JP6655370B2 - 流量検出装置及び流量検出装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、差圧により流量を検出する、羽根車を用いた流量検出装置及び流量検出装置の製造方法に関する。

現在、水の流量を検出する流量検出装置は、様々な装置に用いられている。例えば、消火ポンプユニットにおいて、所定の性能を満たしているか否かを判定する定期点検に用いるために、消火ポンプユニットの二次側の配管に接続されたポンプ性能試験装置にも流量検出装置が用いられる。

このようなポンプ性能試験装置に用いる流量検出装置は、損失抵抗を考慮する必要がないが、高い精度が求められることから、差圧式の流量検出装置が採用される。

差圧式の流量検出装置として、フローセル式流量計が知られている。しかし、フローセル式流量計は、テーパー管内のフロートの位置から流量を読み取る構成であることから、作業者の目視による読み取りの場合には、作業者の感覚の違いから誤差が生じる虞もある。

また、ポンプ性能試験装置に用いる場合には、当該装置の仕切弁により流量を調整する必要があるが、読み取り誤差により、試験時に流量を正確に調整することが困難である、という問題もある。

そこで、流量に比例したパルスを発振する羽根車を用いた流量検出装置をポンプ性能試験装置に用いる技術も知られている。しかし、羽根車を用いた流量検出装置では、水の流れが層流に近い場合には、検出する流量の精度が比較的高いが、水の流れが乱流である場合には、検出する流量の精度が低下する、という問題がある。

ポンプ性能試験装置は、ユニット全体を小型化とするために、消火ポンプユニットのポンプからの配管経路が短く、乱流から整流されないまま水が羽根車を通過することから、このような流量検出装置で検出される流量の精度が悪くなる。このため、消火ポンプユニットのポンプ性能試験に用いた場合、消火ポンプユニット自体が消防法に定められた基準を満足する性能を有していても、流量検出装置の特性のために当該基準を満たさない検出結果となる虞もある。

そこで、オリフィスにより差圧を発生させて、オリフィスの一次側から二次側に流れるバイパス流を羽根車で検出することで、水の流れの状態の如何によらず、高い精度で流量を検出することが可能な流量検出装置が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

このような流量検出装置は、羽根車室に羽根車を収容した検出部を配管部に接合面で接合し、オリフィスを挟んで形成された流入ポート及び流出ポートで配管部及び羽根車室を連続させる構成である。

特開平１１−３３７３７９号公報 特開平７−１７４５９５号公報

上述した羽根車を用いた差圧式の流量検出部では以下の問題があった。即ち、シール材を介して配管部に検出部を接合する構成であるため、部品点数が多く、また、組み立て作業が繁雑となり、製造コストが高い、という問題がある。また、特許文献１の流量検出装置のように、接線流羽根車式を採用すると、検出される流量の精度は向上するものの、水の流れ方向が限定されることから、流入ポート及び流出ポートの流路を曲げる必要があり、製造コストがより増加する、という問題がある。

そこで本発明は、安価に製造可能な、羽根車を用いた差圧式の流量検出装置及び流量検出装置の製造方方法を提供することにある。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の流量検出装置及び流量検出装置の製造方法は次のように構成されている。

本発明の一態様として、流量検出装置は、流路部、前記流路部の中途部に設けられた同心オリフィス、前記流路部から前記流路部の径方向に離間して設けられた羽根車室、前記同心オリフィスの一次側に設けられ、前記流路部及び前記羽根車室を連続する流入ポート、並びに、前記同心オリフィスの二次側に設けられ、前記流路部及び前記羽根車室を連続する流出ポートが一体に成形された配管部と、 前記羽根車室に設けられた羽根車、前記羽根車に設けられた磁石、並びに、前記磁石の磁気を検出する磁気検出センサを有する流量検出器と、を備え、前記配管部は、前記流入ポート及び前記流出ポートと対向する前記流路部に設けられた加工穴と、前記加工穴を閉塞するプラグと、を備える。

本発明の一態様として、流量検出装置の製造方法は、流路部、前記流路部の中途部に設けられた同心オリフィス及び前記流路部から前記流路部の径方向に離間して設けられた羽根車室の外郭を構成する成型品を成形し、前記同心オリフィスの一次側に設けられ、前記流路部及び前記羽根車室を連続する流入ポートと対向する位置、及び、前記同心オリフィスの二次側に設けられ、前記流路部及び前記羽根車室を連続する流入ポートと対向する位置に加工穴を成形し、前記加工穴から前記流入ポート及び前記流出ポートを切削加工する。

本発明によれば、安価に製造可能な、羽根車を用いた差圧式の流量検出装置及び流量検出装置の製造方方法を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る流量検出装置の構成を示す平面図。 同流量検出装置の構成を示す断面図。 同流量検出装置の構成を示す断面図。 同流量検出装置の構成を示す断面図。 同流量検出装置の製造工程の一例を示す流れ図。

以下、本発明の一実施形態に係る流量検出装置の構成を、図１乃至図５を用いて説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る流量検出装置１の構成を示す平面図、図２は流量検出装置１の構成を図１中ＩＩ−ＩＩ線断面で示す断面図、図３は流量検出装置１の構成を図２中ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面で示す断面図、図４は流量検出装置１の構成を図１中ＩＶ−ＩＶ線断面で示す断面図、図５は流量検出装置１の製造工程の一例を示す流れ図である。なお、図１、図３及び図４中、矢印は水の流れ方向を示す。

図１乃至図４に示すように、流量検出装置１は、配管部１０と、配管部１０に設けられた検出部１１と、を備えている。

配管部１０は、一次側及び二次側に配管が接続される連結管を構成するとともに、検出部１１の一部を構成する。配管部１０は、ステンレス材料で成形される。

配管部１０は、吸込口２１と、流路部２２と、同心オリフィス２３と、吐出口２４と、検出部１１の一部を構成する羽根車室２５と、流入ポート２６と、流出ポート２７と、を備えている。配管部１０は、鋳造及び鋳造品の切削加工により形成される。また、配管部１０は、流入ポート２６及び流出ポート２７と対向する位置に形成された一対の加工穴２８と、加工穴２８をそれぞれ閉塞する一対のプラグ２９と、を備えている。

吸込口２１は、内周面に雌螺子部２１ａが形成されている。吸込口２１には配管が接続される。

流路部２２は、同一径に形成され、その中途部に同心オリフィス２３が配置される。

同心オリフィス２３は、流路部２２の内径よりも内径が小径に形成された円環状の突起である。同心オリフィス２３の内径は、流路部２２の内径の約７０％乃至８０％の範囲に設定される。同心オリフィス２３は、二次側の端面と内周面との稜部に、例えば４５°の傾斜角度の面取部２３ａを有している。

吐出口２４は、内周面に雌螺子部２４ａが形成されている。吐出口２４には配管が接続される。

吸込口２１、流路部２２、同心オリフィス２３及び吐出口２４は、同心上に配置される。

羽根車室２５は、異なる複数の内径により形成される円柱状の開口であり、内部空間に検出部１１の後述する羽根車４３を収容可能に構成される。羽根車室２５は、その開口端側の内周面に雌螺子部２５ａを有している。

羽根車室２５は、その軸方向が流路部２２の軸方向に対して直交する方向に配置される。羽根車室２５は、流路部２２から流路部２２の径方向に離間して配置される。羽根車室２５は、収納する羽根車４３が高さ方向で流路部２２の中心側に配置可能な深さに形成される。羽根車室２５は、流路部２２の軸方向に直交する方向で同心オリフィス２３に対向する位置に、その中心軸が配置される。

流入ポート２６は、流路部２２の軸方向に対して直交する方向に延設される開口である。流入ポート２６は、同心オリフィス２３の一次側に設けられ、同心オリフィス２３の一次側の流路部２２と羽根車室２５とを連続する。

流出ポート２７は、流路部２２の軸方向に対して直交する方向に延設される開口である。流出ポート２７は、同心オリフィス２３の二次側に設けられ、同心オリフィス２３の二次側の流路部２２と羽根車室２５とを連通する。

加工穴２８は、流入ポート２６及び流出ポート２７と対向する位置にそれぞれ設けられる。加工穴２８は、例えば、その軸方向が流入ポート２６及び流出ポート２７の軸方向と略同一方向に構成される。加工穴２８は、その内周面に雌螺子部２８ａが形成される。加工穴２８は、その内径が流入ポート２６及び流出ポート２７よりも大径に形成される。

プラグ２９は、加工穴２８に固定される。プラグ２９は、その外周面に雄螺子部２９ａを有し、加工穴２８に螺合されることで、加工穴２８を閉塞する。

検出部１１は、羽根車室２５と、流入ポート２６と、流出ポート２７と、流量検出器３１と、を備えている。

流量検出器３１は、基部４１と、主軸４２と、羽根車４３と、磁石４４と、磁気検出センサ４５と、を備えている。

基部４１は、円柱状に形成されるとともに、一端側に羽根車室２５の端部と当接するフランジ部４１ａを有し、他端側の外周面に羽根車室２５の雌螺子部２５ａと螺合する雄螺子部４１ｂが形成されている。基部４１は、外面側から開口し、磁気検出センサ４５等を収容する収容部４１ｃと、収容部４１ｃを閉塞する蓋体４１ｄと、を備えている。基部４１は、フランジ部４１ａと羽根車室２５との間にＯリング等のシール部材４１ｅを備えている。

主軸４２は、基部４１に固定される。

羽根車４３は、複数の羽根４３ａと、羽根４３ａが設けられるとともに、主軸４２に配置される円筒状のボス部４３ｂと、を有する。羽根車４３は、座金４３ｃ等により主軸４２に回転可能に固定される。

磁石４４は、羽根車４３のボス部４３ｂに設けられる。

磁気検出センサ４５は、羽根車室２５内に配置されるとともに、主軸４２の径方向で磁石４４の一部と対向して配置される。

次に、このように構成された流量検出装置１の製造方法について、図４に示す流れ図を用いて説明する。
先ず、鋳造によって配管部１０の外郭形状を成す鋳造物（成型品）を成型する（ステップＳＴ１）。このとき、加工穴２８を成形する部位に、円柱状に突起する円形座を形成する。なお、具体的には、鋳造物は、配管部１０の外郭、吸込口２１、流路部２２、同心オリフィス２３、吐出口２４及び羽根車室２５を後の工程で加工可能な形状に構成される。

次に、吸込口２１、流路部２２、同心オリフィス２３、吐出口２４、及び、羽根車室２５を切削加工により成形する（ステップＳＴ２）。なお、流量検出装置１の設計時や試作時においては、同心オリフィス２３の一次側及び二次側の圧力を測定し、同心オリフィス２３の内径を予め決定する。

次に、円形座に加工穴２８の下穴を形成する（ステップＳＴ３）。次いで、図３に示すように、下穴からドリル等の工具１００により切削加工を行い、流入ポート２６及び流出ポート２７を成形する（ステップＳＴ４）。次に、下穴に雌螺子部２８ａをねじ山加工により成形する（ステップＳＴ５）。なお、ステップＳＴ４において流入ポート２６及び流出ポート２７を成形する前に、ステップＳＴ５として、下穴に雌螺子部２８ａを加工してもよい。次に、加工穴２８をプラグ２９により閉塞する（ステップＳＴ６）。

次いで、基部４１に主軸４２、磁石４４が設けられた羽根車４３及び磁気検出センサ４５を一体に組み立てた流量検出器３１を羽根車室２５に固定する（ステップＳＴ７）。これらの工程により、流量検出装置１が製造される。

このように構成され、製造された流量検出装置１によれば、加工穴２８から流入ポート２６及び流出ポート２７を工具１００により加工することで、流入ポート２６及び流出ポート２７の内径の精度を高く成形することができる。結果、製造した流量検出装置１の精度のばらつきを低減することができる。

このため、消火ポンプユニットの性能を検出するポンプ性能試験装置に用いる場合においては、高い精度で流量を検出可能となることから、ポンプの性能を高い精度で検出することが可能となる。

また、加工穴２８は、流路部２２の一部に成形され、プラグ２９で閉塞する構成であることから、流量検出装置１の流量の検出精度を高い精度とすることが可能となる。具体的に説明すると、例えば、流入ポート２６及び流出ポート２７を羽根車室２５の外面側から工具１００により加工し、その後、羽根車室２５の外面側の流入ポート２６及び流出ポート２７の加工のために設けられた穴を閉塞することも可能である。しかし、この場合、羽根車室２５の内周面に開口（窪み）ができることから、羽根車室２５内の水の流れにおいて、当該開口により渦流れが発生し、当該水の流れに乱れが生じる。この羽根車室２５内の水の流れの乱れは、羽根車４３の回転を阻害し、回転数のばらつき等が生じる。

これに対し、本実施形態の流量検出装置１は、加工穴２８を流入ポート２６及び流出ポート２７と対向する流路部２２に設ける構成であることから、羽根車室２５内の水の流れが乱れることがない。このため、流入ポート２６から羽根車室２５を通過して流出ポート２７へ円滑に水が流れる。結果、流量検出装置１は、高い精度で流量を検出することが可能となる。

また、加工穴２８は、流量検出装置１の設計時、試作時及び出荷時の性能検査時等において、同心オリフィス２３の一次側及び二次側の圧力を測定することが可能となる。

さらに、鋳造により配管部１０の外郭形状を成型後に切削加工等により各構成を成形する構成であることから、羽根車室２５は配管部１０の一部に一体に構成される。即ち、羽根車室２５を配管部１０にシール部材を介して接合する必要がなく、このため、流量検出装置１は、部品点数を低減することが可能となる。結果、流量検出装置１の製造コスト及び各構成品の組み立て工程を低減することが可能となり、安価に製造可能となる。

上述したように本発明の一実施形態に係る流量検出装置１及びその製造方法によれば、高い精度で流量を検出可能となるとともに、安価に製造することが可能となる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。上述した例では、流入ポート２６及び流出ポート２７は、流路部２２の軸方向に対して直交する方向に延設される構成を説明したがこれに限定されない。加工穴２８から流入ポート２６及び流出ポート２７を加工可能であれば、流路部２２の軸方向に対して所定の角度で交差する構成であってもよい。

また、上述した例では、配管部１０の製造工程として、鋳造により鋳造品を成型し、その後に切削加工する構成を説明したがこれに限定されない。例えば、配管部の外郭形状を樹脂材料による射出成形等によって成型し、その後、切削加工する構成であってもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明と同等の記載を付記する。［１］ 流路部、前記流路部の中途部に設けられた同心オリフィス、前記流路部から前記流路部の径方向に離間して設けられた羽根車室、前記同心オリフィスの一次側に設けられ、前記流路部及び前記羽根車室を連続する流入ポート、並びに、前記同心オリフィスの二次側に設けられ、前記流路部及び前記羽根車室を連続する流出ポートが一体に成形された配管部と、
前記羽根車室に設けられた羽根車、前記羽根車に設けられた磁石、並びに、前記磁石の磁気を検出する磁気検出センサを有する流量検出器と、
を備えることを特徴とする流量検出装置。
［２］ 前記配管部は、前記流入ポート及び前記流出ポートと対向する前記流路部に設けられた加工穴と、前記加工穴を閉塞するプラグと、を備えることを特徴とする［１］に記載の流量検出装置。
［３］ 前記配管部は鋳造により成型され、その後、前記加工穴から前記流入ポート及び前記流出ポートが成形されることを特徴とする［２］に記載の流量検出装置。
［４］ 前記流入ポート及び前記流出ポートは、前記流路部の軸方向に直交する方向に延設されることを特徴とする［１］に記載の流量検出装置。
［５］ 流路部、前記流路部の中途部に設けられた同心オリフィス及び前記流路部から前記流路部の径方向に離間して設けられた羽根車室の外郭を構成する成型品を成形し、
前記同心オリフィスの一次側に設けられ、前記流路部及び前記羽根車室を連続する流入ポートと対向する位置、及び、前記同心オリフィスの二次側に設けられ、前記流路部及び前記羽根車室を連続する流出ポートと対向する位置に加工穴を成形し、
前記加工穴から前記流入ポート及び前記流出ポートを切削加工する、ことを特徴とする流量検出装置の製造方法。
［６］ 前記成型品に前記流路部、前記同心オリフィス及び前記羽根車室を成形し、
前記流入ポート及び前記流出ポートを切削加工後に、前記加工穴をプラグにより閉塞し、
主軸、前記羽根車室に設けられる羽根車、前記羽根車に設けられた磁石、並びに、前記磁石の磁気を検出する磁気検出センサを有する流量検出器を前記羽根車室に取り付ける、ことを特徴とする［５］に記載の流量検出装置の製造方法。
［７］ 前記成型品は、鋳造により成型されることを特徴とする［５］に記載の流量検出装置の製造方法。
［８］ 前記成型品は、前記加工穴が成形される部位に、円柱状に突起する円形座を有することを特徴とする［５］に記載の流量検出装置の製造方法。
［９］ 前記流入ポート及び前記流出ポートは、前記流路部の軸方向に直交する方向に延設されることを特徴とする［５］に記載の流量検出装置の製造方法。

１…流量検出装置、１０…配管部、１１…検出部、２１…吸込口、２１ａ…雌螺子部、２２…流路部、２３…同心オリフィス、２３ａ…面取部、２４…吐出口、２４ａ…雌螺子部、２５…羽根車室、２５ａ…雌螺子部、２６…流入ポート、２７…流出ポート、２８…加工穴、２８ａ…雌螺子部、２９…プラグ、２９ａ…雄螺子部、３１…流量検出器、４１…基部、４１ａ…フランジ部、４１ｂ…雄螺子部、４１ｃ…収容部、４１ｄ…蓋体、４１ｅ…シール部材、４２…主軸、４３…羽根車、４３ａ…羽根、４３ｂ…ボス部、４３ｃ…座金、４４…磁石、４５…磁気検出センサ、１００…工具。

Claims (8)

1. 流路部、前記流路部の中途部に設けられた同心オリフィス、前記流路部から前記流路部の径方向に離間して設けられた羽根車室、前記同心オリフィスの一次側に設けられ、前記流路部及び前記羽根車室を連続する流入ポート、並びに、前記同心オリフィスの二次側に設けられ、前記流路部及び前記羽根車室を連続する流出ポートが一体に成形された配管部と、
   前記羽根車室に設けられた羽根車、前記羽根車に設けられた磁石、並びに、前記磁石の磁気を検出する磁気検出センサを有する流量検出器と、
   を備え、
   前記配管部は、前記流入ポート及び前記流出ポートと対向する前記流路部に設けられた加工穴と、前記加工穴を閉塞するプラグと、を備えることを特徴とする流量検出装置。
2. 前記配管部は鋳造により成型され、その後、前記加工穴から前記流入ポート及び前記流出ポートが成形されることを特徴とする請求項１に記載の流量検出装置。
3. 前記流入ポート及び前記流出ポートは、前記流路部の軸方向に直交する方向に延設されることを特徴とする請求項１に記載の流量検出装置。
4. 流路部、前記流路部の中途部に設けられた同心オリフィス及び前記流路部から前記流路部の径方向に離間して設けられた羽根車室の外郭を構成する成型品を成形し、
   前記同心オリフィスの一次側に設けられ、前記流路部及び前記羽根車室を連続する流入ポートと対向する位置、及び、前記同心オリフィスの二次側に設けられ、前記流路部及び前記羽根車室を連続する流出ポートと対向する位置に加工穴を成形し、
   前記加工穴から前記流入ポート及び前記流出ポートを切削加工する、ことを特徴とする流量検出装置の製造方法。
5. 前記成型品に前記流路部、前記同心オリフィス及び前記羽根車室を成形し、
   前記流入ポート及び前記流出ポートを切削加工後に、前記加工穴をプラグにより閉塞し、
   主軸、前記羽根車室に設けられる羽根車、前記羽根車に設けられた磁石、並びに、前記磁石の磁気を検出する磁気検出センサを有する流量検出器を前記羽根車室に取り付ける、ことを特徴とする請求項４に記載の流量検出装置の製造方法。
6. 前記成型品は、鋳造により成型されることを特徴とする請求項４に記載の流量検出装置の製造方法。
7. 前記成型品は、前記加工穴が成形される部位に、円柱状に突起する円形座を有することを特徴とする請求項４に記載の流量検出装置の製造方法。
8. 前記流入ポート及び前記流出ポートは、前記流路部の軸方向に直交する方向に延設されることを特徴とする請求項４に記載の流量検出装置の製造方法。