JP2012177488A - ガス器具判断装置及びガス器具判断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より短時間で且つより精度良く使用ガス器具を判断することが可能なガス器具判断装置、及びガス器具判断方法を提供する。
【解決手段】ガスメータ４０の制御部４４は、トリガ信号発生部４３によるトリガ信号の発生時から微小時間が経過するまで、所定時間毎に前記圧力センサからの信号を読み込み、読み込んだ信号から得られる圧力波形を形成する波形形成部４４ａと、波形形成部４４ａにより形成された圧力波形を補正する補正部４４ｂと、補正部４４ｂにより補正された圧力波形に基づいて、使用ガス器具１０を判断するガス器具判断部４４ｃと、を備えている。補正部４４ｂは、トリガ信号発生前に圧力センサ４１により出力された信号が示すガス圧力と、トリガ信号発生後に流量センサ４２により出力された信号が示すガス流量と、圧力調整器からガスメータ４０までの配管長とに基づく演算式により、波形形成部４４ａにより形成された圧力波形を補正する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガス器具判断装置及びガス器具判断方法に関する。

従来、使用されているガス器具を判断するガス供給システムが提案されている。このガス供給システムでは、流路内を流れるガスの流量値をある程度長時間監視し、ガスの流量値の推移である流量値パターンを認識して、流量値パターンからガス器具を判断する（例えば特許文献１〜３参照）。

しかし、ガス供給システムでは、流路内を流れるガスの流量値をある程度長時間監視しなければならず、短時間でガス器具を判断することができない。このため、短時間におけるガスの流量値から使用されたガス器具（以下、使用が開始されたガス器具を使用ガス器具という）を判断できることが望まれるが、異なるガス器具であっても、短時間における流量値だけを見れば、ほぼ同じ流量値を示すものもあり、使用ガス器具の判断に誤りが生じる可能性が高まる。

そこで、短時間における波形から、使用ガス器具を判断するガス器具判断装置が提案されている。このガス器具判断装置では、ガス器具使用開始直後の微小時間において、圧力や流量の計測値に使用ガス器具特有の振動が発生するという理論に基づくものである。そして、このガス器具判断装置は、ガス器具使用開始時点を判断するために、計測値を監視し、この計測値が所定以上変化した場合にトリガ信号を発生させている。トリガ信号が発生されると、ガス器具判断装置は、トリガ信号発生後の微小時間（例えば最大２秒）における波形を高速サンプリングにより取得し、取得された微小時間における波形の特徴からガス器具を判断するようにしている。このように、ガス器具判断装置では、微小時間におけるデータ取得によって使用ガス器具を判断でき、短時間のガス器具判断を可能としている（例えば特許文献４参照）。

特開２００３−１４８７２８号公報 特開２００８−１０７２６２号公報 特開２００８−１０７３０１号公報 特開２００８−１０８１６９号公報

しかし、特許文献４に記載のガス器具判断装置では、同じガス器具を使用した場合であっても、ガス器具の使用が開始される前の圧力値や配管系などに応じて上記微小時間における振動波形が異なってしまう。より具体的には、ガス器具の使用開始により、ガス器具の使用が開始される前の圧力値である閉塞圧力から安定圧力まで、圧力値は低下する。この際の圧力降下量により上記微小時間における振動波形が異なってしまう。このため、特許文献４に記載のガス器具判断装置では、使用ガス器具の判断に誤りが生じてしまう可能性がある。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その発明の目的とするところは、より短時間で且つより精度良く使用ガス器具を判断することが可能なガス器具判断装置、及びガス器具判断方法を提供することにある。

本発明のガス器具判断装置は、圧力調整器からガスメータを介して複数のガス器具にガスを供給するガス供給システムにおいて使用されたガス器具を判断するガス器具判断装置であって、圧力調整器からガスメータ間の流路内におけるガス圧力に応じた信号を出力する圧力センサと、ガスメータを介して供給されるガス流量に応じた信号を出力する流量センサと、圧力センサ及び流量センサの少なくとも一方により出力された信号が示す計測値の所定以上の変化時から微小時間が経過するまで、所定時間毎に圧力センサからの信号を読み込み、読み込んだ信号から得られる圧力波形を形成する波形形成手段と、波形形成手段により形成された圧力波形を補正する補正手段と、補正手段により補正された圧力波形に基づいて、使用されたガス器具を判断するガス器具判断手段と、を備え、補正手段は、所定以上の変化を示す前に圧力センサにより出力された信号が示すガス圧力と、所定以上の変化を示した後に流量センサにより出力された信号が示すガス流量と、圧力調整器からガスメータまでの配管長とに基づく演算式により、波形形成手段により形成された圧力波形を補正することを特徴とする。

このガス器具判断装置によれば、微小時間において得られた圧力波形を、所定以上の変化を示す前のガス圧力と、所定以上の変化を示した後のガス流量と、圧力調整器からガスメータまでの配管長とに基づく演算式により、補正する。ここで、本件発明者らは、圧力降下量を、閉塞圧力、使用ガス器具の流量、及び圧力調整器からガスメータ間の配管長から求められることを見出した。このため、これらに基づく式にて補正することにより、使用ガス器具の判断精度を高めることができる。従って、より短時間で且つより精度良く使用ガス器具を判断することができる。

また、このガス器具判断装置において、補正手段は、波形形成手段により形成された圧力波形から、

なる演算式より得られる圧力を減じることにより、波形形成手段により形成された圧力波形を補正することが好ましい。

このガス器具判断装置によれば、上記式から補正を行うため、ベルヌーイの法則に基づき、より適切に圧力波形を補正することができ、補正精度を高めることができる。

また、本発明のガス器具判断方法は、圧力調整器からガスメータを介して複数のガス器具にガスを供給するガス供給システムにおいて使用されたガス器具を判断するガス器具判断方法であって、圧力調整器からガスメータ間の流路内におけるガス圧力に応じた信号を出力する圧力センサ、及び、ガスメータを介して供給されるガス流量に応じた信号を出力する流量センサの少なくとも一方により出力された信号が示す計測値の所定以上の変化時から微小時間が経過するまで、所定時間毎に圧力センサからの信号を読み込み、読み込んだ信号から得られる圧力波形を形成する波形形成工程と、波形形成工程において形成された圧力波形を補正する補正工程と、補正工程において補正された圧力波形に基づいて、使用されたガス器具を判断するガス器具判断工程と、を備え、補正工程では、所定以上の変化を示す前に圧力センサにより出力された信号が示すガス圧力と、所定以上の変化を示した後に流量センサにより出力された信号が示すガス流量と、圧力調整器からガスメータまでの配管長とに基づく演算式により、波形形成工程において形成された圧力波形を補正することを特徴とする。

このガス器具判断方法によれば、微小時間において得られた圧力波形を、所定以上の変化を示す前のガス圧力と、所定以上の変化を示した後のガス流量とに基づく演算式により、補正する。ここで、本件発明者らは、圧力降下量を、閉塞圧力、使用ガス器具の流量、及び圧力調整器からガスメータ間の配管長から求められることを見出した。このため、これらに基づく式にて補正することにより、使用ガス器具の判断精度を高めることができる。従って、より短時間で且つより精度良く使用ガス器具を判断することができる。

本発明のガス器具判断装置及びガス器具判断方法によれば、より短時間で且つより精度良く使用ガス器具を判断することができる。

本発明の実施形態に係るガス供給システムの構成図である。 図１に示したガスメータの詳細を示す構成図である。 図２に示したガス器具判断部により生成されるガス漏れ振動波形の概略を示す図である。 ガス器具使用開始時における圧力変化を示すグラフであって、（ａ）はガステーブル使用開始時における圧力変化を示し、（ｂ）は小型湯沸器使用開始時における圧力変化を示し、（ｃ）は給湯器使用開始時における圧力変化を示している。 図２に示したガス器具判断部により算出される連続ＮＣＣを示すグラフであって、（ａ）はガステーブル使用開始時における連続ＮＣＣを示し、（ｂ）は小型湯沸器使用開始時における連続ＮＣＣを示し、（ｃ）は給湯器使用開始時における連続ＮＣＣを示している。 圧力変化の一例を示す図である。 図２に示したガス器具判断部により算出されるスペクトルデータを示すグラフであって、（ａ）はガステーブル使用開始時におけるスペクトルデータを示し、（ｂ）は小型湯沸器使用開始時におけるスペクトルデータを示し、（ｃ）は給湯器使用開始時におけるスペクトルデータを示している。 ガス器具の使用が開始される前の圧力値が異なる場合において、ガス器具が使用開始されたときの圧力変化を示すグラフであって、（ａ）はガステーブルが使用開始されたときの圧力変化を示し、（ｂ）は瞬間湯沸器が使用開始されたときの圧力変化を示している。 ガス器具の使用が開始される前の圧力値が異なる場合において、ガス器具が使用開始されたときの圧力変化を示すグラフであって、他の家庭等においてガステーブルが使用開始されたときの圧力変化を示している。 ガス器具の使用が開始される前の圧力値が異なる場合において、ガス器具が使用開始されたときの圧力変化を示すグラフであって、（ａ）は微小時間内の圧力変化を示し、（ｂ）は補正後の圧力変化を示している。 本実施形態に係るガス器具判断方法を示すフローチャートである。 図１１に示したガス器具判断処理（Ｓ８）の詳細を示すフローチャートであって、第１の判断手法を示している。 図１１に示したガス器具判断処理（Ｓ８）の詳細を示すフローチャートであって、第２の判断手法を示している。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るガス器具判断装置を含むガス供給システムの構成図である。ガス供給システム１は、ガスストーブ、ファンヒータ、ガス給湯器、床暖房及びガステーブルなどの複数のガス器具１０と、ガス供給元の圧力調整器２０と、配管３１，３２と、ガスメータ（ガス器具判断装置）４０とを備え、圧力調整器２０からガスメータ４０を介して複数のガス器具１０に燃料ガス（以下単にガスという）を供給するものである。なお、本実施形態においてガス器具判断装置は、ガスメータ４０に内蔵されているが、これに限らず、別体として構成されていてもよい。

圧力調整器２０は上流からのガスを所定圧力に調整して第１配管３１に流すものである。第１配管３１は、圧力調整器２０とガスメータ４０とを接続するものである。第２配管３２はガスメータ４０とガス器具１０とを接続する配管である。ガスメータ４０は、ガスの流量を測定して積算流量を表示するものである。このようなガス供給システム１では、ガスメータ４０内に第１配管３１及び第２配管３２とつながる流路が形成されており、圧力調整器２０を通じて流れてきたガスは第１配管３１からガスメータ４０、及び第２配管３２を通じてガス器具１０に到達し、ガス器具１０において燃焼されることとなる。

図２は、図１に示したガスメータ４０の詳細を示す構成図である。図２に示すようにガスメータ４０は、圧力センサ４１と、流量センサ４２と、トリガ信号発生部４３と、制御部４４と、記憶部４５とを有している。

圧力センサ４１は、圧力調整器２０からガスメータ４０間の流路内におけるガス圧力に応じた計測値の信号を出力するものであって、ピエゾ抵抗式や静電容量式などのセンサによって構成される。流量センサ４２は、ガスメータ４０を介して供給されるガス流量に応じた計測値の信号を出力するものであって、超音波センサやフローセンサなどで構成される。

トリガ信号発生部４３は、圧力センサ４１及び流量センサ４２の少なくとも一方により出力された信号が示す計測値の所定以上の変化時にトリガ信号を発生させるものである。このトリガ信号は、制御部４４に送信される。このようなトリガ信号発生部４３は、例えば微分回路を含んで構成されており、微分回路により所定以上の変化を検出する。具体的にトリガ信号発生部４３は、ガス器具１０が使用を開始されたときに、圧力が低下するときの変化、又は、流量が増加するときの変化を所定以上の変化としてとらえ、トリガ信号を出力する。

制御部４４は、ガスメータ４０の全体を制御するものであって、流量センサ４２からの計測値の信号に基づいて積算流量の表示制御を行ったり、ガス漏れ発生時等にガス遮断弁を閉動作させたりするものである。また、制御部４３は、波形形成部（波形形成手段）４４ａと、補正部（補正手段）４４ｂと、ガス器具判断部（ガス器具判断手段）４４ｃとを備えている。

波形形成部４４ａは、トリガ信号発生時から微小時間（例えば最大で２秒）が経過するまで、所定時間（例えば２ｍ秒）毎に圧力センサ４１からの信号を読み込み、読み込んだ信号から得られる圧力波形を形成するものである。ここで、波形形成部４４ａは、例えばトリガ信号発生時から２００個のデータを収集し、２００個のデータから波形を形成する。

補正部４４ｂは、波形成形部４４ａにより形成された圧力波形を補正するものである。記憶部４５は、使用ガス器具１０を判断するためのデータを記憶している。ガス器具判断部４４ｃは、補正部４４ｂにより補正された圧力波形と、記憶部４５に記憶されるデータとに基づいて、使用ガス器具１０を判断するものである。

ここで、ガス器具判断部４４ｃによる使用ガス器具１０の判断の詳細について説明する。まず、本件発明者らは、ガス器具１０の使用開始直後の微小時間（例えば最大で２秒）において圧力の計測値に振動が発生することを見出した。以下の判断手法では、この振動を解析することにより使用ガス器具１０及びガス漏れを判断することとなる。なお、以下では、２つの判断手法を例示するが、判断手法は以下のものに限られるものではない。

まず、第１の判断手法について説明する。第１の判断手法は、類似度推移を用いるものである。具体的に本実施形態において類似度推移とは連続ＮＣＣであり、連続ＮＣＣとは、連続的な正規相互相関（NCC：Normalized Cross Correlation）をいう。

第１の判断手法において使用ガス器具１０の判断にあたり、ガス器具判断部４４ｃは、まず所定の波形を生成する。ここで、生成される波形は、例えばガス漏れ発生時に得られると予測されるガス漏れ発生時の振動波形である。なお、生成される波形は、ガス漏れ発生時の振動波形に限らず、給湯器やガステーブル等のガス器具１０が使用されたときに得られる振動波形であってもよい。以下の説明では、ガス漏れ発生時の振動波形が生成される例を説明する。

図３は、図２に示したガス器具判断部４４ｃにより生成されるガス漏れ振動波形の概略を示す図である。図３に示すように、ガス器具判断部４４ｃは、圧力が時間の経過と共に低下しながら振動するガス漏れ振動波形を生成する。このガス漏れ振動波形は、減衰振動の周波数、ゲイン、及び減衰比を含む２次遅れのステップ応答の式に基づいて生成された波形である。

次いで、ガス器具判断部４４ｃは、生成した所定の振動波形と、収集した２００個のデータからなる波形との類似度推移を算出する。より具体的には、以下の式（１）により類似度Ｒ_ＮＣＣが求められる。ガス器具判断部４４ｃは、この式（１）による類似度Ｒ_ＮＣＣの算出を連続的に行うことにより、類似度推移（すなわち、連続ＮＣＣという）を求める。

類似度推移の算出について詳細に説明する。図４は、ガス器具使用開始時における圧力変化を示すグラフであって、（ａ）はガステーブル使用開始時における圧力変化を示し、（ｂ）は小型湯沸器使用開始時における圧力変化を示し、（ｃ）は給湯器使用開始時における圧力変化を示している。

図４（ａ）に示すように、ガステーブルの使用開始時には圧力が２．９ｋＰａ程度で滑らかに振動する圧力波形が得られる。また、図４（ｂ）に示すように、小型湯沸器の使用終了時には圧力が２．９３ｋＰａを基準にして０．１ｋＰａ強振動する圧力波形が得られる。さらに、図４（ｃ）に示すように、給湯器の使用終了時には圧力が２．９３ｋＰａを基準にして小型湯沸器よりもやや粗い振動を示す圧力波形が得られる。

図５は、図２に示したガス器具判断部４４ｃにより算出される連続ＮＣＣを示すグラフであって、（ａ）はガステーブル使用開始時における連続ＮＣＣを示し、（ｂ）は小型湯沸器使用開始時における連続ＮＣＣを示し、（ｃ）は給湯器使用開始時における連続ＮＣＣを示している。

ガステーブルの使用が開始した場合、図４（ａ）の振動波形が得られ、ガス器具判断部４４ｃにより算出される連続ＮＣＣは図５（ａ）に示すようになる。すなわち、連続ＮＣＣは、初期的に「１．０」程度を示し、その後「０．２」を下回り、約０．０４秒において「０．９５」まで復帰する。そして、連続ＮＣＣは、約０．１秒において「０．５」程度となり、その後「０．６５」付近までゆっくりと上昇する。

また、小型湯沸器の使用が開始した場合、図４（ｂ）の振動波形が得られ、ガス器具判断部４４ｃにより算出される連続ＮＣＣは図５（ｂ）に示すようになる。すなわち、連続ＮＣＣは、初期的に「１．０」程度を示し、その後「０．２」を下回り、約０．０４秒において「０．９」まで復帰する。そして、連続ＮＣＣは、再度「０．４」程度まで低下し、その後、「０．７」付近までゆっくりと上昇する。

また、給湯器の使用が開始した場合、図４（ｃ）の振動波形が得られ、ガス器具判断部４４ｃにより算出される連続ＮＣＣは図５（ｃ）に示すようになる。すなわち、連続ＮＣＣは、初期的に「０．８」弱を示し、その後「０．２」を下回り、約０．０２秒において「０．７」まで復帰する。そして、連続ＮＣＣは、「０．６」程度まで低下し、次いで「０．７」程度まで復帰する。その後、連続ＮＣＣは再び「０．５」程度まで低下した後に、約０．１秒において「０．６」弱となる。以後、連続ＮＣＣは「０．６５」付近までゆっくりと上昇していく。

ここで、連続ＮＣＣはガス器具１０毎に異なっている。このため、ガス器具判断部４４ｃは、このような連続ＮＣＣのパターンから使用ガス器具１０を判断する。具体的には記憶部４５に、各ガス器具１０の連続ＮＣＣのパターンを記憶させておく。すなわち、ガス器具判断部４４ｃは、ガステーブルについて図５（ａ）に示したような連続ＮＣＣのパターンを記憶し、小型湯沸器について図５（ｂ）に示したような連続ＮＣＣのパターンを記憶し、給湯器について図５（ｃ）に示したような連続ＮＣＣのパターンを記憶している。そして、ガス器具判断部４４ｃは、記憶した連続ＮＣＣデータのうち、算出された連続ＮＣＣと最も近い連続ＮＣＣデータが示すガス器具１０の使用が開始したと判断する。

次に、ガス器具判断部４４ｃによって生成される所定の振動波形の生成手法について説明する。ガス器具判断部４４ｃは、以下のようにしてガス漏れ振動波形を生成する。まず、ガス器具判断部４４ｃは以下の式（２）を記憶している。

ここで、ｙ（ｔ）は圧力の変化量を示し、Ｋはゲインを示し、ω_ｄは減衰振動の周波数を示し、ζは減衰比を示している。特に、ゲインＫ、減衰振動の周波数ω_ｄ、及び減衰比ζは、圧力センサ４１によって実際に計測された波形から求められるものである。次に、これらの算出方法について図６を参照して説明する。

図６は、圧力変化の一例を示す図である。ガス器具判断部４４ｃは、以下の式（３）から、減衰振動の周波数ω_ｄを算出する。

ここで、Ｔｐは行き過ぎ時間であり、図６で示すように、圧力変化発生時から最初の極値Ｖ１（極小値Ｖ１）までの時間をいう。ガス器具判断部４４ｃは、計測値データから最初の極値Ｖ１が確認されると、行き過ぎ時間Ｔｐを求め、式（３）から減衰振動の周波数ω_ｄを算出する。

なお、減衰振動の周波数ω_ｄは、式（３）から求める場合に限らず、圧力変化発生時から２つ目の極値Ｍ（極大点Ｍ）や、３つ目の極値Ｖ２（極小点Ｖ２）に基づいて算出してもよい。

次に、ガス器具判断部４４ｃは、以下の式（４）から、ゲインＫを算出する。

このような式であるため、ガス器具判断部４４ｃは、計測値データから極値Ｖ１，Ｍ，Ｖ２が確認されると、式（４）からゲインＫを算出する。

次いで、ガス器具判断部４４ｃは、以下の式（５）から、減衰比ζを算出する。

ここで、δは対数減衰率であり、ｍは周期数である。式（５）の場合、周期数ｍは「０．５」となる。

このような式であるため、ガス器具判断部４４ｃは、計測値データから極値Ｖ１，Ｍが確認されると、式（５）から減衰比ζを算出する。

以上のように、ガス器具判断部４４ｃは、ゲインＫ、減衰振動の周波数ω_ｄ、及び減衰比ζを算出し、式（２）より振動波形の式を求める。そして、ガス器具判断部４４ｃは、求めた式と、計測値データ（圧力波形）とから、式（１）に従って連続ＮＣＣを求めることとなる。

ここで、ガス器具判断部４４ｃは、減衰振動の周波数ω_ｄ、及び減衰比ζを以下のようにして算出するようにしてもよい。すなわち、図６に示す振動波形は、発生する流量に依存する傾向にある。このため、ガス器具判断部４４ｃは、流量値のみを変数に含む式を予め記憶し、この式に流量値を代入して、減衰振動の周波数ω_ｄ、及び減衰比ζを求めるようにしてもよい。

具体的にガス器具判断部４４ｃは、以下の式（６）から減衰振動の周波数ω_ｄ、及び減衰比ζを求める。

ここで、Ｌは流量値であり、ａ_１，ａ_２，ｂ_１，ｂ_２は定数である。このように、式（６）から求めることで演算量を減らして、算出処理の簡素化を図るようにしてもよい。なお、流量と圧力には一定の相関がある。このため、式（６）に代えて圧力値のみを変数に含む式を記憶し、この式から減衰振動の周波数ω_ｄ、及び減衰比ζを求めるようにしてもよい。

次に、第２の判断手法について説明する。第２の判断手法は、スペクトルデータを用いるものである。具体的に本実施形態に係るガス器具判断部４４ｃは、振動波形をフーリエ変換することにより、スペクトルデータを算出する。なお、ガス器具判断部４４ｃはフーリエ変換によりスペクトルデータを算出する場合に限らず、他の方法によってスペクトルデータを算出するようにしてもよい。

図７は、図２に示したガス器具判断部４４ｃにより算出されるスペクトルデータを示すグラフであって、（ａ）はガステーブル使用開始時におけるスペクトルデータを示し、（ｂ）は小型湯沸器使用開始時におけるスペクトルデータを示し、（ｃ）は給湯器使用開始時におけるスペクトルデータを示している。

図７（ａ）に示すように、ガステーブルの使用が開始した場合、得られる圧力波形には３０Ｈｚ以下の周波数成分が多く、特に１０〜２０Ｈｚ付近において大きな振幅を示す傾向がある。また、図７（ｂ）に示すように、小型湯沸器の使用が開始した場合、圧力波形は１５０Ｈｚまでの圧力成分を含んでおり、特に３０Ｈｚ程度では非常に大きな振幅を示す傾向がある。さらに、図７（ｃ）に示すように、給湯器の使用が開始した場合、圧力波形は１８０Ｈｚまでの圧力成分を含んでおり、特に２０Ｈｚ程度では非常に大きな振幅を示す傾向がある。

また、記憶部４５は、図７に示したようなスペクトルデータを記憶している。そして、ガス器具判断部４４ｃは、このスペクトルデータに基づいて、使用ガス器具１０を判断する。

すなわち、ガス器具判断部４４ｃは、算出したスペクトルデータと、記憶したスペクトルデータとを比較し、類似度が最も高いスペクトルデータを特定し、使用ガス器具１０について判断する。ここで、類似度とは、上記したＮＣＣであってもよいし、他の手法により算出された類似度であってもよい。

しかし、上記のように使用ガス器具１０を判断しようとしても使用ガス器具１０の判断に誤りが生じてしまう場合がある。例えば、上記微小時間における振動波形は、同じガス器具１０を使用した場合であっても常に一定とは限らず、ガス器具１０の使用が開始される前の圧力値や配管系などに応じて異なってしまう。このため、使用ガス器具１０の判断に誤りが生じてしまう可能性がある。

そこで、本実施形態では以下の補正を行うことにより、誤判断を抑制するようにしている。図８は、ガス器具の使用が開始される前の圧力値が異なる場合において、ガス器具が使用開始されたときの圧力変化を示すグラフであって、（ａ）はガステーブルが使用開始されたときの圧力変化を示し、（ｂ）は瞬間湯沸器が使用開始されたときの圧力変化を示している。

まず、ガステーブルや瞬間湯沸器の使用が開始される前の圧力値、すなわち閉塞圧力の値は、昼夜の気温差等によって発生する。このため、圧力調整器２０が２．９ｋＰａの圧力でガスメータ４０側にガスを供給しようとしても、実際に閉塞圧力値は、４．１ｋＰａや４．９ｋＰａなどとなってしまう場合がある。

図８（ａ）に示すように、閉塞圧力値が４．９ｋＰａである場合、ガステーブルの使用が開始されると、圧力値は低下していき、約８３秒が経過すると圧力２．９ｋＰａで安定する。また、閉塞圧力値が４．１ｋＰａである場合、ガステーブルの使用が開始されると、圧力値は低下していき、約５０秒が経過すると圧力２．９ｋＰａで安定する。一方、閉塞圧力値が２．９ｋＰａである場合、圧力は低下することなく、略一定を保つ。

このように、閉塞圧力値が高い場合、安定圧力に至るまで圧力降下が発生する。そして、この圧力降下によって微小時間における振動波形が異なってしまい、使用ガス器具１０の判断に誤りが生じてしまう可能性がある。さらには、圧力降下量は、配管系等によって異なってしまう。よって、使用ガス器具１０の判断に誤りが生じてしまう可能性がある。

また、図８（ｂ）に示すように、閉塞圧力値が４．９ｋＰａ以上である場合、瞬間湯沸器の使用が開始されると、圧力値は低下していき、約２８秒が経過すると圧力２．９ｋＰａで安定する。同様に、閉塞圧力値が４．１ｋＰａである場合、瞬間湯沸器の使用が開始されると、圧力値は低下していき、約１５秒が経過すると圧力２．９ｋＰａで安定する。一方、閉塞圧力値が２．９ｋＰａである場合、圧力は低下することなく、略一定を保つ。なお、図８（ｂ）においては圧力センサ４１の性能限界により４．９ｋＰａより高い圧力が計測されなくなっている。

ここで、図８（ａ）と図８（ｂ）とに示すグラフを比較すると、両者の圧力降下量が異なっていることがわかる。この現象に対して本件発明者らは、ガステーブルと瞬間湯沸器との流量による相違であることを見出した。また、図８（ａ）及び図８（ｂ）から明らかなように、圧力降下が発生して安定するための時間は閉塞圧力にも依存することを見出した。

図９は、ガス器具の使用が開始される前の圧力値が異なる場合において、ガス器具が使用開始されたときの圧力変化を示すグラフであって、他の家庭等においてガステーブルが使用開始されたときの圧力変化を示している。

図９に示すように、閉塞圧力値が４．３ｋＰａである場合、ガステーブルの使用が開始されると、圧力値は低下していき、約２．２秒が経過すると圧力２．８ｋＰａで安定する。また、閉塞圧力値が３．６ｋＰａである場合、ガステーブルの使用が開始されると、圧力値は低下していき、約１．３秒が経過すると圧力２．８ｋＰａで安定する。一方、閉塞圧力値が２．８ｋＰａである場合、圧力は低下することなく、略一定を保つ。

ここで、図８（ａ）と図９とに示すグラフを比較すると、同じガステーブルであっても圧力降下量が異なっている。この現象に対して本件発明者らは、圧力調整器２０からガスメータ４０間の配管長の相違であることを見出した。

以上より、本件発明者らは、圧力降下量を、閉塞圧力、使用ガス器具１０の流量、及び圧力調整器２０からガスメータ４０間の配管長から求められることを見出した。そして、本実施形態において記憶部４５は、閉塞圧力、使用ガス器具１０の流量、及び圧力調整器２０からガスメータ４０間の配管長を変数に含む演算式を記憶しており、補正部４４ｂは、波形形成部４４ａにより形成された波形から、演算式により求められる圧力降下量を減じることで、波形を補正する。ガス器具判断部４４ｃは、補正された波形から、上記した第１又は第２手法により使用ガス器具１０を判断することとなる。

より詳細に補正部４４ｂは、波形形成部４４ａにより形成された圧力波形から、

なる演算式より得られる圧力を減じることにより、波形形成部４４ａにより形成された圧力波形を補正する。なお、式（７）において、Ｑはガス流量（ｍ^３／ｓ）であり、Ｌは圧力調整器２０からガスメータ４０までの配管長（ｍ）であり、ｔはトリガ信号発生からの時間（ｓ）であり、ｖは物性値であってＬＰガスの場合に４．１６×１０^−６である。また、ηは補正係数であり、実際に使用されている配管の形態にあわせると、具体的には０．００２１Ｌ−０．００５３である。

図１０は、ガス器具１０の使用が開始される前の圧力値が異なる場合において、ガス器具１０が使用開始されたときの圧力変化を示すグラフであって、（ａ）は微小時間内の圧力変化を示し、（ｂ）は補正後の圧力変化を示している。

図１０（ａ）に示すように、閉塞圧力値が４．３ｋＰａと３．６２ｋＰａと２，９ｋＰａのそれぞれの圧力振動波形を比較すると、僅かに波形が異なっている。これに対して補正後には、図１０（ｂ）に示すように、４．３ｋＰａと３．６２ｋＰａと２，９ｋＰａのいずれの波形も似たものとなっている。よって、使用ガス器具１０の誤判断を抑制することができる。

次に、式（７）により補正式に至った理論について説明する。

まず、ガス器具１０の使用後に発生する単位時間当たりの圧力変化量をｐとし、そのときの閉塞圧力をＰとすると、ベルヌーイの式により、

なる式（８）が成り立つ。

ここで、初期条件としてｔ＝０の場合、Ｖ_１＝０、Ｐ_１＝Ｐであり、ｔ＝ｔの場合、Ｖ_２＝Ｖ、Ｐ_２＝Ｐ_０となることから、

なる式（９）が成り立つ。

ここで、エネルギー保存の法則により単位時間当たりの圧力変化量ｐは、単位時間当たりの配管圧損と等しいことから、

なる式（１０）が成り立ち、式（１０）に式（９）を代入して、

なる式（１１）が成り立つ。

そして、式（１１）に対して変数分離を行い、両辺を積分して、

なる式（１２）が成り立つ。

また、初期条件としてｔ＝０のとき、Ｐ＝Ｐとなることから、

なる式（１３）が成り立つ。

ここで、管摩擦係数λは層流と乱流とで値が異なるが、一般的に層流といわれるレイノルズ数２３００に達成する場合の配管流量は、約５０００Ｌ／ｈであるため、一般家庭において流れ場は層流といえる。よって、管摩擦係数λ＝６４／Ｒｅとなる。

これを式（１３）に代入して変形すると、

なる式（１４）が成り立ち、Ｐ_０＝Ｐであるため、式（７）となる。

なお、Ｑは流量（ｍ^３／ｓ）であり、Ｐは閉塞圧力（ｋＰａ）であり、Ｌは配管長（ｍ）であり、ｔはトリガ信号発生からの時間（ｓｅｃ）であり、ｖは物性値（４．１６Ｅ−０．６ｍ^２／ｓ）であり、ηは補正係数（０．００２１Ｌ−０．００５３）であるから、予め圧力調整器２０からガスメータ４０までの配管長Ｌを求めておき、記憶部４５に記憶させておくことで、補正を行うことができる。

図１１は、本実施形態に係るガス器具判断方法を示すフローチャートである。なお、図１１に示すフローチャートにおいて制御部４４は圧力センサ４１からの計測値の信号を例えば２ｍ秒間隔で読み込んでいるものとする。

図１１に示すように、まず、制御部４４は、圧力センサ４１からの信号に基づいて閉塞圧力を更新する（Ｓ１）。このとき、制御部４４は、今回の測定した閉塞圧力の情報を記憶部４５に記憶させると共に、前回測定した閉塞圧力の情報を記憶部４５から消去する。なお、閉塞圧力の更新間隔は、数ｍ秒や数秒毎であってもよいし、数分や数十分毎であってもよいし、それらより長い時間毎であってもよい。

次いで、制御部４４はトリガ信号発生部４３からトリガ信号を受信したか否かを判断する（Ｓ２）。トリガ信号を受信していないと判断した場合（Ｓ２：ＮＯ）、処理はステップＳ１に移行する。一方、トリガ信号を受信したと判断した場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、制御部４４は、トリガ発生時点から圧力センサ４１からの信号に基づく圧力データを記憶部４５に記憶させていく（Ｓ３）。

その後、制御部４４は微小時間経過したか否かを判断する（Ｓ４）。微小時間経過していないと判断した場合（Ｓ４：ＮＯ）、処理はステップＳ３に移行し、制御部４４は、微小時間が経過するまで、圧力データを記憶部４５に蓄積させていく（Ｓ３）。

微小時間経過したと判断した場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、制御部４４の波形形成部４４ａは、記憶部４５に蓄積された圧力データに基づいて、微小時間における圧力振動波形を形成する（Ｓ５）。なお、ステップＳ５における圧力振動波形の形成処理とは、図１０（ａ）に示したような波形を形成する処理だけでなく、単に記憶部４５に記憶された圧力データを読み出すだけの処理でもよい。

波形形成後、制御部４４は、流量センサ４２からの信号に基づいて流量を計測する（Ｓ６）。そして、補正部４４ｂは、補正処理を実行する（Ｓ７）。このとき、補正部４４ｂは、ステップＳ５において形成された圧力波形から、式（７）なる演算式より得られる圧力を減じることにより、補正処理を実行する。なお、式（７）において、Ｌは圧力調整器２０からガスメータ４０までの配管長（ｍ）は予めガスメータ４０の設置時などに作業員により入力されているものとする。

次いで、ガス器具判断部４４ｃは、ステップＳ７において補正された圧力振動波形に基づいて、使用ガス器具１０を判断するガス器具判断処理を実行する（Ｓ８）。このガス器具判断処理では、例えば、上記した第１又は第２手法が実行されることとなる。そして、使用ガス器具１０が判断された後、図１１に示す処理は終了する。

図１２は、図１１に示したガス器具判断処理（Ｓ８）の詳細を示すフローチャートであって、第１の判断手法を示している。図１２に示すように、まず、ガス器具判断部４４ｃは、微小時間中に得られた振動波形から、減衰振動の周波数ω_ｄ、ゲインＫ、及び減衰比ζを決定する（Ｓ２１）。このとき、ガス器具判断部４４ｃは、減衰振動の周波数ω_ｄ、ゲインＫ、及び減衰比ζを式（３）〜式（５）に基づいて算出してもよいし、式（６）から求めてもよい。

次に、ガス器具判断部４４ｃは、ステップＳ２１により決定された減衰振動の周波数ω_ｄ、ゲインＫ、及び減衰比ζから、２次遅れのステップ応答の式に基づいてガス漏れ振動波形を生成する（Ｓ２２）。このとき、ガス器具判断部４４ｃは、ステップＳ２１により決定された減衰振動の周波数ω_ｄ、ゲインＫ、及び減衰比ζを式（２）に代入することにより、ガス漏れ振動波形を生成する。

そして、ガス器具判断部４４ｃは、ステップＳ２２において生成されたガス漏れ振動波形と、補正部４４ｂにより補正された圧力振動波形とに基づいて、式（１）から連続ＮＣＣを算出する（Ｓ２３）。

次に、ガス器具判断部４４ｃは、記憶部４５に記憶しているガス器具１０毎の類似度推移データを読み出す（Ｓ２４）。次いで、ガス器具判断部４４ｃは、ステップＳ２４にて読み出したガス器具１０毎の連続ＮＣＣデータのうち、ステップＳ２３において算出した連続ＮＣＣと最も近いものを特定し、使用が開始したガス器具１０を判断する（Ｓ２５）。その後、図１２に示す処理は終了する。

図１３は、図１１に示したガス器具判断処理（Ｓ８）の詳細を示すフローチャートであって、第２の判断手法を示している。

図１３に示すように、まず、ガス器具判断部４４ｃは、補正部４４ｂにより補正された圧力振動波形をフーリエ変換し、スペクトルデータを算出する（Ｓ３１）。その後、ガス器具判断部４４ｃは、ガス器具１０毎のスペクトルデータを読み出し（Ｓ３２）、読み出したガス器具１０毎のスペクトルデータと、ステップＳ３１にて算出したスペクトルデータとの類似度を算出する（Ｓ３３）。

その後、ガス器具判断部４４ｃは、類似度が最大となったスペクトルデータが示す種類のガス器具１０の使用が開始したと判断する（Ｓ３４）。そして、図１７に示す処理は終了する。

このようにして、本実施形態に係るガス器具判断装置及び方法によれば、微小時間において得られた圧力波形を、所定以上の変化を示す前のガス圧力と、所定以上の変化を示した後のガス流量と、圧力調整器からガスメータまでの配管長とに基づく演算式（７）により、補正する。ここで、本件発明者らは、圧力降下量を、閉塞圧力、使用ガス器具１０の流量、及び圧力調整器２０からガスメータ４０間の配管長から求められることを見出した。このため、これらに基づく式（７）にて補正することにより、使用ガス器具１０の判断精度を高めることができる。従って、より短時間で且つより精度良く使用ガス器具１０を判断することができる。

また、上記式（７）から補正を行うため、ベルヌーイの法則に基づき、より適切に圧力波形を補正することができ、補正精度を高めることができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、各実施形態を組み合わせてもよい。

例えば、上記実施形態において類似度推移を式（１）により算出しているが、これに限らず、他の方法で類似度推移を算出するようにしてもよい。

また、上記実施形態においてガス器具判断部４４ｃは、記憶した連続ＮＣＣデータのうち、算出した連続ＮＣＣと類似するものが存在しない場合、記憶された連続ＮＣＣデータが示すガス器具１０に不足があると判断してもよい。

また、本実施形態では最大で２秒の微小時間におけるガス漏れ振動波形に基づいて、ガス漏れ及び使用ガス器具１０を判断している。特に、本実施形態では、圧力を計測する時間は２秒以内（望ましくは１秒以内）で充分であるが、予備的に２秒よりも長い時間の計測を行ってもよい。

また、本実施形態において記憶部４５は、ガス器具１０毎の連続ＮＣＣデータを記憶している。この連続ＮＣＣデータは、１つのガス器具１０に対して１つだけ記憶されていてもよいし、１つのガス器具１０に対して複数記憶されていてもよい。例えば、ガス給湯器ではガス給湯器内の水温によって連続ＮＣＣが異なってくる。この場合、記憶部４５に記憶される連続ＮＣＣデータが１つだけであると、ガス給湯器の水温に応じて使用ガス器具１０の判断を誤ってしまう可能性がある。そこで、このようなガス器具１０に対しては複数の連続ＮＣＣデータを記憶しておくことが望ましい。これにより、より精度良く使用ガス器具１０を判断することができるからである。同様に、１つのガス器具１０に対し、複数のスペクトルデータを記憶していてもよい。

また、上記実施形態においてガス器具判断部４４ｃは、スペクトルデータの全周波数域で類似度を算出しているが、これに限らず一部の周波数域のみで類似度を算出してもよい。例えば、ガス給湯器の使用終了時では１００Ｈｚ以上の周波数域においてもスペクトルデータに大きな振幅が得られるという特徴があるため、１００Ｈｚ以上の周波数域についてスペクトルデータの類似度を算出することによっても使用が終了したガス器具１０を特定することができる。このように、一部の周波数域のみで類似度を算出して演算量を減らすこともできる。

さらに、上記実施形態では、連続ＮＣＣを求めたり、スペクトルデータを求めたりすることで、使用ガス器具１０を判断している。しかし、これに限らず、例えば、図１０（ｂ）に示すような微小時間における補正後の圧力振動波形を直接記憶しておき、波形同士の類似度などから、使用ガス器具１０を判断するようにしてもよい。さらには、波形の特定点など波形の直接の特徴から使用ガス器具１０を判断するようにしてもよい。

さらに、上記実施形態において、補正部４４ｃは式（７）に基づいて波形補正を行っているが、これに限らず、例えば式（７）に近似する式などから、波形補正を行ってもよい。すなわち、補正部４４ｃは、所定以上の変化を示す前に圧力センサ４１により出力された信号が示すガス圧力と、所定以上の変化を示した後に流量センサ４２により出力された信号が示すガス流量と、圧力調整器２０からガスメータ４０までの配管長とに基づく演算式を用いて波形補正を行っていればよい。

１…ガス供給システム
１０…ガス器具
２０…調整器
３１…第１配管
３２…第２配管
４０…ガスメータ（ガス状況判断装置）
４１…圧力センサ
４２…流量センサ
４３…トリガ信号発生部
４４…制御部
４４ａ…波形形成部（波形形成手段）
４４ｂ…補正部（補正手段）
４４ｃ…ガス器具判断部（ガス器具判断手段）
４５…記憶部

Claims (3)

1. 圧力調整器からガスメータを介して複数のガス器具にガスを供給するガス供給システムにおいて使用されたガス器具を判断するガス器具判断装置であって、
   前記圧力調整器から前記ガスメータ間の流路内におけるガス圧力に応じた信号を出力する圧力センサと、
   前記ガスメータを介して供給されるガス流量に応じた信号を出力する流量センサと、
   前記圧力センサ及び前記流量センサの少なくとも一方により出力された信号が示す計測値の所定以上の変化時から微小時間が経過するまで、所定時間毎に前記圧力センサからの信号を読み込み、読み込んだ信号から得られる圧力波形を形成する波形形成手段と、
   前記波形形成手段により形成された圧力波形を補正する補正手段と、
   前記補正手段により補正された圧力波形に基づいて、使用されたガス器具を判断するガス器具判断手段と、を備え、
   前記補正手段は、前記所定以上の変化を示す前に前記圧力センサにより出力された信号が示すガス圧力と、前記所定以上の変化を示した後に前記流量センサにより出力された信号が示すガス流量と、前記圧力調整器から前記ガスメータまでの配管長とに基づく演算式により、前記波形形成手段により形成された圧力波形を補正する
   ことを特徴とするガス器具判断装置。
2. 前記補正手段は、前記波形形成手段により形成された圧力波形から、
   

   

   なる演算式より得られる圧力を減じることにより、前記波形形成手段により形成された圧力波形を補正する
   ことを特徴とするガス器具判断装置。
3. 圧力調整器からガスメータを介して複数のガス器具にガスを供給するガス供給システムにおいて使用されたガス器具を判断するガス器具判断方法であって、
   前記圧力調整器から前記ガスメータ間の流路内におけるガス圧力に応じた信号を出力する圧力センサ、及び、前記ガスメータを介して供給されるガス流量に応じた信号を出力する流量センサの少なくとも一方により出力された信号が示す計測値の所定以上の変化時から微小時間が経過するまで、所定時間毎に前記圧力センサからの信号を読み込み、読み込んだ信号から得られる圧力波形を形成する波形形成工程と、
   前記波形形成工程において形成された圧力波形を補正する補正工程と、
   前記補正工程において補正された圧力波形に基づいて、使用されたガス器具を判断するガス器具判断工程と、を備え、
   前記補正工程では、前記所定以上の変化を示す前に前記圧力センサにより出力された信号が示すガス圧力と、前記所定以上の変化を示した後に前記流量センサにより出力された信号が示すガス流量と、前記圧力調整器から前記ガスメータまでの配管長とに基づく演算式により、前記波形形成工程において形成された圧力波形を補正する
   ことを特徴とするガス器具判断方法。

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