(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体流路に設けられ超音波信号を発信受信する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子の発信受信の切換手段と、前記超音波振動子間相互の超音波伝達を複数回行う繰り返し手段と、超音波伝搬の累積時間を計測する計時手段と、前記計時手段の出力に基づいて流量を求める流量演算手段と、少なくとも前記流量演算手段で求めた流量から流体の使用状況を判断する使用状況判定手段と、前記使用状況判定手段の判断結果に基づき前記繰り返し手段の回数を設定する繰り返し設定手段と、前記流体流路を閉止から開成に切り替える復帰手段を備え、前記繰り返し設定手段は復帰手段動作後所定時間の繰り返し回数を通常の流体流路開成時の繰り返し回数より大とすると共に、前記使用状況判定手段は、前記復帰手段動作後所定時間の前記流量演算手段の出力が所定値以上であれば漏洩と判断する漏洩判定手段を備えた流量計測装置。
【請求項２】
漏洩判定手段が漏洩と判断した場合には開閉手段により流体流路を閉止する請求項１記載の流量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を利用してガスなどの流量を計測する流量計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の流量計測装置は、たとえば特開平４−３２８４２４号公報が知られており、図３に示すように、流体管路１の一部に超音波振動子２と３を流れの方向に相対して設け、振動子１から流れ方向に超音波を発生しこの超音波を振動子２で検出すると再び振動子１から超音波を発生させ、この繰り返しを行ってその時間を計測し、逆に振動子２から流れに逆らって超音波を発生し同様の繰り返し時間を計測し、この時間の差から流体の速度を演算していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の流量計測装置では計測のスタート信号はある一定の周波数かまたランダム関数を含めてある関数に決められており、流体が流れていない場合にも決められたサンプリング周波数で計測が行われていた。このため電力を使用する頻度が高く、電池駆動の場合短期間のうちに電池交換が必要になり消費電力の低減が課題となっていた。この課題を解決するため、直前の流量が小さくなるにしたがって計測周期を大とするが繰り返し回数を大として、計測精度を保ちながら消費電力を低減する方式が提案されている。
【０００４】
しかし、この様な計測装置に流量の使用状況に応じて流体の供給を停止する安全機能を組み合わせた場合、次のような課題があった。すなわち、繰り返し回数が直前の流量に依存するため、地震等の緊急時に正確な流量の判断が遅れてしまい、供給停止の判断が遅れたり、逆に、不必要な時に供給を停止してしまうケースがあり、安全性および使用者の使い勝手の点で課題があった。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するもので、安全性と使い勝手の向上を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、少なくとも流量演算手段で求めた流量から流体の使用状況を判断すると共に繰り返し設定手段で計測繰り返し回数を設定して計測を行い、異常時には開閉手段が流体流路を閉止して流体の供給を停止している。
【０００７】
したがって、地震などの緊急時には、繰り返し回数を大きくして、高分解能で計測を行うことにより、流体の使用状況を精度良く判断し、異常時には流体の供給を停止しているので、安全性と使い勝手の向上が実現できる。また、異常判定後、流体供給の再開を可能にした状態で計測繰り返し回数を大きくして、高分解能で計測することにより、特に装置下流側の漏れを精度良く判断することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に係る流量計測装置は、流体流路に設けられ超音波信号を発信受信する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子の発信受信の切換手段と、前記超音波振動子間相互の超音波伝達を複数回行う繰り返し手段と、超音波伝搬の累積時間を計測する計時手段と、前記計時手段の出力に基づいて流量を求める流量演算手段と、少なくとも前記流量演算手段で求めた流量から流体の使用状況を判断する使用状況判定手段と、前記使用状況判定手段の判断結果に基づき前記繰り返し手段の回数を設定する繰り返し設定手段と、前記流体流路を閉止から開成に切り替える復帰手段を備え、前記繰り返し設定手段は前記復帰手段動作後所定時間の繰り返し回数を通常の流体流路開成時の繰り返し回数より大とすると共に、前記使用状況判定手段は、前記復帰手段動作後所定時間の流量演算手段の出力が所定値以上であれば漏洩と判断する漏洩判定手段を備えた構成としている。そして、流体流路開成後の流量を高分解能で計測することにより、特に装置下流側の異常を精度良く判断することができる。
【０００９】
本発明の請求項２に係る流量計測装置は、漏洩判定手段が漏洩と判断した場合には開閉手段により流体流路を閉止する構成としている。そして、漏洩判断後は、流体の供給を停止することができるので、より安全性を高めることが可能となる。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。各実施例とも、家庭用のガス流量計測装置に適用した場合について説明する。
【００１１】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の流量計測装置の構成を示すブロック図である。
【００１２】
図１において、流体流路１の途中に超音波を発信する第１振動子２と受信する第２振動子３を流れ方向に配置されている。５は第１振動子２への発信回路、６は第２振動子３で受信した信号の増幅回路である。７は増幅回路５を通った受信波を信号処理する比較回路、８は第１振動子２からの発信と第２振動子３での受信を繰り返し設定手段９で設定した回数だけ行う繰り返し手段であり、１０は送信回路５に対して発信トリガ信号を送出するトリガ手段であり、１１は繰り返し設定手段９で設定した回数の発信と受信が終わると発信と受信を切り換える切換手段である。
【００１３】
１２は周期設定手段であり、繰り返し手段８に対して送受信の繰り返し→送受信切り換え→送受信の繰り返しという一連の動作周期を設定する。１３は計時手段であり、繰り返し設定手段８で定められた送受信の繰り返しに要した累積時間を計測する。１４は周期設定手段に定めた周期毎に計時手段１３で求められた計測値を基に流体流量を求める流量演算手段、１５は地震震度を計測する震度検出手段、１６は流量演算手段１４の出力と震度検出手段１５の出力から流体の使用状況を判断する使用状況判定手段、１７は使用状況判定手段が異常と判断した時に、流体流路１を閉止して流体の供給を停止する遮断弁等の開閉手段である。
【００１４】
使用状況判定手段１６は地震発生時等の緊急時に流体の供給を停止するかいなかを判断する緊急閉止判定手段１８と、流体流路１の閉止時に流路系の異常を判断する流路異常判定手段１９とで構成されている。また２０は流路異常判定手段が異常を判断した時に外部に報知する報知手段である。
【００１５】
次に、動作、作用について説明する。トリガ手段１０の信号を受けて発信回路５より送出されたバースト信号により第１振動子２から発信された超音波信号は、流れの中を伝搬し第２振動子３で受信され増幅回路６と比較回路７に到達すると繰り返し手段８が再びトリガ手段１０を介して発信回路５をトリガする。この繰り返しは繰り返し設定手段９で設定された回数だけ行われ、設定回数に達すると繰り返しに要した時間を計時手段１３で計測する。
【００１６】
しかる後、切換手段１１により第１振動子２と第２振動子３の発信受信を逆に接続し、今度は第２振動子３から第１振動子２に向かって超音波を発信し前述と同様に到達時間を求め、これらの値を用いて流量演算手段１４で流量値を演算する。以上の一連の動作により１時刻の流量の計測を行い、周期設定手段１２で定められた周期毎に計測動作を行う。
【００１７】
静止流体中の音をｃ、流体の流れの速さをｖとすると、第１振動子２を送信側とした場合を順方向と定義すると、順方向の伝搬速度は（ｃ＋ｖ・cosθ）、第２振動子３を送信側とした場合を逆方向と定義すると、逆方向の伝搬速度は（ｃ−ｖ・cosθ）となる。振動子２と３の間の距離をＬ、超音波伝搬軸と流路の中心軸とがなす角度をθ、繰り返し回数をｎとすると、順方向と逆方向のそれぞれの繰り返し時間Ｔ１とＴ２は、
Ｔ１＝ｎ・Ｌ／（ｃ＋ｖ・cosθ）            （１）
Ｔ２＝ｎ・Ｌ／（ｃ−ｖ・cosθ）            （２）
となり、（１）、（２）式より
ｖ＝ｎ・Ｌ／２cosθ（１／Ｔ１−１／Ｔ２）  （３）
となり、Ｌとθが既知ならＴ１とＴ２を測定すれば流速ｖが求められる。
【００１８】
しかしながらＴ１とＴ２の差は流速が小さいときには極めて微小であり、正確に計ることが困難であるので測定回数を多く設定し平均化することで、誤差を比較的小さくするとともに分解能を高めている。この流速より流量Ｑは、通過面積をＳ、補正計数をＫとすれば、
Ｑ＝Ｋ・Ｓ・ｖ                             （４）
となる。
【００１９】
使用状況判定手段１６内の緊急閉止判定手段１８は流量演算手段１４および震度検出手段１５の出力結果によりガスの使用状況が正常、要警戒、異常の３状態のいずれであるかを判断する。例えば、地震震度で強弱により震度３以下は正常、４以上の場合には要警戒と判断する。すなわち、所定の地震震度以上の状況下でガスが使用されれば、ガス器具や配管の事故が発生する可能性があるので、即座にガス供給を停止する必要があると考えられる。
【００２０】
そこで、要警戒の状態では、きめ細かに状況判断を行うため、繰り返し設定手段９で定める計測繰り返し回数をよりも大きく定めて、微少な流量であっても高分解能を保てるように計測を行う。そして、流量演算手段１４の出力が所定値を越えていれば、開閉手段１７により流体流路１を閉止し、ガスの供給を停止する。
【００２１】
次に、ガスの供給を停止した後の動作について説明する。開閉手段１７が動作した後であっても、地震の際の衝撃による、開閉手段１７の故障、流体流路１の破損・変形等が発生した場合にはガスが継続して流れ続ける場合がある。このような場合は、例え微少であっても、ガス流量が認められば即座に対処する必要があるため、引き続いて、繰り返し設定手段９で定める計測繰り返し回数を正常時すなわち流路開成時より大として計測を続ける。
【００２２】
このような状況下で、流量演算手段１４の出力が所定値を越えていれば、流路異常手段１９が流路異常と判断して、再度開閉手段１７に閉止信号を出力する。ただし、開閉手段１７の故障時には、ガス供給を停止できないので、報知手段２０により、例えば、使用者、ガス供給業者に対して通報する。その結果、流量計測装置の更に上流側で供給を停止するなどの適切な処置を施すことことにより事故の発生を防止することが可能となる。
【００２３】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２の流量計測装置の構成を示すブロック図である。
【００２４】
本実施例２において実施例１と異なるのは、流体流路１が閉止された後、再度開成するための復帰手段２１を備えている点、復帰手段２１により流体流路１が開成された後所定時間は、繰り返し設定手段９で定める計測繰り返し回数を通常の流体流路開成時よりも大としている点、更に、使用状況判定手段１６内部に、この期間中に所定値以上の流量があれば、漏洩と判断する漏洩検知手段２２を備えている点、更に、漏洩判定手段２２が漏洩と判断した場合には流体流路を再度閉止する点である。
【００２５】
なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００２６】
開閉手段１７により流体流路１が閉止され、ガスの供給が停止された後は、使用者あるいは、ガス供給業者が、装置下流側のガス器具（図示せず）の元栓の閉止、配管経路の点検等必要な措置を行った後、スイッチ等の復帰手段２１を操作して、開閉手段１７に流体流路１を開成する様に指示を与える。この時、地震の際の衝撃による、器具・配管の損傷、点検時の見落とし等、特に開閉手段１７の下流側の異常によりガスが継続して流れ続ける場合がある。
【００２７】
この様な場合には、例え微少であってもガス流量が認められば即座に対処する必要があるため、引き続いて、繰り返し設定手段９で定める計測繰り返し回数を正常時より大として計測を続ける。このような状況下で、流量演算手段１４の出力が所定値を越えていれば、漏洩判定手段２２が漏洩と判断し、報知手段１９を通じて外部へ通報する。漏洩と判断した場合に、開閉手段１７により再度ガスの供給を停止すれば、更に安全性が高められる。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかのように本発明に係る流量計測装置は、少なくとも流量演算手段で求めた流量から流体の使用状況を判断すると共に繰り返し設定手段で計測繰り返し回数を設定して計測を行い、開閉手段が、異常時には流体流路を閉、正常時には流体流路を開としている。したがって、地震などの緊急時には、繰り返し回数を大きくして、高分解能で計測を行うことにより、流体の使用状況を精度良く判断し、異常時には流体の供給を停止しているので、安全性と使い勝手の向上が実現できる。
【００２９】
また、異常判定後、流体供給の再開を可能にした状態で計測繰り返し回数を大きくして、高分解能で計測することにより、特に装置下流側の漏れを精度良く判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１における流量計測装置のブロック図
【図２】  本発明の実施例２における流量計測装置のブロック図
【図３】  従来の流量計測装置のブロック図
【符号の説明】
１  流体流路
２  第１振動子
３  第２振動子
８  繰り返し手段
９  繰り返し設定手段
１１  切換手段
１３  計時手段
１４  流量演算手段
１５  震度検出手段
１６  使用状況判定手段
１７  開閉手段
１９  流路異常判定手段
２０  報知手段
２１  復帰手段
２２  漏洩判定手段
【図１】
0004120062.tif 000002
【図２】
0004120062.tif 000003
【図３】
0004120062.tif 000004