JP5224981B2 - 流量メータケースおよび流量メータ - Google Patents

Description

本発明は、水道メータなどの流量メータに関し、特に、内部に形成された計量室を通過する流体の流量を軸流式の羽根車の回転に基づいて測定する流量メータおよび当該流量メータに用いる流量メータケースに関する。

水道メータなどの流量メータとして縦型ウォルトマン式のものが知られている。この形式の流量メータでは、メータケース内に縦方向に延びる円筒状の計量室が形成され、その内部に軸流式の羽根車が同軸状態に配置され、この計量室の下方には上流側の水道管などを接続した流路が形成され、計量室の上方には下流側の水道管などを接続した流路が形成されている。水道管は一般に水平に引き回されているので、上流側の水道管から流量メータケースに流入した水は、流れの向きが横方向から上方に変わり、羽根車が配置されている計量室内を垂直に流れ、しかる後に計量室から流出した後は、再び流れの向きが横方向に変わり、下流側の水道管に流れ込む。したがって、水平方向から垂直方向に流体の流れが変わる際に流体の流れが片寄り、乱流が生じ、圧力損失が増加し、測定精度が低下するという問題がある。そこで、流量メータ内における流体の流れを調整して流量メータを通過する際の圧力損失を低減し、あるいは、流量メータ内の乱流を抑制して測定精度を上げるために、各種の提案がなされている。

例えば、計量室の円筒壁の下端に配置した整流器により、計量室内に流入する流体の流れを調整することが提案されている。特許文献１に開示の流量メータでは、整流器の下端から下方に向かう規制壁を形成し、この規制壁の下端縁をテーパ状の傾斜形状、あるいは、上流側から下流側に向かって延出長さが短くなる形状にすることにより、計量室を通過する際の流体の流速分布を均一にして羽根車の回転を安定させ、測定精度の向上および圧力損失の低減を図っている。
特開２００７−３３３６８６号公報

ここで、従来においては、計量室に流入する流体の流れを調整するための各種の提案がなされているが、計量室から流出する流体の流れについては何ら着目されていない。
本発明の課題は、この点に鑑みて、計量室から流出する流体の流れを調整して、従来よりも更に圧力損失の低減効果を高めることが可能な流量メータケース、および当該流量メータケースを備えた流量メータを提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の流量メータケースは、
円形断面をした所定長さの計量室と、
前記計量室の中心軸線方向の一方の端に開口している測定流体の流入口と、
前記計量室の中心軸線方向の他方の端に開口している測定流体の流出口と、
前記計量室内に同軸状態に配置した流量計測用の羽根車と、
前記流出口に連通していると共に、当該流出口を同軸状に取り囲む円環状流路部分と、
前記円環状流路部分に連通していると共に、当該円環状流路部分からその半径方向の外
方に延びている下流側流路部分とを有し、
前記計量室の前記流出口と前記円環状流路部分との連通部分には、同心状に複数枚のガ
イド板が配置されており、
各ガイド板の幅、高さ、および向き、並びに、隣接するガイド板の間隔のうちの少なくとも一つを調整することにより、前記計量室の前記流出口から前記円環状流路部分に向けて、前記中心軸線を中心として半径方向に流出する測定流体の流れを、前記下流側流路部分に向かう下流側に集中させないように構成したことを特徴としている。

本発明では、円環状流路部分における下流側流路部分との連通部分に、流出口から流出する流体の流れが集中せず、円環状流路部分における下流側流路に連通していない部分にも適度に流体流が振り分けられる。従って、計量室から流体が流出する際の流体の流れがスムーズになり、円環状流路部分の各位置における流速のばらつきや乱流などを抑制できる。よって、この流量メータケースを備えた流量メータを通過する際の流体の圧力損失を低減させることができる。また、計量室の流出口と円環状流路部分との連通部分の各位置において、ガイド板によって測定流体の流れを流出口の中心から放射状に円環状流路部分の各部分に向けることができるので、円環状流路部分の各位置に適度に測定流体を振り分けることができる。

前記ガイド板として、前記中心軸線の方向に延びる４枚の第１ないし第４のガイド板を配置する場合には、前記第１のガイド板を前記下流側流路部分に最も近い側に位置し、第２ないし第４のガイド板を、前記流出口の中心回りに９０度の角度間隔に配置し、前記第１および第３のガイド板を、前記流出口の中心を通り前記下流側流路部分に向かう直線に沿った方向に向け、前記第２および第４のガイド板を、それらの前記流出口の中心側の端に対して外側の端が前記下流側流路部分に接近するように、前記直線に直交する前記中心軸線を通る直交線に対して傾斜した方向に向けるようにすればよい。

本発明では、円環状流路部分における下流側流路部分との連通部分に流出口からの流体の流れが集中せず、円環状流路部分における下流側流路に連通していない部分にも適度に流体流が振り分けられる。従って、計量室から流体が流出する際の流体の流れがスムーズになり、円環状流路部分の各位置における流速のばらつきや乱流などを抑制できる。よって、この流量メータを通過する際の流体の圧力損失を低減させることができる。また、計量室の流出口と円環状流路部分との連通部分の各位置において、ガイド板によって測定流体の流れを流出口の中心から放射状に円環状流路部分の各部分に向けることができるので、円環状流路部分の各位置に適度に測定流体を振り分けることができる。

以下に、図面を参照して、参考例の水道メータの形態、および、本発明を適用した水道メータの実施の形態を説明する。

（第１の参考例の形態）
図１は第１の参考例の形態に係る水道メータの縦断面図、図２は水道メータの概略横断面図（図１のＸ−Ｘ断面図）である。水道メータ１（流量メータ）は、流入路２および流出路３を備えたメータケース４を備え、この内部に各種のメータ構成部品が組み込まれている。水道メータ１の流入路２はインレットパイプ５を介して図示しない上流側水道管に接続され、流出路３がフランジ部３ａによって図示しない下流側水道管に接続される。

メータケース４内の流路は、全体として、流入路２から下方に湾曲して延びる上流側流路６と、この上流側流路６の下流側部分の上部に重なった状態で配置されている円環状流路７Ａと、円環状流路７Ａから流出路３側に向かって斜め下向きに延びる下流側流路７Ｂを備えている。上流側流路６と円環状流路７Ａの間の仕切り壁８には円形開口９が形成され、これにより上流側流路６と円環状流路７Ａが連通している。また、メータケース４は、円形開口９の真上の位置に形成された上部開口１０を備えており、この上部開口１０に上ケース１１を被せて上部開口１０を閉鎖している。

メータケース４内の流路には、内ケース１２が、その下端を円形開口９に接続した状態に取り付けられている。内ケース１２は、円筒壁１３と円筒壁１４を同軸状態に上下に並べてこれらを複数の縦リブ１５によって間に所定の隙間をあけた状態に連結し、下側の円筒壁１４の下端に、円筒状の整流器ケース１６を同軸状態に接続して形成されている。整流器ケース１６の下端は円形開口９の内側に嵌め込み固定されている。一方、上側の円筒壁１３の上端に形成されたフランジ部１３ａは、上部開口１０の縁から延びるフランジ部１０ａと上ケース１１の外周端のフランジ部１１ａとの間に挟まれた状態で、上部開口１０の内周側に嵌め込み固定されている。この状態で、フランジ部１０ａとフランジ部１１ａがボルトによって固定されることにより、メータケース４内に内ケース１２が固定される。これにより、円環状流路７Ａによって取り囲まれた状態に内ケース１２が取り付けられる。

内ケース１２内には、下側の円筒壁１４によって計量室１７が形成されている。円筒壁１４内の中心位置には、軸流式の羽根車１８が、円筒壁１４に対して同軸状に配置された状態で取り付けられている。羽根車１８の回転中心軸１９は上下方向に延びており、回転中心軸１９の下端および上端は、計量室１７の下方側および上方側においてスラスト軸受けによって軸線回りに回転可能な状態で支持されている。これにより、羽根車１８は、計量室１７の中に流れ込む水の流量や流速に応じた回転数で、回転中心軸１９を中心に回転する。

上側の円筒壁１３の下端は、中心部が下側に向かって先細りとなるように窪んだ形状の軸収容部２０によって閉鎖されている。この軸収容部２０の下面部分２０ａ（対向面）によって、円環状流路７Ａの上部内壁面が規定されている。羽根車１８の回転中心軸１９は、軸収容部２０の底部中央に形成された軸穴２１を通って円筒壁１３内に延びている。円筒壁１３内には、上ケース１１の下面部分１１ｂが下側に張り出して配置されており、下面部分１１ｂの中心には、下方に向けて突出する支持軸１１ｃが形成されている。この支持軸１１ｃが、回転中心軸１９の上端の軸受け孔に嵌まることによって、計量室１７の上方側のスラスト軸受けが構成されている。

計量室１７の下方には、上述した整流器ケース１６と、整流器ケース１６内の中心位置に配置された整流体２２によって形成された整流器２３が配置されている。整流体２２は、整流器ケース１６の内周面から中心に向かって延びる連結部２４によって整流器ケース１６と同軸状に固定されている。整流体２２は、羽根車１８の上流位置において羽根車１８に向かう水流を調整するためのものである。この整流体２２の上端から上方に延びる支持軸２５が、羽根車１８の回転中心軸１９の下端面の軸受け孔に嵌まることによって、計量室１７の下方側のスラスト軸受けが構成されている。

軸収容部２０の下面部分２０ａは、円筒壁１４の上端と対向している部分が内周側に向かって湾曲しながら下降している。この下面部分２０ａと円筒壁１４の上端側の円環状端面１４ａとの間に、所定の高さの隙間Ｇが形成されている。この隙間Ｇは、下面部分２０ａから円筒壁１４に向かって下向きに延びる４本の縦リブ１５によって周方向に４つに仕切られている。縦リブ１５は、円筒壁１４の中心軸線Ｐを中心として９０度間隔で配置されており、各縦リブは、円筒壁１４から径方向外側に向かって延びる板状に形成されている。整流器２３を通って円筒壁１４の下端１４ｂ（流入口）から計量室１７に流入した水は、羽根車１８を回転させた後、円筒壁１４の上端１４ｃ（流出口）から隙間Ｇを通って円環状流路７Ａ内に流れ込む。円環状流路７Ａは、円筒壁１４の上端１４ｃを同軸状に取り囲んでおり、円環状流路７Ａに流入した水は、下流側流路７Ｂと連通している部分を通って円環状流路７Ａの半径方向の外方に流れ出し、流出路３へ向かう。

図３は内ケースの側面図であり、図３（ａ）は図２のＡ方向から見た側面図、図３（ｂ）は図２のＢ方向から見た側面図である。本形態では、計量室１７を通った水が流れ出す隙間Ｇは、縦リブ１５の位置を除いて中心軸線Ｐを中心として全周方向に形成されているが、隙間Ｇの下端すなわち円筒壁１４の上端１４ｃを規定する円環状端面１４ａの高さがその方位によって異なっているため、隙間Ｇの高さが方位によって異なる。すなわち、円筒壁１４の中心軸線Ｐよりも下流側にある円環状端面１４ａの部分は水平であり、中心軸線Ｐよりも上流側にある円環状端面１４ａの部分は、上流側に向かうに従って連続的に下降し、最も上流側にある位置で最も低くなっている。従って、隙間Ｇの高さは中心軸線Ｐよりも下流側では一定であり、中心軸線Ｐよりも上流側では、上流側に向かうに従って連続的に隙間Ｇの高さが広がっている。なお、円環状流路７Ａの水は下流側流路７Ｂに向かって流れるため、本形態では下流側流路７Ｂ側を下流側とし、その反対側を上流側としている。

このような形状では、円環状端面１４ａを越えて流れ出す水は、円環状流路７Ａにおける下流側流路７Ｂに連通している部分に流れ出す場合には高い位置にある円環状端面１４ａを越えて狭い隙間Ｇを通らなければならない。そして、円環状流路部分の円周方向に沿って上流側ほど円環状端面１４ａが低くなり隙間Ｇが広くなるので、上流側では、下流側よりも低い位置にある円環状端面１４ａの部分を越えて広い隙間Ｇを通ればよい。よって、より隙間Ｇが低く、かつ、広くなっている上流側の部分ほど流路抵抗が少なく、下流側流路７Ｂに連通している下流側の部分ほど流路抵抗が大きい。従って、計量室１７から下流側流路７Ｂ内に流れ出す際の水流が円環状流路７Ａにおける下流側流路７Ｂに連通している部分に集中せず、上流側に適度に振り分けられる。上流側の隙間Ｇを通った水は、円筒壁１４の外周側の湾曲した流路を通って下流側に流れ、下流側の隙間Ｇを通った水と合流する。

以上のように、第１の参考例の形態では、隙間Ｇの高さを、円環状流路７Ａにおける下流側流路７Ｂに連通している部分で最も狭くし、円周方向に沿って上流側に移動するほど広くしているので、円環状流路７Ａにおける下流側流路７Ｂに連通している部分に水流が集中せず、全ての方向の隙間Ｇに適度に水流を分散させて振り分けることができる。これにより、水道メータ１を通過する際の水流の圧力損失を従来よりも低減させることが可能である。また、円環状流路７Ａの各位置に流れる水流を均一化して流路内での流速のばらつきや乱流などを抑制することができ、スムーズに水を流出させることができる。本発明の出願人は、試作を行って圧力損失の低減効果を測定した結果、従来よりも５％程度圧力損失が低減されたことを確認している。このように、圧力損失の低減効果が得られるため、従来の水道メータを用いた場合よりも水道の水の出が良好となり、ポンプ容量を小さくすることが可能となる。

（改変例）
第１の参考例の形態では、円環状端面１４ａの高さを中心軸線Ｐの位置よりも下流側では水平とし、それよりも上流側では上流側に向かって下降する傾斜形状にしていたが、水平形状から傾斜形状に切り換わる位置を、適宜変更してもよい。また、円環状端面１４ａの形状を、図４（ａ）〜（ｃ）の各図のような形状にしてもよい。図４（ａ）〜（ｃ）は、改変例１〜３の円筒壁の円環状端面の形状を示す側面図である。なお、図４（ａ）〜（ｃ）では縦リブ１５を省略している。図４（ａ）に示すように、改変例１の円環状端面１４ａは、下流側の部分を水平にせず、上流側と同様に傾斜させた形状である。また、図４（ｂ）に示すように、改変例２の円環状端面１４ａは、上流側を水平にし、下流側の部分を傾斜させた形状である。また、図４（ｃ）に示すように、改変例３の円環状端面１４ａは、連続的に高さが変化する傾斜形状ではなく、上流側に向かって段階的に円環状端面１４ａの高さを下げた形状である。

これらの形状は、全て、円環状流路７Ａにおける下流側流路７Ｂに連通している部分から、円周方向に沿って上流側に向かうに従って、連続的に、あるいは段階的に円環状端面１４ａが低くなる形状である。そのため、下流側流路７Ｂ側の隙間Ｇの高さおよび隙間面積が上流側よりも小さい。従って、上記形態と同様に下流側流路７Ｂ側で水が流れ出しにくく、上流側で水が流れ出しやすくなっており、上流側の隙間Ｇから流出するように水流を振り分けることができる。

また、円環状端面１４ａと対向している軸収容部２０の下面部分２０ａの形状を変更することにより、隙間Ｇの高さを調整することも可能である。図５は、改変例４の円筒壁および軸収容部の部分断面図である。改変例４では、円環状端面１４ａが全体として上流側に向かって下降する傾斜形状であり、下面部分２０ａには、この円環状端面１４ａの真上から下向きに延出する延出壁２０ｂが形成されている。延出壁２０ｂは円筒壁１４と同軸状の円筒形状であり、その下端２０ｃは、円環状端面１４ａとは逆に、上流側に向かうに従って上昇する傾斜形状である。

このような延出壁２０ｂを形成することにより、円環状端面１４ａの形状だけでなく、延出壁の形状によって隙間Ｇの高さを調整することができる。また、延出壁２０ｂを設けることにより、隙間Ｇの円環状流路７Ａ内における上下位置を調整することも可能である。従って、流路内の上側と下側の水流の分布を調整することができ、より均一な水流の振り分けが可能となる。

（第２の参考例の形態）
第２の参考例の形態に係る水道メータ１０１は、円環状端面１１４ａの形状を除いて、第１の参考例の形態の水道メータ１と同一の構成である。図６（ａ）は本形態に係る水道メータの概略横断面図、図６（ｂ）は内ケースの部分側面図（図６（ａ）のＡ方向から見た側面図）である。なお、図６（ａ）では、軸収容部２０および回転中心軸１９を省略している。水道メータ１０１の円筒壁１１４における円環状端面１１４ａは、円筒壁１１４の上端において上向きに短冊状に突出する突出壁１１４ｂ（突出部分）を、所定の間隔をあけて周方向に並べて形成した形状である。

本形態では、突出壁１１４ｂの幅およびその間隔を、中心軸線Ｐよりも下流側と上流側で異ならせており、上流側の突出壁１１４ｂの幅Ｌ１は、下流側の突出壁１１４ｂの幅Ｌ２よりも小さい。また、上流側の突出壁１１４ｂ間の隙間部分の幅Ｈ１は、下流側の突出壁１１４ｂ間の隙間部分の幅Ｈ２よりも大きくして、中心軸線Ｐよりも下流側にある隙間の合計幅を、上流側にある隙間の合計幅よりも狭くしている。

すなわち、本形態では、隙間Ｇの計量室１７側の部分を突出壁１１４ｂによって遮蔽しており、その遮蔽幅は下流側で上流側よりも広い。従って、上流側では突出壁１１４ｂによる流路抵抗が小さいために水が流れ出しやすく、下流側では突出壁１１４ｂによる流路抵抗が大きいために水が流れ出しにくい。そのため、円筒壁１１４内から円環状流路７Ａに流れ出す際の水流を円環状流路７Ａにおける下流側流路７Ｂに連通している部分に集中させないようにすることができ、上流側に適度に振り分けることができる。

なお、突出壁１１４ｂの上端を軸収容部２０まで延ばして軸収容部２０に接続し、この突出壁１１４ｂを縦リブ１５と同様に連結部材として兼用してもよい。この場合には、縦リブ１５を省略することができる。

（本発明に係る実施形態）
本実施の形態に係る水道メータ２０１は、縦リブ２１５（ガイド板）の配置および形状を除いて、第１の参考例の形態の水道メータ１と同一の構成である。図７（ａ）は本実施の形態に係る水道メータの概略横断面図、図７（ｂ）は内ケースの部分側面図（図７（ａ）のＡ方向から見た側面図）である。水道メータ２０１の縦リブ２１５は、下流側流路７Ｂの正面に配置されている縦リブ２１５ａと、この縦リブ２１５ａと１８０度離れた位置に配置されている縦リブ２１５ｂと、中心軸線Ｐを挟んでハの字状に配置されている縦リブ２１５ｃ、２１５ｄの４本から構成されている。縦リブ２１５ａ、２１５ｂは、円筒壁１４から半径方向内側に向かって延びている。一方、縦リブ２１５ｃ、２１５ｄは、縦リブ２１５ａ、２１５ｂを通る直線に対して線対称に形成されており、下流側流路７Ｂ側に向かって拡がるハの字型を形成するように延びている。

縦リブ２１５ｃ、２１５ｄは、その上流側で流出した水が縦リブ２１５ｂ側に向かって流れないように水流を遮り、水流を縦リブ２１５ｃ、２１５ｄに沿って円筒壁１４の外側に向ける。これにより、円筒壁１４内から下流側流路７Ｂ内に流れ出す際の水流を下流側に集中させず、上記各形態と同様に、上流側に適度に水流を振り分けることができる。

なお、図７の例では縦リブ２１５を円筒壁１４の内周側に形成していたが、第１の参考例の形態と同様に円筒壁１４の外周側に形成してもよい。また、縦リブ２１５の数や配置は上記の配置に限定されず、数を増やして周方向の間隔を狭くしてもよい。要するに、縦リブ２１５の幅、高さ、および向き、並びに、隣接する縦リブ２１５の間隔のうちの少なくとも一つを調整することにより、円筒壁１４内から下流側流路７Ｂ内に流れ出す際の水流を下流側に集中させず、上流側に適度に水流を振り分けるとよい。

第１の参考例の形態の水道メータの縦断面図である。 第１の参考例の形態の水道メータの概略横断面図である。 内ケースの側面図である。 改変例の円環状端面の形状を示す側面図である。 改変例の円筒壁および軸収容部の部分断面図である。 第２の参考例の形態の水道メータの概略横断面図および内ケースの部分側面図である。 本発明に係る実施形態の水道メータの概略横断面図および内ケースの部分側面図である。

１、１０１、２０１ 水道メータ（流量メータ）
２ 流入路
３ 流出路
３ａ フランジ部
４ メータケース
５ インレットパイプ
６ 上流側流路
７Ａ 円環状流路
７Ｂ 下流側流路
８ 仕切り壁
９ 円形開口
１０ 上部開口
１０ａ フランジ部
１１ 上ケース
１１ａ フランジ部
１１ｂ 下面部分
１１ｃ 支持軸
１２ 内ケース
１３ 円筒壁
１３ａ フランジ部
１４、１１４ 円筒壁
１４ａ、１１４ａ 円環状端面
１４ｂ 下端（流入口）
１４ｃ 上端（流出口）
１５、２１５、２１５ａ〜２１５ｄ 縦リブ（ガイド板）
１６ 整流器ケース
１７ 計量室
１８ 羽根車
１９ 回転中心軸
２０ 軸収容部
２０ａ 下面部分（対向面）
２０ｂ 延出壁
２０ｃ 下端
２１ 軸穴
２２ 整流体
２３ 整流器
２４ 連結部
２５ 支持軸
１１４ｂ 突出壁（突出部分）
Ｇ 隙間
Ｐ 中心軸線

Claims (3)

1. 円形断面をした所定長さの計量室と、
   前記計量室の中心軸線方向の一方の端に開口している測定流体の流入口と、
   前記計量室の中心軸線方向の他方の端に開口している測定流体の流出口と、
   前記計量室内に同軸状態に配置した流量計測用の羽根車と、
   前記流出口に連通していると共に、当該流出口を同軸状に取り囲む円環状流路部分と、
   前記円環状流路部分に連通していると共に、当該円環状流路部分からその半径方向の外方に延びている下流側流路部分とを有し、
   前記計量室の前記流出口と前記円環状流路部分との連通部分には、同心状に複数枚のガイド板が配置されており、
   各ガイド板の幅、高さ、および向き、並びに、隣接するガイド板の間隔のうちの少なくとも一つを調整することにより、前記計量室の前記流出口から前記円環状流路部分に向けて、前記中心軸線を中心として半径方向に流出する測定流体の流れを、前記下流側流路部分に向かう下流側に集中させないように構成したことを特徴とする流量メータケース。
2. 請求項１に記載の流量メータケースにおいて、
   前記ガイド板として、前記中心軸線の方向に延びる４枚の第１ないし第４のガイド板を備えており、
   前記第１のガイド板は前記下流側流路部分に最も近い側に位置し、第２ないし第４のガイド板は、前記流出口の中心回りに９０度の角度間隔に配置されており、
   前記第１および第３のガイド板は、前記流出口の中心を通り前記下流側流路部分に向かう直線に沿った方向を向いており、
   前記第２および第４のガイド板は、それらの前記流出口の中心側の端に対して外側の端が前記下流側流路部分に接近するように、前記直線に直交する前記中心軸線を通る直交線に対して傾斜した方向を向いていることを特徴とする流量メータケース。
3. 請求項１または２に記載の流量メータケースを備えた流量メータ。

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