WO2014057673A1

WO2014057673A1 - 流量計

Info

Publication number: WO2014057673A1
Application number: PCT/JP2013/006029
Authority: WO
Inventors: 憲司安田; 足立　明久; 藤井　裕史; 中林　裕治; 坂口　幸夫; 後藤　尋一; 康晴河野; 葵渡辺
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2013-10-09
Publication date: 2014-04-17
Also published as: EP2908103A1; CN104704328A; JP2014077679A; US9453748B2; US20150253166A1; EP2908103A4

Abstract

　流量計(1)は、流体が流れ込む入口部(3)と、前記流体が流出する出口部(5)と、前記入口部と前記出口部との間において並列に設けられた複数の計測流路部(6)と、前記計測流路部内の流路を流れる流体の流量を測定する流量測定部(19)と、を備え、複数の前記流路の形状が互いに一致し、複数の前記計測流路部は、前記流量測定部が設けられた前記計測流路部、および、前記流量測定部が設けられていない前記計測流路部を含んでいる。

Description

流量計

　本発明は、複数の計測流路を通過する流体の流量に基づいて配管を流れる流体の流量を計測する流量計に関する。

　従来、配管に繋がる複数の計測流路を用いて配管における流体の流量を計測する流量計として、特許文献１に示す超音波式流量計が知られている。この超音波式流量計１００は、図１０に示すように、上流室１０２と下流室１０３との間に複数の流量測定部１０１が設けられ、各流量測定部１０１に超音波振動子が配置されている。

特開平９－５１３３号公報

　特許文献１に示す超音波式流量計では、各流量測定部１０１に超音波振動子が取り付けられている。これにより、各流量測定部１０１を通過する流体の流量が計測され、各流量に基づいて配管を流れる流体の流量が計測されるため、高い計測精度が得られる。一方、超音波振動子の製品コストおよび取り付けコストがかかり、高コストになるという課題を有していた。

　本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、高い計測精度を維持しながらコストの低減化を図った流量計を提供することを目的としている。

　本発明のある態様に係る、流量計は、流体が流れ込む入口部と、前記流体が流出する出口部と、前記入口部と前記出口部との間において並列に設けられた複数の計測流路部と、前記計測流路部内の流路を流れる流体の流量を測定する流量測定部と、を備え、複数の前記計測流路部の流路の形状が互いに一致し、複数の前記計測流路部は、前記流量測定部が設けられた前記計測流路部、および、前記流量測定部が設けられていない前記計測流路部を含んでいる。

　本発明は、以上に説明した構成を有し、高い計測精度を維持しながらコストの低減化を図った流量計を提供することができるという効果を奏する。

　本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

本発明の実施の形態１に係る流量計を示す斜視図である。図１の計測流路部を示す斜視図である。図１の計測流路部を示す斜視図である。図３のＡ―Ａ’線に沿って切断した計測流路部の一部を示す断面図である。図１のＢ―Ｂ’線に沿って切断した流量計の一部を示す断面図である。本発明の実施の形態２に係る流量計を示す斜視図である。本発明の実施の形態３に係る流量計の計測流路部の一部を示す斜視図である。図７のＣ―Ｃ’線に沿って切断した計測流路部を示す断面図である。本発明の実施の形態４に係る流量計を示す断面図である。従来の超音波流量計を示す図である。

　第１の本発明に係る流量計は、流体が流れ込む入口部と、前記流体が流出する出口部と、前記入口部と前記出口部との間において並列に設けられた複数の計測流路部と、前記計測流路部内の流路を流れる流体の流量を測定する流量測定部と、を備え、複数の前記計測流路部の流路の形状が互いに一致し、複数の前記計測流路部は、前記流量測定部が設けられた前記計測流路部、および、前記流量測定部が設けられていない前記計測流路部を含んでいる。

　第２の本発明に係る流量計は、第１の発明において、前記計測流路部の長手方向に対して垂直な方向に切断した前記流路の断面の寸法は、最大流速の前記流体の流れが層流になるように設定されていてもよい。

　第３の本発明に係る流量計は、第１または第２の発明において、複数の前記計測流路部は少なくとも３つであり、そのうち、前記流量測定部が設けられた前記計測流路部は少なくとも２つであって、前記流量測定部が設けられていない前記計測流路部が少なくとも１つであってもよい。

　第４の本発明に係る流量計は、第１～第３のいずれか１つの発明において、前記計測流路部の長手方向に平行に前記流路を分割する仕切り板をさらに備えていてもよい。

　第５の本発明に係る流量計は、第１～第４のいずれか１つの発明において、前記入口部および前記出口部の少なくともいずれか一方の内部空間に設けられた整流部材をさらに備えていてもよい。

　以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

　（実施の形態１）
　　（流量計の構成）
　図１は、実施の形態１に係る流量計１を示す斜視図である。なお、図１では、超音波センサユニット１０を見易くするため、計測流路部６ａ、６ｂの一部のみを実線で表し、計測流路部６ｆ、６ｈ、６ｉの一部のみを破線で表している。

　図１に示すように、流量計１は、たとえば、ガスなどの流体が流れる配管（図示せず）に設置されて、この配管を流れる流体の流量を計測するメータである。流量計１は、入口部３、出口部５およびその間に設けられた複数の計測流路部６を備えている。

　入口部３および出口部５のそれぞれは、内部空間を有するチャンバである。入口部３には入口管２が接続され、入口管２から入口部３に流体が流れ込む。出口部５に出口管４が接続され、出口部５から出口管４へ流体が流出する。

　各計測流路部６は、筒状部材であって、内部空間を有する。内部空間は、計測流路部６をその軸方向に貫通し、流路（計測流路）として用いられる。計測流路部６は入口部３および出口部５にそれぞれ接続されている。計測流路は入口部３の内部空間および出口部５の内部空間のそれぞれに連通している。

　複数の計測流路部６は、この実施の形態では、９本の計測流路部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇ、６ｈ、６ｉで構成されている。これらの計測流路部６ａ～６ｉは並列に設けられている。計測流路部６ａ、６ｂ、６ｃが上段に等間隔で並べられ、計測流路部６ｄ、６ｅ、６ｆが中段に等間隔で並べられ、計測流路部６ｇ、６ｈ、６ｉが下段に等間隔で並べられている。

　また、計測流路部６ａ、６ｄ、６ｇが前列に等間隔で並べられ、計測流路部６ｂ、６ｅ、６ｈが中列に等間隔で並べられ、計測流路部６ｃ、６ｆ、６ｉが後列に等間隔で並べられている。これにより、計測流路部６ｅが計測流路部６の中央に位置する。なお、計測流路部６の数および配置は、計測流路部６が対称に配置されていれば、上記に限定されない。

　たとえば、複数の計測流路部６が、前後に対称的に配置された構成、上下に対称的に配置された構成、前後および上下に対称的に配置された構成などを採用することができる。

　超音波センサユニット１０は、計測流路部６を通過する流体の流量を検出するためのセンサである。超音波センサユニット１０は、計測流路部６ｅに設けられている。ただし、超音波センサユニット１０が設けられた計測流路部６は計測流路部６ｅに限定されない。たとえば、超音波センサユニット１０が９本の計測流路部６の流量の平均値を測定できるように、超音波センサユニット１０の取り付け位置が定められる。なお、超音波センサユニット１０の数および取り付け位置の設定には、入口部３の形状や計測流路部６の配置などの設計条件なども考慮される。

　　（計測流路部の構成）
　図２は、計測流路部６ａを示す斜視図である。なお、ここでは、計測流路部６ａを代表して説明するが、他の計測流路部６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇ、６ｈ、６ｉも計測流路部６ａと同様である。

　図２に示すように、計測流路部６ａは、筒状体であって、その長手方向に対して垂直に切断した断面が矩形状である。計測流路部６ａの内部空間である計測流路は、幅寸法ｗが高さ寸法ｈより小さい断面を有している。この断面形状は計測流路部６ａの軸方向において変化せずに一様である。なお、計測流路の断面形状は、矩形状に限定されず、円形状などであってもよい。ただし、９本の計測流路部６は、その計測流路の形状が互いに等しくなるように形成されている。これにより、計測流路の形状を決める寸法（幅ｗ、高さｈ、長さｍの全て）は互いに等しくなっている。

　計測流路の断面寸法は、計測流路における流体の流れが層流になるように定められる。たとえば、流体の粘度および密度、並びに、計測流路を流れる流体の速度に基づき、レイノルズ数が２３００より小さくなるように断面寸法が設定される。計測流路における断面のアスペクト比（高さ寸法ｈ／幅寸法ｗ）が小さい場合には、等価直径を代表長さとし、レイノルズ数が２３００より小さくなるように断面寸法を設定する。断面のアスペクト比が大きい場合には、幅寸法ｗを代表長さとして、レイノルズ数が２３００より小さくなるように断面寸法を設定する。

　ここで、実使用時のいかなる場合においても、計測流路における流体が層流となるのが好ましい。したがって、上述した断面寸法の設定に際しては、計測流路における流体の流速が最大である場合を想定する。そして、最大流速であっても、流体の流れが層流になるように断面寸法が定められる。この最大流速は、流量計１に定められている最大流量の流体が流れる際の速度、かつ、各計測流路を流れている流体の速度のうちで最も大きな速度である。

　　（流量測定部を備えた計測流路部の構成）
　図３は、超音波センサユニット１０を備えた計測流路部６ｅを示す斜視図である。図４は、図３のＡ―Ａ’線に沿って切断した計測流路部６ｅの一部を示す断面図である。

　図３に示すように、計測流路部６ｅは上面１５、下面１６および２つの側面で構成されている。これらの面は計測流路部６ｅの長手方向に延びる軸に対して対称に配置されている。計測流路部６ｅの軸方向の中央部の上面１５に超音波センサユニット１０が取り付けられている。超音波センサユニット１０の装着位置は上記に限定されない。たとえば、計測流路部６ｅの軸方向中央部よりも上流側部分において流体の流速が不均一であれば、計測流路部６ｅの下流側部分に超音波センサユニット１０が装着される。また、軸方向の脈動が計測流路部６ｅの流れに生じる可能性がある場合、計測流路の軸方向において対称位置である計測流路部６ｅの中央部に超音波センサユニット１０が装着される。

　図４に示すように、計測流路部６ｅでは上面１５に第１の超音波透過窓１７および第２の超音波透過窓１８が開口している。これらの超音波透過窓１７、１８は、計測流路部６ｅの軸方向に並んで配置され、上面１５を貫通している。下面１６は超音波の反射面として機能するように構成されている。

　流量測定部１９は、計測流路部６内の流路を流れる流体の流量を測定する。流量測定部１９は、超音波センサユニット１０、計測回路２０、演算回路２１および駆動部（図示せず）を備えている。超音波センサユニット１０は、本体部１０ａ、第１の超音波送受波器１１および第２の超音波送受波器１２により構成されている。各超音波送受波器１１、１２はリード線により計測回路２０に接続されている。駆動部は、計測回路２０や本体部１０ａなどに設けられている。

　超音波センサユニット１０の本体部１０ａには２つの開口が設けられている。一方の開口の周囲は第１の保持部１３として用いられ、他方の開口の周囲は第２の保持部１４として用いられる。第１の超音波送受波器１１は、第１の保持部１３内の開口に嵌められて、第１の保持部１３に取り付けられている。第２の超音波送受波器１２は、第２の保持部１４内の開口に嵌められて、第２の保持部１４に取り付けられている。

　各超音波透過窓１７、１８が各保持部１３、１４内の開口に対応するように、超音波センサユニット１０が計測流路部６ｅの上面１５上に取り付けられる。これにより、第１の保持部１３内の開口が第１の超音波透過窓１７に連通し、第２の保持部１４内の開口が第２の超音波透過窓１８に連通する。

　計測回路２０は、一対の超音波送受波器１１、１２の間を超音波が伝搬する時間を計測する伝搬時間測定部である。演算回路２１は、計測回路２０に接続されており、計測回路２０により計測された時間に基づいて流体の流量を算出する流量演算部である。なお、計測回路２０および演算回路２１は１つの回路で構成されていてもよい。

　なお、流量計１では、一対の超音波送受波器１１、１２の間に反射面として機能する下面１６が設けられた「Ｖパス」方式の構成が採用されている。この方式に限定されず、たとえば、一対の超音波送受波器１１、１２が計測流路部６ｅの軸を挟んで対向して配置される「Ｚパス」方式の構成が採用されてもよい。また、一対の超音波送受波器１１、１２が計測流路部６ｅの軸に平行な方向に対向して配置される「Ｉパス」方式の構成が採用されてもよい。さらに、一対の超音波送受波器１１、１２の間に３つの反射面が設けられた「Ｗパス」方式の構成が採用されてもよい。

　　（流量計の動作方法）
　図５は、図１のＢ―Ｂ’線に沿って切断した流量計１の一部を示す断面図である。図５に示すように、配管４０の流量を計測する場合、まず、配管４０の上流端配管４０ａを入口管２に接続し、配管４０の下流端配管４０ｂを出口管４に接続する。これにより、配管４０の上流端配管４０ａから入口管２を介して入口部３に流体が流入する。流体は入口部３の内部空間に広がって、流体の下方に向かう流れが弱められる。そして、流体は、各計測流路部６の計測流路に流入してこれを通過する。このとき、計測流路部６ｅに備えられた超音波センサユニット１０が、その計測流路を通過する流体の流速を検出する。

　図４の矢印Ｖに示すように、流体は計測流路部６ｅの計測流路を流速Ｖで流れる。このように計測流路を流体が流れている状態において、出射信号が駆動部から超音波センサユニット１０へ出力されると、第１の超音波送受波器１１が超音波を出射する。また、この出射信号は駆動部から計測回路２０へも出力される。

　超音波は、矢印Ｐ１に示すように、第１の保持部１３内の開口および第１の超音波透過窓１７を通過して下面１６に向かう。このとき、超音波は計測流路を音速Ｃで伝搬し、この伝播方向は流体の流れ方向に対して角度θで傾いている。そして、超音波は、下面１６で反射して、矢印Ｐ２に示すように伝播方向を変える。超音波は、第２の超音波透過窓１８および第２の保持部１４内の開口を順次通過して、第２の超音波送受波器１２に入射する。これにより、第２の超音波送受波器１２は、超音波を受ける。この入射信号は計測回路２０へ出力される。

　このように、第１の超音波送受波器１１と第２の超音波送受波器１２との間の有効長さＬの伝搬経路を超音波が伝搬する。この伝搬経路を伝搬する超音波の伝搬時間ｔ１は、下記式（１）で表される。

　　　　ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）　　　　　　　　　　　（１）
　次に、上記と同様に、超音波が第２の超音波送受波器１２から出射して、第１の超音波送受波器１１に入射する。この場合、有効長さＬの伝搬経路を伝搬する超音波の伝搬時間ｔ２は、下記式（２）で表される。

　　　　ｔ２＝Ｌ／（Ｃ－Ｖｃｏｓθ）　　　　　　　　　　　（２）
　上記式（１）および式（２）によれば、流体の流速Ｖは、下記式（３）で表される。この式（３）において、伝搬経路の長さＬおよび超音波の傾斜角度θは既知である。また、伝搬時間ｔ１、ｔ２は、出射信号および入射信号に基づき計測回路２０により計測される。これにより、演算回路２１は、計測回路２０から伝搬時間ｔ１、ｔ２を受け、下記式（３）に基づいて、流体の流速Ｖを求める。

　　　　Ｖ＝Ｌ／（２ｃｏｓθ（（１／ｔ１）－（１／ｔ２）））（３）
　さらに、断面積Ｓの計測流路を単位時間当たりに通過する流体の流量ｑｅは、下記式（４）で表される。ここで、計測流路の断面積Ｓは、断面の幅寸法ｗと高さ寸法ｈとの積から予め求められる。このため、演算回路２１は、求めた流速Ｖに基づき下記式（４）から流体の流量ｑｅを求めることができる。

　　　　ｑｅ＝Ｖ×Ｓ　　　　　　　　　　　　　　　　　　（４）
　なお、計測した流速Ｖが９本の計測流路部６の流速の平均値に一致しない場合がある。この場合、式（４）において、流速Ｖに補正係数に乗じて流量ｑｅを求めることができる。

　ここでは、図５に示すように、流体は、入口部３において矢印Ｒに従って流れ、９本の計測流路部６のそれぞれに流入する。このとき、計測流路部６ｂの流速Ｕｂ、計測流路部６ｅの流速Ｕｅおよび計測流路部６ｈの流速Ｕｈは、図５の流速分布曲線で表されるように互いに異なる。

　具体的には、図５に示す流速Ｕｂ、Ｕｅ、Ｕｈの流速分布曲線における基線ＢＬは、各計測流路部６ｂ、６ｅ、６ｈにおいて上流端を通る線である。この基線ＢＬ上の各位置から基線ＢＬに対して垂直な方向に延びる長さが、基線ＢＬ上の各位置における流速を表している。よって、各流速Ｕｂ、Ｕｅ、Ｕｈは、各計測流路部６の中央部で最も大きく、上面または下面に近づくほど小さくなっている。

　各流速Ｕｂ、Ｕｅ、Ｕｈにおける最大速度は、流速Ｕｂが最も小さく、流速Ｕｈが最も大きく、流速Ｕｅが流速ＵｂおよびＵｈの中間値を示している。また、各計測流路部６における流体の流れは層流である。層流の場合、流速の平均速度は最大速度のおよそ半分とみなせる。これにより、計測流路部６ｅの流速Ｕｅの平均速度は、９本の計測流路部６の流速の平均値またはそれに近い値を示しているとみなすことができる。

　また、配管４０を単位時間当たりに通過する流体の流量Ｑｔは、下記式（５）により定められる。なお、必要に応じて、上記式（５）において流量ｑｅに補正係数を乗じることができる。

　　　　Ｑｔ＝９×ｑｅ　　　　　　　　　　　　　　　　　（５）
　上記実施の形態によれば、複数の計測流路部６を流量計１に設けている。これにより、計測流路における流体の流速を配管４０における流体の流速からできるだけ変化させることなく、計測流路の断面寸法を小さくすることができる。この結果、計測流路における流体の流れを層流にすることができ、流量計１の計測精度が向上する。さらに、配管４０における流体の流速が大きくなるほど、計測流路における流体の流れは乱流になり易いが、計測流路の断面の寸法は最大流速の流体の流れが層流になるように設定されている。よって、流量計１の計測精度を高く安定的に維持することができ、流量計１の信頼性が高まる。

　また、各計測流路部６の計測流路の寸法および形状を一致させているため、流体を各計測流路部６にほぼ均一に流すことができる。さらに、計測流路部６の流速の平均値またはそれに近い値を超音波センサユニット１０が測定するように、超音波センサユニット１０を計測流路部６ｅに取り付けている。よって、流量計１の計測精度の向上がさらに図られる。

　超音波センサユニット１０を全ての計測流路部６に設けないことにより、超音波センサユニット１０の製品コストおよび取り付けコストを削減することができる。

　（実施の形態２）
　上記実施の形態１に係る流量計１では、１つの超音波センサユニット１０が計測流路部６ｅに備えられていたが、超音波センサユニット１０の数は１つに限定されない。たとえば、実施の形態２に係る流量計１では、複数の超音波センサユニット１０が計測流路部６に備えられている。図６は、本発明の実施の形態２に係る流量計１を示す斜視図である。なお、図６では、超音波センサユニット１０を見易くするため、計測流路部６ａ、６ｂの一部のみを実線で表し、計測流路部６ｈ、６ｉの一部のみを破線で表している。

　図６に示すように、複数の超音波センサユニット１０は、この実施の形態では、３つの超音波センサユニット１０ｄ、１０ｅ、１０ｆにより構成されている。超音波センサユニット１０ｄは計測流路部６ｄに取り付けられ、超音波センサユニット１０ｅは計測流路部６ｅに取り付けられ、超音波センサユニット１０ｆは計測流路部６ｆに取り付けられている。超音波センサユニット１０ｄ、１０ｅ、１０ｆの各超音波送受波器１１、１２（図４）はリード線により計測回路２０（図４）に接続されている。

　上記構成の流量計１では、３つの超音波センサユニット１０ｄ、１０ｅ、１０ｆを用いて配管４０（図５）の流量Ｑｔを測定する。この場合、各超音波センサユニット１０ｄ、１０ｅ、１０ｆで超音波を送信および受信を行うことにより、計測回路２０（図４）は超音波の伝搬時間ｔ１、ｔ２を求める。

　そして、演算回路２１（図４）は、伝搬時間ｔ１、ｔ２に基づいて上記式（３）から各計測流路部６ｄ、６ｅ、６ｆにおける流速Ｖｄ、Ｖｅ、Ｖｆを求める。次に、演算回路２１は、流速Ｖｄ、Ｖｅ、Ｖｆに基づいて上記式（４）から各計測流路部６ｄ、６ｅ、６ｆの流量ｑｄ、ｑｅ、ｑｆを求める。この流量ｑｄ、ｑｅ、ｑｆの平均値ｑａｖｅを下記式（６）により演算回路２１は求める。

　　　　ｑａｖｅ＝（ｑｄ＋ｑｅ＋ｑｆ）／３　　　　　　（６）
　演算回路２１は、上記式（５）において流量ｑｅに代えて平均値ｑａｖｅを用いることにより配管４０における流量Ｑｔを求める。

　上記実施の形態によれば、複数の計測流路部６における流量ｑｄ、ｑｅ、ｑｆの平均値ｑａｖｅに基づいて配管４０における流量Ｑｔを求めている。この平均値ｑａｖｅは各計測流路部６における流速の平均値をより反映したものとなっている。このため、流量計１による流量Ｑｔの計測精度がさらに高まる。

　なお、上記では、３つの超音波センサユニット１０が流量計１に備えられたが、超音波センサユニット１０の数はこれに限定されない。超音波センサユニット１０が設けられた計測流路部６の数が複数であればよい。具体的には、計測流路部６は少なくとも３本であればよい。このうち、超音波センサユニット１０が設けられた計測流路部６が少なくとも２本以上であればよく、超音波センサユニット１０が設けられていない計測流路部６が少なくとも１本以上であればよい。このように、複数の超音波センサユニット１０を用いることにより、流量計１の計測精度を高く維持したまま、超音波センサユニット１０の数を低減することができる。

　なお、上記では超音波センサユニット１０が各計測流路部６ｄ、６ｅ、６ｆに取り付けられたが、超音波センサユニット１０の取り付け位置はこれに限定されない。たとえば、複数の計測流路部６における流量の平均値が、９本の計測流路部６の流量の平均値またはそれに近い値を示していればよい。たとえば、全計測流路部６のレイアウトの中心を基準とし、点対称に位置する一対または複数対の計測流路部６のそれぞれに、超音波センサユニット１０が設けられてもよい。一例として、計測流路部６ａおよび計測流路部６ｉのそれぞれに超音波センサユニット１０が設けられてもよい。

　（実施の形態３）
　上記実施の形態１および２では、各計測流路部６は１つの計測流路を備えていた。これに対して、実施の形態３では、計測流路が複数に分割されている。図７は、実施の形態３に係る流量計１の計測流路部６ｅの一部を示す斜視図である。図８は、図７のＣ―Ｃ’線に沿って切断した計測流路部６ｅを示す断面図である
　図７および図８に示すように、各計測流路部６ｅは、複数の仕切り板を備えている。複数の仕切り板は、この実施の形態では、第１の仕切り板２３、第２の仕切り板２４および第３の仕り板２５により構成されている。各仕切り板２３、２４、２５は、矩形状の平板である。各仕切り板２３、２４、２５の高さ寸法は、計測流路部６ｅの計測流路の高さ寸法ｈ（図２）と同じである。各仕切り板２３、２４、２５の幅寸法は、計測流路部６ｅの計測流路の幅寸法ｗ（図２）より小さい。各仕切り板２３、２４、２５の長さ寸法は、計測流路部６ｅの長さ寸法ｍ（図２）と同じまたはそれより小さい。

　３つの仕切り板２３、２４、２５は計測流路部６ｅの内部空間である計測流路において互いに平行に配置されている。仕切り板２３～２５は、計測流路部６の側面に平行であって、計測流路部６の上面１５および下面１６に垂直に設けられている。

　計測流路は３つの仕切り板２３、２４、２５によって４つの流路に分割されている。４つの流路は、たとえば、第１の扁平流路２６、第２の扁平流路２７、第３の扁平流路２８および第４の扁平流路２９により構成されている。

　図８に示すように、各扁平流路２６～２９の幅寸法ｗｍは互いに等しい。この幅寸法ｗｍは、各扁平流路２６～２９における流体の流れが層流になるように定められる。ここで、各扁平流路２６～２９における流速が最大であっても、流体の流れが層流になるように幅寸法ｗｍが定められる。

　超音波センサユニット３０が第３の扁平流路２８の上部に配置されている。超音波センサユニット３０は、超音波センサユニット１０と同様のものであって、本体部１０ａ、第１の超音波送受波器１１および第２の超音波送受波器１２により構成されている。各超音波送受波器１１、１２は第３の扁平流路２８に設けられている。

　計測流路部６ｅ以外の計測流路部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｆ、６ｇ、６ｈ、６ｉには、超音波センサユニット３０が設けられていない。しかし、これらの計測流路部６ａ～６ｄ、６ｆ～６ｉには、計測流路部６ｅと同様に各仕切り板２３～２５が設けられている。このため、計測流路部６ａ～６ｄ、６ｆ～６ｉの計測流路は各仕切り板２３～２５により４つの扁平流路２６～２９に分割されている。

　上記構成の流量計１では、計測流路部６ｅの第３の扁平流路２８に設けられた超音波センサユニット３０を用いて配管４０（図５）の流量Ｑｔを測定する。この場合、超音波センサユニット３０で超音波を送信および受信を行うことにより、計測回路２０（図４）は超音波の伝搬時間ｔ１、ｔ２を求める。

　そして、演算回路２１（図４）は、伝搬時間ｔ１、ｔ２に基づいて上記式（３）から第３の扁平流路２８における流速Ｖｅ３を求める。次に、演算回路２１は、流速Ｖ３に基づいて上記式（４）から第３の扁平流路２８の流量ｑｅｓを求める。ここで、９本の流路計測部６が４本の扁平流路をそれぞれ有していることにより、配管４０における流量Ｑｔは下記式（７）で表せる。このため、演算回路２１は、下記式（７）より流量Ｑｔを求める。なお、補正係数Ｋｓは、計測流路部６の計測流路の流量ｑｅと第３の扁平流路２８の流量ｑｅｓとの関係に基づいて実験などにより予め求められる。

　　　　Ｑｔ＝９×４×Ｋｓ×ｑｅｓ　　　　　　　（７）
　上記実施の形態によれば、各計測流路部６では仕切り板２３～２５により複数の扁平流路２６～２９に仕切られている。これによって、扁平流路２６～２９の幅寸法ｗｍが小さくなり、扁平流路２６～２９における流が層流になり易い。よって、流量計１による流量Ｑｔの計測精度がさらに高まる。

　また、仕切り板２３～２５により流体が流れる流路の幅寸法が計測流路部６の計測流路の幅寸法ｗから扁平流路２６～２９の幅寸法ｗｍに小さくなった。このように扁平流路２６～２９が薄くなると、扁平流路２６～２９内の層流の流れにおいて境界層が発達する。よって、流路を通過する流れの抵抗が大きくなるが、その抵抗によって流体が各流路に均一に流入し易くなる。この結果、流量計１による流量Ｑｔの計測精度の向上がさらに図られる。

　なお、上記では１つの超音波センサユニット３０が計測流路部６ｅの第３の扁平流路２８に取り付けられたが、超音波センサユニット３０の数および取り付け位置はこれに限定されない。たとえば、全ての扁平流路における流量の平均値またはそれに近い値を測定できるように、複数の超音波センサユニット３０が１つまたは複数の扁平流路に設けられていてもよい。

　なお、上記では１つの超音波センサユニット３０により１つの扁平流路２８の流量が測定された。これに対して、超音波センサユニット３０により複数の扁平流路の流量が同時に測定されてもよい。

　また、上記では各仕切り板２３～２５は計測流路部６の側面に平行に設けられていたが、仕切り板２３～２５の配置方向はこれに限定されない。たとえば、仕切り板２３～２５は、計測流路部６の側面に垂直であって、計測流路部６の上面１５および下面１６に平行に設けられていてもよい。

　（実施の形態４）
　実施の形態４に係る流量計１は、整流部材をさらに備える。図９は、実施の形態４に係る流量計１を示す断面図である。図９に示すように、入口部３に整流部材３２、３４が設けられている。

　整流部材３２は、入口部３の内部空間において入口管２の開口を覆うように、入口部３と入口管２との接続部３１に取り付けられている。整流部材３２は、入口管２から入口部３へ流入する流体を通過させながら、その流速を減衰させる部材である。整流部材３２には、たとえば、多数の微細孔を有する多孔質体が用いられる。

　整流部材３４は、入口部３の内部空間において全ての計測流路部６ａ～６ｉの開口を覆うように、入口部３と計測流路部６との接続部３３に取り付けられている。整流部材３４は、入口部３から計測流路部６へ流入する流体を透過させながら、その流速を減衰させる部材である。整流部材３４には、たとえば、多数の微細孔を有する多孔質体が用いられる。

　上記構成の流量計１では、流体は、入口管２から入口部３へ流入する。このとき、流体は整流部材３２を接続部３１において通過する。このため、図９の矢印Ｒに示すような入口管２に沿った方向の流体の流速が弱められる。

　流体は、入口部３の内部空間に拡がり、各計測流路部６ａ～６ｉの計測流路に流入する。この際、流体は接続部３３において整流部材３４により抵抗を受けるため、流体は各計測流路に均一に流入することができる。そして、流体は、各計測流路を通過し、出口部５を経て出口管４へ流出する。

　上記構成によれば、入口部３に整流部材３２、３４が設けられている。これにより、各計測流路に流入する流体の流量が均一になる。超音波センサユニット１０により各計測流路における流量の平均値またはそれに近い値を測定することができる。この結果、流量計１による流量の計測精度の向上が図られる。

　なお、上記では、２つの整流部材３２、３４が設けられていたが、２つの整流部材３２、３４のいずれか一方でもよい。

　また、上記では、入口部３に整流部材３２、３４が設けられていたが、整流部材３２、３４は出口部５に設けられていてもよい。この場合、整流部材３２は、出口部５の内部空間において出口管４の開口を覆うように、出口部５と出口管４との接続部に取り付けられる。整流部材３４は、出口部５の内部空間において全ての計測流路部６ａ～６ｉの開口を覆うように、出口部５と計測流路部６との接続部に取り付けられる。このため、計測流路部６から出口部５へ流出する流体の圧力（背圧）が生じる。この背圧により、各計測流路に流入する流体の流量が均一になる。

　さらに、上記では、整流部材３２、３４が入口部３とは別に形成されたが、整流部材３２、３４は入口部３と一体的に形成されていてもよい。

　また、上記では、整流部材３２が接続部３１に取り付けられ、整流部材３４が接続部３３に取り付けられた。これに対して、整流部材３２と接続部３１との間、および、整流部材３４と接続部３３との間に間隙が設けられていてもよい。

　さらに、整流部材３２、３４には、流体を透過しかつその速度を減衰させるものが用いられたが、これに限定されない。たとえば、整流部材３２、３４は、板状体であって、入口部３の内部空間において入口管２から各計測流路へ流体を均一に導くものであってもよい。

　また、整流部材３２、３４は、実施の形態２または３に係る流量計１に備えられてもよい。

　また、上記全実施の形態は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせてもよい。

　上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

　本発明の流量計は、高い計測精度を維持しながらコストの低減化を図った流量計等として有用である。

　以上のように、本発明にかかる流量計は、断面が同一形状の複数の流路を使用し、そのうちの一部の流路の流量を計測することにより、全体の流量を計測することができるため、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。

　１　　　　　　　　流量計
　３　　　　　　　　入口部
　５　　　　　　　　出口部
　６　　　　　　　　計測流路部
　６ａ～６ｉ　　　　計測流路部
　１９　　　　　　　流量測定部
　２３、２４、２５　仕切り板

Claims

　流体が流れ込む入口部と、
　前記流体が流出する出口部と、
　前記入口部と前記出口部との間において並列に設けられた複数の計測流路部と、
　前記計測流路部内の流路を流れる流体の流量を測定する流量測定部と、を備え、
　複数の前記計測流路部の流路の形状が互いに一致し、
　複数の前記計測流路部は、前記流量測定部が設けられた前記計測流路部、および、前記流量測定部が設けられていない前記計測流路部を含んでいる、流量計。
　前記計測流路部の長手方向に対して垂直な方向に切断した前記流路の断面の寸法は、最大流速の前記流体の流れが層流になるように設定されている、請求項１に記載の流量計。
　複数の前記計測流路部は少なくとも３つであり、そのうち、前記流量測定部が設けられた前記計測流路部は少なくとも２つであって、前記流量測定部が設けられていない前記計測流路部が少なくとも１つである、請求項１または２に記載の流量計。
　前記計測流路部の長手方向に平行に前記流路を分割する仕切り板をさらに備えている、請求項１～３のいずれか１項に記載の流量計。
　前記入口部および前記出口部の少なくともいずれか一方の内部空間に設けられた整流部材をさらに備えている、請求項１～４のいずれか１項に記載の流量計。