JP2567097B2 - 流量測定装置 - Google Patents

流量測定装置

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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、下水、屎尿、汚泥、有機物混入排水など配
管に付着物の生じ易い流体の流量を測定するのに適する
流量測定装置に係り、特に配管を取り外すことなく、測
定管の付着物を除去できるようにした流量測定装置に関
する。
(従来の技術) 種々の場面に種々の流量測定装置が使用されている。
この流量測定装置の使用される場面の一つに下水処理施
設がある。下水処理施設等では、被流量測定流体の性質
から、流量計の測定管の内面(測定管がライニングを具
備するときはライニングの内面)に種々雑多な物質が付
着する。流量計が電磁流量計の場合、この付着物が被測
定流体より高い導電率を有する場合、この付着物は誘導
起電力検出用の電極間を抵抗接続し、流量計の指示値を
低下させる。この付着物は細菌、微生物等の作用により
時間の経過とともに変質し、付着物中の炭素や鉱物(ミ
ネラル)等から構成される硬質のセメント状の物質に変
化する。このセメント状の物質は測定管の内面に層状に
なって、強固に付着し、簡単には除去できない状態にな
る。
また、夏期等に、付着物が腐敗すると、腐敗の際に発
生するガスのため、付着物がパン状になることがある。
このパン状の付着物は超音波を通しにくい。このため、
流量測定装置が超音波流量計の場合、測定が困難になっ
たり、測定誤差が発生したりする。このような、パン状
の付着物も時間の経過とともに変質し、硬質の物質に変
化し、単純には除去できない状態になる。
この付着物は、電磁流量計、超音波流量計以外の流量
計においても、測定管の実効面積を減少したり、測定値
に誤差が発生させたり、種々の問題を引き起こす。
このような問題は、程度の差はあるが、下水に限ら
ず、あらゆる種類の流体に共通に発生する。
このため、この付着物を、除去が容易なうちに除去す
る必要がある。しかし、測定管は一般に配管系に接続さ
れているため、簡単に、その内面を洗浄することは困難
である。測定管の付着物を、測定管を配管から取り外す
ことなく、除去する技術としては、(1)電磁流量計の
電極およびその週辺に洗浄液を吹きつけ、付着物を除去
する技術(実公昭57−59937号)や、(2)測定管のラ
イニング材を多孔質として洗浄液を噴出させて、付着物
を除去する技術(実公昭57−49779号)が提案されてい
る。しかし、これらの技術は、電磁流量計の電極および
その近傍を主体に洗浄する技術であり、付着物のごく一
部を除去できるに過ぎない。このため、前述の(1)電
磁流量計の電極間が抵抗接続される問題、(2)超音波
が通過しにくくなる問題、(3)測定管の実効面積が小
さくなる等の問題は基本的には解決されていなかった。
さらに、上記洗浄技術では、洗浄時に、測定管内を空に
しておかなければ洗浄効果は上らず、不便である。
そこで、本願の発明者は、特願昭62−203115に流量計
の測定管内面全般の付着物を随時、配管を取り外すこと
なく、簡易に除去できる流量測定装置を開示して、出願
した。以下、図面を参照して、特願昭62−203115に開示
された流量計(以下、従来の流量計)について説明す
る。なお、以下の説明において、理解を容易にするた
め、複数の図面において、同一部分には、同一の参照符
号を付し、後出の図面においてはその説明を省略する場
合がある。
第1図(a),(b)は従来の流量測定装置の第1の
例を示す。被測定流体が矢印方向に流れている配管3の
下流側に洗浄流発生装置2が接続されている。洗浄流発
生装置2の下流側に流量計1が接続されている。洗浄流
発生装置2は、円筒状のボディ4と、ベーン7と、ベー
ン7の移動機構と、から構成される流れ制御機構を具備
した構成である。ボデイ4は両端に取付フランジ5を有
し、フランジ5が隣接する流量計1と配管3に接続され
る。移動機構はベーン7をこのボデイ4の中央部の流体
の流路を遮断した位置と流路から退避してボディに形成
された収納部6に引込まれる位置に移動する。移動機構
は、例えば、ねじ送り機構である。ベーン7は、第1図
(b)に示されるように、円板から構成される。この円
板の周辺部に円板の軸に対し点対称で且つ円周方向にそ
って配置されたスリット状のノズル穴7a、7bが形成され
ている。ノズル穴7a、7bの断面形状は、第1図(a)に
示すように、スリット幅が上流側で大きく、下流側で小
さいテーパ付となっている。ノズル穴7a、7bは流量計1
の測定管の壁を指向している。なお、第1図(a)の、
x−x線での断面が第1図(b)に対応する。
上記構成の流量測定装置では、平常時には、ベーン7
を収納部6に収納した状態に保つ。このときベーン7は
測定管内の流体の流れにはほとんど影響を与えない。よ
って、流量計1によって被測定流体の流量が正確に測定
される。洗浄を行なうときには、移動機構を駆動してベ
ーン7を収納部6から下降させ、流路を遮断した状態に
する。測定管内の流体はベーン7のノズル穴7a、7bか
ら、流量計1の測定管の壁に向って、噴出する。これに
より、流量計1の測定管の内面の付着物が除去される。
ベーン7のノズルの形状は、第1図(b)に示される
ものに限定されず、種々変形して実施できる。例えば、
第2図(a)に示されるように、ベーンの周囲に沿っ
て、複数個のノズル8c、8dを配置してもよい。また、ノ
ズルは、第2図(b)に示されるように、うず流を噴出
させる形状8e、8fに形成されてもよい。さらに、第2
(c)図に示されるような1つのスリット8gでもよい。
従来の流量測定装置の第2例を第3図に示す。第3図
において、被測定流体が矢印A方向に流れている配管3
の下流側に洗浄流発生装置12が接続されている。洗浄流
発生装置12の下流側に流量計1が接続されている。洗浄
流発生装置12は、ボディ14と、ベーン15と、ベーン駆動
機構を具備する流れ制御機構を備える。ボデイ14は、例
えば流量計1のフランジ1fと配管3のフランジ3fとの間
に挾み込まれて取り付けられるフランジレスタイプの円
筒から成る(ボディは両端に取付フランジを有するタイ
プでもよい)。ベーン15は、例えば、ボデイ14の内周よ
りも小さい外周を有する円板から構成され、ボデイ14の
軸線(流れの軸線)に直交した回転軸を持つ。ベーン駆
動機構はベーン15を流れと直角な状態から流れと平行な
状態まで回転軸を中心として回転させる。駆動機構は例
えばベーン15の回転軸に取り付けた歯車と、この歯車を
駆動する駆動側の歯車等により構成される。
この構成の流量測定装置では、流量測定時にはθ=90
゜すなわち流れに平行にベーン15を保つ。この状態で
は、ベーン15は被測定流体の速度等にほとんど影響を与
えない。一方、ベーン15を2点鎖線で示す90゜>θ>0
゜の状態にすれば、流量計1の測定管の図面下側の管壁
付近の流速を特に増速でき、測定管の付着物が除去され
る。ベーン15を実線で示す180゜>θ>90゜の状態にす
れば、流量計1の測定管の図面上側の管壁付近の流速を
特に増速でき、付着物を除去できる。従って、例えば、
増速された流れの当る位置に電磁流量計の電極等が存在
するようにベーン15の回転軸の位置を設定すれば、電極
およびその周辺の付着物を重点的に除去できる。
第4図は第3図の変形例を示す。第4図では、ベーン
15aの外径をボディ14の内径より適宜小さくし、ベーン1
5aの外周縁を図示のように流体がベーンの中心から放射
状に周辺に導かれるような曲面状に形成した。この変形
例の場合、流量測定時には2点破線で示すθ=90゜の状
態にベーン15aを保つ。一方、洗浄時には実線で示すθ
=0゜の状態にベーン15aを保つことにより流量計1の
測定管壁付近の流れが増速されて洗浄流となり、付着物
を除去できる。
第3図、第4図の例で、被測定流体に繊維状のものが
含まれていると、繊維状のものがベーン15、15aにから
み付く可能性がある。この場合、ボディ14に回転軸ごと
ベーン15、15aを引込める収納部を設け、洗浄時以外に
はベーン15、15aを収納部に引込めておく構成にすれば
よい。
第5図(a),(b),(c)は従来の流量測定装置
の第4例を示す。第5(a),(b),(c)では、被
測定流体が矢印方向に流れている配管3の下流側に洗浄
流発生装置22が接続され、洗浄流発生装置22の下流に流
量計1が接続されている。洗浄流発生装置22は、両端に
取付フランジを有するボディ24と、ボディ24内に配置さ
れ、被測定流体を通す可撓性パイプ25と、一対の押え金
物26と、押え金物を進退させる機構27を具えている。押
え金物26はボディ24内に配置され、機構27により被測定
流体の流れの軸線に直交した方向に進退可能に構成され
ている。押え金物26を進退させる機構27は、例えば、ね
じ送り機構である。押え金物26の先端(押え面)は、ピ
ンチバルブの万力と同様に、曲面状に形成されている。
第5図(a),(b),(c)に示される構成の流量
測定装置では、平常時は、可撓性パイプ25が押え金物26
によって絞られない状態(第5図(a)の状態)に保た
れる。よって、流量が正確に測定される。洗浄を行なう
場合、第5図(b)または第5図(c)に示すように、
一方の押え金物26は動かさずに他方の押え金物を前進さ
せる。押え金物26の前進により、可撓性パイプ25が偏寄
させて絞られ、第5図(a)、第5図(c)に矢印YAま
たは矢印YBで示されるような増速された洗浄流が発生
し、流量計1の測定管の付着物が除去される。
第6図(a),(b),(c),(d)に従来の流量
測定装置の第5例を示す。なお、第6図(d)は第6図
(c)のY−Y線での断面図である。第6図(a)から
(d)に示すように、流量計1の上流側に洗浄流発生装
置32が設置されている。洗浄流発生装置32は、円筒状の
ボディ34と、ボデイ34の上部に配置された収納部35と、
ベーン36と、ベーン36を駆動する機構から構成される。
ベーン36は、内部にシリンダ37を備え、シリンダ37内に
ピストン38を備える。ベーン36は、洗浄時には、第6図
(b)に示されるように、収納部35からボディ34内に下
され、第6図(c)に示されるように、ベーン36のシリ
ンダ37からピストン38が押し出されて流量計1の測定管
内へ同心的に挿入される。洗浄時にはピストン38の存在
によって流量計1の測定管内の流路が絞られ、測定管の
内面(内壁)付近の流体が増速され、洗浄流となり、付
着物を除去する。流量の測定を行なう場合には、第6図
(b)に示されるようにピストン38をシリンダ37に納
め、第6図(c),(d)に示されるようにベーン36を
ボディ34の収納部35内に引き上げる。この状態では、ボ
ディ34を通る流体はベーン36により影響を受けず、正確
な流量が測定できる。
第7図(a),(b)と第8図(a),(b)を参照
して従来の流量測定装置の第6例を説明する。先ず、第
7図(a),(b)に示す洗浄流発生装置42は、両端に
取付フランジを有する円筒状のボディ44と、ボディ44の
軸方向の中央に配置された4個のシリンダ45と、各シリ
ンダ内に配置されたピストン46と、を備えている。4個
のシリンダ45は円筒の軸線と直交する平面上にその軸線
が位置し、互いに90゜の角度を有して配置されている。
各ピストン46は引張ばね47によって自由状態でシリンダ
45内に引込まれている。ピストン46がシリンダ45に引き
込まれた状態が流量測定を行なう平常状態で、ピストン
46はボディ44内の流体の流れを変えない。洗浄時には、
シリンダ45の圧力導入口48から加圧空気などでを、シリ
ンダ45内に注入し、ピストン46を前進させ、第7図
(b)に2点鎖線で示す状態にする。これにより、ボデ
ィ44内の流路が4分割された隙間49に絞られ、流速が増
速され、付着物が除去される。なお、第7図(a)は第
7図(b)のZ−Z線での断面に対応する。
第8図(a),(b)に示す洗浄流発生装置52は、取
付用フランジを両端に有する円筒状のボディ54と、ボデ
イ54に取り付けられた4つのシリンダ55と、各シリンダ
55内に配置された可撓性プランジャ56から構成される流
れ制御機構を備える。各シリンダ55は被測定流体の下流
を指向して傾斜をつけてボデイ54に取り付けられてお
り、互いに90゜の角度で配置されている。可撓性プラン
ジャ56はゴムなどの弾性材料を繊維で補強して構成さ
れ、その形状は一端が閉息され、他端が開放した、円筒
状である。可撓性プランジャ56の開放端はシリンダ55の
閉塞端に2点鎖線で示すように固定されている。流量測
定を行なう時には、可撓性プランジャ56は第8図(b)
の2点鎖線に示される状態に保たれる。このため、流体
はプランジャ56により何等の影響を受けない。測定管の
洗浄を行なう際には、圧力導入口57から加圧空気等をシ
リンダ55内に送り込む。これにより、可撓性プランジャ
56が伸びて第8図(b)に実線で示されるように流量計
1の測定管内に入り込む。このため、測定管の実質的な
断面積が減少し、被測定流体が増速されて洗浄流が発生
する。さらに、可撓性プランジャ56が振動し、可撓性プ
ランジャ56が測定管に当り、付着物が効率良く除去され
る。可撓性プランジャ56の表面を多数の小突起が配列さ
れたブラシ状に成形しておけば洗浄効果が一層向上す
る。洗浄が終了したら、圧力導入口57から空気吸引して
シリンダ55内を負圧にする。可撓性プランジャ56が縮
み、シリンダ55内に引込んで流量測定状態に復帰する。
第3図、第4図に示された洗浄流発生装置と同様な効
果を有する洗浄流発生装置の他の例を第9図(a),
(b)に示す。この洗浄流発生装置62は、取り付けフラ
ンジを両端に有する円筒状のボディ64と、半円状の一対
のベーン65と、ベーン65を回転軸を中心に回転させる機
構とから構成される流れ制御機構を有する。ベーン65の
直径はボディ64の内径よ小さく形成されている。ボディ
64の内面上側と下側はそれぞれ外側に張り出しており、
ベーン65を格納するポケット67を形成している。ボディ
64には、ベーン65の回転軸66を軸支する軸受部68が形成
されている。ベーン65は、回転軸66を中心に回転し、流
れに直角な状態と流れに平行な格納位置との間で変位す
る。回転軸66は図示しない駆動機構により駆動される。
洗浄流発生装置62においては、流量測定を行なう平常時
には、ベーン65は実線で示すようにポケット67に格納さ
れた状態に保たれる。洗浄を行なう際には、回転軸66を
回してベーン65を2点鎖線で示す流れと直角な状態にす
る。ベーン65によってボディ64の流路の断面積が減少
し、ベーン65の外周縁とボディ64の内面との間を通る流
体が増速され、付着物が除去される。
上述の洗浄動作は、流量計1の出力信号の異状を検出
し、シーケンサから洗浄流発生装置2に指令を与えて実
行させてもよい。また、流量計1からの流量信号を積算
し、一定流量を積算ごとに洗浄動作を実行させてもよ
い。また、タイマー機能を有するシーケンサにより一定
時間ごとに洗浄動作を実行させてもよい。これらは被測
定流体の性質に応じて選択採用すればよい。
流量計1の上流側、例えば洗浄流発生装置2と流量計
1の接続部、洗浄流発生装置2のボディ、洗浄流発生装
置2の上流側配管3に、弁を有する導入管を接続し、洗
浄動作を行なうときに、空気、砂、金属粒スラリー等の
洗浄助援物質を導入管を介して流体に注入するように構
成してもよい。このように構成すると、洗浄効率が向上
する。
(発明が解決しようとする問題点) 上記のように、流量計への付着物の有効適切な除去装
置は、本願の発明者により開示された。しかし、さらに
有効かつ効率的に種々の付着物を除去することができる
流量測定装置が望まれる。また、上記構成では、水頭が
小さい場合には十分に洗浄ができないという問題があっ
た。
この発明は上記実情に鑑みてなされたものでより効率
よく、測定管の付着物を除去できる流量測定装置を提供
することを目的とする。また、この発明の他の目的はよ
り正確に流量を測定でき、正確な流量測定を維持できる
流量測定装置を提供することである。
(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するため、この発明の流量測定装置
は、流量計と、流量計の測定管内で風船を膨らませ、そ
の後、風船をしぼませ、測定管外へ引き出す風船挿入抜
出装置と、を具備することとした。なお、この流量測定
装置は風船が膨らんだ状態において、測定管内に洗浄剤
を供給する洗浄剤供給管を備えてもよい。
さらに、この発明にかかる流量測定装置は、流量計
と、被測定流体を旋回させる旋流発生手段を有する流量
測定装置に関するものである。また、この流量測定装置
は、被測定流体が旋回された状態における流量測定装置
の測定値を被測定流体が旋回していないときの測定値に
校正する校正手段を備えても良い。また、この流量測定
装置は被測定流体に付着物除去助材(固形物、気体等)
を混入するための挿入口を備えてもよい。さらに、流量
測定装置が超音波流量計のばあいには、超音波伝幡素子
と超音波受信素子を結ぶ線仮想的な線が測定管の軸を避
けるように構成されてもよい。
また、この発明にかかる流量測定装置は、流量計と被
測定流体が流れる配管内に高圧ガスを充填する充填手段
と、を備えることとした。なお、この流量測定装置は付
着物除去助材を被測定流体に混入するための挿入口とを
備えてもよい。
さらに、この発明にかかる流量測定装置は、流量計と
被測定流体が流れる配管内に高圧ガスを充填する充填手
段と、を備えることとした。なお、この流量測定装置は
付着物除去助材を被測定流体に混入するための挿入口と
を備えてもよい。
(作用) 上記構成の流量測定装置では、風船が膨らまされた状
態、または、被測定流体が旋回された状態、ガスが注入
された状態で、被測定流体が通常よりも速く流れ、ある
いは流れの方向が通常状態と異り、あるいは、被測定流
体がバブリングされる。このため、被測定流体自身によ
り測定管の付着物が除去される。被測定流体中に固形物
を混入すれば洗浄効果はより向上する。また、校正手段
を設け、または、超音波送信素子と超音波受信素子を結
ぶ線仮想的な線が測定管の軸を避けるように構成すれ
ば、より正確に被測定流体の流量を測定できる。
(実施例) 以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
第1実施例 第10図(a),(b)に本発明の第1の実施例に係る
流量測定装置を示す。第10図(a)では、被測定流体が
矢印A方向に流れている配管103の上流側に流量計101が
接続されている。この流量計101の上流側に、流量計101
に近接して旋流発生装置102が接続されている。流量計1
01は、電磁流量計でもよいし、超音波流量計等でもよ
い。旋流発生装置102は、第10図(a),(b)に示す
ように、流れ制御機構105を備えている。流れ制御機構1
05は円筒状のボディ104と、プレート106a、106bと、プ
レート106a、106bを駆動する駆動機構から構成される。
この駆動機構は、第10図(a)に示されるように、プレ
ート106a、106bを被測定流体の流れの方向と鋭角をなす
ように傾いた状態で、下流方向へ向けて流路に突出させ
たり流路から引込めたりする。この駆動機構は、第10図
(b)に示されるように、プレート106a、106bを被測定
流体内にその軸からずらせて突出させる。なお、プレー
ト106a、106bは被測定流体の上流向きであっても良い。
次に、駆動機構の構成を第10図(a),(b)を参照
して具体的に説明する。ボディ104の図面上側および下
側外面にそれぞれ軸線が流れ方向と鋭角をなすように傾
いた取付座107が突設されている。取付座107は流路の中
心をずれて配置されている。座取付座107には、プレー
ト106a、106bを挿通させるための断面が矩形の貫通穴お
よびプレート106a、106bの外周を囲むパッキン109を納
める凹部108が設けられている。凹部108に納められたパ
ッキン109をパッキン締付具110で締付けることにより、
プレート106a、106bが移動可能にシールされる。
取付座107の側面には、アーム111が取付けられてい
る。アーム111の先端部には、シリンダ112が取付けられ
ている。シリンダ112のプランジャ113の先端には、締結
具114を介してプレート106a、106bの一端が結合されて
いる。プランジャ113には、作動用配管115、116が接続
されている。配管115、116には、それぞれ、電磁三方弁
117、118が設けられている。
上記構成の流量測定装置では、平常時には、電磁三方
弁118を通して作動用流体をシリンダ112に送り込み、電
磁三方弁117を通してシリンダ112の内の作動用流体を逃
がし、プランジャ113をシリンダ112内に引込めた状態に
する。これにより、プレート106a、106bはそれぞれ流路
から引込んだ状態に維持される。この状態では、旋流発
生装置102内の流路を流れる被測定流体は、プレートに
より何等影響を受けない。よって、流量計101によって
所定精度の流量測定を継続することができる。
流量計の測定管の内面を洗浄する際には、配管115を
介してシリンダ112へ作動用流体を注入してプランジャ1
13を押し出し、プレート106a、106bをそれぞれ流路内へ
突出させた状態に維持する。この状態では、被測定流体
は、第10図(b)に示すように流体軸に対して非対称の
位置に置かれたプレート106a、106bによって流れ方向を
変えられ、旋回しながら流れる。上記説明では、プレー
トは平板状であったが、曲面を持ったプレートでも良
い。例えば、第11図に示す形状のプレート130の一部分1
31、132のようなプレートをこのままの位置関係で流路
内に置けば、旋流を発生させることができる。この旋流
は、第24図に示されるように、流体の軸付近では流速が
小さく、測定管の壁付近で流速が大きい流れとなる。一
方、通常の状態では、測定管の内面の付着物によって内
面の近傍で流速が小さくなり、第23図に示すような速度
分布になる。従って、洗浄状態では、流量計101の測定
管の内面の付着物は、平常状態の流速より速い被測定流
体によってこすられ、さらに、平常状態の流れの方向と
は異なる方向からの流れによって剪断方向の力を受け、
測定管壁から剥離される。従って、この洗浄動作を適宜
の時間継続することで、流量計101の測定管内の付着物
が除去できる。洗浄動作終了後、プレート106a、106bを
流路から引込め、平常状態に復帰させる。
なお、第10図(a),(b)の実施例において、プレ
ート106a、106bの流体の軸に対する角度は流体の種類に
もよるが、流体の軸に対し25度から35度の範囲が、最も
効率よく、流体を旋回できる範囲である。
この実施例の流量測定装置によれば、測定管の付着物
を、配管を取り外すことなく、被測定流体を流したまま
で、その被測定流体により除去される。従って、流量計
の測定管の付着物による測定精度低下の問題、精度の低
下を回復するために必要とされるプラントの停止を伴う
大掛りな保守作業が不用または希に行えば良いように改
善される。
プレート106a、106bの向きと位置は、第10図(a),
(b)の実施例に限らず種々に変更できる。第12図
(a)は、プレート106a、106bを流体の軸方向に位置を
ずらせて配置した例を示す。第12図(b)は、プレート
106a、106bの長さを第10図(a),(b)の例よりも短
かくした例を示し、被測定流体の流速が速い場合に適
し、プレートの振動を回避できる。なお、同様の効果
は、第10図(a),(b)のプレート106a、106bの流体
内への押し出し長さを小さくすることによっても実現で
きる。第12図(c)は流路内に配置するプレートを1枚
にした例を示す。同様の構成は第10図(a),(b)の
プレートを片方だけ押し出すことによっても実現でき
る。第13図は、プレートを流路の片側に3枚配置した例
を示し、プレート106a、106b、106cは、第14図に示され
る形状のプレートの3つの箇所A、B、Cを部分的に切
り出した形状のプレートを用いている。ひねりをつけな
い平板状のプレートを用いてもよい。第15図は円筒状の
ボディ104の円周方向の複数箇所(この例は3箇所)か
ら流路にプレートを挿入する例を示し、粘性の大きい被
測定流体を確実に旋回させる効果がある。
第16図(a),(b)および第17図(a),(b)に
示す変形例は、1対のプレート106a、106bの流路内への
挿入、引き抜きの方向を流体の流れの方向に対し、直角
方向Eとした例である。この例では、ボディ104の両側
面にプレートを流体内に突出させたり、引っ込めたりす
る進退機構がを配置されている。この構成の場合、第10
図(a),(b)乃至第15図に示されるプレートの長手
方向にプレートを移動させる場合に比べてプレートの支
点からの片持長さが短くなり、プレートの振動が発生し
にくい利点がある。第17図(a),(b)は、プレート
106a、106bの幅Wを第16図(a),(b)のものよりも
狭くした例を示す。このようにすると、進退機構を小形
化でき、コストが低減する。第17図(a),(b)の構
成でも、流速が遅い場合以外は、十分に被測定流体を旋
回させることができる。
第18図(a),(b)は、プレート106a、106bを、回
転軸120a、120bを中心に回転して、実線で示した平常状
態と、2点鎖線で示した洗浄状態とに切換える構成にし
た例を示す。この例では、第18図(a)に断面で示され
るように、非洗浄状態の時に、プレート106a、106bを格
納するための凹部119a、119bがボディ104に設けられて
いる。この例では、ボディ104の外部の構成をコンパク
トにできる。また、可動プレートとボディ104間をシー
ルする場合に比べて、回転軸120a、120bとボディ104間
のシールで済むのでシールが簡単になる。
第19図(a),(b),(c)は流れの方向を変える
プレートが、流れに平行な平常状態と、流れに対して傾
きを持った洗浄状態とに切換え可能な旋流発生装置を示
す。流れの方向を変えるプレート121aと121bは第19図
(c)に示されるように、バタフライバルブを2分割し
たような半円板状の形状を有し、第19図(a)に示され
るような厚さ方向の形状を有する。プレート121a、121b
は垂直方向に延びる回転軸122a、122bを中心に互いに反
対方向に例えば所定角度回転可能である。平常状態(流
量測定時)では、プレート121a、121bは、第19図(a)
に示されるように、流体の流れの方向と平行にされる。
洗浄状態では、第19図(b)に示されるように、プレー
ト121aと121bは反対方向にひねられ、流体の流れの方向
に対し、所定角度傾けられ、旋流を発生させる。この実
施例も回転軸のシールが容易である利点を有する。
第20図(a),(b)は第19図(a),(b)の旋流
を発生装置の変形例を示す。第19図(a),(b)で
は、一対の長方形のプレート123a、123bの回転軸124a、
124bは互いにずらせて配置され、同心ではない。プレー
ト123a、123bは、第12図(a)と同様に被測定流体の流
れ方向と鋭角をなすように下流方向へ傾斜して延在して
いる。流量測定状態では、第20図(a)に示されるよう
に、プレート123a、123bは被測定流体の流れの方向と平
行にされる。洗浄常態では、第20図(b)に示されるよ
うに、プレート123a、123bは被測定流体の流れの方向に
対し、所定角度傾いた状態にされる。
外部から駆動力を加えることにより、被測定流体を旋
回させる流れ制御機構を備えた旋流発生装置の例を第21
図に示す。この例では、複数(例えば4枚)のプレート
が回転軸に放射状に固着された回転子125がボディ104の
中心軸と同心に支持されて流路内に配置されている。こ
の回転子125はボディ102の外に設けられたフォースモー
タ126により伝動機構(例えば、ギヤトレイン)127を介
して回転される。回転子125の回転により、被測定流体
が旋回される。回転子125が停止している状態では、回
転子125を構成する各プレートは流量測定に影響をほと
んど与えない。この旋流発生装置では、回転子125を構
成するプレートの流体軸方向の長さを短くしても旋流発
生の効率を高くできる。なお、モータ126は回転子125の
回転軸を支持している支持部材の中に設けてもよい。な
お、第21図に示されるタイマー131とリレー132について
は、後述する。
第21図では、回転子125を構成する羽は4枚であっ
た。回転子は一枚の羽または平板状に配置された2枚の
羽から構成されてもよい。このような構成とすると、羽
を駆動機構と平行な状態にして、回転子をパイプの外に
引き出すことができる。また、羽に、スクリュー状のひ
ねりを設けると、被測定流体を旋回でき、かつ流速を調
整できる。このようにすれば、被測定流体が停止してい
るあるいは流れが非常に遅い場合であっても、効率良く
付着物を除去できる。
第22図の旋流発生装置は、円筒状のボディ104の上部
および下部に枝管128、129が接続されて構成された流れ
制御機構を備えている。この枝管128、129は、たとえ
ば、ボデイ104の外周の接線方向に延びている。枝管12
8、129から付加流体を高速にボデイ104内に注入するこ
とにより被測定流体が旋回する。洗浄時には枝管128、1
29から付加流体をボデイ104に注入し、平常時には付加
流体の注入を停止して流量測定を行なう。付加流体とし
ては、被測定流体の一部や空気を用いることができる。
場合によっては、砂や金属粒等を付加流体に添加して洗
浄効果を高めてもよい。
上述した各種の旋流発生装置を流量計の上流側に配置
した流量測定装置においては、被測定流体を流したま
ま、この被測定流体を用いて流量計の測定管内の洗浄、
付着物の除去を随時容易に行なうことができる。洗浄を
随時容易に行なえるため、洗浄を頻繁に行うことが可能
である。これは、下水、屎尿、汚泥、有機物混入排水等
の流量測定を、流量計の測定管への付着物による悪影響
無しに、流量の測定を継続する上で非常に有効である。
なぜなら、従来技術の項で説明したように、下水等によ
る測定管の付着物は時間の経過と共に、細菌やかび等の
働きにより分解し、炭素、鉄系無機化合物に変化し、流
体中に混入しているSiO2、Ca(OH)2等の作用でセメン
ト状の硬い物質になり、洗浄によっても容易に除去でき
ない強固さを持つようになる。しかし、この実施例の流
量測定装置では、付着物が硬化する以前に、1回/1週
間、1回/1ケ月、〜、数回/1ケ月、1回/数ケ月といっ
た程度{洗浄頻度は、季節(水温の高い夏は頻度を高く
し、冬は少なくする)および流体の種類で著しく異な
る}で洗浄を行なうことにより、付着物が硬化する前に
容易に付着物を除去できる。
この洗浄は、プログラム等で設定しておけば自動で行
なうことも可能である。この所定期間毎に洗浄を行う流
量測定装置の一例を第21図を参照して説明する。第21図
のタイマー131は時間を測定して、例えば、一定期間
(例えば、1週間)毎、一定時間(例えば、59分)の
間、オンレベルの電圧をリレー132の制御端子に供給す
る。制御端子にオンレベルの電圧が印加されると、リレ
ー132がオンし、モータ126に電力が供給され、洗浄動作
が実効される。
洗浄中は、流量測定装置は、洗浄直前の指示値をホー
ルドしておき、この保持値を模擬信号として出力するよ
うにすればよい。また、洗浄中である旨を記録するよう
にしてもよい。
以上詳述したように本実施例によれば、被測定流体が
流れる配管に接続された流量計101と、この流量計101の
上流側に設置され、流体の流れにほとんど変化を与えな
い平常状態と、被測定流体を旋回させ、流量計の測定管
の壁付近の流速を増大させる洗浄状態とに切換可能な旋
流発生装置とを具備する流量測定装置が提供される。こ
れにより、旋流発生装置を平常状態にして流量を精度良
く測定できる。また、必要に応じて旋流発生装置を洗浄
状態に切換えれば、流量計の測定管壁付近の被測定流体
の流速を管軸部の流速に比して増大させ、平常状態の流
れの方向とは異なる方向からの流れが起こり、付着物が
剥離し、除去される。
第2実施例 以下、第25図を参照してこの発明の第2実施例を説明
する。この実施例の流量測定装置は、管路を流れる流体
の水頭が大きく、管路内に圧損を発生するものを入れて
もあまり流量が変化しない管路に適する。流量計201
は、その測定管201a内に障害となる構成要素を持たない
もの、例えば電磁流量計、超音波流量計、相関流量計な
どである。この流量計201の上流側に風船挿入抜出装置2
03が取り付けられた短管202が接続されている。流量計2
01の下流側および短管202の上流側にはそれぞれこの管
路の配管202が接続されている。風船挿入抜出装置203
は、ケース204、パワーリール205、給排出パイプ206、
パワーローラ207、モータを具備している。給排出パイ
プ206はパワーリール205に巻き付けられている風船208
の端末と給排出装置206aに接続されている。給排出パイ
プ206は風船208内への流動体(気体(例えば、空気、窒
素、炭酸瓦斯)あるいは液体(例えば、水、油)の注
入、風船208からの流動体の放出を行う。以下の説明で
は、流動体は空気であるとする。パワーローラ207はケ
ース204の出入口近傍に配置されている。風船208は、例
えば、第26図に示されるように、断面形状が楕円形をし
たゴムチューブ208aと、ゴムチューブ208aの内面に固定
された丸ひも208bから構成される。丸ひも208bは、ゴム
チューブ208aの内面に、風船208の長手方向に延びて、
等間隔で配置され、ゴム等でゴムチューブ208aの内面に
固定されている。丸ひも208bは風船208内の空気を抜き
取る際に、ゴムチューブ208aがつぶされて密着するのを
防ぎ、空気を抜き易くする働きをする。従って、この例
では、風船208のパワーリール205に巻きつけられている
部分等でも空気が抜き易い。風船208の膨らむ部分以外
の部分は、例えば、第27図に示されるように、ゴムベル
ト208cの中に複数の細穴208dから成る空気通路を設けた
構造であってもよい。第25図に示すように、風船208の
先端には、例えば円板状のストッパ209が設けられてい
る。このストッパ209は、風船208がパワーリール205に
巻き取られたときに、ケース204の出入口に形成された
円形の凹部210に嵌合し、ストッパの機能と短管202をシ
ールする蓋の機能を果す。
上記構成の流量測定装置では、平常時には、第25図に
実線で示すように風船208は空気を抜かれた状態で、パ
ワーリール205で巻き取られ、ケース204内に収納されて
いる。ストッパ209は凹部210に嵌合して蓋として機能す
る。この状態では、測定管201aは一般の管路と差異が無
く、所定精度で流量が測定される。
流量計201の測定管201aの内面の付着物を除去する際
は、被測定流体は流したまま、モータを回転してパワー
リール205およびパワーローラ207を送り出し向きに作動
させる。風船208は徐々に流路内へ繰り出され、流体の
流れにより流量計201の測定管201a内に流れ込む。風船2
08の先端が測定管201aの下流側の端末に達したところで
風船208の送り出しをストップし、給排出パイプ206を介
して給排出装置206aから風船208に空気を吹き込む。空
気の供給量を調整することにより、第25図で2点鎖線で
示されるように風船208と測定管201a内面との間に所定
の間隙が残るように、風船208を膨らます。空気の供給
量は、流体の圧力と関連づけて予め計算により求め、実
験で確認しておくことにより定まる。
風船208が膨らんだ状態では、測定管201aの実質的な
断面積が縮小され、測定管201aの内面に沿う流れが増速
される。この増速された流体によって付着物は徐々に管
壁から剥離され流れ去る。予め実験で求めておいた所要
時間だけ、この洗浄工程を継続することで付着物が除去
される。
洗浄終了後、給排出パイプ206から風船208内の空気を
抜いて、風船208をしぼませ、給排出装置206a内の真空
ポンプ、アスピレータなどを用いて風船208内の空気を
抜き取って風船208を巻き取り易くする。その後、パワ
ーリール205およびパワーローラ207を作動させ、風船20
8を流路から抜き出し、パワーリール205に巻き取る。ス
トッパ209が円形凹部210に嵌合した状態で巻き取りをス
トップし、第25図で実線で示す収納状態にし、洗浄工程
を終了する。その後、平常時の流量測定を再開し、継続
する。
上述のように、この第2実施例の流量測定装置におい
ては、風船挿入抜出装置203を作動させるだけで、風船2
08が膨らみ、被測定流体の流速が増加し、付着物が剥離
され、除去される。この際、配管を取り外す必要はな
く、被測定流体を流したままでよい。従って、測定管の
付着物の除去に手間がかからず、測定管201aの内面全般
の付着物を除去できる。洗浄終了後は、風船208が測定
管201aから抜き出されて風船挿入抜出装置203内に収納
されるので、流量測定に何等影響を及ぼすことがない。
第28図(a),(b)は第25図に示される流量測定装
置の変形例を示す。第28図(a)では、短管202および
流量計201の下流側に接続されている配管220の内径が測
定管201aの内径より若干、例えば20%位大きく形成され
ている。また、第28図(b)図に示されるように、風船
208の膨らむ部分の両端部に、局部的な突出部208eが例
えば円周方向に等間隔で3個膨らむように風船が形成さ
れている。このような構成を採用すれば、風船208を膨
らませた時、突出部208eが短管202および配管220の内面
に当接し、風船208が固定され、風船208の測定管201a内
での片寄りやふらつきを防止できる。
第29図は第2実施例にかかる流量測定装置の他の変形
例を示す。第29図の流量測定装置は、管路を流れる流体
の水頭が小さく、管路内に圧損を発生するものを入れる
と流れが止まるような管路に適している。第29図に示さ
れるように、流量計201の下流側に接続されている配管2
20の接続フランジ近傍下側に、洗浄剤給排管211が接続
され、短管202の接続フランジ近傍上側に洗浄剤給排管2
12が接続されている。風船218は、膨らむ部分の長さが
洗浄剤給排管211、212の開口位置より下流側および上流
側へ所定寸法だけ延びた寸法にされている。風船218の
膨らむ部分の両端部218aは、膨らんだときに管壁に当接
するように他の部分より径が大きく形成される。風船21
8を挿入したり、抜きだしたりする風船挿入抜出装置203
は第25図と同様な構成であり、短管202に取り付けられ
ている。
上記構成の流量測定装置においては、通常の流量測定
時には、風船218は風船挿入抜出装置203内に収納されて
いる。測定管201aの内面の洗浄を行なう際には、風船挿
入抜出装置203を作動させて風船218を測定管201a内へ挿
入し、空気を送って膨らませる。風船218は、第29図に
2点鎖線で示すように膨らみ、大径部218aが管壁に当接
し、洗浄剤給排管212の開口の上流側で短管202を閉塞
し、洗浄剤給排管211の開口の下流側で配管220を閉塞す
る。これにより、測定管201aの内面と風船218の外周面
との間の空隙213が閉塞空間となり、水頭の小さい管路
の流れが止る。この状態で、付着物を除去するための薬
剤を洗浄剤給排管211から空隙213へ流し込み、洗浄給排
管212から排出する。この際、薬剤の作用により管壁の
付着物が除去される。薬剤としては、例えば、付着物を
溶す塩酸、硝酸等の水溶液、付着物を洗浄するための苛
性ソーダの水溶液、ソープレスソープ、研磨剤のスラ
リ、付着油脂を溶すための蒸気等が使用できる。
風船218を膨らませた後、(1)洗浄剤給排管211の弁
を開き、洗浄剤給排管212から空気を吹き込み、(2)
水を流して空隙213内を水洗し、(3)再び空気を吹き
込み、空隙213内を空にし、(4)洗浄剤給排管211から
薬剤を空隙213内に入れ付着物を溶すこともできる。こ
の場合、使用した薬剤を洗浄剤給排管212から回収すれ
ば、この薬剤を何回か繰返し使用することができる。
この洗浄により次の効果が得られる。[a]空隙213
は容積が小さいので、小量の薬剤で測定管201a内面全体
を洗浄できる。[b]薬剤が管路に流れ出すことがない
ので、薬剤を用いても公害の恐れが無い。[c]洗浄に
使用した薬剤を回収し、複数回使用するようにすれば、
経済的である。
洗浄工程終了後、風船挿入抜出装置203を作動させて
風船218を風船挿入抜出装置203内に収納し、平常の流量
測定を再開する。
第29図の例では、風船218により閉塞された空隙213を
形成した。空隙の形成方法はこれに限定されない。例え
ば、第30図に示されるように構成してもよい。プラスチ
ックや金属製のパイプ218′が摺動可能に測定管201a内
に配置されている。このパイプ218′は測定管201aの内
面との間に空隙ができるような外径を有し、測定管201a
より長く形成されており、その両端部に形成された鍔が
パッキンを介して管内面に当接する構造を有する。第30
図の構成でも、第29図の構成と同様に測定管を洗浄でき
る。洗浄終了後、パイプ218′はネジ送り機構等によ
り、測定管201aの上流側または下流側の配管220内に移
動される。なお、第28図、第29図の例において、洗浄剤
給排管の取り付け位置は前述の位置に限定されず、閉塞
空間内に洗浄剤を万弁なく充填でき、かつ、排出できる
ならば、その取り付け位置はどこでもよい。
上記例では、閉塞空間に洗浄材を注入した。この発明
はこの実施例に限定されない。例えば、パイプ212から
ガス(例えば空気)を注入して、パイプ211から注入さ
れたガスと液体の混合体を抜いてもよい。この際、閉塞
空間内の液体を注入されたガスがバブリングするように
すれば、より好ましい。また、注入される物質はガスに
限定されず、例えば、ガスと液体の混合物であってもよ
い。
パイプ211と212を、例えば、第22図に示されるよう
に、配置すれば、閉塞空間内を液体とガスの混合物が回
転して流れ、有効に付着物を除去できる。
第25図に示される流量測定装置の変形例を第31図を参
照して説明する。この実施例の流量測定装置は、第25図
の実施例と同様に管路を流れる流体の水頭が大きい管路
に適する。この例では、流量計201の測定管201a内で膨
らます風船228の外径は比較的小さい。しかし、この風
船228を複数、例えば測定管201aの軸線のまわりに3個
とか4個配置する。図示しないが、風船228毎に風船挿
入抜出装置を短管202に設置する。
第31図の流量測定装置においても、複数個の風船228
を膨らますことで、測定管201aの流路が狭められ、測定
管201aの内面に沿って流体が増速されて流れ、付着物が
剥離され、除去される。
第25図、第31図の例で、風船208、228の表面に例え
ば、第31図に破線で示すように、小突起229を形成する
と、流体の流れによる風船の揺動により、測定管201a内
面の付着物を小突起229がこすり取る作用をし、付着物
除去機能が向上する。
以上詳述したように本実施例によれば、測定管内に障
害となる構成要素を持たない流量計の上流側近傍に風船
挿入抜出装置が配置される。この風船挿入抜出装置は、
この流量計の測定管内へしぼんだ状態の風船を管軸方向
に延在するように送り込み、空気を送って風船を膨らま
せ、風船から空気を抜いてしぼませ、測定管外へ引き出
す動作を行なう。風船を膨らませた状態にしたとき測定
管の実効断面積の減少により流体の流速が増大し、流体
自身によって測定管内面の付着物が除去される。このよ
うな構成は高水頭流体管路用の流量測定装置に適する。
また、(1)測定管の両端部あるいはその上流および下
流の近傍位置で管内に開口する洗浄剤給排管を設け、
(2)膨らませたときに洗浄剤給排管の開口位置より上
流および下流に位置する部分が管壁に当接して流路を閉
塞する形状に膨らむ風船を用い、(3)膨らんだ風船と
測定管の内周面によって形成される閉塞空隙に洗浄剤を
注入するように構成してもよい。このような構成は低水
頭の流体管路用の流量測定装置に適する。この実施例に
より、付着物を生じ易い各種流体の流量測定用の流量計
の問題点であった付着物を、配管を取り外すことなく、
簡単な操作で、測定管の内面全般にわたって除去するこ
とが可能となる。従って、配管を取り外して除去を行な
っていた従来に比べ保守の負担が大幅に軽減され、流量
測定の精度維持が確保され、測定値の信頼性が向上す
る。
第25図、第28A図、第29図、第31図の構造を有し、正
方向に流れる流体と逆方向に流れる流体の両方の流量を
測定できる流量計の場合、上述した方向に流体が流れる
時に洗浄すればよい。被測定流体の流れの方向は、流量
計の出力信号の信号レベルの正負により、判別できる。
この判別に基づいて、自動的に洗浄を行うことも可能で
ある。
第3実施例 以下、この発明の第3の実施例にかかる洗浄装置を備
える流量測定装置を第32図を参照して説明する。第32図
において、流量計310の測定管310aの上流側に旋流発生
装置が接続されている。この旋流発生装置は螺旋状の管
(螺旋管)313から構成される。螺旋管313の上流側には
配管312が接続される。測定管310aの下流側には配管311
が接続される。上流側の配管312には、固形物を被測定
流体316に混入するための固形物粒挿入口318が設けられ
ている。流量計310内に取り付けられた誘導起電力検出
用の電極から得られた信号は増幅器314を介して出力さ
れる。
被測定流体316が螺旋管313に入ると、被測定流体は螺
旋管313の形状に従って、第33図に示されるように、旋
回しながら流れる。このため、比重の重い固体物は管壁
を這うように流れ、流量計の測定管の内面はあたかもサ
ンドペーパ掛けされているような状態になり、測定管31
0aの内面は常時清浄に保たれる。
下水は、第34図に示されるように、沈澱気味の固形物
321と小量の浮上性物質(気泡を含む)322を含む。その
流体線は第34図に示されるように、流体が上部と下部で
部分的に速く又は遅くなり、非対象流体となる。このた
め、均一磁界方式の電磁流量計では測定値に誤差が含ま
れる(関数磁界分布方(FF)式の電磁流量計では、影響
は比較的少ない)。しかし、この実施例では、非測定流
体を常時旋回させる。第35図に示されるように、被測定
流体を旋回させると、比重dの同じものが、同心的に分
布する。このため、均一磁界方式の電磁流量計であって
も流量を精度よく計ることができる。旋回により、比重
の大きい物質が電磁流量計の(接液)ライニングを清浄
化するとともに、電極表面を常時クリーニングすること
になり、信号取り出し上良い状態を保つ。電極表面に接
触して表面電池を形成する要因となる気泡中の酸素は流
体の大半を占める流体より著しく比重が小さいため、電
磁流量計の流体軸、すなわち、中心部に集まり流れる。
このため、酸素と電極は接しなくなり、スラリーノイズ
(1/fノイズ)の発生が小さくなり、安定した測定がで
きる。スラリーノイズとは、電極表面に発生する電気化
学ノイズ(DC)が流体で表面を拭われることによってDC
レベルが変動し、ノイズとして信号に混じるものであ
り、酸素の電極表面への接触によってもそのレベルが大
きく発生する。
超音波流量計の場合、管内の付着物(含む有機物)が
発酵し、その時に発生する炭酸ガス(CO2)等によりパ
ン状の付着物になり、測定に必要な超音波が通りにくく
なることがある。常時被測定流体を旋回させると、強力
な洗浄効果により、パン状の付着物の発生を防止でき
る。
被測定流体を旋回しない状態では、気泡が流路内に分
散している。しかし、被測定流体316を常時旋回させる
と、第36図に示されるように、気泡324が管軸中心に集
まる。このため、第36図に示されるように、超音波の音
波路325が気泡324を避けるように、超音波送受信素子32
6、327を測定管310aに配置する必要がある。このように
超音波送受信素子326、327を測定管310aに配置すれば、
超音波は被測定流体内をよく通る。従って、従来は、超
音波流量計は下水の流量の測定に適さなかったが、常時
被測定流体を旋回させることにより、超音波流量計であ
っても下水の流量の測定に適するようになる。被測定流
体の流速が小さい場合、集合気泡は、第37図(a),
(b),(c),(d)に示されるように浮き気味、か
つ、旋流に流され気味となる。このような場合であって
も、その状況に合わせて。音波路が管軸を避けるように
超音波送受信素子326、327を測定管310aに取り付けれ
ば、第37図(a),(b),(c),(d)に示される
ように音波路を気泡群324を避けて配置できる。超音波
送受信素子326、327は、超音波の送信と受信の両方が可
能であり、一方が送信器、他方が受信器として作用す
る。超音波送受素子326、327は、スイッチの切り替えに
より、交互に送信器又は受信器となり誤差の発生を防止
する。
旋流316の流速の山と谷の速度は著しく異なる。しか
も、流速の山と谷の位置は時間とともに、あるいは、流
速とともに変動する。このため、超音波流量計では、正
確に流量を測定できない場合が発生する恐れがある。第
38図に、このような流速のむらによる影響を減少した超
音波流量計の一例を示す。第38図では、測定管310aに複
数対の(図面では3対)の超音波送信素子326a、326b、
326cと327a、327b、327cが配置されている。超音波送受
信素子326a、326b、326cと超音波受信素子327a、327b、
327cの各対による出力は流量変換器331a、331b、331cに
供給され、流量に対応する信号に変換される。流量変換
器331a、331b、331cの出力信号は平均化回路333に供給
され、平均化される。第38図では、流速の山や谷に対応
して得られた流量信号を平均化回路333で平均して、出
力するように構成しているので、流速の山部分と谷部分
が平均化され、流速の山や谷の位置の変化等に起因する
指示値の変動、誤差等を防止できる。
前述のように電磁流量計の場合、一般的に、常時被測
定流体を旋回させることにより流速を正確に測定でき、
また、超音波流量計の場合は流速の山と谷を平均化する
事により、比較的正確な流量を測定できる。しかし、旋
流の中に偏流の要素が存在する場合、流量計の指示値が
実際の流量とずれる場合がある。また、その他の種類の
流量計においては、旋流れにより指示値が実際の流量と
ずれる場合がある。この場合、流量計の出力を実際の流
量に合致するように校正(補正)すればよい。流量計の
出力値を実際の流量に一致させるように校正する校正装
置を備えた流量計の一例を第39図に示す。第39図では、
増幅器314の増幅率を調整する調整回路340が追加されて
いる以外は第32図の構成と同一である。
流量計の出力値の校正は以下のように行われる。ま
ず、正規の流量測定を開始する以前に、実験用の配管系
に第39図に示される流量計310と旋流発生装置313から構
成される流量測定装置を接続する。この際、螺旋管313
の上流に校正用の流量計を配置する。この校正用の流量
計で、非旋回の被測定流体の流量を測定しつつ被校正用
の流量計310でも旋回流の流量を測定する。増幅器314の
出力315が校正用の流量計の指示値と一致するように、
増幅器314の増幅率を制御回路315で調整する。調整終了
後、流量測定装置は実際に使用される配管系に接続され
る。なお、制御回路315は校正終了後、取り外してもよ
い。
また、例えば、第21図に示されるように、回転子125
の回転速度を調整することにより被測定流体の旋回の速
度を変更できる構成では、回転子125の速度に応じて増
幅器314の増幅率を変更するように構成してもよい。こ
の構成例を、第40図を参照して説明する。予め回転子12
5の回転速度と増幅器314の増幅率との関係が実験により
求られ、EEPROM等のメモリ341に、テーブルあるいは数
式の形式で記憶させられる。モータ126にロータリーエ
ンコーダ等を含む速度検出回路343が接続される。速度
検出回路343はモータ126の回転速度から回転子126の回
転速度を求め、対応する信号を出力する。校正回路344
は速度検出回路343の出力に基づいて、メモリ341をアク
セスし、増幅器314の増幅率を求め、増幅器314の増幅率
を調整する。増幅器314の増幅率を調整する場合に限ら
ず、流量表示板の目盛り(表示値)等を校正用の流量計
の指示値と一致するように調整してもよい。なお、流量
計の出力を論理的な計算により(ドライ)校正してもよ
い。なお、被測定流体が均一な流れでない場合(偏流の
場合)の流量計の出力の校正自体については、特許公告
公報昭57−59937に詳しく、この実施例でもこの文献に
開示された技術を応用できる。
第32図、第39図では、螺旋管313の上流側に、固体粒
挿入口318が設けられている。この口から、被測定流体
内に土、砂、砂利等のように流体より重い物質を混入す
ると、これらの物質は流体の旋回により遠心分離され、
測定管310aの内面に押しつけられるようにして移動し、
流量計310内の測定管310aの内面はサンドペーパーか粗
砥がけされているような状況となり、付着物が除去され
る。この作用は被測定流体に重い物質が混入していない
場合に有効である。なお、流量計310の下流に配置され
た他のシステムとの関連で、土、砂、砂利等の固形物を
被測定流体316に混入することが好ましくない場合であ
って、被測定流体が水の場合、氷粒を固形物挿入口318
から被測定流体316に混入してもよい。氷粒は比重が水
とほぼ同じなので、土、砂、砂利のような顕著な効果は
発揮しないが、スラリー流となって付着物を除去する効
果を増大する。氷は洗浄に関与した後、溶けるので、下
流のシステムに悪影響を与えることはない。また、氷粒
の代わりに、砂利や鋼球を用い、測定管310aの洗浄を行
った後、ストレーナ状の固形物回収装置を流量計の後方
に付け、清浄に使用した砂利や鋼球を回収するように構
成しても良い。混入されるものが鋼球の場合は、第41図
に示されるように測定管310aの下流に枝管を有する配管
353を配置し、この枝管353にコイル351と電源352から構
成されるマグネットキャッチを配置し、鋼球を回収する
ようにしても良い。なお、被測定流体に混入される付着
物除去助材はこれらに限定されず気体、例えば空気、窒
素瓦斯、二酸化炭素瓦斯等でも良い。
第32図、第39図では、常設形の旋流発生装置として螺
旋管363を使用した。この実施例はこれに限定されな
い。例えば、第42図(a),(b)は変形T字路を用い
た常設形の旋流発生装置を示す。この例では、付加流体
注入用のパイプ363bが主パイプ363aの中心軸からずれた
位置に、主パイプ363aにほぼ直角に取り付けられてい
る。主パイプ363aは弁364を介して上流側の配管365に接
続されている。このような構成とすると、付加流体316b
が主流体316aに直角方向から、しかも、主流体316aの軸
をずれて混入する。このため、混合流体は第42図(b)
に示されるように旋回しながら、流量計310の測定管310
a内を流れる。
第43図では、測定管310aの上流に配置された配管内37
2内に第14図に示されるような形状の螺旋体371が常設さ
れている。この螺旋体371の作用により、被測定流体316
は旋回し、測定管310aに流れ込む。
第44図では、流量計の測定管471が回転可能な気密接
ぎ手473により上流及び下流側の配管475、477に接続さ
れている。気密接ぎ手473には、モータ479が取り付けて
あり、モータ479の回転力はギア等を介して測定管471に
伝達される。上流側の配管475は、測定管471の近傍で、
ほぼ直角に曲がっている。モータ479の回転により、被
測定流体の軸x−x′を回転軸として測定管471は回転
させられる。この方法でも実質的な旋回流を発生でき
る。さらに、上流側の配管475がほぼ直角に曲がってい
るため、破線481で囲まれた部分の付着物が除去され易
く、測定管471の回転により、測定管471の内面全体が洗
浄される。
第4実施例 被測定流体の速度が非常に小さい場合、測定管の実効
断面積を減少すること等では、被測定流体を十分に高速
化する事が困難な場合が多い。そこで、この実施例は、
圧縮ガスを用いて被測定流体を高速化し、たとえ被測定
流体自身の流速が非常に小さい場合であっても、付着物
を強力に除去できる流量測定装置を提供する。以下、こ
の実施例にかかる流量測定装置の構成の一例を第45図を
参照して説明する。第45図の配管系は、流量計内の流速
が0.5m/s程度以下の低速の下水の流量を測定する系であ
る。この0.5m/s(最大)の流速はポンプの容量(あるい
は自然流下の場合は水頭H)で決ってしまい0.5m/s程度
以上は流せないものとする。
スラリ等の流体(本願では下水)426はポンプ422で配
管413に供給される。配管413を通った流体は主弁417を
介して配管412に供給され、配管412、測定管410a、配管
411、弁428を介してより下流に配置された下水処理施設
等に供給される。また、配管412には粒状物質を配管内
に挿入するための固体粒導入管427が配置されている。
配管413には大気開放弁418が配置されている。増幅器31
4の出力信号315を受け、弁417、418、428、ポンプ422を
制御する洗浄制御装置429が設けられる。洗浄制御装置4
29はマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され
る。
通常状態においては、洗浄制御装置429は弁417、428
を開き、弁418を閉じた状態に保持する。次に、このよ
うな配管系に於ける測定管の洗浄動作を説明する。流量
計を測定状態にしたまま、洗浄制御装置429は主弁417を
閉じ、ポンプ422を停止し、大気開放弁418を開く。これ
により、配管413内の流体(液体)はポンプ422を介して
逆流し、空気が配管413内に充満する。次に、洗浄制御
装置429は主弁417と大気開放弁418を閉じ、ポンプ422を
作動させ、スラリ等の流体426を符号413bで示されるよ
うに配管413内に導入させる。液体413bにより、配管413
内の空気413aが圧縮され、空気413aの圧力が上昇する。
空気413aが十分に圧縮された時点で、洗浄制御装置は主
弁417を少し開く。圧縮ガス413aは配管412内に爆発的に
導入され、配管412内の流体412aを測定管410を介して下
流に高速で押し出す。さらに、空気413aが主弁417から
配管412に入るところで、流体412aがバブリングされ、
液体と気体の混合体が測定管410a内を高速で移動し、配
管412内、測定管410a内を洗浄し、付着物を除去する。
洗浄制御装置429は弁417の開放後の増幅器314の出力
信号315をチェックする。洗浄制御装置429は弁417の開
放後、流量信号315が正常状態を維持した後、液体と気
体の混合体の流れに対応するふらつき信号に変わり、次
に、液切れの信号に変化し、例えば、流量信号が通常動
作時の1/3になった時点で、弁428を閉じ、弁418aを開
く。ポンプ422はこの動作中稼動しており、測定管410a
を含む管系内の空気を弁418aから排除する。洗浄制御装
置429は増幅器314の出力信号315が正常状態になるのを
待って、弁417、428を開き、弁418aを閉じて、通常の測
定状態に復帰する。
通常の状態に復帰させる方法として、ポンプ422を停
止し、弁418、418aを閉じた状態で弁428、弁427を開
け、測定管410aを含む管系内の気体を勢いよくポンプを
介して逆流させて掃気し、管系内に流体を充満させても
よい。
上記のように構成すれば、測定管410aの内面が洗浄さ
れる。しかも、不必要に多量の気体が下流の下水処理施
設等に流れ込むことがない。従って、下流側の汚泥沈静
池等が配置されている場合でも、その沈静状態を乱すこ
とがない。なお、第45図に破線430で示したように、緩
衝用の貯水池を設ければより、望ましい。
なお、流量計の測定値に基づいて、弁428を閉じる場
合に限定されず、例えば、タイマ等を用いて、所定時間
経過後、弁428を閉じるようにしてもよい。また、弁428
を設けず、圧縮空気413aにより、押し出される範囲で配
管412内の流体を全て下流に高速で流すようにしてもよ
い。このようなばあい、流量計は流体412aが通過してい
る間、出力315を出力し、多量のガスが測定管410aに到
達した時に信号315の出力を停止するように構成すれば
よい。また、洗浄中は流量計の測定を停止し、1回の洗
浄で流す流体の体積を予め測定しておき、洗浄前あるい
は洗浄後に、流量計の計測値にその体積を既知量として
自動的に加算するようにしても良い。
ポンプ422が遠心方式のポンプの場合、ポンプが停止
したときに、水が逆流可能であり、ポンプ422を停止し
た時に配管413から流体を抜くことができる。しかし、
ポンプ422がプランジャーポンプのように水が逆流しな
いタイプのポンプの場合は、第45図の構成では、配管41
2内の流体を抜くことができない。この場合、第46図に
示されるように、流体を抜くための逆流管421を配管413
に接続し、逆流管421に設けられた弁420を開いて液体を
ぬく。次に、大気開放弁418と弁420を閉じ、ポンプ422
を動作させ、スラリ等の流体を配管413内に導入すれば
同様の作用が得られる。
主弁417がゲート弁のように、片側に圧力が印加され
ていると駆動できないタイプの弁の場合も第45図の構成
では、上述の作用は得られない。この場合、第46図に示
されるように、弁419を備える連通管419aで配管413と配
管412を接続し、前述の動作を行わせればよい。
ポンプ422の代わりに、自然下流を用いる場合、第47
図に示されるように、大気開放弁418の上流に弁431を設
ければ同様の作用を行うことができる。この場合、弁43
1または主弁417を少し開けた状態で弁418から配管413内
に空気を送り込み、配管413内を空にする。洗浄動作は
主弁417を開け、被測定流体を高速で押し流して洗浄す
る。
次に、第48図を参照して、第45図に示されるシステム
の変形例を説明する。第48図では、配管系の外に高圧ガ
スタンク441が設けられている。このガクタンク441は弁
443を介して配管412に接続されている。測定管410を洗
浄する場合、主弁417を閉じた状態で弁443を開く。する
と、ガスタンク441内の圧縮ガスが配管412内に噴射さ
れ、配管412内の流体412aと混合し、実線の矢印445に示
されるように下流側に高速で流れ、測定管410aを洗浄す
る。
ガスタンク441の容量は、配管412内の流体の体積の数
倍以上の流体を流すための容量が必要である。
ガスタンクを下流側の配管441に接続し、その下流に
弁を配置し、破線の矢印447に示すように、通常の被測
定流体の流れの方向とは、逆方向に高速流体を流すよう
にしてもよい。
第45図、第46図、第47図では、配管が横方向に延びる
場合を示したが、配管は縦方向に延びてもよい。この場
合、ガスタンク441は測定管410より下側に配置される。
任意の配管にガスタンク441を接続するための弁付き
配管継手を設けておけば、複数の配管に1つのガスタン
ク441を用意するだけで良く、効率的である。また、ガ
スタンク441はコンプレッサー449を用いてガスを再充填
できる。使用されるガスは空気が一般的であるが、多種
のガスを使用してもよい。
本実施例では、高圧ガスを使用することにより、通常
状態で要求される以上に大型ポンプの使用や、自然流下
の場合の水頭Hを以上に高くする必要がない。よって、
洗浄装置の付加されていない流量計測系に若干のシーケ
ンス及び多少の設備を追加する程度で、測定管を洗浄で
きる。
第5実施例 以下、この発明の第5の実施例にかかる流量測定装置
を第49図を参照して説明する。第49図において、流量計
510の測定管510a(ライニングを含む)の上流にガス注
入装置503が接続されている。ガス注入装置503は測定管
510a内にガスを注入するためのノズル505とノズル505を
流路内に出し入れする出し入れ装置507から構成され
る。出し入れ装置507にはガス制御装置509が接続され
る。ガス制御装置509はパイプ511を介して高圧ガス源に
接続される。ガス注入装置503にはガス抜き用弁513が取
り付けられている。測定管510aの下流と、ガス注入装置
503に弁515、517が設けられる。各部の動作は制御装置5
19により制御される。
上記構成の動作を説明する。通常の流量測定時には制
御装置519の制御により弁515、517が開かれ、ノズル505
は出し入れ装置507内に収納される。電極521からの信号
は制御装置519を介して出力される。
洗浄時には、制御装置519は、弁515、519を閉じ、出
し入れ装置507にノズル505を流路内に出させる。次に、
制御装置519はガス制御装置509に出し入れ装置507にガ
スを注入させる。注入されたガスはノズル505を介して
測定管510a内に注入される。注入されたガスは被測定流
体をバブリングし、弁513からぬける。ガスと流体との
バブリングにより測定管510aの内面は洗浄される。洗浄
中は制御装置519は流量信号を出力しない。
下水処理施設では、ポンプを間欠運転する事が多い。
従って、ポンプの停止時に上記洗浄動作を行わせればよ
い。あるいは、被測定流体の流速が一定値以下になった
ことを制御装置519が検出し、ポンプを停止してから、
上述の洗浄動作を行なってもよい。
第50図は弁513の構成の一例を示す断面図である。フ
ロート530は、通常状態では、位置Aにある。測定管510
aにガスが注入され、測定管内の圧力が高まると、フロ
ート530は押し上げられ、測定管510a内のガスが抜け
る。一方、被測定流体の液面が上昇して、フロートが位
置Bに移動すると、液体がシールされる。
第51図は縦型の流量測定装置の例を示す。この例で
は、ノズル541から測定管510a内にガスを注入し、弁543
から注入されたガスを抜く。
上記説明では、洗浄時には被測定流体の流れを停止し
た。しかし、被測定流体を10%程度流しながらガスを測
定管510a内に注入してもよい。また、測定管510a内に注
入されるガスの圧力が十分に高い場合には、被測定流体
を流しながら、洗浄してもよい。
第52図は第49図の例の変形例を示す。第52図は、大量
のガスをパイプ内に注入し、被測定流体をバブリング
し、測定管510aを洗浄する例を示す。ガスGは弁551、
ノズル553を介してパイプ内に注入される。被測定流体
の流れを停止してガスをパイプ内に注入する場合、あふ
れた被測定流体は弁555を介して、パイプの外に流れ出
る。また、被測定流体が流れた状態で、パイプ内にガス
を注入する場合には、弁555は不用である。被測定流体
が流れている状態でガスをパイプ内に注入する場合、間
欠的にガスの注入を行うと良い。この場合、ガスを注入
していない時の流量計の指示値をサンプルしておき、そ
の指示値をガス注入中は出力する。
流量計が接続されているものがパイプ内にガスを流し
てはならないプラントの場合、流量測定装置の下流側に
適当なガス抜き装置が配置される。
なお、流速が早すぎる場合は注入されたガスが被測定
流体により流され、洗浄効果はあがらない。このため、
流速と洗浄効率との関係を事前に実験により求め、洗浄
効果の高いときの流速になったときに、パイプにガスを
自動的に注入するように構成してもよい。また、ガスの
注入口は流量計より下流であってもよい。低流速時にガ
スをパイプ内に注入すると、ガスは流体に押しもどさ
れ、流量計内に比較的長い時間とどまる。
なお、流体内に吹き込み用のノズルを伸ばしてガスを
パイプ内に注入するようにしてもよい。また、流速に関
係させ、ノズルの口の深さを決めてもよい。
以上説明したように、この発明によれば、風船を測定
管内で膨らますことにより、あるいは被測定流体を旋回
させることにより、あるいは被測定流体を高圧ガスを用
いて高速に流すことにより、測定管の内面の付着物を除
去できる。
なお、測定管はライニング加工したものでも、しない
ものでも良い。
この発明は、上記実施例に限定されず、同一性を維持
する範囲内で種々の変更が可能である。
[発明の効果] この発明の流量測定装置では、風船が膨らまされた状
態、または、被測定流体が旋回された状態、ガスが注入
された状態で、被測定流体が通常よりも速く流れ、ある
いは流れの方向が通常状態と異なる。このため、被測定
流体自身により測定管の付着物が除去される。被測定流
体中に固形物を混入することにより洗浄効果はより向上
する。また、校正手段を設け、または、超音波伝幡素子
と超音波受信素子を結ぶ線仮想的な線が測定管の軸を避
けるように構成すれば、従来より正確に被測定流体の流
量を測定できる。また、被測定流体内に瓦斯を注入する
ことにより被測定流体がバブリングされ、付着物が除去
される。
【図面の簡単な説明】
第1図(a),(b)、第2図(a),(b),
(c)、第3図、第4図、第5図(a),(b),
(c)、第6図(a),(b),(c),(d)、第7
図(a),(b)、第8図(a),(b)、第9図
(a),(b)、は従来の洗浄流れ発生装置の構成を示
す図面であり、 第10図(a),(b)はこの発明の第1の実施例にかか
る流量測定装置の構成を示す図であり、第11図、第12図
(a),(b),(c)、第13図、第15図、第16図
(a),(b)、第17図(a),(b)、第18図
(a),(b)、第19図(a),(b),(c)、第20
図(a),(b)、第21図、第22図は第10図(a),
(b)に示される旋流発生装置の変形例を示す図、第14
図は第13図に示される構成の動作を説明するための図、
第23図、第24図は第10図(a),(b)に示される旋流
発生装置の作用を説明するための図であり、 第25図はこの発明の第2の実施例にかかる流量測定装置
の構成を示す縦断面図、第26図は第25図に示される風船
の構成を説明するための斜視図、第27図は風船の膨らま
さない部分の変形例を説明するための斜視図、第28図
(a),(b)、第29図、第30図、第31図は第25図の流
量測定装置の変形例を説明するための図、 第32図はこの発明の第3の実施例にかかる流量測定装置
の構成を示す図、第33図、第34図、第35図は第32図に示
される旋流発生装置の作用を説明するための図、第36
図、第37図(a),(b),(c),(d)は第32図に
示される流量測定装置の応用例を示す図、第38図、第39
図、第40図、第41図、第42図(a),(b)、第43図、
第44図は第32図に示される流量測定装置の変形例を示す
図、 第45図はこの発明の第4の実施例にかかる流量測定装置
の構成を示す縦断面図、第46図、第47図、第48図は第45
図に示される流量測定装置の変形例を示す図、 第49図、第50図、第51図はこの発明の第5の実施例にか
かる流量測定装置の構成を示す縦断面図、第52図は第49
図に示される流量測定装置の変形例を示す図である。 1、101、201、310、510……流量計、2、12、22、32、
42、52、62、202……洗浄流発生装置、7、15、15a、3
6、65……ベーン、25……可撓性パイプ、26……押え金
物、37、45、55……シリンダ、38、46……ピストン、56
……プランジャー、102……旋流発生装置、105……流れ
制御機構、106a、106b、106c、121a、121b、123a、123
b、130……プレート、125……回転子、128、129……枝
管、201a、310……測定管、203……風船挿入抜出装置、
208、218……風船、211、212……洗浄剤給排管、213…
…空隙、313……洗浄流発生装置、318……固体粒導入
管、326、327……超音波送受信素子、331……流量変換
器、333……平均化回路、340……制御回路、422……ポ
ンプ、441……ガスタンク、505、553……ノズル、507…
…出し入れ装置、509……ガス制御装置、530……フロー
ト。

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】流体が流過する測定管内に構成要素を持た
    ない流量計と、この流量計の上流側近傍に配置され測定
    管内へしぼんだ状態の風船を管軸方向へ延在するように
    送り込み、風船を膨らます動作およびこの風船をしぼま
    せその後測定管外へ引き出す動作を行なう風船挿入抜出
    装置とを具備し、風船を膨らませた状態にしたとき測定
    管の断面積減少により流速の増大した流体によって測定
    管内面の付着物を除去するようにした流量測定装置。
  2. 【請求項2】流体が流過する測定管内に構成要素を持た
    ない流量計と、この流量計の上流側近傍に配置され測定
    管内へしぼんだ状態の風船を管軸方向へ延在するように
    送り込み、風船を膨らます動作およびこの風船をしぼま
    せその後測定管外へ引き出す動作を行なう風船挿入抜出
    装置と、測定管の両端部あるいはその上流又は下流の各
    近傍位置でそれぞれ管内に開口する洗浄剤給排管とを具
    備し、且つ膨らませたとき洗浄剤給排管の各開口位置よ
    り上流および下流に位置する部分が管内壁に当接して流
    路を閉塞する形状に膨らむ風船を用い、この風船を膨ら
    ませた状態にしたとき測定管の内周面に沿い風船によっ
    て両端を閉塞された空隙に洗浄剤給排管を介して洗浄剤
    を充填保持するかもしくは流して付着物を除するように
    した流量測定装置。
  3. 【請求項3】被測定流体が通過する測定管を備える流量
    計と、 流量計の上流に配置され、測定管内へしぼんだ状態の風
    船を送り込み、膨らませて測定管内面の付着物を除去
    し、風船をしぼませ、測定管外へ引き出す風船挿入抜出
    装置と、を具備する流量測定装置。
  4. 【請求項4】被測定流体が通過する測定管を備える流量
    計と、 流量計の上流に配置され、測定管内へしぼんだ状態の風
    船を送り込み、膨らませ、その後、風船をしぼませ、測
    定管外へ引き出す風船挿入抜出装置と、 測定管に接続され、風船が膨らんだ状態において、測定
    管内に洗浄剤を注入し、測定管の内面の付着物を除去す
    る洗浄剤供給管と、を備える流量測定装置。
  5. 【請求項5】被測定流体が通過する測定管を備え、測定
    管を通過する流体の流量を測定する流量計と、 流量計の上流に配置され、測定管内面の付着物を除去す
    るために被測定流体を旋回させる旋流発生手段と、 旋流発生手段により被測定流体が旋回された状態におけ
    る流量計の測定値を被測定流体が旋回していないときの
    測定値に校正する校正手段と、を備える流量測定装置。
  6. 【請求項6】被測定流体が通過する測定管と、測定管内
    に超音波を出力する超音波送信素子と、超音波送信素子
    からの超音波を受信する超音波受信素子を備え、測定管
    を通過する流体の流量を測定する超音波流量計と、 流量計の上流に配置され、測定管内面の付着物を除去す
    るために被測定流体を旋回させる旋流発生手段と、を具
    備し、 超音波伝幡素子と超音波受信素子を結ぶ仮想的な線が測
    定管の軸を避けるように構成されている流量測定装置。
  7. 【請求項7】被測定流体が通過する少なくとも一つの弁
    を有する被測定管と、前記弁を挟んで一方側に設けられ
    且前記被測定管に前記被測定流体を通過させるポンプ手
    段と、前記弁を挟んで他方側に設けられ且前記被測定流
    体の流量を測定する流量計とを備えた流量測定装置であ
    って、 前記他方側の被測定管内面の付着物を除去するため、被
    測定流体を高速で移動させ得るように、前記被測定管に
    被測定流体を満たした状態で前記弁を閉じ、前記一方側
    の被測定配管内に前記ポンプ手段により高圧ガスを充填
    させた後に前記弁を開くよう構成されたことを特徴とす
    る流量測定装置。
  8. 【請求項8】被測定流体が通過する測定管を備え、被測
    定流体の流量を測定する流量計と、 測定管内面の付着物を除去するために、被測定流体を高
    速で移動させ得るよう被測定流体が流れる配管内に高圧
    ガスを充填する充填手段と、 付着物を除去する効果を向上するために、付着物除去助
    材を被測定流体に混入するための挿入口と、を備える流
    量測定装置。
  9. 【請求項9】被測定流体が通過する測定管を備え、被測
    定流体の流量を測定する流量計と、 測定管内面の付着物を除去するために、被測定流体をバ
    ブリングさせ得るよう被測定流体が流れる配管内に、当
    該被測定流体が所定の流速になったときにガスを注入す
    る注入手段と、を備える流量測定装置。
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