KR20130044238A

KR20130044238A - 유량 측정용 구조체, 및 유량 측정 장치

Info

Publication number: KR20130044238A
Application number: KR1020127033405A
Authority: KR
Inventors: 나오츠구 우에다; 카츠유키 야마모토; 사토시 노조에; 슈지 마에다; 유지 츠쿠마
Original assignee: 오므론 가부시키가이샤
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2013-05-02
Also published as: WO2012014633A1; JP2012026931A; CN102971608A; EP2600116A1; US20130205892A1

Abstract

본 발명의 유량 측정 장치(1)는, 유체가 흐르는 주유로(5)와, 유체가 주유로(5)로부터 분류되어, 유량 검출 소자(12)에 제공된 후, 주유로(5)로 되돌려지는 부유로부(20)를 구비하고, 부유로부(20)는, 유체가 주유로(5)로부터 분류되어, 유량 검출 소자(12)에 제공되는 일 없이, 주유로(5)로 되돌려지는 분류로(23)와, 분류로(23)로부터 분류되어, 유량 검출 소자(12)에 제공되는 검출로(27)를 구비하고, 분류로(23)는, 주유로(5)와 접속하는 양단부의 사이를 유체가 원활하게 흐르는 활류부(45)와, 활류부(45)에 인접하고, 유체의 흐름을 방해하도록 마련된 칸막이(43)에 의해 나누어진 제 1 방부(41) 및 제 2 방부(42)를 구비하고, 제 1 방부(41) 및 제 2 방부(42)에는, 검출로(27)의 양단부가 각각 접속하여 있다.

Description

유량 측정용 구조체, 및 유량 측정 장치{FLOW MEASUREMENT STRUCTURE AND FLOW MEASUREMENT DEVICE}

본 발명은, 유로를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 장치, 특히, 주유로(主流路)로부터 분류한 부유로(副流路)를 흐르는 유체의 유량으로부터, 유로를 흐르는 유체의 총 유량을 구하는 유량 측정용 구조체, 및 유량 측정 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 유량 측정 장치에는, 직관형과 분류형이 존재하고 있다. 직관형 유량 측정 장치는, 도 11(a)에 도시하는 바와 같이, 측정 대상의 기체 또는 액체인 유체가 흐르고 있는 배관(201)에 직접, 유량 검출 소자(202)가 배치된 구성으로 되어 있다.

또한, 분류형 유량 측정 장치는, 도 11(b)에 도시하는 바와 같은, 주유관(211)에 분류로(212)에의 도입구멍을 마련하고, 분류로(212)에 유량 검출 장치(213)가 배치된 구성이나, 또는, 도 11(c)에 도시하는 바와 같이, 주유관(215)의 내부에 분류로(216)를 마련하고, 분류로(216)에 유량 검출 장치(217)가 배치된 구성으로 되어 있다.

일반적으로, 직관형 유량 측정 장치에서는, 배관에 흐르는 유체를 그대로 측정하기 때문에, 대유량의 유체를 측정하는 경우, 유량 검출 소자의 측정 가능 영역까지 유속을 낮게 할 필요가 있다. 그를 위해서는, 배관의 직경을 크게 할 필요가 있어서, 장치의 소형화에 한계가 생겨 버린다.

그러면, 대유량의 유체를 측정하는 경우는, 분류형 유량 측정 장치가 이용된다. 분류형 유량 측정 장치는, 주유로로부터 분류로를 분기시켜서, 분류로에 흐르는 유체의 유속을 유량 검출 소자에서 측정하고, 주유로와 분류로와의 분류비, 및 분류로에서의 유속에 의해 총 유량을 구하고 있다.

특허 문헌 1에는, 이하에 나타내는 분류형의 유량 측정 장치(100)가 기재되어 있다. 구체적으로는, 특허 문헌 1에는, 도 12(a)에 도시하는 바와 같이, 주유로(112)의 외주면을 넘도록 하여 주유로(112)의 위에 부유로(114)가 마련된 유량 측정 장치(100)가 기재되어 있다. 유량 측정 장치(100)는, 주유로(112)의 내벽의, 오리피스(도시 생략)보다도 상류측의 좌우 양측에 도입구멍(115)이 마련됨과 함께, 오리피스보다도 하류측의 좌우 양측에 배출구멍(116)이 마련되어 있다. 그리고, 도입구멍(115)으로부터 상방으로 늘어난 도입 유로(117)의 상단부와, 배출구멍(116)으로부터 상방으로 늘어난 배출 유로(118)의 상단부가 제 1 부유로(119)로 이어져서 연통되어 있다. 또한, 좌우의 도입 유로(117)의 상단 사이를 제 2 부유로(120)로 이어져서 연통됨과 함께, 좌우의 배출 유로(118)의 상단 사이를 제 2 부유로(121)로 이어져서 연통되어 있다. 또한, 제 2 부유로(120, 121)의 중앙부끼리가 수평한 검출 유로(122)로 이어져서 연통되고, 검출 유로(122) 내에, 기체의 유속을 측정하기 위한 유량 검출 소자(도시 생략)가 마련되어 있다.

그리고, 검출 유로(122)를 통과하는 기체의 유속을 측정하고, 측정한 검출 유로(122)에서의 유속, 및 주유로(112)와 검출 유로(122)와의 분류비로부터, 유량 측정 장치(100)를 흐르는 기체의 총 유량을 구하고 있다.

특허 문헌 1 : 일본국 공개특허공보 「특개2006-308518호 공보(2006년 11월 9일 공개)」

그러나, 상기 특허 문헌 1에 기재된 구성에서는, 이하의 문제가 생긴다. 즉, 특허 문헌 1의 구성에서는, 도입구멍(115)으로부터 도입 유로(117)에 들어간 티끌의 대부분은, 제 1 부유로(119), 배출 유로(118), 배출구멍(116)으로 흘러가지 않고, 제 2 부유로(120), 검출 유로(122)로 흘러 버린다. 왜냐하면, 도 12(b)에 도시하는 바와 같이, 도입 유로(117)와 제 1 부유로(119)는 직각으로 접속하여 있어서, 도입구멍(115)으로부터 들어간 티끌은, 관성력에 의해, 그대로 직진할(즉, 도입 유로(117)를 제 2 부유로(120)의 방향으로 진행할) 가능성이 높기 때문이다. 또한, 도 12(b)는, 도 12(a)의 영역(131)의 부분을 확대하여, 모식적으로 도시한 도면이다.

그리고, 이에 의해, 검출 유로(122)에 구비되어 있는 유량 검출 소자(125)에 티끌(127)이 부착하여, 유량 검출 소자(125)의 측정 정밀도가 저하되어 버린다(도 12(c) 참조).

또한, 특허 문헌 1의 구성에서는, 도입 유로(117)와 제 2 부유로(120) 모두 직각으로 접속되어 있기 때문에, 도입 유로(117)와 제 2 부유로(120)와의 접속 개소에서, 티끌이 축적되어 버링 가능성이 높다. 이에 의해, 제 2 부유로(120)를 흐르는 기체의 양이 변화하고, 주유로(112)와 검출 유로(122)와의 분류비에 변화가 일어나, 유량 측정 장치(100)가 정확하게 기체의 총 유량을 측정할 수가 없게 될 가능성이 있다.

모식적으로 도 13을 이용하여 설명한다. 도 13은, 분류형의 유량 측정 조치를 모식적으로 도시하는 도면이고, 도 13(a)는, 주유로(151)중을 흐르는 기체의 양이 a, 부유로(152)를 흐르는 기체의 양이 b인 것을 나타내고 있다. 그리고, 부유로(152)에 유량 검출 소자(153)가 마련되어 있다. 분류형의 유량 측정 장치에서는, 상술한 바와 같이, 유량 검출 소자(153)에서 검출한 부유로(152)의 유량과, 주유로(151)와 부유로(152)와의 분류비(여기에서는 a:b)를 이용하여 총 유량을 산출한다.

그러나, 도 13(b)에 도시하는 바와 같이, 부유로(152)에 티끌(154)이 퇴적하면, 부유로(152)에 흐르는 기체의 유량이, b→ b'로 변화함과 함께, 주유로(151)에 흐르는 기체의 유량도 a→ a'로 변화하여 버린다. 따라서, 이 상태에서 분류비가 a:b라고 하여, 총 유량을 구하면, 실제의 분류비는 a':b'로 되어 버렸기 때문에, 오차가 생겨 버린다.

본 발명은, 상기한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 티끌에 의해 받는 영향이 보다 적은 유량 측정 장치를 실현하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 유량 측정용 구조체는, 유체가 흐르는 주유로와, 그 유체가 그 주유로로부터 분류되고, 유량을 측정하기 위한 검출 소자에 제공된 후, 상기 주유로로 되돌려지는 부유로를 구비한 유량 측정용 구조체에 있어서, 상기 부유로는, 상기 주유로로부터 상기 유체가 분류되고, 상기 검출 소자에 제공되는 일 없이, 상기 주유로로 되돌려지는 제 1 지류로(支流路)와, 상기 제 1 지류로로부터 상기 유체가 분류되고, 상기 검출 소자에 제공되는 제 2 지류로를 구비하고 있고, 상기 제 1 지류로는, 상기 주유로와 접속하는 양단부의 사이를 상기 유체가 원활하게 흐르는 활류부(滑流部)와, 상기 활류부에 인접하고, 상기 유체의 흐름을 방해하도록 마련된 칸막이에 의해 나누어진 제 1 방부 및 제 2 방부를 구비하고 있고, 상기 제 1 방부 및 상기 제 2 방부에는, 상기 제 2 지류로의 양단부가 각각 접속하여 있는 것을 특징으로 하고 있다.

상기한 구성에 의하면, 제 1 지류로에 들어간 유체는, 활류부를 원활하게 흘러서 주유로로 되돌아오기 때문에, 제 1 지류로에 티끌이 퇴적하기 어렵다.

또한, 제 1 지류로에 들어간 유체의 일부는, 칸막이에 의해, 제 1 방부 또는 제 2 방부에 접속하여 있는 단부(端部)로부터 제 2 지류로에 흐른다. 한편, 제 1 지류로에 들어간 티끌은, 흐르기 쉬움에 의해, 활류부를 통과하여 가기 때문에, 제 2 지류로에는, 들어가기 어렵다.

이상과 같이, 상기한 구성에 의하면, 제 1 지류로에 들어간 티끌은, 퇴적하지 않고, 그대로 주유로에 흘러가기 쉽고, 또한, 제 2 지류로에는 들어가기 어렵기 때문에, 제 2 지류로에 배치된 유량을 측정하기 위한 검출 소자에 부착하기 어렵다.

따라서, 검출 소자에 의해 검출된 결과는, 티끌에 의한 영향을 거의 받는 일이 없고, 티끌에 의해 생기는 오차가 적은 유량 측정용 구조체를 실현할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 유량 측정 장치는, 유체가 흐르는 주유로와, 그 유체가 그 주유로로부터 분류되고, 유량을 측정하기 위한 검출 소자에 제공된 후, 상기 주유로로 되돌려지는 부유로를 구비하고, 상기 부유로는, 상기 주유로로부터 상기 유체가 분류되고, 상기 검출 소자에 제공되는 일 없이, 상기 주유로로 되돌려지는 제 1 지류로와, 상기 제 1 지류로로부터 상기 유체가 분류되고, 상기 검출 소자에 제공되는 제 2 지류로를 구비하고 있고, 상기 제 1 지류로는, 상기 주유로와 접속하는 양단부의 사이를 상기 유체가 원활하게 흐르는 활류부와, 상기 활류부에 인접하고, 상기 유체의 흐름을 방해하도록 마련된 칸막이에 의해 나누어진 제 1 방부 및 제 2 방부를 구비하고 있고, 상기 제 1 방부 및 상기 제 2 방부에는, 상기 제 2 지류로의 양단부가 각각 접속하여 있는 구성이다.

이에 의해, 제 1 지류로에 들어간 티끌은, 퇴적하지 않고, 그대로 주유로에 흘러가기 쉽고, 또한, 제 2 지류로에는 들어가기 어렵기 때문에, 티끌에 의해 생기는 오차가 적은 유량 측정용 구조체를 실현할 수 있다는 효과를 이룬다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태인 유량 측정 장치의 부유로의 구성을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는, 유량 측정 장치의 단면을 도시하는 도면, (b)는, (a)에 도시하는 단면도의 부유로부의 부분을 확대한 도면, (c)는, 부유로부의 사시도.
도 2는 상기 유량 측정 장치의 구성 및 외관을 도시하는 도면으로서, (a)는, 유량 측정 장치의 기본 구성을 도시하는 도면, (b)는, 유량 측정 장치의 외관을 도시하는 도면.
도 3은 상기 유량 측정 장치에서의 기체 및 티끌의 흐름을 도시하는 도면으로서, (a)는 유량 측정 장치의 단면에서, 기체 및 티끌의 흐름을 도시하는 도면, (b)는 부유로부의 단면에서 기체 및 티끌의 흐름을 도시하는 도면, (c)는 부유로부의 전체에서 기체 및 티끌의 흐름을 도시하는 도면, (d)는 부유로부의 단면에서 기체의 흐름을 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 4는 본 실시의 형태와 종래의 구성에서의, 통과 입자의 수의 차이를 도시하는 도면.
도 5는 상기 유량 측정 장치에서의 유량 검출 소자의 구조를 설명하기 위한 도면으로서, (a)는, 기체가 흐르지 않은 상태를 도시하는 도면, (b)는, 기체가 흐르고 있는 상태를 도시하는 도면이다.
도 6은 상기 부유로부의 구성의 한 형태를 설명하기 위한 도면으로서, (a)는, 부유로부를 포함하는 유량 측정 장치의 사시도, (b)는, (a)의 일부를 확대한 도면.
도 7은 상기 부유로부의 구성의 한 형태를 설명하기 위한 도면으로서, (a)는, 부유로부를 포함하는 유량 측정 장치의 사시도, (b)는, (a)의 일부를 확대한 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시의 형태에서의, 부유로부의 유로의 형태를 설명하기 위한 도면으로서, (a)는, 본 실시의 형태에서의 부유로부의 측면도, (b)는, 본 실시의 형태에서의 부유로부의 사시도, (c)는, 상기 실시의 형태에서의 기체의 흐름을 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 또다른 실시의 형태에서의, 부유로부의 유로의 구성을 도시하는 도면으로서, (a)는, 본 실시의 형태의 부유로부의 구성을 도시하는 사시도, (b)는, 본 실시의 형태의 부유로부의 구성을 도시하는 상면도.
도 10은 본 발명의 또다른 실시의 형태에서의 부유로부의 구성을 설명하기
위한 도면으로서, (a)는, 부유로부의 사시도, (b)는, 부유로부의 상면도.
도 11은 본 발명의 배경 기술을 설명하기 위한 도면.
도 12는 종래 기술을 설명하기 위한 도면.
도 13은 분류형의 유량 측정 장치에서의 과제를 설명하기 위한 도면.

(실시의 형태 1)

본 발명의 한 실시의 형태에 관해 도 1부터 도 7에 의거하여 설명하면, 이하와 같다.

본 실시의 형태에 관한 유량 측정 장치(유량 측정용 구조체)(1)는, 이른바 분류형의 유량 측정 장치로서, 이하에 나타내는 구조를 구비함에 의해, 유로 내에 티끌이 퇴적하는 것을 방지함과 함께, 유량 검출 소자에 티끌이 부착하는 것을 방지하여, 측정 정밀도를 유지할 수 있는 것이다. 또한, 이하에서는, 유량 측정 장치(1)의 측정 대상은 기체로 하여 설명하지만, 이것으로 한정되는 것이 아니고, 측정 대상은 액체라도 좋다.

(유량 측정 장치의 기본 구성 및 외관)

우선, 도 2를 이용하여, 유량 측정 장치(1)의 기본 구성 및 외관을 설명한다. 도 2는, 유량 측정 장치(1)의 구성 및 외관을 도시하는 도면으로서, 도 2(a)는, 유량 측정 장치(1)의 기본 구성을 도시하고, 도 2(b)는, 유량 측정 장치(1)의 외관을 도시하는 도면이다.

도 2(a)에 도시하는 바와 같이, 유량 측정 장치(1)는, 주유로(5)를 갖는 주유관(10)의 외주면에 부유로부(20)를 형성하기 위한 부유로 형성부(16)를 일체 성형한 합성 수지제의 베이스 부재(17)와, 고무 등의 절연재로 이루어지는 고리형상의 실 부재(11)와, 베이스 부재(17)측의 면에 유량 검출 소자(검출 소자)(12)가 마련된 회로 기판(13)과, 회로 기판(13)을 덮는 커버(14)로 구성되어 있다.

그리고, 도 2(b)에 화살표로 도시하는 바와 같이, 주유로(5)를 기체가 흐르면, 기체의 일부가 부유로 형성부(16) 내에 마련된 부유로(후술한다)를 흐르고, 부유로 내에 마련된 유량 검출 소자(12)에서 유량이 측정됨에 의해, 유량 측정 장치(1)를 흐르는 기체의 총 유량이 구하여진다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 주유관(10)에서 기체가 흐르는 방향을 z방향, 주유관(10)의 수직 단면(斷面)에서, 부유로 형성부(16)가 형성되어 있는 방향을 y방향, y방향과 수직한 방향을 x방향이라고 부른다. 또한, x방향과 y방향은 서로 수직한 방향이고, z방향은, x방향과 y방향을 포함하는 평면에 수직한 방향이다.

(부유로의 구성)

다음에, 도 1을 이용하여, 부유로 형성부(16) 내에 형성되어 있는 부유로(분류로 도입구멍(21), 도입로(22), 분류로(제 1 지류로)(23), 검출로 도입구멍(24), 제 1 연통로(제 2 지류로)(25), 제 2 연통로(제 2 지류로)(26), 검출로(제 2 지류로)(27), 제 3 연통로(제 2 지류로)(28), 제 4 연통로(제 2 지류로)(29), 검출로 배출구멍(30), 분류로 배출구멍(31))에 관해 설명한다. 도 1은, 부유로의 구성을 설명하기 위한 도면으로서, 도 1(a)는, 유량 측정 장치(1)의 단면을 도시하는 도면이고, 도 1(b)는, 도 1(a)에 도시하는 단면도의 부유로부(20)의 부분을 확대한 도면이고, 도 1(c)는, 부유로부(20)의 사시도이다.

도 1(a)에 도시하는 바와 같이, 주유로(5)에는, 저항체(오리피스)(15)가 마련되어 있고, 저항체(15)의 상류측에 부유로에의 도입구멍이 마련되고, 저항체(15)의 하류측에 부유로로부터의 배출구멍이 마련되어 있다.

보다 상세하게, 도 1(b), 및 도 1(c)를 이용하여 설명한다. 도시하는 바와 같이, 주유로(5)의 저항체(15)의 상류측에 부유로에의 도입구멍인 분류로 도입구멍(21)이 마련되어 있다. 그리고, 분류로 도입구멍(21)은, 도입로(22)를 통하여 분류로(23)와 접속하여 있다.

분류로(23)는, 주유관(10)으로부터 먼 위치에 있는 벽면이, 주유관(10)에 대해 수직하게 되는 방향(y방향)으로부터 주유관(10)과 병행하게 되는 방향(방향)으로 기체가 흐르도록, 도입로(22) 부근에서 원호를 그리는 구조(만곡부)로 되어 있다. 또한, 분류로 배출구멍(31) 부근에서는, 주유관(10)과 병행하게 되는 방향(z방향)으로부터 주유관(10)과 수직하게 되고, 또한 주유관(10)을 향하는 방향(마이너스y방향)으로 기체가 흐르도록, 원호를 그리는 구조(만곡부)로 되어 있다.

이에 의해, 분류로(23)의 주유관(10)으로부터 먼 위치에 있는 벽면에 따르는 유로(활류부(45))에서는, 기체가 원활하게 흐름과 함께, 분류로(23)에 들어간 티끌은, 관성력에 의해 상기 벽면에 따라 흐르기 때문에, 주유로(5)로 되돌아오기 쉽다.

또한, 주유관(10)에 가까운 위치에 있는 벽면은, 주유관(10)에 따르도록 구성되어 있고, 중앙 부근은, 분류로(23)의 유로가 좁아지도록 주유관(10)으로부터 먼 위치에 있는 측벽과 주유관(10)에 가까운 위치에 있는 측벽과의 거리가 좁아져서 칸막이(43)로 되어 있다. 또한, 주유관(10)에 따르는 부분과, 분류로(23)의 유로가 좁게 되어 있는 부분과의 사이는, 호상(弧狀)으로 형성되어 있다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 상기 활류부와 상기 칸막이에 끼여지는 영역중, 분류로 도입구멍(21)에 가까운 측을 제 1 방부(房部)(41), 분류로 배출구멍(31)에 가까운 측을 제 2 방부(42)라고 부른다.

또한, 도입로(22) 부근의 원호(圓弧)의 개략 중심(곡률 중심)에 상당하고, 분류로(23)의 주유관(10)에 가까운 위치에 있는 측벽에 면하는 개소에, 원호에 대해 직각이 되는 방향(마이너스x방향)으로, 검출로 도입구멍(24)이 마련되고, 분류로 배출구멍(31) 부근의 원호의 개략 중심(곡률 중심)에 상당하고, 분류로(23)의 주유관(10)에 가까운 위치에 있는 측벽에 면하는 개소에, 원호에 대해 직각이 되는 방향(마이너스x방향)으로, 검출로 배출구멍(30)이 마련되어 있다. 검출로 도입구멍(24)에는, 분류로(23)에 유입한 기체의 일부를 검출로(27)에 유도하기 위한 제 1 연통로(25)가 접속되어 있다. 제 1 연통로(25)는, 마이너스x방향으로부터 마이너스z방향에 기체가 흐르도록 호상의 만곡부를 가지며, 제 2 연통로(26)에 접속하여 있다. 제 2 연통로(26)는 y방향으로 마련되어 있고, 검출로(27)와 접속하여 있다.

검출로(27)는, z방향으로 마련된 유로로서, 중앙 부분의 유로의 폭이 단부(端部)보다도 넓은 구조로 되어 있다. 그리고, 중앙 부분에, 회로 기판(13)에 마련된 유량 검출 소자(12)가 배치되게 되어 있다. 그리고, 검출로(27)는, y방향으로 마련된 제 3 연통로(28)와 접속하고, 제 3 연통로(28)는, 제 4 연통로(29)와 접속하여 있다. 제 4 연통로(29)는, z방향으로부터 x방향으로 기체가 흐르도록 호상의 만곡부를 갖고 있다. 그리고, 제 4 연통로(29)는 검출로 배출구멍(30)과 접속하여 있다.

이상과 같이, 분류로 도입구멍(21)에 유입한 기체의 일부는, 도 1에 화살표로 도시하는 바와 같이, 도입로(22)→ 분류로(23)→ 검출로 도입구멍(24)→ 제 1 연통로(25)→ 제 2 연통로(26)→ 검출로(27)→ 제 3 연통로(28)→ 제 4 연통로(29)→ 검출로 배출구멍(30)→ 분류로 배출구멍(31)으로 흐른다. 또한, 기체의 흐름은 이것으로 한정되지 않고, 역방향이라도, 유량 측정 장치(1)는 기체의 유량을 측정 가능하다.

이에 의해, 검출로(27)에 유입한 기체의 유량을 유량 검출 소자(12)에서 측정하고, 주유관(10)을 흐르는 기체와 검출로(27)를 흐르는 기체와의 분류비를 이용하여, 유량 측정 장치(1)를 흐르는 기체의 총 유량을 구할 수 있다.

또한, 분류로(23)의 벽면이 원호형상을 갖고 있음에 의해, 티끌이 퇴적하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 검출로 도입구멍(24)이, 원호형상인 분류로(23)의 측벽의 해당 원호의 중심에 위치함에 의해, 검출로(27)에 유입하는 티끌를 감소시킬 수 있다. 이에 의해, 유량 검출 소자(12)에 티끌이 부착하는 것을 방지할 수 있고, 유량 측정 장치(1)의 측정 정밀도를 유지할 수 있다.

구체적으로, 도 3을 이용하여 설명한다. 도 3은, 유량 측정 장치(1)에서의 기체 및 티끌의 흐름을 도시하는 도면으로서, 도 3(a)는 유량 측정 장치(1)의 단면(斷面)에서, 기체 및 티끌의 흐름을 도시하는 도면이고, 도 3(b)는 부유로부(20)의 단면에서 기체 및 티끌의 흐름을 도시하는 도면이고, 도 3(c)는 부유로부(20)의 전체에서 기체 및 티끌의 흐름을 도시하는 도면이고, 도 3(d)는 부유로부(20)의 단면에서 기체의 흐름을 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면이다.

도 3(a)에 도시하는 바와 같이, 주유로(5)를 흐르는 기체 및 티끌의 일부가 분류로 도입구멍(21)으로부터 부유로부(20)에 유입하면, 도 3(b)에 도시하는 바와 같이, 티끌은 분류로(23)의 벽면에 가까운 부분을 통과하여, 분류로 배출구멍(31)의 방향으로 진행한다. 이것은, 분류로 도입구멍(21)으로부터 유입한 티끌은, 흐르기 쉬운 방향으로 흐르기 때문이다. 따라서, 티끌은, 검출로 도입구멍(24)에 유입할 가능성은 낮다.

한편, 기체의 일부는, 분류로(23)의 중앙 부근의 유로가 좁게 되어 있는 개소에서, 주유관(10)에 가까운 위치에 있는 벽면(칸막이(43))에 닿아서, 그대로 검출로 도입구멍(24)으로 유입한다. 검출로 도입구멍(24)으로 유입한 기체는, 도 3(c)에 도시하는 바와 같이, 검출로(27)에 흐르고, 검출로 배출구멍(30)을 통하여 분류로(23)로 되돌아온다.

이와 같이, 본 실시의 형태에서는, 기체의 일부는 검출로(27)에 유입하는데 대해, 티끌은 검출로(27)에 유입하기 어려운 구성으로 되어 있다.

다음에, 도 4를 이용하여, 본 실시의 형태와 종래의 구성에서, 검출로에 유입하는 티끌의 양을 해석한 결과에 관해 설명한다. 도 4는, 본 실시의 형태와 종래의 구성에서의 통과 입자의 수를 비교한 결과를 도시하는 도면이다. 또한, 이 해석에서는, 기체의 유입 유량은 100ℓ/min이고, 유입시켜지는 입자는, 지름이 0.1㎛, 비중이 3000㎏/㎥이고, 그 수는, 1000000개이다.

해석한 결과를 도 4에 도시한다. 도 4에서, 파선은, 종래의 구성에서의 카운트 수를 나타내고, 실선은 본 실시의 형태에서의 카운트 수를 나타낸다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 종래의 구성에서는, 0.03초를 지난 때부터 급격하게 카운트되는 입자가 증가하고 있지만, 본 실시의 형태에서는, 0.06초당부터, 약간 증가하는 정도이다. 이와 같이, 본 실시의 형태에서는, 입자(즉 티끌)가 검출로에 들어가는 것을 방지할 수 있다.

(유량 검출 소자의 구조)

다음에, 도 5를 이용하여, 유량 검출 소자(12)의 구조에 관해 설명한다. 도 5는, 유량 검출 소자(12)의 구조를 설명하기 위한 도면으로서, 도 5(a)는, 기체가 흐르지 않은 상태를 도시하는 도면이고, 도 5(b)는, 기체가 흐르고 있는 상태를 도시하는 도면이다.

유량 검출 소자(12)는, 기체의 유속을 측정할 수 있는 것이면, 특히 그 종류는 묻지 않지만, 본 실시의 형태에서는, 히터와 서모 파일을 갖는 플로 센서를 이용하고 있다.

도 5(a)에 도시하는 바와 같이, 유량 검출 소자(12)는, 에칭에 의해 기판(36)의 한쪽의 면에 캐비티(35)를 형성하고, 캐비티(35)의 위에 절연성 박막(37)을 붙이고 절연성 박막(37)의 언저리(연(緣)를 기판(36)에 지지하고 있다. 절연성 박막(37)의 중앙부에는, 폴리실리콘에 의해 히터(33)를 형성하고, 히터(33)의 상류측과 하류측에 각각 서모 파일(32, 34)을 마련하고 있다. 서모 파일(32, 34)은, Al의 선소(線素)와 폴리실리콘의 선소를 교대로 연결하여 지그재그로 배치한 것이다. 서모 파일(32, 34)은 히터(33)에 관해 대칭으로 배치하여 있고, 히터(33)의 양측의 대칭의 위치의 온도를 계측한다.

그리고, 측정시에는, 히터(33)는 소정 온도로 발열하고 있고, 히터(33)의 주위에는 소정의 온도 분포(α)(온도 구배)가 생기고 있다. 서모 파일(32, 34)은 대칭의 배치로 되어 있기 때문에, 히터(33)의 위를 기체가 흐르지 않는 경우에는, 서모 파일(32, 34)의 검지 온도는 동등하고, 온도차는 제로가 된다.

한편, 도 5(b)에 도시하는 바와 같이, 히터(33)의 위에 기체의 흐름이 생기면, 히터(33)의 열이 하류측에 수송되어 온도 분포(α)가 하류측으로 시프트하기 때문에, 하류측의 서모 파일(34)의 검지 온도가 상승함과 함께, 상류측의 서모 파일(32)의 검지 온도가 하강하여, 서모 파일(32, 34)의 검지 온도에 온도차가 생긴다. 이 온도차의 변화는, 기체의 질량유량(質量流量)과 비례하고 있고, 온도차의 변화로부터, 기체의 질량유량을 구할 수 있다. 따라서, 구한 질량유량과, 주유로(5)와 부유로부(20)와의 분류비로부터 유량 측정 장치(1)에서의 총 유량을 구할 수 있다.

(부유로부의 구성)

다음에, 부유로부(20)의 한 형태에 관해, 도 6, 7을 이용하여 설명한다. 도 6은, 부유로부(20)의 구성의 한 형태를 설명하기 위한 도면으로서, 도 6(a)는, 부유로부(20)를 포함하는 유량 측정 장치의 사시도이고, 도 6(b)는, 도 6(a)의 영역(99)를 확대한 도면이다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 부유로부(20)는, 검출로(27)를 베이스 부재(17)에 형성하고, 분류로(23), 검출로 도입구멍(24), 제 1 연통로(25), 제 2 연통로(26), 제 3 연통로(28), 제 4 연통로(29), 검출로 배출구멍(30)을 포함하는 부분을 부유로부(96)로서 중간부재로 형성하여도 좋다.

이것은, 유량 검출 소자(12)가 회로 기판(13)상에 실장되고, 회로 기판(13)은 베이스 부재(17)에 어떠한 방법으로 결합되어 있는 경우는 문제 없지만, 유량 검출 소자(12)가 중간부재에 배치되는 구성인 경우, 중간부재의 위치 어긋남 등에 의해 유량 검출 소자(12)와 검출로(27)와의 위치 관계가 무너져서 특성 변화가 생길 가능성이 있기 때문이다.

상기한 구성에 의하면, 유량 검출 소자(12)가 배치된 검출로(27)는 회로 기판(13)이 결합된 베이스 부재(17)측에 형성된 것이 되기 때문에, 중간부재의 위치 어긋남이 일어났다고 하여도, 그 영향을 억제할 수 있다.

또한, 도 7은, 부유로부(20)의 구성의 한 형태를 설명하기 위한 도면으로서, 도 7(a)는, 부유로부(20)를 포함하는 유량 측정 장치의 사시도이고, 도 7(b)는, 도 7(a)의 영역(80)을 확대한 도면이다.

부유로부(20)는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 베이스 부재(17)와, 제 1 연통로(25), 제 2 연통로(26), 검출로(27), 제 3 연통로(28), 제 4 연통로(29)를 구비한 제 1 부유로부(97)와, 분류로 도입구멍(21), 도입로(22), 분류로(23), 검출로 도입구멍(24), 검출로 배출구멍(30), 분류로 배출구멍(31)을 구비한 제 2 부유로부(98)로 나누어서 형성되어 있어도 좋다.

(실시의 형태 2)

다음에, 본 발명의 다른 실시의 형태에 관해, 도 8을 이용하여 설명한다. 도 8은, 부유로부(20)의 유로의 다른 형태를 설명하기 위한 도면으로서, 도 8(a)는, 본 실시의 형태에서의 부유로부(20)의 측면도이고, 도 8(b)는, 본 실시의 형태에서의 부유로부(20)의 사시도이고, 도 8(c)는, 상기 실시의 형태에서의 기체의 흐름을 도시하는 도면이다. 본 실시의 형태에서, 상기 실시의 형태와 다른 것은, 검출로 도입구멍(24) 및 검출로 배출구멍(30)의 위치이다.

상기 실시의 형태에서는, 도 8(c)에 도시하는 바와 같이, 검출로 도입구멍(24) 및 검출로 배출구멍(30)은, 분류로(23)의 벽면이 원호형상이 되어 있고, 그 원호의 중심에 상당하고, 주유관(10)에 가까운 위치에 있는 벽면에 면하는 위치에 마련되어 있다.

이에 대해, 본 실시의 형태에서는, 검출로 도입구멍(24) 및 검출로 배출구멍(30)은, 도 8(a)에 도시하는 바와 같이, 상기 실시의 형태의 위치로부터 주유관(10)으로부터 떨어지는 방향(y방향)으로, 검출로 도입구멍(24)의 지름의 거리 정도 비켜놓은 위치, 즉, 제 1 방부(41)의 중앙 및 제 2 방부(42)의 중앙에 배치되어 있다. 따라서 본 실시의 형태에서는, 검출로 도입구멍(24) 및 검출로 배출구멍(30)은, 분류로(23)의 주유관(10)에 가까운 위치에 있는 벽면에 면하고 있지 않다.

이에 의해, 가령, 도 8(b)에 화살표로 도시하는 바와 같이, 벽면에 따라서 티끌이 흘러 왔다고 하여도, 검출로 도입구멍(24)으로부터 유입하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 검출로(27)에의 티끌의 유입을, 보다 방지할 수 있다. 즉, 티끌이, 칸막이(43)에 충돌하고 검출로 도입구멍(24) 방향으로 유입하였다고 하여도, 검출로 도입구멍(24)으로부터 검출로(27)에 들어가는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시의 형태와 같이, 검출로 도입구멍(24) 및 검출로 배출구멍(30)을 형성하는 경우, 부유로부(20)의 부품만으로 형성하는 것은 금형 성형상 곤란하다. 그래서, 주유관(10)측의 부재에 돌기를 형성하고(도 8(b)), 부유로부(20)의 부품에 형성된 오목부와 조합시키면, 실현하는 것이 가능하다.

(실시의 형태 3)

다음에, 본 발명의 또다른 실시의 형태에 관해, 도 9를 이용하여 설명한다. 도 9는, 부유로부(20)의 유로의 다른 구성을 도시하는 도면으로서, 도 9(a)는, 본 실시의 형태의 부유로부(20)의 구성을 도시하는 사시도이고, 도 9(b)는, 본 실시의 형태의 부유로부(20)의 구성을 도시하는 상면도이다.

본 실시의 형태에서, 상기한 실시의 형태와는 다른 것은, 부유로부(20)에 포함되다, 분류로 블록(분류로 도입구멍(21), 도입로(22), 분류로(23), 검출로 도입구멍(24), 제 1 연통로(25), 제 3 연통로(28), 제 4 연통로(29), 검출로 배출구멍(30), 및 분류로 배출구멍(31))의 수이다. 즉, 본 실시의 형태에서는, 도 9(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 분류로 블록이 2개 마련되어 있고, 각각은, 검출로(27)의 양측(x방향 및 마이너스x방향)에 마련되어 있다.

이에 의해, 주유관(10)을 흐르는 기체에 치우침이 있다고 하여도, 검출로(27)를 흐르는 기체의 유속 분포가 치우쳐 버리는 것을 방지할 수 있다.

또한, 분류로 블록은 2개로 한정되지 않고, 검출로(27)에 대해, 쌍(對)이 되도록 구성되어 있으면 몇 개라도 좋다.

(실시의 형태 4)

다음에, 본 발명의 또다른 실시의 형태에 관해, 도 10을 이용하여 설명한다. 도 10은, 본 실시의 형태에서의 부유로부(91)의 구성을 설명하기 위한 도면으로서, 도 10(a)는, 부유로부(91)의 사시도이고, 도 10(b)는, 부유로부(91)의 상면도이다.

본 실시의 형태에서, 상기한 실시의 형태와 다른 것은, 분류로(92)에는 분류로(23)의 x방향측의 측벽에 상당하는 것이 존재하지 않는 점, 및 검출로 도입구멍(93)으로부터 검출로(94)에의 유로에서, 제 1 연통로(25)에 상당하는 것이 존재하지 않는 점이다.

본 실시의 형태에서는, 분류로(23)의 x방향의 측벽에 상당하는 것이 존재하지 않기 때문에, 베이스 부재(17)에 형성된 오목부의 벽면이, 분류로(92)의 측벽을 형성하게 된다.

본 발명은 상술한 각 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 청구항에 나타난 범위에서 여러가지의 변경이 가능하고, 다른 실시 형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절히 조합시켜서 얻어지는 실시 형태에 관해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 유량 측정용 구조체는, 유체가 흐르는 주유로와, 그 유체가 그 주유로로부터 분류되고, 유량을 측정하기 위한 검출 소자에 제공된 후, 상기 주유로로 되돌려지는 부유로를 구비한 유량 측정용 구조체에 있어서, 상기 부유로는, 상기 주유로로부터 상기 유체가 분류되고, 상기 검출 소자에 제공되는 일 없이, 상기 주유로로 되돌려지는 제 1 지류로와, 상기 제 1 지류로로부터 상기 유체가 분류되고, 상기 검출 소자에 제공되는 제 2 지류로를 구비하고 있고, 상기 제 1 지류로는, 상기 주유로와 접속하는 양단부의 사이를 상기 유체가 원활하게 흐르는 활류부와, 상기 활류부에 인접하고, 상기 유체의 흐름을 방해하도록 마련된 칸막이에 의해 나누어진 제 1 방부 및 제 2 방부를 구비하고 있고, 상기 제 1 방부 및 상기 제 2 방부에는, 상기 제 2 지류로의 양단부가 각각 접속하여 있는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 제 1 지류로에 들어간 유체의 일부는, 칸막이에 의해, 제 1 방부 또는 제 2 방부에 접속하여 있는 단부로부터 제 2 지류로에 흐른다. 한편, 제 1 지류로에 들어간 티끌은, 흐르기 쉬움에 의해, 활류부를 통과하여 가기 때문에, 제 2 지류로에는, 들어가기 어렵다.

이와 같이, 상기한 구성에 의하면, 제 1 지류로에 들어간 티끌은, 퇴적하지 않고, 그대로 주유로에 흘러가기 쉽고, 또한, 제 2 지류로에는 들어가기 어렵기 때문에, 제 2 지류로에 배치된 유량을 측정하기 위한 검출 소자에 부착하기 어렵다.

본 발명에 관한 유량 측정 구조체에서는, 상기 활류부에는, 유체의 진행 방향을 원활하게 바꾸는 2개의 만곡부가 구비되고, 상기 제 2 지류로의 양단부는, 상기 제 1 방부 및 상기 제 2 방부에서의, 상기 만곡부의 곡률 중심에 접속하여도 좋다.

상기한 구성에 의하면, 제 1 지류로에 들어간 티끌은, 원심력에 의해 만곡부 부근을 통과하여, 만곡부의 곡률 중심으로는 가기 어렵고. 따라서, 티끌은, 만곡부의 곡률 중심에 단부가 접속된 제 2 지류로에는 들어가기 어렵다.

이에 의해, 제 2 지류로에 티끌이 들어가는 것을 방지할 수 있고, 티끌에 의해 생기는 오차가 적은 유량 측정용 구조체를 실현할 수 있다.

본 발명에 관한 유량 측정용 구조체에서는, 상기한 제 2 지류로의 양단부는, 상기 제 1 방부 및 상기 제 2 방부의 중앙에 접속하여 있어도 좋다.

상기한 구성에 의하면, 제 2 지류로의 단부는, 유체의 진행 방향에 면하고 있는 벽면으로부터 떨어진 위치로 되기 때문에, 티끌이 상기 벽면에 따라서 흘렀다고 하여도, 제 2 지류로에 티끌이 들어가는 것을 방지할 수 있다.

이에 의해, 보다 티끌에 의해 생기는 오차가 적은 유량 측정용 구조체를 실현할 수 있다.

본 발명에 관한 유량 측정용 구조체에서는, 상기 제 1 지류로는, 상기 제 2 지류로를 끼우고 2개 구비되어 있어도 좋다.

상기한 구성에 의하면, 제 2 지류로에는, 2개의 제 1 지류로로부터 유체가 들어간다. 따라서, 주유로에서, 유체가 치우쳐서 흐르고 있다고 하여도, 부유로에서 유체의 흐름이 평균화되기 때문에, 치우침이 없는 측정 결과를 산출할 수 있다.

상기 유량 측정용 구조체에 있어서 제 2 지류로에, 유량을 측정하기 위한 검출 소자를 배치한 유량 측정 장치라도, 상술한 효과를 이룰 수 있다.

산업상의 이용 가능성

티끌이 혼입된 기체라도, 그 유량을 정확하게 측정할 수 있기 때문에, 티끌이 혼입되기 쉬운 장소 등에서 이용되는 유량 측정 장치, 예를 들면, 공장 등에 마련된 가스 미터 등에 알맞다.

1 : 유량 측정 장치(유량 측정용 구조체)
5 : 주유로
10 : 주유관
12 : 유량 검출 소자(검출 소자)
20 : 부유로부(부유로)
21 : 분류로 도입구멍
22 : 도입로
23 : 분류로(제 1 지류로)
24 : 검출로 도입구멍
25 : 제 1 연통로(제 2 지류로)
26 : 제 2 연통로(제 2 지류로)
27 : 검출로(제 2 지류로)
28 : 제 3 연통로(제 2 지류로)
29 : 제 4 연통로(제 2 지류로)
30 : 검출로 배출구멍
31 : 분류로 배출구멍
41 : 제 1 방부
42 : 제 2 방부
43 : 칸막이
45 : 활류부

Claims

유체가 흐르는 주유로와, 그 유체가 그 주유로로부터 분류되고, 유량을 측정하기 위한 검출 소자에 제공된 후, 상기 주유로로 되돌려지는 부유로를 구비한 유량 측정용 구조체에 있어서,
상기 부유로는,
상기 주유로로부터 상기 유체가 분류되고, 상기 검출 소자에 제공되는 일 없이, 상기 주유로로 되돌려지는 제 1 지류로와,
상기 제 1 지류로로부터 상기 유체가 분류되고, 상기 검출 소자에 제공되는 제 2 지류로를 구비하고 있고,
상기 제 1 지류로는,
상기 주유로와 접속하는 양단부의 사이를 상기 유체가 원활하게 흐르는 활류부와,
상기 활류부에 인접하고, 상기 유체의 흐름을 방해하도록 마련된 칸막이에 의해 나누어진 제 1 방부 및 제 2 방부를 구비하고 있고,
상기 제 1 방부 및 상기 제 2 방부에는, 상기 제 2 지류로의 양단부가 각각 접속하여 있는 것을 특징으로 하는 유량 측정용 구조체.
제 1항에 있어서,
상기 활류부에는, 유체의 진행 방향을 원활하게 바꾸는 2개의 만곡부가 구비되고,
상기 제 2 지류로의 양단부는, 상기 제 1 방부 및 상기 제 2 방부에서의, 상기 만곡부의 곡률 중심에 접속하여 있는 것을 특징으로 하는 유량 측정용 구조체.
제 1항에 있어서,
상기 제 2 지류로의 양단부는, 상기 제 1 방부 및 상기 제 2 방부의 중앙에 접속하여 있는 것을 특징으로 하는 유량 측정용 구조체.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 지류로는, 상기 제 2 지류로를 끼우고 2개 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 측정용 구조체.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 유량 측정용 구조체에서의 제 2 지류로에 유량을 측정하기 위한 검출 소자를 배치한 것을 특징으로 하는 유량 측정 장치.