JPS5877621A - 流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流量計に関する。

本発明によれば、流体の流量を計測するためのメーター
は、皺流体のための入口と出口；流体が入口から出口へ
通過する際にその表面に沿って流れる該入口と出口の中
間にある第１の表面；該第１の表面を第２の表面につな
げている温度ブリッジ；該第１表面と第２表面の間の温
度差を維持するために該第２表面と連合している手段；
該ブリッジの比較的伝導性のよい部分の中間点の温度に
感応するようにした温度測定装置；及び第１表面に？８
って流れる流体の温度と第２表面の温度を夫々計測する
温度測定装置；とよシ壜シ、該温度ブリッジは該第１表
面に温度的につ擾がっている軌伝導性の比較的良好な部
分とその比較的熱伝導性の良好な部分と第２表面の間の
熱伝導性の比較的悪い部分を有シ、；該温度ブリッジは
熱の流れが温度ブリッジによって形成される該第１及び
第２表面の間の通路に効果的に制限されるように絶縁さ
れている。

流体が第１表面に沿って流れるときに、流体と表面の間
の粘性のある動きが境界層を作る。

境界層の厚さは流体の速度によって決まシ、境界は流体
の速度が増すＫつれてよシ薄くなる。

この境界層は第１表面と大部分の流体の間の熱絶縁層と
して作用し、絶縁の程度社境界層の厚さ、ひいては流体
の速さによって決まる。第１表面の熱の流れに対するこ
の可変抵抗は温度ブリッジの熱の流れに影響しそしてそ
の結果その温度ブリッジの中間点の温度に影響を与える
、流体の流量に対する中間点（′Ｔｈｌ１）と第２表面
（Ｔｅ）の間の温度降下と第１表面（Ｔｈ）　Ｋ　Ｇつ
て流れる流体と中間点（Ｔ−）の間の温度降下との比（
即ちの好適な曲線を描く、シかし、例えば３：贋のよう
な他の比率をこの目的に用いることができるであろう。

温度ブリッジの伝熱性が比較的よい部分は伝熱性の比較
的悪い部分のそれよシも少壜くとも１０倍の伝導率を有
するのが好ましい、これは適当な伝導率をもつ素材を選
ぶことによって及び／又はその部分の大きさを調節する
ことによって達成することができる。例えば、比較的伝
導性の悪い部分は熱絶縁材の比較的薄い層から作るか、
さもなければブリッジを均質な構造にして比較的伝熱性
の悪い部分の巾を狭くしてもよい。

第１表面に沿りて流れる流体の温度が変化するところで
は、第２表面を流体の温度が運転範囲を超えた一定の温
度に保つことができるとしても、第２表面の温度を変化
させるようにすると都合がよい。

第２表面の温度は＃２次流体流れでもりて第１表面の温
度と異なる温度に保つことができる。

この型のメーターは１１１ｔＫ例えば流体がある温度で
供給されて温度が変って戻される暖房システムのような
閉鎖システムに用いるのに適している。その場合に祉メ
ーターはシステムを通って流れ為流体の流量を測るのに
用いられ、必要な温度差を作るために入ってくる流体轄
第１表面に沿って流れるよう、一方出ていく流体は第２
表面Ｋａって流れるようにされている。そのような装置
では流量計は熱量計として機能するように作ることがで
き、システムで使われる温度は、流量と適当なプロセッ
サによって計算されることのできるシステムからの入口
の温度と出口の温度の差の関数である。流体の２次流れ
が第２表面を第１表面と違った温度に維持するために用
いられる場合には、この表面に境界層の絶縁効果を解消
するための手段を設けなければならない。２次流体が沿
って流れ、熱が伝わるように第２表面と接触している大
きな表面域をもつ熱絶縁性の本体を設けることによって
第２表面は実質的に２次流体流れの温度に保たれること
ができ、２次流体流れの速さが変るために感知できる温
度変化が起こることはない。

図面を参照して本発明を説明する。

第１図に概略的に示す流量計は真直ぐな流路１２によっ
て相互に連結されている入口１０と出口１１とを有し、
この流路はナイロンのワッシャ１３と銅のワッシャ１４
を交互に並べた筒の内径によって形成されている。それ
らのワッシャはナイロンのハウジング丁５の中にまとめ
て締めつけられている。ナイロンのさや１６がワッシャ
１３．１４の外径を取巻いておシ、銅のさや１７がその
ナイロンのさや１６を取巻いている。ワッシャ１３，１
４の筒は入口１９と出口２０の設けられて込る流体の漏
れない室１８によって取シ囲まれている。室１８は銅の
バッフル２１によって２つに分けられておシ、穴２２が
入口１９と出口２０から離れた地点でバッフル２１を貫
通して設けられており、それによって、入口１９から出
口２０へ室１８を通り過ぎる流体はワッシャ１３．１４
の筒の外径の回）を流れるであろう。

温度測定装置、例えば熱電対２７がワッシャ１３．１４
の筒の中央の銅のワッシャ２３の内径と外径の中間の位
置に設けられている。さらに別の温度測定装置（図示せ
ず）が入口１ｏ及び１９のところに設けられて訃り、そ
れによって銅のワッシャ２３の中間点（−）と入口１９
（Ｔ＠）の温度の差と入口１０　（Ｔｈ）と中間点（−
）の温度差が測定できる。

上記のメーターは閉鎖システム、例えば熱い流体がシス
テムの中に流入し比較的冷たい流体がシステムから戻さ
れる暖房システムにつががれている。システムへの入口
バイブ２５はメーターの入口１０と出口１１を横切りて
つながっておシ、入口バイブ２５と入口１０及び出口１
１とのつなぎはナイロンのような熱絶縁材で作られてお
シ、その結果熱はパイプ２５をったりてナイロンと銅の
ワッシャ１！１．１４の筒に伝わることはないであろう
、システムからの戻りパイプ２６は室１８の入口１９と
出口２０を横切りてつながっている。仁の方法では、閉
鎖システムに入ってくる熱い流体はナイロンと銅のワッ
シャ１３．１４及び銅のワッシャ２３の簡の内径に沿っ
て流路１２を流れるであろう。

そして閉鎖システムから出る比較的冷たい流体はワッシ
ャ１５．１４及び銅のワッシャ２３の筒の外径を取巻く
室１８を通るであろう。システムは閉じているので入っ
てくる流体の流量は出ていく流体の流量に等しいであろ
う。

運転のときｋは、ワッシャ１５．１４の筒の内側の表面
は熱い流体で暖められ、外側の表面は比較的冷たい流体
によって冷され、それＫよっテワツシャ１３　’、　１
　’４及び銅ワッシャ２３の簡の両面は異った温度に保
たれる。銅のワッシャ２３０両側の銅のワッシャ１４は
真中の銅のワッシャ２３と似た温度勾配に保たれ保護環
として４１！能し、剣のワッシャ２５を流れる熱の流れ
が放射状に流れ、その結果その内側表面と外側表面の間
の温度勾配がスムースになるのを確実にするであろう。

その結果としてワッシャ２３の内側表面と外側表面の中
間である温度（−）は内側表面と外側表面の温度とワッ
シャ２３における温度勾配の関数であろう。

流体力ワッシャ１３　、　（−４と銅のワッシャ２３、
め内側表面にｆＢつて流れるので境界層ができ、境界層
の厚さは流体の速さの関数である。

この境界層は流体の大部分とワッシャ２３の内側の表面
の間に絶縁層を作シ、その結果ワッシャ２３のこの表面
の温度は流体の大部分の温度（テｈ）よシ４低くなるで
あろう。それ故に流体とワッシャ２３の表面の温度差で
境界層の厚さがわかり、その結果流体の速さがわかる。

鋼のワッシャ２３の内側表面と外側表面の中間の温度（
’ｌ１ｍ）はワッシャ２３の内側表面と共に変化するの
で、これは又内側表面に沿って流れる流体の速度によっ
て変化するであろう。屓＝罹対流体の流量のプロット紘
第２図に示すような曲線になシ、流量計の目盛りを決め
るのに使用できる。

ワッシャ１Ｓ、１４．２５の筒の回シのナイロンのさや
１６は銅のワッシャ２３の温度差を減らし、それによっ
て鋼のワッシャ２３の内側表面の温度の変化に関して銅
のワッシャ２３の内径と外径の中間の温度（−）の感度
を増し、そしてメーターの感度を増す。上記の装置では
ナイロンのさや１６とワッシャ２３０回りの銅のさや１
７の外側表面の温度は室１８を通って流れる流体の温度
に等しい筈である。流体がワッシャ２３の内側の表面に
沿って流れるので、境界層が室１８を通って流れる流体
と銅のさや１７の間に存在するであろう。しかし、比較
的表面域が大きく銅のさや１７と室１８を通って流れる
流体と熱接触している銅のバッファ２１の間の熱伝達は
銅のさや１７が室１８を通って流れる流体と実質的に同
じ温度に保たれ、流量の変化に伴がう温度の感知可能な
変化がないことを確実にする。この機能は必らずしもバ
ッフル２１によって行なわれる必要はなくて、２次流体
流れにさらされておシ、温度ブリッジの外側の表面と熱
接触している表面域の大きなそして熱伝導性のよいもの
でできたどんな本体によっても達成される。例えば銅の
さや１７には熱交換用のひれを設けてもよい。

第２図に示す目盛測定曲線と適当な電子プロセス回路を
使うととＫよって、メーターは流体の流量を読み取れる
ようにすることができる。

そうでなければ、閉鎖回路によって供給される熱は流量
と入口及びシステムからのもどシの温度差（Ｔｈ　−Ｔ
ｅ　）　　Ｋ比例するので電子回路構成要素がシステム
によって消費される熱を読み取ることができるようにす
ることができる。

第３図に示す別の態様では、温度ブリッジは銅ノワツシ
ャ２３を有し、そのワッシャの内側の表面は入口１０か
ら出口１１へ流れる流体にさらされているステンレスス
ティールのワッシャ３０が銅のワッシャ２３の回シにプ
レスばめされている。銅／ステンレススティールの組立
ワッシャ２５．５０は、上記のよう外方法でバッフル２
１がステンレススティールのワッシャ３０の外側表面と
熱接触しておシ、その表面を室１８を通って流れる流体
の温度Ｔ＠に保つように室１８の中に設けられている。

入口１０と出口１１の間に通路を形成するためにそして
又熱が銅／ステンレススティールの組立ワッシャ２５、
３０を確実に放射状に流れるようにするために１銅のワ
ッシャ２３０六に対応する大のある絶縁材でできた２つ
のブロック３１が、銅／ステンレススティールの組立ワ
ッシャの両側に位置決めされている。温度測定装置２７
が第１図について記述したように、銅のワッシャ２３に
接続されている。

この態様の温度ブリッジは第１図に関して記述したブリ
ッジと全く同じように機能する。ステンレススティール
のワッシャ３０は比較的熱伝導性の悪い部分を形成して
銅のワッシャ２３の温度差を少なくしそれによって、第
１図について記したさや１６と同じように中間の温度−
の感度を増す、更に別の態様では、温度ブリッジを同じ
ような構造のものＫＬ、外側の部分の断面を減らすこと
によってその部分を比較的伝導性の悪い部分とすること
ができる。第３図に示す態様における厚い絶縁ブロック
を使えば第１図について記述した保護環１４は必要では
ない。

メーターの感度は第１表面と温度ブリッジの間のシャン
トの中間の温度シを測ることによつて更に高めることが
できる。これは第４図について説明し九仕方で行うこと
ができる。この態様では温度ブリッジは黄銅製の主リン
グ４０を有する。該リング４０には内側部分４１があシ
その部分の内側の表面は入口１０から出口１１へ流れる
流体にさらされている。リング４０の内側部分４１はブ
リッジの°比較的伝導性の悪い部分を形成する比較的薄
い中央部４２によって外側部分４３とつながっている。

主リング４０は上記した理由によシ、バッフル２１が外
側部分４３と熱接触するように室１８の中に設けられて
いる。

鋼製の副リング４本は主リング４０と同軸にしかし主リ
ングから出口方向に離れて位置決めされている。仁の副
リング４４の内側表面は又入口１０から出口１１へ流れ
る流体にさらされている。副リング４４は薄い黄銅のス
リーブ４５によって主リング４０の内側部分４１につな
がっている。この黄銅スリーブ４５杜絶縁スリーブ４６
によって入口１０から出口１１へ流れる流体から隔離さ
れている。温度測定装置４７が副リング４４の１点に設
けられている。

主リング及び副リング４０．４４は、リング４０．４４
の内側表面を通る入口１ｏがら出口１１へ通じる通路を
形成し、又熱が中央部４２を通って主リング４０の内側
表面と外側表面の間を確実に流れ又スリーブ４５と中央
部４２を通って副リング４４の内側表面と主リング４゜
の外側表面の間を確実に流れるのに役立つ絶縁７ｔｙツ
ク４８によって取シ巻かれている。

との態様においては、主リング４ｏと副リング４４０両
方の内側表面は境界層状態に置かれており、その結果そ
れらの表面を伝わっていく熱はそれらの領域と流体の流
量の関数であろう。

主リングの内側表面を横切る熱は第１図及び第３図にお
いて述べたブリッジにおけると同じように主リング４０
の温度勾配を上げるであろう。

流量の変化で生じる該表面の熱伝達の変化は主リング４
０の内側部分４１におけるスリーブ４５とつながってい
る点での温度を変化させるであろう。副リング４４とス
リーブ４５によって副リング４４の内側表面と主リング
４０の内側部４１の間に形成されるシャントは流量の変
化と共に各端で変化する温度差ができるであろう。その
結果、温度測定装置４７によって副リング４４において
測られる中間の温度へはリング４０と４４の内側表面Ｋ
ａって流れる流体の流量の２次の関数であろう、このよ
うＫして達成された感度の向上は入口１０から出口１１
へ流れる流体にさらされている主リング４０と副リング
４４の表面域を変化させることによって調節することが
できる。このような方法でメーターの運転範囲を越える
感度は改善され特に流量の多いときに信号が−ばいＫな
るのをメーターの作動範囲Ｋまで減らすことができる。

本発明の範囲内でいろいろな修正を上記の態様に加える
ことができ□る０例えば、代シの熱伝導性のそして熱絶
縁性の素材を色々な構成要素に使用することができる。

流体の流れＫさらされている構成要素の表面は、必要な
とζろを熱伝導性で耐食性の素材の薄い層でコートして
もよい０代わシに、素材の適当な組合せを選択するとと
Ｋよ−て構晟要素自体を耐食性の素材で作ることもでき
る。

本発明のメーターの運転範囲即ち運転性能は大杯すら出
口１１へ流れる流体にさらされてＩへる表面の表面域に
依存している。メーターべその結果特定の目的のために
、その表面域を変えるととＫよって１例えばワッシャ２
３の厚さあるいは内径を変えることだけで設計できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による流量計の断面図、第２図は第１図
に示す流量計の目盛測定曲線を示し第５図は第１図に示
す態様に使用する温度ブリッジの変形のブリッジの断面
図であり、第４図はさらに別の形のブリッジの断面図で
ある。 １０、１９　−・・・・・・・・−・−・入口１’１．
２０−’−・・・−・・・・・−・出口１６、１”７．
２５　　・・・・・・・・・温度ブリッジ１３、１４．
２３　　・・・・・・・・・ワツシャ工 Ｅ１６３ 手　続　補　正　書（方式・自発） 昭和５７年１２月Ｉゾ日 特許庁長官若杉和夫殿 を事件の表示　　特願昭５７−１６５１５５２発明の名
称　　流　量　計 ３、特許出願人 ジョシュア　スウイザンパンク　ディピッド　ショー　
ティラー４、代理人 住　所　　東京都千代田区丸の内３丁目３番１号新東京
ビル２４１区 有限会社ウンピン・エンド・カンパニー内５、補正の対
象 図　　　面 ６補正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｔ　流体のための入口（１０）及び出口（１１）　；流
   体が入口（１０）から出口（１１）へ通過する際にその
   表面に沿って流れる該入口（１のと出口（１１）の中間
   にある＃！１の表面；該第１の表面を第２の表面につな
   げている温度ブリッジ（１６，１７゜２３）；該第１表
   面と第２１！！面の間の温度差を維持するために該第２
   表面と連合している手段；該ブリッジの比較的伝導性の
   よい部分（２３）の中間点の温度に感応するようＫした
   温度測定装置（２７）　；及び第１表面ｋｆＥｉりて流
   れる流体の温度と第２表面の温度を夫々計測する温度測
   定装置；とよＩ→、該温度ブリッジは該第１１！面に温
   度的につながっている熱伝導性の比較的良好な部分（２
   ５）とその比較的熱伝導、性の良好な部分（２３）と第
   ２表面の間の熱伝導性の比較的悪い部分（１６）を有し
   ；該温度ブリッジは熱の流れが温度ブリッジによつ　　
   ゛て形成される第１表面と第２表面の間の通路に効果的
   に限られるように絶縁されている；ことを特徴とする流
   体の流量を計測するメーター。 ２　流体の流れに対する中間点（’Ｉ’ｍ）と第２表面
   （テＣ）の間の温度降下と第１表面（Ｔｈ）　Ｋ沿って
   流れる流体と中間点（’Ｔｈ、）の間の温度降下の比の
   曲線がメーターの目盛定めに使用されることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項のメーター。 五　第２表面が、２次流体流れの手段によって第１表面
   と異った温度に保たれ、その手段は該表面を〆２次流体
   流れと実質的に同じ温度に保つために該第２表面と関連
   して設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １又は２項のメーター。 く　熱がシステムの中でシステムを通って流れる流体へ
   又は流体から伝達される閉鎖したシステムの入口及びも
   どシ流路（２５，２６）　Ｋよって、第１表面に沿って
   通過する主流体流れと２次流体流れが供給されることを
   特徴とする特許請求の範囲第３項のメーター。 ５、第２表°面を２次流体流れの温度と実質的に同じ温
   度に保つために、熱伝導性が比較的よく大きな表面域を
   もつ本体（２１）が該第２表面と熱接触しており、２次
   流体流れが該本体に沿って流れるようにされていること
   を特徴とする特許請求の範囲第３又は４項のメーター。 ＆　ブリッジの熱伝導性の比較的よい部分（２３）が熱
   伝導性の比較的悪い部分（１６）の少なくとも１１０倍
   の伝導率を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
   〜５項のいずれか１項に記載のメーター。 ｌ　第１及び第２表面と温度ブリッジが環状ディスクに
   よって形成されておシ；該ディスクは熱伝導性の比較的
   悪い部分（１６）　Ｋよって堆巻かれている熱伝導性の
   比較的よい部分（２３）を有しておシ；ディスクがメー
   ターの入口（１０）と出口（１１）　ｐ間に配置されて
   おシ、メーターを通過する流体がディスク（２３）の熱
   伝導性の比較的悪い部分（２３）の内側の円筒形の表面
   に沿って通過し；ディスクは２次流体流れの流路を形成
   している室（１８）の中に置かれておシ、該流路はディ
   スクの外側の円筒形の表面に沿って通っておシ、との外
   側表面が該第２表面を形成している；ことを特徴とする
   特許請求の範囲第３〜６項のいずれか１項のメーター。 ａ　温度ブリッジの外側部−分が、ディスクの内側部分
   （２３）を作っている素材に比べて熱伝導性の悪い素材
   で作られた環状のディスク即ちさ中（１６，５０）で形
   成きれていることを特徴とする特許請求の範囲第７項の
   メーター。 ９　ディスク（４のが均質な構造であシ、伝導性の比較
   的悪い部分（４２）が断面を小さくしであることを特徴
   とする特許請求の範囲第７項のメーター。 １α　熱伝導性の比較的よい大きなプレー）　（２１）
   が環状のディスクを取巻いている室（１８）に延在して
   おシ、環状のディスクの外側の円筒形の表面と熱接触し
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第７〜９項のい
   ずれか１項のメーター。 １１、　　プレー　ト（２１）が２次流体流れが室（１
   Ｂ）を通って環状ディスクの外側の円筒形の表面の回り
   へ仕向けるためのバッフルを形成していることを特徴と
   する特許請求の範囲第１０項のメーター。 １２、　　温度測定装置（２７）がディスクの熱伝導性
   が比較的よい部分（２３）の一点における温度（Ｔ、）
   を測定するように配置されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第７〜１１項のいずれか１項のメーター。 １五　温度測定装置（４７）が第１表面と温度ブリッジ
   の比較的伝導性のよい部分（４１）の中間点の関Ｋｇ在
   する温度シャン）　（４４，４５）の１点の温度を測る
   ように配置されている仁とを特徴とする特許請求の範囲
   第７〜１１項のいずれか１項のメーター。 １４、熱伝導性の比較的よい第２の環状ディスク（４４
   ）が温度ブリッジ（４のに近いけれどしかしそれから離
   れて位置決めされておシ、該第２のディスク（４４）の
   内側の円筒形の表面が入口（１０）から出口（１１）へ
   の流体の流れにさらされておシ：第２の環状のディスク
   （４４）が、熱伝導性の比較的よいリンク（４５）によ
   つてブリッジの伝導性の比較的よい部分（４１）の中間
   点につ擾がうてお）、温度測定装置（４７）が第２のデ
   ィスク（４４）の１点の温度（Ｔ、）を測るために配置
   されている、ことを特徴とする特許請求の範囲第１３項
   のメーター。 １＆　熱絶縁性素材でできているディスク（３１）が熱
   が１円周面から他へ実質的に放射状に流れるのを確実に
   するために、環状のディスク（２！５．３０）の両側に
   設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第７〜
   １４項のいずれか１項のメーター。 １＆１ないしそれ以上の保護環（１４）が絶縁リング（
   １３）と交互に温度プリン・ジの両側に設けられており
   、それらの保護環（１４）がそれらの内側の円筒形の表
   面のところで、入口（１０）から出口（１１）への流体
   の流れにさらされており、かつ熱伝導性の比較的よい素
   材でできえさや（１７）にそれらの外側の円筒形の表面
   のところで温度的につながっていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１５項のメーター。 １７、　４Ｉ許請求の範囲第１〜１６項のいずれか１項
   のメーターであって、閉鎖システムの入口及びもどり流
   路（２５，２４）を横切ってつながるように作られてお
   シ、それによっである温度の流体が第１表面に沿って流
   れ、異なり九温度の流体が第２表面にｆ８−）て流れる
   メーター及び測定された流量と入口及びもどシ流路（２
   ５，２６）の間の温度差からシステムを通って流れる流
   体が受けあるいは流体によって伝達される熱を計算する
   ための処理手段、を有することを特徴とする閉鎖システ
   ムを通って流れる流体によっであるい社流体へ供給され
   た熱量を測るための熱量計。