JP5003372B2

JP5003372B2 - 流量測定装置

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Publication number: JP5003372B2
Application number: JP2007237960A
Authority: JP
Inventors: 直亜上田
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2007-09-13
Filing date: 2007-09-13
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2027-09-13
Also published as: JP2009069002A

Description

本発明は流量測定装置、例えば、工場における空気流量を監視する産業機器、睡眠時無呼吸症候群用治療機器等の医療機器等に使用される小型の流量測定装置に関する。

流路中に検出素子を配置して流体の流量を測定する流量測定装置は、長期間使用すると、流体中の塵埃が検出素子に付着、堆積して測定精度が低下し、故障の原因となる場合がある。

そこでこのような問題を解決するため、流体中の塵埃を遠心力によって分離して清浄な流体だけを検出素子に導くことができるとともに、被測定流体の流れの向きが逆になっても同様に塵埃を分離することができる構造をもつ流量測定装置が特許文献１に開示されている。

図９及び図１０に示されるように、特許文献１の流量測定装置１００は、内部に壁面が円弧状をなした遠心分離室２５０、２６０を有する。そして、前記遠心分離室２５０、２６０の壁面の接線方向から導入された流体が前記壁面に沿って回転運動することにより、流体に含まれる塵埃が前記回転運動によって生じる遠心力によって壁面側へ寄せられ、分離，排出される。このため、塵埃が除かれた清浄な流体が、流路形成板３００、板状シール材４００及びベース２００を組み合わせて形成された流路によって検出素子へ導かれる構造となっている。
特許第３８３２４９８号公報

しかしながら、上記の流量測定装置１００において、検出素子が格納される格納部２３０ｂはベース２００に形成され、流路形成板３００は遠心分離室２５０、２６０から分流した清浄な流体を検出素子格納部２３０へと導入する機能だけしか有していなかったため、装置の小型化が困難であった。
また、流路形成板３００に形成された流路３５０、３６０と、ベース２００に形成された流路２３０ａとを板状シール材４００で全体的に覆う必要があったため、シール材の小型化も困難であった。
さらに、流路形成板３００に形成された流路３５０、３６０と、ベース２００に形成された流路２３０ａとのつなぎ目を板状シール材で覆う必要があったため、封止構造の信頼性を高めることが難しかった。

本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたもので、小型で信頼性が高い流量測定装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる流量測定装置は、上記の課題を解決すべく、湾曲した壁面をそれぞれ有する一対の第１，第２遠心分離室と、第１外部流路を前記第１遠心分離室の壁面の一端に接線方向から連通させる第１導入流路と、前記第１遠心分離室の壁面の他端に接線方向から前記第２遠心分離室の壁面の一端に接線方向から連通させる中間流路と、前記第２分離室の他端に接線方向から第２外部流路に連通させる第２導入流路と、前記第１遠心分離室の壁面の湾曲方向と略直角に前記第１遠心分離室に連通する第１分流流路と、前記第２遠心分離室の壁面の湾曲方向と略直角に前記第２遠心分離室に連通する第２分流流路と、前記第１分流流路および前記第２分流流路を相互に連通させ、かつ、流体の流量または流速を検出する検出素子を配置可能な検出空間部と、からなる流路が形成された流量測定装置において、前記第１，第２遠心分離室、前記中間流路および前記第１，第２導入流路が形成されたベース部材に、前記第１，第２分流流路および前記検出空間部が形成された流路形成板と、前記検出空間部に配置可能な検出素子が搭載された回路基板と、が順次、嵌合されてなる構成としてある。

本発明によれば、第１もしくは第２導入流路から第２もしくは第１遠心分離室に流入してきた塵埃に遠心力が作用し、塵埃が遠心分離室の壁面に沿って流れ、清浄な流体だけが分流流路から検出素子に流れる。このため、長期間使用しても検出素子に塵埃が付着，堆積することがなく、メンテナンスが容易で寿命の長い流量測定装置が得られる。
また、本発明によれば、一対の遠心分離室によって双方向から流れてくる流体に対応でき、用途の広い流量測定装置が得られる。
さらに、本発明によれば、清浄な流体が流れる分流流路を１枚の流路形成板上に独立させて形成したため、流量測定装置を小型化できる。
そして、流路の密封性をも高めることができるので、流量測定装置の検出精度を向上させることができる。

また、本発明にかかる実施形態としては、第１，第２分流流路を流路形成板に点対称に形成しておいてもよい。

前記流路形成板の第１，第２分流流路を点対称に形成すれば、組立時に流路形成板の方向を識別する必要がなくなり、組立性が向上するという効果がある。

以下、図１ないし図８の添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態にかかる流量測定装置を説明する。
本実施形態にかかる流量測定装置１０は、図１及び図２に示すように、ベース２０と、流路形成板３０と、板状シール部材４０と、回路基板５０と、カバー６０とから構成されている。

ベース２０は、図３に示すように、被測定流体を取り入れもしくは排出するための第１，第２出入管２１，２２を両側面から同一軸心上に突設してある。また、ベース２０は、背面側に後述する内部構成部品を収納する凹所２３を有している。前記凹所２３の底面の隅部には一段深い凹部２４が形成されている。さらに、凹部２４の底面には左右一対の第１，第２遠心分離室２５，２６が形成されている。

第１，第２遠心分離室２５，２６は第１，第２導入流路２７，２８を介して第１，第２出入２１，２２の第１，第２副流路２１ａ，２２ａにそれぞれ連通している。さらに、第１，第２遠心分離室２５，２６は、略Ｖ字形状に屈曲した中間流路２９を介して相互に連通している。第１遠心分離室２５および第２遠心分離室２６、第１導入流路２７および第２導入流路２８、中間流路２９はそれぞれ、中間流路２９の中点を通り第１，第２出入管２１，２２の軸心に平行な線分に対して線対称となるように形成されている。

また、図１および図２に示すように、ベース２０の背面にはコネクタ用孔２０ｃが開口している。

流路形成板３０は、図１および図２に示すように、ベース２０の凹部２４に嵌合できるとともに、前記第１，第２遠心分離室２５，２６、前記第１，第２導入流路２７，２８および前記中間流路２９を被覆できる平板形状を成している。

図２に示すように、前記流路形成板３０の下面のうち、第１，第２遠心分離室２５，２６のほぼ中央部と対応する位置に、第１，第２筒部３３，３４がそれぞれ突出している。そして、第１，第２筒部３３，３４には第１，第２分流孔３１，３２がそれぞれ設けられている。

一方、図１および図４に示すように、前記流路形成板３０の上面には、第１，第２分流孔３１，３２を介して第１，第２遠心分離室２５，２６にそれぞれ連通する第１，第２分流流路３５，３６が形成されている。さらに、前記流路形成板３０の上面には、前記第１，第２分流流路３５，３６に連通する検出空間部３７が形成されている。

板状シール部材４０は、図１に示すように、流路形成板３０を覆うことのできる平面形状を有するとともに、検出空間部３７と対応する位置に検出孔４１を設けてある。
そして、前記板状シール部材４０を前記流路形成板３０に重ねることにより、第１，第２分流流路３５，３６が前記板状シール部材４０で覆われ、被測定流体の流路となる。

回路基板５０は、図２に示すように、ベース２０の凹所２３に嵌合可能な平面形状を有するとともに、その表面のうち、流路形成板３０の検出空間部３７と対応する位置に検出素子５１が搭載されている。検出素子５１としては、例えば、ＭＥＭＳ式フローセンサ、プロペラ式センサ等が挙げられる。
そして、ベース２０の凹所２３に回路基板５０を嵌合することにより、検出素子５１が検出空間部３７内に位置決めされる。

なお、回路基板５０には、ベース２０のコネクタ用孔２０ｃに対応する位置に外部接続用コネクタ５２が搭載されている。
そして、ベース２０の凹所２３に回路基板５０を嵌合することにより、外部接続用コネクタ５２がコネクタ用孔２０ｃから接続可能に露出する。

カバー６０は、図１に示すように、ベース２０の凹所２３の開口縁部に嵌合可能な平面形状を有する。さらに、カバー６０は、図２に示すように、その一方の片側縁部にベース２０の係合孔２０ａ，２０ａに係合する一対の係合爪６３，６４を形成してあるとともに、対向する他方の片側縁部に前記ベース２０の係合溝２０ｂ，２０ｂに係合する一対の弾性腕部６５，６６を形成してある。

したがって、流路形成板３０、板状シール材４０および回路基板５０を組み込んだベース２０の係合孔２０ａ，２０ａに、カバー６０の係合爪６３，６４を係合する。ついで、前記ベース２０の係合溝２０ｂ，２０ｂに弾性腕部６５，６６を係合することにより、流路測定装置１０の組立が完了する。

なお、板状シール部材４０はゴム等の弾性材料で形成されていることが好ましい。これにより、流路測定装置１０が組み立てられた状態では、カバー６０に押圧された回路基板５０が板状シール部材４０を押圧し、前記板状シール部材４０を弾性変形させるので、第１，第２分流流路３５，３６および検出空間部３７の封止性が高まる。

次に、前記流量測定装置に流体を流通させた場合の流体の流れを説明する。

ベース２０に流路形成板３０が嵌合された場合の正面図を図４に示す。まず、被測定流体の流れの向きを、第１出入管２１から取り入れられて第２出入管２２から排出される向きとする。このとき、第１副流路２１ａに流入した流体は、第１導入流路２７から第１遠心分離室２５に流入する。このとき、第１導入流路２７は第１副流路２１ａに向けて傾斜しているので、その噴出効果によって流体の流速が低下することなく、第１遠心分離室２５の壁面に沿って流れ、流体に遠心力が作用する。遠心力は質量に比例するため、流体中に含まれる相対的に質量の大きな塵埃が壁面側に偏在することになる。

この塵埃が偏在した流体は、第１遠心分離室２５の壁面に沿って流れて中間流路２９に流入し、ついで第２遠心分離室２６に流入する。ここで、中間流路２９は略Ｖ字形状に屈曲しているので、噴出効果によって第２遠心分離室２６において壁面に沿った方向の流速が増加し、流体中の塵埃は壁面側に偏在したまま第２導入流路２８を介して第２副流路２２ａに排出される。

一方、第１遠心分離室２５において作用する遠心力により、塵埃が第１遠心分離室２５の壁面に偏在して流れるので、塵埃が混入していない清浄流体が第１筒部３３の第１分流孔３１から第１分流流路３５に流出する。そして、検出空間部３７を通過した後、第２分流流路３６から第２分流孔３２を介して第２筒部３４から第２遠心分離室２６に流入する。さらに、前記第２遠心分離室２６で中間流路２９を介して流入した流体と合流して、第２導入流路２８から第２副流路２２ａに流出する。

次に、被測定流体の流れの向きを上記とは逆の向き、すなわち第２出入管２２から取り入れられて第１出入管２１から排出される向きとする。この場合、流体中の塵埃は第２遠心分離室２６の壁面に沿って流れて中間流路２９に流入し、ついで、第１遠心分離室２５の壁面に沿って流れて第１導入流路２７を介して第１副流路２１ａに排出される。また、塵埃が分離された清浄な流体は第２分流孔３２から第２分流流路３６に流出し、検出空間部３７を通過した後、第１分流流路３５から第１分流孔３１を介して第１遠心分離室２５に流入し、第１導入流路２７から第１副流路２１ａに流出する。

ここで前述のように、第１遠心分離室２５および第２遠心分離室２６、第１導入流路２７および第２導入流路２８、中間流路２９はそれぞれ、中間流路２９の中点を通り第１，第２出入管２１，２２の軸心に平行な線分に対して線対称となるように形成されている。また、流路形成板３０上の流路は、その中心点を中心として点対称となるように形成されている。よって、塵埃の分離性能は、被測定流体の流れの向きが第１出入管２１から取り入れられて第２出入管２２から排出される向きである場合と、その逆の場合とで同じである。このため、逆方向からの流れも同様に測定できる。

本実施形態によれば、流路形成板３０の第１分流孔３１と第２分流孔３２との間に検出空間部３７を形成してあるので、前記検出空間部３７を第１遠心分離室２５と第２遠心分離室２６との間にスペース効率良く配置でき、流量測定装置１０を小型化できる。

また、板状シール材４０で封止する範囲は流路形成板３０上の流路が形成された領域のみでよいため、シール材を小型化でき、コストを削減できる。またシール材が流体と接する面積も前述の従来例よりも縮小することから、流体の圧力により受ける応力の影響を低減でき、密閉性の維持が容易となる。

さらに、清浄流体の分流後の流路を流路形成板上のみに形成しており、特許文献１の流量測定装置１００のように検出素子格納部へと連通する流路上に他の部材との連結部が存在しない。このため、封止構造の信頼性を高めることができ、また、部材の寸法精度のばらつきによる検出精度に対する悪影響を低減できる。

なお、流路形成板３０上の流路だけでなく、流路形成板３０自体の外形形状もその中心点を中心として点対称となるように形成すれば、流路形成板３０をベース２０の凹部２４に嵌合する際に、その向きを判断する必要がなくなり、組立性が向上する。

ここで流路形成板の変形例を図５に示す。図１に示された流路形成板３８には、検出空間部３７中を流れる被検出流体の流れの方向が第１，第２出入管２１，２２の軸心方向とは垂直となるように流路が形成されている。これに対し、図５に示された変形例の流路形成板３８では、被検出流体の流れの方向が第１，第２出入管２１，２２の軸心方向と平行となるように形成されている。

この場合であっても、流路形成板３８上には第１，第２分流流路３５，３６及び検出空間部３７が形成されており、流量測定装置１０を小型化できる。また、流路形成板３８はその中心点を中心として点対称に形成されており、流路形成板３０と同様、組立性が良い。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による流量測定装置を説明する。
本実施形態にかかる流量測定装置７０は、図６ないし図８に示すように、ベース２０と、流路形成板３９と、枠状シール部材４２と、回路基板５０と、カバー６０とから構成されている。

ベース２０は、その片側面に第１，第２出入管２１，２２が突設されている。また、ベース２０の凹所２３には、その底面に設けた凹所２４の周囲に環状溝部２０ｄが形成されている。そして、枠状シール部材４２は前記環状溝部２０ｄに嵌合可能な形状となっている。そして、回路基板５０が凹所２３に嵌合されることにより、流路形成板３９上に形成された第１，第２分流流路３５，３６は回路基板５０に覆われて被測定流体の流路となる。

なお、枠状シール部材４２はゴム等の弾性部材で形成され、その厚みは溝部２０ｄの深さより若干厚く形成されている。そして、凹所２３に嵌合された回路基板５０が枠状シール部材４２を押圧して板状シール部材４２を弾性変形させることにより、第１，第２分流流路３５，３６及び検出空間部３７の封止性を高めている。本実施形態の枠状シール部材４２は第１実施形態の板状シール部材４０よりも弾性変形しやすいため、封止効果がより一層高くなる。

回路基板５０は、ベース２０の凹所２３に嵌合可能な平面形状を有している。そして、前記回路基板５０は、前記流路形成板３９の検出空間部３７と対応する位置に検出素子５１が搭載されているとともに、凹所２３に突設された複数の位置決め用突起２０ｂと対応する位置に位置決め用孔５３が開口されている。
そして、位置決め用孔５３に位置決め用突起２０ｂを挿入して凹所２３に回路基板５０を嵌合することにより、検出素子５１が検出空間部３７内に位置決めされる。

カバー６０は、ベース２０の凹所２３の開口縁部に嵌合可能な平面形状を有し、裏面にはベース２０に形成された複数の挿入孔２０ａに圧入される固定用突起６１が突設されている。
そして、流路形成板３９、枠状シール材４２および回路基板５０を組み込んだベース２０の挿入孔２０ａに、カバー６０の固定用突起６１を圧入し、カバー６０の外周縁部をベース２０の凹所２３の開口縁部内に嵌合することにより、流路測定装置７０の組立が完了する。

本実施形態においては、第１実施形態と違い、第１，第２導入流路２７，２８はそれぞれ第１，第２副流路２１ａ，２２ａの軸心とほぼ平行に形成されている。その代わりに、第１，第２導入流路２７，２８と第１，第２副流路２１ａ，２２ａとの接続箇所の開口部は、第１，第２導入流路２７，２８の断面積よりも小さくなるように形成されている。このため、前記開口部において被測定流体の流速が増大し、遠心力による塵埃の分離効果が高まる。

本実施形態によっても、第１，第２分流流路３５，３６及び検出空間部３７が１枚の流路形成板３９上に形成されているので、流量測定装置７０を小型化することができる。また、清浄流体の分流後の流路を流路形成板上のみに形成してあるので、第１，第２出入管２１，２２の突設箇所を変更する等の形状変更にも柔軟に対応できる。

また、本実施形態においても流路形成板３９が、その中心点を中心として点対称に形成されているので、組立性が良いという利点がある。

本発明にかかる流量測定装置は、被測定流体の主流管に直接連結したり、あるいは、主流管から分流されたバイパス流路に連結して使用できる。また、流量測定だけでなく、流速測定装置としても使用することができる。

本発明の第１の実施形態による流量測定装置を示す分解斜視図。図１で示した流量測定装置の異なる視点で見た分解斜視図。図１で示したベースの正面図。図１で示したベースに流路形成板を嵌合した場合の正面図。図２で示したベースに流路形成板の変形例を嵌合した場合の正面図。本発明の第２の実施形態による流量測定装置を示す分解斜視図。図６で示した流量測定装置の異なる視点で見た分解斜視図。図６で示したベースに流路形成板を嵌合した場合の正面図。従来の流量測定装置を示す分解斜視図。図９で示した従来のベースに流路形成板を嵌合した場合の正面図。

符号の説明

１０，７０：流量測定装置
２０：ベース
２１，２２：第１，第２出入管
２１ａ，２２ａ：第１，第２副流路
２３：凹所
２４：凹部
２５，２６：第１，第２遠心分離室
２７，２８：第１，第２導入流路
２９：中間流路
３０，３８，３９：流路形成板
３１，３２：第１，第２分流孔
３３，３４：第１，第２筒部
３５，３６：第１，第２分流流路
３７：検出空間部
４０：板状シール部材
４１：検出孔
４２：枠状シール部材
５０：回路基板
５１：検出素子
６０：カバー

Claims

湾曲した壁面をそれぞれ有する一対の第１，第２遠心分離室と、第１外部流路を前記第１遠心分離室の壁面の一端に接線方向から連通させる第１導入流路と、前記第１遠心分離室の壁面の他端に接線方向から前記第２遠心分離室の壁面の一端に接線方向から連通させる中間流路と、前記第２分離室の他端に接線方向から第２外部流路に連通させる第２導入流路と、前記第１遠心分離室の壁面の湾曲方向と略直角に前記第１遠心分離室に連通する第１分流流路と、前記第２遠心分離室の壁面の湾曲方向と略直角に前記第２遠心分離室に連通する第２分流流路と、前記第１分流流路および前記第２分流流路を相互に連通させ、かつ、流体の流量または流速を検出する検出素子を配置可能な検出空間部と、からなる流路が形成された流量測定装置において、
前記第１，第２遠心分離室、前記中間流路および前記第１，第２導入流路が形成されたベース部材に、前記第１，第２分流流路および前記検出空間部が形成された流路形成板と、前記検出空間部に配置可能な検出素子が搭載された回路基板と、が順次、嵌合されてなることを特徴とする流量測定装置。
第１，第２分流流路が、流路形成板に点対称に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の流量測定装置。