JP5062106B2 - 流量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は気体の流量を測定するための流量測定装置に関し、例えば、睡眠時無呼吸症候群向け治療器等の医療機器、工場における空気流量を監視する産業機器、機器組込用途などに使用される流量測定装置に関するものである。

一般に、流量測定装置のうち大流量を直接測定する直管型流量測定装置では、流量検出素子の測定可能領域まで流速を低くするために配管の直径を大きくする必要があり、装置の小型化に限界があった。そこで一般に、大流量測定用の流量測定装置を小型化するため、バイパス流路構造の流量測定装置が提案されている。バイパス流路構造の流量測定装置では、主流路から副流路を分岐させてあり、副流路に流れる気体の流速を流量検出素子で測定し、主流路と副流路の分流比と副流路における流速より総流量を求める方式となっている。

しかし、このようなバイパス流路構造の流量測定装置においては、副流路の存在によって主流路内の垂直断面における流速分布が不均一になりやすく、主流路内における流速分布に不均一があると、副流路への分流比が不安定となるので、正確な総流量を求めることが困難になる。

（特許文献１）
このような流速分布の不均一性に基因する測定精度低下を改善したバイパス流路構造の流量測定装置としては、図１（特許文献１参照）に示すものがある。この流量測定装置１１では、主流路１３内にオリフィス（図示せず）を設け、主流路１３を有する主流管１２の外周面を跨ぐようにして主流管１２の上に副流路１４を設けている。

副流路１４は次のような構造を有している。主流路１３の内壁には、オリフィスよりも上流側において左右両側に導入口１５を設け、オリフィスよりも下流側において左右両側に排出口１６を設けている。そして、導入口１５から上方へ延びた導入流路１７（導入縦溝）の上端部と、排出口１６から上方に延びた排出流路１８（排出縦溝）の上端部とを第１副流路１９でつないで連通させている。また、左右の導入流路１７の上端間を第２副流路２０でつないで連通させ、左右の排出流路１８の上端間を別な第２副流路２１でつないで連通させ、さらに両第２副流路２０、２１の中央部どうしを水平な検出流路２２でつないで連通させている。検出流路２２内には、気体の流速を測定するための流量検出素子（図示せず）を設けている。

しかして、この流量測定装置１１の主流路１３内を気体が通過すると、気体の一部が導入口１５から副流路１４に流れ込み、図１に矢印で示すような経路を通って排出口１６から主流路１３内に戻り、再び主流路１３内を流れる。このとき、導入流路１７内に流れ込んだ気体は、第１副流路１９と第２副流路２０に分岐して流れることで、一部の気体が第２副流路２０に流れる。そして、左右から第２副流路２０に流れ込んできた気体が一緒になって検出流路２２に流れ、検出流路２２を通過する気体の流速が測定され、主流路１３と検出流路２２の分流比と検出流路２２における流速より総流量が求められる。

（特許文献２）
同様に、特許文献２に開示された流量測定装置では、主流路内にオリフィスを配置し、オリフィスの上流側と下流側でそれぞれ、副流路を構成する４本の導入流路と４本の排出流路を主流路から分岐させ、各導入流路から導入した気体を１本の検出流路へ集めて流速分布の偏りを平均化したうえで流量検出素子で気体の流速を測定するようにしている。

特許第３８７０９６９号公報（図１５） 米国特許第５,２７９,１５５号明細書

流量測定装置は、都市ガス用のガスメータのように乾燥した気体の流量測定用に使用されるだけでなく、結露水の発生し易い環境で使用されたり、液体を貯蔵した機器などとともに使用されたりすることもある。

その一例として、睡眠時無呼吸症候群の検査や治療に用いられる睡眠時無呼吸症候群向け治療器（Continuous Positive Airway Pressure）がある。この治療器は、ポンプやファンモータ等の動力源で空気を送り出して患者の呼吸を確保するものであり、患者の呼吸状態の変化に応じて変動する気体流量を監視するために流量測定装置が用いられている。この治療器には、流量測定装置が備えられた流路に加湿器が接続され、加湿器で発生した水蒸気を含んだ気体が、ホースを通じて患者が装着しているマスクに送られるようになっているものもある。

このような機器では、大流量の気体を測定しなければならず、しかも小型化が求められ、さらにパワーの小さな動力源を用いるために流路が低圧力損失であることが要求されており、そのため、流量測定装置としてはバイパス流路構造の流量測定装置が用いられる。

しかしながら、このような用途では、流量測定装置の内部に結露した結露水が流量検出素子を備えた検出流路内に流れ込んだり、加湿器の水が検出路内に流れ込んだりすることがある。

流量検出素子は気体の流速を測定するために検出流路内に露出しているので、検出流路内に流れ込んだ水が流量検出素子に付着すると、流量検出素子の測定精度が低下したり、素子自体が劣化したりする恐れがある。また、水が流量検出素子に付着しないまでも、検出流路内に浸入した水がそこに残留すると、検出流路の断面積が変化するために検出流路を通過する気体の流速が大きくなり、また主流路と検出流路との分流比が変化するので、流量測定装置の測定精度を低下させるという問題がある。

従来の流量測定装置では、このような問題に対する対策は不十分であった。特許文献１に記載された流量測定装置１１では、図１に示されるように、水平に配置された第２副流路２０又は２１と検出流路２２とが水平面内で垂直に交わっているため、いったん水が第２副流路２０又は２１に流れこむと、さらに検出流路２２へ浸入しやすい。また、流量測定装置１１を組み込んだ機器を持ち運ぶ際などに、機器が横転して流量測定装置１１が横になると、図２に示すように第２副流路２０又は２１が鉛直方向を向くので、図２に矢印で示すように、第２副流路２０又は２１を上から下へ水が通過し、そのときに検出流路２２に水が浸入する可能性が高かった。

特許文献２に記載された流量測定装置でも、検出流路は導入流路又は排出流路に対して垂直に形成されているので、いったん水が導入流路又は排出流路に流れこむと、さらに検出流路へ水が浸入しやすい。また、流量測定装置１１の場合と同様に（図２参照）、縦になった導入流路又は排出流路を上から下へ水が通過するとき、検出流路に水が浸入する可能性が高かった。さらに、特許文献２の流量測定装置では、導入流路や排出流路が主流路の中心に対して全方位に配置されているので、重力による水の排出性が悪く、いったん導入流路や排出流路、検出流路に水が浸入すると排出されにくかった。

上記のようにバイパス流路構造の流量測定装置は、気体が液体や水蒸気に触れる状態で使用されたり、主流路が液体の溜まった箇所に通じている状態で使用されたりすることがあり、不測の事態によって流量測定装置の検出流路に液体が流れ込むと、流量測定装置の特性に影響を与える。そのため、気体は検出流路を通過できるが、液体は検出流路に浸入し難い構造の流量測定装置が望まれている。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、バイパス流路構造を採用した大流量測定用の流量測定装置において、液体が流量検出素子に付着しにくく、流量検出素子の設けられている検出流路に液体が浸入しにくく、また残留しにくい構造を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明にかかる流量測定装置は、気体が流れる主流路を有する主流管と、前記主流路内において気体の流れを絞るオリフィスと、一端が前記オリフィスの上流側において前記主流路内に開口した一対の導入口に連通し、かつ、他端が前記オリフィスの下流側において前記主流路内に開口した一対の排出口に連通する副流路を設けられた副流路ブロックとからなり、前記副流路は、上流側の端が前記各導入口に連通した一対の導入流路と、両端がそれぞれ前記各導入流路の下流側の端につながった上流側副流路と、下流側の端が前記各排出口に連通した一対の排出流路と、両端がそれぞれ前記各排出流路の上流側の端につながった下流側副流路と、上流側の端が前記上流側副流路につながり、下流側の端が前記下流側副流路につながり、かつ流量検出素子を配置された検出流路とを備え、前記検出流路の上流側の端が前記上流側副流路の両端よりも主流路の上流側に位置し、前記検出流路の下流側の端が前記下流側副流路の両端よりも主流路の下流側に位置していることを特徴としている。

本発明の流量測定装置によれば、検出流路の上流側の端が上流側副流路の両端よりも主流路の上流側に位置し、検出流路の下流側の端が下流側副流路の両端よりも主流路の下流側に位置するので、流量測定装置を組み込んだ機器などが倒れて流量測定装置が縦や横になっても液体が検出流路に浸入しにくく、検出流路が液体で汚染されたり、流量検出素子に液体が付着したりしにくくなる。よって、液体を使用する機器などに組み込まれている場合でも、流量測定装置に浸入した液体が原因となって流量測定装置の特性が低下しにくくなる。

本発明にかかる流量測定装置のある実施態様は、前記検出流路の上流側の端は、前記導入流路の下流側の端から離れた位置で前記上流側副流路につながり、前記検出流路の下流側の端は、前記排出流路の上流側の端から離れた位置で前記下流側副流路につながっていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、導入流路や排出流路と検出流路との間に上流側副流路や下流側副流路が介在することになるので、導入流路や排出流路に浸入した液体が直接検出流路に流れ込むのを防ぐことができる。

本発明にかかる流量測定装置の別な実施態様における前記上流側副流路の底面は、上流側副流路が前記検出流路とつながっている箇所から前記各導入流路につながっている両端へ向けて次第に低くなるように傾斜していることを特徴としている。かかる実施態様によれば、上流側副流路に浸入した液体は、上流側副流路の底面の傾斜によって導入流路側に排出されるため、検出流路に浸入しにくくなっている。

本発明にかかる流量測定装置のさらに別な実施態様は、前記下流側副流路の底面が、下流側副流路が前記検出流路とつながっている箇所から前記各排出流路につながっている両端へ向けて次第に低くなるように傾斜していることを特徴としている。かかる実施態様によれば、下流側副流路に浸入した液体は、下流側副流路の底面の傾斜によって排出流路側に排出されるため、検出流路に浸入しにくくなっている。

本発明にかかる流量測定装置のさらに別な実施態様は、それぞれの前記導入流路の下流側の端と前記排出流路の上流側の端とをつなぐ側部副流路を有し、各側部副流路の底面の端がそれぞれ前記上流側副流路の底面の端または上記上流側副流路の底面の端よりも低くなっていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、導入流路や排出流路から浸入した液体は、上流側流路や下流側流路よりも低い側部副流路へ流れるので、上流側流路や下流側流路を通って検出流路へ流れにくくなる。

本発明にかかる流量測定装置のさらに別な実施態様は、前記副流路が、前記流量検出素子の中心を通り前記主流路の軸方向に垂直な平面に関して対称な構造となっていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、副流路における気体の流れを安定させることができる。

なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
以下、図３〜図７を参照して本発明の実施形態１による流量測定装置の構造を説明する。図３は実施形態１による流量測定装置４１の分解斜視図である。図４は流量測定装置４１のベース部材を一部破断して示す斜視図である。図５はベース部材の平面図、図６は図５のＸ−Ｘ線断面図、図７は図５のＹ−Ｙ線断面図である。

実施形態１の流量測定装置４１は、図３に示すように、主流管４２の外周面に副流路を形成するための副流路ブロック４４を一体成形した合成樹脂製のベース部材４５と、ゴムなどの絶縁材からなる環状のシール部材４６と、下面に流量検出素子４７を実装された回路基板４８とから構成されている。

ボックス状の外観を有する副流路ブロック４４の上面のほぼ全体には、凹部５０が形成されている。凹部５０内に設けられた副流路形成領域（後述の第１副流路５８、第二副流路５９、６０及び検出流路６１の形成された領域）を囲むようにして、凹部５０の底面には、シール部材４６を嵌め込むためのシール用溝５１が環状に凹設され、その外側の四隅には回路基板４８を熱かしめするための突起５２が突出している。

しかして、シール部材４６をシール用溝５１内にはめ込んだ後、流量検出素子４７を下にして凹部５０内に回路基板４８を納め、回路基板４８の孔５３に突起５２を挿通させて突起５２を回路基板４８に熱かしめすることにより、流量測定装置４１を組み立てる。
なお、回路基板４８は、熱かしめ以外の方法、例えばネジを用いてベース部材４５に固定してもよい。また、副流路ブロック４４の上面は図外のカバーによって覆われる。

こうして流量測定装置４１を組み立てた状態では、副流路形成領域の上面は回路基板４８によって覆われ、流量検出素子４７は副流路形成領域の所定位置に位置決めされる。また、シール部材４６はシール用溝５１と回路基板４８との間で圧締されており、回路基板４８は熱かしめ用の孔５３以外の孔を有していないので、シール部材４６等は流路形成領域から外部へ気体が漏洩するのを防止する。

流量検出素子４７は、気体の流速を測定できるものであれば、特にその種類は問わない。流量検出素子４７としては、例えばヒータとサーモパイルを有するフローセンサを用いることができる。この流量検出素子４７にあっては、図８に示すように、エッチングによって基板７１の上面にキャビティ７２を形成し、キャビティ７２の上に絶縁性薄膜７３を張って絶縁性薄膜７３の縁を基板７１で保持している。絶縁性薄膜７３の中央部には、ポリシリコンによってヒータ７４を形成し、ヒータ７４の上流側と下流側にそれぞれサーモパイル７５ａ、７５ｂを設けている。サーモパイル７５ａ、７５ｂは、Ａｌの線素とポリシリコンの線素を交互につないでジグザグに配置したものである。サーモパイル７５ａ、７５ｂはヒータ７４に関して対称に配置してあり、ヒータ７４の両側の対称な位置の温度を計測する。
なお、符号７６ａ、７６ｂは、ヒータ７４やサーモパイル７５ａ、７５ｂの電極パッドである。

測定時には、ヒータ７４は所定温度で発熱しており、ヒータ７４の周囲には所定の温度分布α（温度勾配）が生じている。サーモパイル７５ａ、７５ｂは対称な配置となっているから、ヒータ７４の上を気体が流れない場合には、両サーモパイル７５ａ、７５ｂの検知温度は等しく、温度差はゼロになる。
これに対し、ヒータ７４の上に気体の流れが生じると、ヒータ７４の熱が下流側へ輸送され温度分布αが下流側へシフトするので、下流側のサーモパイル７５ｂの検知温度が上昇し、上流側のサーモパイル７５ａの検知温度が下降し、両サーモパイル７５ａ、７５ｂの検知温度の温度差から気体の流速を算出することができる。

このような流量検出素子４７では、流量検出素子４７が液体で濡れると、ヒータ７４の周囲の温度分布αに異常が生じたり、電極パッド７６ａ、７６ｂどうしが短絡したりするので、検出流路６１内に液体が浸入しないようにする必要がある。

主流管４２は、大流量の気体を通過させるための主流路４３を有している。主流路４３内の中央部には、主流路４３を仕切るようにしてオリフィス４９（流れ制限器）を設けている。オリフィス４９は主流管４２の内周面に一体成形されており、図６に示すように、内周の直径が主流路４３の直径よりも小さな円環部と、円環部の内側に設けた十文字形状をした桟部とからなる。そして、図４に示すように、オリフィス４９の円環部は主流路４３の内周面に突出していて、主流路４３を通過する気体の流れをオリフィス４９で絞るとともに、桟部で主流路４３を通過する気体に抵抗を与える。

図７及び図４に示すように、オリフィス４９の上流側においては、主流路４３の内面上部に２個所の導入口５４が開口されており、導入口５４から凹部５０内に向けて垂直に導入流路５６が貫通している。同様に、オリフィス４９の下流側においても、主流路４３の内面上部に２個所の排出口５５が開口されており、排出口５５から凹部５０内に向けて垂直に排出流路５７が貫通している。

図４に示すように、一方の導入流路５６の上端部と一方の排出流路５７の上端部との間には、主流路４３の軸方向と平行に延びた水平な第１副流路５８（側部副流路）が形成されており、この導入流路５６と排出流路５７は第１副流路５８を通じて流路が連通している。同様にして、他方の導入流路５６と他方の排出流路５７も、水平な第１副流路５８を通じて連通している。

図４及び図５に示すように、左右両側に位置する導入流路５６の上端間には、副流路ブロック４４の幅方向に延びた第２副流路５９（上流側副流路）が形成されている。よって、第２副流路５９の底面の端は、第１副流路５８の底面よりも高い位置にある。第２副流路５９は、垂直上方から見たとき中央で屈曲したＶ形となっており、さらに、第２副流路５９の底面は両端から中央へ向かうに従って高くなるように傾斜している（図７参照）。

同様に、両側に位置する排出流路５７の上端間には、副流路ブロック４４の幅方向に延びた第２副流路６０（下流側副流路）が形成されている。よって、第２副流路６０の底面の端は、第１副流路５８の底面よりも高い位置にある。第２副流路６０は、垂直上方から見たとき中央で屈曲したＶ形となっており、さらに、第２副流路６０の底面は両端から中央へ向かうに従って高くなるように傾斜している。

上流側に位置する第２副流路５９の中央と、下流側に位置する第２副流路６０の中央との間には直線状の検出流路６１が形成されており、第２副流路５９、６０どうしは検出流路６１を通じて連通している。検出流路６１の長さ方向中央部には幅の広い測定室６２が形成されており、回路基板４８の下面に実装された流量検出素子４７は、測定室６２の天井面に位置している。また、検出流路６１を通過する第２副流路５９の中央から第２副流路６０の中央までの底面は水平面となっている。ただし、測定室６２内では、気体の流速を大きくするために、検出流路６１の底面を台形状に高くしている。

第２副流路５９、６０はＶ形に屈曲しているが、その屈曲の仕方は、第２副流路５９、６０の中央がそれぞれ測定室６２から遠くなるように屈曲している。従って、検出流路６１の長さは、第１副流路５８よりも長くなっている。
なお、第２副流路５９、６０及び検出流路６１は上面が開口した溝状となっているが、上面開口を回路基板４８で塞がれることによって閉じた流路となっている。

測定室６２及び流量検出素子４７は、オリフィス４９の中心の垂直上方に位置している。導入口５４、導入流路５６、第１副流路５８、第２副流路５９、検出流路６１、測定室６２、第２副流路６０、排出流路５７及び排出口５５からなる副流路は、主流路４３の軸心を含む鉛直面に関して左右対称な構造となっており、さらに、流量検出素子４７の中心（あるいは、オリフィス４９の中心）を通り、かつ主流路４３の軸心に垂直な平面に関しても対称名構造となっており、副流路内を気体がスムーズに流れるようにしている。

主流管４２とオリフィス４９と副流路ブロック４４が一体となったベース部材４５は、上記のような構造を有しており、特に導入流路５６及び排出流路５７が垂直な貫通孔で、第１副流路５８、第２副流路５９、６０、検出流路６１及び測定室６２がいずれも凹溝で形成されているので、１回の射出成形によって一体成形することが可能となっている。具体的には、主流管４２の外周上面と副流路ブロック４４を成形する上金型と、主流管４２の外周下面を成形する下金型と、主流路４３及びオリフィス４９の片側半分を成形する第１補助金型、主流路４３及びオリフィス４９の残る半分を成形する第２補助金型によって成形金型を構成し、上金型と下金型は上下に型開きし、第１及び第２補助金型は水平方向に抜けるようにすればよい。よって、複数部品の組み合わせにより副流路ブロックを形成するものと比較すれば、部品コストと製造コストを低廉にでき、部品どうしを組み付ける際のバラツキをなくすことができる。

（副流路における気体の流れ）
図９は、導入流路５６、第１副流路５８、第２副流路５９、検出流路６１、第２副流路６０及び排出流路５７からなる副流路を模式的に表した図である（実際に、図９のような形状の流量測定装置４１を作製することも可能である。）。当該模式図を用いて、流量測定装置４１における気体の流れを説明する。

主流路４３内にオリフィス４９を設けているので、主流路４３内を流れる気体は、オリフィス４９によって抵抗を受ける。そのため、オリフィス４９の上流側では、下流側よりも気体の圧力が高くなり、導入口５４から導入流路５６内に気体の一部が流れ込みやすくなる。

主流路４３内を通過する気体の一部が導入口５４から導入流路５６に流れ込むと、導入流路５６の上端部で、気体は第１副流路５８と第２副流路５９とに分かれて流れる。第１副流路５８に入った気体は、第１副流路５８を通過して排出流路５７に流れ、排出口５５から再び主流路４３に戻って主流路４３内を流れる。

導入口５４は左右両側に設けられているので、第２副流路５９には両端から気体が流れ込み、第２副流路５９の中央部で合流した気体が検出流路６１内を通過する。検出流路６１の中央部に設けられている測定室６２は、検出流路６１よりも幅が広く、かつ、検出流路６１よりも高さが低いので、測定室６２を通過する気体は薄く広げられた状態で流量検出素子４７の表面を通過し、流速を検知される。そして、主流路４３と検出流路６１との分流比と流量検出素子４７で検知された流速などから、主流路４３を通過する気体の流量が算出される。

検出流路６１の端から第２副流路６０の中央に出た気体は、左右に分かれて第２副流路６０内を通過し、排出流路５７を通って再び主流路４３に戻り、主流路４３内を流れる。

よって、この流量測定装置４１では、主流路４３と検出流路６１との分流比を適当な値に定めることにより、主流路４３の直径が小さくて流速が大きくても、測定室６２では流量検出素子４７による測定に適した流速範囲（出力のリニアな範囲）まで流速を下げることができる。そのため、大流量を測定可能な流量測定装置４１を小型化することができる。また、主流路４３内にオリフィス４９を設けているので、主流路４３の軸方向に垂直な断面における気体の流速分布を均一化でき、主流路４３と検出流路６１との分流比のばらつきを小さくし、測定精度を向上させることができる。

また、第１副流路５８は、気体をバイパスさせることによって検出流路６１に流れる気体の流量を小さくする働きと、第１副流路５８の断面積を調整することによって測定室６２における流速を最適化する働きとを有している。しかも、第１副流路５８は副流路ブロック４４の上面に凹溝を設けることで形成されているので、その断面積の調整が金型構造上容易となっている。

（液体の排除）
一方、この流量測定装置４１は、以下のような理由により、検出流路６１内に液体が浸入しにくい構造となっており、検出流路６１や流量検出素子４７が液体で汚染されにくくなっている。

例えば、導入口５４から導入流路５６に液体が浸入し、導入流路５６の壁面に液体が付着したとする。このとき、気体の流れによって液体が吹き上げられて導入流路５６の奥に入っていく可能性がある。しかし、液体が導入流路５６の上端部に達したとしても、図４又は図９に示すように、第２副流路５９の底面の端が第１副流路５８の底面よりも高くなっているので、導入流路５６の上端部に達した液体は第２副流路５９側には浸入しにくく、第１副流路５８側へは容易に浸入できる。そして、第１副流路５８に浸入した液体は第１副流路５８及び排出口５５を通って主流路４３内へ排出される。よって、この流量測定装置４１では、第１副流路５８の底面を第２副流路５９、６０の底面よりも低い位置に設けることで、導入流路５６に浸入した液体が検出流路６１に達しにくい構造となっている。

また、流量測定装置４１が正常な姿勢となっているとき、仮に第２副流路５９又は６０に液体が入り込んだとしても、図７に示すように、第２副流路５９及び６０の底面はいずれも、その中央から両端へ向けて下り傾斜しているため、第２副流路５９又は６０内に浸入した液体は、第２副流路５９又は６０の底面の傾斜によって第２副流路５９又は６０から導入口５４又は排出口５５へ排出される。よって、この流量測定装置４１では、第２副流路５９、６０の底面が中央から両端へ向けて斜め下りに傾斜していることで、第２副流路５９、６０に液体が浸入しても検出流路６１へ流れ込みにくい構造となっている。

また、従来例の流量測定装置１１では第２副流路２０、２１が直線状となっていたため、流量測定装置１１を組み込んだ機器が横転した場合、縦になった第２副流路２０、２１を液体が流れ落ちると、液体が検出流路２２へ回り込んで浸入する恐れがあった（図２参照）。

これに対し、本実施形態の流量測定装置４１では、検出流路６１と接続されている第２副流路５９、６０の中央部が検出流路６１と反対側へ飛び出るように屈曲している。そのため、機器を持ち運ぶ際などに機器が横転した場合には、副流路は図１０に示すような姿勢で横向きになる。この状態で、縦になった第２副流路５９、６０を液体が自重で流れ落ちると、図１０に矢印で示すように、検出流路６１よりも上方では液体は検出流路６１の端へ向けて第２副流路５９、６０内を斜めに流れ落ち、検出流路６１の端の直前では液体は検出流路６１の端から離れる方向へ向けて流れ、検出流路６１の端を迂回しながら第２副流路５９、６０内を検出流路６１の上方から下方へ移動するので、液体は検出流路６１内へ浸入しにくい。しかも、第２副流路５９、６０の底面が傾斜していることで、第２副流路５９、６０は、両端で流路断面積が大きく、中央でもっとも流路断面積が小さくなるように絞られているので、第２副流路５９、６０の中央へ向けて流れる液体は、中央へ向かうに従って加速され、一層検出流路６１内に入り込みにくくなっている。そして、第２副流路５９、６０を流れ落ちた液体は、導入口５４又は排出口５５から排出される。よって、この流量測定装置４１では、第２副流路５９、６０がＶ形に屈曲していることで、流量測定装置４１が横転している場合でも検出流路６１へ液体が流れ込みにくい構造となっている。

また、流量測定装置４１を組み込んだ機器が倒れて、図１１に示すように検出流路６１が縦になった場合には、上になった第２副流路（ここでは、第２副流路５９とする。）は正面から見て逆Ｖ形となっているので、ここに入り込んでいた液体は、図１１に矢印で示すように第２副流路５９に沿って両側へ排出され、さらに第１副流路５８から下方へ流れ落ちる。よって、第２副流路５９に液体が入り込んでいたも、検出流路６１内に液体が浸入する恐れが少ない。

このとき、第１副流路５８を流れ落ちた液体は、下になった第２副流路（ここでは、第２副流路６０とする。）の中央に溜まるが、機器を正常な姿勢に配置したときに、第２副流路６０の中央に溜まっていた液体は、第２副流路６０の底面の傾斜によって両端へ流れ、排出流路５７から主流路４３へ排出される。よって、この流量測定装置４１では、第２副流路５９、６０がＶ形に屈曲し、また第２副流路５９、６０の底面が傾斜していることで、流量測定装置４１が横転している場合でも検出流路６１へ液体が流れ込みにくい構造となっている。

従って、この流量測定装置４１は、検出流路６１や流量検出素子４７が液体に触れて汚染されにくくなっている。特に、液体を溜めたタンクなどを備えた機器に用いられている場合でも、機器を持ち運んだ際にタンク内に残っていた液体が流れ出ても、液体が検出流路６１に流れ込みにくくなっている。しかも、機器を正しい姿勢で設置すれば、副流路内に流れ込んでいた液体を主流路４３へ速やかに排出させることができる。よって、この流量測定装置４１では、液体を用いる環境下でも、流量測定装置４１の特性劣化を抑制することができる。

なお、浸入した液体の排出性を高めるため、副流路の表面（特に、第１副流路５８、第２副流路５９、６０、検出流路６１、測定室６２の表面）は、面粗さの最大高さが２５μｍ以下となるように表面処理を施しておくことが望ましい。

（第２の実施形態）
図１２は、本発明の実施形態２による流量測定装置に用いられるベース部材８１の平面図である。この実施形態では、実施形態１における左右の第１副流路５８が省かれており、導入口５４と排出口５５は直接にはつながっていない。このような構造によれば、第１副流路へ気体が流れないので、検出流路６１に流れる流量を大きくすることができる。また、この実施形態では、測定室６２の底面は高くなっておらず、検出流路６１の底面は端から端まで平坦に形成されている。

（第３の実施形態）
図１３は、本発明の実施形態３による流量測定装置９１の断面図である。この流量測定装置９１では、副流路の左右対称面と、主流路４３の左右対称面がずれている。このような構造によれば、２つの導入口５４が主流路４３の非対称な位置に設けられることになるので、導入口５４から採取した測定用の気体の流速を平均化する働きが高まる。

図１は、特許文献１に記載された流量測定装置の斜視図である。 図２は、流量測定装置を組み込んだ機器が横転したときに、第２副流路を流れ落ちる水が検出流路内に浸入する様子を説明するための図である。 図３は、本発明の実施形態１による流量測定装置の分解斜視図である。 図４は、実施形態１の流量測定装置に用いられているベース部材を一部破断して示す斜視図である。 図５は、同上のベース部材の平面図である。 図６は、図５のＸ−Ｘ線断面図である。 図７は、図５のＹ−Ｙ線断面図である。 図８は、流量検出素子の一例（フローセンサ）を示す概略断面図である。 図９は、主流路と副流路を模式的に表した斜視図である。 図１０は、第２副流路が縦向きとなるように倒れた副流路とその一部の拡大断面を示す図である。 図１１は、検出流路６１が縦になるように倒れた副流路を示す図である。 図１２は、本発明の実施形態２による流量測定装置に用いられるベース部材の平面図である。 図１３は、本発明の実施形態３による流量測定装置の断面図である。

符号の説明

４１、９１ 流量測定装置
４２ 主流管
４３ 主流路
４４ 副流路ブロック
４５、８１ ベース部材
４７ 流量検出素子
４８ 回路基板
４９ オリフィス
５４ 導入口
５５ 排出口
５６ 導入流路
５７ 排出流路
５８ 第１副流路
５９、６０ 第２副流路
６１ 検出流路
６２ 測定室

Claims (6)

1. 気体が流れる主流路を有する主流管と、前記主流路内において気体の流れを絞るオリフィスと、一端が前記オリフィスの上流側において前記主流路内に開口した一対の導入口に連通し、かつ、他端が前記オリフィスの下流側において前記主流路内に開口した一対の排出口に連通する副流路を設けられた副流路ブロックとからなり、
   前記副流路は、
   上流側の端が前記各導入口に連通した一対の導入流路と、
   両端がそれぞれ前記各導入流路の下流側の端につながった上流側副流路と、
   下流側の端が前記各排出口に連通した一対の排出流路と、
   両端がそれぞれ前記各排出流路の上流側の端につながった下流側副流路と、
   上流側の端が前記上流側副流路につながり、下流側の端が前記下流側副流路につながり、かつ流量検出素子を配置された検出流路と、
   を備え、
   前記検出流路の上流側の端が前記上流側副流路の両端よりも主流路の上流側に位置し、前記検出流路の下流側の端が前記下流側副流路の両端よりも主流路の下流側に位置していることを特徴とする流量測定装置。
2. 前記検出流路の上流側の端は、前記導入流路の下流側の端から離れた位置で前記上流側副流路につながり、前記検出流路の下流側の端は、前記排出流路の上流側の端から離れた位置で前記下流側副流路につながっていることを特徴とする、請求項１に記載の流量測定装置。
3. 前記上流側副流路の底面は、上流側副流路が前記検出流路とつながっている箇所から前記各導入流路につながっている両端へ向けて次第に低くなるように傾斜していることを特徴とする、請求項１に記載の流量測定装置。
4. 前記下流側副流路の底面は、下流側副流路が前記検出流路とつながっている箇所から前記各排出流路につながっている両端へ向けて次第に低くなるように傾斜していることを特徴とする、請求項１に記載の流量測定装置。
5. それぞれの前記導入流路の下流側の端と前記排出流路の上流側の端とをつなぐ側部副流路を有し、各側部副流路の底面の端がそれぞれ前記上流側副流路の底面の端または上記上流側副流路の底面の端よりも低くなっていることを特徴とする、請求項１に記載の流量測定装置。
6. 前記副流路は、前記流量検出素子の中心を通り前記主流路の軸方向に垂直な平面に関して対称な構造となっていることを特徴とする、請求項１から３のうちいずれか１項に記載の流量測定装置。

Images