特許 7022646 熱線式流量計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-02-09

(45)【発行日】2022-02-18

(54)【発明の名称】熱線式流量計

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/684 20060101AFI20220210BHJP

【ＦＩ】

G01F1/684 A

G01F1/684 B

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018089874

(22)【出願日】2018-05-08

(65)【公開番号】P2019196935

(43)【公開日】2019-11-14

【審査請求日】2021-03-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000116633

【氏名又は名称】愛知時計電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000992

【氏名又は名称】特許業務法人ネクスト

(72)【発明者】

【氏名】西田 将志

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 秀文

(72)【発明者】

【氏名】田中 善人

【審査官】公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０２５５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－００２３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０５４９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３１０５５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３５７４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１３９５８４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－２５０１３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｆ １／６８－１／６９９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被計測流体が流れる管状の流路と、
当該流路内に配置された熱線式流量センサと、
を有し、
前記熱線式流量センサは、基板と、当該基板上に形成されたヒータと、当該基板上に当該ヒータを中心としてその両側に対称に配置形成された２つの熱感知素子と、当該基板上、当該各熱感知素子の外側に、前記ヒータを中心として対称に配置形成された２つの流体温度測定素子とを備え、
前記流路は、その内壁からせり出して流路を絞る絞り壁を備え、
前記絞り壁は、切妻屋根形状であって、その大棟部が被計測流体の流れ方向に対して垂直に位置するように形成され、さらに、当該大棟部を含み、被計測流体の流れ方向に対する垂直面に対して面対称となるように形成され、
前記熱線式流量センサは、前記絞り壁の大棟部と当該大棟部に対向する前記流路の内壁との間であって、前記垂直面が前記ヒータと交差する位置にあって、被計測流体がその流れに従って、流体温度測定素子、熱感知素子、ヒータ、熱感知素子及び流体温度測定素子の順に接触して行くような方向に設置される
ことを特徴とする熱線式流量計。

【請求項2】

前記絞り壁の前記大棟部は、丸みを帯びた形状であることを特徴とする請求項１に記載の熱線式流量計。

【請求項3】

前記流路の高さを高さｄとすると、
前記絞り壁の前記大棟部は、前記高さｄの１／１０以上の曲率半径を有することを特徴とする請求項２に記載の熱線式流量計。

【請求項4】

前記絞り壁に含まれる各屋根面は、前記大棟部を含み、被計測流体の流れ方向に対する水平面を基準として、仰角が１０°から３０°までの範囲の傾斜をなしていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱線式流量計。

【請求項5】

前記絞り壁の前記大棟部と前記熱線式流量センサの表面との距離を距離ｂとし、
前記熱線式流量センサの裏面と当該裏面に対向する前記流路の内壁との距離を距離ｃとし、
前記流路の高さを高さｄとすると、
距離ｂ＋距離ｃ：高さｄは、１：１．５から１：４までの範囲であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱線式流量計。

【請求項6】

前記絞り壁の前記大棟部と前記熱線式流量センサの表面との距離を距離ｂとし、
前記熱線式流量センサの裏面と当該裏面に対向する前記流路の内壁との距離を距離ｃとすると、
距離ｂ：距離ｃは、１：１から２：１までの範囲であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の熱線式流量計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被計測流体の流量を計測する熱線式流量計に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、被計測流体の流量を計測する流量計に関する技術が種々提案されている。

【0003】

例えば、下記特許文献１に記載された流量測定装置は、流体流路内にバイパス流路部材を設け、当該バイパス流路部材内に設けられたバイパス流路の上流流路を仕切壁によって２つの支流路に仕切り、当該仕切壁の一方の面上に熱式流量センサを取り付けるとともに、上記上流流路の内壁に凸部を形成することにより、流体流れに脈動が生じたときも、装置全体の大きさ及び形状を変えず、高精度に流体流量を測定するようにしている。

【0004】

上記流量測定装置と同様に、被計測流体の流量を計測するものであるが、上記流量測定装置とは計測手法が異なるため、その構成を異にする熱線式流量計も、従来から知られている。

【0005】

図３は、このような従来の熱線式流量計の一例を示している。同図に示す熱線式流量計１０００は、熱線式流量センサ１００と、被計測流体が流れる流路１２０とによって構成されている。そして、熱線式流量センサ１００は、ヒータ１０１と、２つの第１及び第２熱感知素子１０２，１０３と、２つの第１及び第２流体温度測定素子１０４，１０５とによって構成され、当該ヒータ１０１、第１及び第２熱感知素子１０２，１０３、及び第１及び第２流体温度測定素子１０４，１０５は、シリコン基板１１０上に形成されている。

【0006】

シリコン基板１１０は、流路１２０の側壁に空けられた孔（図示せず）から流路１２０内に挿入され、このシリコン基板１１０を介して、熱線式流量センサ１００は、流路１２０内の、流速変化の大きい中央に、流れに対して水平方向に設置される。そして、熱線式流量センサ１００による被計測流体の流量の測定は、当該被計測流体が流路１２０内に流れている状態で、次のようにして行う。

【0007】

すなわち、まず、第１あるいは第２流体温度測定素子１０４，１０５を用いて、被計測流体の温度を測定し、当該温度に応じた電力をヒータ１０１に印加して、ヒータ１０１を加熱する。次に、被計測流体の流れに従って、ヒータ１０１から奪われた熱量、あるいは第１及び第２熱感知素子１０２，１０３を用いて、ヒータ１０１によって形成された熱分布に応じた電気的な変化を計測する。そして、計測された電気的な変化から被計測流体の流速を算出し、当該流速から被計測流体の流量を算出する。

【0008】

なお、図３では、被計測流体は、矢印Ａｒ１の方向に流れているので、熱線式流量センサ１００は、当該方向に流れている被計測流体の流量を計測するが、熱線式流量センサ１００は、これとは逆方向に流れる被計測流体の流量も計測できるように構成されている。つまり、熱線式流量センサ１００は、順逆両方向に流れる被計測流体に対して１つのセンサ装置で計測できるようになっている。このため、第１熱感知素子１０２と第２熱感知素子１０３は、シリコン基板１１０上、ヒータ１０１を中心として、その両側の対称となる位置に形成され、第１流体温度測定素子１０４と第２流体温度測定素子１０５は、それぞれ、第１熱感知素子１０２と第２熱感知素子１０３の外側であって、シリコン基板１１０上、ヒータ１０１を中心として、その両側の対称となる位置に形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開２００２－５４９６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかし、上記従来の熱線式流量計１０００では、被計測流体の流速が所定の流速値以上になると、シリコン基板１１０が被計測流体の流れに影響を及ぼし、被計測流体が、熱線式流量センサ１００の表面、つまり、ヒータ１０１、第１及び第２熱感知素子１０２，１０３、及び第１及び第２流体温度測定素子１０４，１０５の形成面に沿って流れなくなるため、被計測流体の流量の増加に対して、熱線式流量計１０００の出力が単調に増加しなくなる現象が生じた。

【0011】

図５中、グラフｇ１０は、この現象が発生したときの熱線式流量計１０００の出力の一例を示している。同図において、横軸は、被計測流体の流量を示し、縦軸は、熱線式流量計１０００の出力を示している。

【0012】

グラフｇ１０に示されるように、熱線式流量計１０００の出力は、流量Ｆ１１までは単調に増加するものの、流量Ｆ１１から流量Ｆ１２にかけて減少に転じ、さらに、流量Ｆ１２を超えると再び増加に転じる。

【0013】

したがって、熱線式流量センサ１００を被計測流体の流れに対して水平方向に設置した場合には、出力が減少に転じる前までの流量範囲、つまり、上記グラフｇ１０では、０からＦ１１までの範囲の流量しか測定できない。

【0014】

これに対処するために、熱線式流量センサ１００を傾けて設置することが考えられる。図４は、矢印Ａｒ１の方向に流れる被計測流体の流れに沿うように、熱線式流量センサ１００を反時計回りに所定の角度だけ傾けて設置した例を示している。

【0015】

図５中のグラフｇ２０は、このように熱線式流量センサ１００を傾けて設置した場合の熱線式流量計１０００の出力の一例を示している。当該グラフｇ２０から分かるように、被計測流体の流量がＦ１１からＦ１２の間でも、熱線式流量計１０００の出力は、減少に転じることなく単調増加を維持している。

【0016】

しかし、被計測流体の流れを矢印Ａｒ１の方向と逆の矢印Ａｒ２の方向に変えて、その流量を計測しようとすると、熱線式流量センサ１００を上述のように傾けて設置した熱線式流量計１０００では、正確な計測ができない。

【0017】

そこで、本発明は、以上のようなことに対処するため、被計測流体が順逆いずれの方向に流れたとしても、流量の多少に拘わらず、被計測流体の流量を精度良く測定することが可能となる熱線式流量計を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0018】

この課題を解決するためになされた請求項１に係る発明は、被計測流体が流れる管状の流路と、当該流路内に配置された熱線式流量センサと、を有し、熱線式流量センサは、基板と、当該基板上に形成されたヒータと、当該基板上に当該ヒータを中心としてその両側に対称に配置形成された２つの熱感知素子と、当該基板上、当該各熱感知素子の外側に、ヒータを中心として対称に配置形成された２つの流体温度測定素子とを備え、流路は、その内壁からせり出して流路を絞る絞り壁を備え、絞り壁は、切妻屋根形状であって、その大棟部が被計測流体の流れ方向に対して垂直に位置するように形成され、さらに、当該大棟部を含み、被計測流体の流れ方向に対する垂直面に対して面対称となるように形成され、熱線式流量センサは、絞り壁の大棟部と当該大棟部に対向する流路の内壁との間であって、垂直面がヒータと交差する位置にあって、被計測流体がその流れに従って、流体温度測定素子、熱感知素子、ヒータ、熱感知素子及び流体温度測定素子の順に接触して行くような方向に設置されることを特徴とする。

【0019】

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の熱線式流量計であって、絞り壁の大棟部は、丸みを帯びた形状であることを特徴とする。

【0020】

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の熱線式流量計であって、流路の高さを高さｄとすると、絞り壁の大棟部は、高さｄの１／１０以上の曲率半径を有することを特徴とする。

【0021】

請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の熱線式流量計であって、絞り壁に含まれる各屋根面は、大棟部を含み、被計測流体の流れ方向に対する水平面を基準として、仰角が１０°から３０°までの範囲の傾斜をなしていることを特徴とする。

【0022】

請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の熱線式流量計であって、絞り壁の大棟部と熱線式流量センサの表面との距離を距離ｂとし、熱線式流量センサの裏面と当該裏面に対向する流路の内壁との距離を距離ｃとし、流路の高さを高さｄとすると、距離ｂ＋距離ｃ：高さｄは、１：１．５から１：４までの範囲であることを特徴とする。

【0023】

請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の熱線式流量計であって、絞り壁の大棟部と熱線式流量センサの表面との距離を距離ｂとし、熱線式流量センサの裏面と当該裏面に対向する流路の内壁との距離を距離ｃとすると、距離ｂ：距離ｃは、１：１から２：１までの範囲であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0024】

請求項１に係る熱線式流量計によれば、絞り壁により流路を絞るようにしたので、被計測流体の流量が増大し、流速が速くなっても、熱線式流量センサの表面に被計測流体の流れが沿うようになる。これにより、被計測流体の流量の増加に対して、当該熱線式流量計の出力が単調増加する範囲が広がり、広い流量範囲の計測が可能となる。

【0025】

また、請求項１に係る熱線式流量計では、絞り壁は、当該絞り壁の大棟部を含み、被計測流体の流れ方向に対する垂直面に対して面対称となるように形成され、さらに、熱線式流量センサも当該垂直面に対して面対称となるように配置したので、被計測流体の熱線式流量センサ表面に対する流れが、順逆両方向で同一になって、どちらからでも流量測定を行うことができるようになった。

【0026】

請求項２に係る熱線式流量計によれば、絞り壁の大棟部は、丸みを帯びた形状であるので、当該大棟部での被計測流体の剥離の発生を抑制することができる。

【0027】

請求項３に係る熱線式流量計によれば、絞り壁の大棟部は、流路の高さｄの１／１０以上の曲率半径を有するので、当該大棟部での被計測流体の剥離の発生をさらに抑制することができる。

【0028】

請求項４に係る熱線式流量計によれば、絞り壁に含まれる各屋根面は、当該大棟部を含み、被計測流体の流れ方向に対する水平面を基準として、仰角が１０°から３０°までの範囲の傾斜をなしているので、絞り壁を形成したことによる、被計測流体の流れの乱れを抑制する効果が得られる。

【0029】

請求項５に係る熱線式流量計によれば、距離ｂ＋距離ｃ：高さｄは、１：１．５から１：４までの範囲に設定されているので、流路１２０の高さｄが３～２０ｍｍの範囲であり、流量範囲が３００ｍｌ／ｍｉｎ以下であると想定すると、被計測流体の平均流速が約１．０ｍ／ｓ以下となり、熱線式流量センサの感度を良好に保つことができる。

【0030】

請求項６に係る熱線式流量計によれば、距離ｂ：距離ｃは、１：１から２：１までの範囲に設定されているので、被計測流体が熱線式流量センサの表面を流れる流速を所定の範囲内に制限して、熱線式流量センサの感度を保ちつつ、測定可能な流量範囲を可及的に広げることができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明の一実施の形態に係る熱線式流量計の概略構成を示す断面図である。

【図2】図１の熱線式流量計の出力特性と従来の熱線式流量計の出力特性を示す図である。

【図3】従来の熱線式流量計に含まれる熱線式流量センサを流路内に、被計測流体の流れに対して水平方向に設置したときの様子を示す断面図である。

【図4】従来の熱線式流量計に含まれる熱線式流量センサを、図４の水平方向とは角度を変えて設置したときの様子を示す断面図である。

【図5】図３及び図４の各設置方向についての従来の熱線式流量計の出力特性の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【0033】

本発明の一実施の形態に係る熱線式流量計は、熱線式ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）流量計であり、当該熱線式流量計に含まれる熱線式流量センサは、被計測流体が流れる流路内に設置され、被計測流体の流量を計測するものである。用途としては、医療薬品の流量管理や、生物化学試験の試薬・培養液の管理等が考えられる。

【0034】

本実施形態の熱線式流量計１０は、図１に示すように、［背景技術］欄で上述した熱線式流量計１０００と同様の構成については同一の符号で示し、その構成についての説明は、省略する。

【0035】

本実施形態の熱線式流量計１０に含まれる熱線式流量センサ１００は、流路１２０内に、被計測流体の流れる方向に水平に設置される。そして、本実施形態の熱線式流量計１０は、被計測流体を矢印Ａｒ１の方向及びこれとは逆の矢印Ａｒ２の方向のいずれに流した場合でも、当該被計測流体の流量を精度良く計測できるようにしている。

【0036】

これを実現するため、本実施形態の熱線式流量計１０は、次の特徴を備えている。すなわち、
（１）流路１２０の内壁１２１の一部であって、熱線式流量センサ１００の表面に対向する内壁に、絞り壁１２１ａを形成したこと
（２）絞り壁１２１ａの最適な形状を設定したこと
（３）熱線式流量センサ１００を設置する最適な位置を設定したこと
である。

【0037】

なお、熱線式流量センサ１００の表面とは、シリコン基板１１０の表面、つまり、ヒータ１０１、第１及び第２熱感知素子１０２，１０３、及び第１及び第２流体温度測定素子１０４，１０５の形成面を言い、熱線式流量センサ１００の裏面とは、シリコン基板１１０の裏面、つまり、ヒータ１０１、第１及び第２熱感知素子１０２，１０３、及び第１及び第２流体温度測定素子１０４，１０５の形成面と逆側の面を言うことにする。

【0038】

図１に示すように、絞り壁１２１ａが、流路１２０の内壁１２１の一部、つまり、熱線式流量センサ１００が設置された場合に、当該熱線式流量センサ１００の表面に対向する部分に形成されている。絞り壁１２１ａは、内壁１２１から流路１２０内にせり出して、流路１２０を絞るものである。このような絞り壁１２１ａを設けることにより、当該部分の流量が増大して流速が速くなっても、被計測流体の流れは、熱線式流量センサ１００の表面に沿うようになることが、実験的に検証されている。

【0039】

絞り壁１２１ａは、切妻屋根状をなし、内壁１２１から流路１２０内に突出している。そして、切妻屋根の大棟に相当する部分（以下、「大棟部」と言う）は、流路１２０の内壁１２１の幅方向に亘っている。つまり、絞り壁１２１ａは、流路１２０内、幅方向には隙間なく形成されている。なお、流路１２０の幅方向とは、図１の紙面において、表面から裏面に至る方向を言う。

【0040】

さらに、絞り壁１２１ａは、大棟部が被計測流体の流れ方向に対して垂直に位置するように形成されている。

【0041】

図１は、流路１２０を横方向、つまり被計測流体の流れ方向の切断面で切断したときの断面図であるので、図１の絞り壁１２１ａは、大棟部に対する垂直面で切断したときの切断面を示している。図１で示される絞り壁１２１ａの断面は、２等辺三角形状をなしている。つまり、絞り壁１２１ａは、大棟部を含み、被計測流体の流れ方向に対する垂直面に対して面対称となるように形成されている。これは、被計測流体の流れが順方向でも逆方向でも、同様に流れるようにするためである。

【0042】

熱線式流量センサ１００は、流路１２０内、図１における２等辺三角形の頂点ｅの位置、つまり、大棟部から垂直下方に延ばした位置にヒータ１０１の中心が来るように設置する。熱線式流量センサ１００をこのように設置するのも、被計測流体の流れが順方向でも逆方向でも、被計測流体が熱線式流量センサ１００に沿って同様に流れるようにするためである。

【0043】

そして、絞り壁１２１ａの最適な形状と、熱線式流量センサ１００の最適な位置を決定するために、上記頂点ｅを含む、各種値の範囲、具体的には、図１に示す角度ａ、距離ｂ、距離ｃ及び高さｄの各範囲を設定する。ここで、角度ａは、上記絞り壁１２１ａの断面の形状である２等辺三角形の底角の角度を示し、距離ｂは、熱線式流量センサ１００の表面と上記頂点ｅとの距離を示し、距離ｃは、熱線式流量センサ１００の裏面と、これに対向する内壁１２１との距離を示し、高さｄは、流路１２０（厳密には、内壁１２１）の高さを示している。また、「最適」とは、被計測流体の流速が速くなっても、被計測流体が熱線式流量センサ１００の表面に沿って流れることを意味するものである。

【0044】

以下、各種値の設定範囲と、その設定理由について説明する。

【0045】

角度ａは、絞り壁１２１ａの片屋根の面と内壁１２１の面とのなす角度を示している。本実施形態では、流路１２０として、断面が矩形状の管を用いているので、絞り壁１２１ａが形成される内壁１２１の面は、平面である。このため、上記角度ａを定義することができる。

【0046】

しかし、流路１２０として、断面が円形状の管を用いた場合には、上記角度ａを定義できないので、その場合には、絞り壁１２１ａの大棟部を含み、被計測流体の流れ方向に対する水平面（図１中、一点鎖線で示す面）を基準とした仰角を定義すればよい。この場合の仰角は、上記角度ａと同じ角度であるので、以下の説明は、角度ａを仰角ａで読み替えることにより、仰角ａについても同様に成立する。

【0047】

角度ａは、１０°から３０°までに設定する。図２は、本実施形態の熱線式流量計１０の出力特性と従来の熱線式流量計の出力特性を示す図であり、同図中、グラフｇ０が、従来の熱線式流量計、つまり、絞り壁１２１ａを設けていない熱線式流量計の出力特性の一例を示し、グラフｇ１～ｇ３が、本実施形態の熱線式流量計１０の出力特性の一例を示している。そして、グラフｇ１～ｇ３は、それぞれ、上記角度ａを１０°，２０°，３０°に設定したときの、熱線式流量計１０の出力特性を示している。

【0048】

図２から分かるように、グラフｇ０では、被計測流体の流量がＦ１までは単調に増加するものの、流量Ｆ１から流量Ｆ２にかけて減少に転じ、さらに、流量Ｆ２を超えると再び増加に転じている。これに対し、グラフｇ１～ｇ３では、被計測流体の流量がＦ１からＦ２の間でも、熱線式流量計１０の出力は、減少に転じることなく単調増加を維持している。

【0049】

このように、実験結果からも明らかな通り、少なくとも、角度ａが１０°から３０°までの範囲であれば、絞り壁１２１ａを形成したことによる、被計測流体の流れの乱れを抑制する効果が得られている。

【0050】

上記距離ｂと上記距離ｃとの比、ｂ：ｃは、１：１から２：１までの範囲に設定する。この理由は、まず、ｂ：ｃ＝１：１のとき、つまり、熱線式流量センサ１００を絞り壁１２１ａの大棟部と、これに対向する流路１２０の内壁１２１との間の中央に設置したときは、当該中央の流速変化は大きいので、熱線式流量センサ１００の出力変化も大きくとれるからである。

【0051】

しかし、熱線式流量センサ１００は、被計測流体の流速が速くなると、感度（流量変化に対する出力変化）の低下や、測定不能（流量変化と出力変化の関係が単純な増減とならない）となる。

【0052】

一方、被計測流体の流速は、流路１２０の内壁１２１に近づくほど遅くなる。したがって、熱線式流量センサ１００を内壁１２１に近づけると、熱線式流量センサ１００によって測定される被計測流体の流速が遅くなり、流量範囲を広げることができる。

【0053】

しかし、熱線式流量センサ１００を内壁１２１に近づけすぎると、熱線式流量センサ１００が流路１２０の構造による温度影響を受けてしまう。さらに、気泡が熱線式流量センサ１００の裏面と内壁１２１との間についた際、熱線式流量センサ１００の裏面と内壁１２１との間の流速が遅いため、気泡が除去され難くなって、熱線式流量計１０の出力に影響を及ぼすことがある。

【0054】

したがって、流路１２０の高さｄが３～２０ｍｍの範囲では、ｂ：ｃは、２：１までに限定して設定する。

【0055】

次に、上記距離ｂと上記距離ｃとの和と上記高さｄとの比、ｂ＋ｃ：ｄは、１：１．５から１：４までの範囲に設定する。

【0056】

流路１２０を角度を設けて絞ると、熱線式流量センサ１００の表面に被計測流体の流れが沿うようになり、測定可能な流量範囲が広がる一方、絞りすぎると、熱線式流量センサ１００の表面での流速が速くなり、感度（流量変化に対する出力変化）が低下するため、流量範囲が狭くなる。熱線式流量センサ１００付近の平均流速を約１．０ｍ／ｓ以下に抑えることで、良好な感度を得ることができる。

【0057】

本実施形態の熱線式流量計１０では、流路１２０の高さｄが３～２０ｍｍの範囲であり、流量範囲が３００ｍｌ／ｍｉｎ以下であると想定すると、被計測流体の平均流速が約１．０ｍ／ｓ以下となるように、ｂ＋ｃ：ｄは、１：１．５から１：４までの範囲に設定する。

【0058】

次に、上記頂点ｅは、鋭角である場合、大棟部で被計測流体の剥離が生ずるため、丸みを帯びた形状にする必要がある。具体的には、当該大棟部の曲率半径は、上記高さｄの１／１０以上に設定する。

【0059】

以上のようにして、本実施形態の熱線式流量計１０には、被計測流体が流れる管状の流路１２０と、当該流路１２０内に配置された熱線式流量センサ１００とが設けられている。

【0060】

熱線式流量センサ１００は、シリコン基板１１０と、当該シリコン基板１１０上に形成されたヒータ１０１と、当該シリコン基板１１０上に当該ヒータ１０１を中心としてその両側に対称に配置形成された２つの第１及び第２熱感知素子１０２，１０３と、当該基板上、当該各熱感知素子の外側に、前記ヒータを中心として対称に配置形成された２つの第１及び第２流体温度測定素子１０４，１０５とを備えている。

【0061】

流路１２０は、その内壁からせり出して流路を絞る絞り壁１２１ａを備えている。そして、絞り壁１２１ａは、切妻屋根形状であって、その大棟部が被計測流体の流れ方向に対して垂直に位置するように形成され、さらに、当該大棟部を含み、被計測流体の流れ方向に対する垂直面に対して面対称となるように形成されている。

【0062】

熱線式流量センサ１００は、絞り壁１２１ａの大棟部と当該大棟部に対向する流路１２０の内壁１２１との間であって、上記垂直面がヒータ１０１と交差する位置にあって、被計測流体がその流れに従って、第１流体温度測定素子１０４、第１熱感知素子１０２、ヒータ１０１、第２熱感知素子１０３及び第２流体温度測定素子１０５の順、あるいは第２流体温度測定素子１０５、第２熱感知素子１０３、ヒータ１０１、第１熱感知素子１０２及び第１流体温度測定素子１０４の順に接触して行くような方向に設置される。

【0063】

本実施形態の熱線式流量計１０によれば、絞り壁１２１ａにより流路１２０を絞るようにしたので、被計測流体の流量が増大し、流速が速くなっても、熱線式流量センサ１００の表面に被計測流体の流れが沿うようになる。これにより、被計測流体の流量の増加に対して、本実施形態の熱線式流量計１０の出力が単調増加する範囲が広がり、広い流量範囲の計測が可能となる。

【0064】

また、本実施形態の熱線式流量計１０では、絞り壁１２１ａは、当該絞り壁１２１ａの大棟部を含み、被計測流体の流れ方向に対する垂直面に対して面対称となるように形成され、さらに、熱線式流量センサ１００も当該垂直面に対して面対称となるように配置したので、被計測流体の熱線式流量センサ１００表面に対する流れが、順逆両方向で同一になって、どちらからでも流量測定を行うことができるようになった。

【0065】

また、本実施形態の熱線式流量計１０では、絞り壁１２１ａの大棟部は、丸みを帯びた形状であるので、当該大棟部での被計測流体の剥離の発生を抑制することができる。

【0066】

さらに、本実施形態の熱線式流量計１０では、絞り壁１２１ａの上記大棟部は、流路１２０の高さｄの１／１０以上の曲率半径を有するので、当該大棟部での被計測流体の剥離の発生をさらに抑制することができる。

【0067】

また、本実施形態の熱線式流量計１０では、絞り壁１２１ａに含まれる各屋根面は、当該大棟部を含み、被計測流体の流れ方向に対する水平面を基準として、仰角が１０°から３０°までの範囲の傾斜をなしているので、絞り壁１２１ａを形成したことによる、被計測流体の流れの乱れを抑制する効果が得られる。

【0068】

さらに、本実施形態の熱線式流量計１０では、上記距離ｂ＋上記距離ｃ：上記高さｄは、１：１．５から１：４までの範囲に設定されているので、流路１２０の高さｄが３～２０ｍｍの範囲であり、流量範囲が３００ｍｌ／ｍｉｎ以下であると想定すると、被計測流体の平均流速が約１．０ｍ／ｓ以下となり、熱線式流量センサ１００の感度を良好に保つことができる。

【0069】

また、本実施形態の熱線式流量計１０では、上記距離ｂ：上記距離ｃは、１：１から２：１までの範囲に設定されているので、被計測流体が熱線式流量センサ１００の表面を流れる流速を所定の範囲内に制限して、熱線式流量センサ１００の感度を保ちつつ、測定可能な流量範囲を可及的に広げることができる。

【0070】

ちなみに、本実施形態において、シリコン基板１１０は、「基板」の一例である。

【0071】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

【0072】

（１）本実施形態では、シリコン基板１１０を用いたが、これに限らず、基板は、シリコン以外の半導体材料で形成してもよいし、半導体材料以外の材料で形成してもよい。

【0073】

（２）本実施形態では、熱感知素子は、ヒータ１０１の両側に１つずつ形成されているが、この個数は、１つに限らず、２つ以上であってもよい。ただし、本発明では、一方の側に形成される熱感知素子の個数と他方の側に形成される熱感知素子の個数は、同じにする必要があり、かつ、それぞれの側の各熱感知素子は、ヒータ１０１を中心にして、対称となる位置に形成される必要がある。

【符号の説明】

【0074】

１０ 熱線式流量計
１００ 熱線式流量センサ
１０１ ヒータ
１０２ 第１熱感知素子
１０３ 第２熱感知素子
１１０ シリコン基板
１２０ 流路
１２１ 内壁
１２１ａ 絞り壁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】