JP6488463B2 - ガスメータ - Google Patents

Description

本発明は、ガスの流量を計測する計測ユニットを用いたガスメータの構成に関するもので、特に大流量の計測に適したガスメータに関する。

従来、この種のガスメータとして、図９に示すようなものがある。図９において、ガスメータ１は、金属をプレス加工して形成した上ケース２と下ケース３から構成している。上ケース２の上面には、入口パイプ４と、出口パイプ５を配置しており、入口パイプ４は、ガスメータ１の内部において遮断弁６を介して開口している。出口パイプ５には、接続パイプ７を接続している。

接続パイプ７には、上下に取付部８を形成しており、上方の取付部８には、超音波式流量計測ユニット９を接続し、下方の取付部８には、上方の超音波式流量計測ユニット９と同一の流路形状に形成した流路部材１０を接続している。超音波式流量計測ユニット９および流路部材１０は、固定金具等（図示せず）により取付部８に固定している。

なお、流路部材１０として、流量を計測するための機構を除去した超音波式流量計測ユニットを用いており、超音波式流量計測ユニット９と同等の流量が流れるように構成されており、超音波式流量計測ユニット９で計測された流量を元に全体の流量（この場合は、超音波式流量計測ユニット９で計測された流量の２倍と推定）を計測できるようになっている。

また、超音波式流量計測ユニット９および流路部材１０は、支持部材１１等により支持されると共に、上ケース２と下ケース３の縁に設けた保持部により保持される構成となっている（例えば、特許文献１参照）。

この場合、矢印で示すガスは、入口パイプ４から流入して、遮断弁６を通ってガスメータ内部空間に拡散した後、超音波式流量計測ユニット９および流路部材１０に流入し、接続パイプ７経由して出口パイプ５に至る。

本従来例では、超音波式流量計測ユニット９における流量の計測方法として超音波の伝搬時間を利用した方法を利用しているが、サーマル方式、フルイディック方式など、種々の計測方法が利用可能である。

特開２０１５−１４８５２９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の前記従来のガスメータでは、超音波式流量計測ユニット９および流路部材１０が離れて接続パイプ７に接続される構成となっているため、収納するための大きな空間を必要でありガスメータ自体が大きくなってしまうという課題があった。

また、超音波式流量計測ユニット９および流路部材１０が離れているために、それぞれに流入するガスの流れが常に同じ状態にならず、ガスの流量が異なってしまう場合が生じ
る。従って、超音波式流量計測ユニット９で計測された流量を２倍しても正確な流量とならない場合があるといった課題があった。

更に、流路部材１０として超音波式流量計測ユニット９を用いて計測する場合、流入するガスの流量が異なって、例えば、流路部材１０に流れる流量が超音波式流量計測ユニット９に流れる流量よりも小さい場合には、ガスメータとして計測可能な最大流量は、１つの超音波式流量計測ユニット９で計測可能な最大流量の２倍よりも小さくなってしまう。従って、１つの超音波式流量計測ユニット９で計測可能な最大流量はガスメータとして要求される最大計測流量の１／２よりも大きくする必要があり、超音波式流量計測ユニット９が必要以上に大きくなるという課題があった。

また、超音波式流量計測ユニット９および流路部材１０を支持するための支持部材１１が必要となり、製造工数やコスト面での課題もあった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、同一の流量計測ユニットを複数用いる際に、小形化ができるガスメータをすることを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のガスメータは、流体が流入するメータ入口部と、前記流体が流出するメータ出口部と、前記流体の流量を計測する流量計測部と、を備え、前記流量計測部は、外郭の断面形状が矩形の流路部と前記流路部の一つの面に配置されたセンサー部とで構成された同一形状の流量計測ユニットを複数用い、前記センサー部を有しない面を接合して複数の流量計測ユニットを一体として構成したことを特徴とするものである。

これによって、大流量の計測が可能な流量計測部を小形化することができ、ガスメータそのものをコンパクトにすることが可能となる。

本発明のガスメータによると、コンパクトでも大流量の計測が可能となる。

本発明の実施の形態１にかかるガスメータの概略断面図 （ａ）実施の形態１にかかるガスメータに用いる流量計測ユニットの斜視図、（ｂ）同入口正面図 流量計測ユニットの概略ブロック図 実施の形態１の他の流量計測ユニットの組み合わせ例を示す概略断面図 実施の形態１の他の流量計測ユニットの組み合わせ例を示す概略断面図 実施の形態１の他の流量計測ユニットの組み合わせ例を示す概略断面図 実施の形態１の他の流量計測ユニットの組み合わせ例を示す概略断面図 （ａ），（ｂ）本発明の実施の形態２にかかる流量計測ユニットの斜視図 従来のガスメータの概略を示す断面図

第１の発明は、流体が流入するメータ入口部と、前記流体が流出するメータ出口部と、前記流体の流量を計測する流量計測部と、を備え、前記流量計測部は、外郭の断面形状が矩形の流路部と前記流路部の一つの面に配置されたセンサー部とで構成された同一形状の流量計測ユニットを複数用い、前記センサー部を有しない面を接合して複数の流量計測ユニットを一体として構成したことを特徴とすることにより、複数の計測ユニットを用いても大流量の計測が可能な流量計の小形化が可能となり、計測ユニットの数により広範囲の
流量に対応できる。

第２の発明は、特に第１の発明において、前記流量計測ユニット同士が接合する接合面にシール部材を配置したことを特徴とするもので、接合面を平面で構成されているので、シールを容易に行うことが可能となる。

第３の発明は、特に第２の発明において、前記流量計測ユニットは全周に溝を有し、接合面の前記溝に前記シール部材を配置して複数の前記流量計測ユニットを接合して前記流量計測部を構成した後、接合面以外の前記溝に第２のシール部材を回装し、前記第２のシール部材で前記メータ出口部とのシールを確保したことを特徴とするもので、全周に設けた溝を利用して効率の良いシール構成を実現できる。

第４の発明は、特に第１から３のいずれか１つの発明において、前記流量計測ユニットの外郭寸法は、矩形断面の短辺と長辺の比率を１：２とし、前記計測部の断面形状が矩形になるように組み合わせたことを特徴とするもので、流量計測ユニットの縦横の混在が可能となり、ガスの流入方向による流量計測への影響を軽減できる。

第５の発明は、特に第１から４のいずれか１つの発明において、前記流量計測ユニットは、接合面に互いに係合可能な係合部を備えたことを特徴とするものである。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるガスメータの実施形態を説明する。なお、同じ構成要素には同じ参照符号を付す。既に説明した構成要素については再度の説明を省略する。なお、本発明は、以下で説明する実施の形態によって限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、ガスメータの概略断面図を示すもので、ガスメータ２１は、メータ入口部２２、メータ出口部２３、流量計測部２４、連結部材２５、から構成されており、流量計測部２４は、２つの流量計測ユニット２６の裏面（後述するセンサー部３０が配置された面の反対側の面）同士を合わせて一体に構成されている。連結部材２５には、取付部２５ａが設けられており流量計測部２４の出口部が挿入されて保持できる構成となっている。

また、流量計測部２４を経由しないガスが連結部材２５に流入しないようにするために、２つの流量計測ユニット２６の間にはシール部材２８ａ、外周と連結部材２５の取付部２５ａの内側との間にはシール部材２８ｂが配設されている。

メータ入口部２２には、ガスの流入を制御するための遮断弁２７が接続されており、弁が開栓している時にはガスメータ内にガスが流入し、異常時等が発生した場合にはガスを遮断するように構成されている。

図２（ａ）は、流量計測ユニット２６の概観斜視図、（ｂ）は入口２９ａから見た側面図である。図に示すように、流量計測ユニット２６は計測対象のガスが流れる流路部２９と、流量を計測するためのセンサー及び回路基板が内蔵されたセンサー部３０で構成されている。計測対象のガスは入口２９ａから流路部２９に流入しセンサー部３０で流量が計測された後、出口２９ｂから前述の連結部材２５に流出する。本実施の形態においては、センサー部３０における流量の計測方法として超音波を用いており、計測精度を向上させるため、流路部２９の内部流路は複数の仕切板３２で複数の流路に分割されている。

なお、シール部材２８ａ、２８ｂは、流量計測ユニット２６の流路部２９の出口側の全周にわたって設けされた溝３１に配置される。

ここで、流量計測ユニット２６におけるガスの流量計測の方法を説明する。

図３は、流量計測ユニット２６のブロック図を示しており、超音波を用いて流量を計測する構成である。図に示すように、センサー部３０は、上流側に配置された第１の超音波送受波器３３ａと、下流側に配置された第２の超音波送受波器３３ｂとを利用して超音波の送受信を行う。また、超音波送受波器３３ａ、３３ｂの送受信の切り替えや、送信信号の出力、或いは受信信号の受信、伝搬時間の計測を行う計測制御回路３４および伝搬時間に基づいて流速や流量を演算する演算回路３５を備えていており、これらは、センサブロック３３ｅに取り付けられている。

一方、流路部２９の上面２９ｃは第１の超音波透過窓３６ａ、および第２の超音波透過窓３６ｂを有している。

第１の超音波透過窓３６ａおよび第２の超音波透過窓３６ｂは超音波が透過できる素材で形成され、または超音波を透過する開口部であってもよい。各超音波透過窓３６ａ，３６ｂを超音波が透過できる素材で形成する場合には、入射面の音響インピーダンスおよび透過面の音響インピーダンスの差が予め定められた値よりも小さければよい。上面２９ｃの、第１の超音波透過窓３６ａおよび第２の超音波透過窓３６ｂ以外の部分は、たとえばパネルで覆われていてもよい。下面２９ｄは超音波の反射面として作用するように構成されている。

以下、図３を参照しながら、超音波を利用した流量計測の原理を説明する。

流路部２９を流れる流体の流速をＶ、流体中の音速をＣ、流体の流れる方向と超音波が下面２９ｄで反射するまでの超音波伝搬方向とのなす角度をθとする。また、第１の超音波送受波器３３ａと第２の超音波送受波器３３ｂとの間で伝搬する超音波の伝搬経路の有効長さをＬとする。

計測制御回路３４は、第１の超音波送受波器３３ａからの超音波の送信と、第２の超音波送受波器３３ｂにおける超音波の受信とを制御する。第１の超音波送受波器３３ａから送信された超音波が第２の超音波送受波器３３ｂに到達するまでの伝搬時間ｔ１は、下式にて示される。

ｔ１ ＝ Ｌ ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ） （１）
計測制御回路３４は、第２の超音波送受波器３３ｂからの超音波の送信と、第１の超音波送受波器３３ａにおける超音波の受信とを制御する。第２の超音波送受波器３３ｂから送信された超音波が第１の超音波送受波器３３ａに到達するまでの伝搬時間ｔ２は、下式にて示される。

ｔ２ ＝ Ｌ ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ） （２）
式（１）と式（２）から流体の音速Ｃを消去すると、下式が得られる。

Ｖ ＝（ Ｌ ／（２ｃｏｓθ）） × （（１／ｔ１）−（１／ｔ２）） （３）
式（３）から理解されるように、Ｌとθが既知なら、計測制御回路３４が伝搬時間ｔ１およびｔ２を計測することにより、流速Ｖが求められる。演算回路３５が流速Ｖの演算を行う。

さらに演算回路３５は、下式に示すように、流速Ｖに流路部２９の流路断面積Ｓ及び予め検定された係数Ｋを乗じて流量Ｑを算出する。

Ｑ ＝ Ｋ × Ｖ × Ｓ （４）
上述の例では、いわゆるＶパス方式の流量計測原理を説明したが、これは一例である。いわゆるＺパス方式、Ｉパス方式と呼ばれる計測原理を用いてもよい。

また、流量の計測方式が超音波式であることは必須ではなく、公知の計測器を用いることができる。公知の計測器とは、たとえば流れによる熱の移動を利用して流量を測定するサーマルフローセンサーであってもよい。これらは公知であるためその説明は省略する。

以上の構成により、流量計測ユニット２６はその流路部２９を流れる流体であるガスの流量を計測することができる。

本実施の形態による流量計測ユニット２６は、たとえば毎時１０立方メートル以上、より好ましくは、毎時１５立方メートルから３０立方メートルの流量を計測することができる。一般家庭向けの流量計測ユニットは、高々毎時６立方メートル程度である。よって業務上利用される施設において、比較的大流量を計測することができる。ただし、本実施の形態による流量計測ユニット２６を一般家庭において利用してもよい。

以上のように、本発明によると同一形状の計測ユニットを複数用いる際でも、流量計測部を小形化することができ、ガスメータそのものをコンパクトに設計することができる。

また、本実施の形態におけるガスの流れは図１に示す矢印の様になり、２つの流量計測ユニット２６が従来例に比べて近接しているため、２つの流量計測ユニット２６に対して流入するガスの流量の偏りがなくなる。従って、１つの流量計測ユニット２６の最大計測流量はガスメータとして要求される最大計測流量の１／２とすることができ、流量計測ユニット２６を必要以上に大きくする必要は無く、ガスメータの小形化が図れる。

更に、従来例と同様に一方の流量計測ユニットのみにセンサー部を搭載する場合でも、この一方の流量計測ユニットで計測された流量を２倍することで全体の流量を計測することが可能となる。

また、流量計測ユニットを連結するための流路部材も不要となり、製造工数やコスト面でも有利である。

次に、流量計測部２４を構成する流量計測ユニット２６の組み合わせやメータ入口部からのガスの流入方向に対する配置について、種々の形態を説明する。

図４は、矢印で示すガスの流入方向に対して流量計測ユニット２６を２個、その裏面同士を接合し、ガスの流入方向に対して左右方向に配置した状態を示すもので、２つの流量計測ユニット２６に流入するガスの流量を同じとすることができる。

図５は、矢印で示すガスの流入方向に対して流量計測ユニット２６を２個、その側面同士を接合し、ガスの流入方向に対して左右方向に配置した状態を示すもので、２つの流量計測ユニット２６に流入するガスの流量を同じとすることができる。

図６は、矢印で示すガスの流入方向に対して流量計測ユニット２６を２個、その裏面同士を接合したもの２組用い、その側面同士を接合して４つの流量計測ユニット２６で構成したもので、流量計測ユニット２６が２個の場合に比べ更に大流量の計測が可能なガスメータとする場合の一例を示す。

また、図７は、矢印で示すガスの流入方向に対して流量計測ユニット２６を２個、その裏面同士を接合し、更にその左右の側面に流量計測ユニット２６の裏面を接合して合計４個の流量計測ユニットで大流量の計測が可能なガスメータとした例を示すものである。なお、この形態の場合に、流量計測ユニットの計測流路の断面外形は、縦寸法に対して横寸法が２倍の寸法としている。

また、この場合、流量計測ユニット２６に流入するガスの流れが縦と横の組み合わせになるので、ガスの流れに乱れがあっても、４つの流量計測ユニット２６で計測された流量を加算することで全体の流量が平均化されるので、安定した流量を計測することが可能となる。

また、図示していないが、流量計測ユニット２６を３個用いる場合は図７において、左右どちらかの流量計測ユニット２６を除くことで実現できる。

以上のように、本実施の形態においては、流量計測ユニット２６を複数組み合わせて流量計測部を構成した場合でも、出口部の形状は略四角形となるのでシール部材は流量計測ユニットの合わせ面と流量計測部の外周に配置すればよく、容易にシールを行うことができる。

（実施の形態２）
図８は、第２の実施の形態を示す流量計測ユニットの斜視図である。図において、流量計測ユニット２６’の下面及び側面には流量計測ユニット２６’同士が互いに係合可能となる係合部３８ａ〜３８ｄ、被係合部３７ａ〜３７ｄを備えている。

ここで、係合部３８ａ〜３８ｄは、凸形の直方体の凸部として形成されており、被係合部３７ａ〜３７ｄは、係合部３８ａ〜３８ｄの凸部と係合可能な凹形状の凹部として形成されると共に、図に示すように互い違いに配置されている。

この様に、係合部３８ａ〜３８ｄと被係合部３７ａ〜３７ｄを配置することにより、１種類の流量計測ユニット２６’を用いることで、図４〜図７に示す流量計測ユニットの結合を構成することが可能となる。

以上のように、本実施の形態によると１種類の流量計測ユニット２６’で２個〜４個の組み合わせにおいて、係合部材を用いることなく接合が可能となる。

本発明にかかるガスメータは、必要な計測流量に応じて流量計測ユニットを必要数結合することが容易となり、業務用の大型ガスメータ等、大流量の計測を必要とする幅広い用途に適用できる。

２１ ガスメータ
２２ メータ入口部
２３ メータ出口部
２４ 流量計測部
２６、２６’ 流量計測ユニット
２９ 流路部
３０ センサー部
３７ａ〜３７ｄ 被係合部（係合部）
３８ａ〜３８ｄ 係合部

Claims (5)

1. 流体が流入するメータ入口部と、
   前記流体が流出するメータ出口部と、
   前記流体の流量を計測する流量計測部と、
   を備え、
   前記流量計測部は、外郭の断面形状が矩形の流路部と前記流路部の一つの面に配置されたセンサー部とで構成された同一形状の流量計測ユニットを複数用い、前記センサー部を有する面の反対側の面同士を接合して複数の流量計測ユニットを一体として構成したことを特徴とするガスメータ。
2. 前記流量計測ユニット同士が接合する接合面にシール部材を配置したことを特徴とする請求項１記載のガスメータ。
3. 前記流量計測ユニットは全周に溝を有し、接合面の前記溝に前記シール部材を配置して複数の前記流量計測ユニットを接合して前記流量計測部を構成した後、接合面以外の前記溝に第２のシール部材を回装し、前記第２のシール部材で前記メータ出口部とのシールを確保したことを特徴とする請求項２記載のガスメータ。
4. 前記流量計測ユニットの外郭寸法は、矩形断面の短辺と長辺の比率を１：２とし、前記計測部の断面形状が矩形になるように組み合わせたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスメータ。
5. 前記流量計測ユニットは、接合面に互いに係合可能な係合部を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスメータ。

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