JP3721733B2

JP3721733B2 - 流量計測装置

Info

Publication number: JP3721733B2
Application number: JP22784197A
Authority: JP
Inventors: 晃一竹村; 行夫長岡
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-08-25
Filing date: 1997-08-25
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2017-08-25
Also published as: JPH1164055A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体計測装置、特に都市ガス、ＬＰガスなどの燃料ガスや水道水など一般家庭内でも使用される流体流量を計測する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の計測装置のうち、家庭内にガスを供給するものについては特公平１−２０３６９号公報に記載されているように、ガス事故防止機能付きのものが多数提案されている。図９を用いて動作を説明する。ガス配管１から供給されたガスは遮断弁２を経てガスメータ３で流量積算された後、家屋内の器具に供給される。一方、流量計測装置４からは、一定量のガスがガスメータ３の内部を通過する毎にパルス信号が出力され、制御装置５が単位時間当たりのパルス信号をカウントすることにより流量の時間毎の変化を知ることができる。
【０００３】
制御装置５には予めガスの使用方法として適正と判断される限界値が記憶されている。この限界値とは、例えば、複数の器具を用いたときの瞬時流量の最大許容量や、流量変化なしで継続使用される時間の限界値等である。前者は、ガス器具に接続されたホースの外れを想定し、後者は器具の消し忘れを想定し、事故防止のために設定した値である。そして、制御装置５は、記憶している限界値を越える使用状況を検出した場合には、遮断弁２を作動させ、ガスの供給を停止させるとともに、表示装置６により遮断を判断した理由を表示する。このようにして、ガス事故を未然に防止することが可能となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の流量計では、使用者の不注意または故意により異常な使用状態に陥らないように監視するのが主目的であり、流体の周囲の環境条件を考慮したものではなかった。そのため、流体の温度異常が発生した場合であっても、使用者や供給業者には一切認識できず、安全性の面で課題があった。
【０００５】
また、ガスを遮断する際の条件に関しても、季節や時刻などの周囲環境によらず一律条件で定めているため、正常にガスを使用しているにも拘わらず、遮断されるいわゆる不要遮断が発生するケースがあり使用者の利便性の面で課題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため異常判定手段が流量演算手段と温度演算手段の出力を基に、流体の使用状況が適正であるかいなかを判断する構成となっている。
【０００７】
上記発明によれば、流体自身の物性値である温度計測が可能となり、流体そのものの異常状態をも検出することができる。
【０００８】
また、使用ガス器具毎の使用継続時間の限界値が、温度演算手段の値に応じて変更される構成となっている。
【０００９】
上記発明によれば、季節や時刻毎の使用器具の実態に合わせて、限界値を定めることができるため、不要遮断の低減をはかることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
第１の発明は、配管内を通過する流体の流量を検出する流量検出手段と、前記流量検出手段の出力から流体の流量を演算する流量演算手段と、流体の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の出力から流体の温度を演算する温度演算手段と、前記流量演算手段で求めた流量と、前記温度演算手段で求めた温度とが予め定められた適正な条件から逸脱した場合には異常と判断する異常判定手段と、この異常判定手段の判定結果を外部に報知する報知手段とを備え、前記異常判定手段は前記温度演算手段で求めた温度が予め定められた範囲外であれば、前記報知手段を作動させるものであって、異常判定手段は、流体の温度が予め定められた範囲外であれば異常と判断する第１判定手段と、前記第１判定手段が異常と判断した時に、流体の流量に応じて異常レベルを定める第２判定手段とを備え、報知手段は前記異常判定手段の定めた異常レベルに応じて異なる報知方法をとる構成としている。
【００１１】
そして、異常検出手段が流体の温度が適正かどうかを判断し、異常であれば報知手段により、報知するので、安全性の向上を図ることができる。また、異常時には、流量の値に応じて、報知手段による報知方法を変えているので、異常の程度を告知することができ、より安全性を高めることができる。
【００１４】
第２の発明は、使用流体は液体であり、第１判定手段は液体の温度が凍結温度またはその近傍の温度以下で異常と判定し、第２判定手段は液体流量が小さくなるに従い異常レベルを高める構成としている。
【００１５】
そして、凍結温度に達した時、流量が小さくなるに従い、異常レベルを高めているので、配管凍結の事前検知および回避が可能となる。
【００１６】
第３の発明は、使用流体はガスであり、ガスの供給を停止させる遮断手段を備え、異常判定手段は、第２判定手段で判定した異常レベルが高い時のみ前記遮断手段を作動させる構成としている。
【００１７】
そして、異常の度合いが高い場合には、ガスの供給が遮断されるので、さらに安全性を高めることができる。
【００１８】
第４の発明は、配管内を通過するガスの流量を検出する流量検出手段と、前記流量検出手段の出力からガスの流量を演算する流量演算手段と、ガスの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の出力からガスの温度を演算する温度演算手段と、前記流量演算手段で求めた流量と、前記温度演算手段で求めた温度とが予め定められた適正な条件から逸脱した場合には異常と判断する異常判定手段と、ガスの供給を停止させる遮断手段を備え、異常判定手段は、流量演算手段で求めた流量を基に装置下流側の使用ガス器具を推定する推定手段と、使用器具毎の連続使用時間の限界値を記憶する記憶手段と、前記推定手段の推定した器具の連続使用時間を計測する計時手段と、前記計時手段の計測値が前記記憶手段で定めた値を超えた場合に異常と判定し前記遮断手段を作動させる遮断判定手段とを備え、前記記憶手段の記憶する限界値が温度演算手段の求めた温度に応じて変化する構成としている。
【００１９】
そして、配管周囲温度から、季節や時刻を推定し、使用器具と季節、時間との組み合わせにより、使用時間の限界値を定めることができるため、不要遮断を低減することができる。
【００２０】
配管内の流体の流量と温度の双方と相関のある物理量を検出する物理量検出手段を備え、前記物理量検出手段が、流量検出手段および温度検出手段の双方の機能を備えた構成となっている。
【００２１】
そして、特別に温度センサを新たに追加することなく、安全性の向上および利便性の向上を図ることができる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００２３】
（実施例１）
図１は実施例１の流量計測装置の構成図である。
【００２４】
配管内を通過したガスは、流体流路７を矢印の向きに流れている。８は流体の流量および温度を検出する物理量検出手段であり、流路７に対して超音波を送受信する超音波振動子９，１０および検出回路１１とで構成される。すなわち、第１振動子９が流れの上流側、第２振動子１０が下流側に配置されていて、第１振動子９から送信された超音波が第２振動子１０に到達する伝播時間Ｔ１と、第２振動子４から送信された超音波が第１振動子３に到達する伝播時間Ｔ２が検出回路１１で計測される。更に、検出回路１１で計測した時間Ｔ１、Ｔ２を基に、流量演算手段１２で流体流量が、温度演算手段１３で流体温度が求められる。１４は流量演算手段１２および温度演算手段１３で求めた温度から、流体の使用状況を監視し、異常判定を行う異常判定手段、１５は異常判定手段９が異常検出したときに、外部に報知する報知手段であり、信号線を通じて屋内に取り付けられ、音声により異常を報知する。
【００２５】
次に、動作について説明する。はじめに、流量および温度の計測原理について説明する。静止流体中の音速をＣ、流速をＶ、第１振動子９と第２振動子１０の距離をＬ、超音波の伝播軸と流路の中心軸とのなす角度をθと、第１振動子９から振動子１０への超音波の伝播時間をＴ１、第２振動子１０から第１振動９への超音波の伝播時間をＴ２とすれば、Ｔ１、Ｔ２はそれぞれ次のような値となる。
【００２６】
Ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋ｖｃｏｓθ）（１）
Ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−ｖｃｏｓθ）（２）
したがって、式（１）および（２）を用いて、下記のように流速Ｖが求まる。
【００２７】
Ｖ＝（１／Ｔ１−１／Ｔ２）×（１／２ｃｏｓθ）（３）
さらに、流路の断面積をＳとすれば、流量Ｑは式（４）を用いて求めることができる。
【００２８】
Ｑ＝Ｓ・ｖ（４）
また、式（１）および式（２）から、音速Ｃは次のように求めることができる。
【００２９】
Ｃ＝２Ｌ／（Ｔ１＋Ｔ２）（５）
また、音速ｃとｔは、
Ｃ＝３３１．５＋０．６０７ｔ（ｍ／ｓｅｃ）（６）
の関係にあるので、式（７）を用いれば、温度ｔを求めることができる。
【００３０】
ｔ＝（Ｃ−３３１．５）／０．６０７（７）
したがって、検出部５では、Ｔ１とＴ２を検出し、この結果を用いて、流量演算部３では、式（３）および式（４）を用いて流量Ｑを求め、温度演算部では、式（５）および式（７）を用いて温度ｔを求めている。本実施例では、Ｔ１およびＴ２を直接計測する方式としているが、検出精度を高めるため、超音波の送受信を複数回繰り返してその平均値を用いる方法などもあり、その場合であっても同様な考え方で、流量と温度を求めることが可能である。
【００３１】
次に、異常判定手段１４の動作について説明する。異常判定手段１４は予めガスの使用方法として適正と判断される限界値が記憶されている。流量条件からガスの異常使用を判定する方法については、従来例と同様であるので、説明は省略する。異常判定手段１４は、流量条件のみならず温度条件からも、異常状態を判定している。ガスメータ、水道メータなど家庭内のライフラインに用いられる流量計測装置の場合は、通常は戸外に取り付けられているため、配管内部の温度はその外気温度条件に依存する。また、流体の供給圧も業者の定めた所定の範囲にあると考えられる。したがって、配管内の温度範囲は自ずと限定されることとなる。そこで、異常判定手段１４は、通常の設置状態で考えられる、流体温度の適性値を記憶し、温度演算手段１２で求めた温度が、この範囲を逸脱していれば、配管の破損、火災等による配管の異常昇温、水道の場合には配管内の凍結など、配管経路に何らかの異常が発生しているものと考えられる。そこで、異常判定手段１４では、報知手段１５を通じて、これらの異常を使用者、または、供給業者に報知することができる。
【００３２】
本実施例では、報知手段１５の報知方法を音声によるものとしているが、表示により視覚的に報知する構成であっても同様の効果が得られる。また、電話回線を通じて、セキュリティ基地局へ情報伝送する構成であっても、同様の効果が得られる。
【００３３】
（実施例２）
図２は、実施例２の流量計測装置の構成図である。また、図３は異常判定手段１４の動作を説明する特性図である。実施例１と異なる点は、異常判定手段１４が、内部に第１判定手段１６および第２判定手段１７を有し、第１判定手段１６は流体の温度異常を判定し、第２判定手段１７は温度レベルに応じて、異常レベルを設定し、報知手段１５は、第２判定手段の判定結果に基付き、報知方法を変更している点である。なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００３４】
次に、動作について説明する。図３に示す異常レベルは数値が高まる程、危険度合いは大きい。図で示す如く、流量が増加する毎に、異常レベルが１、２、３と増加し、危険度合いが、高まっている。ここで、判断された危険レベルにしたがって、報知手段１５の発する音声が変化する。報知手段１５からは間欠的に警告音が発生し、異常レベルが高まるにつれて、間欠周期が短くなる。使用者は、この警告音により危険度合いを認識することが可能となる。
【００３５】
（実施例３）
図４は実施例２で説明した流量計測装置を水道メータに適用した場合の異常判定手段１４の動作を説明する特性図である。本実施例における構成図は図２と同様であるので、説明を省略する。
【００３６】
水道メータの場合には、配管の凍結検知に利用できる。異常判定手段１４は、温度が０℃またはその近傍の温度を下回った時点で、報知手段１０を通じて異常を報知する。そして、流量が減少する毎に、異常レベルが１、２、３と増加し、危険度合いが高まっている。すなわち、水温が凍結温度に達した後、流量が小さいほど、凍結の危険性が高いと判断している。ここで、判断された異常レベルにしたがって、報知手段１０の発する音声が変化する。したがって、使用者は、報知手段１５の音声をよりどころに、水道のカランの開度を適宜調節することにより、凍結防止を図ることができる。
【００３７】
（実施例４）
図５は、実施例４の流量計測装置の構成図である。実施例２と異なる点は、異常判定手段１４で判定した異常レベルが高ければ、作動してガスを遮断する遮断手段２を備えている点である。なお、実施例２と同一符号のものは同一構造を有し、説明を省略する。
【００３８】
次に、動作について説明する。図３で示す異常レベルが２以上となったとき、遮断手段１２が作動し、ガスの供給は停止される。したがって、仮に報知手段１５で報知した内容に対して、使用者が気づかなかったとしても、ガスの供給は停止されるので、危険な状態で継続してガスが使用されることはない。例えば、実施例２で説明した火災発生時に適用した場合には、図３で示すＱ１を計測装置で検出し得る下限流量（例えば３ｌ／ｈ）に設定し、異常レベル２以上を遮断条件とすれば、少しでもガスの使用が認められば、ガスの供給が遮断されることになる。したがって、火災発生時にガス器具は停止するので、延焼による被害を食い止めることができる。
【００３９】
（実施例５）
図６は、実施例４の流量計測装置の構成図である。また、図７は推定手段１８の器具推定方法の説明図である。さらに、図８は記憶手段１９に設定される使用器具毎の限界値とガス温度の関係を示す特性図である。実施例１と異なる点は、異常判定手段１４が、流量演算手段１２の出力した流量から流量計下流側の使用ガス器具を推定する推定手段１８と、使用器具毎の使用継続時間の限界値を記憶する記憶手段１９と、推定手段の推定した器具の連続使用時間を計測する計時手段２０、記憶手段１９で定めた値と計時手段２０の値を比較して後者が前者を上回った場合に、遮断手段２を作動させる遮断判定手段２１を備えている点である。なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００４０】
次に、動作について説明する。推定手段１８は、流量演算手段１２で求めた流量の変化度合いにより、使用器具を推定する。図７を用いて、器具の推定方法について説明する。図７に示す如く、流量が０→ＱＳ→Ｑｔ→Ｑｕと変化した場合、時刻Ｔ１で、流量ＱＳの器具Ａの使用が開始され、時刻Ｔ２で、流量（Ｑｔ−Ｑｓ）の器具Ｂの使用が開始され、時刻ｔ３で流量（Ｑｕ−Ｑｔ）の器具Ｃが使用を中止したと判断する。時刻ｔ２からｔ３の間に使用されていた器具はＡ、Ｂの２台であるから、器具ＣはＡまたはＢのどちらかである。この時、Ｑｕ−ＱｔはＱｓに近い値であるので、時刻Ｔ３以降継続して使用されている器具はＢである。
【００４１】
このように、推定手段１８では、流量の変化パターンにを逐次監視しながら、定められたルールに従い、使用器具の推定を行っていく。そして、遮断判定手段２１ではここで、推定された使用器具毎に、使用時間を計測するとともに、記憶手段１９で記憶されている器具毎の使用継続時間の限界値を使用時間が上回ると、遮断手段２を作動させガスの供給を停止する。この時、記憶手段１９に記憶されている限界値は、温度演算手段１３で求めた温度にしたがって、書き換えられる。例えば、ガスファンヒータなどの暖房器具は、一般に使用は冬場に限られる。更に、気温が低くなるにつれて、連続して使用されるケースが増すと考えられる。したがって、図８に示すように温度の上昇とともに、限界値は小さくなるように定められている。
【００４２】
なお、実施例１ないし６においては、一対の超音波振動子を用いて、流量検出と温度検出の双方が可能である構成としたが、流量検出手段と温度検出手段を別個に備えた構成であっても同様の効果が得られる。しかしながら、超音波振動子を用いた場合には、新たに温度検出用の素子を追加することなく流量計測装置の本質的構成要素である流量検出素子のみを用いて、安全性の向上および利便性の向上が図れるという効果がある。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかのように本発明の流量計測装置によれば次の効果を奏する。
【００４４】
本発明の流量計測装置は流体温度が適正な条件から逸脱したときには報知手段により報知しているので、流体およびその周囲温度から異常判断ができるので、安全性を向上できるという効果がある。
【００４５】
また、流体およびその周囲温度が適正な条件から逸脱したときには流体流量の大小に応じて異常報知方法を変更しているので、異常度合いを識別できるようになるので、対応策を容易に取ることができるようになる。
【００４６】
また、流体温度が凍結温度に近づくと、流量が小さくなる程、異常レベルを高いと判断し、報知するので、配管凍結を防止できるという効果がある。
【００４７】
また、異常レベルが大きいときには遮断手段を作動させてガスの供給を停止しているので、ガス事故を未然に防止できるという効果がある。
【００４８】
また、使用器具の連続使用の限界値を温度に応じて変更しているため、周囲環境に応じて使用可能時間が変更されるので、不要遮断がなくなり、使用者の利便性を高められるという効果がある。
【００４９】
また、物理量検出手段により、流量・温度の双方を検出できるので、温度計測用に特別なセンサを用いることなく、温度条件を考慮した使用状況の異常を検知して、安全性の向上と利便性の向上を実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における流量計測装置の構成図
【図２】本発明の実施例２における流量計測装置の構成図
【図３】同装置の第２判定手段の動作特性図
【図４】本発明の実施例３における第２判定手段の動作特性図
【図５】本発明の実施例４における流量計測装置の構成図
【図６】本発明の実施例５における流量計測装置の構成図
【図７】同装置の推定手段の動作特性図
【図８】同装置の記憶手段の動作特性図
【図９】従来の流量計測装置の構成図
【符号の説明】
２遮断手段
８物理量検出手段
１２流量演算手段
１３温度演算手段
１４異常検出手段
１５報知手段
１６第１判定手段
１７第２判定手段
１８推定手段
１９記憶手段
２０計時手段
２１遮断判定手段

Claims

配管内を通過する流体の流量を検出する流量検出手段と、前記流量検出手段の出力から流体の流量を演算する流量演算手段と、流体の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の出力から流体の温度を演算する温度演算手段と、前記流量演算手段で求めた流量と、前記温度演算手段で求めた温度とが予め定められた適正な条件から逸脱した場合には異常と判断する異常判定手段と、この異常判定手段の判定結果を外部に報知する報知手段とを備え、前記異常判定手段は前記温度演算手段で求めた温度が予め定められた範囲外であれば、前記報知手段を作動させる流量計測装置であって、異常判定手段は、流体の温度が予め定められた範囲外であれば異常と判断する第１判定手段と、前記第１判定手段が異常と判断した時に、流体の流量に応じて異常レベルを定める第２判定手段とを備え、報知手段は前記異常判定手段の定めた異常レベルに応じて異なる報知方法をとる流量計測装置。
使用流体は液体であり、第１判定手段は液体の温度が凍結温度またはその近傍の温度以下で異常と判定し、第２判定手段は液体流量が小さくなるに従い異常レベルを高める請求項１記載の流量計測装置。
使用流体はガスであり、ガスの供給を停止させる遮断手段を備え、異常判定手段は、第２判定手段で判定した異常レベルが高い時のみ前記遮断手段を作動させる請求項１記載の流量計測装置。
配管内を通過するガスの流量を検出する流量検出手段と、前記流量検出手段の出力からガスの流量を演算する流量演算手段と、ガスの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の出力からガスの温度を演算する温度演算手段と、前記流量演算手段で求めた流量と、前記温度演算手段で求めた温度とが予め定められた適正な条件から逸脱した場合には異常と判断する異常判定手段と、ガスの供給を停止させる遮断手段を備え、前記異常判定手段は、前記流量演算手段で求めた流量を基に装置下流側の使用ガス器具を推定する推定手段と、使用器具毎の連続使用時間の限界値を記憶する記憶手段と、前記推定手段の推定した器具の連続使用時間を計測する計時手段と、前記計時手段の計測値が前記記憶手段で定めた値を超えた場合に異常と判定し前記遮断手段を作動させる遮断判定手段とを備え、前記記憶手段の記憶する限界値が前記温度演算手段の求めた温度に応じて変化する流量計測装置。
配管内の流体の流量と温度の双方と相関のある物理量を検出する物理量検出手段を備え、前記物理量検出手段が、流量検出手段および温度検出手段の双方の機能を備えた請求項１ないし４記載の流量計測装置。