JP5247403B2 - 流体の流量異常検出装置 - Google Patents

Description

本発明は流体の流量異常を検出する装置であり、特に、主として家庭用浄化槽に利用するもので、浄化槽の個体によって一定流量の酸素補給（空気）が法的な必要条件となる、家庭用浄化槽へ供給される流量を定期的に確認するための異常検出装置に関する。

家庭用浄化槽の目的は浄化槽内にエアポンプから一定流量の酸素（空気）を補給して好気性微生物を繁殖させて汚物を食べさせて分解するしくみになっている。好気性微生物が汚水を分解するのに必要な酸素量（空気）の目安を生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）で表し浄化槽の容量によりｍｇ／ｌ（ミリグラム毎リットル）値が定められている。このＢＯＤの値によって適切に汚物が分解され浄化されているかの尺度になっているため、エアポンプから浄化槽へ供給される流量を把握することは極めて重要であり、浄化槽へ酸素を送るエアポンプの異常を検出する必要がある。

従来技術にかかわるエアポンプの異常検出装置としては特許文献１の圧力検知方式がある（図１１参照）。この方式は中空の容器１００に設けられた受圧室１０１と、該受圧室１０１の一端に設けられた流体の通気口ｈと、該受圧室１０１の他端に設けられた気密性を有する可動部１０２とを備え、前記可動部の片面にスプリング１０３の一端が固定され、該スプリング１０３の他端が固定板１０４で保持され、前記可動部１０２が受圧室１０１内の背圧の増減変化で異常を検知する検知手段１０５において、前記スプリング１０３を挿通する支柱１０６が可動部１０２に設けられ、支柱１０６の端部に永久磁石１０７が装着され、永久磁石１０７から離間して設けられた磁気開閉器１０８からなる検出手段の異常警報装置である。

しかしながら、叙上の特許文献１に記載された圧力検知を有する異常警報装置は、エアポンプから浄化槽内に至る配管や浄化槽の散気管等の目詰りが生じた時、あるいは配管からのエア漏れが生じたときに通気抵抗が増減し、圧力の変動が生じる。この時、設定した圧力範囲を逸脱して磁気開閉器と永久磁石との距離が大となり、磁気開閉器が作動し、ランプ等で異常を知らせ、エアポンプを停止する機構である。この方式は浄化槽へ供給しているエアポンプの流量を直接確認（目視）することは不可能であり、すでにこのエアポンプの流量と圧力の特性を予め把握した上で、正常圧力範囲が正常流量の範囲内であると間接的に考察しているに過ぎず、当初、正常圧力範囲で正常流量を浄化槽内に供給したとしても、その後、例えば、散気管等の目詰りと配管からの漏れが重なり発生したときなど、圧力検知の背圧は正常圧力範囲であっても、実際、浄化槽内に供給される流量は低下している。この場合に、特許文献１の装置では、適正な一定流量を供給しているか否かを直接確認ができない問題があった。

また、流体の流量を測定する流量計として、特許文献２に示される面積式流量計が用いられている。この流量計は、図１２に示されるように、垂直に置かれたテーパ管１０９中にフロート１１０を浮遊させてその位置により流量を計測するものであり、フロート１１０内に上下方向に着磁された永久磁石１１１を用い、それとともに複数の磁気抵抗素子１１２をテーパ管１０９と平行して並べたものである。

実用新案登録第３１３７９９９号公報 特開平６−１８０２４２号公報

かかるテーパ管を用いる面積式流量計は、一般的に大きく、ポンプ内に収納したりすることができない大きさである。さらに、小型化するためには、テーパ管の勾配をきつくする必要があり、その場合には、図１４に示されるグラフＴａのように、流量（エア）の変化（Ｑ１〜Ｑ２）に対する浮子の移動量（位置）（Ｐａ１〜Ｐａ２）の割合が低い。したがって、流量の変化を検知するために、テーパ管内を移動するフロートの位置で流量の異常を検知するセンサとして用いる場合には、誤動作が起きやすくなり、精度も悪くなる。すなわち、正常流量から異常流量に変化した場合に、フロートの位置変化（Ｐａ２〜Ｐａ１）が少ないため、磁気センサを精度よく設置しなければ、誤動作が起きやすく、誤差が生じやすい。また、フロートは、完全に静止しているわけではなく、揺れが生じるので、フロートの揺れによるフロートの位置変化により、流量の変化がないのに、磁気センサが反応してしまい、誤動作が起きてしまう可能性がある。

また、上記のようなテーパ管をセンサとして用いる場合には、正常流量時のフロートの位置と異常流量として検出したいフロートの位置との間隔が狭くなるので、磁気センサの設置に精度が必要となり、磁気センサの位置を調節するのが困難となる。

さらに、当該正常流量時のフロートの位置と異常流量として検出したいフロートの位置との間隔を広くする、すなわち、流量の変化に対するフロートの移動量の割合を大きくしようとすると、図１４のグラフＴｂに示すように、テーパ管が長大になってしまい、小型化することができないという問題があった。

そこで、上記問題に鑑み、圧力から間接的に流量を求め、流量の異常を検知するのではなく、直接的に流量の異常を検知することが可能であり、かつ装置全体を大きくすることなく流量変化に対する浮子の移動量の割合を大きくすることにより、小型で、かつ検知精度を高め、検知の誤動作を防ぐことができることができる流量異常検出装置の提供を目的とする。

本発明の流量異常検出装置は、ポンプから供給されるエアの流量異常検出装置であって、流体の流路が直管状の小径管と、前記小径管の上部に延設され、前記小径管と連通し、前記小径管より断面積が大きい大径管と、前記小径管の内部に流体よりも比重が大きく、永久磁石を備えた円筒部分および下方に向かうにつれて縮径するテーパ部分により構成された浮子と、前記大径管または小径管の外部のうち、エアの異常流量を検出できる位置に設けられた磁気開閉器を備えた検知手段とを備え、正常流量時またはそれ以下の流量時では、前記浮子が前記小径管内を移動して、正常流量からの流量の変動により、前記浮子の移動量を急激に変化させ、異常流量時には、前記浮子が上昇し前記大径管にさしかかったときに、前記浮子と前記小径管との間が広くなり、前記浮子が緩やかに上昇することを特徴とする。

また、本発明の流量異常検出装置は、前記大径管の上部にさらに前記小径管より大きく、前記大径管より断面積が小さい中径管が延設され、前記中径管の上部に、さらに前記中径管より断面積が大きい大径管が延設されてなることを特徴とする。

また、本発明の流量異常検出装置は、前記大径管が、有底の大径外管として構成され、前記大径管内に、前記小径管が配置され、前記小径管の上部の開口を介して前記大径外管に連通することを特徴とする。

また、本発明の流量異常検出装置は、前記大径管が、有底の大径外管として構成され、前記大径管内に、前記小径管が配置され、前記小径管と前記大径外管は同程度の長さであり、かつ、前記小径管の上端側の側面に複数の開口が設けられていることを特徴とする。

また、前記大径外管、大径管、小径管または中径円管の上部に上部蓋が設けられ、該上部蓋の一部または全部が透明材料からなることが好ましい。

また、本発明の電磁式エアポンプは、上記流量異常検出装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、直管状の流路が設けられた小径管の上部に、該小径管より断面積の大きい大径管が延設されているので、流量の変化に対する浮子の位置が、急激に変化する領域を作り出し、当該浮子の位置が、急激に変化する領域に、磁気開閉器を配することにより、正常流量であるにもかかわらず、フロートの揺れ等による誤動作を防止することができる。

また、正常流量から異常を検出する流量に変動するまでの浮子の移動量を急激に変化させ、それ以外の流量の領域では、浮子の移動量を緩やかに変化させることにより、装置全体を小型化することができ、コストの低減をすることができる。

また、正常流量から異常を検出する流量に変動するまでの浮子の移動量を急激に変化させることにより、磁気スイッチの位置調節、設置が容易になる。

また、検出したい流量が変わっても、浮子を変えるだけで、浮子以外は同じ装置を用いることができる。

また、円管、ガイド部の構造が短形のため傾斜角に対する浮子の作動がスムーズで、コンパクト設計が可能になった。

以下、図面を参照し、本発明の流量異常検出装置を詳細に説明する。図１は本発明の流量異常検出装置の接続の一例を示す図であり、図２は本発明の流量異常検出装置の一実施の形態を示す図であり、図３および図４は本発明の流量異常検出装置に用いられる浮子の一実施の形態を示す図であり、図５は本発明の流量異常検出装置に用いられるガイド部の一実施の形態を示す図であり、図６は本発明の流量異常検出装置の流量に応じた浮子の位置を示す図であり、図７〜９は本発明の流量異常検出装置の他の実施の形態を示す図であり、図１０は本発明の流量異常検出装置が内蔵されたポンプを示す図であり、図１３は本発明の流量異常検出装置の流量−浮子位置の関係を示すグラフである。

図１に示されるように、本発明の流量異常検出装置１は、たとえばポンプＰｕと浄化槽Ｄにエアを供給するための供給管Ｓとの間に設けられ、ポンプＰｕから送られるエアの流量が正常流量であるか否かを検知し、たとえば流量が不足している場合に異常流量であることを検知する。ポンプＰｕから供給されるエアは流量異常検出装置１を通り、供給管Ｓを通って、散気管ＡＤからエアを浄化槽Ｄ内に放出する。流量異常検出装置１は、ポンプＰｕに異常がある場合等にエアの流量が少なすぎる場合等、異常がある場合に、異常を検知し、管理者にランプ等の公知の表示手段によって、異常を知らせるセンサとして機能し、異常を検知した後は、公知の警報手段によって警報を行なうことができる。また、流量異常がある場合には、ハンドルＨの操作により、流量を調整することができる。図１は、本発明の一実施の形態であり、浄化槽以外の目的で、流量の異常検出装置として用いることができることは言うまでもない。また、流体もエアに限られることはなく、エア以外の流体にも応用が可能である。

図２〜４に示されるように、本発明の流量異常検出装置１は、流体の流路が直管状の小径管２と、小径管２の上部に、該小径管２と連通し、該小径管２より断面積が大きい大径管３が延設されている。小径管２または大径管３の外部には、浮子４の位置により異常を検知するためのリードスイッチ等の磁気により反応する磁気開閉器９が設けられており、小径管２および大径管３は、後述する磁気開閉器９が、浮子４に収納された永久磁石４ｃに反応することができる材料であれば、特に限定されることはなく、合成樹脂、ガラス等を採用することができる。また、小径管２および大径管３は、円管であっても、角管であってもよく、管の上下にわたって、断面積が変わらない形状であれば、特に限定されるものではない。

小径管２の内部には、小径管２内を流通する流体よりも比重が大きい浮子４が、小径管２の底部２ａと大径管３に設けられた上部蓋５の間に垂直に固定されたガイド部６を介して上下可動に設けられている。上部蓋５は、大径管３と一体であっても別体であってもよく、また、上部から装置内に塵や埃などを視認できたり、浮子４の位置を視認できるように、上部蓋５を透明材料により形成することも可能である。透明材料としては、たとえば、ガラス、アクリル等が好ましい。

浮子４の形状は、図３に示されるように、円筒部分４ａとテーパ部分４ｂとで構成されており、円筒部分４ａには、上下が異極になる永久磁石４ｃが収納され、ガイド部６が挿通される上下方向に貫通する孔が設けられている。また、浮子４の材質は、透磁性があれば特に限定されないが、合成樹脂等が好適に採用される。

また、図４に示されるように、永久磁石４ｃが収納された円筒状の浮子４であっても構わない。浮子４の形状は、図３および図４に示す形状に限られず、球状等、公知の浮子を用いることも可能である。

また、図２および図５に示されるように、浮子４は、ガイド部６によって、小径管２内を上下方向に移動可能にガイドされている。ガイド部６は、図５（ａ）のように、浮子４の中心を貫通する１本のガイド部であってもよく、また、図５（ｂ）に示されるように、小径管２の内側に上下方向にレール状に伸びる凸部であってもよく、その場合には、浮子４はガイド部６に沿って上下可能なように、対応する凹部を設けることにより上下可能にガイドされる。また、ガイド部６は、図５（ａ）および図５（ｂ）の形状に限られることはなく、浮子４を上下方向に移動可能にガイドできるものであれば、特にその構造は限定されることはない。

つぎに、図６を用いて、本発明の流量異常検出装置１の流量に応じた浮子の移動について説明する。本発明の流量異常検出装置１は、図２に示す、小径管２に設けられた流体入口７から流入した流体は、小径管２内を通り、小径管２と浮子４の間を通り、大径管３に流れ、大径管３に設けられた流体出口８を通って流れる。流量によって小径管２内の浮子４を上部へ押し上げ質量Ｗｆの浮子４は、浮子４の最大直径面積Ａｆ、流量Ｑのとき、差圧（Ｐ１−Ｐ２）＝Ｗｆ/Ａｆ で浮いた状態で静止する。Ｐ１は浮子４の下圧でＰ２は浮子４の上圧である。ここで、Ｑ＝ｃＡ√（２ｇｈ／ρ０）であり（ｃは流出係数、Ａは流通面積、ｇは重力加速度、ｈは浮子上下の差圧、ρ０は、流体の密度）、流量がＱ１からＱ２に変化した場合、小径管２内は直管状であるので、ｃ、Ａ、ｇおよびρ０は一定であり、差圧ｈのみが変化する。

本発明によれば、たとえば浮子４の重さを変えるだけで、浮子４以外の他の部品（小径管２や大径管３）は同一のものを用いて異なる流量の異常検出装置として用いることができる（以下、それを検証してみる）。

すなわち、本発明による流量４０のときに浮子４が静止する流量異常検出装置が仮にあったとし、浮子４の質量Ｗｆ＝１０ｇで、浮子４の最大直径面積Ａｆ＝２と仮定すると、差圧ｈ＝５となる。そこで、たとえば浮子４の質量Ｗｆだけを１２．５ｇにし、他の条件を全く同じ条件にした場合、差圧ｈ＝６．２５となり、流量Ｑ＝６０のときに浮子４が静止するようになり、浮子４の質量Ｗｆを変えるだけで、流量６０用の流量異常検出装置として用いることができる。さらに浮子４の質量Ｗｆだけを６２．５ｇにし、他の条件を全く同じ条件にした場合は、差圧ｈ＝３１．２５となり、流量Ｑ＝１００のときに浮子が静止するので、浮子４の質量を変えるだけで、流量１００用の流量異常検出装置として用いることができる。

また、浮子４の質量Ｗｆだけでなく、最大直径面積Ａｆを変えるだけでも、浮子４以外の部品を変えることなく、他の流量の異常検出装置として用いることができ、質量Ｗｆと最大直径面積Ａｆの両方を変えることにより、浮子４以外の部品を変えることなく、他の流量の異常検出装置として用いることができる。このように、本発明によれば、浮子４の条件を変えるだけで、浮子４以外の他の部品の条件を変えることなく、異なる流量の異常検出装置として用いることができる。

本発明では、小径管２の上部を開口させ、その上部に小径管２より断面積が大きい大径管３を延設することにより、流量Ｑと浮子位置の関係は、図１３のグラフのようになる。本発明は、小径管２に延設する大径管３を設けることにより、流路の急変する箇所を作り出すことにより、グラフのように、流量の変化に対して浮子の位置が急変する箇所を作り出すことにより、異常流量時に浮子の位置が大きく変動し、異常を検出しやすい。また、正常流量から異常を検出する流量に変動するまでの浮子４の移動量を急激に変化させ、それ以外の流量の領域では、図１３に示されるように浮子４の移動量を緩やかに変化させることにより、装置全体を小型化することができ、コストの低減をすることができる。また、正常流量から異常を検出する流量に変動するまでの浮子の移動量を急激に変化させることにより、磁気スイッチの位置調節、設置が容易になる。

図６（ａ）は正常流量時の浮子４の位置を示すものであり、浮子４の重量や小径管２と浮子４の間隔を調整することにより、浮子４の円筒部分４ａの高さ方向の中心近傍が、小径管２の上端と一致するように設定されている。

ポンプなどの異常により、流路内の流量が少なくなった場合（たとえば、図１３における流量Ｑ１）には、浮子４は図６（ｂ）に示すように、下方に下がり、たとえば、図６（ｂ）の位置で異常を検知できる位置に、磁気開閉器９が設けられる。

また、流量が多くなり、たとえば図１３における流量Ｑ２になった場合には、図６（ｃ）の位置まで、すなわち浮子４が、浮子４の円筒部分４ａとテーパ部分４ｂとの境界の位置が、小径管２の上端部の位置と同じ高さまで上昇する。図６（ｃ）の位置の流量Ｑ２より流量が多くなった場合には、浮子４と小径管２との間が広くなるので、浮子４の位置は、図１３に示すように、緩やかに上昇するようになる。したがって、浮子４の位置が上昇せず、装置全体をコンパクトにすることができる。

図７は本発明の他の実施の形態を示す図であり、小径管２の上部に大径管３が延設され、そのさらに上部に、大径管３より断面積が小さく、かつ小径管２よりも断面積が大きい中径管１０が延設されている。磁気開閉器９は図７において２つ設けられているが、その数は特に限定されるものではない。

本実施の形態の中径管１０を設けることにより、異常を検知したい複数の領域で、流量の異常を検知することができる。さらに、大径管３の上部に小径管２よりも断面積が大きい中径管１０を設けることにより、大径管３の上端を浮子４が超えたときに、小径管２であれば、浮子４が一気に上昇してしまうが、小径管２よりも断面積が大きい中径管１０にすることにより、浮子４の急激な上昇を緩和することができる。

図８は本発明のさらに他の実施の形態を示す図であり、大径外管３１内に小径内管２１が垂直に置かれ、小径内管２１の上部が開口している構成であり、図９は小径内管２１には、当該小径内管２１の上端部の側面に複数の開口２１ａが設けられているものであり、
小径内管２１に延設する大径外管３１または大径外管３１に連通する小径内管２１の開口２１ａを設けることにより、流路の急変する箇所を作り出すことにより、図１３のグラフのように、流量の変化に対して浮子の位置が急変する箇所を作り出すことにより、正常流量であるにもかかわらず、浮子４の揺れ等による誤動作を防止することができる。また、正常流量から異常を検出する流量に変動するまでの浮子４の移動量を急激に変化させ、それ以外の流量の領域では、図１３に示されるように浮子４の移動量を緩やかに変化させることにより、装置全体を小型化することができ、コストの低減をすることができる。また、正常流量から異常を検出する流量に変動するまでの浮子の移動量を急激に変化させることにより、磁気スイッチの位置調節、設置が容易になる。

本発明によれば、流量異常検出装置１の大きさをコンパクトにすることができるので、図１０に示すように、ポンプＰｕに内蔵させることが可能となる。

本発明の流量異常検出装置の接続の一例を示す図である。 本発明の流量異常検出装置の一実施の形態を示す図である。 本発明の流量異常検出装置に用いられる浮子の一実施の形態を示す図である。 本発明の流量異常検出装置に用いられる浮子の一実施の形態を示す図である。 本発明の流量異常検出装置に用いられるガイド部の一実施の形態を示す図である。 本発明の流量異常検出装置の流量に応じた浮子の位置を示す図である。 本発明の流量異常検出装置の他の実施の形態を示す図である。 本発明の流量異常検出装置の他の実施の形態を示す図である。 本発明の流量異常検出装置の他の実施の形態を示す図である。 本発明の流量異常検出装置が内蔵されたポンプを示す図である。 従来のポンプ異常検出装置を示す図である。 従来のテーパ管を用いた流量計を示す図である。 本発明の流量異常検出装置の流量−浮子位置の関係を示すグラフである。 従来の流量異常検出装置の流量−浮子位置の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 流量異常検出装置
２ 小径管
２ａ 底部
３ 大径管
４ 浮子
４ａ 円筒部分
４ｂ テーパ部分
４ｃ 永久磁石
５ 上部蓋
６ ガイド部材
７ 流体入口
８ 流体出口
９ 磁気開閉器
１０ 中径管
２１ 小径内管
３１ 大径外管
ＡＤ 散気管
Ｄ 浄化槽
Ｈ ハンドル
Ｐｕ ポンプ
Ｓｕ 供給管

Claims (6)

1. ポンプから供給されるエアの流量異常検出装置であって、
   流体の流路が直管状の小径管と、
   前記小径管の上部に延設され、前記小径管と連通し、前記小径管より断面積が大きい大径管と、
   前記小径管の内部に流体よりも比重が大きく、永久磁石を備えた円筒部分および下方に向かうにつれて縮径するテーパ部分により構成された浮子と、
   前記大径管または小径管の外部のうち、エアの異常流量を検出できる位置に設けられた磁気開閉器を備えた検知手段とを備え、
   正常流量時またはそれ以下の流量時では、前記浮子が前記小径管内を移動して、正常流量からの流量の変動により、前記浮子の移動量を急激に変化させ、
   異常流量時には、前記浮子が上昇し前記大径管にさしかかったときに、前記浮子と前記小径管との間が広くなり、前記浮子が緩やかに上昇することを特徴とする流量異常検出装置。
2. 前記大径管の上部にさらに前記小径管より大きく、前記大径管より断面積が小さい中径管が延設され、
   前記中径管の上部に、さらに前記中径管より断面積が大きい大径管が延設されてなる請求項１記載の流量異常検出装置。
3. 前記大径管が、有底の大径外管として構成され、前記大径管内に、前記小径管が配置され、前記小径管の上部の開口を介して前記大径外管に連通する請求項１記載の流量異常検出装置。
4. 前記大径管が、有底の大径外管として構成され、前記大径管内に、前記小径管が配置され、前記小径管と前記大径外管は同程度の長さであり、かつ、前記小径管の上端側の側面に複数の開口が設けられている請求項１記載の流量異常検出装置。
5. 前記大径外管、大径管、小径管または中径円管の上部に上部蓋が設けられ、該上部蓋の一部または全部が透明材料からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の流量異常検出装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の流量異常検出装置を備えた電磁式エアポンプ。

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