JP2006046980A - 流量メータ - Google Patents

Abstract

【課題】 従来より測定精度が高い流量メータの提供を目的とする。
【解決手段】 本発明の流量メータ１０によれば、羽根車４０の外径を、上流側の縁部８０から下流側の縁部８１に向かうに従って次第に縮径させることで、小流量域（９０〜４００Ｌ／ｈ）においても器差をほぼ０％とすることができ、器差曲線の直線性が向上することが分かった。
【選択図】 図４

Description

本発明は、流量メータに関する。

従来の流量メータとして、羽根車式流量メータが知られている。この流量メータは、流体を受けて回転する羽根車を備え、その羽根車の回転に基づいて流量を測定するものである（例えば、非特許文献１参照）。
松山 裕、「実用流量測定」、第１版、財団法人省エネルギーセンター、１９９９年６月１５日、ｐ．１５５〜１５６

ところで、近年、より高度な測定性能を有する流量メータが求められている。しかしながら、上述した従来の流量メータは、小流領域において、所謂、「器差」（実測値から真値を引いた値の真値に対する比）が大きくなるという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来より測定精度の高い流量メータの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に係る流量メータは、上下方向を向いた回転軸を中心にして回転する羽根車を備え、その回転軸に沿って流れる流体により羽根車を回転させて流量を計測する流量メータにおいて、羽根車の外径は、上流側の端部から下流側の端部に向かうに従って次第に縮径したところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の流量メータにおいて、羽根車の上流側の端部の外径をＰとし、下流側の端部の外径をＳとした場合に、Ｒ＝Ｓ／Ｐ、で求められる比率を０．９６〜０．９８にしたところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項２に記載の流量メータにおいて、羽根車の上流側の端部の外径Ｐは、Ｐ＝５０ｍｍ、であるところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の流量メータにおいて、羽根車の下端側が上流であるところに特徴を有する。

上記のように構成した請求項１に係る発明によれば、従来の流量メータよりも測定精度を高くすることができた。

ここで、羽根車の上流側の端部における外径Ｐと羽根車の下流側の端部における外径Ｓの比率Ｒ（＝Ｓ／Ｐ）は、０．９６〜０．９８とすると効果的に測定精度を向上させることができる（請求項２の発明）。また、羽根車の上流側の端部の外径を５０ｍｍとすれば、より効果的に測定精度を向上させることができる（請求項３の発明）。さらに、羽根車の下端側を上流とすれば、特に効果的に測定精度を向上させることができる（請求項４の発明）。

以下、本発明の一実施形態を図１乃至図５に基づいて説明する。
本発明の流量メータ１０は、所謂、縦型の軸流羽根車式流量メータであって、水道管の途中に取り付けられる外ケース１１（図１参照）に図２に示したメータ本体１２を組み付けてなる。

外ケース１１には、図１における左側に開放した流入口１１Ａと、右側に開放した流出口１１Ｂとが形成され、その流入口１１Ａから下方に延びた下側部屋１３と、下側部屋１３の上方に位置した上側部屋１４とが備えられている。また、これら上側部屋１４と下側部屋１３とが、連絡口１６を介して上下方向で連通している。そして、上側部屋１４の上面に形成された上面開口１５にメータ本体１２が上方から挿入組付され、そのメータ本体１２の下端部が連絡口１６の縁部に接合されている。

さて、メータ本体１２のうち、図２における符号５０は筒型ハウジングであって、上下に並べた１対の円筒部５０Ａ，５０Ｂの間を複数のリブ５２で連結してなる。下側円筒部５０Ｂは上下に開放しており、この下側円筒部５０Ｂ内には、羽根車４０の羽根４３が収容されると共に、下側円筒部５０Ｂの下部には、整流器２０が接合されている。そして図１の太線矢印で示したように、外ケース１１の下側部屋１３から整流器２０、下側円筒部５０Ｂの順に上方に向かって流れた水が下側円筒部５０Ｂの上面からリブ５２，５２の間を通って、外ケース１１の上側部屋１４に進み、流出口１１Ｂに向かう。なお、外ケース１１の内側が本発明に係る「流路」に相当する。

図２に示すように、上側円筒部５０Ａの下面には、下側円筒部５０Ｂの中心に向かって先細りとなるように軸収容部５３が垂下しており、軸収容部５３の内側には、後述する羽根車４０から延びたシャフト４１が収容されている。

一方、上側円筒部５０Ａの上面には、メータユニット６０が取り付けられ、このメータユニット６０は、羽根車４０の回転に連動して流量メータ１０を通過した水の積算流量を計数して表示する。なお、メータユニット６０の上部に備えた上蓋６１を開けるとガラス窓６２を通して流量表示部６３を見ることができる。

整流器２０は、円筒状の筒体２７の内側中央に、中心整流体２２を備え、中心整流体２２から筒体２７に向かって例えば６枚の整流壁７０が放射状に延びた構造をなしている（図２を参照）。

筒体２７は、上下に開放しており、その上端縁には、スライドリング３２が組み付けられている。具体的には、スライドリング３２には、１８０°離れた２箇所に長孔３５，３５が形成され、これら長孔３５，３５に挿入したねじを筒体２７の上端部に螺合してある。そして、ねじを緩めることで、スライドリング３２を筒体２７上で回動可能とし、所望の位置でねじを締めることで、スライドリング３２を筒体２７に固定することができる。またスライドリング３２のうち、長孔３５，３５からほぼ９０°離れた位置には、内側に向かって開放した横溝３３，３３が形成されている。なお、図２では、説明の便宜上、長孔３５が形成された部分と横溝３３が形成された部分の両方が示されている。

中心整流体２２は、筒体２７の上端（下流側の端部）寄り位置に配置されている。中心整流体２２は、下方に向かって丸みを帯びて先細りとなったドーム状をなす。また、ドームの中心部、即ち中心整流体２２の中心部には、上下方向に貫通した支持孔２２Ｕが形成されており、この支持孔２２Ｕには、軸芯部２２Ａが固定されている。そして軸芯部２２Ａの上端からは垂直に支持ピン２１（本発明の「回転軸」に相当する）が起立している。

複数の各整流壁７０は、上下方向に関しては筒体２７の軸線方向に平行になっている。また、整流壁７０の下端縁は、中心整流体２２から筒体２７に向かうに従って次第に下方へ向うように傾斜しており、整流壁７０の筒体２７側の下端縁７０Ｕは、中心整流体２２の下端部よりも下側に位置している。そして、複数（６つ）の整流壁７０のうち、例えば、対向配置された２つの整流壁７０Ｂには、可動翼２９が備えられている。なお、図２では、対向配置された２つの整流壁７０Ｂの一方のみが示されている。

可動翼２９を備えた整流壁７０Ｂは、筒体２７寄りの部分に、羽根車４０に向かって開放した凹所７１を有する。可動翼２９は、凹所７１に対応した略矩形平板状をなし、凹所７１内に組み付けられている。詳細には、筒体２７の外側面から挿入されたピン３４が可動翼２９の下端部に差し込まれて、このピン３４を中心にして可動翼２９が傾動可能となっている。可動翼２９の上端部には、筒体２７の前記横溝３３，３３内に向けてエンボス３０が張り出されて係合している。これにより、スライドリング３２の回転に伴って、対向配置された可動翼２９，２９（図２では一方の可動翼２９のみが示されている）が対称的に傾動する。

さて、図３には、羽根車４０が示されている。同図に示すように羽根車４０は、例えば、１２枚の羽根４３を円筒体４２の外周面から放射状に張り出して備える。各羽根４３は、図３における上方、即ち下流側から見たときに、各羽根４３の上端縁４３Ａに対して下端縁４３Ｂが、反時計回りの方向に先行して、羽根４３全体がねじれた形状になっている。これにより、上流側（図３における下方）から羽根４３に水圧がかかると、羽根４３の下端縁４３Ｂが先行するように羽根車４０が回転する。即ち、羽根車４０は上方から見て反時計回りの方向に回転する。

シャフト４１は、円筒体４２の底面中央部から上方に垂直に立ち上がっており、シャフト４１と円筒体４２の内側面との間がリブ４６で補強されている。

図４に示すように、シャフト４１の芯部には、下端開放の空洞が形成され、その空洞内の上端寄り位置に軸受け４７が組み付けられている。そしてシャフト４１の下端から空洞内に、前述した整流器２０に備えた支持ピン２１が挿入されて、その支持ピン２１の先端が軸受け４７に突き当てられている（図２を参照）。これにより、羽根車４０は、支持ピン２１によって回転可能に支持されている。

シャフト４１の上端部には、マグネットカップリング４４の一方が設けられ、図２に示すように、メータユニット６０を構成するギア６４に固定された他方のマグネットカップリング４４に対向配置されている。これにより羽根車４０の回転がメータユニット６０のギア６４の回転として伝達される。

シャフト４１の上端部には、マグネットカップリング４４を覆うようにしてキャップ４５が取り付けられており、このキャップ４５の中心部には、凸部４８が形成されている。そして、メータユニット６０のうち、この凸部４８と対向した位置には、軸受け部材４９が備えられている（図２を参照）。

ところで、羽根車４０は全体として扁平な円錐台形状をなしている。即ち、羽根車４０の外径は、上流側の端部８０から下流側の端部８１に向かうに従って次第に縮径している。詳細には、羽根車４０に備えられた羽根４３の側縁部４３Ｇは、羽根４３の下端縁４３Ｂから上端縁４３Ａに向かうに従って羽根車４０の中心部側に近づくように直線状に傾斜したテーパー形状をなしている。換言すれば、羽根４３の側縁部４３Ｇは、互いに平行な羽根４３の上端縁４３Ａと下端縁４３Ｂとに対して斜めに交差している（図４を参照）。

ここで、本実施形態では、羽根車４０の上流側の端部８０における外径は、例えば、５０ｍｍとなっている。そして、羽根車４０の上流側の端部８０における外径をＰとし、羽根車４０の下流側の端部８１における外径をＳとした場合に、
Ｒ＝Ｓ／Ｐ
で求められる比率Ｒが、０．９６〜０．９８となるように構成されている。

次に上記構成からなる本実施形態の動作を説明する。
図１の太線矢印で示したように、外ケース１１の流入口１１Ａより下側部屋１３に流入した水は、整流器２０の整流壁７０に沿って上方に向かって流れ、羽根車４０へと向かう。そして羽根車４０は、整流壁７０に案内された水を各羽根４３で受けて回転する。シャフト４１（支持ピン２１）に沿って羽根車４０を通過した水は、筒型ハウジング５０のリブ５２，５２の間からメータ本体１２の側方に流出し、外ケース１１の上側部屋１４を経て流出口１１Ｂへと向かう。そして羽根車４０の回転はマグネットカップリング４４，４４を介してメータユニット６０に伝達され、水の流量が計測表示される。

［実施例］
羽根車の形状を上記一実施形態と同一形状とした本発明の実施品としての流量メータ（Ｎｏ．１，Ｎｏ．２）と、羽根車の外径が上流側の端部から下流側の端部まで一定である点のみが前記一実施形態と異なる従来の流量メータ（Ｎｏ．３）とを製作した。ここで、各流量メータ（Ｎｏ．１〜３）における羽根車の寸法は、下記表１に示す条件とした。

次いで、これら各流量メータ（Ｎｏ．１〜３）に予め設定した流量で通水し、各設定流量値における各流量メータ（Ｎｏ．１〜３）の計量値を求めた。

さらに、設定流量毎に各流量メータ（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３）の器差を算出して図５に示すようにグラフ（器差曲線）化した。

ここで、本実施例において「器差」は、計量値をＸ、真実値をＹとしたときに、次式によって求められる。
器差（％）＝（（Ｘ−Ｙ）／Ｙ）・１００

なお、各流量メータ（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３）には可動翼２９が設けられており、本実験において各可動翼２９は、ほぼ垂直に設定されている。

図５のグラフに基づき本発明の実施品である流量メータ（Ｎｏ．１，Ｎｏ．２）と、従来の流量メータ（Ｎｏ．３）とを比較すると、従来の流量メータ（Ｎｏ．３）では、中〜大流量域（４００〜２００００Ｌ／ｈ）において器差をほぼ０％とすることが可能であるが、小流量域（９０〜４００Ｌ／ｈ）において、器差がプラス側に大きく外れている。即ち、器差曲線の直線性が低いことが分かった。なお、これは、小流量域（９０〜４００Ｌ／ｈ）では、羽根車にかかる水の摩擦抵抗力Ｔと、水が羽根車を回転させる回転力Ｋとの比（＝Ｋ／Ｔ）が増大し、大流量域（４００〜２００００Ｌ／ｈ）に比べて羽根車が回転し易くなるためと推測される。

これに対し、本発明の実施品である流量メータ（Ｎｏ．１，Ｎｏ．２）では、小流量域（９０〜４００Ｌ／ｈ）においても器差をほぼ０％とすることができ、器差曲線の直線性が向上することが分かった。なお、これは、羽根車４０の外径を、上流側の端部８０から下流側の端部８１に向かうに従って次第に縮径させることで、小流量域（９０〜４００Ｌ／ｈ）において、羽根車４０にかかる水の摩擦抵抗力Ｔと水が羽根車４０を回転させる回転力Ｋとの比（＝Ｋ／Ｔ）が増大することが防がれ、全流量域に亘って摩擦抵抗力Ｔと回転力Ｋとの比（＝Ｋ／Ｔ）がほぼ一定となったからと推測される。

このことから、羽根車４０の外径を、上流側の端部８０から下流側の端部８１に向かうに従って次第に縮径させることで、流量メータの測定精度が従来よりも向上することが分かった。

さらに、本発明の実施品である流量メータ（Ｎｏ．１，Ｎｏ．２）では、羽根車４０の回転数が従来の流量メータ（Ｎｏ．３）に比較して増加することがなかった。これにより、流量メータ１０の耐久性能（詳細には、軸受け４７や軸受け部材４９の耐久性能）は損なわれることが無く、従来の流量メータと同等とすることができる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では、羽根車４０の上流側の端部８０における外径を５０ｍｍとしていたが、これに限るものではなく、５０ｍｍよりも大きくしてもよいし、小さくしてもよい。なお、本実施形態のように、羽根車４０の下端側を上流とし、羽根車４０の上流側の端部８０の外径を５０ｍｍとしかつ、羽根車４０の上流側の端部８０における外径Ｐと下流側の端部８１における外径Ｓとの比率Ｒ（＝Ｓ／Ｐ）を０．９６〜０．９８とすると、特に効果的に測定精度を向上させることができる。

（２）上記実施形態では、羽根車４０を下流側から見たときに、各羽根４３の上端縁４３Ａに対して下端縁４３Ｂが、反時計回りの方向に先行した形状となるように構成されていたが、これに限るものではなく、各羽根４３の上端縁４３Ａに対して下端縁４３Ｂが、円筒体４２の周方向の何れか一方に向かって先行した形状であればよい。

（３）上記実施形態では、羽根車４０の上流側の端部８０における外径Ｐと、羽根車４０の下流側の端部８１における外径Ｓとの比率Ｒ（＝Ｓ／Ｐ）を「０．９７２６」又は「０．９６４６」としていたが、０．９６〜０．９８に含まれる値であれば、これに限るものではない。

本発明の一実施形態に係る流量メータの側断面図 メータ本体の断面図 羽根車の斜視図 羽根車の断面図 実施例に対する実験結果を示したグラフ

符号の説明

１０ 流量メータ
２１ 支持ピン（回転軸）
４０ 羽根車
８０ 上流側の端部
８１ 下流側の端部

Claims (4)

1. 上下方向を向いた回転軸を中心にして回転する羽根車を備え、その回転軸に沿って流れる流体により前記羽根車を回転させて前記流量を計測する流量メータにおいて、
   前記羽根車の外径は、上流側の端部から下流側の端部に向かうに従って次第に縮径したことを特徴とする流量メータ。
2. 前記羽根車の上流側の端部の外径をＰとし、下流側の端部の外径をＳとした場合に、
   Ｒ＝Ｓ／Ｐ
   、で求められる比率を０．９６〜０．９８にしたことを特徴とする請求項１に記載の流量メータ。
3. 前記羽根車の上流側の端部の外径Ｐは、
   Ｐ＝５０ｍｍ
   、であることを特徴とする請求項２に記載の流量メータ。
4. 前記羽根車の下端側が上流であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の流量メータ。
   
   

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