JP2007107897A - ガス漏洩検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 集合住宅にガスを供給するガス配管系を対象とした場合でも、微少流量だけでなく大流量や同一流量のガス漏れも的確に検知することができるようにする。
【解決手段】 この発明のガス漏洩検知装置５は、ガス供給元から各ガス使用先に向けて分岐しているガス配管および各ガス使用先でのガスの漏洩を検知する装置であり、後段のガス配管等でのガス流量を検出する超音波式のガス流量検出手段６と、そのガス流量検出手段６が検出したガス流量に基づいて、ガス漏洩があるか否かの判別を行うガス漏洩判別手段７とを備え、ガス漏洩判別手段６は、所定の微少流量以上の検出が第１の判定時間以上連続したとき微少流量漏洩と判別し、所定幅内の同一流量の検出が第２の判定時間以上連続したとき同一流量漏洩と判別し、所定の大流量以上の検出が第３の判定時間以上連続したとき大流量漏洩と判別するようにしている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ガス供給元から各ガス使用先に向けて分岐しているガス配管および各ガス使用先でのガスの漏洩を検知するガス漏洩検知装置に関するものである。

図１５は従来のガス漏洩検知の説明図である。従来、ガス供給元から各ガス使用先に向けて分岐しているガス配管、例えば図１５に示すように、ＬＰガスボンベ１，１，…から集合住宅の各世帯に向けて分岐しているガス配管や、その各ガス使用先でのガス漏れを検知する場合、ガス供給元の圧力調整器９１に接続したガス配管１０１からバイパスさせて膜式ガス流量計５０１を配置し、その膜式ガス流量計５０１で通常のガス流量の計測を行うとともに、その計測結果を用いてガス漏れの検知を行うようにしていた。この場合、ガス流量を計量室を用いて計測することとなるため、リアルタイムで計測できず、ガス流量の計測自体に約１時間を要し、計測に時間を要すること、またその計測データの精度等が要因となって、微少流量のガス漏れ検知には３０日程度を要していた。また、ガス漏れが大流量であったり、同一流量である場合は、ガス漏れの場合とガス機器使用の場合との識別が困難なのでガス漏れを検知することができなかった。特に、集合住宅にガスを供給するガス配管系でのガス漏れ検知は、微少流量であれば可能であったが、大流量や同一流量のガス漏れ検知は困難で、全くその対応がなされていなかった。

この発明は上記に鑑み提案されたもので、ガス漏れの検知を短時間に行うことができ、かつ集合住宅にガスを供給するガス配管系を対象とした場合でも、微少流量だけでなく大流量や同一流量のガス漏れも的確に検知することができるガス漏洩検知装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ガス供給元から各ガス使用先に向けて分岐しているガス配管および各ガス使用先でのガスの漏洩を検知するガス漏洩検知装置において、ガス供給元の分岐する前のガス配管に直列に接続され、後段のガス配管および各ガス使用先でのガス流量を検出する超音波式のガス流量検出手段と、上記ガス流量検出手段が検出したガス流量に基づいて、ガス漏洩があるか否かの判別を行うガス漏洩判別手段と、を備え、上記ガス漏洩判別手段は、所定の微少流量以上の検出が第１の判定時間以上連続したとき微少流量漏洩と判別し、所定幅内の同一流量の検出が第２の判定時間以上連続したとき同一流量漏洩と判別し、所定の大流量以上の検出が第３の判定時間以上連続したとき大流量漏洩と判別するものである。

この発明のガス漏洩検知装置では、超音波式のガス漏洩判別手段を用いて集合住宅等にガスを供給するガス配管系のガス漏洩を検知検知するようにしたので、微少流量から大流量までのガス流量をリアルタイムで精度良く検出することができ、その検出したガス流量に基づいてガス漏れの検知を短時間に行うことができる。また、そのリアルタイムのデータを蓄積し、その蓄積したデータに基づいて、所定の微少流量以上の検出が第１の判定時間以上連続したとき微少流量漏洩と判別し、所定幅内の同一流量の検出が第２の判定時間以上連続したとき同一流量漏洩と判別し、所定の大流量以上の検出が第３の判定時間以上連続したとき大流量漏洩と判別するようにしたので、微少流量だけでなく大流量や同一流量のガス漏れも的確に検知することができる。

したがって、ガスを供給している集合住宅や家屋、事務所等で使用されているガス機器を含むガス配管系の全体で発生する、様々なガス消費パターンのガス漏洩を的確に検知することができる。

そして、ガス配管系がカバーしている戸数が、例えば２戸の場合や、５００戸の場合と増減しても、その戸数増減状況またガス使用状況に応じて判定値を可変とすることでき、ガス漏洩をその状況毎に適正に判定することができる。

図１はこの発明のガス漏洩検知装置が適用されるガス配管系を示す図である。図において、ガス配管系１０は、ＬＰガスボンベ１，１，…のＬＰガスをガス供給先である集合住宅３の各世帯３ａ，３ａ，…や、家屋４，４，…等に供給しており、ガス供給元の分岐する前のガス配管１１、そのガス配管１１から分岐したガス配管１２、およびガス供給先の各ガス機器から成っている。

そして、分岐する前のガス配管１１には、ＬＰガスボンベ１，１，…の出口側に共通に設けられた圧力調整器９と、その圧力調整器９の後段側のガス漏洩検知装置５とが、直列に設けられている。

図２はガス漏洩検知装置の第１の構成例を示す図で、(ａ)は装置全体を、(ｂ)はガス流量検出部を示している。ガス漏洩検知装置５は、ガス配管１１に配置された電子式ガスメータに構築され、その内部に超音波式のガス流量検出部（ガス流量検出手段）６と、ガス流量検出部６の計測データを処理する制御部７とを備えている。

このガス漏洩検知装置５の内部では、図２(ａ)に示すように、ガス配管１１が横断的に設けられてガスがストレートに流れるようになっている。そして、図２（ｂ）に示すように、そのガス配管１１に斜めに対向するように設けられた２つの超音波センサー６１，６２によってガス流量検出部６が構成され、このガス流量検出部６は、後述する計測原理に従ってガス配管１１中を流れるガスの流量を計測する。なお、超音波センサー６１，６２は超音波を送受信する手段として用いられる。

図３はガス漏洩検知装置の第２の構成例を示す図で、(ａ)は装置全体を、(ｂ)はガス流量検出部を示している。この第２の構成例において、上記の第１の構成例と略同一の構成要素には同じ符号を付してその説明を省略する。

この第２の構成例のガス漏洩検知装置５が、上記の第１の構成例と相違する点は、ガス配管１１がＵ字状に設けられ、２つの超音波センサー６１，６２がそのガス配管１１のＵ字底部に斜めに対向するように設けられている点である。

上記の第１，第２の構成例のガス漏洩検知装置５において、制御部７は、ガス流量検出部６からの測定結果に基づいて、ガス流量を求めるが、その計測原理は概略下記のようなものである。

先ずガス配管１１中に配置した超音波センサー６１，６２を用いてガスの流れの上流から下流への超音波の到達時間Ｔ１と、下流から上流への到達時間Ｔ２を測定する

一方、この到達時間Ｔ１，Ｔ２は、音速Ｃ、ガスの流速Ｕ、超音波センサー６１，６２間の距離（伝搬距離）Ｌ、超音波センサー６１，６２同士を結ぶ直線とガスが流れる方向とのなす角度θを用いて下記の式（１）（２）で表される。

上記の式（１）（２）から、ガスの流速Ｕは、次式（３）で求めることができる。

上記の式（３）からも分かるように、ガスの流速Ｕは、音速や温度に影響されず、計測した到達時間Ｔ１，Ｔ２、および超音波センサー６１，６２の設置条件であるＬ，θを用いて求めることができる。

ガス流量Ｑは、このガスの流速Ｕとガス配管(ガス流路)１１の断面積Ｓを用いて次式（４）で求めることができる。このガス流量Ｑは、積算値でなくその計測時点での瞬間的な流量である。

制御部７は、マイコンを中心にして動作し、メモリに格納された本発明に係るソフトウェアに従ってＣＰＵが動作する機能を含めて構成され、本発明に係るガス漏洩判別手段を実行している。すなわち、この制御部７では、ガス流量検出部６からの計測結果を入手し、上記の演算を行って現時点のガス流量Ｑをリアルタイムに求め、そのデータを時系列的にメモリに記憶し蓄積し、そのデータに基づいてガス漏洩検知を行う。

以下に、そのガス漏洩検知について説明する。

制御部７は、ガス流量Ｑが予め設定されている基準ガス流量を越えて、予め設定された時間以上継続して検出されたときにガス配管系１０(ガス配管１１，１２、およびガス供給先の各ガス機器)にガス漏洩が発生していると判定する。また、ガス流量Ｑが、予め設定されている所定幅に収まる場合、その所定幅に収まる状態が予め設定された時間以上継続して検出されたときにガス配管系１０(ガス配管１１，１２、およびガス供給先の各ガス機器)にガス漏洩が発生していると判定する。

図４は微少漏洩検知の説明図である。制御部７は、ガス流量Ｑが、微少な基準ガス流量ＱＬｓ、ここでは３リットル／時を越えて検知される場合、その検知時間が、予め設定された判定時間（第１の判定時間）ＴＬｓ(例えば４５時間)以上継続すると、ガス配管系１０に微少な漏洩があると判別する。

このガス漏洩判定手法によると、集合住宅等の、例えば２〜５００戸でガスが使用されている場合でも、ガス配管系１０の全体で発生する微少なガス漏洩を的確に検知することができる。

図５は大流量漏洩検知の説明図である。制御部７は、ガス流量Ｑが、大きな基準ガス流量ＱＨｓ、ここでは５００リットル／時を越えて検知される場合、その検知時間が、予め設定された判定時間（第３の判定時間）ＴＨｓ(例えば７時間)以上継続すると、ガス配管系１０に大流量の漏洩があると判別する。

このガス漏洩判定手法によると、集合住宅等の、例えば２〜５００戸でガスが使用されている場合でも、ガス配管系１０の全体で発生する大流量のガス漏洩を的確に検知することができる。

図６は同一流量漏洩検知の説明図である。制御部７は、ガス流量Ｑが、予め設定されている所定幅Ｗｓ、ここでは１０％(±５％)以内に収まる場合、その所定幅に収まる状態が予め設定された時間（第２の判定時間）ＴＷｓ(例えば２時間)以上継続して検出されたときにガス配管系１０(ガス配管１１，１２)にガス漏洩が発生していると判別する。図６において、パターンＡは、例えばガス配管が完全に切断されている場合に検出される大流量のガス漏洩に対応しており、パターンＢはガスがほぼ使用されていない場合やガス機器を消し忘れた場合に検出される同一流量のガス漏洩に対応している。

このガス漏洩判定手法によると、集合住宅等の、例えば２〜５００戸で通常ガスが使用されていない深夜の時間帯等に、所定幅のガス流量が継続する場合、ガス配管系１０にガス漏洩が発生していると判定することとなり、ほぼガスが使用されていない時間帯を利用して、少量から多量までのガス漏洩を全体的にカバーしつつ的確に検知することができる。

制御部７では、基準ガス流量ＱＬｓ、ＱＨｓとそれに対応する判定時間ＴＬｓ，ＴＨｓを予め設定し、実際のガス流量Ｑをそれらと比較してガス配管系１０に微少なガス漏洩があるか、大流量のガス漏洩があるか否かを判別している。また、所定幅Ｗｓとそれに対応する判定時間ＴＷｓを予め設定し、実際のガス流量Ｑをそれらと比較してガス配管系１０にほぼ同一流量のガス漏洩があるか否かを判別している。

このように、本発明では、ガス供給元の分岐する前のガス配管１１に直列に接続した超音波式のガス流量検出部６を用いて後段のガス配管１１，１２および各ガス使用先でのガス漏洩を検知するようにしたので、微少流量から大流量までのガス流量をリアルタイムで精度良く検出することができ、その検出したガス流量に基づいてガス漏れの検知を短時間に行うことができる。また微少流量だけでなく大流量や同一流量のガス漏れも的確に検知することができる。

したがって、ガスを供給している集合住宅や家屋、事務所等で使用されているガス機器を含むガス配管系１０の全体で発生する、様々なパターンのガス漏洩を的確に検知することができる。

そして、ガス配管系１０がカバーしている戸数が、例えば２戸の場合や、５００戸の場合は、その戸数増減状況またガス使用状況に応じて基準ガス流量ＱＬｓ，ＱＨｓ、所定幅ΔＷ、および判定時間ＴＬｓ，ＴＨｓ，ＴＷｓ(以下、総称して「判定時間ＴＭ」という)を見直し適宜最適な値に設定することができ、ガス配管系１０に対するガス漏洩をその状況毎に適正に判定することができる。

次に、上記の判定時間ＴＭ(ＴＬｓ，ＴＨｓ，ＴＷｓ)の設定手法について説明する。

図７はガス漏洩検知装置が検知したガス使用状態を示す図である。図７の縦軸はガス流量Ｑを示し、横軸は判定時間設定のために用意された学習期間における経過時間Ｔを示している。この学習期間において、ガス漏洩検知装置５が検知したガス使用状態が、図７に示すような状況になった場合、継続してガスが使用された時間(ガス使用継続時間)は、ＴＡ＞ＴＢ＞ＴＣの順であり、波形Ａにおいて最も長い時間にわたってガスが継続使用されている。判定時間ＴＭは、この最長のガス使用継続時間ＴＡを採用して設定される。すなわち、最長のガス使用継続時間ＴＡに所定の安全係数(例えば２〜１０)を掛けて判定時間ＴＭを求める。また、最長のガス使用継続時間ＴＡに上記の判定時間設定時に用いた安全係数より小さな係数(例えば１．２)を掛けて監視上限レベルＴｕを求める。さらに、最長のガス使用継続時間ＴＡに上記の監視上限レベル設定時に用いた係数より小さな係数(例えば０．８)を掛けて監視下限レベルＴｄを求める。この監視上限レベルＴｕおよび監視下限レベルＴｄの詳細は後述する。

上記の判定時間ＴＭは、微少なガス漏洩時の判定時間ＴＬｓ、大流量のガス漏洩時の判定時間ＴＨｓ、また略同一流量のガス漏洩時の判定時間ＴＷｓと３種類存在するが、その設定しようとする判定時間に応じて図７も次のように変化する。すなわち、微少なガス漏洩時の判定時間ＴＬｓを求める場合は、図８に示すようになり、対象となる波形Ａ，Ｂ，Ｃは、この学習期間において、ガス漏洩検知装置５が継続して検知したガス流量Ｑの波形のうち、基準ガス流量ＱＬｓを越えている場合の波形となる。

また、大流量のガス漏洩時の判定時間ＴＨｓを求める場合は、図９に示すようになり、対象となる波形Ａ，Ｂ，Ｃは、この学習期間において、ガス漏洩検知装置５が継続して検知したガス流量Ｑの波形のうち、基準ガス流量ＱＨｓを越えている場合の波形となる。

また、略同一流量のガス漏洩時の判定時間ＴＷｓを求める場合は、図１０に示すようになり、対象となる波形Ａ，Ｂ，Ｃは、この学習期間において、ガス漏洩検知装置５が継続して検知したガス流量Ｑの波形のうち、その所定幅ΔＷに連続して収まるガス流量の波形となる。図１０のＱＷ１は所定幅ΔＷに収まるガス流量の下限値、ＱＷ２はその上限値である。

上記のようにして、学習期間のガス流量Ｑを用いて判定時間ＴＭを設定するが、制御部７では、その後の通常の使用期間においても判定時間ＴＭの自動更新を行う。この更新手法について説明する。

図１１は判定時間の更新手法の説明図である。図１１の縦軸は一定期間(例えば１日２４時間)における最長のガス使用継続時間Ｔｋ(以下、「期間最長時間Ｔｋ」という)、横軸は経過時間(例えば日数)Ｔを示す。この期間最長時間Ｔｋは、上記の図７では最長のガス使用継続時間ＴＡに相当している。

制御部７は、今回得られた期間最長時間Ｔｋと、上記の判定時間ＴＭ、監視上限レベルＴｕ、監視下限レベルＴｄとの大小を比較し、図１１の（ａ）位置のように、期間最長時間Ｔｋが監視下限レベルＴｄと監視上限レベルＴｕとの間の値となる場合は、判定時間ＴＭの更新を行わない。

次に、図１１の（ｂ）位置のように、判定時間ＴＭより小さいが監視上限レベルＴｕより大きい期間最長時間Ｔｋが発生した場合は、図１２に示すように増加再学習モードに入り、その時点Ａから経過時間をカウントし、所定の期間(ここでは７日間)以内に再度、判定時間ＴＭより小さいが監視上限レベルＴｕより大きい期間最長時間Ｔｋｂが発生すると、その時点Ｂにおいて、時点Ａの期間最長時間Ｔｋａと時点Ｂの期間最長時間Ｔｋｂとでより大きい方の期間最長時間Ｔｋｂを最長のガス使用継続時間として採用し、所定の安全係数(例えば２〜１０)を掛けて判定時間ＴＭを求め更新する。増加再学習モードにおいて、判定時間ＴＭより小さいが監視上限レベルＴｕより大きい期間最長時間Ｔｋｂが発生しないときは、増加再学習モードを終了し判定時間ＴＭの更新は行わない。

次に、図１１の（ｃ）位置のように、監視下限レベルＴｕより小さい期間最長時間Ｔｋが発生した場合は、図１３に示すように減少再学習モードに入り、その時点Ｅから経過時間をカウントし、所定の期間(ここでは２８日間)にわたって期間最長時間Ｔｋが監視下限レベルＴｄより小さい状態が続くと、そのＥ時点から所定の期間までの間で最大の期間最長時間Ｔｋｆを最長のガス使用継続時間として採用し、所定の安全係数(例えば２〜１０)を掛けて判定時間ＴＭを求め更新する。減少再学習モードにおいて、監視下限レベルＴｄより大きい期間最長時間Ｔｋｂが発生したときは、減少再学習モードを終了し判定時間ＴＭの更新は行わない。

さらに、図１１の（ｄ）位置のように、期間最長時間Ｔｋが判定時間ＴＭを越えた場合は、その時点でガス漏洩が発生していると判別する。

このように、判定時間ＴＭを自動更新し、戸数増減やガス消費パターンに応じて最適化できるため、早期のガス漏洩検知を行うことができる。

また、判定時間ＴＭの自動更新により、判定時間ＴＭを現状に対して最適な値に設定することができ、ガス漏洩検知を精度良く行えるようになる。

次に、判定時間ＴＭの他の自動更新手法について説明する。

図１４は判定時間ＴＭの他の自動更新手法の説明図である。図１４の縦軸は時間を示し、横軸は経過時間(ここでは日数)を示す。図１４中の階段状の太い実線は判定時間ＴＭを表し、階段状の破線は一定期間(例えば７日間)における最長のガス使用継続時間Ｔｎ(以下、「期間最長時間Ｔｎ」という)を表している。ここで、経過時間はＬ１(例えば７日間)→Ｌ２(例えば７日間)→Ｌ３(例えば７日間)→Ｌ４(例えば７日間)と変化し、それに応じて判定時間ＴＭはＴＭ１→ＴＭ２→ＴＭ３→ＴＭ４と変化し、また期間最長時間ＴｎはＴｎ１→Ｔｎ２→Ｔｎ３→Ｔｎ４と変化している。

ここで、判定時間ＴＭ３は次式(５)に従って求められ自動更新される。

すなわち、計測して得られた前回の一定期間Ｌ２での期間最長時間Ｔｎ２に安全係数を掛けるとともに、さらに前々回の一定期間Ｌ１での期間最長時間Ｔｎ１に対する前回の一定期間Ｌ２での期間最長時間Ｔｎ２の比(隣接比)を掛けることで、判定時間ＴＭ３を求め自動更新を行っている。

また、判定時間ＴＭ４は次式(６)に従って求められ自動更新される。

すなわち、計測して得られた前回の一定期間Ｌ３での期間最長時間Ｔｎ３に安全係数を掛けるとともに、さらに前々回の一定期間Ｌ２での期間最長時間Ｔｎ２に対する前回の一定期間Ｌ３での期間最長時間Ｔｎ３の比(隣接比)を掛けることで、判定時間ＴＭ４を求め自動更新を行っている。

このように、この自動更新手法では、新たな判定時間ＴＭを、前回での期間最長時間に安全係数を掛けるとともに隣接比を掛けて求めるようにしている。したがって、１年を通した使用時間の変化に添って判定時間ＴＭを変化させることができ、春夏秋冬のガス使用時間の変化に的確に対応して、ガス漏洩の検知を行うことができる。また特異な値に影響されること無く判定時間ＴＭが決定することができる。

なお、上記の説明では、隣接比を期間最長時間Ｔｎを用いて求めるように構成したが、期間最長時間Ｔｎでなく、一定期間における各ガス使用継続時間の平均値を用いて求めるようにしてもよい。

また、上記の説明では、直近のデータ（前回、前々回のデータ）に基づいて隣接比を求めるようにしているが、例えば１年前の同時期であればガス消費パターンも類似しているので、１年前のデータに基づいて隣接比を求め、その隣接比を用いて判定時間ＴＭの更新を行う構成としてもよい。

この発明のガス漏洩検知装置が適用されるガス配管系を示す図である。 ガス漏洩検知装置の第１の構成例を示す図で、(ａ)は装置全体を、(ｂ)はガス流量検出部を示している。 ガス漏洩検知装置の第２の構成例を示す図で、(ａ)は装置全体を、(ｂ)はガス流量検出部を示している。 微少漏洩検知の説明図である。 大流量漏洩検知の説明図である。 同一流量漏洩検知の説明図である。 ガス漏洩検知装置が検知したガス使用状態を示す図である。 微少なガス漏洩時の判定時間ＴＬｓを求める場合の波形を示す図である。 大流量のガス漏洩時の判定時間ＴＨｓを求める場合の波形を示す図である。 略同一流量のガス漏洩時の判定時間ＴＷｓを求める場合の波形を示す図である。 判定時間の更新手法の説明図である。 増加再学習モードによる判定時間自動更新の説明図である。 減少再学習モードによる判定時間自動更新の説明図である。 判定時間の他の自動更新手法の説明図である。 従来のガス漏洩検知の説明図である。

符号の説明

１ ガスボンベ
３ 集合住宅
３ａ 集合住宅の各世帯
４ 家屋
５ ガス漏洩検知装置
６ ガス流量検出部（ガス流量検出手段）
７ 制御部（ガス流量検出手段、ガス漏洩判別手段）
９ 圧力調整器
１０ ガス配管系
１１ ガス配管
１２ ガス配管
６１ 超音波センサー
６２ 超音波センサー

Claims (1)

1. ガス供給元から各ガス使用先に向けて分岐しているガス配管および各ガス使用先でのガスの漏洩を検知するガス漏洩検知装置において、
   ガス供給元の分岐する前のガス配管に直列に接続され、後段のガス配管および各ガス使用先でのガス流量を検出する超音波式のガス流量検出手段と、
   上記ガス流量検出手段が検出したガス流量に基づいて、ガス漏洩があるか否かの判別を行うガス漏洩判別手段と、を備え、
   上記ガス漏洩判別手段は、所定の微少流量以上の検出が第１の判定時間以上連続したとき微少流量漏洩と判別し、所定幅内の同一流量の検出が第２の判定時間以上連続したとき同一流量漏洩と判別し、所定の大流量以上の検出が第３の判定時間以上連続したとき大流量漏洩と判別する、
   ことを特徴とするガス漏洩検知装置。

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