JPH0799340B2 - フルイデイツク流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、管路縮小部、噴出ノズル及び管路拡大部をそ
の順に流動方向に連ねて形成し、前記噴出ノズルと管路
拡大部の境界部に、一対の制御ノズルを、前記噴出ノズ
ルの噴出方向に対してほぼ直角方向に向かって、かつ、
相対向して形成し、前記両制御ノズル夫々と前記管路拡
大部の下流側を接続する一対の帰還流路を形成した測定
部、つまり、管路縮小部に連なる噴出ノズルからの噴流
が管路拡大部の一方の傾斜面に沿う状態で安定する現象
を利用すると共に、制御ノズルから交互に流体を吹出す
ことにより噴射ノズルからの噴流が管路拡大部の両傾斜
面を交互に沿って流れる現象を利用して、その噴出ノズ
ルからの噴流の流動方向変化に起因する流体振動数変化
に基づいて流量を測定するように構成した測定部の２個
を直列に接続し、それら測定部のうち第１のものの前記
噴出ノズルを第２のものの前記噴出ノズルよりも小開口
面積に形成し、前記第１の測定部を迂回するバイパス流
路を前記第２の測定部に接続し、そのバイパス流路に、
大流量時に開きかつ小流量時に閉じる自動開閉弁を設け
てあるフルイデイック流量計に関する。

〔従来の技術〕

上記流量計は、大巾な流量変化にかかわらず、常に精度
良く流量測定できるものとして、特願昭60−66345号や
特願昭60−160820号で先に提案したものであり、例えば
第６図に示すように構成していた。

つまり、流量が零から徐々に増大した場合、初めは差圧
（P₁−P₂）が小さいために弁体（44）はスプリング（4
5）で全閉状態になり、流体は第２の測定部（Ｂ）から
第１の測定部（Ａ）に流れ、第１の測定部（Ａ）におい
て噴出ノズルからの噴出流体の流動方向変化が帰還流路
の圧力又は流量変化検出用センサーで検出され、そのセ
ンサーからの情報に基づいて流量が演算表示されるよう
に構成してある。そして、差圧（P₁−P₂）が設定値以上
になると、弁体（44）が開かれ、第２の測定部（Ｂ）に
おいて噴出ノズルから噴出流体の流動方向変化が帰還流
路の圧力又は流量検出用センサーで検出され、そのセン
サーからの情報に基づいて流量が演算表示されるように
構成してある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、センサーからの情報に基づいて精度良く流量測
定できる範囲は10〜3,000/h程度であり、10/h未満
の微小流量の計測は正確には不可能であった。したがっ
て、種火から最大流量までカバーするために３〜3,000
/hの正確な計測を要求される家庭用ガスメータとして
も未だ不十分であり、また、流体輸送停止時に流量計の
下流側で３/h程度以下の流量で漏洩が生じたとして
も、流量測定用センサーからの情報によって漏洩を検知
することは不可能であった。

本発明の目的は、流量測定用センサーからの情報に基づ
いて微小流量を正確に測定できるようにする点にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の特徴構成は、直列接続された測定部のうち噴出
ノズルの小さい第１の測定部の入口に、低差圧作動型の
開閉弁を設け、その開閉弁を形成するに、ケース内を２
分割するダイヤフラムを設けて、上流側圧力室、及び、
前記第１の測定部に接続した下流側圧力室を前記ケース
内に形成し、前記ダイヤフラムを前記上流側圧力室側に
付勢する第１スプリングを設け、前記上流側及び下流側
圧力室どうしを連通する弁座を前記ダイヤフラムに取付
け、前記弁座の開口を開閉する弁体を前記弁座の上流側
に配置し、前記弁体を前記弁座に対して接触させると共
に追従移動させる第２スプリングを設け、前記上流側圧
力室より下流側圧力室が設定値以上低圧になると前記弁
体の前記弁座に対する追従移動を阻止する開弁用ストッ
パーを設けたことにあり、その作用効果は次の通りであ
る。

〔作 用〕

第１図と第４図に示すように、第１の測定部（Ａ）に対
するバイパス流路（15）の自動開閉弁（Ｃ）が閉じた小
流量時又は流体供給停止時には、第１の測定部（Ａ）に
設けた低差圧作動型の開閉弁（Ｄ）において、上流側圧
力室（33）よりも下流側圧力室（35）が低圧になるに伴
って、ダイヤフラム（29）が第１スプリング（37）に抗
して下流側圧力室（35）の方に移動し、第２スプリング
（39）により弁体（38）がダイヤフラム（29）に取付け
た弁座（36）に対してそれを閉じたまま追従移動し、上
流側圧力室（33）よりも下流側圧力室（35）が設定値以
上低圧になると、開弁用ストッパー（40）の作用で弁体
（38）の移動が阻止され、その後のダイヤフラム（29）
と弁座（36）の移動に伴って弁座（36）の開口が開か
れ、上流側圧力室（33）からの流体が下流側圧力室（3
5）から第１の測定部（Ａ）に供給される。

そして、上流側圧力室（33）から下流側圧力室（35）へ
の流体流入に伴って瞬間的に下流側圧力室（35）の圧力
が上昇し、第１図に示すように、第１スプリング（37）
の作用でダイヤフラム（29）と弁座（36）が上流側圧力
室（33）の方に移動し、弁座（36）が弁体（38）で閉じ
られ、弁体（38）も第２スプリング（39）に抗して弁座
（36）により移動され、第１の測定部（Ａ）への流体供
給が断たれる。

そして、第１の測定部（Ａ）の下流側での流体流出に伴
って再び上流側圧力室（33）よりも下流側圧力室（35）
が低圧になって、上述の低差圧作動型の開閉弁（Ｄ）の
開弁と閉弁が行われ、第５図に実線で示すように間歇的
にかつ短時間（Δｔ）で第１の測定部（Ａ）に流体が供
給される。

したがって、同一の微小流量であっても、第５図の点線
で示すように連続的に流量（Q₁）で第１の測定部（Ａ）
に流体を供給する従来技術に比して、本発明によれば見
掛け上の流量（Q₂）が極めて大きくなり、従来技術では
正確な測定が不可能であった10/h以下の微小流量を正
確に測定できるようになった。

〔発明の効果〕

その結果、３〜3,000/hの正確な測定が必要な家庭用
ガスメータとしても実用でき、また、３/h以下の正確
な測定が必要な漏洩検知を、フルイデイック流量計を有
効利用した、特別な漏洩検出手段を別途設けるに比し
て、十分に簡単かつ安価な設備でもって実施できるよう
になった。

〔実施例〕

次に、第１図ないし第４図により実施例を示す。

第１図及び第２図に示すように、管（１）内の下流側に
隔壁（９）によって、開口面積が小さい小流路（13）
と、開口面積が大きいバイパス流路（15）とを区画形成
し、小流路（13）に後述の第１の測定部（Ａ）を設け、
小流路（13）とバイパス流路（15）の上流側に後述の第
２の測定部（Ｂ）を設け、バイパス流路（15）を開閉す
るダイヤフラム式ガバナ弁（Ｃ）を設けてある。

前記測定部（Ａ），（Ｂ）は、同様の構成であって、以
下のように構成してある。

管路縮小部（２）及び噴出ノズル（３）を形成する一対
の第１流路形成部材（4a），（4b）を、中心軸芯に対し
て対称的に配置し、管路縮小部（２）の作用で噴出ノズ
ル（３）に流体を円滑に導くと共に、噴出ノズル（３）
から中心軸芯とほぼ平行に流体を噴出するように構成
し、そして、管路拡大部（５）、一対の制御ノズル（6
a），（6b）、及び、管路拡大部（５）の下流側と制御
ノズル（6a），（6b）を各別に連通する一対の帰還流路
（7a），（7b）を形成する一対の隔壁（8a），（8b）
を、中心軸芯に対して対称的に配置し、一対の制御ノズ
ル（6a），（6b）を、噴出ノズル（３）と管路拡大部
（５）の間において、噴出ノズル（３）の噴出方向に対
してほぼ直角方向に向かわせると共に相対向させ、一対
の排出路（16a），（16b）を形成する隔壁（17）を、管
路拡大部（５）の下流側を遮断する状態で設け、両排出
路（16a），（16b）を両帰還流路（7a），（7b）の入口
側に各別に連通させてある。

つまり、噴出ノズル（３）からの流体噴出が開始される
と、コアンダ効果によって噴出流体は一方の隔壁（8a）
に沿って流れ、そのためにその隔壁（8a）側に位置する
制御ノズル（6a）に帰還流路（7a）から大きな流体エネ
ルギーが付与されて、噴出流体が反対側の隔壁（8b）に
沿って流れるようになり、今度は反対側の制御ノズル
（6b）からの流体エネルギーによって噴出流体が初めに
沿った隔壁（8a）に再び沿って流れるようになり、この
ようにして、噴出ノズル（３）からの流体が隔壁（8
a），（8b）に対して交互に沿うように構成し、もっ
て、噴出流体量が増大する程短周期で、かつ、定量的相
関のある状態で噴出流動方向が変化するように構成して
ある。

管路拡大部（５）の下流側にターゲット（14）を設け
て、噴出流体の流動方向変化が一層安定化するように構
成してある。

前記第１の測定部（Ａ）の噴出ノズル（３）の開口面積
が、前記第２の測定部（Ｂ）の噴出ノズル（３）の開口
面積よりも、例えば1/28というように小になっており、
流量と噴出流体流動方向変化頻度の相関が、小流量範囲
では第１の測定部（Ａ）において精度良好に、かつ、大
流量範囲では第２の測定部（Ｂ）において精度良好にな
るように構成してある。

両帰還流路（7a），（7b）の入口の反転流動部に各別に
連通させたパイプ（18a），（18b）を、管（１）内に配
置した密閉ケース（19）に接続し、密閉ケース（19）内
に圧力センサー（20）を両パイプ（18a），（18b）から
の流体圧が互に逆向きに作用するように取付け、両セン
サー（10）からの情報に基づいて、圧力変化の振動数か
ら流量を算出して表示する流量表示装置（11）を設け、
もって、帰還型フルイデイック流量計を構成してある。

前記ガバナ弁（Ｃ）は、上流側圧力（P₁）と下流側圧力
（P₂）の差圧（P₁−P₂）が設定以上の時だけ開くよう
に、以下のように構成してある。

第１図に示すように、バイパス流路（15）に設けた弁座
（20）の下流側でケース（Ｘ）内を２分割する第１のダ
イヤフラム（21）を設けて、第２の測定部（Ｂ）の上流
側に通路（22）で連通する第１圧力室（23）と、弁座
（20）の下流側流路と兼用の第２圧力室（24）をケース
（Ｘ）内に形成し、弁座（20）の開口を開閉する弁体
（25）を弁座（20）の上流側に配置し、弁体（25）に付
設したロッド（26）に被押圧板（27）を取付け、被押圧
部材（27）と弁座（20）の間に、弁体（25）を閉弁する
ように付勢するスプリング（28）を設け、被押圧部材
（27）を第１のダイヤフラム（21）に対して接近配置し
てある。

つまり、第３図に示すように、大流量時には第２圧力室
（24）の圧力（P₂）が低下して、第１圧力室（23）と第
２圧力室（24）の差圧（P₁−P₂）が設定以上になると、
第１のダイヤフラム（21）によって被押圧部材（27）が
スプリング（28）に抗して押圧移動されて、弁体（25）
が開かれ、また、第１図及び第４図に示すように、小流
量時や流体供給停止時には第１圧力室（23）と第２圧力
室（24）の差圧（P₁−P₂）が小さくなって、スプリング
（28）によって弁体（25）が閉じられるように構成して
ある。

第１図に示すように、第１の測定部（Ａ）の入口に低差
圧作動型の開閉弁（Ｄ）を設け、開閉弁（Ｄ）の上流側
圧力より下流側圧力が設定値（例えば10mm H₂O程度以
下）以上低くなった時にだけ開弁するように、開閉弁
（Ｄ）を以下のように構成してある。

ケース（Ｙ）内を２分割する第２のダイヤフラム（29）
を設けて、流路（20）により第２の測定部（Ｂ）の下流
側に接続した上流側圧力室（33）、及び、流路（34）に
より第１の測定部（Ａ）に接続した下流側圧力室（35）
をケース（Ｙ）内に形成し、上流側及び下流側圧力室
（33），（35）どうしを連通する弁座（36）を第２のダ
イヤフラム（29）に取付け、ケース（Ｙ）と第２のダイ
ヤフラム（29）の間に、第２のダイヤフラム（29）を上
流側圧力室（33）側に付勢する第１スプリング（37）を
設け、弁座（36）の開口を開閉する弁体（38）を弁座
（36）の上流側に配置し、弁体（38）とケース（Ｙ）の
間に、弁体（38）を弁座（36）に対して接触させると共
に追従移動させる第２スプリング（39）を設け、上流側
圧力室（33）より下流側圧力室（35）が設定以上低圧に
なると、弁体（38）の弁座（36）に対する下流側圧力室
（35）の方への追従移動を阻止する開弁用ストッパー
（40）をケース（Ｙ）に取付けてある。

つまり、第４図に示すように、バイパス流路（15）のガ
バナ弁（Ｃ）が閉じた時、上流側圧力室（33）よりも下
流側圧力室（35）が低圧になると、第１スプリング（3
7）に抗して第２のダイヤフラム（29）が下流側圧力室
（35）の方に移動し、第２スプリング（39）によって弁
座（36）に対して弁体（38）が追従移動し、上流側圧力
室（33）よりも下流側圧力室（35）が設定値以上低圧に
なると、開弁用ストッパー（40）との当たりで弁体（3
8）の移動が阻止されて、弁座（36）の開口が開かれ、
上流側圧力室（33）の流体が下流側圧力室（35）から第
１の測定部（Ａ）に送られるように構成してある。

そして、上流側圧力室（33）から下流側圧力室（35）へ
の流体流入にともなって瞬間的に下流側圧力室（35）の
圧力が上昇して、第１図に示すように、第１スプリング
（37）によって第２のダイヤフラム（29）と弁座（36）
が上流側圧力室（33）の方に移動し、弁座（36）が弁体
（38）で閉じられ、第１の測定部（Ａ）への流体供給が
断たれるように構成し、もって、第５図に実線でしめす
ように、間歇的に短時間（Δｔ）でかつ見掛け流量
（Q₂）の大きい状態で第１の測定部（Ａ）に流体が供給
され、微小流量を第１の測定部（Ａ）で正確に測定でき
るようにしてある。

前記流量表示装置（11）は、第２の測定部（Ｂ）のセン
サー（10）からの第１情報における振動数が設定以下で
あるか否かを判定する手段（11a）、その判定手段（11
a）からの指示によって、第１情報の振動数が設定以下
の時に第１の測定部（Ａ）のセンサー（10）からの第２
情報に基づいて、かつ、第１情報の振動数が設定値を超
える時にその第１情報に基づいて、流量を演算する手段
（11b）、並びに、算出流量を表示する手段（11c）を備
え、例えば３/h以下〜3,000/hもの広範囲において
差圧15mm H₂O以下に抑えながら正確な測定を行えるよう
にしてある。

また、上記測定手段（11a）での設定振動数を、第１情
報における最小振動数とガバナ弁（Ｃ）の開弁時に相当
する振動数のほぼ中間値に設定し、第１情報による流量
測定を、流量と振動数の相関におけるリニヤリティ劣化
による誤差が無いか又は極めて少なくなる状態で行える
ように、かつ、ガバナ弁（Ｃ）の開弁による測定誤差を
生じないように構成してある。すなわち、ガバナ弁
（Ｃ）が開弁する以前から第１情報によって流量を演算
し、また逆に、ガバナ弁（Ｃ）が閉弁する時には、開弁
の振動数と第１情報の最低振動数の中間振動数以下にな
ると、第２情報で流量を演算するようにしてある。

開閉弁（Ｄ）の第２のダイヤフラム（29）の移動に伴っ
て操作されるタイマースイッチ（41）をケース（Ｙ）に
取付け、流量表示装置（11）の電源スイッチを操作する
タイマー（43）にタイマースイッチ（41）を接続し、タ
イマースイッチ（41）が第２のダイヤフラム（29）の離
間により入り操作され、タイマースイッチ（41）が入り
操作される毎にタイマー（43）により電源スイッチが設
定時間入り状態に維持され、もって、流体供給時には流
量表示装置（11）の電源スイッチが入り状態に保たれて
計量が行われるように、かつ、流体供給停止時には流量
表示装置（11）の電源回路が切れて節電が図れるように
構成してある。

〔別実施例〕

次に別の実施例を説明する。

ガバナ弁（Ｃ）に代えて、演算手段（11b）からの情報
に基づいて大流量時に開かれかつ小流量時に閉じられる
電磁弁を設けてもよく、それらを自動開閉弁（Ｃ）と総
称する。

２個の測定部（Ａ），（Ｂ）を直列に接続するに、噴出
ノズル（３）の小さい第１の測定部（Ａ）を、噴出ノズ
ル（３）の大きい第２の測定部（Ｂ）より上流側に配置
してもよい。

センサー（10）の検出方式や構成、設置個数等は自由に
変更でき、例えば一方の帰還流路（7a）又は（7b）に圧
力又は流量検出用センサー（10）を設けてもよい。ま
た、流量を検出表示する装置（11）も各種変更自在であ
る。

流量計は、主として燃料ガスや水道等において工業用や
家庭用に利用するが、その用途に特定されるものでな
い。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造
に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の実施例を示し、第１図は
全体断面図、第２図は第１図のII−II線断面図、第３図
及び第４図は動作状態を示す断面図、第５図は、流量変
化を示すグラフである。第６図は従来例の断面図であ
る。 （２）……管路縮小部、（３）……噴出ノズル、（５）
……管路拡大部、（6a），（6b）……制御ノズル、（7
a），（7b）……帰還流路、（15）……バイパス流路、
（29）……ダイヤフラム、（33）……上流側圧力室、
（35）……下流側圧力室、（36）……弁座、（37）……
第１スプリング、（38）……弁体、（39）……第２スプ
リング、（40）……開弁用ストッパー、（Ａ）……第１
の測定部、（Ｂ）……第２の測定部、（Ｃ）……自動開
閉弁、（Ｄ）……低差圧作動型の開閉弁、（Ｙ）……ケ
ース。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】管路縮小部（２）、噴出ノズル（３）及び
   管路拡大部（５）をその順に流動方向に連ねて形成し、
   前記噴出ノズル（３）と管路拡大部（５）の境界部に、
   一対の制御ノズル（6a），（6b）を、前記噴出ノズル
   （３）の噴出方向に対してほぼ直角方向に向かって、か
   つ、相対向して形成し、前記両制御ノズル（6a），（6
   b）夫々と前記管路拡大部（５）の下流側を接続する一
   対の帰還流路（7a），（7b）を形成した測定部（Ａ），
   （Ｂ）の２個を直列に接続し、それら測定部のうち第１
   のもの（Ａ）の前記噴出ノズル（３）を第２のもの
   （Ｂ）の前記噴出ノズル（３）よりも小開口面積に形成
   し、前記第１の測定部（Ａ）を迂回するバイパス流路
   （15）を前記第２の測定部（Ｂ）に接続し、そのバイパ
   ス流路（15）に、大流量時に開きかつ小流量時に閉じる
   自動開閉弁（Ｃ）を設けてある帰還型フルイデイック流
   量計であって、前記第１の測定部（Ａ）の入口に低差圧
   作動型の開閉弁（Ｄ）を設け、その開閉弁（Ｄ）を形成
   するに、ケース（Ｙ）内を２分割するダイヤフラム（2
   9）を設けて、上流側圧力室（33）、及び、前記第１の
   測定部（Ａ）に接続した下流側圧力室（35）を前記ケー
   ス（Ｙ）内に形成し、前記ダイヤフラム（29）を前記上
   流側圧力室（33）側に付勢する第１スプリング（37）を
   設け、前記上流側及び下流側圧力室（33），（35）どう
   しを連通する弁座（36）を前記ダイヤフラム（29）に取
   付け、前記弁座（36）の開口を開閉する弁体（38）を前
   記弁座（36）の上流側に配置し、前記弁体（38）を前記
   弁座（36）に対して接触させると共に追従移動させる第
   ２スプリング（39）を設け、前記上流側圧力室（33）よ
   り下流側圧力室（35）が設定値以上低圧になると前記弁
   体（38）の前記弁座（36）に対する追従移動を阻止する
   開弁用ストッパー（40）を設けてあるフルイデイック流
   量計。