JP4757652B2 - ガス配管のガス置換状態の判別方法、ガス配管の内部ガスの置換、回収方法、及びそのためのシステム - Google Patents

Description

本発明は、ガス配管のガス置換状態の判別方法、ガス配管の内部ガスの置換、回収方法及びそのためのシステムに関し、より詳しくは都市ガス等のガス配管のガス置換状態を判別する方法、ガス配管の内部ガスを他のガスと置換し、回収する方法及びそのためのシステムに関する。

都市ガスその他のガス配管における内部流通ガスの判別や、漏洩の有無の判断法として、配管内部や配管外表面からの音響をコンデンサマイクロフォンなどの測定器具によって集音し、流通ガスの状態や漏洩の有無を検出する技術が知られている。

例えば、特開２００１−１７４２９８号公報の流体の流れ状態の判別方法では、管路内の流体が流れる音を、管路外に配設したコンデンサーマイク等のマイクロフォンで捕集し、その捕集音の変化を、予め制御部に記憶された各種状態音と比較することで、管路内を流れる流体の流れ状態を判別する。この技術は血液分注装置、水道水供給管理装置、ガス供給管理装置等に適用するとされている。

特開２００２−３４０７２２号公報のガス配管系からガスが漏洩する際のガス漏洩音を検出するガス漏洩音検出システムでは、先端に係合溝を有し、ガス配管系内のガス配管に設けられる分岐管と、ガス配管を伝播して来た音響信号を採取するマイクロホンと、マイクロホンで採取した音響信号の中から前記ガス漏洩音の周波数帯域に対応した音響信号を弁別して取り出すバンドパスフィルタを備えたマイクロホン装置とにより構成される。

しかし、これらはガス配管中のガス流通状態や漏洩の有無を外表面とガス配管内部から判断するためだけの機能を有する測定方法及びシステムであり、ガス配管中のガスの種類を判別するものではない。

特開２００１−１７４２９８号公報 特開２００２−３４０７２２号公報

本発明は、ガス配管のガス置換状態を判別する方法、ガス配管の内部ガスを他のガスと置換し、回収する方法及びそのためのシステムを提供することを目的とするものである。

本発明（１）は、ガス配管のガス置換状態を判別する方法である。そして、ガス配管の一端から他のガスを導入してガス配管の内部ガスを押し出すことで他のガスに置換するに際して、配管外表面から内部流通ガスの流れる音を集音してガス流体の置換状態を判別することを特徴とする。

本発明（２）は、ガス配管の内部ガスを他のガスと置換し、回収する方法である。そして、ガス配管の一端から他のガスを導入してガス配管の内部ガスを押し出すことで他のガスに置換するに際して、配管外表面から内部流通ガスの流れる音を集音してガス流体の置換状態を判別するとともに、他端から内部ガスと置換している他のガスとの混合ガスが流出する時点で、該混合ガスを予め真空状態にした活性炭充填のガス吸着容器により回収し、ガス配管の他端からの流出ガスが実質的に他のガスだけになった時点で他のガスの導入を止めることを特徴とする。

本発明（３）は、ガス配管の内部ガスを他のガスと置換し、回収するためのシステムである。そして、
（ａ）ガス配管外面に配置した配管内の流通ガス音の集音によるガス流体の置換状態検知手段と、
（ｂ）ガス配管のガス流出端に配置したガス排出管と、
（ｃ）ガス排出管から分岐した自動開閉弁を配置した分岐管と、
（ｄ）分岐管に配置して流出ガスを回収するための手段と、
（ｅ）各種状態音を記憶し、検知手段により検知された集音と比較して自動開閉弁を制御する手段を有し、
ガス流体の置換状態検知手段からの信号により自動開閉弁を制御して、回収を要するガスを流出ガス回収手段により回収するようにしてなることを特徴とする。

本発明によれば、例えば新築マンションなどにおける都市ガス配管工事に本発明を適用することにより、ガス配管内の空気等のガスの都市ガス等への置換作業を自動化することが可能となり、安全性を向上し、作業時間の短縮や大気への都市ガス等の放散量を抑制することができる。

本発明（１）においては、ガス配管の一端から他のガスを導入してガス配管の内部ガスを押し出すことで他のガスに置換するに際して、配管外表面から内部流通ガスの流れる音を集音してガス流体の置換状態を判別することを基本的構成とする。

本発明（２）は、本発明（１）における基本的構成である“ガス配管の一端から他のガスを導入してガス配管の内部ガスを押出すことで他のガスに置換するに際して、配管外表面から内部流通ガスの流れる音を集音してガス流体の置換状態を判別する”ことを前提にする。そして、他端から内部ガスと置換している他のガスとの混合ガスが流出する時点で、該混合ガスを予め真空状態にした活性炭充填のガス吸着容器により回収し、ガス配管の他端からの流出ガスが実質的に置換された他のガスだけになった時点で他のガスの導入を止めることを基本的構成とする。

本発明（３）は、本発明（２）のガス配管の内部ガスを他のガスと置換し、内部ガスと他のガスの混合ガスを回収する方法に対応する装置構成すなわちシステムである。

以下、その装置構成及びその操作についても従来技術と対比して説明する。図１（ａ）は従来通常考えられる態様であり、図１（ｂ）は本発明の態様である。ここでは、家屋やマンションなどにガス配管を敷設後、各戸へ通ずる管内空気の置換、つまりパージを行う場合を例にしている。

図１（ａ）において、１は家屋やマンションなどに敷設されたガス配管、２はその末端、３は末端２に連結されたガス排出管である。末端２はガスシールされ、ガス排出管３には開閉弁が配されている。これらは従来通常考えられる配管構成である。この状態で、図１（ａ）中、左方矢印（→）のように都市ガスを導入すると、配管１内のガス（通常は空気）が押し出され、他端２からガス排出管３を経て排出される。

この操作中、両ガスは、その接触部分、つまり都市ガスの先端部分と空気の後端部分とで混合しながら、他端から空気が排出されることになる。そのため、ガス排出管３からは、操作開始当初は空気だけが排出されるが、漸次空気と都市ガスの混合ガスが排出される。さらに続けると、実質上都市ガスのみが排出されることになる。都市ガスのみが排出され始める時点が置換操作の完了時点となる。

しかし、空気と都市ガスの混合ガスが排出され始める時点、また、実質上都市ガスのみが排出され始める時点の観察はなかなか困難である。その操作中、ガス配管１の末端２からの排出ガスを、別途例えばガス分析装置により成分分析して確認することはできるとしても、分析装置自体大がかりな装置であるなど実用的ではない。また、その際、空気と都市ガスの混合ガスを排出し、これに続き実質上都市ガスのみのガスを大気中に排出することになることから、環境汚染の原因となり、また可燃性ガスであることから危険である。

そこで、本発明においては、図１（ｂ）に示すようなシステムにより、従来考えられるそのような問題を解決するものである。図１（ｂ）において、１は家屋やマンションなどに敷設されたガス配管、２はその末端、３は末端２からのガス排出管であり、これらの点は、従来考えられる例である図１（ａ）と同様である。

本発明においては、ガス排出管３から分岐した分岐管５を配置する。そして、ガス排出管３には自動開閉弁４を設ける。また、分岐管５には自動開閉弁６を配置し、これに続き流出ガスを回収するための手段、つまりガス吸着容器７を配置する。一方、ガス配管の外面にコンデンサマイクロフォン等のマイクロフォン８、あるいはこれと同種の機能を有する配管内の流通ガス音を集音する検知手段を配置する。マイクロフォン８は流通音を集音し電気的な信号に変換して流通ガスの変化を配管の外表面から検出する。

マイクロフォン８から配線９を介して変換器１０を配置する。マイクロフォン８のガス配管１への配置箇所はその外表面で末端２の近傍であるのが好ましい。変換器１０は、記憶部を備え、予め測定した各種ガスの状態音をその記憶部で記憶し、検知手段により検知された集音と比較して自動開閉弁４、６を制御する手段である。１１は変換器１０から自動開閉弁４への制御指令用信号線であり、１２は変換器１０から自動開閉弁６への制御指令用信号線である。ここで、予め測定した各種ガスの状態音は、後述〈各種ガスの流速に対応する音特性〉で例示するように測定したデータである。

この状態で、図１（ｂ）中、左方矢印（→）のように都市ガスを導入すると、配管１内の空気が押し出され、他端２から排出管３を経て空気が排出される。この時、自動開閉弁４は開、自動開閉弁６は閉である。この間、マイクロフォン８を作動させて配管内の流通ガス音を集音し、変換器１０ではその値を予め記憶部に記憶している各種ガスの状態音と比較している。

この操作中、両ガスはその接触部分、つまり都市ガスの先端部分と空気の後端部分とで混合しながら、他端から空気が排出されることになる。そのため他端２、これに続く排出管３からは、操作開始当初は空気だけが排出されるが、漸次空気と都市ガスの混合ガスが排出される。配管１のマイクロフォン８が配置された箇所に混合ガスが流れ始めると、マイクロフォン８で集音される配管内の流通ガス音が異なってくるので、変換器１０ではその値を予め記憶している各種ガスの状態音と比較して、信号線１１により自動開閉弁４を閉に切り替えると同時に、信号線１２により自動開閉弁６を開に切り替える。混合ガスは排出管５を経てガス吸着容器７により回収される。

さらに、都市ガスによる空気の押し出しを続けると、配管１のマイクロフォン８が配置された箇所に実質上都市ガスのみが流れ始め、他端２に続く排出管３からは実質上都市ガスのみが排出されることになる。これに伴い、マイクロフォン８で集音される配管内の流通ガス音が都市ガスのみに相当する音となるので、変換器１０ではその値を予め記憶している都市ガスのみの音に対応して、信号線１２により自動開閉弁６を閉に切り替える。この切り替え時が都市ガスによる置換操作の完了時点となるので、配管１への都市ガス導入も終了する。なお、実質上都市ガスのみが他端２から排出され始めるのは、僅かではあるが、配管１のマイクロフォン８が配置された箇所に実質上都市ガスのみが流れ始めた後になるので、自動開閉弁６の閉への切り替えはその点を配慮して行うのが好ましい。

こうして、本発明によれば、ガス配管の内部ガスを都市ガス等のガスへ置換する作業を自動化することが可能となり、安全性を向上し、作業時間を短縮し、大気への都市ガス等の放散量を抑制することができる。

本発明は、以上のようなシステム及び操作方法を基にして各種態様が可能である。すなわち、例えば空気と都市ガスの混合ガス、これに続く都市ガスの回収に用いたガス吸着容器７は、前述回収操作を終了した後、分岐排出管５から取り外して、使用現場から別の場所に運んで処理し、真空状態とする。こうして、ガス吸着容器７はガス回収用として繰り返して使用することができる。

〈ガス吸着容器の態様〉
本発明においては、ガス吸着容器が重要な役割をするが、このガス吸着容器は、吸着材を充填したガス回収容器であり且つ予め真空状態にしたガス吸着容器である。吸着材としては活性炭、ゼオライト、シリカゲル、粘土鉱物、金属酸化物、有機金属錯体、多孔質ガラスなどが使用できる。このうち特に好ましくは活性炭が用いられる。

吸着材充填容器の容器としては、鋼（スチール）、アルミニウム、その合金、ブリキ等の金属製容器、ガラス製容器、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチック製容器のいずれも用い得る。

図２はその態様例を説明する図である。本態様例の活性炭充填容器は、本発明者らにより先に開発されたもので（特開２００４−３４６９８６号公報）、本発明で用いるガス吸着容器としても非常に有用である。

特開２００４−３４６９８６号公報

図２中、２１はプラスチック容器で、灯油や水の保管などに用いられるいわゆるポリタンク状の形状のものを示しているが、その形状は適宜選定できる。上記公報の発明では容器の構成材料がプラスチックであることを必須とするが、前述のとおり、本発明における容器の構成材料は金属でもガラスでもよい。２２は活性炭、２３はバルブ（開閉弁）、２４は圧力センサーである。バルブ２３は、本ガス吸着容器を図１（ｂ）のように配置した場合には図１（ｂ）中、自動開閉弁６に相当することになる。なお、自動開閉弁６は信号線１２により制御される弁であるので、バルブ２３自体を自動開閉弁としてもよいが、これとは別に自動開閉弁６を設けてもよく、この場合には自動開閉弁６からの導管５にバルブ２３からの導管を連結する。

活性炭２２は、圧力センサー２４の部分を除き、容器内空間の実質上全部に充填するので、構造材料として機能し、容器内部を減圧ないし真空にしても著しく収縮することがない。バルブ２３は、ガス入出導管２６を介して蓋２５に接続し、圧力センサー２４は蓋２８を通る配線２７を介して警報機２９に接続される。警報機２９により容器内圧力が大気圧以上であるか減圧状態であるかを作業者に知らせることができる。３０は把持部（持ち手部分）である。

そして、本発明のガス吸着容器は、そのような活性炭充填容器を予め真空状態に保持する。活性炭充填容器を予め真空状態にする処理は、活性炭充填容器に連結したガス出入導管２６を介して活性炭充填容器内のガスを真空ポンプにより吸引することで行い、真空状態はガス出入導管２６に配置したバルブ２３を閉にすることで保持される。

本ガス吸着容器は、ガス配管内のガスを都市ガス、石油ガス、天然ガスその他、各種ガス燃料により置換する場合に用いることができる。ガス吸着容器に充填する活性炭はそれらガスの種類に応じて適宜選定して用いられる。また、ガス吸着容器の１個でガス配管の他端からの流出混合ガスが回収できれば１個でよいが、必要に応じて２個以上を用いてもよい。ガス配管の他端からの流出ガスが混合ガスから導入ガスそのものに替わった後、安全をみて、幾分かの導入ガスそのものをも回収するようにしてもよい。

〈各種ガスの流速に対応する音特性〉
本発明においては、ガス配管内の流通ガス音の変化を利用して、ガス流体の置換状態を検知する。図３〜図９は各種ガスの流速に対応した音特性、すなわち各ガスについての特定周波数の流速による強度変化の実測値を示した図である。横軸は周波数（ｋＨｚ）である。縦軸は、各周波数での音声信号の強さ（ｄＢ）であり、その入力信号をＦＦＴ（高速フーリェ変換）して、リアルタイムで測定、解析して示したもので、相対値であることから音の強度差（音の強弱の差）として把握することができる。

図３は空気についての実測データであり、図３（ａ）は流速５Ｌ／ｍｉｎ、図３（ｂ）は流速１０Ｌ／ｍｉｎ、図３（ｃ）は流速１５Ｌ／ｍｉｎの場合である。空気に特有の周波数３．９ｋＨｚについて、流速が大きくなるに伴いその強度がより明確に現れている。図４は都市ガス（１３Ａ）についての実測データであり、図４（ａ）は流速５Ｌ／ｍｉｎ、図４（ｂ）は流速１０Ｌ／ｍｉｎ、図４（ｃ）は流速１５Ｌ／ｍｉｎの場合である。都市ガス（１３Ａ）に特有の周波数４．５ｋＨｚにつき、流速が大きくなるに伴いその強度がより明確に現れている。

ここで、空気と都市ガス（１３Ａ）の混合ガスでは、その比率に対応して、空気に特有の周波数３．９ｋＨｚの強度、都市ガス（１３Ａ）に特有の周波数４．５ｋＨｚの強度が異なることになる。例えば、前述配管内の空気を都市ガスで置換する例では、混合ガスが排出され始めると、マイクロフォン８では、都市ガスに特有の周波数４．５ｋＨｚが検出され始め、配管内がやがて都市ガスだけになると、都市ガス特有の周波数だけが検知される。すると、その値は変換器１０に予め記憶している都市ガス特有の周波数つまり都市ガスの音と一致するので、信号線１１により自動開閉弁４が閉に切り替えられると同時に、信号線１２により自動開閉弁６が開に切り替えられる。

図５はメタンについての実測データであり、図５（ａ）は流速５Ｌ／ｍｉｎ、図５（ｂ）は流速１０Ｌ／ｍｉｎ、図５（ｃ）は流速１５Ｌ／ｍｉｎの場合である。メタンに特有の周波数５．０ｋＨｚについて、流速が大きくなるに伴いその強度がより明確に現れている。図６はエタンについての実測データであり、図６（ａ）は流速５Ｌ／ｍｉｎ、図６（ｂ）は流速１０Ｌ／ｍｉｎ、図６（ｃ）は流速１５Ｌ／ｍｉｎの場合である。エタンに特有の周波数３．５ｋＨｚにつき、流速が大きくなるに伴いその強度がより明確に現れている。

図７はプロパンについての実測データであり、図７（ａ）は流速５Ｌ／ｍｉｎ、図７（ｂ）は流速１０Ｌ／ｍｉｎ、図７（ｃ）は流速１５Ｌ／ｍｉｎの場合である。プロパンに特有の周波数２．８ｋＨｚについて、流速が大きくなるに伴いその強度がより明確に現れている。
図８は、イソブタンについての実測データであり、図８（ａ）は流速５Ｌ／ｍｉｎ、図８（ｂ）は流速１０Ｌ／ｍｉｎ、図８（ｃ）は流速１５Ｌ／ｍｉｎの場合である。イソブタンに特有の周波数２．４ｋＨｚにつき、流速が大きくなるに伴いその強度がより明確に現れている。

図９は、二酸化炭素についての実測データであり、図９（ａ）は流速５Ｌ／ｍｉｎ、図９（ｂ）は流速１０Ｌ／ｍｉｎ、図９（ｃ）は流速１５Ｌ／ｍｉｎの場合である。二酸化炭素に特有の周波数３．０ｋＨｚにつき、流速が大きくなるに伴いその強度がより明確に現れている。

本発明においては、以上のようなデータを予め変換器の記憶部に記憶させ、検知手段により検知された現実のガス流体からの集音値を記憶データと比較することにより、導入ガスによる配管内ガスの置換状態を判別するものである。

本発明のガス配管のガス置換状態を判別する方法、ガス配管の内部ガスの置換、回収方法及びシステムの態様を説明する図 本発明で使用するガス吸着容器の態様例を説明する図 空気の流速に対応する音特性の実測データを示す図 都市ガス（１３Ａ）の流速に対応する音特性の実測データを示す図 メタンの流速に対応する音特性の実測データを示す図 エタンの流速に対応する音特性の実測データを示す図 プロパンの流速に対応する音特性の実測データを示す図 イソブタンの流速に対応する音特性の実測データを示す図 二酸化炭素の流速に対応する音特性の実測データを示す図

符号の説明

１ 家屋やマンションなどに敷設されたガス配管
２ ガス配管１の末端
３ 末端２からのガス排出管
４ ガス排出管３に設けた自動開閉弁
５ 分岐管
６ 分岐管５に設けた自動開閉弁
７ ガス吸着容器
８ ガス配管１の外表面に配置したマイクロフォン
９ マイクロフォン８からの配線
１０ 変換器
１１ 自動開閉弁４への制御指令用信号線
１２ 自動開閉弁６への制御指令用信号線
２１ プラスチック容器
２２ 活性炭
２３ バルブ（開閉弁）
２４ 圧力センサー
２５、２８ 蓋
２６ ガス入出導管
２７ 配線
２９ 警報機
３０ 把持部（持ち手部分）

Claims (9)

1. ガス配管のガス置換状態を判別する方法であって、ガス配管の一端から他のガスを導入してガス配管の内部ガスを押し出すことで他のガスに置換するに際して、配管外表面から内部流通ガスの流れる音を集音してガス流体の置換状態を判別することを特徴とするガス配管のガス置換状態の判別方法。
2. ガス配管の内部ガスを他のガスと置換し、回収する方法であって、ガス配管の一端から他のガスを導入してガス配管の内部ガスを押し出すことで他のガスに置換するに際して、配管外表面から内部流通ガスの流れる音を集音してガス流体の置換状態を判別するとともに、他端から内部ガスと置換している他のガスとの混合ガスが流出する時点で、該混合ガスを予め真空状態にした活性炭充填のガス吸着容器により回収し、ガス配管の他端からの流出ガスが実質的に他のガスだけになった時点で他のガスの導入を止めることを特徴とするガス配管の内部ガスの置換、回収方法。
3. 請求項２に記載のガス配管の内部ガスの置換、回収方法において、前記ガス配管が、燃料ガス配管であることを特徴とするガス配管の内部ガスの置換、回収方法。
4. 請求項２に記載のガス配管の内部ガスの置換、回収方法において、内部ガスが空気であり、置換する他のガスが都市ガス、石油ガスまたは天然ガスであることを特徴とするガス配管の内部ガスの置換、回収方法。
5. 請求項２に記載のガス配管の内部ガスの置換、回収方法において、予め真空状態にした活性炭充填のガス吸着容器を用いて内部ガスと置換している他のガスの混合ガスを回収した後、該ガス吸着容器を現場から別の場所に移して処理することを特徴とするガス配管の内部ガスの置換、回収方法。
6. 請求項２に記載のガス配管の内部ガスの置換、回収方法において、予め真空状態にした活性炭充填のガス吸着容器を用いて内部ガスと置換している他のガスの混合ガスを回収した後、該ガス吸着容器を現場から他の場所に移して真空状態とすることにより繰り返し使用することを特徴とするガス配管の内部ガスの置換、回収方法。
7. ガス配管の内部ガスを他のガスと置換し、回収するためのシステムであって、
   （ａ）ガス配管外面に配置した配管内の流通ガス音の集音によるガス流体の置換状態検知手段と、
   （ｂ）ガス配管のガス流出端に配置したガス排出管と、
   （ｃ）ガス排出管から分岐した自動開閉弁を配置した分岐管と、
   （ｄ）分岐管に配置して流出ガスを回収するための手段と、
   （ｅ）各種状態音を記憶し、検知手段により検知された集音と比較して自動開閉弁を制御する手段を有し、
   ガス流体の置換状態検知手段からの信号により自動開閉弁を制御して、回収を要するガスを流出ガス回収手段により回収するようにしてなることを特徴とするガス配管の内部ガスを他のガスと置換し、回収するためのシステム。
8. 請求項７に記載のガス配管の内部ガスを他のガスと置換し、回収するためのシステムにおいて、前記流出ガス回収手段が、予め真空状態にした活性炭充填のガス吸着容器であることを特徴とするガス配管の内部ガスを他のガスと置換し、回収するためのシステム。
9. 請求項７に記載のガス配管の内部ガスを他のガスと置換し、回収するためのシステムにおいて、前記ガス配管が、燃料ガス配管であることを特徴とするガス配管の内部ガスを他のガスと置換し、回収するためのシステム。
   

Images