JP2008045885A

JP2008045885A - バルブ付き面積流量計

Info

Publication number: JP2008045885A
Application number: JP2006219007A
Authority: JP
Inventors: Takuro Manabe; 琢朗真鍋; Toshiyuki Yamada; 寿之山田
Original assignee: NIPPON FLOW CELL KK
Current assignee: NIPPON FLOW CELL KK
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2008-02-28

Abstract

【課題】主にパネルに取付けて使用するバルブ付き面積流量計において、流れが乱れてフロートの上下振動を生ずるを防止し、かつバルブのつまみの部分が流量計本体より前面に突出す寸法をできるだけ小さくする。
【解決手段】垂直に保持された上広のテーパ管を有し、弁棒が流量計の前後方向のバルブをテーパ管の上部または下部に隣接して設け、弁棒の先端の延長線上に流体の出入口の１つがある面積流量計において、テーパ管の一端とバルブとの間の流路をバルブ側が前記弁棒の先端方向になる向きに垂直に対して２０〜６０度傾斜させた直線状にする。また上記流路は、前記弁棒の先端方向と反対側に湾曲した曲線状であり、かつ曲線状をなす流路の中心線の両端を結ぶ直線を垂直に対して２０〜６０度傾斜させてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明はテーパ管の内部で浮上するフロートの位置によって流量を測定する面積流量計であってバルブ付きのものに関するものである。

面積流量計の一般的な形態は垂直に設けられた上広のテーパ管の内部にフロ−トを設け、フロートが流体から受ける力とフロートの重力との平衡位置によって流量を計測するものである。流量はフロートの位置を目視することによって計測されるが、必要に応じてフロートの位置を光学的方法や磁気的方法などによって検出することによって遠隔的に測定を行なうこともできる。面積流量計は構造が簡単で故障のおそれが少なくまた比較的安価であるので広く使用されている。

面積流量計は流量を目視により確認できることから装置などのパネルに取付けて使用することが多く行なわれており、流体の出入口を流量計の背面側に設ければ配管との接続はパネルの裏側において行なえるので、配管はパネル前面には現われず装置の美観の点でも好ましい。また面積流量計のテーパ管と隣接して流量調節用のバルブを設けると流量を目視により確認しつつ調節できて便利であるので、上記のようなパネルに取付ける面積流量計においては流体の入口または出口にバルブを一体に組み込んだものが多く使用されている。

特開平７−４９９８号公報には上記のようなパネル取付け用の面積流量計が示されている。この発明においてはパネルに設けた取付け穴に押し込むことにより、スナップアクションで容易に固定できるようにするなどの工夫がなされている。また上記公報には前記のようなバルブを流量計と一体に設けたものも記載されている。その構成は上記公報において端部キャップと呼ばれているテーパ管の上端または下端を支持するためのブロックの中にバルブの本体となるべき空洞を設け、そこにパネル面と直角になる方向に弁棒を挿入してバルブとするものである。そして面積流量計本体とバルブとの位置関係は、テーパ管の中心軸の延長線上にこれと交差する形でバルブの弁棒がある。そして上記テーパ管の延長線にテーパ管とバルブとを結ぶ流路が形成されている。一方、弁棒の先端には弁が形成され、これが当たるバルブシートを隔てて弁棒の延長線上に流体の出入口が形成されている。

このような面積流量計本体とバルブとの位置関係は現在一般に製造されているバルブ付きの面積流量計においても同じである。すなわちテーパ管の一端を支持する部品としてのブロックの中に空洞を設けてバルブを形成することになるが、テーパ管とバルブとの位置関係は、使用の便宜や製造上の制約等から定まったものとなる。すなわちテーパ管の目盛を目視しつつ流量を調節するためにバルブの流量調節つまみはテーパ管の目盛を有する側、すなわち前面側に設ける必要がある。したがって弁棒は水平で前後方向となり、テーパ管の延長線上にテーパ管とバルブとを結ぶ流路が形成され、弁棒の延長線上に流体の出入口が形成されている。
特開平７−４９９８号公報

バルブ付き面積流量計においてテーパ管の上流側の前記のような位置関係にバルブを設けると、流量などの条件によっては流れが乱れてフロートの上下振動を生ずることがある。このようなフロートの振動を防止するためにテーパ管である流量計本体とバルブとが干渉しないように相互の位置を遠ざけることが考えられるが、このようにするとバルブ付き面積流量計の全体の寸法が大きくなってバルブを流量計に一体に設けた利点が無くなる。一方、バルブ付き面積流量計においてはバルブのつまみの部分が流量計本体よりかなり前面に突出しており、むしろこの部分をできるだけ小型化したいところである。本発明はこのようなことから部品の寸法を大きくすることなく、流量計とバルブとの干渉の問題を解決することを目的とする。

本発明は前記課題を解決するものであって、垂直に保持された上広のテーパ管とその内部で浮上するフロートからなり、弁棒が流量計の前後方向のバルブをテーパ管の上部または下部に隣接して設け、弁棒の先端の延長線上に流体の出入口の１つがある面積流量計において、テーパ管の一端とバルブとの間の流路をバルブ側が前記弁棒の先端方向になる向きに垂直に対して２０〜６０度傾斜させた直線状にしたことを特徴とするバルブ付き面積流量計である。

本発明はまたさらに、垂直に保持された上広のテーパ管とその内部で浮上するフロートからなり、弁棒が流量計の前後方向のバルブをテーパ管の上部または下部に隣接して設け、弁棒の先端の延長線上に流体の出入口の１つがある面積流量計において、テーパ管の一端とバルブとの間の流路を前記弁棒の先端方向と反対側に湾曲した曲線状とし、かつ曲線状をなす流路の中心線の両端を結ぶ直線が垂直に対して２０〜６０度傾斜していることを特徴とするバルブ付き面積流量計である。

本発明の面積流量計においては、弁棒が流量計の前後方向のバルブをテーパ管の上部または下部に隣接して設けるにあたり、テーパ管の一端とバルブとの間の流路をバルブ側が前記弁棒の先端方向になる向きに垂直に対して２０〜６０度傾斜させた直線状にしたので、バルブの個所で流れの方向が急変することがなく、流れが乱れてフロートの上下振動を生ずることが少ない。またテーパ管の一端とバルブとの間の流路をバルブ側が弁棒の先端方向になる向きに傾斜させることにより、バルブシートの位置を従来より流量計の後部方向に移動することができるので、バルブのつまみ部分の前方への出張りを小さくして、バルブの個所全体の小型化が可能になる。またさらに、このテーパ管の一端とバルブとの間の流路を弁棒の先端方向と反対側に湾曲させ、曲線状にすることによりさらに流れの乱れを少なくできる。

図１は本発明のバルブ付き面積流量計の例を示す側面方向断面図である。図中１は透明な材料で製作された上広のテーパ管であり、使用状態において垂直に保持されている。２は金属、ガラス、プラスチックなどで製作されテーパ管の内部で浮上するフロートであり、これの浮上位置をテーパ管の目盛り（図示せず）で読み取ることにより流量を測定する。流量計の基本的構成は背面側に設けた基板３に上部ブロック４および下部ブロック５を固定し、その間でテーパ管１を保持するようになっており、基板以外の面は透明カバー６で覆われている。

前記の下部ブロック５と上部ブロック４にはそれぞれ流体の流入口７と流出口８が設けられ、下部ブロックの内部にはバルブが形成されている。一方、上部ブロックの内部には整流体９が設けられ、下方から流れてきた流体を４方に設けた穴から水平に噴出して流出口８に導くようになっている。上記整流体は六角穴つきのねじ１０により下方に押しつけられ、これによりテーパ管１を上部ブロック４と下部ブロック５との間で保持している。なお図１においてテーパ管の上下位置にそれぞれある１１はガスケット、１２はフロートのストッパである。上記ストッパ１２は軸方向から見ると薄板が十字になった形をしており、周囲を流体が通り抜けるようになっている。

下部ブロック５の内部に設けられているバルブにおいては、弁棒１３が流量計の前後方向に設けられ、弁棒の流量計前面側の基端にはつまみ１４が取付けられ、流量計背面側の先端には弁体であるニードル１５が形成されている。１６は流量調節のさいにニードルが出入りするバルブシートであって、図１は流路が閉じた状態を示している。また弁棒１３の先端の延長線上にバルブへの流体の流入口７がある。バルブは弁体がニードルになっていると流量の調節範囲が広くかつ円滑な調節ができるので、通常は図１に示すようなニードルバルブが使用されるが、本発明において弁体の形状は特に限定するものではない。

ここにおいて本発明が特徴とするのはテーパ管１の端部とバルブとの間の流路１７において、垂直に対して流量計の後部方向に角度αをとった直線状とし、このαを２０〜６０度とすることにある。なお上記の流路１７の断面形状としては、流路を任意の水平線で切断したときに真円になるようにするのが好ましい。このようにすることによりテーパ管への接続部分の形態を従来の垂直の流路の場合と同様に真円同士の接続にできる。そして流路を任意の水平線で切断したときに常に真円になるようにすれば、流路が直線状になり製作が比較的容易になる。

前記の特開平７−４９９８号公報にも見られるように、従来のバルブ付き面積流量計においてはテーパ管とバルブとを結ぶ流路はテーパ管の延長線上、すなわち垂直に形成されており、前記角度αで表せばこれがゼロとなる。これは製造上の便宜のためであり、またあえてこれ以外の構成にする利益も考えられなかったためである。すなわちバルブはテーパ管を支持する端部ブロック内に空洞を設けることにより構成されるが、切削加工によってテーパ管が当たる面から流路の穴を開けるのに、面に垂直ならドリルにより容易にできるが斜めに穴を開けるのはドリルでは先端が滑ってしまって困難である。したがって当然に流路は垂直になっていたものである。

本発明においては前記のようにテーパ管１の一端とバルブとの間の流路７をバルブ側が弁棒１３の先端方向になる向きに傾斜させたので、バルブから出た流体がテーパ管１へ向かうさいに流れの方向の急激な変化が緩和され、流れが乱れてフロート２の上下振動を生ずることが少ない。また流路７を上記のように傾斜させたため、バルブにおけるテーパ管へ通じる出入口の位置が従来よりも流量計の後部方向に移動することになる。したがってこれに合わせてバルブシート１６の位置を後部方向に移動することになるので、バルブ全体が流量計の後部側に移動したことになり、バルブのつまみ１４の前方への出張りを小さくできる。なおこのときバルブの弁棒１３の延長上にある流体の流入口７の位置は後部方向に移動しなくてもバルブと干渉することはないので、バルブが内蔵されてテーパ管の一端を支持する部品である下部ブロック５の前後方向の寸法を小さくできる。

上記の面積流量計のフロートの上下振動を抑制する効果について以下のような実験を行なった。本発明のものとして図１に示したようなバルブからテーパ管の下端に至る流路が斜めになっているものと、比較例として従来から用いられているこの部分の流路が垂直になっているものを用意した。なおその他の部分の寸法は図１のものと比較例のものとは同じである。流体として水を使用し、ニードルバルブにより流量を１〜４ｍ³／ｈの範囲で調節しつつ流量計のフロートの動きを観察した。なお上記ニードルバルブ付き面積流量計へ水を供給する配管は、何も接続しないで開放したまま流出させたときの流量が５ｍ³／ｈとなるようになっている。

表１は実験結果であって、流量に対するフロートの高さおよびフロートの上下振動の幅を本発明の斜め流路のもの、比較例の垂直流路のものそれぞれについて示した。フロートの高さの数値はテーパ管の下端からの距離を示しており、フロートが振動している場合には振動の中央位置を目測で読み取った。安定度はフロートの上下振動幅が１．０ｍｍ以下が良好として○、１．０ｍｍを超え２．０ｍｍ以下をやや不良として△、２．０ｍｍを超えるものを不良として×を付けている。表１を見ると本発明の斜め流路のものにおいては、流量が大きい範囲において従来の垂直流路のものよりもフロートの上下振動の幅が小さくなっている。また上記実験とは別に気体の例として空気を使用して同様の実験を行なったが、水の場合よりも広い流量範囲で本発明の斜め流路のものが比較例の垂直流路のものよりもフロートの上下振動の幅が小さくなった。

なお本発明の面積流量計におけるフロートの上下振動を抑制する効果はバルブがテーパ管の下方、すなわち入口側にあるときに顕著であるが、テーパ管の上方、すなわち出口側にバルブがある場合においても、もともとフロートの上下振動は比較的少ないがこれを抑制する効果が認められる。またバルブのつまみ部分の前方への出張りを小さくし、端部ブロックの全体寸法を小さくする効果は、バルブがテーパ管の上方、下方いずれの場合においても同じく発揮できることは当然である。

テーパ管の一端とバルブとの間の流路をバルブ側が弁棒の先端方向になる向きに垂直に対して傾斜させる角度αは、２０〜６０度が適当である。αが２０度より小さいとフロートの上下振動を抑制する効果およびバルブのつまみ部分の前方への出張りを小さくする効果が共に不充分になる。一方、αが６０度より大きいと流路の太さ、すなわち流路の軸と直角な断面積を充分に確保するのが困難になる。したがってαは２０〜６０度とするが、特に好ましいのは３０〜５０度である。

また先に述べたように、ある面に対し斜めの穴をドリルで開けるのは困難であり、切削加工で行なおうとすると先の小さなエンドミルで少しずつ削らなければならず、製造コストが高くなる。しかしロストワックス鋳造法などの精密鋳造法の近年の進歩で、面積流量計の端部ブロックのような内部に空洞がある部品の精密な鋳造が容易にできるようになった。したがってこのような方法で製造すれば、本発明の面積流量計に使用するテーパ管からバルブへの流路がテーパ管の延長線上に無くて傾斜した端部ブロックを、従来の端部ブロックを切削加工で製作するのと同等またはそれ以下のコストで製作できる。

図２は本発明のバルブ付き面積流量計の図１とは別の例を示す側面方向断面図である。テーパ管１などの流量計本体部分については図１と同様であり、また下部ブロック２０の中にニードルバルブが設けられ、これの弁棒１３の先端の延長線上にニードルバルブへの流体の流入口７があることも同様である。ここで図２のバルブ付き面積流量計においてはテーパ管の下端とニードルバルブとの間の流路２１が弁棒１３の先端方向とは反対側に湾曲した曲線状になっている。これにより流路を流れる流体はテーパ管１に流入するにあたり、流れの方向が連続的に変化することになる。したがって図１のようにテーパ管の下端とニードルバルブとの間の流路を直線状に傾斜させたものよりも流れの乱れが少なく、流量計のフロートの上下振動をさらに減少できるので、特に大流量の流量計に適している。

バルブとテーパ管との間の流路２１の曲線状の向きは、前記のように弁棒１７の先端方向と反対側に湾曲、すなわち弁棒の先端側が凹になっているようにするが、曲線の両端の位置については図２に示すように曲線状の流路の中心線の両端を結ぶ直線が垂直に対してなす角をβとしたとき、βが２０〜６０度になるようにする。すなわち曲線状をなす流路の両端を結ぶ直線は、図１のバルブ付き面積流量計におけるバルブとテーパ管との間の直線状の流路の条件と同じようにすれば良い。これは図１のバルブ付き面積流量計においてバルブとテーパ管との間の直線状の流路の両端位置は固定して置き、途中を曲線状に変形したものが図２のバルブ付き面積流量計と考えることができるからである。したがって上記角度範囲の限定理由も図１の装置の場合と同様であって、このような傾斜の角度にすることにより前記の流量計のフロートの上下振動の減少効果と共にバルブのつまみ１４の前方への出張りを小さくし、バルブ付きの端部ブロック２０の全体寸法を小さくする効果も得られる。

なお曲線状の流路２１の断面形状としてはテーパ管側の端では真円になるようにするのが好ましい。このようにすることによりテーパ管への接続部分の形態を従来の垂直の流路の場合と同様に真円同士の接続にできる。その他の部分については流路２１を任意の水平線で切断したときに常に真円になるようにしてもよいが、流量計の前後方向の寸法をこれより大きくすることによって流路の太さ、すなわち流路の軸と直角な断面積を大きくすることもできる。

図２のような流路が曲線状のなった端部ブロックは切削加工によって製造しようとすると図１のものよりもさらに手間が掛かるが、前記のように精密鋳造によって製造することより比較的低いコストで製作できる。またテーパ管の下端とバルブとの間の流路が曲線状になっている場合においても、バルブは図２のようなニードルバルブに限定されるものではないことは図１の場合と同様である。またさらにバルブの位置はテーパ管の上方、下方いずれの場合においても本発明の範囲内のものであることは、テーパ管とバルブとの間の流路が曲線状の場合も同様である。

本発明のバルブ付き面積流量計の例を示す側面方向断面図本発明のバルブ付き面積流量計の図１とは別の例を示す側面方向断面図

符号の説明

１テーパ管
２フロート
３基板
４上部ブロック
５下部ブロック
６透明カバー
７流入口
８流出口
９整流体
１０ねじ
１１ガスケット
１２ストッパ
１３弁棒
１４つまみ
１５ニードル
１６バルブシート
１７流路
２０下部ブロック
２１流路（曲線状）

Claims

垂直に保持された上広のテーパ管とその内部で浮上するフロートからなり、弁棒が流量計の前後方向のバルブをテーパ管の上部または下部に隣接して設け、弁棒の先端の延長線上に流体の出入口の１つがある面積流量計において、テーパ管の一端とバルブとの間の流路をバルブ側が前記弁棒の先端方向になる向きに垂直に対して２０〜６０度傾斜させた直線状にしたことを特徴とするバルブ付き面積流量計。
垂直に保持された上広のテーパ管とその内部で浮上するフロートからなり、弁棒が流量計の前後方向のバルブをテーパ管の上部または下部に隣接して設け、弁棒の先端の延長線上に流体の出入口の１つがある面積流量計において、テーパ管の一端とバルブとの間の流路を前記弁棒の先端方向と反対側に湾曲した曲線状とし、かつ曲線状をなす流路の中心線の両端を結ぶ直線が垂直に対して２０〜６０度傾斜していることを特徴とするバルブ付き面積流量計。