は最小であるため、圧力
変動の吸収効果は最小となり、圧力変動があまり減衰し
ないで次段のフルイディック素子１０に伝達されること
となる。ところが、大流量域においては、フルイディッ
ク素子１０の出力は十分大きいため、圧力変動分が比較
的多く含まれていても測定精度が低下することはなく、
問題とならない。

【００２６】さて、供給されるガス中にダストが含まれ
ていた場合には、このガスが圧力変動吸収装置２０内を
長期間通過することによって、図４に示すようにフロー
ト２３０の内周面、通気孔２３２、排出口２１３等の流
路に沿った各コーナー部等にダストＭが付着する。しか
しながら、本装置では、上述のようにフロート２３０の
外周面とケース２１０の内周面との間には十分な空間２
３４が設けられているため、相当量のダストが付着した
としても、フロート２３０の移動動作に悪影響を与える
ことはなく、従来のようにフロートがケースに固着して
まったく動作しなくなるという事態も生じない。すなわ
ち、長期間にわたってフロート２３０の円滑な動作が確
保されるため、圧力変動の吸収能力が良好に維持され
る。しかも、フロート２３０は円板２２６によって案内
されつつ上下動を行うため、横揺れのない安定した動作
が可能である。なお、円板２２６は、フロート２３０が
最下端にある場合においても排出口２１３にはかからな
いため、排出口２１３付近に付着したダストＭが円板２
２６の上下動に影響を与えることは少ない。また、円板
２２６の厚みをできるだけ薄くすることにより、円板２
２６とケース２１０内壁面との接触をほぼ線接触状態に
することができる。したがって、従来のような面接触の
場合に比べ、付着ダストがフロート２３０の上下動に与
える影響は少なくなる。同様に、ケース２１０の底部隔
壁２１２のフロート孔２１１の厚さをできるだけ薄くす
ることにより、フロート２３０とフロート孔２１１との
接触もほぼ線接触にすることができ、付着ダストによる
影響は少なくなる。

【００２７】なお、一般に上流側の圧力変動周波数によ
ってはフロート２３０の急激な上下動を引き起こしてハ
ンチングが生ずる可能性もあるが、本実施例では、ケー
ス２１０の上部空間に小孔２１９と通気路２２４とを有
する気室２２２を設けているため、このようなハンチン
グは効果的に防止される。

【００２８】このように、本実施例の圧力変動吸収装置
は、流量に応じて自動的に絞り率を変化させるいわば自
動可変絞りとして機能するため、低流量域から大流量域
にわたる広い範囲で効果的な圧力変動吸収が可能とな
る。また、本装置では、ケース２１０の側でなくフロー
ト２３０の側に流量に応じた可変絞り孔としての通気孔
２３２を設けたので、ケース２１０とフロート２３０と
の間に相当の隙間（空間２３４）を確保することができ
る。このため、ガス中のダストによるフロート動作への
悪影響を効果的に低減することができ、流量測定精度の
経時的劣化を防止することができる。しかも、フロート
２３０の上端には上下動案内用の円板２２６を設けたの
で、フロート２３０の横揺れを防止でき、より円滑な上
下動による安定した圧力変動吸収が可能となる。

【００２９】なお、以上の各実施例では、フロート２３
０に形成する通気孔２３２はフロート２３０の軸方向
（すなわち鉛直方向）に細長い矩形状であって上下端が
半円状であるようにしたが、これに限るものではなく、
単なる矩形孔、細長い長円孔、上に開いた３角孔、“い
ちょう形”の孔、“楯形”の孔、もしくはスリット状の
孔にしてもよい。また、フロートの軸方向に１列に並ん
だ複数の円孔で構成してもよい。さらに、上記列記の孔
の組合せによって構成してもよい。

【００３０】また、以上の各実施例では、ケースおよび
フロートを円筒状として説明したが、これに代えて他の
形状（例えば中空の三角柱、四角柱等の中空多角柱）と
することも可能である。

【００３１】また、以上の各実施例では、フルイディッ
ク流量計を用いたガスメータへの応用例を示したが、そ
のほか、熱式流量センサ（フローセンサ）によって直接
的に流速を検出するタイプの流量計や膜式流量計等を用
いたガスメータにも適用できることはいうまでもない。
また、圧力変動吸収装置をガスメータに内蔵するのでな
く、ガスメータの外部（ガスメータの上流側）の流路中
に配設するようにしてもよいのはもちろんである。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる圧
力変動吸収装置によれば、側面部に流体排出口を形成し
たケースの底部のフロート孔に、側壁面に流体通過用孔
を形成したフロートを摺動自在に嵌合させて配設し、上
流側と下流側との差圧に応じたフロートの上下移動によ
って流体通過用孔の流体通過断面積の大きさが変化する
ように構成したので、上流側からの流体は、フロートを
押し上げて上昇させると共に、流体通過用孔のうちケー
ス内空間に通ずる開口部分からケース内に流入し流体排
出口から下流側に流出する。流体通過用孔の流体通過に
供する面積はフロートの上昇量によって定まるため、流
体通過用孔は流量に応じた可変絞りとして機能し、上流
側の圧力変動を流量に応じて効果的に吸収する。この場
合、フロートとケース内面との間には相当の隙間が確保
されているため、長期間の使用によってガス中に含まれ
るダストが付着しても、従来のようにフロートの移動動
作が円滑でなくなったりフロートがケースに固着してま
ったく動作しなくなるという事態は回避される。このた
め、長期間にわたってフロートの円滑な動作が確保され
て圧力変動の吸収能力が良好に維持される。したがっ
て、例えば流体流量計の上流側に本装置を配設すれば、
その流量測定精度を長期にわたって良好に維持すること
が可能となる。

【００３３】特に、請求項２記載の圧力変動吸収装置に
よれば、フロートの他端にケース内壁面と当接摺動して
フロートの上下移動を案内する案内部材を備えるように
構成したので、この案内部材の存在により、フロートは
横揺れなく上下移動可能となる。このため、より円滑な
上下動が確保され、安定した圧力変動吸収が可能とな
る。

【００３４】また、請求項３記載の圧力変動吸収装置に
よれば、フロートの案内部材がケースの流体排出口以下
にまで下がるのを防止するためのストッパを備えるよう
にしたので、ダストの付着量が特に多いと考えられる流
体排出口に案内部材がさしかかることがなく、ダストが
案内部材とケース内面との間に入り込んでフロートの動
作に影響を与えることが少ないという効果がある。な
お、ダストが案内部材とケース内面との間に多少入り込
んだとしても、従来のようにフロートとケースとがほぼ
完全に面接触状態で摺動する場合に比べると、両者の接
触面積は極めて小さいので、ダストの付着がフロートの
動作に与える影響は極めて小さい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る圧力変動吸収装置の構
成を表す断面図である。

【図２】この圧力変動吸収装置の構成を一部破断して表
す側面図である。

【図３】この圧力変動吸収装置の作用を説明するための
断面図である。

【図４】この圧力変動吸収装置の作用を説明するための
断面図である。

【図５】この圧力変動吸収装置を適用したフルイディッ
ク流量計の構成を表すブロック図である。

【図６】従来の圧力変動吸収装置の構成を示す断面図で
ある。

【図７】図６の圧力変動吸収装置の作用を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１ フルイディック流量計 ２，３ 流路 １０ フルイディック素子 ２０ 圧力変動吸収装置 ３０ 流量演算部 ２１０ ケース ２３０ フロート ２１８ 導入口 ２１３ 排出口（流体排出口） ２３４ 空間 ２３２ 通気孔（流体通過用孔） ２２６ 円板（案内部材） ２３１ ストッパ ２１１ フロート孔 ２１２ 底部隔壁 ２１４ 側壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 000116633 愛知時計電機株式会社 愛知県名古屋市熱田区千年１丁目２番70 号 (73)特許権者 000142425 株式会社金門製作所 東京都板橋区大原町13番１号 (73)特許権者 000150109 株式会社竹中製作所 大阪府大阪市生野区中川西１丁目１番51 号 (73)特許権者 000156813 関西ガスメータ株式会社 京都府京都市下京区中堂寺鍵田町10 (73)特許権者 000222211 東洋ガスメーター株式会社 富山県新湊市本江2795番地 (72)発明者 温井 一光 神奈川県藤沢市みその台９−10 (72)発明者 加藤 秀男 埼玉県北葛飾郡栗橋町大字河原代959− ２ 108街区６−２ (72)発明者 酒井 克人 東京都葛飾区高砂３−２−７−123 (72)発明者 佐藤 左右文 神奈川県川崎市高津区梶ケ谷２−11−２ (72)発明者 佐藤 真一 東京都八王子市北野町543−15 (72)発明者 岡村 繁憲 大阪府大阪市中央区平野町４−１−２ 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 岡田 修一 大阪府大阪市中央区平野町４−１−２ 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 佐藤 孝人 愛知県東海市新宝町507−２ 東邦瓦斯 株式会社総合研究所内 (72)発明者 三宮 静雄 愛知県名古屋市熱田区千年１−２−70 愛知時計電機株式会社内 (72)発明者 山田 一博 千葉県千葉市中央区今井３−25−16 (72)発明者 青木 利昭 東京都板橋区志村１−２−３ 株式会社 金門製作所中央研究所内 (72)発明者 波元 政信 大阪府大阪市東成区東小橋２−10−16 関西ガスメータ株式会社内 (72)発明者 今崎 正成 大阪府東大阪市西岩田４−７−31 株式 会社金門製作所 関西研究所内 (72)発明者 水越 靖 富山県新湊市本江2795番地 東洋ガスメ ーター株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−77717（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−324956（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−247399（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−14563（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−21670（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 15/04 G01F 1/00 G01F 1/20

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体の流路中に設けられ、その上流側に
   おける流体の圧力変動を吸収して下流側への伝達を抑制
   するための装置であって、 底面部に上流側に通ずるフロート孔を有し、側面部に下
   流側に通ずる流体排出口を有する中空柱状のケースと、 一端が開放され他端が閉鎖された中空柱状の可動部材で
   あって、前記一端側を上流側にして前記フロート孔に摺
   動自在に嵌合されると共に、側壁面に流体通過用孔を有
   し、上流側と下流側との差圧によって自ら上下移動して
   前記流体通過用孔の流体通過断面積の大きさを変化させ
   るフロートとを備えたことを特徴とする圧力変動吸収装
   置。
2. 【請求項２】 さらに、前記フロートは、前記他端にケ
   ース内壁面と当接摺動してフロートの上下移動を案内す
   る案内部材を備えたことを特徴とする請求項１記載の圧
   力変動吸収装置。
3. 【請求項３】 さらに、前記フロートは、その下降時に
   おいて前記案内部材が前記ケースの流体排出口以下にま
   で下がるのを防止するためのストッパを備えたことを特
   徴とする請求項２記載の圧力変動吸収装置。
4. 【請求項４】 前記ケースおよびフロートは共に円筒形
   状を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
   か１に記載の圧力変動吸収装置。