JP2017125701A

JP2017125701A - ガスメータ

Info

Publication number: JP2017125701A
Application number: JP2016003581A
Authority: JP
Inventors: 杉山　正樹; Masaki Sugiyama; 正樹杉山; 博昭石本; Hiroaki Ishimoto
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2016-01-12
Publication date: 2017-07-20
Anticipated expiration: 2036-01-12
Also published as: US20190003868A1; EP3404371A1; CN108463693A; EP3404371A4; WO2017122239A1; US10451465B2; JP6375519B2; CN108463693B; EP3404371B1

Abstract

【課題】大流量の計測が可能なコンパクトなガスメータを提供すること。【解決手段】内部空間を有するメータ本体１１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と、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と、を備え、メータ入口部１２、遮蔽板１３、流量計測部１４、連結部材１５、メータ出口部１６とをこの順番に直線状に配置した。【選択図】図１

Description

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の構成に関するもので、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、及び、流量計測部３とメータ出口部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。

本従来例では、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に記載の前記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、直接計測流路６に入るため、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、前記従来の課題を解決するもので、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ことを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、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、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、前記メータ出口部とをこの順番に直線状に配置したことを特徴とするものである。

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、正確な計測を行うことができる。

本発明のガスメータによると、計測流路に流入するのでガスの流速分布が安定化されるので、流量計測部における流量計測の精度が向上する。

（ａ）本発明の実施の形態１にかかるガスメータの概略断面図、（ｂ）同ガスメータの概略斜視図（ａ）流量計測ユニット１７の上方から斜視図、（ｂ）同下方からの斜視図連結部材１５の斜視図流量計測ユニット１７と連結部材１５の結合状態を示す斜視図流量計測ユニットの概略ブロック図流量計測ユニット１７を２個使用したガスメータの概略斜視図連結部材４５の斜視図２個の流量計測ユニット１７と連結部材４５の結合状態を示す斜視図従来のガスメータの概略を示す断面図

第１の発明は、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、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、前記メータ出口部とをこの順番に直線状に配置したことを特徴とするもので、メータ入口部から流入したガスは、遮蔽板により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、正確な計測を行うことができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、前記流量計測部は、複数の独立した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もので、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。

第３の発明は、特に第２の発明において、
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もので、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。

第４の発明は、特に第１または２の発明において、前記単一の流路は、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ものである。

第５の発明は、特に第１から４のいずれか１つの発明において、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もので、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。

第６の発明は、特に第１から５のいずれか１つの発明において、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もので、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、計測流路に流入することで圧力損失により整流効果が得られる。

第７の発明は、特に第１から６のいずれか１つの発明において、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ものである。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるガスメータの実施形態を説明する。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１）
図１（ａ）は、ガスメータの概略断面図、（ｂ）は概略斜視図を示すもので、ガスメータ１１は、メータ入口部１２、遮蔽板１３、流量計測部１４、連結部材１５、メータ出口部１６から構成されており、メータ入口部１２、遮蔽板１３、流量計測部１４、連結部材１５、メータ出口部１６とがこの順番に直線状に配置されている。

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、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の開口部１２ａ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、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、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、一方が接続部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おり、他方が接続部１５ｂでメータ出口部１６に構成されたフランジ２２に気密に接続されている。なお、両接続部には、気密を確保するためのシール部材２３，２４が用いられている。また、連結部材１５は、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へのガスの流れがスムーズになるようにしている。

図２(ａ)は、流量計測ユニット１７の斜視図を示しており、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２（ｂ）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や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ように構成されている。

図３は連結部材１５の斜視図、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り、図に示すように連結部材１５と流量計測ユニット１７とは、係合部１５ｄ、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おり、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、または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。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。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）
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、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。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く、次に、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、１個使用した場合と同様に、メータ入口部４２、遮蔽板４３、流量計測部４４、連結部材４５、メータ出口部４６とがこの順番に直線状に配置されている。

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、図８は、この連結部材４５と流量計測ユニットと２個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は前述の流量計測ユニット１７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されている。

そして、流量計測ユニット１７の１個使いに比べ、２倍の流量が計測可能となる。

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。

本発明にかかる計測ユニットは、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。そのような計測ユニットを複数用いた流量計は、さらに容易に大流量の計測に適用可能である。

１１、４１ガスメータ（メータ本体）
１２、４２メータ入口部
１３、４３遮蔽板
１４、４４流量計測部
１５、４５連結部材
１６、４６メータ出口部
１７流量計測ユニット

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、前記メータ出口部と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、複数の独立した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。