JP5454982B2 - 縦型水道メータ - Google Patents

Description

本発明は、羽根車の下側同軸上に整流器を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縦型水道メータに関する。

従来の縦型水道メータに備えた整流器としては、羽根車に流体を案内する円筒壁と、その円筒壁の中心部に配置されて羽根車を軸支する中心整流体と、中心整流体から円筒壁に向けて放射状に差し渡された複数の整流壁とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２９７９５号公報（［００２９］、第４図）

ところで、水道メータについては、計量法の特定計量器検定検査規則（ＪＩＳ Ｂ ８５７０−２：２００５を引用）に基づいて器差試験が行われており、器差が所定の流量範囲において検定公差を超えないことが合格の基準となっている。しかしながら、近年では、単に検定公差を超えないだけでなく、器差がより小さく抑えられた高精度な縦型水道メータの開発が望まれていた。

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縦型水道メータの提供を目的とする。

請求項１の発明に係る縦型水道メータは、円筒壁の内部を放射状に区画してなる整流器を羽根車の下側同軸上に設けると共に、水平方向を向いた流入口から整流器の下面開口までの間を連絡した導入路を設け、流入口から導入路に流れ込んだ流体が、整流器、羽根車の順番に通過して流出口から排出される縦型水道メータにおいて、整流器には、円筒壁のうち流入口とは反対側に偏在しかつ円筒壁の下端部から円筒壁の中心に向かって水平な板状に張り出し、円筒壁の内側に形成された流体通過領域の一部を下方から覆う内向規制壁が備えられたところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の縦型水道メータにおいて、内向規制壁は、円筒壁のうち流入口に対して最も遠い位置から円筒壁の周方向に沿った両側方に向かうに従って円筒壁の中心への張り出し量が連続して徐々に小さくなるように形成されたところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１に記載の縦型水道メータにおいて、内向規制壁は、円筒壁のうち流入口に対して最も遠い位置から円筒壁の周方向に沿った両側方に向かうに従って円筒壁の中心への張り出し量が段階的に小さくなるように形成されたところに特徴を有する。

［請求項１の発明］
請求項１の発明によれば、従来のものに比べて測定精度を向上させることができた。

［請求項２及び３の発明］
請求項２の発明のように、内向規制壁は、円筒壁のうち流入口に対して最も遠い位置から円筒壁の周方向に沿った両側方に向かうに従って円筒壁の中心への張り出し量が連続して徐々に小さくなるように形成すると効果的である。また、請求項３の発明のように、内向規制壁は、円筒壁のうち流入口に対して最も遠い位置から円筒壁の周方向に沿った両側方に向かうに従って円筒壁の中心への張り出し量が段階的に小さくなるように形成してもよい。

本発明の第１実施形態に係る水道メータの側断面図 羽根車の斜視図 整流器の斜視図 （Ａ）整流器の側面図、（Ｂ）整流器の底面図 実施例に対する実験結果を示したグラフ （Ａ）従来品の水平断面における流速分布図、（Ｂ）従来品の垂直断面における流速分布図 （Ａ）実施品３の水平断面における流速分布図、（Ｂ）実施品３の垂直断面における流速分布図 他の実施形態（１）に係る整流器の底面図

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。
本発明の水道メータ９５は、所謂、縦型軸流羽根車式の水道メータであって、水道管の途中に取り付けられるメータケース１１にメータ本体１２を組み付けてなる。

メータケース１１には、図１における左側方に水平に開放した流入口１１Ａと、右側方に水平に開放した流出口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（本発明の「導入路」に相当する）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、連通口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にメータ本体１２が上方から挿入組付され、そのメータ本体１２の下端部分が連通口１６の周縁部に接合されている。なお、本実施形態では、流入口１１Ａ及び流出口１１Ｂの口径が、例えば、５０ｍｍとなっている。

さて、メータ本体１２のうち、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の下部には、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、図示しない水道管を通って流入口１１Ａから略水平方向でメータケース１１内に流れ込んだ水は、下側部屋１３にて流れの向きが略垂直上方に変わり、整流器２０、下側円筒部５０Ｂの順に流れて、下側円筒部５０Ｂの上面からリブ５２，５２の間を通って上側部屋１４に進み、上側部屋１４から流出口１１Ｂに向かう。

図１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。

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の回転に連動して水道メータ９５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の上部には図示しない上蓋が備えられており、上蓋を開けるとガラス窓６２を通してメータユニット６０に備えた積算表示部（図示せず）を見ることができる。

図２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２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に対して下端縁４３Ｂ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、羽根車の下方から羽根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は上方から見たときに反時計回りの方向に回転する。

羽根車４０のうちシャフト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。

図１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、その空洞内に、後述する整流器２０に備えた支持ピン２１が挿入されて、支持ピン２１の先端が空洞の奥部に備えた軸受け４７に突き当てられている。

シャフト４１の上端部とメータユニット６０（詳細には、積算表示部）を構成する図示しないギアとの間は、例えば、マグネットカップリング（図示せず）によって連結されており、これにより羽根車４０の回転がメータユニット６０のギアの回転として伝達される。

さて、整流器２０は、円筒壁２７の中心部に中心整流体２２を備え、中心整流体２２から円筒壁２７に向かって例えば６枚の整流壁７０が放射状に延びて円筒壁２７の内部を６つの通過領域Ｒ１に区画した構造をなしている。

円筒壁２７は上下方向に開放しており、上面開口の内径が下面開口の内径よりも若干大きくなっている。中心整流体２２は、円筒壁２７の上端寄り位置に配置されている。中心整流体２２は、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、ドームの中心部、即ち中心整流体２２の中心部には、上下方向に貫通した支持孔が形成されており、この支持孔に軸芯部２２Ａが固定されている。そして軸芯部２２Ａの上端からは垂直に支持ピン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。

複数の整流壁７０は、円筒壁２７の周方向で均等配置されており、上下方向に関しては円筒壁２７の軸線方向に平行になっている。整流壁７０の上端面は、円筒壁２７及び中心整流体２２の上端面と面一となっている。また、整流壁７０の下端縁は、中心整流体２２から円筒壁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、円筒壁２７側の下端縁は、中心整流体２２の下端部よりも下側に位置している。これら隣り合った整流壁７０，７０と、円筒壁２７及び中心整流体２２とで囲まれた通過領域Ｒ１が整流器２０（円筒壁２７）の周方向に６つ並んで形成され、これら通過領域Ｒ１をそれぞれ流体が通過可能となっている。

さて、図４（Ｂ）に示すように、整流器２０のうち円筒壁２７の下面開口の縁部からは円筒壁２７の内側水平方向に内向規制壁８１が張り出している。内向規制壁８１は、各整流壁７０の下端部より下側位置でかつ流出口１１Ｂに近い側に偏在して設けられ、所謂、三日月状をなしている。詳細には、内向規制壁８１は、円筒壁２７のうち流出口１１Ｂ側の約半周に亘って形成されており、その張り出し量は、流出口１１Ｂに最も近い部分で最大であり、流出口１１Ｂから円筒壁２７の周方向に離れる（流入口１１Ａに近づく）に従って連続して徐々に小さくなっている。この内向規制壁８１により、整流器２０に形成された６つの通過領域Ｒ１のうち、流出口１１Ｂに近い側に配置された３つの通過領域Ｒ１の一部がそれぞれ下方から覆われている。

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、メータケース１１の流入口１１Ａより下側部屋１３に流入した水は、下側部屋１３にて流れの向きが略垂直上方に変わり、整流器２０の内側に形成された各通過領域Ｒ１を通って羽根車４０へと向かう。そして羽根車４０は、整流器２０を通過した水を各羽根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の間からメータ本体１２の側方に流出し、メータケース１１の上側部屋１４を経て流出口１１Ｂへと向かう。また、羽根車４０の回転は図示しないマグネットカップリング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。

［実施例１］
本発明に係る内向規制壁８１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。
まず、上記第１実施形態と同一構造を有した本発明の実施品としての水道メータ９５（以下、適宜「実施品３」という）と、整流器２０に内向規制壁８１が設けられていない点のみが実施品３と異なる従来の水道メータ（以下、適宜「従来品」という）とを製作した。

次に、これら各水道メータ（実施品３、従来品）に対して、計量法の特定計量器検定検査規則に規定されている試験方法（ＪＩＳ Ｂ ８５７０−２：２００５の「７．２ 器差試験」）で器差試験を行った。即ち、予め設定した流量で通水して、そのときの計量値（水道メータの表示値）を求めた。なお、本実施例では、定格最大流量Ｑ３を４０ｍ３／ｈ、限界流量Ｑ４を５０ｍ３／ｈ、定格最小流量Ｑ１を０．４ｍ３／ｈ、転移流量Ｑ２を０．６４ｍ３／ｈに設定した。

設定流量毎に各水道メータ（実施品３、従来品）の器差を算出して図５に示すようにグラフ（器差曲線）化した。なお、同グラフには検定公差（器差の許容値）が太線で示されている。

さらに、解析ソフトを使って各水道メータ（実施品３、従来品）に同一流量で通水した状態のシミュレーションを行い、メータケース１１内における流速分布を解析した。なお、図６及び図７には、各水道メータのメータケース１１内における流速分布が色の濃淡で示されている。

［実験結果］
図５のグラフに基づき実施品３と従来品とを比較すると、従来品では、定格最小流量Ｑ１から限界流量Ｑ４までの全域に亘って、器差を検定公差以内とすることができたものの、１〜５０ｍ３／ｈの流量範囲で、器差が＋０．７％〜−２％の間で変動し、器差曲線の直線性が低かった。これは、水の流れが整流器２０の流出口１１Ｂに近い側の通過領域Ｒ１に集中した結果、図６の流速分布図に示すように整流器２０の周方向に並んだ各通過領域Ｒ１における流速にばらつきが生じ、羽根車４０の回転が不安定になった為と推測される。

これに対し、実施品３では、流量１．５〜５０ｍ３／ｈの範囲における器差を、従来品よりも小さく抑えることができることが分かった。即ち、器差曲線の直線性が従来品よりも向上することが分かった。これは、図７（Ｂ）に示すように、内向規制壁８１を設けたことで、流出口１１Ｂに近い側の通過領域Ｒ１において水が整流器２０の中心（中心整流体２２）側に誘導され、その結果、図７（Ａ）に示すように、各通過領域Ｒ１における流速のばらつきが改善されて、羽根車４０の回転が安定したからであると推測される。

このことから、上述した内向規制壁８１を備えることで、水道メータ９５の測定精度を従来よりも向上させることが可能であることが分かった。また、本実施形態の構成によれば、羽根車４０の回転が安定するので、支持ピン２１が突き当たった軸受け４７の偏摩耗を防止して耐久性を向上させることが可能であると共に、圧力損失を低減することが可能である。

［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。

（１）図８に示すように、内向規制壁８１は、円筒壁２７のうち流出口１１Ｂに最も近い位置から円筒壁２７の周方向に沿った両側方に向かうに従って内側水平方向への張り出し量が段階的に小さくなるように構成してもよい。

（２）内向規制壁８１を整流器２０とは別部品で構成して、整流器２０の下端部に嵌合可能な構造としてもよい。このようにすれば、従来の整流器を流用し、その整流器に内向規制壁８１を嵌合するという容易な変更により、水道メータの測定精度を向上させることが可能になる。

９５ 水道メータ（縦型水道メータ）
１１ メータケース
１１Ａ 流入口
１１Ｂ 流出口
１３ 下側部屋（導入路）
２０ 整流器
２７ 円筒壁
４０ 羽根車
８１ 内向規制壁

Claims (3)

1. 円筒壁の内部を放射状に区画してなる整流器を羽根車の下側同軸上に設けると共に、水平方向を向いた流入口から前記整流器の下面開口までの間を連絡した導入路を設け、前記流入口から前記導入路に流れ込んだ流体が、前記整流器、前記羽根車の順番に通過して流出口から排出される縦型水道メータにおいて、
   前記整流器には、前記円筒壁のうち前記流入口とは反対側に偏在しかつ前記円筒壁の下端部から前記円筒壁の中心に向かって水平な板状に張り出し、前記円筒壁の内側に形成された流体通過領域の一部を下方から覆う内向規制壁が備えられたことを特徴とする縦型水道メータ。
2. 前記内向規制壁は、前記円筒壁のうち前記流入口に対して最も遠い位置から前記円筒壁の周方向に沿った両側方に向かうに従って前記円筒壁の中心への張り出し量が連続して徐々に小さくなるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の縦型水道メータ。
3. 前記内向規制壁は、前記円筒壁のうち前記流入口に対して最も遠い位置から前記円筒壁の周方向に沿った両側方に向かうに従って前記円筒壁の中心への張り出し量が段階的に小さくなるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の縦型水道メータ。