流量計
【課題】流路の断面形状を工夫することによって、整流手段を配置しなくても流速分布を容易に均等化、対称化でき、層流域から乱流域にわたって広範囲に高精度で流量を計測できる流量計を提供する。
【解決手段】方向転換部２１１は、ほぼ下向きに配置された入口側連結流路２１ｂの出口側末端部に続いて、ガスの流れを約９０°方向転換させるように、外周側と内周側とが湾曲形態に形成されている。方向転換部２１１は、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する減少部２１１ａを有している。調整部２１２は、方向転換部２１１の出口側末端部に続く形で接続形成され、ガスの流れ方向をほぼ水平方向に揃える。流路高さ拡大部２１３は、調整部２１２に続いて、外周側及び内周側にて流路の開口高さが各々高さ方向に階段状に増大変化する増大部２１３ａを有するとともに、直線状中間流路２１ａ（超音波計測区間２１ａ１）に接続されている。
【解決手段】方向転換部２１１は、ほぼ下向きに配置された入口側連結流路２１ｂの出口側末端部に続いて、ガスの流れを約９０°方向転換させるように、外周側と内周側とが湾曲形態に形成されている。方向転換部２１１は、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する減少部２１１ａを有している。調整部２１２は、方向転換部２１１の出口側末端部に続く形で接続形成され、ガスの流れ方向をほぼ水平方向に揃える。流路高さ拡大部２１３は、調整部２１２に続いて、外周側及び内周側にて流路の開口高さが各々高さ方向に階段状に増大変化する増大部２１３ａを有するとともに、直線状中間流路２１ａ（超音波計測区間２１ａ１）に接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＰガス、都市ガス、空気、水などの流体の流量を計測する流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＰガス、都市ガス、空気、水などの流体の流量を計測する流量計測装置として、超音波を利用して流速を測定する超音波流量計が知られている。このような超音波流量計では、例えば、流体を通過させるための計測流路の壁部（取付壁面）に、流体の流れ方向上手側又は下手側に向けて超音波を発振した後、流れ方向上手側又は下手側から到来する超音波を受信する一対の送受信振動子（超音波センサ）が取り付けられている。そして、計測流路の入口側に、流速分布を非対称化して流速の最大値の発生位置を計測流路の中心から一方に偏らせるために、屈曲部、段差部、異形状部等からなる非対称流れ促進手段を設けることが開示されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第３４３６２４７号公報
【０００４】
特許文献１によれば、非対称流れ促進手段を設けることによって、層流域と乱流域との補正係数の差を少なくし、流体の種別により粘性係数が変化しても補正係数の変化を小さくすることが可能となる。しかし、超音波流量計を始め多くの流量計では、配置スペース等の関係から、送受信振動子（計測部）は通常、計測用の測線が計測流路（計測用直線流路）における流量計測区間の上下方向高さ（高さ方向）の中央に位置するように配置されている。したがって、特許文献１のように非対称流れ促進手段を設けることによって、高さ方向の流速分布が非対称（不均等）になりやすい。そこで、計測部の前方側（流れ方向上手側）に、整流素子のように高さ方向の流速分布を対称化（均等化）するための整流手段を配置する等の対策を要する場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、導入側流路から計測用直線流路に至る流路の断面形状を工夫することによって、整流手段を配置しなくても流体の流れ方向に直交する方向での流速分布を容易に均等化したり対称化したりすることができ、また流体の種別や温度変化に伴って粘性が変化しても、層流域から乱流域にわたって広範囲に高精度で流量を計測できる流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る流量計は、
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有する計測用直線流路と、を含む流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部に続いて、外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成されて流体の流れを方向転換させるとともに、幅方向中央での流れ方向に平行な断面において、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する減少部を有する方向転換部と、
その方向転換部の出口側末端部に続く形で接続形成され、流体の流れ方向を揃える調整部と、
その調整部に続いて、前記外周側及び内周側にて流路の開口高さが各々高さ方向に階段状に増大変化する増大部を有し、前記計測用直線流路に接続可能な流路高さ拡大部とを含み、
前記方向転換部と調整部とは流路の開口高さが前記導入側流路よりも小さい流路高さ縮小部を構成し、
前記流路高さ縮小部における前記減少部及び調整部と、前記流路高さ拡大部における前記増大部とによって、前記計測用直線流路において流体の流れ方向に直交する方向での流速分布が均等化及び／又は対称化されることを特徴とする。
【０００７】
例えば、上記課題を解決するために、本発明に係る流量計に超音波流量計を用いる場合、
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有し、その短辺壁部の取付壁面に流体の流れ方向上手側若しくは下手側に向けて超音波を発振し、及び／又は流れ方向上手側若しくは下手側から到来する超音波を受信する送受信振動子が取り付けられた計測用直線流路と、を含む流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部に続いて、外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成されて流体の流れを方向転換させるとともに、幅方向中央で前記取付壁面に平行な断面において、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する減少部を有する方向転換部と、
その方向転換部の出口側末端部に続く形で接続形成され、流体の流れ方向を揃える調整部と、
その調整部に続いて、前記外周側及び内周側にて流路の開口高さが各々高さ方向に階段状に増大変化する増大部を有し、前記計測用直線流路に接続可能な流路高さ拡大部とを含み、
前記方向転換部と調整部とは流路の開口高さが前記導入側流路よりも小さい流路高さ縮小部を構成し、
前記流路高さ縮小部における前記減少部及び調整部と、前記流路高さ拡大部における前記増大部とによって、前記計測用直線流路において流体の流れ方向に直交する方向での流速分布が均等化及び／又は対称化されることを特徴とする。
【０００８】
具体的には、これらの流量計において、
前記流路高さ縮小部では、前記方向転換部の外周側に沿って流体が流れる際の遠心力によって前記減少部の外周側と内周側とで流体の流れ方向及び最大流速が偏るのを、前記調整部により流れ方向を揃えるとともに、
前記流路高さ拡大部では、前記増大部での整流作用によって（整流素子等の整流部材を配置せずにすむので）圧力損失の上昇を抑制しつつ、流体の流れ方向に平行な断面での高さ方向の流速分布を平滑化し、
前記計測用直線流路（特に流量計測区間）において、流体の流れ方向に直交する断面での高さ方向の流速分布（流体の流れ方向に直交する方向での流速分布）が均等化及び／又は対称化される。
【０００９】
このような流量計においては、被測定流体（例えばＬＰガスや都市ガス）は計測用直線流路の流れ方向上手側に位置する方向転換部（減少部）を流れる間に、流れ方向が偏り、内周側に比して外周側で流速が相対的に速くなる傾向がある。しかし、外周側及び内周側にて流路の開口高さが各々高さ方向に階段状に増大変化する増大部（流路高さ拡大部）を通る間に、流体の流れ方向に直交する方向での流速分布の偏りの影響が緩和され、均等化及び／又は対称化される。すなわち、方向転換部（減少部）で発生する偏流（最大流速の向きと位置が外周側に偏った流れ）が、調整部を経由し、流路高さ拡大部（増大部）で開放されることによって、高さ方向の中央位置付近に流速分布のピーク（最大流速）を持つ流れに矯正される（高さ方向の流速分布が均等化及び／又は対称化される）。したがって、計測部（例えば一対の送受信振動子）の測線を高さ方向の流速分布の中間位置（例えば中央位置）に配置して、計測用直線流路（流量計測区間）を流れる被測定流体の最大流速を安定して計測することができるので、流体の種別や温度変化に伴って粘性（動粘性係数）が変化しても、層流域（小流量）から乱流域（大流量）にわたって常に流体の対称性が確保され、広範囲に高精度で流量を計測できる。
【００１０】
そして、減少部（方向変換部）では流れ方向下手側ほど流路の開口高さが減少し、かつ整流素子のような整流手段を調整部等の流れ方向下手側の流路中に配置する必要がないため、圧力損失が抑制され、流量測定部での測定範囲の拡大を図ることも可能になる。また、整流手段を設けないため流量計のコスト低減を図ることもできる。
【００１１】
このように、超音波流量計では、送受信振動子の測線が計測用直線流路（流量計測区間）の流速分布の中間位置（例えば中央位置）に配置される。同様に、計測部の測線が計測用直線流路の流速分布の中間位置（例えば中央位置）に配置されるタイプの流量計にも適用することができる。このようなタイプの流量計として、電磁流量計（計測部：測定管）、ピトー管式流量計（計測部：ピトー管）等を例示することができる。また、超音波検出方式の渦式流量計（計測部：渦発生体の下流側に設けた超音波振動子）に用いてもよい。
【００１２】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る流量計は、
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有する計測用直線流路と、を含む流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部に続いて、外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成され、流体の流れを方向転換させる方向転換部と、
その方向転換部の出口側末端部に続く形で接続形成され、流体の流れ方向を揃える調整部と、
その調整部に続いて、少なくとも前記外周側にて流路の開口高さが高さ方向に階段状に増大変化する増大部を有し、前記計測用直線流路に接続可能な流路高さ拡大部とを含み、
幅方向中央での流体の流れ方向に平行な断面において、前記方向転換部の流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する第一の減少部を有するとともに、流れ方向に直交する断面において、前記方向転換部と調整部とのうちの少なくとも一方の流路の開口高さが幅方向端部側に向かうにつれて減少する第二の減少部を有することによって、前記方向転換部と調整部とは流路の開口高さが前記導入側流路よりも小さい流路高さ縮小部を構成し、
前記流路高さ縮小部における前記第一の減少部、第二の減少部及び調整部と、前記流路高さ拡大部における前記増大部とによって、前記計測用直線流路において流体の流れ方向に直交する方向での流速分布が均等化及び／又は対称化されることを特徴とする。
【００１３】
例えば、上記課題を解決するために、本発明に係る流量計に超音波流量計を用いる場合、
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有し、その短辺壁部の取付壁面に流体の流れ方向上手側若しくは下手側に向けて超音波を発振し、及び／又は流れ方向上手側若しくは下手側から到来する超音波を受信する送受信振動子が取り付けられた計測用直線流路と、を含む流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部に続いて、外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成され、流体の流れを方向転換させる方向転換部と、
その方向転換部の出口側末端部に続く形で接続形成され、流体の流れ方向を揃える調整部と、
その調整部に続いて、少なくとも前記外周側にて流路の開口高さが高さ方向に階段状に増大変化する増大部を有し、前記計測用直線流路に接続可能な流路高さ拡大部とを含み、
幅方向中央で前記取付壁面に平行な断面において、前記方向転換部の流路の開口高さが流体の流れ方向下手側に向かうにつれて減少する第一の減少部を有するとともに、流れ方向に直交する断面において、前記方向転換部と調整部とのうちの少なくとも一方の流路の開口高さが幅方向端部側に向かうにつれて減少する第二の減少部を有することによって、前記方向転換部と調整部とは流路の開口高さが前記導入側流路よりも小さい流路高さ縮小部を構成し、
前記流路高さ縮小部における前記第一の減少部、第二の減少部及び調整部と、前記流路高さ拡大部における前記増大部とによって、前記計測用直線流路において流体の流れ方向に直交する方向での流速分布が均等化及び／又は対称化されることを特徴とする。
【００１４】
具体的には、これらの流量計において、
前記流路高さ縮小部では、前記方向転換部の外周側に沿って流体が流れる際の遠心力によって前記第一の減少部の外周側と内周側とで流体の流れ方向及び最大流速が偏るのを、前記調整部により流れ方向を揃え、かつ前記第一の減少部にて流体が幅方向端部側へ拡散移動しようとするのを、前記第二の減少部により阻止又は抑制するとともに、
前記流路高さ拡大部では、前記増大部での整流作用によって（整流素子等の整流部材を配置せずにすむので）圧力損失の上昇を抑制しつつ、流体の流れ方向に平行な断面での高さ方向の流速分布を平滑化し、
前記計測用直線流路（特に流量計測区間）において、流体の流れ方向に直交する断面での幅方向及び高さ方向の流速分布（流体の流れ方向に直交する方向での流速分布）が均等化及び／又は対称化される。
【００１５】
このような流量計においても、被測定流体（例えばＬＰガスや都市ガス）は計測用直線流路の流れ方向上手側に位置する方向転換部（減少部）を流れる間に、流れ方向が偏り、内周側に比して外周側で流速が相対的に速くなる傾向がある。しかし、外周側及び内周側のうち少なくとも外周側にて流路の開口高さが高さ方向に階段状に増大変化する増大部（流路高さ拡大部）を通る間に、流体の流れ方向に直交する方向での流速分布が均等化及び／又は対称化される。すなわち、方向転換部（第一の減少部）で発生する偏流（最大流速の向きと位置が外周側に偏った流れ）が、調整部と第二の減少部と流路高さ拡大部（増大部）とで矯正される（幅方向及び高さ方向の流速分布が均等化及び／又は対称化される）。したがって、計測部（例えば一対の送受信振動子）の測線を高さ方向の流速分布の中間位置（例えば中央位置）に配置して、計測用直線流路（流量計測区間）を流れる被測定流体の最大流速を安定して計測することができるので、流体の種別や温度変化に伴って粘性（動粘性係数）が変化しても、層流域（小流量）から乱流域（大流量）にわたって広範囲に高精度で流量を計測できる。
【００１６】
そして、上記流量計における流路高さ縮小部の第二の減少部は、流路の高さ方向の中間位置（例えば中央位置）から内周側又は外周側に向かうにつれて、その流路の開口幅が連続的に減少するように形成されていてもよい。
【００１７】
第一の減少部にて流路の開口高さが減少することに応じて、方向変換部内の流体は幅方向端部側へ拡散移動しようとするが、その移動は内周側又は外周側ほど開口幅が減少する第二の減少部によって阻止又は抑制されている。このように、第二の減少部によって幅方向の流速分布を円滑に均等化（対称化）することができる。なお、第二の減少部における流路壁面を平面状又は曲面状に形成することができる。例えば、第二の減少部における流路壁面は、流れ方向に直交する断面にて、二等辺三角形状等の三角形状、台形状等の四角形状、円弧状、楕円状等に形成できる。
【００１８】
その際さらに、第二の減少部において、流路の高さ方向の中間位置（例えば中央位置）から内周側に向かうにつれて、その流路の開口幅が連続的に減少するように形成することが望ましい。これによって、幅方向の流速分布の均等化（対称化）に要する第二の減少部ひいては流路高さ縮小部の区間長（流れ方向の長さ）を短縮することができる。
【００１９】
あるいは、上記流量計における流路高さ縮小部の第二の減少部は、流路の高さ方向の中間位置（例えば中央位置）から内周側及び外周側に向かうにつれて、その流路の開口幅がそれぞれ連続的に減少するように形成されていてもよい。
【００２０】
第一の減少部にて流路の開口高さが減少することに応じて、方向変換部内の流体は幅方向端部側へ拡散移動しようとするが、その移動は内周側でも外周側でも開口幅が減少する第二の減少部によって阻止又は抑制され（抑え込まれ）、流路の高さ方向の中間部分（中央部分）に集められている。このように、開口幅が内周側でも外周側でも減少する第二の減少部によって、幅方向の流速分布を短い区間長（流れ方向の長さ）で円滑に均等化（対称化）することができる。なお、この場合にも第二の減少部における流路壁面を平面状又は曲面状に形成することができる。例えば、第二の減少部における流路壁面は、流れ方向に直交する半断面にて、二等辺三角形状等の三角形状、台形状等の四角形状、円弧状、楕円状等に形成できる。
【００２１】
その際さらに、内周側及び外周側で開口幅が減少する第二の減少部においては、流路の高さ方向の中間位置（例えば中央位置）から内周側に向かう開口幅の減少率が、外周側に向かう開口幅の減少率よりも大であることが望ましい。
【００２２】
このように、第二の減少部における開口幅の減少率を内周側よりも外周側で小さくし、内外で非対称にすることにより、遠心力によって流体の偏りを生じやすい外周側において、流体の幅方向端部側への拡散移動容量を相対的に大きく確保することができる。これによって、流路高さ縮小部で発生する幅方向の流速分布の乱れ（不均等及び／又は非対称）を相対的に小さくすることができるので、幅方向の流速分布の均等化（対称化）に要する第二の減少部ひいては流路高さ縮小部の区間長（流れ方向の長さ）をさらに短縮することができる。なお、流路壁面が平面状であれば開口幅の減少率の大小は勾配の逆数の大小、曲面状であれば開口幅の減少率の大小は曲率の逆数（曲率半径）の大小に相当する。
【００２３】
以上で述べた流量計においては、調整部の内周側及び外周側の流路壁面を計測用直線流路（流量計測区間）の長辺壁部の壁面とそれぞれ平行状に配置するとともに、流路高さ拡大部の流路の高さ方向の中央を、調整部の流路の高さ方向の中央よりも外周側又は内周側に偏って（オフセットして；齟齬して）配置することができる。
【００２４】
流路高さ拡大部の高さ方向中央位置を調整部の高さ方向中央位置よりも外周側又は内周側に偏って配置することにより、流路高さ拡大部での高さ方向の流速分布の平滑化後に計測用直線流路（流量計測区間）にて計測すべき最大流速が、調整部の高さ方向中央位置の延長線上に出現しやすくなる。よって、高さ方向の流速分布の均等化（対称化）に要する流路高さ拡大部の区間長（流れ方向の長さ）を短縮することができる。なお、流路高さ拡大部の高さ方向中央位置を調整部の高さ方向中央位置に対して外周側又は内周側のいずれにオフセットさせるかは、調整部や流路高さ拡大部の形状（高さ等）に応じて定めればよい。その際、計測用直線流路（流量計測区間）における計測部（例えば一対の送受信振動子）の測線位置を調整部の高さ方向中央位置の延長線上に（一致させて）配置すれば、計測用直線流路（流量計測区間）を流れる被測定流体の最大流速を安定して計測できる。
【００２５】
また、流路高さ拡大部の増大部は、外周側及び内周側にて流路の開口高さが各々高さ方向に階段状に増大変化し、
調整部は、少なくとも流路の高さ方向の内周側の後端部が、増大部において流れ方向下手側へ延出して延出部を形成することができる。
【００２６】
このように、調整部の内周側の後端部が延出部を形成することによって、流体の流れ方向に平行な断面での高さ方向の流速分布の平滑化が、流路高さ拡大部にて短い区間長さ（流れ方向の長さ）で迅速に行われる。なお、その際同時に、増大部における流路の高さ方向の外周側の前端部が、調整部において流れ方向上手側へ突入して突入部を形成している場合には、上記した遠心力によって流体の偏りを生じやすい外周側において、調整部に形成される突入部に流体を部分的（かつ一時的）に滞留させて流速を遅らせることができ、上記した高さ方向の流速分布の平滑化を一層迅速に行うことができる。
【００２７】
例えば、延出部の流路壁面を、流れ方向下手側に向かうにつれて増大部における内周側及び／又は外周側の壁面に徐々に接近した後接触する曲面状に形成することができる。
【００２８】
これにより、増大部における内周側の壁部や外周側の壁部と延出部とが滑らかに接続され、調整部から流路高さ拡大部（増大部）への流体の流れを阻害しないので、上記した高さ方向の流速分布の平滑化を円滑に行うことができる。
【００２９】
あるいは、延出部の流路壁面を、流れ方向下手側に向かうにつれて増大部における短辺側の壁面（短辺壁部）に徐々に接近した後接触する曲面状に形成することができる。
【００３０】
これにより、増大部における短辺側の壁部（短辺壁部）と延出部とが滑らかに接続され、調整部から流路高さ拡大部（増大部）への流体の流れを阻害しないので、上記した高さ方向の流速分布の平滑化を円滑に行うことができる。
【００３１】
さらに、流路高さ縮小部には、流路の開口高さを高さ方向に分割する１又は複数の仕切部が流れ方向に沿って配置されていてもよい。
【００３２】
流路高さ縮小部の流路の開口高さを高さ方向に分割することによって、高さ方向の流速分布の乱れ（不均等及び／又は非対称）を相対的に小さくすることができるので、層流域（小流量）から乱流域（大流量）にわたって広範囲に高精度で流量を計測できる。
【００３３】
そして、その仕切部は、表面が平滑な単一の板材により方向変換部と調整部とに跨って配置されるとともに、少なくとも調整部の高さ方向において外周側に偏って（オフセットして；齟齬して）位置することができる。
【００３４】
仕切部が調整部で外周側に偏って位置することにより、上記した遠心力によって流体の偏りを生じやすい外周側において、高さ方向の流速分布の乱れ（不均等及び／又は非対称）をさらに小さくすることができる。例えば、仕切部は、方向変換部では高さ方向の中央近傍に位置する一方、調整部では外周側に偏って位置することができる。
【００３５】
導入側流路と計測用直線流路（流量計測区間）とが直交状に配置され、計測用直線流路（流量計測区間）の開口高さ及び開口幅が流れ方向に対して一定に形成されていれば、流量計をコンパクトな箱型形状に形成できる。また、流路高さ拡大部で均等化（対称化）された流速分布が計測用直線流路（流量計測区間）でも安定して維持されるので、流量測定の精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
（全体構成）
次に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、一般住宅用ガスメータ等として用いられる超音波流量計の一実施例の全体斜視図を示す。この超音波流量計１００（流量計）は、本体ユニット１０と中間流路形成ユニット２０と遮断弁３０とから構成され、本体ユニット１０は本体部１１と蓋部１７とからなる。
【００３７】
図２は超音波流量計１００の正面断面図を示し、図２のＡ−Ａ断面図が図３に表わされている。図２に示すように、本体部１１は全体として直方体形状を有し、その上面には、上流側のガス配管に接続される流入口１２及び下流側のガス配管に接続される流出口１３がそれぞれ開口している。また、その内部には、流入口１２と流出口１３との間にガス（流体）を通過させるための本体流路１４が形成されている。本体部１１の下部には、図２の背面側から手前側（嵌合方向）に向けて本体流路切除部１５が形成され、この本体流路切除部１５は、パッキン１７ａ（シール材）を介し蓋部１７によって外部から覆われている（図３参照）。本体部１１の嵌合方向前方側（図２の手前側）の外面には、本体流路切除部１５と連通する一対の窓孔１６，１６（図１参照）が開口している。
【００３８】
図３に示すように、中間流路形成ユニット２０の内部には、本体部１１の本体流路切除部１５にガスの流れ方向と直交する方向（嵌合方向）から嵌合したときに本体流路１４と接続される中間流路２１が貫通形成されている。この中間流路２１は、本体流路１４と滑らかに連続する上下方向の入口側連結流路２１ｂ（導入側流路），出口側連結流路２１ｃ（導出側流路）と、両端で両連結流路２１ｂ，２１ｃと連なるとともに、本体流路１４とほぼ直交する形態で本体部１１の下面に沿って配設される水平方向の直線状中間流路２１ａ（計測用直線流路）とから構成されている（図２参照）。また、中間流路形成ユニット２０には、本体部１１に開口する一対の窓孔１６，１６に対応して嵌合方向の前方側に一対の突出部２２，２２がそれぞれ一体形成されている。
【００３９】
さらに、中間流路形成ユニット２０の一対の突出部２２，２２には、直線状中間流路２１ａにおける超音波計測区間２１ａ１（流量計測区間）を通過するガスの流量を測定するために、超音波センサ２３の一対の送受信振動子２３ａ，２３ｂがそれぞれ着脱可能に取り付けられている。直線状中間流路２１ａの軸直交断面積（流路断面積）を本体流路１４や入口側連結流路２１ｂの軸直交断面積（流路断面積）よりも小とし（絞り）、流れ方向に対して一定の大きさに形成する。これによって、直線状中間流路２１ａを流れるガスの流速を速くして一定に保持し、超音波センサ２３による流量（流速）の測定精度が高くなるようにしている。なお、流入口１２と中間流路２１との間の本体流路１４には、本体流路１４のガスの流れを遮断する遮断弁３０が設けられている（図２参照）。
【００４０】
したがって、図３において、中間流路２１が本体流路１４と連通するように中間流路形成ユニット２０を本体部１１の本体流路切除部１５に嵌合すると、各突出部２２，２２が本体部１１の各窓孔１６，１６からそれぞれ外部に突出する。そして、各突出部２２，２２はパッキン１６ａ（シール材）を介し各窓孔１６，１６をそれぞれ密閉する。さらに、超音波センサ２３の各送受信振動子２３ａ，２３ｂは、各突出部２２，２２の収容孔２２ａ，２２ｂにそれぞれ外部から挿入され、取付ねじ（取付部材；図示せず）や押圧板（押圧部材；図示せず）によって着脱可能に固定されている。
【００４１】
図３に示すように、直線状中間流路２１ａ（超音波計測区間２１ａ１）は、流路の幅方向（本体流路切除部１５への嵌合方向；奥行方向）を長辺Ｌ、流路の高さ方向（上下方向）を短辺Ｓ（図２参照）とする矩形状に形成されている。そして、超音波センサ２３は次のような反射型Ｖ字配列に構成されている。すなわち、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）の流れ方向直交断面において、嵌合方向前方側の短辺Ｓを形成する短辺壁部２１ｄの取付壁面に、送受信振動子２３ａ，２３ｂが流れ方向に所定距離Ｗを隔てて取り付けられ、嵌合方向後方側の短辺Ｓを形成する短辺壁部の壁面を反射面２１ｅとする。
【００４２】
図１に戻り、超音波センサ２３の送受信振動子２３ａ，２３ｂ（センサ素子）で得られた出力信号は、リード線２５，２５を介して流量演算処理回路２４に送信されてガス流量が算出され、流量表示部（図示せず）等を用いて報知される。これらの送受信振動子２３ａ，２３ｂ、流量演算処理回路２４、リード線２５，２５、流量表示部等は流量測定部Ｍを構成している。リード線２５，２５は、窓孔１６，１６から外部に突出して設けられる超音波センサ２３（送受信振動子２３ａ，２３ｂ）から引き出されるので、その芯線部を通じて測定ガスが外部に漏れ出して、気密性が不十分となったり、測定精度が低下したりすることがない。このように、本体部１１・蓋部１７・中間流路形成ユニット２０の三者の気密性が確保され、リード線２５，２５が流路外に位置するので、漏れ出したガスに電気部品の火花が引火して火災が発生することもない。なお、入口側連結流路２１ｂと直線状中間流路２１ａとの間には、流路内での測定ガス流の乱れを抑え速度分布を均一化するための整流素子（整流部材）は設けられていない（図２，図３参照）。
【００４３】
（超音波センサの配置変形例）
以上の全体構成においては、超音波センサ（送受信部）の配置と超音波ビームの通る径路（測線という）として反射型Ｖ字配列を採用した場合について説明した。反射型Ｖ字配列では、一対の送受信部を流れ方向に沿って同じ側に集中配置できるので、送受信部の着脱を同じ方向から行える利点がある。超音波流量計における超音波センサ（送受信部）の測線方式には、反射型Ｖ字配列の他にも多くの種類が知られている。他の測線方式に対する本発明の適用例について以下に説明する。
【００４４】
（１）透過型Ｚ配列（図４（ａ））
一方の送受信部１２３ａから発せられた超音波を流れ方向に沿って所定距離離間して配置された他方の送受信部１２３ｂで受信する方式である。この方式では、一方の送受信部１２３ａと他方の送受信部１２３ｂとは流れ方向の両側に分離して配置される。
【００４５】
（２）透過型Ｖ字配列（図４（ｂ））
１個の送信部２２３ａから発せられた超音波を流れ方向に沿って所定距離離間して配置された一対の受信部２２３ｂ，２２３ｂで受信する方式である。この方式では、送信部２２３ａと受信部２２３ｂ，２２３ｂとは流れ方向の両側に分離して配置される。
【００４６】
（３）交差型Ｘ配列（図４（ｃ））
流れ方向に沿って所定距離離間して配置された一対の送信部３２３ａ，３２３ａから発せられた超音波を流れ方向に沿って所定距離離間して配置された一対の受信部３２３ｂ，３２３ｂで受信する方式である。この方式は上記した図４（ｂ）の方式において、送信部を１個から一対に増設したものに相当する。
【００４７】
本発明の流量計では、いずれの超音波センサの配置方式（測線方式）を採用しても等価であるから、以下の実施例においては、透過型Ｚ配列を用いて説明する。
【００４８】
なお、以上の全体構成及び超音波センサの配置変形例においては、本体ユニット１０が、本体流路１４を内部に有する本体部１１と、本体部１１を外部から覆う蓋部１７とから構成される場合についてのみ説明したが、本体ユニット１０は次のような構成であってもよい。すなわち、本体ユニットは半割り状の本体流路を各々有する第一本体部と第二本体部とを合掌構成してもよい。ただし、この場合には窓孔は第一本体部と第二本体部とのうち少なくともいずれか一方に設けられ、蓋部は設けても設けなくてもよい。
【００４９】
（実施例１）
次に、図５は図２における中間流路の流路構成の第１実施例を示す斜視図及び正面図、図６は図５（ｂ）の要部を拡大して小流量時及び大流量時の流速分布を示す説明図である。図５に示す中間流路２１において、ほぼ直交状に配置される入口側連結流路２１ｂ（本体流路１４）と直線状中間流路２１ａとの間には、流路高さ縮小部２１０及び流路高さ拡大部２１３が流れ方向上手側から下手側に向ってこの順に接続形成されている。流路高さ縮小部２１０は、流れ方向上手側から方向転換部２１１と調整部２１２とを含み、流路の開口高さが入口側連結流路２１ｂよりも小さく接続形成されている。
【００５０】
方向転換部２１１は、ほぼ下向きに配置された入口側連結流路２１ｂの出口側末端部に続いて、ガスの流れを約９０°方向転換させるように、外周側と内周側とが湾曲形態に形成されている。この方向転換部２１１は、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する減少部２１１ａを有し、流路の外周側及び内周側が直線状中間流路２１ａ（超音波計測区間２１ａ１）の長辺壁部２１ｆに連なっている。また、調整部２１２は、方向転換部２１１の出口側末端部に続く形で接続形成され、ガスの流れ方向をほぼ水平方向に揃える。さらに、流路高さ拡大部２１３は、調整部２１２に続いて、外周側及び内周側にて流路の開口高さが各々高さ方向に階段状に増大変化する増大部２１３ａを有するとともに、直線状中間流路２１ａ（超音波計測区間２１ａ１）に接続されている。なお、流路高さ拡大部２１３の流路の高さ方向の中央位置Ｏ１は、調整部２１２の流路の高さ方向の中央位置Ｏ２と一致している。また、流路高さ拡大部２１３の中央位置Ｏ１は、超音波センサ２３の送受信振動子１２３ａ，１２３ｂの測線位置、及び超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）の高さ方向の中央位置とも一致している。さらに、調整部２１２の内周側及び外周側の流路壁面は、直線状中間流路２１ａ（超音波計測区間２１ａ１）の長辺壁部２１ｆの壁面とそれぞれ平行状に配置されている。
【００５１】
そして、流路高さ縮小部２１０における減少部２１１ａ及び調整部２１２と、流路高さ拡大部２１３における増大部２１３ａとによって、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）において高さ方向での流速分布が均等化及び対称化される。
【００５２】
具体的には、流路高さ縮小部２１０では、方向転換部２１１の外周側に沿ってガスが流れる際に作用する遠心力によって減少部２１１ａの外周側と内周側とでガスの流れ方向及び最大流速が偏るのを、調整部２１２により流れ方向がほぼ水平方向に揃えられる。また、流路高さ拡大部２１３では、増大部２１３ａでの整流作用によって（整流素子等の整流部材を配置せずにすむので）圧力損失の上昇を抑制しつつ高さ方向の流速分布が平滑化される。その結果、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）において、高さ方向の流速分布が均等化及び対称化される。
【００５３】
以上のように流路構成されているので、この流路内のガスの流れは図６のようになる。
【００５４】
方向転換部２１１へ流入したガスは、下向き（上下方向）の入口側連結流路２１ｂから横向き（水平方向）の直線状中間流路２１ａへ方向転換する途上にあるため、斜め下向き（中間方向）の速度成分が大きい。このような速度成分を有するガスは、方向転換部２１１（減少部２１１ａ）の外周側に沿って流れ方向下流側へ移動していくため、その流れ方向は方向転換部２１１の末端位置に達しても依然として不揃いで不安定な状態にある。また、方向転換部２１１の末端位置において高さ方向の流速分布は、外周側ほど流速が大きくなり、不均等（非対称）な状態にある。このように、方向転換部２１１（減少部２１１ａ）では流れ方向が不安定で流速が不均等（非対称）な流れ（偏流）が発生している。
【００５５】
例えば、小流量時（低速時；層流域）には、方向転換部２１１の外周側に沿ってガスが流れる際の遠心力は比較的小さい。したがって、小流量時の流速分布は、図６（ａ）に示すように、調整部２１２においては高さ方向の中央位置Ｏ１付近で突出する擬似二等辺三角形状を呈するが、流路高さ拡大部２１３では比較的早くに高さ方向に均等化及び対称化した扇状（又は弧状あるいは放物線状）となる。一方、大流量時（高速時；乱流域）には、方向転換部２１１の外周側に沿ってガスが流れる際の遠心力は比較的大きい。したがって、大流量時の流速分布は、図６（ｂ）に示すように、調整部２１２においては高さ方向の中央位置Ｏ１よりも下方で突出する擬似直角三角形状を呈するので、流路高さ拡大部２１３ではやや遅れて高さ方向に均等化及び対称化したバスタブ状（又はコの字状）となる。
【００５６】
このように、外周側及び内周側にて流路の開口高さが各々高さ方向に階段状に増大変化する増大部２１３ａ（流路高さ拡大部２１３）を通る間に、高さ方向での流速分布の偏りの影響が緩和され、均等化及び対称化される。すなわち、方向転換部２１１（減少部２１１ａ）で発生する偏流が、調整部２１２を経由し、流路高さ拡大部２１３（増大部２１３ａ）で開放されることによって、高さ方向の中央位置付近に流速分布のピーク（最大流速）を持つ流れに矯正される。したがって、一対の送受信振動子１２３ａ，１２３ｂの測線を流路高さ拡大部２１３での高さ方向の流速分布の中央位置Ｏ１に配置し、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）を流れるガスの最大流速を安定して計測することができる。よって、ガスの種別や温度変化に伴って粘性（動粘性係数）が変化しても、層流域（小流量）から乱流域（大流量）にわたって常にガスの対称性が確保され、広範囲に高精度で流量を計測できる。
【００５７】
そして、減少部２１１ａ（方向変換部２１１）では流れ方向下手側ほど流路の開口高さが減少し、かつ整流素子のような整流手段を調整部２１２等の流れ方向下手側の流路中に配置する必要がないため、圧力損失が抑制され、乱流域での測定範囲の一層の拡大を図ることができる。また、整流手段を設けないため超音波流量計１００のコスト低減を図ることもできる。
【００５８】
（実施例２）
図７は中間流路の流路構成の第２実施例を示す斜視図及び正面図である。図７に示す中間流路２１において、方向転換部２１１は外周側が湾曲形態に形成され、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する第一の減少部２１１ａを有している。また、調整部２１２は、流路の開口高さＨが幅方向端部側に向かうにつれて減少する第二の減少部２１２ａを有している。
【００５９】
具体的には、第二の減少部２１２ａは、調整部２１２の流路の高さ方向の中央位置Ｏ２（流路高さ拡大部２１３の流路の高さ方向の中央位置Ｏ１と一致する）から内周側に向かうにつれて、流路の開口幅Ｗが連続的に減少するように形成されている。そして、図７に示す第二の減少部２１２ａでは、その流路壁面は流れ方向に直交する断面にて、調整部２１２の中央位置Ｏ２から内周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗが連続的に減少する台形状に形成されている。
【００６０】
そして、流路高さ縮小部２１０における第一の減少部２１１ａ、第二の減少部２１２ａ及び調整部２１２と、流路高さ拡大部２１３における増大部２１３ａとによって、直線状中間流路２１ａにおいて流体の流れ方向に直交する方向での流速分布が均等化及び対称化される。
【００６１】
具体的には、流路高さ縮小部２１０では、方向転換部２１１の外周側に沿ってガスが流れる際の遠心力によって第一の減少部２１１ａの外周側と内周側とでガスの流れ方向及び最大流速が偏るのを、調整部２１２により流れ方向がほぼ水平方向に揃えられる。そして、第一の減少部２１１ａにてガスが幅方向端部側へ拡散移動し、流れ方向に直交する断面での幅方向及び高さ方向の流速分布が中央でくびれた楕円形（例えば繭型形状）になろうとするのを、第二の減少部２１２ａにより阻止（抑制）してくびれのない楕円形が維持される（図７（ａ）の拡大断面図参照）。また、流路高さ拡大部２１３では、増大部２１３ａにより圧力損失を抑制しつつ高さ方向の流速分布が平滑化される。その結果、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）において、高さ方向の流速分布が均等化及び対称化される（図６参照）。
【００６２】
このように、第一の減少部２１１ａにて流路の開口高さが減少することに応じて、方向変換部２１１内のガスは幅方向端部側へ拡散移動しようとするが、その移動は第二の減少部２１２ａによって阻止（抑制）されるので、幅方向の流速分布を円滑に均等化（対称化）することができる。また、外周側及び内周側にて流路の開口高さが各々高さ方向に階段状に増大変化する増大部２１３ａ（流路高さ拡大部２１３）を通る間に、高さ方向での流速分布の偏りの影響が緩和され、均等化及び対称化される。すなわち、方向転換部２１１（第一の減少部２１１ａ）で発生する偏流が、第二の減少部２１２ａ及び調整部２１２を経由し、流路高さ拡大部２１３（増大部２１３ａ）で開放されることによって、高さ方向の中央位置付近に流速分布のピーク（最大流速）を持つ流れに矯正される。したがって、一対の送受信振動子１２３ａ，１２３ｂの測線を流路高さ拡大部２１３での高さ方向の流速分布の中央位置Ｏ１に配置し、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）を流れるガスの最大流速を安定して計測することができる。よって、ガスの種別や温度変化に伴って粘性（動粘性係数）が変化しても、層流域（小流量）から乱流域（大流量）にわたって常にガスの対称性が確保され、広範囲に高精度で流量を計測できる。
【００６３】
さらに、第二の減少部２１２ａは、調整部２１２の流路の高さ方向の中央位置Ｏ２から内周側に向かうにつれて、流路の開口幅Ｗが連続的に減少するように形成されているので、幅方向の流速分布の均等化（対称化）に要する第二の減少部２１２ａひいては流路高さ縮小部２１０の区間長さ（流れ方向の長さ）が短縮される。
【００６４】
（実施例３）
図８は中間流路の流路構成の第３実施例を示す斜視図及び正面図である。図８に示す第二の減少部２１２ａでは、その流路壁面は流れ方向に直交する断面にて、調整部２１２の中央位置Ｏ２から内周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗ（図７参照）が連続的に減少する円弧状（又は楕円状）に形成されている。
【００６５】
（実施例４）
図９は中間流路の流路構成の第４実施例を示す斜視図及び正面図である。図９に示す第二の減少部２１２ａでは、その流路壁面は流れ方向に直交する断面にて、調整部２１２の中央位置Ｏ２から内周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗ（図７参照）が連続的に減少する二等辺三角形状に形成されている。
【００６６】
（実施例５）
図１０は中間流路の流路構成の第５実施例を示す斜視図及び要部拡大図である。図１０に示す第二の減少部２１２ａは、調整部２１２の流路の高さ方向の中央位置Ｏ２（図５参照）から内周側及び外周側に向かうにつれて、流路の開口幅Ｗがそれぞれ連続的に減少するように形成されている。その際、第二の減少部２１２ａは、上記中央位置Ｏ２から内周側に向かう開口幅の減少率が、外周側に向かう開口幅の減少率よりも大になるように非対称形状に形成されている。
【００６７】
具体的には、第二の減少部２１２ａの内周側には、調整部２１２の中央位置Ｏ２から内周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗが連続的に減少する円弧状（又は楕円状）の内周側減少部２１２ａ１が形成されている。一方、第二の減少部２１２ａの外周側にも、調整部２１２の中央位置Ｏ２から外周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗが連続的に減少する円弧状（又は楕円状）の外周側減少部２１２ａ２が形成されている。そして、内周側減少部２１２ａ１の開口幅Ｗの減少率（曲率の逆数すなわち曲率半径）は、外周側減少部２１２ａ２の開口幅Ｗの減少率よりも大である。
【００６８】
このように、内周側減少部２１２ａ１の開口幅Ｗの減少率よりも外周側減少部２１２ａ２の開口幅Ｗの減少率を小さくし、内外で非対称にすることにより、遠心力によってガスの偏りを生じやすい外周側において、ガスの幅方向端部側への拡散移動容量を相対的に大きく確保することができる。これによって、流路高さ縮小部２１０で発生する幅方向の流速分布の乱れ（不均等及び非対称）を相対的に小さくすることができるので、幅方向の流速分布の均等化（対称化）に要する第二の減少部２１２ａひいては流路高さ縮小部２１０の区間長さ（流れ方向の長さ）をさらに短縮することができる。
【００６９】
（実施例６）
図１１は中間流路の流路構成の第６実施例を示す斜視図及び要部拡大図である。図１１に示す内周側減少部２１２ａ１は、調整部２１２の中央位置Ｏ２（図５参照）から内周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗが連続的に減少する台形状に形成されている。一方、外周側減少部２１２ａ２は、調整部２１２の中央位置Ｏ２から外周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗが連続的に減少する円弧状（又は楕円状）に形成されている。そして、内周側減少部２１２ａ１の開口幅Ｗの減少率（勾配の逆数）は、外周側減少部２１２ａ２の開口幅Ｗの減少率（曲率の逆数すなわち曲率半径）よりも大である。
【００７０】
（実施例７）
図１２は中間流路の流路構成の第７実施例を示す斜視図及び要部拡大図である。図１２に示す内周側減少部２１２ａ１は、調整部２１２の中央位置Ｏ２（図５参照）から内周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗが連続的に減少する円弧状（又は楕円状）に形成されている。一方、外周側減少部２１２ａ２は、調整部２１２の中央位置Ｏ２から外周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗが連続的に減少する台形状に形成されている。そして、内周側減少部２１２ａ１の開口幅Ｗの減少率（曲率の逆数すなわち曲率半径）は、外周側減少部２１２ａ２の開口幅Ｗの減少率（勾配の逆数）よりも大である。
【００７１】
（実施例８）
図１３は中間流路の流路構成の第８実施例を示す正面断面図である。図１３に示す流路高さ拡大部２１３の流路の高さ方向の中央位置Ｏ１は、調整部２１２の流路の高さ方向の中央位置Ｏ２よりも外周側に偏って（オフセットして；齟齬して）配置されている。
【００７２】
このように、流路高さ拡大部２１３の高さ方向中央位置Ｏ１を調整部２１２の高さ方向中央位置Ｏ２よりも外周側に偏って配置することにより、流路高さ拡大部２１３での高さ方向の流速分布の平滑化後に直線状中間流路２１ａにて計測すべき最大流速が、調整部２１２の高さ方向中央位置Ｏ２の延長線上に出現しやすくなる。よって、高さ方向の流速分布の均等化（対称化）に要する流路高さ拡大部２１３の区間長さ（流れ方向の長さ）を短縮することができる。しかも、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）における一対の送受信振動子１２３ａ，１２３ｂの測線位置が、調整部２１２の高さ方向中央位置Ｏ２の延長線上に（一致させて）配置されているので、超音波計測区間２１ａ１を流れるガスの最大流速を安定して計測できる。
【００７３】
（実施例９）
図１４は中間流路の流路構成の第９実施例を示す正面断面図である。図１４に示す調整部２１２は、流路の高さ方向の内周側の後端部が、増大部２１３ａにおいて流れ方向下手側へ延出して延出部２１２ｂを形成している。一方、増大部２１３ａは、流路の高さ方向の外周側の前端部が、調整部２１２において流れ方向上手側へ突入して突入部２１３ｂを形成している。
【００７４】
このように、調整部２１２の内周側の後端部が延出部２１２ｂを形成することによって、高さ方向の流速分布の平滑化を、流路高さ拡大部２１３にて短い区間長さ（流れ方向の長さ）で迅速に行える。なお、その際同時に、増大部２１３ａの外周側の前端部が、調整部２１２において流れ方向上手側へ突入して突入部２１３ｂを形成しているので、上記した遠心力によってガスの偏りを生じやすい外周側において、調整部２１２に形成される突入部２１３ｂにガスを部分的（かつ一時的）に滞留させて流速を遅らせることができ、上記した高さ方向の流速分布の平滑化を一層迅速に行うことができる。
【００７５】
（実施例１０）
図１５は中間流路の流路構成の第１０実施例を示す正面断面図である。図１５に示す延出部２１２ｂは、調整部２１２の内周側及び外周側にそれぞれ形成され、各延出部２１２ｂの流路壁面は、流れ方向下手側に向かうにつれて増大部２１３ａにおける内周側（又は外周側）の長辺壁部２１ｆの壁面に徐々に接近した後接触する曲面状に形成されている。
【００７６】
延出部２１２ｂは、増大部２１３ａの長辺壁部２１ｆと滑らかに接続され、調整部２１２から流路高さ拡大部２１３（増大部２１３ａ）へのガスの流れを阻害しないので、上記した高さ方向の流速分布の平滑化を円滑に行うことができる。
【００７７】
（実施例１１）
図１６は中間流路の流路構成の第１１実施例を示す斜視図及び正面断面図である。図１６に示す延出部２１２ｂは、調整部２１２の内周側及び外周側にそれぞれ形成され、各延出部２１２ｂの流路壁面は、流れ方向下手側に向かうにつれて増大部２１３ａにおける内周側（又は外周側）の短辺壁部２１ｄの壁面に徐々に接近した後接触する曲面状に形成されている。
【００７８】
延出部２１２ｂは、増大部２１３ａの短辺壁部２１ｄと滑らかに接続され、調整部２１２から流路高さ拡大部２１３（増大部２１３ａ）へのガスの流れを阻害しないので、上記した高さ方向の流速分布の平滑化を円滑に行うことができる。
【００７９】
（実施例１２）
図１７は中間流路の流路構成の第１２実施例を示す斜視断面図及び正面断面図である。図１７に示す流路高さ縮小部２１０には、方向変換部２１１と調整部２１２とに跨って、流路の開口高さを高さ方向に２等分する仕切板２１４（仕切部）が流れ方向に沿って配置されている。
【００８０】
流路高さ縮小部２１０の流路の開口高さを高さ方向に２等分することによって、高さ方向の流速分布の乱れ（不均等及び非対称）を相対的に小さくすることができるので、層流域（小流量）から乱流域（大流量）にわたって広範囲に高精度で流量を計測できる。
【００８１】
（実施例１３）
図１８は中間流路の流路構成の第１３実施例を示す斜視断面図及び正面断面図である。図１８に示す仕切板２１４（仕切部）は、表面が平滑な単一の板材により方向変換部２１１と調整部２１２とに跨って、流路の開口高さを高さ方向に２分割する形態で配置されている。具体的には、方向変換部２１１では高さ方向の中央（２等分位置）近傍に位置する一方、調整部２１２では外周側に偏って（オフセットして；齟齬して）配置されている。
【００８２】
仕切板２１４が調整部２１２で外周側に偏って位置することにより、上記した遠心力によってガスの偏りを生じやすい外周側において、高さ方向の流速分布の乱れ（不均等及び非対称）をさらに小さくすることができる。
【００８３】
実施例８（図１３）〜実施例１３（図１８）に記載した各々の構成は、実施例２（図７）〜実施例７（図１２）に記載した各々の構成とそれぞれ組み合わせて実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明に係る超音波流量計の一実施例の全体斜視図。
【図２】図１の正面断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】超音波センサの配置変形例を示す説明図。
【図５】図２における中間流路の流路構成の第１実施例を示す斜視図及び正面図。
【図６】図５（ｂ）の要部を拡大して、小流量時及び大流量時の流速分布を示す説明図。
【図７】中間流路の流路構成の第２実施例を示す斜視図及び正面図。
【図８】中間流路の流路構成の第３実施例を示す斜視図及び正面図。
【図９】中間流路の流路構成の第４実施例を示す斜視図及び正面図。
【図１０】中間流路の流路構成の第５実施例を示す斜視図及び要部拡大図。
【図１１】中間流路の流路構成の第６実施例を示す斜視図及び要部拡大図。
【図１２】中間流路の流路構成の第７実施例を示す斜視図及び要部拡大図。
【図１３】中間流路の流路構成の第８実施例を示す正面断面図。
【図１４】中間流路の流路構成の第９実施例を示す正面断面図。
【図１５】中間流路の流路構成の第１０実施例を示す正面断面図。
【図１６】中間流路の流路構成の第１１実施例を示す斜視図及び正面断面図。
【図１７】中間流路の流路構成の第１２実施例を示す斜視断面図及び正面断面図。
【図１８】中間流路の流路構成の第１３実施例を示す斜視断面図及び正面断面図。
【符号の説明】
【００８５】
２１ 中間流路
２１ａ 直線状中間流路（計測用直線流路）
２１ａ１ 超音波計測区間（流量計測区間）
２１ｂ 入口側連結流路（導入側流路）
２１ｃ 出口側連結流路（導出側流路）
２１ｄ 短辺壁部
２１ｆ 長辺壁部
２１０ 流路高さ縮小部
２１１ 方向転換部
２１１ａ 第一の減少部（減少部）
２１２ 調整部
２１２ａ 第二の減少部
２１２ａ１ 内周側減少部
２１２ａ２ 外周側減少部
２１２ｂ 延出部
２１３ 流路高さ拡大部
２１３ａ 増大部
２１３ｂ 突入部
２１４ 仕切板（仕切部）
２３ 超音波センサ
２３ａ，２３ｂ 送受信振動子（センサ素子）
１００ 超音波流量計（流量計）
Ｌ 長辺
Ｓ 短辺
Ｈ 開口高さ
Ｗ 開口幅
Ｏ１ 流路高さ拡大部での高さ方向の中央位置
Ｏ２ 調整部での高さ方向の中央位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＰガス、都市ガス、空気、水などの流体の流量を計測する流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＰガス、都市ガス、空気、水などの流体の流量を計測する流量計測装置として、超音波を利用して流速を測定する超音波流量計が知られている。このような超音波流量計では、例えば、流体を通過させるための計測流路の壁部（取付壁面）に、流体の流れ方向上手側又は下手側に向けて超音波を発振した後、流れ方向上手側又は下手側から到来する超音波を受信する一対の送受信振動子（超音波センサ）が取り付けられている。そして、計測流路の入口側に、流速分布を非対称化して流速の最大値の発生位置を計測流路の中心から一方に偏らせるために、屈曲部、段差部、異形状部等からなる非対称流れ促進手段を設けることが開示されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第３４３６２４７号公報
【０００４】
特許文献１によれば、非対称流れ促進手段を設けることによって、層流域と乱流域との補正係数の差を少なくし、流体の種別により粘性係数が変化しても補正係数の変化を小さくすることが可能となる。しかし、超音波流量計を始め多くの流量計では、配置スペース等の関係から、送受信振動子（計測部）は通常、計測用の測線が計測流路（計測用直線流路）における流量計測区間の上下方向高さ（高さ方向）の中央に位置するように配置されている。したがって、特許文献１のように非対称流れ促進手段を設けることによって、高さ方向の流速分布が非対称（不均等）になりやすい。そこで、計測部の前方側（流れ方向上手側）に、整流素子のように高さ方向の流速分布を対称化（均等化）するための整流手段を配置する等の対策を要する場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、導入側流路から計測用直線流路に至る流路の断面形状を工夫することによって、整流手段を配置しなくても流体の流れ方向に直交する方向での流速分布を容易に均等化したり対称化したりすることができ、また流体の種別や温度変化に伴って粘性が変化しても、層流域から乱流域にわたって広範囲に高精度で流量を計測できる流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る流量計は、
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有する計測用直線流路と、を含む流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部に続いて、外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成されて流体の流れを方向転換させるとともに、幅方向中央での流れ方向に平行な断面において、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する減少部を有する方向転換部と、
その方向転換部の出口側末端部に続く形で接続形成され、流体の流れ方向を揃える調整部と、
その調整部に続いて、前記外周側及び内周側にて流路の開口高さが各々高さ方向に階段状に増大変化する増大部を有し、前記計測用直線流路に接続可能な流路高さ拡大部とを含み、
前記方向転換部と調整部とは流路の開口高さが前記導入側流路よりも小さい流路高さ縮小部を構成し、
前記流路高さ縮小部における前記減少部及び調整部と、前記流路高さ拡大部における前記増大部とによって、前記計測用直線流路において流体の流れ方向に直交する方向での流速分布が均等化及び／又は対称化されることを特徴とする。
【０００７】
例えば、上記課題を解決するために、本発明に係る流量計に超音波流量計を用いる場合、
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有し、その短辺壁部の取付壁面に流体の流れ方向上手側若しくは下手側に向けて超音波を発振し、及び／又は流れ方向上手側若しくは下手側から到来する超音波を受信する送受信振動子が取り付けられた計測用直線流路と、を含む流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部に続いて、外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成されて流体の流れを方向転換させるとともに、幅方向中央で前記取付壁面に平行な断面において、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する減少部を有する方向転換部と、
その方向転換部の出口側末端部に続く形で接続形成され、流体の流れ方向を揃える調整部と、
その調整部に続いて、前記外周側及び内周側にて流路の開口高さが各々高さ方向に階段状に増大変化する増大部を有し、前記計測用直線流路に接続可能な流路高さ拡大部とを含み、
前記方向転換部と調整部とは流路の開口高さが前記導入側流路よりも小さい流路高さ縮小部を構成し、
前記流路高さ縮小部における前記減少部及び調整部と、前記流路高さ拡大部における前記増大部とによって、前記計測用直線流路において流体の流れ方向に直交する方向での流速分布が均等化及び／又は対称化されることを特徴とする。
【０００８】
具体的には、これらの流量計において、
前記流路高さ縮小部では、前記方向転換部の外周側に沿って流体が流れる際の遠心力によって前記減少部の外周側と内周側とで流体の流れ方向及び最大流速が偏るのを、前記調整部により流れ方向を揃えるとともに、
前記流路高さ拡大部では、前記増大部での整流作用によって（整流素子等の整流部材を配置せずにすむので）圧力損失の上昇を抑制しつつ、流体の流れ方向に平行な断面での高さ方向の流速分布を平滑化し、
前記計測用直線流路（特に流量計測区間）において、流体の流れ方向に直交する断面での高さ方向の流速分布（流体の流れ方向に直交する方向での流速分布）が均等化及び／又は対称化される。
【０００９】
このような流量計においては、被測定流体（例えばＬＰガスや都市ガス）は計測用直線流路の流れ方向上手側に位置する方向転換部（減少部）を流れる間に、流れ方向が偏り、内周側に比して外周側で流速が相対的に速くなる傾向がある。しかし、外周側及び内周側にて流路の開口高さが各々高さ方向に階段状に増大変化する増大部（流路高さ拡大部）を通る間に、流体の流れ方向に直交する方向での流速分布の偏りの影響が緩和され、均等化及び／又は対称化される。すなわち、方向転換部（減少部）で発生する偏流（最大流速の向きと位置が外周側に偏った流れ）が、調整部を経由し、流路高さ拡大部（増大部）で開放されることによって、高さ方向の中央位置付近に流速分布のピーク（最大流速）を持つ流れに矯正される（高さ方向の流速分布が均等化及び／又は対称化される）。したがって、計測部（例えば一対の送受信振動子）の測線を高さ方向の流速分布の中間位置（例えば中央位置）に配置して、計測用直線流路（流量計測区間）を流れる被測定流体の最大流速を安定して計測することができるので、流体の種別や温度変化に伴って粘性（動粘性係数）が変化しても、層流域（小流量）から乱流域（大流量）にわたって常に流体の対称性が確保され、広範囲に高精度で流量を計測できる。
【００１０】
そして、減少部（方向変換部）では流れ方向下手側ほど流路の開口高さが減少し、かつ整流素子のような整流手段を調整部等の流れ方向下手側の流路中に配置する必要がないため、圧力損失が抑制され、流量測定部での測定範囲の拡大を図ることも可能になる。また、整流手段を設けないため流量計のコスト低減を図ることもできる。
【００１１】
このように、超音波流量計では、送受信振動子の測線が計測用直線流路（流量計測区間）の流速分布の中間位置（例えば中央位置）に配置される。同様に、計測部の測線が計測用直線流路の流速分布の中間位置（例えば中央位置）に配置されるタイプの流量計にも適用することができる。このようなタイプの流量計として、電磁流量計（計測部：測定管）、ピトー管式流量計（計測部：ピトー管）等を例示することができる。また、超音波検出方式の渦式流量計（計測部：渦発生体の下流側に設けた超音波振動子）に用いてもよい。
【００１２】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る流量計は、
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有する計測用直線流路と、を含む流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部に続いて、外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成され、流体の流れを方向転換させる方向転換部と、
その方向転換部の出口側末端部に続く形で接続形成され、流体の流れ方向を揃える調整部と、
その調整部に続いて、少なくとも前記外周側にて流路の開口高さが高さ方向に階段状に増大変化する増大部を有し、前記計測用直線流路に接続可能な流路高さ拡大部とを含み、
幅方向中央での流体の流れ方向に平行な断面において、前記方向転換部の流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する第一の減少部を有するとともに、流れ方向に直交する断面において、前記方向転換部と調整部とのうちの少なくとも一方の流路の開口高さが幅方向端部側に向かうにつれて減少する第二の減少部を有することによって、前記方向転換部と調整部とは流路の開口高さが前記導入側流路よりも小さい流路高さ縮小部を構成し、
前記流路高さ縮小部における前記第一の減少部、第二の減少部及び調整部と、前記流路高さ拡大部における前記増大部とによって、前記計測用直線流路において流体の流れ方向に直交する方向での流速分布が均等化及び／又は対称化されることを特徴とする。
【００１３】
例えば、上記課題を解決するために、本発明に係る流量計に超音波流量計を用いる場合、
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有し、その短辺壁部の取付壁面に流体の流れ方向上手側若しくは下手側に向けて超音波を発振し、及び／又は流れ方向上手側若しくは下手側から到来する超音波を受信する送受信振動子が取り付けられた計測用直線流路と、を含む流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部に続いて、外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成され、流体の流れを方向転換させる方向転換部と、
その方向転換部の出口側末端部に続く形で接続形成され、流体の流れ方向を揃える調整部と、
その調整部に続いて、少なくとも前記外周側にて流路の開口高さが高さ方向に階段状に増大変化する増大部を有し、前記計測用直線流路に接続可能な流路高さ拡大部とを含み、
幅方向中央で前記取付壁面に平行な断面において、前記方向転換部の流路の開口高さが流体の流れ方向下手側に向かうにつれて減少する第一の減少部を有するとともに、流れ方向に直交する断面において、前記方向転換部と調整部とのうちの少なくとも一方の流路の開口高さが幅方向端部側に向かうにつれて減少する第二の減少部を有することによって、前記方向転換部と調整部とは流路の開口高さが前記導入側流路よりも小さい流路高さ縮小部を構成し、
前記流路高さ縮小部における前記第一の減少部、第二の減少部及び調整部と、前記流路高さ拡大部における前記増大部とによって、前記計測用直線流路において流体の流れ方向に直交する方向での流速分布が均等化及び／又は対称化されることを特徴とする。
【００１４】
具体的には、これらの流量計において、
前記流路高さ縮小部では、前記方向転換部の外周側に沿って流体が流れる際の遠心力によって前記第一の減少部の外周側と内周側とで流体の流れ方向及び最大流速が偏るのを、前記調整部により流れ方向を揃え、かつ前記第一の減少部にて流体が幅方向端部側へ拡散移動しようとするのを、前記第二の減少部により阻止又は抑制するとともに、
前記流路高さ拡大部では、前記増大部での整流作用によって（整流素子等の整流部材を配置せずにすむので）圧力損失の上昇を抑制しつつ、流体の流れ方向に平行な断面での高さ方向の流速分布を平滑化し、
前記計測用直線流路（特に流量計測区間）において、流体の流れ方向に直交する断面での幅方向及び高さ方向の流速分布（流体の流れ方向に直交する方向での流速分布）が均等化及び／又は対称化される。
【００１５】
このような流量計においても、被測定流体（例えばＬＰガスや都市ガス）は計測用直線流路の流れ方向上手側に位置する方向転換部（減少部）を流れる間に、流れ方向が偏り、内周側に比して外周側で流速が相対的に速くなる傾向がある。しかし、外周側及び内周側のうち少なくとも外周側にて流路の開口高さが高さ方向に階段状に増大変化する増大部（流路高さ拡大部）を通る間に、流体の流れ方向に直交する方向での流速分布が均等化及び／又は対称化される。すなわち、方向転換部（第一の減少部）で発生する偏流（最大流速の向きと位置が外周側に偏った流れ）が、調整部と第二の減少部と流路高さ拡大部（増大部）とで矯正される（幅方向及び高さ方向の流速分布が均等化及び／又は対称化される）。したがって、計測部（例えば一対の送受信振動子）の測線を高さ方向の流速分布の中間位置（例えば中央位置）に配置して、計測用直線流路（流量計測区間）を流れる被測定流体の最大流速を安定して計測することができるので、流体の種別や温度変化に伴って粘性（動粘性係数）が変化しても、層流域（小流量）から乱流域（大流量）にわたって広範囲に高精度で流量を計測できる。
【００１６】
そして、上記流量計における流路高さ縮小部の第二の減少部は、流路の高さ方向の中間位置（例えば中央位置）から内周側又は外周側に向かうにつれて、その流路の開口幅が連続的に減少するように形成されていてもよい。
【００１７】
第一の減少部にて流路の開口高さが減少することに応じて、方向変換部内の流体は幅方向端部側へ拡散移動しようとするが、その移動は内周側又は外周側ほど開口幅が減少する第二の減少部によって阻止又は抑制されている。このように、第二の減少部によって幅方向の流速分布を円滑に均等化（対称化）することができる。なお、第二の減少部における流路壁面を平面状又は曲面状に形成することができる。例えば、第二の減少部における流路壁面は、流れ方向に直交する断面にて、二等辺三角形状等の三角形状、台形状等の四角形状、円弧状、楕円状等に形成できる。
【００１８】
その際さらに、第二の減少部において、流路の高さ方向の中間位置（例えば中央位置）から内周側に向かうにつれて、その流路の開口幅が連続的に減少するように形成することが望ましい。これによって、幅方向の流速分布の均等化（対称化）に要する第二の減少部ひいては流路高さ縮小部の区間長（流れ方向の長さ）を短縮することができる。
【００１９】
あるいは、上記流量計における流路高さ縮小部の第二の減少部は、流路の高さ方向の中間位置（例えば中央位置）から内周側及び外周側に向かうにつれて、その流路の開口幅がそれぞれ連続的に減少するように形成されていてもよい。
【００２０】
第一の減少部にて流路の開口高さが減少することに応じて、方向変換部内の流体は幅方向端部側へ拡散移動しようとするが、その移動は内周側でも外周側でも開口幅が減少する第二の減少部によって阻止又は抑制され（抑え込まれ）、流路の高さ方向の中間部分（中央部分）に集められている。このように、開口幅が内周側でも外周側でも減少する第二の減少部によって、幅方向の流速分布を短い区間長（流れ方向の長さ）で円滑に均等化（対称化）することができる。なお、この場合にも第二の減少部における流路壁面を平面状又は曲面状に形成することができる。例えば、第二の減少部における流路壁面は、流れ方向に直交する半断面にて、二等辺三角形状等の三角形状、台形状等の四角形状、円弧状、楕円状等に形成できる。
【００２１】
その際さらに、内周側及び外周側で開口幅が減少する第二の減少部においては、流路の高さ方向の中間位置（例えば中央位置）から内周側に向かう開口幅の減少率が、外周側に向かう開口幅の減少率よりも大であることが望ましい。
【００２２】
このように、第二の減少部における開口幅の減少率を内周側よりも外周側で小さくし、内外で非対称にすることにより、遠心力によって流体の偏りを生じやすい外周側において、流体の幅方向端部側への拡散移動容量を相対的に大きく確保することができる。これによって、流路高さ縮小部で発生する幅方向の流速分布の乱れ（不均等及び／又は非対称）を相対的に小さくすることができるので、幅方向の流速分布の均等化（対称化）に要する第二の減少部ひいては流路高さ縮小部の区間長（流れ方向の長さ）をさらに短縮することができる。なお、流路壁面が平面状であれば開口幅の減少率の大小は勾配の逆数の大小、曲面状であれば開口幅の減少率の大小は曲率の逆数（曲率半径）の大小に相当する。
【００２３】
以上で述べた流量計においては、調整部の内周側及び外周側の流路壁面を計測用直線流路（流量計測区間）の長辺壁部の壁面とそれぞれ平行状に配置するとともに、流路高さ拡大部の流路の高さ方向の中央を、調整部の流路の高さ方向の中央よりも外周側又は内周側に偏って（オフセットして；齟齬して）配置することができる。
【００２４】
流路高さ拡大部の高さ方向中央位置を調整部の高さ方向中央位置よりも外周側又は内周側に偏って配置することにより、流路高さ拡大部での高さ方向の流速分布の平滑化後に計測用直線流路（流量計測区間）にて計測すべき最大流速が、調整部の高さ方向中央位置の延長線上に出現しやすくなる。よって、高さ方向の流速分布の均等化（対称化）に要する流路高さ拡大部の区間長（流れ方向の長さ）を短縮することができる。なお、流路高さ拡大部の高さ方向中央位置を調整部の高さ方向中央位置に対して外周側又は内周側のいずれにオフセットさせるかは、調整部や流路高さ拡大部の形状（高さ等）に応じて定めればよい。その際、計測用直線流路（流量計測区間）における計測部（例えば一対の送受信振動子）の測線位置を調整部の高さ方向中央位置の延長線上に（一致させて）配置すれば、計測用直線流路（流量計測区間）を流れる被測定流体の最大流速を安定して計測できる。
【００２５】
また、流路高さ拡大部の増大部は、外周側及び内周側にて流路の開口高さが各々高さ方向に階段状に増大変化し、
調整部は、少なくとも流路の高さ方向の内周側の後端部が、増大部において流れ方向下手側へ延出して延出部を形成することができる。
【００２６】
このように、調整部の内周側の後端部が延出部を形成することによって、流体の流れ方向に平行な断面での高さ方向の流速分布の平滑化が、流路高さ拡大部にて短い区間長さ（流れ方向の長さ）で迅速に行われる。なお、その際同時に、増大部における流路の高さ方向の外周側の前端部が、調整部において流れ方向上手側へ突入して突入部を形成している場合には、上記した遠心力によって流体の偏りを生じやすい外周側において、調整部に形成される突入部に流体を部分的（かつ一時的）に滞留させて流速を遅らせることができ、上記した高さ方向の流速分布の平滑化を一層迅速に行うことができる。
【００２７】
例えば、延出部の流路壁面を、流れ方向下手側に向かうにつれて増大部における内周側及び／又は外周側の壁面に徐々に接近した後接触する曲面状に形成することができる。
【００２８】
これにより、増大部における内周側の壁部や外周側の壁部と延出部とが滑らかに接続され、調整部から流路高さ拡大部（増大部）への流体の流れを阻害しないので、上記した高さ方向の流速分布の平滑化を円滑に行うことができる。
【００２９】
あるいは、延出部の流路壁面を、流れ方向下手側に向かうにつれて増大部における短辺側の壁面（短辺壁部）に徐々に接近した後接触する曲面状に形成することができる。
【００３０】
これにより、増大部における短辺側の壁部（短辺壁部）と延出部とが滑らかに接続され、調整部から流路高さ拡大部（増大部）への流体の流れを阻害しないので、上記した高さ方向の流速分布の平滑化を円滑に行うことができる。
【００３１】
さらに、流路高さ縮小部には、流路の開口高さを高さ方向に分割する１又は複数の仕切部が流れ方向に沿って配置されていてもよい。
【００３２】
流路高さ縮小部の流路の開口高さを高さ方向に分割することによって、高さ方向の流速分布の乱れ（不均等及び／又は非対称）を相対的に小さくすることができるので、層流域（小流量）から乱流域（大流量）にわたって広範囲に高精度で流量を計測できる。
【００３３】
そして、その仕切部は、表面が平滑な単一の板材により方向変換部と調整部とに跨って配置されるとともに、少なくとも調整部の高さ方向において外周側に偏って（オフセットして；齟齬して）位置することができる。
【００３４】
仕切部が調整部で外周側に偏って位置することにより、上記した遠心力によって流体の偏りを生じやすい外周側において、高さ方向の流速分布の乱れ（不均等及び／又は非対称）をさらに小さくすることができる。例えば、仕切部は、方向変換部では高さ方向の中央近傍に位置する一方、調整部では外周側に偏って位置することができる。
【００３５】
導入側流路と計測用直線流路（流量計測区間）とが直交状に配置され、計測用直線流路（流量計測区間）の開口高さ及び開口幅が流れ方向に対して一定に形成されていれば、流量計をコンパクトな箱型形状に形成できる。また、流路高さ拡大部で均等化（対称化）された流速分布が計測用直線流路（流量計測区間）でも安定して維持されるので、流量測定の精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
（全体構成）
次に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、一般住宅用ガスメータ等として用いられる超音波流量計の一実施例の全体斜視図を示す。この超音波流量計１００（流量計）は、本体ユニット１０と中間流路形成ユニット２０と遮断弁３０とから構成され、本体ユニット１０は本体部１１と蓋部１７とからなる。
【００３７】
図２は超音波流量計１００の正面断面図を示し、図２のＡ−Ａ断面図が図３に表わされている。図２に示すように、本体部１１は全体として直方体形状を有し、その上面には、上流側のガス配管に接続される流入口１２及び下流側のガス配管に接続される流出口１３がそれぞれ開口している。また、その内部には、流入口１２と流出口１３との間にガス（流体）を通過させるための本体流路１４が形成されている。本体部１１の下部には、図２の背面側から手前側（嵌合方向）に向けて本体流路切除部１５が形成され、この本体流路切除部１５は、パッキン１７ａ（シール材）を介し蓋部１７によって外部から覆われている（図３参照）。本体部１１の嵌合方向前方側（図２の手前側）の外面には、本体流路切除部１５と連通する一対の窓孔１６，１６（図１参照）が開口している。
【００３８】
図３に示すように、中間流路形成ユニット２０の内部には、本体部１１の本体流路切除部１５にガスの流れ方向と直交する方向（嵌合方向）から嵌合したときに本体流路１４と接続される中間流路２１が貫通形成されている。この中間流路２１は、本体流路１４と滑らかに連続する上下方向の入口側連結流路２１ｂ（導入側流路），出口側連結流路２１ｃ（導出側流路）と、両端で両連結流路２１ｂ，２１ｃと連なるとともに、本体流路１４とほぼ直交する形態で本体部１１の下面に沿って配設される水平方向の直線状中間流路２１ａ（計測用直線流路）とから構成されている（図２参照）。また、中間流路形成ユニット２０には、本体部１１に開口する一対の窓孔１６，１６に対応して嵌合方向の前方側に一対の突出部２２，２２がそれぞれ一体形成されている。
【００３９】
さらに、中間流路形成ユニット２０の一対の突出部２２，２２には、直線状中間流路２１ａにおける超音波計測区間２１ａ１（流量計測区間）を通過するガスの流量を測定するために、超音波センサ２３の一対の送受信振動子２３ａ，２３ｂがそれぞれ着脱可能に取り付けられている。直線状中間流路２１ａの軸直交断面積（流路断面積）を本体流路１４や入口側連結流路２１ｂの軸直交断面積（流路断面積）よりも小とし（絞り）、流れ方向に対して一定の大きさに形成する。これによって、直線状中間流路２１ａを流れるガスの流速を速くして一定に保持し、超音波センサ２３による流量（流速）の測定精度が高くなるようにしている。なお、流入口１２と中間流路２１との間の本体流路１４には、本体流路１４のガスの流れを遮断する遮断弁３０が設けられている（図２参照）。
【００４０】
したがって、図３において、中間流路２１が本体流路１４と連通するように中間流路形成ユニット２０を本体部１１の本体流路切除部１５に嵌合すると、各突出部２２，２２が本体部１１の各窓孔１６，１６からそれぞれ外部に突出する。そして、各突出部２２，２２はパッキン１６ａ（シール材）を介し各窓孔１６，１６をそれぞれ密閉する。さらに、超音波センサ２３の各送受信振動子２３ａ，２３ｂは、各突出部２２，２２の収容孔２２ａ，２２ｂにそれぞれ外部から挿入され、取付ねじ（取付部材；図示せず）や押圧板（押圧部材；図示せず）によって着脱可能に固定されている。
【００４１】
図３に示すように、直線状中間流路２１ａ（超音波計測区間２１ａ１）は、流路の幅方向（本体流路切除部１５への嵌合方向；奥行方向）を長辺Ｌ、流路の高さ方向（上下方向）を短辺Ｓ（図２参照）とする矩形状に形成されている。そして、超音波センサ２３は次のような反射型Ｖ字配列に構成されている。すなわち、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）の流れ方向直交断面において、嵌合方向前方側の短辺Ｓを形成する短辺壁部２１ｄの取付壁面に、送受信振動子２３ａ，２３ｂが流れ方向に所定距離Ｗを隔てて取り付けられ、嵌合方向後方側の短辺Ｓを形成する短辺壁部の壁面を反射面２１ｅとする。
【００４２】
図１に戻り、超音波センサ２３の送受信振動子２３ａ，２３ｂ（センサ素子）で得られた出力信号は、リード線２５，２５を介して流量演算処理回路２４に送信されてガス流量が算出され、流量表示部（図示せず）等を用いて報知される。これらの送受信振動子２３ａ，２３ｂ、流量演算処理回路２４、リード線２５，２５、流量表示部等は流量測定部Ｍを構成している。リード線２５，２５は、窓孔１６，１６から外部に突出して設けられる超音波センサ２３（送受信振動子２３ａ，２３ｂ）から引き出されるので、その芯線部を通じて測定ガスが外部に漏れ出して、気密性が不十分となったり、測定精度が低下したりすることがない。このように、本体部１１・蓋部１７・中間流路形成ユニット２０の三者の気密性が確保され、リード線２５，２５が流路外に位置するので、漏れ出したガスに電気部品の火花が引火して火災が発生することもない。なお、入口側連結流路２１ｂと直線状中間流路２１ａとの間には、流路内での測定ガス流の乱れを抑え速度分布を均一化するための整流素子（整流部材）は設けられていない（図２，図３参照）。
【００４３】
（超音波センサの配置変形例）
以上の全体構成においては、超音波センサ（送受信部）の配置と超音波ビームの通る径路（測線という）として反射型Ｖ字配列を採用した場合について説明した。反射型Ｖ字配列では、一対の送受信部を流れ方向に沿って同じ側に集中配置できるので、送受信部の着脱を同じ方向から行える利点がある。超音波流量計における超音波センサ（送受信部）の測線方式には、反射型Ｖ字配列の他にも多くの種類が知られている。他の測線方式に対する本発明の適用例について以下に説明する。
【００４４】
（１）透過型Ｚ配列（図４（ａ））
一方の送受信部１２３ａから発せられた超音波を流れ方向に沿って所定距離離間して配置された他方の送受信部１２３ｂで受信する方式である。この方式では、一方の送受信部１２３ａと他方の送受信部１２３ｂとは流れ方向の両側に分離して配置される。
【００４５】
（２）透過型Ｖ字配列（図４（ｂ））
１個の送信部２２３ａから発せられた超音波を流れ方向に沿って所定距離離間して配置された一対の受信部２２３ｂ，２２３ｂで受信する方式である。この方式では、送信部２２３ａと受信部２２３ｂ，２２３ｂとは流れ方向の両側に分離して配置される。
【００４６】
（３）交差型Ｘ配列（図４（ｃ））
流れ方向に沿って所定距離離間して配置された一対の送信部３２３ａ，３２３ａから発せられた超音波を流れ方向に沿って所定距離離間して配置された一対の受信部３２３ｂ，３２３ｂで受信する方式である。この方式は上記した図４（ｂ）の方式において、送信部を１個から一対に増設したものに相当する。
【００４７】
本発明の流量計では、いずれの超音波センサの配置方式（測線方式）を採用しても等価であるから、以下の実施例においては、透過型Ｚ配列を用いて説明する。
【００４８】
なお、以上の全体構成及び超音波センサの配置変形例においては、本体ユニット１０が、本体流路１４を内部に有する本体部１１と、本体部１１を外部から覆う蓋部１７とから構成される場合についてのみ説明したが、本体ユニット１０は次のような構成であってもよい。すなわち、本体ユニットは半割り状の本体流路を各々有する第一本体部と第二本体部とを合掌構成してもよい。ただし、この場合には窓孔は第一本体部と第二本体部とのうち少なくともいずれか一方に設けられ、蓋部は設けても設けなくてもよい。
【００４９】
（実施例１）
次に、図５は図２における中間流路の流路構成の第１実施例を示す斜視図及び正面図、図６は図５（ｂ）の要部を拡大して小流量時及び大流量時の流速分布を示す説明図である。図５に示す中間流路２１において、ほぼ直交状に配置される入口側連結流路２１ｂ（本体流路１４）と直線状中間流路２１ａとの間には、流路高さ縮小部２１０及び流路高さ拡大部２１３が流れ方向上手側から下手側に向ってこの順に接続形成されている。流路高さ縮小部２１０は、流れ方向上手側から方向転換部２１１と調整部２１２とを含み、流路の開口高さが入口側連結流路２１ｂよりも小さく接続形成されている。
【００５０】
方向転換部２１１は、ほぼ下向きに配置された入口側連結流路２１ｂの出口側末端部に続いて、ガスの流れを約９０°方向転換させるように、外周側と内周側とが湾曲形態に形成されている。この方向転換部２１１は、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する減少部２１１ａを有し、流路の外周側及び内周側が直線状中間流路２１ａ（超音波計測区間２１ａ１）の長辺壁部２１ｆに連なっている。また、調整部２１２は、方向転換部２１１の出口側末端部に続く形で接続形成され、ガスの流れ方向をほぼ水平方向に揃える。さらに、流路高さ拡大部２１３は、調整部２１２に続いて、外周側及び内周側にて流路の開口高さが各々高さ方向に階段状に増大変化する増大部２１３ａを有するとともに、直線状中間流路２１ａ（超音波計測区間２１ａ１）に接続されている。なお、流路高さ拡大部２１３の流路の高さ方向の中央位置Ｏ１は、調整部２１２の流路の高さ方向の中央位置Ｏ２と一致している。また、流路高さ拡大部２１３の中央位置Ｏ１は、超音波センサ２３の送受信振動子１２３ａ，１２３ｂの測線位置、及び超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）の高さ方向の中央位置とも一致している。さらに、調整部２１２の内周側及び外周側の流路壁面は、直線状中間流路２１ａ（超音波計測区間２１ａ１）の長辺壁部２１ｆの壁面とそれぞれ平行状に配置されている。
【００５１】
そして、流路高さ縮小部２１０における減少部２１１ａ及び調整部２１２と、流路高さ拡大部２１３における増大部２１３ａとによって、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）において高さ方向での流速分布が均等化及び対称化される。
【００５２】
具体的には、流路高さ縮小部２１０では、方向転換部２１１の外周側に沿ってガスが流れる際に作用する遠心力によって減少部２１１ａの外周側と内周側とでガスの流れ方向及び最大流速が偏るのを、調整部２１２により流れ方向がほぼ水平方向に揃えられる。また、流路高さ拡大部２１３では、増大部２１３ａでの整流作用によって（整流素子等の整流部材を配置せずにすむので）圧力損失の上昇を抑制しつつ高さ方向の流速分布が平滑化される。その結果、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）において、高さ方向の流速分布が均等化及び対称化される。
【００５３】
以上のように流路構成されているので、この流路内のガスの流れは図６のようになる。
【００５４】
方向転換部２１１へ流入したガスは、下向き（上下方向）の入口側連結流路２１ｂから横向き（水平方向）の直線状中間流路２１ａへ方向転換する途上にあるため、斜め下向き（中間方向）の速度成分が大きい。このような速度成分を有するガスは、方向転換部２１１（減少部２１１ａ）の外周側に沿って流れ方向下流側へ移動していくため、その流れ方向は方向転換部２１１の末端位置に達しても依然として不揃いで不安定な状態にある。また、方向転換部２１１の末端位置において高さ方向の流速分布は、外周側ほど流速が大きくなり、不均等（非対称）な状態にある。このように、方向転換部２１１（減少部２１１ａ）では流れ方向が不安定で流速が不均等（非対称）な流れ（偏流）が発生している。
【００５５】
例えば、小流量時（低速時；層流域）には、方向転換部２１１の外周側に沿ってガスが流れる際の遠心力は比較的小さい。したがって、小流量時の流速分布は、図６（ａ）に示すように、調整部２１２においては高さ方向の中央位置Ｏ１付近で突出する擬似二等辺三角形状を呈するが、流路高さ拡大部２１３では比較的早くに高さ方向に均等化及び対称化した扇状（又は弧状あるいは放物線状）となる。一方、大流量時（高速時；乱流域）には、方向転換部２１１の外周側に沿ってガスが流れる際の遠心力は比較的大きい。したがって、大流量時の流速分布は、図６（ｂ）に示すように、調整部２１２においては高さ方向の中央位置Ｏ１よりも下方で突出する擬似直角三角形状を呈するので、流路高さ拡大部２１３ではやや遅れて高さ方向に均等化及び対称化したバスタブ状（又はコの字状）となる。
【００５６】
このように、外周側及び内周側にて流路の開口高さが各々高さ方向に階段状に増大変化する増大部２１３ａ（流路高さ拡大部２１３）を通る間に、高さ方向での流速分布の偏りの影響が緩和され、均等化及び対称化される。すなわち、方向転換部２１１（減少部２１１ａ）で発生する偏流が、調整部２１２を経由し、流路高さ拡大部２１３（増大部２１３ａ）で開放されることによって、高さ方向の中央位置付近に流速分布のピーク（最大流速）を持つ流れに矯正される。したがって、一対の送受信振動子１２３ａ，１２３ｂの測線を流路高さ拡大部２１３での高さ方向の流速分布の中央位置Ｏ１に配置し、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）を流れるガスの最大流速を安定して計測することができる。よって、ガスの種別や温度変化に伴って粘性（動粘性係数）が変化しても、層流域（小流量）から乱流域（大流量）にわたって常にガスの対称性が確保され、広範囲に高精度で流量を計測できる。
【００５７】
そして、減少部２１１ａ（方向変換部２１１）では流れ方向下手側ほど流路の開口高さが減少し、かつ整流素子のような整流手段を調整部２１２等の流れ方向下手側の流路中に配置する必要がないため、圧力損失が抑制され、乱流域での測定範囲の一層の拡大を図ることができる。また、整流手段を設けないため超音波流量計１００のコスト低減を図ることもできる。
【００５８】
（実施例２）
図７は中間流路の流路構成の第２実施例を示す斜視図及び正面図である。図７に示す中間流路２１において、方向転換部２１１は外周側が湾曲形態に形成され、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する第一の減少部２１１ａを有している。また、調整部２１２は、流路の開口高さＨが幅方向端部側に向かうにつれて減少する第二の減少部２１２ａを有している。
【００５９】
具体的には、第二の減少部２１２ａは、調整部２１２の流路の高さ方向の中央位置Ｏ２（流路高さ拡大部２１３の流路の高さ方向の中央位置Ｏ１と一致する）から内周側に向かうにつれて、流路の開口幅Ｗが連続的に減少するように形成されている。そして、図７に示す第二の減少部２１２ａでは、その流路壁面は流れ方向に直交する断面にて、調整部２１２の中央位置Ｏ２から内周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗが連続的に減少する台形状に形成されている。
【００６０】
そして、流路高さ縮小部２１０における第一の減少部２１１ａ、第二の減少部２１２ａ及び調整部２１２と、流路高さ拡大部２１３における増大部２１３ａとによって、直線状中間流路２１ａにおいて流体の流れ方向に直交する方向での流速分布が均等化及び対称化される。
【００６１】
具体的には、流路高さ縮小部２１０では、方向転換部２１１の外周側に沿ってガスが流れる際の遠心力によって第一の減少部２１１ａの外周側と内周側とでガスの流れ方向及び最大流速が偏るのを、調整部２１２により流れ方向がほぼ水平方向に揃えられる。そして、第一の減少部２１１ａにてガスが幅方向端部側へ拡散移動し、流れ方向に直交する断面での幅方向及び高さ方向の流速分布が中央でくびれた楕円形（例えば繭型形状）になろうとするのを、第二の減少部２１２ａにより阻止（抑制）してくびれのない楕円形が維持される（図７（ａ）の拡大断面図参照）。また、流路高さ拡大部２１３では、増大部２１３ａにより圧力損失を抑制しつつ高さ方向の流速分布が平滑化される。その結果、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）において、高さ方向の流速分布が均等化及び対称化される（図６参照）。
【００６２】
このように、第一の減少部２１１ａにて流路の開口高さが減少することに応じて、方向変換部２１１内のガスは幅方向端部側へ拡散移動しようとするが、その移動は第二の減少部２１２ａによって阻止（抑制）されるので、幅方向の流速分布を円滑に均等化（対称化）することができる。また、外周側及び内周側にて流路の開口高さが各々高さ方向に階段状に増大変化する増大部２１３ａ（流路高さ拡大部２１３）を通る間に、高さ方向での流速分布の偏りの影響が緩和され、均等化及び対称化される。すなわち、方向転換部２１１（第一の減少部２１１ａ）で発生する偏流が、第二の減少部２１２ａ及び調整部２１２を経由し、流路高さ拡大部２１３（増大部２１３ａ）で開放されることによって、高さ方向の中央位置付近に流速分布のピーク（最大流速）を持つ流れに矯正される。したがって、一対の送受信振動子１２３ａ，１２３ｂの測線を流路高さ拡大部２１３での高さ方向の流速分布の中央位置Ｏ１に配置し、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）を流れるガスの最大流速を安定して計測することができる。よって、ガスの種別や温度変化に伴って粘性（動粘性係数）が変化しても、層流域（小流量）から乱流域（大流量）にわたって常にガスの対称性が確保され、広範囲に高精度で流量を計測できる。
【００６３】
さらに、第二の減少部２１２ａは、調整部２１２の流路の高さ方向の中央位置Ｏ２から内周側に向かうにつれて、流路の開口幅Ｗが連続的に減少するように形成されているので、幅方向の流速分布の均等化（対称化）に要する第二の減少部２１２ａひいては流路高さ縮小部２１０の区間長さ（流れ方向の長さ）が短縮される。
【００６４】
（実施例３）
図８は中間流路の流路構成の第３実施例を示す斜視図及び正面図である。図８に示す第二の減少部２１２ａでは、その流路壁面は流れ方向に直交する断面にて、調整部２１２の中央位置Ｏ２から内周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗ（図７参照）が連続的に減少する円弧状（又は楕円状）に形成されている。
【００６５】
（実施例４）
図９は中間流路の流路構成の第４実施例を示す斜視図及び正面図である。図９に示す第二の減少部２１２ａでは、その流路壁面は流れ方向に直交する断面にて、調整部２１２の中央位置Ｏ２から内周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗ（図７参照）が連続的に減少する二等辺三角形状に形成されている。
【００６６】
（実施例５）
図１０は中間流路の流路構成の第５実施例を示す斜視図及び要部拡大図である。図１０に示す第二の減少部２１２ａは、調整部２１２の流路の高さ方向の中央位置Ｏ２（図５参照）から内周側及び外周側に向かうにつれて、流路の開口幅Ｗがそれぞれ連続的に減少するように形成されている。その際、第二の減少部２１２ａは、上記中央位置Ｏ２から内周側に向かう開口幅の減少率が、外周側に向かう開口幅の減少率よりも大になるように非対称形状に形成されている。
【００６７】
具体的には、第二の減少部２１２ａの内周側には、調整部２１２の中央位置Ｏ２から内周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗが連続的に減少する円弧状（又は楕円状）の内周側減少部２１２ａ１が形成されている。一方、第二の減少部２１２ａの外周側にも、調整部２１２の中央位置Ｏ２から外周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗが連続的に減少する円弧状（又は楕円状）の外周側減少部２１２ａ２が形成されている。そして、内周側減少部２１２ａ１の開口幅Ｗの減少率（曲率の逆数すなわち曲率半径）は、外周側減少部２１２ａ２の開口幅Ｗの減少率よりも大である。
【００６８】
このように、内周側減少部２１２ａ１の開口幅Ｗの減少率よりも外周側減少部２１２ａ２の開口幅Ｗの減少率を小さくし、内外で非対称にすることにより、遠心力によってガスの偏りを生じやすい外周側において、ガスの幅方向端部側への拡散移動容量を相対的に大きく確保することができる。これによって、流路高さ縮小部２１０で発生する幅方向の流速分布の乱れ（不均等及び非対称）を相対的に小さくすることができるので、幅方向の流速分布の均等化（対称化）に要する第二の減少部２１２ａひいては流路高さ縮小部２１０の区間長さ（流れ方向の長さ）をさらに短縮することができる。
【００６９】
（実施例６）
図１１は中間流路の流路構成の第６実施例を示す斜視図及び要部拡大図である。図１１に示す内周側減少部２１２ａ１は、調整部２１２の中央位置Ｏ２（図５参照）から内周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗが連続的に減少する台形状に形成されている。一方、外周側減少部２１２ａ２は、調整部２１２の中央位置Ｏ２から外周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗが連続的に減少する円弧状（又は楕円状）に形成されている。そして、内周側減少部２１２ａ１の開口幅Ｗの減少率（勾配の逆数）は、外周側減少部２１２ａ２の開口幅Ｗの減少率（曲率の逆数すなわち曲率半径）よりも大である。
【００７０】
（実施例７）
図１２は中間流路の流路構成の第７実施例を示す斜視図及び要部拡大図である。図１２に示す内周側減少部２１２ａ１は、調整部２１２の中央位置Ｏ２（図５参照）から内周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗが連続的に減少する円弧状（又は楕円状）に形成されている。一方、外周側減少部２１２ａ２は、調整部２１２の中央位置Ｏ２から外周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗが連続的に減少する台形状に形成されている。そして、内周側減少部２１２ａ１の開口幅Ｗの減少率（曲率の逆数すなわち曲率半径）は、外周側減少部２１２ａ２の開口幅Ｗの減少率（勾配の逆数）よりも大である。
【００７１】
（実施例８）
図１３は中間流路の流路構成の第８実施例を示す正面断面図である。図１３に示す流路高さ拡大部２１３の流路の高さ方向の中央位置Ｏ１は、調整部２１２の流路の高さ方向の中央位置Ｏ２よりも外周側に偏って（オフセットして；齟齬して）配置されている。
【００７２】
このように、流路高さ拡大部２１３の高さ方向中央位置Ｏ１を調整部２１２の高さ方向中央位置Ｏ２よりも外周側に偏って配置することにより、流路高さ拡大部２１３での高さ方向の流速分布の平滑化後に直線状中間流路２１ａにて計測すべき最大流速が、調整部２１２の高さ方向中央位置Ｏ２の延長線上に出現しやすくなる。よって、高さ方向の流速分布の均等化（対称化）に要する流路高さ拡大部２１３の区間長さ（流れ方向の長さ）を短縮することができる。しかも、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）における一対の送受信振動子１２３ａ，１２３ｂの測線位置が、調整部２１２の高さ方向中央位置Ｏ２の延長線上に（一致させて）配置されているので、超音波計測区間２１ａ１を流れるガスの最大流速を安定して計測できる。
【００７３】
（実施例９）
図１４は中間流路の流路構成の第９実施例を示す正面断面図である。図１４に示す調整部２１２は、流路の高さ方向の内周側の後端部が、増大部２１３ａにおいて流れ方向下手側へ延出して延出部２１２ｂを形成している。一方、増大部２１３ａは、流路の高さ方向の外周側の前端部が、調整部２１２において流れ方向上手側へ突入して突入部２１３ｂを形成している。
【００７４】
このように、調整部２１２の内周側の後端部が延出部２１２ｂを形成することによって、高さ方向の流速分布の平滑化を、流路高さ拡大部２１３にて短い区間長さ（流れ方向の長さ）で迅速に行える。なお、その際同時に、増大部２１３ａの外周側の前端部が、調整部２１２において流れ方向上手側へ突入して突入部２１３ｂを形成しているので、上記した遠心力によってガスの偏りを生じやすい外周側において、調整部２１２に形成される突入部２１３ｂにガスを部分的（かつ一時的）に滞留させて流速を遅らせることができ、上記した高さ方向の流速分布の平滑化を一層迅速に行うことができる。
【００７５】
（実施例１０）
図１５は中間流路の流路構成の第１０実施例を示す正面断面図である。図１５に示す延出部２１２ｂは、調整部２１２の内周側及び外周側にそれぞれ形成され、各延出部２１２ｂの流路壁面は、流れ方向下手側に向かうにつれて増大部２１３ａにおける内周側（又は外周側）の長辺壁部２１ｆの壁面に徐々に接近した後接触する曲面状に形成されている。
【００７６】
延出部２１２ｂは、増大部２１３ａの長辺壁部２１ｆと滑らかに接続され、調整部２１２から流路高さ拡大部２１３（増大部２１３ａ）へのガスの流れを阻害しないので、上記した高さ方向の流速分布の平滑化を円滑に行うことができる。
【００７７】
（実施例１１）
図１６は中間流路の流路構成の第１１実施例を示す斜視図及び正面断面図である。図１６に示す延出部２１２ｂは、調整部２１２の内周側及び外周側にそれぞれ形成され、各延出部２１２ｂの流路壁面は、流れ方向下手側に向かうにつれて増大部２１３ａにおける内周側（又は外周側）の短辺壁部２１ｄの壁面に徐々に接近した後接触する曲面状に形成されている。
【００７８】
延出部２１２ｂは、増大部２１３ａの短辺壁部２１ｄと滑らかに接続され、調整部２１２から流路高さ拡大部２１３（増大部２１３ａ）へのガスの流れを阻害しないので、上記した高さ方向の流速分布の平滑化を円滑に行うことができる。
【００７９】
（実施例１２）
図１７は中間流路の流路構成の第１２実施例を示す斜視断面図及び正面断面図である。図１７に示す流路高さ縮小部２１０には、方向変換部２１１と調整部２１２とに跨って、流路の開口高さを高さ方向に２等分する仕切板２１４（仕切部）が流れ方向に沿って配置されている。
【００８０】
流路高さ縮小部２１０の流路の開口高さを高さ方向に２等分することによって、高さ方向の流速分布の乱れ（不均等及び非対称）を相対的に小さくすることができるので、層流域（小流量）から乱流域（大流量）にわたって広範囲に高精度で流量を計測できる。
【００８１】
（実施例１３）
図１８は中間流路の流路構成の第１３実施例を示す斜視断面図及び正面断面図である。図１８に示す仕切板２１４（仕切部）は、表面が平滑な単一の板材により方向変換部２１１と調整部２１２とに跨って、流路の開口高さを高さ方向に２分割する形態で配置されている。具体的には、方向変換部２１１では高さ方向の中央（２等分位置）近傍に位置する一方、調整部２１２では外周側に偏って（オフセットして；齟齬して）配置されている。
【００８２】
仕切板２１４が調整部２１２で外周側に偏って位置することにより、上記した遠心力によってガスの偏りを生じやすい外周側において、高さ方向の流速分布の乱れ（不均等及び非対称）をさらに小さくすることができる。
【００８３】
実施例８（図１３）〜実施例１３（図１８）に記載した各々の構成は、実施例２（図７）〜実施例７（図１２）に記載した各々の構成とそれぞれ組み合わせて実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明に係る超音波流量計の一実施例の全体斜視図。
【図２】図１の正面断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】超音波センサの配置変形例を示す説明図。
【図５】図２における中間流路の流路構成の第１実施例を示す斜視図及び正面図。
【図６】図５（ｂ）の要部を拡大して、小流量時及び大流量時の流速分布を示す説明図。
【図７】中間流路の流路構成の第２実施例を示す斜視図及び正面図。
【図８】中間流路の流路構成の第３実施例を示す斜視図及び正面図。
【図９】中間流路の流路構成の第４実施例を示す斜視図及び正面図。
【図１０】中間流路の流路構成の第５実施例を示す斜視図及び要部拡大図。
【図１１】中間流路の流路構成の第６実施例を示す斜視図及び要部拡大図。
【図１２】中間流路の流路構成の第７実施例を示す斜視図及び要部拡大図。
【図１３】中間流路の流路構成の第８実施例を示す正面断面図。
【図１４】中間流路の流路構成の第９実施例を示す正面断面図。
【図１５】中間流路の流路構成の第１０実施例を示す正面断面図。
【図１６】中間流路の流路構成の第１１実施例を示す斜視図及び正面断面図。
【図１７】中間流路の流路構成の第１２実施例を示す斜視断面図及び正面断面図。
【図１８】中間流路の流路構成の第１３実施例を示す斜視断面図及び正面断面図。
【符号の説明】
【００８５】
２１ 中間流路
２１ａ 直線状中間流路（計測用直線流路）
２１ａ１ 超音波計測区間（流量計測区間）
２１ｂ 入口側連結流路（導入側流路）
２１ｃ 出口側連結流路（導出側流路）
２１ｄ 短辺壁部
２１ｆ 長辺壁部
２１０ 流路高さ縮小部
２１１ 方向転換部
２１１ａ 第一の減少部（減少部）
２１２ 調整部
２１２ａ 第二の減少部
２１２ａ１ 内周側減少部
２１２ａ２ 外周側減少部
２１２ｂ 延出部
２１３ 流路高さ拡大部
２１３ａ 増大部
２１３ｂ 突入部
２１４ 仕切板（仕切部）
２３ 超音波センサ
２３ａ，２３ｂ 送受信振動子（センサ素子）
１００ 超音波流量計（流量計）
Ｌ 長辺
Ｓ 短辺
Ｈ 開口高さ
Ｗ 開口幅
Ｏ１ 流路高さ拡大部での高さ方向の中央位置
Ｏ２ 調整部での高さ方向の中央位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有する計測用直線流路と、を含む流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部に続いて、外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成されて流体の流れを方向転換させるとともに、幅方向中央での流れ方向に平行な断面において、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する減少部を有する方向転換部と、
その方向転換部の出口側末端部に続く形で接続形成され、流体の流れ方向を揃える調整部と、
その調整部に続いて、前記外周側及び内周側にて流路の開口高さが各々高さ方向に階段状に増大変化する増大部を有し、前記計測用直線流路に接続可能な流路高さ拡大部とを含み、
前記方向転換部と調整部とは流路の開口高さが前記導入側流路よりも小さい流路高さ縮小部を構成し、
前記流路高さ縮小部における前記減少部及び調整部と、前記流路高さ拡大部における前記増大部とによって、前記計測用直線流路において流体の流れ方向に直交する方向での流速分布が均等化及び／又は対称化されることを特徴とする流量計。
【請求項２】
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有し、その短辺壁部の取付壁面に流体の流れ方向上手側若しくは下手側に向けて超音波を発振し、及び／又は流れ方向上手側若しくは下手側から到来する超音波を受信する送受信振動子が取り付けられた計測用直線流路と、を含む流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部に続いて、外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成されて流体の流れを方向転換させるとともに、幅方向中央で前記取付壁面に平行な断面において、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する減少部を有する方向転換部と、
その方向転換部の出口側末端部に続く形で接続形成され、流体の流れ方向を揃える調整部と、
その調整部に続いて、前記外周側及び内周側にて流路の開口高さが各々高さ方向に階段状に増大変化する増大部を有し、前記計測用直線流路に接続可能な流路高さ拡大部とを含み、
前記方向転換部と調整部とは流路の開口高さが前記導入側流路よりも小さい流路高さ縮小部を構成し、
前記流路高さ縮小部における前記減少部及び調整部と、前記流路高さ拡大部における前記増大部とによって、前記計測用直線流路において流体の流れ方向に直交する方向での流速分布が均等化及び／又は対称化されることを特徴とする流量計。
【請求項３】
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有する計測用直線流路と、を含む流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部に続いて、外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成され、流体の流れを方向転換させる方向転換部と、
その方向転換部の出口側末端部に続く形で接続形成され、流体の流れ方向を揃える調整部と、
その調整部に続いて、少なくとも前記外周側にて流路の開口高さが高さ方向に階段状に増大変化する増大部を有し、前記計測用直線流路に接続可能な流路高さ拡大部とを含み、
幅方向中央での流体の流れ方向に平行な断面において、前記方向転換部の流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する第一の減少部を有するとともに、流れ方向に直交する断面において、前記方向転換部と調整部とのうちの少なくとも一方の流路の開口高さが幅方向端部側に向かうにつれて減少する第二の減少部を有することによって、前記方向転換部と調整部とは流路の開口高さが前記導入側流路よりも小さい流路高さ縮小部を構成し、
前記流路高さ縮小部における前記第一の減少部、第二の減少部及び調整部と、前記流路高さ拡大部における前記増大部とによって、前記計測用直線流路において流体の流れ方向に直交する方向での流速分布が均等化及び／又は対称化されることを特徴とする流量計。
【請求項４】
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有し、その短辺壁部の取付壁面に流体の流れ方向上手側若しくは下手側に向けて超音波を発振し、及び／又は流れ方向上手側若しくは下手側から到来する超音波を受信する送受信振動子が取り付けられた計測用直線流路と、を含む流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部に続いて、外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成され、流体の流れを方向転換させる方向転換部と、
その方向転換部の出口側末端部に続く形で接続形成され、流体の流れ方向を揃える調整部と、
その調整部に続いて、少なくとも前記外周側にて流路の開口高さが高さ方向に階段状に増大変化する増大部を有し、前記計測用直線流路に接続可能な流路高さ拡大部とを含み、
幅方向中央で前記取付壁面に平行な断面において、前記方向転換部の流路の開口高さが流体の流れ方向下手側に向かうにつれて減少する第一の減少部を有するとともに、流れ方向に直交する断面において、前記方向転換部と調整部とのうちの少なくとも一方の流路の開口高さが幅方向端部側に向かうにつれて減少する第二の減少部を有することによって、前記方向転換部と調整部とは流路の開口高さが前記導入側流路よりも小さい流路高さ縮小部を構成し、
前記流路高さ縮小部における前記第一の減少部、第二の減少部及び調整部と、前記流路高さ拡大部における前記増大部とによって、前記計測用直線流路において流体の流れ方向に直交する方向での流速分布が均等化及び／又は対称化されることを特徴とする流量計。
【請求項５】
前記流路高さ縮小部の第二の減少部は、流路の高さ方向の中間位置から前記内周側又は外周側に向かうにつれて、その流路の開口幅が連続的に減少するように形成されている請求項３又は４に記載の流量計。
【請求項６】
前記流路高さ縮小部の第二の減少部は、流路の高さ方向の中間位置から前記内周側及び外周側に向かうにつれて、その流路の開口幅がそれぞれ連続的に減少するように形成されている請求項３又は４に記載の流量計。
【請求項７】
前記第二の減少部において、流路の高さ方向の中間位置から前記内周側に向かう開口幅の減少率が、前記外周側に向かう開口幅の減少率よりも大である請求項６に記載の流量計。
【請求項８】
前記調整部の内周側及び外周側の流路壁面は前記計測用直線流路の長辺壁部の壁面とそれぞれ平行状に配置されるとともに、
前記流路高さ拡大部の流路の高さ方向の中央は、前記調整部の流路の高さ方向の中央よりも前記外周側又は内周側に偏って配置されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項９】
前記流路高さ拡大部の増大部は、前記外周側及び内周側にて流路の開口高さが各々高さ方向に階段状に増大変化し、
前記調整部は、少なくとも流路の高さ方向の前記内周側の後端部が、前記増大部において流れ方向下手側へ延出して延出部を形成している請求項１ないし８のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項１０】
前記延出部の流路壁面は、流れ方向下手側に向かうにつれて前記増大部における前記内周側及び／又は外周側の壁面に徐々に接近した後接触する曲面状に形成されている請求項９に記載の流量計。
【請求項１１】
前記延出部の流路壁面は、流れ方向下手側に向かうにつれて前記増大部における前記短辺側の壁面に徐々に接近した後接触する曲面状に形成されている請求項９又は１０に記載の流量計。
【請求項１２】
前記流路高さ縮小部には、流路の開口高さを高さ方向に分割する１又は複数の仕切部が流れ方向に沿って配置されている請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項１３】
前記仕切部は、表面が平滑な単一の板材により前記方向変換部と調整部とに跨って配置されるとともに、少なくとも前記調整部の高さ方向において前記外周側に偏って位置している請求項１２に記載の流量計。
【請求項１４】
前記導入側流路と計測用直線流路とが直交状に配置され、
前記計測用直線流路の開口高さ及び開口幅が流れ方向に対して一定に形成されている請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項１】
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有する計測用直線流路と、を含む流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部に続いて、外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成されて流体の流れを方向転換させるとともに、幅方向中央での流れ方向に平行な断面において、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する減少部を有する方向転換部と、
その方向転換部の出口側末端部に続く形で接続形成され、流体の流れ方向を揃える調整部と、
その調整部に続いて、前記外周側及び内周側にて流路の開口高さが各々高さ方向に階段状に増大変化する増大部を有し、前記計測用直線流路に接続可能な流路高さ拡大部とを含み、
前記方向転換部と調整部とは流路の開口高さが前記導入側流路よりも小さい流路高さ縮小部を構成し、
前記流路高さ縮小部における前記減少部及び調整部と、前記流路高さ拡大部における前記増大部とによって、前記計測用直線流路において流体の流れ方向に直交する方向での流速分布が均等化及び／又は対称化されることを特徴とする流量計。
【請求項２】
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有し、その短辺壁部の取付壁面に流体の流れ方向上手側若しくは下手側に向けて超音波を発振し、及び／又は流れ方向上手側若しくは下手側から到来する超音波を受信する送受信振動子が取り付けられた計測用直線流路と、を含む流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部に続いて、外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成されて流体の流れを方向転換させるとともに、幅方向中央で前記取付壁面に平行な断面において、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する減少部を有する方向転換部と、
その方向転換部の出口側末端部に続く形で接続形成され、流体の流れ方向を揃える調整部と、
その調整部に続いて、前記外周側及び内周側にて流路の開口高さが各々高さ方向に階段状に増大変化する増大部を有し、前記計測用直線流路に接続可能な流路高さ拡大部とを含み、
前記方向転換部と調整部とは流路の開口高さが前記導入側流路よりも小さい流路高さ縮小部を構成し、
前記流路高さ縮小部における前記減少部及び調整部と、前記流路高さ拡大部における前記増大部とによって、前記計測用直線流路において流体の流れ方向に直交する方向での流速分布が均等化及び／又は対称化されることを特徴とする流量計。
【請求項３】
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有する計測用直線流路と、を含む流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部に続いて、外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成され、流体の流れを方向転換させる方向転換部と、
その方向転換部の出口側末端部に続く形で接続形成され、流体の流れ方向を揃える調整部と、
その調整部に続いて、少なくとも前記外周側にて流路の開口高さが高さ方向に階段状に増大変化する増大部を有し、前記計測用直線流路に接続可能な流路高さ拡大部とを含み、
幅方向中央での流体の流れ方向に平行な断面において、前記方向転換部の流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する第一の減少部を有するとともに、流れ方向に直交する断面において、前記方向転換部と調整部とのうちの少なくとも一方の流路の開口高さが幅方向端部側に向かうにつれて減少する第二の減少部を有することによって、前記方向転換部と調整部とは流路の開口高さが前記導入側流路よりも小さい流路高さ縮小部を構成し、
前記流路高さ縮小部における前記第一の減少部、第二の減少部及び調整部と、前記流路高さ拡大部における前記増大部とによって、前記計測用直線流路において流体の流れ方向に直交する方向での流速分布が均等化及び／又は対称化されることを特徴とする流量計。
【請求項４】
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有し、その短辺壁部の取付壁面に流体の流れ方向上手側若しくは下手側に向けて超音波を発振し、及び／又は流れ方向上手側若しくは下手側から到来する超音波を受信する送受信振動子が取り付けられた計測用直線流路と、を含む流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部に続いて、外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成され、流体の流れを方向転換させる方向転換部と、
その方向転換部の出口側末端部に続く形で接続形成され、流体の流れ方向を揃える調整部と、
その調整部に続いて、少なくとも前記外周側にて流路の開口高さが高さ方向に階段状に増大変化する増大部を有し、前記計測用直線流路に接続可能な流路高さ拡大部とを含み、
幅方向中央で前記取付壁面に平行な断面において、前記方向転換部の流路の開口高さが流体の流れ方向下手側に向かうにつれて減少する第一の減少部を有するとともに、流れ方向に直交する断面において、前記方向転換部と調整部とのうちの少なくとも一方の流路の開口高さが幅方向端部側に向かうにつれて減少する第二の減少部を有することによって、前記方向転換部と調整部とは流路の開口高さが前記導入側流路よりも小さい流路高さ縮小部を構成し、
前記流路高さ縮小部における前記第一の減少部、第二の減少部及び調整部と、前記流路高さ拡大部における前記増大部とによって、前記計測用直線流路において流体の流れ方向に直交する方向での流速分布が均等化及び／又は対称化されることを特徴とする流量計。
【請求項５】
前記流路高さ縮小部の第二の減少部は、流路の高さ方向の中間位置から前記内周側又は外周側に向かうにつれて、その流路の開口幅が連続的に減少するように形成されている請求項３又は４に記載の流量計。
【請求項６】
前記流路高さ縮小部の第二の減少部は、流路の高さ方向の中間位置から前記内周側及び外周側に向かうにつれて、その流路の開口幅がそれぞれ連続的に減少するように形成されている請求項３又は４に記載の流量計。
【請求項７】
前記第二の減少部において、流路の高さ方向の中間位置から前記内周側に向かう開口幅の減少率が、前記外周側に向かう開口幅の減少率よりも大である請求項６に記載の流量計。
【請求項８】
前記調整部の内周側及び外周側の流路壁面は前記計測用直線流路の長辺壁部の壁面とそれぞれ平行状に配置されるとともに、
前記流路高さ拡大部の流路の高さ方向の中央は、前記調整部の流路の高さ方向の中央よりも前記外周側又は内周側に偏って配置されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項９】
前記流路高さ拡大部の増大部は、前記外周側及び内周側にて流路の開口高さが各々高さ方向に階段状に増大変化し、
前記調整部は、少なくとも流路の高さ方向の前記内周側の後端部が、前記増大部において流れ方向下手側へ延出して延出部を形成している請求項１ないし８のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項１０】
前記延出部の流路壁面は、流れ方向下手側に向かうにつれて前記増大部における前記内周側及び／又は外周側の壁面に徐々に接近した後接触する曲面状に形成されている請求項９に記載の流量計。
【請求項１１】
前記延出部の流路壁面は、流れ方向下手側に向かうにつれて前記増大部における前記短辺側の壁面に徐々に接近した後接触する曲面状に形成されている請求項９又は１０に記載の流量計。
【請求項１２】
前記流路高さ縮小部には、流路の開口高さを高さ方向に分割する１又は複数の仕切部が流れ方向に沿って配置されている請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項１３】
前記仕切部は、表面が平滑な単一の板材により前記方向変換部と調整部とに跨って配置されるとともに、少なくとも前記調整部の高さ方向において前記外周側に偏って位置している請求項１２に記載の流量計。
【請求項１４】
前記導入側流路と計測用直線流路とが直交状に配置され、
前記計測用直線流路の開口高さ及び開口幅が流れ方向に対して一定に形成されている請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の流量計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００９−２６４９０６（Ｐ２００９−２６４９０６Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１４３１１（Ｐ２００８−１１４３１１）
【出願日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【出願人】（０００００６９３２）リコーエレメックス株式会社 (708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【出願人】（０００００６９３２）リコーエレメックス株式会社 (708)
【Ｆターム（参考）】
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