(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記パイプ形ケースには、前記中間拡径部の下流側端部から段付き状に縮径された下流側小径部が設けられ、前記末端テーパーガイドの先端部が前記下流側小径部が突入している請求項1又は2に記載の整流器。
前記センター部材及び前記複数のリングガイドには、共通のボルトが貫通するボルト挿通孔が形成されると共に、前記複数のリングガイドにおける前記センター部材側の面には、隣り合う前記リングガイド又は前記センター部材との間に前記環状隙間を形成するためのスペーサー突部が備えられている請求項1乃至4の何れか1の請求項に記載の整流器。
前記パイプ形ケースには、前記中間拡径部の下流側端部から段付き状に縮径された下流側小径部が設けられ、前記中間拡径部と前記下流側小径部との段差面と、前記下流側小径部の内周面との角部に、それら段差面と内周面とに連続したコーナー円弧面を備えた請求項1乃至4の何れか1の請求項に記載の整流器。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記した従来の整流器では、十分な整流効果を奏することができなかった。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来より整流効果が高い整流器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するためになされた請求項1の発明は、流体が一方向に流れる配管の途中に接続されるパイプ形ケースと、前記パイプ形ケースの軸方向中間部の内径を拡径してなる中間拡径部及びその上流側の上流側小径部と、前記中間拡径部内に収容された整流化フィルタとを備え、前記整流化フィルタは、前記パイプ形ケースの中心軸を囲む環状の複数のリングガイドを環状隙間を空けて積層してなる筒部と、前記筒部の一端開口を前記上流側小径部と反対側から覆うセンター部材とを有するコップ構造をなし、前記上流側小径部の下流側開口縁に前記筒部の開口側端部が接続され、前記センター部材から前記上流側小径部の反対に突出して先方に向かって徐々に縮径した末端テーパーガイドを備えている整流器である。
【0007】
請求項2の発明は、前記末端テーパーガイドは、その軸方向の中間位置より基端側に比べて先端側のテーパー勾配が小さくなっている請求項1に記載の整流器である。
【0008】
請求項3の発明は、前記パイプ形ケースには、前記中間拡径部の下流側端部から段付き状に縮径された下流側小径部が設けられ、前記末端テーパーガイドの先端部が前記下流側小径部が突入している請求項1又は2に記載の整流器である。
【0009】
請求項4の発明は、各前記リングガイドは、前記上流側小径部から離れる方向に向かって拡径したテーパー形状をなしている請求項1乃至3の何れか1の請求項に記載の整流器である。
【0010】
請求項5の発明は、前記センター部材及び前記複数のリングガイドには、共通のボルトが貫通するボルト挿通孔が形成されると共に、前記複数のリングガイドにおける前記センター部材側の面には、隣り合う前記リングガイド又は前記センター部材との間に前記環状隙間を形成するためのスペーサー突部が備えられている請求項1乃至4の何れか1の請求項に記載の整流器である。
【0011】
請求項6の発明は、前記筒部を外側又は内側から覆うメッシュが設けられている請求項1乃至5の何れか1の請求項に記載の整流器である。
【0012】
請求項7の発明は、前記パイプ形ケースには、前記中間拡径部の下流側端部から段付き状に縮径された下流側小径部が設けられ、前記中間拡径部と前記下流側小径部との段差面と、前記下流側小径部の内周面との角部に、それら段差面と内周面とに連続したコーナー円弧面を備えた請求項1乃至4の何れか1の請求項に記載の整流器である。
【発明の効果】
【0013】
請求項1の整流器では、パイプ形ケースの中間拡径部に備えた整流化フィルタが、複数のリングガイドを環状隙間を空けて積層してなる筒部の一端開口をセンター部材で覆ったコップ構造をなし、上流側小径部の下流側開口縁に筒部の開口側端部が接続されているので、全ての流体が上流側小径部から筒部の内部に流れ込んでから複数の環状隙間に分かれて通過し、乱れた流れが整流される。また、センター部材から上流側小径部の反対に突出し、先方に向かって徐々に縮径した末端テーパーガイドが備えられているので、整流化フィルタを通過後の流体の乱れた流れの発生を抑えることができる。これらにより、本願発明によれば、従来より整流効果が高い整流器を提供することができる。なお、上流側から音響ノイズが流体を伝播してきた場合には、その音響ノイズは整流化フィルタにより直進することが規制され、環状隙間の両側の対向面間で反射を繰り返すことで大幅に減衰する。即ち、本発明の整流器では、消音効果も得ることができる。
【0014】
請求項2の構成のように、末端テーパーガイドを、その軸方向の中間位置より基端側に比べて先端側のテーパー勾配を小さくすれば、流体がよりスムーズに流れて、整流化フィルタを通過後の流体の乱れた流れの発生を抑えることができる。
【0015】
請求項3の整流器では、末端テーパーガイドの先端部を下流側小径部が突入させたことにより、流体が下流側小径部にスムーズに流れ込み、中間拡径部から下流側小径部に流れ込む部分における乱れた流れの発生を抑えることができる。
【0016】
請求項4の整流器では、各リングガイドは、上流側小径部から離れる方向に向かって拡径したテーパー形状をなしているので、流体は、環状隙間から斜め前方へと流れることになり、流体が側方へと流れるものに比べて圧力損失が低減し、整流効果が向上する。
【0017】
請求項5の整流器では、センター部材及び複数のリングガイドの複数のボルト挿通孔に複数のボルトを通して纏めるだけで、隣り合うリングガイド又はセンター部材との間に環状隙間を形成することができる。
【0018】
請求項6の整流器では、筒部の外側を覆うメッシュを備えたことで整流効果が向上する。
【0019】
請求項7の整流器は、パイプ形ケースのうち下流側小径部の内周面と中間拡径部と下流側小径部との段差面とに連続したコーナー円弧面を備えたので、流体が下流側小径部にスムーズに流れ込み、中間拡径部から上流側小径部に流れ込む部分における乱れた流れの発生を抑えることができる。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の実施形態を
図1〜
図6に基づいて説明する。
図1に示すように、本実施形態の整流器30は超音波流量計10の一部として備えられている。
図1において符号11は、本発明に係るパイプ形ケースであって、直線状に延び、両端部の内側にテーパー螺子12,12を有している。そして、それらテーパー螺子12,12に例えばガス配管90,90が接続されて、内側を一方向(
図1の左から右に向かう方向)に、商用ガス(例えば、アルゴンガス、窒素ガス、プロパンガス)が本発明に係る「流体」として流れる。
【0022】
パイプ形ケース11の内部は、上流側のテーパー螺子12が形成されている部分が本発明に係る上流側小径部13をなし、その上流側小径部13から下流側に向かって順番に、中間拡径部14、下流側小径部15が形成され、さらに下流側小径部15の下流側に他方のテーパー螺子12が形成されている。また、下流側小径部15は、上流側小径部13に比べて僅かに小さい内径をなし、中間拡径部14は、上流側小径部13及び下流側小径部15に対して段付き状に拡径されている。さらに、下流側小径部15の開口縁には、中間拡径部14との段差面と下流側小径部15の内周面とに連続したコーナー円弧面15Aが形成されている。
【0023】
パイプ形ケース11は、軸方向で第1〜第3のケース構成体11A,11B,11Cに分割されている。第1ケース構成体11Aと第2ケース構成体11Bとは、中間拡径部14の中間位置で嵌合結合され、第2ケース構成体11Bと第3ケース構成体11Cとは、下流側小径部15の下流側端部で嵌合結合されている。
【0024】
下流側小径部15の内面の2箇所には、その軸方向と斜めに交差する直線上に1対の素子受容凹部16,16が陥没形成され、それら素子受容凹部16,16に1対の超音波素子17,17が受容されて対向している。そして、公知な超音波流量計と同様に、一方の超音波素子17から他方の超音波素子17までの超音波の伝播時間と、他方の超音波素子17から一方の超音波素子17までの超音波の伝播時間との差分に基づいて下流側小径部15を通過する流体の流速を計測し、その流速に下流側小径部15の流体通過面積を乗じて流体の流量を検出するようになっている。
【0025】
超音波流量計10のうち上流側の超音波素子17より上流側は、本発明に係る整流器30になっていて、中間拡径部14内には、本発明に係る整流化フィルタ20が備えられている。整流化フィルタ20は、複数のリングガイド21を積層してなる筒部23の一端をセンター部材24で覆ったコップ構造になっている。そして、上流側小径部13の下流側開口縁に筒部23の開口側端部が接続されて、整流化フィルタ20全体が上流側小径部13と中間拡径部14との段差面から中間拡径部14側に突出している。
【0026】
詳細には各リングガイド21は、例えば、樹脂の成形品であって、
図2に示すように、径方向の外側に向かうに従って上流側小径部13から離れる側に緩やかに傾斜したテーパー形状をなしている。また、上流側小径部13側の端部のリングガイド21以外の複数のリングガイド21は、表裏両側のテーパー面21S,21Tの勾配が同一になっている。そして、上流側小径部13側の端部のリングガイド21は、上流側小径部13側のテーパー面21Sが他のリングガイド21のテーパー面21Sに比べて急勾配になっていて、上流側小径部13の開口縁に形成された凹部13Dに嵌合されるようになっている。
【0027】
図3に示すように、各リングガイド21の周方向の複数箇所には、リングガイド21の中心軸と平行にボルト挿通孔21Aが貫通形成され、各ボルト挿通孔21Aの開口縁からセンター部材24側(上流側小径部13と反対側)にスペーサー突部21Bが突出している。また、各リングガイド21の先端面は、そのリングガイド21の下流側に配置される別のリングガイド21における上流側小径部13側のテーパー面21Sに面当接可能となるように傾斜している。
【0028】
図4に示すように、センター部材24におけるリングガイド21側(上流側小径部13側)の面は、リングガイド21のテーパー面21Sと同じ勾配のテーパー面24Sと、そのテーパー面24Sの内側開口を閉塞する円形平坦面24Fとからなる。また、センター部材24のうちテーパー面24Sの裏側には、パイプ形ケース11の軸方向と直交する環状平坦面24Bが備えられ、環状平坦面24Bとテーパー面24Sとの間を貫通するように、リングガイド21のボルト挿通孔21Aに対応した複数のボルト挿通孔24Aが形成されている。そして、環状平坦面24B側からセンター部材24及び複数のリングガイド21のボルト挿通孔24A,21Aに複数の共通のボルトBが挿通されて上流側小径部13の開口縁に形成されている図示しない雌螺子孔に締め付けられている。これにより、
図2に示すように、複数のリングガイド21とセンター部材24とが環状隙間22を空けてパイプ形ケース11の軸方向に積層された状態に保持され、それらセンター部材24群によって前述した筒部23が構成されると共に、その筒部23の一端開口が上流側小径部13と反対側からセンター部材24によって閉塞された状態になっている。また、この状態で、センター部材24の下流側端面(即ち、環状平坦面24B)は、中間拡径部14の軸方向の中央より下流側小径部15寄りに位置している。
【0029】
図1に示すように、センター部材24のうち円形平坦面24Fの裏側には、本発明に係る末端テーパーガイド25が備えられている。末端テーパーガイド25は、下流側に向かって徐々に縮径したテーパー形状をなしている。また、末端テーパーガイド25は、基端部から軸方向の略1/3となる中間位置までの間が基端テーパー部25Aをなし、その中間位置から先端迄の間が先端テーパー部25Bになっていて、基端テーパー部25Aより先端テーパー部25Bの勾配が緩くなっている。換言すれば、末端テーパーガイド25は、先端テーパー部25Bが基端テーパー部25Aより細く尖った形状になっている。そして、先端テーパー部25Bの軸方向の中間位置から先端側が下流側小径部15内に突入している。
【0030】
整流化フィルタ20の筒部23は、外側をメッシュ26によって覆われている。また、
図2に示すように、センター部材24と上流側小径部13側の端部のリングガイド21は、それ以外のリングガイド21群より僅かに外径が大きくなっていて、メッシュ26が軸方向に移動して筒部23から離脱しないようになっている。
【0031】
中間拡径部14の内周面は、吸音スリーブ29が嵌合されている。
図5に示すように吸音スリーブ29は、スケルトンスリーブ28の外側にシート状の吸音部材27(例えば、スポンジ)を巻き付けてなる。また、スケルトンスリーブ28は、
図6に示すように、中間拡径部14の内側に嵌合される1対の支持リング28A,28Aの間を中間拡径部14の軸方向の延びた複数の連絡バー28Bにて連絡してなる。さらに、スケルトンスリーブ28の周方向の複数箇所には、連絡バー28Bから外側に真っ直ぐ突出した複数の係止突起28Cが備えられ、スケルトンスリーブ28の周方向の1箇所には、複数の係止フック28Fが1つの連絡バー28Bの外面上に形成されている。それらスケルトンスリーブ28群のうち一部の係止フック28Fは、先端部がスケルトンスリーブ28の外周回りの一方に屈曲した第1係止フック28Gをなし、他の一部の係止フック28Fは、先端部がスケルトンスリーブ28の外周回りの他方に屈曲した第2係止フック28Hになっている。そして、吸音部材27は、
図5に示すように、一端部を第1係止フック28Gに引っ掛けられた状態でスケルトンスリーブ28に巻き付けられて、他端部が第2係止フック28Hに引っ掛けられている。また、係止突起28C群は、吸音部材27を表裏に貫通している。これらにより吸音部材27がスケルトンスリーブ28に固定されて吸音スリーブ29になっている。
【0032】
本実施形態の整流器30の構成に関する説明は以上である。次に、整流器30の作用効果について説明する。本実施形態の整流器30では、パイプ形ケース11の中間拡径部14に備えた整流化フィルタ20が、複数のリングガイド21を環状隙間22を空けて積層してなる筒部23の一端開口をセンター部材24で覆ったコップ構造をなし、上流側小径部13の下流側開口縁に筒部23の開口側端部が接続されているので、全ての流体が上流側小径部13から筒部23の内部に流れ込んでから複数の環状隙間22に分かれて通過し、乱れた流れが整流される。また、各リングガイド21は、上流側小径部13から離れる方向に向かって拡径したテーパー形状をなしているので、流体は環状隙間22から斜め前方へと流れることになり、流体が側方へと流れるものに比べて圧力損失が低減して整流効果が向上する。さらには、整流化フィルタ20の筒部23を外側からメッシュ26で覆ったことによっても整流効果が向上する。
【0033】
さらには、センター部材24から上流側小径部13の反対に突出し、先方に向かって徐々に縮径した末端テーパーガイド25が備えられているので、整流化フィルタ20を通過後の流体の乱れた流れの発生を抑えることができる。また、その末端テーパーガイド25を、その軸方向の中間位置より基端側に比べて先端側のテーパー勾配を小さくしたこと、及び、末端テーパーガイド25の先端部を下流側小径部15が突入させたことにより、流体が下流側小径部15にスムーズに流れ込み、中間拡径部14から下流側小径部15に流れ込む部分における乱れた流れの発生を十分に抑えることができる。加えて、下流側小径部15の開口縁にコーナー円弧面15Aを備えたことによっても乱れた流れの発生が抑えられる。これらにより、本実施形態の整流器30によれば、従来より高い整流効果を得ることができる。
【0034】
また、上流側から音響ノイズが流体を伝播してきた場合には、その音響ノイズは整流化フィルタ20により直進することが規制され、環状隙間22の両側の対向面間で反射を繰り返すことで大幅に減衰する。また、環状隙間22で消音しきれなかった音響ノイズは、環状隙間22を通過したところで中間拡径部14の内周面を覆う吸音部材27によって吸音される。これらにより、本実施形態の整流器30では、消音効果も得ることができる。なお、音響ノイズとは、例えば、超音波流量計10の近傍に配置されているガバナやバルブ等のノイズ源が発生するノイズのうち超音波流量計10が計測で用いる超音波の周波数成分の近傍の周波数のノイズである。
【0035】
[第2実施形態]
前記実施形態の超音波流量計10Vは、整流化フィルタ20における末端テーパーガイド25Cの構造のみが第1実施形態と異なる。その末端テーパーガイド25Cは、
図7に示すように均一勾配になっていて先端部が下流側小径部15に突入しないようになっている。
【0036】
[実施例1]
前記第1実施形態の超音波流量計10と同じ構造の本願発明の実施品1と、前記第2実施形態の超音波流量計10Vと同じ構造の本願発明の実施品2と、超音波流量計10から整流化フィルタ20及び中間拡径部14を排除した整流器30を有しない超音波流量計としての比較品1とを使用して以下の実験を行った。
【0037】
1.実験方法
図8(A)に示すように、実施品1,2及び比較品1の超音波流量計の両端に直管を接続して流量を徐々に増やした場合の検出結果を基準計測データとして求めた。次いで、
図8(B)に示すように、実施品1,2及び比較品1の両側にエルボ管を接続し、それらエルボ管が屈曲する向きを90度ずつ回転させて、右向き(
図1の下向き)、上向き、左向き(
図1の上向き)、下向きと変更し、それぞれの計測結果と前記した基準計測データとの誤差(即ち、器差)を求めてグラフ化した。
【0038】
2.実験結果
実施品1の実験結果は
図9、実施品2の実験結果は
図10、比較品1の実験結果は
図11にそれぞれ示されている。
図11に示すように、比較品1では直管からエルボ管に替えるだけで許容の器差範囲(グラフにおける「器差枠」参照)から外れる結果となった。これに対し、実施品2では、
図10に示されているようにエルボ管の屈曲向きによって許容の器差範囲内に入る場合があり、実施品1では、
図9に示されているようにエルボ管の屈曲向きに拘わらず許容の器差範囲内に入る結果となった。このように、本発明の実施品1,2は一定の整流効果を確認することができ、特に実施品1においては高い整流効果を確認することができた。また、実施品1,2のように整流器を備えると一定の圧力損失は生じるが、その圧力損失は略同一(例えば、実施品1では、150[m3/h]で519.5[Pa],実施品2では、150[m3/h]で520.1[Pa])であり、末端テーパーガイド25,25Cの大きさの相違によって圧力損失がほぼ変わらないことを確認することができた。
【0039】
[実施例2]
1.実験方法
流体解析シミュレーターを使用し、レイノルズ数が同一となるように以下の第1〜第3の3つの流体を設定して、それら流体を、前記第1実施形態の超音波流量計10から素子受容凹部16及び超音波素子17を排除した構造の実施品3に流した場合の流速の分布を、設定の流速の1.5倍が最大値になるように統一して色別表示した。
【0040】
第1流体:大気圧で流速10.5[m/s]で流れる空気
第2流体:500[kPa]で流速1.74[m/s]で流れる空気
第3流体:500[kPa]で流速0.49[m/s]で流れるプロパンガス
なお、設定の流速は、
図2の左側入口の平均流速である。
【0041】
2.実験結果
第1流体のシミュレーション結果は
図12(A)、第2流体のシミュレーション結果は
図12(B)、第3流体のシミュレーション結果は
図12(C)にそれぞれ示されている。なお、実際のシミュレーション結果はカラー表示になっている。
【0042】
これらシミュレーション結果から、レイノルズ数が同じであるとき、流速が約20倍まで異なっても流速分布の度合い(即ち、流れの発達の度合い)はほぼ同じになることが分かった。このことから、本願発明の実施品3である整流器を通すことで、ガス種や圧力が変わってもレイノルズ数に応じて同一の補正値を流量計に適用することが可能になると考えられる。
【0043】
[実施例3]
1.実験方法
(1)前記第1実施形態の超音波流量計10を使用して、以下の第1〜第3の3つの流体を流し、レイノルズ数に相違による器差の変化を比較する第1のグラフを作成する。
(2)前記第1実施形態の超音波流量計10を使用して、第1の流体と以下の第4の流体とを流し、レイノルズ数に相違による器差の変化を比較する第2のグラフを作成する。
第1流体:大気圧の空気
第2流体:200[kPa]の空気
第3流体:500[kPa]の空気
第4流体:大気圧の都市ガス(所謂、13Aガス)
【0044】
2.実験結果
上記第1のグラフは
図13、上記第2のグラフは
図14にそれぞれ示されている。これらグラフから、ガスの種類や圧力が異なる場合でも、レイノルズ数が同じ条件の下では、器差性能はほぼ同じであることが確認できた。
【0045】
[他の実施形態]
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【0046】
(1)前記実施形態の整流化フィルタ20は外周面をメッシュ26で覆われていたが、メッシュ26で覆われていなくてもよい。
【0047】
(2)前記実施形態の整流化フィルタ20では、センター部材24のうち筒部23を通して上流側小径部13側を向いた部分が円形平坦面24Fになっていたが、上流側小径部13に向かって先細り状に突出した形状やドーム状に膨出した形状であってもよいし、円形平坦面24Fではなく、末端テーパーガイド25の裏側の窪んだ面が上流側小径部13側を向いていてもよい。
【0048】
(3)前記実施形態の整流器30は、超音波流量計10の一部として備えられていたが、超音波流量計10と別個にしてもよい。