JPH0146007B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流量計に関する。

本発明によれば、流体の流量を計測するための
メーターは、該流体のための入口と出口；流体が
入口から出口へ通過する際にその表面に沿つて流
れる該入口と出口の中間にある第１の表面；該第
１の表面を第２の表面につなげている温度ブリツ
ジ；該第１表面と第２表面の間の温度差を維持す
るために該第２表面と連合している手段；該ブリ
ツジの比較的伝導性のよい部分の中間点の温度に
感応するようにした温度測定装置；及び第１表面
に沿つて流れる流体の温度と第２表面の温度を
夫々計測する温度測定装置；とよりなり、該温度
ブリツジは該第１表面に温度的につながつている
熱伝導性の比較的良好な部分とその比較的熱伝導
性の良好な部分と第２表面の間の熱伝導性の比較
的悪い部分を有し；該温度ブリツジは熱の流れが
温度ブリツジによつて形成される該第１及び第２
表面の間の通路に効果的に制限されるように絶縁
されている。

流体が第１表面に沿つて流れるときに、流体と
表面の間の粘性のある動きが境界層を作る。境界
層の厚さは流体の速度によつて決まり、境界は流
体の速度が増すにつれてより薄くなる。この境界
層は第１表面と大部分の流体の間の熱絶縁層とし
て作用し、絶縁の程度は境界層の厚さ、ひいては
流体の速さによつて決まる。第１表面の熱の流れ
に対するこの可変抵抗は温度ブリツジの熱の流れ
に影響しそしてその結果その温度ブリツジの中間
点の温度に影響を与える。流体の流量に対する中
間点（Tm）と第２表面（Tc）の間の温度降下
と第１表面（Th）に沿つて流れる流体と中間点
（Tm）の間の温度降下との比（即ちTm−Tc／Th−Tm） のプロツトはメーターの目盛定めのための好適な
曲線を描く。しかし、例えばTm−Tc／Th−Tcのような 他の比率をこの目的に用いることができるであろ
う。

温度ブリツジの伝熱性が比較的よい部分は伝熱
性の比較的悪い部分のそれよりも少なくとも10倍
の伝導率を有するのが好ましい。これは適当な伝
導率をもつ素材を選ぶことによつて及び／又はそ
の部分の大きさを調節することによつて達成する
ことができる。例えば、比較的伝導性の悪い部分
は熱絶縁材の比較的薄い層から作るか、さもなけ
ればブリツジを均質な構造にして比較的伝熱性の
悪い部分の巾を狭くしてもよい。

第１表面に沿つて流れる流体の温度が変化する
ところでは、第２表面を流体の温度が運転範囲を
超えた一定の温度に保つことができるとしても、
第２表面の温度を変化させるようにすると都合が
よい。

第２表面の温度は２次流体流れでもつて第１表
面の温度と異なる温度に保つことができる。この
型のメーターは特に例えば流体がある温度で供給
されて温度が変つて戻される暖房システムのよう
な閉鎖システムに用いるのに適している。その場
合にはメーターはシステムを通つて流れる流体の
流量を測るのに用いられ、必要な温度差を作るた
めに入つてくる流体は第１表面に沿つて流れるよ
う、一方出ていく流体は第２表面に沿つて流れる
ようにされている。そのような装置では流量計は
熱量計として機能するように作ることができ、シ
ステムで使われる温度は、流量と適当なプロセツ
サによつて計算されることのできるシステムから
の入口の温度と出口の温度の差の関数である。流
体の２次流れが第２表面を第１表面と違つた温度
に維持するために用いられる場合には、この表面
に境界層の絶縁効果を解消するための手段を設け
なければならない。２次流体が沿つて流れ、熱が
伝わるように第２表面と接触している大きな表面
域をもつ熱絶縁性の本体を設けることによつて第
２表面は実質的に２次流体流れの温度に保たれる
ことができ、２次流体流れの速さが変るために感
知できる温度変化が起こることはない。

図面を参照して本発明を説明する。

第１図に概略的に示す流量計は真直ぐな流路１
２によつて相互に連結されている入口１０と出口
１１とを有し、この流路はナイロンのワツシヤ１
３と銅のワツシヤ１４を交互に並べた筒の内径に
よつて形成されている。それらのワツシヤはナイ
ロンのハウジング１５の中にまとめて締めつけら
れている。ナイロンのさや１６がワツシヤ１３，
１４の外径を取巻いており、銅のさや１７がその
ナイロンのさや１６を取巻いている。ワツシヤ１
３，１４の筒は入口１９と出口２０の設けられて
いる流体の漏れない室１８によつて取り囲まれて
いる。室１８は銅のバツフル２１によつて２つに
分けられており、穴２２が入口１９と出口２０か
ら離れた地点でバツフル２１を貫通して設けられ
ており、それによつて、入口１９から出口２０へ
室１８を通り過ぎる流体はワツシヤ１３，１４の
筒の外径の回りを流れるであろう。

温度測定装置、例えば熱電対２７がワツシヤ１
３，１４の筒の中央の銅のワツシヤ２３の内径と
外径の中間の位置に設けられている。さらに別の
温度測定装置（図示せず）が入口１０及び１９の
ところに設けられており、それによつて銅のワツ
シヤ２３の中間点（Tm）と入口１９（Tc）の
温度の差と入口１０（Th）の中間点（Tm）の
温度差が測定できる。

上記のメーターは閉鎖システム、例えば熱い流
体がシステムの中に流入し比較的冷たい流体がシ
ステムから戻される暖房システムにつながれてい
る。システムへの入口パイプ２５はメーターの入
口１０と出口１１を横切つてつながつており、入
口パイプ２５と入口１０及び出口１１とのつなぎ
はナイロンのような熱絶縁材で作られており、そ
の結果熱はパイプ２５をつたつてナイロンと銅の
ワツシヤ１３，１４の筒に伝わることはないであ
ろう。システムからの戻りパイプ２６は室１８の
入口１９と出口２０を横切つてつながつている。
この方法では、閉鎖システムに入つてくる熱い流
体はナイロンと銅のワツシヤ１３，１４及び銅の
ワツシヤ２３の筒の内径に沿つて流路１２を流れ
るのであろう。そして閉鎖システムから出る比較
的冷たい流体はワツシヤ１３，１４及び銅のワツ
シヤ２３の筒の外径を取巻く室１８を通るであろ
う。システムば閉じているので入つてくる流体の
流量は出ていく流体の流量に等しいであろう。

運転のときには、ワツシヤ１３，１４の筒の内
側の表面は熱い流体で暖められ、外側の表面は比
較的冷たい流体によつて冷され、それによつてワ
ツシヤ１３，１４及び銅ワツシヤ２３の筒の両面
は異つた温度に保たれる。銅のワツシヤ２３の両
側の銅のワツシヤ１４は真中の銅のワツシヤ２３
と似た温度勾配に保たれ保護環として機能し、銅
のワツシヤ２３を流れる熱の流れが放射状に流
れ、その結果その内側表面と外側表面の間の温度
勾配がスムースになるのを確実にするであろう。
その結果としてワツシヤ２３の内側表面と外側表
面の中間である温度（Tm）は内側表面と外側表
面の温度とワツシヤ２３における温度勾配の関数
であろう。

流体がワツシヤ１３，１４と銅のワツシヤ２３
の内側表面に沿つて流れるので境界層ができ、境
界層の厚さは流体の速さの関数である。この境界
層は流体の大部分とワツシヤ２３の内側の表面の
間に絶縁層を作り、その結果ワツシヤ２３のこの
表面の温度は流体の大部分の温度（Th）よりも
低くなるであろう。それ故に流体とワツシヤ２３
の表面の温度差で境界層の厚さがわかり、その結
果流体の速さがわかる。銅のワツシヤ２３の内側
表面の外側表面の中間の温度（Tm）はワツシヤ
２３の内側表面と共に変化するので、これは又内
側表面に沿つて流れる流体の速度によつて変化す
るであろう。Tm−Tc／Th−Tm対流体の流量のプロツト は第２図に示すような曲線になり、流量計の目盛
りを決めるのに使用できる。

ワツシヤ１３，１４，２３の筒の回りのナイロ
ンのさや１６は銅のワツシヤ２３の温度差を減ら
し、それによつて銅のワツシヤ２３の内側表面の
温度の変化に関して銅のワツシヤ２３の内径と外
径の中間の温度（Tm）の感度を増し、そしてメ
ーターの感度を増す。上記の装置ではナイロンの
さや１６とワツシヤ２３の回りの銅のさや１７の
外側表面の温度は室１８を通つて流れる流体の温
度に等しい筈である。流体がワツシヤ２３の内側
の表面に沿つて流れるので、境界層が室１８を通
つて流れる流体と銅のさや１７の間に存在するで
あろう。しかし、比較的表面域が大きく銅のさや
１７と室１８を通つて流れる流体と熱接触してい
る銅のバツフア２１の間の熱伝達は銅のさや１７
が室１８を通つて流れる流体と実質的に同じ温度
に保たれ、流量と変化に伴なう温度の感知可能な
変化がないことを確実にする。この機能は必らず
しもバツフル２１によつて行なわれる必要はなく
て、２次流体流れにさらされており、温度ブリツ
ジの外側の表面と熱接触している表面域の大きな
そして熱伝導性のよいものでできたどんな本体に
よつても達成される。例えば銅のさや１７には熱
交換用のひれを設けてもよい。

第２図に示す目盛測定曲線と適当な電子プロセ
ス回路を使うことによつて、メーターは流体の流
量を読み取れるようにすることができる。そうで
なければ、閉鎖回路によつて供給される熱は流量
と入口及びシステムからのもどりの温度差（Th
−Tc）に比例するので電子回路構成要素がシス
テムによつて消費される熱を読み取ることができ
るようにすることができる。

第３図に示す別の態様では、温度ブリツジは銅
のワツシヤ２３を有し、そのワツシヤの内側の表
面は入口１０から出口１１へ流れる流体にさらさ
れているステンレスステイールのワツシヤ３０が
銅のワツシヤ２３の回りにプレスばめされてい
る。銅／ステンレスステイールの組立ワツシヤ２
３，３０は、上記のような方法でバツフル２１が
ステンレスステイールのワツシヤ３０の外側表面
と熱接触しており、その表面を室１８を通つて流
れる流体の温度Tcに保つように室１８の中に設
けられている。入口１０と出口１１の間に通路を
形成するためにそして又熱が銅／ステンレスステ
イールの組立ワツシヤ２３，３０を確実に放射状
に流れるようにするために、銅のワツシヤ２３の
穴に対応する穴のある絶縁材でできた２つのブロ
ツク３１が、銅／ステンレスステイールの組立ワ
ツシヤの両側に位置決めされている。温度測定装
置２７が第１図について記述したように、銅のワ
ツシヤ２３に接続されている。

この態様の温度ブリツジは第１図に関して記述
したブリツジと全く同じように機能する。ステン
レスステイールのワツシヤ３０は比較的熱伝導性
の悪い部分を形成して銅のワツシヤ２３の温度差
を少なくしそれによつて、第１図について記した
さや１６と同じように中間の温度Tmの感度を増
す。更に別の態様では、温度ブリツジを同じよう
な構造のものにし、外側の部分の断面を減らすこ
とによつてその部分を比較的伝導性の悪い部分と
することができる。第３図に示す態様における厚
い絶縁ブロツクを使えば第１図について記述した
保護環１４は必要ではない。

メーターの感度は第１表面と温度ブリツジの間
のシヤントの中間の温度Tmを測ることによつて
更に高めることができる。これは第４図について
説明した仕方で行うことができる。この態様では
温度ブリツジは黄銅製の主リング４０を有する。
該リング４０には内側部分４１があり、その部分
の内側の表面は入口１０から出口１１へ流れる流
体にさらされている。リング４０の内側部分４１
はブリツジの比較的伝導性の悪い部分を形成する
比較的薄い中央部４２によつて外側部分４３とつ
ながつている。主リング４０は上記した理由によ
り、バツフル２１が外側部分４３と熱接触するよ
うに室１８の中に設けられている。

銅製の副リング４４は主リング４０と同軸にし
かし主リングから出口方向に離れて位置決めされ
ている。この副リング４４の内側表面は又入口１
０から出口１１へ流れる流体にさらされている。
副リング４４は薄い黄銅のスリーブ４５によつて
主リング４０の内側部分４１につながつている。
この黄銅スリーブ４５は絶縁スリーブ４６によつ
て入口１０から出口１１へ流れる流体から隔離さ
れている。温度測定装置４７が副リング４４の１
点に設けられている。主リング及び副リング４
０，４４は、リング４０，４４の内側表面を通る
入口１０から出口１１へ通じる通路を形成し、又
熱が中央部４２を通つて主リング４０の内側表面
と外側表面の間を確実に流れ又スリーブ４５と中
央部４２を通つて副リング４４の内側表面と主リ
ング４０の外側表面の間を確実に流れるのに役立
つ絶縁ブロツク４８によつて取り巻かれている。

この態様においては、主リング４０と副リング
４４の両方の内側表面は境界層状態に置かれてお
り、その結果それらの表面を伝わつていく熱はそ
れらの領域と流体の流量の関数であろう。主リン
グの内側表面を横切る熱は第１図及び第３図にお
いて述べたブリツジにおけると同じように主リン
グ４０の温度勾配を上げるであろう。流量の変化
で生じる該表面の熱伝達の変化は主リング４０の
内側部分４１におけるスリーブ４５とつながつて
いる点での温度を変化させるであろう。副リング
４４とスリーブ４５によつて副リング４４の内側
表面と主リング４０の内側部４１の間に形成され
るシヤントは流量の変化と共に各端で変化する温
度差ができるであろう。その結果、温度測定装置
４７によつて副リング４４において測られる中間
の温度Tmはリング４０と４４の内側表面に沿つ
て流れる流体の流量の２次の関数であろう。この
ようにして達成された感度の向上は入口１０から
出口１１へ流れる流体にさらされている主リング
４０と副リング４４の表面域を変化させることに
よつて調節することができる。このような方法で
メーターの運転範囲を越える感度は改善され特に
流量の多いときに信号が一ぱいになるのをメータ
ーの作動範囲にまで減らすことができる。

本発明の範囲内でいろいろな修正を上記の態様
に加えることができる。例えば、代りの熱伝導性
のそして熱絶縁性の素材を色々な構成要素に使用
することができる。流体の流れにさらされている
構成要素の表面は、必要なところを熱伝導性で耐
食性の素材の薄い層でコートしてもよい。代わり
に、素材の適当な組合せを選択することによつて
構成要素自体を耐食性の素材で作ることもでき
る。

本発明のメーターの運転範囲即ち運転性能は入
口１０から出口１１へ流れる流体にさらされてい
る表面の表面域に依存している。メーターはその
結果特定の目的のために、その表面域を変えるこ
とによつて、例えばワツシヤ２３の厚さあるいは
内径を変えることだけで設計できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による流量計の断面図、第２図
は第１図に示す流量計の目盛測定曲線を示し第３
図は第１図に示す態様に使用する温度ブリツジの
変形のブリツジの断面図であり、第４図はさらに
別の形のブリツジの断面図である。 １０，１９……入口、１１，２０……出口、１
６，１７，２３……温度ブリツジ、１３，１４，
２３……ワツシヤ、１８……室、２１……バツフ
ル、２７，４７……温度測定装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流体のための入口１０及び出口１１；流体が
   入口１０から出口１１へ通過する際にその表面に
   沿つて流れる該入口１０と出口１１の中間にある
   第１の表面；該第１の表面を第２の表面につなげ
   ている温度ブリツジ１６，１７，２３；該第１表
   面と第２表面の間の温度差を維持するために該第
   ２表面と連合している手段；該ブリツジの比較的
   伝導性のよい部分２３の中間点の温度に感応する
   ようにした温度測定装置２７；及び第１表面に沿
   つて流れる流体の温度と第２表面の温度を夫々計
   測する温度測定装置；とよりなり、該温度ブリツ
   ジは該第１表面に温度的につながつている熱伝導
   性の比較的良好な部分２３とその比較的熱伝導性
   の良好な部分２３と第２表面の間の熱伝導性の比
   較的悪い部分１６を有し；該温度ブリツジは熱の
   流れが温度ブリツジによつて形成される第１表面
   と第２表面の間の通路に効果的に限られるように
   絶縁されている；ことを特徴とする流体の流量を
   計測するメーター。 ２ 流体の流れに対する中間点（Tm）と第２表
   面（Tc）の間の温度降下と第１表面（Th）に沿
   つて流れる流体と中間点（Tm）の間の温度降下
   の比の曲線がメーターの目盛定めに使用されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項のメータ
   ー。 ３ 第２表面が、２次流体流れの手段によつて第
   １表面と異つた温度に保たれ、その手段は該表面
   を２次流体流れと実質的に同じ温度に保つために
   該第２表面と関連して設けられていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１又は２項のメーター。 ４ 熱がシステムの中でシステムを通つて流れる
   流体へ又は流体から伝達される閉鎖したシステム
   の入口及びもどり流路２５，２６によつて、第１
   表面に沿つて通過する主流体流れと２次流体流れ
   が供給されることを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項のメーター。 ５ 第２表面を２次流体流れの温度と実質的に同
   じ温度に保つために、熱伝導性が比較的よく大き
   な表面域をもつ本体２１が該第２表面と熱接触し
   ており、２次流体流れが該本体に沿つて流れるよ
   うにされていることを特徴とする特許請求の範囲
   第３又は４項のメーター。 ６ ブリツジの熱伝導性の比較的よい部分２３が
   熱伝導性の比較的悪い部分１６の少なくとも10倍
   の伝導率を有することを特徴とする特許請求の範
   囲第１〜５項のいずれか１項に記載のメーター。 ７ 第１及び第２表面と温度ブリツジが環状デイ
   スクによつて形成されており；該デイスクは熱伝
   導性の比較的悪い部分１６によつて取巻かれてい
   る熱伝導性の比較的よい部分２３を有しており；
   デイスクがメーターの入口１０と出口１１の間に
   配置されており、メーターを通過する流体がデイ
   スク２３の熱伝導性の比較的悪い部分２３の内側
   の円筒形の表面に沿つて通過し；デイスクは２次
   流体流れの流路を形成している室１８の中に置か
   れており、該流路はデイスクの外側の円筒形の表
   面に沿つて通つており、この外側表面が該第２表
   面を形成している；ことを特徴とする特許請求の
   範囲第３〜６項のいずれか１項のメーター。 ８ 温度ブリツジの外側部分が、デイスクの内側
   部分２３を作つている素材に比べて熱伝導性の悪
   い素材で作られた環状のデイスク即ちさや１６，
   ３０で形成されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第７項のメーター。 ９ デイスク４０が均質な構造であり、伝導性の
   比較的悪い部分４２が断面を小さくしてあること
   を特徴とする特許請求の範囲第７項のメーター。 １０ 熱伝導性の比較的よい大きなプレート２１
   が環状のデイスクを取巻いている室１８に延在し
   ており、環状のデイスクの外側の円筒形の表面と
   熱接触していることを特徴とする特許請求の範囲
   第７〜９項のいずれか１項のメーター。 １１ プレート２１が２次流体流れが室１８を通
   つて環状デイスクの外側の円筒形の表面の回りへ
   仕向けるためのバツフルを形成していることを特
   徴とする特許請求の範囲第１０項のメーター。 １２ 温度測定装置２７がデイスクの熱伝導性が
   比較的よい部分２３の一点における温度（Tm）
   を測定するように配置されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第７〜１１項のいずれか１項の
   メーター。 １３ 温度測定装置４７が第１表面と温度ブリツ
   ジの比較的伝導性のよい部分４１の中間点の間に
   延在する温度シヤント４４，４５の１点の温度を
   測るように配置されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第７〜１１項のいずれか１項のメータ
   ー。 １４ 熱伝導性の比較的よい第２の環状デイスク
   ４４が温度ブリツジ４０に近いけれどしかしそれ
   から離れて位置決めされており、該第２のデイス
   ク４４の内側の円筒形の表面が入口１０から出口
   １１への流体の流れにさらされており；第２の環
   状のデイスク４４が、熱伝導性の比較的よいリン
   ク４５によつてブリツジの伝導性の比較的よい部
   分４１の中間点につながつており、温度測定装置
   ４７が第２のデイスク４４の１点の温度（Tm）
   を測るために配置されている、ことを特徴とする
   特許請求の範囲第１３項のメーター。 １５ 熱絶縁性素材でできているデイスク３１が
   熱が１円周面から他へ実質的に放射状に流れるの
   を確実にするために、環状のデイスク２３，３０
   の両側に設けられていることを特徴とする特許請
   求の範囲第７〜１４項のいずれか１項のメータ
   ー。 １６ １ないしそれ以上の保護環１４が絶縁リン
   グ１３と交互に温度ブリツジの両側に設けられて
   おり、それらの保護環１４がそれらの内側の円筒
   形の表面のところで、入口１０から出口１１への
   流体の流れにさらされており、かつ熱伝導性の比
   較的よい素材でできたさや１７にそれらの外側の
   円筒形の表面のところで温度的につながつている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１５項のメー
   ター。 １７ 特許請求の範囲第１〜１６項のいずれか１
   項のメーターであつて、閉鎖システムの入口及び
   もどり流路２５，２６を横切つてつながるように
   作られており、それによつてある温度の流体が第
   １表面に沿つて流れ、異なつた温度の流体が第２
   表面に沿つて流れるメーター及び測定された流量
   と入口及びもどり流路２５，２６の間の温度差か
   らシステムを通つて流れる流体が受けあるいは流
   体によつて伝達される熱を計算するための処理手
   段、を有することを特徴とする閉鎖システムを通
   つて流れる流体によつてあるいは流体へ供給され
   た熱量を測るための熱量計。