JP2006313114A - ガスメータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流量計測手段から出力される瞬時流量の差分値の変化を逐次演算し、その変化量でもってガス器具の使用状態の変化を判定するものであり、登録されたデータと計測されたガス流量の変化（差分値）を比較し、使用ガス器具の判別を可能とするガスメータ装置である。
【解決手段】家庭用ガス供給管に接続され、ガス流量を一定時間間隔で計測する流量計測手段３と流量計測手段３から出力される流量値の差分値を求める演算手段５と演算手段５により算出された差分値と記憶手段６内に登録された変化判定値との大きさを比較し、ガス器具の使用状態の変化を判定する比較判定手段８を有する構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、各家庭でのガス供給管の入り口部分に設置され、ガス流量を計測するガスメータにおいて、ガス器具別料金等の使用器具やその使い方に合わせた新料金やサービスを提供するために使用中のガス器具を判別検知する技術に関するものである。

従来、この種のガスメータ装置の事例としては、以下に示すような構成がある（例えば特許文献１参照）。

一般的に各家庭にはガス供給ラインの入り口にガスの流量計を内蔵したガスメータが取り付けられている。

従来のガスメータにおいて器具別料金を実施する場合、ガスメータに接続された複数の積算装置を用い、特定の時間使用された場合の積算流量や特定の範囲の流量が使用されている場合の積算値を求め、すなわち時間区分別流量や流量区分別流量を求め、その積算値でもって料金体系を決めるものである。図１１をもとに料金体系の１例について説明を加える。予め所定の割引流量区分、及び所定の割引時間帯を設定し、その割引流量区分かつ割引時間帯に該当する流量のガス料金を割引対象とする。すなわち図１１で斜線で区分された部分が対象となる。しかしながら、この方法では、器具の特定判断が曖昧であり、特定器具に対して料金を課金する等のより消費者にわかりやすく利便性のある料金設定を行うことは困難である。そこで、特定の器具を判別するための方法として、以下に示すような提案がなされている（例えば特許文献２参照）。

提案例の動作について説明する。図１２には、あるガス器具の起動時のガス流量変化パターンとそのパターンをもとにパターンマッチングを行うための参照値（パターンテーブル）を示す。１つのガス器具についてこのパターンテーブルはガス器具の燃焼制御に伴って発生する一連のガスの流量変化パターン分用意する必要があり、また各家庭で使われているガス器具の総台数分必要になる。ガスメータの流量計測装置により計測された流量値の変化とこれらのパターンテーブルを常に比較しながらマッチングするものを抽出し、器具を特定するものである。
特開２００２−７１４２１号公報 特開２００３−１４９０２７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、器具判別を行うためにガス器具の一連のガス流量パターンを記憶保持しておく必要があるが、使用ガス器具が多い場合このデータ量が多くなるとともに、比較判別するためにも時間がかかるとともに、その判別のための装置も高価なものとなりガスメータ自体のコストも高くなってしまう。さらに複数の器具が同時に使われている場合、その組み合わせを想定してガス流量パターンを用意する必要があり、その組み合わせによる量は膨大になるため複数器具の判別は非常に困難である。また複数器具の判別が困難である場合、ガスメータの重要な機能である保安機能においては、従来と同様のガス遮断機能しか持てなく器具判別を行う価値が少なくなるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、判別時間を短時間でなおかつ、複数の器具の判別も可能とする技術を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のガスメータ装置は家庭用ガス供給管に接続され、ガス流量を一定時間間隔で計測する流量計測手段と流量計測手段から出力される流量値の差分値を求める演算手段と記憶手段と演算手段により算出された差分値と記憶手段内に登録された変化判定値との大きさを比較し、ガス器具の使用状態の変化を判定する比較判定手段を有する構成である。

本発明のガスメータ装置は、計測手段から出力される瞬時流量の差分値の変化を逐次演算し、その変化量でもってガス器具の使用状態の変化を判定するものであり、計測手段の測定速度に対応して短時間で使用器具を判定できるとともに、計測のアルゴリズムも流量のパターンマッチングに比較して簡便であるため判別に要する器具のコストアップも少なくてすむ。またガス器具使用中に他のガス器具が動作したときの判別も流量値の変化分（差分値）に着目するため、容易であり、器具判別の信頼性が向上し、器具判別が簡便なアルゴリズムで高い判定能力をもつことが可能となり、使用機器に対応したガス料金の設定など、新たなサービスの提供や、更には使用器具に対応した保安設定値を最適に変更することを可能とする。

第１の発明は、家庭用ガス供給管に接続され、ガス流量を一定時間間隔で計測する流量計測手段と流量計測手段から出力される流量値の差分値を求める演算手段と記憶手段と演算手段により算出された差分値と記憶手段内に登録された変化判定値との大きさを比較し、ガス器具の使用状態の変化を判定する比較判定手段を有する構成とすることにより、簡便なアルゴリズムで、測定手段の計測時間に対応した速さでガス器具の使用状態の変化を判定することが可能となる。

第２の発明は、特に、第１の発明の計測手段の測定時間間隔を２秒以下とすることにより、２秒以下でガス流量の変化の判定ができ、多数あるガス器具の中でも多くは２秒以内に変化の判定が可能となり、短時間での器具の判別を行うことができる。

第３の発明は、特に、第２の発明の計測手段が超音波流量計測により、２秒以下の間隔での計測が可能であり、短時間での器具判別を実現することができる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の比較判定手段が流量値の差分値と記憶手段内に登録されたガス器具に応じた変化点判定値データとの大きさを比較し、使用状態の変化が起きたガス器具を判別する機能を備え、簡便なアルゴリズムで、使用ガス器具の判別を信頼性高く行うことができる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の演算手段が計測手段から出力される流量値の差分をとる時間を任意に変更可能である構成を有することで、差分時間を任意に変えることで、器具毎の流量変化の時間の違いに対応して適格に各器具のガス使用の流量変化を読み取ることができる。

第６の発明は、特に、第５の発明の計測手段から出力された流量値の履歴を記録する流量履歴手段を備え、流量計測手段から出力される流量値の差分値が記憶手段の変化判定値を超え、かつ記録手段内に登録されたガス器具変化点判断値データと一致するものがない場合、演算手段が変化判定値と一致するまで差分時間を変化させて計測する機能を有することで、差分する時間を使用されたガス器具に対応して自動的に変化させ、適格に使用ガス器具の流量変化を読み取ることができる。

第７の発明は、特に、第１〜６のいずれか１つの発明の比較判定手段において、計測手段から出力された流量値の履歴を記録する流量履歴手段と積算手段を備え、ガス流量の変化を判定した時点より、流量値の積算を行い所定時間後の流量積算値からガス流量変化後の平均流量を求めその値と、変化判定点の一つ前の流量値と比較した変化幅が情報記憶手段に登録された外乱判定値より小さい場合は、ガス器具の使用状態に変化が無かったと判定を訂正する機能を備えることにより、使用ガス器具の状態以外で何らかのガス流量変化が起こった場合でも、使用器具の判別を誤ることを防ぐことができる。

第８の発明は、特に、第１〜６のいずれか１つの発明の比較判定手段において、計測手段から出力された流量値の履歴を記録する流量履歴手段と平均流量算出機能を有した積算手段を備え、常に平均流量の履歴を記憶するとともにガス流量の変化を判定した時点より、流量値の積算を行い所定時間後の流量積算値からガス流量変化後の平均流量を求めその値と、変化判定点の一つ前までの履歴として残されている流量平均値と比較した変化幅が情報記憶手段に登録された外乱判定値より小さい場合はガス器具の使用状態に変化が無かったと判定を訂正する機能を備えることにより、使用ガス器具の状態以外で何らかのガス流量変化が起こった場合でも、使用器具の判別を誤ることを防ぐことができる。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるガスメータ装置の構成を示すものである。

図１において、１はガスメータ装置であり、ガス供給管の途中に設けられ、その下流側の配管には各顧客宅内に設置された１台以上のガス器具が接続されている。

ガスメータ装置内部はガス管に接続されたガスの流路内に設けられたガス遮断弁２とガス流量計測手段３とガス流量計測手段３からの信号を演算処理して使用ガス流量を表示する表示部４、また地震などの振動を検出する感震器５、及び本発明に係わるガス器具判別を行うため、演算手段６、記憶手段７及び比較判定手段８と感震器５の作動や器具判断、保安機能その他を統括制御処理する制御回路９及びそれらの動力源となる電池（図示せず）を内蔵している。

記憶手段７には、流量変化が起こったかどうかの比較判定値となる変化判定値と各ガス器具の一連の燃焼状態の変化点（起動時、制御時、停止時など）での変化点判定値が記録されている。記録されたデータを記憶保持する記憶手段は本発明では半導体メモリを使用しているが、記録の追加、書き換えができるものであれば、磁気記録媒体その他でも可能である。

なお、本発明の流量計測手段３に関しては、超音波方式の計測手段を使用しているが、計測方式としては、他の流量計測方式でもフルディック方式などの短時間に一定サイクルで連続計測可能であれば使用可能である。

以下、動作について説明する。

まず超音波方式の流速計測に関して図２をもとに説明する。計測流路１０は矩形断面を持っており、計測流路１０のガスの流れる方向と直角方向にある壁面には計測流路１０を挟んで一対の超音波送受信器１１、１２が流路の上流側と下流側で角度φを有して斜めに対向して装着されている。超音波送受信器１１、１２間で交互に超音波を送受信させて流体の流れに対して順方向と逆方向の超音波の伝搬時間の差を一定間隔を置いて計り、伝搬時間差信号として出力する働きを持つ。この伝搬時間差信号を受けて計算手段（図示せず）により被計測流体の流速及び流量を算出するものである。

演算式を式（１）に示す。

図２において Ｌは測定距離であり、ｔ１を上流からの伝達時間、ｔ２を下流からの伝達時間、Ｃを音速とすると、流速Ｖは
式（１） Ｖ＝Ｌ／２ｃｏｓφ（１／ｔ１−１／ｔ２）
計測の時間間隔は超音波の送受信が可能な範囲で設定できるが、本発明では２秒間隔の計測を行っている。更に時間間隔を小さくすることは測定原理上可能であり、ガス器具によっては２秒より短時間で起動する器具もあるため、測定時間間隔を小さくすることは器具判別を瞬時に行う点では有利となるが、計測間隔を短くすると電池の消耗が大きくなるなどの課題がある、また計測時間を従来のガスメータで使用している膜式方式と同等の計測間隔が２桁オーダーの秒数間隔になると、本発明のアルゴリズムの流量変化の差分を見て判断することが困難になり、コストや器具判別の性能面からバランスの良い時間として本発明では２秒間隔計測で行っている。

次に、ガス器具の動作状態の判別手順について図３をもとに説明する。

ガスメータ装置では上記した様に２秒間隔毎にガス流量を計測し、そのデータを演算手段に送り流量値を微分して２秒毎の流量の差分データとして出力している。

この差分データは逐次比較判定手段に送られ、記憶手段に登録されている変化判定値との比較を行っている。差分値が比較判定値を超えた場合、ガス器具に状態変化があったと判断する。変化が検知されると、さらにどのガス器具がどのような状態なのか判断するため、比較判定手段は記憶手段に登録されている各ガス器具の状態別変化値と比較し、器具の判別とその器具の状態の判別を行う。

図４に実際のガス器具使用時のガス流量の変化と差分値の変化を示す。

図４のグラフにおいて実線が流量計測手段により測定されたガスの流量値と破線がそのときの微分値、すなわち、２秒毎の差分値を示す。ガス器具の起動時には差分値はプラス側にピークを持って表現され、停止時にはマイナス側にピークをもって表現される。

なお、上記実施例では、まず差分値の変化がある所定の値（変化判定値）以上の場合、図３に示すように変化があったとして次のステップでその器具の特定と状態の変化の判定を行っているが、予め登録された限定器具についての判定の場合や処理速度が速く、演算手段からの差分値データをそのまま、全ての各ガス器具の変化点判定値データとの比較を２秒以内に可能であれば、図５に示すように差分値から直接、変化したガス器具や状態の判別をすることも可能である。

なお、図６に３つの器具（Ａ．Ｂ．Ｃ）を同時に使用した時の流量値と差分値をグラフに示すが、３つの器具の起動時と停止時の変化を読み取ることが確認できる。

なお、判別された情報としては記憶手段内からの情報を制御回路を介して表示部への表示または、外部の端末機（図示していない）へのデータ転送など確認できる手段であればいずれも使用可能である。

（実施の形態２）
図７は本発明の第２の実施の形態の動作の流れを示す図である。

第２の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、演算手段で行う流量値の差分時間を計測最短時間間隔（本発明の実施例の場合２秒）の整数倍で行えるように変更できる点である。基本的なガスメータの構成は第１の実施の形態と同様であるためその部分の説明は省略する。

以下、動作について説明する。

第２の実施の形態においては演算手段で差分する時間を登録に応じて２秒の整数倍に設定変更可能である。ガス器具によってはその起動時の立ち上がり時間が長い場合があり、２秒間の差分では変化はわかってもその変化量がどの器具に対応したものか直接的には判らない場合があるため、そのような器具に対しては記憶手段内の登録情報に応じて差分時間を変えて、判定を行うことで、正確な判定が可能となる。

（実施の形態３）
図８は本発明の第３の実施の形態の構成を示す図である。

第３の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、流量計測手段からの流量値やその差分値を時間毎に履歴として記憶する流量履歴手段１３を有し、また演算手段で行う流量値の差分時間も計測最短時間間隔（本発明の実施例の場合２秒）の整数倍で行えるように変更できる点である。基本的なガスメータの構成は第１の実施の形態と同様であるためその部分の説明は省略する。

以下、動作について図９をもとに説明する。

実施の形態１で説明した様に、ガスメータ装置では２秒間隔毎にガス流量を計測し、そのデータを演算手段に送り流量値を微分して２秒毎の流量の差分データとして出力している。この差分データは逐次、比較判定手段に送られ、記憶手段に登録されている変化判定値との比較を行っている。差分値が比較判定値を超えた場合、ガス器具に状態変化があったと判断する。変化が検知されると、さらにどのガス器具がどのような状態（例えば、起動や停止）なのか判断するため、比較判定手段は記憶手段に登録されている各ガス器具の状態別変化値である変化点判定値と比較し、器具の判別とその器具の状態の判別を行うが、この判定で合致する登録データが無かった場合、流量履歴手段の情報を使い再度、流量の変化判定点に戻り差分の時間を増分し、登録データと合致する演算値が得られるまで、差分値の増分と比較を繰り返す機能を有するものであり、万が一２秒差分で判別不能な器具データであっても自動的に差分時間を増分することにより、器具の判別を可能とするものである。

（実施の形態４）
図１０は本発明の第４の実施の形態の動作の流れを示す図である。

第４の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、流量計測手段からの流量値やその差分値を時間毎に履歴として記憶する流量履歴手段と流量を積算する積算手段有する点である。基本的なガスメータの構成は第１の実施の形態と同様であるためその部分の説明は省略する。

なお、第１の実施の形態において、差分値の変化がある所定の値（変化判定値）以上の場合、流量変化があったとして次のステップでその器具の特定と状態の変化の判定を行っているが、流量の変化はガス器具の使用状態の変化ばかりではなく、ガス配管内の圧力変化や他の器具からのガスの脈動などの影響を受けて起こる場合もまれではあるが想定される。そのため、この変化をガス器具の使用状態の変化として誤認識してしまう可能性もわずかではあるが残される。本発明の実施例では、その誤認識を防ぐためのものであり、以下にその動作について説明する。

流量変化有りの判定後、所定時間流量値を積分手段により積分し、その間の平均流量を求め、流量履歴手段の値を基に流量変化点前の流量値と積分値から求めた平均流量を比較判定手段が比較し、その差が記憶手段に登録されている外乱判定値以下であれば器具の使用状態変化では無いと判定し、流量変化判定を訂正するチェック機能を有することで、流量変化の外乱要因に対してもより信頼性の高い器具判別が可能となる。

なお、流量変化点前の流量値としては、積分手段が常に積分値より所定期間の平均流量求めて算出する変化点前の平均流量との比較でも可能である。

以上のように、本発明にかかるガスメータ装置は、家庭用ガス供給管に接続され、ガス流量を一定時間間隔で計測する流量計測手段と流量計測手段から出力される流量値の差分値を求める演算手段と記憶手段と演算手段により算出された差分値と記憶手段内に登録された変化判定値との大きさを比較し、ガス器具の使用状態の変化を判定する比較判定手段を有する構成であり、計測手段から出力される瞬時流量の差分値の変化を逐次演算し、その変化量でもってガス器具の使用状態の変化を判定するものであり、計測手段の測定速度に対応して短時間で使用器具を判定できるとともに、計測のアルゴリズムも流量のパターンマッチングに比較して簡便であるため判別に要する器具のコストアップも少なくてすむ。またガス器具使用中に他のガス器具が動作したときの判別も容易であり、器具判別の信頼性が向上し、器具判別が簡便なアルゴリズムで高い判定能力をもつことが可能となり、使用機器に対応したガス料金の設定など、新たなサービスの提供や、更には使用器具に対応した保安設定値を最適に変更することを可能とする。

本発明の実施の形態１におけるガスメータ装置の構成図 本発明の実施の形態１における流量計測部構成図 本発明の実施の形態１における判別動作の流れ図 本発明の実施の形態１における流量及び演算値の図 本発明の実施の形態１における判別動作の流れ図 本発明の実施の形態１における流量及び演算値の図 本発明の実施の形態２における判別動作の流れ図 本発明の実施の形態３におけるガスメータ装置の構成図 本発明の実施の形態３における判別動作の流れ図 本発明の実施の形態３における判別動作の流れ図 従来のガスメータ装置の判別方法概念図 従来のガスメータ装置の判別方法データ構成図

符号の説明

１ ガスメータ装置
２ ガス遮断弁
３ 流量計測手段
４ 表示部
５ 感震器
６ 演算手段
７ 記憶手段
８ 比較判定手段
９ 制御回路
１０ 計測流路
１１，１２ 超音波送受信器
１３ 流量履歴手段

Claims (8)

1. 家庭用ガス供給管に接続され、ガス流量を一定時間間隔で計測する流量計測手段と前記流量計測手段から出力される流量値の差分値を求める演算手段と記憶手段と前記演算手段により算出された差分値と前記記憶手段内に登録された変化判定値との大きさを比較し、ガス器具の使用状態の変化を判定する比較判定手段を有するガスメータ装置。
2. 流量計測手段の計測間隔が２秒以下である請求項１記載のガスメータ装置。
3. 流量計測手段は、超音波計測方式からなる請求項２に記載のガスメータ装置。
4. 比較判定手段が流量値の差分値と記憶手段内に登録されたガス器具に応じた変化点判定値との大きさを比較し、使用状態の変化が起きたガス器具を判別する機能を備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスメータ装置。
5. 演算手段において計測手段から出力される流量値の差分をとる時間を任意に変更可能である請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスメータ装置。
6. 計測手段から出力された流量値の履歴を記録する流量履歴手段を備え、流量計測手段から出力される流量値の差分値が記憶手段の変化判定値を超え、かつ前記記録手段内に登録されたガス器具変化点判断値データと一致するものがない場合、演算手段が変化判定値と一致するまで変化が判定された時点からの差分時間を変化させて計測する機能を備えた請求項５記載のガスメータ装置。
7. 計測手段から出力された流量値の履歴を記録する流量履歴手段と積算手段を備え、ガス流量の変化を判定した時点より、流量値の積算を行い所定時間後の流量積算値からガス流量変化後の平均流量を求めその値と、変化判定点の一つ前の流量値と比較した変化幅が記憶手段に登録された外乱判定値より小さい場合は、ガス流量器具の使用状態に変化が無かったと判定訂正機能を備える請求項１〜６のいずれか１項に記載のガスメータ装置。
8. 計測手段から出力された流量値の履歴を記録する流量履歴手段と平均流量算出機能を有した積算手段を備え、常に平均流量の履歴を流量履歴手段に記憶するとともにガス流量の変化を判定した時点より、流量値の積算を行い所定時間後の流量積算値からガス流量変化後の平均流量を求めその値と、変化判定点の一つ前までの履歴として残されている流量平均値と比較した変化幅が情報記憶手段に登録された外乱判定値より小さい場合は、ガス器具の使用状態に変化が無かったと判定訂正機能を備える請求項１〜６のいずれか１項に記載のガスメータ装置。

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