JP2015206724A - ガスメータ装置、ガス供給制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】建物の各階の変形状態を層間変形角を求めることで適切に評価し、ガス供給における保安機能が向上可能なガスメータ装置を提供する。
【解決手段】ガスメータ装置１は建物１０の各階に設けられ、制御部１１、入力部１２、表示部１３、加速度センサ１４、遮断弁１５、圧力センサ１６、流量センサ１７、およびＩ／Ｆ部１８を備える。ガスメータ装置１は、加速度センサ１４によって設置階の加速度の計測を行い、加速度から得た設置階の水平変位と、設置階の高さを用いて設置階の層間変形角を算出し、層間変形角が閾値を超える場合に、遮断弁１５を閉じてガス供給を遮断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、センサにより計測された建物の揺れに応じてガス供給の遮断を行うガスメータ装置等に関する。

災害の発生のおそれのある大きな地震動が発生した場合、ガスメータはガス供給を遮断する必要がある。そのため、近年では建物の揺れをセンサで検知してガス供給を遮断するガスメータ装置が開発されている。

例えば特許文献１には、３軸方向加速度センサを搭載したガスメータにより、地震によって発生した揺れから求めた震度や地震後のガスメータの傾きを計測し、計測値に応じてガス供給の遮断を行うことが記載されている。

建物の揺れとしては建物の速度や変位を計測する場合もあり、例えば特許文献２には、加速度センサで観測された加速度や、加速度から演算処理にて算出した速度の指標値を用いることにより、地震動評価を行うことが記載されている。

また特許文献３には、加速度センサで計測された加速度から変位を算出し、これを用いて建物の耐震性能を判定することが記載されている。特許文献４には、建物を強制加振し、特定の階に設けたセンサで検知した応答値で、建物の動特性を推定することが記載されている。

特開２０１３−１６４３２７号公報 特開２００７−３２８９号公報 特開２００３−３４４２１３号公報 特開２００２−２２８５４０号公報

超高層建物などでは揺れに対する固有周期が一般に長く、長周期地震動に対して共振しやすい。長周期振動では、加速度が非常に大きい値を示さない場合でも建物に大きな変形が生じる可能性がある。

地震時の建物の変形に関して、建築基準法では構造計算で層間変形角が制限数値以内であることを確かめることとなっており、超高層建物などでは、実際の地震時に各階の層間変形角が取得できれば、変形状態を直接測定することとなり影響を適切に判断することが可能となる。

しかしながら、従来の建物の揺れを検知するセンサは、建物の変形を層間変形角によって直接検知するものではなかった。

例えば特許文献１の方法ではガス供給の遮断判定を震度や地震後のガスメータの傾きを用いて行っており、特許文献２では、加速度や、加速度から演算処理にて算出した速度の指標値を用いることにより建物の地震動評価を行っている。また特許文献３では加速度センサで計測された加速度から変位を算出し、性能曲線を求めて建物の残余耐震性能を判定することで耐震性能を評価しており、特許文献４では、建物を強制加振した際の応答値で建物の動特性を推定するが、これらは層間変形角のような変形状態を直接評価するものではない。

本発明の目的は、上記の問題を鑑みてなされたもので、建物の各階の変形状態を層間変形角を求めることで適切に評価し、ガス供給における保安機能が向上可能なガスメータ装置を提供することである。

前述した課題を解決するための第１の発明は、建物の所定階の振動情報の計測を行うセンサと、前記振動情報から得た前記所定階の水平変位と、前記所定階の高さを用いて前記所定階の層間変形角を算出し、前記層間変形角に応じてガスの供給を遮断する制御部と、を具備することを特徴とするガスメータ装置である。

これにより、建物の各階における変形状態を適切に評価し、ガス供給における保安機能を向上させることができる。すなわち、本発明ではガスメータ装置によって計測した振動情報から各階の層間変形角を算出できるので、長周期地震動に対する超高層建物の揺れのように、加速度が小さいにも関わらず建物に大きな変形が生じているケースでも、その変形状態を適切に評価できる。また単なる水平変位でなく、水平変位に高さの要因も踏まえて算出した層間変形角によって変形状態を評価することで、各階の変形状態の正確な評価が行える。ここで、振動情報とは物体の振動について示す情報をいい、例えば加速度や速度などである。

前記層間変形角は、前記所定階と前記所定階の上階または下階の水平変位の差、および、前記所定階と前記所定階の上階または下階の高さの差を用いて算出されることが望ましい。
これにより、各階の層間変形角を正確に算出できる。

前記所定階の上階または下階の水平変位が、別の前記ガスメータ装置から受信した、前記所定階の水平変位と同時刻の水平変位であることが望ましい。
これにより、複数のガスメータ装置を用いて各階の層間変形角を正確に算出できる。またリアルタイムで層間変形角を算出することも可能でガス供給の制御の即時性を高めることができる。

前記振動情報が加速度であることが望ましい。
近年では高精度の３軸方向加速度センサなどが普及しているので、これを用いることにより正確な振動情報の計測が可能なガスメータ装置を簡易に構成できる。

第２の発明は、建物のガス供給を制御するガス供給制御方法であって、ガスメータ装置が、センサによって、建物の所定階の振動情報の計測を行うステップと、制御部によって、前記振動情報から得た前記所定階の水平変位と、前記所定階の高さを用いて前記所定階の層間変形角を算出し、前記層間変形角に応じてガスの供給を遮断するステップと、を実行することを特徴とするガス供給制御方法である。

前記層間変形角は、前記所定階と前記所定階の上階または下階の水平変位の差、および、前記所定階と前記所定階の上階または下階の高さの差を用いて算出されることが望ましい。
また、前記所定階の上階または下階の水平変位が、別の前記ガスメータ装置から受信した、前記所定階の水平変位と同時刻の水平変位であることが望ましい。
さらに、前記振動情報が加速度であることが望ましい。

本発明により、建物の各階の変形状態を層間変形角を求めることで適切に評価し、ガス供給における保安機能が向上可能なガスメータ装置を提供できる。

ガスメータ装置１を設けた建物１０を示す図 ガスメータ装置１の構成を示す図 ガス供給制御方法を示すフローチャート 建物１０の揺れと加速度および水平変位を示す図 層間変形角Ｒ_nを示す図 層間変形角Ｒ_n’を示す図

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

［第１の実施形態］
（１．ガスメータ装置）
図１に、本発明の実施形態に係るガスメータ装置１を建物１０に設けた状態を示す。建物１０は例えば超高層建物である。

建物１０では、各階にガスが供給され、ガスメータ装置１が建物１０の各階に設置される。ガスメータ装置１は、ガスメータ装置１の設置階におけるガス使用量を計測するとともに、地震等による揺れが発生した際には、設置階の層間変形角に応じてガス供給の遮断を行う。

図２はガスメータ装置１の構成を示すブロック図である。図２に示すように、ガスメータ装置１は、制御部１１、入力部１２、表示部１３、加速度センサ１４、遮断弁１５、圧力センサ１６、流量センサ１７、およびＩ／Ｆ（インタフェース）部１８を備える。

制御部１１は、ガスメータ装置１の各部と接続し、情報の授受を行って層間変形角の算出やガス供給の制御を行うものである。制御部１１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、クロック回路、メモリなどを有するマイクロコンピューター等により実現できる。

入力部１２は、ガスメータ装置１に数値等を入力し、各種設定を行うためのものである。本実施形態では、ガスメータ装置１の設置階の階数、（地上からの）高さ等を入力部１２を介して入力し制御部１１のメモリ等に記憶させることで、設置階の階数、高さ等の設定が行われる。

表示部１３は液晶パネル等であり、ガス使用量やアラームの表示を行うために用いられる。

加速度センサ１４は、ガスメータ装置１の設置階（所定階）の振動情報として、加速度を計測するセンサである。加速度センサ１４としては、特許文献１記載のような互いに直交する３軸方向の加速度を計測する３軸方向加速度センサを用いることができる。ただし、加速度センサ１４としては、少なくとも水平方向の加速度を計測できればよい。

遮断弁１５は、制御部１１の制御によりガス流路２０の開閉を行うものであり、これにより設置階のガス供給およびガス供給の遮断が行われる。

圧力センサ１６、流量センサ１７は、それぞれガス流路２０内の圧力とガス流量を計測するセンサである。

Ｉ／Ｆ部１８は、別機器との間でデータ通信を行うためのインタフェースである。本実施形態では、ガスメータ装置１が、Ｉ／Ｆ部１８を介して上下階のガスメータ装置１と通信可能に接続される。接続形態は有線、無線を問わない。

本実施形態において、ガスメータ装置１の制御部１１は、加速度センサ１４によって計測した加速度から設置階の水平変位を求め、設置階の水平変位と階数、高さ等を用いて設置階の層間変形角を算出する演算機能を有する。また、算出した層間変形角に応じて遮断弁１５を閉じ、ガス供給を遮断するガス供給制御機能を有する。

（２．ガスメータ装置１によるガス供給制御方法）
次に、ガスメータ装置１によるガス供給制御方法について図３を参照しながら説明する。図３はガス供給制御方法を示すフローチャートであり、各ステップはガスメータ装置１により実行される。なお、ガスメータ装置１は、後述する層間変形角の算出のため、設置階の上階のガスメータ装置１から予め上階の高さを受信し、制御部１１のメモリ等に記憶しておくものとする。

本実施形態では、ガスメータ装置１の加速度センサ１４により、所定間隔で設置階の加速度の計測を行う（Ｓ１）。地震等により図４（ａ）に示すような建物１０の揺れが生じると、図４（ｂ）に示すように加速度が計測される。図４（ｂ）は横軸を時間、縦軸を加速度として加速度の時刻歴波形を示したものであり、図において「Ａ」はＳ１で加速度の計測が行われた現在時刻を示す。

続けてガスメータ装置１の制御部１１は、加速度センサ１４により計測された加速度の時刻歴波形を２階積分することにより、現在時刻Ａにおける設置階の水平変位を算出する（Ｓ２）。図４（ｃ）はこうして算出された水平変位の例であり、横軸を時間、縦軸を水平変位として変位応答波形を示したものである。

そして、ガスメータ装置１の制御部１１は、現在時刻Ａにおける設置階の層間変形角を算出する（Ｓ３）。

Ｓ３において、ガスメータ装置１の制御部１１は、上階のガスメータ装置１がＳ１、Ｓ２の手順で算出した現在時刻Ａにおける上階の水平変位を、上階のガスメータ装置１から受信する。なお、各階のガスメータ装置１については同期がとられ、Ｓ１における加速度の計測が同時に行われるものとする。

そして、ガスメータ装置１の制御部１１は、図５に示すガスメータ装置１の設置階ｎの層間変形角Ｒ_nを、上階ｎ＋１の水平変位ｄ_n+1と設置階ｎの水平変位ｄ_nの差、および上階ｎ＋１の高さＨ_n+1と設置階ｎの高さＨ_nの差（設置階ｎの階高）を用いて、下式（１）により算出する。
Ｒ_n＝（ｄ_n+1−ｄ_n）／（Ｈ_n+1−Ｈ_n）…（１）

ガスメータ装置１の制御部１１は、Ｓ３で算出した層間変形角Ｒ_nが閾値以下の場合（Ｓ４；ＮＯ）はそのままガスの供給を続ける。一方、層間変形角Ｒ_nが閾値を超えると（Ｓ４；ＹＥＳ）、保安のため遮断弁１５を閉じて設置階ｎのガス供給を遮断する（Ｓ５）。

本実施形態では、以上の手順で建物１０の各階のガスメータ装置１により各階の層間変形角をリアルタイムで算出し、層間変形角に応じたガス供給の遮断ができる。なお、上記の閾値はガスメータ装置１で予め設定し、制御部１１のメモリ等に記憶させておく。

以上説明した本実施形態によれば、建物１０の各階における変形状態を適切に評価し、ガス供給における保安機能を向上させることができる。すなわち、本実施形態ではガスメータ装置１によって計測した加速度から設置階の層間変形角を算出できるので、長周期地震動に対する超高層建物の揺れのように、加速度が非常に大きい値を示さない場合で、建物１０に大きな変形が生じる可能性がある場合でも、その変形状態を適切に評価できる。また単なる水平変位だけを用いる場合は変位の値が同じでも計測位置の高さにより建物の変形状態が異なるので評価が難しいが、水平変位に高さの要因も踏まえて算出した層間変形角によって変形状態を評価することで、各階の変形状態の正確な評価が行える。

また、本実施形態では、ガスメータ装置１が、設置階の水平変位と同時刻の水平変位を上階のガスメータ装置１から受信し、設置階の層間変形角を、これらの水平変位の差、および設置階と上階の高さの差を用いて算出する。従って、ガスメータ装置１を複数用いて各階の層間変形角をリアルタイムで正確に算出でき、ガス供給の制御の即時性を高めることができる。

しかしながら、本発明は上記の実施形態で説明したものに限らない。例えば上記の実施形態では設置階の振動情報として加速度を計測したが、振動情報として速度や水平変位をセンサにより直接計測することも可能である。速度を計測する場合にはこれを積分して水平変位が算出でき、前記と同様に層間変形角が算出できる。ただし、加速度を計測する場合には、高精度の３軸方向加速度センサなどを用い、正確な計測が可能なガスメータ装置１を簡易に構成できる利点がある。

また、本実施形態ではガスメータ装置１の制御部１１によって層間変形角の算出を行ったが、この演算機能は外部に設けた演算装置で実現することも可能である。この場合には当該演算装置も本発明におけるガスメータ装置１の構成要素に含まれる。

さらに、本実施形態ではリアルタイムで層間変形角を算出し、ガス供給の遮断判定を行ったが、振動収束後に、振動時の層間変形角の最大値を用いてガス供給の遮断判定を行うことも可能である。

例えば振動収束に伴い加速度センサ１４で計測した加速度が略ゼロに戻った後、設置階と上階の振動時の変位応答波形から求まる（ｄ_n+1−ｄ_n）の最大値を前記の式（１）の分子として、式（１）から層間変形角の最大値を算出できる。また、層間変形角の最大値および各階の水平変位の最大値がほぼ同時に生じると仮定できるケースでは、設置階と上階の水平変位について振動時の最大値ｄ_n,max、ｄ_n+1,maxを算出し、その差（ｄ_n+1,max−ｄ_n,max）を用いて上記と同様に層間変形角の最大値を算出することもできる。この場合、ガスメータ装置１の厳密な同期を省略することも可能である。

さらに、本実施形態では、ガスメータ装置１によってガスメータ装置１の設置階のガス供給の制御を行ったが、これに限らず、Ｓ４の判定結果に応じて全ての階のガス供給を同時に遮断することも可能である。例えばＳ４の判定がＹＥＳとなった場合に、ガスメータ装置１が設置階のガス供給を遮断するほか、別の階のガスメータ装置１に制御信号を送信してガス供給を遮断させ、全ての階のガス供給を遮断する。

また、層間変形角の評価に用いる前記の閾値も、ガス供給の遮断方法やガス供給の保安を考慮して様々に定めることができる。例えば高低２つの閾値を設定しておき、低い方の閾値を層間変形角が超えたときには上記の実施形態のように設置階のガス供給を遮断し、高い方の閾値を超えた場合には危険性が高いとして全ての階のガス供給を遮断するような制御を行ってもよい。

また、本実施形態ではガスメータ装置１の設置階の高さを入力部１２からガスメータ装置１に入力したが、ガスメータ装置１に高度計などを設けておき、高度計で計測した高さをガスメータ装置１の設置階の高さとして層間変形角の算出に用いるようにしてもよい。これにより設置階の高さを入力する手間を省くことができ、高さを間違って入力するなどのミスも無くなる。

さらに、本実施形態ではガスメータ装置１の設置階と上階の水平変位や高さを比較して設置階の層間変形角を求めたが、上階の代わりに設置階の下階の水平変位や高さを用いてもよい。この場合も、設置階と下階の水平変位や高さの差から前記と同様にして層間変形角を求めることができ、これを設置階の層間変形角とできる。また本実施形態では、設置階の上階が、設置階の１階上すなわち直上階である例を説明したが、これに限らず、設置階の上階は、設置階より２階以上高い階であってもよい。この場合も上記と同様に水平変位や高さの差から層間変形角を求めることができる。設置階の下階についても同様である。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は層間変形角の算出において第１の実施形態と異なる例であり、その他の点については第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

第２の実施形態では、図６に示すように近似的な層間変形角の算出を行う。すなわち、前記のＳ３において、ガスメータ装置１の制御部１１は、設置階ｎの層間変形角Ｒ_n’を、設置階ｎの水平変位ｄ_nと高さＨ_nを用いて下式（１’）により近似的に算出する。
Ｒ_n’＝ｄ_n／Ｈ_n…（１’）

この層間変形角Ｒ_n’を前記のＳ４以降の処理に用いることで、第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、上階や下階のガスメータ装置１との連携が必要でなく演算等が簡単に済む利点もある。一方、第１の実施形態では層間変形角がより正確に求まり、精度が高い利点がある。

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１；ガスメータ装置
１０；建物
１１；制御部
１２；入力部
１３；表示部
１４；加速度センサ
１５；遮断弁
１６；圧力センサ
１７；流量センサ
１８；Ｉ／Ｆ部
２０；ガス流路

Claims (8)

1. 建物の所定階の振動情報の計測を行うセンサと、
   前記振動情報から得た前記所定階の水平変位と、前記所定階の高さを用いて前記所定階の層間変形角を算出し、前記層間変形角に応じてガスの供給を遮断する制御部と、
   を具備することを特徴とするガスメータ装置。
2. 前記層間変形角は、
   前記所定階と前記所定階の上階または下階の水平変位の差、および、前記所定階と前記所定階の上階または下階の高さの差を用いて算出されることを特徴とする請求項１記載のガスメータ装置。
3. 前記所定階の上階または下階の水平変位が、別の前記ガスメータ装置から受信した、前記所定階の水平変位と同時刻の水平変位であることを特徴とする請求項２記載のガスメータ装置。
4. 前記振動情報が加速度であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のガスメータ装置。
5. 建物のガス供給を制御するガス供給制御方法であって、
   ガスメータ装置が、
   センサによって、建物の所定階の振動情報の計測を行うステップと、
   制御部によって、前記振動情報から得た前記所定階の水平変位と、前記所定階の高さを用いて前記所定階の層間変形角を算出し、前記層間変形角に応じてガスの供給を遮断するステップと、
   を実行することを特徴とするガス供給制御方法。
6. 前記層間変形角は、
   前記所定階と前記所定階の上階または下階の水平変位の差、および、前記所定階と前記所定階の上階または下階の高さの差を用いて算出されることを特徴とする請求項５記載のガス供給制御方法。
7. 前記所定階の上階または下階の水平変位が、別の前記ガスメータ装置から受信した、前記所定階の水平変位と同時刻の水平変位であることを特徴とする請求項６記載のガス供給制御方法。
8. 前記振動情報が加速度であることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載のガス供給制御方法。

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