JP4472677B2

JP4472677B2 - マスフローメータ

Info

Publication number: JP4472677B2
Application number: JP2006256088A
Authority: JP
Inventors: 茂八嶋
Original assignee: 茂八嶋
Priority date: 2006-07-12
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2026-09-21
Also published as: JP2008039757A

Description

本発明は、緊急閉鎖可能な常時全開状態の回転型閉止弁が配置され流体管路内を流れる流体の流速より流体流量（マスフロー）の累積蓄算量を算出するマスフローメータに関する。

従来、水道管等に流れる流体流量値の累積蓄算量を算出するマスフローメータとして、羽根車の回転数から演算されるものが知られていた（特許文献１参照）。図６はこのようなマスフローメータの概略部分断面図である。

図６に示すようにマスフローメータ１は、水道管２から保持管３が立ち上がり、その保持管３内に、全周がシールされた状態でメータケース４が組み付けられている。メータケース４は、磁力を通す材質で形成され、その下方の水道管２の領域には、水の流れに対応して回転数が増減する羽根車５が設けられている。支軸６によって回転自在に支持された羽根車５の上方には支軸６と一緒に回転する磁石７が配置されている。メータケース７の内部には、羽根車９の回転数を検知する検知センサ８と、この検知センサ８からの回転数を水の流量に換算する計量回路部９とを有している。

特開２００２−２７０９０８号公報（図１）

しかしながら、特許文献１におけるマスフローメータ１は、回転数を検知するために支軸６によって支持された羽根車５を用いているが、羽根車を回しながら消費側にながれるので回転部での損出水頭があり、トイレ、風呂場、洗面所等、水の使用箇所が多数ある一般住宅に水道水を供給する場合のトータルの損失水頭の大きさは、供給ヘッドの増大を招きエネルギーの有効利用という観点からして望ましいものではなかった。また同時に大量の消費をした場合に、多量の水が羽根車を通過し、羽根車５の回転が追いつかず正確なマスフロー値を算出できない虞もあった。しかも羽根車５を長期使用すると、支軸６の摩耗や羽根そのものの損傷等により流量の変化に対して回転の追従性が低下するため、羽根車５の定期的な点検、保守或いは交換を行うことを要した。またこのようなマスフローメータ１がある管路系においては、一般に、流体の異常流出や地震時に管路内の流れを遮断する必要から緊急遮断弁を併設させることが普通であるが、これにより設置コストの上昇は避けられなかった。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、同時に大量の流体を消費をした場合にも、マスフロー値を算出するための検知部での損出水頭が小さく、かつ流量の増減に対し長期に渡り常に正確なマスフロー値が算出でき、しかも緊急遮断が機能を備えているにもかかわらず設置コストの低減が図れるマスフローメータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載のマスフローメータは、緊急閉鎖可能な常時全開状態の回転型閉止弁が配置された流体管路内を流れる流体の流速よりマスフロー値を算出するフローメータにおいて、前記回転型閉止弁の全開時における該弁の上流側先端部に受ける流体圧に基づいて得られる信号を、前記回転型閉止弁の上流側先端部に設けた歪みゲージからの流体抗力信号としてコントローラに入力し、該コントローラの演算部により、管内に流れた流体の平均速度を連続的に演算してマスフロー値の累積蓄算量を算出するとともに、不規則な脈流を前記歪みゲージが検出したときは前記回転型閉止弁により流路を閉鎖することを特徴としている。
この特徴によれば、緊急閉鎖可能な回転型閉止弁を利用してマスフロー値を算出できるので、設置コストの低減が図れ、しかも従来のように回転羽根の回転数から流量を算出することはないので、マスフロー値を算出するための検知部での損出水頭が小さく、かつ流量の増減に対し長期に渡り常に正確なマスフロー値が算出できる。また回転型閉止弁の上流側先端部に歪みゲージを設けることで、回転型閉止弁が受ける流体抗力から管内の中心部近傍の流体速度を容易に求めることができる。更に地震等により不規則な脈流が発生しても歪みゲージにより検出して、常時全開状態の回転閉止弁を閉鎖することができる。

本発明の請求項２に記載のマスフローメータは、請求項１に記載のマスフローメータであって、前記コントローラは、所定日数ごとにマスフロー値の累積蓄算量を算出して、ホストコンピュータに該算出情報を発信する手段を備えたことを特徴としている。
この特徴によれば、オーダーソフトをホストコンピュータに備える必要がなく、ホストコンピュータ側は各コントローラからの情報を区分けして蓄積する汎用のソフトだけですみ、自動検針システムのための投資金額を大幅に低減することができる。

本発明の実施例を以下に説明する。

図１は、本発明の実施例１におけるバタフライ弁が閉弁状態のマスフローメータの概略正面図であり、図２は同じくバタフライ弁が開弁状態のマスフローメータの側断面図であり、図３（ａ）はマスフローメータに用いられているバタフライ弁の斜視図とその一部拡大図であり、（ｂ）はバタフライ弁の平面図であり、図４はマスフローメータに用いられているコントローラのフロー図である。

本発明のマスフローメータは、例えば、水道料金徴収のための月々の水道水の使用量を算出するための水道メータ計器として使用されるものであり、しかも不正使用や緊急時には水道水を遮断できるものである。図１、図２に示すように、元栓と蛇口内間の水道水路管１０に挿入されたマスフローメータ１２は、回転型閉止弁としてのバタフライバルブ１４と、バルブ駆動部１６と、水道水のマスフロー値を算出する演算部を内蔵したマイコン等のコントローラ２０と、マスフロー値等を表示する表示部２２から構成されており、バルブ駆動部１６はモータ（図示せず）によってバタフライバルブ１４を開閉駆動することができる。しかし、モータの故障等、万一の場合に備えに、操作ハンドル２４によってバタフライバルブ１４の開閉操作を手動でもできるようになっている。

コントローラ２０は開閉可能なケース内に収納され、ケース上面に各種操作ボタンと液晶表示画面を有する表示部２２が載置されている。図２に示されるように、コントローラ２０は歪みゲージ３０からの信号を受け取り、マスフロー値を算出して、その値を月ごとに累積積算して表示部２２に表示させると共に、地震等の異常時にバルブ駆動部１６にバタフライバルブ１４が閉鎖するようなモータ駆動信号を送信するように構成されている。

バタフライバルブ１４は、図３（ａ）に示すように、弁軸１４ａと弁本体１４ｂから成り、弁軸１４ａは弁本体１４ｂの中央部に形成した嵌合孔に圧入され一体化されているが、特に圧入に限らず溶着しても良い。そして図３（ｂ）に示すように、流体抵抗を極力少なくして検知部での損出水頭が小さくするために、弁本体１４ｂの形状は滑らかな流線形状にすることが好ましい。

そしてこのバタフライバルブ１４はその組み付けを容易にするために、図２に示すように、上下に２分割されたバルブハウジング１５―１，１５―２内に軸受け１７，１７を介して回転自在に支持されるように構成されている。また、バルブハウジング１５―１，１５―２が接合したときにその両ハウジングで形成された内周面にシール部材１９がハウジングから脱落しないようにリング状に保持されている。したがってバタフライバルブ１４を閉じたときは弁本体１４ｂの外周部がシール部材１９によって密封封止される。

図３（ａ）の拡大図に示すように、バタフライバルブ１４が開弁状態にあるときに、弁本体１４ｂの上流側先端側となる部分に歪みゲージ３０を埋設するための取付孔１４ｃが形設されている。この歪みゲージ３０は水道水路管１０の中心部の水流が弁本体１４ｂの先端部に衝突することにより弁本体１４ｂが受ける抗力Ｆを電気信号に変換するもので、変換された電気信号はコントローラ２０の入力部に送られる。水道水路管１０の中心部の流体の流速をＶ_１、歪みゲージ３０が水流と衝突する面積をａ、水の密度をρとすると、Ｆ＝ρａＶ_１ ^２で表され、抗力Ｆの値が解れば、コントローラ２０の演算部でＶ_１が求められ、そして一般的な手法により水道水路管１０の平均流速Ｖ_２が算出される。

平均流速Ｖ_２の大きさは、水道水の使用状況により刻々と変化するので、使用されたマスフロー値（ここでマスフロー値とは、流体の使用により路管内を移動した流体量とする）は、平均流速と水道水路管１０の断面積との積を使用時間で積分した値として求められる。このようにして水道水が使用される毎にマスフロー値を使用毎に累積蓄算すれば、トータルの総使用量を、１日毎或いは月毎に算出してマスフローメータとして利用できる。

次に、コントローラの作用について図４に基づき説明する。コントローラ２０は入力部２０−１、出力部２０−２及び演算部２０−３及び記憶部２０−４で構成され、入力部２０−１で受信する信号としては、弁本体１４ｂが受ける抗力Ｆを電気信号として変換された信号Ｆ１、コントローラ２０が収納されているケース内あるいはバタフライバルブ１４近傍の水道水路管１０に取り付けた振動感知器からの振動（或いは地震感知器からの震度）信号Ｆ２、プリペードカード等の料金カードからの情報信号Ｆ３、表示部２２に設けられてた各種操作ボタンからの指令信号Ｆ４、アンテナにより基地局３２と送受信可能な送受信部３４からの指令信号Ｆ５等が含まれる。

一方、出力部２０−２から発信する信号としては、バタフライバルブ１４を開閉するためのバルブ駆動部１６への指令信号Ｏ１、表示部２２の液晶表示画面に文字等を表示するための表示指令信号Ｏ２、管理センター４０に必要な情報を伝えるために送受信部３４に出力する情報信号Ｏ３が含まれる。なお、送受信部３４で受けた情報信号は、アンテナで基地局３２に伝送され、この基地局からインターネット等の公衆回線３６を介して管理センター４０に送ることができる。当然のことではあるが、管理センター４０からの指令信号は、逆に公衆回線３６を介して送受信部３４に送られ、送受信部３４から信号Ｆ５としてコントローラ２０に入力させることができる。

本発明のマスフローメータ１０は前記したコントローラ２０を具備しているため、単に信号Ｆ１により水道水の使用量を算出し、その値を表示部２２に表示するだけでなく、各種の機能を付加することができる。即ちＦ２信号で振幅や震度の大きさで、バタフライバルブ１４の閉鎖する指令信号Ｏ１（緊急閉鎖出力信号）をバルブ駆動部１６に出力して水道水管路１０を遮断したり、プリペードカードが投入されるとＦ３信号でバタフライバルブ１４が開放する指令信号Ｏ１をバルブ駆動部１６に出力して水道水の使用が可能となり、残金がなくなればバタフライバルブ１４を閉鎖させるようにすることもできる。

なお、Ｆ２信号として、水道水路管１０に直接振動感知器或いは地震感知器等の測定器を取り付けて振幅や震度の大きさを測るっているが、それ以外に、地震により水道水路管１０内に生じる不規則な脈流を歪みゲージ３０にて抗力Ｆの変動としてとらえ、コントローラ２０の記憶部２０−４に記憶されている地震時の抗力変動パターンと比較して、地震であるかどうかを判定する手段もある。この場合、たとえば加速度が１６０ガル以上で振動した場合、大きな地震であると判定して、緊急閉鎖出力信号として、バタフライバルブ１４を閉鎖する指令信号Ｏ１が出力されるように設計するとともに、あわせて管理センター４０にも同時に通報するシステムとなっている。これにより管理センター４０側では各コントローラからの情報を集計分析することで、地震の大きさの分布状況を広範囲にわたってつかむことができる。

一方、表示部２２には各種の操作ボタンが装備されており、月ごとのマスフロー値をスクロールさせたり、使用水量に基づき使用金額を表示させたり、緊急時（例えば、漏水時、液晶画面の故障など）に管理センター４０に通報するボタン等があり、これらは信号Ｆ４として入力され、演算部２０−３で処理された後、記憶部２０−４で記憶した情報を出力部２０−２から表示指令信号Ｏ２となって表示部２２に送信、あるいは情報信号Ｏ３となって送受信部３４に送信される。またＦ５信号を利用して、管理センタ４０からバルブ駆動部１６にバタフライバルブ１４の開閉の指令を出したり、予めコントローラ２０の記憶部２０−４に記憶されたメッセージを表示部２２に表示させることもできる。

また、本発明のマスフローメータはコントローラ２０を使用して自動検針システムも構築することが可能であります。具体的には、コントローラ２０内に、所定日数，例えば１５日とか３０日ごとにこのコントローラ２０から管理センター４０にあるホストコンピュータに水道使用量の累計を自ら発信するシステムであり、所定日になると記憶部２０−４で記憶した水道使用量の累計を取り出すとともに、ホストコンピュータのアドレスを読み出し、情報信号Ｏ３より送受信部３４、公衆回線３６（ＰＬＣといわれている電力線通信回線を含む）を介して管理センター４０にあるホストコンピュータに向けて情報を発信するようになっている。

このような自動検針システムを構築することで、ホストコンピュータ側から個々のコントローラ２０に向けて水道使用量の累計情報を取りに行くオーダーソフトをホストコンピュータに備える必要がなく、ホストコンピュータ側は各コントローラ２０からの情報を区分けして蓄積する汎用のソフトだけですみ、自動検針システムのための投資金額を大幅に低減することができる。この自動検針装置は本発明のマスフローメータに使用されるコントローラ２０を利用するものであるから、コントローラを備えたところから順次選択的に自動検針システムを実施することができる。

次に本発明の実施例２を図５により説明する。図５は本発明の実施例２におけるバタフライバルブが開弁状態のマスフローメータの側断面図である。なお、実施例１のマスフローメータと共通の部品構成については同じ符号を付し説明は割愛する。

図５に示すように、バタフライバルブ４４が開弁状態にあるときに、弁本体４４ｂの上流側先端側となる流れに向かって開口した部分から弁本体４４ｂ中心部を通って、弁軸４４ａの上方に向かう逆Ｌ字状の孔４６が形設されており、水道水路管１０の中心部のよどみ点の圧力、即ち全圧Ｐ_２を圧力計４７で計測するためのピトー管の一部としてとして構成されている。更に、ピトー管の他の一部としてとして構成した垂直管４８を水道水路管１０内の流れに直交して立設し、流速Ｖ_１で流れている流体の静圧Ｐ_１を圧力計４９で計測する。

逆Ｌ字状の孔４６と垂直管４８を介して圧力計４７、４９により計測した全圧Ｐ_２と、静圧Ｐ_１はそれぞれ測定値変換部５０に導かれ、それぞれ電気信号に変換されてコントローラ２０の入力部に入力される。全圧Ｐ_２と、静圧Ｐ_１の大きさが解れば、管内を流れる流速Ｖ_１は、Ｖ_１ ^２＝２（Ｐ_２−Ｐ_１）／ρにより求められる。

流速Ｖ_１の大きさが解れば、実施例１の場合と同様にスフロー値は、平均流速と水道水路管１０の断面積との積を使用時間で積分した値として求められる。このようにして水道水が使用される毎にマスフロー値を使用毎に累積蓄算すれば、トータルの総使用量を、１日毎或いは月毎に算出してマスフローメータとして利用できる。

以上、本発明の実施例１，２を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれ、例えば上記実施例１，２では、水道水路管のための水道メータ計器として使用した例で説明したが、水道水に限らず一般の液体、或いは気体の累積積算計器として利用可能であり、ガスメータ計器としても利用できることは言うまでもない。

また、上記実施例１，２では、回転型閉止弁として中心型バタフライ弁の例で説明したが、偏心型バタフライ弁であっても良く、ほぼ９０度回動させて開閉できるパートターン開閉弁であればどの様な形式のものであってもよい。

本発明の実施例１におけるバタフライ弁が閉弁状態のマスフローメータの概略正面図である。同じくバタフライ弁が開弁状態のマスフローメータの側断面図である。（ａ）はマスフローメータに用いられているバタフライ弁の斜視図とその一部拡大図であり、（ｂ）はバタフライ弁の平面図である。マスフローメータに用いられているコントローラのフロー図である。本発明の実施例２におけるバタフライバルブが開弁状態のマスフローメータの側断面図である。従来のマスフローメータの概略部分断面図である。

符号の説明

１０水道水路管
１２マスフローメータ
１４バタフライバルブ（回転型閉止弁）
１４ａ弁軸
１４ｂ弁本体
１４ｃ取付孔
１５−１バルブハウジング
１５−２バルブハウジング
１６バルブ駆動部
１７軸受け
１９シール部材
２０コントローラ
２０−１入力部
２０−２出力部
２０−３演算部
２０−４記憶部
２２表示部
２４操作ハンドル
３０歪みゲージ
３２基地局
３４送受信部
３６公衆回線
３８バルブ部
４０管理センター
４４バタフライバルブ
４４ａ弁軸
４４ｂ弁本体
４６逆Ｌ字状孔
４７圧力計
４８垂直管
４９圧力計
５０測定値変換部

Claims

緊急閉鎖可能な常時全開状態の回転型閉止弁が配置された流体管路内を流れる流体の流速よりマスフロー値を算出するフローメータにおいて、前記回転型閉止弁の全開時における該弁の上流側先端部に受ける流体圧に基づいて得られる信号を、前記回転型閉止弁の上流側先端部に設けた歪みゲージからの流体抗力信号としてコントローラに入力し、該コントローラの演算部により、管内に流れた流体の平均速度を連続的に演算してマスフロー値の累積蓄算量を算出するとともに、不規則な脈流を前記歪みゲージが検出したときは前記回転型閉止弁により流路を閉鎖することを特徴とするマスフローメータ。
前記コントローラは、所定日数ごとにマスフロー値の累積蓄算量を算出して、ホストコンピュータに該算出情報を発信する手段を備えた請求項１に記載のマスフローメータ。