(57)【要約】【課題】Ｐ−Ｂフリュームの上流で跳水を発生させてＰ−Ｂフリュームへの流入を常流にし、流速の速いアプリケーションにおいても正確な流量測定を可能としたＰ−Ｂフリュームを用いた開水路流量計を提供する。【解決手段】Ｐ−Ｂフリュームを用い、Ｐ−Ｂフリュームの流入部の流量測定位置で水位を測定するように構成された開水路流量計において、前記流量測定位置の上流の管内に、跳水を起こすためのギャップを設ける。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ−Ｂフリュームを用い、Ｐ−Ｂフリュームの流入部の流量測定位置で水位を測定するように構成された開水路流量計において、
流量測定位置の上流の管内に、跳水を起こすためのギャップを設けたことを特徴とする開水路流量計。
【請求項２】
前記ギャップは、１個または複数個が流れ方向に所定の間隔で取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載の開水路流量計。
【請求項３】
前記ギャップは、円弧状の平板であり、その外周部が管内の底部に密接し管底に直角に取り付けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の開水路流量計。
【請求項４】
前記ギャップは、開水路流量計内または開水路流量計が接続される客先配管内、あるいは開水路流量計内および開水路流量計が接続される客先配管内に取り付けられたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の開水路流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開水路を流れる水などの流体を計測するパーマポーラスフリューム（以下Ｐ−Ｂフリュームという）を用いた開水路流量計に関し、特にＰ−Ｂフリュームの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のＰ−Ｂフリュームに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−５０７８２号公報
【非特許文献１】Instruction manual 、「Ｐ−Ｂフリューム  円形非満水管路用流量計」、横河電機株式会社、IM 6E4D21-01 ４版、Nov.1990発行
【０００４】
図４はＰ−Ｂフリュームを用いた従来の開水路流量計の一例を示す要部構成図である。図５（ａ）は開水路流量計１の長手方向の断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）で示すＣ−Ｃ’での開水路流量計１の断面図である。
Ｐ−Ｂフリューム１０は、管２の内側の水路の一部に設けたスロート（絞り）からなる。スロートは底部のスロートクレスト１３と両側面のスロートサイド１４で形成されている。両側面のスロートサイド１４は管２の上部に向かって開くように形成されている。また、スロートクレスト１３の前後、すなわちフロント部２０とリア部４０には、管２との段差をなくすためのシル１１が形成されている。同様に、スロートサイド１４についてもウィング１２が形成されている。
このような構造のＰ−Ｂフリューム１０は、限界流を生じさせスロート部３０の上流側のフロント部２０の水位から流量を求める限界流フリュームである。
【０００５】
一般に、自由表面を持つ開水路においては、比較的勾配の小さい水路に生じ、重力が流れの慣性力より支配的な流れである常流と、比較的勾配の大きい水路に生じ、重力より流れの慣性力の方が支配的な流れである射流がある。
また、常流とは、流速Ｖが、
【数１】
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ただし、gは重力の加速度、ｈは水深
の流れであり、射流は、
【数２】
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の流れである。
限界流は、常流と射流との間の臨界状態、すなわち、
【数３】
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の流れである。
【０００６】
Ｐ−Ｂフリューム１０のスロート部３０に限界流を生じさせると、Ｐ−Ｂフリューム１０の下流側の影響は上流側に伝わらない。したがって、Ｐ−Ｂフリューム１０の上流側の１点のみの水位を測定することにより、流量を求めることができる。
開水路の任意の断面において、流の持つ比エネルギ（エネルギをρgで割った値である。ρは流体の密度）Ｅは次式で表される。
Ｅ＝h          ＋Ｖ２／２g＝h＋（Ｑ／Ａ）２／２g            ……（１）
ただし、Ｑは流量、Ａは流水断面積である。
【０００７】
なお、限界流に関しては次のような性質がある。
（イ）ある一定の流量Ｑを流したとき、比エネルギは限界流の状態で最小となる。
（ロ）比エネルギを一定とした場合、流量は限界流の状態で最大となる。
【０００８】
図５（ａ）に示すＣ−Ｃ’位置で限界流が生じているとすると、上記（イ）の条件から、（１）式は、ｄＥ／ｄh＝０により、
１−（Ｑ２／g）（１／Ａ３）（ｄＡ／ｄh）＝０        ……（２）
となる。図５（ｂ）において、水面幅をＢとすると、ｄＡ／ｄh＝Ｂであるから、上式より、添字ｃをつけて、次式が得られる。
【数４】
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……（３）
【０００９】
スロートの断面形状が定まれば、水深hcからＡcとＢcが求まるため、（３）式により流量Ｑが求められる。
現実のＰ−Ｂフリュームでは、限界流の生じている断面を見出すことは難しく、また水面も安定していない。このため、上流断面Ａ−Ａ’と限界流の生じている断面Ｃ−Ｃ’の間で比エネルギ一定の条件を利用して、上流水深hc（＝Ｈ）からＱを求める。
【００１０】
図５（ａ）に示すように、上流流速Ｖa、上流水深ha、限界流速Ｖc、限界水深hc、スロート底面高さをtとすると、エネルギ保存の条件から、
ha＋Ｖa２／２g＝hc＋Ｖc２／２g＋t                  ……（４）
が成立し、（３）式から、
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……（５）
となる。
【００１１】
【数６】
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であるから、（４）式は、
ha＝hc＋（Ａc／２Ｂc）＋t−Ｖa２／２g              ……（６）
と表せる。
（６）式において、Hc、Ａc／２Ｂc、Ｖa２／２gは一定値をとるから、流量Ｑは、上流水深ha（＝Ｈ）により、
Ｑ＝f（ha）                                      ……（７）
として求めることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
さて、上記原理のように、開水路流量計においては、フロント部２０の流入部で流体は常流でなければならない。すなわち、Ｐ−Ｂフリューム１０の上流で跳水が起きる必要がある。
しかし、管路の落差が大であったり、急勾配であったりすると、流水が速くなり、Ｐ−Ｂフリューム１０の上流で跳水が起きず、流体は流量（水位）測定位置（Ａ−Ａ’で示す位置）を射流（水位が低い）で通過してしまう。この状態では上述の原理が成立せず、正確な流量測定が不可能になるという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、このような課題を解決するもので、Ｐ−Ｂフリュームの上流で跳水を発生させてＰ−Ｂフリュームへの流入を常流にし、流速の速いアプリケーションにおいても正確な流量測定を可能としたＰ−Ｂフリュームを用いた開水路流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような課題を達成するために、本発明は、
Ｐ−Ｂフリュームを用い、Ｐ−Ｂフリュームの流入部の流量測定位置で水位を測定するように構成された開水路流量計において、
前記流量測定位置の上流の管内に、跳水を起こすためのギャップを設けたことを特徴とする。
このようなギャップを設けることにより、Ｐ−Ｂフリュームへの流入が常流となり、流量測定位置での水位測定により正確な流量測定が可能となる。
【００１５】
この場合、ギャップは、請求項２のように、１個または複数個が流れ方向に所定の間隔で取り付けられる。
また、このギャップは、請求項３のように、円弧状の平板であり、その外周部が管内の底部に密接し管底に直角に取り付けられる。
【００１６】
また、ギャップは、請求項４のように、開水路流量計内または開水路流量計が接続される客先配管内、あるいは開水路流量計内および開水路流量計が接続される客先配管内に取り付けられる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
管内にギャップを設けない場合は、Ｐ−Ｂフリュームへの流入が射流であるため、流体の水位が低く、流量は負誤差が大きくなってしまう。しかし、本発明のようにギャップ（抵抗）を設けることにより、跳水が起き、Ｐ−Ｂフリュームへの流入を常流に変えるため、容易に正確な流量測定を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。図１は本発明に係るＰ−Ｂフリュームを用いた開水路流量計の一実施例を示す要部構成図である。図４と異なるところは、Ｐ−Ｂフリュームのフロント部の底部あるいは上流配管の底部にギャップ６０を設けた点である。ギャップ（抵抗板）６０は、円弧状の平板であり、図１に示すようにＰ−Ｂフリューム１０のフロント部２０の底部またはフロント部２０の上流側に接続される上流配管（客先配管）の底部に、あるいはその両方の底部に、ギャップ６０の外周部分を管部に密接させ、管底に直角となるような状態で接合されている。
このギャップ６０を取り付けることにより、Ｐ−Ｂフリューム１０の上流で跳水が起き、Ｐ−Ｂフリューム１０のフロント部２０では流体は常流となる。
【００１９】
これにより、流体は超音波レベル計５０による流量（水位）測定位置（Ａ−Ａ’位置）を常流で通過することとなり、正確な流量測定が可能となる。
なお、ギャップの個数は１つ以上である。図２は２個のギャップ６０ａ、６０ｂを設けた場合の実施例図である。
【００２０】
なお、図３は３次元流体数値解析結果を示す図である。同図（ａ）は従来の開水路流量計における低流速のアプリケーションの場合、同図（ｂ）は本発明の開水路流量計による高流速の場合の解析結果である。
【００２１】
下水の流量測定にはＰ−Ｂフリュームが使用されることが多い。Ｐ−Ｂフリュームは、保守の容易性、実用性等の理由から最も一般的に用いられる。下水道の普及に伴い、山間部でもＰ−Ｂフリュームの使用が増加傾向にある。
【００２２】
しかし、山間部の下水配管では、大きな落差がある場合、あるいは急勾配の場合がある。こうした環境では、Ｐ−Ｂフリュームによる流量測定は基本的に不可能であった。Ｐ−Ｂフリュームの使用が不可であると言うことは、下水流量測定自体を諦めるか、または保守に苦労する他方式にせざるを得ないことになる。
本発明のＰ−Ｂフリュームを用いた開水路流量計は、こうした状況を解決し、山間部の下水の流量測定を容易な方向に導き、下水道普及に貢献するものである。
【００２３】
なお、本発明は、上記実施例に限定されることなく、更に多くの変更や変形をも含むものである。
たとえば、ギャップの形状は、跳水を起こす形状であればよく、実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るＰ−Ｂフリュームを用いた開水路流量計の一実施例を示す要部構成図である。
【図２】２個のギャップを設けた場合の実施例図である。
【図３】３次元流体数値解析結果を示す図である。
【図４】Ｐ−Ｂフリュームを用いた従来の開水路流量計の一例を示す要部構成図である。
【図５】図４に示す開水路流量計の断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  開水路流量計
２  管
１０  Ｐ−Ｂフリューム
１１  シル
１２  ウィング
１３  スロートクレスト
１４  スロートサイド
２０  フロント部
３０  スロート部
４０  リア部
５０  超音波レベル計
６０、６０ａ、６０ｂ  ギャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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