JP2008032417A - 電子式ガスメータ - Google Patents

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【課題】ガスの流量変化のスピードはきわめて緩やかなガス消費機器であっても、ガス消費機器が正常に機能しているにもかかわらずガス供給遮断が生じるのを回避できるようにした電子式ガスメータを得る。
【解決手段】電子式ガスメータ10は、一定時間間隔の計量ポイントにおいてガスの流量を演算する流量演算部21と、流量演算部21によって計測される流量を複数の計測ポイント分だけ記憶する流量記憶部14と、最新の計測ポイントPpでの流量QIpとその直前の計測ポイントより以前に一定時間Mだけ遡った計測ポイントである基準計測ポイントPsでの流量QIsとの差分値Rpを取り、その差分値Rpを所定のしきい値Rzと比較する比較部23と、比較部23による比較結果に基づき前記ガスの流量変化の有無を判定する流量変化判定部25と、を少なくとも備える。
【選択図】図2

Description

本発明は電子式ガスメータに関し、特に、ガス流量の変化が予め定めたしきい値を超えない状態が一定時間継続したときに、安全確保の観点からガスの供給を遮断する機能を少なくとも備える電子式ガスメータに関する。
流路を流れるガスの流量が所定時間にわたって継続してほぼ一定であったときに、ガス漏洩等の異常が発生したものと判断してガス流路を遮断する安全機能を備えた電子式ガスメータが知られている。より具体的には、この種の電子式ガスメータは、ガス消費量区分(流量)と安全継続使用時間(遮断時間)との対応を示す対応テーブルを備え、安全継続使用のための制限時間を、ガス消費量が少ない領域では長く、多い領域では短く設定して、安全性を確保している。現在のガス流量(ガス消費量)に対応して設定された安全継続使用のための制限時間内に、予め定めたしきい値(例えば、51.82L/h)を超えてガスの流量変化が起こったときに、制御部は使用者側が意識的にガス消費機器の使用条件を変更したものと判断し、タイマをリセットして安全継続使用時間(遮断時間)を0から再スタートさせることにより、ガス消費機器が正常に機能しているにもかかわらずガスの供給が遮断されるのを防止している。
対象となるガス消費機器が、ガスストーブ、ガス湯沸かし器、風呂釜のような場合には、使用者が意図的に行う燃焼条件変更等により、機器の使用中に大きなガス流量の変化が起こることから、ある程度の時間内にしきい値を超えたガス流量変化が生じやすい。そのために、前記した安全機構は適正に機能し、ガス消費機器を長時間にわたって適正に使用しているときに、ガス漏れ等の異常が発生していないにもかかわらず、ガスメータ側が安全継続使用時間(遮断時間)を超えたと判断してガス流路を遮断してしまうような不都合は生じない。
ところで、近年、温水循環式の床暖房システムでの熱源機、ガスファンヒータ、あるいは燃料電池のようなガス消費機器が多用されており、この種のガス消費機器は比例制御型ガス消費機器であることもあって、正常な運転を継続中であっても、そこで生じるガスの流量変化のスピードはきわめて緩やかなものが多い。この場合、従来の電子式ガスメータをそのまま用いると、予め定めたしきい値を超えてガスの流量変化が起こったことを認識できずに、ガス消費機器が正常に機能しているにもかかわらず、予め定められた安全継続使用のための制限時間が経過したときに、ガス漏れ発生等の異常が生じたと判断してガス流路を遮断してしまうことが起こり得る。
その不都合を解消するために、特許文献1あるいは特許文献2には、電子式ガスメータの下流側に配置されるガス消費機器側に、予め設定した時間にわたって継続してガス燃焼量が一定変動範囲を超えて変化しなかったことを検知したときに、ガス燃焼部におけるガス燃焼量を強制的に変化させるガス燃焼量強制変化手段を備えるようにした技術が開示されている。この手段をガス消費機器が備えることにより、電子式ガスメータの制御部は、現在のガス流量(ガス消費量)に対応した所定の制限時間内に、予め定めたしきい値を超えてガスの流量変化が起こったことを認識することとなり、ガス消費機器が正常に機能しているにもかかわらずガスの供給が遮断されるのを防止できる。
一方、電子式ガスメータにおいて、合計流量オーバーおよび個別最大流量オーバーを検知する等の目的から、メータ内を流れる瞬時のガス流量変化の有無を判定するための技術が、特許文献3あるいは特許文献4等に記載されている。そこにおいて、一定時間間隔毎に流量計測部にて計測される流量を記憶しておき、そこから最新のn(nは整数)回平均を計算するとともに、該最新のn回平均流量と直前(n−1回)での流量との差、または最新のn回平均流量とn回前のn回平均流量との差を、所定のしきい値と比較して、比較結果に基づき、ガスの流量変化の有無を判定するようにしている。
特許第3532757号公報 特開2004−258767号公報 特開平8−327415号公報 特開2005−241405号公報
特許文献1あるいは特許文献2に記載の技術を採用することにより、ガスファンヒータや燃料電池のようにガス消費流量の変化のスピードが緩やかなガス消費機器において、正常に機器が機能しているにもかかわらずガスの供給が途中で遮断されてしまうのを確実に阻止することができる。しかし、特許文献1あるいは特許文献2に記載の技術は、いずれもガス消費機器側にガス燃焼量を強制的に変化させる手段を設けるようにしており、ガス消費機器側に本来必要でない機器的負担を課しているといえる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、ガス消費機器側に特別の機器的負担を課すことなく、前記したガス消費機器が正常に機能しているにもかかわらずガス供給遮断が生じるのを回避できるようにした電子式ガスメータを提供することを目的とする。
本発明による電子式ガスメータは、一定時間間隔の計量ポイントにおいてガスの流量を演算する流量演算部と、前記流量演算部によって計測される流量を複数の計測ポイント分だけ記憶する流量記憶部と、最新の計測ポイントでの流量とその直前の計測ポイントより以前に一定時間だけ遡った計測ポイントである基準計測ポイントでの流量との差分を取りその差分値を所定のしきい値と比較する比較部と、前記比較部による比較結果に基づき前記ガスの流量変化の有無を判定する流量変化判定部と、を少なくとも含むことを特徴とする。
本発明による電子式ガスメータでは、最新の計測ポイントでの流量をその直前の計測ポイントと比較するのではなく、直前の計測ポイントより以前に一定時間だけ遡った計測ポイントを基準計測ポイントとし、その流量と最新の計測ポイントでの流量との差分を取って、その差分値を所定のしきい値と比較する。そのために、ガス消費機器の運転特性から正常運転時での単位時間当たりのガス消費流量の変化スピードが緩やかであり、近接する計測ポイント間での流量変化、すなわち、最新の計測ポイントでの流量と直前の計測ポイントでの流量との間に所定のしきい値(例えば、51.82L/h)を超える流量変化が起こらない場合であっても、流量変化判定部は、所定の計測測定時間内(最新の計測ポイントと、それより以前に一定時間だけ遡った時間内)にしきい値を超えた流量変化が生じたことを確実に検知して、流量変化ありと判定することができる。
流量変化判定部が流量変化ありと判定したときは、例えば当初設定した安全継続使用時間を経過してもガスの供給を遮断しないようにする等の手段を講じることにより、ガス消費機器が正常に機能しているにもかかわらずガスの供給が遮断されるというような不都合が生じるのを回避することができる。
前記基準計測ポイントを最新の計測ポイントからどれだけの時間だけ遡った箇所とするかは、基本的に、電子式ガスメータの下流に配置するガス消費機器のガス消費特性に依存する。好ましくは、基準計測ポイントを、当該電子式ガスメータの下流に配置するガス消費機器の最も単位時間当たりの流量変化量が小さい運転状態において、前記所定のしきい値以上の流量変化を生じさせる時間を基準として設定する。電子式ガスメータの下流に複数個のガス消費機器を配置する場合には、複数個のガス消費機器の流量制御方法のなかでも、最もゆっくりとガス流量を変化させる機器を選択し、その機器の最も単位時間当たりの流量変化量が小さい運転状態において前記所定のしきい値以上の流量変化を生じさせる時間を基準として設定する。いずれの場合も、前記所定のしきい値以上の流量変化を生じさせる時間は、当該ガス消費機器の設計値から算出してもよく、実際に運転してその測定値によってもよい。
本発明による電子式ガスメータの好ましい態様では、電子式ガスメータは、ガス流量に対応する安全継続使用時間を設定する継続使用時間設定部をさらに備え、該継続使用時間設定部は、前記流量変化判定部が流量変化ありと判定したときに当該最新の計測ポイントでのガス流量に対応した安全継続使用時間を再設定すると共にタイマをリセットすることを特徴とする。
上記の電子式ガスメータでは、制御部が流量変化ありと判断したときに、そのときの計測ポイントでの流量に応じた安全継続使用時間が再設定され、かつ判断の時点から新たな時間計測が始まるので、当該ガス消費機器の実際の運転状況に応じた安全継続使用時間を確実に確保することができる。
電子式ガスメータの下流側に、最新の計測ポイントとその直前の計測ポイントより以前の予め設定した一定時間だけ遡った計測ポイントとの間で、所定のしきい値を超えた流量差が生じないような非常にゆっくりとした単位時間当たりの流量変化を伴うガス消費機器を接続した場合に、流量変化判定部は、設定されている安全継続使用時間の間、繰り返して流量変化なしの判定を行うこととなり、ガス消費機器は正常に機能しているにもかかわらず、安全継続使用時間の終了時にガス遮断が起こり得る。
それに対処するための本発明による電子式ガスメータの他の態様では、前記比較部は設定されている安全継続使用時間の始点を基準計測ポイントとして選択し、また終点または直前の計測ポイントを最新の計測ポイントとして選択するように設定されていることを特徴とする。
上記の電子式ガスメータでは、設定されている継続使用時間の開始時と終了時という長い時間間隔での流量差分値をしきい値と比較することができるので、使用者が意図しないのに、ガス遮断が生じてしまうのを一層確実に回避することができる。
本発明による電子式ガスメータの好ましい態様において、ガス流量演算部は、n個の連続する計測時でのn(nは整数)回平均を計算するn回平均流量計算部を備え、各計測ポイントでの流量は該n回平均流量計算部が算出するn回平均流量とされる。もちろん、計測ポイントで計測するガス流量が瞬時流量であっても所期の目的は達成できるが、前記した特許文献3あるいは特許文献4に記載されるようなn回平均流量を各計測ポイントでの流量として採用することで、一時的な急激な流量変化による影響を排除することができる。なお、n回平均流量に変えて、n回積算流量を用いることもできる。
本発明による電子式ガスメータを用いることにより、ガス消費機器側に格別の機器的負担を持たせることなく、当該ガス消費機器が正常に機能しているにもかかわらずガス供給が遮断してしまう事態が起こるのを確実に回避することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明による電子式ガスメータを示すブロック図、図2はその制御部を示すブロック図、図3はあるガス消費機器が正常に機能しているときの、ガス流量(ガス消費量)(L/h)変化と時間(秒)との関係を示すグラフ、図4は本発明による電子式ガスメータの処理手順の第1の態様を説明するためのフロー図、図5と図6は本発明による電子式ガスメータの処理手順の第2の態様を説明するためのフロー図である。
電子式ガスメータ10は、図1のブロック図に示すように、金属製の筐体1の内部に、配管H中を流れるガスGの流速を計測するために利用される流速センサ11と、ガスGの圧力を検出する圧力センサ12と、時間を計測するために利用されるクロック13と、各種情報を記憶するメモリ14と、メータ全体に電力を供給するリチウムバッテリ15と、メータ全体を制御する制御部16と、ガスメータ10よりも下流側へのガスGの供給状態を切り替える遮断弁17とを備えている。このガスメータ10の筐体1には、各種情報を表示する表示パネル18が取り付けられている。
流速センサ11は、例えば従来知られた超音波を利用してガスGの流速を計測する超音波流速センサ(特開2004−212288号公報等が参照される)であり、計測値を制御部16に対して計測信号S1として出力する。圧力センサ12は、例えば従来知られた圧力に応じて生じた歪みに対応した電圧を発生させる圧電膜センサであり、配管H中を流れるガスGの圧力を検出して制御部16に対して圧力信号を出力する。クロック13は水晶発振子を含んで構成されており、この水晶発振子の動作特性を利用して制御部16に対してクロック信号S2を出力する。
メモリ(記憶部)14は、制御部16が必要とする諸データを記憶するものであり、例えばRAMなどにより構成されている。具体的には、制御部16により演算されたガスGの瞬時流量QM、一定時間間隔毎の複数の計量ポイントにおけるn回平均流量QI、必要な場合にはn回積算流量QPなどを記憶する。さらに、流量変化ありと判定する基礎数値となるしきい値Rz、ガス流量区分(流量)Uと安全継続使用時間(遮断時間)Tとの対応テーブルTaも記憶する。
制御部16は、例えば、CPUなどにより構成されており、本発明でいう「流量演算部」、「比較部」、「流量変化判定部」、「継続使用時間設定部」等に相当する機能を実行する。以下に、それぞれについて、図2も参照して説明する。
(1)流量演算機能(流量演算部21)
流量演算部21は、クロック13から出力されるクロック信号S2に基づいて時間を計測しながら、流速センサ11から出力された計測信号S1に基づいて所定の計測時間間隔sごとにガスGの流速Vを演算し、ガスGの流速Vに配管Hの断面積Aを乗じることにより、ガスGの瞬時流量QMを演算する。また、n回平均流量計算部22は、瞬時流量QMの連続するn回分から、各計測ポイントPiでのn回平均流量QIiおよび必要な場合にはn回積算流量QPを演算する。演算結果はメモリ14に送られる。
(2)比較機能(比較部23)
メモリ14に記憶された最新の計測ポイントPpにおけるn回平均流量QIpと、予め定められた時間M(M>s×n)だけ遡った計測ポイント(基準計測ポイント)Psにおけるn回平均流量QIsとをメモリ14から読み出して差分を演算するとともに、得られた差分値Rpの絶対値を予め定めたしきい値Rz(例えば、51.82L/h)と比較する。比較結果は流量変化判定部24に送られる。なお、差分値Rpを演算するのに、n回平均流量QIに代えてn回積算流量QPを採用してもよい。その場合には、それに応じたしきい値Rzの値をメモリ14に記憶する。
(3)流量変化判定機能(流量変化判定部24)
比較部23による比較結果に基づきガスの流量変化の有無を判定する機能であり、得られた差分値Rpの絶対値が予め定めたしきい値Rzよりも大きいか等しい場合には、流量変化ありと判断し、予め定めたしきい値Rzより小さい場合には、流量変化なしと判断する。判断結果は継続使用時間設定部25に送られる。
(4)継続使用時間設定機能(継続使用時間設定部25)
メモリ14に記憶したガス流量区分(流量)Uと安全継続使用時間(遮断時間)Tとの対応テーブルTaから現在のガス流量Upに対応する安全継続使用時間Tを取り込んで、安全継続使用時間Tとして設定するともに、該安全継続使用時間Tが経過した時点で遮断弁17に遮断信号S3を出力する。流量変化判定部24が流量変化ありと判断した場合には、判断時の計測ポイントPpにおけるn回平均流量QIpに対応する安全継続使用時間Tpを対応テーブルTaから読み出し、新たな継続使用時間Tpとして再設定する。同時にタイマを0にリセットとし、新たな継続使用時間Tpが経過した時点で、遮断弁17に遮断信号S3を出力する。
次ぎに、図3と図4を参照しながら本発明による電子式ガスメータの処理手順の第1の態様をより具体的に説明する。なお、この態様では、上記した「継続使用時間設定機能」を使用していない。また、図3のグラフは、あるガス消費機器が正常に機能しているときの、ガス流量(ガス消費量)(L/h)変化と時間(秒)との関係を示しており、以下の例では、前記したしきい値Rzを51.82L/hと仮定する。
S101において、流量演算部21は一定間隔sの計測時毎(この例では5秒毎)に瞬時流量QMを演算し、記憶部14はそれを順次記憶する(S102)。流量演算部21は最新のn個(例えば5個)の瞬時流量QMを記憶部14から読み出して、そのn回平均流量QIを計測ポイントPでの流量として演算する(S103)。流量演算部21はn回平均流量QIを一定時間間隔S(s×n=5秒×5回=25秒)毎に連続して演算し、複数の計測ポイントPi(i=1〜k)について記憶部14は順次記憶する(S104)。
比較部23は、最新の計測ポイントPpでの流量QIpと、最新の計測ポイントPpの直前の計測ポイントより以前に一定時間Mだけ遡った計測ポイントである基準計測ポイントPsでの流量QIsとを比較して差分値Rpを演算する(S105)。さらに差分値Rpの絶対値としきい値Rzとを比較する(S106)。比較結果が流量変化判定部24に送られる。
比較結果が、Rp<Rzの場合には、流量変化判定部24は、流量変化なしと判断し(S107)、流量演算部21は計測時間にn回平均流量QIの演算を継続して行う(S108)。比較結果が、Rp≧Rzの場合には、流量変化判定部24は流量変化ありと判断する(S109)。
具体例を図3を参照して説明すれば、例えば前記一定時間Mを、前記基準計測ポイントPsがPp−6〜Pp−2のいずれかとなるように設定した場合には、QIs−QIpの値はしきい値Rz(51.82L/h)よりも小さく、流量変化なしと判定される。一定時間Mを、前記基準計測ポイントPsがPp−7となるように設定した場合に、初めてQs−QIpの値はしきい値Rz(51.82L/h)と等しいかそれを超える値となり、流量変化ありと判定される。従って、本発明による電子式ガスメータ10を用いることにより、下流側に接続するガス消費機器の運転特性から正常運転時での単位時間当たりのガス消費流量の変化が非常に緩やかなものであっても、確実にその流量変化が予め定めたしきい値を超えたことを検知することができる。
前記したように、実機において一定時間Mは、当該電子式ガスメータの下流に配置するガス消費機器の最も単位時間当たりの流量変化量が小さい運転状態において前記所定のしきい値Rz以上の流量変化を生じさせる時間を基準として設定する。設定は、当該ガス消費機器の設計値から算出してもよく、実際に運転して最適な値を得るようにしてもよい。
図5と図6は本発明による電子式ガスメータの処理手順の第2の態様を説明する。なお、この態様では、上記した「継続使用時間設定機能」を使用している。図5において、S101〜S104までは、図4に示したものと同じである。
S200において、継続使用時間設定部25は、記憶部14に記憶されたガス流量区分(流量)Uと安全継続使用時間(遮断時間)Tの対応テーブルTaから、基準計測ポイントPsでの流量QIsに対応する安全継続使用時間(遮断時間)Tを読み出し基準安全継続使用時間Tsとして設定するとともに、タイマを0にリセットする。
次ぎに、図4に示した処理手順と同様にして、比較部23は、最新の計測ポイントPpでの流量QIpと、最新の計測ポイントPpの直前の計測ポイントより以前に一定時間Mだけ遡った計測ポイントである基準計測ポイントPsでの流量QIsとを比較して差分値Rpを演算する(S201)。さらに差分値Rpの絶対値としきい値Rzとを比較してする(S202)。比較結果が流量変化判定部24に送られる。
Rp<Rzの場合には、流量変化判定部24は、流量変化なしと判断し(S203)、流量演算部21は設定されている安全継続使用時間Tsが経過するまでn回平均流量QIの演算を継続して行う(S204)。時間Ts経過後に継続使用時間設定部25は遮断弁17に遮断信号S3を出力する(S205)。
Rp≧zの場合には、流量変化判定部24は流量変化ありと判断し(S210)し、それを継続使用時間設定部25に出力する。継続使用時間設定部25は、記憶部14に記憶された対応テーブルTaから、流量変化ありと判断したときの最新の計測ポイントPpに対応する安全継続使用時間Tpを読み出して従前の安全継続使用時間TaをTpに書き換えると同時に、タイマを0にリセットする(S211)。その後、継続使用時間設定部25が設定した新たな安全継続使用時間Tpが経過するまで瞬時流量の演算を継続して行う(S212)。時間経過後に継続使用時間設定部25は遮断弁17に遮断信号S3を出力する(S213)。
この処理手順では、制御部16(継続使用時間設定部25)が流量変化ありと判断したときに、そのときの計測ポイントでの流量に応じた安全継続使用時間(遮断時間)が再設定され、かつ判断の時点から新たな時間計測が始まるので、当該ガス消費機器の実際の運転状況に応じた安全継続使用時間(遮断時間)を確実に確保することができる。
上記した処理手順において、基準計測ポイントPsを設定するための「最新の計測ポイントPpの直前の計測ポイントより以前に遡った一定時間M」の値を、設定されている安全継続使用時間Tの時間長さとほぼ一致させるようにしてもよい。具体的には、前記比較部23を、現在設定されている安全継続使用時間Tの始点を基準計測ポイントPsとしてまた終点または直前の計測ポイントPpを最新の計測ポイントとして選択するように設定するようにする。このように設定することにより、非常にゆっくりとした流量変化を伴うガス消費機器を接続した場合であっても、設定されている安全継続使用時間Tの終点において、しきい値を超えた流量変化があることを確実に検知することができ、ガス消費機器は正常に機能しているにもかかわらず、安全継続使用時間の終了時にガス遮断が起こるのを確実に回避することができる。
電子式ガスメータを示すブロック図。 制御部を示すブロック図。 あるガス消費機器が正常に機能しているときの、ガス流量(ガス消費量)(L/h)変化と時間(秒)との関係を示すグラフ。 電子式ガスメータの処理手順の第1の態様を説明するためのフロー図。 電子式ガスメータの処理手順の第2の態様を説明するためのフロー図。 図5に続くフロー図。
符号の説明
10…電子式ガスメータ、11…流速センサ、12…圧力センサ、13…クロック、14…記憶部(メモリ)、16…制御部、17…遮断弁、21…流量演算部、22…n回平均流量計算部、23…比較部、s…瞬間流量計測時間間隔、n…瞬間流量計測回数、M…予め定めた一定時間、Ps…基準計測ポイント、Pp…最新の計測ポイント、QM…瞬間流量、QI…n回平均流量、QR…n回積算流量、Rz…流量変化ありと判定する基礎数値となるしきい値、Rp…差分値、Ta…ガス流量区分と安全継続使用時間(遮断時間)の対応テーブル

Claims (5)

  1. 一定時間間隔の計量ポイントにおいてガスの流量を演算する流量演算部と、
    前記流量演算部によって計測される流量を複数の計測ポイント分だけ記憶する流量記憶部と、
    最新の計測ポイントでの流量とその直前の計測ポイントより以前に一定時間だけ遡った計測ポイントである基準計測ポイントでの流量との差分を取り、その差分値を所定のしきい値と比較する比較部と、
    前記比較部による比較結果に基づき前記ガスの流量変化の有無を判定する流量変化判定部と、
    を少なくとも含むことを特徴とする電子式ガスメータ。
  2. 請求項1に記載の電子式ガスメータであって、前記基準計測ポイントは、当該電子式ガスメータの下流に取り付けるガス消費機器の最も単位時間当たりの流量変化量が小さい運転状態において前記所定のしきい値以上の流量変化を生じさせる時間を基準として設定されていることを特徴とする電子式ガスメータ。
  3. 請求項1または2に記載の電子式ガスメータであって、ガス流量に対応する安全継続使用時間を設定する継続使用時間設定部をさらに備え、該継続使用時間設定部は、前記流量変化判定部が流量変化ありと判定したときに当該最新の計測ポイントでのガス流量に対応した安全継続使用時間を再設定すると共にタイマをリセットすることを特徴とする電子式ガスメータ。
  4. 請求項3に記載の電子式ガスメータであって、前記比較部は設定されている安全継続使用時間の始点を基準計測ポイントとしてまた終点または直前の計測ポイントを最新の計測ポイントとして選択するように設定されていることを特徴とする電子式ガスメータ。
  5. 前記ガス流量演算部は、n個の連続する計測時でのn(nは整数)回平均を計算するn回平均流量計算部を備え、各計測ポイントでの流量はn回平均流量であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の電子式ガスメータ。
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