(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路の上流と下流とに超音波の伝播方向と流体の流れ方向とが斜交するように設置された一対の振動子と、前記振動子から超音波を送信する送信手段と、前記振動子で超音波を受信する受信手段と、前記振動子の送信、受信を切替える切替手段と、前記振動子間相互の超音波伝達を複数回繰返して行う繰返手段と、前記切替手段と連動して超音波伝播時間を計測する伝播時間計測手段と、前記伝播時間より流体の流速を求める流速演算手段と、前記流速より流体の流量を演算する流量演算手段と、前記流量演算手段で流量零以外の回数をカウントする流量有回数カウント手段と、地震を検出する感震検出手段と、前記感震検出手段の出力信号より地震か否かを判定する感震判定手段と、前記流量有回数カウント手段と前記感震判定手段の信号とからガス使用を停止するかどうかを判定する遮断判定手段と、前記遮断判定手段の信号で流路を遮断する遮断手段と、前記遮断手段で流路を遮断後遮断表示したりセンタに通報する報知手段とからなるガス遮断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば超音波を用いて配管内を流れる各種都市ガスあるいはＬＰＧガス等の使用量及び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。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のガス遮断装置は、地震発生時にガスの感震遮断を行う遮断装置が特開平５−３３４５８３号公報に開示されており、また地震発生時にガス使用中ならば感震遮断を行う遮断装置が特開平８−２１９８２９号公報に開示されている。以下、その構成について図３のを参照しながら説明する。図３は従来のガス遮断装置のブロック図を示す。
【０００３】
図３において、１はガス供給監視手段で、２のガス導入配管と３のガス吐出配管とを有し、４はその間のガス供給を遮断するガス弁で、５は計量手段で、ガスの使用量を計数する。ガス供給監視手段１の下流にガス器具６が接続され、ガス器具６は主バーナ燃焼手段７と種火燃焼手段８とを有している。９は感震器で、計量手段５に装着され地震を感知する。
【０００４】
１０は異常判別手段で、計量手段５の計量値情報や、感震器９からの地震情報が入力される。
【０００５】
また、ガス供給監視手段１には下流に接続されたガス器具６が種火燃焼手段８を有している場合に登録する種火登録手段１１と、ガス供給監視手段１の下流のガス漏洩を監視する下流漏洩監視手段１２と、異常判別手段１０の異常判別時および下流漏洩監視手段１２の漏洩判別時に報知する報知手段１３を有している。
【０００６】
次に従来例の構成の動作を説明する。ガス供給監視手段１の流量特性を図４で説明する。
【０００７】
ガス供給監視手段１のガス器具異常使用監視領域は５００Ｋｃａｌ／ｈ〜最大使用流量Ｍであり、ガス供給監視手段１はガス流量として最大使用流量Ｍまでガスを流すことができる。それを越えるとガスホース抜けや配管の折損等の不安定な状態が発生したものとして無条件にガス供給監視手段１が所有するガス弁４を付勢しガスを遮断する。
【０００８】
一番少ない流量である５００Ｋｃａｌ／ｈという値は、ガス器具使用上での一番小さい値であるガスコンロを絞って使った時の値に相当し、また一般的な部屋でそのガス流量が連続して流れても部屋の換気回数との関連で部屋が爆発限界に達しない流量値でも、５００Ｋｃａｌ／ｈ以下の領域は非爆発域Ｓになる。ガス供給監視手段１の異常判別手段１０はガス器具異常使用監視領域Ｄ内において所定条件と比較しながらガスの異常な増加の有無およびガスの異常な連続使用を監視し、異常と判断するとガス弁４を付勢してガスを遮断すると共に報知手段１３に異常の発生を知らせる。ガス供給監視手段１の計量手段５は一定の容積を有する２つの袋が交互にガスを吸入吐出する機構的動きを計数するものであり、前記の５００Ｋｃａｌ／ｈを計数するのに２分程度かかる。
【０００９】
次に、地震発生時の感震遮断の動作を説明する。図５は同装置の地震発生時にガス器具の使用がなかった場合のタイムチャートであり、地震がＴ１で発生して感震器９から異常判別手段１０に地震情報が入力してもＴ１の２分前であるＴ０からＴ１迄の間に５００Ｋｃａｌ／ｈ以上のガス流量が流れてなかった場合には異常判別手段１０はガス弁４を付勢しない。この機能を前監視と称す。この機能の理由はガスを使用していない時には元々ガスが流れていないのであらためてガスを遮断する必要がないことと、もし遮断すると遮断した家庭のガス器具の状況を全て確認した上で各ガス弁の復帰作業を行う必要があるため、広範囲に影響を及ぼす地震時においてはガスの復旧に膨大な時間がかかり、不要なガス遮断を行うと返って迷惑がかかるためである。また前監視の時間が２分である理由は前記のような計量手段５が５００Ｋｃａｌ／ｈを計量するのに要する時間であり、これより長い計量時間を要する５００Ｋｃａｌ／ｈより小さい燃焼においてはガス器具使用とは認められず、かつ爆発限界外であるので監視する必要がない。
【００１０】
図６は地震発生時にガス器具の使用がなかったが、地震後にガス流量が検出された場合のタイムチャートである。地震が時間Ｔ１で発生してから２分後のＴ２迄の間に５００Ｋｃａｌ／ｈ以上の流量が計量手段５で計量されると異常判別手段１０はガス弁４を付勢してガスを遮断するものである。この機能を後監視と称す。この機能の理由は地震の前には流量がなかったのに地震直後に流量が計量されるということは、地震によって配管やガス器具に何らかの損傷が生じ、ガス漏れが発生した可能性が大きいという判断による。
【００１１】
図７は地震発生時にガス器具の使用があった場合のタイムチャートである。この場合、地震発生と同時にガスの遮断が行われる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、次のような課題が考えられた。その課題とは、ガス供給監視手段１の計量手段５は一定の容積を有する２つの袋が交互にガスを吸入吐出する機構的動きを計数するものであり、地震発生時ガスコンロを使用中であり５００Ｋｃａｌ／ｈ程度の使用流量出会った場合、その流量を計数するのに２分もかかるが、たまたま地震振動で落ちてきた可燃物に引火する可能性が考えられる。
【００１３】
本発明は上記課題を解決するもので、地震発生時に早く確実に可燃物への引火を防止すると共に、できるだけ不要な遮断を防止しガスの復旧を早くすることのでき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。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、ガス遮断装置に超音波振動子による流速検出手段を設け、定期的に超音波信号の伝搬時間を測定しその伝播時間より流量計測し地震発生時、ガス器具を使用中か否かを判断し遮断するかどうかを判定する構成にしている。
【００１５】
このことにより、地震発生時素早くガスの使用中かどうかを判断し、ガス使用中ならばガス器具が破壊される前に遮断するので落ちてきた可燃物に引火し火災を引き起こすのを防止できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は上記目的を達成するため、流路の上流と下流とに超音波の伝播方向と流体の流れ方向とが斜交するように設置された一対の振動子と、前記振動子から超音波を送信する送信手段と、前記振動子で超音波を受信する受信手段と、前記振動子の送信、受信を切替える切替手段と、前記振動子間相互の超音波伝達を複数回繰返して行う繰返手段と、前記切替手段と連動して超音波伝播時間を計測する伝播時間計測手段と、前記伝播時間より流体の流速を求める流速演算手段と、前記流速より流体の流量を演算する流量演算手段と、前記流量演算手段で流量零以外の回数をカウントする流量有回数カウント手段と、地震を検出する感震検出手段と、感震検出手段の出力信号より地震か否か判定する感震判定手段と、前記流量有回数カウント手段と前記感震判定手段の信号とからガス使用を停止するかどうか判定する遮断判定手段と、前記遮断判定手段の信号で流路を遮断する遮断手段と、前記遮断手段で流路を遮断後遮断表示したりセンタに通報する報知手段とからなる。
【００１７】
本発明によれば、流路に斜交設置された振動子相互間で超音波伝達を繰返し行い伝播時間計測手段で伝播時間を計測し流量を求める。伝搬時間計測毎流量零以外の場合、流量有回数を流量有回数カウンタ手段で計測する。
【００１８】
一方、感震検出手段により地震信号を検出し地震かどうかを判定し遮断判定手段で地震検出時流量有状態が継続しているか、また地震検出後ガス流量有状態が継続しているかどうかを素早く判断し、ガス流量がありガス器具使用中と判断したら遮断手段に遮断出力するので、地震により落下物がきても既にガスを遮断しているため引火を防げる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。従来例と同一構成要素に関しては同一の符号を付し説明は省略する。
【００２０】
（実施例１）
図１は本発明を説明する上で必要となる関連技術のガス遮断装置を示すもので、１４、１５は振動子で、流路（配管）１６の上流側および下流側に設けた超音波信号送受信の振動子である。
【００２１】
１７は流速検出手段で、以下の内容より構成される。１８は切替手段で、振動子１４、１５は切替手段１８により送信手段１９や受信手段２０に接続される。例えば、送信手段１９より出力されたバースト信号が上流側の振動子１４より下流側の振動子１５に伝達される。下流側振動子１５は受信手段２０に伝送する。２１は繰返手段で、前述の動作を繰返し行い、いわゆるシングアラウンド計測系を構成する。２２は伝播時間計測手段で、上流側振動子１４から下流側振動子１５への伝達時間を累積し伝達時間を求める。同様に、切替手段１８は下流側振動子１５に送信手段１９を接続し上流側振動子１５に向かって超音波を送信し、前述と同じ動作を実施する。２３は流速演算手段で、伝播時間計測手段２２で求めた伝播時間をもとに流速を求める。２４は流量演算手段で、流速演算手段２３で求めた流速値より流量換算を行う。２５は感震判定手段で、感震検出手段９からの出力信号で地震か否かを判定する。２６は遮断判定手段で、流量演算手段２４と感震判定手段２５との出力信号より遮断するかどうかを判定する。２６は報知手段で、遮断した場合遮断内容をＬＣＤやＬＥＤ等により表示すると共に通信手段によりガス販売事業者に通報する。
【００２２】
次に上記構成の動作を説明する。ガス遮断装置設置後、流量計測は以下のように行う。流路１６内で、斜交設置された上流側の振動子１４、下流側の振動子１５との間で繰返し超音波信号を送受信する。即ち、切替手段１８により上流側の振動子１４に送信手段１９が接続され、一方受信手段１２が下流側の振動子１５に接続され、送信手段１５より発射された信号を振動子１４から振動子１５を介し受信する。この動作を繰返手段２１で設定された回数だけ行う。送信手段１９より発射された超音波信号を受信手段２０が受信する迄の伝搬時間を累積し伝搬時間計測手段２２で求める。
【００２３】
次に切替手段１８は、振動子１４、１５に接続する送信手段１９および受信手段２０を切替える。即ち、下流側の振動子に送信手段１９を接続し発射した超音波信号を上流側の振動子１５に接続された受信手段１３を介し受信する。同様に、繰返手段２１で設定された回数だけ行う。送信手段１９より発射された超音波信号を受信手段２０が受信する迄の伝搬時間を累積し伝搬時間計測手段２２で求める。以上から上流から下流へ超音波信号を発射した時の伝播時間と下流から上流へ超音波信号を発射した時の伝播時間とから流速演算手段２３で流速を求める。求めた流速値より流量演算手段２４で流量を求める。図１でＡは流量の流れる方向を示している。
【００２４】
従って、器具を使用していない時は伝播時間差はないが、器具を使用している時は伝播時間差を生じ、下式で流量が求められる。流速Ｖ、流路断面積Ｓ、信号伝播距離Ｌ信号伝播方向とガス流れ方向との角度θ、上流から下流振動子への信号伝播時間ｔ１、下流から上流振動子への信号伝播時間ｔ２とすると流量値Ｑ（Ｌ／ｈ）は
流量Ｑ＝Ｖ×Ｓ＝（Ｌ／（２ＣＯＳθ））×（１／ｔ１−１／ｔ２）（Ｌ／ｈ）となる。
【００２５】
一方で、感震検出手段９で地震検知するとその信号を感震判定手段２５で判定する。所定レベル以上の強い地震を検知すると地震有信号を遮断判定手段２６に出力する。遮断判定手段２６では地震有信号と共に流量演算手段２４からの流量信号が流量ゼロかどうかを判定する。その結果流量ゼロでないならば、ガス器具使用中であり、遮断信号を遮断手段４に出力する。
【００２６】
流速検出手段１７により例えば数秒間隔で定期的に流速検知を行うと、即ち超音波の伝播時間計測を定期的に行えばその時の流速がわかりかつ流量が求めることができる。従って、ガス器具の使用流量が５００Ｋｃａｌ／ｈと小さくなっても従来の計量手段５では１回計測するのに２分かかっていたが、今回は定期的に例えば数秒間隔で超音波の伝播時間計測を行うので数秒で５００Ｋｃａｌ／ｈ相当の流量を検出できる。即ち流量の大小に計測時間が延びたりすることが無く同じ計測周期で流量値を求めることが出来る。ガスコンロ等で低流量で使用中に地震が発生しても従来流量検知に２分と長時間かかっていたが、今回数秒と短時間で検出できるので即座に流路１６を遮断しガス流量の使用を停止でき、２分中に落下物が発生し引火するということがなく、火災の危険性を防止できる。尚、地震検知時に定期的に流量計測を行った時ガス未使用中だった場合でも遮断手段４を即遮断せず、即ち不要な遮断をさせないのでいちいち地震がおさまった後遮断手段４を開けに客先に赴くという不要な出動を防ぐことができる。
【００２７】
このようにして前述のガス遮断装置によりガス使用量の大きさにかかわらず定期的にガス流量を検出するので、ガス使用中に突然大地震が発生しても即座にガス供給を停止でき落下物による引火を防止できる。
【００２８】
図２は本発明の実施例１のガス遮断装置である。図２において、図１及び図３と同一機能を有する構成要素には同一番号を付し説明は省略する。
【００２９】
図２において、２８は流量有回数カウント手段で、超音波信号を上流及び下流の振動子１４、１５相互間で送信しあい、伝搬時間を計測する度に流量演算手段２４で流量演算し流量零以外の時の回数をカウントする。
【００３０】
次に上記構成の動作を説明する。ガス遮断装置設置後、流量計測は以下のように行う。
【００３１】
流路１６内で、斜交設置された上流側の振動子１４、下流側の振動子１５との間で繰返し超音波信号を送受信する。即ち、切替手段１８により上流側の振動子１４に送信手段１９が接続され、一方受信手段１２が下流側の振動子１５に接続され、送信手段１５より発射された信号を振動子１４から振動子１５を介し受信する。この動作を繰返手段２１で設定された回数だけ行う。送信手段１９より発射された超音波信号を受信手段２０が受信する迄の伝搬時間を累積し伝搬時間計測手段２２で求める。
【００３２】
次に切替手段１８は、振動子１４、１５に接続する送信手段１９および受信手段２０を切替える。即ち、下流側の振動子に送信手段１９を接続し発射した超音波信号を上流側の振動子１５に接続された受信手段１３を介し受信する。同様に、繰返手段２１で設定された回数だけ行う。送信手段１９より発射された超音波信号を受信手段２０が受信する迄の伝搬時間を累積し伝搬時間計測手段２２で求める。以上から上流から下流へ超音波信号を発射した時の伝播時間と下流から上流へ超音波信号を発射した時の伝播時間とから流速演算手段２３で流速を求める。求めた流速値より流量演算手段２４で流量を求める。図１でＡは流量の流れる方向を示している。
【００３３】
従って、器具を使用していない時は伝播時間差はないが、器具を使用している時は伝播時間差を生じ、下式で流量が求められる。流速Ｖ、流路断面積Ｓ、信号伝播距離Ｌ信号伝播方向とガス流れ方向との角度θ、上流から下流振動子への信号伝播時間ｔ１、下流から上流振動子への信号伝播時間ｔ２とすると流量値Ｑ（Ｌ／ｈ）は
流量Ｑ＝Ｖ×Ｓ＝（Ｌ／（２ＣＯＳθ））×（１／ｔ１−１／ｔ２）（Ｌ／ｈ）となる。
【００３４】
このようにして流量演算手段２４で求めた流量値を流量有回数カウンタ手段２８で判定し、流量零以外の時回数をカウントする。カウント方法は連続ｎ回方式、或いはｍ回計測中のｎ回が流量有という方式もある。流路状況に応じ最適方法を選択する。
【００３５】
一方、感震検出手段９で地震検知するとその信号を感震判定手段２５で判定する。所定レベル以上の強い地震を検知すると地震有信号を遮断判定手段２６に出力する。遮断判定手段２６では地震有信号と共に流量有回数カウンタ手段２８からの流量有回数で流量ゼロかどうかを判定する。その結果流量ゼロでないならば、ガス器具使用中でありガス流量が継続して流れているおり、遮断信号を遮断手段４に出力する。
【００３６】
流速検出手段１７により例えば数秒間隔で定期的に流速検知を行うと、即ち超音波の伝播時間計測を定期的に行えばその時の流速がわかりかつ流量が求めることができる。流量有回数カウンタ手段２８でｎ＝５で流量有状態を継続していると判定するようにすると１０数秒で遮断判定を行える。
【００３７】
従って、ガス器具の使用流量が５００Ｋｃａｌ／ｈと小さくなっても従来の計量手段５では１回計測するのに２分かかっていたが、今回は定期的に例えば数秒間隔で超音波の伝播時間計測を行うので数秒で５００Ｋｃａｌ／ｈ相当の流量を検出できる。即ち流量の大小に計測時間が延びたりすることが無く同じ計測周期で流量値を求めることが出来る。ガスコンロ等で低流量で使用中に地震が発生しても従来流量検知に２分と長時間かかっていたが、今回１０数秒と短時間で検出できるので即座に流路１６を遮断しガス流量の使用停止でき、２分中に落下物が発生し引火するとということがなく、火災の危険性を防止できる。尚、地震検知時に定期的に流量計測を行った時ガス未使用中だった場合でも遮断手段４を即遮断せず、即ち不要な遮断をさせないのでいちいち地震がおさまった後遮断手段４を開けに客先に赴くという不要な出動を防ぐことができる。又集合住宅のようにガス供給源を共用している場合、ガス遮断装置の上流側圧力が変動し流量値が交互に有状態、無状態が発生しても圧力変動による影響であり流量零と判定でき、このような場合不要な遮断を防止出来る。
【００３８】
このようにして前述のガス遮断装置によりガス使用量の大きさにかかわらず定期的にガス流量を検出するので、ガス使用中に突然大地震が発生しても即座にガス供給を停止でき落下物による引火を防止でき安全性が向上する。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、流路の上流と下流とに超音波の伝播方向と流体の流れ方向とが斜交するように設置された一対の振動子と、前記振動子から超音波を送信する送信手段と、前記振動子で超音波を受信する受信手段と、前記振動子の送信、受信を切替える切替手段と、前記振動子間相互の超音波伝達を複数回繰返して行う繰返手段と、前記切替手段と連動して超音波伝播時間を計測する伝播時間計測手段と、前記伝播時間より流体の流速を求める流速演算手段と、前記流速より流体の流量を演算する流量演算手段と、前記流量演手段で流量零以外の回数をカウントする流量有回数カウント手段と、地震を検出する感震検出手段と、感震検出手段の出力信号より地震か否か判定する感震判定手段と、前記流量有回数カウント手段と前記感震判定手段の信号とからガス使用を停止するかどうか判定する遮断判定手段と、前記遮断判定手段の信号で流路を遮断する遮断手段と、前記遮断手段で流路を遮断後遮断表示したりセンタに通報する報知手段とを設けており、定期的な伝搬時間計測時に流量演算手段で流量値を求め、かつその流量有回数を所定期間求め流量零以外が継続しているのを判定するので元圧変動があったり或いは流量の大小に係わらず計測周期が変化しないので地震発生時流量値が零以外ならば即座にガスの使用を停止するため落下物が発生しても既にガス器具は燃焼停止しており引火する危険性がなく且つ火災防止となり、一方ガス流量監視を行いつつ遮断するので不要な遮断によるガス販売事業者の出動を抑制できガスの復旧も速くでき使い勝手も向上し、安全性も向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を説明する上で必要となる関連技術のガス遮断装置の制御ブロック図
【図２】  本発明の実施例１のガス遮断装置の制御ブロック図
【図３】  従来のガス遮断装置のブロック図
【図４】  同装置のガス供給監視手段を説明する図
【図５】  同装置の地震発生時にガス器具の使用がなかった場合のタイムチャート
【図６】  図５における地震後にガス流量が検出された場合のタイムチャート
【図７】    同装置の地震発生時にガス器具の使用があった場合のタイムチャート
【符号の説明】
４  遮断手段
９  感震検出手段
１４  上流側振動子
１５  下流側振動子
１７  流速検出手段
１８  切替手段
１９  送信手段
２０  受信手段
２１  繰返手段
２２  伝搬時間計測手段
２３  流速演算手段
２４  流量演算手段
２５  感震判定手段
２６  遮断判定手段
２７  報知手段
２８  流量有回数カウント手段
【図１】
0004120054.tif 000002
【図２】
0004120054.tif 000003
【図３】
0004120054.tif 000004
【図４】
0004120054.tif 000005
【図５】
0004120054.tif 000006
【図６】
0004120054.tif 000007
【図７】
0004120054.tif 000008