流量計測の歴史 第16 回…aA0411-120385-9886/05/¥500/論文/JCLS〔連載〕

流量計測の歴史 第16 回＜容積式流量計の歴史1 ＞

小川胖

Yutaka Ogawa

１．石油開拓史この必要に応じて現れたのが「石炭油」であった。

前回水道メータとガスメータの歴史について記した「石炭油」に成功したのは、英国の王立研究所でフが、これらのメータあるいはそれを改良したものがや

ァラデーの実験をたすけ、後にマンチェスターで化学がては石油の取引や生産工程で使用されるようになっ工場の経営者になった優秀な科学者ヤング（ Jamesたに違いない。その石油がどのようにして開拓されてYoung）であったs。

いったかをまずレビューしてみようa。

彼は1847 年に油分の多い石炭や油母頁岩（ゆぼけ

人類の石油利用は、アスファルトをプラスチックとつがん）の乾留によって、液体の炭化水素を抽出し、して使用した原始社会にさかのぼる。旧約聖書にノア

それからナフサ、灯油、潤滑油、パラフィンを製造すの方舟の製造法に関連してアスファルトが登場してくることに成功した。

るが、メソポタミア（現イラク）北部で紀元前7000

一方米国では、1859年ドレークがペンシルベニアの年ごろの遺跡から発見された農具にアスファルトの痕オイル・クリーク地域跡があり、またバビロンの都市遺跡でも建設材としてで油井の発掘に成功使われていた。
「流量計測の歴史＜８．日本の科学技術

し 、3 0 バ ーレル（約史＞で述べたように、日本では日本書紀に天智天皇が4,800L）の原油を採取大津宮で即位した668 年のこととして「越国（こしのした。たちまち「ドレくに）、燃ゆる土、燃ゆる水を献ず」とあり、これがークの愚行」が成功しわが国最初の石油についての記録である。

たというニュースが広皿や壺にためた動植物油に灯芯を浸して燃やす、古まり、「ドレーク井」代からの照明法は長い間不変であったが、1784 年にスとして有名になった。

イスのアルガン（F. R. Argand）によって近代的な照写真１の中央シルクハ明器具すなわち第１ットの人物がドレーク

図に示すランプが発である。ドレーク井の成功でオイルブームが明された。
ガラス製ホヤこれはロウソクの７倍も明るく照明の芯起こり、石油産業が誕

写真１ ドレーク井 a

生する。

歴史における最大のそして石油業を近代事業として成立させたのはロッ進歩であったといわクフェラー（ John D. Rockefeller）であった。彼はれている。

1870 年（明治３年）に米国オハイオ・スタンダード石

19 世紀に入って油要となったため、鯨油だけでは量的に不十分であった。

50

計測技術 2005. 2.

油会社（Standard Oil of Ohio）を創立し、1878年には石油精製設備投資額はアメリカ全体の90%を占めるから大量の照明が必にいたった。

空気a

第１図 アルガンランプの原理（出典：新編 春風秋雨禄）

このようなアメリカにおけるスタンダードの制覇は同時に世界石油市場の独占をも意味した。1880 年代

流量計測の歴史 第16 回…sに入ってロシア石油が登場するまでは、世界を席巻あろうが、この定義と容積流量計の種類についてはし、日本でもスタンダード支配下のアメリカ灯油が、1932 の 11 月号から 1934 年の 12 月号にかけてのInstrument に特集されているので抜粋して紹介し石油市場のほとんどすべてを抑えていた。
1885 年ころ新潟の内藤久寛は尼瀬に油井掘削のたたい。

めに群がる人々を見て、石油事業に関心を抱き、1888

1916 年にASME の流量計専門委員会が容積式流量

年５月10 日に日本石油会社を設立した。写真２は明計の研究に関する計画を立てた。1920 年頃、それま治中期の油井やぐらが林立する最盛期の尼瀬油田の写で無定見に使用されていた positive を「流体が主真である。

要装置を動かさずにメータを通過できない。
」と定義している。
この頃の工業界では、「モンキー・レンチとねじ回しのメカニックス」が 技術者に道を与え、また自分自身で技術者となるべく勉強する方法であり、いまだに昔のあいまいな分類やいいかげんな用語しか無かった。しかし今やポジティブ・メータと言えば、量メータであり、即ち量カウンタであるという定義が定着してきた。
当時の容積式流量計の分類を第１表に示す。
第１表 当時の容積式流量計の分類a
写真２ 日本石油 尼瀬油田（明治中期）〔液体メータ〕

世界の原油生産量は第２図に示すように1900 年代に入ってうなぎ上りに増大していくd。

容積式流量計

原油生産量［億kL］

2.5
2.02.24

世界
米国

クランク付
クランク無才差板型〔ガスメータ〕
1.43

1.5

回転型（Rotary）
乾式
ベロー型（Bellows）
ドラム型（Drum）

1.10

1.00.5

往復動ピストン型（Reciprocating Piston）
振動ピストン型（Oscillating Piston）
回転ピストン型（Rotary Piston）
才差円板型（Nutating Disk）

0.70

0.52
0.05 0.120.000.010.0
1860 1870 18800.24

湿式
才差ベル型（Nutating Bell）

0.33

0.10
1890 1900 1910
［年代］

1920

1930

第２図 世界の原油生産量の推移da 往復動ピストン型メータ
写真３はアメリカン・液体メータ会社（AmericanLiquid Meter Co.）のバスラー・メータ（Basller

現在、年間の世界原油生産量が約40 億kL であるかmeter）の内部構造を示すものである。これは旧式のら1930 年代で約 1/18 の生産量であった。この頃までクランク無し単一ピストンを新しい形にしたもので、はアメリカの生産量は世界の64%を占めていた。

石油製品用に特に設計されたものである。
第３図は作動原理を示すものであるが、ピストンは２．容積式オイル・メータ

往復動で両端の二つある主弁の一つに向かって動く。

米国では石油産業が活発となり、前号で記したようピストンが左右に往復動する時に、螺旋軸はパイロッに数多くの石油プラントが建設されていった。流れ図

ト弁を作動すると共に、上部左側にある積算計をも動に示したように、プラントのガス流量計測にはオリフかす。螺旋軸によって末端の歯車が回転してパイロッ

ィスが使われていたが、油の流量計測には容積流量計

ト弁を左右に動かして内筒の上下の異なる位置にある（Positive displacement oil meter）が使用されてい二つ通過口を切り替えて、ピストンの行きと帰りで、る。原語は「完全吐出型油用メータ」とでも訳すので流体が入口から出口に吐出するようにする機構になっ計測技術 2005. 2. 51

流量計測の歴史 第16 回…d

主弁２

ピストン
螺旋軸

主弁１

パイロット弁
パイロット弁座f

写真３ バスラー・メータの内部構造

積算計

主弁１
出口a

立面図

b

平面図

主弁２
螺旋軸

第４図 ピッツバークの油&ガソリン・メータf
ピストン

次に示す第５図はバジャー・メータ社（Badger入 口Meter Mfg. Co.）のバジャーG. Pである。
このメータの動作原理については詳しく記されている。立体図において液体は入口室!1からシリンダー!2

第３図 バスラー・メータの作動原理図fに入ってきて、ピストン!3及びrを停止端tに当たるまで動かす。この端末位置において、ピストンは周期の 1/8 の間ゆっくりと動く。この図のように、このている。口径サイズは１〜６インチで容量はそれぞれ3「ゆっくり」時間の最初には、ピストン!3は入口!1に

2 〜25GPM から125 〜1,250GPM（0.45 〜5.7m /h か

対して、ピストンrは出口eに対して開いている。

ら28.4〜284m3/h）である。

「ゆっくり」時間の終わりの方で、バルブ!0が、ピス

第４図は同じ頃のPittsburgh Equitable Meter Co.

トン!3及びrに対してそれぞれ入口及び出口を閉じ、製のピッツバーグ・油及びガソリン用メータである。

バルブがピンwによって均一な運動で動き、案内qにこのメータは回転弁を運び、積算計を動かすのにスコよって回転しないようになっており、ピストンrに対ットランド・ヨークの一種を使用している。

して入口はゆっくり開き、同時にピストン!3に対してこのメータもピストンメータであり、平面図に示す出口を開き、そこで液体は出口eを通過し、シリンダ機構がスコットランド・ヨークであって、ピストンがーyに入ってくる液体によって両方のピストンが停止左右に動くことによって、時計方向の回転が取り出さ端!4の方に動いていく。同じ動作は立体図には示されれ積算計に伝達される仕掛けになっている。サイズ２ていない垂直方向に置かれたピストンとシリンダー部

3インチで最大容量が120GPM（27.3m /h）で1GPM分でも行われる。このメータの面白い特徴は摩擦を最でも誤差が0.4%以内で測れ、全流量範囲で1%以内の小にするために、シーリング・リングがなく、シリン誤差で計測できるという、当時としては性能の良いもダーとピストンがゆるく組み込まれている。のであった。図からは左右ピストンとケーシング間の液体は出口室eとカム・ケース!6間の圧力を等しく液体がどのようにして吸入・吐出されるか分からない保つ装置（自動調節器!7）によってピストンとシリンが、筆者の見たところバスラー・メータよりこちらのダー壁の間に生じる漏れを防いでいる。圧力はプラン方が機構的にもすっきりしているように思われる。

ジャ!8によって等しくなり、液体が通路iを流れ、戻52

計測技術 2005. 2.

流量計測の歴史 第16 回…fqw!0e!2r!3t!4y!5u!6i!7o!8!1a

写真４ 大量に使用されていたバスター・メータ（上）とピッツバーク・メータ（下）g

立面図

s 回転ピストン型メータ

端末停止

第６図には回転ピストン型メータの作動原理図を示

出口

す。計測室の半径方向に隔壁があり、ピストンは計測
ローラ
ピストン

室の中心に対して偏心している。ピストンに設けられた切欠き部がこの隔壁を挟んでいる。流体が入口から流れ込むと流体圧力によってピストンが q→w→e→rの順に回転し流体を出口から押し出すが、切欠き

カム

入口部は隔壁上を往復動する。

カム・ケース
計測室b

隔壁

入口

出口

平面図

第５図 バジャー・メータf

りラインoを通り、メータによって計量されることなq

ピストンw

ピストン
中心軸

く、ポンプまたはタンクに戻される。従って精度は液体の粘度、比重量及び圧力によって影響されないとメーカは主張していた。このメータは通常 1/2 インチ（8GPM=1.8m 3/h）及び２インチ（125GPM=28.4m3/h）が製作されている（現在でもリークが少ないer

ことから小流量の計測に適しており、ガソリン計量器に使用されている）。

第６図 回転式ピストン型の作動原理図

当時のアメリカの石油プラントの液体の計量にはバスラー・メータとピッツバーク・メータが多用されて第７図はナショナル・メータ社（National Meter

いたようであり、写真４は前号で紹介したヴィレ・プCo.）が水道メータとして帝国（Empire）の名で1884

ラッテ石油プラントで大量に使用されているこれらの年に世に出した回転ピストン型メータであるが、石油、メータ群である。低圧セパレータからの油が計られてアンモニア、飲料、インク、シロップ、タール、ワニおり、メータは温度補正され60 °F の容積に換算されスなど数多くの液体用に開発してきたものである。ていた。メータは常にチェックできるように設置されd 才差円板型メータており、いつでも精密な校正ができるように正確に校

nutate という語はsway、rock、nod と同義語であ正されたタンクと、メータに実際の量を循環できるポり、揺れ動く、動揺するなどの意味があるが、技術用ンプから成るメータ校正装置が完備されていた。マス

語では、こまの首振り運動を「才差運動」というがこターメータもチェック用にすでに使用されていた。

れを意味している。地球の回転軸も25,000年で１周期

計測技術 2005. 2. 53

流量計測の歴史 第16 回…g

向に溝があり、計測室の仕切りと噛合って回転運動をしないようにしてある。従って円板は才差運動のみを行い、これによって軸の先端は円運動をし、指針軸上のクランクと噛合うことによって、メータの指針を動かす。
f ルーツ・ガスメータ
ガスメータの方は、ドラム型やベロー型については既に述べたが、ついにルーツ・ガスメータが登場した。
＜12．20 世紀初頭の天然ガスの計測＞で1902 年に第７図 ナショナル・メータ社の「帝国」メータj二葉形のロータリ・ポンプの登場を紹介したが、ルーツ・メータという呼び名で特許されたのは1924年であった。当初は低圧で清浄な照明用ガスの計測にだけ使の才差運動をするという。才差円板型メータはこのこ用されていたが、1933年代には工業用として広い範囲まの首振り運動を想像されると良い。

で色々なモデルが作られている。第８図はルーツ・メ

才差円板型は＜13．水道メータとガスメータ＞で述

ータの原理図であるがロータは互いに接触しておらべたごとく、19 世紀末には水道メータとしてヨーロッず、若干の隙間があり、計測室外側の両端に２対のタパで既に使用されていた。

イミングギヤー（一点鎖線で表示）があり、これによ

写真５に才差円板型メータの断面を示す。って回転している。

カム軸

計測室

第８図 ルーツ・メータの原理図k球円板

写真５ 才差円板型メータh

写真６はコナースヴィレ・メータ（Roots-ConnersvilleWilbraham）で、圧力及び温度が大きく変化するガスを計測し、圧力、体積及び温度の圧縮記録をする

計測室の上下面は内側に向かって円錐型になっており、内室側壁は球面をしている。可動要素である円板

PVTT 記録ゲージ

は中心球に埋め込まれており、円板に垂直な柱もしくは軸が計測室の外へと伸びている。
この軸はカムによって傾きが保たれており、このため円板は球の側面上にある放射状要素に沿って計測室の底と接触している。円板が回転するのを防ぐために、円板に放射部と噛合う放射状溝が切られている（図示せず）。入口と出口はケースの側壁、放射部の反対側にある。液体は円板の上下から交互に計測室に入り、円錐型計測室の周りから出口へ通過する。液体は計測室の周りから最初は円板の上側に次に下側に圧力をかけるので、円板が才差運動を生ずる。円板は径方54

計測技術 2005. 2.

写真６ コーナスヴィレ・ルーツ・ガスメータk流量計測の歴史 第16 回…h

PVTT記録ゲージを装備していた。

工業で使用されるメータがここ数年で着実に増えていこのチャートは時計による代わりにメータ自力によることであり、第２の理由は集積ラインや配管ラインって回るようになっており、１日１回の平均値を記録でのメータの使用を必要とするために、いくつかの州するようにもできた。の立法部で法律上のことであれこれと議論されてきてさて我が国でオーバル歯車式流量計が登場するのはいることによるものであった。

戦後1950 年頃であるが、世界的にはいつ頃であった

その結果委員会は石油製品の小売や元売りでの計量のであろうか。ドイツのBopp & Reuther 社によれに責任を持つ所轄官庁を通じて、メータ製造業者、メば、1933年に初めてのオーバル・メータが作られたとータ使用者及び一般市民に対し公平な情報を与えるべされている。第９図はオーバル歯車式メータの原理図きであることを確信した。そこで油井、輸送ライン及であるが、これは楕円に多数の歯が切ってあり、左右び精油所で使用しているメータを試験する装置を準備のロータは互いに噛合って回転する。従ってルーツ・した。次に燃料油、ガソリン及び液化石油ガスのようメータのようにタイミング・ギヤーは不要である。計な製品の小売販売に使用されているメータを調査する

測室と歯車の間に囲まれた斜線部分が枡となり、１回必要があった。石油メータの種類はほとんど７年前と転でこの４倍の量が吐出される。写真７はいつの時代変わらないが、新たにスライディング・ベーン型（第のものか定かではないが計測室を上から撮ったもので10 図参照）が登場してくる。

ある。

第９図 オーバル・メータの原理図l第10 図 スライディング・ベーン型メータh＜参考文献＞
a 「日本石油百年史」日本石油㈱，1988s チャールズ・シンガー「技術の歴史９」筑摩書房
d 「石油便覧2000」日石三菱㈱編
f M. F. Behar “Flow Measurement and Control Chapter 23,
Positive Meters” Instrument, January 1933l

写真７ オーバル・メータの計測室

g “Inducted into Hard Service” The oil and Gas Journal Vol.39,No.22, 1940h Edger E. Ambrosius “Volumetric-Type Fluid Meters” The oiland gas journal, Vol.39, No.13, 1940

米国ではまだこの時代にオーバル・メータが使用された形跡はない。
時代は７年ほど過ぎた1940 年に、ASME の流量計専門委員会は多少なりとも石油工業で使用されているメータに着目する事にしたh。その第１の理由は石油j M. F. Behar “Flow Measurement and Control Chapter 23,
Positive Meters” Instrument, February 1933
k M. F. Behar “Flow Measurement and Control Chapter 23,
Positive Meters” Instrument, April 1933l Joachim Böhler “Handbuch der Wassermessung” R.
Oldenbourg Verlag, München.Wine 1965

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