(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
消火栓金物または空気抜き弁のフランジと該フランジが固定されるべき相手のフランジの間に挟み込まれて取り付けられたフランジ状の装置本体と、該装置本体に側面から挿入して取り付けられる超音波送信受信素子支持体と、該超音波送信受信素子支持体から水道流路に至る所定位置に設けられた超音波送信受信素子、すなわち該超音波送信受信素子は引き抜き取り外し可能に前記超音波送信受信素子支持体に取り付けられて、超音波を送信受信して水道管内の水の挙動を測定するものである、該超音波送信受信素子とからなる測定装置による水の挙動測定方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は水道送配水管路の流れ方向、流速、流量、水圧等を測定する既設または新設の配水本管の流量測定等を含む水の挙動を測定する、超音波による水の挙動測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】従来の外装式超音波流量計では計測箇所の管路の外周を鏡面加工しグリス等を介して密着巻き付けして装着するが、その場合にグリスの劣化、巻き付け機構の変位ブレ等で長期の安定的計測は不可能であるだけでなく、管を透過しての計測であるが故に管内面の錆瘤、管部材による超音波の波動の乱れ等に対する計測値の補正手段に難点がある。
また管路外周に巻き付ける前記外装式超音波流量計はゼロ補正時には断水が必要であり、さらに経時による計測誤差を補正することが不可能であった。
以上の種々の問題があるため、外装式超音波流量計は長期間の用途には不向きである。
また直測式超音波流量計については特願２０１８−５３６８でその改良が提案されているが、管体に挿入するための孔を空けることが不可能な場合には適用できなかった。【０００３】水道管路では主流である短管型電磁流量計の課題は、メインテナンスや更新時に本体を管路から離脱させる必要がある。
このため断水回避には、その本体前後に仕切弁、副管路（仕切弁が必要になる）と本体の前後に絞り弁（低流速を計測するため管径を絞って流速を加速させるレデューサー）、これらの付帯機器が必要であるだけでなく、それらのスペース確保と建設コストが必要になる。
例えば１６００ｍｍの送水管の場合の箇所コストは流量計室として９０坪の鉄筋コンクリート建造物になりその付帯装備を含めると２億円超の事例がある。【０００４】また挿入型電磁流量計では多くの場合、管路に直角に棒状の検出部を管内に挿入する方式であるためスラスト方向におけるこれらの投影面積（流路障害）でのカルマン流、コリオリ現象等による計測外乱と管内流速の横方向への編流、分流、層流、蛇行、内面粗度と流速による流速分布変動、以上の様々な原因で計測誤差が生じている。
他方で挿入型超音波流量計（直測超音波流量計は特許第５０８６７０４号、特開平０７−１１０２３４６参照）でも非定常流箇所や管路内の編流、レイノルズ数の変動による流速分布状況の変化等で計測誤差が生じる場合がある。
更に外装式超音波流量計では、その取り付けに際して管路の外周要部を鏡面加工しグリス等を塗布して流量計の検出部を密着巻き付けして取り付けしているため、グリスの劣化や巻き付け部分の“ずれ”等で長期計測には限界がある。
また従来の外装式超音波流量計による計測は、管内面が錆瘤状態であれば計測誤差を伴う。
また従来の外装式超音波流量計は計測に必須のゼロ校正には断水しなければならないため経時年月による条件変化に対する補正が困難であり、従って定置箇所での長期間連続計測には不適当であった。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】現在、日本の水道インフラ（管路）は老朽化が進んでおり、管路更新を計画する際に、まず管路網の老朽化状態を解析する必要から（管路更新に先立ち）流量計等の計測機器自体を先に更新（不足している場合は計測機器を新設）することが求められる。
本発明は消火栓金物または空気抜き弁のフランジに取付け取外し容易に“振動子”を装着した測定装置による水の挙動測定方法を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】本発明は以上の目的達成のために、消火栓金物または空気抜き弁のフランジと該フランジが固定されるべき相手のフランジの間に挟み込まれて取り付けられたフランジ状の装置本体と、該装置本体に側面から挿入して取り付けられる超音波送信受信素子支持体と、該超音波送信受信素子支持体から水道流路に至る所定位置に設けられた超音波送信受信素子、すなわち該超音波送信受信素子は引き抜き取り外し可能に前記超音波送信受信素子支持体に取り付けられて、超音波を送信受信して水道管内の水の挙動を測定するものである、該超音波送信受信素子とからなる測定装置による水の挙動測定方法、以上を提案するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】以下本発明の超音波による水の挙動測定方法を図面に示す実施例に従って説明する。
図１、図２、図３、図４は本発明の超音波による水の挙動測定方法であり、要するに消火栓金物（４２）または空気抜き弁のフランジに超音波送信受信素子（４５）（略して“振動子”）を取り付けた超音波による水の挙動測定方法である。
すなわち該測定方法は既存の水道管（図１の下方に図示された管）の所定箇所（消防に必要な個所）のＴ字管（４０）に“測定装置”が適用される。
以下本発明の測定方法を具体化する装置（図１、図２、図３、図４に示す装置）を“測定装置”と呼ぶことにする。
すなわち該測定装置は前記Ｔ字管（４０）で分岐され、その上部にボール弁（４１）を経て設けられた消火栓金物（４２）（消火用取水口である）または空気抜き弁に装備される。
消火栓金物（４２）または空気抜き弁は所定箇所に存在することから、消防と直接関係ないのであるが、それを利用して流量測定しようとするものである。【０００８】すなわち消火栓金物（４２）または空気抜き弁はボール弁（４１）の上部に設けられるが、該消火栓金物（４２）または空気抜き弁とボール弁（４１）の間に、中央に孔を有するリング状（つまりフランジ状）の装置本体（４３）が固定される。
次に図２に示す様に装置本体（４３）の側面から超音波送信受信素子支持体（４４）が挿入して取り付けられる。
該超音波送信受信素子支持体（４４）から水道流路に至る所定位置（例えば図１の位置、図５の位置）に超音波送信受信素子（４５）が設けられ、すなわち該超音波送信受信素子（４５）は超音波送信受信素子支持体（４４）から水道流路に至る所定位置に測定時に位置決めされ、必要な場合には引き抜き取り外し可能に超音波送信受信素子支持体（４４）に取り付けられるのである。【０００９】図１の超音波送信受信素子支持体（４４）においては、装置本体（４３）の中央の孔を貫通し、該孔の位置において超音波送信受信素子（４５）が超音波送信受信素子支持体（４４）に取り付けられるのである。
図１に示す様に超音波送信受信素子（４５）は１対設けられて、一方の超音波送信受信素子（４５）から発信された超音波がＴ字管（４０）を通過している水を経て反射し、他方の超音波送信受信素子（４５）で受信され、その結果Ｔ字管（４０）を通過する水の流量が測定されるのである。【００１０】図５は本発明の他の超音波による水の挙動測定方法であり、要するに消火栓金物（４２）または空気抜き弁に超音波流量計を設けた超音波による水の挙動測定方法である図１の改良である。
すなわち図５に示すものは、水道流路に至る長さ（すなわち装置本体（４３）からボール弁（４１）及びＴ字管（４０）の突出部を貫通して水道流路に至る長さ）の上下可動中空ロッド（６１）が設けられる。
該上下可動中空ロッド（６１）の先端に超音波送信受信素子（４５）（“振動子”）が固定される。
すなわち超音波送信受信素子（４５）は上下可動中空ロッド（６１）により超音波送信受信素子支持体（４４）に上下可動に装着されるのである。【００１１】すなわち超音波送信受信素子（４５）は下方の水道管方向に所定長さ延びた位置（図１は“わずかに延びた位置”、図５は“大きく延びた位置”）に設けられる。
図５の超音波送信受信素子（４５）は図１の実施例と比較して送信受信の対になる“振動子”と超音波反射面（図５参照）までの距離が短くなるから（別の表現をすれば反射角度が大きくなるから）、流速が正確に測定されるのである。
上下可動中空ロッド（６１）は装置本体（４３）に、その上端において、ロッド固定ナット（６２）で固定される。
より具体的に説明すれば、下可動中空ロッド（６１）の取り付け取り外し（“振動子”の取り付け取り外しでもある）は装置本体（４３）の上方から挿入乃至引き抜きで行うことになる。【００１２】次に超音波流量計による流量測定の原理について説明を補充しておく。
すなわち例えば図１の超音波送信受信素子（４ａ）から発射された超音波が超音波送信受信素子（４ｂ）（前記超音波送信受信素子（４ａ）から流れ方向に所定の距離だけ後にある）に到達する時間から、水流の流れの速度が把握される。
何故なら水流の流れがゼロの場合と、ゼロでない特定の速度である場合を比較すれば超音波送信受信素子（４ａ）から発射された超音波送信受信素子（４ｂ）に到達する時間が後者においては水流の流れの速度に比例して“短い”のである。
超音波送信受信素子（４ｂ）が流れ方向に所定の距離だけ後にあるから、水流の流れがあれば水流によって超音波の伝搬速度に水流の速度が加算されて、その結果到達する時間が短くなるのである。
【発明の効果】
【００１３】本発明の効果を次に列挙する：
１．本発明の超音波による水の挙動測定方法は、そのフランジ状の装置本体が消火栓金物または空気抜き弁のフランジと該フランジが固定されるべき相手のフランジの間に挟み込まれて取り付けられるため、取り付けが容易で安価に設けることが可能になる。
２．本発明の超音波による水の挙動測定方法は、その超音波送信受信素子が「フランジ状の装置本体に側面から挿入して取り付けられる超音波送信受信素子支持体」に取り付けられ、この超音波送信受信素子支持体の存在により、必要な場合には超音波送信受信素子は容易に超音波送信受信素子支持体から“引き抜く”だけで引き抜き取り外し可能になっている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の超音波による水の挙動測定方法を具体化する測定装置の縦断面図
【図２】図１の超音波送信受信素子支持体の縦断面図
【図３】図１のプラグの縦断面図
【図４】図１のケーブルグランドの正面図
【図５】本発明の他の超音波による水の挙動測定方法を具体化する測定装置の縦断面図
【符号の説明】
【００１５】４０      Ｔ字管
４１      ボール弁
４２      消火栓金物
４３      装置本体
４４      超音波送信受信素子支持体
４５      超音波送信受信素子
４６      ケーブルグランド
４７      プラグ
６１      上下可動中空ロッド
６２      ロッド固定ナット
【要約】      （修正有）【課題】グリスの劣化や巻き付け部分の“ずれ”等が発生せず、容易に超音波送信受信素子を多数配備できて、ゼロ校正の際に断水の必要がない超音波流量計を提供する。【解決手段】消火栓金物４２または空気抜き弁のフランジに超音波送信受信素子４５を取り付ける方法、または、円周方向の異なる角度毎に流れる水の流速を測定するために超音波送信受信素子の基部を短管の流量計基体に機械的に一体化させる固定手段で固着して流量計基体を水道管に装着する方法、もしくは、円周方向の異なる角度毎に流れる水の流速を測定するために超音波送信受信素子の基部を水道管外周面に機械的に一体化させる固定手段で固着する方法のいずれかとする。【選択図】図１１【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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