JP2005091348A - Ultrasonic flow meter - Google Patents
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Abstract
【課題】 従来よりもコンパクトな設置スペースで気体と液体との両方の流速及び/又は流速を計測することが可能な超音波流量計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、水に関する計測値(流量・流速・温度)とガスに関する計測値(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、水用の超音波流量計とガス用の超音波流量計とを単に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、水及びガスの計測値が、共通の1つの表示器43にて表示されると共に、共通の1つの通信処理部41から電話回線46に出力されるので、超音波流量計10の大きさをさらにコンパクトにすることができる。
【選択図】 図2PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic flowmeter capable of measuring the flow velocity and / or flow velocity of both a gas and a liquid in a smaller installation space than before.
According to an ultrasonic flowmeter of the present invention, in one common processing unit, a measurement value related to water (flow rate / flow velocity / temperature) and a measurement value related to gas (flow rate / flow velocity / temperature) Therefore, the size of the ultrasonic flow meter 10 can be made smaller than that obtained by simply combining the ultrasonic flow meter for water and the ultrasonic flow meter for gas. The installation space can be kept smaller than before. In addition, the measured values of water and gas are displayed on the common single display 43 and are output from the common single communication processing unit 41 to the telephone line 46. Can be made more compact.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、超音波流量計に関する。 The present invention relates to an ultrasonic flow meter.
従来より、水道水の使用量は翼車式の流量メータで計測され、ガスの使用量は膜式の流量メータで計測されていた。 Conventionally, the amount of tap water used has been measured with an impeller-type flow meter, and the amount of gas used has been measured with a membrane-type flow meter.
ところで、昨今の住宅事情により、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た。しかしながら、水(液体)を計測する翼車式の流量メータとガス(気体)を計測する膜式の流量メータとでは構成が大きく異なるために、一体化は困難であり、このため、液体用と気体用の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。 By the way, due to the recent housing situation, a reduction in the installation space of the flow meter has been studied. However, the impeller-type flow meter that measures water (liquid) and the membrane-type flow meter that measures gas (gas) are very different in configuration, so it is difficult to integrate them. Installation space for the gas flow meter was required, making it difficult to make it compact. In addition, prior art documents related to the present invention could not be found.
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気体と液体との両方の流速及び/又は流速を計測することが可能な超音波流量計の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic flowmeter capable of measuring the flow velocity and / or flow velocity of both gas and liquid in a smaller installation space than conventional ones. To do.
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、気体が流れる流路に備えられた気体用計測部と、液体が流れる流路に備えられた液体用計測部と、気体用計測部と液体用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、気体又は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、気体用計測部と液体用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、気体用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気体の流速及び/又は流量を算出すると共に、液体用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。 To achieve the above object, an ultrasonic flowmeter according to claim 1 includes a gas measuring unit provided in a flow path through which a gas flows, a liquid measuring unit provided in a flow path through which a liquid flows, and a gas Provided in each of the measurement unit and the liquid measurement unit, and arranged separately on the upstream side and the downstream side of the flow path, the forward direction along the flow of the gas or liquid and the reverse direction reverse to the flow, A pair of ultrasonic transducers that transmit and receive ultrasonic waves in both directions, a calculation unit that calculates a difference between arrival times of ultrasonic waves in the forward and reverse directions between the pair of ultrasonic transducers, and gas Switching means for alternately switching between the measurement section for liquid and the measurement section for liquid and connecting to the calculation section, the calculation section is connected to the measurement section for gas, the gas flow velocity and the flow rate based on the difference in arrival time of the ultrasonic wave When calculating the flow rate and connecting to the liquid measurement unit, ultrasonic Characterized in was configured to calculate the flow rate and / or flow rate of the liquid based on the arrival time difference.
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、演算部にて算出された気体の流速及び/又は流量と、液体の流速及び/又は流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。 A second aspect of the invention is the ultrasonic flowmeter according to the first aspect, wherein the gas flow rate and / or flow rate calculated by the calculation unit and the liquid flow rate and / or flow rate are output to the communication line in common. It is characterized in that the output means is provided.
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載の超音波流量計において、演算部にて算出された気体の流速及び/又は流量と、液体の流速及び/又は流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。 A third aspect of the invention is the ultrasonic flowmeter according to the first or second aspect, wherein the flow rate and / or flow rate of the gas calculated by the calculation unit and the flow rate and / or flow rate of the liquid are displayed in common. It is characterized by having a display section.
請求項4の発明は、請求項1乃至3の何れかに記載の超音波流量計において、気体用計測部及び液体用計測部に備えられた1対の超音波送受波器をそれぞれ気体及び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、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、気体及び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。
According to a fourth aspect of the present invention, in the ultrasonic flowmeter according to any one of the first to third aspects, a pair of ultrasonic transducers provided in the gas measurement unit and the liquid measurement unit are respectively gas and liquid. The arrival time of the ultrasonic wave in the forward direction is T1, the arrival time of the ultrasonic wave in the reverse direction is T2, the interval between the ultrasonic transducers is d, and the propagation speed of the ultrasonic wave is When C, the calculation unit
1 / T1 + 1 / T2 = 2C / d
A characteristic is that the propagation velocity C is calculated using the above relational expression, and the temperature of the gas and the liquid is obtained from the relational expression of the propagation velocity C.
請求項5の発明は、請求項4に記載の超音波流量計において、気体用計測部によって計測された気体の流量をFgとし、液体用計測部によって計測された常温の液体の流量をFwとし、伝播速度Cの関係式から求められた常温の液体の温度をK1とし、常温の液体を気体の燃焼によって加熱した液体の温度をK2とし、気体の単位流量当たりの熱量をQとし、熱効率をRとした場合に、演算部は、
R=Fw・(K2−K1)/(Fg・Q)
上記関係式を利用して熱効率Rを演算するところに特徴を有する。
The invention according to claim 5 is the ultrasonic flowmeter according to claim 4, wherein the gas flow rate measured by the gas measurement unit is Fg, and the room temperature liquid flow rate measured by the liquid measurement unit is Fw. The temperature of the normal temperature liquid obtained from the relational expression of the propagation velocity C is K1, the temperature of the liquid obtained by heating the normal temperature liquid by gas combustion is K2, the heat amount per unit flow rate of the gas is Q, and the thermal efficiency is In the case of R, the calculation unit
R = Fw · (K2−K1) / (Fg · Q)
It is characterized in that the thermal efficiency R is calculated using the above relational expression.
請求項6の発明は、請求項5に記載の超音波流量計において、演算部により演算された熱効率Rが、予め設定された数値範囲の間にあるか否かを判定する熱効率判定手段を備えたところに特徴を有する。 A sixth aspect of the invention is the ultrasonic flowmeter according to the fifth aspect, further comprising thermal efficiency determination means for determining whether or not the thermal efficiency R calculated by the calculation unit is within a preset numerical range. It has features.
請求項7の発明は、請求項1乃至6の何れかに記載の超音波流量計において、液体が流れる流路の途中に接続されて、液体が流れる流路の一部を構成する液体流路構成部と、気体が流れる流路の途中に接続されて、気体が流れる流路の一部を構成する気体用流路構成部とが備えられ、液体用計測部に備えた1対の超音波送受波器は、液体用流路構成部に配設されると共に、気体用計測部に備えられた1対の超音波送受波器は、気体用流路構成部に配設されたところに特徴を有する。 A seventh aspect of the present invention is the ultrasonic flowmeter according to any one of the first to sixth aspects, wherein the liquid flow path is connected in the middle of the flow path through which the liquid flows and forms a part of the flow path through which the liquid flows. A pair of ultrasonic waves provided in the liquid measurement unit is provided with a configuration unit and a gas channel configuration unit that is connected in the middle of the channel through which the gas flows and forms part of the channel through which the gas flows. The transducer is disposed in the liquid flow path component, and the pair of ultrasonic transducers provided in the gas measurement unit is characterized in that it is disposed in the gas flow path component. Have
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、気体用計測部及び液体用計測部の計測値が、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。 The invention according to claim 8 is the ultrasonic flowmeter according to any one of claims 1 to 7, wherein the measured values of the gas measurement unit and the liquid measurement unit are both within a preset numerical range. It is characterized in that it is provided with a measurement value judging means for judging whether or not.
請求項9の発明は、請求項8に記載の超音波流量計において、計測値判定手段によって計測値が判定される気体用計測部及び液体用計測部は、気体用及び液体用の流路のうち複数の機器全体の上流又は下流側に配置されたところに特徴を有する。 The invention according to claim 9 is the ultrasonic flowmeter according to claim 8, wherein the measurement unit for gas and the measurement unit for liquid for which the measurement value is determined by the measurement value determination unit are the flow channels for gas and liquid. Among these, it is characterized by being arranged upstream or downstream of the entire plurality of devices.
請求項10の発明は、請求項8又は9に記載の超音波流量計において、計測値判定手段の判定結果に応じて、所定の機器が使用されたか否かを判別する機器使用判別手段を備えたところに特徴を有する。 A tenth aspect of the present invention is the ultrasonic flowmeter according to the eighth or ninth aspect, further comprising device usage determining means for determining whether or not a predetermined device is used according to a determination result of the measurement value determining means. It has features.
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、気体用計測部の計測値と液体用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。
The invention according to
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気体用計測部及び液体用計測部は、共通の機器に連絡された気体用及び液体用の流路に配置されたところに特徴を有する。
The invention according to
請求項13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、液体用計測部は、共通の機器に連絡された複数の液体用の流路にそれぞれ配置され、複数の液体用計測部によって計測された複数の計測値の比率が、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。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in the ultrasonic flowmeter according to any one of the first to tenth aspects, the liquid measuring section is disposed in each of a plurality of liquid flow paths connected to a common device, It has a feature in that it includes ratio determining means for determining whether or not the ratio of a plurality of measured values measured by the liquid measuring unit is within a preset numerical range.
請求項14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、気体用計測部は、共通の機器に連絡された複数の気体用の流路にそれぞれ配置され、複数の気体用計測部によって計測された複数の計測値の比率が、予め設定された数値範囲の間にあるか否かを判定する判定手段を備えたところに特徴を有する。 According to a fourteenth aspect of the present invention, in the ultrasonic flowmeter according to any one of the first to tenth aspects, the gas measurement units are respectively disposed in a plurality of gas flow paths connected to a common device, It is characterized in that a determination means for determining whether or not the ratio of a plurality of measurement values measured by the gas measurement unit is within a preset numerical range.
[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、気体用計測部と液体用計測部とのうち、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、気体の流速及び/又は流量と、液体の流速及び/又は流量とを1つの演算部で算出することができるので、気体用と液体用とで別々に演算部を設ける必要がない。従って、超音波流量計の大きさを、液体用の超音波流量計と気体用の超音波流量計とを単に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。さらに、気体用と液体用とで別々の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。
[Invention of Claim 1]
According to the invention according to claim 1 configured as described above, in the calculation unit, in the ultrasonic wave transmitter / receiver provided in the one connected by the switching unit between the gas measurement unit and the liquid measurement unit. The flow velocity and / or flow rate are calculated based on the difference in arrival time of the ultrasonic waves. That is, since the flow velocity and / or flow rate of gas and the flow velocity and / or flow rate of liquid can be calculated by one calculation unit, it is not necessary to provide separate calculation units for gas and liquid. Therefore, the size of the ultrasonic flowmeter can be made smaller than the simple combination of the ultrasonic flowmeter for liquid and the ultrasonic flowmeter for gas, and the installation space can be kept smaller than before. be able to. Furthermore, compared with the case where separate calculation units are provided for gas and liquid, the cost of components applied to the calculation unit can be reduced.
[請求項2の発明]
請求項2の発明によれば、気体の流速及び/又は流量と、液体の流速及び/又は流量とを1つの共通の通信手段で通信回線に出力できるので、従来のように、気体用と液体用とで別々に通信手段を設ける必要がない。従って、超音波流量計の大きさを、さらにコンパクトにすることができ、超音波流量計の設置スペースをさらに小さく抑えることができる。しかも、気体用と液体用とで別々の通信手段を設けた場合に比較して、通信手段に掛かる部品コストを抑えることができる。
[Invention of claim 2]
According to the second aspect of the present invention, the gas flow rate and / or flow rate and the liquid flow rate and / or flow rate can be output to the communication line by one common communication means. There is no need to provide separate communication means. Therefore, the size of the ultrasonic flowmeter can be further reduced, and the installation space for the ultrasonic flowmeter can be further reduced. In addition, compared with the case where separate communication means are provided for gas and liquid, the cost of parts applied to the communication means can be suppressed.
[請求項3の発明]
請求項3の発明によれば、気体の流速及び/又は流量と、液体の流速及び/又は流量とを1つの共通の表示部で表示することができるので、従来のように、気体用と液体用とで別々に表示部を設ける必要がない。従って、超音波流量計の大きさを、さらにコンパクトにすることができ、超音波流量計の設置スペースをさらに小さく抑えることができる。しかも、気体用と液体用とで別々の表示部を設けた場合に比較して、表示部に掛かる部品コストを抑えることができる。
[Invention of claim 3]
According to the third aspect of the present invention, the gas flow rate and / or flow rate and the liquid flow rate and / or flow rate can be displayed on one common display unit. There is no need to provide a separate display unit for use. Therefore, the size of the ultrasonic flowmeter can be further reduced, and the installation space for the ultrasonic flowmeter can be further reduced. In addition, compared with the case where separate display portions are provided for gas and liquid, the cost of parts applied to the display portion can be suppressed.
[請求項4の発明]
請求項4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、気体及び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、気体及び液体の温度を測定することができる。
[Invention of claim 4]
According to the invention of claim 4, the arrival time of the ultrasonic wave in the forward direction is T1, the arrival time of the ultrasonic wave in the reverse direction is T2, and the distance between the pair of ultrasonic transducers is d. When the propagation speed of C is C, the calculation unit is 1 / T1 + 1 / T2 = 2C / d
The propagation velocity C is calculated using the above relational expression, and the temperature of the gas and the liquid can be obtained from the relational expression of the propagation velocity C. Thereby, the temperature of gas and liquid can be measured, without providing the apparatus which measures temperature separately.
[請求項5の発明]
請求項5の発明によれば、気体用計測部によって計測された気体の流量をFgとし、液体用計測部によって計測された常温の液体の流量をFwとし、伝播速度Cの関係式から求められた常温の液体の温度をK1とし、常温の液体を気体の燃焼によって加熱した液体の温度をK2とし、気体の単位流量当たりの熱量をQとし、熱効率をRとした場合に、演算部は、
R=Fw・(K2−K1)/(Fg・Q)
上記関係式を利用して熱効率Rを演算する。つまり、気体の燃焼によって加熱した液体を作る際の熱効率Rを算出することができる。
[Invention of claim 5]
According to the invention of claim 5, the flow rate of the gas measured by the gas measurement unit is Fg, the normal temperature liquid flow rate measured by the liquid measurement unit is Fw, and the propagation velocity C is obtained from the relational expression. When the temperature of the normal temperature liquid is K1, the temperature of the liquid obtained by heating the normal temperature liquid by gas combustion is K2, the amount of heat per unit flow rate of the gas is Q, and the thermal efficiency is R, the arithmetic unit is
R = Fw · (K2−K1) / (Fg · Q)
The thermal efficiency R is calculated using the above relational expression. That is, the thermal efficiency R at the time of making the liquid heated by gas combustion is computable.
[請求項6の発明]
請求項6の発明によれば、熱効率判定手段による判定結果に基づいて、気体の燃焼によって加熱した液体を作る際の熱効率が正常であるか否かを判別することができる。
[Invention of claim 6]
According to the invention of claim 6, it is possible to determine whether or not the thermal efficiency at the time of making the liquid heated by gas combustion is normal based on the determination result by the thermal efficiency determination means.
[請求項7の発明]
請求項7の発明によれば、超音波流量計は、液体流路構成部を液体が流れる流路の途中に接続し、気体流路構成部を気体が流れる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、超音波送受波器の流路への設置を容易に行うことができる。
[Invention of Claim 7]
According to the seventh aspect of the present invention, the ultrasonic flowmeter simply connects the liquid flow path component in the middle of the flow path through which the liquid flows, and connects the gas flow path component in the middle of the flow path in which the gas flows. Since the ultrasonic transducer can be installed in each channel, the ultrasonic transducer can be easily installed in the channel.
[請求項8,10の発明]
請求項8の発明によれば、計測値判定手段によって、気体用計測部及び液体用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。ここで、機器使用判別手段は、計測値判定手段の判定結果に応じて、所定の機器が使用されたか否かを判別するので、何れか一方の計測値のみから判別する場合に比較して、より正確に所定の機器の使用を判別することができる(請求項10の発明)。
[Inventions of Claims 8 and 10]
According to invention of Claim 8, it can be determined by the measured value determination means whether both the measured value of the measurement part for gas and the measurement part for liquid are in the preset numerical range. Here, the device use determining means determines whether or not a predetermined device has been used according to the determination result of the measurement value determining means, so compared with the case of determining from only one of the measured values, The use of a predetermined device can be determined more accurately (invention of claim 10).
[請求項9の発明]
請求項9の発明によれば、複数の機器全体で使用される気体及び液体の流速及び/又は流量を計測することができる。
[Invention of claim 9]
According to invention of Claim 9, the flow velocity and / or flow rate of the gas and liquid which are used by the whole some apparatus can be measured.
[請求項11,12の発明]
請求項11の発明によれば、比率判定手段によって気体用計測部の計測値と液体用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。ここで、比率判定手段によって計測値の比率が判定される気体用計測部及び液体用計測部は、共通の機器に連絡された気体用及び液体用の流路に配置されていてもよい。このようにすれば、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別することができる(請求項12の発明)。
[Inventions of
According to the invention of
[請求項13の発明]
請求項13の発明によれば、複数の液体用計測部によって計測された液体の計測値の比率が、予め設定された数値範囲内にあるか否かによって、共通の機器の状態が正常であるか否かを判別することができる。
[Invention of Claim 13]
According to the invention of
[請求項14の発明]
請求項14の発明によれば、複数の気体用計測部によって計測された気体の計測値の比率が、予め設定された数値範囲内にあるか否かによって、共通の機器の状態が正常であるか否かを判別することができる。
[Invention of Claim 14]
According to invention of Claim 14, the state of a common apparatus is normal by whether the ratio of the measured value of the gas measured by the several measurement part for gas exists in the numerical value range set beforehand. It can be determined whether or not.
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態を図1〜図4に基づいて説明する。
本実施形態の超音波流量計10は、図1に示すように、水道管50及びガス管51の途中に取り付けられて、水道管50に流れる水及びガス管51に流れるガスの流量を計測する。超音波流量計10には、1対の水道管結合部13,13と、1対のガス管結合部15,15とが備えられている。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the
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、例えば上水道から延びた水道管50Bが接続されている。そして、住居内に流れる水の流量が計測される。
For example, a
また、ガス管結合部15,15の一方には、例えば住居内に延びたガス管51Aが接続され、他方のガス管結合部15に、例えば、都市ガスやLPG等のガス供給源から延びたガス管51Bが接続されている。そして、住居内に流れるガスの流量が計測される。
Further, for example, a
超音波流量計10には、両水道管結合部13,13の間を繋ぐように水流路11(本発明の「液体流路構成部」に相当する)が設けられており、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。
The
同様に、両ガス管結合部15,15の間には、ガス流路12(本発明の「気体流路構成部」に相当する)が設けられており、そのガス流路12の中間部分には、ガス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35を介してクロックカウンタ17に取り込まれている。なお、水流路11及びガス流路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及びガス管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とガス管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及びガス管51に取り付けることができる。
Similarly, a gas flow path 12 (corresponding to the “gas flow path component” of the present invention) is provided between the gas
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。
The
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及びガス管51内を流れる水及びガスの流速・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、水及びガスの流速・流量が表示される。なお、流量は流速に各流路11,12の断面積を乗算することで求められる。
The arrival times in both the forward and reverse directions counted by the
また、演算処理部18には、通信用のモデム(例えば、「T−NCU」)が内蔵された通信処理部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から入力した水及びガスの流速値及び流量値がD/A変換されて通信回線(例えば、電話回線)46に出力される。
Further, the
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の電子基板回路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から電子基板回路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。
The
なお、本実施形態の超音波流量計10には、図示しない遮断弁と感震器及び圧力センサが設けられている。感震器は、地震等による揺れを検出する。圧力センサは、ガス流路12内のガス圧を検出する。遮断弁は、常には開放状態となっており、感震器によって地震等による揺れが検出された場合や、圧力センサによってガス圧の異常が検出された場合に駆動して閉塞状態になり、超音波流量計10より下流、つまり、住居内へのガスの流れが遮断される。
In addition, the
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、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。
Next, operation | movement of the
The
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。
The signal transmitted from the upstream
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。
When the measurement result is input to the
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、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、ガス流路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。
Next, the
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、ガス流路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にてガス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ガス管51を流れるガスの流速・流量が算出される。なお、ガスの流速・流量が算出されているときには、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。
Now, when the above operation is repeated for one second, a measuring instrument switching signal is output from the
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、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を流れる水の流速・流量が算出される。つまり、水道管50を流れる水の流速・流量と、ガス管51を流れるガスの流速・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「液体用計測部」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「気体用計測部」に相当する。
When the above operation is repeated for 1 second, the measuring instrument change-over switch SW5 is switched again, and ultrasonic waves are transmitted and received between the
さらに、演算処理部18では、以下のようにして、水及びガス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、水及びガス中における音速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、液体及び気体中における温度と音速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、水やガスの温度を算出している。
Further, the
Is calculated from Then, the
演算処理部18にて算出された水及びガスの流速・流量・温度(以下これら3つを纏めて「計測値」という)は、表示器43に出力される。そして、表示器43では、水に関する計測値とガスに関する計測値とが同一画面にて表示されている。これにより、水とガス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の大きさをコンパクトにす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、水及びガスの両方の流量を同一の表示器43にて確認できるので、水及びガスの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、水に関する計測値とガスに関する計測値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・温度の順に表示内容が切り替わるようにしてもよい。
The flow rate, flow rate, and temperature of water and gas calculated by the arithmetic processing unit 18 (hereinafter, these three are collectively referred to as “measurement values”) are output to the
演算処理部18にて算出された水及びガスの計測値は、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から入力した水及びガスの計測値をD/A変換して電話回線46に出力する。ここで、通信処理部41は、水及びガスの両方の計測値を出力可能なので、水とガス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の大きさをコンパクトにす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からの水及びガスの計測値を一括管理することができる。
The measured values of water and gas calculated by the
ところで、超音波流量計10では、演算処理部18によって算出された水道管50を流れる水の流速・流量・温度と、ガス管51を流れるガスの流速・流量・温度とに基づいて、以下の(a)〜(h)に述べる処理を行うことが可能である。
By the way, in the
(a)図4に示す給湯設備70において、水道管50を流れる常温水と、給湯設備70から供給される温水との温度差から給湯設備70の熱効率を算出し、予め設定した基準となる熱効率の数値と比較することで給湯設備の異常の有無を判定することができる。
(A) In the hot
具体的には、ガス管51を流れるガスの流量をFgとし、水道管50を流れる常温水の流量をFw、温度をK1とし、給湯設備70から排出された温水の温度をK2とし、ガスの単位流量当たりの熱量をQとした場合に、演算処理部18は、
R=Fw・(K2−K1)/(Fg・Q)
上記関係式を利用して熱効率Rを算出するようにし、この熱効率Rが、給湯設備70に対して予め設定された数値範囲(例えば、「13A」の都市ガスを使用した場合であれば、0.6〜0.8)内にあるか否かを判定する(本発明の「熱効率判定手段」に相当する)。そして、例えば、算出された熱効率Rがこの数値範囲から外れている場合に、給湯設備70の異常と判別する。ここで、常温水の温度K1及び温水の温度をK2は、前述したように、液体中における音速Cを超音波の到達時間T1,T2と超音波送受波器の距離dとの関係式
1/T1+1/T2=2C/d
から求め、液体中における温度と音速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算出されるので、水温K1,K2を計測するための温度計用機器を別途設ける必要がない。
Specifically, the flow rate of the gas flowing through the
R = Fw · (K2−K1) / (Fg · Q)
The thermal efficiency R is calculated using the above relational expression, and if this thermal efficiency R is a case where a numerical range preset for the hot water supply facility 70 (for example, “13A” city gas is used, 0 is used. .6 to 0.8) (corresponding to "thermal efficiency determination means" of the present invention). For example, when the calculated thermal efficiency R is out of this numerical range, it is determined that the hot
Therefore, it is calculated based on a data table reflecting the relational expression or relational curve between the temperature in the liquid and the speed of sound C, so that it is not necessary to separately provide a thermometer device for measuring the water temperatures K1, K2.
(b)給湯設備70の使用者によって設定された給湯温度と水道管50を流れる常温水の温度との温度差及び流量に基づいて最適なガス流量を算出し、実測したガス流量と比較することで、ガス流量が適正範囲内であるか否かをチェックすることができる。
(B) An optimum gas flow rate is calculated based on the temperature difference between the hot water supply temperature set by the user of the hot
具体的には、水道管50を流れる常温水の流量をFw、温度をK1とし、設定された給湯温度をK3とし、ガスの単位流量当たりの熱量をQとした場合に、演算処理部18は、
Fr=(K3−K1)・Fw/Q
上記関係式を利用して理論上の最適なガス流量Frを求め、ガス管51を流れる実測のガス流量Fgと比較する。ここで、最適なガス流量Frに所定値を加減算した上限値と下限値との間を最適なガス流量範囲として、実測したガス流量Fgがこの最適なガス流量範囲内にあるか否かを判定するようにしてもよい。そして、実測したガス流量Fgがこの最適なガス流量範囲から外れた場合に、演算処理部18は、給湯設備70が異常であると判別する。ここで、常温水の温度K1は、前述したように、液体中における音速Cを超音波の到達時間T1,T2と超音波送受波器の距離dとの関係式
1/T1+1/T2=2C/d
から求め、液体中における温度と音速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算出されるので、水温K1を計測するための温度計測機器を別途設ける必要がない。
Specifically, when the flow rate of normal temperature water flowing through the
Fr = (K3-K1) · Fw / Q
The theoretical optimum gas flow rate Fr is obtained using the above relational expression, and compared with the actually measured gas flow rate Fg flowing through the
Since it is calculated based on the data table reflecting the relational expression or the relational curve between the temperature in the liquid and the sound velocity C, there is no need to separately provide a temperature measuring device for measuring the water temperature K1.
(c)近年、都市ガスを利用した家庭用の燃料電池が普及しつつあり、燃料電池から発生する熱を利用して温水を作る場合がある。例えば、この温水を設定された給湯温度となるまで追い焚きして利用する場合には、温水の温度と、設定された給湯温度との温度差から最適なガス流量を算出し、ガス流量の実測値と比較して、ガスが過剰に流れていないか検知することができる。 (C) In recent years, household fuel cells using city gas are becoming widespread, and hot water may be produced using heat generated from the fuel cells. For example, when using hot water until it reaches the set hot water temperature, the optimum gas flow rate is calculated from the temperature difference between the hot water temperature and the set hot water temperature, and the actual gas flow rate is measured. Compared to the value, it can be detected whether the gas is flowing excessively.
より具体的には、給湯設備によって風呂に給湯する場合には、通常、予め給湯量と給湯温度とが設定されるので、温水と設定された給湯温度との温度差及び給湯量から、必要なガス流量の理論値が求まる。そして、この理論値とガス流量の実測値とを比較することで、ガスが過剰に流されたか否かを判別する。これにより、ガス漏れや給湯設備の熱効率の低下等の異常を検知できる。 More specifically, when hot water is supplied to a bath with a hot water supply facility, the hot water supply amount and the hot water supply temperature are usually set in advance, so the necessary difference from the temperature difference between the hot water and the set hot water supply temperature and the hot water supply amount is necessary. The theoretical value of the gas flow rate is obtained. And it is discriminate | determined whether gas was flowed excessively by comparing this theoretical value and the measured value of gas flow rate. Thereby, abnormalities, such as a gas leak and the fall of the thermal efficiency of a hot water supply equipment, can be detected.
(d)従来より、ガスの流量に基づいて、ガスが使用されたガス機器の特定を行うことがあったが、本実施形態によれば、ガスの流量と水の流量とに基づいて、ガスが使用されたガス機器の特定を行うことができる。例えば、複数のガス機器が同時使用された場合には、ガス流量の情報だけでは使用されたガス機器の特定が困難であるが、水が使用されたか否か(水の流量が「0」か否か)によって、例えば、ガスが給湯設備で使用されたのか、ガスストーブやガスコンロで使用されたのか判別することができる。同様に、水が使用された機器の特定も行うことができる。例えば、水とガスとが使用されている場合には、水が給湯設備で使用されたと判断し、水が使用されかつガス流量が「0」の場合には、水が水洗トイレ等で使用されたと判断することができる。 (D) Conventionally, the gas equipment in which the gas is used has been specified based on the gas flow rate. According to this embodiment, the gas device is based on the gas flow rate and the water flow rate. Can be used to identify the gas equipment used. For example, when a plurality of gas appliances are used at the same time, it is difficult to identify the gas appliance used by only the gas flow rate information, but whether or not water is used (whether the water flow rate is “0”). Whether or not the gas is used in a hot water supply facility or whether it is used in a gas stove or a gas stove can be determined. Similarly, the equipment in which water is used can be specified. For example, when water and gas are used, it is determined that water is used in a hot water supply facility. When water is used and the gas flow rate is “0”, water is used in a flush toilet or the like. Can be judged.
(e)ガス流量と水の流量とに基づいて、給湯設備による給湯先の特定を行うことができる。例えば、比較的低温(例えば、約40℃)の温水が大量に使用された場合、即ち、ガス流量が比較的少なくかつ水の流量が比較的多い場合には、風呂への湯張りであると判断し、比較的低温の温水が少量使用された場合、即ち、ガス流量及び水の流量が共に比較的少ない場合には、シャワーやキッチンへの給湯であると判断し、比較的高温(例えば、約60〜80℃)の温水が大量に使用された場合、即ち、ガス流量及び水の流量が共に比較的多い場合には、温水式の床暖房や浴室暖房機への給湯であると判断することができる。なお、給湯先に応じて最適な熱効率を予め求めておき、上述した関係式によって算出された実際の熱効率Rと比較することで、給湯設備が正常に動作しているか否かを判定するようにしてもよい。 (E) Based on the gas flow rate and the water flow rate, the hot water supply destination can be specified by the hot water supply facility. For example, when a large amount of hot water having a relatively low temperature (for example, about 40 ° C.) is used, that is, when the gas flow rate is relatively small and the water flow rate is relatively large, the hot water is filled in the bath. When a relatively small amount of hot water having a relatively low temperature is used, that is, when both the gas flow rate and the water flow rate are relatively small, it is determined that the hot water is supplied to the shower or kitchen, and a relatively high temperature (for example, When a large amount of hot water (about 60 to 80 ° C.) is used, that is, when both the gas flow rate and the water flow rate are relatively large, it is determined that the hot water is supplied to the hot water floor heater or bathroom heater. be able to. It should be noted that the optimum thermal efficiency is determined in advance according to the hot water supply destination, and compared with the actual thermal efficiency R calculated by the above-described relational expression, it is determined whether or not the hot water supply facility is operating normally. May be.
(f)従来より、ガス流量に基づいて使用者の健康状態を把握することがあった。これは、ガスが所定時間以上、連続して使用されたか、所定流量以上となった場合に「異常」と判断するものであった。これに対し、本実施形態によれば、水の流量とガスの流量とに基づいて、使用者の健康状態を把握することが可能となる。例えば、水又はガスのうちの少なくとも何れか一方の流量が所定期間以上「0」であったか或いは、予め設定した流量以上となった場合に、「異常」と判断するようにしてもよい。このようにすれば、ガス流量のみで使用者の健康状態を判断する場合に比較して、より正確に使用者の健康状態を把握することができる。 (F) Conventionally, the user's health condition has been grasped based on the gas flow rate. This was determined as “abnormal” when the gas was continuously used for a predetermined time or longer or when the gas flow exceeded a predetermined flow rate. On the other hand, according to this embodiment, it becomes possible to grasp a user's health state based on the flow rate of water and the flow rate of gas. For example, “abnormal” may be determined when the flow rate of at least one of water and gas is “0” for a predetermined period or more, or is equal to or higher than a preset flow rate. In this way, the user's health condition can be grasped more accurately than when the user's health condition is determined only by the gas flow rate.
(g)所定期間に亘って水の流量が「0」でかつガスの流速又は流量が所定値以上であったことをもって、ガス漏れや空焚きと判断したり、所定期間に亘ってガスの流量が「0」でかつ水の流速又は流量が所定値以上であったことをもって、水道管50からの漏水又はガス遮断弁の駆動と判断するようにしてもよい。
(G) When the flow rate of water is “0” for a predetermined period and the flow velocity or flow rate of the gas is greater than or equal to a predetermined value, it is determined that the gas is leaking or empty, or the gas flow rate is determined for a predetermined period. May be determined as leakage from the
(h)演算処理部18にて算出された水温が0°近くなった場合には、水道管50の凍結予防情報を表示器43に表示したり、管理センター45に報知することができる。
(H) When the water temperature calculated by the
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、水に関する計測値(流量・流速・温度)とガスに関する計測値(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、従来の水(液体)用の流量計とガス(気体)用の流量計とを単に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、水及びガスの計測値が、共通の1つの表示器43にて表示されると共に、共通の1つの通信処理部41から電話回線46に出力されるので、超音波流量計10の大きさをさらにコンパクトにすることができる。
As described above, according to the present embodiment, in one common
また、超音波流量計は、水流路11の水道管結合部13,13を水道管50A,50Bに接続し、ガス流路12のガス管結合部15,15をガス管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とガス管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及びガス管51への取付けが容易となる。
Further, the ultrasonic flowmeter connects the water
[第2実施形態]
図5は本発明の第2実施形態を示す。
この第2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を取り付けた点が上記第1実施形態とは異なる。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。
[Second Embodiment]
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention.
The second embodiment is different from the first embodiment in that the
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。
In FIG. 5,
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。
For example, the
さて、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。
A
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。
The
また、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、熱交換機105では、電池スタック103から回収した熱を利用して常温水を加熱して温水が作られている。熱交換機105で作られた温水は温水用配管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に貯留された温水が、例えば、住居内へ給湯される。
Further, the
さて、本実施形態では、超音波流量計10に備えたガス流路12が、改質器101に都市ガスを供給するためのガス供給配管110Aの途中に接続されており、水流路11が、ガス改質用の水が流れる水供給配管111の途中に接続されている。そして、ガス流路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、改質器101に供給された都市ガスの流速・流量が演算されている。また、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にて改質器101に供給されたガス改質用の水の流速・流量が演算されている。
Now, in this embodiment, the
ところで、演算処理部18には、改質器101に供給される都市ガスの流量と、ガス改質用の水の流量とを対応させて記憶した図示しないデータテーブルが備えられている。具体的には、ガスの流量を複数設定し、このガス流量から改質用の水の基準流量を求め、改質用の水の基準流量に所定値を加減算した上限基準値と下限基準値を、ガスの流量に対応させて、データテーブルに記憶してある。そして、演算処理部18では、実測された都市ガスの流量とガス改質用の水の流量とを前記データテーブルと比較している。即ち、実測されたガス流量が予め設定された数値範囲内か否か及び、改質用の水の流量が実測されたガス流量に対応して設定された数値範囲内にあるか否かをチェック(本発明の「計測値判定手段」に相当する)している。つまり、ガス流量と水の流量とが共に予め設定された数値範囲内にあるか否かが判定されている。
By the way, the
そして、実測された都市ガスの流量とガス改質用の水の流量とが共に予め設定された数値範囲内にある場合には、改質器101は正常であると判断される。これに対し、都市ガスの流量とガス改質用の水の流量との少なくとも何れか一方が、予め設定された数値範囲から外れていた場合には、改質器101(燃料電池システム100)が異常であると判断して、通信処理部41と表示器43とによって異常を報知するように構成されている。
When the measured flow rate of city gas and the flow rate of water for gas reforming are both within a preset numerical range, it is determined that the
このように、本実施形態によれば、実測された都市ガスの流量とガス改質用の水の流量とが、共に予め設定された数値範囲内にあるか否かを判定し、その判定結果に基づいて、改質器101が正常であるか否かを判定することができる。
Thus, according to the present embodiment, it is determined whether or not the measured flow rate of city gas and the flow rate of water for gas reforming are both within a preset numerical range, and the determination result Based on the above, it can be determined whether or not the
[第3実施形態]
図6は、本発明の第3実施形態を示す。同図に示すように、本実施形態では燃料電池システム100と給湯設備70とが共通のガス管51及び水道管50に接続されている。そして、超音波流量計10は、ガス管51及び水道管50のうち、燃料電池システム100及び給湯設備70よりも上流側に接続され、給湯設備70及び燃料電池システム100で使用される水及び都市ガスの流速・流量を計測している。なお、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。
[Third Embodiment]
FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention. As shown in the figure, in this embodiment, the
超音波流量計10に備えた演算処理部18には、例えば、燃料電池システム100が動作した場合のガス及び水の基準流量範囲が予め記憶されている。そして、超音波流量計10によって実測されたガス流量及び水の流量が共に、前記基準流量範囲内にあるか否かを判定(本発明の「計測値判定手段」に相当する)し、その判定結果に基づいて、ガス及び水が燃料電池システム100(本発明の「所定の機器」に相当する)で使用されたか否かを判別している(本発明の「機器使用判別手段」に相当する)。
In the
ここで、燃料電池システム100が動作した場合の理論上のガス及び水の流量比率に所定値を加減算した基準比率範囲(本発明の「予め設定された数値範囲」)を予め設定しておき、演算処理部18は、超音波流量計10によって実測されたガス流量と水の流量の比率が、前記基準比率範囲内にあるか否かを判定(本発明の「比率判定手段」に相当する)するようにしてもよい。この場合、燃料電池システム100は、本発明の「共通の機器」に、ガス管51は本発明の「共通の機器に連絡された気体用の流路」に、水道管50は本発明の「共通の機器に連絡された液体用の流路」にそれぞれ相当する。
Here, a reference ratio range (a “preset numerical range” of the present invention) obtained by adding and subtracting a predetermined value to the theoretical gas and water flow ratio when the
つまり、本実施形態によれば、水と都市ガスとを同時に使用する機器が共通の流路に複数連絡された場合に、超音波流量計10によって計測された水と都市ガスの流量値又は流量比率に基づいて、所定の機器が使用されたか否かを判定することができる。
That is, according to the present embodiment, when a plurality of devices that use water and city gas at the same time are connected to a common flow path, the flow values or flow rates of water and city gas measured by the
[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、都市ガスについて計測していたが、他の気体を計測してもよい。また、水に限らず、他の液体を計測してもよい。
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the embodiments described below are also included in the technical scope of the present invention, and various other than the following can be made without departing from the scope of the invention. It can be changed and implemented.
(1) In the said 1st-3rd embodiment, although it measured about city gas, you may measure other gas. Moreover, you may measure not only water but another liquid.
(2)上記第1〜第3実施形態では、1つのガス管51に流れるガスと1つの水道管50に流れる水とについて流速・流量を計測していたが、複数のガス管を流れるガス及び複数の水道管を流れる水について流速・流量を計測するようにしてもよい。
(2) In the first to third embodiments, the flow velocity and the flow rate of the gas flowing in one
(3)上記第1〜第3実施形態では、水の計測値とガスの計測値とを共通の表示器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。
(3) In the first to third embodiments, the measurement value of water and the measurement value of gas are configured to be displayed on the
(4)上記第1〜第3実施形態では、水流路11に備えた超音波送受波器20A,20Bとガス流路12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。
(4) In the first to third embodiments, the
(5)上記第2及び第3実施形態では、本発明の超音波流量計10を、所謂、固体高分子型燃料電池に取り付けていたが、他の型式(リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型等)の燃料電池に取り付けてもよい。
(5) In the second and third embodiments, the
(6)上記第2及び第3実施形態では、改質器101に供給されるガスを都市ガスとしていたが、LPG(液化石油ガス)やLNG(液化天然ガス)でもよい。
(6) In the second and third embodiments, the gas supplied to the
(7)上記第2実施形態では、ガス供給配管110Aを流れる都市ガスと水供給配管111を流れる改質用の水の流量を計測していたが、流速・流量を計測する流体の組み合わせはこれに限るものではない。
(7) In the second embodiment, the flow rate of the city gas flowing through the
例えば、ガス供給配管110Aを流れる都市ガス、空気供給配管112に流れる改質用空気、水供給配管111を流れる改質用水、水素ガス配管114を流れる水素ガスのうちの少なくとも何れか2つの流体について計測するようにし、それら計測値に基づいて、改質器101の状態を判定するようにしてもよい。また、バーナーガス配管110Bを流れる都市ガス、バーナー空気配管113を流れる空気及び残水素ガス配管115を流れる水素ガスのうちの少なくとも何れか2つの気体について計測するようにし、それら計測値に基づいてバーナー102の状態を判定するようにしてもよい。また、水素ガス配管114を流れる水素ガス、加湿用配管116を流れる加湿用水及び残水素ガス配管115を流れる水素ガスのうちの少なくとも何れか2つの流体について計測するようにし、それら計測値から電池スタック103の状態を判定するようにしてもよい。さらに、冷却用配管117を流れる冷却水と温水配管118を流れる温水について計測してもよい。なお、上記以外の組み合わせによって、燃料電池システム100又はその構成機器101,102,103,105,106の状態を判定してもよい。
For example, at least any two fluids of city gas flowing through the
(8)上記第2実施形態では、実測された都市ガス及び改質用の水の流量が共に、予め設定された数値範囲内であるか否かを判定していたが、複数の流体の流速又は流量の比率を求めて、その比率が予め設定された数値範囲内であるか否かを判定するようにしてもよい。 (8) In the second embodiment, it is determined whether or not the measured flow rates of city gas and water for reforming are both within a preset numerical range. Or you may make it determine whether the ratio of flow volume is calculated | required and the ratio is in the numerical value range set beforehand.
例えば、演算処理部18において、ガス供給配管110Aから改質器101に供給される都市ガスと、水供給配管111から改質器101に供給される改質用の水の流速又は流量の比率が予め設定された数値範囲内であるか否かを判定してもよい。
For example, in the
より具体的には、燃料電池システム100が動作した場合の理論上の都市ガス及び改質用の水の流量比率に所定値を加減算した基準比率範囲(本発明の「予め設定された数値範囲」)を予め設定しておき、演算処理部18は、超音波流量計10によって実測された都市ガス流量と改質用の水の流量の比率が、前記基準比率範囲内にあるか否かを判定し、この判定結果に基づいて、改質器101(本発明に係る「共通の機器」に相当する)の状態が正常であるか否かを判定するようにしてもよい。
More specifically, a reference ratio range obtained by adding / subtracting a predetermined value to / from the theoretical flow rate of city gas and reforming water when the
なお、この場合、水供給配管111は本発明に係る「共通の機器に連絡された液体用の流路」に、ガス供給配管110Aは本発明に係る「共通の機器に連絡された気体用の流路」に、演算処理部18は本発明の「比率判定手段」にそれぞれ相当する。
In this case, the
10 超音波流量計
11 水流路(液体流路構成部)
12 ガス流路(気体流路構成部)
18 演算処理部(演算部、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(液体が流れる流路)
51 ガス管(気体が流れる流路)
10
12 Gas channel (Gas channel component)
18 Arithmetic processing part (calculation part, ratio determination means)
20A, 20B
43 Display (display unit)
50 Water pipe (flow path through which liquid flows)
51 Gas pipe (flow path through which gas flows)
Claims (14)
液体が流れる流路に備えられた液体用計測部と、
前記気体用計測部と前記液体用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、前記気体又は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、
前記気体用計測部と前記液体用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、前記気体用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気体の流速及び/又は流量を算出すると共に、前記液体用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。 A gas measurement unit provided in a flow path through which the gas flows;
A liquid measurement unit provided in a flow path through which the liquid flows;
Provided in each of the gas measurement unit and the liquid measurement unit and arranged separately on the upstream side and the downstream side of the flow path, and along the forward direction along the flow of the gas or the liquid A pair of ultrasonic transducers for transmitting and receiving ultrasonic waves in both directions opposite to the flow,
A calculation unit that calculates a difference between arrival times of the ultrasonic waves in the forward direction and the reverse direction between the pair of ultrasonic transducers;
A switching means for alternately switching the gas measurement unit and the liquid measurement unit to connect to the calculation unit;
The calculation unit calculates the flow velocity and / or flow rate of the gas based on the difference in arrival time of the ultrasonic wave when connected to the gas measurement unit, and reaches the ultrasonic wave when connected to the liquid measurement unit. An ultrasonic flowmeter configured to calculate the flow velocity and / or flow rate of the liquid based on a time difference.
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、
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、前記気体及び前記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3の何れかに記載の超音波流量計。 The pair of ultrasonic transducers provided in the gas measurement unit and the liquid measurement unit are arranged in parallel with the flow direction of the gas and liquid, respectively.
The arrival time of the ultrasonic wave in the forward direction is T1,
The arrival time of the ultrasonic wave in the reverse direction is T2,
The interval between the ultrasonic transducers is d,
If the ultrasonic propagation velocity is C,
The computing unit is
1 / T1 + 1 / T2 = 2C / d
The propagation speed C is calculated using the relational expression, and the temperature of the gas and the liquid is calculated from the relational expression of the propagation speed C. 4. The described ultrasonic flowmeter.
前記液体用計測部によって計測された常温の液体の流量をFwとし、
前記伝播速度Cの関係式から求められた前記常温の液体の温度をK1とし、
前記常温の液体を前記気体の燃焼によって加熱した液体の温度をK2とし、
前記気体の単位流量当たりの熱量をQとし、
熱効率をRとした場合に、前記演算部は、
R=Fw・(K2−K1)/(Fg・Q)
上記関係式を利用して熱効率Rを演算することを特徴とする請求項4に記載の超音波流量計。 The gas flow rate measured by the gas measurement unit is Fg,
The flow rate of the liquid at room temperature measured by the liquid measuring unit is Fw,
The temperature of the room temperature liquid obtained from the relational expression of the propagation velocity C is K1,
The temperature of the liquid obtained by heating the room temperature liquid by the combustion of the gas is K2,
Let Q be the amount of heat per unit flow rate of the gas,
When the thermal efficiency is R, the calculation unit is
R = Fw · (K2−K1) / (Fg · Q)
The ultrasonic flowmeter according to claim 4, wherein the thermal efficiency R is calculated using the relational expression.
前記気体が流れる流路の途中に接続されて、前記気体が流れる流路の一部を構成する気体用流路構成部とが備えられ、
前記液体用計測部に備えた前記1対の超音波送受波器は、前記液体用流路構成部に配設されると共に、前記気体用計測部に備えられた前記1対の超音波送受波器は、前記気体用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6の何れかに記載の超音波流量計。 A liquid flow path component that is connected to the flow path of the liquid and forms a part of the flow path of the liquid;
Connected to the middle of the flow path through which the gas flows, and is provided with a gas flow path component that constitutes a part of the flow path through which the gas flows,
The pair of ultrasonic transducers provided in the liquid measurement unit is disposed in the liquid flow path component and the pair of ultrasonic transmission / reception units provided in the gas measurement unit. The ultrasonic flowmeter according to any one of claims 1 to 6, wherein a vessel is disposed in the gas flow path component.
複数の前記液体用計測部によって計測された複数の計測値の比率が、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。 The liquid measuring units are respectively arranged in a plurality of liquid flow paths communicated to a common device,
11. The apparatus according to claim 1, further comprising ratio determining means for determining whether a ratio of a plurality of measured values measured by the plurality of liquid measuring units is within a preset numerical range. The ultrasonic flowmeter according to any one of the above.
複数の前記気体用計測部によって計測された複数の計測値の比率が、予め設定された数値範囲の間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。
The gas measurement units are respectively arranged in a plurality of gas flow paths communicated to a common device,
The ratio determining means for determining whether or not the ratio of the plurality of measurement values measured by the plurality of gas measuring units is within a preset numerical range. The ultrasonic flowmeter according to any one of 10.
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- 2004-07-22 JP JP2004213835A patent/JP2005091348A/en active Pending
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