流量計測の歴史…aA0405-12
0385-9886/04/¥500/論文/JCLS〔連載〕

流量計測の歴史＜10．流量計開発の歴史 @ ＞

㈱オーバル

小川胖

Yutaka Ogawa

１．計器としての流量計へして亜鉛を用いて、２次電流によって溶解した亜鉛のa 水道メータ

量が通過した流体の総量の計算に役立つという同じよ

水道メータの開発の歴史については、ドイツ人のフうな考えを持っていたのである（筆者としてはまさか

リードリッヒ・ラックス（Friedrich Lux）が1893 年

エディソンが流れの計測に関心を持っていたとは思っにASME（米国機械技術学会）のシカゴ会議で詳してもいなかったのでここに敬意を表して写真１にエデい演説を行っているので紹介したい。

ィソンの肖像を掲げたい）。

水道メータの最初の特許は1824 年と考えられるが、最初のピストン式は1828 年にブルントン（Brunton）により、また最初の翼車式は1858 年にダン（Dunn）によって特許が取得された。
最初のアイディアは傾斜ベッセル式で二つの容器に水が満杯と空とによって左右に振動しゼンマイ仕掛けで積算されるものであった（前号で紹介したクロスレーのバケットメータであろう）。別のものとして湿式ガスメータがあったが、両方とも高圧下では使用できなかった。乾式ガスメータ（膜式）を水の計測に試みたが、失敗に帰した。その主なる理由は、水の揺動がしばしば激しく生じて、薄膜がそれに耐えられなかった

写真１ 水道メータを考えていたエディソンからである。そこでスペース又はピストン式と呼ばれる方式のものと、最初にジーメンスが作ったスピード

ピストン式はしっかりと組み込まれているために、又は翼車式と呼ばれる方式のものが脚光をあびること摩擦力が大きく、従って圧損が大きい、磨耗しやすになる。

い、小流感度が悪い、コスト高であるなどの欠点があ奇妙なアイディアとして、ガス置換方式が提案される。しかし翼車式は故障しても水が通過してしまうとている。これは容器に水が入り追い出された空気量をいう欠点があり甲乙つけがたいところがある。事実フ

ガスメータで間接的に測るというものである。

ランスではピストン式が優勢であるが、ドイツとオーもう一つは吐出パイプ中に雪花石膏の丸棒を挿入しストリアでは翼車式が大勢を占めている。翼車式は二て、周期的にそれを取り出して量り、水に溶け出したつのグループに分けられる。第１の方式は複数の噴出硫酸カルシウムの量によって水の量を測定しようとす孔から水が噴出して均等に羽根にあたるのでピボットるものであった。勿論こんなものが飲料水に混ざるこの片当たり磨耗が避けられる方式のもので、ジーメンとは許されなかった。

ス、マイネッケ、ヴァレンティン、レオポルダーなど

ところであのエディソン（Edison, Thomas Alva、各社の水道メータがこのグループである。第２の方式

米、1847 〜 1931）が、彼最初の「電気カウンター」

は、一ケ所から全部水が噴出し、翼車にあたるためピ又は「積算装置（計器）」のレポートの中で、電極とボットの片側に歪のかかる方式のものだが、最もよく42

計測技術 2004. 8.

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知られた水道メータであり、ファーラ・グループと称され、ドレイヤー、ローゼンクランツ、ドゥループなどの各社がこれに属する。
第１の方式の利点は主軸の磨耗が少ない、感度が良い、精度が永続する、などであるが、欠点としては、複数の噴出孔に水を分けるために摩擦損失が大きくなり、圧力損失が増大し、水道メータの作動動力が大きくなることである。
さて水道メータにも計数部に関して、いわゆる「ウ第２図 噴出孔形状

ェット・ランニング」と「ドライ・ランニング」の二第３図 計数部つがある。前者はスタッフィング・ボックスを持たな
純な水や止水配管内では、ダイヤルがすぐに濁ってしまい、金属製の場合、酸化したり、見にくくなってしまう。更にメータの最上部は簡単に澱んだ水溜りとな

3210–1–2–3［%］

いため、摩擦が少なく感度的に優れているが、特に不って、バクテリアの繁殖に陥りかねないのである。三番目として、急激な圧力上昇によってガラス板が簡単

1,000

2,000
3,000
総流量［m3］4,0005,000

第４図 耐久度試験結果に破損してしまうかもしれない。静的な水圧は３、５又は８気圧（スイスでは15 気圧）もあり、弁の急閉時にはそれ以上圧力が上昇するのである。そこで我々このように現在の水道メータは今から110 年も前には以上述べたことに鑑み開発した、「シンツェルのエほとんど確立されたといってよい。恐らくアメリカでボナイト水道メータ」について述べることにしよう。

は 1893 年前後に水道メータが普及したのであろう。

これはジーメンスグループに属する方式のもので、内日本で水道メータを取り付けるようになったのはずっ室と羽根車はエボナイト製である。羽根車軸がデルタと後であるが、水が豊富な日本では精度はほとんど問金属でできており、研磨された紅玉髄（carnelian）題にされず、節水を目的としたことから、その多くが軸受の中のエボナイト・ピボットによって回転するのドイツ各社の翼車式が採用され今日にいたっている。

で磨耗が少ない。第１図がこのドライ・ランニング計

現在では家庭用のものは、安価な第２のグループのも数部付シンツェル・エボナイト水道メータであり、第のが、単箱式として主流を占めており、第１のグルー２図が噴出孔形状を示し、第３図が計数部を示すもの

プの複数噴射式のものは精度が良く耐久性がよいたである。

め、複箱式として実験用や基準器として使用されている。

計数部

第５図に示すものは、1873年に開発されたディコー

スタッフィング・ボックスン（G. F. Deacon、1843 〜1909）による上昇円板水量計である。この構造について説明すると、本体は鋳鉄製で、中空部にはブロンズ製の円錐型の内室Cがあり、その中に円板Dが吊り下がっている。円板のロッドの先端には細いワイヤーが付いており、滑車R を経翼車て釣合い錘W につながっている。流体が流れていないときは、円板は円錐室の上段に位置する。

第１図 シンツェルのエボナイト水道メータ

流量が増えるに従って円板は下に押し下げられる。
ワイヤーに付けられたペンによって、円板の動きは24

第４図はウイーンで耐久度試験を行った結果で、123

時間に１回ゼンマイを廻すドラムEの上に記録される。

ヵ月後5,000m （通常使用の５〜７年分に相当）流し

従って普通の家庭用メータのような総量を積算する水た後でも精度は益々良くなり±1%の精度に十分入る量計ではなかったが、水量の時間的変化が分かるので性能を示している。

英国では大量に使用されていた。1885年頃アメリカで計測技術 2004. 8. 43

流量計測の歴史…d4 feetWE

第６図 ハーシェルが試作したヴェンチュリ・メータ

が流量は面積掛ける流速に等しく、また絞り部からのCD

流出量はヘッド（圧力差）の平方根によって変化するというそれぞれの概念を発展させて絞り流量計の理論の基礎を導き出した。1783年にベルヌーイが「ベルヌーイの定理」を確立している。ヴェンチュリ管の理論を作り上げたのは、勿論ヴェンチュリ（GiovanniBattista Venturi、1746〜1822）である。ヴェンチュ

第５図 ディコーンによる円板型水量計

リは、イタリアのレジオで生まれ、恵まれた環境の中で、高等な教育を受けて育った。天才的な頭脳の持ちは水道の使用量の急激な増大に悩んでいたd。その原主であった彼は23 才で司教となり、ついでモデナ大学因を分析するために、このディコーンの水量計が着目に招聘され、そこで地理と哲学を教え、その後は河川された。1880 年に米国土木工学者学会（Americanと下水道技術を受け持つ国選技師に任命され、研究室Society of Civil Engineers）のデービス（ J. P.

を設立し、余暇には文学や詩も勉強していた。まるでDavis）が、最初にこのメータをボストンに設置したレオナルド・ダ・ヴィンチの再来のような人であったという。サイズは６インチで記録容量は25,000 ガロという。そのヴェンチュリはパリに派遣されていた時ン／時（95m3/h）で大体3,000 から6,000 人への供給量に、多くの学者や知識人たちと交際するという幸運にであった。今や市内全体で83 台が設置され、420,000も恵まれていた。1797年に執筆した「差圧現象による人への量が測れる。これにより使用水量の時間あたり説明を用いた、流体内の運動の側面伝達による原理にのトレンドが毎日記録され、人々が水道を使用するはついての実験的調査研究」が彼の名前を広めるもととずがない夜中の１時から４時での水道使用量が１日のなった。

時間当たりの平均使用量の約60%にも及ぶことが判明

ヴェンチュリ・メータを開発したのは、実はハーシした。この原因は水道管からの漏洩に起因するものでェル（Clemens Hershel、米、1842 〜1930）であっあるので、検査員がディコーン１台毎に各家庭を廻た。ハーシェルは水処理、下水処理技師として、ヴェり、漏洩の音を頼りに欠陥水道管を修理し漏洩水量をンチュリの理論に基づく多くの実験を繰返し、それま減らしたことが報告されている。

で不可能とされていた空気や水の大口径管による流量

s ヴェンチュリ・メータ測定を可能にしたのである。彼はハーバード大学を卒

ヴェンチュリ・メータ（第６図）の出現が遅かった

業後ドイツ、フランスで学び土木技師をしていたが、のは、この計器の基礎となっている理論がずっと以前

水理工学に惹かれるようになり、1887年から大口径管から知られていただけに、意外な感じがする。の流れの測定に専念した。オリフィスでは圧力損失がローマ帝国のシーザ（Caesar、前100 〜前44）時大きいのでゆるやかなカーブのディフューザを持つ絞

代に、ローマの所帯主への水の分配用に、既にパイプり流量計を製作し、現在知られているヴェンチュリ・

サイズによる絞りの原理が使われていたといわれていメータの公式を作りあげた。しかしフランス人であるる。

ヴェンチュリの実験を尊重し、このメータをヴェンチ17 世紀初頭にカステリ（伊、Benedetto Castelli）ュリ・メータと名づけたのである。とかく人の功績をとトリチェリ（Evangelista Torricelli、伊1608 〜47）

自分のものとしたがる世の中で、実に賞賛されること

44

計測技術 2004. 8.

流量計測の歴史…fである。この年に最初に作られたヴェンチュリ管は直径108 インチ（2.74m）長さが10ft

87 〜 89 フ ィ ー ト （26.5 〜27.1m）の大きなものであった。彼のヴェンチュリ管の特許は 1893 年に英国のジョーB
AC

ジ・ケントと米国のBIFに実施権を与え、商品化された。
ハーシェルは米国土木技術者学会に多くのヴェンチュFリ・メータのレポートを提出しており、参考文献 sが有第７図 Holyoke Water Power Company の実験装置名なものであるので抜粋して紹介する。
彼はこの中で従来のせき式に比べいかにヴェンチュリ・

Total head on the meter［ft］

流量計、風速計、ピトー管
Coefficient

メータが優れているかを述べ、第６図に示すような実験用のヴェンチュリ・メータを試作した。
図中の縮尺から全長が3.58m、口径が 300mm、絞り口径100mm 位の寸法であるのが分かる。これは実際に製作しようとしているものの1 ／9のモデルであった。
第７図に示す試験装置を

Velocity through the Venturi［ft/sec］
第８図 ヴェンチュリ・メータの実験結果用いてこれを試験している。
この装置について若干説明す
ると、A が取水口、B が貯水槽であり、水はヴェンチ
ュリを通過してタンクC に流出する。この図には見えないがダイバータがあり、オーバフローしてタンクD＜参考文献＞a 小泉袈裟勝：「商用メータが語る、実用化への軌跡」，オーバル，
Specialty No.3, 1988, 10 月
s Clemens Herschel “The venture water meter” Transactionsに入るようになっている。ヴェンチュリの入口、出口及びスロート部にマノメータが設置されているが、特of American Society of civil engineers, Vol.17, 1888d Friedrich Lux “On water measurements, with special reference to Shinzel’s ebonite water meter” Transactions of ASME,にスロート部は完全真空でも計測可能なほど34.5 フィート（約10.5m）の高さがある。試験結果を第８図にVol.14, 1893
f

Dexter Brackett “Consumption and waste of water”

示すが、流量係数や圧力ヘッドの図が精密に画かれてTransactions of American Society of civil engineers, Vol.34,

おり、しかも流量係数のばらつきもほぼ±5%以内に1895【筆者紹介】

入っており、110 年も前のハーシェルのヴェンチュリ管の製作及び実験のすばらしさに驚く。

小川 胖㈱オーバル 技術顧問
〒236-8645 横浜市金沢区福浦1-9-5
TEL ：045-785-7259

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