JPH0723853B2 - 液体流測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は液体流の測定に用いるための測定装置に関し、
より具体的には下水道マンホールの入口導管内に配置さ
れる流量測定装置に関する。

［従来の技術］ 衛生下水道システムへの激しい水の流入を隔離し且つ減
少させる公共的な試みの為に、毎年多額の費用が費され
ている。この分野の技術専門家は、長年に亘り、全下水
道システム内の副次的区域から発せられる汚水の正確且
つ一時的な測定が、最も深刻な流入問題を伴なう問題と
して採り上げられ、そのシステム構成に当たって測定上
最も費用の掛る手段であることを認識していた。

激しい水の流入問題を経験する地域ではよく知られてい
るように、汚水を運ぶ下水道は降雨中及その直後に超過
条件下で作用するのが一般的な事柄として知られてい
る。不幸にも上述のような条件下では、正確な流量デー
タを得ることは殆ど不可能である。流れの深さを流量に
変換するための堰（ウエアー）や樋（フリューム）のよ
うな初歩的な流れ測定装置を用いるのは、種々の理由か
ら通常実用的でない。例えば、堰は上流側の沈澱作用を
伴なうと共に岩石の砕片などにより汚される。これ等に
よる測定装置は、各個別のマンホールの物理的形状に適
合するように作られなければならず、超過条件の下で
は、調節したり補正することが困難である。

パルマー ボウラス（Palmer Bowlus）フリューム及び
他のベンチュリ・フリュームのような樋は、下水道の直
径の75％を越える流れの上流部の深において一般的に不
正確で、超過条件下では使用できない。代替例として
は、２つのマンホール間の損失水頭（通常インチの分
数）を測定することであり、流量を正味で算出するよう
にカルバート法則及びマンニング（Manning）法則を用
いる。当然の事ながら、この方法は１つの代りに２つの
マンホールにおいて流れの深さの測定を行なうことが必
要とされ、従って、流体測定の費用が２重となり、不経
済である。

ここ10年の間に、液体流の深さ（若しくは圧力）の情報
の測定、記録及び記憶のための装置の設計技術は非常に
発達した。然し、自由な水流を示す開放溝条件及び管内
が完全に充満した流れの下にある管条件（以下満杯管超
過条件という）の両条件下において、流れの深さ若しく
は圧力を正確に流量に変換することの出来る搬入据付け
可能な初歩的汚水流測定装置の開発を誰も行なわなかっ
た。

［発明が解決しようとする課題］ 一般的に本発明は、完全な深さ以下で下水道が自由に流
れる自由な水流を示す開放溝条件下と、下水道の管内が
完全に充満して流れており、且つマンホールが水没する
ような状態の条件下との何れにおいても下水道内の流れ
の測定ができる装置を提供することを目的とする。また
マンホールに隣接する下水道内に一時的に素早く据付け
得る搬入設置可能な流れ測定装置を提供することも本発
明の他の目的である。また装置が自由な水流を示す開放
溝条件下で使用される時、浮遊可能な下水内固体を装置
を通して運ぶこともできるようにしようとするものであ
る。更に、流量を計算するのに用いられる静水圧差を形
成するのに、比較的小さな水頭損失をもって測定が可能
な流れ測定装置を提供しようとするものである。

本発明のその他の目的や特徴は、添付の図面に関して詳
述した下記の望ましい実施例による記載から明白となろ
う。

［課題を解決するための手段］ 本発明の装置では、その外側表面が入口管内に置けるよ
うに円筒形をなし、これに対し、膨張可能なカラーが装
置の円筒形外側表面を包囲し、装置が入口管内に置か
れ、膨張可能なカラーが膨張すると、該部間にシールが
提供され、下水道内に入る流れが装置を通過するように
してある。

装置の内側表面は、下水道管が部分的に満たされる時の
自由な水流を示す開放溝条件下で装置を通過する流速
と、装置の上流側入口部分における流れの水の深さ（静
水圧）との間の関係を検出できるように形成される。更
に装置の内側表面は、装置が据付けられる管が完全に流
体で満たされる時の水流に没した条件下において、装置
の水流を制限するスロート部分のクレストにおける静水
圧と、装置の上流入口部分における静水圧との間の相違
の関係を検出できるように形成される。斯くして、流れ
のデータは、静水圧と流量との間の関係を用いた公知の
手段により得られる。

［実施例］ 図面に関し、第１図は、膨張可能なカラー２が具備され
た円筒形の本体１を含む汚水流測定に用いられる本発明
の一実施例を示す。本体１の外側表面は入口管３内に置
くことができるように円筒形をなす。本体１の円筒形外
側表面は、該本体１の全長に亘って延びており、更に本
体１は、その軸線に対して直角な垂直平面に沿って接合
可能で、通常の直径の下水道マンホール16から大きな下
水道内へ装置を挿入できるようになっている。本体１
は、膨張可能なカラー２を支持する環状溝を有する。膨
張可能なカラー２は弁４及び弁ステム５を有し、ステム
５を通して膨張可能なカラー２を膨張させるためのガス
が通過するようにしてある。装置を通る水の流れは、管
状ベンチュリ部材６を通過するが、この管状ベンチュリ
部材６は入口部分７、括れた外径をなすスロート部分
８、及び出口部分９から成り立っている。

第２図に示すように、汚水流の方向と直交する断面方向
の面では、スロート部分８の形状は、円形若しくは多角
形をしている。円筒をなす本体１とベンチュリ部材６と
の間の空間は中空であって、本体１は多孔質材料で形成
され、本体１と管状ベンチュリ部材６との間のスペース
に対して空気や液体が入ったり出たりするの許容するよ
うになっている。孔は、装置の構造的一体性が損われな
い限り、特に寸法、形状、数等を問わない。本体１と管
状ベンチュリ部材６との間のスペースは粒状の固体材料
で満たされる。固体材料の種類若しくは組成はどのよう
なものであってもよいが、粒状固体間に少なくとも多数
の空隙があればよい。

本発明の目的を達成する上では、管状ベンチュリ部材な
る用語は、本発明装置が据付けられる下水道が満杯より
も少ない水流状態で流れているときには、変更ベンチュ
リ・フリュームの機能を、また同下水道が完全に満たさ
れて流れる時にはベンチュリ管の機能を、夫々充分に果
たす装置を意味する。また管状ベンチュリ部材なる用語
は、 （１）低液体流量においてもその測定機能を維持するよ
うに装置に作用すること、また （２）上流管が液体で満たされる時の流れと略同じ流量
において液体で満たされるように括れたスロート部分８
に作用し、開放溝から満杯管流に移向する間もその測定
機能を維持すること とを満足するような括れが形成された装置を意味する。

変更ベンチュリ・フリュームが開放溝内の括れによっ
て、括れたスロート部分８に近い開放溝内の精密な深さ
において流れを形成し、この括れから上流の開放溝内に
おける水流の深さと液体流量との間に関係が存在するよ
うに比率配分されることは公知であるから技術的に可能
である。また、管状ベンチュリ管６が閉鎖管内の括れた
部分をなし、管内の流体流を促進すると共にその静水圧
を下げ、 （１）ベンチュリ管の上流における液体流の静水圧と括
れた部分を通る液体流の静水圧との間の差と、 （２）液体流量と、の間に 所与の関係が存在するような比率配分とすることも公知
であるから技術的に可能である。

フランジ10が円筒形の本体１の外側表面頂部に形成さ
れ、レベル・インジケータ11がフランジ10の頭部に支持
される。レベル・インジケータ11は、本体１の軸線に対
して垂直な水平線に対して、レベル・インジケータ11の
ベースのレベルを指示するための十字線の付いたバブル
・レベル型をしている。レベル・インジケータ11は、ス
ロート部分８が多角形断面をなす場合にはスロート部分
８の底表面に対して平行な基準線を、またスロート部分
８が非多角形断面をなす場合には、スロート部分８の底
表面に対して正接する水平線に対して平行な基準線を提
供するように配向される。

管状ベンチュリ部材６の側壁は、円筒形の本体１の内側
表面により管状ベンチュリ部材６の頂部及び底壁が形成
されるように、本体１の内側表面に対して接続された垂
直板により形成される。この実施例において、管状ベン
チュリ部材６の側壁は、本体１の軸線に対して垂直に切
った断面で見た時、本体１の円筒壁に対し、垂直で平行
な翼弦のように見える。

12は、圧力センサで、入口部分７の内側表面の下側に支
持される。また符号13で示す圧力センサは、スロート部
分８のクレストに支持される。この発明の目的を達成す
る上からは、クレストという用語は、頂部若しくは冠部
若しくはその近傍を意味するものとする。

これらの圧力センサ12,13は、ピエゾメータ若しくは圧
電型圧力トランスデューサである。

第３図に関し、圧力センサ12,13からの圧力信号は、チ
ャンネル切替型コンダクタ14を介して信号コンバータ15
に伝達される。信号コンバータ15は信号を流量に変換
し、この流量データを記憶する。

信号コンバータ15は公知の機械的装置が用いられる。バ
ブラ型機構が、入口における静水圧と、管状ベンチュリ
部材６のスロート部分８における静水圧との差を液体流
量に変換するのに使用できることは知られている通りで
ある。またバブラ型機構が、ベンチュリ・フリュームへ
の入口における静水圧を液体流量に変換するのに使用で
きることも技術的に知られている。バブラ型機構によ
り、液体中に没入した管の端部から気泡が放出される。
ベローズ等を用いて、所定気泡量を保持するのに必要な
圧力が測定される。圧力は管の端部が水没している深さ
に比例する。差圧即ち２つの圧力間の差は、ダイアフラ
ムの各側に及ぼす１つの圧力を伴なうベローズ・ダイア
フラムの偏位若しくは移動を測定することにより感知で
きる。スロート部分８の静水圧は、スロート部分８が液
体で満たされる迄は周囲の空気圧と同じである。この態
様において、流量が測定され且つ流量はこれ等データを
記録する手段に対し機械的に移送される。記録手段は、
インクペン及び用紙チャート或いは針及び感圧チャート
を含む。

信号コンバータ15は、また公知の電子装置を用いること
ができる。圧電装置がこれ等に作用する圧力に比例した
電気的信号を出すことは技術的に公知である。更に、デ
ジタル積分回路装置が流量を間欠的に計算し、ベンチュ
リ・フリューム型メータの入口部分における静水圧及び
／またはベンチュリ管を横切る差圧を与えられ、電子メ
モリ内にこれを記憶するようにプログラムできることも
技術的に知られている。

［作用］ 第１図に戻って、再び下水道内に支持される搬入可能な
汚水流測定装置に関し記述する。膨張可能なカラー２を
具備する円筒形の本体１は、入口管３の開放端部内に挿
入される。本体１は、レベル・インジケータ11により指
示されるように、フランジ10が相対的なレベルに来る迄
入口管３内で回される。ガスの圧力源が弁ステム５に取
付けられ、弁４を通して膨張可能なカラーの内部にガス
を導入する。

この態様において、膨張可能なカラー２は膨張され、本
体１の円筒形外側表面と入口管３の内側表面との間で膨
らみ、本体１を固定位置に保持し、本体１と入口管３と
の間の液密シールを提供する。

チャンネル切替型コンダクタ14を、第３図示のように、
本体１からマンホール16の壁の頂部に一時的に固定され
た信号コンバータ15に接続する。圧力センサ12,13から
の圧力信号は、チャンネル切替コンダクタ14を介して信
号コンバータ15へ伝達される。信号コンバータ15は液体
流量を計算するが、該流量データを記憶するのに圧力信
号が用いられる。

以上下水道マンホールの入口の管に据付けるための搬入
可能な汚水流測定装置を関し開示したが、この装置は、
自由な水流を示す開放溝条件下及び満杯管条件下の両条
件下において、或る下水道マンホールに隣接する下水道
間内の測定を行なうことにより、液体流の測定を行なう
ことができる。

以上開示の実施例は、単なる例示であって制限的なもの
ではなく、本発明はここに開示の特定の形態に限定され
るものと解されるべきものではない。ここに開示の目的
を達成するために選択された本発明の実施例の種々の変
更の総てを本発明は包含するものであり、これ等は本発
明の思想及び範囲から離れるものではない。

［発明の効果］ 本発明の装置は、浮遊可能な固体が自由な水流条件下で
装置を通して運ばれるが、液体流測定における正確さに
影響を与えぬ点で従来技術に比べて優れたものである。
本発明の装置はまた、装置が据付けられるマンホール内
の場所が、装置の据付けられる下水道のクレストの上方
に越える点で従来技術に比べて改良された機能を有し、
装置の流れ制限表面が管の壁に永久的に固定されず、コ
ンパクトな形状で提供され、圧電型圧力トランスデュー
サがバブラー型圧力感知機構かの何れかによって、静水
圧を感知するのに用い得る点で従来技術に比べて改善さ
れたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は下水道マンホール内に据付けられた本発明に係
る搬入可能な汚水流測定装置を示す概略縦断側面図、 第２図は第１図のII−II線に沿って縦断した概略端面
図、 第３図は搬入可能な汚水流測定装置が内部に据付けられ
た下水道マンホールを示す概略縦断側面図である。 １……本体、２……膨張可能なカラー、３……入口管 ４……弁、５……弁ステム、６……ベンチュリ部材 ７……入口部分、８……スロート部分、９……出口部分 10……フランジ、11……レベル・インジケータ 12,13……圧力センサ、14……チャンネル切替型コンダ
クタ 15……信号コンバータ、16……マンホール

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流路内に液体を自由に通過させる一方、事
   実上導管を塞ぐような態様で管状ベンチュリ部材を前記
   導管内に設けて、下水管マンホールに連らなる導管内の
   流れを測定すべく構成された装置であって、 前記管状ベンチュリ部材は、 流れ方向の軸に沿って狭窄され、内面に括れたスロート
   部分を備え、 前記スロート部分がベンチュリ部材の入口部分から連続
   する流路として画定されており、 而も前記入口部分の領域及び前記スロート部分の領域に
   おいて、 導管内を流れる液体が、 管内に充満していない流動条件と、 管内に充満している流動条件と の夫々における圧力を検知する圧力センサが前記入口部
   分の領域と前記スロート部分の領域とに設けられてお
   り、 前記スロート部分が、 前記導管内の流れの増大により、前記入口部分と事実上
   同時に液体で充満されるように、 前記入口部分と前記スロート部分との寸法を、 夫々の長手方向の軸に対する横断面について定めてある
   液体流測定装置。
2. 【請求項２】前記圧力センサが、 前記入口部分の第１圧力測定点と、 前記スロート部分の第２圧力測定点と に設けられ、 前記第１圧力測定点が、 前記スロート部分とは反対側にある前記入口部分の端部
   における底部近傍に配設され、 前記第２圧力測定点が、 前記スロート部分の上部近傍に配設されている 特許請求の範囲第（１）項に記載の流体流測定装置。