JP2008107190A - 流量計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流路に接続された器具を判別して器具別の使用流量を計測する器具判別手段を備えた流量計測装置に関するものである。
【解決手段】超音波流量計７が計測した流量値から求める差分流量を算出する差分流量検出手段８と、流路６に接続されて使用開始されるガス器具２０〜２２を差分流量によって判別する開始器具判別手段９と、差分流量を用いて開始器具の瞬時流量を求める瞬時流量推定手段１０と、瞬時流量推定手段１０の瞬時流量値を基に使用停止したガス器具を判別する停止器具判別手段１１とを備えた構成とすることにより、差分流量を基に瞬時流量を推定することで逐次使用開始器具の瞬時流量が分かっているので、ガス器具が使用停止したときの差分流量を検出し動作中のどのガス器具が使用停止したかを精度よく判別することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスの配管流路に接続されたガス器具の種類を判別して器具別の使用流量計測や器具別の保安処理を行う流量計測装置に関するものである。

従来、この種の流量計測装置は、図６に示すように、ガス流路に流れるガス流量を計測するガス流量計測手段１と、この計測結果より流量の増加を検出する流量増加検出手段２と、この流量増加に伴うガス流量の瞬時増減変化を検出する流量増減検出手段３と、前記瞬時増減変化検出時に新たなガス燃焼器具の使用開始を判定する器具判定手段４と、前記流量増加検出手段２で検出されたガス流量の増加分を、前記新たなガス器具の使用開始に伴うガス流量の増加分として登録する流量登録手段５とを備えていた（例えば、特許文献１参照）。

上記構成によって、新たにガス器具の使用を開始した場合にガス流量は瞬時に増減変化して安定したガス流量になる事に着目し、増減変化を判定時に新たなガス器具の使用開始を判定することで、簡易な方法で新たなガス器具の使用開始を判定するとともに、流量の減少変化に基づいて使用停止を判定することができるものである。
特開２００２−１７４５４２号公報

しかしながら、前記従来の構成では、使用開始に伴うガス流量の増加分に相当するガス流量の減少変化に基づき、新たなガス器具の使用停止を判定しているので、ガス器具の使用流量が途中で変更されたときには、停止器具を判定することができないという課題があった。

前記従来の課題を解決するために、本発明の流量計測装置は、流路に流れる流体の流量を計測する流量計測手段と、前記流量計測手段が計測した流量値から求める差分流量を算出する差分流量検出手段と、前記流路に接続されて使用開始される器具を前記差分流量によって判別する開始器具判別手段と、前記差分流量を用いて開始器具の瞬時流量を求める瞬時流量推定手段と、前記瞬時流量推定手段の瞬時流量値を基に使用停止した器具を判別する停止器具判別手段とを備えたものである。

これによって、差分流量を基に瞬時流量を推定することで逐次使用開始器具の瞬時流量がわかっているので、器具が使用停止したときの差分流量を検出することで、動作中のどの器具が使用停止したかを精度よく判別することができる。

本発明の流量計測装置は、差分流量を用いて開始器具の瞬時流量を求める瞬時流量推定手段と、前記瞬時流量推定手段の瞬時流量値を基に使用停止した器具を判別する停止器具判別手段とを備えることで、差分流量を基に瞬時流量を推定することで逐次使用開始器具の瞬時流量がわかっているので、器具が使用停止したときの差分流量を検出することで、動作中のどの器具が使用停止したかを精度よく判別することができる。

第１の発明は、流路に流れる流体の流量を計測する流量計測手段と、前記流量計測手段
が計測した流量値から求める差分流量を算出する差分流量検出手段と、前記流路に接続されて使用開始される器具を前記差分流量によって判別する開始器具判別手段と、前記差分流量を用いて開始器具の瞬時流量を求める瞬時流量推定手段と、前記瞬時流量推定手段の瞬時流量値を基に使用停止した器具を判別する停止器具判別手段とを備えた構成とすることにより、差分流量を基に瞬時流量を推定することで逐次使用開始器具の瞬時流量がわかっているので、器具が使用停止したときの差分流量を検出することから、動作中のどの器具が使用停止したかを精度よく判別することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の流量計測装置の瞬時流量推定手段は、差分流量の大きさによって判別した開始器具の瞬時流量を求める構成とすることで、動作開始後の差分流量が大きい器具と、差分流量が小さい器具に振り分けて瞬時流量を求めることができ、器具の流量制御の特徴を用いて器具を特定することができるので精度良く瞬時流量を求めることができる。

第３の発明は、特に、第１と第２の発明の流量計測装置の瞬時流量推定手段は、開始器具判別手段が使用開始と判別したときの差分流量にその後の差分流量を加減算していくことで瞬時流量を推定することで、初期の始動流量に、その後の差分流量を加減算していくことで、逐次瞬時流量を算出することができる。

第４の発明は、特に、第１と第２の発明の流量計測装置の停止器具判別手段は、瞬時流量推定手段により求めた瞬時流量値と停止時の差分流量値とを比較することで停止器具を判別することで、逐次求めた瞬時流量が停止時の差分流量となって停止するので、停止器具を精度良く特定することができる。

第５の発明は、特に第１と第２の発明の流量計測装置の瞬時流量推定手段は、流量計測手段が計測する総流量と、瞬時流量推定手段が推定した流量の和とを比較して流量補正を行いながら瞬時流量値を検出することで、常に精度の高い推定瞬時流量を算出することができる。

第６の発明は、特に、第１の発明から第５の発明の流量計測装置は、流量計測手段としての瞬時流量計測手段である超音波流量計を用いた構成とすることにより、短い時間間隔で、かつ所定時間間隔ごとに流量を計測することができるので、精度の高い器具判別と器具別流量算出を可能とすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（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流量計測装置としてのガスメータのブロック図を示すものである。

図１においてガスメータは、流路６に流れる流量を計測する流量計測手段としての超音波流量計７と、前記超音波流量計７が所定時間間隔ごとに計測した流量値から差分流量を算出する差分流量検出手段８と、流路６に接続されて使用開始されたガス器具（器具）を判別する開始器具判別手段９と、前記差分流量を用いて開始器具の瞬時流量を求める瞬時流量推定手段１０と、前記瞬時流量推定手段１０の瞬時流量値を基に使用停止した器具を判別する停止器具判別手段１１とを備えたものである。

ここで、１２は、開始器具と停止器具の対応付けを行う器具対応手段、１３はガス管路、１４は流量計測装置としてのガスメータ、１５はガスを停止させたい時に流路６を遮断
する流路遮断弁、１６は操作部、１７は流量値などを表示する表示部、１８はそれぞれの動作制御や演算を行うマイコン、１９は電池、２０〜２２はガス管路１３に接続されたガス器具、２３は器具対応手段１２で対応付けられたガス器具の個別使用流量を算出する器具別流量算出手段である。

以上のように構成されたガスメータについて、以下図１から図５を用いてその動作、作用を説明する。

まず、基本的な動作は、差分流量が所定値より大きくプラス値の場合、なんらかの器具が動作開始したと判別し、また差分流量が所定値より大きくマイナス値の場合、なんらかの器具が動作停止したと判定するものである。これを第１の判別とし、開始器具判別手段９と停止器具判別手段１１で行うものである。

ここで、差分流量とは、所定時間間隔としての例えば２秒間隔で計測された瞬時流量値を用いて、特定時間間隔（例えば４秒間）ごとの流量差を求めることで算出する。この差分流量を４秒差分流量と呼ぶこととする。なお、２秒間隔の計測や、４秒差分流量を用いることは、一実施の形態であり、場合によっては他の時間間隔を用いて行うこともある。

ただ、本実施の形態のように、電池で駆動させ超音波を利用したガスメータでは、低消費電力と計測精度の観点から、ガス器具の動作を見逃すことなく、ガス器具の動作流量を検出することができる２秒間隔計測と４秒差分流量を用いることが適しているのである。また、１秒以下の短時間間隔で計測することでより精度良く流量計測と器具判別を行えることは明白である。なお、以下の説明では、４秒差分流量を差分流量として説明している場合もあることを付記しておく。

次に、図２のような流量変化の場合について説明する。まず、時系列ごとに実際の事象を説明すると、時刻Ｔ１において、ガス器具としてのガスコンロ２０が使用開始され、その後Ｔ２にて、ガス器具としてのファンヒータ２１が使用開始される。このために計測流量は２段階に変化している。そして、時刻Ｔ３においてファンヒータ２１の火力調節の制御が働いたので、流量がわずかに減少している。

このような現象がＴ３，Ｔ４，Ｔ５において３回発生した後、Ｔ６において流量値が大きく減少してファンヒータ２１が停止したのである。さらに、時刻Ｔ７で、小さな流量減少があった後、最後のＴ８で大きな流量減少があり、計測流量がゼロとなり、ガスコンロ２０が停止したものである。

このような事象の４秒差分流量の値を算出すると、図３のようになる。ここでは、時刻Ｔ１とＴ２で大きな差分流量が検出され、時刻Ｔ６とＴ８でマイナスの大きな差分流量が検出され、ガス器具の使用が開始したことと使用が停止したことが第１の判別としてわかる。しかし、使用開始したガス器具のうち、どのガス器具が使用停止したのかを判別することは、Ｔ６とＴ８の差分では判別することが困難である。

そこで、大きな差分流量だけでなく、図３に示すようにガス器具に制御がかけられたときの小さい差分流量を用いて、時々刻々と変化する瞬時流量を推定することで、どのガス器具が停止したのかを次のようにして判別することができる。これを第２の判別とし瞬時流量推定手段１０が行うものである。そして、時々刻々と変化する瞬時流量は、瞬時流量推定手段１０によって求めるのである。

ここで、瞬時流量推定手段１０の動作について説明する。まず、瞬時流量推定手段１０は、差分流量値の大きさによって、その差分流量がどの開始器具であるかを判別すること
とした。例えば、図４に示す制御判別値を境にして、差分流量が小さい場合は（例えば、差分流量が８Ｌ以上から２５Ｌ未満の場合）、ファンヒータ２１の差分流量と判断する。また差分流量が大きい場合は（例えば、差分流量が２５Ｌ以上から７５Ｌ未満の場合）は、ガスコンロ２０の差分流量と判別する（制御判別値が±８Ｌと±２５Ｌ、開始判別値が７５Ｌ、停止判別値が−７５Ｌという設定の場合である）。

このように決めた理由は、ファンヒータ２１が電子回路によって自動制御されるため細かい流量変化、すなわち差分流量が発生するためである。よって小さい差分流量はファンヒータ２１の動きと判断するのである。また、ガスコンロ２０は主に手動で火力調整されるので、大きな流量変化が発生する。このことを利用して大きな差分流量はガスコンロ２０の差分流量と決めているのである。

また、差分流量値の大きさによって、どのガス器具の差分流量かを決めておけば、ガス器具が動作開始した開始流量Ｑｓに、差分流量ΔＱｉを加減算していくことで、そのガス器具の瞬時流量が推定できる。その推定瞬時流量Ｑは、Ｑ＝Ｑｓ＋ΣΔＱｉとなる。この瞬時流量Ｑをガス器具ごとに逐次求めることとしたのである。差分流量が制御判別値を超えない場合は、そのときの推定瞬時流量が維持されるものである。

そして、その時々の瞬時流量を推測し、ガス器具が今どの流量で動作しているかを時々刻々と逐次把握することで、停止したときの直前の瞬時流量がわかる。そして、ガス器具が停止したときの差分流量は、停止直前の瞬時流量となるので、推定瞬時流量と停止器具判定手段が判定した停止時の差分流量を比較することで、どのガス器具が停止したかを判別することができるのである。

このように瞬時流量推定手段１０によって、複数のガス器具が同時に使用されても、どのガス器具がどれだけの瞬時流量で使用されているかが時々刻々と逐次把握することができるので、停止器具判別手段１１は、ガス器具が停止した停止時の差分流量を計測することで、瞬時流量推定手段１０により求めた瞬時流量値と、停止時の差分流量値とを比較して停止器具を精度良く判別することができる。また、ガス器具の開始と停止を判別する第１の判別と、個々のガス器具の瞬時流量を推定する第２の判別を用いることで、それぞれのガス器具が使用したガスの総使用流量は、推定瞬時流量を積算していくことで、個別のガス器具ごとに算出することができるのである。

また、ガス器具の使用停止を判別するには、第１の判別である器具停止判別手段が行うのであるが、ガス器具の流量変化が何度も発生して停止直前の流量が、停止判別値よりも小さくなっている場合がある。このときは、推定瞬時流量と差分流量がほぼ等しいとき、そのガス器具が停止したと判別する方法も兼ね備えておくこととすることで、ガス器具の使用流量が微少になっても器具停止を判別することができる。

なお、１台のガス器具しか動作していない場合は、このような判別を行わなくてもガス器具の開始と停止は容易に判別できるので、使用ガス器具の動作台数に応じて、判別方法を変更していくことも考慮して行っているものである。

さらに、図５に示すように、差分流量の大きさによって加算するガス器具を判別しているため、制御判別値よりも小さい差分流量で変化した場合、誤差を伴って瞬時流量が推定されることもある。このような誤差を訂正するために、瞬時流量推定手段１０は、超音波流量計７が計測する総流量と、瞬時流量推定手段１０が推定してもとめた各ガス器具の流量和とを比較して流量補正を行いながら瞬時流量値を検出することとした。

例えば、瞬時流量推定手段１０は、それぞれのガス器具の瞬時流量を推定で求めている
が、その推定瞬時流量の総和流量ΣＱは、超音波流量計の計測流量Ｑｕｓｍと一致しなければならない。この性質を利用して、いずれかのガス器具の流量を補正することとした。その方法は、差分流量が小さいファンヒータ２１の推定流量Ｑｆが正しいと判断して、ガスコンロ２０の推定流量Ｑｇを補正するものである。

なぜなら、ファンヒータ２１は電子回路で制御されるので決められた差分流量しか発生しないし、また、長時間での動作になることが多いので、誤差が少ないと考えられるからである。もし、Ｑｕｓｍ＝Ｑｆ＋Ｑｇでないなら、その差流量ΔＱ０＝Ｑｕｓｍ−ΣＱを補正値として、ガスコンロ２０の流量を補正する。ガスコンロ２０の補正流量は、Ｑｇ’＝Ｑｇ＋ΔＱ０となる。このように誤差が生じた器具の流量も、補正することができる。

このように、推定流量を補正することでより精度の高い器具判別を実現することができる。そして、使用器具の判別を超音波流量計の計測流量を基にして行うことで、それぞれのガス器具の器具別の流量を算出することができ、器具別料金などの顧客サービスを実現することができるものである。

なお、以上の説明は超音波流量計を用いた場合について説明したが、他の瞬間式の流量計測手段でも、同様の効果が得られることは明白である。そして、超音波流量計を用いることで、流量に関係なく等時間間隔に計測タイミングが設定できるので、どんな流量のガス器具でもタイミングよく使用されているガス器具を判別することができる。

また、操作部１６では接続されているガス器具を登録したり、表示部１７では、その登録内容やガス器具ごとのガス使用量のデータを表示したりすることができる。そして、ガス器具ごとの瞬時流量を推定しながら把握しているので、瞬時にガス使用量から異常を検知することができ、流路遮断弁１５でのガス遮断を早期に行うことができる。

また、追加のハードウェアなしにマイコンソフトとして器具判別機能を付加することができるので、電池で使用されるガスメータ１４にも容易に搭載することができる。特に器具判別するガス器具を特定のガス器具に制限した場合は、より有効に効果を発揮することができる。

以上のように、本発明に係る流量計測装置は、差分流量を基に瞬時流量を推定することで逐次使用開始器具の瞬時流量がわかっているので、ガス器具が使用停止したときの差分流量を検出し、動作中のどのガス器具が使用停止したかを精度よく判別することができるので、ガス以外の気体や水等の液体の器具別使用流量計測や器具別保安処理を行う流量計測装置に適用できる。

本発明の実施形態１における流量計測装置のブロック図 同流量計測装置で計測される流量特性図 同流量計測装置で計測される差分流量特性図 同流量計測装置で計測される差分流量特性の拡大図 同流量計測装置で計測される流量特性図 従来の流量計測装置のブロック図

符号の説明

６ 流路
７ 超音波流量計（流量計測手段）
８ 差分流量検出手段
９ 開始器具判別手段
１０ 瞬時流量推定手段
１１ 停止器具判別手段
１２ 器具対応手段
１３ ガス管路
１４ ガスメータ（流量計測装置）
１５ 流路遮断弁
２０ ガスコンロ（器具）
２１ ファンヒータ（器具）

Claims (6)

1. 流路に流れる流体の流量を計測する流量計測手段と、前記流量計測手段が計測した流量値から求める差分流量値を算出する差分流量検出手段と、前記流路に接続されて使用開始された器具を前記差分流量値によって判別する開始器具判別手段と、前記差分流量値を用いて使用開始された器具の瞬時流量を求める瞬時流量推定手段と、前記瞬時流量推定手段の瞬時流量値を基に使用停止した器具を判別する停止器具判別手段とを備えた流量計測装置。
2. 瞬時流量推定手段は、差分流量の値によって判別した開始器具の瞬時流量を求める請求項１記載の流量計測装置。
3. 瞬時流量推定手段は、開始器具判別手段が使用開始と判別したときの差分流量にその後の差分流量を加減算していくことで使用器具の瞬時流量を推定する請求項１または２記載の流量計測装置。
4. 停止器具判別手段は、瞬時流量推定手段により求めた瞬時流量値と停止時の差分流量値とを比較することで停止器具を判別する請求項１から３のいずれか１項記載の流量計測装置。
5. 瞬時流量推定手段は、流量計測手段が計測する総流量と、瞬時流量推定手段が推定した瞬時流量の和とを比較して流量補正を行いながら瞬時流量値を求める請求項１から４のいずれか１項記載の流量計測装置。
6. 流量計測手段は、瞬時流量計測手段としての超音波流量計を用いた請求項１から５のいずれか１項記載の流量計測装置。

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