JP2011196721A - 漏洩監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体の漏洩と正常な使用とを、構造を複雑化することなく安価な構成で識別できる漏洩監視装置を得る。
【解決手段】付与される圧力変化に対する応答として発生する流量変化を検出する流量変化検出手段と、検出される流量変化に基づいて、下流側で流体の漏れが発生している否かを判定する判定手段７ｄを備えた漏洩監視装置を構成するに、流量変化検出手段の流量検出部位に、ダイアフラム上に電気的抵抗部を所定のパターンで形成した単一のセンサ部と、電気的抵抗部の電気的特性を検出する一対の電極とを備え、ダイアフラムの表面及び裏面を流体が流れるフローセンサ６を備え、フローセンサ６の一対の電極を介して出力される電気的出力から管路２を流れる流量を導出する流量導出手段を、流量変化検出手段に備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、管路を流れる流体の定常流れに所定パターンの圧力変化を付与する圧力変化付与手段と、前記圧力変化付与手段により付与される前記圧力変化に対する応答として発生する流量変化を検出する流量変化検出手段と、前記流量変化検出手段により検出される流量変化に基づいて、下流側で流体の漏れが発生している否かを判定する判定手段を備えた漏洩監視装置に関する。

例えば、各家庭におけるガスの漏洩監視については、従来、以下の３種の方法が知られている。
１．予め設定された流量が、当該流量に対して設定された安全継続時間と呼ばれる時間を越えて継続して流れた場合に、漏洩と判断する方法。
２．備えられるガス警報器から警報信号を得て、警報信号を受信した場合に漏洩と判断する方法。
３．管路を流れる流体の定常流れに所定パターンの圧力変化を付与し、付与された圧力変化に対する応答として発生する流量変化を検出し、検出する流量変化に基づいて、漏洩を判断する手法。

これらの方法のうち、第１の方法は正常なガス使用と漏洩とを識別することができない。第２の方法はガス警報器で検知できる範囲しか漏洩監視を行えない。
そこで、第３の方法を使用することで、下流側での漏洩とガス使用とを技術が近来提案されている（特許文献１）。

このような第３の方法を使用する場合、漏洩監視装置は、各家庭に設けられているガスメータに組込まれたり、ガスメータの直下流に配置されて、ガス流れが存在する状態で、そのガス流れの要因が、下流側で発生する漏洩によるか正常がガス使用によるかを監視する。

特開平７−１５１５８０号公報

第３の方法を採用する場合、管路を流れるガスの定常流れに所定パターンの圧力変化を付与し、その圧力変化に起因して発生する流量変化を検出する必要がある。
例えば、圧力変化パターンは、所定圧状態にあるガス流れに数秒〜１０数秒単位で圧力降下を与え、さらに元圧に復帰させるため、流量変化を秒以下の分解能で検出する必要がある。

このような分解能を有する流量センサ（フローセンサ）としては、超音波式のフローセンサ、薄膜上に温度センサ部を備えたマイクロフローセンサが知られている。しかしながら、共に、例えば、各家庭のガスメータに装備するには、構造が複雑であるとともに、高価である。
本発明の目的は、上記の第３の方法に従って流体の漏洩と正常な使用とを、構造を複雑化することなく安価な構成で識別できる漏洩監視装置を得ることにある。

上記の目的を達成することができる、管路を流れる流体の定常流れに所定パターンの圧力変化を付与する圧力変化付与手段と、
前記圧力変化付与手段により付与される前記圧力変化に対する応答として発生する流量変化を検出する流量変化検出手段と、
前記流量変化検出手段により検出される流量変化に基づいて、下流側で流体の漏れが発生している否かを判定する判定手段を備えた漏洩監視装置の特徴構成は、
前記流量変化検出手段の流量検出部位に、ダイアフラム上に電気的抵抗部を所定のパターンで形成した単一のセンサ部と、前記電気的抵抗部の電気的特性を検出する一対の電極とを備え、前記ダイアフラムの表面及び裏面を前記流体が流れるフローセンサを備え、
前記フローセンサの一対の電極を介して出力される電気的出力から前記管路を流れる流量を導出する流量導出手段を、前記流量変化検出手段に備えたことにある。

本願に係る漏洩監視装置では、圧力変化付与手段により管路を流れる流体の定常流れに所定パターンの圧力変化を付与し、流量変化検出手段によりその圧力変化に対する流量変化を検出して、判定手段により漏洩の可能性があるかどうかを判定する。
従って、この判定系にあっては、流れは、少なくとも圧力変化を付与される前の状態と圧力変化を付与された後の状態との２状態をとる。これら２状態にあっては、変化前の状態における流量と、変化後の状態における流量の２状態が少なくとも存在する。従って、流量に関して、これら２状態間で、その相対的な関係が判明していれば、判定に流量の絶対値までが要求されるわけではない。ここで、検出すべき流量は、圧力変化前の定常流れにおける流量、例えば、圧力降下後の降下圧状態での流量、圧力復帰時の流量となり、いずれも定常流れの流量に対する相対的な流量変化でよい。

そこで、本発明における漏洩監視装置では、流量変化検出手段の流量検出部位に、ダイアフラム上に電気的抵抗部を所定のパターンで形成した単一のセンサ部と、この電気的抵抗部の電気的特性を検出する一対の電極とを備えたフローセンサを配置する。

ダイアフラム上に所定のパターンで電気的抵抗部を備え、その電気的抵抗部の電気的特性を一対の電極で検出可能としておくと、電気的抵抗部の熱容量が限られているため、流量に従ってその電気的特性が変化する。例えば、抵抗値が変化する。そこで、このような電気的特性を検出することで、単一のセンサ部しか備えない系においても、相対的な流量の変化状況を簡単な構造で安価に検出できる。

また、このようなダイアフラム上に設けた電気的抵抗部により流量を検出する場合、センサ部を微小とできるため、センサとしての感度が高く、また応答性も頗る高くできる。従って、先に説明したような１秒未満の分解能の流量検出を余裕を持って実現できる。
さらに、ダイアフラムの表面及び裏面を流体が流れることにより、流量情報を電気的抵抗部の温度情報として高い確度で検知できる。

上記のような構成を採用する場合に、センサ部が、通電により流量検出温度に加熱維持される自己発熱構造とされていることが好ましい。
従来型のフローセンサ（マイクロフローセンサ）は、上流側温度センサ、ヒータ、下流側温度センサの３部位を備えて構成されており、上流側、下流側の一対の温度センサ間でブリッジを構成することで、温度補償を行って流量の絶対値を導出する。そして、ヒータは、上流側温度センサと下流側温度センサとの両方を、ともに所定の流量検出に適した温度に設定する。
しかしながら、このような構造を採用するフローセンサは、構造が複雑であり、高価となる。これに対して、本願では、先に説明したように、相対流量が検出できればよいため、温度センサは単一でよい。さらに、この部位は、電気的抵抗部として構成されるため、通電により発熱することができる。そこで、この発熱により、検出に必要とされる所定の流量範囲において、この流量範囲をカバーできる流量検出温度に電気的抵抗部を維持することができる。
このように自己発熱構造とすることで、フローセンサをさらに、簡易かつ安価なものとできる。

前記圧力変化付与手段により付与される圧力変化パターンが、前記流体の定常流れの流体圧力Ｐ１に対して、当該流体圧力Ｐ１とは異なる流体圧力Ｐ２に流体圧力を変化させ、所定時間の経過後、流体圧力を前記流体圧力Ｐ１に戻すパターンであり、
前記流量変化検出手段により検出される流量変化に関して、
流体圧力Ｐ１からＰ２への変化時、流体圧力Ｐ２からＰ１への戻し時との間に、流量が前記定常流れの流量からオフセットしたオフセット流量域が認められる場合に、前記判定手段が、下流側で流体の漏れが発生している可能性があると判定する構成とするのが好ましい。

上記のように、流体圧力を変化させ、その変化状態を所定期間維持して、元の流体圧力に戻した場合、上記の変化後、戻し操作前の変化状態を維持している間に流れる流量が、下流側に漏洩がある場合と、下流側で機器が正常に作動している場合とで、大きく異なってくる。
即ち、前者の場合は、漏れ部で流量を元の流量に戻そうとする制御が働かないために、定常流れの流量からオフセットした状態の流量域であるオフセット流量域が認められる。
一方、後者の場合は、下流側に位置される機器が正常に働き、その機器において、定常状態の流量に流量を戻そうとする制御が働くため、結果的にオフセット流量域が出現することはない。
従って、上記の手法により、合理的に漏洩と正常が機器の運転を判定できる。

本発明に係る漏洩監視装置をガスメータの直下流側に独立して設けた構成を示す図 本発明に係る漏洩監視装置をガスメータの内に独立して設けた構成を示す図 本願で使用するフローセンサの詳細構造を示す図 本願で使用するフローセンサの流量−出力関係を示す図 下流側で漏洩が発生している場合の圧力・流量の説明図 下流側で機器が正常に働いている場合の圧力・流量の説明図

以下、本願に係る漏洩監視装置１００を図面に基づいて説明する。
本願に係る漏洩監視装置１００は、図１に示すように、例えば、各家庭に備えられるガスメータ１の直下流側に備えて漏洩監視を行える他、図２に示すように、ガスメータ１の内部に、本願に係る漏洩監視装置１００の機能部位を備えることで、瞬時流量測定機能及び漏洩監視機能をガスメータ１に付与することもできる。これらの図面において、図２では、本願に係る漏洩監視装置１００の理解を容易とするために、当該装置１００の構成に関して、図１と同じ図で示しているが、図２に示す構成の場合、ガスメータ１内の漏洩監視装置１００以外の機能部位として、遮断弁３、感震器８、通信部９、表示部１０、電源部１１を有する場合は、その機能部位を本願に係る漏洩監視装置１００で共通化して使用する。即ち、図２に示す構成の場合、ガスメータ１内には、遮断弁３等は単一しか備えられない。

以下、図１の例を使用して、本願に係る漏洩監視装置１００を説明する。
同図に示すように、漏洩監視装置１００は、監視対象のガスが流れる管路２の上流側から遮断弁３、圧力調節弁４、圧力センサ５、フローセンサ６を備えて構成されている。これら遮断弁３、圧力調節弁４、圧力センサ５、フローセンサ６に対して、機器制御用、若しくは、これら機器からの情報取得用の制御器７が備えられている。さらに、漏洩監視装置１００内には、地震の発生を検知するための感震器８が備えられるとともに、外部との通信用の通信部９、さらには、漏洩監視装置１００の状態を表示する表示部１０が備えられている。感震器８からの出力は制御器７に送られ、制御器７において判断され、遮断が必要な場合は遮断指令が発生され、通信部９を介して当該情報が出力されるとともに、表示部１０で表示される。また、各機器は電源部１１から供給される電力により運転される。

前記遮断弁３は、漏洩監視装置１００により装置下流側でのガスの漏洩の可能性があると判定された場合に、制御器７から発生される遮断指令に基づいて管路２を遮断する。
前記圧力調節弁４は、漏洩監視の実行にあたり、制御器７からの圧力変化付与指令情報に基づいて、管路２を流れるガスの圧力を変化させる。
前記圧力センサ５は、圧力調節弁４より下流側の圧力を検出する。

前記フローセンサ６は、圧力調節弁４より下流側の管路２を流れるガスの流量を検出する。
本願にあっては、フローセンサ６として、マイクロヒータ型のフローセンサを採用している。但し、一般的な、一対の温度センサとヒータとを備えた形態のマイクロフローセンサではなく、単一の温度センサを備えた構成としている。
即ち、図３（ａ）に示すように、ダイアフラム６１上に電気的抵抗部６２を所定のパターンで形成した単一の温度センサ６３と、当該電気的抵抗部６２の電気的特性を検出する一対の電極６４とを備えた構成を採用している。電気的抵抗部６２及び電極６４は、これらの部位で導電性の抵抗材料を所定のパターンで、マイクロ加工技術にて形成したものである。図３（ｂ）に示すように、ダイアフラム６１はシリコンチップ６５の表面にキャビティー６６を形成して、その上部に電気的抵抗部６２及び当該電気的抵抗部６２を保持する絶縁膜層６７が形成されて構成されている。電極６４は、ダイアフラム６１外のシリコンチップ６５上に形成されている。
概略円形に形成されているダイアフラム６１は、９０度の位相でその周部４ヶ所から支持されており、相対向する支持部６１ａから一対の電極６４に接続するリードパターンが形成されており、電気的抵抗部６２のパターンは、一方のリードパターンから、当該リードパターンの方向とは直交する方向に交互移動を繰り返しなが、他方のリードパターンに向かう構成とされている。パターンの各部位は線状に形成されている。ここで、ダイアフラム６１の裏面にはキャビティー６６が形成されているため、電気的抵抗部６２の表面及び裏面をガスが流れる構成となる。

このフローセンサ６の寸法は、縦横１．５ｍｍ角で、その厚みが０．３ｍｍ程度のものである。
このフローセンサ６は、その測定可能流量範囲が０〜２０リットル／ｍｉｎ，流量分解能：最大流量の±３％、応答速度５００ミリ秒，使用温度０〜５０℃程度のものである。さらに、フローセンサ６は、その構造から自己発熱型とされており、１５ミリ秒程度で、その流量検出温度である例えば４５０℃に到達することができる。また、消費電力は４５０℃で１４ｍＷ程度である。
前記フローセンサ６の一対の電極６４を介して出力される電気的出力から前記管路２を流れる流量を検出することができる。

図４に、このフローセンサ６の２０℃における流量（リットル／ｍｉｎ）−出力（Ｖ）を示した。ここで、出力（Ｖ）は、この温度センサ６３を定電流状態に保った場合の電極間電圧である。流量の増加に伴って出力が低下するため、当該出力から流量を知ることができる。動作温度と出力線との関係は、温度が低下するに従って、図４に示す出力線がほぼ平行に低出力側（同図下側）に移動する。本願に係る温度センサは、２５０℃〜４５０℃程度のセンサ温度で使用可能である。このセンサ温度は、電気的抵抗部６２の自己発熱で賄われる。

前記制御器７は、先にも示したように、遮断弁３、圧力調節弁４、圧力センサ５、フローセンサ６に対して、機器制御用の指令を発生したり、これら機器からの情報を取得する。
図１、図２に示すように、制御器７には、その機能手段として、圧力変化付与部７ａ、圧力変化検出部７ｂ、流量変化検出部７ｃ、判定部７ｄが設けられるとともに、これらの機能手段で使用する情報を記憶する他、圧力変化検出部７ｂ、流量変化検出部７ｃにより検出される検出出力を記憶した記憶部７ｅが備えられている。

圧力変化付与部７ａは、漏洩監視において、圧力調節弁４を働かせて、管路２を流れる流体の定常流れに所定パターンの圧力変化を付与する圧力変化付与指令を発生する。図５、図６の上側に、この圧力変化の一例を示した。これらの図から判明するように、圧力変化のパターンは、定常状態に於ける圧力Ｐ１を圧力Ｐ２まで低減し、圧力Ｐ２を所定時間（本例では１０秒）維持した後、圧力Ｐ１に復帰させる形態のものである。従って、この圧力変化付与部７ａと圧力調節弁４とで、本願の圧力変化付与手段が構成される。

圧力変化検出部７ｂは、圧力センサ５からの検出情報を受けて、その情報を記憶部７ｅに記憶させる。図５、図６の下図実線で、実際の圧力変化の状況を示した。

流量変化検出部７ｃは、フローセンサ６からの検出情報を受けて、その情報を記憶部７ｅに記憶させる。図５、図６の下図破線で、実際の流量変化の状況を示した。
従って、この流量変化検出部７ｃと本願独特のフローセンサ６とで、圧力変化付与手段により付与される圧力変化により発生する流量変化を検出する流量変化検出手段が構成される。この流量変化検出手段には、前記フローセンサ６の一対の電極６４を介して出力される電気的出力から管路２を流れる流量を、図４に示す電圧−流量特性から導出する流量導出手段が備えられている。

判定部７ｄは、流量変化検出手段により検出される流量変化の応答に基づいて、下流側で流体の漏れが発生している否かを判定する判定手段として働く機能部位である。
この判定部７ｄにおける判定例を図５、図６に基づいて説明する。
この判定部７ｄでは、流体圧力Ｐ１からＰ２への変化時、流体圧力Ｐ２からＰ１への戻し時との間に、流量が定常流れの流量からオフセットしたオフセット流量域Ｓｏｆｆが認められる場合に、下流側で流体の漏れが発生している可能性があると判定する。オフセット流量域Ｓｏｆｆが認められない場合は、正常なガスの使用状態であると判定する。
図５、図６の例は、夫々、前者が下流側で漏洩が発生している場合の例、後者が下流側に流量制御機能付きのガス機器が存在し、そのガス機器が正常に運転を継続している場合の例である。先にも示したように、後者の状態では、ガス機器の制御機能が働き、下流側で流量を元の定常流れの流量に戻す制御が働くため、流体圧力をＰ２に低下後、その圧力に維持している状態でも流量は元の定常流れの流量に復帰される。これに対して、漏洩が発生している場合は、このような制御が働かないため、流量にオフセット流量域が現れる。結果、漏洩の可能性があると判定できるのである。

流体の漏洩と正常な使用とを、構造を複雑化することなく安価な構成で識別できる漏洩監視装置を得ることができた。

１ …ガスメータ
２ …管路
３ …遮断弁
４ …圧力調節弁
５ …圧力センサ
６ …フローセンサ
７ …制御器
７ａ …圧力変化付与部
７ｃ …流量変化検出部
７ｄ …判定部
６２ …電気的抵抗部
６３ …温度センサ
６４ …電極

Claims (3)

1. 管路を流れる流体の定常流れに所定パターンの圧力変化を付与する圧力変化付与手段と、
   前記圧力変化付与手段により付与される前記圧力変化に対する応答として発生する流量変化を検出する流量変化検出手段と、
   前記流量変化検出手段により検出される流量変化に基づいて、下流側で流体の漏れが発生している否かを判定する判定手段を備えた漏洩監視装置であって、
   前記流量変化検出手段の流量検出部位に、ダイアフラム上に電気的抵抗部を所定のパターンで形成した単一のセンサ部と、前記電気的抵抗部の電気的特性を検出する一対の電極とを備え、前記ダイアフラムの表面及び裏面を前記流体が流れるフローセンサを備え、
   前記フローセンサの一対の電極を介して出力される電気的出力から前記管路を流れる流量を導出する流量導出手段を、前記流量変化検出手段に備えた漏洩監視装置。
2. 前記センサ部が、通電により流量検出温度に加熱維持される自己発熱構造とされている請求項１記載の漏洩監視装置。
3. 前記圧力変化付与手段により付与される圧力変化パターンが、前記流体の定常流れの流体圧力Ｐ１に対して、当該流体圧力Ｐ１とは異なる流体圧力Ｐ２に流体圧力を変化させ、所定時間の経過後、流体圧力を前記流体圧力Ｐ１に戻すパターンであり、
   前記流量変化検出手段により検出される流量変化に関して、
   流体圧力Ｐ１からＰ２への変化時、流体圧力Ｐ２からＰ１への戻し時との間に、流量が前記定常流れの流量からオフセットしたオフセット流量域が認められる場合に、前記判定手段が、下流側で流体の漏れが発生している可能性があると判定する請求項１又は２記載の漏洩監視装置。

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