(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定オリフィスと同軸に軸部材が配置され、軸部材に円錐状コーンの内孔が回転・摺動自在に嵌合され、固定オリフィスの上流と下流の差圧により円錐状コーンが軸線方向に移動し、固定オリフィスと円錐状コーンとの間に環状の可変開口が形成され、固定オリフィスの上流側及び下流側がそれぞれ流入ポート及び流出ポートに連通された可変開口型流量計において、ボディに固定オリフィス、流入ポート、流出ポート及びボンネット連結孔が配設され、固定オリフィスの軸線は流入ポートの軸線及び流出ポートの軸線の一方又は双方に対して所定の角度で交叉状態とされており、ボンネット連結孔にボンネットが連結され、ボンネットが軸部材と同軸に配置され、軸部材の前端部が固定オリフィスの上流側のボディ内に支持され、軸部材の後端部が固定オリフィスの下流側のボンネットの頂部孔に支持されたことを特徴とする可変開口型流量計。
【請求項２】
軸部材の後端面に係合溝が形成され、軸部材にバネ座が往復動自在かつ回転不能状態に係合され、バネ座と円錐状コーンのスプリング受けとの間にスプリングが装着された請求項１記載の可変開口型流量計。
【請求項３】
ボディ内に固定されたシャフトガイドと円錐状コーンのバランススプリング受けとの間にバランススプリングが装着され、円錐状コーン、シャフトガイド、スプリング及びバランススプリングの直径がボンネット連結孔の内径及び固定オリフィスの内径よりも小径とされた請求項２に記載された可変開口型流量計。
【請求項４】
ボディに上流側圧力取出ポート及び下流側圧力取出ポートが形成され、固定オリフィスの上流側及び下流側がそれぞれ上流側圧力取出ポート及び下流側圧力取出ポートに連通された請求項１ないし３のいずれかひとつに記載された可変開口型流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定オリフィスの上流側圧力と下流側圧力とを測定することにより、固定オリフィスを流れる流体の流量を、計測することができる可変開口型流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オリフィスによる管内の流量計測は、管内へのオリフィスの装着によって発生する圧力差を計測し流量を求める方法である。この方法では、絞り機構で得られる差圧が流量の２乗に比例し、例えば流量が１／５になると差圧は４％になり、流量計としての精度を得にくい。そこで、スプリングにより軸線方向に弾性支持した円錐状コーン（プラグ）を固定オリフィスと同軸に配置し、円錐状コーンの移動距離と隙間（固定オリフィスと円錐状コーンの間の隙間）の環状の可変開口との間に、円錐状コーンの移動距離の平方根が隙間の面積に比例する関係をもたせて、可変開口を流れる流量と差圧とを比例させることとした。この従来技術については、１９９５年，省エネルギーセンター発行，松山裕著「実用流量測定」２７〜２８頁に記載されており、特開２００１−２７５５６号公報も参照されたい。
【０００３】
従来技術では、一本の管体の前後端のフランジ部内の流入ポート及び流出ポートに配管が接続され、前後端のフランジ部には圧力検出タップ（圧力取出ポート）が軸線に対して垂直に配設され、流量計の構成部材が管体内の軸線上に配設されている。すなわち、管体内に軸線に対して垂直に固定オリフィスが配置され、固定オリフィスと同軸に軸部材が配置され、軸部材に円錐状コーンの内孔が摺動自在に嵌合されている。固定オリフィスの上流側及び下流側に前方支持部材及び後方支持部材が固定され、軸部材の両端が前方支持部材及び後方支持部材に連結又は支持されている。円錐状コーンの上流と下流の差圧により、固定オリフィスと円錐状コーンとの間に環状の可変開口が形成され、円錐状コーンは軸線方向に対してスプリングにより弾性支持されている。
【０００４】
このように、従来技術では、流量計の構成部材が管体内部に配置されており、管体内部への部材の出し入れ、及び部材の取り付け取り外し、調整等は、管体の両端の流入ポート又は流出ポートを通して行う。そのため、生産時に１個の管体内に順次に部品を組み立てる場合に、多大の手数と注意力を必要とする。また、組み立てた状態で、各部品の係合状態を調整すること（例えばゼロ点調整）を外部から行うことが大変困難である。さらに、内部清掃（分解・組立）、部品交換等のメンテナンスを行う場合、流入配管及び流出配管の一方又は双方をフランジ部の流入ポート及び流出ポートから外し、流量計の多数の部品を管体から取り外す必要があり、多大な手数とコストを要する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、可変開口型流量計において、流入ポート・流出ポート以外から流量計本体内に対して部材の出し入れを行うことを可能にして、生産性、調整及びメンテナンス性を向上させることを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を達成するために、固定オリフィスと同軸に軸部材が配置され、軸部材に円錐状コーンの内孔が回転・摺動自在に嵌合され、固定オリフィスの上流と下流の差圧により円錐状コーンが軸線方向に移動し、固定オリフィスと円錐状コーンとの間に環状の可変開口が形成され、固定オリフィスの上流側及び下流側がそれぞれ流入ポート及び流出ポートに連通された可変開口型流量計において、ボディに固定オリフィス、流入ポート、流出ポート及びボンネット連結孔が配設され、固定オリフィスの軸線は流入ポートの軸線及び流出ポートの軸線の一方又は双方に対して所定の角度で交叉状態とされており、ボンネット連結孔にボンネットが連結され、ボンネットが軸部材と同軸に配置され、軸部材の前端部が固定オリフィスの上流側のボディ内に支持され、軸部材の後端部が固定オリフィスの下流側のボンネットの頂部孔に支持されたことを第１構成とする。
本発明は、第１構成において、軸部材の後端面に係合溝が形成され、軸部材にバネ座が往復動自在かつ回転不能状態に係合され、バネ座と円錐状コーンのスプリング受けとの間にスプリングが装着されたことを第２構成とする。
本発明は、第２構成において、ボディ内に固定されたシャフトガイドと円錐状コーンのバランススプリング受けとの間にバランススプリングが装着され、円錐状コーン、シャフトガイド、スプリング及びバランススプリングの直径がボンネット連結孔の内径及び固定オリフィスの内径よりも小径とされたことを第３構成とする。
本発明は、第１構成〜第３構成においてボディに上流側圧力取出ポート及び下流側圧力取出ポートが形成され、固定オリフィスの上流側及び下流側がそれぞれ上流側圧力取出ポート及び下流側圧力取出ポートに連通されたことを第４構成とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は本発明の可変開口型流量計の実施の形態を示す。図１，図２において、ボディ（流量計本体）10には流入ポート11、上流側室12、固定オリフィス13、下流側室14、流出ポート15が順次に隣接して形成され、その順次に沿って流体が流れるように形成されている。流入ポート11と流出ポート15の共通の軸線（中心線）は、環状の固定オリフィス13の軸線（環状の固定オリフィス13に垂直な中心線）と交叉状態（交叉又はそれに近似した状態）とされている。図１では、流入ポート11と流出ポート15の共通の軸線は、環状の固定オリフィス13の軸線）と直交状態（直交又はそれに近似した状態）とされている。流入ポート11には流入配管が接続され、流出ポート15には流出配管が接続される。
【０００８】
固定オリフィス13と同軸（固定オリフィス13の中心線上）に軸部材（シャフト）17が配置され、軸部材17の前端部（上流端部）17Ａはシャフトガイド18の支持孔19によって回転・摺動自在に支持されている。シャフトガイド18は円筒状部とフランジ部とで形成され、円筒状部の内面が支持孔19とされている。シャフトガイド18のフランジ部は、上流側室12の壁面（図１では底面）にボルト20により連結されている。固定オリフィス13は中央壁21によりボディ10内に支持され、中央壁21によって上流側室12と下流側室14とが分離されている。
【０００９】
軸部材17に円錐状コーン（プラグ）23の内孔24が回転・摺動自在に嵌合され、円錐状コーン23の軸線方向の移動によって、固定オリフィス13と円錐状コーン23との間に環状の可変開口が形成されるように構成されている。すなわち、円錐状コーン23の内孔24は、上流側（前側）から下流側（後側）（図１では下側から上側）に向かって、大径部24Ａ，中径部24Ｂ，小径部24Ｃ，中径部24Ｄが順次に形成され、内孔24の両端が開放されている。軸部材17は、前端部17Ａから後端部17Ｂに向かって、小径部17Ｃ（その前端部は前端部17Ａと共通）, 中径雄ねじ部17Ｄ, 嵌合部17Ｅ及び小径雄ねじ部17Ｆが順次に形成されている。図面上では、軸部材17の小径部17Ｃに円錐状コーン23の内孔24の小径部24Ｃが回転・摺動自在に嵌合されている。
【００１０】
ボディ10にはボンネット連結孔26が形成され、ボンネット連結孔26にボンネット27が連結され、ボンネット27が軸部材17と同軸（ボンネット27の中心軸と軸部材17の中心軸とが一致）に配置されている。すなわち、ボンネット27は基端突出部28，フランジ部29，截頭円錐部30及び頂部31からなり、全体として釣り鐘状であり、基端部は基端突出部28で開口されている。基端突出部28の外周面がボンネット連結孔26に嵌合され、フランジ部29の基端面（図１では下面）がボンネット連結孔26の開口端面（図１では上面）に接触され、ボンネット27は不図示のボルト等によりボディ10に連結されている。基端突出部28の外周面がボンネット連結孔26との間はＯリングによって密封されている。
【００１１】
ボンネット27の頂部31には頂部孔33が形成され、頂部孔33には軸部材17の後端部17Ｂ（軸部材17の嵌合部17Ｅ及び小径雄ねじ部17Ｆの一部）が回転・摺動自在に嵌合され、嵌合部17Ｅと嵌合孔33との間はＯリングによって密封されている。ボンネット27の内面には中径孔44と開放端部の大径孔45とがあり、ガイドケース41が中径孔44と大径孔45に装着され、ガイドケース41は複数個のボルト42によりボンネット27に固定されている。軸部材17の後端部近傍の中径雄ねじ部17Ｄにバネ座34の雌ねじ部が螺合され、バネ座34の外周面に突設された回り止めピン35がガイドケース41のガイド溝36に係合され、バネ座34が往復動自在かつ回転不能状態に係合されている。軸部材17の小径雄ねじ部17Ｆに固定用ナット37が螺合されて、軸部材17がボンネット27に回転自在に支持され、また軸部材17の後端面17Ｇに係合溝17Ｈが形成されている。係合溝17Ｈに工具の先端を係合させて、軸部材17を回転させると、その回転角に応じてバネ座34が上方又は下方に移動する。
【００１２】
円錐状コーン23の外形については、軸線方向の中央寄りの位置にフランジ状部23Ｂがあり、この部分を最大径として、フランジ状部23Ｂから前端（図１では下端）に向かって先細の截頭円錐部23Ａが形成されている。フランジ状部23Ｂから後端（図１では上端）に向かって中径部23Ｃ、スプリング受部23Ｄ、小径部23Ｅが形成されている。バネ座34の円錐状コーン23との対抗面にはスプリング受け34Ａが形成され、バネ座34のスプリング受け34Ａと円錐状コーン23のスプリング受23Ｄとの間にスプリング38が装着されている。円錐状コーン23の内孔24の大径部24Ａと中径部24Ｂとの間にはバランススプリング受け24Ｅが形成され、シャフトガイド18のフランジ部の円錐状コーン23との対抗面にスプリング受け18Ａが形成されている。円錐状コーン23のスプリング受け24Ｅとシャフトガイド18のスプリング受け18Ａとの間にバランススプリング39が装着されている。
【００１３】
シャフトガイド18、ボルト20、バランススプリング39、円錐状コーン23（以上を上流側部材Ａと称する）の外径は、ボンネット連結孔26の内径及び固定オリフィス13の内径よりも小径に形成されている。従って、可変開口型流量計を組み立てる際は、ボディ10のボンネット連結孔26からボンネット27を外した状態で、部材Ａを順次に、ボンネット連結孔26及び固定オリフィス13の内径の内側を通して上流側室12に対して出し入れでき、図示の状態に組み付けたり、外したりすることができる。
【００１４】
次にボンネット27側に図示のように組み付けられた、ボンネット27、軸部材17、固定用ナット37、バネ座34、回り止めピン35、ガイドケース41、ボルト42、スプリング38（以上を下流側部材Ｂと称する）を用意する。部材Ｂのうち軸部材17及びスプリング38の外径はボンネット連結孔26の内径よりも小径に形成されている。ボディ10に部材Ａが組み付けられた状態で、部材Ｂの軸部材17の前端側を円錐状コーン23の内孔24に挿入して、軸部材17の前端部17Ａをシャフトガイド18の支持孔19に嵌合させる。このとき、スプリング38をバネ座34のスプリング受け34Ａと円錐状コーン23のスプリング受部23Ｄとの間に装着させ、かつボンネット27をボンネット連結孔26に連結させる。こうして、可変開口型流量計が組み立てられる。
【００１５】
ボディ10の上流側室12及び下流側室14の側壁で、固定オリフィス13に近い位置に、上流側圧力取出ポート47及び下流側圧力取出ポート48（図２参照）が形成されている。固定オリフィス13の上流側及び下流側が、上流側室12及び下流側室14を介して、それぞれ上流側圧力取出ポート47及び下流側圧力取出ポート48に連通されている。固定オリフィス13の上流側及び下流側は、上流側室12及び下流側室14を介して、それぞれ流入ポート11及び流出ポート15にも連通されている。
【００１６】
工具を軸部材17の係合溝17Ｈに係合させて、軸部材17を回転させることにより、バネ座34を軸線方向に移動させて、スプリング38の反発力を調整することができる。また、ボディ10内の流入ポート11から流出ポート15への流路に流れが存在しないときの円錐状コーン23の位置を、初期位置ということとする。初期位置は、バランススプリング39の反発力とスプリング38の反発力の大きさがバランスする位置であり、図１では円錐状コーン23のフランジ状部23Ｂが固定オリフィス13の内面に接触し、可変開口を閉じている。
【００１７】
流入ポート11から流出ポート15へ向かって流体を流すと、固定オリフィス13の上流と下流の差圧により、円錐状コーン23はスプリング38の反発力に抗して下流側に向かって（図１，２では下から上の方向へ）変位する。圧力差の変化による変位に従って、円錐状コーン23と固定オリフィス13との間の可変開口の面積が変化する。そして、この変位によって生じたスプリング38の反発力と差圧とが平衡して、円錐状コーン23が流れの中で静止する。
【００１８】
図３は、本発明の可変開口型流量計の軸部材17の軸線（固定オリフィスの軸線），流入ポート11の軸線及び流出ポート15の軸線の交叉状態を示す。図３(a) では、流入ポート11の軸線と流出ポート15の軸線とは一致した共通軸線であり、軸部材17の軸線はボンネット27の頂部31が流入ポート11に近づく方向に傾斜している。図３(b) では、流入ポート11の軸線と流出ポート15の軸線とは一致した共通軸線であり、軸部材17の軸線は共通軸線に対して直交状態である。図３(c) では、流入ポート11の軸線と流出ポート15の軸線とは一致した共通軸線であり、軸部材17の軸線はボンネット27の頂部31が流出ポート15に近づく方向に傾斜している。
【００１９】
図３(d) では、流入ポート11の軸線と流出ポート15の軸線とは直交状態であり、軸部材17の軸線と流出ポート15の軸線とは一致した共通軸線であり、ボンネット27が流出ポート15の反対側に位置している。図３(e) では、流入ポート11の軸線と流出ポート15の軸線とは直交状態であり、軸部材17の軸線は流出ポート15の軸線とは直交状態であり、ボンネット27が流入ポート11の反対側に位置している。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１の可変開口型流量計は、ボディにボンネット連結孔が配設され、ボンネット連結孔にボンネットが連結されている。ボンネット連結孔からボンネットを外し、ボンネット連結孔から部品を出し入れしたり、ボンネット連結孔からボディ内を覗いて点検や調整をすることができる。また、請求項１の可変開口型流量計は、ボンネットが軸部材と同軸に配置され、軸部材の前端部が固定オリフィスの上流側のボディ内に支持され、軸部材の後端部が固定オリフィスの下流側のボンネットの頂部孔に支持されているので、軸部材の前端部及び後端部が強固に支持され、円錐状コーンの横揺れが防止される。
請求項２の可変開口型流量計は、組み立てた状態で、軸部材の係合溝に工具を係合して軸部材を回転させ、バネ座を軸線方向に移動させ、スプリングの反発力を調整し、円錐状コーンの初期位置を調整することができる。完成時、修理のとき及びメンテナンスのときに、外部から可変開口型流量計の調整をすることができる。
請求項３の可変開口型流量計は、ボンネット連結孔からボンネットを外すと、ボンネット及びボンネット内の部品がボディから外され、残りの部品がボンネット連結孔・固定オリフィスを通して移動させることができる。従って、ボディの流入ポート及び流出ポートを介することなく、可変開口型流量計の全部品をボディに装着することができる。ボンネット連結孔・固定オリフィスの内径を所定の大きさに選定することにより、生産性、調整及びメンテナンス性を一層向上させることができる。
請求項４の可変開口型流量計は、上流側圧力取出配管及び下流側圧力取出配管を上流側圧力取出ポート及び下流側圧力取出ポートに接続したまま、調整及びメンテナンスをすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の可変開口型流量計の実施の形態の正面断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線からみた断面図である。
【図３】図３(a) 〜図３(e) は、本発明の可変開口型流量計の軸部材の軸線，流入ポートの軸線及び流出ポートの軸線の交叉状態を示す図である。
【符号の説明】
10  ボディ
11  流入ポート
13  固定オリフィス
15  流出ポート
17  軸部材
23  円錐状コーン
24  内孔
26  ボンネット連結孔
27  ボンネット
34  バネ座
38  スプリング
39  バランススプリング
【図１】
0003749462.tif 000002
【図２】
0003749462.tif 000003
【図３】
0003749462.tif 000004