JP6677486B2

JP6677486B2 - 超音波流量計

Info

Publication number: JP6677486B2
Application number: JP2015221172A
Authority: JP
Inventors: 光臣高鍬; 佑樹西部; 浩二花村
Original assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Current assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Priority date: 2015-11-11
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2020-04-08
Anticipated expiration: 2035-11-11
Also published as: JP2017090268A

Description

本発明は、超音波を利用して被計測流体の流量を計測する超音波流量計に関する。

従来、超音波流量計は、略箱体状のメータケースの内部に、管状の計測流路部（導通路）を配設して構成されており、計測流路部を流れる被計測流体に超音波を伝播させ、被計測流体（例えば、ガス）の流速によって超音波の伝播時間又は伝播速度が変化することを利用して、当該被計測流体の流量を計測するように構成されている。

ここで、被計測流体としてのガスは、水分や不純物（例えば、ガス製造時に混入した塵埃、石油精製工程で生じた油脂系不純物等）を不可避的に含んでしまっている。この為、超音波流量計によって被計測流体の流量を測定する為に、メータケースの内部に被計測流体を流入させると、メータケースの内部において、水分や不純物（以下、水分等）が結露したり付着したりする。

上述したように、計測流路部は、超音波流量計のメータケースの内部に配設されており、メータケースの内部に流れ込んだ被計測流体が流下する部分である為、被計測流体に含まれる水分等が計測流路部の内部に進入してしまう場合があった。当該水分等は、計測流路部の内部における超音波の伝播時間や伝播速度に影響を与えたり、計測流路部に対して配設された一対の超音波振動子等の動作不良を引き起こしたりする為、超音波流量計による流量の計測精度を低下させてしまう場合があった。

この点に関してなされた超音波流量計に関する発明として、特許文献１記載の発明が知られている。特許文献１記載のガスメータは、気密構造に形成され、隔壁によって第１室及び第２室に区画されたメータケースと、前記隔壁を貫通するように配置された筒状のガス導通路（計測流路部に相当）と、前記ガス導通路を通過するガス流に対して平行方向に所定の長さを取って対向配置される一対の超音波振動子とを有して構成されている。当該特許文献１記載のガスメータは、上流側のガス配管から第１室に流入したガスがガス導通路及び第２室を介して下流側のガス配管へと送出される過程において、第１室から第２室へ向かってガス導通路を流下するガスの流速を、一対の超音波振動子によって計測し、この流速の値に基づいてガスの流量を算出している。

そして、特許文献１記載のガスメータにおいて、ガス導通路は、第１室側の端部が上方に位置し、第２室側の端部が下方に位置するように、水平方向に対して傾斜するように配置されている。即ち、当該ガスメータは、ガス導通路を水平方向に対して傾斜するように配置することで、ガス導通路の内部に進入した水分や油脂系不純物等が硬化・堆積してしまう前に、傾斜面（ガス導通路の内面）に働く重力によって、水分や油脂系不純物等を、ガス導通路の傾斜に沿って積極的に落下させている。即ち、特許文献１記載のガスメータは、ガス導通路の内部に進入した水分等を早期に外部へ流出させることによって、ガス導通路の内部に存在する水分等に起因する計測精度の低下を防止している。

特開平１１−０５１７２３号公報

しかしながら、特許文献１記載の発明は、ガス導通路の内部に水分等が入った場合に、当該水分等がガス導通路の内部に留まっている期間を短くしているが、ガス導通路の内部に対して水分等が入ることに関しては何等の措置も講じられていない。即ち、特許文献１記載の発明は、ガス導通路の内部における水分等の存在によって計測精度が低下する期間を短期化することには成功しているが、ガス導通路の内部に水分等が入り計測精度が低下すること自体を抑制し得なかった。

又、特許文献１記載のガスメータにおいて、上流側のガス配管は、メータケースにおける第１室の上面に対して接続されており、第１室の上面から下方に向かってガスを流入させるように構成されている。そして、当該第１室の内部において、ガス導通路は、その端部が上方に位置するように傾斜して配設されている。即ち、当該ガスメータは、第１室上面に配設された上流側のガス配管から流入したガスに含まれる水分等が、ガス導通路の内部に進入しやすい配置となってしまっており、ガス導通路の内部における水分等に起因する計測精度の低下が発生しやすい構成になってしまっている。

本開示は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、超音波を利用して被計測流体の流量を計測する超音波流量計に関し、管状の計測流路部の内部への水分等の進入を抑制することによって、計測精度の低下を抑制可能な超音波流量計を提供する。

前記目的を達成するため、本発明の一側面に係る超音波流量計は、被計測流体の流入口と前記被計測流体の流出口を有するメータケースと、前記メータケースの内部に配設され、前記流入口及び前記流出口を介して当該メータケースの内部を通過する前記被計測流体の流量を計測する流量計測ユニットと、を有し、前記流量計測ユニットは、前記流入口から前記流出口へと向かう前記被計測流体が流れる計測流路部と、前記計測流路部における前記被計測流体の流れの上流側及び下流側に対して夫々配設された一対の超音波振動子と、を有し、前記メータケースは、前記流入口から伸びる流入路の端部である開口部を内壁部に有すると共に、前記流入口及び前記開口部を介して流れ込んだ前記被計測流体が前記計測流路部の入口部に対して流入するように略箱体状に区画された入口バッファ部と、前記流出口に連通すると共に、前記計測流路部の出口部から流出した前記被計測流体が前記流出口を介して前記メータケースの外部へ流出するように略箱体状に区画された出口バッファ部と、を有し、前記計測流路部の前記入口部は、前記入口バッファ部の内部における前記開口部よりも上方に位置していることを特徴とする。

当該超音波流量計は、メータケースの内部における入口バッファ部と出口バッファ部とを、流量計測ユニットの計測流路部によって接続するように有しており、前記流入口から前記流出口へと向かって、当該計測流路部の内部を流れる前記被計測流体に対して、一対の超音波振動子による超音波を伝播させることによって、被計測流体の流量を計測し得る。ここで、当該入口バッファ部の内壁部には、前記流入口から伸びる流入路の端部である開口部が形成されている為、被計測流体は、流入口から流入すると前記流入路の内部を流下して、前記開口部を介して、前記入口バッファ部の内部に流入する。そして、当該被計測流体は、開口部から入口バッファ部の内部に流入すると、流量計測ユニットの計測流路部における入口部から当該計測流路部の内部に流入し、計測流路部における出口部、出口バッファ部、流出口を介して、メータケースの外部へ流出する。

そして、当該超音波流量計において、前記計測流路部の前記入口部は、前記入口バッファ部の内部における前記開口部よりも上方に位置している為、開口部を介して入口バッファ部の内部に流入すると、被計測流体は、重力に抗して上方へ流れ、計測流路部の入口部に流入する。即ち、当該超音波流量計によれば、水分、塵埃及び油脂系不純物等（即ち、水分等）が被計測流体に含まれている場合であっても、当該被計測流体が開口部から入口部へと至る過程で、水分等に対して重力を作用させることができ、もって、計測流路部の内部に対する水分等の進入を抑制することができる。そして、当該超音波流量計によれば、計測流路部の内部に対する水分等の進入を抑制することによって、当該水分等に起因する計測精度の低下の発生を防止し、被計測流体の流量に係る計測精度を維持することができる。

本発明の他の側面に係る超音波流量計は、請求項１記載の超音波流量計であって、前記計測流路部の前記入口部は、前記入口バッファ部の前記開口部における中心よりも上方に位置していることを特徴とする。

当該超音波流量計において、前記計測流路部の前記入口部は、前記入口バッファ部の前記開口部における中心よりも上方に位置している。即ち、被計測流体に水分等が含まれていた場合であっても、当該水分等は、計測流路部の入口部よりも上方となる位置まで、重力に抗して流れなければ、前記計測流路部における前記入口部の内部に入ることはできない。この結果、当該超音波流量計によれば、計測流路部の内部に対する水分等の進入を、より確実に抑制することができ、もって、当該水分等に起因する計測精度の低下の発生を防止し、被計測流体の流量に係る計測精度を維持することができる。

本発明の他の側面に係る超音波流量計は、請求項１又は請求項２記載の超音波流量計であって、前記計測流路部の前記入口部における下端縁は、前記入口バッファ部の前記開口部における上端縁よりも上方に位置していることを特徴とする。

当該超音波流量計において、前記計測流路部の前記入口部における下端縁は、前記入口バッファ部の前記開口部における上端縁よりも上方に位置している。つまり、被計測流体に水分等が含まれていた場合であっても、当該水分等は、前記入口バッファ部の前記開口部における上端縁を越え、更に上方の前記計測流路部の前記入口部における下端縁よりも上方となる位置まで、重力に抗して流れなければ、前記計測流路部における前記入口部の内部に入ることはできない。この結果、当該超音波流量計によれば、重力に抗して流れる距離を十分に確保することができるので、計測流路部の内部に対する水分等の進入を、より確実に抑制することができ、もって、当該水分等に起因する計測精度の低下の発生を防止することができる。即ち、当該超音波流量計によれば、被計測流体の流量に係る計測精度を、例えば、設計時における所望の状態で維持することができる。

第１実施形態に係る超音波流量計の概略構成を示す分解斜視図である。メータケースのカバーを外した状態の超音波流量計を示す正面図である。流量計測ユニットの内部構成を示す要部断面図である。第１実施形態における流量計測ユニットの入口部と、入口バッファ部の開口部との位置関係を示す断面図である。第２実施形態における流量計測ユニットの入口部と、入口バッファ部の開口部との位置関係を示す断面図である。

以下、本発明に係る超音波流量計を、超音波流量計１に具体化した実施形態（第１実施形態）について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

（超音波流量計の概略構成）
先ず、第１実施形態に係る超音波流量計１の概略構成について、図１〜図４を参照しつつ説明する。第１実施形態に係る超音波流量計１は、被計測流体の一例である燃料ガス（例えば、都市ガスやＬＰガス等）の流量を計測する燃料ガスメータであり、燃料ガスの配管２の途中に接続されたメータケース３の内部に、流量計測ユニット１１を配設して構成されている。

図１、図２に示すように、メータケース３は、一面側が開放された略直方体形状に形成されたメータ筐体３Ａと、所定深さ窪んだ凹部を内側面に有する略箱体状のカバー３Ｂとを有して構成されており、メータ筐体３Ａの一面側に対して、カバー３Ｂをネジ止めすることによって、メータケース３の内部を気密に保持するように構成されている。

メータ筐体３Ａの上面における長手方向両端部には、流入口５及び流出口６が夫々突出形成されており、流入口５及び流出口６に対しては、夫々、燃料ガスの配管２が気密に接続される。そして、流入口５及び流出口６は、メータケース３の内部に形成される空間（後述する入口バッファ部２７、出口バッファ部２９）に連通している。従って、当該超音波流量計１において、燃料ガスは、配管２が接続された流入口５を介して、メータケース３の内部に供給され、メータケース３の内部から流出口６を介して、メータケース３の外部へ延びる配管２へ放出される。

流量計測ユニット１１は、気密に保持されたメータケース３の内部に配設されており、一対の超音波振動子１２Ａ、超音波振動子１２Ｂ（図３参照）を用いて、メータケース３の内部を通過する燃料ガスの流量を計測する。図１、図２に示すように、流量計測ユニット１１は、メータ筐体３Ａの一面側からメータケース３の内部に挿入されて、流量計測ユニット１１の計測流路部１５がメータケース３の長手方向に沿って伸びるように配置される。

（流量計測ユニットの概略構成）
ここで、流量計測ユニット１１の概略構成について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１〜図４に示すように、流量計測ユニット１１は、メータケース３の内部において燃料ガスの流路として機能する計測流路部１５と、計測流路部１５の長手方向中央部の上側に形成された回路ケース１６とを有して構成されている。計測流路部１５は、流路断面が上下方向に長い矩形状を為す筒状に形成されている。

図３に示すように、計測流路部１５の長手方向における中央部分に位置する回路ケース１６には、超音波振動子１２Ａ、超音波振動子１２Ｂが、計測流路部１５の一面側（図３中、計測流路部１５の上面側）に配置されている。超音波振動子１２Ａは、計測流路部１５の一面において、燃料ガスの流れる方向（以下、ガス流下方向Ｆ）の上流側に配置されており、超音波振動子１２Ｂは、計測流路部１５の一面においてガス流下方向Ｆの下流側に配置されている。

そして、超音波振動子１２Ａ、超音波振動子１２Ｂの内、一方から出力された超音波は、計測流路部１５における対向面（下面）で反射されて、超音波振動子１２Ａ、超音波振動子１２Ｂの他方に到達する。従って、流量計測ユニット１１における計測流路部１５の内部には、超音波の伝搬経路１７が形成され、当該伝搬経路１７は、計測流路部１５における対向面（下面）を介して、超音波振動子１２Ａ、超音波振動子１２Ｂを結ぶＶ字型を為す。

そして、回路ケース１６の内部における超音波振動子１２Ａ、超音波振動子１２Ｂの上側には、回路基板１８が配設されており、当該回路基板１８には、各超音波振動子１２Ａ、超音波振動子１２Ｂが電気的に接続される計測回路１８Ａが形成されている。即ち、回路基板１８は、計測回路１８Ａを用いて、燃料ガス等の被計測流体の流量計測値を算出して出力可能に構成されている。

図１、図２に示すように、計測流路部１５の一端側には、入口部１５Ａが形成されており、計測流路部１５の他端側には、出口部１５Ｂが形成されている。当該計測流路部１５の入口部１５Ａ及び出口部１５Ｂは、内周面が外側方向へ滑らかに拡がる曲面に形成されている。

図３に示すように、計測流路部１５の内部には、複数枚（例えば、５枚）の分流板１９が、各超音波振動子１２Ａ、超音波振動子１２Ｂの下側に配設されている。複数枚の分流板１９は、計測流路部１５の流路断面における短辺方向に略等間隔を隔てた状態で、計測流路部１５の流路断面における長辺に対して平行（即ち、左右方向）に伸びるように配設されている。即ち、各分流板１９は、超音波振動子１２Ａ、超音波振動子１２Ｂ間の超音波の伝搬経路１７を含む面と平行になるように計測流路部１５の内部に設けられており、ガス流下方向Ｆに平行になるように伸びている。これにより、各分流板１９によって計測流路部１５の内部における燃料ガスの流れを安定化させることが可能となる。

そして、流量計測ユニット１１における計測流路部１５の外周部には、２列のリブ２５がそれぞれ全周に渡って立設されている。当該リブ２５は、計測流路部１５の外周部に気密性を保持する為に、弾性を有するゴム等で形成された所謂Ｏリングを取り付ける際に用いられる。

（メータケースの概略構成）
次に、メータケース３の概略構成について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１、図２及び図４に示すように、メータケース３の内部には、入口バッファ部２７、中央空間部２８、出口バッファ部２９が、メータケース３の長手方向一端部側から他端部側に向かって順番に並ぶように形成されている。入口バッファ部２７、中央空間部２８、出口バッファ部２９は、各リブ２５間にＯリングを取り付けた流量計測ユニット１１を、メータケース３の内部に配設した状態で、メータ筐体３Ａの一面側に対してカバー３Ｂをネジ止めすることによって、夫々気密に保持される。

入口バッファ部２７は、メータケース３の内部において、メータ筐体３Ａの区画壁２１Ａ及びカバー３Ｂの区画壁２２Ａによって略箱体状に区画された空間であり、後述する開口部３２を介して、流入口５と連通している。図１等に示すように、区画壁２１Ａは、メータ筐体３Ａの長手方向一端部から所定距離の位置において、全高さに渡って、メータ筐体３Ａの内部における奥側壁面部から前端部まで立設されている。そして、図４に示すように、区画壁２２Ａは、メータ筐体３Ａにおける区画壁２１Ａに対向する位置において、全高さに渡ってカバー３Ｂの内部における奥側壁面部から前端部まで立設されている。

そして、区画壁２１Ａには、凹部２３Ａが、上下方向における所定位置に形成されており、当該凹部２３Ａは、流量計測ユニット１１の計測流路部１５を保持している（図２、図４参照）。具体的には、凹部２３Ａは、区画壁２１Ａの前端部から奥側方向へ、流量計測ユニット１１の計測流路部１５の外形形状より少し大きい（例えば、計測流路部１５の外形形状よりも外側へ約１ｍｍ〜約３ｍｍ程度大きい）矩形に窪むように形成されている。従って、凹部２３Ａには、流量計測ユニット１１における計測流路部１５の各リブ２５間にＯリングを取り付け、計測流路部１５のＯリングが取り付けられた部分を、メータ筐体３Ａの一面側から嵌入することができ、Ｏリングによって、計測流路部１５の外周面と、凹部２３Ａとの間の気密性を高めることができる。

又、メータ筐体３Ａの内部における長手方向一端部から区画壁２１Ａまで距離は、流量計測ユニット１１の計測流路部１５の各リブ２５から入口部１５Ａまでの距離よりも所定距離（例えば、約１０ｍｍ）だけ長くなるように形成されている。従って、入口バッファ部２７の内部においては、計測流路部１５の入口部１５Ａが、区画壁２１Ａから入口バッファ部２７の内側に突出するように配設される（図２、図４参照）。

図１、図２に示すように、中央空間部２８は、長手方向における入口バッファ部２７と出口バッファ部２９の間において、略略箱体状に区画されて形成されており、区画壁２１Ａ及び区画壁２２Ａと、区画壁２１Ｂ等との間に位置している。そして、長手方向における中央空間部２８の幅（即ち、区画壁２１Ａと、区画壁２１Ｂとの間の距離）は、流量計測ユニット１１の長手方向における回路ケース１６の長さよりも少し長い（例えば、約６ｍｍ長い）距離に設定されている。

そして、中央空間部２８における上下方向の高さ（メータ筐体３Ａの区画壁２１Ａ、区画壁２１Ｂ間における上下方向の高さ）は、流量計測ユニット１１の計測流路部１５の各リブ２５間にＯリングを取り付けて、計測流路部１５のＯリングが取り付けられた部分をメータ筐体３Ａの前面側から凹部２３Ａ等に嵌入した際に、回路ケース１６を挿入可能な高さになるように形成されている。メータケース３の内部に流量計測ユニット１１を配設した場合、当該中央空間部２８には、流量計測ユニット１１における回路ケース１６及び計測流路部１５の各リブ２５に挟まれた中央部分が配置される。

そして、中央空間部２８における奥側壁面部には、外部端子（図示せず）が気密に取り付けられており、回路ケース１６の内部に収容された回路基板１８に対して電気的に接続されている。当該外部端子は、回路基板１８の計測回路１８Ａから出力される燃料ガスの流量計測値を外部へ出力可能に構成されている。

出口バッファ部２９は、メータケース３の内部において、メータ筐体３Ａの区画壁２１Ｂ及びカバー３Ｂの区画壁によって略箱体状に区画された空間であり、流出口６を介して、メータケース３の外部と連通している。図１等に示すように、区画壁２１Ｂは、メータ筐体３Ａの長手方向他端部から所定距離の位置において、全高さに渡って、メータ筐体３Ａの内部における奥側壁面部から前端部まで立設されている。
尚、カバー３Ｂには、区画壁が、メータ筐体３Ａにおける区画壁２１Ｂに対向する位置に形成されており、当該区画壁は、区画壁２２Ａと同様に、全高さに渡ってカバー３Ｂの内部における奥側壁面部から前端部まで立設されている。

そして、区画壁２１Ｂには、凹部２３Ｂが、上下方向における所定位置に形成されており、当該凹部２３Ｂは、流量計測ユニット１１の計測流路部１５を保持している（図２、参照）。具体的には、凹部２３Ｂは、区画壁２１Ｂの前端部から奥側方向へ、流量計測ユニット１１の計測流路部１５の外形形状より少し大きい（例えば、計測流路部１５の外形形状よりも外側へ約１ｍｍ〜約３ｍｍ程度大きい）矩形に窪むように形成されている。従って、凹部２３Ｂには、流量計測ユニット１１における計測流路部１５の各リブ２５間にＯリングを取り付け、計測流路部１５のＯリングが取り付けられた部分を、メータ筐体３Ａの一面側から嵌入することができ、Ｏリングによって、計測流路部１５の外周面と、凹部２３Ｂとの間の気密性を高めることができる。

又、メータ筐体３Ａの内部における長手方向他端部から区画壁２１Ｂまで距離は、流量計測ユニット１１の計測流路部１５の各リブ２５から出口部１５Ｂまでの距離よりも所定距離（例えば、約１０ｍｍ）だけ長くなるように形成されている。従って、出口バッファ部２９の内部においては、計測流路部１５の出口部１５Ｂが、区画壁２１Ｂから出口バッファ部２９の内側に突出するように配設される（図２参照）。

図２〜図４に示すように、入口バッファ部２７の内部に、計測流路部１５の入口部１５Ａが位置しており、且つ、出口バッファ部２９の内部に、計測流路部１５の出口部１５Ｂが位置している為、入口バッファ部２７と出口バッファ部２９とは、断面が上下方向に長い略矩形状の計測流路部１５によって連通される。

そして、メータ筐体３Ａにおいては、流入路５Ａが、流入口５からメータ筐体３Ａの上下方向に伸びて形成されている。当該流入路５Ａは、入口バッファ部２７の奥側壁面部に沿って形成されており、当該流入路５Ａの下端部には、略直方体状の流入室３１が、入口バッファ部２７の奥側に隣り合って形成されている。

図１、図２及び図４に示すように、入口バッファ部２７の奥側壁面部には、断面円形状の開口部３２が開口形成されており、当該入口バッファ部２７と、流入路５Ａの端部を構成する流入室３１とを連通している。当該開口部３２は、その開口部中心Ｃが入口バッファ部２７の内部に突出して配設された計測流路部１５の軸心に直交するように形成されている。入口バッファ部２７の内部における開口部３２の形成位置と、流量計測ユニット１１の入口部１５Ａの配設位置との関係については、後に図面を参照しつつ詳細に説明する。

図４に示すように、流入室３１の内部には、遮断弁３３が、入口バッファ部２７の奥側壁面部に開口された開口部３２と対向する位置に配設されており、開口部３２を閉塞可能に構成されている。当該遮断弁３３は、超音波流量計１を構成する制御基板（図示せず）と電気的に接続されており、供給ガス流量等に異常が発生した場合に、開口部３２を閉塞するように制御される。これにより、当該超音波流量計１は、供給ガス流量等に異常が発生した場合に、流入室３１と入口バッファ部２７との間における燃料ガスの流れを強制的に遮断することができ、燃料ガスの供給を停止することが可能となっている。

尚、当該超音波流量計１には、上述した制御基板（図示せず）が配設されており、当該制御基板は、マイクロコンピュータ等を備えた制御部を有している。そして、制御部は、流量計測ユニット１１の計測回路１８Ａと電気的に接続された外部端子や、遮断弁３３等と電気的に接続されている。当該制御部は、計測回路１８Ａから出力される燃料ガスの流量計測値に基づき、供給ガス流量等の異常を検出し、予め定められているガス遮断対象の異常である場合には、遮断弁３３を駆動することによって、開口部３２を閉塞して燃料ガスの供給を停止する。又、制御部は、計測回路１８Ａから出力される燃料ガスの流量計測値を、外部のパーソナルコンピュータ（図示せず）等に出力可能に構成されている。

（超音波流量計における燃料ガスの流れ）
上記のように構成された超音波流量計１における燃料ガスの流れについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１、図２及び図４に示すように、燃料ガスは、当該超音波流量計１に対して、流入口５に接続された配管２を介して供給される。流入口５に流入した燃料ガスは、メータ筐体３Ａの上下方向に沿って伸びる流入路５Ａを通って、流入路５Ａの下端を構成する流入室３１に流れ込む。そして、流入室３１の内部において、燃料ガスは、流入路５Ａの内部におけるガス流下方向Ｆに対して略直角に曲がるように流れ、開口部３２を介して、入口バッファ部２７の内部に流れ込む。

そして、開口部３２を介して入口バッファ部２７の内部に流れ込むと、当該燃料ガスは、メータ筐体３Ａ、カバー３Ｂによって構成される入口バッファ部２７の内面に沿って流れ、当該入口バッファ部２７の内部に位置する計測流路部１５の入口部１５Ａへと流れ込む（図２、図４参照）。

図２、図３に示すように、燃料ガスは、入口部１５Ａから計測流路部１５の内部に流れ込むと、当該計測流路部１５の内壁面に沿って、出口バッファ部２９に連通する流出口６へ流れていく。当該超音波流量計１は、入口部１５Ａから出口部１５Ｂへと燃料ガスが流れる計測流路部１５の内部に対して、超音波振動子１２Ａ、超音波振動子１２Ｂを用いて超音波を伝播させ、その伝播時間等を計測することによって、計測流路部１５における燃料ガスの流量を計測することができる。

その後、燃料ガスは、計測流路部１５の出口部１５Ｂから、出口バッファ部２９の内部に排出される。図２に示すように、出口バッファ部２９は、流出口６を介して配管２に接続されている為、燃料ガスは、計測流路部１５の出口部１５Ｂから出口バッファ部２９へ排出されると、流出口６、配管２を介して、超音波流量計１の外部へと流れる。

（入口バッファ部の内部における燃料ガス及び水分等の動き）
続いて、上述のように構成された超音波流量計１において、入口バッファ部２７の内部における燃料ガス等の動きについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。上述したように、燃料ガスは、水分や、ガス製造時に混入した塵埃、石油精製工程で生じた油脂系不純物等の不純物を不可避的に含んでしまっている。従って、配管２及び流入口５を介して供給された燃料ガスは、水分等を含んだまま、開口部３２を介して、入口バッファ部２７の内部に流入することになる。

当該超音波流量計１において、流量計測ユニット１１は、メータ筐体３Ａに形成された凹部２３Ａ、凹部２３Ｂの内部に、計測流路部１５を嵌め込むことによって、超音波流量計１における相対的な位置決めがなされている。図２、図４に示すように、入口バッファ部２７の内部において、流量計測ユニット１１における計測流路部１５の入口部１５Ａは、入口バッファ部２７の奥側壁面部に形成された開口部３２よりも上方となるように配設される。

より具体的には、メータケース３下面を基準として、計測流路部１５における入口部１５Ａの中心位置（以下、入口部中心位置ＬＢ）は、開口部３２における開口部中心Ｃの位置（以下、開口部中心位置ＬＡ）よりも上方に位置する。尚、計測流路部１５における入口部１５Ａの中心は、角型筒状に形成された計測流路部１５の中心軸上に位置する（図２、図４参照）。

上述したように、入口バッファ部２７の内部においては、燃料ガスは、開口部３２から入口バッファ部２７の内部に流入して、計測流路部１５の入口部１５Ａを介して、入口バッファ部２７の外部へと流れる。従って、第１実施形態に係る超音波流量計１の入口バッファ部２７の内部において、燃料ガスは、開口部３２を介して流入した後、当該開口部３２よりも上方に位置する計測流路部１５の入口部１５Ａを介して、外部へ流れる。

この時、入口バッファ部２７の開口部３２から、その上方に位置する計測流路部１５の入口部１５Ａへと流れる過程において、燃料ガスに含まれる水分等には、重力が作用することになる。この重力の作用によって、燃料ガスに含まれていた水分等は、計測流路部１５の入口部１５Ａへ到達することなく、入口バッファ部２７の下部に貯留されることになり、燃料ガスのみが、計測流路部１５における入口部１５Ａの内部に流入することになる。

この結果、当該超音波流量計１によれば、入口バッファ部２７の内部において、開口部３２よりも上方に、計測流路部１５の入口部１５Ａを位置させることによって、水分等が燃料ガスに含まれている場合であっても、当該燃料ガスが開口部３２から計測流路部１５の入口部１５Ａへと至る過程で、水分等に対して重力を作用させることができ、もって、計測流路部１５の内部に対する水分等の進入を抑制することができる。そして、当該超音波流量計１によれば、計測流路部１５の内部に対する水分等の進入を抑制することによって、当該水分等に起因する計測精度の低下の発生を防止し、燃料ガスの流量に係る計測精度を維持することができる。

以上説明したように、第１実施形態に係る超音波流量計１は、メータケース３の内部における入口バッファ部２７と出口バッファ部２９とを、流量計測ユニット１１の計測流路部１５によって接続するように有しており、前記流入口５から前記流出口６へと向かって、当該計測流路部１５の内部を流れる燃料ガスに対して、一対の超音波振動子１２Ａ、超音波振動子１２Ｂによる超音波を伝播させることによって、燃料ガスの流量を計測し得る。ここで、当該入口バッファ部２７の奥側壁面部には、前記流入口５から伸びる流入路５Ａの端部である開口部３２が形成されている為、燃料ガスは、流入口５から流入すると前記流入路５Ａの内部を流下して、前記開口部３２を介して、前記入口バッファ部２７の内部に流入する（図４参照）。そして、当該燃料ガスは、開口部３２から入口バッファ部２７内に流入すると、流量計測ユニット１１の計測流路部１５における入口部１５Ａから当該計測流路部１５の内部に流入し、計測流路部１５における出口部１５Ｂ、出口バッファ部２９、流出口６を介して、メータケース３の外部へ流出する。

図２、図４に示すように、第１実施形態に係る超音波流量計１は、入口バッファ部２７の内部において、計測流路部１５の入口部１５Ａが、入口バッファ部２７に形成された開口部３２よりも上方となるように配置している。この為、開口部３２を介して入口バッファ部２７の内部に流入すると、燃料ガスは、重力に抗して上方へ流れ、計測流路部１５の入口部１５Ａに流入する。

即ち、当該超音波流量計１によれば、水分等が燃料ガスに含まれている場合であっても、当該燃料ガスが開口部３２から計測流路部１５の入口部１５Ａへと至る過程で、水分等に対して重力を作用させることができ、もって、計測流路部１５の内部に対する水分等の進入を抑制することができる。そして、当該超音波流量計１によれば、計測流路部１５の内部に対する水分等の進入を抑制することによって、当該水分等に起因する燃料ガスの流量に関する計測精度の低下の発生を防止し、燃料ガスの流量に係る計測精度を維持することができる。

第１実施形態に係る超音波流量計１において、前記計測流路部１５の入口部１５Ａは、前記入口バッファ部２７に形成された開口部３２における中心（即ち、開口部中心Ｃ）よりも上方に位置している（図２、図４参照）。即ち、燃料ガスに水分等が含まれていた場合であっても、当該水分等は、計測流路部１５の入口部１５Ａよりも上方となる位置まで、重力に抗して流れなければ、前記計測流路部１５における入口部１５Ａの内部に入ることはできない。この結果、当該超音波流量計１によれば、計測流路部１５の内部に対する水分等の進入を、より確実に抑制することができ、もって、当該水分等に起因する燃料ガスの流量に係る計測精度の低下の発生を防止し、燃料ガスの流量に係る計測精度を維持することができる。

（第２実施形態）
次に、上述した第１実施形態と異なる実施形態（第２実施形態）に係る超音波流量計１の概略構成について、図５を参照しつつ詳細に説明する。尚、第２実施形態に係る超音波流量計１は、入口バッファ部２７の内部における開口部３２と、計測流路部１５の入口部１５Ａとの位置関係を除き、上述した第１実施形態に係る超音波流量計１と同様の構成を有している。従って、以下の説明においては、第１実施形態と同様の構成についての説明を省略し、相違する構成について詳細に説明する。

（第２実施形態における入口バッファ部の内部における燃料ガス及び水分等の動き）
第２実施形態に係る超音波流量計１に係る入口バッファ部２７の内部における燃料ガス等の動きについて、図５等を参照しつつ詳細に説明する。第１実施形態において説明したように、燃料ガスは、水分や、ガス製造時に混入した塵埃、石油精製工程で生じた油脂系不純物等の不純物を不可避的に含んでしまっており、配管２及び流入口５を介して供給された燃料ガスは、水分等を含んだまま、開口部３２を介して、入口バッファ部２７の内部に流入する。

図５に示すように、第２実施形態に係る超音波流量計１の入口バッファ部２７の内部において、流量計測ユニット１１における計測流路部１５の入口部１５Ａは、入口バッファ部２７の奥側壁面部に形成された開口部３２よりも上方となるように配設される。
より具体的には、計測流路部１５における入口部１５Ａの下端縁は、入口バッファ部２７に形成された開口部３２の上部開口縁よりも上方に位置している。言い換えると、第２実施形態に係る超音波流量計１においては、入口部下縁高ＨＢ（即ち、メータケース３下面を基準とした場合における計測流路部１５の入口部１５Ａの下端縁の高さ）を、開口部上縁高ＨＡ（即ち、メータケース３下面を基準とした場合における開口部３２の上部開口縁の高さ）よりも大きく設定している（図５参照）。尚、この場合における入口部中心位置ＬＢは、開口部中心位置ＬＡよりも上方に位置する。

従って、第２実施形態に係る超音波流量計１によれば、入口バッファ部２７の開口部３２から、その上方に位置する計測流路部１５の入口部１５Ａへと流れる過程において、燃料ガスに含まれる水分等には、重力が作用することになる。この重力の作用によって、燃料ガスに含まれていた水分等は、計測流路部１５の入口部１５Ａへ到達することなく、入口バッファ部２７の下部に貯留されることになり、燃料ガスのみが、計測流路部１５の入口部１５Ａの内部に流入することになる。

更に、図５に示すように、入口部下縁高ＨＢが開口部上縁高ＨＡよりも大きくなるように構成することによって、入口バッファ部２７の内部において、開口部３２よりも上方に、計測流路部１５の入口部１５Ａを位置させ、且つ、上下方向における開口部３２と、計測流路部１５の入口部１５Ａとの距離を確実に十分に大きくすることができる。これにより、当該超音波流量計１によれば、水分等が燃料ガスに含まれている場合であっても、当該燃料ガスが開口部３２から計測流路部１５の入口部１５Ａへと至る過程で、水分等に対して重力を十分な期間作用させることができ、もって、計測流路部１５の内部に対する水分等の進入を確実に抑制することができる。そして、当該超音波流量計１によれば、計測流路部１５の内部に対する水分等の進入を抑制することによって、当該水分等に起因する計測精度の低下の発生を確実に防止し、燃料ガスの流量に係る計測精度を維持することができる。

以上説明したように、第２実施形態に係る超音波流量計１は、第１実施形態に係る超音波流量計１と同様に、メータケース３の内部における入口バッファ部２７と出口バッファ部２９とを、流量計測ユニット１１の計測流路部１５によって接続するように有しており、前記流入口５から前記流出口６へと向かって、当該計測流路部１５の内部を流れる燃料ガスに対して、一対の超音波振動子１２Ａ、超音波振動子１２Ｂによる超音波を伝播させることによって、燃料ガスの流量を計測し得る。

図５に示すように、第２実施形態に係る超音波流量計１おいては、第１実施形態と同様に、入口バッファ部２７の内部において、計測流路部１５の入口部１５Ａが、入口バッファ部２７に形成された開口部３２よりも上方となるように配置している。この為、開口部３２を介して入口バッファ部２７の内部に流入すると、燃料ガスは、重力に抗して上方へ流れ、計測流路部１５の入口部１５Ａに流入する。

第２実施形態に係る超音波流量計１において、前記計測流路部１５の入口部１５Ａは、前記入口バッファ部２７に形成された開口部３２における中心（即ち、開口部中心Ｃ）よりも上方に位置している（図５参照）。即ち、燃料ガスに水分等が含まれていた場合であっても、当該水分等は、計測流路部１５の入口部１５Ａよりも上方となる位置まで、重力に抗して流れなければ、前記計測流路部１５の入口部１５Ａの内部に入ることはできない。この結果、当該超音波流量計１によれば、計測流路部１５の内部に対する水分等の進入を、より確実に抑制することができ、もって、当該水分等に起因する燃料ガスの流量に係る計測精度の低下の発生を防止し、燃料ガスの流量に係る計測精度を維持することができる。

更に、第２実施形態においては、入口部下縁高ＨＢは、開口部上縁高ＨＡよりも大きく設定されており、前記計測流路部１５の入口部１５Ａにおける下端縁は、前記入口バッファ部２７の開口部３２における上端縁よりも上方に位置している。つまり、燃料ガスに水分等が含まれていた場合であっても、当該水分等は、前記入口バッファ部２７における開口部３２の上端縁を越え、更に上方の前記計測流路部１５における入口部１５Ａの下端縁よりも上方となる位置まで、重力に抗して流れなければ、前記計測流路部１５の入口部１５Ａの内部に入ることはできない。この結果、当該超音波流量計１によれば、重力に抗して流れる距離を十分に確保することができるので、計測流路部１５の内部に対する水分等の進入を、より確実に抑制することができ、もって、当該水分等に起因する燃料ガスの流量の計測精度の低下の発生を防止することができる。即ち、当該超音波流量計１によれば、燃料ガスの流量に係る計測精度を、例えば、設計時における所望の状態で維持することができる。

尚、上述した実施形態において、超音波流量計１は、本発明における超音波流量計の一例であり、メータケース３は、本発明におけるメータケースの一例である。そして、流入口５は、本発明における流入口の一例であり、流出口６は、本発明における流出口の一例である。又、流量計測ユニット１１は、本発明における流量計測ユニットの一例であり、計測流路部１５は、本発明における計測流路部の一例である。そして、超音波振動子１２Ａ、超音波振動子１２Ｂは、本発明における超音波振動子の一例である。入口バッファ部２７は、本発明における入口バッファ部の一例であり、出口バッファ部２９は、本発明における出口バッファ部の一例である。そして、開口部３２は、本発明における開口部の一例であり、入口部１５Ａは、本発明における入口部の一例である。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。例えば、本発明においては、入口バッファ部の内部における上下方向に関して、計測流路部の入口部が開口部よりも上方に位置していればよく、当該上下方向に直交する方向（例えば、左右方向及び前後方向）に関しては、入口部と開口部の位置を適宜変更し得る。当該上下方向に直交する方向（例えば、左右方向及び前後方向）に関して、入口部と開口部の位置を決定する場合、入口バッファ部の開口部から計測流路部の入口部へと向かう被計測流体の流れの経路ができるだけ長くなるように決定することが望ましい。このように決定することによって、入口バッファ部の開口部から計測流路部の入口部へと向かう被計測流体に含まれる水分等に対して、十分に重力を作用させることができる為、計測流路部の内部に対する水分等の侵入を、より確実に抑制し得る。

又、上述した実施形態においては、メータケース３の内部に、入口バッファ部２７と、中央空間部２８と、出口バッファ部２９を形成した構成であったが、この態様に限定されるものではない。本発明における入口バッファ部と、出口バッファ部がメータケースの内部に形成されていればよく、中央空間部２８が存在しない構成とすることも可能である。

更に、上述した実施形態における流量計測ユニット１１は、計測流路部１５の上面側において、ガス流下方向Ｆ上流側に超音波振動子１２Ａを配設し、ガス流下方向Ｆ下流側に超音波振動子１２Ｂを配設した構成であったが、この構成に限定されるものではない。超音波振動子１２Ａ及び超音波振動子１２Ｂを用いて超音波の送受信を行い、当該超音波の伝播時間等を計測可能な構成であれば、種々の構成を採用することができる。

１超音波流量計
３メータケース
５流入口
５Ａ流入路
６流出口
１１流量計測ユニット
１２Ａ超音波振動子
１２Ｂ超音波振動子
１５計測流路部
１５Ａ入口部
１５Ｂ出口部
２７入口バッファ部
２９出口バッファ部
３２開口部
ＬＡ開口部中心位置
ＬＢ入口部中心位置
ＨＡ開口部上縁高
ＨＢ入口部下縁高

Claims

被計測流体の流入口と前記被計測流体の流出口とを有するメータケースと、
前記メータケースの内部に配設され、前記流入口及び前記流出口を介して当該メータケースの内部を通過する前記被計測流体の流量を計測する流量計測ユニットと、を有し、
前記流量計測ユニットは、
前記流入口から前記流出口へと向かう前記被計測流体が流れる計測流路部と、
前記計測流路部における前記被計測流体の流れの上流側及び下流側に対して夫々配設された一対の超音波振動子と、を有し、
前記メータケースは、
前記流入口から伸びる流入路の端部である開口部を内壁部に有すると共に、前記流入口及び前記開口部を介して流れ込んだ前記被計測流体が前記計測流路部の入口部に対して流入するように略箱体状に区画された入口バッファ部と、
前記流出口に連通すると共に、前記計測流路部の出口部から流出した前記被計測流体が前記流出口を介して前記メータケースの外部へ流出するように略箱体状に区画された出口バッファ部と、を有し、
前記入口バッファ部と、前記出口バッファ部とは、前記メータケース内において水平方向に位置するように区画されており、
前記計測流路部の前記入口部は、
前記入口バッファ部の内部における前記開口部よりも上方に位置している
ことを特徴とする超音波流量計。
前記流入路は、前記流入口から下方に向けて伸びている
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
前記流入路と前記入口バッファ部とは、前記メータケース内において、水平方向に隣り合うように前記内壁部により区画されている
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波流量計。
前記計測流路部の前記入口部は、
前記入口バッファ部の前記開口部における中心よりも上方に位置している
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の超音波流量計。
前記計測流路部の前記入口部における下端縁は、
前記入口バッファ部の前記開口部における上端縁よりも上方に位置している
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の超音波流量計。