WO2017122239A1

WO2017122239A1 - ガスメータ

Info

Publication number: WO2017122239A1
Application number: PCT/JP2016/004899
Authority: WO
Inventors: 杉山　正樹; 博昭石本
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2016-11-16
Publication date: 2017-07-20
Also published as: EP3404371A1; US20190003868A1; JP6375519B2; CN108463693A; CN108463693B; EP3404371B1; JP2017125701A; EP3404371A4; US10451465B2

Abstract

内部空間（１９）を有するメータ本体（１１ａ）と、流体が流入するメータ入口部（１２）と、流体が流出するメータ出口部（１６）と、メータ入口部（１２）の開口部から所定の距離をおいて配置された遮蔽板（１３）を備える。また、流体の流量を検出する流量計測部（１４）と、流量計測部（１４）の出口部（２０ｂ）とメータ出口部（１６）とを連結する連結部材（１５）を備える。さらに、メータ入口部（１２）、遮蔽板（１３）、流量計測部（１４）、連結部材（１５）、およびメータ出口部（１６）をこの順番に直線状に配置する。

Description

ガスメータ

　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、メータ入口部２、流量計測部３、メータ出口部４、および流量計測部３とメータ出口部４を接続する連結部材５で構成されている（例えば、特許文献１参照）。

　この場合、矢印で示すガスは、メータ入口部２から流入して、流量計測部３の計測流路６、及び連結部材５内部に構成された流路７を経由してメータ出口部４に至る。

　この従来例では、流量計測部３は超音波の伝搬時間を利用して構成されているが、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２０１２－１０３０８７号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の従来のガスメータでは、メータ入口部２から流入したガスは、計測流路６に直接入るため、ガスの流れ状態が均一でないと流量計測部３での流量分布に乱れが生じるために、正確な計測ができないと言う課題が在った。

　本発明は、ガス配管の途中に配置されるガスメータにおいて、計測流路に流入する流体であるガスの流れを均一化することで正確な計測が可能となるガスメータを提供する。

　本発明のガスメータは、内部空間を有するメータ本体と、流体が流入するメータ入口部と、流体が流出するメータ出口部と、メータ入口部の開口部から所定の距離をおいて配置された遮蔽板を備える。また、流体の流量を検出する流量計測部と、流量計測部の出口とメータ出口部とを連結する連結部材を備える。さらに、メータ入口部、遮蔽板、流量計測部、連結部材、およびメータ出口部をこの順番に直線状に配置する。

　これによって、メータ入口部から流入したガスは、遮蔽板によりメータ本体の内部空間に拡散された後に、計測流路に流入するのでガスの流速分布が安定化され、流量計測部における流量計測の精度が向上する。

図１Ａは、本発明の実施の形態にかかるガスメータの概略断面図である。図１Ｂは、本発明の実施の形態にかかるガスメータの概略斜視図である。図２Ａは、本発明の実施の形態にかかるガスメータの流量計測ユニットの上方から斜視図である。図２Ｂは、本発明の実施の形態にかかるガスメータの流量計測ユニットの下方からの斜視図である。図３は、本発明の実施の形態にかかるガスメータの連結部材の斜視図である。図４は、本発明の実施の形態にかかるガスメータの流量計測ユニットと連結部材の結合状態を示す斜視図である。図５は、本発明の実施の形態にかかるガスメータの流量計測ユニットの概略ブロック図である。図６は、本発明の実施の形態にかかる、流量計測ユニットを２個使用する場合のガスメータの概略斜視図である。図７は、本発明の実施の形態にかかる、流量計測ユニットを２個使用する場合のガスメータの連結部材の斜視図である。図８は、本発明の実施の形態にかかる、流量計測ユニットを２個使用する場合のガスメータの流量計測ユニットと連結部材の結合状態を示す斜視図である。図９は、従来のガスメータの概略を示す断面図である。

　以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態によるガスメータを説明する。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）
　図１Ａは、本発明の実施の形態にかかるガスメータの概略断面図であり、図１Ｂは、本発明の実施の形態にかかるガスメータの概略斜視図である。

　図に示すように、ガスメータ１１は、内部空間１９を有するメータ本体１１ａとともに、メータ入口部１２、遮蔽板１３、流量計測部１４、連結部材１５、およびメータ出口部１６を有し、メータ入口部１２、遮蔽板１３、流量計測部１４、連結部材１５、およびメータ出口部１６をこの順番に直線状に配置している。

　なお、ガスメータ１１は、流体であるガスを配送する配管（図示せず）の途中にメータ入口部１２とメータ出口部１６とで接続され、配管を流れるガスの流量を計測するように設置される。また、ガスの流量を計測する機能を有する流量計測部１４は、１つ以上の流量計測ユニット１７で構成されており、図１に示すガスメータ１１では、流量計測部１４は、１個の流量計測ユニット１７により構成されている。従って、図１において、流量計測部１４と流量計測ユニット１７は同一である。

　なお、流量計測ユニット１７は、計測対象のガスが流れる計測流路２０と流量を計測するセンサーと演算回路が組み込まれた演算部２１とで構成されており、詳細は後述する。

　遮蔽板１３は、図１Ｂに示すように、四角形の平板状に形成されており４隅がメータ入口部１２の開口（図示せず）の外周に配置された棒状の固定部材１８で固定されている。図中の矢印はガスの流れを示すもので、流体であるガスは、メータ入口部１２より流入した後、遮蔽板１３により四方に拡散されて、メータ本体１１ａの内部空間１９に拡散された後に、流量計測ユニット１７の入口部２０ａから計測流路２０に流入する。

　連結部材１５は、一方に接続部１５ａを有し、この接続部１５ａに計測流路２０の出口部２０ｂが挿入されて気密に接続されている。連結部材１５の他方には接続部１５ｂを有し、この接続部１５ｂはメータ出口部１６に設けられたフランジ２２に気密に接続されている。なお、接続部１５ａには、気密を確保するためのシール部材２３が用いられ、接続部１５ｂには、気密を確保するためのシール部材２４が用いられている。また、連結部材１５は、接続部１５ａと、接続部１５ａと断面形状の異なる接続部１５ｂをつなぐ拡大部１５ｃを備えており、計測流路２０の出口部２０ｂから大口径のメータ出口部１６への流体であるガスの流れがスムーズになる。

　図２Ａは、流量計測ユニット１７の斜視図である。図に示すように計測流路２０と演算部２１は、締結部１７ａで一体に締結されている。また、図２Ｂに示すように、計測流路２０は演算部２１の反対側の面の四方に係合部２５ａ～２５ｄを備えており、連結部材１５への係止が行えるとともに、後述の流量計測ユニット１７を２個使用する構成において相互の係止が行える。

　図３は連結部材１５の斜視図であり、図４は連結部材１５と流量計測ユニット１７とを連結した斜視図である。図に示すように連結部材１５と流量計測ユニット１７とは、連結部材１５の係合部１５ｄと流量計測ユニット１７の係合部２５ｄを用いてビス等によって締結されている。

　ここで、流量計測ユニット１７におけるガスの流量計測の方法を説明する。

　図５は、流量計測ユニット１７のブロック図を示している。この流量計測ユニット１７は、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、流量計測ユニット１７は、上流側に配置された第１の超音波送受波器３１ａと、下流側に配置された第２の超音波送受波器３１ｂ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３１ａ、３１ｂ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３３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３４を備えていており、これらは、センサブロック３１ｅに取り付けられている。

　一方、計測流路２０の上面２０ｃは第１の超音波透過窓３２ａ、および第２の超音波透過窓３２ｂを有している。

　第１の超音波透過窓３２ａおよび第２の超音波透過窓３２ｂは超音波が透過できる素材で形成されているが、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３２ａ、３２ｂ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。計測流路２０の上面２０ｃの、第１の超音波透過窓３２ａおよび第２の超音波透過窓３２ｂ以外の部分は、たとえばパネルで覆われていてもよい。計測流路２０の下面２０ｄ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５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。

　計測流路２０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２０ｄ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３１ａと第２の超音波送受波器３１ｂ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３３は、第１の超音波送受波器３１ａからの超音波の送信と、第２の超音波送受波器３１ｂ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３１ａから送信された超音波が第２の超音波送受波器３１ｂ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）
　また、計測制御回路３３は、第２の超音波送受波器３１ｂからの超音波の送信と、第１の超音波送受波器３１ａ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３１ｂから送信された超音波が第１の超音波送受波器３１ａ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３３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３４が流速Ｖの演算を行う。

　さらに演算回路３４は、下式に示すように、流速Ｖに計測流路の断面積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×ＶｘＳ　　　（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い。計測流路が、メータ入口からメータ出口に向かって直線状に計測される構成であれば、公知の計測器を用いることができる。公知の計測器としては、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１７はその計測流路２０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ガスメータ１１の流量計測ユニット１７は、たとえば毎時１０立方メートル以上の流量を計測することができる。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方がよい。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。よって本実施の形態による流量計測ユニット１７は、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ガスメータ１１の流量計測ユニット１７を一般家庭において利用してもよい。

　さらに、流量計測ユニット１７を複数台設けることにより、より大流量を計測できるようにしてもよい。そこで、以下に流量計測ユニット１７を２個利用した場合の具体的な構成を説明する。

　図６は、２つの流量計測ユニット１７で構成した場合のガスメータ４１の概略斜視図である。ガスメータ４１は、流量計測ユニット１７を１個使用した場合と同様に、内部空間４９を有するメータ本体４１ａとともに、メータ入口部４２、遮蔽板４３、流量計測部４４、連結部材４５、およびメータ出口部４６を有する。さらに、メータ入口部４２、遮蔽板４３、流量計測部４４、連結部材４５、およびメータ出口部４６をこの順番に直線状に配置する。

　図７は、流量計測部４４を２つの流量計測ユニット１７で構成した場合の連結部材４５の斜視図であり、図８は、この連結部材４５と２個の流量計測ユニット１７との連結状態を示す図である。

　図７に示すように、連結部材４５は、１個の流量計測ユニット１７と連結する連結部材１５（図３参照）よりも大口径に構成されており、接続部４５ａは、２個の流量計測ユニット１７に嵌合できる大きさになっている。流量計測部４４は、２つの流量計測ユニット１７の計測流路２０の下面同士を合わせて、係合部２５ａ～２５ｄに設けた貫通孔と突起とを互いに組み合わせることで締結している。

　そして、この流量計測部４４は、１個の流量計測ユニット１７のみを用いた流量計測部１４に比べ、２倍の流量の計測が可能となる。

　なお、図１において、流量計測ユニット１７は、演算部２１が上に位置しているのに対して、図８では、流量計測ユニット１７では横方向に位置しているが、流量計測ユニット１７の取り付け方向は適宜決定すればよいことは言うまでも無い。

　以上説明したように、本発明におけるガスメータは、内部空間を有するメータ本体と、流体が流入するメータ入口部と、流体が流出するメータ出口部と、メータ入口部の開口部から所定の距離をおいて配置された遮蔽板を備える。また、流体の流量を検出する流量計測部と、流量計測部の出口とメータ出口部とを連結する連結部材を備える。さらに、メータ入口部、遮蔽板、流量計測部、連結部材、およびメータ出口部をこの順番に直線状に配置する。

　この構成により、メータ入口部から流入した流体は、遮蔽板によりメータ本体の内部空間に拡散された後に、計測流路に流入するので流体の流速分布が安定化され、正確な計測を行うことができる。

　また、本発明におけるガスメータは、複数の独立した流量計測ユニットで構成され、連結部材は、複数の流量計測ユニットの出口部を１つの流路としてメータ出口部と連結する構成としてもよい。

　このように、同じ流量計測ユニットを複数用いることで大流量の計測を行うことができると共に、流量に応じた流量計測ユニットを個々に作成するよりも安価に実現できる。

　また、本発明におけるガスメータは、複数用いる流量計測ユニットの、少なくとも出口部が互いに接触して配置する構成としてもよい。

　この構成により、複数の出口部間のシールを容易に行うことができ、連結部材との接続部において計測流路以外からのガスの流入を防止できる。

　また、本発明におけるガスメータは、単一の流路として、少なくとも毎時１０立方メートル以上の流体を通過させることが可能な断面積を有する構成としてもよい。

　また、本発明におけるガスメータは、流量計測部において流体が流れる流路断面積をメータ出口部の流路断面積よりも小さくし、連結部材の流路断面積を流路方向に沿って拡大する構成としてもよい。

　この構成により、大流量の計測可能な小型の流量計測ユニットを用いることができガスメータのコンパクト化が可能となる。

　また、本発明におけるガスメータは、流量計測部において流体が流れる流路断面積をメータ入口部の流路断面積よりも小さくしてもよい。

　この構成により、メータ入口部から流入した流体が一旦内部区間に開放され、圧力が開放された後に計測流路に流入することで、圧力損失による整流効果が得られる。

　また、本発明におけるガスメータは、流量計測部として超音波を利用して流体の流量を計測する構成としてもよい。

　また、本発明におけるガスメータは、メータ入口部より流入した流体が内部空間において四方に拡散するように遮蔽板を配置する構成としてもよい。

　本発明にかかるガスメータは、計測ユニットとして単一の流路を有しており、その流路を流れる流体の流量を算出する。流路を大きく取ることが容易であるため、業務用等、大流量の計測を必要とする幅広い用途に適用できる。また、本発明にかかるガスメータは、このような計測ユニットを複数用いることにより、さらなる大流量の計測に容易に適用可能である。

　１，１１，４１　ガスメータ
　２，１２，４２　メータ入口部
　３，１４，４４　流量計測部
　４，１６，４６　メータ出口部
　５，１５，４５　連結部材
　１１ａ，４１ａ　メータ本体
　１３，４３　遮蔽板
　１７　流量計測ユニット
　１９，４９　内部空間

Claims

内部空間を有するメータ本体と、
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、
前記メータ入口部の開口部から所定の距離をおいて配置された遮蔽板と、
前記流体の流量を検出する流量計測部と、
前記流量計測部の出口と前記メータ出口部とを連結する連結部材と、
を備え、
前記メータ入口部、前記遮蔽板、前記流量計測部、前記連結部材、および前記メータ出口部をこの順番に直線状に配置したことを特徴とするガスメータ。
前記流量計測部は、複数の流量計測ユニットで構成され、
前記連結部材は、前記複数の流量計測ユニットの出口部を１つの流路として前記メータ出口部と連結することを特徴とする請求項１記載のガスメータ。
前記複数の流量計測ユニットは、少なくとも出口部が互いに接触して配置されたことを特徴とする請求項２記載のガスメータ。
前記流量計測ユニットの単一の流路は、少なくとも毎時１０立方メートル以上の流体を通過させることが可能な断面積を有する、請求項２または３のいずれか１項に記載のガスメータ。
前記流量計測部において前記流体が流れる流路断面積は、前記メータ出口部の流路断面積よりも小さく、
前記連結部材の流路断面積は、流路方向に沿って拡大する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。
前記流量計測部において前記流体が流れる流路断面積は、前記メータ入口部の流路断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のガスメータ。
前記流量計測部は超音波を利用して前記流体の流量を計測する請求項１～６のいずれか１項に記載のガスメータ。
前記メータ入口部より流入した前記流体が前記内部空間において四方に拡散するように前記遮蔽板を配置した請求項１記載のガスメータ。