KR20020085838A

KR20020085838A - 분류식 유량계

Info

Publication number: KR20020085838A
Application number: KR1020020025053A
Authority: KR
Inventors: 고무라요시히코; 마에다순스케; 고지마다키오; 오시마다카후미
Original assignee: 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
Priority date: 2001-05-08
Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2002-11-16
Also published as: US20020166376A1; EP1256786A3; US6647776B2; JP2002333347A; EP1256786A2

Abstract

(과제) 분류식 유량계의 유로 내에 있어서, 검출소자 근방에 있어서의 흐름의 난류를 적게 할 수 있고, 또한 저유량 영역에 있어서도 정밀도 좋은 유량측정이 가능한 분류식 유량계를 제공한다.

(해결수단) 분류식 유량계의 유로에 면하도록 설치된 검출소자(2)와, 유로 (1) 내에 있어서 검출소자(2) 근방에 형성되며, 검출소자(2)를 향하는 흐름을 좁힘으로써 상기 흐름의 난류를 감소시키는 벤투리 구조(4)를 가지며, 상기 벤투리 구조(4)는, 유로(1) 내에 있어서 검출소자(2)와 대향하는 위치에 형성되며 또한 분류식 유량계의 유로(1) 내에 있어서 검출소자(2)를 향해서 돌출되는 돌기부(5)를 포함하고 있다.

Description

분류식 유량계{Split－Flow－Type Flowmeter}

본 발명은 흐름에 관한 제반 양(量), 특히 유량 및 유속을 측정하기 위한 분류식 유량계에 관한 것, 그 중에서도 발열형 혹은 흡열형의 검출소자 및/또는 반도체 칩상에 일체로 형성된 검출소자를 이용한 분류식 유량계에 관한 것으로서, 예를 들면 차량 또는 산업용 엔진의 연소제어용 질량유량센서, 혹은 산업용 공조시스템이나 컴프레서 압축공기 공급시스템용 질량유량센서, 또한 가정용 가스곤로의 공연비제어용 유량센서 등으로서 매우 적합하게 이용되는 분류식 유량계에 관한 것이다.

최근, 자동차를 둘러싼 상황하에서는 이미션(emission)규제 등에 의한 환경에 대한 배려가 일층 더 요구되고 있다. 이들 규제를 극복하기 위해서 보다 고정밀도의 엔진연소제어가 요구되고 있으며, 따라서 흡기관 내의 유량을 정확하게 측정할 수 있는 유량계가 요구되고 있다.

종래에는 흡기관 내의 유량을 측정하기 위한 유량계로서 분류식 유량계가 제안되어 있다. 이 분류식 유량계는, 주류관(측정대상관) 내의 흐름의 일부를 분류식 유량계의 유로(이것을「분류로」또는「분류관」이라고도 한다) 내로 도입하고, 이 분류로 내의 흐름을 검출함으로써 상기 주류관 내의 유량을 측정하는 것이다.

그러나, 종래에 제안되어 있는 분류식 유량계는 검출소자상에 있어서의 흐름의 난류가 크고, 특히 저유량(低流量) 영역에 있어서 측정 정밀도가 낮다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 분류식 유량계의 유로 내에 있어서 검출소자 근방에 있어서의 흐름의 난류를 적게 할 수 있고, 또한 저유량 영역에서 정밀도 좋은 유량측정이 가능한 분류식 유량계를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 분류식 유량계의 베이스가 되는 구조를 설명하기 위한 도면으로서, (A)는 분류식 유량계를 측정대상인 주류관의 관축방향을 따라서 절단한 종방향 중심 단면도, (B)는 (A)의 B-B선 단면도

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 분류식 유량계의 설명도로서, 본 발명의 제 1 실시예에 관한 분류식 유량계의 벤투리 구조 내지 돌기부의 변형을 설명하기 위한 부분 단면도의 매트릭스표

도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 관한 분류식 유량계의 설명도로서, 본 발명의 제 1 실시예에 관한 분류식 유량계의 벤투리 구조에 형성되는 돌기부의 변형을 설명하기 위한 부분 사시도의 매트릭스표

도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 관한 분류식 유량계의 설명도로서, 본 발명의 제 1 실시예에 관한 분류식 유량계의 벤투리 구조에 형성되는 돌기부의 변형을 설명하기 위한 부분 사시도의 매트릭스표

도 5는 본 발명의 제 5 실시예에 관한 분류식 유량계의 설명도로서, 본 발명의 제 1 실시예에 관한 분류식 유량계의 벤투리 구조에 형성되는 돌기부의 변형을 설명하기 위한 부분 사시도

도 6은 본 발명의 제 6 실시예에 관한 분류식 유량계의 설명도로서, 본 발명의 제 1 실시예에 관한 뷴류식 유량계의 벤투리 구조에 형성되는 돌기부의 변형을 설명하기 위한 부분 사시도

도 7은 본 발명의 제 1 측정예에서 이용한 분류식 유량계의 요부 단면도

도 8은 본 발명의 제 1 측정예의 결과를 설명하기 위한 그래프로서, (A)는 주류관의 유량과 분류식 유량계의 출력과의 관계를 나타내는 그래프, (B)는 (A)에 있어서의 저유량 영역을 확대하여 나타낸 그래프

* 도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 - 분류식 유량계의 유로(분류로)2 - 검출소자

3 - 칸막이4 - 벤투리 구조

5 - 돌기부5a,5b - 외측 돌기부

6 - 홈7a,7b - 외측 돌기부

7c - 중앙 돌기부8a,8b - 외측 돌기부

8c - 중앙 돌기부9 - 돌기부

10a,10b - 외측 돌기부10c - 중앙 돌기부

19 - 주류관20 - 분류관

23 - 분류관의 외벽23a,23b - 융기부

24 - 도입판(메인 세퍼레이터)25 - 도입구

26 - 도출구27 - 칸막이

27a - 칸막이의 검출소자 근방28a,28b - 외주측 및 내주측 분기유로

29 - 상부 외벽30 - 벤투리 구조

30a - 돌기부31 - 회로기판

32 - 검출소자33,34 - 기복부(起伏部)

35 - 바이패스유로M - 주류(측정대상이 되는 흐름)

D - 분류(도입되는 흐름)

D1 - 주류(M)의 흐름방향에 대해서 거의 직교하는 흐름(방향이 전환된 흐름)

D2 - 주류(M)의 흐름방향에 대해서 거의 평행한 흐름

DW - 다운플로

W - 돌기부의 선단과 검출소자와의 간격

본 발명은, 측정대상인 주류관 내의 흐름의 일부를 분류하고, 이 분류된 흐름을 검출소자를 이용하여 검출함으로써 상기 측정대상인 주류관 내의 흐름에 관한 제반 양을 측정하는 유량계, 즉 분류식 유량계로서, 측정유체가 흐르는 유로에 면하도록 설치된 검출소자와, 상기 검출소자를 향하는 흐름을 좁힘으로써 상기 흐름의 난류를 감소시키도록 기능하는 벤투리 구조를 가지며, 상기 벤투리 구조는, 상기 유로 내에 있어서 상기 검출소자와 대향하는 위치에 형성됨과 아울러, 또한 상기 유로 내에 있어서 상기 검출소자를 향해서 돌출되는 돌기부를 가지는 것을 특징으로 하는 분류식 유량계를 제공한다.

상기 분류식 유량계에 있어서는 벤투리 구조의 일부에 돌기부를 가지는 것을 주된 특징으로 하는 것이지만, 벤투리 구조 전체(벤투리 구조 자체)가 돌기부를 구성하는 것이어도 된다. 이러한 분류식 유량계에 의하면, 상기 벤투리 구조에 의해서 분류식 유량계의 유로 내에 있어서 검출소자 근방에 있어서의 흐름의 난류가 감소됨으로써, 출력의 분산이 적어지게 되어 정밀도 좋은 유량측정이 가능하게 된다. 또한, 상기 돌기부에 의해서 흐름의 저항이 되는 영역을 저감함과 아울러 급격한 압력차를 발생시킬 수 있으며, 따라서 상기 돌기부와 검출소자간의 통과유량을 저유량 영역에 있어서도 용이하게 증가시킬 수 있기 때문에 출력이 대폭 향상된다. 또한, 상기 분류식 유량계에 의하면, 흐름의 저항이 되는 영역이 저감되어 있기 때문에 중유량(中流量) 영역에서 고유량(高流量) 영역에 걸쳐서도 출력이 향상되며, 또 스로틀 효과에 의해서 난류도 적어져서 분해능이 높은 측정을 할 수 있기 때문에, 이 영역에 있어서도 정밀도 좋은 유량측정이 가능하게 된다.

(발명의 실시형태)

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 벤투리 구조가 부분적으로 돌출되며(벤투리 구조상에 돌기부가 형성된 상태), 즉 벤투리 구조의 일부에 돌기부를 가지고 있으며, 상기 돌기부가 분류식 유량계의 유로 내에 있어서 검출소자와 대향하는 위치에 형성됨과 아울러, 상기 돌기부가 상기 유로 내에 있어서 검출소자를 향해서 돌출되는 방향으로 형성되어 있다.

바람직하게는, 대략 Ω자형상의 분류로를 형성하도록 분류로의 내측에 형성된 칸막이의 저부의 외측 벽면을 검출소자에 근접하게 위치시킴으로써 벤투리 구조를 형성한다. 그리고, 상기 칸막이의 저부의 외측 벽면보다 더 돌출된 돌기부를 형성한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 돌기부의 표면 중 검출소자와 대향하는 면의 일부 또는 전부가 곡면이다. 이것에 의해서, 돌기부 근방에서의 와류 혹은 박리를 방지할 수 있기 때문에 흐름(공기류)의 난류가 저감되어 출력이 향상된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 돌기부를 분류식 유량계의 유로(분류로)의 흐름방향을 따라서 절단한 단면이 삼각형상, 사각형상, 다각형상, 방추형상, 반원형상 및 반타원형상 중 어느 1종 또는 이것들의 조합이다. 이것에 의해서, 흐름의 저항이 되는 영역을 극히 적게 하는 것이 가능하며, 저유량 영역 뿐만 아니라 고유량 영역까지 출력이 향상된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 돌기부가 복수개 형성된다. 이것에 의해서, 이들 복수의 돌기부의 조합에 의해서 필요로 하는 유량 특성의 성능을 가진유량계를 설계할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 분류식 유량계의 유로구조가 검출소자의 검출부에 대해서 수직인 중심선을 포함하는 면을 중심으로 하여 대칭으로 형성되며, 특히 복수의 돌기부가 상기 면을 중심으로 하여 면대칭으로 형성 내지 배치된다. 이러한 분류식 유량계에 의하면, 순류 및 역류의 쌍방을 동일하게 측정할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 복수의 돌기부가 분류식 유량계의 유로의 흐름단면방향을 따라서 서로 대향하도록 형성 내지 배치되며, 이들 돌기부 사이에 홈 내지 공간이 형성되고, 이 홈 내지 공간에 의해서 흐름이 검출소자의 검출부를 향해서 안내된다.

바람직하게는, 상기 복수의 돌기부끼리의 사이에 검출소자의 검출부를 향해서 개구되는 홈 내지 공간이 형성된다. 이것에 의해서, 저유량 영역에서의 유량을 확보할 수 있기 때문에 저유량에서의 출력이 향상되며, 극히 부분적으로 스로틀을 형성함으로써 흐름의 저항이 되는 영역을 적게 한 상태에서 검출소자상의 검출부분에만 흐름을 도입할 수 있다. 게다가 급격한 압력차를 부여할 수 있기 때문에, 저유량 영역에 있어서의 유량 증가가 가능하게 되어 출력이 향상된다.

또, 더 바람직하게는, 상기 복수의 돌기부끼리의 사이에 검출소자를 향해서 돌출되는 높은 돌기부가 더 형성된다. 이것에 의해서, 저유량 영역에서는 중앙부의 높은 돌기부의 스로틀 효과에 의해서 출력이 향상되고, 또한 고유량 영역에서는 그 양측의 낮은 돌기부가 바이패스가 되기 때문에, 포화상태를 지연시킬 수 있어 고유량 출력이 향상된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 돌기부의 선단과 검출소자와의 사이의 간격을, 검출소자의 검출부를 형성하는 다이어프램의 표면에 대해서 평행하고 또한 흐름방향에 대해서 수직인 방향의 폭(흐름단면방향의 폭)과 동등 또는 이것보다도 작게 한다. 예를 들면, 상기 흐름단면방향의 폭이 3㎜ 이하일 때는, 돌기부의 선단과 검출소자와의 사이의 간격도 3㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 검출부의 다이어프램의 표면에서 대향면(돌기부의 선단)까지의 거리와 다이어프램의 폭과의 상기한 바와 같은 관계에 의해서, 검출부와 그 대향면(돌기부의 선단)과의 사이에 형성된 벤투리의 개구부에 있어서 충분한 스로틀을 형성할 수 있어 소정의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 의한 분류식 유량계는 유량 이외에 필요에 따라서 유속 등의 흐름에 관한 제반 양의 측정에 이용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 안정한 고정밀도 측정을 실현하기 위해서, 분류로의 도입구와 도출구를 단락(短絡)하는 바이패스유로를 형성하고 및/또는 검출소자 근방의 분류로의 관경을 좁히기 위한 벤투리 구조를 부가한다. 상기 바이패스유로에 의해서 검출소자로의 측정유체의 공급이 안정화되며, 또 상기한 바와 같이 분류로 내로 측정유체(주류관 내의 흐름)가 쉽게 도입되게 된다. 또, 상기 벤투리 구조에 의해서 검출소자의 검출부(검출면이라고도 한다)상에 있어서의 측정유체의 난류를 효과적으로 정류할 수 있다. 따라서, 이들 바이패스유로 및 벤투리 구조에 의해서 맥동이 발생한 경우 또한 역류가 발생한 경우에서도 측정이 안정화되며, 또 고정밀도의 측정이 가능하게 된다.

특히, 분류로의 유로구조를 검출소자를 중심으로 하여 도입구측과 도출구측에서 대칭으로 형성하는 경우에는, 상기 바이패스유로 내지 이 바이패스유로의 흐름의 단면지름을 작게 하기 위한 벤투리 구조를 형성함으로써, 맥동이 발생한 경우 또한 역류가 발생한 경우에서도 검출소자에 도달하는 흐름의 안정화를 일층 꾀할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 상기 바이패스유로에 벤투리 구조가 형성되며, 벤투리 구조를 형성하는 유로벽의 돌출량 내지 벤투리 구조의 개구면적에 의해서 검출소자를 향하는 측정유체의 유량이 설정된다. 이것에 의해서, 검출소자를 향하는 유량을 정량적으로 제어할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 분류로 내에 검출소자의 검출면을 향해서 경사져서 부딪치는 것 같은 흐름을 형성하는 흐름제어수단이 형성된다. 이 흐름제어수단에 의해서, 검출해야 할 흐름이 정상적으로 검출소자의 검출면에 공급되기 때문에, 확실하게 검출해야 할 흐름이 상기 검출면상을 흐르게 된다. 또한, 검출면 근방에 있어서의 와류 및 박리의 발생이 억제되기 때문에 검출정밀도 및 재현성이 향상된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 다운플로(down flow), 즉 검출소자의 검출면에 경사져서 부딪치는 흐름 내지 검출면에 대해서 경사져서 흐르는 흐름을 형성하기 위한 흐름제어수단으로서, 검출소자의 적어도 상류 혹은 상류 및/또는 하류에 있어서 검출면에서 융기되는 유로면(융기부)이 형성된다. 상기 융기부의 형태로서는 검출면에 경사져서 부딪치는 흐름을 형성할 수 있는 것이면 되며, 바람직하게는 오목형상 또는 볼록형상으로 융기되거나, 융기부의 표면이 직선적, 다각형상 또는 오목곡면형상의 경사면으로 된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 분류로(검출관)의 변곡부(變曲部)에 있어서 검출소자의 검출면이 상기 분류로 내의 흐름에 쐬이도록 한다. 더 바람직하게는, 주류관(측정대상관)에 직교하는 방향으로 변곡관(분류로)이 부착되며, 이 변곡관의 변곡부(절곡부, 유로가 구부러진 부분)에 검출소자가 설치된다. 혹은, 분류로의 흐름이 반전되는 부분 또는 흐름의 방향이 크게 변경되는 부분 내지 그 근방에 검출소자가 배치된다. 또, 바람직하게는, 분류로 내의 흐름이 빠른 부분에 검출소자의 검출면이 쐬이도록 한다. 또, 바람직하게는, 분류로 내에 있어서 흐름이 좁아지고 계속해서 흐름의 방향이 변경되는 부분 내지 그 근방에 검출소자의 검출면이 쐬이도록 한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 분류로의 저벽(도입구 및 도출구에 대해서 가장 안쪽에 위치하는 유로의 벽면)에 부착된 검출소자가 주류관의 관외에 위치한다. 이것에 의해서, 검출소자의 부착 및 교환이 용이하게 되고, 검출소자의 출력도 용이하게 구할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는 다음과 같은 검출소자를 이용할 수 있다. 즉, 이 검출소자는 기본적으로 기판의 표면에 4개의 박막저항체가 형성된 열식 검출소자이다. 보다 구체적으로는 반도체 기판상에 다이어프램부와 림부가 형성되어 있다. 다이어프램부에는 상류온도센서와, 하류온도센서와, 상류온도센서와 하류온도센서와의 사이에 배치된 히터가 형성되어 있다. 한편, 림부에는 분위기 온도센서가 형성되어 있다. 다이어프램부는 극히 박육화되어 열절연이 도모되어 있다.

이어서, 상기 검출소자를 이용한 유속이나 유량 등의 흐름에 관한 제반 양의 검출원리를 설명한다.

(1) 히터가 분위기 온도에 대해서 항상 일정한 온도차를 갖도록 히터에 공급하는 전력을 제어한다.

(2) 따라서, 흐름이 없는 경우에는 상류온도센서와 하류온도센서의 온도가 거의 같게 된다.

(3) 그러나, 흐름이 있는 경우에는 상류온도센서의 온도는 그 표면에서 열이 발산하기 때문에 저하된다. 하류온도센서의 온도는 히터로부터의 열입력이 증가하기 때문에, 온도변화는 상류온도센서의 그것보다도 작다. 또한, 하류온도센서의 온도는 상승하는 경우도 있다.

(4) 상류온도센서와 하류온도센서의 온도차에 의거하여 유량이나 유속 등을 검출하고, 이 온도차의 부호(대소관계)로부터 흐름방향을 검출한다. 또한, 상기 온도차는 온도에 의한 전기저항의 변화에 의거하여 검출할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 다음과 같은 또다른 검출소자를 이용할 수도 있다. 즉, 이 검출소자는 기본적으로 기판의 표면에 3개의 박막저항체가 형성된 열식 검지소자이다. 보다 구체적으로는 반도체 기판상에 다이어프램부와 림부가 형성되어 있다. 다이어프램부에는 상류히터 및 하류히터가 형성되어 있다. 한편, 림부에는 분위기온도센서가 형성되어 있다. 다이어프램부는 극히 박육화되어 열절연이 도모되어 있다.

(1) 상류히터 및 하류히터 모두가 분위기 온도에 대해서 항상 일정한 온도차를 갖도록 히터에 공급하는 전력을 제어한다.

(2) 따라서, 흐름이 없는 경우에는 상류히터와 하류히터의 온도가 거의 같게 된다.

(3) 그러나, 흐름이 있는 경우에는 상류히터와 하류히터의 온도는 그 표면에서 열이 발산하기 때문에 저하된다. 하류히터의 온도는 상류히터로부터의 열입력이 증가하기 때문에, 온도변화는 상류히터의 그것보다도 작다. 또한, 하류히터의 온도는 상승하는 경우도 있다.

(4) 상류히터와 하류히터의 온도 저하에 의거하여 일정한 온도를 유지하기 위해서 필요로 하는 전류 혹은 전압의 각각의 차(差)로부터 유량이나 유속 등을 검출하고, 또 이 전류차 혹은 전압차의 부호(대소관계)로부터 흐름방향을 검출한다. 또한, 상기 온도 저하는 온도에 의한 전기저항의 변화에 의거하여 검출할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 검출소자가 온도에 의거하여 유량 및/또는 유속 등의 흐름에 관한 양을 측정하는 것이다.

본 발명에 의한 분류식 유량계는, 각종 차량에 있어서의 엔진의 흡기계에 설치하여 2륜 또는 4륜 차량에 탑재되는 엔진의 흡기량 등의 측정에 적용할 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 의한 분류식 유량계는, 4륜 차량에 탑재되는 엔진의 흡기계에 있어서, 에어 클리너 내에서 스로틀밸브에 이르는 관로의 어느 부분에 설치된다. 또, 본 발명에 의한 분류식 유량계는, 2륜 차량에 탑재되는 엔진의 흡기계에 있어서, 실린더에 접속되는 2륜 차량용 흡기관 혹은 에어 클리너 박스 내의 에어 퍼늘 등에 흡기가스의 유량 내지 유속 등을 측정하기 위해서 부설된다.

(실시예)

이상 설명한 본 발명의 바람직한 실시형태를 더욱더 명확화하기 위해서, 이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

(제 1 실시예)

우선, 본 발명의 제 1 실시예에 관한 분류식 유량계, 구체적으로는 검출소자에 대향하는 벤투리 구조를 가지며, 이 벤투리 구조의 일부가 돌기부를 형성하고 있는 분류식 유량계에 대해서 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 분류식 유량계의 구조를 설명하기 위한 도면으로서, (A)는 분류식 유량계를 측정대상인 주류관의 관축방향을 따라서 절단한 종방향 중심 단면도이고, (B)는 (A)의 B-B선 단면도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이 주류관(19) 내에는 측정대상이 되는 흐름인 주류(M)가 흐르고 있다. 주류관(19)의 관벽에는 주류(M)에서 분기된 분류(D)를 도입할 수 있도록 주류관(19)의 관축방향과 직교하는 방향으로 분류관(20)이 장착되어 있다. 분류관(20) 내에는 주류(M)의 흐름방향{주류관(19)의 관축방향}과 거의 직교하는 방향으로 연장되는 도입판(24)(메인 세퍼레이터)에 의해서 대략 Ω자형상으로 만곡된 분류로가 형성되어 있다. 분류관(20)의 외벽(23)의 양단에는 주류(M)의 흐름방향과 거의 직교하는 면에서 각각 개구되는 도입구(도출구로도 된다)(25) 및 도출구(도입구로도 된다)(26)가 대향되게 형성되어 있다. 분류관(20)의 상부 외벽(29)과 도입판(24)의 일단과의 사이에는 바이패스유로(35)가 형성되며, 도입구(25)와 도출구(26)의 사이를 단락하고 있다.

또한, 분류관(20) 내에는 그 만곡형상에 대응하여 만곡된 칸막이(27)가 형성되어 있다. 분류관(20) 내에는 상기 칸막이(27)에 의해서 분기되었다가 합류되는 외주측 분기유로(28a) 및 내주측 분기유로(28b)가 형성되어 있다.

외벽(23)의 양단부 내측{도입구(25) 및 도출구(26) 근방}에는 외주측 분기유로(28a)의 입구 및 출구를 각각 가로막는 방향으로 융기된 기복부(33,34)가 각각 형성되어 있다. 이 기복부(33,34)에 의해서 도입구(25)와 외주측 분기유로(28a)의 입구간의 유로 및 도출구(26)와 외주측 분기유로(28a)의 출구간의 유로에 스로틀이 각각 형성된다.

분류관(20)의 저부 외벽에는 외주측 분기유로(28a) 내의 흐름에 쐬이도록 검출소자(32)가 회로기판(31)을 통해서 부착되어 있다. 이와 같이 검출소자(32)는 분류관(20)의 변곡부에 배치되며, 또 교환이 용이하도록 주류관(19)의 관외에 위치하고 있다.

그리고, 외주측 분기유로(28a)에 있어서, 검출소자(32)와 칸막이(27)와의 사이에는 벤투리 구조(30)가 형성되어 있다. 벤투리 구조(30)는 검출소자(32)를 향하는 흐름을 좁힘으로써 상기 흐름의 난류를 감소시키도록 기능한다.

또, 칸막이(27)의 U자형상 저부에 있어서의 검출소자(32)와 대향하는 부분은검출소자(32)를 향해서 돌출되어 있다. 이와 같이, 벤투리 구조(30)의 일부는, 검출소자(32)의 검출면을 향해서 돌출되는 돌기부(30a)를 형성하고 있다.

또, 외벽(23)의 저부 내측에는, 검출소자(32)를 중심으로 한 양측에 외주측 분기유로(28a)의 흐름의 단면 중앙을 향해서 돌출되는 융기부(23a,23b)가 형성되어 있다. 융기부(23a,23b)상의 유로면은 오목곡면으로 형성되어 있다. 칸막이(27)는 검출소자(32) 근방에 있어서 검출소자(32)를 향해서 볼록형상으로 만곡되어 있다. 칸막이(27)의 검출소자 근방(27a)의 유로면은 검출소자(32)를 향해서 볼록한 볼록곡면으로 형성되어 있다. 이와 같은 유로구조에 의해서 검출소자(32)의 검출면을 향해서 경사져서 흐르는 다운플로(DW)가 형성된다.

계속해서, 도 1을 참조하여 상기한 분류식 유량계의 유로 내로 도입된 흐름의 상태{도 1(A)에 있어서 상측에서 하측으로 주류(M)가 흐르는 경우)를 설명한다.

(1) 주류(M)에서 분기된 분류(D)가 도입구(25)를 통해서 분류관(20) 내로 도입된다.

(2) 분류(D)는 기복부(33)의 바로 앞에서 주류(M)의 흐름방향에 대해서 거의 직교하는 흐름(방향전환된 흐름)(D1)과 주류(M)의 흐름방향에 대해서 거의 평행한 흐름(D2)으로 분기된다. 흐름(D1)은 분류(D)에 대해서 거의 직각으로 크게 방향전환되어 있다. 이 때, 분류(D) 중에 포함되어 있는 오염물질은 측정유체보다도 비교적 질량이 크기 때문에, 즉 관성력이 크기 때문에, 급격한 방향전환에 추종할 수 없게 됨으로써 흐름(D1) 중에 포함되는 오염물질의 양이 감소된다. 한편, 흐름(D2)은 분류(D)의 흐름방향 그대로 거의 직진하는 흐름이기 때문에, 오염물질도 그대로흐름(D2)에 의해서 운반되어 바이패스유로(35)를 경유하여 도출구(26)를 통해서 분류관(20) 밖으로 배출된다.

(3a) 흐름(D1)은 도입판(24)과 기복부(33)에 의해서 형성된 스로틀에 의해서 유속이 상승되어 분기유로(28a,28b)로 유입된다. 여기서도, 측정유체보다도 비교적 질량이 큰 오염물질은 스로틀된 후의 흐름의 급격한 방향전환에 추종할 수 없기 때문에, 관성에 의해서 내주측 분기유로(28b)측으로 침입한다. 따라서, 2번의 방향전환에 의한 오염물질의 관성을 이용한 배출기구에 의해서 오염물질이 극히 적은 측정유체가 검출소자(32)를 가지는 외주측 분기유로(28a)측으로 유입되게 된다. 그리고, 검출소자(32)의 검출면에 대해서 경사져서 부딪히는 흐름, 즉 다운플로(DW)가 발생한다. 또, 돌기부(30a)에 의해서 흐름의 저항이 되는 영역을 저감함과 아울러 급격한 압력차를 발생시킬 수 있고, 이 돌기부(30a)와 검출소자(32) 사이의 통과유량을 저유량 영역에서도 용이하게 증가시킬 수 있기 때문에 출력이 대폭으로 향상된다. 또, 상기 돌기부(30a)에 의해서 중유량 영역에서 고유량 영역에 걸쳐서도 출력이 향상되며, 또 스로틀 효과에 의해서 난류도 적어지게 되어 분해능이 높은 측정을 할 수 있다.

(3b) 흐름(D2)은 바이패스유로(35)로 유입된다.

(4) 분기유로(28a,28b)에 유입된 흐름(D1)은 바이패스유로(35)를 통과한 흐름(D2)에 의해서 인출되어 도출구(26)를 통해서 주류관(19) 내로 되돌려진다.

또, 상기 분류관(20)은 검출소자(32)를 중심으로 하여 대칭인 유로구조를 가지며, 또한 검출소자(32)의 검출면에 대해서 수직인 중심선을 포함하는 소정의 면에 대해서 면대칭인 유로구조를 가진다. 따라서, 상기 분류관(20)에 의하면, 도 1(A)에 나타낸 바와 같이 주류(M)가 상측에서 하측방향으로 흐르는 경우(순류) 및 주류(M)가 하측에서 상측방향으로 흐르는 경우(역류)의 어느 경우에도 주류(M)의 유량을 동일하게 측정하는 것이 가능하다.

계속해서, 분류식 유량계의 유로 내에 있어서, 검출소자 근방에 형성된 벤투리 구조가 검출소자를 향해서 돌출되는 돌기부를 포함하는, 즉 벤투리 구조 자체가 돌기부를 구성하고 있는 본 발명의 다른 실시예에 대해서 설명한다.

또한, 후술하는 제 2 내지 제 6 실시예가 상기한 제 1 실시예의 베이스가 되는 구조를 가지는 분류식 유량계와 공통되는 구조를 가지는 점에 대해서는 적절히 상기한 제 1 실시예의 설명을 참조할 수 있는 것으로 하고, 이하에서는 주로 제 2 내지 제 6 실시예에 관한 분류식 유량계와 상기한 제 1 실시예에 관한 분류식 유량계와의 상이점에 대해서 설명한다.

(제 2 실시예)

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 분류식 유량계에 있어서 벤투리 구조에 형성된 돌기부 구조의 변형을 설명하기 위한 도면으로서, 도면 중의 각 매트릭스에는 분류식 유량계의 부분 단면도가 각각 도시되어 있다. 또한, 각 단면의 절단방향은 모두 도 1(A)의 단면의 절단방향과 같은 방향이고, 또 도입판(메인 세퍼레이터)은 생략되어 있다.

도 2에 있어서, 1열은 벤투리 구조에 돌기부를 가지지 않은 타입{벤투리 구조 전체(벤투리 구조 자체)가 돌기부(4,5)를 구성하는 것}, 2열에서 4열까지는 벤투리 구조에 돌기부를 가지는 타입으로서, 2열은 돌기부(5)의 흐름방향의 길이가 비교적 길고, 돌기부(5)의 폭이 검출소자(2)의 폭과 같은 정도이거나 혹은 그 이상으로 폭이 넓게 형성되어 있는 타입, 3열은 돌기부(5)의 흐름방향의 길이가 2열에 비해 비교적 짧고, 돌기부(5)의 폭이 검출소자(2)의 폭보다 좁게 형성되어 있는 타입, 4열은 돌기부(5)의 돌출길이(높이)가 2열 및 3열보다도 긴 타입을 각각 나타내고 있다.

또한, A행은 돌기부(5)의 선단에 평탄부를 가지는 타입, B행은 A행의 돌기부(5)의 선단의 평탄부를 곡면형상(R형상)으로 한 타입, C행은 돌기부(5) 전체를 곡면형상(R형상)으로 한 타입, D행은 돌기부(5)를 방추(紡錐)형상으로 한 타입, E행은 돌기부(5)를 첨탑(尖塔)형상으로 한 타입, F행은 돌기부(5)를 삼각형상으로 한 타입을 각각 나타내고 있다.

본 발명에서는 상기의 2열 내지 4열 및 A행 내지 F행의 임의의 조합에 의해서 각종 형상을 선택하여 이용할 수 있다. 이것들 중에서 특히 바람직한 돌기부의 형상의 예로서는 4열 C행에 나타낸 타입의 것이고, 이하 이것을 예로 하여 설명한다.

도 2에 나타낸 벤투리 구조를 가지는 분류식 유량계에 있어서는 분류관 내에 칸막이(3)가 형성되어 있다. 이 칸막이(3)에 의해서 검출소자(2) 근방에 대략 U자형상으로 만곡된 유로(분류로)(1)가 형성된다. 이 유로(1) 내로 측정대상이 되는 흐름{분류(D), 도 1(A) 참조}이 도입되며, 도입된 흐름은 유로(1)에 면하도록 배치된 검출소자(2)를 향해서 흐른다. 검출소자(2) 근방에 있어서, 상세하게는 검출소자(2)와 칸막이(3)와의 사이에는 벤투리 구조(4)가 형성되어 있다. 벤투리 구조(4)는 검출소자(2)를 향하는 흐름을 좁힘으로써 이 흐름의 난류를 감소시키도록 기능한다.

또한, 벤투리 구조(4)에는 돌기부(5)가 형성되어 있다. 상기 돌기부(5)는 검출소자(2)를 향해서 돌출되며, 그 선단이 유로(1) 내에 있어서 칸막이(3)상에 검출소자(2)와 대향하는 위치가 되도록 형성되어 있다. 돌기부(5)의 선단면, 즉 검출소자(2)와 대향하는 면(정상면)은 곡면형상으로 형성되어 있다. 또, 돌기부(5)의 선단과 검출소자(2)와의 간격(W)(2열 B행 참조)은 3㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 2열 A행에 예시한 바와 같이, 돌기부(5)는 검출소자(2)의 검출면의 중심선에 대해서 면대칭으로 형성하는 것이 바람직하다. 이것에 의해서 순류와 역류의 쌍방을 동일하게 검출하는 것이 가능하게 된다.

(제 3 실시예)

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 분류식 유량계에 있어서 벤투리 구조에 형성된 돌기부 구조의 변형을 설명하기 위한 도면으로서, 도면 중의 각 매트릭스에는 분류식 유량계의 칸막이의 부분 사시도가 각각 도시되어 있다. 이들 분류식 유량계에 있어서는, 벤투리 구조가 단수 또는 복수의 돌기부(작은 돌기부)를 가지고 있다. 또한, 각 매트릭스의 사시도에 있어서, 측정대상이 되는 흐름은 기본적으로 우측 상부에서 좌측 하부방향(또는 그 역방향)으로 흐른다.

도 3에 있어서, 5열은 유로의 흐름단면의 중앙부의 칸막이 전체를 돌출시킨 타입{중앙 돌기부(7c)를 가진다}, 6열은 돌기부의 흐름방향의 중앙부만을 돌출시킨타입{중앙 돌기부(7c)를 가진다}, 7열은 유로의 흐름단면의 양 사이드의 칸막이 전체를 돌출시킨 타입{외측 돌기부(7a,7b)를 가진다}. 8열은 돌기부의 양 사이드를 돌출시킨 타입{중앙 돌기부(7c) 및 외측 돌기부(7a,7b)를 가진다}을 각각 나타내고 있다. 또한, A행 내지 F행은 상기한 제 1 실시예와 같은 타입을 나타낸 것이므로 그 설명을 생략한다.

본 발명에서는 상기의 5열 내지 8열 및 A행 내지 F행의 임의의 조합에 의해서 각종 형상을 선택하여 이용할 수 있다. 이것들 중에서 특히 바람직한 돌기부의 형상의 예로서는 8열 B행 및 8열 C행에 나타낸 타입의 것이고, 이하 이것을 예로 하여 설명한다.

8열 B행 및 8열 C행에 나타낸 분류식 유량계는, 벤투리 구조의 일부가 검출소자의 검출면과 거의 평행한 방향으로 연장되는 중앙 돌기부(7c)를 가짐과 아울러, 이 중앙 돌기부(7c)의 양 사이드에 검출소자측으로 돌출되는 외측 돌기부(7a, 7b)가 더 부가되어 있다.

(제 4 실시예)

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 분류식 유량계에 있어서 벤투리 구조에 형성된 돌기부 구조의 또다른 변형을 설명하기 위한 도면으로서, 도면 중의 각 매트릭스에는 분류식 유량계의 칸막이의 부분 사시도가 각각 도시되어 있다. 또한, 각 매트릭스의 사시도에 있어서, 측정대상이 되는 흐름은 기본적으로 우측 상부에서 좌측 하부방향(또는 그 역방향)으로 흐른다.

도 4에 있어서, 9열은 벤투리 구조를 구성하는 칸막이 벽면의 중앙부 부근에흐름방향으로 연장되는 평탄홈(6)을 형성한 타입, 10열은 벤투리 구조의 일부에 형성된 돌기부(5a,5b)의 중앙에 흐름방향으로 연장되는 평탄홈(6)을 형성한 타입, 11열은 서로 대향하는 종방향으로 긴 1쌍의 돌기부(8a,8b)를 가지며, 2방향으로 벤투리 작용을 발휘하도록 한 타입으로서, 상세하게는 종방향의 큰 스로틀과 횡방향의 작은 스로틀이 형성되어 있는 것, 12열은 서로 대향하는 종방향으로 긴 1쌍의 돌기부(8a,8b)와 이들 긴 돌기부 사이에 비교적 짧은 돌기부(8c)를 가지며(홈의 저부가 융기되어 있다), 종방향의 큰 스로틀에 더하여 횡방향의 작은 스로틀과 종방향의 작은 스로틀이 형성되어 있는 타입을 각각 나타내고 있다.

본 발명에서는 상기의 9열 내지 12열 및 A행 내지 F행의 임의의 조합, 혹은 도 3에 나타낸 형상과의 임의의 조합에 의해서 각종 형상을 선택하여 이용할 수 있다. 예를 들면, 8열과 12열의 타입의 돌기부를 합성하여 윤곽을 매끄럽게 연결함으로써 후술하는 도 6에 나타낸 바와 같은 형상의 벤투리 구조로 할 수도 있다.

(제 5 실시예)

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 분류식 유량계에 있어서 벤투리 구조에 형성되는 돌기부 구조의 또다른 변형을 설명하기 위한 도면으로서, 벤투리 구조에 돌기부를 1개만 형성한 구조를 설명하기 위한 칸막이의 부분 사시도이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서는 도 4의 11열 C행의 타입과 같은 형상의 돌기부(9)가 1개만 형성되어 있으며, 이 경우, 돌기부(9)는 검출소자측에서 본 단면형상이 반타원형상의 입체형상을 이루고 있으며, 측정대상이 되는 흐름이 검출소자의 검출면상을 흐르도록 돌기부(9)의 곡면이 유로의 중심측을 향해서 형성되어 있다.

(제 6 실시예)

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 분류식 유량계에 있어서 벤투리 구조에 형성되는 돌기부 구조의 또다른 변형을 설명하기 위한 도면으로서, 매끄러운 곡면을 가지는 돌기부의 입체형상을 설명하기 위한 부분 외관도(돌기부 근방의 부분도)이다.

도 6에 나타낸 바와 같이 원호 내지 타원호(楕圓弧)형상의 면 위에 안장(鞍裝)형상의 돌기가 형성되며, 이 안장형상의 돌기는 1열로 배열된 3개의 돌기부 (10a,10b,10c)를 가지고 있다. 양 외측 돌기부(10a,10b)가 중앙 돌기부(10c)보다 높게 형성되어 있다. 본 형상은 매끄러운 곡면으로 구성되어 있기 때문에, 측정유체의 난류가 매우 적고 또한 흐름에 대한 저항도 작다.

(제 1 측정예)

본 발명의 실시예에 관한 분류식 유량계를 이용하되, 주류관 내를 흐르는 유량을 변화시켜서 이 분류식 유량계의 출력을 측정하였다. 도 7은 제 1 측정예에서 이용한 분류식 유량계의 구조 및 치수를 설명하기 위한 부분 단면도이다.

도 7에 나타낸 분류식 유량계는 벤투리 구조(4)의 일부에 돌기부(5)가 형성되어 있다. 돌기부(5)의 선단은 반원형상(R 0.5㎜)으로 형성되어 있다. 돌기부(5)의 폭은 검출소자(2)의 폭{검출소자(2)의 검출부를 형성하는 다이어프램의 표면에 대해서 평행하고 또한 흐름방향에 대해서 수직인 방향의 폭(흐름단면방향의 폭)} 3㎜에 대해서 약 1㎜로 좁게 되어 있다. 돌기부(5)의 돌출길이는 약 2㎜이다. 돌기부(5)의 선단과 검출소자(2)간의 틈새{돌기부(5)의 선단과 검출소자(2)와의 간격}는 약 0.5㎜이다. 분류식 유량계의 직선형상 유로의 개구부의 폭은 약 3㎜이다. 분류식 유량계의 유로의 변곡부의 내측 곡률은 R 3㎜이고, 외측 곡률은 R 4㎜이다. 돌기부(5)의 기단부의 곡률은 R 0.5㎜이다.

그리고, 상기 분류식 유량계를 도 1(A)에 나타낸 바와 같이 주류관(19)에 장착하고서 상술한 측정을 하였다. 또, 비교를 위해서, 도 7에 나타낸 돌기부(5)를 가지고 있지 않은 것 이외에는 본 발명의 일실시예에 관한 분류식 유량계와 같은 구조 및 치수를 가지는 비교예에 관한 분류식 유량계를 이용하여 같은 측정을 하였다.

도 8은 제 1 측정예의 결과를 설명하기 위한 그래프로서, (A)는 주류관의 유량과 분류식 유량계의 출력과의 관계를 나타내는 그래프이고, (B)는 (A)에 나타낸 그래프에 있어서 저유량 영역을 확대하여 나타낸 그래프이다. 또한, 도 8의 (A) 및 (B)에 있어서는 최대 유량 및 최대 출력을 각각 「1」로 하는 상대값으로 전 데이터를 표시하고 있다.

도 8(B)에 나타낸 바와 같이 저유량 영역, 특히 0.01/1(분류식 유량계의 출력/주류관의 유량) 이하의 유량 영역에 있어서, 본 발명의 일실시예에 관한 분류식 유량계는 비교예에 관한 분류식 유량계에 비해 출력 레벨이 약 1.5∼2배 높다.

또, 중유량 영역에서 고유량 영역, 특히 0.2/1(분류식 유량계의 출력/주류관의 유량) 이상의 유량 영역에 있어서, 본 발명의 일실시예에 관한 분류식 유량계에 의하면, 비교예에 관한 분류식 유량계에 비해 검출곡선의 포화상태로의 도달이 지연되고 있으며, 분해능도 높게 되어 있는 것을 알 수 있다.

본 발명에 의하면, 분류식 유량계의 유로 내에 있어서 검출소자 근방에 있어서의 흐름의 난류를 적게 할 수 있고, 또한 저유량 영역에 있어서도 정밀도 좋은 유량측정이 가능한 분류식 유량계가 제공된다.

Claims

측정유체가 흐르는 유로에 면하도록 설치된 검출소자와, 상기 검출소자를 향하는 흐름을 좁힘으로써 상기 흐름의 난류를 감소시키도록 기능하는 벤투리 구조를 가지며,

상기 벤투리 구조는, 상기 유로 내에 있어서 상기 검출소자와 대향하는 위치에 형성됨과 아울러, 상기 유로 내에 있어서 상기 검출소자를 향해서 돌출되는 돌기부를 가지는 것을 특징으로 하는 분류식 유량계.
청구항 1에 있어서,

상기 돌기부의 표면 중 상기 검출소자와 대향하는 면의 일부 또는 전부가 곡면인 것을 특징으로 하는 분류식 유량계.
청구항 1에 있어서,

상기 돌기부를 상기 유로의 흐름방향을 따라서 절단한 단면이 삼각형상, 사각형상, 다각형상, 방추형상, 반원형상 및 반타원형상 중 어느 1종 또는 이것들의 조합인 것을 특징으로 하는 분류식 유량계.
청구항 1에 있어서,

복수의 돌기부를 가지는 것을 특징으로 하는 분류식 유량계.
청구항 4에 있어서,

상기 복수의 돌기부가 상기 검출소자의 검출부에 대해서 수직인 중심선을 포함하는 소정의 면에 대해서 면대칭으로 배치된 것을 특징으로 하는 분류식 유량계.
청구항 4에 있어서,

상기 복수의 돌기부가 상기 유로의 흐름단면방향을 따라서 서로 대향하도록 배치된 것을 특징으로 하는 분류식 유량계.
청구항 4에 있어서,

상기 복수의 돌기부끼리의 사이에 상기 검출소자를 향해서 개구되는 홈 내지 공간이 형성된 것을 특징으로 하는 분류식 유량계.
청구항 4에 있어서,

상기 복수의 돌기부끼리의 사이에 상기 검출소자를 향해서 돌출되는 별도의 돌기부가 형성된 것을 특징으로 하는 분류식 유량계.
청구항 1에 있어서,

상기 돌기부의 선단과 상기 검출소자와의 간격이, 상기 검출소자의 검출부를 형성하는 다이어프램의 표면에 대해서 평행하고 또한 흐름방향에 대해서 수직인 방향의 폭(흐름단면방향의 폭)과 동등 또는 이것보다도 작은 것을 특징으로 하는 분류식 유량계.