JP5154197B2 - ガスメータ - Google Patents

Description

本発明は、一体成形流路を備えたガスメータに関する。

従来、ガスの流量計測には、膜式ガスメータ等の種々のガスメータが利用されており、近年では、より高精度に流量を計測可能な超音波式ガスメータが提案されている。
例えば、図７及び図８に示す特許文献１に記載された従来技術では、流入口１１から流出口１２へと流れる被計測流体の流量を計測する際、導通路１２５を流れる被計測流体に超音波を伝播させて、その超音波の伝播時間または伝播速度が被計測流体の流速によって変化することを利用して被計測流体の流量を計測している。
この計測方法では、一般に導通路における被計測流体の流れの様相が大幅に変化すると、それに起因して計測誤差が大きくなる傾向にある。そのため、特許文献１では、導通路１２５を整流板１２６で厚さ（複数の層の積層方向の高さ）が均等になるように複数の層に分割して流速分布を均一または安定化させて計測精度を向上させている。
そして流量計測装置は、このように計測した流量に対して、流量計測装置毎に求めた補正係数（流量係数）を積算して流量値を求め、どの流量計測装置も正確な流量値を求めることができるようにしている。
特開２００６−６４６２６号公報

上記の流量係数は、流量計測装置として要求される計測精度を個々の流量計測装置で満足させるために、例えば流量計測装置の検査工程にて、基準となる種々の流量の流体を用い、流量計測装置毎の流量係数を求めて、その流量計測装置に固有の流量係数を記憶させている。
特許文献１に記載された従来技術では、被計測流体が流れる略筒状の流路が、図７及び図８に示すように、流入口１１及び流出口１２が形成された背面カバー１５０、流入口１１部に接続された第１流路部材１５１、流出口１２部に接続された第２流路部材１５４、第１流路部材１５１と第２流路部材１５４とを接続する計測管ケース１５２、１５３にて形成されている。なお、計測管ケース１５２、１５３の内部には、導通路１２５と一対の超音波伝播手段（図示省略）を備えた計測管１２２が配置されている。
このように、多数の筒状の部材を接続して略Ｕ字型の流路を形成しており、流路を構成する部品点数が多く、各接続部には密閉性が要求されるため、製造に非常に手間がかかる（流路を構成する部品点数が増えるほど密閉性の確保に手間がかかる）。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、流路を構成する部品点数を削減し、製造がより容易なガスメータを提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりのガスメータである。
請求項１に記載のガスメータは、ガスが流入する流入口と、流入したガスの出口となる流出口と、が同一方向に配置され、前記流入口から前記流出口まで略Ｕ字型の筒状となるガスの流路を備えた流路部材と、前記流路部材の前記流路内に配置され、前記流路内に流れるガスが通過する断面が略矩形に形成された導通路を有する計測管と、前記導通路内における上流側と下流側との所定の２点間に超音波を伝播させる一対の超音波伝播手段と、前記超音波伝播手段を制御して前記超音波伝播手段からの検出信号に基づいて前記導通路内に流れるガスの流量を算出する制御手段と、を備えたガスメータである。
前記流路部材における略Ｕ字型の流路の底辺部には、前記計測管を前記流路内に配置するための開口部が設けられており、前記流路部材は、前記開口部から前記流路内に前記計測管が組み付けられ、前記開口部に底面パネル部材が組み付けられることで前記開口部が密閉される構造を有している。
そして、前記流路部材は一体成形品で形成されている。
また、前記流路部材における略Ｕ字型の流路の底辺部に前記超音波伝播手段と前記計測管と前記底面パネル部材が組み付けられ、前記流路部材の所定位置に前記制御手段が組み付けられ、前記流路部材の正面側から所定の部材が前記流路部材に組み付けられた後で、前記流路部材の正面部に正面パネル部材が組み付けられ、前記流路部材の背面側から所定の部材が前記流路部材に組み付けられた後で、前記流路部材の背面部に背面パネル部材が組み付けられることで、前記流入口と流出口とが左右に並んで上を向く方向とした場合における上面部と左右側面部が前記流路部材で構成されており、底面部が前記底面パネル部材で構成されており、正面部が前記正面パネル部材で構成されており、背面部が前記背面パネル部材で構成されている略箱型となる構造を有している。

請求項１に記載のガスメータでは、略Ｕ字型の筒状の流路を一体成形品で形成するため、流路を構成する部品点数を大幅に削減することが可能であり、より適切に密閉性を確保することができる。なお、略Ｕ字型の筒状形状は一体成形が比較的困難であるが、Ｕ字型の底辺部に開口部を設け、当該開口部から型抜きを可能とすることで、型抜きが困難な底辺部も含めて一体成形することができる。
また、この開口部は、ガスの流量を検出する計測管を流路内に配置するために必要であり、一体成形の型抜き用と、計測管の流路内配置用を兼ねており、ムダがない。

また、請求項１に記載のガスメータでは、一体成形品の流路部材を、流入口と流出口が左右に並んで上を向くようにした場合、当該流路部材の下、背面、正面の各方向から、超音波伝播手段、計測管、底面パネル部材、制御手段、背面パネル部材、正面パネル部材、を組み付けることでガスメータを製造できる構成としたので、ガスメータの製造が容易である。
また、流路部材が略箱状のガスメータの上面部と左右側面部を兼ねるように構成することで、ガスメータの部品点数を更に削減することが可能であり、ガスメータの製造が更に容易である。

以下に本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。図１（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明のガスメータ１の一実施の形態における概略外観図を示している。

●［ガスメータ１の外観（図１（Ａ）及び（Ｂ））］
図１（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、本実施の形態のガスメータ１の外観を説明する。図１（Ａ）は正面図を示しており、図１（Ｂ）は上面図を示している。なお、各図のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、Ｘ軸及びＹ軸が水平方向を示す軸であり、Ｚ軸が垂直方向を示す軸である。
ガスメータ１の正面には計測したガスの流量の積算値等を表示する表示手段４１（ＬＣＤ等）、異常検出によって遮断弁３４にてガスを遮断した状態からの復帰を行う復帰ボタン４２等が設けられている。
本実施の形態にて説明するガスメータ１は、略矩形の箱状であり、流入口１１と流出口１２とが同一方向に配置された筒状の略Ｕ字型の流路を備えた流路部材１０が一体成形品で形成されており、当該流路部材１０は、ガスメータ１の外観において、上面と右側面と左側面を構成している。
なお、ガスメータ１内において、流入したガスが流れる流路は、略Ｕ字型に形成されているが（図３（Ａ）参照）、筒状の略Ｕ字型を一体成形するには、Ｕ字型の底辺部において筒の内側の型の挿入及び抜き取りが困難である。そこで、この底辺部を開口した形状で一体成形し、この開口部から計測管２２を組み付け、開口部に蓋をするように底面パネル部材２１を組み付ける（図２、図３（Ａ）参照）。これにより、筒状の略Ｕ字型の流路を一体成形することが容易となる。
なお、本実施の形態のガスメータ１では、流路部材１０の材質として、一体成形に適しているとともに熱膨張係数が比較的小さいアルミを使用したアルミダイカストとしたが、これに限定されるものではない。

●［ガスメータ１の構造（図２〜図４）］
次に、図２〜図４を用いてガスメータ１の構造について説明する。
図２はガスメータ１に組み付ける部品の概略形状と組み付け方向の例を示している。また、図３（Ａ）は図１（Ｂ）におけるＡ−Ａ断面図（電源パック３２等は省略）の例を示しており、図３（Ｂ）は図３（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図の例を示しており、図４は図３（Ａ）におけるＣ−Ｃ断面図の例を示している。図３（Ａ）に示すように、流入口１１から流出口１２に至るまでのガスの流路は、略Ｕ字型の筒状に形成されている。

図７及び図８に示す従来のガスメータ１０１では、略Ｕ字型の筒状の流路を、流入口１１及び流出口１２を備えた背面カバー１５０と、流入口１１部に接続された第１流路部材１５１と、流出口１２部に接続された第２流路部材１５４と、計測管１２２を収めるとともに第１流路部材１５１と第２流路部材１５４とを接続する計測管ケース１５２及び１５３にて形成している。このため、組み付ける部品点数が多く構造が複雑であるとともに各々が異なる誤差を有するため、ガスの漏れが発生しないように密閉状態となるように組み付ける作業に、非常に手間がかかる。
これに対して本実施の形態にて説明するガスメータ１では、一体成形品で形成した流路部材１０の底辺部に設けた開口部から計測管２２を組み付け、開口部に蓋をするように底面パネル部材２１を組み付けるだけで、流入口１１から流出口１２に至る略Ｕ字型の筒状の流路を形成することができるので、組み付けが非常に容易であり、作業性がよい（図２、図３（Ａ）参照）。

次に図２を用いて、ガスメータ１の組み付ける部品の概略形状と組み付けの手順を説明する。
まず、流入口１１と流出口１２が同一方向に配置された一体成形品の流路部材１０を、流入口１１及び流出口１２が上面となるようにした場合、流路部材１０の底面に設けた開口部から、計測管２２が流路内に配置されるように計測管２２が組み付けられる。そして、開口部に底面パネル部材２１が組み付けられ、開口部が密閉される（蓋をされる）。また、流路部材１０に設けられた超音波伝播手段の取り付け穴に、一対の超音波伝播手段２３Ａ、２３Ｂ（超音波送受信センサ）が組み付けられる。
計測管２２は、流路内に配置され、流路内に流れるガスが通過する断面が略矩形に形成された導通路２５を有している。そして、一対の超音波伝播手段２３Ａ、２３Ｂは、導通路２５内における上流側と下流側の所定個所に配置され、この２点間において、上流側から超音波を発信して下流側で受信して伝播時間を計測し、下流側から超音波を発信して上流側で受信して伝播時間を計測する。超音波伝播手段２３Ａ、２３Ｂ（超音波送受信センサ）は流体の流れ方向に対して所定の角度「θ」をもって対向するように組み付けられている。ここで音速を「Ｃ」、ガスの流速を「Ｕ」、超音波伝播手段２３Ａと２３Ｂの間隔（距離）を「Ｌ」、超音波の伝播時間を「Ｔ１」、「Ｔ２」とした場合、上流→下流（伝播時間「Ｔ１」）においては「Ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋Ｕｃｏｓθ）」の関係が成立し、下流→上流（伝播時間「Ｔ２」）においては「Ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−Ｕｃｏｓθ）」の関係が成立する。この両式より流速「Ｕ」を算出すると「Ｕ＝（Ｌ／２ｃｏｓθ）（（１／Ｔ１）−（１／Ｔ２））」となる。そして、この算出した流速Ｕに導通路２５の断面Ｓと流量係数とを積算して流量を算出している。ここで流量係数とは、流体の流量を補正する係数であり、後述する。なお、導通路２５内には、導通路２５を多層に区切ってガスの流れを整える複数の整流板２４が設けられている。

次に、流路部材１０の背面側から、流路部材１０の略Ｕ字型の流路の一部の背面側に設けられた遮断弁用の取り付け穴に、遮断弁３４が組み付けられる。流路部材１０の背面側の流路の所定個所には、遮断弁３４を組み付けるための取り付け穴が予め設けられて一体成形されている。なお遮断弁３４は、異常を検出した場合に流路を閉じて（遮断して）、流出口１２にガスが流れないようにするものである。
次に、流路部材１０の正面側から、流路部材１０の中央近傍に設けられた空間部Ｋに電源パック３２が組み付けられる。そして、流路部材１０の略Ｕ字型の流路の一部の正面側に設けられた圧力センサ用の取り付け穴に、圧力センサ３１が組み付けられる。流路部材１０の正面側の流路の所定個所には、圧力センサ３１を組み付けるための取り付け穴が予め設けられて一体成形されている。なお圧力センサ３１は、種々の異常を検出するための条件等で利用するガスの圧力を検出するものである。
次に、流路部材１０の正面側から制御基板３３（制御手段に相当）を組み付ける。制御基板３３は、ＣＰＵ等を備えており、超音波伝播手段２３Ａ、２３Ｂを制御して超音波伝播手段２３Ａ、２３Ｂからの検出信号に基づいて導通路２５内に流れるガスの流量を算出する。
そして、流路部材１０の背面側から背面パネル部材５０を組み付け、流路部材１０の正面側から正面パネル部材４０を組み付ける。なお制御基板３３のＣＰＵにて、圧力センサ３１の検出信号から圧力を算出し、種々の異常判定を行い、異常を判定した場合は遮断弁３４に駆動信号を出力して流路を遮断する。
以上の組み付けにより、上面部と左右側面部が流路部材１０で構成され、底面部が底面パネル部材２１で構成され、背面部が背面パネル部材５０で構成され、正面部が正面パネル部材４０で構成された、略箱型のガスメータ１が完成する。

●［ガスメータ１の特性（図５〜図６）］
本実施の形態にて説明したガスメータ１は、流路を一体成形品の流路部材１０で構成しており、従来のガスメータ１０１よりも優れた特性を備えている。
図５（Ａ）は、本実施の形態のガスメータ１と、従来のガスメータ１０１との、ガス（例えば空気）の流量に対する圧力損失の状態を表している。どちらも流量の増加に伴って圧力損失の値が大きくなっているが、点線で示す従来のガスメータ１０１の特性に対して、実線で示す本実施の形態のガスメータ１の特性のほうが圧力損失が小さく、良好な特性を示している。
また、図５（Ｂ）は、本実施の形態のガスメータ１と、従来のガスメータ１０１との、ガス（例えば空気）の流量に対する流量係数（計測した流量を補正する係数であり、ガスメータ毎に求めて記憶している）の値を示している。実線で示す本実施の形態のガスメータ１の特性のほうが流量係数のばらつき範囲が小さく、より安定しており、良好な特性を示している。

また、図６（Ａ）は、本実施の形態のガスメータ１と、従来のガスメータ１０１との、各温度（６０℃、２３℃、−２５℃）においてガス（例えば空気）の流量に対する誤差（器差＝測定値−真の値）の割合を示している。実線で示す本実施の形態のガスメータ１の特性のほうが、器差のばらつき範囲が小さく、より安定しており、良好な特性を示している。
また、図６（Ｂ）は、本実施の形態のガスメータ１と、従来のガスメータ１０１との、ガスの種類（空気、１３Ａ（都市ガス）、ＬＰＧ（プロパンガス））において流量に対する誤差（器差＝測定値−真の値）の割合を示している。実線で示す本実施の形態のガスメータ１の特性のほうが、器差のばらつき範囲が小さく、より安定しており、良好な特性を示している。
また、図６（Ｃ）は、本実施の形態のガスメータ１において、各温度（６０℃、２３℃、−２５℃）と、ガスの種類（空気、１３Ａ（都市ガス））に対して、流量に対する誤差（器差＝測定値−真の値）の割合を示している。実線で示す空気に対する器差も、点線で示す１３Ａ（都市ガス）に対する器差も、図６（Ａ）と同様にばらつき範囲が小さく、より安定しており、良好な特性を示している。

以上、本実施の形態にて説明したガスメータ１は、一体成形品で形成した流路部材１０を用いることで、流路を構成する部品点数が少なく、製造がより容易である。また、少ない部品点数であることから低コストであるとともに、組み付け誤差等が小さいため特性のばらつきが小さく、非常に良好な特性を示している。特に、図５（Ｂ）に示す流量係数の特性がほぼフラットでばらつき範囲が従来の１／５程度にまで縮小されてほぼ直線に近いため、従来のガスメータ１０１の特性曲線では例えば４点の流量を記憶して補正が必要となるところを、２点の流量を記憶するだけでよく、流量係数を求めて記憶する検査工程を短縮することができ、生産性をより向上させることができる。また、図５（Ａ）に示す圧力損失に関しても、圧力損失が最大の位置では、従来と比較して１０％以上低減されている。
また、流路の部品点数の削減に加えて、一体成形品の流路部材１０が、略箱状のガスメータ１の上面と左右側面となるように構成したため、更にガスメータ１の部品点数を削減することが可能となり、更に製造が容易である。

本発明のガスメータ１は、本実施の形態で説明した構成、構造、外観、形状、材質等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また、本実施の形態の説明に用いたグラフ等の特性は一例であり、この特性に限定されるものではない。
また、本実施の形態の説明では、流入口１１と流出口１２とを上向きにした略Ｕ字型の流路を備えたガスメータ１を説明したが、流入口１１と流出口１２とを下向きとした逆Ｕ字型のガスメータを構成することもできる。

本発明のガスメータ１の概略外観図である。 ガスメータ１に組み付ける部品の概略形状と組み付け方向の例を示す図である。 図１（Ｂ）におけるＡ−Ａ断面図の例（図３（Ａ））、図３（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図の例を説明する図である。 図３（Ａ）におけるＣ−Ｃ断面図の例を説明する図である。 本発明のガスメータ１と従来のガスメータ１０１との特性の比較を説明する図（グラフ）である。 本発明のガスメータ１と従来のガスメータ１０１との特性の比較を説明する図（グラフ）である。 従来のガスメータ１０１の外観の例を説明する図である。 従来のガスメータ１０１の内部構造（特に流路を形成する部品）を説明する図である。

１ ガスメータ
１０ 流路部材（一体成形品）
１１ 流入口
１２ 流出口
２１ 底面パネル部材
２２ 計測管
２３Ａ、２３Ｂ 超音波伝播手段
２４ 整流板
２５ 導通路
３１ 圧力センサ
３２ 電源パック
３３ 制御基板（制御手段）
３４ 遮断弁
４０ 正面パネル部材
４１ 表示手段
４２ 復帰ボタン
５０ 背面パネル部材
Ｋ 空間部

Claims (1)

1. ガスが流入する流入口と、流入したガスの出口となる流出口と、が同一方向に配置され、前記流入口から前記流出口まで略Ｕ字型の筒状となるガスの流路を備えた流路部材と、
   前記流路部材の前記流路内に配置され、前記流路内に流れるガスが通過する断面が略矩形に形成された導通路を有する計測管と、
   前記導通路内における上流側と下流側との所定の２点間に超音波を伝播させる一対の超音波伝播手段と、
   前記超音波伝播手段を制御して前記超音波伝播手段からの検出信号に基づいて前記導通路内に流れるガスの流量を算出する制御手段と、
   を備えたガスメータにおいて、
   前記流路部材における略Ｕ字型の流路の底辺部には、前記計測管を前記流路内に配置するための開口部が設けられており、
   前記流路部材は、前記開口部から前記流路内に前記計測管が組み付けられ、前記開口部に底面パネル部材が組み付けられることで前記開口部が密閉される構造を有しており、
   前記流路部材は一体成形品で形成されており、
   前記流路部材における略Ｕ字型の流路の底辺部に前記超音波伝播手段と前記計測管と前記底面パネル部材が組み付けられ、
   前記流路部材の所定位置に前記制御手段が組み付けられ、
   前記流路部材の正面側から所定の部材が前記流路部材に組み付けられた後で、前記流路部材の正面部に正面パネル部材が組み付けられ、
   前記流路部材の背面側から所定の部材が前記流路部材に組み付けられた後で、前記流路部材の背面部に背面パネル部材が組み付けられることで、
   前記流入口と流出口とが左右に並んで上を向く方向とした場合における上面部と左右側面部が前記流路部材で構成されており、底面部が前記底面パネル部材で構成されており、正面部が前記正面パネル部材で構成されており、背面部が前記背面パネル部材で構成されている略箱型となる構造を有している、
   ガスメータ。

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