燃气泄漏检测系统的制作方法

本发明涉及一种用于供应燃料燃气的燃气泄漏检测系统，例如但不限于煤气或天然气。

背景技术：

如今，大多数住宅燃气用具已经配备了火焰切断装置作为标准安全设备。为了进一步改善天然气安全，家庭将安装燃气探测器，燃气探测器中通常使用一氧化碳和甲烷探测器。然而，这些安全装置的有效性取决于它们的安装位置、它们的灵敏度和环境因素，例如附近的污染物。特别是，它们被限制在特定的燃气用具和燃气用具周围的空间。

本发明旨在通过提供新的或以其他方式改进的燃气泄漏检测系统来缓和或至少减轻一个或多个上述问题或缺点。

技术实现要素：

根据本发明，提供了一种用于检测供应到特定位置的燃料燃气泄漏的燃气泄漏检测系统，其包括：系统服务器；以及燃气表，其设置在所述位置，用于监测在预定期间内向所述位置供应燃气，在此期间，供应的燃气以不连续的方式被消耗。燃气表包括通过其向所述位置供应燃气的阀门，以及用于测量燃气供应量的量测量装置；具有记录时间装置，其用于记录燃气供应时间；还具有控制装置，其适用于：确定至少一个与燃气供应量和燃气供应时间有关的参数；将参数与两个阈值进行比较，即相对较高的第一阈值和相对较低的第二阈值，其中，所述第二阈值选择为小于所述预定期间内燃气供应量的平均值；如果参数分别超过第一阈值或第二阈值，则提供第一控制信号或第二控制信号；以及触发第一动作装置或第二动作装置，用于分别响应第一控制信号或第二控制信号实现第一补救动作或第二补救动作，响应于第一补救动作，燃气供应被即时终止，相反，响应于所述第二补救动作，燃气供应不会被即时终止。同样包括通信装置，其用于在控制装置和系统服务器之间的通信。

优选地，控制装置适于通过参考供应量相对于供应时间(即，供应速率)来确定所述参数。

优选地，控制装置适于通过参考供应速率超过阈值的持续时间来确定所述参数。

更优选地，控制装置适于确定与供应速率有关的第一参数以与第一阈值进行比较，以及确定与第一个参数超过第一个阈值所述持续时间相关的第二参数以与第二阈值进行比较。

更优选地，所述补救动作包括响应于所述第二参数超过所述第二阈值而关闭所述阀门，其中，所述第一阈值表示燃气即时严重泄漏的情况。

更优选地，所述补救动作包括响应于所述第二参数超过所述第二阈值而安排访问所述位置以进行检查，其中，所述第一阈值表示燃气逐渐轻微泄漏的情况。

在优选的实施方式中，控制装置适于：

确定与供应速率有关的参数，用于与相对高的第一阈值和相对低的第二阈值进行比较；以及

如果供应速率在相对短的时间段内超过第一阈值，则提供第一控制信号；以及

如果供应速率在相对长的时间段内超过第二阈值，则提供第二控制信号。

更优选地，所述动作装置适于：

响应第一控制信号关闭阀门；以及

响应第二控制信号安排访问该位置以进行检查。

更优选地，所述时间记录装置适于以一定间隔记录燃气供应时间。

更优选地，所述间隔对应于由量测量装置可测量的最小量的燃气。

更优选地，所述间隔基本上为十秒。

优选地，所述相对短的时间段包括多个所述间隔，所述间隔表示与所述供应速率相关用于与所述第一阈值相比较的参数的至少一次重现。

更优选地，所述相对短的时间段包括三个间隔。

优选地，所述相对长的时间段包括多个间隔，每个间隔基本上是一小时，以表示与供应速率相关用于与第二阈值相比较的参数的每小时重现。

更优选地，所述相对长的时间段包括二十四个间隔(即，一个日常循环)。

优选地，所述燃气表包括用于控制所述阀的操作的阀控制器，操作包括关闭所述阀。

优选地，所述时间记录装置和所述控制装置设置在所述燃气表上。

优选地，所述通信装置包括固定数据线和无线电链路中的一个。

附图说明

现在，通过参考附图，仅作为示例，将更具体地描述本发明，附图中：

图1是根据本发明的燃气泄漏检测系统的实施方式的示意图，该系统包括与系统服务器通信并可与配置工具通信的燃气表；

图2是图1的燃气表和配置工具的摄影图像；

图3是示出图1的燃气泄漏检测系统的高切功能(highcutfunction)的流程图；

图4是示出图1的燃气泄漏检测系统的连续燃气流量监测功能的流程图；

图5是表示由燃气泄漏事故中的燃气设备断开引起的异常消耗率的曲线图，其由图3的高切功能处理；以及

图6是显示由未意识到/未注意到的燃气泄漏引起的耐久消耗周期的图表，其由图4的连续燃气流量监测功能处理。

具体实施方式

参照附图中的图1至图6，示出了体现本发明的燃气泄漏检测系统10的主要组件，燃气泄漏检测系统10用于检测供应给特定位置以供用户使用的燃料燃气的泄漏。燃气泄漏检测系统10包括系统服务器90，其设置在后端并由相关的燃气公司操作，燃气表100设置在一定位置，以用于监测供应到该位置的燃气，以及用于记录燃气供应时间的记录时间装置510。记录时间尤其包括日期/时间和燃气供应持续时间。时间记录装置510可以由燃气表100中的时钟或计时器510提供，或者以等效功能的形式提供。

燃气表100包括阀200，将燃气通过阀200供应到该位置，以及用于测量燃气供应量的量测量装置300。阀200优选地是电动阀，其操作可以由燃气表100的阀控制器控制，使得阀200可以响应于控制信号而关闭。

量测量装置300通常是机械燃气流量计，其连接在从燃气入口101到燃气出口102的内部燃气通道中，用于测量并提供在累积基础上供应或消耗的燃气体积的指示。读数由一组刻度盘310呈现，其中用于最后一个数字的刻度盘带有磁铁，用于由附近的簧片开关320检测，使得测量的体积从机械信号转换成数字信号。

如本文以下所述，以规律间隔测量并以数字形式获取供应/消耗的燃气体积，该间隔为每10秒。计时器510确定测量值之间的该间隔以及确定监测测量的消耗量以进行燃气泄漏检测的间隔(即每10秒和每24小时)，如下所述。

燃气泄漏检测系统10包括控制装置500，控制装置500可以由例如中央处理单元或cpu500提供，该中央处理单元或cpu500被编程为执行与燃气泄漏检测有关的各种功能，包括以下基本功能：

-确定至少一个与燃气供应量和燃气供应时间有关的参数；

-将参数与预定阈值或相应的预定阈值进行比较；以及

-如果参数超过阈值，则提供控制信号。

控制装置(即cpu500)安装在燃气表100上，从而使仪表100成为这样的“智能仪表”：能够对供应量和时间数据执行原地和即时处理。cpu500经由通信装置400与系统服务器90通信，通信装置400包括固定数据线和无线电链路之一，该无线电链路优选地基于gprs，即通用分组无线业务。

cpu500通过参考供应量相对于供应时间来确定参数，其对应于供应率或消耗率(即，消耗率＝消耗的燃气体积/消耗时间)。更具体地，cpu500通过参考供应速率超过阈值的持续时间来确定参数。动作装置包含在cpu500中或以其他方式与cpu500相关联，以用于触发，从而随后响应于控制信号实施补救动作。

在大多数燃气泄漏事故中，燃气供应/消耗的模式与正常使用的模式有很大不同。特别是，异常消耗率和长时间消耗周期是燃气泄漏的两个主要特征(或症状)。在第一种情况a中，例如在管道断开的情况下，无论是如在自杀情况而故意地断开还是由于损坏引起的意外断开，燃气消耗将在非常短的时间段内飙升。这与异常消耗率有关，表示燃气即时发生严重泄漏的情况。相反，在存在未被注意的燃气泄漏的第二种情况b中，燃气消耗(即泄漏量)可以是可登记的，然而很小并且通常数量很少，持续达耐久的时间段。这与长期消耗周期有关，代表了逐渐轻微泄漏燃气的情况。

对于情况a，补救动作包括关闭燃气表100的内部阀200，以终止燃气供应。对于情况b，补救动作包括安排访问该位置以进行检查。在任一情况下，cpu500将经由通信装置400向系统服务器90发送警告信号，以立即进行后续动作。可以设想，这些补救动作可以单独使用或组合使用。

通过开发用于燃气表100中的cpu500的操作的算法来监测燃气供应，可以识别这种异常燃气消耗模式，并因此推断出潜在的燃气泄漏事故。此外，通过在燃气表100中使用或添加电动燃气阀200来提高安全性。一旦检测到可疑的燃气泄漏，阀200就可以立即关闭，并伴随发送给燃气公司的警告信号，以立即采取后续行动。

上面提到的燃气泄漏情况a和b具有共同特性，即消耗率与消耗周期的关系。为了通过利用这种关系来执行各项功能，cpu500被编程为确定与供应速率(即消耗率)有关的第一参数，以用于与第一阈值进行比较；以及与持续时间相关的第二参数(即消耗时段)，在第二参数上，消耗率(即第一参数)超过第一阈值以与第二阈值进行比较。

这两种情况之间的这两个参数是可比较的但是相当不同，实际上恰恰相反，因为对于情况a，虽然消耗率相对较高，且消耗时间相对较短，而对于情况b来说，消耗率相对较低且消耗时间相对较长。如下所述，对象燃气泄漏检测系统10基于类似的算法但使用不同的阈值组，通过使用各项功能来处理这些情况。

这些阈值(与燃气消耗率和燃气消耗时间有关，即监测时段)通过使用配置工具(例如运行专有程序或app的智能垫80)而配置到燃气表100中，并使用相对短程通信协议(例如蓝牙)与cpu500通信。

高切功能

该功能旨在推断由于燃气设备的断开或损坏而引起的燃气泄漏事故(例如在自杀的情况下)，其中，燃气消耗率在较短时间段内具有异常的高跳跃，即情况a。对于这种情况下(即异常消耗率)，第一阈值和第二阈值被选择为360ft³/hr和30秒。

选择第一阈值高于最大正常燃气消耗率(cmax)但低于特定正常供应压力下的自由泄漏速率(cl)。在1.5kpa的正常供应压力下，自由泄漏率(cl)计算为约413ft³/hr。

最大正常燃气消耗率(cmax)定义为相关供应地点的最大正常家庭燃气消耗率，即最大燃气用具评级的总和(∑rmax)乘以适当的可允许误差(例如10％)。

如果燃气表100记录的消耗率大于最大正常燃气消耗率(cmax)，则可以假设发生了燃气泄漏。因此，消耗率(ct)的第一阈值可以设定为恰好高于最大正常燃气消耗率(cmax)。

仅以香港一个典型的家庭场所为例，燃气用具的最高额定值之和(∑rmax)约为326ft³/hr，如下表所示：

基于上述计算，燃气消耗率(ct)的第一阈值设定为360ft³/hr。

在燃气泄漏处于过量流速的情况下，监测间隔应足够短，以避免泄漏燃气积聚，因为这可能导致爆炸。然而，监测间隔受到燃气表100的最小记录消耗量(rcmin)的限制，这是由仪表量测量装置300可测量的最小燃气量(即测量灵敏度)。对于香港使用的大部分煤气表(包括主题水表100)的最低登记消耗(rcmin)为1ft³。

对于360ft³/hr(其为0.1ft³/s)的燃气消耗率(ct)的第一阈值，基于1ft³的最小登记消耗量(rcmin)，燃气表100将花费大约10秒(min)来登记。该十秒周期对应于最小登记消耗(rcmin)，并用作监测间隔。

香港的典型家庭场所的厨房大小为324ft³(即6ft×6ft×9ft)，考虑到所涉及的燃气类型的下爆炸极限(4.5％)和下爆炸极限的安全系数(20％)，允许的燃气泄漏量(va)计算为3ft³。因此，允许的燃气泄漏体积(va)将采用30秒(mt)-即10秒(min)的3倍-以针对燃气爆炸的可能性建立达到最大可接受水平，如燃气表100所记录的最小记录消耗(rcmin)为1ft³。

基于上述情况，对于香港的典型家庭场所，如果在30秒(mt)期间每10秒(min)记录360ft³/hr(ct)的燃气消耗率，即一行3次，根据由于某燃气设备的断开或损坏引起的异常消耗率来识别燃气泄漏，如图5的异常燃气消耗模式所示。

30秒的监测周期包括三个监测间隔，每个监测间隔为10秒。它表示与360ft³/hr的第一阈值(ct)相比并且超过360ft³/hr的第一阈值(ct)的消耗(泄漏)速率中的至少一次重现，或者如所描述的总共三次中的两次重现。重现可确保更可靠的结果。

参考图3的流程图，高切功能从操作脉冲计数和计时器(框20)开始，以计算和监测燃气消耗率和周期(框21)。在检测到异常燃气消耗率，即三个连续10秒的时段内消耗率超过360ft³/hr时(框22)，cpu500将通过向阀控制器发出控制信号，以立即关闭燃气表100的内部阀门200(框23)，以终止燃气供应作为补救动作。cpu500还将通过向其发出控制信号立即向系统服务器90通知事件(框24)，以便系统服务器90可以后续采取进一步的补救动作，例如向警方报告和/或安排紧急现场检查。

连续燃气流监测功能

该功能旨在发现未被注意的燃气泄漏，其中燃气消耗率(即泄漏的燃气流)持续特别长的时间段，即情况b。由于燃气消耗率可以是任何小的数值，因此没有计算消耗率阈值用于进行比较来识别泄漏。相反，发现只需要通过参考上述1ft³的最小记录消耗量(rcmin)来监测：是否存在任何消耗连续达耐久的时段。因此，对于这种情况(即，耐久的消耗周期)，第一阈值选择为1ft³/hr。

对于家庭中燃气用具的正常操作，用户很少连续使用燃气用具达一天中的较长时间或更长时段(即24小时)，因此，将其作为监测消耗期(mt1)的第二阈值。

以一定间隔监测燃气消耗，例如并且优选每小时(min1)。这一小时的间隔表示与1ft³的第二阈值(rcmin)相比并且超过1ft³的第二阈值(rcmin)的消耗(泄漏)率的每小时重现。监测周期(即24小时)由24个监测间隔(即每个监测间隔为1小时)组成，并代表一个日常周期。

因此，在香港的典型家庭例子中，如果在24小时(mt1)期间每小时(min1)记录1ft³/hr的燃气消耗(泄漏)率，则可以基于耐久的消耗时段而假设并识别燃气泄漏由未意识到的燃气泄漏引起，如图6的异常燃气消耗模式所示。

参考图4的流程图，连续燃气流量监测功能以操作脉冲计数和计时器(框30)开始，以计算和监测燃气消耗率和周期(框31)。在检测到耐久的燃气消耗周期，即消耗被记录24小时(框32)时，cpu500将向系统服务器90发出控制信号(框33)，用于安排访问该位置以进行检查作为补救动作，以识别和维修燃气泄漏。

其他补救动作可以包括发送消息以通知燃气表100的记录用户发现可疑的燃气泄漏。

应注意，上述第二阈值(其对应于燃气表100的最小记录消耗量(即1ft³))可以增大到例如2ft³或3ft³，以允许有这样的某些供应位置：在该位置中，水加热器由引燃火焰点燃，且用户始终保持引燃火焰处于点燃状态。

概括地说，控制装置或cpu500确定与供应速率相关的参数(即消耗率)，以与相对高的第一阈值(例如360ft³/hr)和相对低的第二阈值(例如1ft³/hr)进行比较。然后，如果消耗率在相对短的时间段(例如30秒)内超过第一阈值，则cpu500提供第一控制信号，以关闭阀门200，即，高切功能。可替选地，如果消耗率在相对长的时间段(例如24小时)内超过第二阈值，则cpu500将提供第二控制信号，用于安排访问检查位置，即，连续气流监测功能。这两项功能连续起作用。

参考图6的消耗周期的图表，在预定期间(如24小时(mt1)期间内的燃气供应于一定间隔(如每小时(min1))被燃气表100监测。在一般情况下，供应的燃气以不连续的方式被用户消耗。例如，燃气只在特定时段或特定事件下供应，如早饭、中饭、晚饭或洗澡等高燃气消耗率时段。除了这些特定时段以外，燃气理论上不会被用户消耗，即燃气表100所记录的燃气消耗量应为0ft³。示例性地，燃气表100所监测的阈值为一最小记录消耗量(如1ft³)，该阈值也可以选择为小于预定期间内燃气供应量的平均值。如果燃气表100所记录的燃气消耗量大于1ft³，该位置则极有可能存在未意识到或潜在的燃气泄漏。燃气表100将经由cpu500向事务部门发出信号，用于安排访问该位置以进行检查作为补救动作，以识别和维修燃气泄漏。燃气供应不会在信号发出时被即时终止。

本燃气泄漏检测系统10覆盖燃气表100下游的所有燃气设备，例如管道、柔性软管、燃气用具和相关连接件。其用途和有效性与这些燃气设备的位置及其灵敏度以及环境因素无关。它还补充了现有的安全装置，包括火焰切断装置和燃气探测器。

特别地，当通过嵌入在燃气表100中的算法推断出燃气泄漏时，燃气泄漏检测系统10通过支持快速动作来停止燃气供应来提供保护。这种嵌入式算法和相关功能扩展了燃气表100的用途，提供抄表以提供燃气安全性。

可以设想，控制装置500可以替代地设置在后端系统服务器90处，以控制参与主题燃气泄漏检测方案的所有用户燃气表，使得这些燃气表可以更简单地制成，例如仅需要添加用于与系统服务器通信的通信模块，从而抑制众多用户端的硬件成本。在那种情况下，通信数据可以仅包括从燃气表到系统服务器的供应数据(即数量和时间)，并且如果需要或当需要时，作为交换还包括阀门关闭信号。

本发明仅作为示例的方式给出，并且本领域技术人员可以在不脱离所附权利要求中所限定的本发明的范围的情况下，对所描述的实施方式进行各种其他修改和/或改变。