JPH10307047A - 燃焼ガス流量測定装置 - Google Patents

燃焼ガス流量測定装置

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JPH10307047A
JPH10307047A JP9115932A JP11593297A JPH10307047A JP H10307047 A JPH10307047 A JP H10307047A JP 9115932 A JP9115932 A JP 9115932A JP 11593297 A JP11593297 A JP 11593297A JP H10307047 A JPH10307047 A JP H10307047A
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Katsusuke Shimada
勝介 島田
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高志 津村
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Hibino & Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 流量センサに汚れが付着し、長期間の使用で
センサ性能を劣化させるなどの課題があった。 【解決手段】 主管路3と、主管路3を流れる燃焼ガス
の流れを絞る多孔オリフィスプレート5と、多孔オリフ
ィスプレート5の上流側と下流側とにそれぞれ開口部8
を有し両開口部8,8を連通する分流通路11と、分流
通路11に設けられたマイクロフローセンサ12と、分
流通路11を流れる燃焼ガスの流れを絞るオリフィスプ
レート13とを備えたことにより、配管内部が粉塵やオ
イルミスト等で汚れていることの多い都市ガス、LPG
等の燃焼ガスの流量を、応答速度が速く、微少流量まで
高精度に測定でき、マイクロフローセンサ12の経時変
化を有効に防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、工業用あるいは
家庭用の都市ガス、LPGなどの燃焼ガスの流量を測定
する燃焼ガス流量測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】第1の従来技術として、例えば、実開平
1−58118号公報には、流体振動素子における絞り
部内に熱式フローセンサを設置し、これにより検出され
た流体の流速から流量を演算する流体振動型流量計が開
示されている。
【0003】また、第2の従来技術として、ガス流路か
らキャピラリ管を用いて分流し、この分流したガスの流
れを、キャピラリ管の外周に設けた2つの熱線から奪わ
れる熱量を検出することで当該ガス流路のガス流量を測
定する、いわゆるキャピラリ方式によるガス流量測定手
段が知られている。かかるキャピラリ管は、層流を得る
ため、その内径を約1mm程度に細く形成してある。
【0004】さらに、第3の従来技術として、例えば、
特許2517401号公報には、フルイディック流量計
と熱式流速センサとからなる複合流量計に関し、被測定
流体を分流させるためのバイパス流路を設けて、そのバ
イパス流路内に熱式流速センサを配置したものが開示さ
れている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の燃焼ガス流量測
定装置は以上のように構成されているので、第1の従来
技術を都市ガスやLPGの配管で使用する場合にあって
は、当該配管の内部は施工時の汚れ(例えば、配管継ぎ
手部分のねじ切り作業における切り屑や切削油)がその
まま残されていることが多く、かかる汚れがガスの流れ
によって粉塵やオイルミストとしてフローセンサに付着
し、長期間の使用によってセンサの性能を劣化させるな
どの課題があった。
【0006】また、第2の従来技術にあっては、キャピ
ラリ方式の構造上、比較的寸法が大きくならざるを得な
いことから熱容量も大きくなるため、応答速度が遅く、
また微少流量の測定が困難であるなどの課題があった。
さらに、キャピラリ管の中で層流を得るべく、その内径
を約1mm程度に細く形成してあるため、前述した粉塵
やオイルミストなどによって管が詰まりやすい都市ガス
などには、当該測定手段を使用し難いなどの課題もあっ
た。
【0007】さらに、第3の従来技術にあっては、バイ
パス流路内に熱式流速センサを配置して流量を求めてい
るものの、分流比を精度良く保って高精度の測定を行う
手段が開示されていないなどの課題もあった。
【0008】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、配管内部が粉塵やオイルミストな
どで汚れていることの多い、工業用あるいは家庭用の都
市ガス、LPGなどの燃焼ガスの流量を、応答速度が速
く、微少流量まで高精度に測定できると共に、長期間使
用しても性能劣化しにくい燃焼ガス流量測定装置を得る
ことを目的とする。
【0009】また、この発明は、分流比を安定に保ち、
外部に接続する配管形状にかかわらず、高精度な測定を
行える燃焼ガス流量測定装置を得ることを目的とする。
【0010】さらに、この発明は、長期間使用しても性
能劣化しにくい簡易な構造の燃焼ガス流量測定装置を得
ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明に係
る燃焼ガス流量測定装置は、主管路と、前記主管路を流
れる燃焼ガスの流れを絞る第1の絞り部と、前記主管路
における前記第1の絞り部の上流側と下流側とにそれぞ
れ開口部を有し両開口部を連通する分流通路と、前記分
流通路に設けられたマイクロフローセンサと、前記分流
通路を流れる燃焼ガスの流れを絞る第2の絞り部とを備
えたものである。
【0012】請求項2記載の発明に係る燃焼ガス流量測
定装置は、第1の絞り部は、複数の孔を有する多孔オリ
フィスを用いたものである。
【0013】請求項3記載の発明に係る燃焼ガス流量測
定装置は、主管路の中央部付近に拡径部を備え、前記拡
径部に第1の絞り部と分流通路の開口部とを設けたもの
である。
【0014】請求項4記載の発明に係る燃焼ガス流量測
定装置は、分流通路の一部を、少なくともマイクロフロ
ーセンサの上流側で折り曲げて形成したものである。
【0015】請求項5記載の発明に係る燃焼ガス流量測
定装置は、環状室を設けることによって分流通路の一部
を折り曲げて形成したものである。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態1.図1はこの発明の実施の形態1による燃
焼ガス流量測定装置を示す断面図、図2は図1のA−A
断面図、図3は多孔オリフィスプレートを示す平面図で
ある。図において、1及び2は同一形状に形成され、後
述する多孔オリフィスプレート5を挟んで配置し一体に
構成した第1の流路ブロック及び第2の流路ブロック、
3は燃焼ガスが流れる主管路、3aは主管路3の内径を
拡大して形成した拡大径部、4は主管路3と接続される
配管、5は図3にも示すように円形の6つの孔5aを同
一円周上に有する多孔オリフィスプレート(第1の絞り
部)であり、第1の流路ブロック1と第2の流路ブロッ
ク2とによって挟まれて固定されている。
【0017】6は図1及び図2に示すように隔壁7と多
孔オリフィスプレート5とによって環状の空間として形
成された環状室であり、隔壁7の先端部と多孔オリフィ
スプレート5との間に隙間として設けられた開口部8に
よって主管路3と連通させてある。9は配管(分流通
路)10を介して第1の流路ブロック1及び第2の流路
ブロック2と接続される第3の流路ブロックであり、多
孔オリフィスプレート5の上流及び下流の開口部8,8
を連通することによって、主管路3を流れる燃焼ガスの
流れを分岐する分流通路11を備えている。したがっ
て、上述した環状室6はこの分流通路11の一部をなし
ており、燃焼ガスが当該環状室6内を流れてから第3の
流路ブロック9に至るように構成されている。
【0018】12は第3の流路ブロック9の分流通路1
1内に測定部を露出して設けられ燃焼ガスの流量を測定
するマイクロフローセンサであり、当該測定部に接して
流れる燃焼ガスによって当該測定部に引き起こされる熱
移動を検出することで、相対的な流速を極めて速い応答
速度でしかも微少流量範囲まで検出するものである。こ
のマイクロフローセンサ12は、本出願人が特願平3−
106528号公報で開示した半導体ダイアフラム構成
をとるものを採用している。なお、マイクロフローセン
サ12には、これを動作させるための図示しない所定の
回路や測定結果を表示する表示手段などが接続されてい
る。
【0019】13は分流通路11内であってマイクロフ
ローセンサ12の上流側に設けられ燃焼ガスの流れを絞
る多孔または単孔のオリフィスプレート(第2の絞り
部)である。すなわち、このオリフィスプレート13
は、多孔オリフィスプレート5と同一形式の絞り手段た
るオリフィスとして採用することにより、多孔オリフィ
スプレート5と共に燃焼ガスの分流比を精度良く安定に
保つためのものである。なお、図1において、矢印は燃
焼ガスの流れを示している。
【0020】次に動作について説明する。燃焼ガスは、
図1の矢印で示すように、上流側の配管4から第1の流
路ブロック1の主管路3に入り、拡径部3aで上流側配
管4の形状にかかわらず常に乱流状態となる。そのた
め、配管4の形状にかかわらず、分流比を一定に保つこ
とができ、安定した測定を可能にする。燃焼ガスの大部
分は、多孔オリフィスプレート5の孔5aを通ることに
よって絞られ、第2の流路ブロック2の拡径部3aに入
り、配管4へと流れる。また、燃焼ガスの一部は、第1
の流路ブロック1の開口部8から環状室6に入ることで
主流から分岐され、分流通路11に入る。そして、配管
10を経てオリフィスプレート13でさらに絞られてか
ら、マイクロフローセンサ12の測定部に直接接触し、
この流れによって当該測定部に引き起こされる熱移動を
検出することで、相対的な流速が極めて速い応答速度で
しかも微少流量範囲まで検出される。検出された流速
は、図示しない表示手段によって表示される。
【0021】ここで、燃焼ガスは、同一形式の絞り手段
たる多孔オリフィスプレート5とオリフィスプレート1
3とによって絞られているので、この両者において温度
変化などによる絞り特性の変化がほぼ同様の挙動を示す
ことになる。そのため、分流比の変化をきわめて小さく
でき、高い測定精度を得ることができる。また、燃焼ガ
スは環状室6内を流れてから第3の流路ブロック9のマ
イクロフローセンサ12に至るため、環状室6での慣性
集塵効果(ガス流が流路の折り曲げ部分で方向を変えら
れるとき、ガス流とともに流れて来た塵は、自身が持つ
慣性によって直進し、折り曲げ部の壁面に衝突して捕捉
されることを言う)により、ガス中に含まれる粉塵やオ
イルミストなどがマイクロフローセンサ12に到達しに
くくなり、マイクロフローセンサ12の経時変化を有効
に防止する。さらに、配管10や分流通路11が当該粉
塵などによって詰まることを有効に防止する。マイクロ
フローセンサ12を通過した燃焼ガスは、再び配管10
を経て第2の流路ブロック2の環状室6に入り、開口部
8から主流に合流する。
【0022】続いて、実験による動作例を図4ないし図
9に基づいてさらに詳しく説明する。ここで、図4は単
孔オリフィスプレートを示す平面図であり、図におい
て、15は1つの孔15aを有する単孔オリフィスプレ
ートである。また、以下に示す比較実験を行うため、次
のような条件を設定した。すなわち、単孔オリフィスプ
レート15の寸法は80mm×80mm、厚さ0.5m
mであり、その孔15aは直径12mmの丸孔、開口面
積が113.1mm2 である。また、図3に示した多孔
オリフィスプレート5の寸法は80mm×80mm、厚
さ0.5mmであり、その6つの孔5aは直径4.9m
mの丸孔、開口面積が113.1mm2 である。
【0023】また、図5は燃焼ガス流量測定装置の上流
及び下流の配管構成が直管の場合を示す側面図、図6は
燃焼ガス流量測定装置の上流及び下流の配管構成が曲管
の場合を示す側面図である。図5において、配管4は直
管として構成し、また図6においては曲管として構成し
た。図において、L1〜L3は配管4の各部の寸法であ
り、L1=250mm、L2=40mm、L3=270
mmである。なお、図5及び図6においては、第3の流
路ブロック9の図示を省略してある。
【0024】以上のような条件の下で、単孔オリフィス
プレート15及び多孔オリフィスプレート5における流
量とセンサ出力との関係と、オリフィス条件及び配管構
成条件の相違による流量とセンサ出力の振幅との関係を
図示例に基づいて考察する。ここで、図7は単孔オリフ
ィスプレートを使用した場合の流量とセンサ出力との関
係を示すグラフ図、図8は多孔オリフィスプレートを使
用した場合の流量とセンサ出力との関係を示すグラフ
図、図9はオリフィス条件及び配管構成条件の相違によ
る流量とセンサ出力の振幅との関係を示すグラフ図であ
る。図7において、縦軸はマイクロフローセンサ12の
検出値に対応する出力電圧(V)であり、横軸は燃焼ガ
スの流量(m3 /h)、白丸は配管4を図5に示した直
管とした場合、黒丸は配管4を図6に示した曲管とした
場合を示している。
【0025】また、図8において、縦軸はマイクロフロ
ーセンサ12の検出値に対応する出力電圧(V)であ
り、横軸は燃焼ガスの流量(m3 /h)、白三角は配管
4を図5に示した直管とした場合、黒三角は配管4を図
6に示した曲管とした場合を示している。図7に示すよ
うに、単孔オリフィスプレート15を使用すると、配管
4を直管とする場合と曲管とする場合とで出力電圧に差
が生じていることが分かる。これに対し、図8では多孔
オリフィスプレート5を使用したことにより、かかる出
力電圧の差は生じていないことが分かる。すなわち、多
孔オリフィスプレート5を使用した図1の構成を採用す
ることにより、配管4の形状が変わった場合の測定値に
与える影響をほとんどなくすことができ、測定の信頼性
が向上する。
【0026】また、図9において、縦軸はマイクロフロ
ーセンサ12の検出値に対応する出力電圧(mV)の振
幅であり、横軸は燃焼ガスの流量(m3 /h)、白丸は
単孔オリフィスプレート15を使用し配管4を図5に示
した直管とした場合、黒丸は単孔オリフィスプレート1
5を使用し配管4を図6に示した曲管とした場合、白三
角は多孔オリフィスプレート5を使用し配管4を図5に
示した直管とした場合、黒三角は多孔オリフィスプレー
ト5を使用し配管4を図6に示した曲管とした場合を示
している。図9から分かるように、多孔オリフィスプレ
ート5を使用した場合には、単孔オリフィスプレート1
5を使用した場合に比べて、各流量において振幅を小さ
くできると共に、配管4の形状が変わった時の振幅差を
いずれの流量においても小さくできる。したがって、高
精度の測定を行うことができ、しかもこれを配管形状に
かかわらず行うことができる。
【0027】以上のように、この実施の形態1によれ
ば、配管内部が粉塵やオイルミストなどで汚れているこ
との多い、工業用あるいは家庭用の都市ガス、LPGな
どの燃焼ガスの流量を、応答速度が速く、微少流量まで
高精度に測定できると共に、長期間使用しても性能劣化
しにくい燃焼ガス流量測定装置を得られる効果がある。
特に、燃焼ガスは、同一形式の絞り手段たる多孔オリフ
ィスプレート5とオリフィスプレート13とによって絞
られているので、燃焼ガスの温度変化などによる分流比
の変化をきわめて小さくでき、高い測定精度を得ること
ができる効果がある。また、多孔オリフィスプレート5
を使用したことにより、外部に接続する配管4の形状に
かかわらず高精度の測定を行うことができる効果もあ
る。
【0028】さらに、拡径部3aを設けたことにより、
燃焼ガスが拡径部3aで常に乱流状態となるので、配管
4の形状にかかわらず、安定した測定ができる効果があ
る。さらに、マイクロフローセンサ12を主管路3では
なく分流通路11内に設けたことにより、マイクロフロ
ーセンサ12に対する粉塵やオイルミストなどの付着機
会を大幅に減少させることにより、経時変化を有効に防
止できる効果がある。さらに、燃焼ガスは環状室6内を
流れてから第3の流路ブロック9のマイクロフローセン
サ12に至るため、ラビリンスと同様に環状室6での慣
性集塵効果により、燃焼ガス中に含まれる粉塵やオイル
ミストなどがマイクロフローセンサ12に到達しにくく
なり、マイクロフローセンサ12の経時変化を有効に防
止できる効果がある。特に、簡易な構造の環状室6を設
けることにより、当該慣性集塵効果を容易に得ることが
できる。
【0029】なお、上記実施の形態1においては、多孔
オリフィスプレート5として、円形の孔5aを同一円周
上に6つ設けるものとして説明したが、これに限られ
ず、孔5aを図10または図11に示すような配置及び
個数にて形成し、同様の効果を得ることもできる。ここ
で、図10及び図11は他の多孔オリフィスプレートを
示す平面図である。さらに、孔5aの形状も円形に限ら
れず、四角形その他の形状であってもよい。また、オリ
フィス以外に、ベンチュリ管やノズルなどの一般的な絞
り手段を採用してもよい。
【0030】実施の形態2.上記実施の形態1は、第3
の流路ブロック9に分流通路11の一部とマイクロフロ
ーセンサ12とを設け、さらに配管10を設けて構成し
たが、本実施の形態2は、第3の流路ブロック9を設け
ず、分流通路の一部とマイクロフローセンサとを第1の
流路ブロックに設けることにより配管を不要とし、装置
全体をコンパクトに構成したものである。図12はこの
発明の実施の形態2による燃焼ガス流量測定装置を示す
分解斜視図である。なお、上記実施の形態1において示
した部材と同一の部材若しくは相当する部材には、同一
の符号を付して説明を省略する。
【0031】図において、16は燃焼ガスの流れを分岐
する分流通路、16a,16b,16c,16dは分流
通路16の開口部たる連通孔、17は第1の流路ブロッ
ク1の上面に凹設された分流通路であり、中央部付近を
絞った形状に形成して、図示しないマイクロフローセン
サを設置するマイクロフローセンサ設置部を有してい
る。この分流通路17は、図示しない蓋部材によって閉
塞されることとなる。18は図示しないオリフィス(第
2の絞り部)を設置するオリフィス設置部、19は連通
孔16bに対応する連通孔である。なお、〜は第1
の流路ブロック1、第2の流路ブロック2及び多孔オリ
フィスプレート5を組み付ける場合において、それぞれ
の対応位置を示し、矢印は燃焼ガスの流れを示してい
る。
【0032】次に動作について説明する。基本動作は上
記実施の形態1の場合と同様であり、燃焼ガスが分流通
路16を流れる点において異なる。すなわち、図12の
矢印で示すように、燃焼ガスの大部分は多孔オリフィス
プレート5の孔5aを通ることによって絞られ、第2の
流路ブロック2の主管路3へと流れる。また、燃焼ガス
の一部は第1の流路ブロック1の主管路3から隔壁7を
越えて環状室6に入ることで主流から分岐され、連通孔
16aから分流通路16に入る。そして、当該燃焼ガス
は、オリフィス設置部18に設置された図示しないオリ
フィスによってさらに絞られてから、マイクロフローセ
ンサ設置部17aに設置された図示しないマイクロフロ
ーセンサの測定部に直接接触し、この流れによって当該
測定部に引き起こされる熱移動を検出することで、相対
的な流速が極めて速い応答速度でしかも微少流量範囲ま
で検出される。検出された流速は、図示しない表示手段
によって表示される。
【0033】図示しないマイクロフローセンサを通過し
た燃焼ガスは、分流通路16の連通孔16bから多孔オ
リフィスプレート5の連通孔19を通過し、さらに第2
の流路ブロック2の連通孔16cから分流通路16に入
り、連通孔16dから環状室6を経て、主管路3の主流
に合流する。
【0034】以上のように、この実施の形態2によれ
ば、上記実施の形態1の場合と同様の効果が得られるほ
か、分流通路16の一部と図示しないマイクロフローセ
ンサとを第1の流路ブロック1に設けることにより、実
施の形態1において使用した配管10を不要として部材
点数を削減でき、さらに装置全体をコンパクトに構成で
きる効果が得られる。
【0035】
【発明の効果】以上のように、請求項1記載の発明によ
れば、主管路と、前記主管路を流れる燃焼ガスの流れを
絞る第1の絞り部と、前記主管路における前記第1の絞
り部の上流側と下流側とにそれぞれ開口部を有し両開口
部を連通する分流通路と、前記分流通路に設けられたマ
イクロフローセンサと、前記分流通路を流れる燃焼ガス
の流れを絞る第2の絞り部とを備えて構成したので、配
管内部が粉塵やオイルミストなどで汚れていることの多
い、工業用あるいは家庭用の都市ガス、LPGなどの燃
焼ガスの流量を、応答速度が速く、微少流量まで高精度
に測定できると共に、長期間使用しても性能劣化しにく
い燃焼ガス流量測定装置を得られる効果がある。
【0036】請求項2記載の発明によれば、第1の絞り
部は、複数の孔を有する多孔オリフィスを用いて構成し
たので、外部に接続する配管形状にかかわらず高精度の
測定を行うことができる効果がある。
【0037】請求項3記載の発明によれば、主管路の中
央部付近に拡径部を備え、前記拡径部に第1の絞り部と
分流通路の開口部とを設けて構成したので、燃焼ガスが
拡径部で常に乱流状態となるので、外部に接続する配管
形状にかかわらず、安定した測定ができる効果がある。
【0038】請求項4記載の発明によれば、分流通路の
一部を、少なくともマイクロフローセンサの上流側で折
り曲げて形成して構成したので、ラビリンスと同様、慣
性集塵効果により、燃焼ガス中に含まれる粉塵やオイル
ミストなどがマイクロフローセンサに到達しにくくな
り、マイクロフローセンサの経時変化を有効に防止でき
る効果がある。
【0039】請求項5記載の発明によれば、環状室を設
けることによって分流通路の一部を折り曲げて形成して
構成したので、簡易な構成によって慣性集塵効果を容易
に得ることができ、マイクロフローセンサの経時変化を
有効に防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1による燃焼ガス流量測
定装置を示す断面図である。
【図2】図1のA−A断面図である。
【図3】多孔オリフィスプレートを示す平面図である。
【図4】単孔オリフィスプレートを示す平面図である。
【図5】燃焼ガス流量測定装置の上流及び下流の配管構
成が直管の場合を示す側面図である。
【図6】燃焼ガス流量測定装置の上流及び下流の配管構
成が曲管の場合を示す側面図である。
【図7】単孔オリフィスプレートを使用した場合の流量
とセンサ出力との関係を示すグラフ図である。
【図8】多孔オリフィスプレートを使用した場合の流量
とセンサ出力との関係を示すグラフ図である。
【図9】オリフィス条件及び配管構成条件の相違による
流量とセンサ出力の振幅との関係を示すグラフ図であ
る。
【図10】他の多孔オリフィスプレートを示す平面図で
ある。
【図11】他の多孔オリフィスプレートを示す平面図で
ある。
【図12】この発明の実施の形態2による燃焼ガス流量
測定装置を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
3 主管路 3a 拡径部 5 多孔オリフィスプレート(第1の絞り部) 5a 孔 6 環状室 8 開口部 10 配管(分流通路) 11,16,17 分流通路 12 マイクロフローセンサ 13 オリフィスプレート(第2の絞り部)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼ガスが流れる主管路と、前記主管路
    に設けられ前記燃焼ガスの流れを絞る第1の絞り部と、
    前記主管路における前記第1の絞り部の上流側と下流側
    とにそれぞれ開口部を有し両開口部を連通することによ
    って当該主管路を流れる前記燃焼ガスの流れを分岐する
    分流通路と、前記分流通路内に測定部を露出して設けら
    れ前記燃焼ガスの流量を測定するマイクロフローセンサ
    と、前記分流通路内であって前記マイクロフローセンサ
    の上流側に設けられ前記燃焼ガスの流れを前記第1の絞
    り部と同一形式で絞る第2の絞り部とを備えた燃焼ガス
    流量測定装置。
  2. 【請求項2】 第1の絞り部は、複数の孔を有する多孔
    オリフィスを用いたことを特徴とする請求項1記載の燃
    焼ガス流量測定装置。
  3. 【請求項3】 主管路の中央部付近の内径を当該主管路
    の端部付近の内径よりも大きく形成した拡径部を備え、
    前記拡径部に第1の絞り部と分流通路の開口部とを設け
    たことを特徴とする請求項1または請求項2記載の燃焼
    ガス流量測定装置。
  4. 【請求項4】 分流通路の一部を、少なくともマイクロ
    フローセンサの上流側で折り曲げて形成したことを特徴
    とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載
    の燃焼ガス流量測定装置。
  5. 【請求項5】 分流通路の開口部に隣接する環状室を設
    けることによって当該分流通路の一部を折り曲げて形成
    したことを特徴とする請求項4記載の燃焼ガス流量測定
    装置。
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