JP5809767B1 - 面積流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】フロート軸に浮力以外の外力が加わっても、フロート軸は円滑な動作をするようにする。【解決手段】 管体１１中には、中央部にフロート１６を取り付けたフロート軸１７が挿入されている。フロート１６の上方の上軸部１７ａの先端は連結管１４内に設けられたダンパ機構１８に自在継手部２３を介して取り付けられ、下方の下軸部１７ｂは軸受部２０に上下動自在に挿通されている。開口部を下方に向けた円筒状のシリンダ１８ａを有するダンパ機構１８には、気密性が保持された空胴部内に、ピストン部１８ｂが空胴部内の気圧を変化させながら上下方向に摺動するようにされている。フロート軸１７の上端部１７ａとダンパ機構１８との接続は自在継手部２３を介してなされているので、フロート軸１７に浮力方向以外の半径方向等の変位や、半径方向等の傾きが生じても自在に追従可能な構造とされている。【選択図】図１

Description

本発明は、フロートの円滑な上下動を可能とする面積流量計に関するものである。

面積流量計では、テーパ管内のフロートが釣り合う位置を検出して流量の測定を行っている。測定流体は鉛直方向に配置されたテーパ管の下部から流入し、フロートにより流路が絞られ、フロートの上下に差圧を発生させる。そして、発生する差圧が一定となる位置、即ちフロートの測定流体中の下向きの力とフロートの上下の差圧による浮力が釣り合う位置でフロートは静止する。

流量が多い場合では、同一差圧を得るためにはより広い通過面積を必要とするため、フロートは上部に移動し、また流量が少ない場合には狭い通過面積で同じ差圧を得ることができるので、フロートは下方に移動して静止する。従って、測定流体の流量はテーパ管内のフロートの位置を基に知ることができる。

金属管式のテーパ管の場合に、図７に示すようにフロート１を中心部に設けたフロート軸２を、テーパ管３の上下に設けた軸受部４、５に挿通して、フロート１の動きを安定させるのが一般的な構造である。フロート１はテーパ管３の中心部を流量に応じて自在に上下する。

面積流量計では、測定流体の流量が急激に変化し、フロート１を含むフロート軸２が急激に上下動すると、フロート軸２の上下端が流量計を構成する他の部材等に衝突して、破損や変形が発生し、その後に測定に支障をきたすことがある。そこで、テーパ管３の上方又は下方にダンパ機構を設け、フロート軸２による衝撃を緩和することが知られている。テーパ管３内の流量が急変してフロート軸２が急激に上下動すると、フロート軸２が連結したダンパ機構により制動され、フロート軸２の急激な上下動を防止する。

特許文献１の面積流量計には、図８に示すようにフロート軸２の急激な上下動を緩和するためにフロート軸２の上端を内部に空胴部を有するダンパ機構６に取り付けている。この特許文献１においては、ダンパ機構６を上方において吊り下げて揺動可能の構成として、フロート軸２に上下方向の浮力以外の半径方向等の外力が加わった場合にも、ダンパ機構６の揺動によりその外力を吸収して、フロート軸２にたとえ傾き等が生じても、その動きに支障が生じさせないようにしている。

このダンパ機構６はシリンダ７の基部を流量計本体から吊り下げて揺動自在とされている。ダンパ機構６では、シリンダ７に対してピストン部８が摺動自在に嵌合されており、ピストン部８にフロート軸２が連結されている。

特開２０００−４６６０２号公報

図７に示す従来の面積流量計においては、フロート軸２の軸受部４、５に対する芯出しが悪いと、摩擦によるヒステリシスの発生等によって、製品寿命や流量の検出精度に影響を与える。このため、組立に際してフロート軸２に対する軸受部４、５の芯出しに熟練技術を要している。

また、フロート軸２が外力により僅かに傾くと、フロート軸２と軸受部４、５との間に摺動抵抗が生じ、軸受部４、５が摩耗する。このように軸受部４、５が摩耗し続けると、フロート軸２と軸受部４、５との間にがたつきが生じるという問題が発生する。

また、引用文献１の面積流量計においても、フロート軸２に上下方向の浮力以外の半径方向や斜め方向の外力が加わった場合に、この外力を吸収するためには、質量の大きなダンパ機構６全体を揺動しなければならず、小さな外力に対しては対応は困難であり、フロート軸２を上下の軸受部に対し円滑に摺動させ得る保証はない。

特に、弁体の解放時等のように急激に流量が変化し、フロート軸２が外力により斜め方向に急上昇した場合では、ダンパ機構６全体の揺動が追従できずにシリンダ７にフロート軸２の先端であるピストン部８が引っ掛かり、フロート軸２が変形するという問題が生ずる。

本発明の目的は、上述の課題を解消し、フロート軸に加わる流量による上下方向の浮力以外の半径方向等の外力を自在継手部を用いて容易に吸収し得る面積流量計を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る面積流量計は、フロートを備えたフロート軸をテーパ管内に挿入し、測定流体が流入した状態で前記テーパ管に対して前記フロートの釣り合う位置に基づいて流体流量を検出する面積流量計において、前記フロート軸の端部又は／及び前記フロートに自在継手部を設けたことを特徴とする。

本発明に係る面積流量計によれば、フロート軸の端部に任意の方向に回動し得る自在継手部を設けて他部材と連結したので、小さな外力に対しても自在継手部が鋭敏に回動することにより外力を吸収でき、フロート軸の動作を円滑にすることができる。また、自在継手部が回動することにより、摩耗やヒステリシスは大幅に低減され、フロートとテーパ管のクリアランスが小さい低流量領域を測定する場合であっても、流量精度を長期間に渡り維持することができる。

更に、ダンパ機構を備えてこのダンパ機構内に自在継手部を設けた場合にも、シリンダの内径とピストン部の外径との間隙を小さくできることから、急激な流量変化やフロート軸が繰り返し上下するハンチングに対しても、有効に対応可能となる。

実施例１の断面図である。 自在継手部の拡大断面図である。 自在継手部の変形例の断面図である。 実施例１の変形例の断面図である。 実施例２の断面図である。 実施例３の断面図である。 一般的な面積流量計の構成図である。 揺動可能なダンパ機構を設けた面積流量計の構成図である。

本発明を図１〜図６に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は実施例１の面積流量計の断面図である。測定流体が流れる例えば金属製の管体１１は上下両端のフランジ１２ａ、１２ｂに支持されて鉛直方向に配置されている。中央部は上方に開拡するテーパ管１３とされ、管体１１の上部及び下部はテーパ管１３に接続する連結管１４、１５とされている。

管体１１中には、中央部にフロート１６を取り付けたフロート軸１７が挿入されている。フロート１６の上方の上軸部１７ａの先端は連結管１４内に設けられたダンパ機構１８に取り付けられ、下方の下軸部１７ｂには検出軸１９が接続され、この検出軸１９はテーパ管１３と連結管１５の境界部に設けた軸受部２０に上下動自在に挿通されている。下軸部１７ｂと検出軸１９の境界部にはストッパ２１が取り付けられており、フロート軸１７が下降して流量が零になった場合に、このストッパ２１が軸受部２０に接触してそれ以上に下方に移動しないようにされている。

ダンパ機構１８は連結管１４の上部の上面板２２に固定され、測定流体はダンパ機構１８の外側と連結管１４の内側との間を通り、上面板２２に設けられた流通孔２２ａから上方に排出するようにされている。なお、軸受部２０には流体通過用の孔部２０ａが設けられ、測定流体が連結管１５からテーパ管１３内に流入するようにされている。

開口部を下方に向けた円筒状のシリンダ１８ａを有するダンパ機構１８には、気密性が保持された空胴部内に、ピストン部１８ｂが空胴部内の気圧を変化させながら上下方向に摺動するようにされている。

図２に示すように、ピストン部１８ｂには、上軸部１７ａの上端１７ｃが自在継手部２３により任意の方向に回動自在に連結されている。ピストン部１８ｂは下部をすぼめた円筒状とされ、フロート軸１７の上端１７ｃに連続した自在継手部２３としての球状の頭部を、ピストン部１８ｂ内に挿入する。そして、自在継手部２３が抜け出ないようにピストン部１８ｂの上部を蓋部１８ｃにより閉止することで、フロート軸１７をピストン部１８ｂに回動自在に連結することになる。

このように、フロート軸１７とダンパ機構１８との接続は自在継手部２３を介してなされているので、フロート軸１７に浮力方向以外の半径方向や斜め方向の変位や、半径方向等の傾きが生じても自在に従動可能となる構造とされている。

この実施例１の面積流量計においては、測定流体は管体１１の下方の連結管１５から上方に流入し、テーパ管１３を経て上方の連結管１４から流出する。この過程において、測定流体の流量に対応してフロート１６を含むフロート軸１７が上下動し、流量と釣り合う位置で停止するので、検出軸１９の位置をテーパ管１３又は連結管１４、１５の外部に配置した例えば検出機構２４により、電磁的に検出し流量を求める。

流量測定中に、例えばフロート軸１７を傾けるような不時の外力がフロート軸１７に加わると、この外力はピストン部１８ｂ内の自在継手部２３の傾きに変換され、自在継手部２３の傾きにより吸収されるので、フロート軸１７の上下方向の動きを防げるような摩擦力が軸受部２０との間に発生することはない。

図３はフロート軸１７をダンパ機構１８のピストン部１８ｂに取り付ける際の自在継手部２３の変形例を示している。図３（ａ）においては、フロート軸１７の上端１７ｃに取り付けた柱状部にピストン部１８ｂからピン１８ｄを挿通し、フロート軸１７が抜け落ちないようにするようにして、自在継手部２３としての機能を持たせている。

このように、フロート軸１７とピストン部１８ｂとの結合をピン１８ｄにより実施することにより、図２と同様な作用効果が得られる。

図３（ｂ）においては、フロート軸１７の上端１７ｃとピストン部１８ｂとの連結に、上方がすぼまったスリーブ１８ｅを用い、フロート軸１７の上方に取り付けたスリーブ１８ｅ内に、ピストン部１８ｂ側から先端を球状とした固定具１８ｆを吊り下げている。この固定具１８ｆの先端をスリーブ１８ｅ内に嵌合することにより、スリーブ１８ｅが抜け落ちないようにすると共に、自在継手部２３としての機能を持たせている。

これらの図２、図３の自在継手部２３の構造をピストン部１８ｂの構造やサイズにより使い分けることで、無理なく既存製品にも適応させることが可能となる。

図４は実施例１の変形例の断面図である。図１の実施例１に対して、ピストン部１８ｂの上方に、フロート軸１７と同軸に検出軸１９が延在されている。検出軸１９はダンパ機構１８の上方に配置された筒管２５内に挿入されており、測定流体はテーパ管１３の上方において排出管２６により側方に排出される。フロート１６の上下方向位置は、筒管２５の外側から、検出軸１９の位置を検出機構２４によって検出することにより求められる。

図５は実施例２の断面図であり、フロート１６はフロート軸１７と必ずしも一体ではなく、例えばフロート１６の上方の上軸部１７ａはフロート１６と自在継手部２３を介して連結されている。そして、上方の上軸部１７ａの上端１７ｃは上面板２２に設けた軸受部２７により支持され、フロート１６の下方の下軸部１７ｂはフロート１６と一体とされ、下軸部１７ｂの中間に配置した検出軸１９が下方の軸受部２０により支持されている。

連結管１４の下方には、ダンパ機構１８が配置されており、下軸部１７ｂの下端が自在継手部２３’を介してピストン部１８ｂに連結されている。また、測定流体の流入管２８は連結管１４の側方に配置されている。

この実施例２においても、フロート軸１７に加わる外力はフロート１６に設けられた自在継手部２３、ダンパ機構１８内に設けた自在継手部２３’が回動することにより吸収され、軸受部２０、２７との摩擦力が軽減されることになる。

なお、自在継手部２３はフロート１６と上軸部１７ａとの間に設けたが、フロート１６と下軸部１７ｂとの間に設けてもよい。

図６は実施例３の断面図であり、フロート１６においては、その上部の上軸部１７ａとの間に自在継手部２３が設けられ、フロート１６の下部において下軸部１７ｂとの間に自在継手部２３’が設けられている。

上軸部１７ａはテーパ管１３の上方において軸受部２９に支持され、下軸部１７ｂの下方の検出軸１９が軸受部２０により支持されている。

この実施例３においては、上軸部１７ａ、下軸部１７ｂはフロート１６において、それぞれ上下の自在継手部２３、２３’に対して回動可能であり、自在継手部２３、２３’によりフロート軸１７に加わる半径方向等の外力を吸収し、軸受部２９、２０に対する摩擦力を緩和することができる。

１１ 管体
１３ テーパ管
１４、１５ 連結管
１６ フロート
１７ フロート軸
１７ａ 上軸部
１７ｂ 下軸部
１８ ダンパ機構
１９ 検出軸
２０、２７、２９ 軸受部
２３、２３’ 自在継手部

Claims (5)

1. フロートを備えたフロート軸をテーパ管内に挿入し、測定流体が流入した状態で前記テーパ管に対して前記フロートの釣り合う位置に基づいて流体流量を検出する面積流量計において、
   前記フロート軸の端部又は／及び前記フロートに自在継手部を設けたことを特徴とする面積流量計。
2. 前記フロート軸の上端部又は下端部に固定のダンパ機構を設け、該ダンパ機構のピストン部に前記自在継手部を設け、該自在継手部を介して前記ピストン部と前記フロート軸の上端部又は下端部とを連結したことを特徴とする請求項１に記載の面積流量計。
3. 前記フロートの上部又は下部又は双方に前記自在継手部を設け、前記自在継手部を介して前記フロートと前記フロート軸の軸部とを連結したことを特徴とする請求項１に記載の面積流量計。
4. 前記自在継手部は前記フロート軸の上端部を回動自在に吊り下げるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の面積流量計。
5. 前記フロート軸の端部に連続した前記自在継手部に取り付けた球状の頭部を、前記ピストン部内に挿入し、前記自在継手部が抜け出ないように前記ピストン部の蓋部により閉止することで、前記フロート軸を前記ピストン部に回動自在に連結することを特徴とする請求項２に記載の面積流量計。

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