JP4966067B2 - 膜式ガスメータ - Google Patents

Description

本発明は、膜式ガスメータに関し、より詳細には、計量室に流入するガスの圧力差による膜の往復運動をリンク機構により回転バルブの回転運動に変換してガス流量を計量する膜式ガスメータに関する。

図１０は、一般的な膜式ガスメータの計量動作を説明するための図で、図中、１０１はカウンタ、１０２は回転バルブ、１０３はリンク機構、１０４は計量膜、１０５は計量室である。
入口から流入するガスは、回転する回転バルブ１０２の開口部を通過して計量室１０５に流入する。計量室１０５は、２枚の計量膜１０４で仕切られた４つの部屋により構成されている。そして回転する回転バルブ１０２の開口部の位置で決まるいずれかの計量室１０５にガスが流入する。この動作が計量室１０５へのガスの吸気動作である。

そして吸気されたガスの圧力で計量膜１０４が往復運動し、吸気された計量室１０５の反対側の膜室に充満していたガスは、計量膜１０４の運動により圧力がかけられ、回転バルブ１０２を通って出口に排出される。この動作が計量室１０５からのガスの排気動作である。この計量膜１０４の往復運動は、リンク機構１０３により回転運動に変換され、回転バルブ１０２を回転させる。回転バルブ１０２の回転にともなって、次の計量室１０５にガスが吸気される。そしてその回転バルブ１０２の回転運動は、クランク機構によってカウンタ１０１に伝達され、カウンタ１０１にガスの計量値が容積単位（ｍ³，Ｌ）に換算されて表示される。

上記のような膜式ガスメータは、計量法により定められている圧力損失時の流量から、その使用最大流量が定められ、使用最大流量１ｍ³／ｈあたり１号とする号数で分類されている。家庭用の膜式ガスメータとしては、２.５号（使用最大流量２.５ｍ³／ｈ）のものが多く使われているが、近年、燃焼器具の大型化に伴いガスメータの号数アップ（２.５号→４号）が要求されるケースが増えてきている。

現行の４号の膜式ガスメータは、２.５号の膜式ガスメータと比較して約１.５倍の大型の外形をもつものであり、その多くは業務用用途のガスメータとして使われている。このような大型の膜式ガスメータを家庭用に設置した場合、その大きさから美観を損ねる場合があるため、現行の家庭用（２.５号）サイズでの４号化が望まれている。このような要求を実現するためには、膜式ガスメータの圧力損失を低減して、最大流量を２.５ｍ³／ｈから４.０ｍ³／ｈに上げる必要がある。

膜式ガスメータの圧力損失を低減するための構成として、例えば特許文献１には、膜式ガスメータの整流構造が開示されている。ここでは、膜式ガスメータは、第１及び第２計量手段を有し、各計量手段は、計量膜によって仕切られた２つの計量室にそれぞれ連なる第１及び第２流路と、これら各流路を交互に開放／閉鎖する弁体によって第１及び第２流路に交互に連通する第３流路とをそれぞれ有している。また第１及び第２計量手段の各第３流路から排出されるガスは、１つの合流空間に流れ込んで合流し、排出孔から外部へ排出される。

そして上記の膜式ガスメータにおいて、第１及び第２計量手段の各第３流路には、第１及び第２流路から流れ込むガスを合流空間へ向けて案内する第１案内面を有する第１案内部材がそれぞれ着脱自在に設けられる。また合流空間には、各第３流路から流れ込むガスを排出孔に向けて個別に案内する第２案内面と、各第３流路間にわたって外方に凸に弯曲して延びる第３案内面とを有する第２案内部材が着脱自在に設けられている。
実公平８−６２７０号公報

膜式ガスメータの圧力損失は、機構動作による機械抵抗とガスが流路を流れることによる流路抵抗によって発生する。ガスの流量が低いときは機械抵抗による圧力損失が支配的であるが、流量が高いときは流体抵抗による圧力損失が支配的となる。従って膜式ガスメータの最大流量を上げるためには、流路改良により流路抵抗を減らすことの効果が大きい。

ガスメータの号数アップの例としては、回転バルブの径を拡大した例があるが、回転バルブの径を拡大すると、既存のリンク機構やクランク機構に干渉するため、多くの部品変更が必要になっていた。
すなわち膜式ガスメータの流路改良によりその圧力損失を低減させようとするとき、流路改良に伴って多くの部品の変更が必要になると、コスト面での不利が生じるため、部品の変更が最小限になる構成が望ましい。また上記特許文献に記載された構成は、角形バルブ方式のガス流出口に整流部材を設けるものであり、回転バルブ方式の膜式ガスメータとは異なるものである。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、既存の膜式ガスメータの構成部品をできるだけ変更することなく圧力損失を低減し、ガスの使用最大流量を拡大するようにした膜式ガスメータを提供することを目的とするものである。

請求項１の発明は、往復運動可能な計量膜により区分される計量室と、計量室へのガスの供給及び計量室からのガスの排出のための給排路を備えた分配室と、分配室に対するガスの供給及び分配室からのガスの排気を制御する回転バルブと、分配室から回転バルブを通って排気されたガスを出口に向かって通過させる出口通路と、計量室に流入するガスの圧力差による計量膜の往復運動を回転バルブに伝えるリンク機構とを備え、回転バルブの回転運動によりガス流量を計量する膜式ガスメータにおいて、回転バルブから排気されるガスは、鉛直方向下方に向かって回転バルブから排気されて出口通路内に流入し、回転バルブの鉛直方向下方には、出口通路に流入したガスを整流する整流板が設けられ、整流板は、整流板の表裏面が鉛直方向に一致するように設置されていることを特徴としたものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、膜式ガスメータが、回転バルブと出口通路との間に、回転バルブを保持するバルブシートと、バルブシートを保持するバルブシート台とを備え、バルブシート及びバルブシート台は、回転バルブを通って排気されたガスを出口通路に流入させるための流出口をそれぞれ備え、バルブシート及びバルブシート台のそれぞれの流出口にはリブが備えられ、各リブは、整流板と垂直方向に設けられていることを特徴としたものである。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、バルブシート台の出口通路側の開口の周縁をアール形状に形成したことを特徴としたものである。

本発明によれば、既存の膜式ガスメータの構成部品をできるだけ変更することなく圧力損失を低減し、ガスの使用最大流量を拡大するようにした膜式ガスメータを提供することができる。そして本発明により、既存の部品変更を最小限に抑えてガスメータの号数アップ（２.５号→４号）を実現させることができる。

特に本発明によれば、計量室から排出され、分配室から回転バルブを通って排気されたガスを出口に向かって通過させる出口通路において、出口通路内のガスが流入する流入部に垂直に整流板を設けることにより、出口通路内におけるガスの旋回流が見られなくなり、出口管内の流れがスムーズに出口に向かうように改善される。そしてこれにより、ガスの流れをスムーズにすることで流体抵抗を減らすことができ、膜式ガスメータ全体の圧力損失を低減させることができる。

さらに本発明によれば、回転バルブと出口通路との間に設けられたバルブシート及びバルブシート台が、それぞれリブを備えたガスの流出口を有し、各リブが整流板と垂直方向に設けられていることにより、ガスの流れが出口通路幅方向に分散し、その後出口通路の整流板によって旋回流が抑制される。これにより、出口通路の幅方向にガスの流れが均一化され、旋回流を抑えることができるため、さらにガスの流れがスムーズになり、膜式ガスメータ全体の圧力損失を低減させることができる。

さらに本発明によれば、バルブシート台の前記出口通路側の開口の周縁をアール形状に形成することにより、ガスの流れの剥離が低減し、出口通路の天井部の渦が発生しなくなって出口通路の深さ方向の流れがスムーズになる。そしてこれにより、ガスによる渦の発生を抑制することで、膜式ガスメータ全体の圧力損失を低減させることができる。

図１は、本発明を適用可能な膜式ガメータの具体的な構成例を説明するための部分断面図である。図１において、１はガスの入口、２はガスの出口、３は上ケース、４は弁室、５はリンク機構、６は回転バルブ、７はバルブシート、８はバルブシート台、９は流路本体、１０は計量室、１１は分配室、１２は計量膜、１３は伝達レバーである。
図１に示すように、膜式ガスメータには、流路本体９の上側に上ケース３が取り付けられ、上ケース３の上部左右位置にガスの入口１及びガスの出口２が備えられている。また流路本体９に上ケース３が取り付けられた状態で、ケーシング内は気密構造となっている。

流路本体９の内側上部にはバルブシート台８が設けられている。そして膜式ガスメータの内部において、バルブシート台８の上側空間に弁室４が形成され、また下側空間に分配室１１と計量室１０とが形成されている。
またバルブシート台８の上側には、バルブシート７と、バルブシート７上に回転可能に軸支され該バルブシート７に摺接する回転バルブ６とが備えられている。

また流路本体９は、前後方向の中央部に設けられている仕切り壁により前後一対の計量室１０に分割されている。これら一対の計量室１０には、それぞれ計量膜１２が備えられる。これにより４つの計量空間に区切られた計量室１０が設けられる。

入口１から流入するガスは、弁室４を経て回転バルブ６のゲートを通過し、バルブシート７に設けられた分配口と、バルブシート台８に設けられた分配室口とを通って分配室１１に流入し、分配室１１の給排路に従って計量室１０に吸気される。ここでは回転する回転バルブ６のゲートの位置で決まるいずれかの計量室１０にガスが吸気される。そして吸気されたガスの圧力で計量膜１２が往復運動し、吸気された計量室１０の反対側の計量室１０に充満していたガスは、計量膜１２により圧力がかけられて分配室１１に排気され、さらにバルブシート台８の分配室口とバルブシート７の分配口を介して回転バルブ６の内部空間を通り、再度流路本体９内の出口通路を通って、バルブシート台８の排気口から出口２に排気される。

計量膜１２は、リンク機構５に間接的に連結され、リンク機構５が回転バルブ６に連結されている。そして計量室１０に対するガスの流入にともなって、膜式ガスメータの前後方向に計量膜１２が往復移動することにより、リンク機構５が動作して回転バルブ６を回転させる。回転バルブ６の回転運動は伝達レバー１３を介してカウンタ部に伝えられ、ガスの計量値が容積単位（ｍ³，Ｌ）に換算されて表示される。

図２は、図１に示す膜式ガスメータにおける流路本体、バルブシート台、バルブシート及び回転バルブの分解斜視図である。
上記のように膜式ガスメータの流路本体９の上部には、バルブシート台８が取り付けられ、その上にバルブシート７と回転バルブ６とが順に取り付けられる。バルブシート台８の下側には、分配室１１と計量室１０（図１）とが設けられている。またバルブシート台８の上側空間には、入口１からガスが供給される弁室４（図１）が設けられる。

回転バルブ６は、バルブシート７に対して回転可能に軸支されているもので、その円周方向のほぼ１／４の範囲に膜式ガスメータの上下方向にガスを通過させるためのゲート６１を備えている。またバルブシート７には、ほぼ９０°ごとに分割されたそれぞれ４つの分配口７１が設けられ、バルブシート台８も同様にほぼ９０°ごとに分割されたそれぞれ４つの分配室口８１が設けられ、分配口７１と分配室口８１との位置が合うように取り付けられている。そして計量膜１２の往復運動により回転バルブ６が回転することで、回転バルブ６のゲート６１に連通する分配口７１と分配室口８１が決定される。

またバルブシート７とバルブシート台８には、分配室から回転バルブ６内へ排出された排出ガスを、流路本体の出口通路へ通過させるための流出口７２，８２が設けられ、各流出口７２，８２には、その中央部を横切るようリブ７３，８３がそれぞれ設けられている。バルブシート７のリブ７３には、回転バルブ６の中心軸が取付けられる。

弁室４（図１）に供給されたガスは、回転バルブ６のゲート６１を通過し、ゲート６１に連通する分配口７１及び分配室口８１から分配室１１側に取り込まれる。そしてガスはさらに分配室１１の給排路を経て、流路本体９の計量室１０に吸気される。計量室１０は、上述のように４つに分割された計量空間からなっていて、各計量空間には分配室１１の別々の給排路からガスが吸気される。

そして計量室１０へのガスの吸気により計量膜１２が変位することで、その反対側の計量室１０からガスが排出される。排出されたガスは、バルブシート台８及びバルブシート７にそれぞれ設けられた４つの分配口７１及び分配室口８１のうち、ゲート６１の反対側に位置する分配口７１及び分配室口８１から回転バルブ６の内部空間に取り込まれる。内部空間に取り込まれたガスは、再度流路本体９内の出口通路を通って排気口８４へと導かれ、排気口８４の上方に連結された排気通路を介して出口２（図１）から排気される。

図３は本発明による膜式ガスメータの流路本体の要部上面図で、図４は図３のＡ−Ａ断面を示す図である。図４において、６２は分配室に連通してガス排出流路の一部を構成する回転バルブの内部空間、９１は回転バルブの内部空間に連通するガスの出口通路である。

図３に示すように、流路本体９には、計量室１０（図１）から排出されたガスを排出するための出口通路９１が設けられている。出口通路９１は、ガスが流入する側のガス流入部９１ａと、ガスが流出する側のガス流出部９１ｂとを有している。そして出口通路９１のガス流入部９１ａの下方には、整流板９２が設けられている。

図４において、入口１（図１）から供給されたガスは、回転バルブ６のゲート６１を通過し、ゲート６１に連通する分配口７１及び分配室口８１から分配室１１側（ここでは図示せず）に取り込まれる。一方、計量室１０から分配室１１に排出されたガスは、ゲート６１と反対側の分配室口８１及び分配口７１を通って、回転バルブ６の内部空間６２に取り込まれる。そして内部空間６２に取り込まれたガスは、流路本体９に設けられた出口通路９１を通って排気口８４へと導かれ、排気口８４の上方に連結された排気通路を通って出口２（図１）から排気される。

上述のように本実施形態では、出口通路９１内にガスの流れを整流するための整流板９２が設けられている。整流板９２は、分配室から排気されたガスが回転バルブ６を介して出口通路９１に流入するガス流入部９１ａの下方に、垂直に設けられている。

図５は、本発明による膜式ガスメータの一実施形態における出口通路内のガスの流れを説明するための図で、図３のＢ−Ｂ断面を示す図である。また図６は、整流板がない現行の膜式ガスメータにおける出口通路内のガスの流れを説明するための図である。
図６に示すように、現行の膜式ガスメータを用いたガスの流れの可視化実験及びシミュレーションにより、出口通路９１内の流れが非常に複雑でその流入部９１ａにおいては旋回流が見られることが分かった。回転バルブ６を通過後、出口通路９１に流入するガスの流れは、常にその方向を変化させ、壁面に偏った分布を形成しながら出口通路９１を通過する。

一方、図５に示すように、出口通路９１内に整流板９２を設けることによって、旋回流が見られなくなり、出口通路９１内のガスがスムーズに出口に向かうように改善される。
旋回流は、流体抵抗を増大させる一因である。本実施形態に関わる構成によって、ガスの流れをスムーズにすることで流体抵抗を減らすことができ、膜式ガスメータ全体の圧力損失を低減させることができる。
整流板９２は、流路本体９と一体成型で構成したものであってもよく、また流路本体９に対して整流板９２を別部品として構成し、整流板９２を流路本体９の所定位置に嵌め込むように構成してもよい。

図７は、流路本体に対してバルブシート台とバルブシートとを組み付けた状態を示す上面図である。上記のようにバルブシート７とバルブシート台８には、分配室１１から回転バルブ６内へ排出された排出ガスを流路本体の出口通路９１へ通過させるための流出口７２，８２が設けられ、各流出口７２，８２には、その中央部を横切るようリブ７３，８３がそれぞれ設けられている（図２参照）。
本発明に関わる実施形態では、上記のリブ７３，８３を整流板９２と垂直方向になるように配置する。ここではバルブシート７とバルブシート台８を別部品で構成した例を示したが、この２部品を一体化部品として構成してもよい。

回転バルブ６を通過した後のガス流れは、バルブシート７及びバルブシート８台のリブ７３，８３によって出口通路幅方向（図７の上下方向）に分散する。その後、出口通路９１の流入部９１ａに設けられた整流板９２によって旋回流が抑制される。このような構成より、出口通路９１の幅方向に流れが均一化され、旋回流を抑えることができるため、さらに流れがスムーズになり、膜式ガスメータ全体の圧力損失を低減させることができる。

図８は、本発明による膜式ガスメータの他の実施形態における出口通路内のガスの流れを説明するための図で、また図９は現行の膜式ガスメータにおける出口通路内のガスの流れを説明するための図である。
本発明に関わる実施形態では、バルブシート台８に設けられた流出口８２の出口通路９１側の開口の周縁をＲ（アール）形状とした。

図９に示すように、現行の膜式ガスメータを用いた流れの可視化実験及びシミュレーションにより、出口通路内の流れが非常に複雑でその天井部においては不規則な渦が発生していること分かった。回転バルブ６を通過後、出口通路９１に流入するガスの流れは、バルブシート台８の流出口８１の角（流出口８１の出口通路９１側の開口周縁部）で流れが剥離して、天井部に不規則な渦を発生させている。

一方、図８に示すように、流出口８１の出口通路側９１の角部にＲ（アール）形状８５を設けることによって、ガスの流れの剥離が低減し、天井部の渦は発生しなくなって、出口通路９１の深さ方向の流れがスムーズになる。
渦は流体抵抗を増大させる一因である。本実施形態に係わる構成によって、渦の発生を抑制することで、膜式ガスメータ全体の圧力損失を低減させることができる。

本発明を適用可能な膜式ガメータの具体的な構成例を説明するための部分断面図である。 図１に示す膜式ガスメータにおける流路本体、バルブシート台、バルブシート及び回転バルブの分解斜視図である。 本発明による膜式ガスメータの流路本体の要部上面図である。 図３のＡ−Ａ断面を示す図である。 本発明による膜式ガスメータの一実施形態における出口通路内のガスの流れを説明するための図である。 整流板がない現行の膜式ガスメータにおける出口通路内のガスの流れを説明するための図である。 本発明による膜式ガスメータの流路本体に対してバブルシート台とバブルシートとを組み付けた状態を示す上面図である。 本発明による膜式ガスメータの他の実施形態における出口通路内のガスの流れを説明するための図である。 現行の膜式ガスメータにおける出口通路内のガスの流れを説明するための図である。 一般的な膜式ガスメータの計量動作を説明するための図である。

符号の説明

１…ガスの入口、２…ガスの出口、３…上ケース、４…弁室、５…リンク機構、６…回転バルブ、７…バルブシート、８…バルブシート台、９…流路本体、１０…計量室、１１…分配室、１２…計量膜、１３…伝達レバー、６１…ゲート、６２…内部空間、７１…分配口、７２，８２…流出口、７３，８３…リブ、８１…分配室口、８４…排気口、８５…アール形状、９１…出口通路、９１ａ…流入部、９１ｂ…流出部、９２…整流板、１０１…カウンタ、１０２…回転バルブ、１０３…リンク機構、１０４…計量膜、１０５…計量室。

Claims (3)

1. 往復運動可能な計量膜により区分される計量室と、該計量室へのガスの供給及び前記計量室からのガスの排出のための給排路を備えた分配室と、前記分配室に対するガスの供給及び該分配室からのガスの排気を制御する回転バルブと、前記分配室から前記回転バルブを通って排気されたガスを出口に向かって通過させる出口通路と、前記計量室に流入するガスの圧力差による前記計量膜の往復運動を前記回転バルブに伝えるリンク機構とを備え、前記回転バルブの回転運動によりガス流量を計量する膜式ガスメータにおいて、
   前記回転バルブから排気されるガスは、鉛直方向下方に向かって前記回転バルブから排気されて前記出口通路内に流入し、前記回転バルブの鉛直方向下方には、前記出口通路に流入したガスを整流する整流板が設けられ、該整流板は、該整流板の表裏面が鉛直方向に一致するように設置されていることを特徴とする膜式ガスメータ。
2. 請求項１に記載の膜式ガスメータにおいて、該膜式ガスメータは、前記回転バルブと前記出口通路との間に、前記回転バルブを保持するバルブシートと、該バルブシートを保持するバルブシート台とを備え、前記バルブシート及び前記バルブシート台は、前記回転バルブを通って排気されたガスを前記出口通路に流入させるための流出口をそれぞれ備え、前記バルブシート及び前記バルブシート台のそれぞれの前記流出口にはリブが備えられ、各前記リブは、前記整流板と垂直方向に設けられていることを特徴とする膜式ガスメータ。
3. 請求項２に記載の膜式ガスメータにおいて、前記バルブシート台の前記出口通路側の開口の周縁をアール形状に形成したことを特徴とする膜式ガスメータ。

Images