JP2007024748A - 流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の漏洩検知手段は流量計以外に様々な装置が必要で、システムが大規模になり、汎用性が損なわれるという課題がある。
【解決手段】本発明は、上記課題を解決するために、流量計で漏洩判断が的確に行えるようにする。流量計２１お主要部３５は流量検知手段と、器具判別手段を有した回路３２を備える。器具判別手段で器具の動作状態を判断し、その状態にふさわしくない流量が検知された場合は、配管漏洩等の異常があると判断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば流体として家庭でエネルギー源として使用される都市ガスやＬＰガスが対象となり、このようなガスで使用される流量計（ガスメータ）の機能に関するもので、前記機能で配管や器具でのガス漏洩を検知することが可能になる。

従来のガス漏洩の判断方法は、例えば特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載のものは、微小な漏洩検知に３０日間の長期間有することを課題とし、解決手段として設置されているガス燃焼器具の最小燃焼量未満のガスの流れの有無を検知することによりガス漏洩の有無を判断するようにしている。このため、各種ガス燃焼器具毎にその最小燃焼量を調査することが必要である。また、図６に示されるように、ガス漏洩の有無を判断するため、圧力調整器Ｃ、Ｄや圧力センサＥが必要となる。

また、特許文献２には大型機器を使用する場合の大流量の漏洩検知方法が記載されている。

特許文献２に記載のものは、大型燃焼器や燃料電池のように常にガス使用量の大きい装置を導入するシステムがあり、この場合は従来の方法では、ガス管破損による大量の漏れが継続しているのか、大型ガス器具が継続利用されているのかの判断が容易ではないことを課題とし、解決手段として、前記複数のガス機器のガス流量を測定し、総合流量と継続時間の関係に応じて遮断を行うガスメータと、前記複数のガス機器のうちあるガス機器が稼働した場合、このガス機器の稼働情報から総合流量を補正する補正手段を用いるとしている。このため、各ガス器具の稼働情報をガスメータに伝達するために、図７に示されるように、複数のガス機器７−１〜７−ｎの各々に通信端末９−１〜９−ｎを設けており大掛かりなシステムとなっている。
特開平７−３３２５９９号公報 特開２００１−２５５１９２号公報

しかしながら、従来の漏洩判断手段は、各種ガス器具毎に最小燃焼量を調査する必要があるので様々な課題が発生する。例えば、この調査をいつの時点でおこなうのかが上げられる。これはガスの漏洩判断方法を搭載した装置を設置した時点で、その需要家にある器具を調べ、それらの最小燃焼量を明らかにするのか、また、あらかじめ装置にすべての器具の最小燃焼量を記憶させ該当する器具を選択するようにするのかなどである。また、そのような操作を誰が行うのかも課題となる。これは装置を設置する業者が行うのか、需要家が行うかなどが上げられ、いずれにしても漏洩判断手段を搭載した装置の普及に障害になるという課題がある。また、流量計以外の圧力センサや圧力調整器などの部材が必要となる。

さらに、大量の漏れを判断するためには、各器具に個別にガスメータを取り付けるなど、大掛かりなシステムとなり、これもまた漏洩判断手段を搭載した装置の普及に障害になるという課題がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、検知された流量と判別された使用中器具とから被計測流体の漏洩判断を迅速でかつ容易に行える流量計を提供することを目的とす
る。

前記従来の課題を解決するために、本発明の流量計は、流体の流量検知手段と、器具判別手段を有し、前記器具判別手段を活用して漏洩検知を行うようにする。これにより、微小な流量が器具の動作か、あるいは漏洩であるかを判断でき、漏洩の場合は速やかに遮断することができる。

また、前記器具判別手段で器具の動作が確認されていない場合で、前記流量検知手段で定められた流量以上の流量が検知された場合は、配管や各種器具における漏洩であると判断する。器具判別手段を利用することにより、器具の動作および停止が明らかになり、大流量漏洩が判断できるようになる。

また、器具判別手段で検知される各種器具の最大使用流量の総和よりも大きい流量を検知した場合、大流量漏洩と判断することで、漏洩判断が迅速に行えるようになる。

また、複数の器具が同時に動作している場合で、それらの器具の最大使用流量よりも大きい流量がある場合は大流量漏洩と判断することで、漏洩判断が迅速に行えるようになる。

また、１台の器具が単独で動作している場合で、その器具の最大使用流量よりも大きい流量がある場合は大流量漏洩と判断することで、漏洩判断が迅速に行えるようになる。

また、器具の最大使用流量は学習機能で行うことで、事前登録などにより認識させるようなわずらわしさが解消される。

また、器具判別手段は、瞬時流量の差分を基本に判断を行うようにする。これにより超音波流量計の瞬時流量計測の長所を活かし、迅速な器具判別が行える。

また、器具判別手段は、瞬時流量の差分で区別される状態と、その状態での動作時間を基に判断を行うようにすることで、器具判別の精度を向上することができる。

本発明の流量計は器具判別機能を利用することで、流体の漏洩判断を、迅速で、かつ、容易におこなえるという効果がある。

第１の発明は、流量計で流体の漏洩検知を行うために、流量計に流量検知手段と、器具判別機能を持たせ、器具判別手段を活用して漏洩検知を行うようにする。

第２の発明は、流量計で流体の漏洩検知を行うために、流量計に流量検知手段と、器具判別機能を持たせ、器具判別手段で器具の動作が確認されていない場合で、前記流量検知手段で定められた流量以上の流量が検知された場合は、配管や各種器具における漏洩であると判断する。

第３の発明は、器具判別手段で検知される各種器具の最大使用流量の総和よりも大きい流量を検知した場合、大流量漏洩と判断する。

第４の発明は、複数数の器具が同時に動作している場合で、それらの器具の最大使用流量よりも大きい流量がある場合は大流量漏洩と判断する。

第５の発明は、１台の器具が単独で動作している場合で、その器具の最大使用流量よりも大きい流量がある場合は大流量漏洩と判断する。

第６の発明は、器具の最大使用流量は学習機能により認識するようにする。

第７の発明は、器具判別手段は、瞬時流量の差分を基本に判断を行うようにする。

第８の発明は、器具判別手段は、瞬時流量の差分で区別される状態と、その状態での動作時間を基に判断を行うようにする。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

図１は本発明の流量計と器具との接続状態を示すブロック図である。都市ガスやＬＰガスに代表される被計測流体は、配管途中に設けられた流量計１を通り、配管３０で器具２２，２３，２４に供給される。器具２２は給湯器で、これは風呂２８への湯張りや、台所蛇口２５およびシャワー２６への給湯、床暖房２９への温水供給、浴室乾燥機２７への温水供給などの複数の器具が接続されている。器具２３はガステーブル、器具２４はファンヒータを示している。

図２は流量計２１の主要部３５の斜視図である。主要部３５は、流量検知手段と器具判別手段とを備えた構成である。この流量計は流量計測に超音波を用いた方式のものである。ガスは流路３１内を流れる。流路３１内には、超音波センサ３３ａ、３３ｂが向かい合わせで、かつ、ガスの流れに対して角度を持って配置されている。ガスの流れが図の矢印の方向である場合、超音波センサ３３ａからガス中に発振された超音波はガスによって、その流れ方向に加速され、時間Ｔ１後に超音波センサ３３ｂに到達する。反対に、超音波センサ３３ａからガス中に発振された超音波はガスによって、その流れ方向に減速され、時間Ｔ２後に超音波センサ３３ｂに到達する。時間の逆数の差（１／Ｔ１−１／Ｔ２）は流量に比例することから、時間を計測することでガスの流量が算出することができる。このように、超音波センサ３３ａ、３３ｂを制御し流量を算定し、結果を表示する部分が回路３２である。回路３２は、超音波センサを駆動する駆動回路、超音波センサからの信号を受信する受信回路、演算を行うマイクロコンピュータ、表示のための液晶ディスプレーなどから構成される。そして、回路３２は電池３４で駆動される。

前述したような時間Ｔ１、Ｔ２を求める回路動作に要する時間は、２００ｍｓ（ｍｓは１０^−３秒）程度で、瞬時計測が可能である。回路は電池駆動のため、できるだけ省電力化が望まれる。このため、計測は例えば２秒間隔で行うようにしている。従来のこの種の流量計は膜式と呼ばれる方式が用いられており、２秒という高速な計測ができるようなものではなかったので、超音波式とすることにより、ガスの流れの変化を瞬時にとらえ器具の立ち上がりや、停止、および制御による流量の変化がより詳しくとらえられる。このような特徴を活かして、どの器具が動作しているかを流量計のマイクロコンピュータで判断することができる。

図３は超音波式の流量計で計測した、器具の動作時の流量変化を示している。同図（ａ）はガステーブルの流量特性である。起動時の立ち上がりは急峻でピークは１００Ｌ／ｈ（リッター毎時）である。同図（ｂ）は給湯器の台所蛇口およびシャワーへの給湯時の流量特性である。これも起動時の立ち上がりは急峻でピークは最大３０００Ｌ／ｈに達している。また、ピークが１０００Ｌ／ｈの特性も記載しているが、これは給湯時の湯量が少ない場合や、水温が高い場合である。特徴は、立ち上がってから、湯温を一定に保つため
の制御がかかるため、流量がダイナミックに変化する特徴のある特性となっている。同図（ｃ）は同じく給湯器の湯張り時の流量特性で、起動時の立ち上がりは急峻で、２０００Ｌ／ｈ強の流量が安定して２０分以上の長時間継続している特長がある。同図（ｄ）は同じく給湯器の床暖房への温水供給の流量特性で、立ち上がりは緩やかに変化し、１０００Ｌ／ｈに達してから、急激に２００Ｌ／ｈ まで減少するという特徴がある。同図（ｅ）はファンヒータの流量特性である。起動時の立ち上がりは比較的急で、かつ、２段階の変化があり、３００Ｌ／ｈ強に達してからは安定した流量特性である。

以上のような特徴をまとめると、図４のような相関図になる。このような特徴は、２秒ごとに瞬時流量の計測ができる超音波式の流量計を用いる事によって明確にされるものである。このような特徴を活かし、２秒ごとに得られる瞬時流量値およびこの変化量並びにこの瞬時流量の使用継続時間を計測する具体的なアルゴリズムを構築することによって、どの器具が動作しているかが判断できるようになる。実際にはいくつかの器具が同時に運転することがあるが、この場合も図４の特徴に従ったアルゴリズムによれば器具判別が可能となる。

同図では、起動、定常、停止と状態を３つに分類しているが、いずれもどの状態にあるか判断するのは、流量変化分による。例えば流量変化分がある大きさ以上で正なら起動、ある大きさ以上で負なら停止、ある大きさの範囲内では定常と判断する。２秒ごとに計測されるので、２秒、４秒、６秒、８秒・・・ごとの流量を順番にＱ（２）、Ｑ（４）、Ｑ（６）、Ｑ（８）・・・とすると、流量変化分とは、Ｑ（４）−Ｑ（２）や、Ｑ（６）−Ｑ（２）などで記述されるものを用いる。Ｑ（４）−Ｑ（２）は２秒の差分、Ｑ（６）−Ｑ（２）は４秒の差分である。このような状態区別と、定常状態にある時間、および起動状態にある時間とを総合的に判断して器具判別手段とする。

家庭には、図４に示したような器具があるのが一般的であるので、このような流量特性データを流量計の記憶素子に記憶させ、家庭に流量計を設置する。家庭にある器具の通常使用で得られる流量データで図４に示す各器具の特徴に近いものがあれば、その器具の動作とみなす。

事前に家庭にどのような器具があるかを流量計に登録すれば、より的確に、かつ、早く器具判別が行える。

しかしながら、このような登録の手間を省く場合は、家庭にある器具の通常使用で得られる流量データで図４に示す各器具の特徴に近いものをある程度の時間をかけて判断する学習を行い、その家庭にある器具を特定する方法を取る。

このようにして、器具判別手段を流量計に持たせることにより、器具の動作開始、および停止が明らかになり、また、家庭にある器具を特定することができる。この機能を利用することにより、漏洩発生時のガス遮断などの対応が速やかに行えるようになる。

器具のうち、一般家庭で使用されるものの最大流量、最小流量は既知の事項であるので、図５で示されるような器具とその流量情報を、流量計の記憶素子に記憶させておく。

今、器具判別手段でその器具の動作も判断されていない状態で、流量が定められた流量以上あれば、漏洩と判断して、流量計内に有する遮断弁を動作させてガスの供給を速やかに停止させる。定められた流量とは、隣の家でのガス器具の使用で、配管中のガスに動きが伝わり、その動きを流量計が捉えた場合は、誤動作となるので、そのような状態で発生しうる流量を想定している。

また、器具判別手段で検知された器具の最大流量の総和よりも大きい流量を検知した場合、ガスを遮断する。検知された器具の最大流量の総和とは、たとえば、その家庭にあると判断された器具が、給湯器とガステーブルなら図５より、最大流量の総和はＢ１＋Ｄ１となる。これよりも大きな流量が計測されれば、異常と判断できる。ただし、新しい器具の導入があれば、一旦、その家庭にあると判断された器具情報を消去し、新たに登録、あるいは学習で器具を認識する必要がある。

また、複数の器具が動作していると判断された場合で、動作している器具が床暖房とガステーブルと判断された場合、図５より、最大流量の総和はＡ１＋Ｄ１となる。これよりも大きい流量が計測されていれば、床暖房とガステーブルの使用時に配管破損が発生し、漏洩などの異常が発生したと判断できる。

また、１台の器具が単独で動作していると器具判別手段で判断された場合で、その器具の最大使用流量よりも大きい流量がある場合は、漏洩とはんだんすることができる。たとえば、ガステーブルだけが動作していると判断した場合は、図５から流量Ｄ１より大きい流量があれば、漏洩と判断することができる。

また、ガス炊飯器、瞬間湯沸器などの種火ないしはパイロットバ−ナ−のような流量２．９Ｌ／ｈの微小なものは、一旦、ガス炊飯器での炊飯が行われた後の保温で長時間継続することや、給湯器の種火として長時間継続することがある。このような種火やパイロットバ−ナ−の動作は、その前後で、いつそれらの手段を有する器具が本来の動作（給湯や炊飯）をしたかを判断し、経過時間をあきらかにし、その経過時間が定められた時間以上経過した場合は、種火ないしはパイロットバ−ナ−の消し忘れか、微小漏洩であると判断することが、器具判別手段を用いることによって可能となる。

以上のように、本発明にかかる器具判別機能を有する流量計は、器具判別を行い、どの器具が動作しているかを明らかにし、それらの器具で使用される流量でない流量があれば漏洩などの異常と判断でき、速やかにガス供給を遮断するなどの安全機能の充実を実現できる。

本発明の器具判別手段を有する流量計と器具が接続された状態を示したブロック図 本発明の流量計を構成する主要部を示した概観斜視図 （ａ）ガステーブルの流量特性図（ｂ）給湯器（シャワー、蛇口への給湯）の流量特性図（ｃ）給湯器（湯張り）の流量特性図（ｄ）給湯器（床暖房）の流量特性図（ｅ）給湯器（ファンヒータ）の流量特性図 本発明の器具判別の条件例を示した相関図 本発明の器具判別で用いる情報を示した相関図 従来の微小流量漏洩を検知する方法を示した構成図 従来の大流量漏洩を検知する方法を示した構成図

符号の説明

２１ 流量計
３０ 配管
２２，２３，２４ 器具
３５ 主要部

Claims (8)

1. 被計測流体の流量を検知する流量検知手段と、前記流量検知手段の下流に配管を介して接続された器具と、前記器具の使用および使用されている前記器具を判別する器具判別手段とを有し、前記流量検知手段の流量検知出力と前記器具判別手段の判別出力とを用いて前記流量検知手段より下流の漏洩検知を行う手段を設けた流量計。
2. 器具判別手段で器具の使用が確認されていない場合で、かつ前記流量検知手段により検知された流量が定められた流量以上である場合は、被計測流体が漏洩していると判断する請求項１記載の流量計。
3. 接続されている全器具の最大使用流量の総和を記憶する手段と、流量検知手段で検知された流量と前記全器具の最大使用流量の総和とを比較する手段とを有し、前記流量検知手段が検知した流量が接続されている前記全器具の最大使用流量の総和よりも大きい場合、被計測流体が漏洩と判断する請求項１記載の流量計。
4. 器具ごとの最大使用流量を記憶する手段と、器具判別手段で使用されていると判別された前記器具の最大使用流量の総和を求める手段と、流量検知手段で検知された流量と最大使用流量の総和とを比較する手段とを有し、前記器具判別手段により複数の前記器具が同時に使用されていると判別された場合において、前記前記流量検知手段が検知した流量が使用されていると判別された前記器具の最大使用流量よりも大きい場合、被計測流体が漏洩と判断する請求項１記載の流量計。
5. １台の器具が単独で動作している場合で、前記器具の最大使用流量よりも大きい流量が検知された場合は漏洩と判断する請求項１記載の流量計。
6. 器具の最大使用流量は学習機能により認識するようにした請求項１記載の流量計。
7. 器具判別手段は、瞬時流量の差分を基本に判断を行うようにした請求項１記載の流量計。
8. 器具判別手段は、瞬時流量の差分で区別される状態と、その状態での動作時間を基に判断を行うようにした請求項７記載の流量計。