特許 7034480 流体圧力検出装置

(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】2022-03-04

(45)【発行日】2022-03-14

(54)【発明の名称】流体圧力検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/46 20060101AFI20220307BHJP

   G01L 15/00 20060101ALI20220307BHJP

   G01P 5/165 20060101ALI20220307BHJP

【ＦＩ】

G01F1/46

G01L15/00

G01P5/165

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018089153

(22)【出願日】2018-05-07

(65)【公開番号】P2019196913

(43)【公開日】2019-11-14

【審査請求日】2021-01-20

(73)【特許権者】

【識別番号】508332416

【氏名又は名称】株式会社芝田技研

(74)【代理人】

【識別番号】100134832

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧野 文雄

(74)【代理人】

【識別番号】100165308

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 俊明

(74)【代理人】

【識別番号】100115048

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 康弘

(72)【発明者】

【氏名】芝 吉治郎

【審査官】森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第９０７５０７５（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】米国特許第５７３６６５１（ＵＳ，Ａ）

【文献】特許第５８５９８６０（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｆ

Ｇ０１Ｌ

Ｇ０１Ｐ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

送風管と、前記送風管内の流体の流れ軸方向に対して長手方向が交差するように該送風管に配置されるとともに、前記長手方向に配列されて開口する複数の測定孔を有する多孔ピトー管とを備えた流体圧力検出装置であって、
前記多孔ピトー管は、前記複数の測定孔が形成された長尺のセンサ管と、前記センサ管の一端に設けられた圧力出力プラグと、前記センサ管の他端を封止する封止プラグとで構成され、前記多孔ピトー管の前記封止プラグ側が前記送風管の壁面を貫通するように該多孔ピトー管が前記送風管に取り付けられ、
前記送風管内の前記多孔ピトー管の上流側に整流格子を備え、
前記整流格子は、前記送風管の軸線と平行な２枚の整流プレートを前記軸線から放射状となるように互いに直角に配置して設けられ、
前記整流プレートの外周端部が前記送風管の内面に当接されて固着されていることを特徴とする流体圧力検出装置。

【請求項2】

前記測定孔を前記流体の流れ軸の上流側に開口した第１の多孔ピトー管と、前記測定孔を前記流体の流れ軸の下流側に開口した第２の多孔ピトー管とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の流体圧力検出装置。

【請求項3】

前記２枚の整流プレート同士の交差部分は、スリット同士を差し込むことで組み付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の流体圧力検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、送風管内を流れる気体の速度や流量を測定するために流体の圧力を検出する多孔ピトー管を備えた流体圧力検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の流体圧力検出装置として、例えば特開２０１１－２３２３１６号公報（特許文献１）に開示された風道がある。この従来の流体圧力検出装置（風道）は、送風管（ダクト等）内において、上流側に整流格子を備えるとともに、その下流側に複数の測定孔を有する多孔ピトー管（多孔管）を備えて構成されている。そして、整流格子によって流れの状態を整え、多孔管ピトー管で流体の圧力を検出するものである。

【0003】

また、送風管内の風速分布が、フラットになることは希で、圧力検出装置の前後に接続される配管の組み合わせ等により、多種多様な風速分布が生じる。図５は、本発明が対象とする送風管内の空気の速度分布の一例を説明する図である。図示のように、層流における管内の速度分布は管の中央が高速で管壁に近くなるにしたがって略二次関数的に低速になる傾向にある。また、乱流における管内の速度分布は層流に比べて扁平であり、管の中央から管壁の近くまで略平坦な分布となり、管壁に近くなるにしたがって略べき乗関数的に低速になる傾向にある。そのため、送風管の流路断面を横断するように位置する多くの点での圧力により、図示の平均流速（風量）を検出できるようにしている。すなわち、長尺のセンサ管に、その長手方向に多数の測定孔を設けた多孔ピトー管を用い、この多孔ピトー管を流線と交差（直交）するように配置し、多数の測定孔で圧力を検出している。なお、この圧力検出点についても、流路断面を等断面積となるように多数の領域に分割し、各領域の断面の中心に測定孔を配置するようにして圧力を検出する方法が一般的である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－２３２３１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

前記のように送風管内の風速分布がフラットになることは希で、この風速は、送風管の壁面近傍になるほど減速し、その減速率も壁面に近くなるほど大きくなる。このため、送風管の壁面近傍での圧力検出が風量等の正確な測定に欠かせない。しかしながら、多孔ピトー管のセンサ管の端部は封止する必要があるため、封止構造との干渉を避けるために、この壁面近傍に測定孔を設けることが困難である。また、送風管が円筒状の場合、流路断面を等断面積となる多数の領域に分割する場合、壁面に近い領域ほど径方向の幅が小さくなるため、この壁面に近い部分では、測定孔を近接させる必要があり、上記の問題が顕著になる。

【0006】

本発明は、この点に鑑み、送風管の壁面の近傍にも容易に測定孔を設けることができるようにした流体圧力検出装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１の発明は、送風管と、前記送風管内の流体の流れ軸方向に対して長手方向が交差するように該送風管に配置されるとともに、前記長手方向に配列されて開口する複数の測定孔を有する多孔ピトー管とを備えた流体圧力検出装置であって、前記多孔ピトー管は、前記複数の測定孔が形成された長尺のセンサ管と、前記センサ管の一端に設けられた圧力出力プラグと、前記センサ管の他端を封止する封止プラグとで構成され、前記多孔ピトー管の前記封止プラグ側が前記送風管の壁面を貫通するように該多孔ピトー管が前記送風管に取り付けられ、前記送風管内の前記多孔ピトー管の上流側に整流格子を備え、前記整流格子は、前記送風管の軸線と平行な２枚の整流プレートを前記軸線から放射状となるように互いに直角に配置して設けられ、前記整流プレートの外周端部が前記送風管の内面に当接されて固着されていることを特徴とする流体圧力検出装置である。

【0008】

第２の発明は、第１の発明であって、前記測定孔を前記流体の流れ軸の上流側に開口した第１の多孔ピトー管と、前記測定孔を前記流体の流れ軸の下流側に開口した第２の多孔ピトー管とを備えたことを特徴とする流体圧力検出装置である。

【0009】

第３の発明は、第１または第２の発明であって、前記２枚の整流プレート同士の交差部分は、スリット同士を差し込むことで組み付けられていることを特徴とする流体圧力検出装置である。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、多孔ピトー管が、その封止プラグ側が送風管の壁面を貫通するようにして、この送風管に取り付けられているので、多孔ピトー管のセンサ管の端部である壁面の近傍に測定孔を容易に設けることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態の流体圧力検出装置の一部破砕正面図である。

【図2】本発明の実施形態の流体圧力検出装置の一部破砕側面図である。

【図3】本発明の実施形態の流体圧力検出装置における封止プラグの部分と出力プラグの部分の拡大断面図である。

【図4】本発明の実施形態の流体圧力検出装置における多孔ピトー管の組み付け手順と多孔ピトー管の送風管に対する取り付け手順を説明する図である。

【図5】本発明が対象とする送風管内の空気の速度分布の一例を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

次に、本発明の流体圧力検出装置の実施形態を図面を参照して説明する。図１は実施形態の流体圧力検出装置の一部破砕正面図、図３は実施形態の流体圧力検出装置における封止プラグの部分と圧力出力プラグの部分の拡大断面図である。

【0013】

この実施形態の流体圧力検出装置は、「送風管」としての送風管１０と、整流格子２０と、圧力センサ部３０とを備えて構成されている。

【0014】

送風管１０は円筒形状の導管１０ａと導管１０ａの両端の外周に形成されたフランジ部１０ｂとで構成されている。フランジ部１０ｂは、当該圧力検出装置の前後に接続される他の配管との接続用に設けられており、その他の配管とでボルト止めするための止め孔１０ｃが形成されている。そして、この送風管１０内で流体である気体が図２の矢印の方向に流れる。すなわち、気流の流れ軸方向（流体の流れ軸方向）は、送風管１０の中心軸である軸線Ｌ方向である。

【0015】

整流格子２０は、送風管１０の軸線Ｌと平行な２枚の整流プレート２０ａ，２０ａを軸線Ｌから放射状となるように互いに直角に配置し、この整流プレート２０ａ，２０ａ同士の交差部分は、スリット同士を差し込むことで組み付けられている。また、この整流プレート２０ａ，２０ａの外周端部は送風管１０の導管１０ａの内面に当接され、この当接部分と上記交差部分とは溶接により固着されている。

【0016】

圧力センサ部３０は、第１の多孔ピトー管１Ａと第２の多孔ピトー管１Ｂとを備えている。第１の多孔ピトー管１Ａは気流の流れ軸方向の上流側に配置され、第２の多孔ピトー管１Ｂは、気流の流れ軸方向の下流側に配置されている。また、第１の多孔ピトー管１Ａと第２の多孔ピトー管１Ｂは、互いに平行に配置されるとともに、その長手方向が送風管１０の軸線Ｌと直角となるようにして送風管１０を横切るように取り付けられている。なお、以下の説明でこの「第１」と「第２」を区別しないときは「多孔ピトー管１」として説明する。

【0017】

それぞれの多孔ピトー管１は、長尺の金属製の管からなるセンサ管１１と、センサ管１１の一方の端部に取り付けられた金属製の封止プラグ１２と、センサ管１１の他方の端部に取り付けられた金属製の圧力出力プラグ１３とで構成されている。樹脂の管や樹脂のプラグでもよい。

【0018】

センサ管１１は、その長手方向と直交する面（軸線Ｌ方向の面）で切断した断面形状が角型（矩形）となる形状であり、このセンサ管１１には、その矩形の稜線のうちの一つの稜線の箇所に、複数（この実施形態では６つ）の測定孔１１ａが形成されている。そして、第１の多孔ピトー管１Ａは、測定孔１１ａが気流の流れ軸方向の上流側に開口するように配置され、第２の多孔ピトー管１Ｂは、測定孔１１ａが気流の流れ軸方向の下流側に開口するように配置されている。

【0019】

図３（Ａ）に示すように、封止プラグ１２は、円柱形状の円柱部１２ａと、円柱部１２ａの中央に形成された突起１２ｂとを有している。そして、突起１２ｂがセンサ管１１の内部に挿入され、封止プラグ１２は、円柱部１２ａの端面をセンサ管１１の端面に突き当てた状態で、このセンサ管１１の端部に取り付けられている。これにより、センサ管１１の内部が封止されている。

【0020】

図３（Ｂ）に示すように、圧力出力プラグ１３は、薄型円柱形状の円柱部１３ａと、円柱部１３ａの中央に形成された突起１３ｂと、円柱部１３ａの他方に形成されたフレアナット部１３ｃとを有している。また、圧力出力プラグ１３は、円柱部１３ａと突起１３ｂとを貫通するように中心に導通孔１３ｄを有しており、この導通孔１３ｄは突起１３ｂの端部をフレアナット部１３ｃの内部に導通している。そして、突起１３ｂがセンサ管１１の内部に挿入され、圧力出力プラグ１３は、円柱部１３ａの端面をセンサ管１１の端面に突き当てた状態で、このセンサ管１１の端部に取り付けられている。これにより、センサ管１１の内部は導通孔１３ｄを介してフレアナット部１３ｃの内部に連通されている。フレアナット部１３ｃは内側に雌ねじ部１３ｅを有しており、図示しない計測メータに連通する配管がフレアナット部１３ｃに接続される。

【0021】

以上の構成により、この実施形態の流体圧力検出装置は、送風管１０内を流れる気流に対して、気流の流れ軸方向の上流側に配置された第１の多孔ピトー管１Ａにより気流の全圧を検出し、気流の流れ軸方向の下流側に配置された第２の多孔ピトー管１Ｂにより気流の見かけの静圧（実際の静圧とは異なる圧力であり、以下「見かけの静圧」という。）を検出する。そして、この全圧と見かけの静圧は、第１及び第２の多孔ピトー管１Ａ，１Ｂの圧力出力プラグ１３から図示しない計測メータに出力され、この計測メータにおいて、全圧と見かけの静圧の圧力差を流体の流速あるいは流量に換算して測定が行われる。

【0022】

次に、多孔ピトー管１の組み付け手順と多孔ピトー管１の送風管１０に対する取り付け手順についてさらに詳細に説明する。まず、図４（Ａ）に示すように、測定孔１１ａが形成されたセンサ管１１に対して、その片側端部に封止プラグ１２を嵌め込み、封止プラグ１２の円柱部１２ａの端面とセンサ管１１の端面とを溶接により固着する。また、センサ管１１の他方の端部に圧力出力プラグ１３を嵌め込み、圧力出力プラグ１３の円柱部１３ａの端とセンサ管１１の端面とを溶接により固着する。これにより多孔ピトー管１が構成される。

【0023】

図４（Ｂ）に示すように、送風管１０の導管１０ａには、センサ管１１の外周形状に整合する形状の第１及び第２の貫通孔１０Ｈ１，１０Ｈ２が形成されており、上記のように構成した多孔ピトー管１を、その封止プラグ１２側の端部から第１の貫通孔１０Ｈ１に挿通し、反対側の第２の貫通孔１０Ｈ２に対して封止プラグ１２を貫通させる。また、同時に第１の貫通孔１０Ｈ１に圧力出力プラグ１３の円柱部１３ａの一部を貫通させる。そして、第１の貫通孔１０Ｈ１と圧力出力プラグ１３との周囲を溶接により固着し、第２の貫通孔１０Ｈ２と封止プラグ１２との周囲を溶接により固着する。これにより、多孔ピトー管１の内部が封止されて、送風管１０に取り付けられる。

【0024】

以上のように、実施形態の流体圧力検出装置は、送風管１０と、送風管１０内の気流の流れ軸方向に対して長手方向が交差するように送風管１０に配置された多孔ピトー管１を備えている。また、多孔ピトー管１は、長手方向に配列されて開口する複数の測定孔１１ａを有している。多孔ピトー管１は、複数の測定孔１１ａが形成された長尺のセンサ管１１と、センサ管１１の一端に設けられた圧力出力プラグ１３と、センサ管１１の他端を封止する封止プラグ１２とで構成されている。そして、多孔ピトー管１の封止プラグ１２側が送風管１０の導管１０ａの壁面を貫通するように、この多孔ピトー管１が送風管１０に取り付けられている。したがって、多孔ピトー管１のセンサ管１１の端部である壁面の近傍に、測定孔１１ａを容易に設けることができる。

【0025】

また、実施形態の流体圧力検出装置は、測定孔１１ａを気流の流れ軸の上流側に開口した第１の多孔ピトー管１Ａと、測定孔１１ａを気流の流れ軸の下流側に開口した第２の多孔ピトー管１Ｂとを備えているので、気流の全圧と気流の見かけの静圧とを検出して、気流の流速や流量等を測定する計測メータに適用できる。

【0026】

また、実施形態の流体圧力検出装置は、送風管１０内の多孔ピトー管１の上流側に整流格子２０を備えているので、この整流格子２０が送風管１０内での気流の旋回流を防止することができ、圧力センサ部３０（多孔ピトー管１）側に流れる気流を整流することができる。したがって、気流圧力を精度良く検出することができる。

【0027】

実施形態では、センサ管１１がその断面形状が角型（矩形）となる形状のものを例に説明したが、このセンサ管の形状は、その長手方向と直交する面で切断した断面形状が、丸型、菱型、砲弾型であるような形状など、いずれの形状のものでもよい。

【0028】

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

【符号の説明】

【0029】

１０ 送風管
１０ａ 導管
１０ｂ フランジ部
１０Ｈ１ 第１の貫通孔
１０Ｈ２ 第２の貫通孔
２０ 整流格子
２０ａ 整流プレート
３０ 圧力センサ部
１ 多孔ピトー管
１Ａ 第１の多孔ピトー管
１Ｂ 第２の多孔ピトー管
１１ センサ管
１１ａ 測定孔
１２ 封止プラグ
１２ａ 円柱部
１２ｂ 突起
１３ 圧力出力プラグ
１３ａ 円柱部
１３ｂ 突起
１３ｃ フレアナット部
１３ｄ 導通孔
１３ｅ 雌ねじ部
Ｌ 軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】