JPS5836295B2 - 流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、流量計に係り、特に測定流量範囲が広く可動
部の無い堅固な流量計に関する。

従来の流量計としては、一般的なものとして、（１）オ
リフイス流量計、ベンチュリ流量計、フローノズル流量
計、等のように、管路に絞りを入れ、この絞りによって
発生する差圧より流量を測定するもの、 （２）タービン流量計のように、管路に回転翼車を入れ
、その回転数より流量を測定するもの、（３）電磁流量
計のように、磁場中を移動する流体に生ずる電位差の測
定より流量を測定するもの、（４）容器内に流体を流入
させ、その液位上昇より流量を測定するもの、 などが上げられる。

（１）の差圧測定式の流量計は、流速Ｖと差圧Ａｐとの
関係が で表わされる。

ａｐの測定可能範囲は、測定誤差を考慮すると、変圧計
のフルスケールからその５〜１０％程度の間であり、こ
れより低い流量範囲では誤差が増加する。

このＪｐの測定可能範囲の平方をとった値、すなわち、
２２〜１００％が、上式より流速すなわち流量の測定範
囲になる。

差圧式の流量計は、測定可能な流量範囲が最低流量の５
倍程度しか無い。

つぎに、（２）のタービン流量計は、流量と回転翼車の
回転速度が比例しているため、流量測定可能範囲は５〜
１００％となり、最低流量の２０倍程度の範囲まで測定
可能である。

しかし、回転部を有するため、軸受のメンテナンスが必
要であり、また比較的高価である。

（３）の電磁流量計は、可動部が無く、出力と流量が比
例しているので、流量測定可能な範囲は１〜１００％と
なり、最低流量のｉｏｏ倍程度の範囲まで測定可能であ
る。

しかし、流体中に生ずる電位差を測定するためには、配
管壁と流体の間を電気的に絶縁して、配管壁に電流が流
れないようにする必要がある。

この絶縁物の強度上の問題から電磁流量計の耐熱温度は
、百数十度に押えられている。

また電磁流量計も、タービン流量計と同様比較的高価な
計器である。

上記３種の流量計はいずれも単相流の瞬間流量を測定す
るためのもので、気泡のまじった液体とか、流量範囲が
極端に広い場合、間欠的に液体が流入する場合等には使
用できない。

これらの目的に対しては、（４）の容器内の液位上昇速
度によって流量を測定する方式が適している。

この液位上昇速度を連続的に測定し、これを時間で微分
してやれば、瞬間流量を求めることができ、また液位が
一定距離だけ上昇する時間を測定することにより、その
時間の間の平均流量を求めることができる。

後者の平均流量を求める方式では、容器中の高さの異な
る位置に液位計を２本入れ、この２本の液位計がＯＮに
なる時間間隔を測定するだけなので、容器の断面積を適
当に大きくして、最大流量時の液位上昇速度が極端に高
くならないようにすれば、その流量測定可能範囲は事実
上無制限に広げることができる。

ただし、この流量計は、容器が流体で一杯になったらド
レンで空にする必要があり、従来はこのドレンを容器底
につけた電磁弁で行なってきた。

すなわち、容器が一杯になったことを液位計等で検知し
て電磁弁を開く。

ドレン終了時には、この弁を閉じてまた液位上昇速度の
測定を開始するわけである。

ドレンの最中にも容器中には流体が流入してくるので、
容器内の流体を排除するためには、ドレン流量は、流入
流量より大きい必要がある。

このため流量測定可能範囲を広くとると、ドレン流量を
これに対応して大きくする必要があり、大型の電磁弁が
必要となる。

電磁弁はメンテナンスが必要で、またその大型のものは
高価である。

本発明の目的は、従来技術の欠点をなくシ、可動部がな
くかつ流量測定可能範囲が広い流量計を提供することに
ある。

本発明の特徴は、Ｕ字部までの高さおよび内径の異なる
複数のサイホン管の一端を液体収容タンクに連絡し、液
面計を液体収容タンクに設け、内径の小さなサイホン管
の他端を、より大きな内径を有するサイホン管内に開口
させることにある。

本発明は、前述の（４）の容器内の液位上昇速度を測定
して流量を求める方式の流量計の利点はそのままにし、
メンテナンスを要する電磁弁をドレンの手段として用い
るのをやめ、容器底に取り付けたサイホン管で容器内の
流体を間欠的にドレンするようにしたものである。

容器底にサイホン管をつけた系に一定流量Ｑｉで水を供
給したときの特性を第１図を用いて説明する。

容器１に給水管３から水を注入していくと、ついにはサ
イホン管２から水が第１図（ａ）のように流下しはじめ
る。

給水流量Ｑｉが小さいと、サイホン管２の下降管部４内
の空気５は排除されず、水はサイホン管２の上端部から
オーバフロして下降管部４内を流下するのみである。

このような状態では、サイホン管２より流出する流量は
、給水流量Ｑｉに等しく、容器１内の液位は下がらない
。

したがってこのような低流量時には、サイホン管２によ
るドレン方式では容器１内の水のドレンが不可能である
。

給水管３からの給水流量Ｑｉをある限界流量Ｑｉより増
加させると、サイホン管２の下降管部４内の空気５は、
流下する水に同伴されて排除されて第１図（ｂ）のよう
になり、ついにはサイホン管２の下降管部４内は水で充
満された状態になる。

この状態においては、容器１内の水は、いわゆるサイホ
ン作用でサイホン管２によってドレンされる。

このときのサイホン管２によるドレン流量Ｑｄは、サイ
ホン作用が開始されるときの給水流量Ｑｉ （前述のＱ
ｉに等しい。

）の大体１０倍程度であることが実験の結果示されてい
る。

すなわち、給水流量ＱｉがＱｉより大きく、Ｑｄより小
さいときには、容器１内の液位はサイホン管２の上端部
付近まで上昇し、サイホン管２によるドレンで、サイホ
ン管２＜！：容器１との接続部まで第１図（Ｑのように
下降することを繰り返す。

このときの液位の上昇速度をはかることにより、給水の
平均流量を求めることができる。

給水流量Ｑｉが、サイホン管２によるドレン流量Ｑｄを
超えている場合には、サイホン管２によるドレンにもか
かわらず容器１内の液位は上昇をつづけるので、流量計
としては使用できない。

以上まとめると、第１図のよう−な容器１とサイホン管
２を組み合わせた装置を用いた流量計の流量測定範囲は
ＱｉからＱｄの間の約１０倍の範囲ということになる。

このサイホン管２によるドレン方式は可動部が無く、か
つ配管のみの単純な構成のため、耐環境性および経済性
も良好であるが、流量測定可能範囲が上述のように１０
倍程度と狭いものになっている。

これを広げるために、径の異なる複数のサイホン管を用
い、１番細いサイホン管のＱｉと１番太いサイホン管の
Ｑｄの間で行動可能な流量計が、次に述べる本発明の方
式である。

第２図に、本発明の一実施例を示す。

この例では、径の異なる複数のサイホン管２Ａ，２Ｂお
よび２Ｃの左側の上昇管部が容器１にヘツダ６を介して
接続され、またサイホン管２人および２Ｂの下降管部４
Ａおよび４Ｂの下端は、下降管部４Ｂおよび４Ｃに設け
られるエジエクタ７Ａおよび７Ｂ内にそれぞれ開口され
る。

サイホン管４Ａ，４Ｂおよび４Ｃの順に内径が大きくな
っている。

また各サイホン管２Ａ，２Ｂおよび２ＢのＵ字部１ ４
Ａ，１ ４Ｂおよび１４Ｃまでの高さは、内径の大きな
サイホン管ほど高くなる。

容器１内には２本の液位測定用の電極８Ａおよび８Ｂが
、絶縁９Ａおよび９Ｂを介して挿入される。

容器１内の液位上昇によって電極８Ａおよび８Ｂの下端
が液体に接したときの、電極８Ａおよび８Ｂと容器１間
のそれぞれの電気伝導度の変化を検出して、液位が電極
８Ａおよび８Ｂの下端部より下にあるか上にあるかを測
定できるようになっている。

この２本の電極８Ａおよび８Ｂ，すなわち、液位計の下
端部は、それぞれヘツダ６の上面より上方でかつ、１番
細いサイホン管２人のＵ字部１４Ａより下方に配置され
る。

容器１の上部には、給水管３と空気抜き１０が設けられ
る。

給水管３からは、流量を測定したい流体が容器１内に流
入し、空気抜き１０からは、容器１内の液位の上下にと
もなって容器１内の空気が出入りする。

この空気抜き１０は、一般には第３図に示すように、ド
レンタンク１３の上部に接続され、サイホン管２と容器
１の内部の圧力が等しくなるようにしてある。

容器１内には、液位計の電極８Ａおよび８Ｂを囲むよう
にして上側部に穴１５のあいた円筒１１が設置される。

円筒１１は、給水管３から容器１内に流入した水による
液面の波立ちの影響が、電極８Ａおよび８Ｂに及ぶのを
防止している。

つぎに第４図〜第９図を用いて、本実施例の動作原理を
説明する。

第４図のように容器１内に給水管３から水を供給すると
、容器１内の液位はしだいに上昇して第５図の状態とな
る。

この状態における液位の上昇速度を２本の液位計８Ａお
よび８Ｂで測定し、給水の平均流量を求める。

第５図の状態よりさらに容器１内に水が流入すると、ま
ず左端の１番細いサイホン管２人から水がオーバフロし
はじめる。

このとき、給水流量Ｑｉが、サイホン管２人のサイホン
開始流量Ｑｉより多ければ、このサイホン管２人内の空
気はすべて排除され、第６図のようにサイホン管２人内
は水が充満し、サイホン作用によって容器１内の水がド
レンされはじめる。

このときサイホン管２人の下降管部４Ａの下端は、これ
より内径の大きい隣のサイホン管２Ｂの下降管部４Ｂに
設けたエジエクタ７Ａ内に開口しているので、サイホン
管２Ｂ内の空気をエジエクタ７Ａの作用によって吸出す
ことになる。

このためサイホン管２Ｂの下降管部４Ｂも第７図のよう
に水で充満され、容器１内の水は２本のサイホン管２人
および２Ｂによってドレンされ始める。

サイホン管２人および２Ｂを流れるドレン水は、第７図
に示すように、右端の１番太いサイホン管２Ｃ内の空気
をエジエクタ７Ｂの作用によって除去される。

最終的には、第８図に示すように３本のサイホン管２Ａ
，２Ｂおよび２Ｃで容器１内の水がドレンされることに
なる。

したがって、給水管３からの給水量Ｑｉが、サイホン管
２Ｃのドレン流量Ｑｄより小さければ、容器１内の水位
は低下することになる。

液位がヘツダ６の高さまで低下すると、容器１内の空気
がヘッダ６内に流入してさらに各サイホン管２Ａ，２Ｂ
および２Ｃ内に入り、第９図に示すようにサイホン作用
によるドレン作用は停止される。

このあとは、また第４図の状態にもどって、容器１内の
液位は上昇下降をくりかえすことになる。

一以上まとめると、本実施例の装置を用いれば、給水流
量Ｑｉがサイホン管２人のサイホン開始流量Ｑｉと、サ
イホン管２Ｃのドレン流量Ｑｄとの間にあれば、流量測
定が可能であることがわかった。

サイホン管２Ａ，２Ｂおよび２Ｃの内径の比は，エジエ
クタ７Ａおよび７Ｂの性能限界より実験的に下記のよう
に定めれば良いことがわかった。

（サイホン管２人のＱｄ ）＝（サイホン管２ＢのＱｉ
）（サイホン管２ＢのＱｄ）一（サイホン管２ＣのＱｉ
Ｃこれより、各サイホン管２Ａ，２Ｂおよび２Ｃの内径
の比を増加させると、エジエクタ７Ａおよび７Ｂで隣の
サイホン管内の空気を排出できなくなる。

また、これより、内径の比を減少させると、必要な流量
測定範囲を得るのに必要なサイホン管数が増加して好ま
しくない。

ここで１本のサイホン管については、前述のごとく、Ｑ
ｄ：１０Ｑｉであるから、今述べた関係を用いると、第
２図のような装置では、 （最大内径のサイホン管２ＣのＱｄ） １０００Ｘ（最小内径のサイホン管２人のＱｉ）となり
、流量の測定可能範囲は、最小の測定流量の１０００倍
程度までの広い範囲となる。

本発明の原理を応用してサイホン管数を増加させれば、
流量測定範囲は原理的には無限に広げることができるが
、それにつれて流量測定に要する時間が無限に増加する
ことになるので、実用上は本実施例の１０００倍程度が
適当である。

本実施例では複数のサイホン管２Ａ，２Ｂおよび２Ｃを
ヘツダ６を介して容器１に接続したが、第１０図に示す
ように、サイホン管２Ａ，２Ｂおよび２Ｃを直接容器１
に取り付けても、まったく同等の効果を得ることができ
る。

また容器１内に設置する液位計としては、第２図の実施
例に示す導電率式のものが唯一ではなく、容器１内の液
位測定が可能なものであれば何でも良い。

また容器１の上部につけた空気抜き１０は、本発明の流
量計のドレン配管１２から出た流体が大気中に放出され
るのであれば、特に付ける必要は無く、容器１上部に外
部と通じる開口部が設けてあれば良い。

本発明によれば、単純な配管構造のみで構成されるサイ
ホン管弐ドレン系により、容器内の液体を可動部無しに
自動的にドレンできるので、流量測定範囲が１０００倍
程度と広く、またメンテナンスが不要となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示すものであり、（ａ），（ｂ
）および（ｃ）は容器から流出する水の流れを示す説明
図、第２図は本発明の好適な一実施例である流量計の縦
断面図、第３図は第２図に示す実施例の系統図、第４図
〜第９図は第２図に示す実施例の動作状態を示すもので
あり、第４図は容器内への水の供給状態を示す説明図、
第５図は容器内に水が蓄積される状態を示す説明図、第
６図は最小の内径を有するサイホン管が動作している状
態を示す説明図、第７図は中間の内径を有するサイホン
管が動作している状態を示す説明図、第８図は最大内径
のサイホン管を含めすべてのサイホン管が動作している
状態を示す説明図、第９図は容器内の水がドレンされた
状態を示す説明図、第１０図は本発明の他の実施例の構
造図である。 １・・・・・・容器、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ・・・・・・サ
イホン管、７Ａ，７Ｂ・・・・・・エゼクタ、８Ａ，８
Ｂ・・・・・・液位計、１ ４Ａ，１４Ｂ，１ ４Ｃ・
・・・・・Ｕ字部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 液体収容タンクと、前記液体収容タンクに一端が連
   絡されてＵ字部までの高さおよび内径の異なる複数のサ
   イホン管と、前記液体収容タンクに設けられる液面計と
   からなり、内径の小さなサイホン管の他端を、より大き
   な内径を有するサイホン管内に開口させる流量計。