JP2009287982A

JP2009287982A - フローセンサ

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Publication number: JP2009287982A
Application number: JP2008138824A
Authority: JP
Inventors: Hideki Uchiyama; 英樹内山; Takeshi Gunji; 健郡司; Hirota Oshima; 裕太大島; Hiromichi Sakaguchi; 弘倫坂口
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2008-05-28
Filing date: 2008-05-28
Publication date: 2009-12-10
Anticipated expiration: 2028-05-28
Also published as: CN105004379A; DE102009022742B4; CN105004379B; CN101592505A; US20090293636A1; TW200949213A; JP4910179B2; US7886592B2; DE102009022742A1; KR20090123827A; TWI391635B

Abstract

【課題】流体の流量を検出可能な検出部を有するフローセンサにおいて、前記検出部に対する水分等の浸入を防止して耐久性を向上させる。
【解決手段】フローセンサ１０は、筒状に形成されたボディ１４の側面に検出部１６が設けられ、前記ボディ１４の内部に形成された第１及び第２通路２６、２８が、第１及び第２センサ通路３４、３６を介して前記検出部１６の導入通路１８と連通している。この第１及び第２センサ通路３４、３６は、ボディ１４の内周面から所定高さで半径内方向に突出した第１及び第２突出部３８、４０に貫通してそれぞれ開口し、前記第１及び第２通路２６、２８と連通している。そして、第１通路２６から第１センサ通路３４へと流通した流体が、導入通路１８へと導かれて検出部１６によってその流量が検出された後、第２センサ通路３６を通じて第２通路２８へと流通する。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体の流量を測定可能なフローセンサに関し、詳しくは、該フローセンサの流路構造に関する。

従来から、例えば、空気等の流体の流量を測定するために、該流体が流れる流路と、該流路に臨むように設置されたセンサとを有するフローセンサが知られている。このフローセンサは、本体ブロックの内部に流体の流通する流体通路が形成され、該流体通路の上流側に接続される上流側センサ流路と、該流体通路の下流側に接続される下流側センサ流路とを備え、前記上流側センサ流路と下流側センサ流路とがセンサ管によって互いに接続されると共に、該センサ管にはセンサ素子が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１４９０１７号公報

しかしながら、特許文献１に係る従来技術においては、流体中に含まれた水分等が流体通路の内壁面を伝って上流側センサ流路、センサ管及び下流側センサ流路へと浸入してしまうことが懸念される。これにより、センサ管に臨むように配置されたセンサ素子が浸入した水分等によって不具合を起こし、前記センサ素子によって流体の流量を正確に測定することができないという問題がある。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、検出部に対する水分等の浸入を防止して耐久性を向上させると共に、該水分等の付着に起因した検出精度の低下を回避することが可能なフローセンサを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、流体が流通する上流側に設けられる第１通路と、前記第１通路に対して下流側に設けられる第２通路と、該第１通路と第２通路との間に設けられた絞りとを有するボディと、
前記ボディに設けられ、前記第１通路から第２通路へと流通する前記流体の流量を検出可能な検出部と、
前記検出部に臨み、且つ、前記第１及び第２通路にそれぞれ連通し、前記流体を前記検出部へと流通させる検出通路と、
前記第１及び第２通路の内壁面からそれぞれ突出し、内部に前記検出通路が設けられた一組の突出部と、
を備え、
前記検出通路は、前記突出部を介して前記第１及び第２通路側に開口することを特徴とする。

本発明によれば、検出部に臨む検出通路を、ボディにおける第１及び第２通路の内壁面から突出した一組の突出部に開口させ、前記第１及び第２通路と連通させている。そして、第１通路から絞りを通じて第２通路へと流体を流通させる際、該流体の一部が検出通路へと流通し、検出部によって前記流体の流量が検出される。この際、流体中に含有された水分等が第１及び第２通路の内壁面に付着して流体の流通作用下に下流側に徐々に移動していく。

このような場合でも、検出通路が突出部を介して第１及び第２通路側に開口しているため、水分等が第１及び第２通路の内壁面を通じて前記検出通路内へと直接的に浸入することが防止される。従って、検出通路内に水分等が浸入した際に懸念される検出部の故障を確実に回避することができ、該検出部の耐久性を向上できると共に、該検出部のメンテナンスサイクルを延ばすことが可能となる。

また、検出部に水分等が付着した際に懸念される検出精度の低下を回避することができ、常に高精度で流体の流量を検出することができる。

さらに、突出部の高さを、第１及び第２通路の内壁面に対して同一高さで設定するとよい。

さらにまた、第２通路に設けられた突出部の高さを、第１通路に設けられた突出部の高さに対して大きく設定することにより、第１通路から絞りを通じて第２通路へと流通する流体の差圧を低く調整することが可能となる。

またさらに、第１通路に設けられた一方の突出部を、ボディの軸線方向に沿った絞りに対する離間距離が、第２通路に設けられた他方の突出部の離間距離に対して大きくなるように設定してもよい。

また、ボディには、検出通路の外周側に設けられ、内壁面に対して半径外方向に窪んだ環状の凹部を有することにより、前記内壁面に沿って移動する水分等が前記凹部内に浸入して堰き止められるため、前記凹部の中央に配置された検出通路に対する前記水分等の浸入をより一層確実に防止できる。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、検出部に臨む検出通路を、ボディにおける第１及び第２通路の内壁面から突出した一組の突出部に開口させ、前記第１及び第２通路と連通させている。これにより、流体中に含有された水分等が第１及び第２通路の内壁面に付着した場合でも、前記水分等が突出部によって前記検出通路内へと直接的に浸入することが防止される。その結果、検出通路内に浸入した水分等が検出部に付着することが防止され、その耐久性を向上できると共に、前記検出部に水分等が付着した際に懸念される検出精度の低下を回避し、常に高精度で流体の流量を検出することが可能となる。

本発明に係るフローセンサについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係るフローセンサを示す。

このフローセンサ１０は、図１〜図４に示されるように、例えば、空気、窒素等の流体が流通する流路１２を有するボディ１４と、該ボディ１４の上部に装着され該流体の流量を検出する検出部１６と、前記流体を前記流路１２から前記検出部１６へと導く導入通路１８と、前記流路１２に設けられて該流体の整流や塵埃等の除去が可能な整流子２０とを含む。

ボディ１４は、例えば、金属製材料から筒状に形成され、その一端部には、流体の供給される第１ポート２２が形成され、他端部には、前記流体が排出される第２ポート２４が形成されている。この第１及び第２ポート２２、２４の内周面には、ねじ２２ａ、２４ａが刻設され、配管等の接続された継手部材（図示せず）が螺合されて連結される。なお、ここでは、第１ポート２２が、流体が流通する際に上流側となり、第２ポート２４が下流側となるように用いられる場合について説明する。

また、ボディ１４の内部には、第１ポート２２と第２ポート２４とを接続するように流路１２が一直線上に設けられ、該流路１２は、第１ポート２２に隣接した第１通路２６と、第２ポート２４に隣接した第２通路２８と、前記第１通路２６と第２通路２８との間に設けられる連通路３０とを含む。第１通路２６は、第１ポート２２の端部から第２ポート２４側（矢印Ａ方向）に向かって所定長さで延在し、且つ、該第１ポート２２に対して半径内方向に縮径して形成される。

第２通路２８は、第２ポート２４の端部から第１ポート２２側（矢印Ｂ方向）に向かって所定長さで延在し、且つ、該第２ポート２４に対して半径内方向に縮径して形成される。

連通路３０は、第１通路２６の端部と第２通路２８の端部との間に設けられ、該第１及び第２通路２６、２８の内周面に対して突出した環状壁部３２の内部に形成される。すなわち、連通路３０は、第１及び第２通路２６、２８に対して小径で形成されるため、第１通路２６から第２通路２８へと流体が流通する際にその流量を絞る絞りとして機能する。

さらに、ボディ１４には、該ボディ１４の軸線と直交し、半径方向に向かって延在した一組の第１及び第２センサ通路（検出通路）３４、３６が形成され、該第１及び第２センサ通路３４、３６は、第１及び第２通路２６、２８と前記ボディ１４の外部とを互いに連通している。第１センサ通路３４は、第１通路２６において環状壁部３２の近傍に開口し、該第１通路２６の内周面に対して半径内方向に突出した第１突出部３８の内部まで延在して一端部が開口している。

第２センサ通路３６は、第２通路２８において環状壁部３２の近傍に開口し、該第２通路２８の内周面に対して半径内方向に突出した第２突出部４０まで延在して開口している。第１及び第２センサ通路３４、３６は、その間となる環状壁部３２から等間隔離間した位置（図２中、Ｌ１＝Ｌ２）に設けられると共に、第１及び第２突出部３８、４０は、断面円形状に形成され、その中央部に第１及び第２センサ通路３４、３６がそれぞれ形成される。また、第１及び第２突出部３８、４０の高さは略同一に形成される（図２中、Ｔ１＝Ｔ２）。

すなわち、第１及び第２センサ通路３４、３６は、その一端部が、第１及び第２通路２６、２８の内周面に対して半径内方向に所定高さ（Ｔ１、Ｔ２）だけ離間した位置で開口している。

一方、第１及び第２センサ通路３４、３６の他端部は、ボディ１４の側面に開口し、該他端部を覆うように検出部１６が装着されている（図１参照）。

検出部１６は、中空状のケーシング４２と、該ケーシング４２に収容される基板４４と、該基板４４に設けられた検出素子４６と、前記ケーシング４２の側面に開口し、第１センサ通路３４から流体が導入される導入通路１８と、前記基板４４に対して電気的に接続されたリード線４８とを含む。

ケーシング４２は、図示しないボルトによってボディ１４に固定され、該ボディ１４に臨む底部には断面略Ｕ字状に形成された導入通路１８が形成され、その一端部が、第１センサ通路３４に接続されると共に、他端部が第２センサ通路３６に接続される。これにより、導入通路１８が、第１及び第２センサ通路３４、３６を通じて第１及び第２通路２６、２８と連通する。

このボディ１４に装着されるケーシング４２の側面には、導入通路１８の開口部を囲むように環状溝を介してシールリング５０がそれぞれ設けられ、前記ボディ１４との間に挟持される。これにより、第１及び第２センサ通路３４、３６と導入通路１８との間を通じて流体が外部に漏出することが防止される。

基板４４は、ボディ１４の軸線と略平行に設けられ、その下面中央部には検出素子４６が、導入通路１８に臨むように配置される。この検出素子４６は、例えば、導入通路１８の流量を検出可能であり、該検出素子４６で検出された検出結果が基板４４及びリード線４８を介して図示しないコントローラや表示装置等に出力される。

整流子２０は、複数の開孔を有する薄板からなり、該開孔を通じて流体が通過可能に形成される。この整流子２０は、断面円形状に形成され、ボディ１４の軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って互いに等間隔離間して複数（例えば、６枚）設けられ、第１通路２６の拡径部２６ａに挿入される。そして、拡径部２６ａの外周側に挿通されたリング状のスペーサ５２によって挟持されて互いに固定される。

一方、前記整流子２０は、第２通路２８の拡径部２８ａにも挿入され、該拡径部２８ａの外周側に挿通されたリング状のスペーサ５２と該拡径部２８ａの端部との間に挟持されて固定される。

そして、第１及び第２拡径部２６ａ、２８ａの開口端部には、整流子２０及びスペーサ５２に当接するようにＯリング５４が設けられ、リング状の押えプレート５６を挟んでボディ１４の内周面に係合された係止リング５８で固定される。これにより、整流子２０及びスペーサ５２が、第１及び第２通路２６、２８内において固定され、そのがたつきが防止される。

このように、第１通路２６及び第２通路２８の内部に整流子２０を設けることにより、ボディ１４の内部を流通する流体が開孔を通じて整流子２０を通過することによって整流され、その流れが安定した状態で第１及び第２センサ通路３４、３６へと導入することができる。これにより、検出部１６によって安定した流量を検出することができる。

また、第１通路２６内に整流子２０を複数配置することにより、流体が流通する際に上流側となる第１通路２６内で多くの塵埃等が除去可能であり、一方、下流側となる第２通路２８内に単一の整流子２０で配置することにより、万が一、前記流体が逆流した場合に前記整流子２０で塵埃等を除去可能な構成としている。

なお、図５に示されるフローセンサ１００のように、第１通路２６側と同様に、第２通路２８側にも複数（例えば、６枚）の整流子２０を設けるようにしてもよい。このような構成とすることにより、例えば、流体を流通させる際に第２通路２８側を上流側とし、第１通路２６側へと流体を流通させる場合でも、複数の整流子２０によって塵埃等を確実に除去可能であり、しかも、流体が流通する際の整流効果が双方向で得られることから、ボディ１４を含むフローセンサ１００の使用方向が限定されることがなく、該フローセンサ１００を双方向で使用することができる。

本発明の実施の形態に係るフローセンサ１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、図１を参照しながらその動作並びに作用効果について説明する。

先ず、第１及び第２ポート２２、２４に対して配管の接続された継手部材（図示せず）を接続し、前記第１ポート２２に対して流体（例えば、空気）を供給する。この第１ポート２２に供給された流体は、複数の整流子２０の開孔を通過して第１通路２６内へと流通する。この際、流体中に含有された塵埃等が、該第１通路２６内における複数の整流子２０によって捕捉されて除去されることとなる。

そして、流体は、縮径した連通路３０を通じて第２通路２８内へと流通すると共に、その一部が第１センサ通路３４へと流通して導入通路１８側へと流通する。この導入通路１８内に導入された流体は、該導入通路１８を経て第２センサ通路３６へと流通した後、第２通路２８内へと導出され、第１通路２６側から連通路３０を通じて流通してきた流体と合流して第２ポート２４側（矢印Ａ方向）へと流通する。そして、導入通路１８内を流通する流体の流量が、検出素子４６によって検出され、検出信号として基板４４及びリード線４８を通じてコントローラや表示装置等へと出力される。

この際、流体中には、水分、油分等Ｗが含有されている場合があり、該水分や油分等Ｗは、第１通路２６の内周面に付着して前記流体の流通に伴って下流側（矢印Ａ方向）へと徐々に移動していく（図２参照）。例えば、図６に示されるような従来のフローセンサ１０ａでは、ボディ１４における流路１２の内周面を伝った水分や油分等Ｗが、該内周面に開口している第１センサ通路３４内へと浸入し、そのまま検出部１６側へと移動した後、検出素子４６に付着してしまうこととなる。このような検出素子４６は、一般的に、水分、油分等Ｗに対して弱いため、該水分、油分等Ｗの付着によって故障してしまうことが懸念される。

これに対して、本実施の形態では、図２に示されるように、第１及び第２センサ通路３４、３６が、第１及び第２通路２６、２８の内周面より突出した第１及び第２突出部３８、４０を介して該第１及び第２通路２６、２８にそれぞれ開口しているため、該内周面を伝ってボディ１４の下流側へと移動する水分、油分等Ｗが、前記第１及び第２センサ通路３４、３６に対して直接浸入することが阻止される。

以上のように、本実施の形態では、第１及び第２通路２６、２８側に開口した第１及び第２センサ通路３４、３６の一端部を、該第１及び第２通路２６、２８の内周面より半径内方向に突出した第１及び第２突出部３８、４０に開口させている。これにより、流体中に含有された水分、油分等Ｗが第１及び第２通路２６、２８の内周面に付着した場合でも、該水分、油分等Ｗが前記第１及び第２センサ通路３４、３６の内部へと直接的に浸入することが防止される。

すなわち、流体の一部を検出部１６へと導く第１センサ通路３４の開口端部と、検出部１６を通過した該流体を導出する第２センサ通路３６の開口端部を、それぞれ第１及び第２通路２６、２８の内周面に直接開口させずに、該第１及び第２通路２６、２８から突出した第１及び第２突出部３８、４０に開口させるという簡素な構造で、第１及び第２センサ通路３４、３６への水分、油分等Ｗの浸入を防止することができる。

その結果、検出部１６を構成する検出素子４６が、前記水分、油分等Ｗの付着によって故障することがなく、前記検出部１６の耐久性を向上させることができると共に、該検出部１６のメンテナンスサイクルを延ばすことが可能となる。

また、検出部１６に水分、油分等Ｗが付着した場合に懸念される検出精度の低下を招くことがなく、常に高精度に流量検出を行うことができる。

次に、図７〜図９を参照しながら、変形例に係る第１突出部１１０、１２２、１３２、１４２及び第２突出部１１２、１２４、１３４、１４４を有したフローセンサ１１４、１２０、１３０について説明する。

先ず、図７に示されるフローセンサ１１４における第１及び第２突出部１１０、１１２は、第１通路２６に設けられる第１突出部１１０が、第２通路２８に設けられる第２突出部１１２に対して環状壁部３２からさらに離間するように設けられている。すなわち、第１突出部１１０と環状壁部３２との離間距離Ｌ３が、第２突出部１１２と前記環状壁部３２との離間距離Ｌ４と比較して大きく設定される（Ｌ３＞Ｌ４）。

このように、絞りとして機能する連通路３０を有したフローセンサ１１４では、該連通路３０を有する環状壁部３２からの離間距離を、上流側となる第１突出部１１０が下流側に配置された第２突出部１１２に対して大きくなるように確保するとよい。例えば、第１突出部１１０の離間距離Ｌ３は、第１通路２６の内周径と同等に設定され、一方、第２突出部１１２の離間距離Ｌ４は、第２通路２８の内周径の半分に設定される。

また、図８に示されるフローセンサ１２０のように、第１通路２６の内周面に対する第１突出部１２２の高さＴ３と、第２通路２８の内周面に対する第２突出部１２４の高さＴ４とを相違させるようにしてもよい。なお、ここでは、第２突出部１２４の高さＴ４が、第１突出部１２２の高さＴ３に比べて高く設定されている（Ｔ３＜Ｔ４）。

このように、第２突出部１２４の高さＴ４を、第１突出部１２２の高さＴ３に対して変化させることにより、ボディ１４の内部を流通する流体に生じる差圧を制御することが可能となる。例えば、上述したように第２突出部１２４の高さＴ４を、第１突出部１２２の高さＴ３より高く設定することにより、前記第１及び第２突出部１２２、１２４の高さＴ３、Ｔ４が同等の場合と比較し、差圧を低くすることができる。

さらに、図９に示されるフローセンサ１３０のように、第１及び第２突出部１３２、１３４の外周側に環状の凹部１３６ａ、１３６ｂをそれぞれ設けるようにしてもよい。この凹部１３６ａ、１３６ｂは、第１及び第２通路２６、２８の内周面に対して所定深さで窪み、第１及び第２センサ通路３４、３６の半径外方向に同軸上に形成される。

すなわち、第１及び第２通路２６、２８の内周面に対して凹部１３６ａ、１３６ｂを設けることにより、第１及び第２通路２６、２８の内周面に付着した水分、油分等Ｗが、第１及び第２センサ通路３４、３６の手前で前記凹部１３６ａ、１３６ｂ内に浸入して溜まるため、前記凹部１３６ａ、１３６ｂの中心に設けられた前記第１及び第２センサ通路３４、３６への浸入をより一層確実に防止することが可能となる。

一方、ボディ１４の内周面から突出した第１及び第２突出部３８、４０は、上述したように断面円形状に形成される場合に限定されるものではなく、例えば、図１０に示されるフローセンサ１４０における第１及び第２突出部１４２、１４４のように、ボディ１４の軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って長径で、該軸線と直交方向に短径となる断面楕円形状に形成してもよい。このように、第１及び第２突出部１４２、１４４を、断面楕円形状とすることにより、第１及び第２通路２６、２８内を流体が流通する際の流路抵抗が低減し、前記流体を所望の流速で円滑に流通させることができると共に、前記第１及び第２突出部１４２、１４４の外壁面に水分、油分等Ｗが付着した場合でも、該水分、油分等Ｗを流体の流通作用下に前記外壁面に沿って下流側（矢印Ａ方向）へと移動させて取り除くことが可能となる。

また、ボディ１４の内部に整流子２０を設けることによって流体の流れを迅速に整流して安定した流れとすることができるため、該流体の流れを安定させるために前記ボディ１４の上流側となる第１ポート２２に接続される図示しない継手部材、配管等の直線部分を長く設定する必要がなく、前記継手部材や配管等のレイアウトの自由度を増大させることができる。

さらに、例えば、第１通路２６に対して通路径が小径となる継手部材を第１ポート２２接続した場合にも、該継手部材からの流体の流れが、整流子２０によって整流され半径外方向に拡散して拡径部２６ａに沿って流通させることができる。その結果、第１通路２６の通路径より小径な継手部材から流体を供給した場合でも、前記流体を環状壁部３２に衝突させて連通路３０で差圧を確実且つ好適に発生させることができる。

なお、本発明に係るフローセンサは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本実施の形態に係るフローセンサの全体構成図である。図１のフローセンサにおける検出部近傍を示す拡大断面図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図１のフローセンサにおいて第１及び第２センサ通路をボディの半径内方向から見た拡大横断面図である。第２通路に複数のフィルタを設けた変形例に係るフローセンサの全体構成図である。第１及び第２突出部を備えていない比較例に係る従来のフローメータを示す拡大断面図である。環状壁部に対する第１及び第２突出部の離間距離を相違させた変形例に係るフローセンサの拡大縦断面図である。第１及び第２突出部の突出高さを相違させた変形例に係るフローセンサの拡大縦断面図である。第１及び第２突出部の周囲に環状の凹部を設けた変形例に係るフローセンサの拡大縦断面図である。第１及び第２突出部が断面楕円状に形成されたフローセンサの変形例を示す横断面図である。

符号の説明

１０、１００、１１４、１２０、１３０、１４０…フローセンサ
１２…流路１４…ボディ
１６…検出部１８…導入通路
２０…整流子２６…第１通路
２８…第２通路３０…連通路
３２…環状壁部３４…第１センサ通路
３６…第２センサ通路
３８、１１０、１２２、１３２、１４２…第１突出部
４０、１１２、１２４、１３４、１４４…第２突出部
４２…ケーシング４４…基板
４６…検出素子１３６ａ、１３６ｂ…凹部

Claims

流体が流通する上流側に設けられる第１通路と、前記第１通路に対して下流側に設けられる第２通路と、該第１通路と第２通路との間に設けられた絞りとを有するボディと、
前記ボディに設けられ、前記第１通路から第２通路へと流通する前記流体の流量を検出可能な検出部と、
前記検出部に臨み、且つ、前記第１及び第２通路にそれぞれ連通し、前記流体を前記検出部へと流通させる検出通路と、
前記第１及び第２通路の内壁面からそれぞれ突出し、内部に前記検出通路が設けられた一組の突出部と、
を備え、
前記検出通路は、前記突出部を介して前記第１及び第２通路側に開口することを特徴とするフローセンサ。
請求項１記載のフローセンサにおいて、
前記突出部の高さは、前記第１及び第２通路の内壁面に対して同一高さで設定されることを特徴とするフローセンサ。
請求項１記載のフローセンサにおいて、
前記第２通路に設けられた突出部の高さが、前記第１通路に設けられた突出部の高さに対して大きく設定されることを特徴とするフローセンサ。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のフローセンサにおいて、
前記第１通路に設けられた一方の突出部は、前記ボディの軸線方向に沿った前記絞りに対する離間距離が、前記第２通路に設けられた他方の突出部の離間距離に対して大きく設定されることを特徴とするフローセンサ。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のフローセンサにおいて、
前記ボディには、前記検出通路の外周側に設けられ、前記内壁面に対して半径外方向に窪んだ環状の凹部を有することを特徴とするフローセンサ。