JPH0518795A

JPH0518795A - 整流ダクト及び気体流量計測装置

Info

Publication number: JPH0518795A
Application number: JP3173825A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Sekine; 義人関根; Nobukatsu Arai; 信勝荒井; Atsushi Miyazaki; 敦史宮崎; Genko Miyagawa; 源幸宮川; Hiroshi Kikawa; 鬼川　　博
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-07-15
Filing date: 1991-07-15
Publication date: 1993-01-26

Abstract

(57)【要約】【目的】内径の異なる複数の下流側管路に、接続部に
おいて段差を生ずることなく整流ダクトを接続する。【構成】気体流整流に用いられる整流ダクトを形成す
る整流絞りにおいて、該整流絞りを上流側絞り要素１と
該上流側絞り要素１に着脱可能に接続される下流側絞り
要素２とを含んで構成し、下流側絞り要素２の入口断面
形状と上流側絞り要素２の出口断面形状を両者の接続部
で一致させ、該接続部を、整流絞りの主流軸を含む平面
と整流絞りの交線の接線と、上記主流軸方向の成す角度
θが、連続的に変化する点または区間に設ける。【効果】出口内径の等しい上流側整流絞り要素を、整流
効果を落さずに出口内径の異なる複数の下流側整流絞り
要素に対して共通化することができるため整流ダクトの
汎用性を実現し、かつ、平均製造コストを低減すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、整流ダクトと気体流量
計測装置に係り、特に、内燃機関用気体流量計につい
て、その計測誤差の検定を行なう際に使われる、乱れの
少ない気体流を作りだすのに適した整流ダクトと気体流
量計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の整流ダクトには大形の風洞実験装
置の流路要素として使用されているものがある。これ
は、模型実験などに使われるものであり、測定部断面積
が、数平方メ−トル以上で、縮流比が最大２０程度、最
大十数枚の整流網によって流速分布の均一化、乱流渦の
粘性による減衰を行うものである。このような整流ダク
トは、その使用目的から、大量に同型の整流ダクトを製
造する必要がなかったため、構造が比較的複雑であり、
製造コストの低減化、量産化、小形化についての考慮が
なされていなかった。

【０００３】しかし、整流ダクトにはこれ以外に、気体
流量計製造ラインの検査工程（品質管理工程）などで用
いられ、流量計の精度レベル検定に使われる比較的簡便
な用途を持つ整流ダクトに対する需要がある。

【０００４】そのような品質管理工程の場合、流量計の
精度検定は、個々の気体流量計に対して、同一条件で、
十分低い乱れのレベルを持つ気体流を与えて、流量計の
計測値（複数サンプル抽出値）のばらつき、例えば標準
偏差、があらかじめ設定された目標値以下であるかどう
かを確かめるという作業である。同一条件で、十分低い
乱れのレベルを持つ気体流を与えるために、検査対象の
気体流量計の測定気体の取り入れ口に対して、検査の際
に整流ダクトが結合される。

【０００５】現実の検定作業では、これを、製造された
流量計ごとに行う必要があり、限られた検査工程時間内
に多数の流量計の精度レベルの検定を行う必要がある。
このため一個あたりの検査時間を短縮することが製造ラ
イン運営上重要となる。また、検査の対象となる流量計
は計測すべき流量の仕様（計測範囲）によって、その測
定気体の取り入れ口内径の異なったものが多数ある。こ
のため、整流ダクト出口と流量計の測定気体の取り入れ
口との接続部で気体流の乱れを起こさないために、接続
部に内径の違いによる段差が生じないようにする必要が
あり、このような意味で、流量計の精度検定の際に用い
られる整流ダクトは、測定気体の取り入れ口内径の異な
る複数の流量計に適用できる汎用性が求められる。

【０００６】上記の条件に、現実に製造ラインで使われ
る場合の条件を勘案してまとめると整流ダクトに求めら
れる条件は次のようになる。

【０００７】ａ）乱れの少ない流れを与えること。

【０００８】ダクトの内壁面近傍での流体はく離を極
力防止すること。

【０００９】主流中の旋回流成分を低減すること。

【００１０】ｂ）少ないダクト要素で異なる内径の流量
計に対して、ａ）を満たすように、汎用性があること。

【００１１】ｃ）小形で着脱性、操作性が優れているこ
と。

【００１２】ｄ）使う場所を限定せず、簡易に使えるよ
うに、開放型であること。

【００１３】ｅ）流量計の量産ライン等で使用するのに
有利なように低コストで製造できること。

【００１４】ｆ）圧損が少ないこと。

【００１５】実際に用いられる整流ダクトは、上記のよ
うな条件を満たし、かつその気体流の乱れが、ある規定
された値よりも小さいことが望ましい。

【００１６】〔簡易的な整流ダクトに適用されてきた
例〕従来、一般的に使われてきた整流ダクトとしては、
円錐、円弧、楕円等の曲線からなる縮流ノズルを用いた
ものが知られており、これらのなかでは四分の一円を用
いたベルマウスによるものが良く使われている。また、
日本流体力学会編流体力学ハンドブック（昭62）ｐｐ．
807に記述されているように下記（１）式で表される単
一の３次曲線あるいは（２）式で表される余弦曲線を整
流用絞りとして用いることが効果的であることが一般的
に知られており、これらの曲線は近年の数値制御旋盤の
発達により、比較的手軽に加工して利用できるようにな
った。

【００１７】

【数１】

【００１８】また、ＪＩＳ規格Ｚ８７６２−１９８８
絞り機構による流量測定方法ｐｐ．７に記述されてい
るように、流速の計測部から上流側に管路内径の５〜５
０倍程度の助走距離をとり、流速分布の均一化をその流
体粘性による減衰により行うものがある。

【００１９】現実に使われている整流ダクトは、上記の
ような要素が単独で使われている訳ではなく、これらの
流体要素の整流効果が複合して用いられている。

【００２０】ところで、これらの流体要素は次のような
特長を持っている。まず、円錐、円弧、楕円等を絞り部
の曲線として用いている縮流ノズル、ベルマウスを用い
る方法は、加工が比較的簡単かつ安価に行えるという利
点を持つ一方で、これらと接続される下流直管部との接
続面で流体の乱れの主要因の一つとなる流体はく離が生
じやすいという欠点を持っている。これは、この接続部
で、絞り構造を与える曲線の曲率の変化率が大きいため
に、流体の流線の方向が急激に曲げられることにより、
流体はく離が発生しやすくなるためである。このため、
前記のａ）の条件を満たすことが出来ない。

【００２１】また、整流ダクトとして直管を採用すると
いう方法では、流量の微小なばらつきなどの形としてで
てくるノイズの大きさを十分な程度まで低減するために
は、少なくとも管路内径の５〜５０倍の助走距離が必要
となり、必然的に整流ダクトが大形となる。このため、
ｃ）の条件を満たさない。

【００２２】また、前記（１）式で表される単一の３次
曲線あるいは（２）式で表される余弦曲線を主流軸回り
に回転することによって得られる曲面を整流用の絞りと
して用いる場合を考える。ここでは、絞りの主流軸に垂
直な断面形状が円形である場合に特定しているが、以下
に述べることは、主流軸に垂直な断面形状が矩形、長方
形であり、各部の断面形状が相似である絞りについても
同様に適用できる。図５は、これらの曲線を使って絞り
を描くときの、各パラメ−タを示す断面図である。図
中、上下対称に描いた曲線は、（１）式または（２）式
の曲線を示し、絞り流路の断面内壁を意味している。ま
た、白抜きの矢印は気体の流れを示し、気体は、内径ｙ
iの入口から流入し、絞りの主流軸方向の全長Ｌを通過
して、内径ｙoの出口から流出する。また、θは、曲線
内壁面の接線と主流軸方向のなす角度を示している。以
下、白抜きの矢印はつねに気体の流れを示す。

【００２３】これらの曲線は、（１）式または（２）式
の幾何学的性質により、その絞り入口部１ａ並びに絞り
出口部１ｂで常に角度θが零となり、局所的な角部を成
していない。また、上記のＬ，ｙi，ｙoを同じにしたと
き、これらの曲線を使った場合は、円錐、円弧、楕円等
の曲線を使った場合よりも、その絞り入口部並びに絞り
出口部での角度θの変化率は小さい。このため、絞りの
入口および出口付近を流れる気体の流線方向は、ゆるや
かに変化し、流体はく離などの乱れが発生しにくい。

【００２４】これにより、（１）式または（２）式の曲
線を用いた絞りは、円錐、円弧、楕円等の曲線からなる
縮流絞りのような欠点を持たず、入口部と出口部の内径
を自由に設定できる、すなわち、縮流比（入口断面積の
出口断面積に対する比）を自由に取れるという点で有利
である。

【００２５】次に、上記の曲線を流量計の量産ラインの
流量計測装置の整流ダクトに適用することを考える。図
６は上記の曲線を使って製作した整流絞り３０を下流側
管路４０に接続した場合である。この場合、整流絞り３
０の出口内径と下流側管路４０の内径は等しいために整
流絞り３０と下流側管路４０の接続部５０には段差がで
きず、流体はく離が発生しにくい。一方、図７に示すよ
うに、下流側管路４１の内径が、整流絞り３０の出口内
径に等しくない場合、整流絞り３０と下流側管路４１の
接続部５１には段差が生じ、流体はく離６０が発生し、
流体的ノイズの原因となる。これを防ぐためには、図８
に示すように、その出口内径が下流側管路４１の内径と
等しい整流絞り３１を整流絞り３０と別に製作して使う
ことにすれば良いが、このためには、内径が異なる、複
数の下流側管路ごとに、複数の整流絞りを製作しなけれ
ばならず、上記のｂ）汎用性と、ｅ）低製造コストの条
件を同時に満たすことができない。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、図
６、図８に示すように内径の異なる複数の下流側管路の
各々について、出口内径の異なる、複数の単一絞りを製
作しなければならない。このように従来技術では、縮流
絞りの汎用化についての考慮がなされておらず、整流ダ
クトの平均製造コストが高くなるという問題があった。

【００２７】本発明の課題は、内径の異なる複数の下流
側管路に、接続部において段差を生ずることなく整流ダ
クトを接続するにある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上記課題は、整流ダクト
の主要部である整流絞りを、上流側絞り要素と該上流側
絞り要素の下流側に着脱可能に接続される下流側絞り要
素とにより構成し、下流側絞り要素の入口断面形状と上
流側絞り要素の出口断面形状を両者の接続部で一致さ
せ、該接続部を、整流絞りの主流軸を含む平面と整流絞
りの交線の接線と、上記主流軸方向の成す角度θが連続
的に変化する点または区間に設けることにより達成され
る。

【００２９】上記課題はまた、整流ダクトの主要部であ
る整流絞りを、上流側絞り要素と該上流側絞り要素の下
流側に着脱可能に接続される下流側絞り要素とにより構
成し、下流側絞り要素の入口断面形状と上流側絞り要素
の出口断面形状を両者の接続部で一致させ、該接続部
を、整流絞りの主流軸を含む平面と整流絞りの交線の接
線と、上記主流軸方向の成す角度θが連続的に変化する
点または区間に設け、さらに、前記角度θを上流側絞り
要素および下流側絞り要素の入口部と出口部において零
にするとともに該零である点における主流軸方向の角度
θの変化率を零とし、上流側絞り要素を共用とし、下流
側絞り要素を、その出口内径が下流側管路内径に接続部
で一致した複数の絞りとすることによっても達成され
る。

【００３０】上記課題はまたさらに、前記上流側絞り要
素と下流側絞り要素の接続部における角度θを零とし、
該零である点における主流軸方向の角度θの変化率を零
ととすることによっても達成される。

【００３１】

【作用】上記のように、整流絞りが、上流側絞り要素と
下流側絞り要素を着脱可能に接続して構成されているこ
とにより、一つの上流側絞り要素に対して、入口内径が
同じで出口内径の異なる複数の下流側絞り要素を用意し
ておき、下流側管路すなわち気体流量計の入口内径に合
致する下流側絞り要素を選択して、上流側絞り要素に連
結することができる。したがって、内径の小さい下流側
絞り要素を交換することにより、内径の大きい上流側絞
り要素を、入り口内径の異なる気体流量計に共通に使用
できる。

【００３２】上流側絞り要素と下流側絞り要素の接続部
では前記角度θが連続的に変化しているから、接続部付
近を流れる流線の方向が連続的かつ、ゆるやかに変化す
るようになり、接続部付近での流体的ノイズの原因とな
る流体はく離発生が防止される。さらに、整流絞りの入
口及び出口での前記角度θを零とし、この角度θが零で
ある点での角度θの主流軸方向の変化率が零であると、
整流絞りの入口及び出口での気体流が主流軸に平行な流
れとなり、整流絞りに流入する気体流およびまたは整流
絞りから流出する気体流に乱れが生ずることが少なく、
流体はく離発生もすくなくなる。

【００３３】これにより、流体的ノイズのレベルを低く
したままで、上流側絞り要素を共用とすることにより、
整流ダクトの平均製造コストを低減することができる。

【００３４】

【実施例】一般に、整流ダクトには、回流型と開放型が
ある。本発明の整流ダクトでは、場所を限定せず、簡易
に使用することができるように、開放型を採用している
が、開放型の整流ダクトを使用する場合次のような条件
を考慮する必要がある。

【００３５】まず、開放型の整流ダクトの場合、大気を
そのまま計測部に流入させると、大気中に含まれる塵埃
も計測部に流入し、計測装置に悪影響を及ぼすおそれが
ある。また、使われる場所が限定されていないため、上
流側の流速分布が悪い場合でも使用できるものでなけれ
ばならない。開放型の整流ダクトにとって特に悪条件と
考えられるのは、流体の流速分布が整流ダクトに流入す
る以前に偏り（偏流）を持っている場合であるが、整流
ダクトが狭い場所で使われ、他の配管あるいは、計測装
置などがその上流付近にあるような場合には、これら
が、流れにとって障害物となり、偏流の原因となる。

【００３６】実際に使用される整流ダクトは上記条件に
対する対策を考慮しなければならない。

【００３７】以下、本発明の第一の実施例を図１乃至図
３を参照して説明する。図１に示す整流ダクト２０１
は、空気を取り入れるベルマウス４と、該ベルマウス４
にメッシュ１０、フィルタ１２、メッシュ１１を挟んで
着脱可能に接続された断面積一定の直管である助走部３
と、該助走部３に整流格子５を挟んで着脱可能に接続さ
れた整流絞りとを含んで構成されている。

【００３８】該整流絞りは、上流側絞り要素１と、該上
流側絞り要素１に整流格子６を挟んで着脱可能に接続さ
れた下流側絞り要素２とを含んで構成されている。

【００３９】図１および図１のＩ−Ｉ線矢視図である図
２において、白抜きの矢印で示した空気流は、ベルマウ
ス４、メッシュ１０およびメッシュ１１で挾まれた抵抗
体であるフィルタ１２、助走部３、整流格子５を通過し
て、上流側絞り要素１に流入する。さらに、空気は、整
流格子６を通過した後、下流側絞り要素２に流入し、整
流ダクト外に流出する。助走部３の入口には、ベルマウ
ス４がボルト締めにより取付けられている。ベルマウス
４は、整流ダクトの入口の周縁部分で発生する流体はく
離の量を低く抑える働きをするとともに、メッシュ１
０、メッシュ１１および、これらによって挾まれたフィ
ルタ１２を助走部３との間にはさみこんで固定する役目
をする。

【００４０】フィルタ１２は大気中の塵埃を除去する。
フィルタ１２は空気流に対して抵抗を持っているため、
その上流側と下流側の間に差圧が生じ、この差圧がフィ
ルタ１２に加わる。フィルタ１２には塵埃が蓄積するの
で、頻繁に交換する必要があり、安価なものが用いられ
る。このため、不織布または紙製のものが多く使われる
が、これらは上記差圧に耐えるに充分な強度を持ってい
ない。さらに整流ダクトが試験装置として、多数回使用
されることを考えると、フィルタ１２を補強する必要が
あるので、本例では、フィルタ１２を補強するためにメ
ッシュ１０、メッシュ１１をフィルタ１２の前後に設け
ている。またフィルタ１２が流入空気によって振動する
と、これが流れを乱し、微小な振れを引き起こし、流体
的ノイズの原因になる。メッシュ１０とメッシュ１１
は、このようなことがないようにフィルタ１２を固定す
る役目も果たしている。

【００４１】フィルタ１２は、整流ダクト上流側の偏流
への対策も兼ねている。フィルタ１２は、大きい抵抗を
持っているので、整流ダクトに流入する以前に発生した
偏流を平坦化することができるため、ダクト上流側の流
れの偏りが、ダクト内部に影響しにくくなる。

【００４２】フィルタ１２の抵抗の分布が不均一である
か、または整流ダクト上流側の偏流が著しく大きいと、
フィルタを通過したあとの空気流断面内には圧力分布の
偏りが発生する。流体中の圧力分布に偏りがあると、流
体粒子は圧力の小さい方へ移動し、流速が生じる。この
場合、ダクトの主流軸に垂直な断面（以下横断面とい
う）内に圧力分布の偏りがあるので、圧力分布の偏りが
均一となるまでの過渡状態ではダクトの主流軸と垂直な
方向に流体粒子の移動が急激に起こり、これは流体の乱
れの原因となる。このため、圧力分布の偏りが均一とな
るまでの助走距離が必要である。本実施例では、上流側
絞り要素１の前方に断面積一定の直管部をボルトナット
で接続することにより助走部３が構成されている。整流
ダクトの主流軸方向の長さを短くするためには、助走距
離は短いことが望ましく、実用上、助走距離は上流側絞
り要素１の入口内径をＤとして、０．４Ｄ〜１．０Ｄに
とれば十分である。本実施例の場合、助走距離は約０．
４Ｄにしている。

【００４３】助走部３と上流側絞り要素１の間には、整
流格子５が、上流側絞り要素１の入口部にはめこみ構造
として接着、固定されている。該整流格子５は、旋回流
などの主流軸に垂直な方向の流速成分を除去する作用を
し、通常、正方形状あるいは、ハニカムとよばれる正六
角形状の目のものが用いられる。本実施例では、整流ダ
クトが主流軸に対して回転したときに、流速分布とノイ
ズの大きさに変動が起きにくいように、等方性の良好な
正六角形のものが用いられている。

【００４４】上流側絞り要素１と下流側絞り要素２は、
それらの中間にハニカムを用いた整流格子６を挾み込む
ようにして、ボルトナットにより接続され、二段絞り構
造を構成している。整流格子６は、上流側絞り要素１の
出口部にはめこみ構造とし、接着により固定して設置さ
れている。

【００４５】上流側絞り要素１および下流側絞り要素２
は、増速流れを利用することにより、流体の流路通過中
の不安定化を防ぐ作用をする。すなわち、連続の式とベ
ルヌイの法則を満たすように流体の動圧を相対的に低い
状態から高い状態に移動させ、流れが内壁付近の壁摩擦
の抵抗に打ち勝つようにし、流体はく離の原因となる逆
流の発生を抑えると同時に主流軸方向と垂直な方向の流
速成分を主流軸方向の流れに変換する。これにより、簡
単な機構で流体的ノイズの原因となる渦、流体はく離な
どが抑えられ、主流軸方向の流速分布の偏りが除かれ
る。

【００４６】設定すべき絞りの縮流比（入口断面積の出
口断面積に対する割合）は使われる流量の範囲によって
異なるが、機械工学便覧（昭61日本機械学会編）流体工
学A5ｐｐ．182には、通常、比較的大きい５ないし２０
の範囲が良いと記載されている。本実施例の場合、整流
ダクトを簡便に取付けて計測を行なうことを想定してい
るので、整流ダクトが主流軸に対して回転したときに、
主流軸周りの取り付け角度に関して、流速分布とノイズ
の大きさの変動を鈍感にする必要がある。このため、縮
流比を上記範囲に収まる、約８ないし１３としている。

【００４７】整流絞りを成す曲線としては、一般的に、
前述の（１）式、（２）式などの関数を使うことが日本
流体力学会編流体力学ハンドブック（昭62）ｐｐ．80
7などに推奨されており、整流効果に関して良い成績を
収めていることが報告されているので、本実施例におい
ても、上流側絞り要素１および下流側絞り要素２は
（２）式の関数を使って構成されている。前述のよう
に、（１）式、（２）式の曲線では、主流軸方向と、曲
線の主流方向の接線とのなす角度θは連続的に変化して
おり、絞りの入口付近の区間と絞りの出口付近の部分で
零になっている。また、本実施例においては、図３の模
式図に示すように、助走部３と上流側絞り要素１の接続
部（点Ｐ₁），上流側絞り要素１と下流側絞り要素２の
接続部（点Ｐ₂）、および下流側絞り要素２の出口部
（点Ｐ₃）付近で、角度θおよびその主流軸方向の変化
率Δθ／Δｘが零となっている。このため、この付近を
流れる流体の流線の方向が連続的かつ、ゆるやかに変化
するようになり、流体的ノイズの原因となる流体はく離
発生が防止される。

【００４８】実際に（１）式、（２）式などの曲線を使
って絞り流路の内壁面を加工するときには数値制御旋盤
が用いられるが、近年、使用されている数値制御旋盤は
加工シ−ケンスを関数で与えることのできるものがあ
り、これらには、（１）式のような多項式あるいは
（２）式のような三角関数がサポ−トされている。この
ため、数値制御旋盤を用いる際には、加工すべき曲線が
初等的な関数で表わされていると、加工シ−ケンスを与
えるプログラムを作る必要がないため、整流ダクトの製
作時間およびコストの低減に役立つ。

【００４９】下流側絞り要素２は上述のような、整流作
用をする他に、異なる入口内径を持つ下流側管路との接
続用配管の役目を果たす。図４は、上流側絞り要素１の
出口内径に等しい入口内径を持ち、それぞれ異なる出口
内径を持つ下流側絞り要素２１，２２，２３を示してい
る。それぞれの出口内径は、それぞれ異なる下流側管路
の入口内径に合わせてある。

【００５０】本実施例では、下流側絞り要素２を、その
入口内径が上流側絞り要素１の出口内径と一致し、出口
内径がそれぞれ異なる複数の絞り要素で構成し、上流側
絞り要素１に、互いに接続、交換ができるようにした。
整流ダクトを使うときには、接続すべき各下流側管路内
径と同じ出口内径を持つ下流側絞り要素２を、複数の絞
り要素２１、２２、２３などのうちから選択し、選択し
た下流側絞り要素２を上流側絞り要素１に接続して使え
ばよい。これにより、上流側絞り要素１を共用とし、入
口内径の異なる複数の下流側管路に、接続面段差なしに
整流ダクトを接続することができ、接続面段差による流
体はく離の発生を防止し、かつ、整流ダクトの使用範囲
を拡大できる。

【００５１】また、このように二段絞り構造で流路を構
成することにより、次のような製造コスト面での利点が
得られる。すなわち、上流側絞り要素１を共用とするこ
とができ、さらに、下流側絞り要素２は幾何学的に上流
側絞り要素１より小径であるために、複数個用意しても
その材料費および、加工費は低く抑えることができるの
で、整流ダクトの平均的な製造コストを低減することが
できる。

【００５２】また、次のような製造工程上の利点があ
る。すなわち、絞り構造を旋盤で切削加工して製造する
ときには、熱膨張、および加工物の自重による変形を見
積もって、内径の寸法精度を維持する必要があるが、こ
の方法で内径の寸法精度を維持することは、必然的に絞
りの内径が大きくなるほど難しくなる。このため多数の
絞りを製作してその器差を小さくする場合、比較的小径
の絞り要素を量産する場合の方が器差を小さくしやす
く、本実施例によれば、このような製造方法を適用する
ことができる。

【００５３】整流格子６は整流格子５と同様に、旋回流
などの主流に垂直な方向の流速成分を除去する作用をす
る他に、上流側絞り要素１と下流側絞り要素２の接続の
ずれによってできた段差部で生じる流体はく離の発生を
防止する作用をする。

【００５４】本実施例では、空気流路がすべて円形断面
であるが、必ずしも円形断面でなくても本発明は同様に
適用可能である。

【００５５】本発明の第二の実施例を、図９、および図
９のII−II矢視図である図１０を参照して説明する。本
実施例は、整流ダクトの主流軸方向長さに制限がある場
合の例であって、前記第一の実施例と異なるのは、上流
側絞り要素１の上流側に、流路断面積一定の助走部３を
介してベルマウスをボルト接続する代わりに、四分の一
円によるベルマウス７をボルトナットにより直接接続し
た点と、ベルマウス７の前記四分の一円の曲率半径Ｒを
上流側絞り要素１の入口内径の約１／４とし、第一の実
施例のベルマウス４の曲率半径より大きくとった点と、
メッシュ８とフィルタ１２を整流格子５とベルマウス７
の間に挾み込んで固定した点とである。このベルマウス
７は、流れが上流側絞り要素１に流入する以前の空気流
の整流を縮流効果により行い、流体の乱れを助走部３を
設置した場合と同程度に抑える。

【００５６】本実施例の場合、前記第一の実施例とは異
なり、整流格子５は、空気流の旋回流成分を除去する作
用のほかに、第一の実施例のメッシュ１１の代わりに、
フィルタ１２を支持する機能も兼ねている。また、整流
ダクトの入口外径、すなわち、ベルマウス７の外径を第
一の実施例に比べて大きくしなければならないという欠
点があるが、ベルマウス７の主流軸方向の長さは、助走
部３の長さに比べて短くできるため、整流ダクト全体の
主流軸方向長さを短くできる。

【００５７】本発明の第三の実施例を、図１１を参照し
て説明する。本実施例は、第一の実施例で示した整流ダ
クト上流側の偏流の影響をさらに低減するものである。
本実施例の整流ダクトは、第一の実施例の助走部３の上
流側に、ベルマウス４をボルト接続する代わりに、円錐
台形の拡大管部１３，１４、本整流ダクトを配管要素と
して用いる際に使われる接続部を兼ねた助走部１５をボ
ルトナット接続することによって拡大管路を構成してい
る。さらに拡大管部１３と１４の中間には整流格子１６
を、拡大管部１４と断面積一定の直管である助走部１５
の中間には整流格子１７を、それぞれはめこみ、接着し
てある。他の部分は前記第一の実施例と同じであり、同
一の符号を付して説明は省略する。

【００５８】上記のようにして構成した拡大管路は、ベ
ルヌイの法則にしたがって動圧を静圧に変換し、さらに
静圧の均一化を図ることにより、動圧の偏りすなわち、
偏流を除く作用をする。この場合、空気流は、減速流れ
となるために、拡大管部１３，１４の内壁で流体はく離
が生じやすくなるので、この流体はく離を防止するため
に整流格子１６，１７が設けられている。

【００５９】本実施例の場合、上流側絞り要素１、下流
側絞り要素２以外に、拡大管部１３，１４および助走部
１５をさらに製作しなければならないため、製造コスト
が高くなるという欠点を持つが、整流ダクトの上流側で
生じた偏流の影響を、助走部３単独で低減させる場合よ
り、さらに低減できる。

【００６０】本発明の第四の実施例を、図１２、図１３
および図１４を参照して説明する。本実施例は、第一の
実施例で示した二段絞り構造を、実現するための別の方
法の例を示す。本実施例においても、第一の実施例と同
様に、上流側絞り要素１と下流側絞り要素２０により、
二段絞り構造を構成しており、下流側絞り要素２０の整
流絞り、および接続管としての機能も第一の実施例の場
合と同様である。また、下流側絞り要素２０は、入口内
径が上流側絞り要素１の出口内径と同じで、出口内径が
互いに異なる複数の下流側絞り要素２４、２５、２６等で
構成され、上流側絞り要素１に互いに接続、交換ができ
るようにしていることも第一の実施例の場合と同様であ
る。しかし、本実施例においては、第一の実施例とは異
なり、絞り構造を構成するのに円弧が用いられている。
さらに、下流側絞り要素は、図１４に示すように、直線
を使った複数の下流側絞り要素２７，２８，２９によっ
て構成してもよい。また本実施例では、下流側絞り要素
２４，２５，２６，２７，２８，２９の出口部と下流側
管路との接続部で流体はく離を防止するために整流格子
２０２，２４０、２５０，２６０，２７０，２８０，２
９０が下流側絞り要素の出口部にはめこまれ、接着され
ている。

【００６１】本実施例の場合、絞り構造を構成するのに
円弧または直線を用いているために、（１）式、（２）
式の曲線を用いた場合より、絞り内壁面で流体はく離が
発生しやすくなるという欠点を持つが、絞り内壁の加工
が比較的簡単に行えるため、量産に適しているという製
造面での利点を持つ。

【００６２】図１５は、本発明の第五の実施例で、第一
の実施例の整流ダクト２０１を空気流量計測装置に適用
した例である。図示の空気流量計測装置は、気密の容器
６００と、該気密の容器６００をチャンバ６００ａ、チ
ャンバ６００ｂに区画する仕切り壁６００ｃと、該仕切
り壁６００ｃに設置されて前記両チャンバ６００ａ，ｂ
を連通するソニックノズル３００，３０１，３０２と、
該ソニックノズル３００，３０１，３０２のチャンバ６
００ｂ側にそれぞれ接続された電磁弁５００、５０１、
５０２と、容器６００のチャンバ６００ａを形成する壁
面に設けられた開口６００ｄと、該開口６００ｄに装着
され計測対象の空気流量計１００の下流側が接続される
流量計取付け座６００ｅと、該計測対象の空気流量計１
００の上流側に一端を接続される下流側管路２００と、
該下流側管路２００の他端に出口側を接続された整流ダ
クト２０１と、前記チャンバ６００ｂに接続されて該チ
ャンバ６００ｂを減圧する真空ポンプ４００と、前記電
磁弁５００、５０１、５０２の開閉と真空ポンプ４００
の起動・停止を制御するコンピュ−タ７００とを含んで
構成されている。整流ダクト２０１は前記第一の実施例
として説明したものである。図中、白抜きの矢印は空気
流路を示す。

【００６３】上記構成の空気流量計測装置の動作を以下
に説明する。計測開始に先立って計測対象の空気流量計
１００が前記流量計取付け座６００ｅに取り付けられ、
該空気流量計１００の上流側に下流側管路２００の下流
端が接続される。次いで整流ダクト２０１の下流側絞り
要素２の出口側が前記下流側管路２００の上流端に接続
される。まず、コンピュ−タ７００に計測すべき空気流
量が設定され、設定された空気流量を発生するのに必要
な電磁弁が少なくとも１個開かれる。次いでコンピュ−
タ７００により真空ポンプ４００が起動され、チャンバ
６００ｂ内が減圧されて、チャンバ６００ａ内に対して
負圧となる。空気は、整流ダクト２０１を通過して整流
された後、計測対象となる空気流量計１００、チャンバ
６００ａ、ソニックノズル３００、３０１、３０２のう
ちの前記開かれた電磁弁に接続されたものを通過して、
チャンバ６００ｂに流入する。チャンバ６００ａとチャ
ンバ６００ｂは、コンピュ−タ７００により開閉制御さ
れる電磁弁５００、５０１、５０２により仕切られてお
り、このとき、チャンバ６００ｂ内を真空にすることに
よって、ソニックノズル３００、３０１、３０２に通過
流量一定の音速流れが発生する。これにより、整流ダク
ト、空気流量計１００を通過する空気流量は、開かれた
電磁弁の数と組合せによって決まる値となる。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、整流ダクトの整流絞り
（絞り要素）を、上流側絞り要素と該上流側絞り要素の
出口側に接続される交換可能な下流側絞り要素とから構
成したので、径の小さい下流側絞り要素の出口内径を気
体流量計の入り口側内径に合わせ、径の大きい上流側絞
り要素を、整流効果を落さずに出口内径の異なる複数の
下流側絞り要素に対して共通化することが可能となり、
整流ダクトの共通使用範囲が拡大され、かつ、平均製造
コストを低減する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の整流ダクトを主流軸を
通る平面で切った縦断面図である。

【図２】図１のＩ−Ｉ線矢視正面図である。

【図３】本発明の第一の実施例の整流ダクトを構成する
曲線を示す説明図である。

【図４】本発明の第一の実施例を構成する複数の下流側
絞り要素を示す正面図及び縦断面図である。

【図５】本発明の第一の実施例に使用された整流絞り曲
線を示す断面図である。

【図６】従来の整流絞りの適用例を示した縦断面図であ
る。

【図７】従来の整流絞りの適用例を示した縦断面図であ
る。

【図８】従来の整流絞りの適用例を示した縦断面図であ
る。

【図９】本発明の第二の実施例の整流ダクトを主流軸を
通る平面で切って示す縦断面図である。

【図１０】図９のII−II線矢視正面図である。

【図１１】本発明の第三の実施例の整流ダクトを主流軸
を通る平面で切って示す縦断面図である。

【図１２】本発明の第四の実施例の整流ダクトを主流軸
を通る平面で切って示す縦断面図である。

【図１３】本発明の第四の実施例を構成する、複数の下
流側絞り要素の第一の例を示す正面図及び縦断面図であ
る。

【図１４】本発明の第四の実施例を構成する、複数の下
流側絞り要素の第二の例を示す正面図及び縦断面図であ
る。

【図１５】本発明の第五の実施例である空気流量計測装
置を示す断面図である。

【符号の説明】

１上流側絞り要素１ａ絞り入口部１ｂ絞り出口部２下流側絞り要素３助走部４，７ベルマウス５，６，１６，１７整流格子８，１０，１１メッシュ１２フィルタ１３，１４拡大管部１５助走部２０下流側絞り要素３０，３１整流絞り４０，４１下流側管路５０，５１，５２接続部２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２
９下流側絞り要素６０流体はく離１００空気流量計２０２，２４０，２５０，２６０，２７０，２８０，２
９０整流格子３００，３０１，３０２ソニックノズル４００真空ポンプ５００，５０１，５０２電磁弁６００容器６００ａチャンバａ６００ｂチャンバｂ６００ｃ仕切り壁６００ｄ開口６００ｅ流量計取付け座７００コンピュ−タ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮川源幸茨城県勝田市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者鬼川博茨城県勝田市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気体流整流に用いられる整流ダクトを形
成する整流絞りにおいて、該整流絞りが上流側絞り要素
および該上流側絞り要素に着脱可能に接続される下流側
絞り要素により構成され、下流側絞り要素の入口断面形
状と上流側絞り要素の出口断面形状が両者の接続部で一
致し、該接続部は、整流絞りの主流軸を含む平面と整流
絞りの交線の接線と、上記主流軸方向の成す角度θが、
連続的に変化する点または区間に設けられていることを
特徴とする整流絞り。
【請求項２】接続部における角度θが零であることを
特徴とする請求項１に記載の整流絞り。
【請求項３】気体流整流に用いられる整流ダクトを形
成する整流絞りにおいて、絞りの主流軸を含む平面と当
該整流絞りの交線の接線と、上記主流軸方向の成す角度
をθとするとき、該角度θが零でありかつ該角度θが零
である点での主流軸方向の角度θの主流軸方向の変化率
が零である区間を一つ以上含み、この区間の主流軸方向
に垂直な整流絞り断面積が、当該整流絞りの出口断面積
よりも大きいことを特徴とする整流絞り。
【請求項４】角度θは整流絞りの入口部と出口部の間
で連続的に変化しており、整流絞りの入口部およびまた
は出口部において、角度θが零であり、かつ角度θの主
流軸方向の変化率が零であることを特徴とする請求項１
乃至３のいずれかに記載の整流絞り。
【請求項５】角度θが零であり、かつ該角度θが零で
ある点での主流軸方向の角度θの変化率が零である区間
に整流格子が設置されていることを特徴とする請求項３
に記載の整流絞り。
【請求項６】上流側絞り要素と下流側絞り要素の接続
部に整流格子が設置されていることを特徴とする請求項
１，または２，または４に記載の整流絞り。
【請求項７】気体流整流に用いられる整流ダクトを形
成する整流絞りにおいて、該整流絞りが、上流側絞り要
素および該上流側絞り要素の下流側に着脱可能に接続さ
れる下流側絞り要素により構成され、下流側絞り要素の
入口断面形状と上流側絞り要素の出口断面形状が接続部
で一致し、該接続部に整流格子が設置されていることを
特徴とする整流絞り。
【請求項８】整流絞りと、該整流絞りの主流軸を含む
平面との交線が余弦曲線によって構成されていることを
特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の整流絞
り。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれかに記載の整流
絞りと、該整流絞りの上流側絞り要素の上流側に整流格
子を挟んで接続された断面積一定の助走部と、該助走部
の上流側に接続された抵抗体とを含んで構成されている
整流ダクト。
【請求項１０】請求項１乃至８のいずれかに記載の整
流絞りと、該整流絞りの上流側絞り要素の上流側に整流
格子を挟んで接続された抵抗体と、該抵抗体の上流側に
接続された絞りとを含んで構成されている整流ダクト。
【請求項１１】請求項１乃至８のいずれかに記載の整
流絞りと、該整流絞りの上流側絞り要素の上流側に整流
格子を挟んで接続された抵抗体と、該抵抗体の上流側に
接続されその通路断面積が下流方向に増大する管路とを
含んで構成されている整流ダクト。
【請求項１２】上記助走部上流側に、その通路断面積
が下流方向に増大する管路が接続されていることを特徴
とする請求項９に記載の整流ダクト。
【請求項１３】抵抗体が塵埃除去フィルタであること
を特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の整流
ダクト。
【請求項１４】抵抗体が上流側メッシュと下流側メッ
シュにより挟まれた塵埃除去フィルタであり、上流側メ
ッシュの心線の太さが下流側メッシュの心線の太さより
大きくないことを特徴とする請求項９乃至１２のいずれ
かに記載の整流ダクト。
【請求項１５】請求項１乃至８のいずれかに記載の整
流絞りまたは請求項９乃至１４のいずれかに記載の整流
ダクトと、該整流絞りまたは整流ダクトの下流側に、断
面積一定の直管部である下流側管路を挟んで接続された
気体流量計とを含んで構成された気体流量計測手段。
【請求項１６】すくなくとも２つの区画を有する気体
チャンバと、該２つの区画を連通するすくなくとも一つ
のソニックノズルと、前記２つの区画の一方にその入り
口側を接続された真空ポンプと、前記２つの区画の他方
に設けられた開口と、該開口に気密に固着された気体流
量計取付け座と、該気体流量計取付け座に気密にかつ着
脱可能に結合される請求項１５に記載の気体流量計測手
段とを含んで構成された気体流量計測装置。