JP2002214017A

JP2002214017A - ガスメータ

Info

Publication number: JP2002214017A
Application number: JP2001009774A
Authority: JP
Inventors: Hidetaka Yabuuchi; 秀隆藪内; Hiroyuki Kayama; 博之香山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-01-18
Filing date: 2001-01-18
Publication date: 2002-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の、一次電池だけで、ガスメータと保安
機器とのあいだの通信を無線で実行するようにした場合
には、電源の重量と大きさが大きくなる、また発電器を
利用する構成のものは、ガスの使用時間や日照状態など
の使用条件によって発電量が変化するため、電池との併
用が前提になるとともに電池の交換メンテナンス時期が
一定しないという課題が発生するものである。【解決手段】ガス配管６から分岐した分岐管１３から
取り出したガスを燃料として発電する発電部１１を電源
として使用し、電池を交換したりするメンテナンスの必
要のないガスメータとしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ガスやＬＰガ
ス等のガス配管に接続されるガスメータに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】都市ガスやＬＰガスの使用量を計測する
ために用いているガスメータは、ガス配管内を通過する
ガスの流量を計測する機能を有するとともに、センサを
内蔵してガス漏れ等の異常が発生した場合にはガス遮断
弁を駆動してガスの供給を停止したり、その状態を表示
したりする機能も有している。この安全機能を動作させ
るための電子回路や遮断弁の電源は、ガスメータ内に内
蔵している一次電池を使用している。

【０００３】また、近年ではガスメータにガス漏れ警報
器や不完全燃焼検知器などの保安機器を接続した構成の
ものもある。このタイプのガスメータは、警報信号に基
づいてガスを遮断したり、ガスの使用量を電話回線を介
してガス会社に送信して自動検針を行なうこともできる
ものである。このとき、この付加機能に必要な電源を確
保するために、例えば特開平２−４７５２２号公報に示
されている技術では商用電源を利用しているものであ
る。あるいは特開平９−３１８４１３号公報には、ガス
を送給する時の機械エネルギーや太陽エネルギーを利用
した発電器を利用した技術が示されているものである。

【０００４】最近では通信技術の発達によって、ガスメ
ータと保安機器との通信あるいは、ガスメータと電話回
線との通信は無線で行なうことが可能となっている。こ
の無線による通信は、配線工事が不要であり、設置性の
向上が見込まれている。しかしながら、これらの通信を
無線で行なうためには従来以上に大きい容量の電源が必
要となり、しかも無線のメリットを生かすためには外部
配線を極力なくしてこれを確保しなければならない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のガスメータに使
用されている一次電池だけで、ガスメータと保安機器と
のあいだの通信を無線で実行するようにした場合には、
電源の重量と大きさが大きくなるばかりか、コストが高
くなるという課題が発生するものである。また、従来例
で述べたような発電器を利用するものでは、ガスの使用
時間や日照状態などの使用条件によって発電量が変化す
るため、電池との併用が前提になるとともに電池の交換
メンテナンス時期が一定しないという課題が発生するも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガス配管から
分岐した分岐管から取り出したガスを燃料として発電す
る発電部を電源として使用し、電池を交換したりするメ
ンテナンスの必要のないガスメータとしている。

【０００７】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、ガス配
管から分岐した分岐管から取り出したガスを燃料として
発電する発電部を電源として使用し、電池を交換したり
するメンテナンスの必要のないガスメータとしている。

【０００８】請求項２に記載した発明は、発電部は分岐
管から取り出したガスを燃焼する燃焼器と、前記燃焼器
の発熱によって加熱される熱電素子とを有して、可動部
のない単純な構造で必要な電力が得られ、小型で耐久性
にすぐれたガスメータとしている。

【０００９】請求項３に記載した発明は、制御部は、発
電部の動作に異常が生じた場合に発電部に供給するガス
を停止するようにして、安全性を確保できるガスメータ
としている。

【００１０】請求項４に記載した発明は、制御部は、熱
電素子の起電力が所定値より大きいときは発電部に供給
するガスを停止するようにして、安全性を確保できるガ
スメータとしている。

【００１１】請求項５に記載した発明は、制御部は、熱
電素子の起電力が所定値より小さいときに発電部に供給
するガスを停止するようにして、安全性を確保できるガ
スメータとしている。

【００１２】請求項６に記載した発明は、制御部は、発
電部またはガス開閉弁の動作状態を表示するようにし
て、使用者に現在の状況を報知でき、異常等の処置を促
すことができ、安全性を確保したガスメータとしてい
る。

【００１３】請求項７に記載した発明は、燃焼器は、燃
焼用の触媒を有する触媒燃焼器として、無炎で燃焼がで
きる触媒燃焼によって低温域で燃焼熱を得ることがで
き、安全性の確保ができるガスメータとしている。

【００１４】請求項８に記載した発明は、分岐管はガス
遮断弁より上流のガス配管に配置して、ガス遮断弁が閉
状態であっても発電部にガスを供給でき、ガス遮断弁の
作動状態に関係なく必要な電力が安定して得られ、信頼
性の高いガスメータとしている。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１は本実施例の全体構成を示すブロック図である。本実
施例のガスメータ１は、図示していないガスボンベと図
示していないガス使用機器との間のガス流通経路中に設
けている。すなわち、ガスメータ筐体２の外側に配置し
ているガス流入管３と、同じくガス流出管４との間に接
続しているものである。ガス流入管３は都市ガスやＬＰ
ガス等の供給源と接続され、ガス流出管４は需要家に配
管され各ガス器具と接続されている。

【００１６】需要家で消費されるガスは、ガス流入管３
から流入し、ガス遮断弁５、ガス配管６、流量計測部７
を介してガス流出管４から流出して需要家に供給され
る。消費されたガス量は流量計測部７で計量され表示部
８に表示される。制御回路９は例えばマイクロコンピュ
ータ等によって構成しており、流量計測部７の検知デー
タを受けて、前記表示部８へのガス使用量の表示と、異
常検知と、自動検針等のための通信を実行している。

【００１７】すなわち、内蔵している制御プログラムに
よってガス漏れなどの異常を検知した場合にはガス遮断
弁５を閉じてガス使用機器に対するガスの供給を停止す
る。同時に、この情報を前記表示部７に表示して、使用
者にガス漏れなどの異常を報知する。また無線通信部１
０を使用してこの異常を例えばＰＨＳ通信網から一般電
話回線を経て、ガス会社などのセンタ端末に連絡する。
また、ガスの使用量の１ヶ月間の合計を計算して、同様
にガス会社などのセンタ端末に連絡する自動検針を行う
ものである。

【００１８】前記ガス遮断弁５、表示部８、制御回路
９、無線通信部１０が使用する電力は、発電部１１から
供給するようにしている。発電部１１は、分岐管１３か
ら分岐して得たガスを燃料として使用する触媒燃焼器と
している。前記分岐管１３は、ガス流入管３に接続して
いるガス配管６のガス遮断弁５の上流側に配置してい
る。また、分岐管１３は、発電部１１に至る経路の途中
にガス開閉弁１４を配置している。ガス開閉弁１４の開
閉は、前記制御回路９が行っており、発電部１１の異常
状態の時は、ガス開閉弁１４を閉止して発電部１１への
ガスの供給を停止する。

【００１９】図２は、本実施例で使用しているに発電部
１１の構成を示す断面図である。発電部１１は、熱電素
子２０と、熱電素子２０の吸熱面２０ａを加熱する燃焼
器２１と熱電素子２０の放熱面２０ｂを冷却する熱伝導
板３８の３つの要素で構成している。

【００２０】熱電素子２０は、金属あるいは半導体の両
端に温度差を設けると、この温度差に応じた電位差を高
温部と低温部との間に発生するというゼーベック効果を
利用したペルチェ素子を使用している。図３はこの熱電
素子２０の電気接続を示すブロック図である。すなわ
ち、接続電極２３および出力電極２４を設けた絶縁板か
らなる吸熱側基板２５と放熱側基板２６の間にｎ型半導
体２７およびｐ型半導体２８をはさみ、これらを電気的
に直列に接続した構成となっている。ここで使用してい
る半導体は、Ｂｉ−Ｔｅ系、Ｐｂ−Ｔｅ系、Ｓｉ−Ｇｅ
系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｃｏ−Ｓｂ系などの材料に微量の不
純物をドーピングしてｎ型、ｐ型としている。例えばＢ
ｉ−Ｔｅ系の半導体では１個当たり最大で約２００μＶ
／Ｋの熱起電力が得られる。したがって、この半導体を
３００ケ直列に接続して熱電素子２０を構成し、吸熱面
２０ａの温度を８０℃、放熱面２０ｂの温度を３０℃と
すると出力電極２４に接続した出力線２９には最大３Ｖ
の電圧が発生する。

【００２１】図２に示している燃焼器２１は、アルミダ
イキャスト等の金属やセラミックなどの耐熱材料で構成
している。燃焼器２１は、図２に示しているように、そ
の外面を熱電素子２０の吸熱面２０ａに密着して取り付
けている。換言すれば、燃焼器２１は熱電素子２０の高
温側である吸熱面２０ａと熱的に接続されている。

【００２２】また、燃焼器２１は、図１に示している分
岐管１３に接続しているノズル３０と、混合室３２と、
触媒３３を備えている燃焼室３４を備えている。ノズル
３０は、に分岐管１３から供給されたガスを高速で噴出
する。この高速のガスのエゼクタ効果によって、吸気口
３１から燃焼に必要な空気が吸引されて、混合室３２で
ガスと空気とが混合されて可燃性の混合ガスとなる。こ
の混合ガスは、触媒３３を収納した燃焼室３４に入る。
このとき、前記制御回路９がスタータ３６を駆動する
と、スタータ３６に高電圧による火花が発生して混合ガ
スが着火されるものである。この混合ガスの燃焼によっ
て触媒３３の一部が加熱されて触媒３３の温度が急速に
昇温される。触媒３３が触媒燃焼可能温度にまで昇温さ
れると、触媒３３は供給された混合ガスを燃料として触
媒燃焼を開始する。この触媒燃焼による燃焼熱は、前記
した熱電素子２０の吸熱面２０ａに供給される。また燃
焼後の排気ガスは、排気通路３５を通って外部へ排出さ
れる。

【００２３】触媒３３は本実施例では、金属やセラミッ
ク等の耐熱材料をハニカム、ネット、繊維状等のガスが
通過できる形状に加工した触媒担体と、この触媒担体の
表面に担持させたＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等からなる金属触媒
によって構成している。これらの金属触媒は、２００〜
３００℃以上の温度に加熱されると活性化して、供給さ
れた燃料ガスを酸化反応させて、触媒燃焼するものであ
る。触媒燃焼では、温度が低いため火炎は発生しない。
通常、触媒温度を５００〜６００℃まで上げればこれら
のガスはほぼ１００％燃焼させることができる。

【００２４】図２に示しているように、発電部１１を構
成している熱電素子２０の放熱面２０ｂには、これと熱
的に接続するように熱伝導板３８が密着して取り付けら
れている。熱伝導板３８は、熱伝導率の高いアルミニウ
ムや銅等の金属板が使用されている。熱伝導板３８の熱
電素子２０の放熱面２０ｂとの反対面には、ガスメータ
筐体２の内面が接触している。すなわち、熱電素子２０
の放熱面２０ｂはガスメータ筐体２と熱的に接続され、
ガスメータ筐体２を介して外気と熱交換するようになっ
ている。

【００２５】熱電素子２０によって構成している発電部
１１は、前記したように制御回路９への電源の供給をす
ると同時に、余剰の電力は二次電池やコンデンサなどか
らなる補助電源１２にも供給している。補助電源１２
は、こうして常時は蓄電されており、発電部１１が異常
によって動作しないときに動作するようになっている。

【００２６】図４は本実施例の制御回路９が有している
制御構成を示すブロック図である。本実施例では、制御
回路９は開閉弁制御手段４０を有している。開閉弁制御
手段４０は、熱電素子２０が発生する起電圧を検知して
いる起電圧検知手段４１と、ガスメータ内の温度を検知
する温度検知手段４２の信号を受けて、この信号によっ
てガス開閉弁１４の弁開閉と、表示部８への表示内容を
制御している。

【００２７】図５は、同じく制御回路９が有している開
閉弁制御手段４０の動作を示すフローチャートである。
図示していないスイッチをオンすると、開閉弁制御手段
４０はステップＳ１以降を実行する。ステップＳ１で、
温度検知手段４２からの温度信号を受ける。

【００２８】開閉弁制御手段４０は、燃焼器２１に異常
が生じた場合の燃焼器２１の温度を熱電素子２０の起電
圧として算出できるデータが記憶されている。例えば、
何らかの異常によってガスの燃焼量が急増した場合に
は、燃焼器２１が高温となって熱電素子２０の起電力も
急増するものである。この異常過熱時の起電圧は熱電素
子２０の周囲温度によって変わるものである。そこで本
実施例では、開閉弁制御手段４０は、それぞれの雰囲気
温度毎の異常過熱時の起電圧の上限値を演算できるプロ
グラムを備えているものである。また逆にガスの燃焼量
が極端に減少した場合や、立消えが生じた場合には燃焼
器２１の温度は急激に低下するものである。この結果、
熱電素子２０の起電圧も急減する。この場合も雰囲気温
度毎に異常低温時の起電圧の下限値を演算できるプログ
ラムを備えている。

【００２９】続いてステップＳ２で、ステップＳ１で受
けた温度データから、この雰囲気温度に相当する異常過
熱状態の起電圧の上限値ＶＵを演算する。そしてステッ
プＳ３で、貴電圧検知手段４１から受けた熱電素子２０
の起電圧Ｖと前記上限値ＶＵとを比較している。この比
較の結果、ＶがＶＵより小さければステップＳ４へ進
み、そうでない場合ばステップＳ６に進む。

【００３０】ステップＳ４では、ステップＳ１で受けた
温度検知手段４２の値から異常低温の判断基準となる起
電圧の下限値ＶＬを演算する。またステップＳ５では、
起電圧検知手段４１が検知した熱電素子２０の起電圧Ｖ
と前記下限値ＶＬとを比較している。この比較の結果、
ＶがＶＬより大きければステップＳ１へ戻り、再びステ
ップＳ１以降を実行する。この比較の結果、ＶがＶＬよ
り小さくなった場合は、ステップＳ６からステップＳ７
を実行する。

【００３１】ステップＳ６は、ステップＳ３での比較の
結果、またはステップＳ５での比較の結果起電圧Ｖの値
から温度異常ありと判断された場合の処理である。すな
わち、ガス開閉弁１４を閉止する。またステッＳプ７で
は、表示部８に異常が生じたことを表示させる。

【００３２】以下、本実施例の動作について説明する。
ガスメータ１が需要家に設置され、需要家がガスの使用
を開始するときは、まず流入管３の元栓を開き、ガス配
管６にガスを供給する。次に、外部操作をしてガス開閉
弁１４を開くと、分岐管１３から分岐したガスは燃焼器
２１に送られる。また、このとき同時にガス遮断弁５を
開くとガスは流量計測部７を通ってガス流出管４に流れ
需要家でのガスの使用が可能となる。

【００３３】ガス開閉弁１４が開くと制御回路９はスタ
ータ３６を制御し、燃焼器２１の触媒燃焼を開始させ
る。触媒燃焼が開始されると、燃焼器２１が発熱する。
燃焼器２１の発熱は、熱電素子２０の吸熱面２０ａに供
給されている。従って熱電素子２０の吸熱面２０ａの温
度は上昇する。一方、熱電素子２０の放熱面２０ｂには
熱伝導板３８が密着して取り付けられている。従って熱
電素子２０の放熱面２０ｂは、筐体２を介して外気に放
熱しているため常温付近の温度を保っているものであ
る。従って、熱電素子２０の吸熱面２０ａと放熱面２０
ｂとに温度差が生じ、出力線２９には熱電素子２０によ
る起電圧が発生する。

【００３４】発明者らの実験によれば、定常的には吸熱
面２０ａと放熱面２０ｂとの温度差は約５０℃で安定す
るものである。したがって、熱電素子２０で発生する起
電圧もほぼ一定となり、常に所定の発電力が得られるこ
ととなる。ここで得られる電力は、発電効率を２％と
し、分岐管１３に約５０ｃｃ／ｈの天然ガスを供給する
場合を想定すると、約１０ｍＷとなる。本実施例ではこ
の電力は、ガス遮断弁５、表示部８、制御回路９、無線
通信部１０の電源として用いているものである。またこ
のときの前記各部の、定常の消費電力はこの発電電力よ
り小さいものであり、余剰電力は補助電源１２に蓄電し
ているものである。したがって、故障などで熱電素子２
０の起電力が所定値以下になったときや、消費電力が増
加した場合でも、一定時間の電力供給が可能となる。

【００３５】特に、補助電源１２を二次電池で構成すれ
ば、小型で大容量の蓄電ができるから長期に亘って安定
した電力供給が可能となる。また、補助電源１２をコン
デンサで構成すれば蓄電量は小さいが頻繁な充放電に対
しての耐久力があるから電力の消費変動が大きい駆動回
路を用いる場合に適する。

【００３６】以上のように本実施例によれば、発電部２
１は、ガスの使用状態や日照状態などの使用条件に関係
なく安定した電力を発電することができるものである。
このため、従来の構成のもので必要であった電池の交換
が不要で、小型軽量で設置性に優れたガスメータ１が実
現する。

【００３７】また本実施例では、燃焼器２１はガスを触
媒３３で触媒燃焼させる構成となっている。このため、
火炎を発生させず低温域で燃焼熱を得ることができる。
したがって、安全性の確保が容易となるとともに、小型
化が図れるものである。さらに、触媒燃焼により燃焼量
１Ｗ以下の微少燃焼であっても安定燃焼が可能となるか
ら、必要電力に適した小型の燃焼器２１が実現できる。

【００３８】また本実施例では、分岐管１３を遮断弁５
の上流側で分岐させているものである。このため、流入
管３の元栓が開いていれば常に分岐管１３にガスが供給
される。したがって発電部１１は、遮断弁５の開閉に関
係なく常に運転が継続できるものである。このため、必
要な電力が安定して得られるとともに、スタータ３６を
制御して始動動作を行なう頻度は最小で済む。

【００３９】また本実施例によれば、発電部１１の燃焼
器２１に異常過熱や立ち消えなどの温度異常があった場
合には、制御回路９を構成する開閉弁制御手段４０がガ
ス開閉弁１４を閉止するものである。このため、異常時
には燃焼器２１の動作が停止するものでり、安全性を確
保できるものである。またこのとき同時に、表示部８に
その異常内容が表示されるから、使用者は異常に対する
対処を迅速に実行できるものである。

【００４０】なお本実施例では、発電部１１および補助
電源１２をガスメータ１に内蔵しているが、例えばこれ
らを別電源ユニットとしてガスメータ１の外面または近
傍に設けても良い。

【００４１】また本実施例では、熱電素子２０に半導体
材料を用いているが、例えばインコネル−コンスタンタ
ン等の金属材料を用いても良い。

【００４２】

【発明の効果】請求項１に記載した発明は、ガスの使用
量を検出する流量計測部と、ガスを遮断するガス遮断弁
と、前記ガス遮断弁を制御する制御部と、前記制御部に
電源を供給する発電部とを備え、前記発電部はガス配管
から分岐した分岐管から取り出したガスを燃料として使
用する構成として、電池を交換したりするメンテナンス
の必要のないガスメータを実現するものである。

【００４３】請求項２に記載した発明は、発電部は分岐
管から取り出したガスを燃焼する燃焼器と、前記燃焼器
の発熱によって加熱される熱電素子とを有する構成とし
て、可動部のない単純な構造で必要な電力が得られ、小
型で耐久性にすぐれたガスメータを実現するものであ
る。

【００４４】請求項３に記載した発明は、制御部は、発
電部の動作に異常が生じた場合に発電部に供給するガス
を停止する構成として、安全性を確保できるガスメータ
を実現するものである。

【００４５】請求項４に記載した発明は、制御部は、熱
電素子の起電力が所定値より大きいときは発電部に供給
するガスを停止する構成として、安全性を確保できるガ
スメータを実現するものである。

【００４６】請求項５に記載した発明は、制御部は、熱
電素子の起電力が所定値より小さいときに発電部に供給
するガスを停止する構成として、安全性を確保できるガ
スメータを実現するものである。

【００４７】請求項６に記載した発明は、制御部は、発
電部またはガス開閉弁の動作状態を表示する構成とし
て、使用者に現在の状況を報知でき、異常等の処置を促
すことができ、安全性を確保したガスメータを実現でき
るものである。

【００４８】請求項７に記載した発明は、燃焼器は、燃
焼用の触媒を有する触媒燃焼器とした構成として、無炎
で燃焼ができる触媒燃焼によって低温域で燃焼熱を得る
ことができ、安全性の確保ができるガスメータを実現す
るものである。

【００４９】請求項８に記載した発明は、分岐管はガス
遮断弁より上流のガス配管に配置した構成として、ガス
遮断弁が閉状態であっても発電部にガスを供給でき、ガ
ス遮断弁の作動状態に関係なく必要な電力が安定して得
られ、信頼性の高いガスメータを実現するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例であるガスメータの構成を示す
ブロック図

【図２】同、発電部の構造を示す断面図

【図３】同、熱電素子の構造を示す断面図

【図４】同、制御回路の構成を示すブロック図

【図５】同、制御回路の動作プログラムを示すフローチ
ャート

【符号の説明】

１ガスメータ２ガスメータ筐体３ガス流入管４ガス流出管５ガス遮断弁６ガス配管７流量計測部８表示部９制御回路１１発電部１３分岐管１４ガス開閉弁２０熱電素子２１燃焼器３０ノズル３１吸気通路３３触媒３４燃焼室３５排気通路３８熱伝導板４０開閉弁制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F030 CB01 CC13 CE06 CE09 CE27 CF05 CF11 2F031 AA01 AB01 AB13 AE07 AE09 AF10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスの使用量を検出する流量計測部と、
ガスを遮断するガス遮断弁と、前記ガス遮断弁を制御す
る制御部と、前記制御部に電源を供給する発電部とを備
え、前記発電部はガス配管から分岐した分岐管から取り
出したガスを燃料として使用するガスメータ。
【請求項２】発電部は分岐管から取り出したガスを燃
焼する燃焼器と、前記燃焼器の発熱によって加熱される
熱電素子とを有する請求項１に記載したガスメータ。
【請求項３】制御部は、発電部の動作に異常が生じた
場合に発電部に供給するガスを停止する請求項１または
２に記載したガスメータ。
【請求項４】制御部は、熱電素子の起電力が所定値よ
り大きいときは発電部に供給するガスを停止する請求項
１から３のいずれか１項に記載したガスメータ。
【請求項５】制御部は、熱電素子の起電力が所定値よ
り小さいときに発電部に供給するガスを停止する請求項
１から４のいずれか１項に記載したガスメータ。
【請求項６】制御部は、発電部またはガス開閉弁の動
作状態を表示する請求項１から５のいずれか１項に記載
したガスメータ。
【請求項７】燃焼器は、燃焼用の触媒を有する触媒燃
焼器とした請求項２から６のいずれか１項に記載したガ
スメータ。
【請求項８】分岐管はガス遮断弁より上流のガス配管
に配置した請求項１から７のいずれか１項に記載したガ
スメータ。