JP2005283463A - 膜式流量計の性能評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 実際の市場回収品が示す挙動を代表できる膜式流量計の評価方法を得る。
【解決手段】 計量室を形成するケーシングに周縁部が固定された状態で設けられ、前記計量室へのガスの給排により往復動する膜部を、流量検出部に備えた膜式流量計の性能評価するに、膜式流量計を、常温より高い熱環境内に、２００時間以上４０００時間以下の評価時間放置し、放置後の膜式流量計の性能である放置後性能から膜式流量計を評価する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、計量室を形成するケーシングに周縁部が固定された状態で設けられ、前記計量室へのガスの給排により往復動する膜部を、流量検出部に備えた膜式流量計の性能評価方法に関する。

この種の膜式流量計の基本的構造を、その一例である本願例示の膜式ガスメータを取って説明する。図１に示すように、ガス供給口１及びガス排出口２を備えたケーシングＣを用いて組み付けて構成してあり、ガス供給口１及びガス排出口２により、住宅等のガス需要先にガスを供給するガス供給管（図示省略）の途中に接続して、ガス供給管を流れるガスの流量を計測して、ケーシングＣの外部に設けた表示部３に計測したガス流量を表示するように構成してある。

さらに、図３に示すように、計量室４へのガスの給排を制御する弁部Ｖ、計量室４へのガスの給排により往復動する膜部Ｆ、その膜部Ｆの１往復で１回転するように、膜部Ｆにリンク機構Ｌにて連動連結された回転体Ｒ、その回転軸芯から径方向に離れた位置に位置して、膜部Ｆの往復動に伴って、その回転軸芯周りに回転するように設けられた磁石５、その磁石５が特定回転位相に回転したときに動作するリードスイッチ６、及び、そのリードスイッチ６からの信号と前記設定計測基準流量とに基づいて流量を求めると共に求めた流量を上述の表示部３に表示させるコントローラ７（図６参照）を、ケーシングＣ内に組み付けて構成してある。

膜式流量計にあっては、膜部Ｆは膜材１１と膜板１２との組み合わせとして構成されており、上述のように、ガスの給排気に従って、膜部Ｆが往復動する。膜部Ｆと翼軸１６との間は翼１５によって接続されており、図２右側の室内にある翼部Ｆ、翼１５、翼軸１６が取る姿勢（この姿勢を自由姿勢と呼ぶ）が排気完了時の姿勢である。一方、図２左側の室内にある翼部Ｆ、翼１５、翼軸１６が取る姿勢（この姿勢を膨張姿勢と呼ぶ）が、室内に所定流量が給気された状態で取る姿勢である。
前記自由姿勢においては膜材は膨張していない自由状態にあり、前記膨張姿勢において、前記膜材は膨張した状態である。

膜式流量計が実際に使用される状態にあっては、膜材は、ガス消費が発生しており、流量計にガスの給排出がある状態で、その自由姿勢と膨張姿勢との間で姿勢変更を繰り返す。一方、ガス消費が止むと、姿勢変更が止む。

膜式流量計の長期信頼性評価手法としては、計量法で規定されている最大流量のガスを長時間（通常２０００時間）通過させる試験（駆動耐久試験）のみが実施されていた。この試験では、ガスの給排気が繰り返されるため、膜材はその膨張と収縮を繰り返す。
以上説明した動作は、特許文献１あるいは２に記載される従来技術に属する膜式流量計でも同様である。

特開２００３−５０１４７（図１、図５） 特開２００３−６５８２２（図１、図６）

従来から行われてきた駆動耐久性試験を経た後の膜式流量計が示す計量性能誤差（器差と呼ばれ、基準となる膜式流量計の出力流量をＡ、評価対象とされる膜式流量計の出力流量Ｂとする場合のＢ−Ａ）は、駆動耐久試験前のマイナス器差になるが、それは市場における変化を必ずしも再現するものではなかった。
膜部（計量膜）の状態においても、市場回収品ではしわが発生している場合が多いが、駆動耐久試験では、そのしわの状態を必ずしも再現できていなかった。

本発明の目的は、従来の駆動耐久試験では実現できなかったメーターの性能の変化や、膜材の状態変化を実現できる評価方法を得ることにある。

上記の目的を達成するための、計量室を形成するケーシングに周縁部が固定された状態で設けられ、前記計量室へのガスの給排により往復動する膜部を、流量検出部に備えた膜式流量計の性能評価方法の特徴手段は、請求項１に記載されているように、
前記膜式流量計を、常温より高い熱環境内に、２００時間以上４０００時間以下の評価時間放置し、前記放置後の膜式流量計の性能である放置後性能から、前記膜式流量計を評価することにある。
この方法にあっては、膜式流量計を所定の熱環境下に放置し、放置後に膜式流量計が示す性能から評価を行うこととなる。

この手法が好ましい理由を先に説明した図８を使用して説明すると、発明者らは実験により、所定の熱環境下においては、膜材に永久歪みが発生し、実際に市場回収品に見られるようなしわを、膜材に発生させることが可能であることを見出した。
このようにしわが発生した状態にある膜材では、図８に◇付実線で示すように、計量室の体積がその減少傾向で発生し、結果的に計量性能誤差は◆付実線で示すように増加傾向を示す。
従って、従来型の駆動耐久試験では再現できなかった、プラス側に器差が変動する実際の挙動を代表できることとなり、評価方法の信頼性を向上させることができる。

従って、従来型の駆動耐久試験で採用する最大流量を流す試験条件を、例えば、熱条件下で行うものとすると、実際の市場での膜式流量計の挙動を代表でき、良好な評価を行うことができる。
ここで、放置時間が２００時間に満たないと評価にあたいする性能変化が発生しない場合がある。一方、４０００時間より長いと評価時間がかかりすぎる。

さて、上記のようにして評価を行う場合、その性能としては、請求項２に記載されているように、基準となる膜式流量計の出力流量からの評価対象とされる膜式流量計の出力流量の差である器差、評価対象とされる膜式流量計で発生する圧力損失または圧力変動、あるいは前記膜部の溶媒抽出成分量のいずれか一種以上とすることができる。

また、請求項３に記載されているように、前記常温より高い熱環境の温度が、６０〜７５℃の範囲内の温度であることが好ましい。
この温度範囲にあっては、放置時間を過度に大きく取る必要がなく、膜材をなす材料に直接影響する状態もないためである。

実際の市場回収品である膜式流量計が示す挙動を代表できる膜式流量計の評価方法を得ることができた。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
説明に際しては、先ず、本願が対象とする膜式流量計である膜式ガスメータの構成、その動作原理等を説明した後、本願の膜式流量計の性能評価方法に関して説明する。

〔膜式ガスメータ〕
膜式ガスメータは、図１に示すように、ガス供給口１及びガス排出口２を備えたケーシングＣを用いて組み付けて構成してあり、ガス供給口１及びガス排出口２により、住宅等のガス需要先にガスを供給するガス供給管（図示省略）の途中に接続して、ガス供給管を流れるガスの流量を計測して、ケーシングＣの外部に設けた表示部３に計測したガス流量を表示するように構成してある。

図３に示すように、膜式ガスメータは、計量室４へのガスの給排を制御する弁部Ｖ、計量室４へのガスの給排により往復動する膜部Ｆ、その膜部Ｆの１往復で１回転するように、膜部Ｆにリンク機構Ｌにて連動連結された回転体Ｒ、その回転軸芯から径方向に離れた位置に位置して、膜部Ｆの往復動に伴って、その回転軸芯周りに回転するように設けられた磁石５、その磁石５が特定回転位相に回転したときに動作するリードスイッチ６、及び、そのリードスイッチ６からの信号と前記設定計測基準流量とに基づいて流量を求めると共に求めた流量を上述の表示部３に表示させるコントローラ７（図６参照）を、ケーシングＣ内に組み付けて構成してある。

ケーシングＣは、図１、図２に示すように、下ケーシングＣ１及び上ケーシングＣ２から成る。周知であるので詳細な説明並びに図示は省略するが、上ケーシングＣ２内には、上述のコントローラ７の他に、膜式ガスメータに供給されるガス圧力を検出する圧力センサ、地震の震動を検出する感震器、及び、ガス供給遮断弁を設けて、前記圧力センサが異常圧力を検出したときや前記感震器が地震を検出したとき等、異常が発生したときに、上述のコントローラ７により、前記ガス供給遮断弁を遮断制御すると共に、異常情報を前記表示部に表示するように構成してある。
図１において、８は、前記ガス供給遮断弁の遮断状態を解除するための復帰軸（図示せず）の操作部を覆う復帰軸キャップである。

図２及び図３に示すように、下ケーシングＣ１は、その中央を仕切り壁９にて仕切り、その仕切り壁９の両側それぞれに仕切り壁９を底部とする概ね円筒形状の計量室形成用空間を備え、各計量室形成用空間の中央部を膜部Ｆにて仕切ると共に、各計量室形成用空間の開口部を蓋１０にて閉じて、各膜部Ｆの両側夫々に計量室４を形成してある。即ち、膜部Ｆは１対設け、計量室４は４室形成してある。

図２ないし図４に基づいて、膜部Ｆについて説明を加えると、膜部Ｆは、計量室４を形成する下ケーシングＣ１に枠状の整膜板１４により周縁部を固定した状態で設けた膜材（具体的にはゴム膜で構成される）１１と、その膜材１１の両面夫々の中央部に保持した円形の膜板１２にて構成してあり、外側の膜板１２の中央には丁番台１３を設けてある。膜材１１は、可撓性を有する材料にて形成してある。

図２ないし図５に示すように、翼軸１６を、その軸心を上下方向に向けて上端側を下ケーシングＣ１の上部壁に形成した孔に気密状に貫通させた状態で回動自在に支承し、その翼軸１６に翼１５を支持してある。つまり、翼１５を翼軸１６により下ケーシングＣ１に揺動自在に支承してある。

更に詳細には、下ケーシングＣ１の上部壁の貫通部位には、図５に示す様に、この部位に螺合される翼軸ボックス１６０が設けられており、このボックス１６０内を翼軸１６が貫通する構成が採用されている。翼軸ボックス１６０の上側にはシール用のゴム材１６１が嵌め込まれており、気密状態が保たれる。

さらに、翼軸ボックス１６０近傍の断面図である図５からも判明するように、正常な組み付け状態で、翼軸１６が翼軸ボックス１６０内に位置する部位に、翼軸１６の径が上側で小径となる翼軸段差部１６ａが設けられている。これに対応して、翼軸ボックス１６０にも翼軸ボックス段差部１６０ａが設けられている。さらに、翼軸ボックス段差部１６０ａの下側には緩衝用のゴム製の緩衝リング１６０ｂが備えられている。

このように、翼軸段差部１６ａを設け、翼軸ボックス１６０にそれに対応する翼軸ボックス段差部１６０ａを設置することにより、流量計が不測に衝撃を受けた場合にも、両者間でがたつきが発生するのを抑制することができる。また、段差箇所に緩衝材１６０ｂを挿入（もしくは一体成形）することにより、衝撃緩和性能を得ることができる。

図４に示すように、翼軸に接続された翼１５の先端に支持した丁番軸２６を、その軸心周りに相対回転自在に丁番台１３に挿通して、膜部Ｆの往復動に伴って翼１５が揺動するように、膜部Ｆと翼１５とを連結してある。丁板台１３には、挿通孔形成部分１３ａ及び丁番軸挿通孔１３ｂが設けられている。

この構造において、丁番軸２６を、膜部Ｆの膜面に沿う膜面方向であって、丁番軸２６の軸心方向（即ち、膜面沿い軸心方向）及びその軸心と交差する軸心交差方向（即ち、膜面沿い軸心交差方向）の相対移動が許容される融通がある状態で丁番台１３に挿通してある。ちなみに、膜部Ｆの膜面に沿う膜面方向は、膜部Ｆの往復動方向（以下、膜部往復動方向と記載する場合がある）に直交する面方向に相当する。
この様に、丁番軸２６と丁番台１３とを、膜面沿い軸心交差方向の相対移動を許容しながらも、膜部往復動方向での相対移動を極力抑制することで、膜部Ｆの往復動範囲のバラツキを極力小さくして、流量計測の信頼性を一層向上することができる。

図３及び図６に示すように、リンク機構Ｌは、端部同士を互いに枢支連結した大肘金１７と小肘金１８との組を２組備えて構成してある。
そして、各翼軸１６の上端部は、各大肘金１７の一端を固定連結してある。

図３及び図６に示すように、回転体Ｒは、下ケーシングＣ１の上部壁上に取り付けた支持台１９に上下方向の軸心周りで回転自在に支持したクランク軸２０と、そのクランク軸２０の上端に同軸芯状に取り付けた回転円板２１とを備えて構成し、クランク軸２０には、その径方向外方に突出する状態でクランクアーム２２を取り付けてある。
前記磁石５は、回転円板２１の上面の外周側に設けて、前記リードスイッチ６は、回転円板２１の外周に位置させて、支持台１９に支持させて設けてある。

図３及び図６に示すように、弁部Ｖは、上記の４室の計量室４のガスの給排を制御するように下ケーシングＣ１の上部壁に設け、弁部Ｖが膜部Ｆの往復動にて開閉操作されるように設けてある。
図６に基づいて弁部Ｖについて説明を加えると、下ケーシングＣ１の上部壁には、膜部Ｆを介して対向する２室の計量室４に各別に連通する２個のガス給排口Ｘを間隔を隔てて並べて設けることにより、２個のガス給排口Ｘが並ぶガス給排口Ｘの組を２組設けると共に、各組のガス給排口Ｘの間にはガス排出口Ｙを設けてある。つまり、ガス排出口Ｙの両側に２個のガス給排口Ｘが並ぶ給排用開口部列を２列形成してある。

各給排用開口部列のガス排出口Ｙは、下ケーシングＣ１の上部壁に設けたガス排出用接続口Ｚに対して、ガス排出路（図示省略）にて接続し、このガス排出用接続口Ｚは、下ケーシングＣ１上に上ケーシングＣ２を設けた状態で、上ケーシングＣ２内に設けたガス排出路（図示省略）にてガス排出口２に接続されるようになっている。

各給排用開口部列の上部に、揺動バルブ２３を上下方向の軸部にて給排用開口部列の開口部並び方向に揺動自在に支持して設けてある。
揺動バルブ２３の裏面には連通用凹部（図示省略）を設けてあり、揺動バルブ２３は、各揺動端に位置する状態で、揺動端側のガス給排口Ｘとガス排出口Ｙとを前記連通用凹部にて接続し且つ揺動端と反対側のガス給排口Ｘを開口し、揺動方向の中央に位置する状態で、両方のガス給排口Ｘを閉じるように構成してある。

図６に示すように、クランク台２４の一端を、クランクアーム２２の先端に軸心が上下方向を向くように設けた軸部２２ａに枢支し、各翼軸１６の上端部に、各大肘金１７の一端を枢支し、両方の小肘金１８の一端をクランク台２４におけるクランクアーム２２に対する枢支軸芯から偏芯させた位置に枢支することにより、膜部Ｆと回転体Ｒとを連動連結し、クランクアーム２２の軸部２２ａに連結した２本のクランクロッド２５夫々を各揺動バルブ２３に連結してある。

そして、１対の膜部Ｆが１往復すると、各翼軸１６が所定角度で回動し、その回動に伴って、リンク機構Ｌにより回転体Ｒが１回転して、各揺動バルブ２３が揺動し、４個の計量室４に対するガスの給排を制御するように構成してある。

つまり、弁部Ｖは、２個の揺動バルブ２３、各揺動バルブ２３に夫々対応する２列の給排用開口部列（ガス排出口Ｙの両側に２個のガス給排口Ｘが並ぶもの）を備えて、２個の揺動バルブ２３夫々の揺動によって４室の計量室４へのガスの給排を行うように構成し、その弁部Ｖが膜部Ｆの往復動にて開閉操作されるように、翼軸１６と弁部Ｖとを、リンク機構Ｌ及びクランク軸２０とクランクアーム２２とから構成されるクランク機構にて連結してある。

〔膜式流量計の評価装置〕
以上が膜式流量計１００の構成に関する説明であるが、この評価装置２００は、評価対象である膜式流量計１００を恒温装置２０１内に収納する構成で、さらに、評価対象である膜式流量計１００内を所定のフローパターンでガスを流すことが可能なように構成されている。

図７に示すように、評価装置２００は、恒温装置２０１と膜式流量計内に所定のパターンでガスを流すためのフロー調整機構２０２とを備えた構成されており、これらが制御装置２０３からの動作制御を受けるように構成されている。

前記制御装置２０３からの恒温装置２０１とフロー調整機構２０２への指令は、具体的には、膜材１１が、アクリロニトリルブタジエン系ゴム、エチレンプロピレン系ゴム、クロロプレイン系ゴム、エピクロルヒドリン系ゴム、ブチル系ゴム、及びそれらのブレンドゴムの場合、恒温装置２０１内を、６０〜７５℃の温度環境下で２００〜４０００時間、維持するものである。
さらに、ガスフローパターンとしては、例えば、日単位で流量を最小流量から最大流量まで、さらに最大流量から最小流量まで順次変える等の流量パターンとするものである。

〔膜式流量計の評価手順〕
評価は、１ 初期性能評価、２ 熱放置試験、３ 熱放置試験後の性能評価の順に行う。
評価対象の性能は、計量性能誤差（器差）、圧力損失および圧力変動であり、膜材の化学劣化の比較も対象とする。
１ 初期性能評価
熱放置試験を行う前に、上記評価対象の性能各々に関して作業者は性能評価を実行する。
２ 熱放置試験
評価対象の膜式流量計を試験装置に取り付け、試験条件を制御装置２０３に入力する。試験条件は、環境温度、試験時間及びガスを流量計内に流す場合はそのフローパターンである。
具体的には、環境温度は６０〜７５℃の範囲内の温度、試験時間は２００時間〜４０００時間の範囲内の温度とする。さらに具体的には、５００〜１０００時間が好ましい。
ガスフローパターンとしては、先に説明した流量パターンである。
３ 熱放置試験後の性能評価
この評価も評価対象の性能各々に関して作業者は評価試験を実行する。

評価の具体例を以下に紹介する。
イ 計量性能誤差（器差）
熱放置時間を２００時間以上４０００時間以下とする場合に、放置後性能において、器差が基準出力流量に対する比において、法律で定める基準、若しくは評価者が決定する所定の範囲内にあるときに、評価対象とされる膜式流量計を正常と判断する。

ロ 膜材の外観比較
評価対象の膜式流量計において、市場から回収された膜式流量計に発生しているしわと、熱放置試験後のしわの状態を比較して同程度であれば正常と判断する。発明者らの試験では、標準的なメータでは、６０℃、５００時間の熱放置試験を行った後の膜式流量計に発生するしわは、５年程度市場で使用された膜式流量計に発生するしわに、外観が酷似していた。即ち、発生するしわの評価においては、熱放置試験をこの程度の時間実行するだけで評価可能となる。

ハ 膜材の化学劣化の比較
この試験においては、膜材を良溶媒で膨潤させ、膜材内にある溶媒可溶成分を抽出し、その前後の重量を比較することにより溶媒抽出成分量を得る。
図９に、熱放置時間と溶媒抽出成分（試験開始時の成分量を１とする相対値）を示した。さらに、同図に横端線付の縦線で市場回収品の分布域を示した。この図からも判明するように、２００時間以上、４０００時間以下の熱放置で、ほぼ市場回収品のゴム膜の劣化状態を再現することが可能であることが判る。
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ） 上記の実施形態においては、回転体Ｒに設けた磁石５によりリードスイッチ６を動作させるようにして、リードスイッチ６からの信号に基づいて流量を計測するように構成したが、これに代えて、カウンタを回転体Ｒにより操作されるように設けて、そのカウンタにて流量を表示するように構成しても良い。

（ロ） 本発明を適用することができる膜式流量計は、上記の実施形態において例示した膜式流量計以外にも、種々の膜式ガスメータに適用することができる。
例えば、上記の実施形態においては、揺動操作することにより２室の計量室４に対するガスの給排を制御する揺動バルブ２３を２個備えて弁部Ｖを構成した膜式ガスメータに適用する場合について例示したが、回転操作することにより４室の計量室４に対するガスの給排を制御するロータリーバルブを備えて弁部Ｖを構成した膜式ガスメータにも適用可能である。
あるいは、上記の実施形態においては、計量室４を４室設け、膜部Ｆを一対設けた膜式ガスメータ適用する場合について例示したが、計量室４を２室設け、膜部Ｆを１個設けた膜式ガスメータにも適用可能である。

実施形態に係る膜式ガスメータの斜視図 実施形態に係る膜式ガスメータの要部の縦断面図 実施形態に係る膜式ガスメータの要部の分解斜視図 実施形態に係る膜式ガスメータの要部の斜視図 実施形態に係る膜式ガスメータの翼軸ボックス周辺の断面図 実施形態に係る膜式ガスメータの要部の平面図 本願に係る膜式流量計の膜部の評価装置の構造説明図 熱放置試験で得られる計量性能誤差の状況を示す図 熱放置試験で得られる溶媒抽出成分の変化状態を示す図

符号の説明

４ 計量室
１３ 丁番台
１３ａ 挿通孔形成部分
１３ｂ 丁番軸挿通孔
１５ 翼
１６ 翼軸
１６ａ 翼軸段差部
２６ 丁番軸
１６０ 翼軸ボックス
１６０ａ 翼軸ボックス段差部
１６０ｂ 緩衝リング
１６１ ゴム材
Ｃ１ ケーシング
Ｆ 膜部

Claims (3)

1. 計量室を形成するケーシングに周縁部が固定された状態で設けられ、前記計量室へのガスの給排により往復動する膜部を、流量検出部に備えた膜式流量計の性能評価方法であって、
   前記膜式流量計を、常温より高い熱環境内に、２００時間以上４０００時間以下の評価時間放置し、前記放置後の膜式流量計の性能である放置後性能から、前記膜式流量計を評価する膜式流量計の性能評価方法。
2. 前記膜式流量計の性能が、基準となる膜式流量計の出力流量からの評価対象とされる膜式流量計の出力流量の差である器差、評価対象とされる膜式流量計で発生する圧力損失または圧力変動、あるいは前記膜部の溶媒抽出成分量のいずれか一種以上である請求項１記載の膜式流量計の性能評価方法。
3. 前記常温より高い熱環境の温度が、６０〜７５℃の範囲内の温度である請求項１又２項記載の膜式流量計の性能評価方法。

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