JP5225625B2 - 超音波式流体計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、多層流路部材により計測流路内に複数の扁平流路が形成された超音波式流体計測装置に関するものである。

超音波式流体計測装置は、計測用流路に流体を流し、計測用流路内に超音波を伝搬させて、超音波の伝搬時間を計測し、計測した情報に基づいて流体の流速を求めるものである。
この計測用流路は、断面長方形の角筒形状で対向する短辺側面にそれぞれ一対の送受波部が設けられている。

これら一対の送受波部は、計測用流路の流れ方向に対して所定の角度で交差する線に沿って超音波を送受するように配置されている。
そして、近年では、計測精度を向上させるために、計測用流路に複数の隔壁を並行に配置することにより、計測用流路を多層流路とした超音波式流体計測装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
国際公開第０４／０７４７８３号パンフレット

しかしながら、計測用流路を多層流路とする際に、多層流路を形成するための仕切板の両縁をフレームにより支持した場合、フレームと計測流路の内面との間に流体が流れ込むため計測精度を低下させるという問題があった。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、平均流速の計測精度を向上できる超音波式流体計測装置を提供することにある。

本発明の超音波式流体計測装置は、超音波式流体計測装置に形成された角筒状の計測流路に配置され、前記計測流路を複数の扁平流路に区画する仕切板と、前記仕切板における流体の流れ方向に沿った縁部を支持するフレームとを有する超音波式流体計測装置の多層流路部材と、前記計測流路に第１送受波器および第２送受波器が設けられた超音波計測部と、を有する超音波式流体計測装置であって、前記多層流路部材には、前記計測流路の内面と前記フレームの外面との間に前記流体が流れることを阻止するシール手段が前記フレームに設けられており、前記シール手段が前記フレームと一体に形成されており、前記計測流路の内面に形成されている前記シール手段の一つである凹部に嵌合する、前記フレームの外面に形成されている前記シール手段の他の一つとしての凸部が設けられ、前記凹部は前記内面の全周に形成されており、前記凸部は前記フレームの外面の全周に形成されており、かつ、前記凹部および前記凸部は嵌合するＶ型凹部およびＶ型凸部であり、これによって、前記計測流路の内面と前記フレームとの間に流体が流れるのを防止することができると共に、前記多層流路部材の前記計測流路における位置決めが容易になる構成を有している。

この構成により、第１送受波器および第２送受波器を有する超音波計測部が設けられた角筒状の計測流路に、流れ方向に沿ったフレームに取り付けた仕切板によって複数の扁平流路に区画する多層流路部材を設ける際に、計測流路の内面とフレームの外面との間に流体が流れることを阻止するシール手段を計測流路の内面に設けた。このため、従来のように、多層流路部材を構成するフレームと計測流路の内面との間に流体が流れ込んで、計測精度を低下させるという問題が生じず、これにより計測精度を向上できることとなる。

本発明は、超音波式流体計測装置の角筒状の計測流路に配置される多層流路部材を、流れ方向に沿ったフレームに取り付けた仕切板によって複数の扁平流路に区画する際に、計測流路の内面とフレームの外面との間に流体が流れることを阻止するシール手段をフレームに設けた。このため、従来のように、多層流路部材を構成するフレームと計測流路の内面との間に流体が流れ込んで、計測精度を低下させるという問題が生じず、これにより計測精度を向上できるという効果を有する超音波式流体計測装置を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態の超音波式流体計測装置の多層流路部材および超音波式流体計測装置について、図面を用いて説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る超音波式流体計測装置および多層流路部材の斜視図、図２は本発明の第１の実施の形態に係る多層流路部材の斜視図、図３は水平流路の平面図、図４（Ａ）および（Ｂ）はＶ型凸部とＶ型凹部との嵌合状態を示す断面図である。

図１に示すように、第１実施形態に係る超音波式流体計測装置１０Ａは、左右の鉛直流路１２，１３と、この左右の鉛直流路１２、１３の上端部同士を連結する水平流路１４とで略逆Ｕ字状に形成された流体路１１を有している。水平流路１４は流体を計測するための計測流路１４ａを有しており、この計測流路１４ａにおける一対の対向する内面１５ａ，１５ｂにはそれぞれ第１送受波器（ここでは送波器）２１および第２送受波器（ここでは受波器）２２を有する超音波計測部２０が設けられている。さらに、計測流路１４ａには、流体を複数の扁平流路に区画する多層流路部材３０Ａと、多層流路部材３０Ａを計測流路１４ａに収容して密閉する蓋１７を有している。従って、蓋１７を水平流路１４に被せると、計測流路１４ａは断面矩形の角筒状に形成されることになる。

なお、第１送受波器２１と第２送受波器２２を結ぶ計測方向の超音波伝搬路２３は、流体の流れる方向に対して斜めに交差するように設けられている。このように、第１，第２送受波器２１，２２のような流れに対して角度を有し対向して配置している配置パターンは、Ｚパス（Ｚ−ｐａｔｈ）またはＺ法と呼ばれており、本実施の形態では、このＺパス配置について例示する。

図１および図２に示すように、水平流路１４の側壁１６ａ、１６ｂには、外側へ突出する三角形状の送受波器取付部１８、１８がそれぞれ設けられている。両送受波器取付部１８、１８および側壁１６ａ、１６ｂには、両送受波器取付部１８、１８を結ぶ方向に貫通する例えば円形の貫通穴１８ａが設けられており、超音波伝播路２３が形成されている。なお、一方の送受波器取付部１８には第１送受波器２１が取り付けられ、他方の送受波器取付部１８には第２送受波器２２が取り付けられている（図３参照）。

水平流路１４の計測流路１４ａの両内面１５ａ、１５ｂには、シール手段（第２シール手段）であるＶ型凹部１４ｂが超音波伝播路を挟んで両側（合計４箇所）に設けられている。なお、ここでは、各部において２本のＶ型凹部１４ｂが形成されている。

図２に示すように、多層流路部材３０Ａは、計測流路１４ａを複数の扁平流路に区画するための仕切板３２と、仕切板３２における流体の流れ方向に沿った縁部を支持するフレーム３１とを有している。

フレーム３１の外面３１ａには、計測流路１４ａに設けられている前述した第２シール手段であるＶ型凹部１４ｂに対応するシール手段（第１シール手段）であるＶ型凸部３３が、フレーム３１から計測流路１４ａの内面１５ａ、１５ｂに向かって突出して設けられている。このＶ型凸部３３は、フレーム３１と一体的に設けられているので、別の部品を用いることなく、計測流路の内面とフレームとの間に流体が流れるのを防止することができることとなる。また、Ｖ型凸部３３は流体の流れ方向に対して交差する方向（ここでは、流体の流れ方向に対して直角）に連続して設けられている。

従って、多層流路部材３０Ａを計測流路１４ａに嵌めると、図３に示すように、Ｖ型凸部３３がＶ型凹部１４ｂに嵌合するので、フレーム３１と計測流路１４ａの内面１５ａ、１５ｂとの間には流体が流れないことになる。また、多層流路部材３０Ａの計測流路１４ａにおける位置決めが容易になる。なお、図４（Ａ）に示すように、Ｖ型凹部１４ｂとＶ型凸部３３とは接触してもよい。あるいは、図４（Ｂ）に示すように、接触しなくてもラビリンスシールを形成すればよい。

また、図２および図３に示すように、多層流路部材３０Ａを計測流路１４ａに嵌めた状態で、超音波伝搬路２３に位置する多層流路部材３０Ａのフレーム３１には、超音波通過用の貫通孔３１ｂが設けられている。この切欠きに３１ｂには、流体は通過させないが超音波を透過させることができる例えば細かなメッシュ・パンチングメタル等のフィルタ部材３４が取り付けられており、このフィルタ部材３４は撥水性処理が施されている。このため、フィルタ部材３３に当たった流体はじかれ、流体による目詰まりが生じにくいので、計測精度を向上させることができる。

ここで、「撥水性」とは、防水のように「水の浸透を防ぐ」のではなく、「水を弾く」という性質を言う。撥水性処理としては、例えば、
１：大気圧下でプラズマを発生させ、材料表面に重合により撥水製のポリマーを生成させる。
２：フッ素の極薄皮膜を材料表面に設ける。
３：有機薄膜処理により素材の表面にナノスケールの機能膜を形成する。等の処理を例示することができる。

以上、前述した本発明の実施形態にかかる超音波式流体計測装置の多層流路部材３０Ａによれば、超音波式流体計測装置１０Ａの角筒状の計測流路１４ａに配置されフレーム３１に取り付けた仕切板３２によって複数の扁平流路に区画する多層流路部材３０Ａに、計測流路１４ａの内面１５ａ、１５ｂとフレーム３１の外面３１ａとの間に流体が流れることを阻止するＶ型凸部３３をフレーム３１と一体的に設けた。このため、従来のように、多層流路部材３０Ａを構成するフレーム３１と計測流路１４ａの内面１５ａ、１５ｂとの間に流体が流れ込んで、計測精度を低下させるという問題が生じず、これにより計測精度を向上できる。

また、本発明の実施形態にかかるおよび超音波式流体計測装置１０Ａによれば、第１送受波器２１および第２送受波器２２を有する超音波計測部２０が設けられた角筒状の計測流路１４ａの内面１５ａ、１５ｂに、多層流路部材３０Ａに設けられているＶ型凸部３３が嵌合するＶ型凹部１４ｂを計測流路の内面に設けので、従来のように、多層流路部材３０Ａを構成するフレーム３１と計測流路１４ａの内面１５ａ、１５ｂとの間に流体が流れ込んで、計測精度を低下させるという問題が生じず、これにより計測精度を向上できることとなる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図５（Ａ）は本発明の第２実施形態にかかる多層流路部材を上から見た斜視図、図５（Ｂ）は蓋部材の下面の要部を下から見た斜視図、図５（Ｃ）は超音波式流体計測装置の要部を上から見た斜視図である。なお、前述した第１実施形態にかかる超音波式流体計測装置の多層流路部材および超音波式流体計測装置と共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。

図５（Ａ）に示すように、第２実施形態にかかる多層流路部材３０Ｂでは、略角筒状に形成されているフレーム３１において、シール手段であるＶ型凸部３３がフレーム３１のすべての外面に沿って環状に設けられている。すなわち、フレーム３１の側壁３１ｃ、３１ｃのみならず、底面３１ｄおよび上面３１ｅの外面の全周にわたってＶ型凸部３３が形成されている。また、図５（Ｂ）に示すように、蓋１７の下面１７ａには、Ｖ型凸部３３に対応してＶ型凹部１７ｂが設けられている。さらに、図５（Ｃ）に示すように、計測流路１４ａにおいては、側壁１６ａ、１６ｂの内面１５ａ、１５ｂのみならず、底面１４ｃにもＶ型凹部１４ｂが設けられている。

以上、説明した多層流路部材によれば、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、略角筒状に形成されているフレーム３１の外面に沿って全周にＶ型凸部３３が設けられているので、一層、計測流路１４ａとフレーム３１との間に流体が流れるのを防止することができることとなる。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図６は本発明の第３実施形態にかかる超音波式流体計測装置を上から見た分解斜視図である。なお、前述した第１または第２実施形態にかかる超音波式流体計測装置の多層流路部材および超音波式流体計測装置と共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。

図６に示すように、第３実施形態にかかる超音波式流体計測装置１０Ｃでは、計測流路１４ａの内面１５ａ、１５ｂと、フレーム３１の外面３１ａとの間に流体が流れることを阻止するシール手段であるＶ型凸部１４ｄが計測流路１４ａの内面１５ａ、１５ｂに設けられている。従って、この超音波式流体計測装置１０Ｃの計測流路１４ａに取り付けられる多層流路部材３０Ｃでは、フレーム３１の外面３１ａに第１実施例において前述したようなＶ型凸部３３（図１および図２参照）を設ける必要はない。

以上、説明した多層流路部材によれば、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図７（Ａ）は本発明の第４実施形態にかかる多層流路部材の平面図、図７（Ｂ）は超音波式流体計測装置の計測流路の平面図、図７（Ｃ）は多層流路部材のフレームと計測流路の内面との関係を示す拡大図である。なお、前述した第１〜第３実施形態にかかる超音波式流体計測装置の多層流路部材および超音波式流体計測装置と共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。

図７に示すように、第４実施形態にかかる超音波式流体計測装置の多層流路部材３０Ｄは、フレーム３１がある程度やわらかい樹脂で形成されたものであり、前述した第３実施形態にかかる超音波式流体計測装置１０Ｃと同様にＶ型凸部１４ｄが内面１５ａ、１５ｂに設けられている計測流路１４ａに用いられる。この場合に、計測流路１４ａに設けられているＶ型凸部１４ｄが、多層流路部材３０Ｄの樹脂製のやわらかいフレーム３１の外面３１ａに食い込むことになる。

以上、説明した多層流路部材によれば、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、計測流路１４ａに設けられているＶ型凸部１４ｄが、多層流路部材３０Ｄの樹脂製のやわらかいフレーム３１の外面３１ａに食い込むので、一層、計測流路１４ａとフレーム３１との間に流体が流れるのを防止することができることとなる。

次に、本発明の第５実施形態について説明する。
図８（Ａ）は本発明の第５実施形態にかかる多層流路部材および超音波式流体計測装置の計測流路の平面図、図８（Ｂ）は多層流路部材と計測流路の内面との関係を示す拡大図である。なお、前述した第１〜第４実施形態にかかる超音波式流体計測装置の多層流路部材および超音波式流体計測装置と共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。

図８に示すように、第５実施形態にかかる超音波式流体計測装置の多層流路部材３０Ｅは、フレーム３１の外面３１ａに２条のＶ型凸部３３が連続して設けられている。一方、超音波式流体計測装置１０Ｅにおける計測流路１４ａの内面１５ａ、１５ｂには、１条のＶ型凸部１４ｄが設けられている。そして、多層流路部材３０Ｅを計測流路１４ａに嵌めると、多層流路部材３０Ｅ側のＶ型凸部３３間に形成されるＶ型凹部に、計測流路１４ａ側のＶ型凸部１４ｄが嵌合することになる。

以上、説明した多層流路部材によれば、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、多層流路部材３０Ｅ側のＶ型凸部３３間に形成されるＶ型凹部に、計測流路１４ａ側のＶ型凸部１４ｄが嵌合することになるので、多層流路部材３０Ｅの位置決めが容易になる。

なお、本発明の超音波式流体計測装置の多層流路部材および超音波式流体計測装置は、前述した各実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形，改良等が可能である。
例えば、前述した各実施形態においては、シール手段であるＶ型凸部３３等を多層流路部材３０のフレーム３１の前端部および後端部に設けたが、いずれか一方、あるいは、２箇所以上設けることもできる。

以上のように、本発明にかかる超音波式流体計測装置の多層流路部材および超音波式流体計測装置は、超音波式流体計測装置の角筒状の計測流路に配置される多層流路部材を、流れ方向に沿ったフレームに取り付けた仕切板によって複数の扁平流路に区画する際に、計測流路の内面とフレームの外面との間に流体が流れることを阻止するシール手段をフレームに設けた。このため、従来のように、多層流路部材を構成するフレームと計測流路の内面との間に流体が流れ込んで、計測精度を低下させるという問題が生じず、これにより計測精度を向上できるという効果を有し、多層流路部材により計測流路内に複数の扁平流路が形成された超音波式流体計測装置の多層流路部材および超音波式流体計測装置等として有用である。

本発明の第１の実施の形態に係る超音波式流体計測装置および多層流路部材の斜視図 本発明の第１の実施の形態に係る多層流路部材の斜視図 水平流路の平面図 （Ａ）および（Ｂ）はＶ型凸部とＶ型凹部との嵌合状態を示す断面図 （Ａ）は本発明の第２実施形態にかかる多層流路部材を上から見た斜視図、（Ｂ）は蓋部材の下面の要部を下から見た斜視図、（Ｃ）は超音波式流体計測装置の要部を上から見た斜視図 本発明の第３実施形態にかかる超音波式流体計測装置を上から見た分解斜視図 （Ａ）は本発明の第４実施形態にかかる多層流路部材の平面図、（Ｂ）は超音波式流体計測装置の計測流路の平面図、（Ｃ）は多層流路部材のフレームと計測流路の内面との関係を示す拡大図 （Ａ）は本発明の第５実施形態にかかる多層流路部材および超音波式流体計測装置の計測流路の平面図、（Ｂ）は多層流路部材と計測流路の内面との関係を示す拡大図

符号の説明

１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅ 超音波式流体計測装置
１４ａ 計測流路
１４ｂ Ｖ型凹部（シール手段、第２シール手段）
１４ｄ Ｖ型凸部（シール手段、第２シール手段）
１５ａ、１５ｂ 内面
２０ 超音波計測部
２１ 第１送受波器
２２ 第２送受波器
２３ 超音波伝搬路
３０ 多層流路部材
３１ フレーム
３１ａ 外面
３１ｂ 貫通孔
３２ 仕切板
３３ Ｖ型凸部（シール手段、第１シール手段）
３４ フィルタ部材

Claims (1)

1. 超音波式流体計測装置に形成された角筒状の計測流路に配置され、前記計測流路を複数の扁平流路に区画する仕切板と、前記仕切板における流体の流れ方向に沿った縁部を支持するフレームとを有する超音波式流体計測装置の多層流路部材と、
   前記計測流路に第１送受波器および第２送受波器が設けられた超音波計測部と、を有する超音波式流体計測装置であって、
   前記多層流路部材には、
   前記計測流路の内面と前記フレームの外面との間に前記流体が流れることを阻止するシール手段が前記フレームに設けられており、
   前記シール手段が前記フレームと一体に形成されており、
   前記計測流路の内面に形成されている前記シール手段の一つである凹部に嵌合する、前記フレームの外面に形成されている前記シール手段の他の一つとしての凸部が設けられ、 前記凹部は前記内面の全周に形成されており、前記凸部は前記フレームの外面の全周に形成されており、かつ、前記凹部および前記凸部は嵌合するＶ型凹部およびＶ型凸部であり、これによって、前記計測流路の内面と前記フレームとの間に流体が流れるのを防止することができると共に、前記多層流路部材の前記計測流路における位置決めが容易になることを特徴とする超音波式流体計測装置。

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