フルイディック流量計
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、噴出ノズルから流路内に噴出されるガス等の流体の振動現象によって生じる交番圧力波を検出して流量を検出するフルイディック流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種のフルイディック流量計は、例えば一般家庭等に設置されるものが知られている。このようなフルイディック流量計は、流路の入口側に噴出ノズルが設けられ、この噴出ノズルから流路内に流体を噴出すると、コアンダ効果によって噴出流体は、例えば右側の側壁に沿って流れる。この右側の側壁に流れた流体の一部は帰還流体となり、この帰還流体の流体エネルギが噴出流体に付与され、噴出流体が再び右側の側壁に沿って流れるようになり、今度は左側の側壁に流れた流体の一部が帰還流体となり、この帰還流体の流体エネルギが噴出流体に付与され、噴出流体が再び右側の側壁に沿って流れるようになる。
【０００３】このとき、噴出ノズルから流路内に噴出される流体の振動現象によって交番圧力波が生じる。この交番圧力波を圧力波センサによって検出し、この周波数から流量を算出して流体の流量を検出している。
【０００４】ところで、交番圧力波を生じさせるフルイディック素子の形状は、従来、図９及び図１０に示すようになっていた。
【０００５】すなわち、図９はフルイディック流量計の全体を示し、１１はケースである。このケース１１は、矩形箱状のケース本体１２と、このケース本体１２の開口部を閉塞する蓋体（図示しない）とから構成されている。
【０００６】ケース本体１２の下部にはガス流入口体１４とガス流出口体１５が並設され、上部には表示窓１６が設けられている。ケース１１の内部における下部には後述するフルイディック素子１７及び遮断弁１８が設置され、上部には電池１９、圧力スイッチ２０、感震器２１及び表示窓１６に対向する積算表示基板２２が設置されている。
【０００７】前記フルイディック素子１７について説明すると、２３はダイキャスト等によって形成された流路本体であり、この流路本体２３の開口部をパッキングを介して蓋体によって閉塞することにより、流路２６が構成されている。
【０００８】この流路２６は隔壁２７によって区画され、上流側流路２８は前記ガス流入口体１４に連通し、下流側流路２９は前記ガス流出口体１５に連通している。上流側流路２８の途中には弁座３０が設けられ、この弁座３０には前記遮断弁１８の弁体３１が対向している。すなわち、前記圧力スイッチ２０、感震器２１が異常を感知したとき、遮断弁１８によって流路２６を遮断することができるように構成されている。
【０００９】前記流路本体２３の隔壁２７には図１０に示すように、噴出ノズル３２が設けられている。この噴出ノズル３２は流路本体２３の奥行き方向全体に亘って開口するスリット状で、その長手方向の開口両側縁には上流側流路２８に突出する突出部３２ａ，３２ｂを有し、ノズル通路長を延長させている。
【００１０】この噴出ノズル３２に対向する下流側流路２９には流体の流動方向切換安定化を図るための左右対称に形成されたハート状の第１のターゲット３３が設けられている。この第１のターゲット３３は、その上流側が比較的大きな曲率半径を有する曲線で形成されるともに、下流側が下方に向けて凸となる鋭利な形状で構成されている。この第１のターゲット３３を挟んで両側には側壁３４ａ，３４ｂが対称的に設けられている。
【００１１】さらに、前記第１のターゲット３３より下流側に位置する中央部には第２のターゲット３５が設けられ、さらに下流側には下流側流路２９の幅方向に延長するリターン壁３６が設けられている。そして、前記側壁３４ａ，３４ｂの外側に帰還流路３７ａ，３７ｂが形成され、リターン壁３６の両端外側に排出流路３８ａ，３８ｂが設けられている。
【００１２】従って、前記噴出ノズル３２から下流側流路２９に向かって流体が噴出されると、この噴出流体は、ターゲット３３の外形に沿って流れ、左右に振分けられてコアンダ効果により、例えば右側の側壁３４ａの内側に沿って流れる。
【００１３】この右側の側壁３４ａに流れた流体の大部分は排出流路３８ａに向かうが、一部は帰還流体となり、帰還流路３７ａに向かう。この帰還流体の流体エネルギが噴出流体に付与され、噴出流体が左側の側壁３４ｂの内側に沿って流れるようになり、今度は左側の側壁３４ｂに流れた流体の一部が帰還流体となり、この帰還流体の流体エネルギが噴出流体に付与され、噴出流体が再び右側の側壁３４ａの内側に沿って流れるようになる。
【００１４】このように、噴出ノズル３２から下流側流路２９内に噴出される流体の振動現象によって交番圧力波が生じるように構成され、この交番圧力波を噴出ノズル３２の出口近傍に設けられた圧力波センサ３９ａ，３９ｂによって検出し、これを図１１に示すような電気信号に変換してこの検出結果に基づいて流量測定を行っていた。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなフルイディック流量計においては、フルイディック素子１７を構成している部品が多く、これらの平面形状も複雑なため、このフルイディック素子１７を成形する金型や製品の寸法管理が容易でないという問題があった。
【００１６】また、フルイディック素子１７を構成している部品が多いため、流量計自体の小型化の要請に応えることができないという問題もあった。
【００１７】さらに、第２のターゲット３５の下流側に下流側流路２９の幅方向に延長するリターン壁３６を設けることから、噴出ノズル３２からの噴出流体はリターン壁３６に当たり、この壁を沿って下流側から上流側に戻るため圧力損失が大きくなるという問題もあった。
【００１８】そこで本発明は、フルイディック素子を成形する金型や製品の寸法管理を容易に行うことができ、また流量計自体の小型化を図ることができ、しかも圧力損失を低減することができるフルイディック流量計を提供しようとするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明は、流路を構成する流路本体と、この流路本体に設けられたフルイディック素子と、流路内に流体を噴出する噴出ノズルとを備え、噴出ノズルから流路内に噴出される流体の振動現象によって生じる交番圧力波を検出して流量を検出するフルイディック流量計において、噴出ノズルの出口近傍に設けられ、流体の交番圧力波を検出する交番圧力検出手段と、噴出ノズルより下流側流路に設けられ、流体の流動方向の切換を安定化させるターゲットと、このターゲットを挟んで両側に対称的に設けられ、下流側流路の幅方向に延長したリターン側壁と、このリターン側壁の下流側に設けられた流体出口とを設け、リターン側壁は、噴出ノズルの出口近傍に向けて延出した上流側端部と、ターゲットの下流側で対向し、この対向部で流体出口への連通路を形成する下流側端部と、噴出ノズルからの噴出流体の一部を下流側端部から上流側端部まで交番圧力検出手段に向けて案内するとともに、噴出ノズルからの噴出流体の一部を流体出口への連通路に案内する流体案内部とを設けたものである。
【００２０】請求項２記載の本発明は、ターゲットは、その上流側に曲率半径が比較的小さい円弧状の上流側凹部を有する請求項１記載のフルイディック流量計である。
【００２１】
【作用】このような構成の本発明においては、流量測定を行う際、噴出ノズルから流路内に流体を噴出すると、この噴出ノズルからの流体は、ターゲットの外形に沿って流れ、コアンダ効果によって噴出流体は、例えば右側のリターン側壁に沿って流れる。この右側のリターン側壁に流れた流体の一部は帰還流体となり、この帰還流体の流体エネルギが噴出流体に付与され、噴出流体が再び右側のリターン側壁に沿って流れるようになり、今度は左側のリターン側壁に流れた流体の一部が帰還流体となり、この帰還流体の流体エネルギが噴出流体に付与され、噴出流体が再び右側のリターン側壁に沿って流れる。これが繰返されて交番圧力波が生じるようになる。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。なお、本実施例においてフルイディック素子以外の主要部は、図９に示す部分と同様であるため、フルイディック流量計全体の説明は省略する。また、フルイディック素子のうち、図１０に示す部分と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２３】図１は、フルイディック流量計のフルイディック素子を示す図で、２３はダイキャスト等によって形成された流路本体であり、この流路本体２３の開口部をパッキングを介して蓋体（図示しない）によって閉塞することにより、流路２６が構成されている。
【００２４】この流路２６は隔壁２７によって区画されており、流路本体２３の隔壁２７には、噴出ノズル３２が設けられている。この噴出ノズル３２は流路本体２３の奥行き方向全体に亘って開口するスリット状で、その長手方向の開口両側縁には上流側流路２８に突出する突出部３２ａ，３２ｂを有し、ノズル通路長を延長させている。
【００２５】この噴出ノズル３２に対向する下流側流路２９には流体の流動方向切換安定化を図るための左右対称に形成されたＵ字状のターゲット４０が設けられている。具体的には、ターゲット４０は、その上流側は比較的小さな曲率半径を有する凹曲線で形成されるとともに、下流側はその全体に亘って滑らかな凸曲線形状で形成されている。
【００２６】上記ターゲット４０は、例えば上流側曲線部４１はその両側の突出部４２ａ，４２ｂの先端よりも下部に中心が位置する円弧から構成するとともに、下流側曲線部４３は上流側曲線部４１よりも大きい相似形の円弧から構成し、両側の突出部４２ａ，４２ｂを上方に延出して構成してもよく、また、上部曲線部は両側の突出部の先端よりも上部に中心が位置する円弧から構成するとともに、下部曲線部は、上部曲線部よりも大きい相似形の円弧から構成してもよい。
【００２７】このターゲット４０を挟んで両側にはリターン側壁４５ａ，４５ｂが対称的にターゲット４０を覆うように設けられている。これらリターン側壁４５ａ，４５ｂは、下流側流路２９の幅方向に延長して設けられ、その上流側端部４６ａ，４６ｂはそれぞれ噴出ノズル３２の出口近傍に向けて延出しており、下流側端部４７ａ，４７ｂはターゲット４０の下流側で対向し、この対向部で前記ガス流出口体１５への連通路４８を形成している。
【００２８】また、リターン側壁４５ａ，４５ｂのターゲット４０側には、噴出ノズル３２からの噴出流体の一部を下流側端部４７ａ，４７ｂから上流側端部４６ａ，４６ｂまで噴出ノズル３２の出口近傍、すなわち圧力波センサ３９ａ，３９ｂに向けて返すとともに、噴出ノズル３２からの噴出流体の一部を連通路４８に案内する流体案内面４９ａ，４９ｂが形成されている。
【００２９】このような構成の本実施例においては、流量測定を行う際、図１に示すように前記噴出ノズル３２から下流側流路２９に向かって流体が噴出されると、この噴出流体は、ターゲット４０の外形に沿って流れ、左右に振分けられる。そしてコアンダ効果により、例えば図２（ａ）に示すように右側のリターン側壁４５ａの流体案内面４９ａに沿って流れる。
【００３０】そして、右側の流体案内面４９ａに流れた流体の一部は下流側に向けて流れ、連通路４８を通って第１の排出流路３８ａに向かうが、一部は上流側に向かう。そして、この上流側に向かった流体の大部分は第２の排出流路５０ａ，５０ｂに向かうが、その一部は帰還流体となり、帰還流路３７ａに向かう。この帰還流体の流体エネルギが噴出流体に付与され、噴出流体が左側の流体案内面４９ｂに沿って流れるようになり、今度は図２R>２（ｂ）に示すように左側の流体案内面４９ｂに流れた流体の一部が帰還流体となり、この帰還流体の流体エネルギが噴出流体に付与され、噴出流体が再び右側の流体案内面４９ａに沿って流れるようになる。
【００３１】このように、噴出ノズル３２から下流側流路２９内に噴出される流体の振動現象によって交番圧力波が生じるようになり、この交番圧力波を圧力波センサ３９ａ，３９ｂによって検出し、この検出結果に基づいて流量を測定する。
【００３２】このように、フルイディック素子１７を簡素化したため、すなわちターゲット４０及びリターン側壁４５ａ，４５ｂから構成するため、従来よりも部品点数を減少させることができ、平面形状も単純化できる。これにより、フルイディック素子１７を成形する金型や製品の寸法管理を容易に行うことができ、従ってコスト低減を図ることもできる。また、流量計自体の小型化を図ることもできる。具体的には例えば、従来よりも幅方向に３０％程度小さくすることができる。
【００３３】さらに、フルイディック素子１７が形成された流路本体２３の平面形状は、ターゲット４０とリターン側壁４５ａ，４５ｂとで流体の流れを構成しているため、自由度のある設計が可能となる。
【００３４】また、リターン側壁４５ａ，４５ｂの上流側端部４６ａ，４６ｂを噴出ノズル３２に向けて延出して形成するため、流体エネルギの伝達が滑らかに行われ、帰還流体によるフィードバック効果を高めることができる。これにより、流体の振動現象によって生じた交番圧力波の振幅をより大きくすることができ、周波数も大きくなる。
【００３５】このため、流量が少ないため交番圧力波の振幅、周波数がともに小さくて、従来では計測できなかった部分においても、計測可能な程度の振幅や周波数の交番圧力波が生じるようになり、流量測定可能範囲を広げることができる。
【００３６】また、ターゲット３３の上流側は、比較的曲率半径が小さい円弧で構成しているため、帰還流体によるフィードバック効果をより一層高めることができる。これにより、流体の振動現象によって生じた交番圧力波の振幅をより大きくすることができる。さらに、ターゲット３３の下流側は、円弧状をなすため、左右に振分けられた流体は、従来のようなハート形状のターゲット３３を使用した場合に比して、より滑らかに流れるようになる。
【００３７】これにより、リターン壁３６からの帰還流体の流体エネルギの伝達をさらに滑らかに行うことができ、流体の振動現象によって生じた交番圧力波の振幅をさらに大きくすることができる。このため、最小流量の測定範囲をさらに広くすることができる。
【００３８】図３は、本実施例にかかるフルイディック流量計で流量測定を行った場合の測定流量と実際に流れた流量との器差をグラフに表したものである。この測定結果から明らかなように、最小流量測定範囲を図１２に示す従来の計測結果である１／４０Ｑmax から１／７０Ｑmax まで大幅に広げることができる。また、例えば１／２０Ｑmax の流量を計測する際の交番圧力波の周波数は、従来のフルイディック流量計で流量計測を行った場合の周波数４．７３Ｈｚに対して、本実施例にかかるフルイディック流量計で流量計測を行った場合の周波数は５．０４８Ｈｚと大きくなる。
【００３９】また、本実施例にかかるフルイディック流量計で流量計測を行った場合の交番圧力波のピーク間電圧は、図４に示すように１６０．５７ｍＶとなり、図１１R>１に示す従来のフルイディック流量計で流量計測を行った場合の交番圧力波のピーク間電圧７５．４６ｍＶより大きくなることがわかる。
【００４０】また、従来は噴出ノズル３２からの噴出流体の圧力損失が大きくなるとの理由から噴出ノズル３２とターゲット３３との距離を短くすることができなかったが、本実施例においてはリターン側壁４５ａ，４５ｂの下流側端部４７ａ，４７ｂをターゲット４０の下流側で対向させてこの対向部でガス流出口体１５への連通路４８を形成することから、噴出流体の圧力損失を減少させることができる。
【００４１】これにより、噴出流体の圧力損失が増加することなく、噴出ノズル３２とターゲット４０との距離を短くすることもできる。従って、圧力損失を許容範囲に抑制しつつ、流量測定可能範囲をさらに拡大することができる。
【００４２】なお、本実施例においては、リターン側壁４５ａ，４５ｂの流体案内面４９ａ，４９ｂを円弧状に形成し、外側面をＬ字状に形成するものについて述べたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば図５R>５（ａ）に示すようにリターン側壁４５ａ，４５ｂの流体案内面４９ａ，４９ｂのみならず、外側面をも全体を円弧状に形成したものであってもよく、同図（ｂ）に示すようにリターン側壁４５ａ，４５ｂの流体案内面４９ａ，４９ｂ及び外側面を隅角部が小さい円弧状の矩形に形成してもよい。
【００４３】さらに、同図（ｃ）に示すように、同図（ａ）に示すリターン側壁４５ａ，４５ｂの下流側端部４７ａ，４７ｂになるに連れて厚みが大きくなるように形成してもよく、同図（ｄ）に示すようにリターン側壁４５ａ，４５ｂの流体案内面４９ａ，４９ｂ及び外側面を台形状に形成したものでもよい。このようにリターン側壁４５ａ，４５ｂを形成しても上記同様の効果を奏することができる。
【００４４】また、本実施例においては、ターゲット４０の上流側端部４２ａ，４２ｂを平面状にしたものについて述べたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、上流側端部を図５（ａ）に示すように両側に傾斜面を有し、その先端がとがった形状のものでもよく、また同図（ｂ）に示すように上流側端部の両縁部を面取りしたものであってもよい。さらに同図（ｃ）に示すように内側上縁部だけを面取りしたものでもよく、また同図（ｄ）に示すように外側上縁部だけを面取りしたものでもよい。このようにすることによって、噴出ノズル３２からの噴出流体の流れをより滑らかにすることができ、上流側端部に発生する渦を抑制することができる。これにより、交番圧力波の雑音発生や、圧力損失を低減することができる。 また、本実施例においては、ターゲット４０の厚みが一定のものについて述べたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、厚みが異なるものでもよい。すなわち例えばターゲット４０の上流側曲線部４１の中心Ｏ1 に対して下流側曲線部４３の中心Ｏ2 を下流側にずらして形成した図６（ａ）に示すような形状のものであってもよい。またターゲット４０の上流側曲線部４１の中心Ｏ3 に対して下流側曲線部４３の中心Ｏ4 を下流側にずらして形成した同図（ｂ）に示すような形状のものであってもよい。さらに、同図（ｃ）に示すように逆三角形の上辺部を削り、３つの円弧Ｏ5 ，Ｏ6 ，Ｏ7 で上流側曲線部４１を形成してもよい。
【００４５】さらに、同図（ｄ）に示すようなターゲット４０を逆三角形状に形成したものでもよく、同図（ｅ）に示すように上流側曲線部４１の大きな径の凸円弧及び下流側の小さな径の凸円弧をずらして重ね合わせ、その共通接線で結んだ外側形状に形成したものでもよく、また同図（ｆ）に示すように流路の幅方向に延長した矩形状に形成したものでもよい。また、同図（ｇ）に示すように、ターゲット４０をハート形状にしたものでもよい。
【００４６】また、本実施例においては、第１のターゲット４０の突出部４２ａ，４２ｂを平面状にしたものについて述べたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、突出部４２ａ，４２ｂを図７（ａ）に示すように両側に傾斜面を有し、その先端がとがった形状にしたものでもよく、また同図（ｂ）に示すように突出部４２ａ，４２ｂのそれぞれの両縁部を面取りしたものであってもよい。
【００４７】さらに同図（ｃ）に示すように突出部４２ａ，４２ｂの内側上縁部だけを面取りしたものでもよく、また同図（ｄ）に示すように突出部４２ａ，４２ｂの外側上縁部だけを面取りしたものでもよい。このように構成することによって、噴出ノズル３２からの噴出流体の流れをより滑らかにすることができ、突出部４２ａ，４２ｂに発生する渦を抑制することができる。これにより、交番圧力波の雑音発生や、圧力損失を低減することができる。
【００４８】また、図８（ａ）に示すように突出部４２ａ，４２ｂの全体を円弧状に加工したものであってもよく、また同図（ｂ）に示すように突出部４２ａ，４２ｂの両縁部を小さい半径の円弧状に加工したものであってもよい。さらに同図（ｃ）に示すように突出部４２ａ，４２ｂの内側上縁部だけを小さい半径の円弧状に加工したものであってもよく、また同図（ｄ）に示すように突出部４２ａ，４２ｂの外側上縁部だけを小さい半径の円弧状に加工したものであってよい。このようにすることによって、噴出ノズル３２からの噴出流体の流れをさらに滑らかにすることができ、突出部４２ａ，４２ｂに発生する渦をさらに抑制できる。これにより、交番圧力波の雑音発生や、圧力損失をさらに低減することができる。
【００４９】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、フルイディック素子を成形する金型や製品の寸法管理を容易に行うことができ、また流量計自体の小型化を図ることができ、しかも圧力損失を低減することができるフルイディック流量計を提供できるものである。
【００５０】また、圧力損失を許容範囲に抑制しつつ、流体振動の発振力を強くすることができ、従って流量測定可能範囲を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例にかかるフルイディック流量計の要部の縦断正面図。
【図２】同実施例における作用を説明する図。
【図３】同実施例にかかるフルイディック流量計で測定した場合の流量に対する器差を示す図。
【図４】同実施例にかかるフルイディック流量計で測定した場合の交番圧力波を測定した結果を示す図。
【図５】図１に示すリターン側壁の変形例を説明する図。
【図６】図１に示す第１のターゲットの変形例を説明する図。
【図７】図１に示す第１のターゲットの変形例を説明する図。
【図８】図１に示す第１のターゲットの変形例を説明する図。
【図９】従来のフルイディック流量計の縦断正面図。
【図１０】従来のフルイディック流量計の一部を示す縦断正面図。
【図１１】従来のフルイディック流量計で計測した場合の交番圧力波を測定した結果を示す図。
【図１２】従来のフルイディック流量計で測定した場合の流量に対する器差を示す図。
【符号の説明】
１５…ガス流出口体
１７…フルイディック素子
２３…流路本体
２８…上流側流路
２９…下流側流路
３２…噴出ノズル
４０…ターゲット
４５ａ，４５ｂ…リターン側壁
４６ａ，４６ｂ…上流側端部
４７ａ，４７ｂ…下流側端部
４８…連通路
４９ａ，４９ｂ…流体案内部
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、噴出ノズルから流路内に噴出されるガス等の流体の振動現象によって生じる交番圧力波を検出して流量を検出するフルイディック流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種のフルイディック流量計は、例えば一般家庭等に設置されるものが知られている。このようなフルイディック流量計は、流路の入口側に噴出ノズルが設けられ、この噴出ノズルから流路内に流体を噴出すると、コアンダ効果によって噴出流体は、例えば右側の側壁に沿って流れる。この右側の側壁に流れた流体の一部は帰還流体となり、この帰還流体の流体エネルギが噴出流体に付与され、噴出流体が再び右側の側壁に沿って流れるようになり、今度は左側の側壁に流れた流体の一部が帰還流体となり、この帰還流体の流体エネルギが噴出流体に付与され、噴出流体が再び右側の側壁に沿って流れるようになる。
【０００３】このとき、噴出ノズルから流路内に噴出される流体の振動現象によって交番圧力波が生じる。この交番圧力波を圧力波センサによって検出し、この周波数から流量を算出して流体の流量を検出している。
【０００４】ところで、交番圧力波を生じさせるフルイディック素子の形状は、従来、図９及び図１０に示すようになっていた。
【０００５】すなわち、図９はフルイディック流量計の全体を示し、１１はケースである。このケース１１は、矩形箱状のケース本体１２と、このケース本体１２の開口部を閉塞する蓋体（図示しない）とから構成されている。
【０００６】ケース本体１２の下部にはガス流入口体１４とガス流出口体１５が並設され、上部には表示窓１６が設けられている。ケース１１の内部における下部には後述するフルイディック素子１７及び遮断弁１８が設置され、上部には電池１９、圧力スイッチ２０、感震器２１及び表示窓１６に対向する積算表示基板２２が設置されている。
【０００７】前記フルイディック素子１７について説明すると、２３はダイキャスト等によって形成された流路本体であり、この流路本体２３の開口部をパッキングを介して蓋体によって閉塞することにより、流路２６が構成されている。
【０００８】この流路２６は隔壁２７によって区画され、上流側流路２８は前記ガス流入口体１４に連通し、下流側流路２９は前記ガス流出口体１５に連通している。上流側流路２８の途中には弁座３０が設けられ、この弁座３０には前記遮断弁１８の弁体３１が対向している。すなわち、前記圧力スイッチ２０、感震器２１が異常を感知したとき、遮断弁１８によって流路２６を遮断することができるように構成されている。
【０００９】前記流路本体２３の隔壁２７には図１０に示すように、噴出ノズル３２が設けられている。この噴出ノズル３２は流路本体２３の奥行き方向全体に亘って開口するスリット状で、その長手方向の開口両側縁には上流側流路２８に突出する突出部３２ａ，３２ｂを有し、ノズル通路長を延長させている。
【００１０】この噴出ノズル３２に対向する下流側流路２９には流体の流動方向切換安定化を図るための左右対称に形成されたハート状の第１のターゲット３３が設けられている。この第１のターゲット３３は、その上流側が比較的大きな曲率半径を有する曲線で形成されるともに、下流側が下方に向けて凸となる鋭利な形状で構成されている。この第１のターゲット３３を挟んで両側には側壁３４ａ，３４ｂが対称的に設けられている。
【００１１】さらに、前記第１のターゲット３３より下流側に位置する中央部には第２のターゲット３５が設けられ、さらに下流側には下流側流路２９の幅方向に延長するリターン壁３６が設けられている。そして、前記側壁３４ａ，３４ｂの外側に帰還流路３７ａ，３７ｂが形成され、リターン壁３６の両端外側に排出流路３８ａ，３８ｂが設けられている。
【００１２】従って、前記噴出ノズル３２から下流側流路２９に向かって流体が噴出されると、この噴出流体は、ターゲット３３の外形に沿って流れ、左右に振分けられてコアンダ効果により、例えば右側の側壁３４ａの内側に沿って流れる。
【００１３】この右側の側壁３４ａに流れた流体の大部分は排出流路３８ａに向かうが、一部は帰還流体となり、帰還流路３７ａに向かう。この帰還流体の流体エネルギが噴出流体に付与され、噴出流体が左側の側壁３４ｂの内側に沿って流れるようになり、今度は左側の側壁３４ｂに流れた流体の一部が帰還流体となり、この帰還流体の流体エネルギが噴出流体に付与され、噴出流体が再び右側の側壁３４ａの内側に沿って流れるようになる。
【００１４】このように、噴出ノズル３２から下流側流路２９内に噴出される流体の振動現象によって交番圧力波が生じるように構成され、この交番圧力波を噴出ノズル３２の出口近傍に設けられた圧力波センサ３９ａ，３９ｂによって検出し、これを図１１に示すような電気信号に変換してこの検出結果に基づいて流量測定を行っていた。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなフルイディック流量計においては、フルイディック素子１７を構成している部品が多く、これらの平面形状も複雑なため、このフルイディック素子１７を成形する金型や製品の寸法管理が容易でないという問題があった。
【００１６】また、フルイディック素子１７を構成している部品が多いため、流量計自体の小型化の要請に応えることができないという問題もあった。
【００１７】さらに、第２のターゲット３５の下流側に下流側流路２９の幅方向に延長するリターン壁３６を設けることから、噴出ノズル３２からの噴出流体はリターン壁３６に当たり、この壁を沿って下流側から上流側に戻るため圧力損失が大きくなるという問題もあった。
【００１８】そこで本発明は、フルイディック素子を成形する金型や製品の寸法管理を容易に行うことができ、また流量計自体の小型化を図ることができ、しかも圧力損失を低減することができるフルイディック流量計を提供しようとするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明は、流路を構成する流路本体と、この流路本体に設けられたフルイディック素子と、流路内に流体を噴出する噴出ノズルとを備え、噴出ノズルから流路内に噴出される流体の振動現象によって生じる交番圧力波を検出して流量を検出するフルイディック流量計において、噴出ノズルの出口近傍に設けられ、流体の交番圧力波を検出する交番圧力検出手段と、噴出ノズルより下流側流路に設けられ、流体の流動方向の切換を安定化させるターゲットと、このターゲットを挟んで両側に対称的に設けられ、下流側流路の幅方向に延長したリターン側壁と、このリターン側壁の下流側に設けられた流体出口とを設け、リターン側壁は、噴出ノズルの出口近傍に向けて延出した上流側端部と、ターゲットの下流側で対向し、この対向部で流体出口への連通路を形成する下流側端部と、噴出ノズルからの噴出流体の一部を下流側端部から上流側端部まで交番圧力検出手段に向けて案内するとともに、噴出ノズルからの噴出流体の一部を流体出口への連通路に案内する流体案内部とを設けたものである。
【００２０】請求項２記載の本発明は、ターゲットは、その上流側に曲率半径が比較的小さい円弧状の上流側凹部を有する請求項１記載のフルイディック流量計である。
【００２１】
【作用】このような構成の本発明においては、流量測定を行う際、噴出ノズルから流路内に流体を噴出すると、この噴出ノズルからの流体は、ターゲットの外形に沿って流れ、コアンダ効果によって噴出流体は、例えば右側のリターン側壁に沿って流れる。この右側のリターン側壁に流れた流体の一部は帰還流体となり、この帰還流体の流体エネルギが噴出流体に付与され、噴出流体が再び右側のリターン側壁に沿って流れるようになり、今度は左側のリターン側壁に流れた流体の一部が帰還流体となり、この帰還流体の流体エネルギが噴出流体に付与され、噴出流体が再び右側のリターン側壁に沿って流れる。これが繰返されて交番圧力波が生じるようになる。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。なお、本実施例においてフルイディック素子以外の主要部は、図９に示す部分と同様であるため、フルイディック流量計全体の説明は省略する。また、フルイディック素子のうち、図１０に示す部分と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２３】図１は、フルイディック流量計のフルイディック素子を示す図で、２３はダイキャスト等によって形成された流路本体であり、この流路本体２３の開口部をパッキングを介して蓋体（図示しない）によって閉塞することにより、流路２６が構成されている。
【００２４】この流路２６は隔壁２７によって区画されており、流路本体２３の隔壁２７には、噴出ノズル３２が設けられている。この噴出ノズル３２は流路本体２３の奥行き方向全体に亘って開口するスリット状で、その長手方向の開口両側縁には上流側流路２８に突出する突出部３２ａ，３２ｂを有し、ノズル通路長を延長させている。
【００２５】この噴出ノズル３２に対向する下流側流路２９には流体の流動方向切換安定化を図るための左右対称に形成されたＵ字状のターゲット４０が設けられている。具体的には、ターゲット４０は、その上流側は比較的小さな曲率半径を有する凹曲線で形成されるとともに、下流側はその全体に亘って滑らかな凸曲線形状で形成されている。
【００２６】上記ターゲット４０は、例えば上流側曲線部４１はその両側の突出部４２ａ，４２ｂの先端よりも下部に中心が位置する円弧から構成するとともに、下流側曲線部４３は上流側曲線部４１よりも大きい相似形の円弧から構成し、両側の突出部４２ａ，４２ｂを上方に延出して構成してもよく、また、上部曲線部は両側の突出部の先端よりも上部に中心が位置する円弧から構成するとともに、下部曲線部は、上部曲線部よりも大きい相似形の円弧から構成してもよい。
【００２７】このターゲット４０を挟んで両側にはリターン側壁４５ａ，４５ｂが対称的にターゲット４０を覆うように設けられている。これらリターン側壁４５ａ，４５ｂは、下流側流路２９の幅方向に延長して設けられ、その上流側端部４６ａ，４６ｂはそれぞれ噴出ノズル３２の出口近傍に向けて延出しており、下流側端部４７ａ，４７ｂはターゲット４０の下流側で対向し、この対向部で前記ガス流出口体１５への連通路４８を形成している。
【００２８】また、リターン側壁４５ａ，４５ｂのターゲット４０側には、噴出ノズル３２からの噴出流体の一部を下流側端部４７ａ，４７ｂから上流側端部４６ａ，４６ｂまで噴出ノズル３２の出口近傍、すなわち圧力波センサ３９ａ，３９ｂに向けて返すとともに、噴出ノズル３２からの噴出流体の一部を連通路４８に案内する流体案内面４９ａ，４９ｂが形成されている。
【００２９】このような構成の本実施例においては、流量測定を行う際、図１に示すように前記噴出ノズル３２から下流側流路２９に向かって流体が噴出されると、この噴出流体は、ターゲット４０の外形に沿って流れ、左右に振分けられる。そしてコアンダ効果により、例えば図２（ａ）に示すように右側のリターン側壁４５ａの流体案内面４９ａに沿って流れる。
【００３０】そして、右側の流体案内面４９ａに流れた流体の一部は下流側に向けて流れ、連通路４８を通って第１の排出流路３８ａに向かうが、一部は上流側に向かう。そして、この上流側に向かった流体の大部分は第２の排出流路５０ａ，５０ｂに向かうが、その一部は帰還流体となり、帰還流路３７ａに向かう。この帰還流体の流体エネルギが噴出流体に付与され、噴出流体が左側の流体案内面４９ｂに沿って流れるようになり、今度は図２R>２（ｂ）に示すように左側の流体案内面４９ｂに流れた流体の一部が帰還流体となり、この帰還流体の流体エネルギが噴出流体に付与され、噴出流体が再び右側の流体案内面４９ａに沿って流れるようになる。
【００３１】このように、噴出ノズル３２から下流側流路２９内に噴出される流体の振動現象によって交番圧力波が生じるようになり、この交番圧力波を圧力波センサ３９ａ，３９ｂによって検出し、この検出結果に基づいて流量を測定する。
【００３２】このように、フルイディック素子１７を簡素化したため、すなわちターゲット４０及びリターン側壁４５ａ，４５ｂから構成するため、従来よりも部品点数を減少させることができ、平面形状も単純化できる。これにより、フルイディック素子１７を成形する金型や製品の寸法管理を容易に行うことができ、従ってコスト低減を図ることもできる。また、流量計自体の小型化を図ることもできる。具体的には例えば、従来よりも幅方向に３０％程度小さくすることができる。
【００３３】さらに、フルイディック素子１７が形成された流路本体２３の平面形状は、ターゲット４０とリターン側壁４５ａ，４５ｂとで流体の流れを構成しているため、自由度のある設計が可能となる。
【００３４】また、リターン側壁４５ａ，４５ｂの上流側端部４６ａ，４６ｂを噴出ノズル３２に向けて延出して形成するため、流体エネルギの伝達が滑らかに行われ、帰還流体によるフィードバック効果を高めることができる。これにより、流体の振動現象によって生じた交番圧力波の振幅をより大きくすることができ、周波数も大きくなる。
【００３５】このため、流量が少ないため交番圧力波の振幅、周波数がともに小さくて、従来では計測できなかった部分においても、計測可能な程度の振幅や周波数の交番圧力波が生じるようになり、流量測定可能範囲を広げることができる。
【００３６】また、ターゲット３３の上流側は、比較的曲率半径が小さい円弧で構成しているため、帰還流体によるフィードバック効果をより一層高めることができる。これにより、流体の振動現象によって生じた交番圧力波の振幅をより大きくすることができる。さらに、ターゲット３３の下流側は、円弧状をなすため、左右に振分けられた流体は、従来のようなハート形状のターゲット３３を使用した場合に比して、より滑らかに流れるようになる。
【００３７】これにより、リターン壁３６からの帰還流体の流体エネルギの伝達をさらに滑らかに行うことができ、流体の振動現象によって生じた交番圧力波の振幅をさらに大きくすることができる。このため、最小流量の測定範囲をさらに広くすることができる。
【００３８】図３は、本実施例にかかるフルイディック流量計で流量測定を行った場合の測定流量と実際に流れた流量との器差をグラフに表したものである。この測定結果から明らかなように、最小流量測定範囲を図１２に示す従来の計測結果である１／４０Ｑmax から１／７０Ｑmax まで大幅に広げることができる。また、例えば１／２０Ｑmax の流量を計測する際の交番圧力波の周波数は、従来のフルイディック流量計で流量計測を行った場合の周波数４．７３Ｈｚに対して、本実施例にかかるフルイディック流量計で流量計測を行った場合の周波数は５．０４８Ｈｚと大きくなる。
【００３９】また、本実施例にかかるフルイディック流量計で流量計測を行った場合の交番圧力波のピーク間電圧は、図４に示すように１６０．５７ｍＶとなり、図１１R>１に示す従来のフルイディック流量計で流量計測を行った場合の交番圧力波のピーク間電圧７５．４６ｍＶより大きくなることがわかる。
【００４０】また、従来は噴出ノズル３２からの噴出流体の圧力損失が大きくなるとの理由から噴出ノズル３２とターゲット３３との距離を短くすることができなかったが、本実施例においてはリターン側壁４５ａ，４５ｂの下流側端部４７ａ，４７ｂをターゲット４０の下流側で対向させてこの対向部でガス流出口体１５への連通路４８を形成することから、噴出流体の圧力損失を減少させることができる。
【００４１】これにより、噴出流体の圧力損失が増加することなく、噴出ノズル３２とターゲット４０との距離を短くすることもできる。従って、圧力損失を許容範囲に抑制しつつ、流量測定可能範囲をさらに拡大することができる。
【００４２】なお、本実施例においては、リターン側壁４５ａ，４５ｂの流体案内面４９ａ，４９ｂを円弧状に形成し、外側面をＬ字状に形成するものについて述べたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば図５R>５（ａ）に示すようにリターン側壁４５ａ，４５ｂの流体案内面４９ａ，４９ｂのみならず、外側面をも全体を円弧状に形成したものであってもよく、同図（ｂ）に示すようにリターン側壁４５ａ，４５ｂの流体案内面４９ａ，４９ｂ及び外側面を隅角部が小さい円弧状の矩形に形成してもよい。
【００４３】さらに、同図（ｃ）に示すように、同図（ａ）に示すリターン側壁４５ａ，４５ｂの下流側端部４７ａ，４７ｂになるに連れて厚みが大きくなるように形成してもよく、同図（ｄ）に示すようにリターン側壁４５ａ，４５ｂの流体案内面４９ａ，４９ｂ及び外側面を台形状に形成したものでもよい。このようにリターン側壁４５ａ，４５ｂを形成しても上記同様の効果を奏することができる。
【００４４】また、本実施例においては、ターゲット４０の上流側端部４２ａ，４２ｂを平面状にしたものについて述べたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、上流側端部を図５（ａ）に示すように両側に傾斜面を有し、その先端がとがった形状のものでもよく、また同図（ｂ）に示すように上流側端部の両縁部を面取りしたものであってもよい。さらに同図（ｃ）に示すように内側上縁部だけを面取りしたものでもよく、また同図（ｄ）に示すように外側上縁部だけを面取りしたものでもよい。このようにすることによって、噴出ノズル３２からの噴出流体の流れをより滑らかにすることができ、上流側端部に発生する渦を抑制することができる。これにより、交番圧力波の雑音発生や、圧力損失を低減することができる。 また、本実施例においては、ターゲット４０の厚みが一定のものについて述べたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、厚みが異なるものでもよい。すなわち例えばターゲット４０の上流側曲線部４１の中心Ｏ1 に対して下流側曲線部４３の中心Ｏ2 を下流側にずらして形成した図６（ａ）に示すような形状のものであってもよい。またターゲット４０の上流側曲線部４１の中心Ｏ3 に対して下流側曲線部４３の中心Ｏ4 を下流側にずらして形成した同図（ｂ）に示すような形状のものであってもよい。さらに、同図（ｃ）に示すように逆三角形の上辺部を削り、３つの円弧Ｏ5 ，Ｏ6 ，Ｏ7 で上流側曲線部４１を形成してもよい。
【００４５】さらに、同図（ｄ）に示すようなターゲット４０を逆三角形状に形成したものでもよく、同図（ｅ）に示すように上流側曲線部４１の大きな径の凸円弧及び下流側の小さな径の凸円弧をずらして重ね合わせ、その共通接線で結んだ外側形状に形成したものでもよく、また同図（ｆ）に示すように流路の幅方向に延長した矩形状に形成したものでもよい。また、同図（ｇ）に示すように、ターゲット４０をハート形状にしたものでもよい。
【００４６】また、本実施例においては、第１のターゲット４０の突出部４２ａ，４２ｂを平面状にしたものについて述べたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、突出部４２ａ，４２ｂを図７（ａ）に示すように両側に傾斜面を有し、その先端がとがった形状にしたものでもよく、また同図（ｂ）に示すように突出部４２ａ，４２ｂのそれぞれの両縁部を面取りしたものであってもよい。
【００４７】さらに同図（ｃ）に示すように突出部４２ａ，４２ｂの内側上縁部だけを面取りしたものでもよく、また同図（ｄ）に示すように突出部４２ａ，４２ｂの外側上縁部だけを面取りしたものでもよい。このように構成することによって、噴出ノズル３２からの噴出流体の流れをより滑らかにすることができ、突出部４２ａ，４２ｂに発生する渦を抑制することができる。これにより、交番圧力波の雑音発生や、圧力損失を低減することができる。
【００４８】また、図８（ａ）に示すように突出部４２ａ，４２ｂの全体を円弧状に加工したものであってもよく、また同図（ｂ）に示すように突出部４２ａ，４２ｂの両縁部を小さい半径の円弧状に加工したものであってもよい。さらに同図（ｃ）に示すように突出部４２ａ，４２ｂの内側上縁部だけを小さい半径の円弧状に加工したものであってもよく、また同図（ｄ）に示すように突出部４２ａ，４２ｂの外側上縁部だけを小さい半径の円弧状に加工したものであってよい。このようにすることによって、噴出ノズル３２からの噴出流体の流れをさらに滑らかにすることができ、突出部４２ａ，４２ｂに発生する渦をさらに抑制できる。これにより、交番圧力波の雑音発生や、圧力損失をさらに低減することができる。
【００４９】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、フルイディック素子を成形する金型や製品の寸法管理を容易に行うことができ、また流量計自体の小型化を図ることができ、しかも圧力損失を低減することができるフルイディック流量計を提供できるものである。
【００５０】また、圧力損失を許容範囲に抑制しつつ、流体振動の発振力を強くすることができ、従って流量測定可能範囲を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例にかかるフルイディック流量計の要部の縦断正面図。
【図２】同実施例における作用を説明する図。
【図３】同実施例にかかるフルイディック流量計で測定した場合の流量に対する器差を示す図。
【図４】同実施例にかかるフルイディック流量計で測定した場合の交番圧力波を測定した結果を示す図。
【図５】図１に示すリターン側壁の変形例を説明する図。
【図６】図１に示す第１のターゲットの変形例を説明する図。
【図７】図１に示す第１のターゲットの変形例を説明する図。
【図８】図１に示す第１のターゲットの変形例を説明する図。
【図９】従来のフルイディック流量計の縦断正面図。
【図１０】従来のフルイディック流量計の一部を示す縦断正面図。
【図１１】従来のフルイディック流量計で計測した場合の交番圧力波を測定した結果を示す図。
【図１２】従来のフルイディック流量計で測定した場合の流量に対する器差を示す図。
【符号の説明】
１５…ガス流出口体
１７…フルイディック素子
２３…流路本体
２８…上流側流路
２９…下流側流路
３２…噴出ノズル
４０…ターゲット
４５ａ，４５ｂ…リターン側壁
４６ａ，４６ｂ…上流側端部
４７ａ，４７ｂ…下流側端部
４８…連通路
４９ａ，４９ｂ…流体案内部
【特許請求の範囲】
【請求項１】 流路を構成する流路本体と、この流路本体に設けられたフルイディック素子と、前記流路内に流体を噴出する噴出ノズルとを備え、前記噴出ノズルから流路内に噴出される流体の振動現象によって生じる交番圧力波を検出して流量を検出するフルイディック流量計において、前記噴出ノズルの出口近傍に設けられ、流体の交番圧力波を検出する交番圧力検出手段と、前記噴出ノズルより下流側流路に設けられ、流体の流動方向の切換を安定化させるターゲットと、このターゲットを挟んで両側に対称的に設けられ、下流側流路の幅方向に延長したリターン側壁と、このリターン側壁の下流側に設けられた流体出口とを設け、前記リターン側壁は、前記噴出ノズルの出口近傍に向けて延出した上流側端部と、前記ターゲットの下流側で対向し、この対向部で流体出口への連通路を形成する下流側端部と、前記噴出ノズルからの噴出流体の一部を前記下流側端部から前記上流側端部まで前記交番圧力検出手段に向けて案内するとともに、前記噴出ノズルからの噴出流体の一部を流体出口への連通路に案内する流体案内部とを設けたことを特徴とするフルイディック流量計。
【請求項２】 前記ターゲットは、その上流側に曲率半径が比較的小さい円弧状の上流側凹部を有することを特徴とする請求項１記載のフルイディック流量計。
【請求項１】 流路を構成する流路本体と、この流路本体に設けられたフルイディック素子と、前記流路内に流体を噴出する噴出ノズルとを備え、前記噴出ノズルから流路内に噴出される流体の振動現象によって生じる交番圧力波を検出して流量を検出するフルイディック流量計において、前記噴出ノズルの出口近傍に設けられ、流体の交番圧力波を検出する交番圧力検出手段と、前記噴出ノズルより下流側流路に設けられ、流体の流動方向の切換を安定化させるターゲットと、このターゲットを挟んで両側に対称的に設けられ、下流側流路の幅方向に延長したリターン側壁と、このリターン側壁の下流側に設けられた流体出口とを設け、前記リターン側壁は、前記噴出ノズルの出口近傍に向けて延出した上流側端部と、前記ターゲットの下流側で対向し、この対向部で流体出口への連通路を形成する下流側端部と、前記噴出ノズルからの噴出流体の一部を前記下流側端部から前記上流側端部まで前記交番圧力検出手段に向けて案内するとともに、前記噴出ノズルからの噴出流体の一部を流体出口への連通路に案内する流体案内部とを設けたことを特徴とするフルイディック流量計。
【請求項２】 前記ターゲットは、その上流側に曲率半径が比較的小さい円弧状の上流側凹部を有することを特徴とする請求項１記載のフルイディック流量計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図５】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図５】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【特許番号】特許第３４６７０９５号（Ｐ３４６７０９５）
【登録日】平成１５年８月２９日（２００３．８．２９）
【発行日】平成１５年１１月１７日（２００３．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平６−２８０８６６
【出願日】平成６年１１月１５日（１９９４．１１．１５）
【公開番号】特開平８−１４５７４６
【公開日】平成８年６月７日（１９９６．６．７）
【審査請求日】平成１３年６月１９日（２００１．６．１９）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【出願人】（０００２２１８３４）東邦瓦斯株式会社 (440)
【出願人】（０００１４２４２５）株式会社金門製作所 (40)
【出願人】（０００１１６６３３）愛知時計電機株式会社 (126)
【出願人】（０００１５６８１３）関西ガスメータ株式会社 (8)
【出願人】（０００１５０１０９）株式会社竹中製作所 (6)
【出願人】（０００２２２２１１）東洋ガスメーター株式会社 (34)
【参考文献】
【文献】特開 平４−５８１１１（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成１５年８月２９日（２００３．８．２９）
【発行日】平成１５年１１月１７日（２００３．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成６年１１月１５日（１９９４．１１．１５）
【公開番号】特開平８−１４５７４６
【公開日】平成８年６月７日（１９９６．６．７）
【審査請求日】平成１３年６月１９日（２００１．６．１９）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【出願人】（０００２２１８３４）東邦瓦斯株式会社 (440)
【出願人】（０００１４２４２５）株式会社金門製作所 (40)
【出願人】（０００１１６６３３）愛知時計電機株式会社 (126)
【出願人】（０００１５６８１３）関西ガスメータ株式会社 (8)
【出願人】（０００１５０１０９）株式会社竹中製作所 (6)
【出願人】（０００２２２２１１）東洋ガスメーター株式会社 (34)
【参考文献】
【文献】特開 平４−５８１１１（ＪＰ，Ａ）
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