JP4178207B2 - 整流ユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流量計の検出部の流速センサ上流側に設置されて気体の流れを整流する整流ユニットに関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
流体例えば、気体の流路（配管）に介挿されて当該流路を流れる気体の質量流量を計測する流量計において、流速センサを使用する場合、流路内を流れる気体の偏流や乱れを、金網やハニカム構造の整流素子を使用して高精度に計測できるようにした流量計が知られている。この流量計は、気体の整流及びセンシングを行う検出部と、信号処理を行う変換部とから構成され、検出部の流路内壁面には、流速を検出する流速センサ例えば、マイクロフローセンサが取り付けられ、変換部がマイクロフローセンサからの信号に基づいて積算流量、瞬時流量等を演算算出して表示する。
【０００３】
図４は、流速センサを使用した従来の流量計の検出部の構成を示し、検出部１は、気体の流路を構成するパイプ２ａの両端に取付用フランジ２ｂが設けられたハウジング２と、ハウジング２のパイプ２ａ内に検出部が僅かに突出して設置され矢印Ａ方向から流れてくる気体を計測する流速センサ３と、流速センサ３の上流側に設置された整流部４からなる。ハウジング２のパイプ２ａは、流速センサ３の上流側（図中左側）の流路２ｃの内径が下流側の流路２ｄの内径よりも僅かに大径とされ、流路２ｃに整流部４を構成する円形の金網５、円筒状のスペーサ６、ハニカム７、スペーサ６、円形の金網８、スペーサ６が順次収納されてＣリング９により固定されており、流路２ｄに流速センサ３が設置されている。これらの金網５、ハニカム７、及び金網６は、スペーサ６により、お互いの間隔を保持されると共に挟持固定されている。尚、金網５、８は、点線で描いてある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記構造の整流部４は、円筒状のスペーサ６により金網５、８を単に挟み込んで固定しているために流路の内径が小さい（５０mm程度）場合には問題ないが、大径になると流路２ｃ内に金網５、８を収納固定する際に歪んでしまったり、場合によっては流量計測中に外れてしまうこともある。
【０００５】
また、金網５、８等が、バックリング現象を起こすことがある。バックリング現象は、特定の流量までは流れの上流側に膨らみを持ち、或る流量を超えると膨らみが下流側に反転するもので、この状態で流量が再び下がっても膨らみが元に戻らない、或いは、戻る流量が反転した流量と異なる。また、流速センサとしてマイクロフローセンサを使用し、金網５の直ぐ下流側で流量を測定している場合には、前記膨らみがセンサ出力に影響するので、このように不規則に膨らみ方向が変動すると、精度に大きく影響してしまう。
【０００６】
また、複数の整流素子の位置関係（距離、金網の目の回転方向）も整流効果に影響し、外部からの振動や衝撃により金網５、８やハニカム７とのお互いの位置関係がずれてしまうと、流れが変化してしまい測定精度に影響する。
更に、円筒状のスペーサ６により金網５、８を挟み込んで固定する前記従来の構造では、検出部１が外部より振動や衝撃を受けたときにスペーサ６の中心位置がお互いにずれることがり、このときに整流部４の内径面に注目するとスペーサ６同士で段差が生じ、流れの中に渦が発生してしまうことがある。このような渦が発生すると気体の流れに再現性がなくなってしまい、流量計出力の再現性が保てなくなり、特に実流校正を行っている流量計においては致命的となる。
【０００７】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、流量計の流速センサ上流側に設置されて流体を整流する複数の整流素子を一体的に組み付けて相互の位置関係を保持し、流体の流れの再現性を確保するようにした整流ユニットを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するべく本発明に係る整流ユニットは、流量計の流速センサの上流側の流路に設置されて流体の流れを整流する複数の整流素子を備えたものであって、
各整流素子はそれぞれ複数の円筒状のリングに装着固定され、これらのリングは各々を嵌合固定され、
円筒状の固定用リングが、前記嵌合固定された各リングの内、その端部に位置付けられるリングの一側開口端の外周面に嵌合固定され、
前記整流素子の内、前記リングよりも大径の金網は、その周縁部が前記嵌合固定された前記固定用リングの内側と、前記リングの端面の外周面とで挟み込まれて前記リングの端部に張設固定されることを特徴している。
【０００９】
ちなみに前記整流素子は、金網とハニカムとからなり、好ましくは目の粗さが異なる複数枚の金網と、これらの金網の間に配置される複数のセルから成る１つのハニカムから成る。
【００１０】
好ましくは前記ハニカムは、円筒状のリングに内嵌されて該リングが形成する流路を区画する複数のセルから成り、このハニカムは該ハニカムを収納したリングの両端にそれぞれ同心的に嵌合固定される別のリングにより該リングに固定される。
【００１１】
複数の整流素子を夫々各別に円筒状のリングに装着固定し、これらのリングを順次を嵌合固定して一体に組付てユニット化することで、前記各整流素子相互の位置関係が保持される。整流ユニットは、整流素子として複数の金網と、これらの金網の間に配置されるハニカムとにより構成され、各金網をリングに固定することで、歪みやバックリング現象が防止され、整流効果が向上し、振動や衝撃を受けても相互の位置関係が保持され、流れの再現性が確保される。これにより、流速センサの精度が確保される。
【００１２】
また、金網やハニカムを装着する各リングを嵌合構造とすることで着脱可能となり、目の粗さが異なる金網や、セル数の異なるハニカムの組合せが可能となり整流素子の組合せの自由度が増す。更に、整流素子の組合せを自由とすることで、使用に応じて最適な組合せを選択することが可能となる。また、メンテナンス時に金網や、ハニカムを容易に交換することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る整流ユニットについて説明する。図１は、本発明に係る整流ユニットを適用した流量計の検出部の実施形態を示す断面図である。
図１に示すように流量計の検出部１１は、ハウジング１２と、ハウジング１２に設置された流速センサ３と、流速センサ３の上流側（図中左側）に設置された整流ユニット１３、及び円筒ねじ１８から成る。ハウジング１２は、流路としての厚肉パイプ１２ａの両端に夫々取付用フランジ１２ｂが形成され、略中央から一側（上流側）の第１の流路１２ｃの内径が他側（下流側）の第２の流路１２ｄの内径よりも僅かに大径とされて段差をなして同心的に形成されており、開口部内周面に雌ねじ１２ｆが刻設されている。そして、流路１２ｃに整流ユニット１３が収納され、流路１２ｄの中央寄りの段差部１２ｅ近傍位置にその検出部が内面から僅かに突出して流速センサ３が設置されている。
【００１４】
整流ユニット１３は、円筒形状をなし整流素子としての複数枚例えば、目の粗さが異なる３枚の円形の金網１４、１５、１７と、複数（多数）のセルから成るハニカム１６とから成り、これらが所定の間隔を存して一体的に組み付けられて構成されている。図２に示すように金網１４、１５、１７は、夫々所定長さの厚肉の円筒状リング２１、２２、２３に装着され、ハニカム１６は、所定長さの薄肉の円筒状リング２４に収納されている。これらのリング２１〜２４の外径は、流路１２ｃの内径よりも僅かに小径とされて嵌挿可能とされている。また、リング２１、２２、２３の内径は、流路１２ｄの内径と同径とされて、内周面が面一となるように形成されている。
【００１５】
図３に示すようにリング２１は、一側の開口部外周面が同心的に段差をなして縮径されて中径部２１ａ、小径部２１ｂとされ、他側の開口部内周面が同心的に段差をなして拡径されて開口部２１ｃとされている。金網１４は、リング２１の小径部２１ｂよりも僅かに大径の円形をなし、一側面がリング２１の一側の開口端面に同心的に当接され、周縁部が折り返されて小径部２１ｂの外周面に当接され、固定用のリング２５が外嵌圧入されて固定される。これにより、金網１４がリング２１に張設固定され、逸脱不能、且つ歪み等の変形不能とされる。
【００１６】
リング２２は、リング２１と同様に一側の開口部外周面が同心的に段差をなして縮径されて中径部２２ａ、小径部２２ｂとされ、他側の開口部内周面２２ｃがテーパ状に拡径されて開口部の肉厚がリング２４の肉厚と同じとされ、開口端が同心的に段差をなして拡径されて開口部２２ｄとされている。また、リング２１の開口部２１ｃの内径は、リング２２の小径部２２ｂの外径よりも所定寸法大径とされている。
【００１７】
金網１５は、リング２２の小径部２２ｂよりも僅かに大径の円形をなし、一側面がリング２２の一側の開口端に同心的に当接され、周縁部が折り返されて小径部２２ｂの外周面に当接され、リング２１の開口部２１ｃが外嵌圧入されて固定される。これにより、金網１５がリング２２に張設固定され、逸脱不能、且つ歪み等の変形不能とされる。
【００１８】
リング２３は、リング２２と同様に一側の開口部外周面が同心的に段差をなして縮径されて中径部２３ａ、小径部２３ｂとされ、他側の開口部内周面２３ｃがテーパ状に拡径されて開口端部の肉厚リング２４の肉厚を同じとされ、開口端が同心的に段差をなして拡径されて開口部２３ｄとされている。
金網１７は、リング２３の小径部２３ｂよりも僅かに大径の円形をなし、一側面がリング２３の一側の開口端に同心的に当接され、周縁部が折り返されて小径部２３ｂの外周面に当接され、固定用のリング２６が外嵌圧入されて固定される。これにより、金網１７がリング２３に張設固定され、逸脱不能、且つ歪み等の変形不能とされる。
【００１９】
リング２４は、両側の開口部の外周面が夫々同心的に段差をなして縮径されて小径部２４ａ、２４ｂとされ、リング２２、２３の開口部２２ｄ、２３ｄに嵌合可能とされている。ハニカム１６は、リング２４内に内嵌されて収納されている。そして、リング２４の両端に前記金網１６が装着されたリング２２、金網１７が装着されたリング２３の開口部２２ｄ、２３ｄが圧入嵌合されて固定される。このようにしてリング２１〜２４が互いに嵌合可能とされている。これにより、金網１４、１５、ハニカム１６、及び金網１７が一体的に組み付けられて円筒状の整流ユニット１３が構成される。
【００２０】
図１に示すように押圧手段としての円筒ねじ１８は、内径が流路１２ｄの内径と同径とされ、外径が流路１２ｃに嵌挿可能とされ、且つ開口部１８ａの外周面に雌ねじ１２ｆと螺合する雄ねじ１８ｃが刻設されている。また、開口部１８ａの端面にはピン孔１８ｄが直径の両側位置に設けられている。
整流ユニット１３は、流路１２ｃに収納され、次いで、円筒ねじ１８が挿入されて雄ねじ１８ｃが雌ねじ１２ｆに螺合される。円筒ねじ１８は、開口部１８ａの２つのピン孔１８ｄにねじ回し冶具の対応する２本のピン（図示せず）が嵌合されて回転される。円筒ねじ１８は、回転に伴い図中右方に前進して開口部１８ｂの端面が整流ユニット１３の端面１３ａに当接して押し込み、当該整流ユニット１３の端面１３ｂを段差部１２ｅに押し付ける。これにより、整流ユニット１３が流路１２ｃ内に強固に固定される。このようにして、整流ユニット１３が流速センサ３の上流側の流路１２ｃ内に設置される。
【００２１】
尚、整流ユニット１３と円筒ねじ１８との間に外・内径が当該円筒ねじ１８の外・内径と同径のリング状のバネワッシャ（ウェイブリング）を介在させて締め付けるようにしてもよい。このバネワッシャを使用することで、振動や衝撃等に起因する円筒ねじ１８の緩みを防止することができる。前記バネワッシャは、ばね性を有する薄板のリングに周方向に沿ってバネ部としての波形部を連続して形成したもので、軸方向の圧縮に対して均一なばね性を有する。
【００２２】
整流ユニット１３は、整流素子としての金網１４、１５、１７、ハニカム１６等が一体に組み付けられて強固に構成されており、且つ円筒ねじ１８により流路１２ｃ内に押圧固定されていることで、金網１４、１５、１７等が歪んだり、バックリング現象を起こすことがなく、ハウジング１２の外部から振動や衝撃を受けた場合でも、整流ユニット１３が流路１２ｃ内で変形したり、移動することが防止される。これにより、整流効果が向上すると共に、流路１２ｄ内の気体の偏流や乱れが防止され、流量計の再現性が確保される。
【００２３】
また、リング２２、２３のリング２４側開口部の内径とリング２４の開口部の内径とが同径とされ、リング２１〜２３、円筒ねじ１８の内径が流路１２ｄの内径と同径とされていることで、これらリング２１〜２４、及び流路１２ｄ内の中心位置が決まり、内面間に段差が生じることはない。また、金網１４、１５、ハニカム１６、金網１７相互間の位置関係が固定される。これにより、渦の発生が防止され、流れの再現性が確保される。
【００２４】
また、整流ユニット１３のリング２１と固定用リング２５、リング２２、リング２３と固定用リング２６、及びリング２２、２３と円リング２４とを圧入する構造とすることで着脱可能となり、目の粗さが異なる金網や、セル数の異なるハニカムの組合せが可能となり、しかも、ユニット自体の寸法が変わることがないので、整流素子の組合せの自由度が増す。
【００２５】
更に、整流素子の組合せを自由とすることで、例えば、圧力損失を抑えたい場合には、目のより粗い金網を使用する、又はハニカムのセル数を減らし、汚れがある気体を測定する場合には、目のより細かい金網を使用する等により対処することが可能であり、使用に応じて最適な組合せを選択することが可能となる。更に、メンテナンス時に金網や、ハニカムを容易に交換することができる。
【００２６】
また、カートリッジのように予めユニットにしたものを製品に組み込むことができるため、組立作業の効率が上がる。しかも、カートリッジのように扱うことができるために修理時等における交換が容易である。
また、上記実施の形態では金網を３枚使用する場合について記述したが、これに限るものではなく枚数を増やすことも減らすことも可能である。金網の枚数を増やす場合には、これらの金網を装着するリングの長さを調節して整流ユニット全体の長さを所定長さに設定する。
【００２７】
尚、上記実施の形態では整流ユニット１３のリング２１と固定用リング２５、リング２２、リング２３と固定用リング２６、及びリング２２、２３と円リング２４とを圧入したが、これに限るものではなく、接着、溶接等により固定するようにしてもよい。このように接着又は溶接構造とすることで整流ユニット１３を更に強固に構成することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、整流ユニットは、整流素子としての金網が歪んだり、バックリング現象を起こすことがなく、外部から振動や衝撃を受けた場合でも流路内で変形したり、移動することが防止され、整流効果が向上すると共に、前記流路内の気体の偏流や乱れが防止され、流量計の再現性が確保される。また、流量計への着脱が容易となり、組付や、メンテナンス時における作業性の向上が図られる。
【００２９】
また、金網やハニカムを装着するリングの中心位置が決まり、流路の内面との間に段差が生じることがなく、金網やハニカム相互間の位置関係が固定されることで、流路に渦の発生が防止され、流れの再現性が確保される。
また、金網やハニカムを装着する各リングを嵌合構造とすることで着脱可能となり、目の粗さが異なる金網や、セル数の異なるハニカムの組合せが可能となり整流素子の組合せの自由度が増す。更に、整流素子の組合せを自由とすることで、使用に応じて最適な組合せを選択することが可能となる。また、メンテナンス時に金網や、ハニカムを容易に交換することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る整流ユニットを適用した流量計の検出部の実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示す本発明に係る整流ユニットの拡大図である。
【図３】図２に示す整流ユニットの要部拡大図である。
【図４】従来の流速センサを使用した流量計の検出部の断面図である。
【符号の説明】
３ 流速センサ
１１ 検出部
１２ ハウジング
１２ｃ、１２ｄ 流路
１３ 整流ユニット
１４、１５、１７ 金網（整流素子）
１６ ハニカム（整流素子）
１８ 円筒ねじ
２１、２２、２３、２４ 円筒状リング
２５、２６ 固定用リング

Claims (5)

1. 流量計の流速センサの上流側の流路に設置されて流体の流れを整流する複数の整流素子を備え、
   各整流素子はそれぞれ複数の円筒状のリングに装着固定され、
   これらのリングは各々を嵌合固定され、
   円筒状の固定用リングが、前記嵌合固定された各リングの内、その端部に位置付けられるリングの一側開口端の外周面に嵌合固定され、
   前記整流素子の内、前記リングよりも大径の金網は、前記金網の周縁部が、前記嵌合固定された前記固定用リングの内側と、前記リングの端面の外周面とで挟み込まれ、
   前記金網は前記リングの端部に張設固定されることを特徴とする整流ユニット。
2. 前記固定用リングは、前記嵌合固定された各リングの内、前記流速センサ側の端部に位置付けられるリングに嵌合固定されたものであり、
   前記流速センサ側の端部に位置するリングは、前記固定用リングが嵌合固定された側の他端と、前記リングの上流側に隣接した別のリングの一端とで、前記別のリングと嵌合固定され、
   前記整流素子の内、前記リングよりも大径の別の金網は、前記別の金網の周縁部が、前記リングの前記固定用リングが嵌合固定された側の他端の周面と、前記別のリングの一端の周面とで挟み込まれ、
   前記別の金網は前記リングの前記固定用リングが嵌合固定された側の他端に張設固定されることを特徴とする請求項１に記載の整流ユニット。
3. 前記複数の整流素子は、金網とハニカムであることを特徴とする請求項１または２に記載の整流ユニット。
4. 前記複数の整流素子は、目の粗さが異なる複数枚の金網と、これらの金網の間に配置されるハニカムとから成ることを特徴とする請求項１または２に記載の整流ユニット。
5. 前記ハニカムは、円筒状のリングに内嵌されて該リングが形成する流路を区画する複数のセルから成り、
   このハニカムは、該ハニカムを内嵌した前記リングの両端にそれぞれ同心的に嵌合固定される別のリングにより前記リングに固定されることを特徴とする請求項４に記載の整流ユニット。

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