(57)【要約】【課題】  従来よりもコンパクトな設置スペースで、温度が異なる複数の液体の流速及び／又は流量を計測することが可能な超音波流量計及び給湯システムの提供を目的とする。【解決手段】  本発明の超音波流量計１０によれば、共通の１つの演算処理部１８において、常温水に関する計測値（流速・流量・温度）と常温水を加熱してなる加熱水に関する計測値との両方を算出することができるので、超音波流量計１０の大きさを、従来の翼車式の流量計を単に２つ合わせただけのものよりも小さくすることができ、設置スペースを従来よりも小さく抑えることができる。また、加熱水の使用による消費熱量を、常温水と加熱水との温度差と加熱水の流量（使用量）とから算出するので、常温水の温度が変動した場合でも、加熱水の使用によって消費された熱量を正確に求めることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が流れる第１の流路に備えられた第１計測部と、
前記第１の流路を流れる液体とは温度が異なる液体が流れる第２の流路に備えられた第２計測部と、
前記第１計測部と前記第２計測部とのそれぞれに備えられて、前記流路の上流側と下流側とに分けて配置されると共に、前記液体の流れに沿った順方向と流れに逆行した逆方向との両方向で超音波を送受信する１対の超音波送受波器と、
前記１対の超音波送受波器の間における前記順方向及び前記逆方向の超音波の到達時間の差を算出する演算部と、
前記第１計測部と前記第２計測部とを交互に切り替えて前記演算部に接続する切り替え手段とを備え、
前記演算部は、前記第１計測部に接続した場合に超音波の到達時間差に基づいて前記第１の流路を流れる液体の流速及び／又は流量を算出すると共に、前記第２計測部に接続した場合に超音波の到達時間差に基づいて前記第２の流路を流れる液体の流速及び／又は流量を算出するように構成したことを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記第２の流路には常温の液体が流され、
前記第１の流路には前記常温の液体を加熱した液体が流されかつ、
前記第１の流路を流れる液体の流量をＷ１とし、
前記第１の流路を流れる液体の温度をＰ１とし、
前記第２の流路を流れる液体の温度をＰ２とし、
熱量をＱとした場合に、
前記演算部は、
Ｑ＝（Ｐ１−Ｐ２）・Ｗ１
上記関係式から、熱量Ｑを求めるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
加熱した液体を前記第１の流路によって所定の部位に供給し、その液体のうち、前記所定の部位で一部が消費された残りの前記液体を前記第２の流路で回収しかつ、
前記第１の流路を流れる液体の流量をＷ１とし、
前記第２の流路を流れる液体の流量をＷ２とし、
前記第１の流路を流れる液体の温度をＰ１とし、
熱量をＱとした場合に、
前記演算部は、
Ｑ＝Ｐ１・（Ｗ１−Ｗ２）
上記関係式を利用して、熱量Ｑを演算するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項４】
加熱した液体を前記第１の流路によって所定の部位に供給し、その液体のうち、前記所定の部位で熱を奪われた残りの前記液体を前記第２の流路で回収しかつ、
前記第２の流路を流れる液体の流量をＷ２とし、
前記第１の流路を流れる液体の温度をＰ１とし、
前記第２の流路を流れる液体の温度をＰ２とし、
熱量をＱとした場合に、
前記演算部は、
Ｑ＝（Ｐ１−Ｐ２）・Ｗ２
上記関係式を利用して、熱量Ｑを演算するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項５】
加熱した液体を前記第１の流路によって所定の部位に供給し、その液体のうち、前記所定の部位で熱を奪われ又は一部が消費された残りの前記液体を前記第２の流路で回収しかつ、
前記第１の流路を流れる液体の流量をＷ１とし、
前記第２の流路を流れる液体の流量をＷ２とし、
前記第１の流路を流れる液体の温度をＰ１とし、
前記第２の流路を流れる液体の温度をＰ２とし、
熱量をＱとした場合に、
前記演算部は、
Ｑ＝Ｐ１・Ｗ１−Ｐ２・Ｗ２
上記関係式を利用して、熱量Ｑを演算するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項６】
前記演算部にて算出された前記第１の流路を流れる液体の流速及び／又は流量と、前記第２の流路を流れる液体の流速及び／又は流量と、前記熱量とを通信回線に出力する共通の出力手段を備えたことを特徴とする請求項２乃至５の何れかに記載の超音波流量計。
【請求項７】
前記演算部にて算出された前記第１の流路を流れる液体の流速及び／又は流量と、前記第２の流路を流れる液体の流速及び／又は流量と、前記熱量とを表示する共通の表示部を備えたことを特徴とする請求項２乃至６の何れかに記載の超音波流量計。
【請求項８】
前記第１の流路の途中に接続されて、前記第１の流路の一部を構成する第１流路構成部と、
前記第２の流路の途中に接続されて、前記第２の流路の一部を構成する第２流路構成部とが備えられ、
前記第１計測部に備えた前記１対の超音波送受波器は、前記第１流路構成部に配設されると共に、前記第２計測部に備えられた前記１対の超音波送受波器は、前記第２流路構成部に配設されたことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の超音波流量計。
【請求項９】
前記第１計測部及び前記第２計測部に備えられた前記１対の超音波送受波器をそれぞれ前記第１の流路及び前記第２の流路における前記液体の流れ方向と平行に並べ、
前記順方向の超音波の到達時間をＴ１とし、
前記逆方向の超音波の到達時間をＴ２とし、
前記超音波送受波器同士の間隔をｄとし、
超音波の伝播速度をＣとした場合に、前記演算部は、
１／Ｔ１＋１／Ｔ２＝２Ｃ／ｄ
上記関係式を利用して前記伝播速度Ｃを演算し、前記第１の流路を流れる液体及び前記第２の流路を流れる液体の温度を前記伝播速度Ｃの関係式から求めるように構成したことを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の超音波流量計。
【請求項１０】
前記第１計測部及び前記第２計測部の計測値が、共に予め設定された各数値範囲内にあるか否かを判定する計測値判定手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の超音波流量計。
【請求項１１】
前記第１計測部の計測値と前記第２計測部の計測値との比率が、予め設定された数値範囲内にあるか否かを判定する比率判定手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載の超音波流量計。
【請求項１２】
前記比率判定手段によって計測値の比率が判定される前記第１計測部及び前記第２計測部は、共通の機器に連絡された前記第１の流路及び前記第２の流路に配置されたことを特徴とする請求項１１に記載の超音波流量計。
【請求項１３】
請求項２に記載の超音波流量計を備え、
前記第２の流路に流される液体は、常温水であり、
前記第１の流路に流される液体は、前記常温水を加熱してなる温水又は熱湯であることを特徴とする給湯システム。
【請求項１４】
請求項３乃至５の何れかに記載の超音波流量計を備え、
前記第１の流路及び前記第２の流路に流される液体は、温水又は熱湯であることを特徴とする給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波流量計及び給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
給湯設備を備えた住宅では、水道水用配管とは別に、給湯設備に接続された温水用配管が備えられている。そして、これら配管にそれぞれ取り付けられた翼車式の流量メータによって、水道水の流量と温水の流量とが別々に計測されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、昨今の住宅事情から、流量メータの設置スペースのコンパクト化が検討されている。しかしながら、複数の翼車式の流量メータを一体化することは、構造上困難であるため、水道水用と温水用とで、流量メータの設置スペースがそれぞれ必要とされ、コンパクト化は困難であった。なお、本願発明に関係する先行技術文献は発見できなかった。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来よりもコンパクトな設置スペースで、温度が異なる複数の液体の流速及び／又は流量を計測することが可能な超音波流量計及び給湯システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１に係る超音波流量計は、液体が流れる第１の流路に備えられた第１計測部と、第１の流路を流れる液体とは温度が異なる液体が流れる第２の流路に備えられた第２計測部と、第１計測部と第２計測部とのそれぞれに備えられて、流路の上流側と下流側とに分けて配置されると共に、液体の流れに沿った順方向と流れに逆行した逆方向との両方向で超音波を送受信する１対の超音波送受波器と、１対の超音波送受波器の間における順方向及び逆方向の超音波の到達時間の差を算出する演算部と、第１計測部と第２計測部とを交互に切り替えて演算部に接続する切り替え手段とを備え、演算部は、第１計測部に接続した場合に超音波の到達時間差に基づいて第１の流路を流れる液体の流速及び／又は流量を算出すると共に、第２計測部に接続した場合に超音波の到達時間差に基づいて第２の流路を流れる液体の流速及び／又は流量を算出するように構成したところに特徴を有する。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の超音波流量計において、第２の流路には常温の液体が流され、第１の流路には常温の液体を加熱した液体が流されかつ、第１の流路を流れる液体の流量をＷ１とし、第１の流路を流れる液体の温度をＰ１とし、第２の流路を流れる液体の温度をＰ２とし、熱量をＱとした場合に、演算部は、
Ｑ＝（Ｐ１−Ｐ２）・Ｗ１
上記関係式から、熱量Ｑを求めるように構成したところに特徴を有する。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１に記載の超音波流量計において、加熱した液体を第１の流路によって所定の部位に供給し、その液体のうち、所定の部位で一部が消費された残りの液体を第２の流路で回収しかつ、第１の流路を流れる液体の流量をＷ１とし、第２の流路を流れる液体の流量をＷ２とし、第１の流路を流れる液体の温度をＰ１とし、熱量をＱとした場合に、演算部は、
Ｑ＝Ｐ１・（Ｗ１−Ｗ２）
上記関係式を利用して、熱量Ｑを演算するように構成したところに特徴を有する。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１に記載の超音波流量計において、加熱した液体を第１の流路によって所定の部位に供給し、その液体のうち、所定の部位で熱を奪われた残りの液体を第２の流路で回収しかつ、第２の流路を流れる液体の流量をＷ２とし、第１の流路を流れる液体の温度をＰ１とし、第２の流路を流れる液体の温度をＰ２とし、熱量をＱとした場合に、演算部は、
Ｑ＝（Ｐ１−Ｐ２）・Ｗ２
上記関係式を利用して、熱量Ｑを演算するように構成したところに特徴を有する。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項１に記載の超音波流量計において、加熱した液体を第１の流路によって所定部位に供給し、その液体のうち、所定部位で熱を奪われ又は一部が消費された残りの液体を第２の流路で回収しかつ、第１の流路を流れる液体の流量をＷ１とし、第２の流路を流れる液体の流量をＷ２とし、第１の流路を流れる液体の温度をＰ１とし、第２の流路を流れる液体の温度をＰ２とし、熱量をＱとした場合に、演算部は、
Ｑ３＝Ｐ１・Ｗ１−Ｐ２・Ｗ２
上記関係式を利用して、熱量Ｑを演算するように構成したところに特徴を有する。
【００１０】
請求項６の発明は、請求項２乃至５の何れかに記載の超音波流量計において、演算部にて算出された第１の流路を流れる液体の流速及び／又は流量と、第２の流路を流れる液体の流速及び／又は流量と、熱量とを通信回線に出力する共通の出力手段を備えたところに特徴を有する。
【００１１】
請求項７の発明は、請求項２乃至６の何れかに記載の超音波流量計において、演算部にて算出された第１の流路を流れる液体の流速及び／又は流量と、第２の流路を流れる液体の流速及び／又は流量と、熱量とを表示する共通の表示部を備えたところに特徴を有する。
【００１２】
請求項８の発明は、請求項１乃至７の何れかに記載の超音波流量計において、第１の流路の途中に接続されて、第１の流路の一部を構成する第１流路構成部と、第２の流路の途中に接続されて、第２の流路の一部を構成する第２流路構成部とが備えられ、第１計測部に備えた１対の超音波送受波器は、第１流路構成部に配設されると共に、第２計測部に備えられた１対の超音波送受波器は、第２流路構成部に配設されたところに特徴を有する。
【００１３】
請求項９の発明は、請求項１乃至８の何れかに記載の超音波流量計において、第１計測部及び第２計測部に備えられた１対の超音波送受波器をそれぞれ第１の流路及び第２の流路における液体の流れ方向と平行に並べ、順方向の超音波の到達時間をＴ１とし、逆方向の超音波の到達時間をＴ２とし、超音波送受波器同士の間隔をｄとし、超音波の伝播速度をＣとした場合に、演算部は、
１／Ｔ１＋１／Ｔ２＝２Ｃ／ｄ
上記関係式を利用して伝播速度Ｃを演算し、第１の流路を流れる液体及び第２の流路を流れる液体の温度を伝播速度Ｃの関係式から求めるように構成したところに特徴を有する。
【００１４】
請求項１０の発明は、請求項１乃至９の何れかに記載の超音波流量計において、第１計測部及び第２計測部の計測値が、共に予め設定された各数値範囲内にあるか否かを判定する計測値判定手段を備えたところに特徴を有する。
【００１５】
請求項１１の発明は、請求項１乃至１０の何れかに記載の超音波流量計において、第１計測部の計測値と第２計測部の計測値との比率が、予め設定された数値範囲内にあるか否かを判定する比率判定手段を備えたところに特徴を有する。
【００１６】
請求項１２の発明は、請求項１１に記載の超音波流量計において、比率判定手段によって計測値の比率が判定される第１計測部及び第２計測部は、共通の機器に連絡された第１の流路及び第２の流路に配置されたところに特徴を有する。
【００１７】
請求項１３に係る給湯システムは、請求項２に記載の超音波流量計を備え、第２の流路に流される液体は、常温水であり、第１の流路に流される液体は、常温水を加熱してなる温水又は熱湯であるところに特徴を有する。
【００１８】
請求項１４に係る給湯システムは、請求項３乃至５の何れか記載の超音波流量計を備え、第１の流路及び第２の流路に流される液体は、温水又は熱湯であるところに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１９】
［請求項１の発明］
上記のように構成した請求項１に係る発明によれば、演算部では、第１計測部と第２計測部とのうち、切り替え手段によって接続された方に備えられた超音波送受波器における超音波の到達時間の差に基づいて、流速及び又は流量を算出する。つまり、温度の異なる２つの液体の流速及び／又は流量を、１つの共通の演算部で算出することができる。従って、流量計の大きさを、従来の翼車式の流量計を単に２つ合わせたものよりも小さくすることができ、設置スペースを従来よりも小さく抑えることができる。さらに、流路毎に個別に演算部を設けた場合に比較して、演算部に掛かる部品コストを削減することができる。
【００２０】
［請求項２の発明］
請求項２の発明によれば、第２の流路に流された常温の液体の温度をＰ２とし、第１の流路に流された常温の液体を加熱した液体の流量をＷ１、温度をＰ１とし、熱量をＱとした場合に、演算部は、
Ｑ＝（Ｐ１−Ｐ２）・Ｗ１
上記関係式から、熱量Ｑを演算する。つまり、常温の液体と加熱した液体との温度差に基づいて、加熱した液体が消費されたことによる熱量の消費量を求めることができる。従って、常温の液体の温度が変動した場合でも、加熱した液体の消費による消費熱量を正確に算出することができる。
【００２１】
［請求項３の発明］
請求項３の発明によれば、加熱した液体を第１の流路によって所定の部位に供給し、その液体のうち、所定の部位で一部が消費された残りの液体を第２の流路で回収する構成において、第１の流路を流れる液体の流量をＷ１とし、第２の流路を流れる液体の流量をＷ２とし、第１の流路を流れる液体の温度をＰ１とし、熱量をＱとした場合に、演算部は、
Ｑ＝Ｐ１・（Ｗ１−Ｗ２）
上記関係式を利用して、熱量Ｑを演算する。つまり、所定部位において加熱した液体の一部が消費されかつ、第１の流路を流れる液体の温度Ｐ１と第２の流路を流れる液体の温度Ｐ２とが一致又は近似している場合の消費熱量を算出することができる。
【００２２】
［請求項４の発明］
請求項４の発明によれば、加熱した液体を第１の流路によって所定の部位に供給し、その液体のうち、所定の部位で熱を奪われた残りの液体を第２の流路で回収する構成において、第２の流路を流れる液体の流量をＷ２とし、第１の流路を流れる液体の温度をＰ１とし、第２の流路を流れる液体の温度をＰ２とし、熱量をＱとした場合に、演算部は、
Ｑ＝（Ｐ１−Ｐ２）・Ｗ２
上記関係式を利用して、熱量Ｑを演算する。つまり所定部位において加熱した液体の熱が奪われ、かつ第１の流路における流量Ｗ１と第２の流路における流量Ｗ２とが一致又は近似している場合の消費熱量を算出することができる。
【００２３】
［請求項５の発明］
請求項５の発明によれば、加熱した液体を第１の流路によって所定の部位に供給し、その液体のうち、所定の部位で熱を奪われ又は一部が消費された残りの液体を第２の流路で回収する構成において、第１の流路を流れる液体の流量をＷ１、温度をＰ１とし、第２の流路を流れる液体の流量をＷ２、温度をＰ２とし、熱量を熱量をＱとした場合に、演算部は、
Ｑ＝Ｐ１・Ｗ１−Ｐ２・Ｗ２
上記関係式を利用して、熱量Ｑを演算する。つまり、所定部位において加熱した液体の熱が奪われたり、加熱した液体の一部が消費されたことによる消費熱量を算出することができる。
【００２４】
［請求項６の発明］
請求項６の発明によれば、第１の流路を流れる液体の流速及び／又は流量と、第２の流路を流れる液体の流速及び／又は流量と、熱量とを１つの共通の通信手段で通信回線に出力できるので、流量計に通信手段を備えた場合でも、流量計の大型化を抑えることができ、しかも、通信手段に掛かる部品コストを抑えることができる。
【００２５】
［請求項７の発明］
請求項７の発明によれば、第１の流路を流れる液体の流速及び／又は流量と、第２の流路を流れる液体の流速及び／又は流量と、熱量とを１つの共通の表示部で表示することができるので、流量計に表示部を備えた場合でも、流量計の大型化を抑えることができ、しかも、表示部に掛かる部品コストを抑えることができる。
【００２６】
［請求項８の発明］
請求項８の発明によれば、超音波流量計は、第１流路構成部を第１の流路の途中に接続し、第２流路構成部を第２の流路の途中に接続するだけで超音波送受波器をそれぞれの流路に設置することができるので、超音波送受波器の各流路への設置を容易に行うことができる。
【００２７】
［請求項９の発明］
請求項９の発明によれば、順方向の超音波の到達時間をＴ１とし、逆方向の超音波の到達時間をＴ２とし、１対の超音波送受波器同士の間隔をｄとし、超音波の伝播速度をＣとした場合、演算部は
１／Ｔ１＋１／Ｔ２＝２Ｃ／ｄ
上記関係式を利用して伝播速度Ｃを演算し、第１の流路を流れる液体及び第２の流路を流れる液体の温度を伝播速度Ｃの関係式から求めることができる。これにより、温度を計測する機器を別途設けることなく、異なる流路を流れる液体の温度を測定することができる。
【００２８】
［請求項１０の発明］
請求項１０の発明によれば、第１計測部及び第２計測部の計測値が、共に予め設定された数値範囲内にあるか否かを判定することができる。
【００２９】
［請求項１１の発明］
請求項１１の発明によれば、第１計測部の計測値と第２計測部の計測値との比率が、予め設定された数値範囲内にあるか否かを判定することができる。
【００３０】
［請求項１２の発明］
請求項１２の発明によれば、比率判定手段による判定結果に基づいて、共通の機器の状態が正常であるか否かを判定することができる。
【００３１】
［請求項１３の発明］
請求項１３に係る発明によれば、第１の流路には、第２の流路に流れる常温水を加熱してなる温水又は熱湯が流れるので、温水又は熱湯を使用することで消費された熱量を、常温水と温水又は熱湯との温度差に基づいて算出することができる。従って、常温水の温度が変動した場合でも、温水又は熱湯を消費したことによる消費熱量を正確に算出することができる。
【００３２】
［請求項１４の発明］
請求項１４の発明によれば、第１の流路から所定の部位に供給された温水又は熱湯のうち、所定の部位において熱を奪われたり、一部が消費されたことによる消費熱量を算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図１には、本発明を適用した超音波流量計１０を備えた給湯システムの全体が示されている。本実施形態の給湯システムに備えられた給湯機器６０は、上水道５５から供給された常温水を加熱して温水又は熱湯（以下これらを纏めて「加熱水」という）を作っている。
【００３４】
超音波流量計１０は、上水道５５から延びた水道管５０（本発明の「第２の流路」に相当する）と給湯機器６０に接続された給湯管５１（本発明の「第１の流路」に相当する）とのそれぞれの途中部分に取り付けられて、水道管５０に流れる常温水及び給湯管５１に流れる加熱水の流量を計測する。そして、超音波流量計１０には、１対の水道管結合部１３，１３と、１対の給湯管結合部１５，１５とが備えられている。
【００３５】
１対の水道管結合部１３，１３の一方には、例えば住居内に延びた水道管５０Ａが接続され、他方の水道管結合部１３に、例えば上水道５５から延びた水道管５０Ｂが接続されている。そして、水道管５０Ａに備えられた給水口５６から常温水が放出され、そのときの常温水の流量が計測される。
【００３６】
給湯管結合部１５，１５の一方には、例えば住居内に延びた給湯管５１Ａが接続され、他方の給湯管結合部１５に、給湯機器６０から延びた給湯管５１Ｂが接続されている。そして、給湯管５１Ａに備えられた給湯口５７から加熱水が放出され、そのときの加熱水の流量が計測される。
【００３７】
超音波流量計１０には、両水道管結合部１３，１３の間を繋ぐように常温水流路１１（本発明の「第２流路構成部」に相当する）が設けられており、常温水流路１１の中間部分には、水の流れ方向に沿って１対の超音波送受波器２０Ａ，２０Ｂが設けられている。これら超音波送受波器２０Ａ，２０Ｂは、図２に示すように、コントロール部４４からの送受切替信号によって制御され、一方が送波器になると他方が受波器になり、所定のタイミングでそれら送波器と受波器とが切り替えられる。そして、受波器としての超音波送受波器２０Ａ，２０Ｂの検出信号が増幅回路２５を介してクロックカウンタ１７に取り込まれている。
【００３８】
同様に、両給湯管結合部１５，１５の間には、加熱水流路１２（本発明の「第１流路構成部」に相当する）が設けられており、その加熱水流路１２の中間部分には、加熱水の流れ方向に沿って１対の超音波送受波器３０Ａ，３０Ｂが設けられている。これら超音波送受波器３０Ａ，３０Ｂも、コントロール部４４によって制御され（図２を参照）、所定のタイミングで送波器と受波器とが切り替えられる。そして、受波器としての超音波送受波器３０Ａ，３０Ｂの検出信号が増幅回路２５を介してクロックカウンタ１７に取り込まれている。なお、常温水流路１１及び加熱水流路１２は、金属製の配管で構成してもよいが、可撓性を有するフレキシブル配管を用いると、水道管５０及び給湯管５１への取り付け作業がさらに容易となる。また、各住宅において水道管５０と給湯管５１との相対位置にばらつきがあった場合でも、各流路１１，１２を水道管５０及び給湯管５１に取り付けることができる。
【００３９】
クロックカウンタ１７は、上流側の超音波送受波器２０Ａ，３０Ａから発信した超音波を下流側の超音波送受波器２０Ｂ，３０Ｂで受信する迄の時間（順方向到達時間）と、下流側の超音波送受波器２０Ｂ，３０Ｂから発信した超音波を上流側の超音波送受波器２０Ａ，３０Ａで受信する迄の時間（逆方向到達時間）とをカウントする。
【００４０】
クロックカウンタ１７にてカウントされた順・逆両方向の到達時間は、演算処理部１８（本発明の「演算部」に相当する）に送信される。演算処理部１８では順方向到達時間と逆方向到達時間との差を算出し、これに基づいて水道管５０及び給湯管５１内を流れる常温水及び加熱水の流速・流量を算出する。演算処理部１８における演算結果は、表示器４３（本発明の「表示部」に相当する）に出力され、常温水及び加熱水の流速・流量が表示される。
【００４１】
また、演算処理部１８には、通信処理部４１（本発明の「出力手段」に相当する）が接続されており、通信処理部４１を通して演算処理部１８と管理センター４５との間でデータの送受信を行うことができる。具体的には、通信処理部４１において、演算処理部１８から入力した常温水及び加熱水の流速値及び流量値がＤ／Ａ変換されて通信回線４６に出力される。
【００４２】
上記したクロックカウンタ１７、演算処理部１８、通信処理部４１、表示器４３及びコントロール部４４は、超音波流量計１０の電子回路基板４０に実装されている。そして、超音波流量計１０に備えた電源部４２から電子回路基板４０に電力が供給されている。これら、電子回路基板４０及び電源部４２は、図示しないケース内に収容されている。
【００４３】
次に本実施形態の超音波流量計１０の動作について説明する。
コントロール部４４は、計測器切替スイッチＳＷ５を制御して、超音波の送受信を行う超音波送受波器を選択する。コントロール部４４からの計測器切替信号によって計測器切替スイッチＳＷ５が切り替わり、例えば、図２に示すようにコントロール部４４が送波回路２３に接続されると、常温水流路１１に備えられた超音波送受波器２０Ａ，２０Ｂの間で超音波の送受信が行われる。具体的には、コントロール部４４は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御して、まずは図２に示すように、上流側の超音波送受波器２０Ａを送波回路２３に接続しかつ下流側の超音波送受波器２０Ｂを受波回路２４に接続した状態にしてから、送波回路２３に送信指令信号を出力する。すると、送波回路２３が上流側の超音波送受波器２０Ａを駆動し、超音波が上流側の超音波送受波器２０Ａから下流側の超音波送受波器２０Ｂに送信されると同時に、クロックカウンタ１７がクロックパルスに基づいて時間計測を開始する。
【００４４】
上流側の超音波送受波器２０Ａから送信された信号は、所定時間後に下流側の超音波送受波器２０Ｂに受信される。すると、信号は下流側の超音波送受波器２０Ｂに接続された受波回路２４から増幅回路２５に入力し、ここで増幅されてクロックカウンタ１７に入力する。するとクロックカウンタ１７は、時間計測をストップして、その計測結果を演算処理部１８に出力し、０リセットされる。
【００４５】
演算処理部１８に計測結果が入力すると、送波回路２３は、上流側の超音波送受波器２０Ａの駆動をストップし、次にコントロール部４４から出力される送信指令信号の待ち状態になる。また、演算処理部１８からコントロール部４４に信号が送信され、コントロール部４４がこの信号の入力を起因として、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を駆動する。そして、送波回路２３を下流側の超音波送受波器２０Ｂに接続し、受波回路２４を上流側の超音波送受波器２０Ａに接続する。
【００４６】
次いで、コントロール部４４は、送波回路２３に送信指令信号を出力する。これにより、今度は、超音波の送信方向を逆向きにして上記した場合と同様の処理が行われる。そして、演算処理部１８において、常温水の流れに対する順方向と逆方向の両方向で計測されたクロックカウンタ１７のカウント値の差が求められ、このカウント値の差に基づいて水道管５０を流れる常温水の流速・流量が算出される。ここで、計測器切替スイッチＳＷ５によってコントロール部４４と送波回路２３とが接続されているときには、コントロール部４４からの送信指令信号が、送波回路３３に入力しないので、加熱水流路１２に備えられた超音波送受波器３０Ａ，３０Ｂの間では、超音波の送受信は行われない。
【００４７】
さて、以上の動作が１秒間に亘って繰り返されると、コントロール部４４から再び計測器切替信号が出力される。すると、計測器切替スイッチＳＷ５が切り替わって、コントロール部４４と送波回路３３とが接続される。これにより、加熱水流路１２に備えられた超音波送受波器３０Ａ，３０Ｂとの間で超音波の送受信が開始される。具体的には、図２に示すように、送波回路３３と上流側の超音波送受波器３０Ａとが接続され、受波回路３４と下流側の超音波送受波器３０Ｂとが接続される。そして、上流側の超音波送受波器３０Ａから下流側の超音波送受波器３０Ｂに信号が送信され、クロックカウンタ１７によって順方向における超音波の到達時間が計測される。次いで、コントロール部４４からの送受切替信号によってスイッチＳＷ３，ＳＷ４が切り替わって、下流側の超音波送受波器３０Ｂから上流側の超音波送受波器３０Ａに信号が送信され、クロックカウンタ１７によって逆方向における超音波の到達時間が計測される。そして、演算処理部１８にて加熱水の流れに対する順方向と逆方向の両方向で計測されたクロックカウンタ１７のカウント値の差が求められ、このカウント値の差に基づいて給湯管５１を流れる加熱水の流速・流量が算出される。なお、加熱水の流速・流量が算出されているときには、常温水流路１１に備えた超音波送受波器２０Ａ，２０Ｂの間において、超音波の送受信は行われない。
【００４８】
上述の動作を１秒間に亘って繰り返すと、再び計測器切替スイッチＳＷ５が切り替わって、常温水流路１１に備えられた超音波送受波器２０Ａ，２０Ｂの間で超音波の送受信が行われ、水道管５０を流れる常温水の流速・流量が算出される。つまり、水道管５０を流れる常温水の流速・流量と、給湯管５１を流れる加熱水の流速・流量とが１つの演算処理部１８において１秒毎に交互に算出される。なお、コントロール部４４とスイッチＳＷ５が本発明の「切り替え手段」に相当する。また、送波回路２３、受波回路２４、超音波送受波器２０Ａ，２０Ｂ及びスイッチＳＷ１，ＳＷ２の全体が本発明の「第２計測部」に相当し、送波回路３３、受波回路３４、超音波送受波器３０Ａ，３０Ｂ及びスイッチＳＷ３，ＳＷ４の全体が本発明の「第１計測部」に相当する。
【００４９】
ここで、演算処理部１８では、以下のようにして、常温水及び加熱水の温度を算出している。即ち、図３に示すように、上流側の超音波送受波器２０Ａ，３０Ａから下流側の超音波送受波器２０Ｂ，３０Ｂに向けて超音波を送信したときの、超音波の到達時間をＴ１とし、下流側の超音波送受波器２０Ｂ，３０Ｂから上流側の超音波送受波器２０Ａ，３０Ａに向けて超音波を送信したときの超音波の到達時間をＴ２とし、上流側の超音波送受波器２０Ａ，３０Ａと下流側の超音波送受波器２０Ｂ，３０Ｂとの間の距離をｄとした場合に、常温水及び加熱水中における音速Ｃは、以下の関係式
１／Ｔ１＋１／Ｔ２＝２Ｃ／ｄ
から算出される。そして、演算処理部１８では、例えば、理科年表等で公知な、水の温度と音速Ｃとの関係式又は関係曲線を反映したデータテーブルに基づいて、常温水や加熱水の温度を算出している。これにより、温度を計測する機器を別途必要とせずに液温を計測することができる。
【００５０】
さて、本実施形態の超音波流量計１０は、カロリーメータとしての機能も有する。即ち、演算処理部１８では、上述のようにして求められた常温水と加熱水の流量及び温度に基づいて、熱量を算出している。具体的には、加熱水の流量をＷ１とし、加熱水の温度をＰ１とし、常温水の温度をＰ２とし、熱量をＱとした場合に、演算処理部１８は、
Ｑ＝（Ｐ１−Ｐ２）・Ｗ１
上記式、即ち、常温水と加熱水との温度差（「Ｐ１−Ｐ２」）に基づいて加熱水を使用することで消費された熱量を算出する。ここで、常温水は、屋外に設けられた上水道５５から供給されるため、外気温によって温度が変動するが、本実施形態によれば、常温水の温度を実測しているので、常温水の温度が変化した場合でも、消費熱量を正確に算出することができる。そして、従来のように、常温水を一定の温度と仮定して消費熱量を算出していた場合と比較して、より適正な料金で加熱水を取引することができる。
【００５１】
さらには、給湯機器６０において、常温水から所定温度の加熱水を作る場合に、実測した常温水の温度をフィードバックすることで、最適な条件で給湯機器６０を運転させることも可能である。このようにすれば、例えば、常温水を加熱するための燃料の使用量を最適化することができる。
【００５２】
演算処理部１８にて算出された常温水及び加熱水の流速・流量・温度（以下これら３つを纏めて「計測値」という）と、加熱水の消費による消費熱量は、表示器４３にて表示されている。これにより、常温水と加熱水とで別々の表示器を設けた場合に比較して、超音波流量計１０の大型化を抑えることができると共に、表示器に掛かる部品コストを抑えることができる。また、常温水及び加熱水の両方の計測値と、加熱水使用による消費熱量とを同一の表示器４３にて確認できるので、検針業務の効率を向上することができる。なお、表示器４３に表示切替ボタンを備えておき、表示切替ボタンを押す毎に、常温水に関する計測値と加熱水に関する計測値と、加熱水使用による消費熱量とが切り替わって表示されるようにしてもよいし、流速・流量・温度・消費熱量の順に表示内容が切り替わるようにしてもよい。
【００５３】
さらに、演算処理部１８にて算出された常温水及び加熱水の計測値と、加熱水使用による消費熱量とは、通信処理部４１にも出力される。通信処理部４１は、演算処理部１８から入力した常温水及び加熱水の計測値と消費熱量とをＤ／Ａ変換して通信回線４６に出力する。ここで、通信処理部４１は、常温水及び加熱水の両方の計測値を出力可能なので、常温水と加熱水とで別々の通信処理部を設けた場合に比較して、超音波流量計１０の大型化を抑えることができると共に、通信処理部に掛かる部品コストを抑えることができる。そして、管理センター４５では、各住宅に備えられた超音波流量計１０からの常温水及び加熱水の計測値と、加熱水使用による消費熱量とを一括管理することができる。
【００５４】
このように本実施形態によれば、共通の１つの演算処理部１８において、常温水に関する計測値（流量・流速・温度）と常温水を加熱してなる加熱水に関する計測値（流量・流速・温度）との両方を算出することができるので、超音波流量計１０の大きさを、従来の翼車式の流量計を単に２つ合わせただけのものよりも小さくすることができ、設置スペースを従来よりも小さく抑えることができる。また、加熱水の使用による消費熱量を、常温水と加熱水との温度差と加熱水の流量（使用量）とから算出するので、常温水の温度が変動した場合でも、加熱水の使用によって消費された熱量を正確に求めることができる。
【００５５】
また、超音波流量計は、常温水流路１１の水道管結合部１３，１３を水道管５０Ａ，５０Ｂに接続し、加熱水流路１２の給湯管結合部１５，１５を給湯管５１Ａ，５１Ｂに接続するだけで超音波送受波器２０Ａ，２０Ｂと超音波送受波器３０Ａ，３０Ｂとをそれぞれ水道管５０と給湯管５１とに設置することができるので、超音波流量計１０の水道管５０及び給湯管５１への取付けが容易となる。
【００５６】
［第２実施形態］
図４は本発明の第２実施形態を示す。
この第２実施形態は、給湯システムの構成を上記第１実施形態とは異なる構成としたものである。その他の構成については上記第１実施形態と同じであるため、同じ構成については、同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５７】
本実施形態の給湯システムでは、給湯機器６０で作られた加熱水が循環流路７０によって循環されている。超音波流量計１０は、循環流路７０の途中、より詳細には、給湯機器６０に接続された送り側配管７１（本発明の「第１の流路」に相当する）と、送り側配管７１の下流側に備えられた戻り側配管７２（本発明の「第２の流路」に相当する）の途中とに取り付けられており、送り側配管７１及び戻り側配管７２に流れる加熱水の流量を計測している。
【００５８】
送り側配管７１と戻り側配管７２との間には、送り側配管７１を流れる加熱水の一部を循環流路７０外へ放出可能な取水部７３と、送り側配管７１から供給された加熱水の熱によって空調を行う空調機器７４とが備えられている。これにより、超音波流量計１０では、取水部７３及び空調機器７４に流入する前の加熱水の流量及び温度と、空調機器７４にて熱が奪われたり、取水部７３にて一部が消費された後の残りの加熱水の流量及び温度が計測される。なお、取水部７３及び空調機器７４が本発明の「所定の部位」に相当する。
【００５９】
さて、演算処理部１８では、送り側配管７１を流れる加熱水の流量及び温度と、戻り側配管７２を流れる加熱水の流量及び温度とから熱量を算出している。具体的には、送り側配管７１を流れる加熱水の流量をＷ１、温度をＰ１とし、戻り側配管７２を流れる加熱水の流量をＷ２、温度をＰ２とし、熱量をＱとした場合に、演算処理部１８は、
Ｑ＝Ｐ１・（Ｗ１−Ｗ２）    ・・・（１）
Ｑ＝（Ｐ１−Ｐ２）・Ｗ２    ・・・（２）
Ｑ＝Ｐ１・Ｗ１−Ｐ２・Ｗ２  ・・・（３）
上記（１）〜（３）の何れかの関係式に基づいて消費熱量を算出する。
【００６０】
例えば、送り側配管７１に流れる加熱水と戻り側配管７２に流れる使用済みの加熱水の温度が一致又は近似しかつ、送り側配管７１における流量Ｗ１と戻り側配管７２における流量Ｗ２が異なる場合には、上記関係式（１）に基づいて消費熱量Ｑが算出される。また、送り側配管７１における流量Ｗ１と戻り側配管７２における流量Ｗ２とが一致又は近似しかつ、送り側配管７１の加熱水の温度Ｐ１と戻り側配管７２の使用済みの加熱水の温度Ｐ２とが異なる場合には、上記関係式（２）に基づいて消費熱量Ｑが算出される。さらに、送り側配管７１と戻り側配管７２における流量（Ｗ１，Ｗ２）と温度（Ｐ１，Ｐ２）が共に異なる場合には、上記関係式（３）に基づいて消費熱量Ｑが算出される。つまり、送り側配管７１に流れる加熱水の熱量と、戻り側配管７２に流れる使用済みの加熱水の熱量との差を算出して、送り側配管７１を流れる加熱水の一部が消費されたり、空調機器７４で加熱水の熱が奪われたことによる消費熱量が算出される。なお、関係式（３）において、Ｐ１＝Ｐ２とした関係式は、関係式（１）と同義であり、Ｗ１＝Ｗ２とした関係式は関係式（２）と同義である。
【００６１】
本実施形態によれば、演算処理部１８は、超音波の伝播時間Ｃから温度を算出しているので、温度計を別途設けることなく、送り側配管７１及び戻り側配管７２を流れる加熱水の温度をそれぞれ算出することができる。しかも、送り側配管７１を流れる加熱水の流量と、戻り側配管７２を流れる加熱水の流量とが計測されるので、送り側配管７１と戻り側配管７２との間で加熱水の流量に変化があった場合、即ち、循環流路７０の途中で、加熱水の一部が循環流路７０の外部に放出された場合でも、消費熱量を正確に算出することができる。
【００６２】
さらには、取水部７３における加熱水の消費と空調機器７４の使用とが同時に行われたか、個別に行われたかを把握することができるので、給湯機器６０の運転状態をコントロールし易くなり、運転効率を向上させることができる。
【００６３】
［第３実施形態］
図５は本発明の第３実施形態を示す。この第３実施形態は、燃料電池システムに本発明の超音波流量計１０を備えた点が上記第１及び第２実施形態とは異なる。その他の構成については上記第１及び第２実施形態と同じであるため、同じ構成については、同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６４】
図５において符号１００は、所謂、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）システム（以下、単に「燃料電池システム」という）である。燃料電池システム１００は、改質器１０１、電池スタック１０３、インバータ１０４等の各種機器を備えてなる。
【００６５】
改質器１１０は、例えば、都市ガスを改質して水素ガスを生成し、生成した水素ガスを電池スタック１０３に供給する。電池スタック１０３は、供給された水素ガスと酸素ガスとを反応させて電気を発生させ、インバータ１０４に出力する。インバーター１０４は、電池スタック１０３から出力された直流の電気を交流に変換して出力する。
【００６６】
改質器１０１には、都市ガスが流れるガス供給配管１１０Ａが接続されると共に、ガス改質に使用される水及び空気が流れる水供給配管１１１及び空気供給配管１１２が接続されている。また、加熱用のバーナー１０２には、都市ガスを供給するためのバーナーガス配管１１０Ｂと、空気を供給するためのバーナー空気配管１１３が接続されている。
【００６７】
改質器１０１と電池スタック１０３との間は水素ガス配管１１４によって連結され、改質器１０１で生成された水素ガスは、この水素ガス配管１１４から電池スタック１０３に供給される。電池スタック１０３には、水素ガス配管１１４の他に、電池スタック１０３にて電気を発生させる際に残った水素ガスをバーナー１０２に供給するための残水素ガス配管１１５と、電池スタック１０３に供給された水素ガスや酸素ガスを加湿するための加湿器（図示せず）から延びた加湿用配管１１６が接続されている。
【００６８】
ところで、燃料電池システム１００には、電池スタック１０３から発生する熱を回収するための熱交換器１０５が備えられており、熱交換器１０５と電池スタック１０３との間に設けられた冷却用配管１１７内を冷却水が循環している。さらに、熱交換器１０５では、電池スタック１０３から回収した熱を利用して、例えば、常温水を加熱し温水が作られている。即ち、熱交換器１０５には、常温水用配管１１９が接続され、常温水が熱交換器１０５内に通される。熱交換器１０５を通過する間に、常温水は、熱交換器１０５が回収した熱によって暖められて温水又は熱湯（以下、これらを纏めて加熱水という）となり、加熱水用配管１１８によって貯湯タンク１０６に送られる。そして、この貯湯タンク１０６に貯留された加熱水が、例えば、住居内へ給湯される。
【００６９】
さて、本実施形態では、超音波流量計１０に備えた常温水流路１１（本発明の「第２流路構成部」に相当する）が、前記常温水用配管１１９及び改質用の水が流れる水供給配管１１１（本発明に係る「第２の流路」に相当する）の途中に接続されている。また、加熱水流路１２（本発明の「第１流路構成部」に相当する）が、冷却用配管１１７のうち電池スタック１０３から熱交換器１０５に向かう流路及び、前記加熱水用配管１１８（本発明に係る「第１の流路」に相当する）の途中に接続されている。そして、常温水流路１１に備えた超音波送受波器２０Ａ，２０Ｂとの間で超音波の送受信が行われ、演算処理部１８にて、熱交換器１０５に流れ込んだ常温水及び、改質器１０１に供給された改質用の水の流速・流量が演算されている。また、加熱水流路１２に備えた超音波送受波器３０Ａ，３０Ｂとの間で超音波の送受信が行われ、演算処理部１８にて、電池スタック１０３を通過することで加熱された冷却水と、熱交換器１０５から貯湯タンク１０６に送られた加熱水の流速・流量が演算されている。そして、演算処理部１８では、上記４つの配管１１１，１１７，１１８，１１９を流れる水の流量の比率が、予め設定された所定の数値範囲内であるか否かをチェックして、改質器１０１に流入する水及び熱交換器１０５に流入又は流出する水の流れが正常であるか否かを監視している。即ち、燃料電池システム１００における温度の異なる複数の液体の流れを監視している。なお、演算処理部１１８は、本発明の「比率判定手段」に相当し、熱交換器１０５は、本発明に係る「共通の機器」に相当する。
【００７０】
［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記第１〜第３実施形態では、液体としての水の流速・流量を計測していたが、水に限らず、他の液体を計測してもよい。
【００７１】
（２）上記第１及び第２実施形態では、常温水と加熱水又は、送り側配管７１における加熱水と戻り側配管７２における加熱水の計測値を、共通の表示器４３にて表示するように構成していたが、別々の表示器に表示するようにしてもよい。
【００７２】
（３）上記第１及び第２実施形態では、常温水流路１１又は戻り側配管７２に備えた超音波送受波器２０Ａ，２０Ｂと加熱水流路１２又は送り側配管７１に備えた超音波送受波器３０Ａ，３０Ｂとが１秒毎に切り替えられて駆動していたが、例えば、０．５秒毎に切り替えてもよいし、２秒毎に切り替えてもよい。
【００７３】
（４）上記第２実施形態における給湯システムでは、循環流路７０の途中に取水部７３が備えられていたが、取水部７３を備えていない構成、即ち、加熱水が完全に循環する構成でもよい。また、空調機器７４を備えず、取水部７３のみを備えた構成でもよい。
【００７４】
（５）前記第３実施形態では、演算処理部１８は、各配管１１１，１１７，１１８，１１９を流れる水の流量の比率が、所定の数値範囲内であるか否かをチェックしていたが、各配管１１１，１１７，１１８，１１９を流れる水の流量又は流速が何れも予め定められた所定の数値範囲内にあるか否かをチェックするようにしてもよい。この場合、演算処理部１８は、本発明の「計測値判定手段」に相当する。
【００７５】
（６）前記第３実施形態では、演算処理部１８は、４つの配管１１１，１１７，１１８，１１９を流れる水の流量の比率が予め設定された所定の数値範囲内であるか否かをチェックしていたが、これら４つの配管１１１，１１７，１１８，１１９のうちの何れか２つ又は３つの配管に流れる水の流量又は流速の比率が、所定の数値範囲内にあるか否かをチェックするようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る給湯システムのブロック図
【図２】超音波流量計のブロック図
【図３】超音波送受波器が備えられた流路の側断面図
【図４】本発明の第２実施形態に係る給湯システムのブロック図
【図５】第３実施形態に係る燃料電池システムのブロック図
【符号の説明】
【００７７】
１０    超音波流量計
１１    常温水流路（第２流路構成部）
１２    加熱水流路（第１流路構成部）
１８    演算処理部（演算部、計測値判定手段、比率判定手段）
２０Ａ，２０Ｂ    超音波送受波器
３０Ａ，３０Ｂ    超音波送受波器
４１    通信処理部（出力手段）
４３    表示器（表示部）
５０    水道管（第２の流路）
５１    給湯管（第１の流路）
７１    送り側配管（第１の流路）
７２    戻り側配管（第２の流路）
７３    取水部（所定の部位）
７４    空調機器（所定の部位）
１１１    水供給配管（第２の流路）
１１７    冷却用配管（第１の流路）
１１８    加熱水用配管（第１の流路）
１１９    常温水用配管（第２の流路）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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