JP4582060B2 - ガス遮断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波を用いて配管内を流れる各種媒体、例えば都市ガスやＬＰガス等の流速を検出しその合計流量よりガス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。

従来、この種のガス遮断装置は例えば特開２００５−２０７９６５号公報に示されるように図２、図３の構成になっていた（例えば、特許文献１参照）。

図２は従来のガス遮断装置のブロック図を示す。図２において、１は流量監視部で、ガ
ス流路を流れるガスの流量を超音波センサやフローセンサ等で監視するもので、瞬時流量検出する。２はデータ演算部で、所定時間間隔毎の流量サンプリングによる流量監視部１からの検出出力が供給され、その検出出力により瞬時流量を演算すると共に、所定時間間隔毎の瞬時流量計測値に移動平均処理を行って移動平均流量を算出する。３はデータ記憶部で、データ演算部２で算出された瞬時流量及び移動平均流量を記憶する。４は遮断値記憶部で、予め設定された合計流量遮断機能の遮断値を予め記憶する。この遮断値は移動平均流量と比較される第１の遮断値Ｒｔｈ１と、瞬時流量と比較される第２の流量Ｒｔｈ２とからなる。５はデータ比較部で、データ記憶部３に記憶された瞬時流量及び移動平均流量と遮断値記憶部４に記憶された遮断値とを比較し、比較結果である異常検出信号を出力する。６は制御部で、流量監視部１に所定時間間隔で流量サンプリングを実施するよう流量監視部１に指示する指示信号を出力する。又データ比較部５からの異常検出出力の入力に応じて、遮断信号を出力する。７は遮断部で、制御部６からの遮断信号で制御される遮断弁からなる。

次に従来例の構成の動作を説明する。まず瞬時流量Ｒｎの計測を実行する。この流量計測時、制御部６は流量監視部１を所定時間間隔で流量サンプリングを実施するように指示する。それにより所定の時間間隔で出力された流量監視部１からの流量検出信号は、データ演算部２で演算され、瞬時流量Ｒｎが算出される。算出された瞬時流量Ｒｎのデータは、データ記憶部３に送られ記憶される。

次に、算出された瞬時流量Ｒｎに基づいて、１個づつずれる８個のデータ毎に移動平均演算処理がデータ演算部２で行われ、移動平均流量Ｒａが算出される。算出された移動平均流量Ｒａのデータは、データ記憶部３に送られ、記憶される。次に算出された移動平均流量Ｒａがデータ記憶部３からデータ比較部５に送られ、遮断値記憶部４に記憶されている第１の遮断値ＲＴｈ１と比較されて、それより大きいか否かを判定する。移動平均流量Ｒａが第１の遮断値Ｒｔｈ１より大きい場合は、データ比較部５から異常検出出力が制御部６に送られ、それにより制御部６からの駆動出力が遮断部７に送られ遮断部７によりガス遮断が行われる。

一方、移動平均流量Ｒａが第１の遮断値Ｒｔｈ１より小さい場合、次に算出された瞬時流量Ｒｎがデータ記憶部３からデータ比較部５に送られ、遮断値記憶部４に記憶されている第２の遮断値Ｒｔｈ２と比較されて、それより大きいかどうか判定される。瞬時流量Ｒｎが第２の遮断値Ｒｔｈ２より大きい場合、データ比較部５で異常回数カウンタのインクリメントが行われる。インクリメントされた異常回数カウンタのカウント数が規定回数をオーバしたかどうかを判定する。オーバならばデータ比較部５から異常検出出力が制御部６に送られ、駆動出力が遮断部７に送られガス遮断を行う。

このように流量遮断の設定値は、第１の遮断値Ｒｔｈ１及び第２の遮断値Ｒｔｈ２の２段階に設けられ、平均流量Ｒａは第１の遮断値Ｒｔｈ１ と比較され、第１の遮断値を超えた場合遮断される。又平均流量Ｒａの監視と平行して、瞬時流量Ｒｎの監視を実施しており、第１の遮断値Ｒｔｈ１より高い第２の遮断値Ｒｔｈ２を超える瞬時流量Ｒｎが規定回数以上連続して発生した場合、ガス遮断が行われる。
特開２００５−２０７９６５号公報

しかしながら上記従来の構成では下記問題点があった。下流側で配管が何らかの原因でひび割れたり、器具に接続されたホースが外れたり等のトラブルが発生すると、通常器具が使用する以上の異常な大流量が流れた場合遮断を行うが、移動平均流量と瞬時流量とが異なる遮断判定値で行っており、移動平均流量Ｒａでは第１の遮断値Ｒｔｈ１に到達せず
、又瞬時流量Ｒｎで第２の遮断値Ｒｔｈ２に到達しない場合本来の遮断値Ｒｔｈ１を超えているのに第２の遮断値Ｒｔｈ２に到達していない為遮断できず非常に危険性が高く、一方遮断判定する場合更に異常な大きい遮断値で判定するため素早く遮断できず、遮断弁を作動しガス供給停止するのが遅れ、生ガスが漏れその間にガスが床下或いは居間等の部屋に充満し、最悪爆発事故や火災などの事故が発生することが予想される。

本発明は上記課題を解決するもので、常に瞬時流量を検出し、何らかの原因で発生した異常な流量を２種類設けた判定流量で判定するのではなく即座に識別し、直ちにガス供給を停止するガス遮断装置を提供することを目的としたものである。

この課題を解決するために本発明は、配管内の流量を流速検出手段で検出し、流量演算手段で流量に換算し、使用器具等の異常流量判定値を流量記憶手段に記憶し、流量演算手段で求めた瞬時流量よりピーク流量を検出した後の流量の変化勾配より安定する流量推定手段で瞬時流量推定値を求め、流量推定手段の瞬時流量と流量異常記憶手段の異常流量判定値とを比較し、瞬時流量推定値が流量異常記憶値より大きいと異常判定手段で判定すると、媒体供給を停止する遮断手段とからなる。

このことにより、異常かつ多量のガスが漏洩しても、本来の遮断判定値で早期に異常判定し直ちにガス供給を停止できるので、安全性が極めて向上する効果がある。

本発明のガス遮断装置によれば、ガス遮断装置からガス需要家が保有する器具への配管や、器具に接続されるホース等が何らかの原因で外れたり、破壊されたりして異常な流量でガスが噴出するが、予め流量異常記憶手段に異常流量値を記憶しておき、流量演算手段で求めた瞬時流量より本来の安定すべき瞬時流量の推定値を求めて異常値と比較するので、異常な漏洩と判定し直ちに遮断手段によりガス供給を停止するので、異常流量判定に長時間要することなく、その結果ガス漏洩により最悪爆発や火災などに事故に至るという不具合がおきることなく、複数の遮断値を持つことなく正確に即座に遮断できるのでガス中毒や火災等を引き起す危険性がなく安全性や信頼性が極めて向上する効果がある。

本発明は上記目的を達成するため、媒体内の信号伝搬時間を計測し流速を検出する流速検出手段と、前記流速検出手段で検出した流速より瞬時流量に換算する流量演算手段と、使用器具等の異常流量判定値を記憶する流量異常記憶手段と、前記流量演算手段で求めた瞬時流量よりピーク流量を検出した後の流量の変化勾配より安定する瞬時流量推定値を求める流量推定手段と、前記流量推定手段で求めた瞬時流量推定値が前記流量記憶手段の異常流量判定値以上と判定時異常と判定する異常判定手段と、前記異常判定手段により異常と判定時媒体供給を停止する遮断手段とからなる。

そしてガス遮断装置の下流側に接続されたガステーブル、ガスファンヒータ、ガスヒートポンプ式エアコン（ＧＨＰ）や給湯器迄の配管や、器具に接続されるホース等が何らかの原因で外れたり、破壊されたりして異常な流量でガスが噴出するが、予め流量記憶手段に異常流量値を記憶しておき、流量演算手段で求めた瞬時流量より本来の安定すべき瞬時流量の推定値を求めて異常値と比較するので、異常な漏洩と判定し直ちに遮断手段によりガス供給を停止するので、異常流量判定に長時間要することなく、その結果ガス漏洩により最悪爆発や火災などに事故に至るという不具合がおきることなく、複数の遮断値を持つことなく本来の基準等で規定の遮断値で正確に即座に遮断できるので最悪の爆発や火災等の危険性がなく安全性や信頼性が極めて向上する。請求項２に記載の発明は、請求項１項記載のガス遮断装置の手段の全てもしくは一部をコンピュータに実行させるためのプログ
ラムである。

そして、プログラムであるのでマイコン等を用いて本発明の遮断装置の一部あるいは全てを容易に実現することができる。また記録媒体に記録したり通信回線を用いてプログラムを配信したりすることでプログラムの配布やインストール作業が簡単にできる。

以下、本発明の第１の実施例を図１を参照して説明する。図１において、図２と同一機能を有する構成要素に関しては同一番号を付した。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施例のガス遮断装置で、８は流速検出手段で、ＬＰ等のガス媒体の流路１に対向設置された上流側振動子２、下流側振動子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より使用ガスの流速を検出する。流速検出手段８の一例として次の様な方法がある。即ち流速検出手段８は、切替手段９と、送信手段１０と、受信手段１１と、繰返手段１２と、伝搬時間計測手段１３とからなる。送信手段１０と受信手段１１とは切替手段９に接続され、切替手段９はまず送信手段１０を上流側振動子２に、受信手段１１を下流側振動子３に接続し、次は送信手段１０を下流側振動子３に、受信手段１１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１０と受信手段１１の接続先を切り替える。繰返手段１２は切替手段９により上流側振動子２に受信手段１１を、一方下流側振動子３に送信手段１０を接続された時、送信手段１０から発信された超音波信号は上流側振動子２より流路１を経て下流側振動子３から受信手段１１で受信されるが、超音波信号の送信から受信迄を繰り返し行い、更に伝搬時間計測手段１３でその間の信号伝搬時間を計測する動作を繰り返し行うが、回数は１回から任意の複数回を変えられる。伝搬時間計測手段１３は超音波信号の送信から受信までの時間を計測し累積する。次に切替手段９により下流側振動子３に受信手段１１を、上流側振動子２に送信手段１０が接続され、前述の動作を繰り返し行う。伝搬時間計測手段２１は最初受信し求めた伝搬時間と、次に切替手段９により切り替えた後計測した信号伝搬時間とから伝搬時間差を求める。

１４は流量演算手段で、求めた伝搬時間より流速を求め更に瞬時流量に換算する。１５は流量推定手段で、流量演算手段１４からの瞬時流量より単位時間当たりの流量変化値を求め、即ち瞬時流量の微分値より到達する瞬時流量を推定する。１６は流量異常記憶手段で、ホース抜け等の異常流量値や通常のガス器具等の使用流量ではない異常流量判定値を記憶する。１７は異常判定手段で、流量推定手段１５で求めた瞬時流量推定値と流量異常記憶手段１６に記憶した異常流量判定値とを比較し異常流量かどうかを判定し、異常流量値を超えているならばホース抜け等の異常流量と判定する。この時器具により使用開始時一旦ピークを検出した後下がり安定するが、このピーク検出と流量推定値で判定する。最初から異常状態でピークを検出することなく瞬時流量推定値が安定した値を示した場合、その流量推定値で異常判定を行う。

１８は遮断手段で、異常判定手段１７で異常流量状態と判定時、遮断信号が出力されガス流路１を遮断する。１９は報知手段で、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を駆動した場合遮断状態や遮断内容を報知手段の液晶表示素子等に表示すると共にガスの安全監視を行っているセンタに電話回線などで通報する。

次に上記構成の動作を説明する。通常ＬＰＧ容器から高圧ホースで圧力調整器に接続され、その下流側にガス遮断装置は設置される。ガス遮断装置の流体管路１は長い配管の一部であり、こうした中で上流側振動子２、および下流側振動子３とが斜向設置され超音波の伝搬により流量計測を行う。ガス遮断装置の下流側にガス消費器具、例えばガスヒートポンプエアコン（ＧＨＰ）やファンヒータ、ストーブ等の暖房器具、風呂やキッチンにお湯を供給する給湯器、ガステーブル等の調理器具に接続される。

ここで流速検出手段８の一例の動作を説明する。流路（ガス配管）１内で、斜向設置された上流側振動子２、および下流側振動子３との間で超音波信号を送受信する。切替手段９により上流側振動子２に送信手段１０が接続され、一方受信手段１１に下流側振動子３が接続され、送信手段１０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を介し受信する。この動作を繰返手段１２で設定された回数だけ行う。送信手段１０より発射された超音波信号を受信手段１１が受信する迄の伝搬時間を累積し、その時間を伝搬時間計測手段１３で求める。

次に、切替手段９は下流側振動子３に送信手段１０を接続し上流側振動子２に受信手段１１を接続する。送信手段１０より超音波信号を出力し下流側振動子３を介し流路１を経て上流側振動子２に接続された受信手段１１で信号受信する。前述同様に繰返手段１２で設定された回数だけ行う。送信手段１０より発射された超音波信号を受信手段１１が受信する迄の伝搬時間を伝搬時間計測手段１３で累積し求め、更に上流から下流へ超音波信号を発射した時の伝搬時間と、下流から上流へ発射した時の伝搬時間とから伝搬時間差を求める。流量演算手段１４で伝搬時間計測手段１３で求めた伝搬時間を流速値Ｖに換算し、次に流量値Ｑに換算する。

次に、流量演算手段１４で求めた瞬時流量より流量推定手段１５で流量の変化勾配、即ち微分値を求めこの先の安定するとする瞬時流量値を推定する。流量異常記憶手段１６に予め記憶された流量異常判定値と瞬時流量推定値とを異常判定手段１７で比較する。流量記憶手段１６で、予め給湯器等の大流量器具、ガス乾燥機、５号瞬間湯沸器、ファンヒータ等の暖房器具、ガステーブルの等の調理器具等が全て使用される、或いは複数使用される場合の流量合計値より大きな流量値を異常流量として設定している。異常判定手段１７では推定した瞬時流量が異常な判定流量以上かどうかを判定する。器具の使用開始時、一般的に初期圧力が高く一時的に大流量に達した後、流量が下がり安定化する傾向がある。流量推定手段１５は、流量有状態を検出後プラス勾配の流量変化を検出し、その推定ピーク値が遮断値を超えていても異常判定手段１７ではその瞬時流量では判定しない。流量推定手段１５でピークを検出後、その後すぐ流量が下がるが、その流量の微分値より安定化する流量を推定する。異常判定手段１７は流量推定手段１５よりピーク信号と流量推定値とを入力し、その瞬時流量推定値で異常判定する。特に器具使用中に誤って接続ホースが外れ異常な流量が流れたり、配管が何らかの原因で破壊され、異常な流量が噴出したりすると、流速検出手段８での流量計測サンプリングごとの瞬時流量値がピーク値より下がっても早く安定するが、流量推定手段１５はこの状態を微分値で推定することにより早期に流量の安定しようとする値を求める。即ち推定し安定した瞬時流量推定値が異常判定流量値より超えたのを早期に異常判定手段１７で判定するため、移動平均流量による異常判定より早く遮断判定が可能である。

異常判定手段１７から異常と判定された時遮断信号が遮断手段１８に出力されガス流路１を遮断する。遮断すると遮断状態や遮断内容を報知手段１９の液晶表示素子等に表示すると共にガスの安全監視を行っているセンタに電話回線などを介し通信電文で通報する。

このようにしてガス遮断装置が設置された配管１中の流量計測時、流速検出手段８による異常な瞬時流速を連続して検出し流量演算手段１４で換算し、流量推定手段１５で求めた瞬時流量推定値より安定すると推定される瞬時流量を求め、流量記憶手段１６に予め記憶した瞬時流量値と比較し超えているのを検出すると、器具等の通常使用する流量ではないと判定し直ちに検出して遮断信号を出力しており、かつ器具の使用開始時のピークを検出しその後の安定する流量を推定し、その推定値が異常かどうかを早期に判定する為、器具による特性によって誤遮断することなく、瞬時流量で本来の遮断すべき基準で判定し、早期に遮断するので、何らかの原因で異常流量が噴出し結果部屋にガスが充満しガス爆発
あるいは火災などの最悪な異常状態に至ることなく、直ちにガス供給を遮断するので早期に異常状態を判定することができ安全性や信頼性が向上する。

以上のように、本発明にかかるガス遮断装置は、超音波を用いて配管内を流れる各種媒体、例えば水などの液体を計測する水道メータや、電気量を計測し使用量を積算する電力計等の用途にも適用できる。

本発明の実施例１のガス遮断装置の制御ブロック図 従来のガス遮断装置の制御ブロック図

８ 流速検出手段
１４ 流量演算手段
１５ 流量推定手段
１６ 流量記憶手段
１７ 異常判定手段
１８ 遮断手段

Claims (2)

1. 媒体内の信号伝搬時間を計測し流速を検出する流速検出手段と、前記流速検出手段で検出した流速より瞬時流量に換算する流量演算手段と、使用器具等の異常流量判定値を記憶する流量異常記憶手段と、前記流量演算手段で求めた瞬時流量よりピーク流量を検出した後の流量の変化勾配より安定する瞬時流量推定値を求める流量推定手段と、前記流量推定手段で求めた瞬時流量推定値が前記流量記憶手段の異常流量判定値以上と判定時異常と判定する異常判定手段と、前記異常判定手段により異常と判定時媒体供給を停止する遮断手段とを備えたガス遮断装置。
2. 請求項１項記載の遮断装置の手段の全てもしくは一部としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
   

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