JP2015206629A - 渦流量計 - Google Patents
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Abstract
【課題】流体管の口径に関わらず、流量を測定する事が可能な渦流量計を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の渦流量計1は、流体が流れる主流路3を有する流路体2と、流路体2に挿入された渦発生体4と、主流路3と連通し、流体を分流させるパイプ6a,6bとを備えており、パイプ6a,6bによって分流された流体が流れる第一のバイパス流路7a,7bが、流路体2に形成されており、渦発生体4により第一のバイパス流路7a,7bの内部に生じた交番の流れの周波数を検出するフローセンサ12が、第二のバイパス流路13の内部に設けられている。【選択図】図2
Description
本発明は、流体管内を流れる被測定流体の流量を計測するための渦流量計に関するものである。
従来の渦流量計としては、流体管内に配置された渦発生体に対して、被測定流体の進行方向と直行する方向にバイパス流路を形成し、このバイパス流路内にマイクロフローセンサ(登録商標)を配置する事で、渦発生体によって発生するカルマン渦を検出し、流体の流量を測定する渦流量計が知られている。
(たとえば、特許文献1参照。)
特開2004−93349号公報
(たとえば、特許文献1参照。)
ところで、日本工業規格JIS Z 8766では、無次元数であるストローハル数Stが、St=f・w/U(f:渦周波数、w:渦発生体の幅、U:管路内の平均流速)として定義されており、このストローハル数Stは流速にかかわらずほぼ一定値をとる事がわかっている。すなわち、略三角形断面形状を有する渦発生体の下流側に交番的に発生するカルマン渦の周波数を検出する事によって、被測定流体の流量を測定する事が可能である。
一方で、被測定流体が流れる流体管の口径としては様々なものがあるが、この口径の大小にかかわらず、バイパス流路に配置されるマイクロフローセンサ(登録商標)としては、同一のものが使用されることが一般的である。引用文献1において、バイパス流路内に配置されるマイクロフローセンサ(登録商標)のシリコン基板は、およそ1〜2mm四方ほどの大きさで形成されている。このマイクロフローセンサ(登録商標)を実装するために、ガラスハーメチックシールなどのシール部材が使用され、このシール部材の径としては、10mm程度の大きさが必要となる。また、マイクロフローセンサ(登録商標)を先端部に有するパイプの径は、その内部に接続線を通すことを考慮すると、このシール部材よりも更に大きな径で形成する必要がある。そして、渦発生体に設けられた孔部に対しパイプを挿入する事で構成されるため、渦発生体の幅は、パイプの径よりも大きく設計する必要がある。
ここで、渦発生体の下流側にカルマン渦を発生させ、その周波数を検出するために、日本工業規格JIS Z 8766では、渦発生体の幅wと、流体管の口径Dとの関係は、w=0.28Dとして、その基本寸法が設定されている。この関係に基づき、図7に示す流体管の口径Dの代表値に対して、渦発生体の幅wの寸法をそれぞれ算出すると、例えば、流体管の口径Dが20.0(mm)では、渦発生体の幅wは5.60(mm)となる。
しかしながら、特許文献1における渦流量計の構成では、略三角形断面形状の渦発生体の孔部にパイプが挿入されるよう構成されている。そのため、例えば、図7に示す流体管の口径Dが、20.0(mm)以下のものとなると、渦発生体に、パイプを挿入するための孔部を形成する事はできない。したがって、流体管の口径Dが20.0(mm)よりも小さく設定されるような場合には、特許文献1の構造を有する渦流量計を実現することは困難である。
そこで本発明は、流体管の口径に関わらず、流量を測定する事が可能な渦流量計を提供する事を目的とする。
上記の問題点を鑑みてなされたものである本発明は、流体が流れる主流路を有する流路体と、流路体に挿入された渦発生体と、主流路と連通し、前記流体を分流させる分流部と、を備え、分流部によって分流された流体が流れる副流路が、流路体に形成され、渦発生体により副流路の内部に生じた交番の流れの周波数を検出するセンサが、副流路の内部に設けられたことを特徴とする渦流量計である。
また、流路体に取り付けられる流路構造体を更に備え、流路構造体には、副流路の一部となる孔部が少なくとも形成され、前記孔部の内部に、前記センサが設けられてもよい。
この発明によれば、流体管の口径に関わらず、正確な流量を測定する事が可能な渦流量計を提供する事ができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る制御機器について説明する。
以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであるため、具体的な寸法等は以下の説明に照らし合わせて判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであるため、具体的な寸法等は以下の説明に照らし合わせて判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
図1は、本発明の実施の形態にかかわる渦流量計1の正面図であり、図2は、図1のA断面図である。渦流量計1は、流体管2の主流路3に流れる被測定流体(図示せず)にカルマン渦を生じさせる渦発生体4を備えており、渦発生体4は、主流路3の径Dよりも長い柱状部材である。また、図6は、図2の渦発生体4のC断面図を示すものであり、渦発生体4は略三角形状の断面4aを有し、流体管2の壁部に形成された孔部5aから溝部5bに対して、その径方向に横断するように挿入されている。尚、流体管2には、断面六角形状の中空の継手26が接続されている。
流体管2には、被測定流体(図示せず)の進行方向(図1における矢印B方向)と直交する方向に、2つのパイプ6a,6bが支持部8a,8bと共に挿入されて、渦発生体4の高さ方向の略中心位置に向けて設置される。尚、図1に図示しないが、支持部8a,8bには内部流路が形成されており、流体管2の内部に開けられた第一のバイパス流路7a,7bに連通している。尚、本明細書でいう「連通」とは、二つの要素間に他の要素を介さずに繋がっていることだけを指すわけではない。例えば、パイプ6aと第一のバイパス流路7aとが、支持部8a,8bの内部流路を介して繋がっている場合についても、パイプ6aと第一のバイパス流路7aとが「連通している」と表現されるものとしている。
本体部9は、流路部構造体10と、蓋体11とから構成されている。流路部構造体10には第二のバイパス流路13が形成されており、流体管2に形成された第一のバイパス流路7a,7bを通って流れてくる流体が、フローセンサ12の配置されている第二のバイパス流路13へと導かれるようにして、流路部構造体10は流体管2に対して固定されている。したがって、流体管2の第一のバイパス流路7a,7bから流れてきた被測定流体は、縦孔14a,14bを通過して、本体部の流路部構造体10に形成された第二のバイパス流路13に流れ込む。また、蓋体11は、後述のプリント基板25、フローセンサ12を覆うようにして、流路部構造体10に対して取り付けられている。
流路部構造体10に形成された第二のバイパス流路13の内部には、被測定流体の流れを検出するためのフローセンサ12が設置されている。このフローセンサ12のセンサチップ15を、図3に簡略的に示す。図3のように、センサチップ15は、例えばシリコン基板16上に1つのヒータ17を設け、このヒータ17の両側に小さい金属薄膜からなる温度センサ18および19を設けたもので、両温度センサ18および19によりヒータ17の両側の温度変化を検出して、流体振動の検出信号を得るものである。このとき、ヒータ17に所定の電力を供給して一定の温度に加熱し、このヒータの両側の温度センサ18および19に一定の電力を加え、両温度センサ18および19の中点に生じる振動波形の信号を検出するように構成する。これにより、検出した信号を単位時間当たりの振動数として計算した上で、流体の流量を測定することが可能となる。
図4に示すように、センサチップ15はシール部材20に実装され、このシール部材20はブラケット21に固定される。シール部材20の裏面からは、ブラケット21の中空部分を通って導線22が突出している。そして、フローセンサ12は、流路部構造体10に形成された孔部23に挿入され、ブラケット21に設けられた図示しないボルト孔を介して、ボルト24によって流路部構造体10に固定される。
蓋体11の内部空間に設けられたプリント基板25には、図示しない電機素子などで構成される電気回路が設けられており、フローセンサ12からの信号は導線22を通して、この電気回路で処理され、測定流量として出力される。また、プリント基板25上には、LED素子などで構成される図示しない表示灯等が設けられており、測定流量値などを表示する。蓋体11の表示灯に対応する位置には、透明な窓部27が設けられ、窓部27を通して表示灯の点灯状態を確認する事可能である。尚、特に図示はしないが、蓋体11には、ユーザによる各種設定操作のためのボタン等が設けられても良い。
次に、流体管2における、孔部5a、溝部5b、第一のバイパス流路7a,7b、横孔31a,31bの形成工程について、図5(a)〜(d)に示した断面図を用いて説明する。
図5(a)は、主流路3となる貫通孔が形成された流体管2を示したものであり、例えばドリル加工などによって主流路3が形成される。この流体管2に対して、図5(b)に示すように、孔部5aと溝部5bとが、流体管2の上面側から形成される。同様にして、図5(c)に示す横孔31a,31bを、主流路3に貫通するように形成し、図5(d)に示す第一のバイパス流路7a,7bを、流体管2の上面側から横孔31a,31bに貫通するように形成する。
図5(a)は、主流路3となる貫通孔が形成された流体管2を示したものであり、例えばドリル加工などによって主流路3が形成される。この流体管2に対して、図5(b)に示すように、孔部5aと溝部5bとが、流体管2の上面側から形成される。同様にして、図5(c)に示す横孔31a,31bを、主流路3に貫通するように形成し、図5(d)に示す第一のバイパス流路7a,7bを、流体管2の上面側から横孔31a,31bに貫通するように形成する。
渦発生体4を流路体2に対して取り付ける際には、渦発生体4を嵌め込んでの下端部を溝部5bの底面まで挿入する。この際、図示しないOリングと共に渦発生体4を嵌めこむ事が望ましい。また、パイプ6a, 支持部8a、及び、パイプ6b,支持部8bはそれぞれ、取付板30a、及び、取付板30bと共に、ボルトなどの固定手段によって流路体2に固定される。尚、流路構造体10の第二のバイパス流路13、縦孔14a,14bについても、流路体2の孔部5a、溝部5b、第一のバイパス流路7a,7b、横孔31a,31bの加工と同様に、ドリル加工などによって加工される。
以上のように形成された流路体2、渦発生体4、流路構造体10が、それぞれ組み合わされることで、パイプ6a,6b、支持部8a,8bの図示しない内部流路、第一のバイパス流路7a,7b、縦孔14a,14b、第二のバイパス流路13によって、1つの流路Tが形成される。これによって、渦発生体4によって交番的に発生する流れが流路Tを通過してフローセンサ12上を通過するため、カルマン渦による振動波形の信号を検出し、被測定流体の流量を測定する事が可能となる。
以上の通り、本発明の渦流量計では、渦発生体4の内部にフローセンサ12を設置せず、流路体2に形成された第一のバイパス流路7a,7bを流体が通過して、流体管2の外部に流れるようにし、フローセンサ12を流体管2の外部に配置するように構成している。そのため、図5に示した主流路3の径D、及び、図6に示した渦発生体4の幅wが小さく設計される場合であっても、同一のフローセンサ12を配置して、流体の流量を測定する事が可能となる。
尚、上記実施の形態では、流路部構造体10に第二のバイパス流路13を形成する例を示したが、流路体2に第二のバイパス流路13を形成するようなものであってもよい。すなわち、必ずしも流路部構造体10を要する形態とする必要はなく、流路体2と流路部構造体10とを一体に形成する事も可能である。この場合は、縦孔14aと第一のバイパス流路7a,縦孔14bと第一のバイパス流路7bとを、それぞれ図2における流路部構造体10の紙面上面側に貫通する一つの孔として形成し、開口した部分を塞ぐように構成すればよい。また、図2の溝部5b側を貫通させて、紙面下面方向から渦発生体4を挿入して固定する。したがって、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更など、様々な実施の形態などを包含するということは言うまでもない。
1 渦流量計
2 流体管
3 主流路
4 渦発生体
7a,7b 第一のバイパス流路
9 本体部
10 流路部構造体
11 蓋体
12 フローセンサ
13 第二のバイパス流路
2 流体管
3 主流路
4 渦発生体
7a,7b 第一のバイパス流路
9 本体部
10 流路部構造体
11 蓋体
12 フローセンサ
13 第二のバイパス流路
Claims (2)
- 流体が流れる主流路を有する流路体と、
前記流路体に挿入された渦発生体と、
前記主流路と連通し、前記流体を分流させる分流部と、を備え、
前記分流部によって分流された流体が流れる副流路が、前記流路体に形成され、
前記渦発生体により前記副流路の内部に生じた交番の流れの周波数を検出するセンサが、前記副流路の内部に設けられた
ことを特徴とする渦流量計。 - 前記流路体に取り付けられる流路構造体を更に備え、
前記流路構造体には、前記副流路の一部となる孔部が少なくとも形成され、
前記孔部の内部に、前記センサが設けられた
ことを特徴とする請求項1に記載の渦流量計。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014086090A JP2015206629A (ja) | 2014-04-18 | 2014-04-18 | 渦流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2014086090A JP2015206629A (ja) | 2014-04-18 | 2014-04-18 | 渦流量計 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2015206629A true JP2015206629A (ja) | 2015-11-19 |
Family
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JP2014086090A Pending JP2015206629A (ja) | 2014-04-18 | 2014-04-18 | 渦流量計 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2015206629A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018180358A1 (ja) | 2017-03-30 | 2018-10-04 | 東レエンジニアリング株式会社 | 解析用メッシュ生成方法、プログラム、記憶媒体、および解析用メッシュ生成装置 |
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2014
- 2014-04-18 JP JP2014086090A patent/JP2015206629A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2018180358A1 (ja) | 2017-03-30 | 2018-10-04 | 東レエンジニアリング株式会社 | 解析用メッシュ生成方法、プログラム、記憶媒体、および解析用メッシュ生成装置 |
US11416655B2 (en) | 2017-03-30 | 2022-08-16 | Toray Engineering Co., Ltd. | Analysis mesh generation method, recording medium, and analysis mesh generation device |
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