流量計及び流量制御装置
【課題】流体の使用料金の算出条件を設定時間に自動的に変更可能な流量計を提供する。
【解決手段】流路１１が設けられた流路保持体１０と、流路１１を流れる流体の流量を計測する流量計測部３０１と、計測された流量に基づき、流体の使用料金を算出する料金算出部３０２と、オペレータが設定した設定時間に、流体の使用料金の算出条件を変更する算出条件変更部３０３と、を備える流量計を提供する。
【解決手段】流路１１が設けられた流路保持体１０と、流路１１を流れる流体の流量を計測する流量計測部３０１と、計測された流量に基づき、流体の使用料金を算出する料金算出部３０２と、オペレータが設定した設定時間に、流体の使用料金の算出条件を変更する算出条件変更部３０３と、を備える流量計を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は計測技術に関し、流量計及び流量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業炉、ボイラ、及び空調熱源機器等においては、適切な流量で流体が供給されることが求められている。そのため、流量を正確に計測するための流量計が種々開発されている（例えば、特許文献１参照。）。流量計は、例えば、測定した流量に基づいて流体の使用料金を算出し、算出した使用料金を表示する。ここで、流体の使用料金の算出条件は、流体の原料の供給価格の変動に応じて変更される場合がある。また、流量計に設定された使用料金の算出条件の変更は、通常、流体が供給される地域で一斉に行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３１７３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、流体が供給される地域の総ての流量計に設定された使用料金の算出条件を同時刻に変更するためには、総ての流量計にオペレータを配置し、オペレータが算出条件の設定を変更する作業を同時刻に行う必要があった。そこで本発明は、流体の使用料金の算出条件を設定時間に自動的に変更可能な流量計を提供することを目的の一つとする。さらに本発明は、計測対象の物理量の計測条件を設定時間に自動的に変更可能な流量計及び流量制御装置を提供することも目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様は、流路が設けられた流路保持体と、流路を流れる流体の流量を計測する流量計測部と、計測された流量に基づき、流体の使用料金を算出する料金算出部と、設定時間に、使用料金の算出条件を変更する算出条件変更部と、を備える流量計であることを要旨とする。本発明に係る流量計によれば、設定時間にオペレータがいなくとも、使用料金の算出条件を自動的に変更することが可能となる。
【０００６】
本発明の他の態様は、流路が設けられた流路保持体と、流路を流れる流体の流量を計測する流量計測部と、設定時間に、流量の計測条件を変更する計測条件変更部と、を備えることを特徴とする流量計であることを要旨とする。本発明に係る流量計によれば、設定時間にオペレータがいなくとも、流量の計測条件を自動的に変更することが可能となる。
【０００７】
本発明の他の態様は、流路が設けられた流路保持体と、流路を流れる流体の流量を計測する流量計測部と、設定時間に、流量の計測条件を変更する計測条件変更部と、流路を流れる流体の流量を制御するための制御弁と、検出された流量に基づき、制御弁を駆動し、流路を流れる流体の流量を調節するコントローラと、を備える流量制御装置であることを要旨とする。本発明に係る流量計によれば、設定時間にオペレータがいなくとも、流量の計測条件を自動的に変更し、かつ、流量を調節することが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、流体の使用料金の算出条件を設定時間に自動的に変更可能な流量計を提供可能である。また、本発明によれば、計測対象の物理量の計測条件を設定時間に自動的に変更可能な流量計及び流量制御装置を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る流量計の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る流れセンサの斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る流れセンサの図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る流量計を流れる流体の瞬時流量の例を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る入力装置及び表示装置を示す上面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る流量計の断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る流量制御装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１１】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る流量計は、断面図である図１に示すように、気体又は液体等の流体が流れる流路１１が設けられた流路保持体１０と、流路保持体１０上に配置された制御ユニット３０と、を備える。制御ユニット３０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００を備える。ＣＰＵ３００は、流路１１を流れる流体の流量を計測する流量計測部３０１と、計測された流量に基づき、流体の使用料金を算出する料金算出部３０２と、オペレータが設定した設定時間に、流体の使用料金の算出条件を変更する算出条件変更部３０３と、を備える。なお、図１は断面図であるが、制御ユニット３０の内部は模式的に描かれており、実際には、マイクロプロセッサ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、Ｉ／Ｏ回路等が制御ユニット３０の内部に配置されている。
【００１２】
流路保持体１０には、注入口１３及び排出口１４が設けられており、流路１１は、注入口１３から排出口１４に流路保持体１０の内部を貫通している。注入口１３及び排出口１４のそれぞれには、ガスや液体等の流体を通す配管が挿入される。流路１１の内壁には、流れセンサ８が配置されている。
【００１３】
流れセンサ８は、斜視図である図２、及びＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た断面図である図３に示すように、キャビティ６６が設けられた基板６０、基板６０上にキャビティ６６を覆うように配置された絶縁膜６５、及び絶縁膜６５に設けられたヒータ６１を備える。また、流れセンサ８は、ヒータ６１より図１に示す流路１１の上流側に位置する図２及び図３に示す上流側測温抵抗素子６２、ヒータ６１より下流側に位置する下流側測温抵抗素子６３、及び上流側測温抵抗素子６２より上流側に設けられた周囲温度センサ６４を備える。
【００１４】
絶縁膜６５のキャビティ６６を覆う部分は、断熱性のダイアフラムをなしている。周囲温度センサ６４は、図１に示す流路１１に流入してきた流体の温度を測定する。図２及び図３に示すヒータ６１は、キャビティ６６を覆う絶縁膜６５の中心に配置されており、流路１１に流れる流体を、周囲温度センサ６４が計測した温度よりも一定温度、例えば１０℃高くなるよう、加熱する。上流側測温抵抗素子６２はヒータ６１より上流側の温度を検出するために用いられ、下流側測温抵抗素子６３はヒータ６１より下流側の温度を検出するために用いられる。
【００１５】
ここで、図１に示す流路１１中の流体が静止している場合、図２及び図３に示すヒータ６１で加えられた熱は、上流方向と下流方向へ対称的に拡散する。したがって、上流側測温抵抗素子６２及び下流側測温抵抗素子６３の温度は等しくなり、上流側測温抵抗素子６２及び下流側測温抵抗素子６３の電気抵抗は等しくなる。これに対し、図１に示す流路１１中の流体が上流から下流に流れている場合、図２及び図３に示すヒータ６１で加えられた熱は、下流方向に運ばれる。したがって、上流側測温抵抗素子６２の温度よりも、下流側測温抵抗素子６３の温度が高くなる。そのため、上流側測温抵抗素子６２の電気抵抗と、下流側測温抵抗素子６３の電気抵抗に差が生じる。下流側測温抵抗素子６３の電気抵抗と上流側測温抵抗素子６２の電気抵抗の差は、図１に示す流路１１中の流体の流速と相関関係がある。そのため、図２及び図３に示す下流側測温抵抗素子６３の電気抵抗と上流側測温抵抗素子６２の電気抵抗の差から、図１に示す流路１１を流れる流体の流量が求められる。
【００１６】
図２及び図３に示す基板６０の材料としては、シリコン（Ｓｉ）等が使用可能である。絶縁膜６５の材料としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）等が使用可能である。キャビティ６６は、異方性エッチング等により形成される。またヒータ６１、上流側測温抵抗素子６２、下流側測温抵抗素子６３、及び周囲温度センサ６４のそれぞれの材料には白金（Ｐｔ）等が使用可能であり、リソグラフィ法等により形成可能である。
【００１７】
図１に示す流路１１の一部には、流路１１の内径を狭める絞り１２が設けられている。絞り１２における流路１１の断面積は、流路１１内の流体の流速が、流れセンサ８の流速計測範囲内となるよう、適宜設定される。また、流れセンサ８は、制御ユニット３０のＣＰＵ３００に電気的に接続されている。
【００１８】
例えば電池２００で駆動されるＣＰＵ３００の流量計測部３０１は、流れセンサ８から、図２及び図３に示す下流側測温抵抗素子６３の電気抵抗の値と、上流側測温抵抗素子６２の電気抵抗の値を受信する。さらに、図１に示す流量計測部３０１は、図２及び図３に示す下流側測温抵抗素子６３の電気抵抗の値と、上流側測温抵抗素子６２の電気抵抗の値との差に基づいて、図１に示す流路１１を流れる流体の流速Ｖの値を算出する。また、流量計測部３０１は、下記（１）式に示すように、流速Ｖに絞り１２の断面積Ａを乗じて、流体の瞬時流量Ｑを算出する。
Ｑ ＝ Ｖ × Ａ ・・・（１）
なお、流体の流速Ｖの単位は、例えばｍ／ｍｉｎであり、絞り１２の断面積Ａの単位は、例えばｍ2である。また、流量計測部３０１は、所定の記録間隔をおいて、図４に示すように、瞬時流量Ｑを算出し、記録することを継続する。なお、記録間隔は、例えば、図１に示すＣＰＵ３００に含まれるインタフェース３５０に接続された入力装置２５１を介して、オペレータによって設定される。
【００１９】
さらに、流量計測部３０１は、記録間隔をおいて算出された瞬時流量Ｑを、記録を開始した時点から現在まで積分して、積算流量Ｓを経時的に算出する。ＣＰＵ３００には、流量計測部３０１で算出された瞬時流量Ｑ及び積算流量Ｓを保存する流量記憶装置４００が接続されている。流量計測部３０１は、算出した瞬時流量Ｑ及び積算流量Ｓを、流量記憶装置４００に保存する。流量記憶装置４００は、例えばＲＡＭ等の揮発性記憶装置である。また、流量計測部３０１は、算出した瞬時流量Ｑあるいは積算流量Ｓを、インタフェース３５０に接続された表示装置３５に表示させる。
【００２０】
料金算出部３０２は、下記（２）式に示すように、流量記憶装置４００に保存されている積算流量Ｑに、流体の使用料金を算出するための係数Ｋを乗じて、流体の使用料金Ｆを算出する。さらに、料金算出部３０２は、流体の算出した使用料金Ｆを、表示装置３５に表示させる。
Ｆ ＝ Ｑ × Ｋ ・・・（２）
なお、係数Ｋの単位は、例えば円／ｍ3である。ＣＰＵ３００には、算出条件記憶装置４０１が接続されている。算出条件記憶装置４０１には、料金算出部３０２によって使用される、流体の使用料金を算出するための係数Ｋが保存される。ここで、流体の使用料金を算出するための係数Ｋは、例えば月単位あるいは年単位を含む時間単位で変更され得る。そのため、算出条件記憶装置４０１には、入力装置２５１及びインタフェース３５０を介して、使用時間別の複数の係数Ｋが保存される。
【００２１】
算出条件変更部３０３は、オペレータが入力装置２５１を介して設定した設定時間に、流体の使用料金を算出するための係数Ｋを変更するよう、料金算出部３０２に指示する。一例として、現在使用されている係数Ｋが１３０円／ｍ3であるのを、設定時間として設定された翌月の午前０時０分に、１５０円／ｍ3に変更するよう、算出条件変更部３０３は、料金算出部３０２に指示する。なお、設定時間は、ＣＰＵ３００に接続された設定時間記憶装置４０２に保存される。
【００２２】
ＣＰＵ３００は、タイマ３０４をさらに備える。タイマ３０４は、算出条件変更部３０３に、現在の時間及び設定時間を通知する。制御ユニット３０上に配置された表示装置３５は、インタフェース３５０に接続されており、上面図である図５に示すように、デジタル表示部３６、単位表示部３７、及び警告灯３８を含む。デジタル表示部３６は、図１に示す流量計測部３０１が算出した瞬時流量の値、積算流量の値、及び料金算出部３０２が算出した流体の使用料金等を表示する。図５に示す単位表示部３７は、デジタル表示部３６で表示された値の単位を表示する。なお、瞬時流量又は積算流量の値の桁数が、表示装置３５で表示可能な桁数よりも多い場合、表示装置３５は、瞬時流量又は積算流量の値を上位桁と下位桁に分割し、上位桁の値と、下位桁の値を交互に表示してもよい。警告灯３８は、流量等の演算に何らかのエラーが生じたときに点灯する。
【００２３】
入力装置２５１は、例えば、左シフトキー２１、右シフトキー２２、下キー２３、上キー２４、実行キー２５、入力キー２６、及び表示キー２７を備える。入力装置２５１は、オペレータによる流体の使用料金を算出するための係数Ｋ、及び設定時間の入力を受け付ける。
【００２４】
従来においては、流体の使用料金を算出するための新たな係数Kが適用される時間に、オペレータが流量計の設置場所に赴き、流量計に新たな係数Kを設定していた。しかし、新たな係数Ｋが適用される流量計が複数ある場合、同時刻に総ての流量計の設定場所にオペレータを赴かせるのは困難であった。また、電池駆動のスタンドアロンの流量計に、ネットワーク機能を追加し、流量計を遠隔操作するのは困難であった。これに対し、第１の実施の形態に係る流量計によれば、新たな係数Kが適用される時間に、オペレータがいなくとも、算出条件変更部３０３及びタイマ３０４によって、自動的に新たな係数Kを適用することが可能となる。
【００２５】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る流量計は、図６に示すように、流路１１が設けられた流路保持体１０、流路を流れる流体の流量を計測する流量計測部３０１、及び設定時間に、流量の計測条件を変更する計測条件変更部３２３を備える。計測条件変更部３２３は、オペレータが入力装置２５１を介して設定した設定時間に、例えば、流量の計測条件である流速Ｖの検出感度を変更するよう、流量計測部３０１に指示する。さらに、ＣＰＵ３００には、計測条件記憶装置４２１が接続されている。計測条件記憶装置４２１に、流量計測部３０１によって使用される、流体の流量の計測条件が保存される。
【００２６】
一例として、計測条件変更部３２３は、需要者への流体の供給が停止される午後８時から午前８時までは所定の閾値以上の流速Ｖを検出し、需要者へ流体が供給される午前８時から午後８時までは閾値を設けることなく流速Ｖを検出するよう、流量計測部３０１に指示する。
【００２７】
需要者への流体の供給が停止される時間において、流路１１内に残留した流体が、温度変化や圧力の不均衡によって対流となり、流路１１内を移動する場合がある。この場合、需要者によって実際に使用されていない流体の使用量を流量計が誤検出し、流体の使用料金を需要者に課金してしまう場合がある。さらに、同じ流体が、流路１１内を前後した場合、流量計が流体の使用量を多重に積算してしまう場合もある。これに対し、第２の実施の形態に係る流量計によれば、需要者への流体の供給が停止される時間に、温度変化や圧力の不均衡によって対流となった流体の閾値未満の流速Ｖを０とみなす。そのため、需要者によって実際に使用されていない流体の使用量を誤検出することを防止することが可能となる。
【００２８】
なお、流量の計測条件は、流速Ｖの検出感度に限定されない。第２の実施の形態に係る流量計によれば、流体の周期的な供給状況に応じて、流量の複数の計測条件を周期的に使い分けることが可能となる。
【００２９】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る流量制御装置は、図７に示すように、流量計５０、流量計５０の排出口１４に接続された流路９９、及び流路９９に接続され、流体の流量を制御する制御弁４１を備える。制御弁４１は、例えばソレノイド弁である。制御弁４１は、流路４３及び流路４４と、流路４３及び流路４４を連通する弁室４５が設けられた弁座４２、弁室４５に収納され、流路４４を開閉する弁体４６、弁体４６に連結された磁性体のプランジャ４７、及び通電されてプランジャ４７を上下させるソレノイドコイル４８を備える。
【００３０】
流量計５０は、第２の実施の形態に係る流量計の構成要素に加えて、流量計測部３０１で算出された積算流量に基づき、制御弁４１を駆動し、流路１１及び流路９９を流れる流体の流量を調節するコントローラ３１０をさらに備える。コントローラ３１０は、流量計測部３０１及び制御弁４１のソレノイドコイル４８に電気的に接続されている。コントローラ３１０は流量計測部３０１から積算流量の信号を受信し、積算流量が設定値よりも多い場合は、ソレノイドコイル４８に通電して、流量を減少させる。また積算流量が設定値よりも少ない場合は、ソレノイドコイル４８に通電して、流量を増加させる。
【００３１】
第３の実施の形態に係る流量制御装置は、第２の実施の形態で説明した流量計を採用しているため、誤検出した流体の流量に基づいて、流路１１を流れる流体の流量を制御することを防止することが可能となる。なお、流量計５０と制御弁４１は一体化してもよい。
【００３２】
（その他の実施の形態）
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、流量計測部３０１、及び計測条件設定部３０５は、同様の機能を発揮させるプログラムを実行するＣＰＵ３００の機能の一部であってもよいことはもちろんである。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００３３】
１０ 流路保持体
１１ 流路
１３ 注入口
１４ 排出口
２１ 左シフトキー
２２ 右シフトキー
２３ 下キー
２４ 上キー
２５ 実行キー
２６ 入力キー
２７ 表示キー
３０ 制御ユニット
３５ 表示装置
３６ デジタル表示部
３７ 単位表示部
３８ 警告灯
４１ 制御弁
４２ 弁座
４３ 流路
４４ 流路
４５ 弁室
４６ 弁体
４７ プランジャ
４８ ソレノイドコイル
５０ 流量計
６０ 基板
６１ ヒータ
６２ 上流側測温抵抗素子
６３ 下流側測温抵抗素子
６４ 周囲温度センサ
６５ 絶縁膜
６６ キャビティ
９９ 流路
２００ 電池
２５１ 入力装置
３０１ 流量計測部
３０２ 料金算出部
３０３ 算出条件変更部
３０４ タイマ
３０５ 計測条件設定部
３１０ コントローラ
３２３ 計測条件変更部
３５０ インタフェース
４００ 流量記憶装置
４０１ 算出条件記憶装置
４０２ 設定時間記憶装置
４２１ 計測条件記憶装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は計測技術に関し、流量計及び流量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業炉、ボイラ、及び空調熱源機器等においては、適切な流量で流体が供給されることが求められている。そのため、流量を正確に計測するための流量計が種々開発されている（例えば、特許文献１参照。）。流量計は、例えば、測定した流量に基づいて流体の使用料金を算出し、算出した使用料金を表示する。ここで、流体の使用料金の算出条件は、流体の原料の供給価格の変動に応じて変更される場合がある。また、流量計に設定された使用料金の算出条件の変更は、通常、流体が供給される地域で一斉に行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３１７３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、流体が供給される地域の総ての流量計に設定された使用料金の算出条件を同時刻に変更するためには、総ての流量計にオペレータを配置し、オペレータが算出条件の設定を変更する作業を同時刻に行う必要があった。そこで本発明は、流体の使用料金の算出条件を設定時間に自動的に変更可能な流量計を提供することを目的の一つとする。さらに本発明は、計測対象の物理量の計測条件を設定時間に自動的に変更可能な流量計及び流量制御装置を提供することも目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様は、流路が設けられた流路保持体と、流路を流れる流体の流量を計測する流量計測部と、計測された流量に基づき、流体の使用料金を算出する料金算出部と、設定時間に、使用料金の算出条件を変更する算出条件変更部と、を備える流量計であることを要旨とする。本発明に係る流量計によれば、設定時間にオペレータがいなくとも、使用料金の算出条件を自動的に変更することが可能となる。
【０００６】
本発明の他の態様は、流路が設けられた流路保持体と、流路を流れる流体の流量を計測する流量計測部と、設定時間に、流量の計測条件を変更する計測条件変更部と、を備えることを特徴とする流量計であることを要旨とする。本発明に係る流量計によれば、設定時間にオペレータがいなくとも、流量の計測条件を自動的に変更することが可能となる。
【０００７】
本発明の他の態様は、流路が設けられた流路保持体と、流路を流れる流体の流量を計測する流量計測部と、設定時間に、流量の計測条件を変更する計測条件変更部と、流路を流れる流体の流量を制御するための制御弁と、検出された流量に基づき、制御弁を駆動し、流路を流れる流体の流量を調節するコントローラと、を備える流量制御装置であることを要旨とする。本発明に係る流量計によれば、設定時間にオペレータがいなくとも、流量の計測条件を自動的に変更し、かつ、流量を調節することが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、流体の使用料金の算出条件を設定時間に自動的に変更可能な流量計を提供可能である。また、本発明によれば、計測対象の物理量の計測条件を設定時間に自動的に変更可能な流量計及び流量制御装置を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る流量計の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る流れセンサの斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る流れセンサの図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る流量計を流れる流体の瞬時流量の例を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る入力装置及び表示装置を示す上面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る流量計の断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る流量制御装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１１】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る流量計は、断面図である図１に示すように、気体又は液体等の流体が流れる流路１１が設けられた流路保持体１０と、流路保持体１０上に配置された制御ユニット３０と、を備える。制御ユニット３０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００を備える。ＣＰＵ３００は、流路１１を流れる流体の流量を計測する流量計測部３０１と、計測された流量に基づき、流体の使用料金を算出する料金算出部３０２と、オペレータが設定した設定時間に、流体の使用料金の算出条件を変更する算出条件変更部３０３と、を備える。なお、図１は断面図であるが、制御ユニット３０の内部は模式的に描かれており、実際には、マイクロプロセッサ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、Ｉ／Ｏ回路等が制御ユニット３０の内部に配置されている。
【００１２】
流路保持体１０には、注入口１３及び排出口１４が設けられており、流路１１は、注入口１３から排出口１４に流路保持体１０の内部を貫通している。注入口１３及び排出口１４のそれぞれには、ガスや液体等の流体を通す配管が挿入される。流路１１の内壁には、流れセンサ８が配置されている。
【００１３】
流れセンサ８は、斜視図である図２、及びＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た断面図である図３に示すように、キャビティ６６が設けられた基板６０、基板６０上にキャビティ６６を覆うように配置された絶縁膜６５、及び絶縁膜６５に設けられたヒータ６１を備える。また、流れセンサ８は、ヒータ６１より図１に示す流路１１の上流側に位置する図２及び図３に示す上流側測温抵抗素子６２、ヒータ６１より下流側に位置する下流側測温抵抗素子６３、及び上流側測温抵抗素子６２より上流側に設けられた周囲温度センサ６４を備える。
【００１４】
絶縁膜６５のキャビティ６６を覆う部分は、断熱性のダイアフラムをなしている。周囲温度センサ６４は、図１に示す流路１１に流入してきた流体の温度を測定する。図２及び図３に示すヒータ６１は、キャビティ６６を覆う絶縁膜６５の中心に配置されており、流路１１に流れる流体を、周囲温度センサ６４が計測した温度よりも一定温度、例えば１０℃高くなるよう、加熱する。上流側測温抵抗素子６２はヒータ６１より上流側の温度を検出するために用いられ、下流側測温抵抗素子６３はヒータ６１より下流側の温度を検出するために用いられる。
【００１５】
ここで、図１に示す流路１１中の流体が静止している場合、図２及び図３に示すヒータ６１で加えられた熱は、上流方向と下流方向へ対称的に拡散する。したがって、上流側測温抵抗素子６２及び下流側測温抵抗素子６３の温度は等しくなり、上流側測温抵抗素子６２及び下流側測温抵抗素子６３の電気抵抗は等しくなる。これに対し、図１に示す流路１１中の流体が上流から下流に流れている場合、図２及び図３に示すヒータ６１で加えられた熱は、下流方向に運ばれる。したがって、上流側測温抵抗素子６２の温度よりも、下流側測温抵抗素子６３の温度が高くなる。そのため、上流側測温抵抗素子６２の電気抵抗と、下流側測温抵抗素子６３の電気抵抗に差が生じる。下流側測温抵抗素子６３の電気抵抗と上流側測温抵抗素子６２の電気抵抗の差は、図１に示す流路１１中の流体の流速と相関関係がある。そのため、図２及び図３に示す下流側測温抵抗素子６３の電気抵抗と上流側測温抵抗素子６２の電気抵抗の差から、図１に示す流路１１を流れる流体の流量が求められる。
【００１６】
図２及び図３に示す基板６０の材料としては、シリコン（Ｓｉ）等が使用可能である。絶縁膜６５の材料としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）等が使用可能である。キャビティ６６は、異方性エッチング等により形成される。またヒータ６１、上流側測温抵抗素子６２、下流側測温抵抗素子６３、及び周囲温度センサ６４のそれぞれの材料には白金（Ｐｔ）等が使用可能であり、リソグラフィ法等により形成可能である。
【００１７】
図１に示す流路１１の一部には、流路１１の内径を狭める絞り１２が設けられている。絞り１２における流路１１の断面積は、流路１１内の流体の流速が、流れセンサ８の流速計測範囲内となるよう、適宜設定される。また、流れセンサ８は、制御ユニット３０のＣＰＵ３００に電気的に接続されている。
【００１８】
例えば電池２００で駆動されるＣＰＵ３００の流量計測部３０１は、流れセンサ８から、図２及び図３に示す下流側測温抵抗素子６３の電気抵抗の値と、上流側測温抵抗素子６２の電気抵抗の値を受信する。さらに、図１に示す流量計測部３０１は、図２及び図３に示す下流側測温抵抗素子６３の電気抵抗の値と、上流側測温抵抗素子６２の電気抵抗の値との差に基づいて、図１に示す流路１１を流れる流体の流速Ｖの値を算出する。また、流量計測部３０１は、下記（１）式に示すように、流速Ｖに絞り１２の断面積Ａを乗じて、流体の瞬時流量Ｑを算出する。
Ｑ ＝ Ｖ × Ａ ・・・（１）
なお、流体の流速Ｖの単位は、例えばｍ／ｍｉｎであり、絞り１２の断面積Ａの単位は、例えばｍ2である。また、流量計測部３０１は、所定の記録間隔をおいて、図４に示すように、瞬時流量Ｑを算出し、記録することを継続する。なお、記録間隔は、例えば、図１に示すＣＰＵ３００に含まれるインタフェース３５０に接続された入力装置２５１を介して、オペレータによって設定される。
【００１９】
さらに、流量計測部３０１は、記録間隔をおいて算出された瞬時流量Ｑを、記録を開始した時点から現在まで積分して、積算流量Ｓを経時的に算出する。ＣＰＵ３００には、流量計測部３０１で算出された瞬時流量Ｑ及び積算流量Ｓを保存する流量記憶装置４００が接続されている。流量計測部３０１は、算出した瞬時流量Ｑ及び積算流量Ｓを、流量記憶装置４００に保存する。流量記憶装置４００は、例えばＲＡＭ等の揮発性記憶装置である。また、流量計測部３０１は、算出した瞬時流量Ｑあるいは積算流量Ｓを、インタフェース３５０に接続された表示装置３５に表示させる。
【００２０】
料金算出部３０２は、下記（２）式に示すように、流量記憶装置４００に保存されている積算流量Ｑに、流体の使用料金を算出するための係数Ｋを乗じて、流体の使用料金Ｆを算出する。さらに、料金算出部３０２は、流体の算出した使用料金Ｆを、表示装置３５に表示させる。
Ｆ ＝ Ｑ × Ｋ ・・・（２）
なお、係数Ｋの単位は、例えば円／ｍ3である。ＣＰＵ３００には、算出条件記憶装置４０１が接続されている。算出条件記憶装置４０１には、料金算出部３０２によって使用される、流体の使用料金を算出するための係数Ｋが保存される。ここで、流体の使用料金を算出するための係数Ｋは、例えば月単位あるいは年単位を含む時間単位で変更され得る。そのため、算出条件記憶装置４０１には、入力装置２５１及びインタフェース３５０を介して、使用時間別の複数の係数Ｋが保存される。
【００２１】
算出条件変更部３０３は、オペレータが入力装置２５１を介して設定した設定時間に、流体の使用料金を算出するための係数Ｋを変更するよう、料金算出部３０２に指示する。一例として、現在使用されている係数Ｋが１３０円／ｍ3であるのを、設定時間として設定された翌月の午前０時０分に、１５０円／ｍ3に変更するよう、算出条件変更部３０３は、料金算出部３０２に指示する。なお、設定時間は、ＣＰＵ３００に接続された設定時間記憶装置４０２に保存される。
【００２２】
ＣＰＵ３００は、タイマ３０４をさらに備える。タイマ３０４は、算出条件変更部３０３に、現在の時間及び設定時間を通知する。制御ユニット３０上に配置された表示装置３５は、インタフェース３５０に接続されており、上面図である図５に示すように、デジタル表示部３６、単位表示部３７、及び警告灯３８を含む。デジタル表示部３６は、図１に示す流量計測部３０１が算出した瞬時流量の値、積算流量の値、及び料金算出部３０２が算出した流体の使用料金等を表示する。図５に示す単位表示部３７は、デジタル表示部３６で表示された値の単位を表示する。なお、瞬時流量又は積算流量の値の桁数が、表示装置３５で表示可能な桁数よりも多い場合、表示装置３５は、瞬時流量又は積算流量の値を上位桁と下位桁に分割し、上位桁の値と、下位桁の値を交互に表示してもよい。警告灯３８は、流量等の演算に何らかのエラーが生じたときに点灯する。
【００２３】
入力装置２５１は、例えば、左シフトキー２１、右シフトキー２２、下キー２３、上キー２４、実行キー２５、入力キー２６、及び表示キー２７を備える。入力装置２５１は、オペレータによる流体の使用料金を算出するための係数Ｋ、及び設定時間の入力を受け付ける。
【００２４】
従来においては、流体の使用料金を算出するための新たな係数Kが適用される時間に、オペレータが流量計の設置場所に赴き、流量計に新たな係数Kを設定していた。しかし、新たな係数Ｋが適用される流量計が複数ある場合、同時刻に総ての流量計の設定場所にオペレータを赴かせるのは困難であった。また、電池駆動のスタンドアロンの流量計に、ネットワーク機能を追加し、流量計を遠隔操作するのは困難であった。これに対し、第１の実施の形態に係る流量計によれば、新たな係数Kが適用される時間に、オペレータがいなくとも、算出条件変更部３０３及びタイマ３０４によって、自動的に新たな係数Kを適用することが可能となる。
【００２５】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る流量計は、図６に示すように、流路１１が設けられた流路保持体１０、流路を流れる流体の流量を計測する流量計測部３０１、及び設定時間に、流量の計測条件を変更する計測条件変更部３２３を備える。計測条件変更部３２３は、オペレータが入力装置２５１を介して設定した設定時間に、例えば、流量の計測条件である流速Ｖの検出感度を変更するよう、流量計測部３０１に指示する。さらに、ＣＰＵ３００には、計測条件記憶装置４２１が接続されている。計測条件記憶装置４２１に、流量計測部３０１によって使用される、流体の流量の計測条件が保存される。
【００２６】
一例として、計測条件変更部３２３は、需要者への流体の供給が停止される午後８時から午前８時までは所定の閾値以上の流速Ｖを検出し、需要者へ流体が供給される午前８時から午後８時までは閾値を設けることなく流速Ｖを検出するよう、流量計測部３０１に指示する。
【００２７】
需要者への流体の供給が停止される時間において、流路１１内に残留した流体が、温度変化や圧力の不均衡によって対流となり、流路１１内を移動する場合がある。この場合、需要者によって実際に使用されていない流体の使用量を流量計が誤検出し、流体の使用料金を需要者に課金してしまう場合がある。さらに、同じ流体が、流路１１内を前後した場合、流量計が流体の使用量を多重に積算してしまう場合もある。これに対し、第２の実施の形態に係る流量計によれば、需要者への流体の供給が停止される時間に、温度変化や圧力の不均衡によって対流となった流体の閾値未満の流速Ｖを０とみなす。そのため、需要者によって実際に使用されていない流体の使用量を誤検出することを防止することが可能となる。
【００２８】
なお、流量の計測条件は、流速Ｖの検出感度に限定されない。第２の実施の形態に係る流量計によれば、流体の周期的な供給状況に応じて、流量の複数の計測条件を周期的に使い分けることが可能となる。
【００２９】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る流量制御装置は、図７に示すように、流量計５０、流量計５０の排出口１４に接続された流路９９、及び流路９９に接続され、流体の流量を制御する制御弁４１を備える。制御弁４１は、例えばソレノイド弁である。制御弁４１は、流路４３及び流路４４と、流路４３及び流路４４を連通する弁室４５が設けられた弁座４２、弁室４５に収納され、流路４４を開閉する弁体４６、弁体４６に連結された磁性体のプランジャ４７、及び通電されてプランジャ４７を上下させるソレノイドコイル４８を備える。
【００３０】
流量計５０は、第２の実施の形態に係る流量計の構成要素に加えて、流量計測部３０１で算出された積算流量に基づき、制御弁４１を駆動し、流路１１及び流路９９を流れる流体の流量を調節するコントローラ３１０をさらに備える。コントローラ３１０は、流量計測部３０１及び制御弁４１のソレノイドコイル４８に電気的に接続されている。コントローラ３１０は流量計測部３０１から積算流量の信号を受信し、積算流量が設定値よりも多い場合は、ソレノイドコイル４８に通電して、流量を減少させる。また積算流量が設定値よりも少ない場合は、ソレノイドコイル４８に通電して、流量を増加させる。
【００３１】
第３の実施の形態に係る流量制御装置は、第２の実施の形態で説明した流量計を採用しているため、誤検出した流体の流量に基づいて、流路１１を流れる流体の流量を制御することを防止することが可能となる。なお、流量計５０と制御弁４１は一体化してもよい。
【００３２】
（その他の実施の形態）
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、流量計測部３０１、及び計測条件設定部３０５は、同様の機能を発揮させるプログラムを実行するＣＰＵ３００の機能の一部であってもよいことはもちろんである。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００３３】
１０ 流路保持体
１１ 流路
１３ 注入口
１４ 排出口
２１ 左シフトキー
２２ 右シフトキー
２３ 下キー
２４ 上キー
２５ 実行キー
２６ 入力キー
２７ 表示キー
３０ 制御ユニット
３５ 表示装置
３６ デジタル表示部
３７ 単位表示部
３８ 警告灯
４１ 制御弁
４２ 弁座
４３ 流路
４４ 流路
４５ 弁室
４６ 弁体
４７ プランジャ
４８ ソレノイドコイル
５０ 流量計
６０ 基板
６１ ヒータ
６２ 上流側測温抵抗素子
６３ 下流側測温抵抗素子
６４ 周囲温度センサ
６５ 絶縁膜
６６ キャビティ
９９ 流路
２００ 電池
２５１ 入力装置
３０１ 流量計測部
３０２ 料金算出部
３０３ 算出条件変更部
３０４ タイマ
３０５ 計測条件設定部
３１０ コントローラ
３２３ 計測条件変更部
３５０ インタフェース
４００ 流量記憶装置
４０１ 算出条件記憶装置
４０２ 設定時間記憶装置
４２１ 計測条件記憶装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路が設けられた流路保持体と、
前記流路を流れる流体の流量を計測する流量計測部と、
前記計測された流量に基づき、前記流体の使用料金を算出する料金算出部と、
設定時間に、前記使用料金の算出条件を変更する算出条件変更部と、
を備える流量計。
【請求項２】
前記算出条件変更部に時間を通知するタイマを更に備える、請求項１に記載の流量計。
【請求項３】
前記算出条件を保存する算出条件記憶装置を更に備える、請求項１又は２に記載の流量計。
【請求項４】
前記設定時間の入力を受け付ける入力装置を更に備える、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項５】
前記算出条件の入力を受け付ける入力装置を更に備える、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項６】
前記流量計測部が、電池で駆動される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項７】
流路が設けられた流路保持体と、
前記流路を流れる流体の流量を計測する流量計測部と、
設定時間に、前記流量の計測条件を変更する計測条件変更部と、
を備える流量計。
【請求項８】
前記計測条件変更部に時間を通知するタイマを更に備える、請求項７に記載の流量計。
【請求項９】
前記計測条件を保存する計測条件記憶装置を更に備える、請求項７又は８に記載の流量計。
【請求項１０】
前記設定時間の入力を受け付ける入力装置を更に備える、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項１１】
前記計測条件の入力を受け付ける入力装置を更に備える、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項１２】
前記流量計測部が、電池で駆動される、請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項１３】
流路が設けられた流路保持体と、
前記流路を流れる流体の流量を計測する流量計測部と、
設定時間に、前記流量の計測条件を変更する計測条件変更部と、
前記流路を流れる流体の流量を制御するための制御弁と、
前記検出された流量に基づき、前記制御弁を駆動し、前記流路を流れる流体の流量を調節するコントローラと、
を備える流量制御装置。
【請求項１】
流路が設けられた流路保持体と、
前記流路を流れる流体の流量を計測する流量計測部と、
前記計測された流量に基づき、前記流体の使用料金を算出する料金算出部と、
設定時間に、前記使用料金の算出条件を変更する算出条件変更部と、
を備える流量計。
【請求項２】
前記算出条件変更部に時間を通知するタイマを更に備える、請求項１に記載の流量計。
【請求項３】
前記算出条件を保存する算出条件記憶装置を更に備える、請求項１又は２に記載の流量計。
【請求項４】
前記設定時間の入力を受け付ける入力装置を更に備える、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項５】
前記算出条件の入力を受け付ける入力装置を更に備える、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項６】
前記流量計測部が、電池で駆動される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項７】
流路が設けられた流路保持体と、
前記流路を流れる流体の流量を計測する流量計測部と、
設定時間に、前記流量の計測条件を変更する計測条件変更部と、
を備える流量計。
【請求項８】
前記計測条件変更部に時間を通知するタイマを更に備える、請求項７に記載の流量計。
【請求項９】
前記計測条件を保存する計測条件記憶装置を更に備える、請求項７又は８に記載の流量計。
【請求項１０】
前記設定時間の入力を受け付ける入力装置を更に備える、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項１１】
前記計測条件の入力を受け付ける入力装置を更に備える、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項１２】
前記流量計測部が、電池で駆動される、請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項１３】
流路が設けられた流路保持体と、
前記流路を流れる流体の流量を計測する流量計測部と、
設定時間に、前記流量の計測条件を変更する計測条件変更部と、
前記流路を流れる流体の流量を制御するための制御弁と、
前記検出された流量に基づき、前記制御弁を駆動し、前記流路を流れる流体の流量を調節するコントローラと、
を備える流量制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２１０４９２（Ｐ２０１０−２１０４９２Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５８０２６（Ｐ２００９−５８０２６）
【出願日】平成２１年３月１１日（２００９．３．１１）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１１日（２００９．３．１１）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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