特開 2023-75418 異常検知システム及び水道メータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023075418

(43)【公開日】2023-05-31

(54)【発明の名称】異常検知システム及び水道メータ

(51)【国際特許分類】

   G01M 3/24 20060101AFI20230524BHJP

【ＦＩ】

G01M3/24 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021188310

(22)【出願日】2021-11-19

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】永原 英知

(72)【発明者】

【氏名】藤井 裕史

(72)【発明者】

【氏名】名和 基之

(72)【発明者】

【氏名】中林 裕治

【テーマコード（参考）】

2G067

【Ｆターム（参考）】

2G067AA13

2G067CC02

2G067DD04

2G067DD13

2G067EE13

(57)【要約】

【課題】家庭用水道等の水供給系統に関し、漏水を検知する機能を有した異常検知システムを提供すること。
【解決手段】共通配管１３、引込み管１４Ａ，１４Ｂで接続された２つの水道メータ１Ａ，１Ｂ間で、それぞれの水道メータの流量計測部７Ａ、７Ｂに付加配置した超音波送受信器６Ａおよび６Ｂを利用して、隣接する超音波送受信器６Ａ，６Ｂ間での超音波受信波形を計測し、漏れがない場合の受信波形と比較することにより超音波伝搬路ｐにおける漏水検知を行うことができる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水が流れる配管に距離をおいて配置された一対の超音波送受信器と、
一方の前記超音波送受信器から送信された超音波が、前記配管内を伝搬して他方の前記超音波送受信器で受信して得られた信号を処理して超音波の受信波形を求める超音波信号処理部と、
前記受信波形を比較する波形比較部と、
を備え、
前記波形比較部は、前記超音波信号処理部で前記配管において異常がない時に求めた超音波の受信波形Ｗ１と今回求めた受信波形Ｗ２とを比較することで、前記配管における水の漏洩の有無、或いは、異物の混入等の異常を検知する異常検知システム。

【請求項2】

水が流れる配管で接続された少なくとも２つの水道メータで構成され、
前記２つの水道メータは、それぞれ、
流量計測部が配置された計測流路と、
前記計測流路に付加され超音波送受信器と、
他方の前記超音波送受信器から送信された超音波を前記超音波送受信器で受信して得られた信号を処理して超音波の受信波形を求める超音波信号処理部と、
前記受信波形を比較する波形比較部と、
を備え、
前記波形比較部は、信号の処理により前記配管内を伝搬する超音波の受信波形Ｗ２を求め、前記配管において水の異常がない時に同様にして求めた超音波の受信波形Ｗ１と前記受信波形Ｗ２を比較することで、前記配管における水の漏洩の有無、或いは、異物の混入等の異常を検知する異常検知システム。

【請求項3】

前記計測流路と、前記流量計測部と、前記超音波送受信器と、前記超音波信号処理部と、を備えた、請求項２に記載の異常検知システムに用いる水道メータ。

【請求項4】

水が流れる配管で接続された複数の水道メータと、前記水道メータと通信を行うセンター装置とからなり、
前記水道メータは、
流量計測部が配置された計測流路と、
前記計測流路に付加された超音波送受信器と、
他の水道メータから送信された超音波を前記超音波送受信器で受信して得られた信号を処理して超音波の受信波形を求める超音波信号処理部と、前記センター装置、若しくは他の水道メータと通信を行う通信部とを備え、
前記センター装置は、前記超音波信号処理部で求めた前記受信波形を比較する比較部を備え、
前記比較部は、前記超音波信号処理部で前記配管において異常がない時に求めた超音波の前記受信波形Ｗ１と今回求めた受信波形Ｗ２とを前記通信部を介して取得し、前記受信波形Ｗ１とＷ２とを比較することで、前記配管における漏水の有無、或いは、異物の混入等の異常を検知することを特徴とする異常検知システム。

【請求項5】

前記計測流路と、前記流量計測部と、前記超音波送受信器と、前記通信部と、を備えた、請求項４に記載の異常検知システムに用いる水道メータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、家庭用水道等の水供給系統に関し、超音波を用いた漏水などの異常検知システムの構成に関するものである。

【背景技術】

【0002】

家庭用水道等の水供給系統に関し、漏水を検知するシステムが要請されている。従来、水道系統の漏水監視システムとして、超音波流量計を用いたシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。図５は、特許文献１に記載された漏水監視システムの概略構成図である。

【0003】

図５において、漏水監視システム１０１は、第１の超音波流量計１０２、及び住居に設置された第２の超音波流量計１０３および第２の超音波流量計１０４を有しており、第１の超音波流量計１０２は、配水管１０５を経由した後、分岐点Ａ以降は給水管１０６を経由して第２の超音波流量計１０３に接続されており、また、給水管１０７を経由して第２の超音波流量計１０４に接続されている。

【0004】

第１の超音波流量計１０２は、１対の超音波受発信素子ｐ１とｐ２を有しており、これらの受発信動作に基づく伝搬時間により、配水管１０５を流れる水の流量Ｑ０が計測される。

【0005】

また、第２の超音波流量計１０３、および第２の超音波流量計１０４もそれぞれ１対の超音波受発信素子ａ１，ａ２、およびｂ１，ｂ２を有しており、これらの受発信動作に基づく伝搬時間により、給水管１０６、１０７のそれぞれを流れる水の流量Ｑａ、Ｑｂを計測する構成となっている。

【0006】

このような構成で、Ｑ０とＱａ＋Ｑｂとの値の差を調べることにより、配水管１０５、給水管１０６，１０７における漏水の有無を検知することができる。

【0007】

本システムでは、その流量差を得るにあたり、それぞれの超音波流量計が得た流量情報を、超音波受発信素子を用いて伝送する仕組みとなっている。

【0008】

例えば、第１の超音波流量計１０２が得た情報を超音波受発信素子ｐ１から送り、それを第２の超音波流量計１０３の超音波受発信素子ａ１で受ける構成となっている。また、同様に、第２の超音波流量計ａ１０３が得た情報を超音波受発信素子ａ１から送り、それを第２の超音波流量計ａ１０３の超音波受発信素子ｂ１で受ける構成となっている。これにより、無線を利用しなくとも、流量情報を送ることができるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００２－１３１１７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、前記従来の構成では、漏水の有無を検知するために、各住居に設けられた超音波流量計（超音波流量計１０３，１０４）以外に、給水管１０６，１０７が分岐する前の配水管１０５に超音波流量計（上記例では、超音波流量計１０２）を設ける必要があった。

【0011】

また、異なる超音波流量計間での超音波の送受信はあるものの、情報の伝送機能のみで、漏水判定にまでは及ばないという課題を有するものであった。

【0012】

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、別個に超音波流量計を設けることなく、住居に設置される水道メータに漏水検知用のセンサを付加ことで漏水の有無や異物の混入等が検知可能な異常検知システムを提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

前記従来の課題を解決するために、本発明の異常検知システムは、水が流れる配管に距離をおいて配置された一対の超音波送受信器と、一方の前記超音波送受信器から送信された超音波が、前記配管内を伝搬して他方の前記超音波送受信器で受信して得られた信号を処理して超音波の受信波形を求める超音波信号処理部と、前記受信波形を比較する波形比較部と、を備え、前記波形比較部は、前記超音波信号処理部で前記配管において異常がない時に求めた超音波の受信波形Ｗ１と今回求めた受信波形Ｗ２とを比較することで、前記配管における水の漏洩の有無、或いは、異物の混入等の異常を検知することができるものである。

【発明の効果】

【0014】

本発明の異常検知システムによると、配管で接続された隣接する２つの水道メータ間で，それぞれの水道メータに異常検知用のセンサとして付加した超音波送受信器を利用して、水道メータ間での超音波受信波形を測定し、漏れがない場合との受信波形比較により漏水の有無を判定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施の形態１における水道メータの概略構成図

【図2】本発明の実施の形態１における配管系統図

【図3】本発明の実施の形態１における隣接する水道メータ間の超音波信号送受信の説明図

【図4】本発明の実施の形態１における正常時と異常時の超音波信号の送信波形及び受信波形を示す図

【図5】従来の漏水監視システムの概略構成図

【発明を実施するための形態】

【0016】

第１の発明は、水が流れる配管に距離をおいて配置された一対の超音波送受信器と、一方の前記超音波送受信器から送信された超音波が、前記配管内を伝搬して他方の前記超音波送受信器で受信して得られた信号を処理して超音波の受信波形を求める超音波信号処理部と、前記受信波形を比較する波形比較部と、を備え、前記波形比較部は、前記超音波信号処理部で前記配管において異常がない時に求めた超音波の受信波形Ｗ１と今回求めた受信波形Ｗ２とを比較することで、前記配管における水の漏洩の有無、或いは、異物の混入等の異常を検知する異常検知システムである。

【0017】

第２の発明は、水が流れる配管で接続された少なくとも２つの水道メータで構成され、前記２つの水道メータは、それぞれ、流量計測部が配置された計測流路と、前記計測流路に付加され超音波送受信器と、他方の前記超音波送受信器から送信された超音波を前記超音波送受信器で受信して得られた信号を処理して超音波の受信波形を求める超音波信号処理部と、前記受信波形を比較する波形比較部と、を備え、前記波形比較部は、信号の処理により前記配管内を伝搬する超音波の受信波形Ｗ２を求め、前記配管において水の異常がない時に同様にして求めた超音波の受信波形Ｗ１と前記受信波形Ｗ２を比較することで、前記配管における水の漏洩の有無、或いは、異物の混入等の異常を検知する異常検知シス
テムであり、各戸に設けた水道メータ以外に流量計を設置する必要がない。

【0018】

第３の発明は、前記計測流路と、前記流量計測部と、前記超音波送受信器と、前記超音波信号処理部と、を備えた、第２の発明の異常検知システムに用いる水道メータである。

【0019】

第４の発明は、水が流れる配管で接続された複数の水道メータと、前記水道メータと通信を行うセンター装置とからなり、前記水道メータは、流量計測部が配置された計測流路と、前記計測流路に付加された超音波送受信器と、他の水道メータから送信された超音波を前記超音波送受信器で受信して得られた信号を処理して超音波の受信波形を求める超音波信号処理部と、前記センター装置、若しくは他の水道メータと通信を行う通信部とを備え、前記センター装置は、前記超音波信号処理部で求めた前記受信波形を比較する比較部を備え、前記比較部は、前記超音波信号処理部で前記配管において異常がない時に求めた超音波の前記受信波形Ｗ１と今回求めた受信波形Ｗ２とを前記通信部を介して取得し、前記受信波形Ｗ１とＷ２とを比較することで、前記配管における漏水の有無、或いは、異物の混入等の異常を検知することを特徴とする異常検知システムである。

【0020】

第５の発明は、前記計測流路と、前記流量計測部と、前記超音波送受信器と、前記通信部と、を備えた、第４の発明の異常検知システムに用いる水道メータである。

【0021】

以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。

【0022】

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

【0023】

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における異常検知システムに用いる水道メータ１の概略構成図を示す。
以下、本実施の形態では、配管における異常として、漏水を例にして説明する。

【0024】

統括制御部２は、流量計測処理部３、超音波信号処理部４、及び波形比較部１０を制御する。計測流路５は、水道メータ１の内部に設けられた水の通路であり、流れは白抜き矢印ｆで示した方向に流れる。計測流路５の上流側には超音波送受信器６が配置されており、下流側には流量計測部７が配置されている。流量計測部７は、羽根車式、超音波式等、周知の流量計測方法を利用する流量計であり、特に限定されない。また、計測流路５には、超音波送受信器６から発信された超音波を９０°方向に反射する為の超音波反射体８が配置されている。また、通信部９は、外部との通信を行うことで、各種データの送受信を行う。破線ｐは、超音波の伝搬経路を示す（以降、超音波伝搬路ｐと称す）。なお、超音波送受信器６は、計測流路５の外壁面に図示しない固定部材で固定されている。

【0025】

上記構成において、まず、水の流量を計測する場合、統括制御部２は、流量計測処理部３を動作させ、流量計測部７を用いて流量を計測する。例えば、流量計測部７が羽根車式であれば、羽根車の回転数を検知して流量を計測する。

【0026】

図２は、実施の形態１における異常検知システム２１の配管系統図を示す。

【0027】

図２において、水道メータ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは、共通配管１３の上流側から下流側に向かってそれぞれ、引込み管１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄを介して接続されてい
る。

【0028】

本実施の形態では、一例として共通配管１３に４つの水道メータ（水道メータ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）が接続される構成で説明するが、水道メータの数はこれに限定されない。

【0029】

また、センター装置２０は、水道メータ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄと通信を行うことで、計測された流量等の検針データを受信したり、水道メータに対して各種の指示を行う機能を有している。なお、各水道メータとの通信方法は、セルラー通信や特定小電力無線通信、あるいは、中継局を介したネットワークなど、特に限定されない。

【0030】

図３は、実施の形態１における隣接する水道メータ間での超音波送受信を説明する図である。なお、図２、図３において、図１と同じ機能のものは、同じ番号で示し、数字の後に付与した記号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、各水道メータ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄとの対応を表している。

【0031】

図３は、漏水検知動作を説明するための一事例として、図２に示した配管系統図の水道メータ１Ａ，１Ｂの間の動作を説明する為の図で、水道メータ１Ａ，１Ｂと、これらを接続している引込み管１４Ａ，１４Ｂ、および共通配管１３の部分を抜き出したものであるが、引込み管１４Ａ，１４Ｂと共通配管１３は、漏水検知の原理説明を分かり易く行う都合上、図２を少し変形して示している。

【0032】

図３において、一点鎖線で囲った部分が異常検知システム１６を示しており、図に示すように少なくとも２つの水道メータで構成され、配管（引込み管１４Ａ，１４Ｂ，および共通配管１３）で接続されている。

【0033】

次に、この異常検知システム１６の動作を図１～図３により説明する。

【0034】

まず、流量計測について図１を用いて説明する。

【0035】

図１において、流量計測を行う場合、統括制御部２は、流量計測処理部３により、流量計測動作を開始する。

【0036】

ここで用いる流量計測部７は、先にも述べたように、既存の流量計である。例えば、羽根車式流量計であれば、羽根車の回転数を検知することにより流量の計測が行われる。そのための計測処理が流量計測処理部３により実施され、流量Ｑを計測することができる。

【0037】

次に、図３を用いて、異常検知システム１６の漏水検知動作を説明する。

【0038】

上記の流量計測動作は、水道メータ１Ａ、および水道メータ１Ｂにおいて、それぞれ別個に行われるものであるが、漏水検知動作では、引込み管１４Ａ，１４Ｂ、および共通配管１３を介して隣接配置されている水道メータ１Ａと水道メータ１Ｂとの間での超音波の送受信の連携動作が行われる。

【0039】

隣接する水道メータ１Ａ，１Ｂ間で、超音波の伝搬を計測する場合、まず、水道メータ１Ａの統括制御部２Ａは、通信部９Ａを動作させる。また、水道メータ１Ｂの統括制御部２Ｂは、通信部９Ｂを動作させる。これらの連携動作により、水道メータ１Ａ，１Ｂ間でそれぞれが有する時計（図示せず）の時刻を一致させる。

【0040】

次に、水道メータ１Ａの統括制御部２Ａは、超音波信号処理部４Ａを動作させて超音波
信号を送信し、同時刻に、水道メータ１Ｂの統括制御部２Ｂは、超音波信号処理部４Ｂを動作させて受信波形の計測を開始する。

【0041】

そして、水道メータ１Ａの超音波送受信器６Ａより発射された超音波は、超音波反射体８Ａで反射し、引込み管１４Ａの方向へ伝搬する。その後、この超音波は、引込み管１４Ａや、配管がつながっている共通配管１３，引込み管１４Ｂの流体部分を経由し、配管が接続されている様々な方向に向かうが、そのうちの一部は、水道メータ１Ｂの超音波反射体８Ｂで反射し超音波送受信器６Ｂで受信される。この様にして到達した受信波形は、水道メータ１Ｂの超音波信号処理部４Ｂにより計測される。

【0042】

先に述べたように、水道メータ１Ａ，１Ｂの時計の時刻は一致しているので、送信開始と受信波形の計測開始を同じ時刻に開始することで、水道メータ１Ａの超音波送受信器６Ａから発せられて、水道メータ１Ｂの超音波送受信器６Ｂで受信される波形を確実にとらえることができる。

【0043】

今、図２の共通配管１３に接続されているすべての水道メータ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの流量がゼロの場合、すなわち、共通配管１３に流れが無い場合で、漏水が無い場合に、上記のようにして、水道メータ１Ａから発せられた送信波形と、水道メータ１Ｂで得られた受信波形を模擬的に示したのが図４である。図４（ａ）は、超音波伝搬路ｐにおいて、漏水が無い場合であり、受信波形は送信波形に類似した整った波形を示す。このような条件の波形を受信波形Ｗ１と呼ぶことにする。

【0044】

次に同じ条件で、超音波伝搬路ｐのどこかで漏水が発生しているときの水道メータ１Ｂでの受信波形を模擬的に示したのが図４（ｂ）である。このような条件の波形を受信波形Ｗ２と呼ぶことにする。漏水が発生しているときは、その近傍で管内を流れる流体に流速変動や、乱れが生じるため、波形は、図４（ｂ）に示す様に変動を伴うものとなる。

【0045】

従って、水道メータ１Ｂが設置された直後など、漏水が無いと判断される時期に、超音波信号処理部４Ｂは、水道メータ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄとの通信により、それぞれの流量がゼロとなったことを受信したタイミングで超音波信号処理部４Ａと連携して受信波形Ｗ１を計測し、保存しておき、その後、定期的に受信波形（Ｗ２とする）を計測する。波形比較部１０は、これら受信波形Ｗ１とＷ２とを比較分析することにより超音波伝搬路ｐにおける漏水の発生を検知することができる。すなわち、図２における引込み管１４Ａ，共通配管１３，引込み管１４Ｂの経路における漏水を検知することができる。そして、漏水検知の結果は、通信部９Ｂを介してセンター装置２０に送信される。

【0046】

上記の説明では、超音波送受信器を流量計測部よりも上流側に配置したが、これは、流量計測部が羽根車式の様に、その部品構成が超音波伝搬を妨げるような場合であって、そのような恐れのない流量計測部であれば、超音波送受信器は、流量計測部の下流側であっても差し支えないものである。

【0047】

なお、ここに示した例では、水道メータ１Ａから超音波を発射して、水道メータ１Ｂに到達する受信波形の計測を行ったが、逆に水道メータ１Ｂから発射して、水道メータ１Ａに到達する受信波形の計測を行っても、同様の効果が発揮されるものである。

【0048】

また、上記実施の形態では、水道メータ１Ａと水道メータ１Ｂ間で判定したが、水道メータ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの内の任意の２つを選択することで、同様の漏水検知を行うことができる。

【0049】

また、水道メータ間の時計の時刻の調整は互いの通信に限らず、センター装置２０との
通信でセンター装置２０が有する時計の時刻に合わせるなど、特に限定はされない。

【0050】

また、図２に示すように、センター装置２０と、複数の水道メータで異常検知システム２１を構成し、漏水の検知が必要な場合、センター装置２０が対象となる配管に接続された２つの水道メータ（例えば、水道メータ１Ａ，１Ｃ）を選択し、それぞれの超音波信号処理部４による受信波形Ｗ１，Ｗ２の計測を指示し、この波形をセンター装置２０で取得して、センター装置２０に設けた波形比較部（図示せず）で漏水の有無を判断する構成としても良い。

【0051】

以上、述べたように、本実施の形態によると、水が流れる共通配管１３で接続された複数の水道メータ間において、一方から送信した超音波を他方で受けたときの受信波形Ｗ２を計測し、受信波形Ｗ２と２つの水道メータ間における水の漏洩がない時の超音波の受信波形Ｗ１と比較することで、２つの水道メータ間の超音波伝搬路における水の漏洩の有無を検知することが可能な異常検知システムを構築することができる。

【0052】

また、流量計測部として、超音波を用いた原理で計測するものを用いれば、流量計測に使用する超音波送受信器を、漏水検知用の超音波送受信器と兼用することができ、効率的な水道メータの構成とすることができる。

【0053】

また、流量計測部として既存の水道メータを利用し、異常検知を行うための超音波送受信器、統括制御部、流量計測処理部、流量計測部、波形比較部を付加することで、異常検知システムを構築することができる。

【0054】

なお、この事例では、漏水を例に説明したが、受信波形に影響を及ぼす異常な状態、例えば、気泡の混入や、異物の混入などがあれば、これも同様に検知することができる。

【産業上の利用可能性】

【0055】

以上のように、本発明の異常検知システムは、隣接する水道メータ間での超音波受信波形の変化に基づき漏水の有無判定をすることができるため、家庭用水道配管系や、温冷水利用の暖冷房水配管系などへの幅広い応用が可能となる。

【符号の説明】

【0056】

１，１Ａ～１Ｄ 水道メータ
２，２Ａ，２Ｂ 統括制御部
３，３Ａ，３Ｂ 流量計測処理部
４，４Ａ，４Ｂ 超音波信号処理部
５ 計測流路
６，６Ａ～６Ｄ 超音波送受信器
７，７Ａ～７Ｄ 流量計測部
９，９Ａ～９Ｄ 通信部
１０，１０Ａ～０Ｄ 波形比較部
１３ 共通配管（配管）
１４，１４Ａ～１４Ｄ 引込み管（配管）
２０ センター装置
１６，２１ 異常検知システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】