JP4363622B2 - 整流器及び羽根車式流量計 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、羽根車の下面に整流器を隣接配置して整流器から羽根車側に流体を流し、その羽根車の回転に基づいて流量を測定する羽根車式流量計及びその羽根車式流量計に備えた整流器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１には、従来の羽根車式流量計が示されており、その羽根車式流量計に備えた整流器２が図１２に拡大して示されている。図１１に示すように、この羽根車式流量計では、整流器２に備えた中心整流体３の上面から支持ピン７が起立しており、この支持ピン７を中心にして羽根車１が回転する。ここで、羽根車１は下方から流体を受けて回転するが、このとき羽根車１が上方にスライドして羽根車１の上端部が上面壁６に押し付けられて摺動する。このため、従来の羽根車式流量計では、図１２に示すように整流器２のうち中心整流体３の上面に補助整流板４を敷設し、その補助整流板４の外縁部を中心整流体３から側方に張り出して、羽根車１への流体圧力を低減させていた（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１４５４２７号公報（段落[００２３]〜[００２８]、図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、羽根車１の上方へのスライドが測定性能に影響を与えると考えられる。しかしながら、上述した従来の羽根車式流量計では、ＯＩＭＬ（国際法定計量機関）規格に対応した高度な測定性能を満足することができなかった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来より測定精度を向上させることが可能な羽根車式流量計及び整流器の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る整流器は、１２枚の捻れた羽根を円筒回転体の外周面から放射状に張り出して備えた羽根車の回転に基づいて流量を測定する羽根車式流量計のうち羽根車の下面に隣接配置される整流器であって、羽根車に流体を案内する筒体と、その筒体の中心部のうち羽根車寄りに配置されて下方に向かって丸みを帯びた先細りとなったドーム状をなしかつ、上面に羽根車を軸支する支持ピンを有した中心整流体と、中心整流体から側方に放射状に張り出されて筒体との間に差し渡されかつ、下縁部が中心整流体から斜め下方に向かうように傾斜した６枚の整流壁と、６枚の整流壁のうち、互いに１８０度離れた位置の２枚の整流壁を除く４枚の整流壁に形成されて、羽根車の回転方向と反対方向を向いた面を羽根車側の端部に向かうに従って整流壁が薄肉となるように傾斜させてなる傾斜面と、筒体の内面のうち中心整流体及び整流壁より下側位置から内側に張り出して筒体の内径を縮径する堰部とを備え、堰部の内側で流体が通過する部分の面積をＡとし、筒体のうち、羽根車側の開放口における流体が通過する部分の面積をＢとした場合に、Ｒ＝Ａ／Ｂで求められる比率Ｒを、１１５〜１４０％としたところに特徴を有する。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の整流器において、堰部は、筒体の内側に嵌合された平板状のリングであるところに特徴を有する。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の整流器において、６枚の整流壁のうち、傾斜面が形成された４枚の整流壁を除く２枚の整流壁には羽根車側の端部に可動翼が設けられ、可動翼は、羽根車の回転方向の前後に傾動可能に構成されたところに特徴を有する。
【００１１】
請求項４の発明に係る羽根車式流量計は、上記請求項１乃至３の何れかに記載の整流器を備えたところに特徴を有する。
【発明の作用及び効果】
本発明の羽根車式流量計又は整流器を用いれば、羽根車への流体圧力が堰部によって適度に抑えられて、従来の羽根車式流量計に比べ測定精度を向上させることができる。具体的には、堰部の内側で流体が通過する部分の面積をＡとし、筒体のうち、羽根車側の開放口における流体が通過する部分の面積をＢとした場合に、Ｒ＝Ａ／Ｂ、で求められる比率Ｒを、１１５〜１４０％とすることが好ましい。また、整流器に備えた６枚の整流壁のうち互いに１８０度離れた位置の２枚の整流壁を除く４枚の整流壁の羽根車の回転方向と反対方向を向いた面に、羽根車側の端部に向かうに従って整流壁が薄肉となるように傾斜した傾斜面を形成することで、測定精度を更に向上させることができる。また、堰部を筒体の内側に嵌合された平板状のリングで構成することで、従来の整流器にリングを嵌合するという容易な設計変更により、課題を解決することができる（請求項２の発明）。さらに、６枚の整流壁のうち、傾斜面が形成された４枚の整流壁を除く２枚の整流壁には、羽根車側の端部に可動翼を設けたことで、測定精度を向上させる調整が可能になる（請求項３の発明）。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１乃至図８に基づいて説明する。
本発明の羽根車式流量計１０（以下、単に「流量計１０」という）は、水道管の途中に取り付けられる外ケース１１（図１参照）に図２に示した流量計本体１２を組み付けてなる。
【００１３】
外ケース１１には、図１における左側に開放した流入口１１Ａと、右側に開放した流出口１１Ｂとが形成され、その流入口１１Ａから下方に延びた下側部屋１３と、下側部屋１３の上方に位置した上側部屋１４とが備えられている。また、これら上側部屋１４と下側部屋１３とが、連絡口１６を介して上下方向で連通している。そして、上側部屋１４の上面に形成された上面開口１５に流量計本体１２が挿入組付され、その流量計本体１２の下端部が前記連絡口１６の縁部に接合されている。
【００１４】
さて、流量計本体１２のうち、図２における符号５０は筒型ハウジングであって、上下に並べた１対の円筒部５０Ａ，５０Ｂの間を複数のリブ５２で連結してなる。下側円筒部５０Ｂは上下に開放しており、この下側円筒部５０Ｂ内には、羽根車４０の羽根４３が収容されると共に、下側円筒部５０Ｂの下面には、整流器２０が接合されている。そして図１の太線矢印で示したように、外ケース１１の下側部屋１３から整流器２０、下側円筒部５０Ｂの順に流れた水が下側円筒部５０Ｂの上面からリブ５２，５２の間を通って、外ケース１１の上側部屋１４に進み、流出口１１Ｂに向かう。
【００１５】
図２に示すように、上側円筒部５０Ａの下面には、下側円筒部５０Ｂの中心に向かって先細りとなるように軸収容部５３が垂下しており、軸収容部５３の内側には、羽根車４０から延びたシャフト４１が収容されている。
【００１６】
一方、上側円筒部５０Ａの上面には、メータユニット６０が取り付けられ、このメータユニット６０は、羽根車４０の回転に連動して流量計１０を通過した水の積算流量を計数して表示する。なお、メータユニット６０の上部に備えた上蓋６１を開けるとガラス窓６２を通して流量表示部を見ることができる。
【００１７】
図３には、羽根車４０のみが示されている。同図に示すように羽根車４０は、例えば１２枚の羽根４３を円筒体４２の外周面から放射状に張り出して備える。各羽根４３は、図３における上方、即ち下流側から見たときに、各羽根４３の上端縁４３Ａ（下流側の縁部）に対して下端縁４３Ｂ（上流側の縁部）が、反時計回りの方向に先行して、羽根４３全体がねじれた形状になっている。これにより、上流から羽根４３に水圧がかかると、羽根４３の下端縁４３Ｂが先行するように羽根車４０が回転する。即ち、羽根車４０は上方から見て反時計回りの方向に回転する。
【００１８】
シャフト４１は、円筒体４２の底面中央部から上方に垂直に立ち上がっており、シャフト４１と円筒体４２の内側面との間がリブ４６で補強されている。
【００１９】
図４に示すように、シャフト４１の芯部には、下端開放の空洞が形成され、その空洞内の下端寄り位置に軸受け４７が組み付けられている。そしてシャフト４１の下端から空洞内に、後述する整流器２０に備えた支持ピン２１が挿入されて、その支持ピン２１の先端が軸受け４７に突き当てられている。
【００２０】
シャフト４１の上端部には、マグネットカップリング４４の一方が設けられ、図２に示すように、メータユニット６０を構成するギア６４に固定された他方のマグネットカップリング４４に対向配置されている。これにより羽根車４０の回転がメータユニット６０のギア６４の回転として伝達される。
【００２１】
また、シャフト４１の上端面の中心部には、凸部４８が設けられており、メータユニット６０のうち、この凸部４８と対向した位置には、軸受け部材４９が備えられている（図２を参照）。
【００２２】
さて、整流器２０は、図５に示すように、円筒状の筒体２７の内側中央に、本発明に係る中心整流体２２を備え、中心整流体２２から筒体２７に向かって例えば６枚の整流壁７０が放射状に延びた構造をなしている。
【００２３】
筒体２７は、上下に開放しており、その上端縁には、スライドリング３２が組み付けられている。具体的には、スライドリング３２には、１８０°離れた２箇所に長孔３５，３５が形成され、これら長孔３５，３５に挿入したねじを筒体２７の上端部に螺合してある。そして、ねじを緩めることで、スライドリング３２を筒体２７上で回動可能とし、所望の位置でねじを締めることで、スライドリング３２を筒体２７に固定することができる。また長孔３５，３５からほぼ９０°離れた位置には、内側に向かって開放した横溝３３，３３が形成されている。
【００２４】
中心整流体２２は、筒体２７の上端（下流側の端部）寄り位置に配置されている。中心整流体２２は、上面が開放し、下方に向かって丸みを帯びて先細りとなったドーム状をなす。また、ドームの頂点、即ち中心整流体２２の下端部２２Ｕは、筒体２７の軸線方向のほぼ中間位置に達しており、そのドーム内には軸芯部２２Ａが備えられている。軸芯部２２Ａの上端からは上方に支持ピン２１が起立しており、その支持ピン２１は、前述の如くシャフト４１の空洞内に挿入されて、羽根車４０を回転可能に支持している。なお、軸芯部２２Ａからは、例えば６つのリブ２６が放射状に延び、これらリブ２６の延長線上に整流壁７０が形成されている。
【００２５】
複数の各整流壁７０は、上下方向に関しては筒体２７の軸線方向に平行になっている。また、整流壁７０の下端縁は、中心整流体２２から筒体２７に向かうに従って次第に下方へ向うように傾斜しており、整流壁７０の筒体２７側の下端縁７０Ｕは、中心整流体２２の下端部２２Ｕよりも下側に位置している（図４を参照）。そして、図５に示すように、複数（６つ）の整流壁７０のうち、互いに１８０度離れた２つの整流壁７０Ｂには、可動翼２９が備えられ、残り（４つ）の整流壁７０Ａには、傾斜面２８が形成されている。
【００２６】
可動翼２９を備えた整流壁７０Ｂは、筒体２７寄りの部分に、羽根車４０に向かって開放した凹所７１を有する。可動翼２９は、凹所７１に対応した略矩形平板状をなし、凹所７１内に組み付けられている。詳細には、筒体２７の外側面から挿入されたピン３４が可動翼２９の下端部に差し込まれて、このピン３４を中心にして可動翼２９が傾動可能となっている。可動翼２９の上端部には、スライドリング３２の前記横溝３３，３３内に向けてエンボス３０が張り出されて係合している。これにより、スライドリング３２の回転に伴って、両可動翼２９，２９が対称的に傾動する。
【００２７】
傾斜面２８は、整流壁７０Ａのうち、羽根車４０の回転方向（図５の上方から見たときの反時計回り方向）と反対方向を向いた面に形成されている。また、本実施形態では、傾斜面２８は整流壁７０Ａのうち、羽根車４０側にのみ形成され、整流壁７０Ａにおける傾斜面２８以外の部分は平坦となっている。そして、整流壁７０Ａのうち羽根車４０側の部分は、傾斜面２８により整流壁７０Ａの肉厚が羽根車４０寄りの端部に向かうに従って次第に薄肉となるように構成されている。
【００２８】
さて、図４に示すように、整流器２０には、筒体２７の内面のうち中心整流体２２より下側位置から内側に張り出した堰部８０が設けられている。詳細には、堰部８０は、筒体２７に平板状のリングを嵌合して、そのリングを整流壁７０の下端縁７０Ｕに突き当てた状態に固定してなる。これにより、堰部８０は、中心整流体２２の下端部２２Ｕよりも上流側の位置に配置されている。そして、この堰部８０によって筒体２７の開口面積が絞られている。
【００２９】
次に上記構成からなる本実施形態の動作を説明する。
図１の太線矢印で示したように、外ケース１１の流入口１１Ａより下側部屋１３に流入した水は、整流器２０の整流壁７０（７０Ａ，７０Ｂ）に沿って流れ、羽根車４０へと向かう。そして羽根車４０は、整流壁７０（７０Ａ，７０Ｂ）に案内された水を各羽根４３で受けて回転する。羽根車４０を通過した水は、筒型ハウジング５０のリブ５２，５２の間から流量計本体１２の側方に流出し、外ケース１１の上側部屋１４を経て流出口１１Ｂへと向かう。そして羽根車４０の回転はマグネットカップリング４４、４４を介してメータユニット６０に伝達され、水の流量が計測表示される。
【００３０】
＜実験１＞
本発明に係る「堰部８０」の効果を調べるべく以下の実験を行った。実験の手順は、以下の通りである。
▲１▼ 堰部８０を有する整流器２０を備えた本発明の流量計１０と、堰部８０を有していない整流器を備えた従来の流量計とに、予め設定した流量で通水し、各設定流量値における、各流量計の羽根車にかかるスラスト荷重を求めた。
▲２▼ 実験結果を図６に示すようにグラフ化した。
【００３１】
なお、各流量計には可動翼２９が設けられており、本実験において各可動翼２９は、ほぼ垂直に設定されている。
【００３２】
図６のグラフに基づき本発明の流量計１０と、従来の流量計とを比較すると、設定した何れの流量値においても、本発明の流量計１０のスラスト荷重は、従来の流量計のスラスト荷重よりも小さい値になっている。このことから、整流器２０に堰部８０を形成することで、羽根車４０にかかるスラスト荷重が低減されることが分かった。
【００３３】
＜実験２＞
次に、筒体２７の羽根車４０側の開口部における流体の通過面積（流通面積）Ｂに対する堰部８０で囲まれた部分における流通面積Ａ（図１０を参照）の比率Ａ／Ｂによるスラスト荷重の低減効果の差異について調べるべく以下の実験を行った。なお、実験の手順は、比率Ａ／Ｂを１１５％，１２５％及び１４０％に設定した点以外は、上記実験１と同じ手順である。このため説明を省略する。
【００３４】
図７のグラフに示すように、設定した何れの流量値においても、比率Ａ／Ｂが小さくなるに従って、スラスト荷重の値が小さくなっている。このことから、堰部８０の筒体２７の内側への突出量が大きくなり、堰部８０で囲まれた部分の流通面積Ａが小さくなるに従って、スラスト荷重の低減効果が大きくなることが分かる。
【００３５】
＜実験３＞
次に本発明の流量計のＯＩＭＬ規格への適応性について調べるべく実験を行った。実験の手順は、以下の通りである。
▲１▼ 堰部８０を有する整流器２０を備えた本発明の流量計１０と、堰部８０を有していない従来の整流器を備えた流量計とに、予め設定した流量で通水し、各設定流量値における各流量計の計量値を求めた。
▲２▼ 設定流量毎に各流量計の器差を算出してグラフ（器差曲線）化した。
【００３６】
ここで「器差」は、計量値をＸ、真実値をＹとしたときに、次式によって求められる。
器差（％）＝（（Ｘ−Ｙ）／Ｙ）・１００
【００３７】
実験結果は図８に示されており、同図において、本発明の流量計１０の器差曲線は破線で表され、従来の流量計の器差曲線は実線で表されている。
【００３８】
図８に示すように、設定流量値（図８におけるＱ１〜Ｑ４）のほぼ全域に亘って、本発明の流量計１０の器差ピークは、従来の流量計の器差ピークより小さくなっている。このことから、本発明の流量計は従来の流量計より精度がよいことが分かった。
【００３９】
さらに、図８の太線で囲まれたＯＩＭＬ規格に基づいた器差許容範囲（設定流量値Ｑ２〜Ｑ３の間における器差が±５％以内、かつ、Ｑ３〜Ｑ４の間における器差が±２％以内）に着目すると、従来の流量計が小流量域でこの許容範囲から外れているのに対し、本発明の流量計１０は、小流量域から大流量域に亘って全域でこの許容範囲に収まっている。これから、本発明の流量計１０はＯＩＭＬ規格に適応しており、小流量域から大流量域に亘って高精度で測定が可能であることが分かった。
【００４０】
＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００４２】
（１）上記一実施形態では、堰部８０の内周面が筒体２７の軸線方向に平行であったが、図９に示す堰部１２０のように、上流側から下流側へ向かうに従って、内径が小さくなるようにテーパー状をなしていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る流量計の断面図
【図２】 流量計本体の断面図
【図３】 羽根車の斜視図
【図４】 整流器と羽根車の断面図
【図５】 整流器の斜視図
【図６】 実験１の結果を示したグラフ
【図７】 実験２の結果を示したグラフ
【図８】 実験３の結果を示したグラフ
【図９】 他の実施形態（１）における整流壁の側断面図
【図１０】 堰部で囲まれた部分の流通面積及び筒体の羽根車側の開放口における流通面積を表す概念図
【図１１】 従来の流量計の断面図
【図１２】 従来の整流器の断面図
【符号の説明】
１０…羽根車式流量計
２０…整流器
２２…中心整流体
２７…筒体
４０…羽根車
８０，１２０…堰部

Claims (4)

1. １２枚の捻れた羽根を円筒回転体の外周面から放射状に張り出して備えた羽根車の回転に基づいて流量を測定する羽根車式流量計のうち前記羽根車の下面に隣接配置される整流器であって、
   前記羽根車に流体を案内する筒体と、その筒体の中心部のうち前記羽根車寄りに配置されて下方に向かって丸みを帯びた先細りとなったドーム状をなしかつ、上面に前記羽根車を軸支する支持ピンを有した中心整流体と、前記中心整流体から側方に放射状に張り出されて前記筒体との間に差し渡されかつ、下縁部が前記中心整流体から斜め下方に向かうように傾斜した６枚の整流壁と、
   前記６枚の整流壁のうち、互いに１８０度離れた位置の２枚の前記整流壁を除く４枚の前記整流壁に形成されて、前記羽根車の回転方向と反対方向を向いた面を前記羽根車側の端部に向かうに従って前記整流壁が薄肉となるように傾斜させてなる傾斜面と、
   前記筒体の内面のうち前記中心整流体及び前記整流壁より下側位置から内側に張り出して前記筒体の内径を縮径する堰部とを備え、
   前記堰部の内側で流体が通過する部分の面積をＡとし、前記筒体のうち、前記羽根車側の開放口における流体が通過する部分の面積をＢとした場合に、
   Ｒ＝Ａ／Ｂ
   で求められる比率Ｒを、１１５〜１４０％としたことを特徴とする整流器。
2. 前記堰部は、前記筒体の内側に嵌合された平板状のリングであることを特徴とする請求項１に記載の整流器。
3. 前記６枚の整流壁のうち、前記傾斜面が形成された４枚の前記整流壁を除く２枚の前記整流壁には前記羽根車側の端部に可動翼が設けられ、前記可動翼は、前記羽根車の回転方向の前後に傾動可能に構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の整流器。
4. 上記請求項１乃至３の何れかに記載の整流器を備えたことを特徴とする羽根車式流量計。

Images