特許 7224046 超音波流量計

(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】2023-02-09

(45)【発行日】2023-02-17

(54)【発明の名称】超音波流量計

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/667 20220101AFI20230210BHJP

   G01F 1/66 20220101ALI20230210BHJP

【ＦＩ】

G01F1/667 A

G01F1/66 101

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020120033

(22)【出願日】2020-07-13

(65)【公開番号】P2022017002

(43)【公開日】2022-01-25

【審査請求日】2022-03-08

(73)【特許権者】

【識別番号】500524419

【氏名又は名称】株式会社アイシーティー

(74)【代理人】

【識別番号】100080746

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 武嗣

(72)【発明者】

【氏名】白石 勝

(72)【発明者】

【氏名】和田崎 桂司

【審査官】羽飼 知佳

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０７７０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５４－１０９４７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｆ １／００－ ９／０２

Ｇ０１Ｆ １５／００－１５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

配管（Ｐ）内を流れる被測定流体が通過する測定窓部（21）と、該測定窓部（21）を通過する流体の流れ（Ｆ）に乗った第１超音波（Ｖ ₁ ）を発信する上流側の第１超音波センサ（Ｓ ₁ ）と、上記測定窓部（21）を通過する流体の流れ（Ｆ）に逆らって第２超音波（Ｖ ₂ ）を発信する下流位置の第２超音波センサ（Ｓ ₂ ）と、反射面とを有する測定ユニット（10）を、先端に有する棒状挿入体（１）を備えた超音波流量計に於て、
上記棒状挿入体（１）は、上記測定ユニット（10）を有する内筒体（２）を、上記配管（Ｐ）の外部に配設される外筒体（４）に対して、挿入した内外二重筒状構造であって、かつ、伸縮自在とされ、しかも、ロック手段（６）を付設して、長さ調整固定自在に構成され、
上記外筒体（４）の上端（４Ａ）に制御ボックス（28）を連結し、該上端（４Ａ）乃至その近傍から、インナーパイプ（30）を垂設して、該インナーパイプ（30）の下端を、上記外筒体（４）の下端近傍まで到達するよう延伸して、小孔（37）付の蓋体（38）を上記インナーパイプ（30）の下端に固着し、
さらに、上記制御ボックス（28）と上記測定ユニット（10）とを接続するセンサーケーブル（40）を、上記蓋体（38）の上記小孔（37）に挿通状態として、密封剤（41）にて固着すると同時に密封したことを特徴とする超音波流量計。

【請求項2】

上記ロック手段（６）は、
上記外筒体（４）の下端に外嵌状として取着される外嵌取着筒部（７）と、
該外嵌取着筒部（７）に連設され、横断面形状が、対称に配設された略 180°円弧部（８）（８）と、
上記略 180°円弧部（８）（８）の両端面（11）（11）が対向するスリット（12）を接近方向に引寄せる一対のボルト・ネジ孔結合（13）（13）と、
から構成されている請求項１記載の超音波流量計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波流量計に係り、特に、トランジットタイム式の超音波流量計に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、トランジットタイム式の超音波流量計として、水等の流体が流れる配管内に測定ユニットを配管軸心に直交する方向から配管内に深く差込み、計測を行うものが知られている（特許文献１参照）。
さらに、従来から、図８と図９に示すように、第１超音波センサＳ₁ と第２超音波センサＳ₂ を測定路（窓部）31の上端面31Ａに設け、下端面31Ｂを超音波の反射面とした測定ユニット32を、配管軸心Ｏ₁ に直交する方向から配管Ｐ内に差込み、流速を計測する超音波流量計35が公知であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平１１－２０１７９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、図９（Ａ）（Ｂ）は、前述の超音波流量計35が、径寸法が相違した給水等の配管Ｐに対して、取付けた使用状態を例示し、（Ａ）よりも（Ｂ）が、大径の配管Ｐの場合を、示している。
測定路（窓部）31を配管Ｐの軸心Ｏ₁ に一致させんがため、超音波流量計35の全長寸法Ｌ₁ 、及び、制御ボックス34の下面から測定路（窓部）31の中心点までの長さ寸法Ｌ₂ の各々に関しては、図９（Ａ）よりも図９（Ｂ）の方を大きく設定せねばならない。
即ち、図９（Ａ）の小径配管Ｐの場合よりも、図９（Ｂ）の大径配管Ｐの場合は上記各寸法Ｌ₁ ，Ｌ₂ は十分に長くする必要がある。

【0005】

道路等の地面に埋込まれた給水配管の径は、小径から大径まで、極めて多くの径のものが存在している。
従って、流量を測定すべき現場の配管径に対応して、全長寸法Ｌ₁ （長さ寸法Ｌ₂ ）が相違した多数本の超音波流量計を、予め準備する必要があった。
さらに、配管Ｐの埋設されている縦穴の深さが大小種々存在する。この場合も、全長寸法Ｌ₁ が相違した多数本の超音波流量計を、予め準備せねばならなかった。
あるいは、（図示省略するが）配管Ｐの測定場所にあっては、配管Ｐの上方に別の配管、建物の床下面、その他の構造物が存在していて、配管Ｐの上方空間が狭小な場合もあり、全長寸法Ｌ₁ が大きくなるために配管Ｐ内へ超音波流量計35を挿入する作業は困難であった。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る超音波流量計は、配管内を流れる被測定流体が通過する測定窓部と、該測定窓部を通過する流体の流れに乗った第１超音波を発信する上流側の第１超音波センサと、上記測定窓部を通過する流体の流れに逆らって第２超音波を発信する下流位置の第２超音波センサと、反射面とを有する測定ユニットを、先端に有する棒状挿入体を備えた超音波流量計に於て、上記棒状挿入体は、上記測定ユニットを有する内筒体を、上記配管の外部に配設される外筒体に対して、挿入した内外二重筒状構造であって、かつ、伸縮自在とされ、しかも、ロック手段を付設して、長さ調整固定自在に構成され、上記外筒体の上端に制御ボックスを連結し、該上端乃至その近傍から、インナーパイプを垂設して、該インナーパイプの下端を、上記外筒体の下端近傍まで到達するよう延伸して、小孔付の蓋体を上記インナーパイプの下端に固着し、さらに、上記制御ボックスと上記測定ユニットとを接続するセンサーケーブルを、上記蓋体の上記小孔に挿通状態として、密封剤にて固着すると同時に密封した構成である。

【0007】

また、上記ロック手段は、上記外筒体の下端に外嵌状として取着される外嵌取着筒部と、該外嵌取着筒部に連設され、横断面形状が、対称に配設された略 180°円弧部と、上記略 180°円弧部の両端面が対向するスリットを接近方向に引寄せる一対のボルト・ネジ孔結合と、から構成されている。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、配管径の大小にかかわらず、一本（又は最低本数）の超音波流量計をもって、流量を測定可能となる。また、縦穴の下方に、流量を計測すべき配管が存在している現場に於て、縦穴の上端面から内部下方の配管までの上下寸法が大小種々であっても、容易かつ迅速に対応して、流量計測を行い得る。
また、配管の上方に、他の配管や建物の床下面、あるいは、邪魔となる構造物が存在している測定場所に於ても、（分水栓や補修弁の貫通状孔部から）配管内へ、短縮状態として挿入可能であり、その挿入した状態で、棒状挿入体を延伸して、長さ調整すれば、配管軸心に測定ユニットの測定路（窓部）を一致させ、高精度の流量計測を迅速・容易に行い得る。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施の一形態を示し、配管の径の大小に対応できることを説明する一部断面正面図である。

【図2】縦穴が浅い場合を示す使用状態の断面図である。

【図3】縦穴が深い場合を示す使用状態の断面図である。

【図4】超音波流量計の正面図であって、（Ａ）（Ｂ）は、各々、図２，図３に対応した超音波流量計の正面図である。

【図5】要部拡大断面図であって、（Ａ）はセンサーケーブルを省略して示した要部拡大断面図、（Ｂ）はセンサーケーブルを蓋体の小孔に挿通状態として、さらに、密封剤にて固着した状態を示し、かつ、（Ａ）とは90°相違した断面をもって示した要部拡大断面図である。

【図6】要部拡大説明図であって、（Ａ）は制御ボックスとその近傍を一部断面をもって示す要部拡大説明図、（Ｂ）は測定ユニットを一部断面をもって示す要部拡大説明図である。

【図7】ロック手段の一実施例を示し、（Ａ）は外嵌取着筒部の正面図、（Ｂ）は外嵌取着筒部の断面正面図、（Ｃ）は図７（Ａ）のＣ－Ｃ断面説明図である。

【図8】従来例を示し、（Ａ）は一部断面正面図、（Ｂ）は要部拡大作用説明断面図である。

【図9】従来例を示し、（Ａ）は配管径が小さい場合を示す一部断面正面図、（Ｂ）は配管径が大きい場合を示す一部断面正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
図１～図４に示すように、本発明に係る超音波流量計Ｕは、超音波の伝播時間を計測し、さらに計測した流速に基づいて流量を算出（演算）するトランジットタイム計測式（伝播時間差式）である。
そして、図１、又は、図２と図３に示すように、配管Ｐに付設されている分水栓Ｊ又は補修弁Ｖの貫通状孔部15を挿通して、水等の被測定流体の流れる配管Ｐの内部へ挿入される棒状挿入体１を有する。

【0011】

ところで、上記棒状挿入体１は、図４（Ａ）に示した長さが短い状態と、図４（Ｂ）に示した長さが長い状態のように、長さ調整固定自在である。
棒状挿入体１の先端には、配管Ｐ内を流れる被測定流体が通過する測定窓部（測定路）21を有する。
具体的には、棒状挿入体１の先端には測定ユニット10が設けられ、この測定ユニット10は、（縦長状の）上記測定窓部21を有している。

【0012】

図６（Ｂ）に於て、測定ユニット10を拡大断面図をもって、さらに具体的に示し、Ｓ₁ は、測定窓部21を通過する流体の流れＦに乗った第１超音波Ｖ₁ を発信する上流側の第１超音波センサである。Ｓ₂ は、測定窓部21を通過する流体の流れＦに逆らって第２超音波Ｖ₂ を発信する下流位置の第２超音波センサである。
図６（Ｂ）では、測定窓部21の上端面21Ａに、第１超音波センサＳ₁ と第２超音波センサＳ₂ が設けられている。
また、測定窓部21の下端面21Ｂは平坦面として、超音波Ｖ₁ ，Ｖ₂ の反射面とする。所定角度θをもって、この反射面で各超音波Ｖ₁ ，Ｖ₂ が反射する。

【0013】

図１～図４に示すように、棒状挿入体１は、下端に前記測定ユニット10を有する内筒体２と、配管Ｐの外部に配設される外筒体４とを、備え、この外筒体４に対して、内筒体２を、挿入した内外二重筒状構造であり、しかも、内筒体２を外筒体４に下方から挿入する深さ寸法を変更して、伸縮自在とされている。
しかも、ロック手段６が棒状挿入体１に付設され、伸縮自在とされた上記内外二重筒状構造の長さを、固定自在としている。要するに、棒状挿入体１は、長さ調整固定自在に構成されている。

【0014】

ここで、ロック手段６の一例について、説明すると、図５と図７に示すように、外筒体４の下端に、外嵌状に取着される外嵌取着筒部７と、該外嵌取着筒部７の下方に連設され、横断面形状が、対称に配設された略 180°円弧部８，８と、から成る略円筒体９を、備えている。
さらに、ロック手段６は、上記略 180°円弧部８，８の両端面11，11が対向する（アキシャル方向の）スリット12を接近方向に引寄せる一対のボルト・ネジ孔結合13，13を、備えている。

【0015】

図７（Ｃ）は、図７（Ａ）のＣ－Ｃ断面にボルト14，14を付加した図であって、一方の円弧部８には、孔部16と切欠凹部17とを有し、凹部17の底面が、ボルト14の頭部の当り面となる。他方の円弧部８にはネジ孔18が貫設される。
上記ボルト・ネジ孔結合13は、図７（Ｃ）に示したような、ボルト14とネジ孔18等にて構成される。

【0016】

なお、薄肉円筒形状の挟み込み用パッキン19が、一対の略 180°円弧部８，８の内面に凹設された浅い略円周溝23に嵌着され、前記ボルト14の螺進によって略 180°円弧部８，８が相互に接近し（スリット12の間隙が減少し）、内筒体２の外周面に対して、略 180°円弧部８，８の内面が、圧接状態となって、内筒体２の上下方向の作動（伸縮）を阻止する摩擦力を、上記パッキン19にて増大させる。

【0017】

ところで、図５と図７に示した外嵌取着筒部７にラジアル方向に形成された小ネジ孔24には、止めネジ25が螺進されて、嵌込まれた外筒体４の下端外周面に先端を圧接状乃至食込み状として、外筒体４の下端と、外嵌取着筒部７とを、強固に連結一体化する。
また、図５に示すように、円筒型の抜け止めソケット26が内筒体２の上端の外周テーパネジに対して、螺着され（固着され）ている。

【0018】

また、図６（Ａ）に示すように、外筒体４の上端４Ａには、継手27を介して、制御ボックス28とハンドル29が取着されている。
この継手27は、軸心に沿ったテーパネジ孔36を有し、このテーパネジ孔36に螺合するテーパ雄ネジを上端に有するインナーパイプ30が垂下状に設けられている。
つまり、外筒体４の軸心とインナーパイプ30の軸心とが、一致するようにして、外筒体４の上端４Ａから、インナーパイプ30を垂設する。あるいは、（図示省略するが、）制御ボックス28等の、外筒体４の上端４Ａの近傍から、インナーパイプ30を垂設することも自由である。

【0019】

このインナーパイプ30が、外筒体４の上端４Ａ乃至その近傍に対して密封状に連結すると共に、下方へ垂設して、その下端を、図５に示すように、外筒体４の下端近傍まで到達させる。
そして、小孔37付の蓋体38を、インナーパイプ30の下端に固着する。特に、図５に示す如く、インナーパイプ30の下端及び蓋体38が、内筒体２の内部に、常時、侵入状であることが望ましい。即ち、内筒体２と外筒体４が最長寸法に伸長した状態下でも、蓋体38が内筒体２の内部に存在させるのが、望ましい。

【0020】

図５（Ｂ）及び図６に於て、40はセンサーケーブルであって、上方の制御ボックス28と、下方の測定ユニット10（の超音波センサＳ₁ ，Ｓ₂ ）とを、接続している。
また、（図５（Ａ）では、このセンサーケーブル40について、図示省略しているが、）図５（Ｂ）に示したように、上記蓋体38の小孔37にセンサーケーブル40を挿通状態として、シリコン系接着剤等の密封剤41にて、固着すると同時に密封する。
従って、インナーパイプ30内部は、密封状となって、水等の流体が浸入せず、（図６（Ａ）に示した）制御ボックス28内への浸入も防止できる。

【0021】

本発明は、以上詳述したように、被測定流体の流れる配管Ｐに挿入される棒状挿入体１が、長さ調整固定自在であるので、図１に示したように、配管Ｐの径が大小相違しても、一本の超音波流量計Ｕを現場まで持参すれば、その配管軸心Ｏ₁ に対し、測定窓部21を一致させることが、可能となって、作業能率を改善できる。従来は、図９（Ａ）（Ｂ）に示すように、現場における配管Ｐの径が不明である場合に、現場到着後に、複数の（一揃えの）長さの相違した流量計から一本を選択せねばならなかったが、このような無駄が省略できる。
また、図２と図３に示したように、配管Ｐの埋設されている縦穴42の地面からの深さが大小種々存在する場合にも、縦穴の深さに、現場で容易かつ迅速に対応して、配管Ｐの軸心Ｏ₁ に対して測定窓部21を一致させるように調整できる。なお、図２，図３におけるＨ₀ は、制御ボックス28及びハンドル29の地面から容易に観察・操作できる最適の深さを示し、本発明ではこのように、最適の深さに、容易・迅速に設定可能であることを示す。また、配管Ｐの測定場所にあっては、上方近傍に別の配管や建物の床下面やその他の構造物が存在していて、全長が大きい流量計では、配管Ｐ内へ挿入することが困難な場合があるが、そのようなときに、全長を十分短縮して、配管Ｐ内へ挿入しつつ、全長を延ばしてゆけば、簡単に挿入してセットできる。

【0022】

また、本発明は、配管Ｐ内を流れる被測定流体が通過する測定窓部21と、該測定窓部21を通過する流体の流れＦに乗った第１超音波Ｖ₁ を発信する上流側の第１超音波センサＳ₁ と、上記測定窓部21を通過する流体の流れＦに逆らって第２超音波Ｖ₂ を発信する下流位置の第２超音波センサＳ₂ と、反射面とを有する測定ユニット10を、先端に有する棒状挿入体１を備えた超音波流量計に於て、上記棒状挿入体１は、上記測定ユニット10を有する内筒体２を、上記配管Ｐの外部に配設される外筒体４に対して、挿入した内外二重筒状構造であって、かつ、伸縮自在とされ、しかも、ロック手段６を付設して、長さ調整固定自在に構成されているので、配管Ｐ内の流体の流れを乱すことが最少となり精度の高い流量計測が実現でき、ロック手段６にて不意に長さが変化することも、防止できる。

【0023】

また、上記ロック手段６は、上記外筒体４の下端に外嵌状として取着される外嵌取着筒部７と、該外嵌取着筒部７に連設され、横断面形状が、対称に配設された略 180°円弧部８，８と、上記略 180°円弧部８，８の両端面11，11が対向するスリット12を接近方向に引寄せる一対のボルト・ネジ孔結合13，13と、から構成されているので、ロック手段６において固定状態と伸縮自在状態とに、確実に安定して、切替自在であり、かつ、他の物体に衝突してもロック手段６は損傷を受けずに済む。

【0024】

また、上記外筒体４の上端４Ａに制御ボックス28を連結し、該上端４Ａ乃至その近傍から、インナーパイプ30を垂設して、該インナーパイプ30の下端を、上記外筒体４の下端近傍まで到達するよう延伸して、小孔37付の蓋体38を上記インナーパイプ30の下端に固着し、さらに、上記制御ボックス28と上記測定ユニット10とを接続するセンサーケーブル40を、上記蓋体38の上記小孔37に挿通状態として、密封剤41にて固着すると同時に密封した構成であるので、センサーケーブル40の上方部位、特に、制御ボックス28の内部の電子制御部品等が確実に保護される。また、センサーケーブル40は、棒状挿入体１の伸縮作動時にも、整然と変形し、もつれず、損傷が防止される。

【符号の説明】

【0025】

１ 棒状挿入体
２ 内筒体
４ 外筒体
４Ａ 上端
６ ロック手段
７ 外嵌取着筒部
８ 略 180°円弧部
10 測定ユニット
11 端面
12 スリット
13 ボルト・ネジ孔結合
21 測定窓部
28 制御ボックス
30 インナ―パイプ
37 小孔
38 蓋体
40 センサーケーブル
41 密封剤
Ｆ 流体の流れ
Ｐ 配管
Ｓ₁ 第１超音波センサ
Ｓ₂ 第２超音波センサ
Ｕ 超音波流量計
Ｖ₁ 第１超音波
Ｖ₂ 第２超音波

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】