JP2010042332A - ストレーナおよび流量メータ - Google Patents

Abstract

【課題】乱流を抑制して、圧力損失の低減効果が従来よりも大きいストレーナを提案すること。
【解決手段】ストレーナＳの各流体通過孔２２は、最小孔断面を維持しつつ、その上流側および下流側の部分がそれぞれ上流側開口端３１、下流側開口端３２に向けて孔断面が漸増している。最小孔断面部分３３の部位によってストレーナに要求される異物ろ過機能が維持される。各流体通過孔２２の上流側、下流側の部分の孔断面が徐々に漸増しており、ここを流れる流体の圧力損失が小さい。上流側開口端３１および下流側開口端３２は実質的に平坦面部分が存在せず、上流側水道管１００と上流側開口端３１の境界、および、下流側開口端３２とインレットパイプ５の境界において、流体通過断面積が不連続に変化しない。通過流体に乱流が発生することを防止でき、圧力損失を小さくできる。
【選択図】図２

Description

本発明は、水道メータなどの流量メータ等への流体の流入路に取り付けられるストレーナ、および、当該ストレーナを流体の流入路に取り付けた水道メータなどの流量メータに関する。

水道メータなどの流量メータへの計測流体の流入路には、流体中のごみ除去などを目的として、多数の孔が打ち抜かれたパンチングメタル板などを用いて形成されたストレーナが取り付けられている。ストレーナは、流路を仕切るように取り付けられているため、ストレーナを通過する際に流体に圧力損失が発生し、その分、流量メータの流路抵抗が大きくなる。また、孔を通過する際に流体に渦が発生し、流量メータの流量計測部に流入する流体の流れが乱れ、測定誤差が発生する。

特許文献１には、通過流体の流れをスムーズにして圧力損失や渦の発生を低減するために、流体が通過する孔を六角形の断面形状にして、有効通過面積を大きくしたストレーナが記載されている。また、このストレーナでは、流体が通過する孔の流入側の縁部に円弧状の小さなアール部を形成することにより、流体が孔に流れ込む際に水流が急激に絞られる現象（縮流）が生じにくくなるようにして、圧力損失や渦の発生などを抑制している。
特開２００３−２０２２５２号公報

本発明の課題は、従来のストレーナに比べて、通過流体の乱流を抑制して圧力損失の低減効果を高めることのできるストレーナを提案することにある。また、本発明の課題は、当該ストレーナを流入路に取り付けた水道メータなどの流量メータを提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明のストレーナは、
流体流路を上流側流路部分および下流側流路部分に仕切っている仕切り部材と、
前記仕切り部材を貫通して直線状に延び、前記上流側流路部分に連通している上流側開口端および前記下流側流路部分に連通している下流側開口端を備えている複数本の流体通過孔とを有し、
前記流体通過孔は、前記上流側開口端および前記下流側開口端の間に位置する最小孔断面部分と、当該最小孔断面部分から前記上流側開口端に向かって断面が漸増している上流側漸増孔断面部分と、前記最小孔断面部分から前記下流側開口端に向かって断面が漸増している下流側漸増孔断面部分とを備えており、
前記上流側開口端は、隣接する前記流体通過孔における前記上流側漸増孔断面部分を規定している上流側孔内周面の上流側の開口縁が鋭角状あるいは凸曲面状に繋がって形成された上流側稜線部分によって規定されており、
前記下流側開口端は、隣接する前記流体通過孔における前記下流側漸増孔断面部分を規定している下流側孔内周面の下流側の開口縁が鋭角状あるいは凸曲面状に繋がって形成された下流側稜線部分によって規定されていることを特徴としている。

本発明のストレーナでは、各流体通過孔は、最小孔断面を維持しつつ、その上流側および下流側の部分がそれぞれ上流側開口端および下流側開口端に向けて孔断面が漸増している。最小孔断面の部位によってストレーナに要求される異物ろ過機能が維持される。また、その上流側および下流側の部分の孔断面が徐々に変化しているので、ここを流れる流体の圧力損失も小さくできる。

また、上流側開口端および下流側開口端を、鋭角状あるいは凸曲面状の稜線によって規定すると、ストレーナの上流側開口端および下流側開口端には平坦面部分が実質的に存在しない。したがって、上流側流路部分と、ストレーナの各流体通過孔における上流側開口端との境界において流体通過断面積が不連続に変化せず、最小孔断面部分に向けて徐々に絞られる。また、ストレーナの各流体通過孔における下流側開口端と下流側流路部分との境界において流体通過断面積が不連続に変化せずに、最小孔断面部分から下流側流路部分に向けて徐々に広がる。この結果、上流側開口端において流体流に、渦流などの乱流が発生せず、また、下流側開口端において流体流に渦流などの乱流が発生しない。よって、通過流体の圧力損失を抑制でき、乱流の発生も抑制することができる。

ここで、前記最小孔断面部分は、前記流体通過孔における前記上流側開口端および前記下流側開口端の間の中間位置に形成すればよい。

また、前記流体通過孔における少なくとも前記最小孔断面部分を円形とした場合には、前記上流側稜線部分および前記下流側稜線部分の平面形状が、それぞれ、最小孔断面部分に外接する正多角形よりも一回り大きな相似形の正多角形を描くように、これらの稜線部分を形成すればよい。

前記流体通過孔の断面形状を正多角形とした場合にも、上流側稜線部分および下流側稜線部分の平面形状が、最小孔断面部分の正多角形よりも一回り大きな相似形の正多角形を描くように、これらの稜線部分を形成すればよい。

次に、各流体通過孔における前記上流側漸増孔断面部分は、前記流体通過孔の中心軸線を含む平面で切断した場合に、その断面形状を、前記最小孔断面部分から前記上流側開口端に向かって間隔が徐々に広がっている直線、折れ線、凸曲線、凹曲線、凸曲線および凹曲線を含む複合曲線のうちの一つによって規定することができる。同様に、各流体通過孔における前記下流側漸増孔断面部分は、前記流体通過孔の中心軸線を含む平面で切断した場合に、その断面形状を、前記最小孔断面部分から前記下流側開口端に向かって間隔が徐々に広がっている直線、折れ線、凸曲線、凹曲線、凸曲線および凹曲線を含む複合曲線のうちの一つによって規定することができる。

また、各流体通過孔の前記上流側漸増孔断面部分が、前記流体通過孔の中心軸線を含む平面で切断した場合に、その断面形状を、前記最小孔断面部分から前記上流側開口端に向かって間隔が徐々に広がっている直線によって規定した場合には、当該直線と前記中心軸線のなす角度を２０°以下にすることが望ましい。同様に、各流体通過孔の前記下流側漸増孔断面部分が、前記流体通過孔の中心軸線を含む平面で切断した場合に、その断面形状を、前記最小孔断面部分から前記下流側開口端に向かって間隔が徐々に広がっている直線によって規定した場合には、当該直線と前記中心軸線のなす角度を２０°以下にすることが望ましい。

次に、本発明のストレーナは、液体流路または気体流路に用いることができる。例えば、流量メータに計測流体を導く流入路に用いることができる。

一方、本発明は水道メータなどの流量メータに関するものであり、上記構成のストレーナが計測流体を導く流入路に配置されていることを特徴としている。

本発明では、ストレーナの各流体通過孔は、最小孔断面を維持しつつ、その上流側および下流側の部分がそれぞれ上流側開口端および下流側開口端に向けて孔断面が漸増している。最小孔断面の部位によってストレーナに要求される異物ろ過機能が維持される。また、その上流側および下流側の部分の孔断面が徐々に変化しているので、ここを流れる流体の圧力損失も小さくできる。

また、ストレーナの上流側開口端および下流側開口端は実質的に平坦面部分が存在せず、上流側流路部分と上流側開口端の境界、および、下流側開口端と下流側流路部分の境界において、それぞれ流体通過断面積が不連続に変化しないようにしてある。したがって、通過流体に乱流が発生することを防止でき、これによっても圧力損失を小さくすることができる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したストレーナが取り付けられている水道メータの実施の形態を説明する。

図１は本実施の形態に係る水道メータの縦断面図である。水道メータ１は、流入路２および流出路３を備えたメータケース４の内部に各種のメータ構成部品を固定して構成されている。水道メータ１は、流入路２の側がインレットパイプ５を介して想像線で示す上流側水道管１００に接続され、流出路３の側がフランジ部３ａによって想像線で示す下流側水道管２００に接続される。インレットパイプ５における上流側水道管１００との接続側の端部には、板状のストレーナＳが同軸状態に取り付けられている。

メータケース４内の流路は、全体として、流入路２から斜め下向きに延びる上流側流路６と、この上流側流路６の上部に重なった状態で配置されており、流出路３側に向かって斜め下向きに延びる下流側流路７を備えている。上流側流路６と下流側流路７の間の仕切り壁８には円形開口９が形成され、これにより上流側流路６と下流側流路７が連通している。また、メータケース４は、円形開口９の真上の位置に形成された上部開口１０を備えており、この上部開口１０に上ケース１１を被せて上部開口１０を閉鎖している。

メータケース４内の流路には、円形開口９の上方に配置された内ケース１２の円筒壁１３によって計量室１４が形成されている。内ケース１２の上端部分は、上部開口１０の縁から延びるフランジ部１０ａと上ケース１１の外周端のフランジ部１１ａとの間に挟まれた状態で、上部開口１０の内周側に嵌め込み固定されている。この状態で、フランジ部１０ａとフランジ部１１ａがボルトによって固定されることにより、メータケース４内に内ケース１２が固定される。

計量室１４内の中心位置には、軸流式の羽根車１５が、円筒壁１３に対して同軸状に配置された状態で取り付けられている。羽根車１５の回転中心軸１６は上下方向に延びており、回転中心軸１６の下端および上端は、計量室１４の下方側および上方側においてスラスト軸受けによって軸線回りに回転可能な状態で支持されている。これにより、羽根車１５は、計量室１４の中に流れ込む水の流量や流速に応じた回転数で、回転中心軸１６を中心に回転する。

計量室１４の上方には上ケース１１の下面部分である仕切り板１１ｃが配置され、仕切り板１１ｃの中心には、下方に向けて突出する支持軸１１ｂが形成されている。この支持軸１１ｂが、回転中心軸１６の上端の軸受け孔１６ａに嵌まることによって、計量室１４の上方側のスラスト軸受けが構成されている。

計量室１４の下方側には整流器１７が配置されている。整流器１７は、円筒壁１３の下端に接続され円筒壁１３と同軸状に配置された円筒状の整流器ケース１７ａと、この整流器ケース１７ａ内の中心位置に配置された整流体１７ｂを備えている。整流器ケース１７ａの下端は円形開口９の内側に嵌め込み固定されている。整流体１７ｂは、整流器ケース１７ａの内周面から中心に向かって延びる連結部１７ｃによって整流器ケース１７ａと同軸状に固定されている。整流体１７ｂは、羽根車１５の上流位置において羽根車１５に向かう水流を調整するためのものである。この整流体１７ｂの上端から上方に延びる支持軸１７ｄが、羽根車１５の回転中心軸１６の下端面の軸受け孔１６ｂに嵌まることによって、計量室１４の下方側のスラスト軸受けが構成されている。

（ストレーナ）
図２（ａ）および（ｂ）はストレーナＳの端面図およびそのＡ−Ａ断面図である。図３（ａ）および（ｂ）は流体通過孔の拡大部分断面図および拡大部分端面図である。

ストレーナＳは、金属や樹脂等の素材からなる所定の厚さの円盤状の仕切り部材２１と、ここを貫通して延びている多数の円形断面の流体通過孔２２を備えている。仕切り部材２１の円形外周面には円環状の段差部２３が形成されており、インレットパイプ５の上流端に形成された相補的な形状の段差部に取り付け可能となっている。

ストレーナＳの流体通過孔２２の平面配列状態を説明すると、図２（ａ）から分かるように、仕切り部材２１には、流体通過孔２２を一定間隔で直線状に並べた列が複数列形成されており、隣接する列における流体通過孔２２は相互に千鳥状にずれた配置関係となっている。本例では、ストレーナＳの中心Ｐを通る流体通過孔２２の列は、７個の流体通過孔２２を含んでいる。その両側の列は６個の流体通過孔２２を含んでおり、中心の列に対して各流体通過孔２２が千鳥状にずれた配置関係となっている。これらの３列のさらに両側に配置された列は流体通過孔２２を５個含んでおり、内側の列に対して流体通過孔２２が千鳥状にずれた配置関係となっている。最も外側に位置している列は４個の流体通過孔２２を含んでおり、内側の列に対して流体通過孔２２が千鳥状にずれた配置関係となっている。

次に、ストレーナＳの各流体通過孔２２の形状を説明する。流体通過孔２２は、一方の開口端が上流側水道管１００（上流側流路部分）に連通している上流側開口端３１であり、他方の開口端がインレットパイプ５（下流側流路部分）に連通している下流側開口端３２となっている。また、各流体通過孔２２は、上流側開口端３１および下流側開口端３２の間における丁度中間位置に形成した最小孔断面部分３３と、この最小孔断面部分３３から上流側開口端３１に向かって断面が漸増している上流側漸増孔断面部分３４と、最小孔断面部分３３から下流側開口端３２に向かって断面が漸増している下流側漸増孔断面部分３５とを備えている。

上流側漸増孔断面部分３４はテーパ状断面部分であり、流体通過孔２２の中心軸線２２Ａを含む平面で切断した場合に、その断面形状が、最小孔断面部分３３から上流側開口端３１に向かって徐々に間隔が広がっている直線３４ａ、３４ｂによって規定されている。テーパ角、すなわち、これらの直線３４ａ、３４ｂと中心軸線２２Ａのなす角度θ１は２０°以下の値に設定されており、本例では１０°に設定されている。

下流側漸増孔断面部分３５も同様にテーパ状断面部分であり、流体通過孔２２の中心軸線２２Ａを含む平面で切断した場合に、その断面形状が、最小孔断面部分３３から下流側開口端３２に向かって徐々に間隔が広がっている直線３５ａ、３５ｂによって規定されている。テーパ角θ２は２０°以下の値に設定されており、本例では１０°に設定されている。上流側漸増孔断面部分３４のテーパ角θ１と、下流側漸増孔断面部分３５のテーパ角θ２を異なる値とすることも可能である。

ここで、上流側開口端３１は、隣接する流体通過孔２２における上流側漸増孔断面部分３４を規定している上流側孔内周面３４Ａの上流側の開口縁が鋭角状に繋がって形成された上流側稜線部分３１Ａによって規定されている。上流側稜線部分３１Ａは、隣接する上流側孔内周面３４Ａが鋭角状に交差することにより形成されている。隣接する上流側孔内周面３４Ａの交差部分を鋭角状ではなく凸曲面状に形成することにより、凸曲面によって上流側稜線部分３１Ａを形成してもよい。同様に、下流側開口端３２は、隣接する流体通過孔２２における下流側漸増孔断面部分３５を規定している下流側孔内周面３５Ａの下流側の開口縁が鋭角状に繋がって形成された下流側稜線部分３２Ａによって規定されている。下流側稜線部分３２Ａも凸曲面によって規定してもよい。このように、上流側開口端３１および下流側開口端３２は実質的に平坦面部分が存在せず、流体が流体通過孔２２を通過するときに、流体通過断面積が不連続に変化しない形状となっている。

本例では、流体通過孔２２における最小孔断面部分３３の断面形状が円形であり、上流側稜線部分３１Ａおよび下流側稜線部分３２Ａの平面形状は、それぞれ、最小孔断面部分３３の外接正六角形よりも一回り大きな正六角形となっている。上流側稜線部分３１Ａおよび下流側稜線部分３２Ａの各部分は中心軸線２２Ａからの距離に応じて仕切り部材２１の板厚方向の位置が異なっている。上流側稜線部分３１Ａおよび下流側稜線部分３２Ａにおける正六角形の各辺の中央Ｐ２は最も板厚中央側に凹んだ位置にあり、各辺の中央Ｐ２からその両側にある正六角形の各頂点Ｐ１に向かって斜線状に立ち上がることにより、各頂点Ｐ１が三角錐の頂点の形状となっている。

なお、上流側稜線部分３１Ａおよび下流側稜線部分３２Ａを仕切り部材２１の板面と同一の面上に位置する正六角形とし、円形の最小孔断面部分３３から正六角形の上流側稜線部分３１Ａおおび下流側稜線部分３２Ａに至る部分、すなわち、上流側漸増孔断面部分３４および下流側漸増孔断面部分３５は、円形断面から徐々に正六角形断面に滑らかに切り替わる内周面によって規定する形状としてもよい。この場合、最小孔断面部分３３も正六角形にして、ここから上流側および下流側に向けて徐々に正六角形断面が広がる形状の流体通過孔２２とすることもできる。

（その他の実施の形態）
（１）最小孔断面部分３３は、流体通過孔２２の中心軸線方向の中央位置から外れた位置に形成することも可能である。
（２）各流体通過孔２２における上流側漸増孔断面部分３４は、流体通過孔２２の中心軸線２２Ａを含む平面で切断した場合に、その断面形状を、最小孔断面部分３３から上流側開口端３１に向かって徐々に間隔が広がっている直線、折れ線、凸曲線、凹曲線、凸曲線および凹曲線を含む複合曲線、あるいはこれらを組み合わせた形状のうちの一つによって規定することができる。下流側漸増孔断面部分３５も同様に規定することができる。

例えば、図４（ａ）に示すように、凸曲線４１ａ、４１ｂによって流体通過孔２２を規定することができる。また、図４（ｂ）に示すように、複合曲線によって規定してもよい。図示の例では、上流側開口端３１および下流側開口端３２の側においては凹曲線４２ａ、４２ｂによって規定し、中央の最小孔断面部分３３を含む部分においては、両側の凹曲線４２ａ、４２ｂに滑らかに連続する凸曲線４３ａ、４３ｂによって規定している。

本発明を適用した水道メータの縦断面図である。 図１のストレーナの端面図および断面図である。 図１のストレーナの流体通過孔の拡大部分断面図および拡大部分端面図である。 ストレーナの流体通過孔の別の例を示す断面図である。

符号の説明

１ 水道メータ
２ 流入路
３ 流出路
３ａ フランジ部
４ メータケース
５ インレットパイプ
６ 上流側流路
７ 下流側流路
８ 仕切り壁
９ 円形開口
１０ 上部開口
１０ａ フランジ部
１１ 上ケース
１１ａ フランジ部
１１ｂ 支持軸
１１ｃ 仕切り板
１２ 内ケース
１３ 円筒壁
１４ 計量室
１５ 羽根車
１６ 回転中心軸
１６ａ 軸受け孔
１６ｂ 軸受け孔
１７ 整流器
１７ａ 整流器ケース
１７ｂ 整流体
１７ｃ 連結部
１７ｄ 支持軸
２１ 仕切り部材
２２ 流体通過孔
２３ 段差部
３１ 上流側開口端
３１Ａ、３２Ａ 稜線部分
３２ 下流側開口端
３３ 最小孔断面部分
３４ 上流側漸増孔断面部分
３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂ 直線
３５ 下流側漸増孔断面部分
４１ａ、４１ｂ、４３ａ、４３ｂ 凸曲線
４２ａ、４２ｂ 凹曲線
１００ 上流側水道管
２００ 下流側水道管
Ｐ１ 頂点
Ｐ２ 中央
Ｓ ストレーナ
θ１、θ２ テーパ角

Claims (10)

1. 流体流路を上流側流路部分および下流側流路部分に仕切る仕切り部材（２１）と、
   前記仕切り部材（２１）を貫通して直線状に延び、前記上流側流路部分に連通している上流側開口端（３１）および前記下流側流路部分に連通している下流側開口端（３２）を備えている複数本の流体通過孔（２２）とを有し、
   前記流体通過孔（２２）は、前記上流側開口端（３１）および前記下流側開口端（３２）の間に位置する最小孔断面部分（３３）と、当該最小孔断面部分（３３）から前記上流側開口端（３１）に向かって断面が漸増している上流側漸増孔断面部分（３４）と、前記最小孔断面部分（３３）から前記下流側開口端（３２）に向かって断面が漸増している下流側漸増孔断面部分（３５）とを備えており、
   前記上流側開口端（３１）は、隣接する前記流体通過孔（２２）における前記上流側漸増孔断面部分（３４）を規定している上流側孔内周面（３４Ａ）の上流側の開口縁が鋭角状あるいは凸曲面状に繋がって形成された上流側稜線部分（３１Ａ）によって規定されており、
   前記下流側開口端（３２）は、隣接する前記流体通過孔（２２）における前記下流側漸増孔断面部分（３５）を規定している下流側孔内周面（３５Ａ）の下流側の開口縁が鋭角状あるいは凸曲面状に繋がって形成された下流側稜線部分（３２Ａ）によって規定されていることを特徴とするストレーナ（Ｓ）。
2. 請求項１に記載のストレーナ（Ｓ）において、
   前記最小孔断面部分（３３）は、前記流体通過孔（２２）における前記上流側開口端（３１）および前記下流側開口端（３２）の間の中間位置に形成されていることを特徴とするストレーナ（Ｓ）。
3. 請求項１または２に記載のストレーナ（Ｓ）において、
   前記流体通過孔（２２）の断面形状は、少なくとも前記最小孔断面部分（３３）が円形であり、
   前記上流側稜線部分（３１Ａ）および前記下流側稜線部分（３２Ａ）の平面形状は、それぞれ、各流体通過孔の円形の前記最小孔断面部分に外接する正多角形よりも一回り大きな相似形の正多角形を描いていることを特徴とするストレーナ（Ｓ）。
4. 請求項１または２に記載のストレーナ（Ｓ）において、
   前記流体通過孔（２２）の断面形状は正多角形であり、
   前記上流側稜線部分（３１Ａ）および前記下流側稜線部分（３２Ａ）の平面形状は、それぞれ、各流体通過孔（２２）の前記最小孔断面部分（３３）よりも一回り大きな相似形の正多角形を描いていることを特徴とするストレーナ（Ｓ）。
5. 請求項１ないし４のうちのいずれかの項に記載のストレーナにおいて、
   前記上流側漸増孔断面部分（３４）および前記下流側漸増孔断面部分（３５）は、前記流体通過孔（２２）の中心軸線（２２Ａ）を含む平面で切断した場合の断面形状が、前記最小孔断面部分（３３）から前記上流側開口端（３１）および下流側開口端（３２）に向かって間隔が徐々に広がっている直線（３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂ）、折れ線、凸曲線（４１ａ、４１ｂ）、凹曲線、凸曲線（４３ａ、４３ｂ）および凹曲線（４２ａ、４２ｂ）を含む複合曲線のうちの一つによって規定されていることを特徴とするストレーナ（Ｓ）。
6. 請求項１ないし４のうちのいずれかの項に記載のストレーナ（Ｓ）において、
   前記上流側漸増孔断面部分（３４）および前記下流側漸増孔断面部分（３５）は、前記流体通過孔（２２）の中心軸線（２２Ａ）を含む平面で切断した場合の断面形状が、前記最小孔断面部分（３３）から前記上流側開口端（３１）および前記下流側開口端（３２）に向かって間隔が徐々に広がっている直線（３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂ）によって規定されており、
   当該直線と前記中心軸線（２２Ａ）のなす角度が２０°以下であることを特徴とするストレーナ（Ｓ）。
7. 請求項１ないし６のうちのいずれかの項に記載のストレーナ（Ｓ）において、
   前記流体流路は、液体流路または気体流路であることを特徴とするストレーナ（Ｓ）。
8. 請求項１ないし６のうちのいずれかの項に記載のストレーナ（Ｓ）において、
   前記流体流路は、流量メータに計測流体を導く流入路であることを特徴とするストレーナ（Ｓ）。
9. 請求項１ないし６のうちのいずれかの項に記載のストレーナ（Ｓ）を、計測流体を導く流入路に配置した流量メータ（１）。
10. 請求項１ないし６のうちのいずれかの項に記載のストレーナ（Ｓ）を、水道管からの水の流入路に配設した水道メータ（１）。

Images