JP4197218B2 - ガス遮断装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はガス遮断装置に関し、特に配管内を流れる各種媒体、例えば都市ガスやLPガスなどの流速を検出してその流速変化より使用状態が安全か否かを監視するガス遮断装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種のガス遮断装置としては、例えば特開平9−21667号公報等に開示されたものが知られている。その一例を、図3を参照して説明する。図3において、31は媒体流路、32、33は超音波を送受信する第1と第2の振動子であり、第1振動子32と第2振動子33は媒体流路31の上流側と下流側に対向して設置されている。34は第1振動子32に超音波信号を送信する送信回路、35は第2振動子33で受信した信号を増幅する増幅回路である。36は増幅された信号を基準信号と比較して基準信号より大きい場合に信号を出力する比較回路である。37は超音波の発信から受信までの時間をタイマカウンタで計測する計時手段である。これら送信回路34から計時手段37にて計測回路38が構成されている。
【0003】
39は計時手段37にて検出された超音波伝搬時間に基づいて媒体流路31の大きさ、流れの状態を考慮して流量値を求める流量演算手段である。40は流量演算手段39の値によって測定周期の変更を行う周期可変手段、41は周期可変手段40からの指示信号に応じて信号送出タイミング信号を送信回路34に対して出力する計測開始手段である。
【0004】
42は流量演算手段39の演算終了を検出する計測終了手段、43は演算終了に同期して計測回路38の電圧を低下させ、また計測開始手段41による計測開始と同期して電圧を復帰させる電圧制御手段、44は流量演算手段39で求めたガス使用量から異常な使用状態かどうかを判定する異常判定手段、45は異常判定手段44で異常と判定されたとき媒体流路31を遮断する遮断手段、46はその異常の内容を表示又は報知する報知手段である。
【0005】
次に、以上の構成における動作を説明する。都市ガス、LPガス等の媒体ガスの流れる媒体流路31内において、計測開始手段41からの信号により送信回路34からバースト信号が送出され、第1振動子32から発信された超音波信号は流体管路31の流れの中を伝搬し、第2振動子33で受信され、さらに増幅回路35と比較回路36で信号処理され、発信から受信までの時間が計時手段37で測定される。この発信から受信までの時間に基づいて流量演算手段39にて流量が演算される。
【0006】
流量が大きい時は計時サンプリングの間隔を速くして誤差を小さくする必要があり、流量が小さい時或いは流量0の時は計測サンプリングの間隔を遅くしても殆ど誤差を生じない。よって、流量演算手段39の値に応じて計測間隔が変更される。流量演算手段39の値が小さい時は、周期可変手段40で計測時間の間隔が大きくされ、流量演算手段39の値が大きくなるに伴って計測時間の間隔が小さくされる。
【0007】
また、計測と計測の間は計測回路38の電圧が低減される。流量演算手段39によって流量計測を終了すると、計測終了手段42から信号が出力され、電圧制御手段43で計測回路38の電圧が下げられるか、0にされ、計測開始手段41による計測開始前に電圧制御手段43により計測回路38の電圧が元に復帰される。
【0008】
また、ガス管が外れて所定時間間隔内でのガス使用量が異常に多くなったり、ガス漏れによって通常あり得ないような長期間にわたって継続使用されている場合のような異常な使用状態となったときには、流量演算手段39で求めたガス使用量から異常判定手段44にてこの異常使用状態を判定し、遮断手段45にて媒体流路31を遮断するとともに、その異常の内容を報知手段46にて表示又は報知する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の構成では異常な使用状態のときには媒体流路31が遮断されるとともにその状態が報知されるが、次のような問題があった。例えばガス配管の場合、ガス配管が分岐された隣家で、あるいは下流側で圧力変動を生ずるガス機器、例えばガスエンジン式冷暖房機(以下GHP等と略す)を使用された場合、ガス圧力変動により流速が変化し、それに連動して流量値が変化するため、使用しているガス器具の流量はどの値か特定し難く、そのため通常使用する時間以上にガス器具を長時間使用した場合に異常な使用として判定する際に、流速値の変動によってそのガス器具の器具流量が特定できず、長時間使用による異常判定を適正に行うことができないという問題があった。
【0010】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、分岐管路や下流側でガス圧力変動を生じるようなガス器具が使用されている場合でも、使用されているガス器具の器具流量を特定して使用状態が安全か否かを監視できるガス遮断装置を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明のガス遮断装置は、媒体内の信号伝搬時間を計測して流速を検出する流速検出手段と、検出した流速から流量を演算する流量演算手段と、流量値の変化より変化周期を計測する周期計測手段と、変化周期より脈動を判定する脈動判定手段と、脈動と判定した時に流量演算手段の出力値を平均化する平均演算手段と、平均演算手段で求めた流量を器具流量として記憶する流量登録手段と、その器具流量での使用時間を計測する使用時間計測手段と、使用時間計測値が異常使用量か否かを判定する異常判定手段と、異常使用量と判定した時に媒体流路を遮断する遮断手段とを備えたものである。
【0012】
この構成により、隣家もしくは下流側でGHP等のガス圧力変動を引き起こす器具が使用された場合、流量変動の変化周期を計測してその変化により脈動と判定し、脈動として判定したときは流量の平均値を求めて器具流量として記憶し、その器具流量での使用時間を計測し、計測結果が所定の判定時間を越えた場合、使用時間異常と判定し、媒体流路を遮断するので、器具の使用状態を安全に監視することができる。
【0013】
また、本発明のガス遮断装置は、媒体内の信号伝搬時間を計測して流速を検出する流速検出手段と、検出した流速から流量を演算する流量演算手段と、流量演算手段の出力信号より流量の変化が増加方向か減少方向かを検出する変化勾配検出手段と、検出した流量の変化が増加方向および減少方向の一方から他方に変化する時点から次の時点までの期間である変化周期を検出する周期計測手段と、変化周期毎に、その変化周期中に検出した流量値を記憶する流量記憶手段と、周期計測手段と流量記憶手段より流量変動を検出したとき脈動と判定する脈動判定手段と、脈動と判定したとき流量記憶手段の記憶値より、脈動と判定された変化周期においてその間に計測した流量値の平均値を求める平均演算手段と、平均演算手段で求めた流量を器具流量として記憶する流量登録手段と、その器具流量での使用時間を計測する使用時間計測手段と、使用時間計測値が異常使用量か否かを判定する異常判定手段と、異常使用量と判定した時媒体流路を遮断する遮断手段とを備えたものである。
【0014】
この構成により、上記のようにガス圧力変動が生じた場合、流量演算手段で求めた流量値からその変化勾配を求め、プラスまたはマイナスの所定の変化勾配時の計測流量値を記憶するとともに、流量変化の周期を周期計測手段で検出し、脈動判定手段で流量変化周期と記憶した流量値とによって圧力変動による脈動か否かを判定し、流量記憶手段の流量値から変動期間の平均値を求め、その平均流量を器具流量として特定化し、その器具流量での使用時間を計測し、計測時間が所定の使用時間を越えた場合、ガス器具の使用時間異常と判定し、遮断手段で媒体流路を遮断するので、圧力変動による流量変動により器具を特定できず、その使用時間が分からないために、使用時間を監視できないというようなことがなく、ガス器具の使用状態を安全に監視できる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のガス遮断装置の一実施形態を図1を参照して説明する。図1において、1はLPG等のガス媒体の媒体流路であり、超音波を送受信する上流側振動子2と下流側振動子3が対向して設置されている。Aはガス媒体の流れる方向を示す。4は流速検出手段で、上流側と下流側の振動子2、3間で超音波信号を一方から他方に発信し、その伝搬時間から使用ガスの流速を検出する。
【0016】
流速検出手段4は、切替手段5と、送信手段6と、受信手段7と、繰返手段8と、伝搬時間計測手段9にて構成されている。送信手段6と受信手段7は切替手段5に接続され、切替手段5はまず送信手段6を上流側振動子2に、受信手段7を下流側振動子3に接続し、次は送信手段6を下流側振動子3に、受信手段7を上流側振動子2に接続するというように交互に送信手段6と受信手段7の接続先を切り替える。
【0017】
切替手段5により下流側振動子3に送信手段6を、上流側振動子2に受信手段7を接続した状態で、送信手段6から発信された超音波信号は下流側振動子3より媒体流路1を伝搬し、上流側振動子2を経て受信手段7にて受信され、この超音波信号の送信から受信までの動作を繰返手段8にて繰り返し行い、伝搬時間計測手段9にてその間の信号伝搬時間を計測する動作を繰り返し行い、送信から受信までの時間を累積する。
【0018】
次に、切替手段5により上流側振動子2に送信手段6を、下流側振動子3に受信手段7を接続した状態で、上記と同様の動作を繰り返し行う。伝搬時間計測手段9は最初受信して求めた伝搬時間と、次に切替手段5にて切り替えた後計測した伝搬時間とから伝搬時間差を求める。
【0019】
10は流量演算手段で、求めた伝搬時間差より流速を求め、さらに流量値に換算する。11は周期計測手段で、流量演算手段10で求めた流量値の変化より流量変化周期を求める。12は脈動判定手段で、周期計測手段11で計測した流量変化周期が所定値以下のとき、圧力変動を生じるガス機器の使用による脈動であると判定する。周期計測手段11で変化周期を検出できなかった場合、圧力変動による流量変動等の脈動は無いと判定する。
【0020】
13は平均演算手段で、脈動判定手段12で圧力変動等による流量変化、すなわち脈動ありと判定されたとき、流量演算手段10の出力信号を所定期間計測して平均流量を求める。一方、脈動判定手段12で脈動なしと判定されたとき、特に平均演算処理を行う必要はなく、演算による余分な電力消費を削減できる。14は流量登録手段で、平均演算手段13で求めた流量値、又は脈動のない場合は流量演算手段10で演算した流量値をそのまま、使用しているガス器具の器具流量として登録する。
【0021】
15は使用時間計測手段で、流量登録手段14に器具流量が登録されると、ガス器具の使用が開始されたとして、そのガス器具の使用時間を計測する。16は使用時間設定手段で、ガス遮断装置で使用可能な流量域を複数分割し、各々の流量域に対応するガス器具の使用可能な時間を設定した使用時間設定値を有している。
【0022】
17は異常判定手段で、使用時間計測手段15で計測した使用時間と、流量登録手段14に登録したガス使用量に対応して使用時間設定手段16から読み出した使用時間設定値とを比較し、その器具の使用状態としてあり得ない異常な長時間使用状態かどうかを判定する。例えば、ストーブ等の器具を通常使用する場合の最大使用時間よりはるかに長い時間を使用制限時間として設定し、各器具毎に設定したこれらの使用制限時間を使用時間遮断値テーブルとして使用時間設定手段16に格納してあり、異常判定手段17は使用時間計測手段15の出力値が使用時間設定手段16の設定値を越えたかどうかを監視する。
【0023】
18は遮断手段で、異常判定手段17にて異常と判定されて遮断信号が出力されたとき、媒体流路1を遮断する。異常判定手段17でガスの使用状態が異常と判定し、遮断手段18が作動した場合、遮断状態や遮断内容は報知手段19の液晶表示素子やLED素子等に表示するとともに、ガスの安全監視を行う保安センタに電話回線等を介して通信機能により通報する。
【0024】
次に、以上の構成の動作を説明する。ガス遮断装置が設置されている媒体流路1に対してガス圧力変動を生じさせる器具、例えばGHP等が媒体流路1を介して隣家に接続されているときには、GHP等のガス器具が使用されると、GHP等の圧力変動が伝搬し、ガス遮断装置の流量計測に種々の影響を与える。或いはガス圧力変動を生じるガス器具を需要家宅が保有し、ガス遮断装置の下流側に設置されている場合も、そのようなガス器具を使用されると圧力変動し、この圧力変動中に流量計測することがある。このような異常な圧力変動状況下で、流速検出手段4により流速を検出すると、圧力が高くなると流速は大きくなり、逆に圧力が低下すると流速値が小さくなり、圧力変動に連動して急激に変化する流速値が検出される。
【0025】
ここで、流速検出手段4にて流速を検出する動作を説明する。媒体流路1内で斜向設置された上流側振動子2と下流側振動子3との間で超音波信号を送受信するが、まず切替手段5により上流側振動子2に送信手段6を接続し、下流側振動子3に受信手段7が接続する。この状態で送信手段6から発信された信号を上流側振動子2から下流側振動子3を介して受信手段7で受信する。この動作を繰返手段8に設定された回数だけ繰り返し、いわゆるシングアラウンド系を構成する。送信手段6より発信された超音波信号を受信手段7が受信するまでの伝搬時間を累積し、その時間を伝搬時間計測手段9で求める。
【0026】
次に、切替手段5は下流側振動子3に送信手段6を接続し、上流側振動子2に受信手段7を接続する。この状態で送信手段6から発信された信号を下流側振動子3から上流側振動子2を介して受信手段7で受信する。上記と同様にこの動作を繰返手段8に設定された回数だけ繰り返す。送信手段6より発信された超音波信号を受信手段7が受信するまでの伝搬時間を累積し、その時間を伝搬時間計測手段9で求め、さらに上流から下流へ超音波信号を発信した時の伝搬時間と下流から上流へ発信した時の伝搬時間とから伝搬時間差を求める。次に、流量演算手段10で、その伝搬時間差を流速値Vに換算し、さらに流速値Vを流量値Qに換算する。
【0027】
次に、流量演算手段10で求めた流量値より周期計測手段11で、今回流量値と前回流量値とから流量偏差を求め、流量偏差があれば周期計測を開始する。偏差が所定範囲以内ならば変動無しとする。変化周期は、流量変化が増加方向か減少方向かの傾向により求める。ここで、流量変化周期は一定周期の繰り返しとは限らず、不定周期の変動となる場合がある。さらに、所定周期以下ならば圧力変動等による流量変化として判定できる。所定周期以上の長い緩やかな変動の場合、計測毎の流量変化は現れず、流動変動とは見なさなくて済む。これにより、脈動判定手段12にて周期計測手段11で流量変化方向の切替毎の周期信号を検出すると、圧力変動を生じるガス器具を使用していると判定する。即ち、脈動状態と判定する。変化周期がない場合は脈動状態では無しと判定する。
【0028】
次に、脈動判定手段12で圧力変動による流量変化ありと検出したとき、平均演算手段13は流量演算手段10の出力信号を所定期間計測し、移動平均などの方法により平均流量を求める。次に、求めた平均流量を流量登録手段14に使用しているガス器具の器具流量として登録する。一方、脈動判定手段12で脈動無しと判定したときは、特に平均演算処理を行う必要はないので速く使用しているガス器具の器具流量の登録処理を行え、演算による余分な電力消費を削減できる。器具流量が登録されると、使用時間計測手段15によりガス器具使用開始として使用時間の計測を開始する。
【0029】
使用時間設定手段16は、ガス遮断装置で使用可能な流量域を分割し、各々の流量域に対応したガス器具において使用可能な使用時間設定値を有している。次に、異常判定手段17で、使用時間計測手段15で計測した使用時間と、流量登録手段14に記憶された器具流量に対応した使用時間設定値とを比較し、異常な長時間使用状態かどうかを判定する。
【0030】
異常判定手段17でガスの使用状態が異常と判定された時には、遮断信号が遮断手段18に出力されて媒体流路1を遮断する。また、異常判定手段17で異常と判定し、遮断手段18を駆動した場合、遮断状態や遮断内容を報知手段19の液晶表示素子やLED素子等に表示するとともに、ガスの安全監視を行っている保安センタに電話回線などを介して通信する。また、需要家のガス使用状態を監視しているセンタから需要家に対し、ガス器具使用の注意勧告を行ったりすることができる。
【0031】
このようにして、同一器具が継続して使用されているのに、器具流量が定まらないために使用時間の判定ができないということが無くなり、また異常に長時間使用されているのに継続使用時間を計測できず、ガス供給を停止できないというようなことが無くなる。
【0032】
すなわち、圧力変動を生ずるガス器具を使用された場合圧力変動により流速検出手段4により検出される流速値が変化するが、求めた流量値より周期計測手段11で所定時間以下の変動周期を検出すると脈動判定手段12で圧力変動等の原因による脈動と判定し平均演算手段13で変動流量より平均値を求め、求めた流量値を器具流量として登録し特定化し、同時に器具の使用時間を計測開始し、結果使用時間が使用時間設定手段16の設定値を超えると異常な長時間使用と判断し、遮断手段18を駆動しガスの供給を停止するが、流量値の変化周期より脈動判定手段12で流量値が脈動していると判定すると平均流量を求めることにより使用器具のガス流量を特定化し登録でき、かつガス使用時間計測が可能となり、また流量値が変動することにより別の新たなガス器具を使用していると誤判定することもなく、かつ流量が変動しているため1台の器具しか使用していないのにその使用時間計測できなかったりするという不具合がなく、ガス器具の異常な長時間使用を防止でき、脈動時でもガス器具使用の安全監視を行える。
【0033】
以上により、ガス遮断装置が設置された上流で若しくは下流で圧力変動を伴うガス器具使用により流量の脈動状態が発生しても、ガス器具の使用時に圧力変動による急激な流速又は流量変化を検出すると、その脈動流量より平均値を求め、器具流量として代用するので、器具の使用時間を適切に計測して監視することができ、また保安センタを通じて器具の長時間使用の警告勧告を出したり、最悪の場合供給ガスを遮断することが可能で、正確にガスの使用状態を監視し、信頼性、安全性、使い勝手が向上する。
【0034】
次に、本発明のガス遮断装置の他の実施形態を図2を参照して説明する。なお、上記実施形態と同一の構成要素については同一の参照番号を付して説明を省略し、主として相違点について説明する。
【0035】
図2において、20は変化勾配検出手段で、流速検出手段4で検出した流速信号に基づいて流量演算手段10で換算した流量値より、流量の変化方向が増加方向か減少方向かを検出する。21は流量記憶手段で、変化勾配検出手段20で求めた流量の変化勾配が反転するまでに計測した流量値を記憶する。つまり、同一変化勾配傾向を示す期間に計測した流量値を記憶する。そして、周期計測手段11と流量記憶手段21の出力値を脈動判定手段12に入力している。
【0036】
次に、以上の構成の動作を説明する。上記実施形態と同様に流速検出手段4の検出値に基づいて流量演算手段10で流量値が求められて変化勾配検出手段20に入力される。変化勾配検出手段20では前回流量と今回流量とから流量値の変動方向、即ち流量の変化勾配を検出する。次に、流量の増加方向および減少方向の一方から他方への変化を検出すると、計測した流量値を変化勾配検出手段20で検出した流量の変化方向毎に流量記憶手段21に記憶する。一方、周期計測手段11では変化勾配検出手段20で流量値の変化勾配が変化すると周期計測を開始し、次の流量値の変化勾配が変化するまでの時間、すなわち、流量の変化が増加方向および減少方向の一方から他方に変化する時点から次の時点までの期間である変化周期を計測する。流量記憶手段21からの流量値信号と周期計測手段11からの周期信号とが脈動判定手段12に入力されると、圧力変動等による脈動流量と判定する。脈動状態と判定されると、平均演算手段13では流量記憶手段21に記憶された流量値より、脈動と判定された変化周期における流量値の平均を求める。
【0037】
以後、上記実施形態と同様に求めた平均流量を流量登録手段14に使用器具の器具流量として登録し、使用時間計測手段15によりガス器具使用開始として使用時間を計測する。次に、異常判定手段17で、使用時間計測手段15で計測した使用時間と、使用時間設定手段16にて設定されている使用時間設定値とを比較し、異常な長時間使用状態かどうかを判定し、異常判定手段17でガスの使用状態が異常と判定された時には、遮断信号が遮断手段18に出力されて媒体流路1を遮断し、また遮断状態や遮断内容を報知手段19の液晶表示素子やLED素子等に表示するとともに、ガスの安全監視を行っている保安センタに電話回線などを介して通信する。また、需要家のガス使用状態を監視しているセンタから需要家に対し、ガス器具使用の注意勧告を行ったりすることができる。
【0038】
このようにしてガス遮断装置が設置された上流でもしくは下流で圧力変動を伴うガス器具使用により流量の脈動状態が発生しても、ガス器具使用時発生する圧力変動により急激な流速変化を検出すると、その脈動流量より平均値を求め器具流量として特定し、代用するので、器具の使用時間を計測でき監視できると共に、又保安センタを通じて器具の長時間使用の警告勧告を出したり、最悪の場合供給ガスを遮断することが可能で正確にガスの使用状態を流速で監視しその信頼性、安全性や使い勝手が向上する。
【0039】
【発明の効果】
本発明のガス遮断装置によれば、以上のように媒体内の信号伝搬時間を計測して流速を検出し、検出した流速から流量を演算し、流量値の変化より変化周期を計測し、変化周期より脈動を判定し、脈動と判定した時に演算した流量値を平均化し、平均演算した流量を器具流量として記憶し、器具流量での使用時間を計測し、使用時間計測値が異常使用量か否かを判定し、異常使用量と判定した時に媒体流路を遮断するように構成したので、隣家もしくは下流側でGHP等のガス圧力変動を引き起こす器具が使用されて脈動が生じた場合でも、平均流量値で媒体の使用時間を適切に計測して計測結果が所定の判定時間を越えた場合にガスを遮断できるので、器具の使用状態を安全に監視することができる。
【0040】
また、上記流量値より流量の変化勾配を検出し、検出した変化勾配から変化周期を検出し、所定の変化勾配時の流量値を記憶し、これらによって流量変動を検出したとき脈動と判定し、脈動と判定したとき記憶した流量値より所定の変化勾配の間の流量値の平均値を求めて器具流量として記憶し、器具流量での使用時間を計測し、使用時間計測値が異常使用量か否かを判定し、異常使用量と判定した時に媒体流路を遮断するように構成しても、同様にガス器具の使用状態を安全に監視できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガス遮断装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明のガス遮断装置の他の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図3】従来例のガス遮断装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
4 流速検出手段
10 流量演算手段
11 周期変化検出手段
12 脈動判定手段
13 平均演算手段
14 流量登録手段
15 使用時間計測手段
16 使用時間設定手段
17 異常判定手段
18 遮断手段
20 変化勾配検出手段
21 流量記憶手段
Claims (2)
- 媒体内の信号伝搬時間を計測して流速を検出する流速検出手段と、検出した流速から流量を演算する流量演算手段と、流量値の変化より変化周期を計測する周期計測手段と、変化周期より脈動を判定する脈動判定手段と、脈動と判定した時に流量演算手段の出力値を平均化する平均演算手段と、平均演算手段で求めた流量を器具流量として記憶する流量登録手段と、その器具流量での使用時間を計測する使用時間計測手段と、使用時間計測値が異常使用量か否かを判定する異常判定手段と、異常使用量と判定した時媒体流路を遮断する遮断手段とを備えたことを特徴とするガス遮断装置。
- 媒体内の信号伝搬時間を計測して流速を検出する流速検出手段と、検出した流速から流量を演算する流量演算手段と、流量演算手段の出力信号より流量の変化が増加方向か減少方向かを検出する変化勾配検出手段と、検出した流量の変化が増加方向および減少方向の一方から他方に変化する時点から次の時点までの期間である変化周期を検出する周期計測手段と、変化周期毎に、その変化周期中に検出した流量値を記憶する流量記憶手段と、周期計測手段と流量記憶手段より流量変動を検出したとき脈動と判定する脈動判定手段と、脈動と判定したとき流量記憶手段の記憶値より、脈動と判定された変化周期においてその間に計測した流量値の平均値を求める平均演算手段と、平均演算手段で求めた流量を器具流量として記憶する流量登録手段と、その器具流量での使用時間を計測する使用時間計測手段と、使用時間計測値が異常使用量か否かを判定する異常判定手段と、異常使用量と判定した時媒体流路を遮断する遮断手段とを備えたことを特徴とするガス遮断装置。
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