JP3650429B2 - 圧力変動吸収装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は配管内を輸送される都市ガス等の流体の圧力変動を抑制するための圧力変動吸収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、都市ガス等の需要者宅に配設されるガスメータとしては、例えば熱式流速センサ（フローセンサ）を用いた流量計やフルイディック発振の周波数が流体の流量と関係することを利用したフルイディック流量計があるが、これらの流量計による流量測定を正確に行うには、ガス配管内の圧力を一定に保つ必要がある。これは、圧力変動に伴って流速が変動し、測定される流量も変化するからである。そこで、このような管内圧力変動を抑制するため、各種の工夫がなされており、例えばメータ流路内に固定オリフィス（絞り）を設けたり、あるいはダイヤフラム等を用いたガバナを入れることが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の固定オリフィスによる場合、絞り率を大きくすると、図１３に示すように、圧力変動を効果的に抑制することができる。この図で、縦軸は入力側（上流側）の変動圧（圧力変動分）に対する出力側（下流側）の変動圧の比を示し、横軸は流量を示すが、この比は流量によらず小さいことが理想的である。この図から判るように、固定オリフィスの絞り率を大きくした場合には変動圧の比がＲ１ と比較的小さくなり、圧力変動の抑制効果が良好である。しかしながら、この場合にはオリフィスの絞り率が大きいため、圧力損失が図１４に示すように流量増大と共に急激に増加する。この図で、ガスメータ等で許容される最大圧力損失をΔＰｍａｘ とすると、測定可能な最大流量はＱ１ となって小さくなり、大流量域での測定に対応できない。
【０００４】
一方、固定オリフィスの絞り率を小さくすると、図１５に示すように、流量増大に伴う圧力損失の増加率はさほどでなく、測定可能な最大流量もＱ２ となって大きくなるが、変動圧の比は図１６に示すようにＲ２ と大きくなり、圧力変動を効果的に抑制することができない。
【０００５】
また、ガバナによる方法ではその構造上の複雑さ等からサイズが大きくなってガスメータの小型化に支障をきたすほか、数十Ｈｚという高い周波数の圧力変動には対応できないという問題点があった。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡単な構造によって圧力損失を低く抑制しつつ圧力変動を効果的に吸収することができる圧力変動吸収装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の圧力変動吸収装置は、流体の流路中に設けられ、この流路中の流体の圧力変動を吸収する装置であって、流路の上流側から下流側に流体を通過させるための絞り口と、上流側と下流側との差圧によって自ら移動し、差圧が大きくなるにつれて絞り口の流体通過断面積を大きくし、逆に差圧が小さくなるにつれて絞り口の流体通過断面積を小さくする可動部材と、この可動部材のハンチングを抑制する緩衝機構とを備えている。
【０００８】
この圧力変動吸収装置では、可動部材が上流側と下流側との差圧によって自ら移動し、差圧が大きくなるにつれて絞り口の流体通過断面積を大きくし、逆に差圧が小さくなるにつれて絞り口の流体通過断面積を小さくする。このとき、緩衝機構によって、上流側の圧力変動に伴う可動部材のハンチングは防止される。
【０００９】
請求項２記載の圧力変動吸収装置は、流体の流路中に設けられ、この流路中の流体の圧力変動を吸収する装置であって、下底面部に上流側に連通する流体導入口を有すると共に少なくとも側壁と上壁とを有し、筒軸を鉛直方向に一致させて配置された筒状体であって、下流側に連通する所定形状の絞り開口部を側壁に有すると共に、下流側に連通する小孔を上壁または側壁の最上部近傍に有する筒状体と、この筒状体の内部に上下動自在に設けられ、上流側と下流側との差圧に応じて筒状体の内壁面に沿って自ら浮揚しながら上下動を行い、差圧が大きくなるにつれて絞り開口部の流体通過断面積を大きくし、逆に差圧が小さくなるにつれて絞り開口部の流体通過断面積を小さくするフロートとを備え、筒状体の側壁、上壁およびフロートの上面によって形成される緩衝室によって、フロートのハンチングを抑制する緩衝機構を形成したものである。
【００１０】
この圧力変動吸収装置では、フロートが上流側と下流側との差圧によって自ら浮揚しながら上下動を行い、差圧が大きくなるにつれて絞り開口部の流体通過断面積を大きくし、逆に差圧が小さくなるにつれて絞り開口部の流体通過断面積を小さくする。このとき、緩衝機構によって、上流側の圧力変動に伴うフロートのハンチングは防止される。
【００１１】
請求項３記載の圧力変動吸収装置は、請求項２記載の圧力変動吸収装置において、さらに、流路中に水平方向に差し渡されて上流側と下流側とを画すると共に、その一部に貫通開口を有する隔壁を備え、前記筒状体が、前記両端導入口を前記隔壁の貫通開口に一致させるようにして前記隔壁の上面に固着されたものである。
【００１２】
請求項４記載の圧力変動吸収装置は、流体の流路中に設けられ、この流路中の流体の圧力変動を吸収する装置であって、筒軸を鉛直方向に一致させて配置され、上流側に連通する流体導入口を下底面部に有し、下流側に連通する所定形状の絞り開口部を側壁に有する第１の筒状体と、この第１の筒状体の内部に上下動自在に設けられ、上流側と下流側との差圧に応じて第１の筒状体の内壁面に沿って自ら浮揚しながら上下動を行い、差圧が大きくなるにつれて絞り開口部の流体通過断面積を大きくし、逆に差圧が小さくなるにつれて絞り開口部の流体通過断面積を小さくするフロートと、このフロートの上下動に連動して上下動するピストンと、このピストンを上下動自在に収容すると共に、このピストンと共に緩衝室としての閉空間を形成する第２の筒状体と、閉空間を下流側に連結する小孔とを備え、第２の筒状体、ピストンおよび小孔によって、フロートのハンチングを抑制する緩衝機構を形成したものである。
【００１３】
この圧力変動吸収装置では、フロートが上流側と下流側との差圧によって自ら浮揚しながら上下動を行い、差圧が大きくなるにつれて絞り開口部の流体通過断面積を大きくし、逆に差圧が小さくなるにつれて絞り開口部の流体通過断面積を小さくする。このとき、上流側の圧力変動に伴うフロートのハンチングは、これと連動したピストン、第２の筒状体および小孔で構成される緩衝機構によって防止される。
【００１４】
請求項５記載の圧力変動吸収装置は、請求項４記載の圧力変動吸収装置において、さらに、流路中に水平方向に差し渡されて上流側と下流側とを画すると共に、その一部に貫通開口を有する隔壁を備え、第１の筒状体が、両端導入口を隔壁の貫通開口に一致させるようにして隔壁の上面に固着されたものである。
【００１５】
請求項６記載の圧力変動吸収装置は、流体の流路中に設けられ、この流路中の流体の圧力変動を吸収する装置であって、筒軸を鉛直方向に一致させて配置され、上流側に連通する流体導入口を下底面部に有し、下流側に連通する開口窓を側壁に有する第１の筒状体と、この第１の筒状体の底面中央部に、軸を第１の筒状体の軸と一致させて固設されたガイド軸と、中央部に貫通孔を有すると共にこの貫通孔がガイド軸に上下動自在に嵌合され、上流側と下流側との差圧に応じて第１の筒状体の内壁面に沿って自ら浮揚しながら上下動を行い、差圧が大きくなるにつれて開口窓の流体通過断面積を大きくし、逆に差圧が小さくなるにつれて開口窓の流体通過断面積を小さくするフロートと、このフロートの上下動に連動して上下動するピストンと、このピストンを上下動自在に収容すると共に、このピストンと共に緩衝室としての閉空間を形成する第２の筒状体と、閉空間を下流側に連結する小孔とを備え、第２の筒状体、ピストンおよび小孔によって、フロートのハンチングを抑制する緩衝機構を形成したものである。
【００１６】
この圧力変動吸収装置では、フロートが上流側と下流側との差圧によって自ら浮揚しながら上下動を行い、差圧が大きくなるにつれて開口窓の流体通過断面積を大きくし、逆に差圧が小さくなるにつれて開口窓の流体通過断面積を小さくする。このとき、上流側の圧力変動に伴うフロートのハンチングは、これと連動したピストン、第２の筒状体および小孔で構成される緩衝機構によって防止される。
【００１７】
請求項７記載の圧力変動吸収装置は、請求項６記載の圧力変動吸収装置において、さらに、流路中に水平方向に差し渡されて上流側と下流側とを画すると共に、その一部に貫通開口を有する隔壁を備え、第１の筒状体が、両端導入口を隔壁の貫通開口に一致させるようにして隔壁の上面に固着されたものである。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施例に係る圧力変動吸収装置を用いたガスメータの機能的構成を表わすものである。この図に示すように、ガスメータ１０は、ガス流路の入口側に設けられた遮断弁１１と、この遮断弁１１の下流側流路に設けられた圧力変動吸収装置１２と、この圧力変動吸収装置１２の下流側流路に設けられたフルイディック素子１３とを備えている。そして、フルイディック素子の下流側はガスメータ１０の出口部に接続されている。
【００２０】
フルイディック素子１３は、いわゆるフルイディック発振の周波数が流体の流量と関係することを利用した流量計である。なお、このフルイディック発振とは、図示しないが、噴流を発生させるノズルの下流側に、一対の側壁によって流路拡大部を形成すると共に、側壁の外側に設けられたリターンガイドによって、ノズルを通過した流体を各側壁の外側に向かってノズルの噴出口側へ導く一対のフィードバック流路を形成した場合に、ノズルを通過した流体が一対のフィードバック流路を交互に流れる現象である。この場合、フルイディック発振の周波数を検出するセンサとしては圧電素子等が用いられる。
【００２１】
遮断弁１１は、フルイディック流量計１３で測定された流量が所定の条件を満たした場合（例えば一定値以上の流量が所定時間連続して測定された場合等）に遮断され、ガス漏れに対処するようになっている。
【００２２】
圧力変動吸収装置１２は、上流側で生じた圧力変動がフルイディック流量計１３に伝わって流量測定値に悪影響を与えるのを抑制するためのものである。
【００２３】
図２は本発明の一実施例に係る圧力変動吸収装置の一部断面を表すもので、図１の圧力変動吸収装置１２として適用されるものである。この圧力変動吸収装置は、本体２１の内部を上下２つの気室２２，２３に仕切る隔壁２４と、遮断弁１１（図１）に接続される導入口２５と、フルイディック流量計１３（図１）に接続される排出口２６と、円筒軸が鉛直方向を向くように上側の気室２２内に配設されると共に下端部を隔壁２４の上面に固着された円筒体２７と、この円筒体２７の内部に配置されたフロート２８とを備えている。円筒体２７の底部の隔壁２４にはガス導入用の開口部２９が設けられ、円筒体２７の上方は上壁３０によって閉じられている。円筒体２７の側壁には、可変絞りとしての絞り開口部３１が設けられ、上壁３０にはガス流通用の小孔３２が設けられている。そして、円筒体２７の側壁、上壁３０およびフロート２８の上面により形成される気室３３と小孔３２とによってダンパ（緩衝機構）が構成されている。なお、小孔３２は、上壁３０に限られず、円筒体２７の側壁上部に設けるようにしてもよい。
【００２４】
フロート２８は、図示のように、上底面、下底面および側周面が薄くて軽い材料によって形成された中空の円筒形状を有し、その外径は円筒体２７の内壁面との間に僅かのクリアランスが生ずる程度に設定されている。そして、フロート２８には、上流側の気室２２と下流側の気室２３との差圧に応じた力が開口部２７から流入するガスによって与えられ、これによってフロート２８は円筒体２７の内壁面に沿って浮上して、絞り開口部３１のガス通過断面積を変化させるようになっている。なお、フロート２８は、下底面を欠く“コ”の字形の断面をもつものでもよく、逆に上底面を欠く“コ”の字形の断面をもつものでもよい。また、差圧によって所定の浮上量が確保できる程度に軽い材料で形成されていれば、中空でなく内部まで材料で満たされているものであってもよい。
【００２５】
図３は図２の円筒体２７をＡＢ断面線の方向から見た状態を表すものである。この図に示すように、円筒体２７の側壁に設けられた絞り開口部３１は、円筒体２７の軸方向（すなわち鉛直方向）に細長い矩形状の形状を有している。絞り開口部３１は、図２ではフロート２８が底部にある状態においてこのフロート２８の側面が絞り開口部３１の一部にかかるような位置に設けられているが、これに限るものではなく、フロート２８が底部にある状態においてフロート２８の上方に完全に露出するような位置に設けてもよい。この絞り開口部３１の下端位置はフロート２８の重量や気室２２，２３の差圧の大きさの範囲等を考慮して定めるのが望ましい。
【００２６】
次に、以上のような構成の圧力変動吸収装置の作用を図４ないし図６を参照して説明する。
【００２７】
気室２２，２３の差圧が所定値以下の状態ではフロート２８は浮上せず、図２に示すように、絞り開口部３１と開口部２９との間は遮断状態（ガス流通ができない状態）となっている。差圧が所定値以上になると、フロート２８が浮上を開始する。そして、図４に示すように、フロート２８の下底面が絞り開口部３１の下端部を僅かに通過する位置まで上昇すると、開口部２９と絞り開口部３１との間が部分的にガス流通可能状態となる。これにより、導入口２５から気室２３に導入されたガスの一部が開口部２９を通って円筒体２７の絞り開口部３１から気室２２内に流入し、さらに排出口２６からフルイディック流量計１３へと送られる。従って、この状態では微小流量のガスが圧力変動吸収装置１２を通過することとなる。このとき、絞り開口部３１のガス通過断面積は極めて小さく絞り率が大きいため気室２３内の圧力変動は効果的に吸収され、気室２２に伝わる圧力変動の大きさは抑制される。
【００２８】
一般に低流量域では、フルイディック流量計の出力、すなわち流量センサ（図示せず）から出力されるセンサ電圧の振幅は極めて小さいので、圧力変動がそのままフルイディック流量計１３に伝達されると測定精度が著しく低下する。しかし、図２に示したような圧力変動吸収装置１２を設ければ、その絞り作用により低流量域で圧力変動を効果的に吸収することができるため、フルイディック流量計１３での測定精度が良好になる。この場合、比較的高い周波数（数十Ｈｚ程度）の圧力変動であっても、絞り作用により効果的に吸収される。
【００２９】
さて、気室２２，２３の差圧がさらに上昇して流量が増加すると、フロート２８はさらに上昇し、絞り開口部３１のガス通過断面積が増加し、絞り率は小さくなる。そしてついには、絞り開口部３１の全体がフロート２８の下端面より下側となって、ガス通過断面積は最大となり、最大流量のガスが通過する。この状態では絞り率は最小であるため、圧力変動の吸収効果は最小となり、比較的大きな圧力変動が次段のフルイディック流量計１３に伝達されることとなる。ところが、大流量域においては、フルイディック流量計１３の出力、すなわち流量センサ（図示せず）から出力されるセンサ電圧の振幅は十分大きいため、圧力変動によって測定精度が低下することはなく、問題とならない。
【００３０】
図５は図２の圧力変動吸収装置１２の圧力損失特性を表し、図６はこの装置によって得られる変動圧の比を表すものである。図５に示すように、この装置によれば、低流量域から大流量域にわたる広い範囲で圧力損失がほぼ一定となり、許容される最大圧力損失ΔＰmax から定まる最大測定流量は、図１５に示した値とほぼ同じ値（Ｑ2 ）となって、測定可能な流量範囲が大きくなる。これと共に、図６に示すように、変動圧の比は低流量域から大流量域にわたる広い範囲で図１３に示した値とほぼ同じ一定値（Ｒ1 ）となり、小さい値に保持される。すなわち、低流体域から大流量域まで効果的に圧力変動を吸収することができる。
【００３１】
さて、定常時（すなわち流量が一定である状態）においては、フロート２８は一定の浮上位置で静止するのが理想である。しかしながら、定常時において上流側（気室２３側）に比較的高周波（数Ｈｚ〜数十Ｈｚ程度）の圧力変動が生じた場合、絞り開口部３１の大きさや形状、あるいはフロート２８の重量や浮上ストローク等のパラメータの設定の仕方によってはフロート２８が上下に振動するハンチングと呼ばれる現象が生ずる場合がある。この現象が生ずると、却って圧力変動の増幅を招き、ガスメータの測定精度に悪影響を与える。そこで、この現象を防止するため、本実施例では円筒体２７の上部に気室３３を設けると共に上壁３０に小孔３２を設けて緩衝機能を付加し、フロート２８の急激な動き（上下振動）を抑制している。具体的には、フロート２８が上昇するときは、気室３３内のガスが圧縮されるためフロート２８は抵抗を受けるが、気室３３内のガスの一部は小孔３２を通って徐々に流出するため、フロート２８はゆっくりと上昇する。一方、フロート２８が下降するときは、気室３３内のガスが拡張されるためフロート２８はやはり抵抗を受けるが、小孔３２を通って気室２２から気室３３内にガスが徐々に流入するため、フロート２８はゆっくりと下降する。このようなダンピング作用により、定常状態において上流側に僅かに圧力変動が生じた場合でも、フロート２８のハンチングが生ずることはなく、これによる圧力変動の増幅も生じない。そして、上流側の圧力変動は絞り開口部３１における絞り効果によって吸収され、下流側への伝達が効果的に阻止されることとなる。
【００３２】
このように、本実施例の圧力変動吸収装置は、流量に応じて自動的に絞り率を変化させるいわば自動可変絞りとして機能するため、低流量域から大流量域にわたる広い範囲で効果的な圧力変動吸収が可能となる。しかも、本装置にはフロート２８のハンチングを防止するためのダンパが付加されているため、上流側の圧力変動に起因するハンチングが防止され、圧力変動が増幅されることもない。また、本装置はアクチュエータ等の動力源や複雑な制御機構を用いず、極めて簡単な構造のみで構成することができる。
【００３３】
なお、本実施例では、フロート２８の下降は自重によって行われるが、これに限るものではなく、ごく弱いコイルばね等によってフロート２８を円筒体２７の底部方向に付勢しておき、このコイルばねによってフロート２８の下降を行わせるように構成してもよい。この場合には、円筒体２７の軸を鉛直方向に向ける必要はなく、任意の姿勢での配置が可能である。
【００３４】
図７は本発明の他の実施例に係る圧力変動吸収装置の一部断面を表すもので、図１の圧力変動吸収装置１２として適用されるものである。この圧力変動吸収装置は、本体１２１の内部を上下２つの気室１２２，１２３に仕切る隔壁１２４と、遮断弁１１（図１）に接続される導入口１２５と、フルイディック流量計１３（図１）に接続される排出口１２６と、円筒軸を鉛直方向に一致させ、隔壁１２４の上面と本体１２１の上側内壁面との間を接続するように固着された（第１および第２の筒状体としての）円筒体１２７と、この円筒体１２７の内部に上下動自在に配置されたフロート体１２８とを備えている。円筒体１２７の底部の隔壁１２４にはガス導入用の開口部１２９が設けられ、円筒体１２７の側壁には可変絞りとしての絞り開口部１３１とガス流通用の小孔１３２と窓１３４，１３５が設けられている。
【００３５】
フロート体１２８は、ピストン１３６、フロート１３７およびこれらを連結する連結部材１３８とにより構成され、薄くて軽い材料によって中空構造に形成されている。ピストン１３６およびフロート１３７の外径は円筒体１２７の内壁面との間に僅かのクリアランスが生ずる程度に設定されている。フロート１３７には、上流側の気室１２３と下流側の気室１２２との差圧に応じた力が隔壁１２４の開口部１２９から流入するガスによって与えられ、これによって円筒体１２７の内壁面に沿って浮上し、絞り開口部１３１のガス通過断面積を変化させるようになっている。なお、フロート１３７は下底面を欠く“コ”の字形の断面をもつものでもよく、ピストン１３６は上底面を欠く“コ”の字形の断面をもつものでもよい。また、差圧によって所定の浮上量が確保できる程度に軽い材料で形成されていれば、フロート体１２８全体を中空でなく内部まで材料で満たしたもので構成してもよい。さらに、ピストン１３６およびフロート１３７を共に単なる板状に形成してもよい。
【００３６】
図８は図７の円筒体１２７をＣＤ断面線の方向から見た状態を表すものである。この図に示すように、絞り開口部１３１は、円筒体１２７の軸方向（すなわち鉛直方向）に細長い矩形状の形状を有している。絞り開口部１３１の位置は、上記実施例（図２）の場合と同様に、フロート体１２８の重量や気室１２２，１２３の差圧の大きさの範囲等を考慮して定められる。また、窓１３４，１３５は円筒体１２７の内外間のガス流通に支障がない程度に十分大きな開口を有している。
【００３７】
次に、以上のような構成の圧力変動吸収装置の作用を図９を参照して説明する。この装置の作用も基本的には上記実施例（図２）の装置と同様である。すなわち、気室１２２，１２３の差圧が所定値以下の状態ではフロート体１２７は浮上せず、図７に示すように、絞り開口部１３１と開口部１２９との間は遮断状態となっている。差圧が所定値以上になると、フロート体１２８が浮上を開始する。そして、図９に示すように、フロート１３７の下底面が絞り開口部１３１の下端部を僅かに通過する位置まで上昇すると、開口部１２９と絞り開口部１３１の一部との間がガス流通可能状態となり、ガスが気室１２３から気室１２２内に流入する。このとき、絞り開口部１３１のガス通過断面積は小さい（絞り率が大きい）ため、気室１２３内の圧力変動は効果的に吸収され、気室１２２への伝達が抑制される。
【００３８】
気室１２２，１２３の差圧がさらに上昇して流量が増加すると、フロート体１２８はさらに上昇し、絞り開口部１３１のガス通過断面積が増加する（絞り率は小さくなる）。そしてついには、絞り開口部１３１の全体がフロート１３７の下端面より下側となって、ガス通過断面積は最大となり、最大流量のガスが通過する。この状態では絞り率は最小であるため圧力損失は抑制されるが、圧力変動の吸収効果は最小となり、比較的大きな圧力変動が次段のフルイディック流量計１３に伝達される。しかし、上記実施例（図２）で述べたように、大流量域においては、フルイディック流量計１３の出力、すなわち流量センサ（図示せず）から出力されるセンサ電圧の振幅は十分大きいため、圧力変動によって測定精度が低下することはなく、問題とならない。この場合も、圧力損失は図５に示すように大流量域に至るまで小さく抑制され、また、変動圧の比は図６に示すように低流量域から大流量域にわたる広い範囲で小さい値に保持され、効果的に圧力変動を吸収することができる。
【００３９】
さて、定常時（一定流量の状態）において上流側に圧力上昇変動が生じたとすると、フロート１３７が上昇するが、気室１３３および小孔１３２によるダンピング作用によってフロート体１２８は全体としてゆっくりと上昇する。一方、圧力下降変動によってフロート１３７が下降するときも、上記のダンピング作用によってフロート体１２８は全体としてゆっくりと下降する。このため、定常状態において上流側に僅かに圧力変動が生じた場合でも、フロート体１２８のハンチングが生ずることはなく、これによる圧力変動の増幅も生じない。そして、上流側の圧力変動は絞り開口部１３１における絞り効果によって吸収され、下流側への伝達が効果的に阻止されることとなる。
【００４０】
以上の各実施例（図２，図７）では、円筒体２７，１２７，２２７の側壁に設けた絞り開口部３１，１３１，２３１はいずれも矩形状としたがこれに限るものではなく、例えば円筒体２２７の軸方向に細長い長円状や上に開いた３角孔、“いちょう形”の孔、“楯形”の孔、またはスリット状の孔にしてもよい。また、円筒体２２７の軸方向に１列に並んだ複数の円孔で構成してもよい。さらに、これらの組合せによって構成してもよい。
【００４１】
図１０は本発明の他の実施例に係る圧力変動吸収装置の一部断面を表すもので、図１の圧力変動吸収装置１２として適用されるものである。また、図１１は図１０のＥＦ断面線における断面を表すものである。但し、図１１ではフロート体２２８を省略している。
【００４２】
これらの図に示すように、この圧力変動吸収装置は、本体１２１の内部を上下２つの気室２２２，２２３に仕切る隔壁２２４と、遮断弁１１（図１）に接続される導入口２２５と、フルイディック流量計１３（図１）に接続される排出口２２６と、円筒軸を鉛直方向に一致させ、隔壁２２４の上面と本体２２１の上側内壁面との間を接続するように固着された（第１および第２の筒状体としての）円筒体２２７と、この円筒体２２７の内部に上下動自在に配置されたフロート体２２８とを備えている。円筒体２２７の底部の隔壁２２４の中央部には、円筒体２２７の軸と同じ軸を有する円柱状のガイド軸２４０が固設され、これを囲むようにして円筒体２２７内の隔壁２２４にガス導入用の扇形の開口部２２９が４つ設けられている。すなわち、図１１に示すように、ガイド軸２４０は円筒体２２７の底部の隔壁２２４に残った４本の腕２４１によって支えられている。円筒体２２７の側壁にはガス流通用の小孔２３２と十分大きな開口面積をもつ窓２３４，２３５が設けられている。
【００４３】
フロート体２２８は、円盤状のピストン板２３６、中央部に開口を有する円盤状のフロート板２３７およびこれらを連結する中空円筒状の連結部材２３８とにより構成されている。この連結部材２３８は、ガイド軸２４０の外形よりも十分大きい内径を有しており、ガイド軸２４０に上下動自在に嵌合されている。なお、この連結部材２３８は、円筒状に限られず、フロート板２３７とピストン板２３６とを一体に連結できるものであれば他の形状のものでもよい。ピストン板２３６およびフロート板２３７の外径は円筒体２２７の内壁面との間に僅かのクリアランスが生ずる程度に設定されている。そして、フロート２３７は、上流側の気室２２３と下流側の気室２２２との差圧に応じた力（具体的には、隔壁２２４の開口部２２９から流入するガス）によって円筒体２２７の内壁面に沿って浮上し、これと共に、ピストン板２２８も上昇するようになっている。なお、フロート板２３７およびピストン板２３６は、それぞれの周囲に円筒側壁を有するものでもよい。
【００４４】
次に、以上のような構成の圧力変動吸収装置の作用を図１２を参照して説明する。この装置の作用も原理的には図２または図７と同様である。すなわち、気室２２２，２２３の差圧が所定値以下の状態ではフロート体２２７は浮上せず、図１０に示すように、絞り開口部１３１と開口部１２９との間ではガス流通は行われない。
【００４５】
差圧が所定値以上になると、フロート体２２８が浮上を開始する。そして、フロート板２３７の底面が窓２３４、２３５の下端部を僅かに通過する位置まで上昇すると、絞り開口部２３１の一部がガス流通可能状態となり、開口部２２９を介してガスが気室２２３から気室２２２内に流入する。このとき、絞り開口部２３１のガス通過断面積は小さい（絞り率が大きい）ため、気室２２３内の圧力変動は効果的に吸収され、気室２２２への伝達が抑制される。気室２２２，２２３の差圧がさらに上昇して流量が増加すると、フロート体２２８はさらに上昇し、絞り開口部２３１のガス通過断面積が急激に増加する（絞り率は小さくなる）。この状態では絞り率は最小であるため圧力損失は十分抑制されるが、圧力変動の吸収効果は小さくなり、比較的大きな圧力変動が次段のフルイディック流量計１３に伝達される。しかし、上記実施例（図２）で述べたように、大流量域においては、フルイディック流量計１３のセンサ出力は十分大きいため、圧力変動によって測定精度が低下することはない。この場合も、圧力損失は図５に示すように大流量域に至るまで小さく抑制され、また、変動圧の比は図６に示すように広い流量範囲で小さい値に保持され、効果的に圧力変動を吸収することができる。
【００４６】
さて、定常時（一定流量の状態）において上流側に圧力上昇変動が生じたとすると、フロート板２３７が上昇するが、気室２３３および小孔２３２によるダンピング作用によってフロート体２２８が全体としてゆっくりと上昇する。一方、圧力下降変動によってフロート板２３７が下降するときも、上記のダンピング作用によってフロート体２２８は全体としてゆっくりと下降する。このため、定常状態において上流側に僅かに圧力変動が生じた場合でも、フロート体２２８のハンチングが生ずることはなく、これによる圧力変動の増幅も生じない。そして、上流側の圧力変動は絞り開口部２３１における絞り効果によって吸収され、下流側への伝達が効果的に阻止されることとなる。
【００４７】
なお、以上の２つの実施例（図７および図１０）では、円筒体１２７（２２７）を本体１２１（２２１）の上壁と隔壁１２４（２２４）との間を接続する一体のものとして形成し、これに大きな窓１３４，１３５（２３４，２３５）を設けるようにしたが、これに限るものではなく、円筒体を上下２つの別個の円筒体（第１および第２の筒状体）に分離し、下側の円筒体にフロート１３７（フロート板２３７）を、上側の円筒体にピストン１３６（ピストン板２３６）を、共に上下動自在に収納し、フロート１３７（フロート板２３７）とピストン１３６（ピストン板２３６）とを連結するように構成してもよい。また、ダンピング用の小孔１３２，２３２は円筒体１２７，２２７の側壁の上部に設けることとしたが、これに限るものではなく、要は気室１３３（２３３）の圧縮・拡張時において下流側との間でガス流通可能であればよいので、ピストン１３６（ピストン板２３６）に設けるようにしてもよい。
【００４８】
本実施例では、筒状体の形状を円筒体としたが、これに代えて他の形状の筒（例えば三角柱、四角柱等の多角柱状の筒）を用いると共に、フロートやピストンをその内形に合う形状にして装置を構成してもよい。
【００４９】
また、本実施例では、フルイディック流量計を用いたガスメータへの応用例を示したが、そのほか、熱式流量センサ（フローセンサ）によって直接的に流速を検出するタイプの流量計や膜式流量計等を用いたガスメータにも適用できることはいうまでもない。また、圧力変動吸収装置１２をガスメータに内蔵するのでなく、ガスメータの外部（ガスメータの前段）の流路中に配設するようにしてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の圧力変動吸収装置によれば、上流側と下流側との差圧（すなわち流量の大小）よって自ら浮揚しながら上下動を行う可動部材（フロート）の移動によって、差圧が大きくなるにつれて自動的に開口窓の流体通過断面積を大きくし、逆に差圧が小さくなるにつれて自動的に開口窓の流体通過断面積を小さくするようにしたので、低流量域から大流量域までの広範囲にわたって最適の圧力変動吸収特性と圧力損失特性とを得ることが可能になる。
【００５１】
しかも、可動部材のハンチングを緩衝機構によって抑制するようにしたので、定常状態において上流側に僅かに圧力変動が生じた場合でも、可動部材のハンチングが生ずることはなく、これによる圧力変動の増幅も生じない。
【００５２】
また、差圧に応じた力による可動部材の上下動（浮上または下降）によって絞り率が自動的に変化するようにしたので、アクチュエータ等の動力源や複雑な制御機構を用いず、極めて簡単な構造で自動可変絞りを構成することができるという効果がある。
【００５３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る圧力変動吸収装置を用いたガスメータの概略構成を表すブロック図である。
【図２】本発明の一実施例に係る圧力変動吸収装置の構成を示す側断面図である。
【図３】図２の圧力変動吸収装置における円筒体の側面図である。
【図４】図２の圧力変動吸収装置の作用を説明するための円筒体の側断面図である。
【図５】図２の圧力変動吸収装置の流量対圧力損失特性を表す特性図である。
【図６】図２の圧力変動吸収装置の流量対変動圧の比を表す特性図である。
【図７】本発明の他の実施例に係る圧力変動吸収装置の構成を示す断面面図である。
【図８】図７の圧力変動吸収装置における円筒体の側面図である。
【図９】図７の圧力変動吸収装置の作用を説明するための側断面図である。
【図１０】本発明の他の実施例に係る圧力変動吸収装置の構成を表す側断面図である。
【図１１】図１０の円筒体の平断面図である。
【図１２】図１０の圧力変動吸収装置の作用を説明するための側断面図である。
【図１３】従来の圧力変動吸収装置の流量対変動圧比特性の一例を表す特性図である。
【図１４】従来の圧力変動吸収装置の流量対圧力損失特性の一例を表す特性図である。
【図１５】従来の圧力変動吸収装置の流量対圧力損失特性の他の例を表す特性図である。
【図１６】従来の圧力変動吸収装置の流量対変動圧比特性の他の例を表す特性図である。
【符号の説明】
１０ ガスメータ
１１ 遮断弁
１２ 圧力変動吸収装置
１３ フルイディック流量計
２１，１２１、２２１ 本体
２２，２３，１２２，１２３，２２２，２２３ 気室
２４，１２４，２２４ 隔壁
２５，１２５，２２５ 導入口
２６，１２６，２２６ 排出口
２７ 円筒体
１２７，２２７ 円筒体（第１および第２の筒状体）
２８，１２８，２２８ フロート（可動部材）
２９，１２９，２２９ 開口部
３１，１３１，絞り開口部
３２，１３２，２３２ 小孔
３３，１３３，２３３ 気室（閉空間）
【産業上の利用分野】
本発明は配管内を輸送される都市ガス等の流体の圧力変動を抑制するための圧力変動吸収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、都市ガス等の需要者宅に配設されるガスメータとしては、例えば熱式流速センサ（フローセンサ）を用いた流量計やフルイディック発振の周波数が流体の流量と関係することを利用したフルイディック流量計があるが、これらの流量計による流量測定を正確に行うには、ガス配管内の圧力を一定に保つ必要がある。これは、圧力変動に伴って流速が変動し、測定される流量も変化するからである。そこで、このような管内圧力変動を抑制するため、各種の工夫がなされており、例えばメータ流路内に固定オリフィス（絞り）を設けたり、あるいはダイヤフラム等を用いたガバナを入れることが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の固定オリフィスによる場合、絞り率を大きくすると、図１３に示すように、圧力変動を効果的に抑制することができる。この図で、縦軸は入力側（上流側）の変動圧（圧力変動分）に対する出力側（下流側）の変動圧の比を示し、横軸は流量を示すが、この比は流量によらず小さいことが理想的である。この図から判るように、固定オリフィスの絞り率を大きくした場合には変動圧の比がＲ１ と比較的小さくなり、圧力変動の抑制効果が良好である。しかしながら、この場合にはオリフィスの絞り率が大きいため、圧力損失が図１４に示すように流量増大と共に急激に増加する。この図で、ガスメータ等で許容される最大圧力損失をΔＰｍａｘ とすると、測定可能な最大流量はＱ１ となって小さくなり、大流量域での測定に対応できない。
【０００４】
一方、固定オリフィスの絞り率を小さくすると、図１５に示すように、流量増大に伴う圧力損失の増加率はさほどでなく、測定可能な最大流量もＱ２ となって大きくなるが、変動圧の比は図１６に示すようにＲ２ と大きくなり、圧力変動を効果的に抑制することができない。
【０００５】
また、ガバナによる方法ではその構造上の複雑さ等からサイズが大きくなってガスメータの小型化に支障をきたすほか、数十Ｈｚという高い周波数の圧力変動には対応できないという問題点があった。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡単な構造によって圧力損失を低く抑制しつつ圧力変動を効果的に吸収することができる圧力変動吸収装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の圧力変動吸収装置は、流体の流路中に設けられ、この流路中の流体の圧力変動を吸収する装置であって、流路の上流側から下流側に流体を通過させるための絞り口と、上流側と下流側との差圧によって自ら移動し、差圧が大きくなるにつれて絞り口の流体通過断面積を大きくし、逆に差圧が小さくなるにつれて絞り口の流体通過断面積を小さくする可動部材と、この可動部材のハンチングを抑制する緩衝機構とを備えている。
【０００８】
この圧力変動吸収装置では、可動部材が上流側と下流側との差圧によって自ら移動し、差圧が大きくなるにつれて絞り口の流体通過断面積を大きくし、逆に差圧が小さくなるにつれて絞り口の流体通過断面積を小さくする。このとき、緩衝機構によって、上流側の圧力変動に伴う可動部材のハンチングは防止される。
【０００９】
請求項２記載の圧力変動吸収装置は、流体の流路中に設けられ、この流路中の流体の圧力変動を吸収する装置であって、下底面部に上流側に連通する流体導入口を有すると共に少なくとも側壁と上壁とを有し、筒軸を鉛直方向に一致させて配置された筒状体であって、下流側に連通する所定形状の絞り開口部を側壁に有すると共に、下流側に連通する小孔を上壁または側壁の最上部近傍に有する筒状体と、この筒状体の内部に上下動自在に設けられ、上流側と下流側との差圧に応じて筒状体の内壁面に沿って自ら浮揚しながら上下動を行い、差圧が大きくなるにつれて絞り開口部の流体通過断面積を大きくし、逆に差圧が小さくなるにつれて絞り開口部の流体通過断面積を小さくするフロートとを備え、筒状体の側壁、上壁およびフロートの上面によって形成される緩衝室によって、フロートのハンチングを抑制する緩衝機構を形成したものである。
【００１０】
この圧力変動吸収装置では、フロートが上流側と下流側との差圧によって自ら浮揚しながら上下動を行い、差圧が大きくなるにつれて絞り開口部の流体通過断面積を大きくし、逆に差圧が小さくなるにつれて絞り開口部の流体通過断面積を小さくする。このとき、緩衝機構によって、上流側の圧力変動に伴うフロートのハンチングは防止される。
【００１１】
請求項３記載の圧力変動吸収装置は、請求項２記載の圧力変動吸収装置において、さらに、流路中に水平方向に差し渡されて上流側と下流側とを画すると共に、その一部に貫通開口を有する隔壁を備え、前記筒状体が、前記両端導入口を前記隔壁の貫通開口に一致させるようにして前記隔壁の上面に固着されたものである。
【００１２】
請求項４記載の圧力変動吸収装置は、流体の流路中に設けられ、この流路中の流体の圧力変動を吸収する装置であって、筒軸を鉛直方向に一致させて配置され、上流側に連通する流体導入口を下底面部に有し、下流側に連通する所定形状の絞り開口部を側壁に有する第１の筒状体と、この第１の筒状体の内部に上下動自在に設けられ、上流側と下流側との差圧に応じて第１の筒状体の内壁面に沿って自ら浮揚しながら上下動を行い、差圧が大きくなるにつれて絞り開口部の流体通過断面積を大きくし、逆に差圧が小さくなるにつれて絞り開口部の流体通過断面積を小さくするフロートと、このフロートの上下動に連動して上下動するピストンと、このピストンを上下動自在に収容すると共に、このピストンと共に緩衝室としての閉空間を形成する第２の筒状体と、閉空間を下流側に連結する小孔とを備え、第２の筒状体、ピストンおよび小孔によって、フロートのハンチングを抑制する緩衝機構を形成したものである。
【００１３】
この圧力変動吸収装置では、フロートが上流側と下流側との差圧によって自ら浮揚しながら上下動を行い、差圧が大きくなるにつれて絞り開口部の流体通過断面積を大きくし、逆に差圧が小さくなるにつれて絞り開口部の流体通過断面積を小さくする。このとき、上流側の圧力変動に伴うフロートのハンチングは、これと連動したピストン、第２の筒状体および小孔で構成される緩衝機構によって防止される。
【００１４】
請求項５記載の圧力変動吸収装置は、請求項４記載の圧力変動吸収装置において、さらに、流路中に水平方向に差し渡されて上流側と下流側とを画すると共に、その一部に貫通開口を有する隔壁を備え、第１の筒状体が、両端導入口を隔壁の貫通開口に一致させるようにして隔壁の上面に固着されたものである。
【００１５】
請求項６記載の圧力変動吸収装置は、流体の流路中に設けられ、この流路中の流体の圧力変動を吸収する装置であって、筒軸を鉛直方向に一致させて配置され、上流側に連通する流体導入口を下底面部に有し、下流側に連通する開口窓を側壁に有する第１の筒状体と、この第１の筒状体の底面中央部に、軸を第１の筒状体の軸と一致させて固設されたガイド軸と、中央部に貫通孔を有すると共にこの貫通孔がガイド軸に上下動自在に嵌合され、上流側と下流側との差圧に応じて第１の筒状体の内壁面に沿って自ら浮揚しながら上下動を行い、差圧が大きくなるにつれて開口窓の流体通過断面積を大きくし、逆に差圧が小さくなるにつれて開口窓の流体通過断面積を小さくするフロートと、このフロートの上下動に連動して上下動するピストンと、このピストンを上下動自在に収容すると共に、このピストンと共に緩衝室としての閉空間を形成する第２の筒状体と、閉空間を下流側に連結する小孔とを備え、第２の筒状体、ピストンおよび小孔によって、フロートのハンチングを抑制する緩衝機構を形成したものである。
【００１６】
この圧力変動吸収装置では、フロートが上流側と下流側との差圧によって自ら浮揚しながら上下動を行い、差圧が大きくなるにつれて開口窓の流体通過断面積を大きくし、逆に差圧が小さくなるにつれて開口窓の流体通過断面積を小さくする。このとき、上流側の圧力変動に伴うフロートのハンチングは、これと連動したピストン、第２の筒状体および小孔で構成される緩衝機構によって防止される。
【００１７】
請求項７記載の圧力変動吸収装置は、請求項６記載の圧力変動吸収装置において、さらに、流路中に水平方向に差し渡されて上流側と下流側とを画すると共に、その一部に貫通開口を有する隔壁を備え、第１の筒状体が、両端導入口を隔壁の貫通開口に一致させるようにして隔壁の上面に固着されたものである。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施例に係る圧力変動吸収装置を用いたガスメータの機能的構成を表わすものである。この図に示すように、ガスメータ１０は、ガス流路の入口側に設けられた遮断弁１１と、この遮断弁１１の下流側流路に設けられた圧力変動吸収装置１２と、この圧力変動吸収装置１２の下流側流路に設けられたフルイディック素子１３とを備えている。そして、フルイディック素子の下流側はガスメータ１０の出口部に接続されている。
【００２０】
フルイディック素子１３は、いわゆるフルイディック発振の周波数が流体の流量と関係することを利用した流量計である。なお、このフルイディック発振とは、図示しないが、噴流を発生させるノズルの下流側に、一対の側壁によって流路拡大部を形成すると共に、側壁の外側に設けられたリターンガイドによって、ノズルを通過した流体を各側壁の外側に向かってノズルの噴出口側へ導く一対のフィードバック流路を形成した場合に、ノズルを通過した流体が一対のフィードバック流路を交互に流れる現象である。この場合、フルイディック発振の周波数を検出するセンサとしては圧電素子等が用いられる。
【００２１】
遮断弁１１は、フルイディック流量計１３で測定された流量が所定の条件を満たした場合（例えば一定値以上の流量が所定時間連続して測定された場合等）に遮断され、ガス漏れに対処するようになっている。
【００２２】
圧力変動吸収装置１２は、上流側で生じた圧力変動がフルイディック流量計１３に伝わって流量測定値に悪影響を与えるのを抑制するためのものである。
【００２３】
図２は本発明の一実施例に係る圧力変動吸収装置の一部断面を表すもので、図１の圧力変動吸収装置１２として適用されるものである。この圧力変動吸収装置は、本体２１の内部を上下２つの気室２２，２３に仕切る隔壁２４と、遮断弁１１（図１）に接続される導入口２５と、フルイディック流量計１３（図１）に接続される排出口２６と、円筒軸が鉛直方向を向くように上側の気室２２内に配設されると共に下端部を隔壁２４の上面に固着された円筒体２７と、この円筒体２７の内部に配置されたフロート２８とを備えている。円筒体２７の底部の隔壁２４にはガス導入用の開口部２９が設けられ、円筒体２７の上方は上壁３０によって閉じられている。円筒体２７の側壁には、可変絞りとしての絞り開口部３１が設けられ、上壁３０にはガス流通用の小孔３２が設けられている。そして、円筒体２７の側壁、上壁３０およびフロート２８の上面により形成される気室３３と小孔３２とによってダンパ（緩衝機構）が構成されている。なお、小孔３２は、上壁３０に限られず、円筒体２７の側壁上部に設けるようにしてもよい。
【００２４】
フロート２８は、図示のように、上底面、下底面および側周面が薄くて軽い材料によって形成された中空の円筒形状を有し、その外径は円筒体２７の内壁面との間に僅かのクリアランスが生ずる程度に設定されている。そして、フロート２８には、上流側の気室２２と下流側の気室２３との差圧に応じた力が開口部２７から流入するガスによって与えられ、これによってフロート２８は円筒体２７の内壁面に沿って浮上して、絞り開口部３１のガス通過断面積を変化させるようになっている。なお、フロート２８は、下底面を欠く“コ”の字形の断面をもつものでもよく、逆に上底面を欠く“コ”の字形の断面をもつものでもよい。また、差圧によって所定の浮上量が確保できる程度に軽い材料で形成されていれば、中空でなく内部まで材料で満たされているものであってもよい。
【００２５】
図３は図２の円筒体２７をＡＢ断面線の方向から見た状態を表すものである。この図に示すように、円筒体２７の側壁に設けられた絞り開口部３１は、円筒体２７の軸方向（すなわち鉛直方向）に細長い矩形状の形状を有している。絞り開口部３１は、図２ではフロート２８が底部にある状態においてこのフロート２８の側面が絞り開口部３１の一部にかかるような位置に設けられているが、これに限るものではなく、フロート２８が底部にある状態においてフロート２８の上方に完全に露出するような位置に設けてもよい。この絞り開口部３１の下端位置はフロート２８の重量や気室２２，２３の差圧の大きさの範囲等を考慮して定めるのが望ましい。
【００２６】
次に、以上のような構成の圧力変動吸収装置の作用を図４ないし図６を参照して説明する。
【００２７】
気室２２，２３の差圧が所定値以下の状態ではフロート２８は浮上せず、図２に示すように、絞り開口部３１と開口部２９との間は遮断状態（ガス流通ができない状態）となっている。差圧が所定値以上になると、フロート２８が浮上を開始する。そして、図４に示すように、フロート２８の下底面が絞り開口部３１の下端部を僅かに通過する位置まで上昇すると、開口部２９と絞り開口部３１との間が部分的にガス流通可能状態となる。これにより、導入口２５から気室２３に導入されたガスの一部が開口部２９を通って円筒体２７の絞り開口部３１から気室２２内に流入し、さらに排出口２６からフルイディック流量計１３へと送られる。従って、この状態では微小流量のガスが圧力変動吸収装置１２を通過することとなる。このとき、絞り開口部３１のガス通過断面積は極めて小さく絞り率が大きいため気室２３内の圧力変動は効果的に吸収され、気室２２に伝わる圧力変動の大きさは抑制される。
【００２８】
一般に低流量域では、フルイディック流量計の出力、すなわち流量センサ（図示せず）から出力されるセンサ電圧の振幅は極めて小さいので、圧力変動がそのままフルイディック流量計１３に伝達されると測定精度が著しく低下する。しかし、図２に示したような圧力変動吸収装置１２を設ければ、その絞り作用により低流量域で圧力変動を効果的に吸収することができるため、フルイディック流量計１３での測定精度が良好になる。この場合、比較的高い周波数（数十Ｈｚ程度）の圧力変動であっても、絞り作用により効果的に吸収される。
【００２９】
さて、気室２２，２３の差圧がさらに上昇して流量が増加すると、フロート２８はさらに上昇し、絞り開口部３１のガス通過断面積が増加し、絞り率は小さくなる。そしてついには、絞り開口部３１の全体がフロート２８の下端面より下側となって、ガス通過断面積は最大となり、最大流量のガスが通過する。この状態では絞り率は最小であるため、圧力変動の吸収効果は最小となり、比較的大きな圧力変動が次段のフルイディック流量計１３に伝達されることとなる。ところが、大流量域においては、フルイディック流量計１３の出力、すなわち流量センサ（図示せず）から出力されるセンサ電圧の振幅は十分大きいため、圧力変動によって測定精度が低下することはなく、問題とならない。
【００３０】
図５は図２の圧力変動吸収装置１２の圧力損失特性を表し、図６はこの装置によって得られる変動圧の比を表すものである。図５に示すように、この装置によれば、低流量域から大流量域にわたる広い範囲で圧力損失がほぼ一定となり、許容される最大圧力損失ΔＰmax から定まる最大測定流量は、図１５に示した値とほぼ同じ値（Ｑ2 ）となって、測定可能な流量範囲が大きくなる。これと共に、図６に示すように、変動圧の比は低流量域から大流量域にわたる広い範囲で図１３に示した値とほぼ同じ一定値（Ｒ1 ）となり、小さい値に保持される。すなわち、低流体域から大流量域まで効果的に圧力変動を吸収することができる。
【００３１】
さて、定常時（すなわち流量が一定である状態）においては、フロート２８は一定の浮上位置で静止するのが理想である。しかしながら、定常時において上流側（気室２３側）に比較的高周波（数Ｈｚ〜数十Ｈｚ程度）の圧力変動が生じた場合、絞り開口部３１の大きさや形状、あるいはフロート２８の重量や浮上ストローク等のパラメータの設定の仕方によってはフロート２８が上下に振動するハンチングと呼ばれる現象が生ずる場合がある。この現象が生ずると、却って圧力変動の増幅を招き、ガスメータの測定精度に悪影響を与える。そこで、この現象を防止するため、本実施例では円筒体２７の上部に気室３３を設けると共に上壁３０に小孔３２を設けて緩衝機能を付加し、フロート２８の急激な動き（上下振動）を抑制している。具体的には、フロート２８が上昇するときは、気室３３内のガスが圧縮されるためフロート２８は抵抗を受けるが、気室３３内のガスの一部は小孔３２を通って徐々に流出するため、フロート２８はゆっくりと上昇する。一方、フロート２８が下降するときは、気室３３内のガスが拡張されるためフロート２８はやはり抵抗を受けるが、小孔３２を通って気室２２から気室３３内にガスが徐々に流入するため、フロート２８はゆっくりと下降する。このようなダンピング作用により、定常状態において上流側に僅かに圧力変動が生じた場合でも、フロート２８のハンチングが生ずることはなく、これによる圧力変動の増幅も生じない。そして、上流側の圧力変動は絞り開口部３１における絞り効果によって吸収され、下流側への伝達が効果的に阻止されることとなる。
【００３２】
このように、本実施例の圧力変動吸収装置は、流量に応じて自動的に絞り率を変化させるいわば自動可変絞りとして機能するため、低流量域から大流量域にわたる広い範囲で効果的な圧力変動吸収が可能となる。しかも、本装置にはフロート２８のハンチングを防止するためのダンパが付加されているため、上流側の圧力変動に起因するハンチングが防止され、圧力変動が増幅されることもない。また、本装置はアクチュエータ等の動力源や複雑な制御機構を用いず、極めて簡単な構造のみで構成することができる。
【００３３】
なお、本実施例では、フロート２８の下降は自重によって行われるが、これに限るものではなく、ごく弱いコイルばね等によってフロート２８を円筒体２７の底部方向に付勢しておき、このコイルばねによってフロート２８の下降を行わせるように構成してもよい。この場合には、円筒体２７の軸を鉛直方向に向ける必要はなく、任意の姿勢での配置が可能である。
【００３４】
図７は本発明の他の実施例に係る圧力変動吸収装置の一部断面を表すもので、図１の圧力変動吸収装置１２として適用されるものである。この圧力変動吸収装置は、本体１２１の内部を上下２つの気室１２２，１２３に仕切る隔壁１２４と、遮断弁１１（図１）に接続される導入口１２５と、フルイディック流量計１３（図１）に接続される排出口１２６と、円筒軸を鉛直方向に一致させ、隔壁１２４の上面と本体１２１の上側内壁面との間を接続するように固着された（第１および第２の筒状体としての）円筒体１２７と、この円筒体１２７の内部に上下動自在に配置されたフロート体１２８とを備えている。円筒体１２７の底部の隔壁１２４にはガス導入用の開口部１２９が設けられ、円筒体１２７の側壁には可変絞りとしての絞り開口部１３１とガス流通用の小孔１３２と窓１３４，１３５が設けられている。
【００３５】
フロート体１２８は、ピストン１３６、フロート１３７およびこれらを連結する連結部材１３８とにより構成され、薄くて軽い材料によって中空構造に形成されている。ピストン１３６およびフロート１３７の外径は円筒体１２７の内壁面との間に僅かのクリアランスが生ずる程度に設定されている。フロート１３７には、上流側の気室１２３と下流側の気室１２２との差圧に応じた力が隔壁１２４の開口部１２９から流入するガスによって与えられ、これによって円筒体１２７の内壁面に沿って浮上し、絞り開口部１３１のガス通過断面積を変化させるようになっている。なお、フロート１３７は下底面を欠く“コ”の字形の断面をもつものでもよく、ピストン１３６は上底面を欠く“コ”の字形の断面をもつものでもよい。また、差圧によって所定の浮上量が確保できる程度に軽い材料で形成されていれば、フロート体１２８全体を中空でなく内部まで材料で満たしたもので構成してもよい。さらに、ピストン１３６およびフロート１３７を共に単なる板状に形成してもよい。
【００３６】
図８は図７の円筒体１２７をＣＤ断面線の方向から見た状態を表すものである。この図に示すように、絞り開口部１３１は、円筒体１２７の軸方向（すなわち鉛直方向）に細長い矩形状の形状を有している。絞り開口部１３１の位置は、上記実施例（図２）の場合と同様に、フロート体１２８の重量や気室１２２，１２３の差圧の大きさの範囲等を考慮して定められる。また、窓１３４，１３５は円筒体１２７の内外間のガス流通に支障がない程度に十分大きな開口を有している。
【００３７】
次に、以上のような構成の圧力変動吸収装置の作用を図９を参照して説明する。この装置の作用も基本的には上記実施例（図２）の装置と同様である。すなわち、気室１２２，１２３の差圧が所定値以下の状態ではフロート体１２７は浮上せず、図７に示すように、絞り開口部１３１と開口部１２９との間は遮断状態となっている。差圧が所定値以上になると、フロート体１２８が浮上を開始する。そして、図９に示すように、フロート１３７の下底面が絞り開口部１３１の下端部を僅かに通過する位置まで上昇すると、開口部１２９と絞り開口部１３１の一部との間がガス流通可能状態となり、ガスが気室１２３から気室１２２内に流入する。このとき、絞り開口部１３１のガス通過断面積は小さい（絞り率が大きい）ため、気室１２３内の圧力変動は効果的に吸収され、気室１２２への伝達が抑制される。
【００３８】
気室１２２，１２３の差圧がさらに上昇して流量が増加すると、フロート体１２８はさらに上昇し、絞り開口部１３１のガス通過断面積が増加する（絞り率は小さくなる）。そしてついには、絞り開口部１３１の全体がフロート１３７の下端面より下側となって、ガス通過断面積は最大となり、最大流量のガスが通過する。この状態では絞り率は最小であるため圧力損失は抑制されるが、圧力変動の吸収効果は最小となり、比較的大きな圧力変動が次段のフルイディック流量計１３に伝達される。しかし、上記実施例（図２）で述べたように、大流量域においては、フルイディック流量計１３の出力、すなわち流量センサ（図示せず）から出力されるセンサ電圧の振幅は十分大きいため、圧力変動によって測定精度が低下することはなく、問題とならない。この場合も、圧力損失は図５に示すように大流量域に至るまで小さく抑制され、また、変動圧の比は図６に示すように低流量域から大流量域にわたる広い範囲で小さい値に保持され、効果的に圧力変動を吸収することができる。
【００３９】
さて、定常時（一定流量の状態）において上流側に圧力上昇変動が生じたとすると、フロート１３７が上昇するが、気室１３３および小孔１３２によるダンピング作用によってフロート体１２８は全体としてゆっくりと上昇する。一方、圧力下降変動によってフロート１３７が下降するときも、上記のダンピング作用によってフロート体１２８は全体としてゆっくりと下降する。このため、定常状態において上流側に僅かに圧力変動が生じた場合でも、フロート体１２８のハンチングが生ずることはなく、これによる圧力変動の増幅も生じない。そして、上流側の圧力変動は絞り開口部１３１における絞り効果によって吸収され、下流側への伝達が効果的に阻止されることとなる。
【００４０】
以上の各実施例（図２，図７）では、円筒体２７，１２７，２２７の側壁に設けた絞り開口部３１，１３１，２３１はいずれも矩形状としたがこれに限るものではなく、例えば円筒体２２７の軸方向に細長い長円状や上に開いた３角孔、“いちょう形”の孔、“楯形”の孔、またはスリット状の孔にしてもよい。また、円筒体２２７の軸方向に１列に並んだ複数の円孔で構成してもよい。さらに、これらの組合せによって構成してもよい。
【００４１】
図１０は本発明の他の実施例に係る圧力変動吸収装置の一部断面を表すもので、図１の圧力変動吸収装置１２として適用されるものである。また、図１１は図１０のＥＦ断面線における断面を表すものである。但し、図１１ではフロート体２２８を省略している。
【００４２】
これらの図に示すように、この圧力変動吸収装置は、本体１２１の内部を上下２つの気室２２２，２２３に仕切る隔壁２２４と、遮断弁１１（図１）に接続される導入口２２５と、フルイディック流量計１３（図１）に接続される排出口２２６と、円筒軸を鉛直方向に一致させ、隔壁２２４の上面と本体２２１の上側内壁面との間を接続するように固着された（第１および第２の筒状体としての）円筒体２２７と、この円筒体２２７の内部に上下動自在に配置されたフロート体２２８とを備えている。円筒体２２７の底部の隔壁２２４の中央部には、円筒体２２７の軸と同じ軸を有する円柱状のガイド軸２４０が固設され、これを囲むようにして円筒体２２７内の隔壁２２４にガス導入用の扇形の開口部２２９が４つ設けられている。すなわち、図１１に示すように、ガイド軸２４０は円筒体２２７の底部の隔壁２２４に残った４本の腕２４１によって支えられている。円筒体２２７の側壁にはガス流通用の小孔２３２と十分大きな開口面積をもつ窓２３４，２３５が設けられている。
【００４３】
フロート体２２８は、円盤状のピストン板２３６、中央部に開口を有する円盤状のフロート板２３７およびこれらを連結する中空円筒状の連結部材２３８とにより構成されている。この連結部材２３８は、ガイド軸２４０の外形よりも十分大きい内径を有しており、ガイド軸２４０に上下動自在に嵌合されている。なお、この連結部材２３８は、円筒状に限られず、フロート板２３７とピストン板２３６とを一体に連結できるものであれば他の形状のものでもよい。ピストン板２３６およびフロート板２３７の外径は円筒体２２７の内壁面との間に僅かのクリアランスが生ずる程度に設定されている。そして、フロート２３７は、上流側の気室２２３と下流側の気室２２２との差圧に応じた力（具体的には、隔壁２２４の開口部２２９から流入するガス）によって円筒体２２７の内壁面に沿って浮上し、これと共に、ピストン板２２８も上昇するようになっている。なお、フロート板２３７およびピストン板２３６は、それぞれの周囲に円筒側壁を有するものでもよい。
【００４４】
次に、以上のような構成の圧力変動吸収装置の作用を図１２を参照して説明する。この装置の作用も原理的には図２または図７と同様である。すなわち、気室２２２，２２３の差圧が所定値以下の状態ではフロート体２２７は浮上せず、図１０に示すように、絞り開口部１３１と開口部１２９との間ではガス流通は行われない。
【００４５】
差圧が所定値以上になると、フロート体２２８が浮上を開始する。そして、フロート板２３７の底面が窓２３４、２３５の下端部を僅かに通過する位置まで上昇すると、絞り開口部２３１の一部がガス流通可能状態となり、開口部２２９を介してガスが気室２２３から気室２２２内に流入する。このとき、絞り開口部２３１のガス通過断面積は小さい（絞り率が大きい）ため、気室２２３内の圧力変動は効果的に吸収され、気室２２２への伝達が抑制される。気室２２２，２２３の差圧がさらに上昇して流量が増加すると、フロート体２２８はさらに上昇し、絞り開口部２３１のガス通過断面積が急激に増加する（絞り率は小さくなる）。この状態では絞り率は最小であるため圧力損失は十分抑制されるが、圧力変動の吸収効果は小さくなり、比較的大きな圧力変動が次段のフルイディック流量計１３に伝達される。しかし、上記実施例（図２）で述べたように、大流量域においては、フルイディック流量計１３のセンサ出力は十分大きいため、圧力変動によって測定精度が低下することはない。この場合も、圧力損失は図５に示すように大流量域に至るまで小さく抑制され、また、変動圧の比は図６に示すように広い流量範囲で小さい値に保持され、効果的に圧力変動を吸収することができる。
【００４６】
さて、定常時（一定流量の状態）において上流側に圧力上昇変動が生じたとすると、フロート板２３７が上昇するが、気室２３３および小孔２３２によるダンピング作用によってフロート体２２８が全体としてゆっくりと上昇する。一方、圧力下降変動によってフロート板２３７が下降するときも、上記のダンピング作用によってフロート体２２８は全体としてゆっくりと下降する。このため、定常状態において上流側に僅かに圧力変動が生じた場合でも、フロート体２２８のハンチングが生ずることはなく、これによる圧力変動の増幅も生じない。そして、上流側の圧力変動は絞り開口部２３１における絞り効果によって吸収され、下流側への伝達が効果的に阻止されることとなる。
【００４７】
なお、以上の２つの実施例（図７および図１０）では、円筒体１２７（２２７）を本体１２１（２２１）の上壁と隔壁１２４（２２４）との間を接続する一体のものとして形成し、これに大きな窓１３４，１３５（２３４，２３５）を設けるようにしたが、これに限るものではなく、円筒体を上下２つの別個の円筒体（第１および第２の筒状体）に分離し、下側の円筒体にフロート１３７（フロート板２３７）を、上側の円筒体にピストン１３６（ピストン板２３６）を、共に上下動自在に収納し、フロート１３７（フロート板２３７）とピストン１３６（ピストン板２３６）とを連結するように構成してもよい。また、ダンピング用の小孔１３２，２３２は円筒体１２７，２２７の側壁の上部に設けることとしたが、これに限るものではなく、要は気室１３３（２３３）の圧縮・拡張時において下流側との間でガス流通可能であればよいので、ピストン１３６（ピストン板２３６）に設けるようにしてもよい。
【００４８】
本実施例では、筒状体の形状を円筒体としたが、これに代えて他の形状の筒（例えば三角柱、四角柱等の多角柱状の筒）を用いると共に、フロートやピストンをその内形に合う形状にして装置を構成してもよい。
【００４９】
また、本実施例では、フルイディック流量計を用いたガスメータへの応用例を示したが、そのほか、熱式流量センサ（フローセンサ）によって直接的に流速を検出するタイプの流量計や膜式流量計等を用いたガスメータにも適用できることはいうまでもない。また、圧力変動吸収装置１２をガスメータに内蔵するのでなく、ガスメータの外部（ガスメータの前段）の流路中に配設するようにしてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の圧力変動吸収装置によれば、上流側と下流側との差圧（すなわち流量の大小）よって自ら浮揚しながら上下動を行う可動部材（フロート）の移動によって、差圧が大きくなるにつれて自動的に開口窓の流体通過断面積を大きくし、逆に差圧が小さくなるにつれて自動的に開口窓の流体通過断面積を小さくするようにしたので、低流量域から大流量域までの広範囲にわたって最適の圧力変動吸収特性と圧力損失特性とを得ることが可能になる。
【００５１】
しかも、可動部材のハンチングを緩衝機構によって抑制するようにしたので、定常状態において上流側に僅かに圧力変動が生じた場合でも、可動部材のハンチングが生ずることはなく、これによる圧力変動の増幅も生じない。
【００５２】
また、差圧に応じた力による可動部材の上下動（浮上または下降）によって絞り率が自動的に変化するようにしたので、アクチュエータ等の動力源や複雑な制御機構を用いず、極めて簡単な構造で自動可変絞りを構成することができるという効果がある。
【００５３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る圧力変動吸収装置を用いたガスメータの概略構成を表すブロック図である。
【図２】本発明の一実施例に係る圧力変動吸収装置の構成を示す側断面図である。
【図３】図２の圧力変動吸収装置における円筒体の側面図である。
【図４】図２の圧力変動吸収装置の作用を説明するための円筒体の側断面図である。
【図５】図２の圧力変動吸収装置の流量対圧力損失特性を表す特性図である。
【図６】図２の圧力変動吸収装置の流量対変動圧の比を表す特性図である。
【図７】本発明の他の実施例に係る圧力変動吸収装置の構成を示す断面面図である。
【図８】図７の圧力変動吸収装置における円筒体の側面図である。
【図９】図７の圧力変動吸収装置の作用を説明するための側断面図である。
【図１０】本発明の他の実施例に係る圧力変動吸収装置の構成を表す側断面図である。
【図１１】図１０の円筒体の平断面図である。
【図１２】図１０の圧力変動吸収装置の作用を説明するための側断面図である。
【図１３】従来の圧力変動吸収装置の流量対変動圧比特性の一例を表す特性図である。
【図１４】従来の圧力変動吸収装置の流量対圧力損失特性の一例を表す特性図である。
【図１５】従来の圧力変動吸収装置の流量対圧力損失特性の他の例を表す特性図である。
【図１６】従来の圧力変動吸収装置の流量対変動圧比特性の他の例を表す特性図である。
【符号の説明】
１０ ガスメータ
１１ 遮断弁
１２ 圧力変動吸収装置
１３ フルイディック流量計
２１，１２１、２２１ 本体
２２，２３，１２２，１２３，２２２，２２３ 気室
２４，１２４，２２４ 隔壁
２５，１２５，２２５ 導入口
２６，１２６，２２６ 排出口
２７ 円筒体
１２７，２２７ 円筒体（第１および第２の筒状体）
２８，１２８，２２８ フロート（可動部材）
２９，１２９，２２９ 開口部
３１，１３１，絞り開口部
３２，１３２，２３２ 小孔
３３，１３３，２３３ 気室（閉空間）
Claims (7)
- 流体の流路中に設けられ、この流路中の流体の圧力変動を吸収する装置であって、
前記流路の上流側から下流側に流体を通過させるための絞り口と、
上流側と下流側との差圧によって自ら移動し、前記差圧が大きくなるにつれて前記絞り口の流体通過断面積を大きくし、逆に前記差圧が小さくなるにつれて前記絞り口の流体通過断面積を小さくする可動部材と、
この可動部材のハンチングを抑制する緩衝機構と
を備えたことを特徴とする圧力変動吸収装置。 - 流体の流路中に設けられ、この流路中の流体の圧力変動を吸収する装置であって、
下底面部に上流側に連通する流体導入口を有すると共に少なくとも側壁と上壁とを有し、筒軸を鉛直方向に一致させて配置された筒状体であって、下流側に連通する所定形状の絞り開口部を前記側壁に有すると共に、下流側に連通する小孔を前記上壁または前記側壁の最上部近傍に有する筒状体と、
この筒状体の内部に上下動自在に設けられ、上流側と下流側との差圧に応じて前記筒状体の内壁面に沿って自ら浮揚しながら上下動を行い、前記差圧が大きくなるにつれて前記絞り開口部の流体通過断面積を大きくし、逆に前記差圧が小さくなるにつれて前記絞り開口部の流体通過断面積を小さくするフロートと
を備え、
前記筒状体の側壁、上壁および前記フロートの上面によって形成される緩衝室によって、前記フロートのハンチングを抑制した
ことを特徴とする圧力変動吸収装置。 - さらに、流路中に水平方向に差し渡されて上流側と下流側とを画すると共に、その一部に貫通開口を有する隔壁を備え、
前記筒状体は、前記両端導入口を前記隔壁の貫通開口に一致させるようにして前記隔壁の上面に固着されている
ことを特徴とする請求項２記載の圧力変動吸収装置。 - 流体の流路中に設けられ、この流路中の流体の圧力変動を吸収する装置であって、
筒軸を鉛直方向に一致させて配置され、上流側に連通する流体導入口を下底面部に有し、下流側に連通する所定形状の絞り開口部を側壁に有する第１の筒状体と、
この第１の筒状体の内部に上下動自在に設けられ、上流側と下流側との差圧に応じて前記第１の筒状体の内壁面に沿って自ら浮揚しながら上下動を行い、前記差圧が大きくなるにつれて前記絞り開口部の流体通過断面積を大きくし、逆に前記差圧が小さくなるにつれて前記絞り開口部の流体通過断面積を小さくするフロートと、
このフロートの上下動に連動して上下動するピストンと、
このピストンを上下動自在に収容すると共に、このピストンと共に緩衝室としての閉空間を形成する第２の筒状体と、
前記閉空間を下流側に連結する小孔と
を備え、
前記第２の筒状体、ピストンおよび小孔によって、前記フロートのハンチングを抑制する緩衝機構を形成した
ことを特徴とする圧力変動吸収装置。 - さらに、流路中に水平方向に差し渡されて上流側と下流側とを画すると共に、その一部に貫通開口を有する隔壁を備え、
前記第１の筒状体は、前記両端導入口を前記隔壁の貫通開口に一致させるようにして前記隔壁の上面に固着されている
ことを特徴とする請求項４記載の圧力変動吸収装置。 - 流体の流路中に設けられ、この流路中の流体の圧力変動を吸収する装置であって、
筒軸を鉛直方向に一致させて配置され、上流側に連通する流体導入口を下底面部に有し、下流側に連通する開口窓を側壁に有する第１の筒状体と、
この第１の筒状体の底面中央部に、軸を第１の筒状体の軸と一致させて固設されたガイド軸と、
中央部に貫通孔を有すると共にこの貫通孔が前記ガイド軸に上下動自在に嵌合され、上流側と下流側との差圧に応じて前記第１の筒状体の内壁面に沿って自ら浮揚しながら上下動を行い、前記差圧が大きくなるにつれて前記開口窓の流体通過断面積を大きくし、逆に前記差圧が小さくなるにつれて前記開口窓の流体通過断面積を小さくするフロートと、
このフロートの上下動に連動して上下動するピストンと、
このピストンを上下動自在に収容すると共に、このピストンと共に緩衝室としての閉空間を形成する第２の筒状体と、
前記閉空間を下流側に連結する小孔と
を備え、
前記第２の筒状体、ピストンおよび小孔によって、前記フロートのハンチングを抑制する緩衝機構を形成した
ことを特徴とする圧力変動吸収装置。 - さらに、流路中に水平方向に差し渡されて上流側と下流側とを画すると共に、その一部に貫通開口を有する隔壁を備え、
前記第１の筒状体は、前記両端導入口を前記隔壁の貫通開口に一致させるようにして前記隔壁の上面に固着されている
ことを特徴とする請求項６記載の圧力変動吸収装置。
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