JP2021139731A - ガスメータ - Google Patents

Abstract

【課題】ガス容器交換時に不適切な動作が行われた場合でも、ガス容器の残量を正確に計測することが可能なガスメータを提供する。【解決手段】ガス容器２の下流に接続されるガスメータ１において、ガスが流れる計測流路１０１と、計測流路１０１に配置された第１超音波センサ１０２、第２超音波センサ１０３と、ガスを伝搬する超音波信号の伝搬時間を計測する伝搬時間計測部１１１と、ガスの流量を計測する流量演算部１１２と、ガスの温度を検知する温度検知部１１３と、を備え、ガス容器２のガスを所定時間内に所定流量以上の流量で消費したときの流量とその消費前後の伝搬時間及び温度に基づいてガス容器２のガス残量を計測する。【選択図】図２

Description

本開示は、超音波を利用してガスの流量を計測するガスメータに関し、特に、ガス容器内のガス残量を計測する機能を有するガスメータに関する。

特許文献１は、ガス残量監視機能の積算値をリセットするガス計量装置を開示する。このガス計量装置は、ガス容器交換時の切換操作に応じて切換信号を発生する切換信号発生手段を有する自動切換機能付き圧力調整器と、該圧力調整器から供給されるガスを消費するガス燃焼器のガス使用量を計量する計量器と、該圧力調整器からの信号でガス残量監視機能の積算値をリセットする構成を開示する。

特開２００１−１７４３０８号公報

従来は切換機能付き圧力調整器等からガス容器切換の信号を受けてリセットされたガス使用量を再び計量することでガス容器の残量検知を行っていた為、ガス容器交換時に適切なリセット動作が行われなかった場合や未使用ではないガス容器と交換された場合などにガス容器の正しい残量を検知することができなかった。

本開示は、ガス使用時の流量とガス使用前後のガス組成と温度からガス容器の残量を計測するようにして、ガス容器交換時に誤った動作が行われた場合でもガス容器の正しいガス残量を計測できるガスメータを提供することを目的とする。

本開示のガスメータは、ガス容器の下流に接続されるガスメータにおいて、ガスが流れる計測流路と、前記ガスの流量を計測する流量計測手段と、前記ガスの組成を検知する組成検知手段と、前記ガスの温度を計測する温度検知手段と、所定時刻に前記組成検知手段で計測された組成及び前記温度検知手段で計測された温度と、前記所定時刻から所定時間経過後に前記組成検知手段で計測された組成及び前記温度検知手段で計測された温度と、前記所定時刻から前記所定時間経過後までに前記流量計測手段で計測された流量と、に基づき前記ガス容器内のガス残量を計測するガス残量演算手段と、で構成されたものである。

本開示はガス使用時の流量と前記ガス使用時前後のガス組成と温度からガス容器の残量を計測するようにして、ガス容器交換時に誤った動作が行われた場合でもガス容器の正しいガス残量を計測できるガスメータを提供することができる。

実施の形態１におけるガスメータを含むシステム図 実施の形態１におけるガスメータを含む他のシステム図 実施の形態１におけるガスメータのブロック図 （ａ）ガス残量変化に伴う伝搬時間の変化を示すグラフ、（ｂ）ガス残量変化に伴う流量と積算流量値の変化を示すグラフ、（ｃ）実施の形態１における計測タイミングを示す図 実施の形態１におけるガスメータの処理を説明するフローチャート 実施の形態２におけるガスメータのブロック図 （ａ）ガス残量変化に伴う下流側加熱後温度の変化を示すグラフ、（ｂ）ガス残量変化に伴う流量と積算流量値の変化を示すグラフ 実施の形態２におけるガスメータの処理を説明するフローチャート

（本開示の基礎となった知見等）
ガス容器、所謂ＬＰガスボンベからガスを供給する場合、使用できるガスの容量は有限である為、ガス切れを起こさないようにする為にガス容器の定期的な交換が必須であり、ガス管理業者は効率的にガス容器の交換を行う必要がある。

そして、ガス容器の交換を効率的に行う為に、ガス容器のガスの残量を監視する機能（以降、積算式ガス残量監視機能という）を有するガスメータがあり、このようなガスメータでは、ガス容器を交換してからのガスの使用量を積算することでガス容器の残量を推定し、残量が少なくなるとガス容器の管理業者（以降、ガス事業者という）に通信することで、ガス切れの前にガス容器の交換が行えるようにしていた。また、積算式ガス残量監視機能を搭載したガスメータには、積算式ガス残量監視機能用の積算値をリセットする手動スイッチが設けられており、ガス容器交換時には、残量監視の積算値をリセットする為に作業者がスイッチ操作を行う必要があった。

また、ガスの残量が０になってから交換する方が配送の面からは効率的であることから、２つのガス容器を設置し、一方のガス容器の残量がほぼ０になったら、自動的に満タンのガス容器に切り替える切換弁を備えることで、交換までの猶予期間を設けることで対応することも行われていた。但し、この場合も、ガス事業者がガス容器の交換時期を管理する為に積算式ガス残量監視機能を有するガスメータが使用されており、ガス容器交換時には、残量監視の積算値をリセットする為に作業者がスイッチ操作を行う必要がった。

上記のように、積算式ガス残量監視機能を有効に利用するには、作業者がガス容器の交換時に手動で使用量のリセットを行う必要があり、ガス容器の交換時にリセットを行わない、或いは、リセットを忘れる、或いは、ガス交換をしていないのにリセットをしてしまう、と正しい残量監視が行えなかった。

そこで、ガス容器の切換時に信号を発する機能を有する切換機能付きの圧力調整器を用い、圧力調整器からの信号でガスメータの積算式ガス残量監視機能の積算値をリセットする方法が提案されていた。

しかしながら、その方法は圧力調整器に切替え時の信号発生機能と通信機能を付加し、かつ、ガスメータと通信する必要があり、圧力調整器のコストアップとなる。或いは、未使用ではないガス容器が誤って取り付けられた場合には残量監視を正しく行えないという課題を発明者らは発見し、その課題を解決する為に、本開示の主題を構成するに至った。

以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。

なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解する為に提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

（実施の形態１）
以下、図１Ａ〜図４を用いて、実施の形態１を説明する。

［１−１．構成］
図１Ａは、本開示の第１の実施の形態におけるガスメータの設置状態を示す図で、図に示す様に２つのガス容器２と、ガス容器２を切換える切換弁３と、ガスメータ１と、ガス器具４とからなり、ガスは切換弁３で切換えられ、２つのガス容器２の内の選択されたガス容器２から上流管５、ガスメータ、下流管６を経由してガス器具４に供給される。切換弁３としては、圧力を検知して自動的に切換えるものや、作業者が手動により切換えるものがある。

図１Ｂは、本開示の第１の実施の形態におけるガスメータの他の設置状態を示す図で、図１Ａと異なるのは、ガス容器の交換を切換弁３ではなく、作業者がガス容器２を入れ換える点であり、ガスメータは同じ機能を有する。

なお、以降の説明では、２つのガス容器２の内、ガスが既に一部消費されたガス容器２を使用中容器２ａ、ガスが満タンのガス容器２を未使用容器２ｂと区別して説明する。

また、図１Ａと図１Ｂの違いは、ガス容器２の交換が切換弁３で自動若しくは手動で行なわれるか、或いは、作業者が交換作業を行うかの違いであり、以降のガスメータの説明は、共通である。

図２は、本実施の形態のガスメータの構成を示すブロック図で、ガスメータ１は、被計測流体の流れる計測流路１０１と、計測流路１０１の上流と下流に設置した第１超音波センサ１０２及び第２超音波センサ１０３と、第１超音波センサ１０２、第２超音波センサ１０３の送受信を切り換える切換部１０４と、第１超音波センサ１０２及び第２超音波センサ１０３を駆動する送信部１０５と、受信側の超音波センサで受信し切換部１０４を通過した受信信号を受信する受信部１０６と、受信した信号を所定の振幅まで増幅する増幅部１０７と、増幅部１０７で増幅された受信信号の電圧と基準電圧とを比較する基準比較部１０８とを備えている。

また、基準比較部１０８で比較される基準電圧を設定する基準電圧設定部１０９、基準比較部１０８の比較結果に基づき、時間計測の基準点を判定する判定部１１０、判定部１１０の結果に基づき、超音波の伝搬時間を計時する伝搬時間計測部１１１、伝搬時間計測部１１１で計測された伝搬時間に基づき被計測流体の流量を算出する流量演算部１１２、ガスの温度を検知する温度検知部１１３、伝搬時間計測部１１１で計測された伝搬時間と温度検知部１１３で計測された温度からガスの組成を求めるガス組成検知部１１４、ガス組成検知部１１４で求められたガス組成と温度検知部１１３で計測された温度と流量演算部１１２で計測された流量に基づきガス容器２のガス残量を演算するガス残量演算部１１５、流量演算部１１２で求められた流量を積算することでガス容器２の残量を監視する積算式ガス残量監視部１１６、ガス残量演算部１１５で演算されたガス残量に基づきガス容器の交換を検知するガス容器交換検知部１１７、ガス事業者等が運営するセンター装置７などの外部装置との通信を行う外部通信部１１８、及び、全体の制御を行う、マイクロコンピューター等で構成された制御部１１９を備えている。

［１−２．動作］
次に、本実施の形態におけるガス残量演算部１１５の動作を説明する。

［１−２−１．ガス残量が計測されるときの動作］
図３（ａ）は、ガス器具４等を使用することでガス容器２のガスを一定流量で消費して
いる時とその前後における超音波の伝搬時間の変化、図３（ｂ）は、流量と積算流量値の変化、図３（ｃ）は、伝搬時間計測部１１１における伝搬時間の計測タイミングの一例を示す図である。

図３（ａ）において、一点鎖線で示すＴｕｐは第１超音波センサ１０２から第２超音波センサ１０３までの伝搬時間（以降、上流側伝搬時間Ｔｕｐと称す）の変化、点線で示すＴｄｗは第２超音波センサ１０３から第１超音波センサ１０２までの伝搬時間（以降、下流側伝搬時間Ｔｄｗと称す）の変化、及び、実線で示すＴｍは上流側伝搬時間Ｔｕｐと下流側伝搬時間Ｔｄｗの平均値（以降、平均伝搬時間Ｔｍと称す）を示している。

また、図３（ａ）において、期間Ｔ１はガスが流れておらずガスを消費していない期間を表し、期間Ｔ２はガスが流れ始め、上流管５内に残されていたガスがガスメータ１を通過している期間を表し、期間Ｔ３はガスが流れていてガスを消費している期間を表し、期間Ｔ４はガスの消費が終了している期間を表している。

また、図３（ａ）において、ガス消費開始前の上流側伝搬時間Ｔｕｐ１、下流側伝搬時間Ｔｄｗ１に対し、ガス消費中のタイミングＳＡの上流側伝搬時間Ｔｕｐ２、下流側伝搬時間Ｔｄｗ２、ガス消費中のタイミングＳＢの上流側伝搬時間Ｔｕｐ３、下流側伝搬時間Ｔｄｗ３で、それぞれ上流側伝搬時間が下流側伝搬時間よりも短くなっているが、これはガスの流速に依存している。従って、流量演算部１１２は、上流側伝搬時間Ｔｕｐと下流側伝搬時間Ｔｄｗの伝搬時間差によりガスの流速を求め、求めた流速に流路断面積及び流量係数を乗算することで流量Ｑｓを求めることができる。

また、図３（ａ）から分かるように、ガス消費中は、経過時間と共に超音波の伝搬時間が長くなっている。これは、ガス容器２に充填されたガスの組成に基づいた音速の変化に起因するものである。ガス容器２に高圧で充填されているＬＰガスは、プロパン、ブタン、プロピレンなどの異なる蒸気圧をもった多成分による混合ガスであり、ガス容器２内では液相と気相が存在し平衡状態にある為、蒸気圧が高いプロピレン→プロパン→ブタンの順でガス容器２から排出される。

従って、ガス容器２内に残ったガスが少なくなると、ガスの組成が変化しブタンが占める割合が増え、プロピレンやプロパンよりも音速の遅いブタンの割合が大きくなることで伝搬時間が大きくなる。これらの相関関係は既知の式に基づいており、伝搬時間と温度からガスの組成を求めることが可能である。

また、ガス容器２から排出されるガスの組成が分かると、気相液相平衡の関係に基づいてガス容器２内の液相の組成を求められる。

しかしながら、気相と液相のそれぞれの組成が分かっただけではガス容器２内の気相と液相の物質量比率が一意に定まらない為、ガス容器内のガス残量を求めることができない。そこで、所定の物質量、すなわち、所定の積算流量値のガスをガス容器から取り除いたときのガスの組成変化の度合いが、そのときのガス容器内の気相と液相の物質量比率に依存するので、この関係を利用し、所定の時間内に流れた流量とその前後のガスの組成からガス容器内の気相と液相の物質量比率を定めることができ、その結果、ガス容器内の全物質量、すなわちガス残存量を求めることができる。

例えば、プロパンとブタンの混合気液状態では、ガス容器内を占める液体の割合が高いときには所定のガスを消費した前後のガス組成変化が小さい（ブタンの濃度がほとんど変わらない）のに対し、ガス容器内を占める液体の割合が低いときには所定のガスを消費した前後のガス組成変化が大きく（ブタンの濃度が高く）なる。

従って、ガス残量演算部１１５は、平均伝搬時間Ｔｍと温度Ｔｃと流量Ｑｓを監視し、所定時間Ｔａｃ内の積算流量値（以下、ガス消費量と称す）Ｑｉが予め決定された所定積算流量値Ｑｔｈ以上に変化すればガス残量Ｎを計測する演算を行い、ガス容器２のガス残量Ｎを演算することができる。

具体的には、図３（ｃ）に示す様に、伝搬時間計測部１１１は、所定のサンプリング周期Ｔｓ（例えば、２秒）の間隔で伝搬時間（上流側伝搬時間Ｔｕｐ及び下流側伝搬時間Ｔｄｗ）を計測（Ｓ１〜Ｓ１０）して平均伝搬時間（ＴｍＳ１〜ＴｍＳ１０）を計測し、流量演算部１１２は、伝搬時間に基づいて瞬時流量（ＱｓＳ１〜ＱｓＳ１０）と積算流量（ＱｔＳ１〜ＱｔＳ１０）を演算し、温度検知部１１３は、温度（ＴｃＳ１〜ＴｃＳ１０）を求める。

そして、ガス残量演算部１１５は、タイミングＳＡを起点とした所定時間Ｔａｃ内にガス消費量が所定積算流量値Ｑｔｈを超える場合に、タイミングＳＡにおける消費前平均伝搬時間ＴｍＡ（＝ＴｍＳ３）及び消費前温度ＴｃＡ（＝ＴｃＳ３）と、その所定積算流量値Ｑｔｈ以上が消費された後のタイミングＳＢにおける消費後平均伝搬時間ＴｍＢ（＝ＴｍＳ７）及び消費後温度ＴｃＢ（＝ＴｃＳ７）と、タイミングＳＡとタイミングＳＢの期間Ｔａｂに消費されたガス消費量Ｑｉに基づき、ガス容器２のガス残量Ｎを演算する。

また、複数の計測で得られた平均伝搬時間Ｔｍの移動平均値と温度の移動平均値をガス残量計測に用いる方法でも良い。例えば、図３（ｃ）に示す計測Ｓ１〜Ｓ３で得られた３つの平均伝搬時間（ＴｍＳ１、ＴｍＳ２、ＴｍＳ３）の移動平均値ＴｍａＡと３つの温度（ＴｃＳ１、ＴｃＳ２、ＴｃＳ３）の移動平均値ＴｃａＡ、期間Ｔａｂ離れた計測Ｓ６〜Ｓ８の計測で得られた３つの平均伝搬時間（ＴｍＳ６、ＴｍＳ７、ＴｍＳ８）の移動平均値ＴｍａＢ、３つの温度（Ｔｃ６、Ｔｃ７、Ｔｃ８）の移動平均値ＴｃａＢに対して、ガス消費量Ｑｉが所定積算流量値Ｑｔｈを超えていれば、ＴｍａＡ、ＴｃａＡ、ＴｍａＢ、ＴｃａＢ及びガス消費量（Ｑｉ＝ＱｔＳ７−ＱｔＳ２＝ＱｓＳ３＋ＱｓＳ４＋ＱｓＳ５＋ＱｓＳ６＋ＱｓＳ７）に基づいてガス残量Ｎを計測しても良く、この場合ノイズ等により伝搬時間または温度の計測誤差が生じた場合でも精度よくガス残量Ｎを計測できる。

また、伝搬時間は、平均伝搬時間Ｔｍに限らず、それぞれの計測で得られた上流側伝搬時間Ｔｕｐ同士、或いは、下流側伝搬時間Ｔｄｗ同士でも良い。

なお、所定時間Ｔａｃ，所定積算流量値Ｑｔｈは、ガス容器２に充填されるＬＰガスの組成により適宜設定することができる。

［１−２−２．フローチャートによる一連の動作説明］
次に、図４に示すフローチャートを用いて、上記で説明したガス残量演算部１１５の動作を説明する。

先ず、制御部１１９は、サンプリング周期かどうかを判断（Ｓ１００）し、サンプリング周期である場合（処理Ｓ１００でＹｅｓ）、伝搬時間計測部１１１で上流側伝搬時間Ｔｕｐ、下流側伝搬時間Ｔｄｗ、流量演算部１１２で流量Ｑｓ、温度検知部１１３で温度Ｔｃを計測し（Ｓ１０１）、平均伝搬時間Ｔｍを求め、温度Ｔｃ、流量Ｑｓとともに時系列に保存する（Ｓ１０２）。サンプリング周期でない（処理Ｓ１００でＮｏ）と判断されれば処理を抜ける。

次に、ガスが流れているかどうかを判定し（Ｓ１０３）、続けてガス残量演算用計数タイマＴｉが初期値（＝０）かどうかに基づき残量計測中かどうかを判定する（Ｓ１０４、
Ｓ１０８）。

ガスが流れておらず（処理Ｓ１０３でＮｏ）、ガス残量演算用計数タイマＴｉが初期値の場合（処理Ｓ１０４でＮｏ）、処理を抜ける。ガスが流れておらず（処理Ｓ１０３でＮｏ）、ガス残量演算用計数タイマＴｉが初期値でない場合（処理Ｓ１０４でＹｅｓ）、ガス残量演算用計数タイマＴｉにサンプリング周期Ｔｓを加え（Ｓ１０５）、その後、ガス残量演算用計数タイマＴｉが所定時間Ｔａｃ内かどうかを判定し（Ｓ１０６）、所定時間Ｔａｃ内の場合（処理Ｓ１０６でＹｅｓ）は処理を抜け、所定時間Ｔａｃを超えた場合（処理Ｓ１０６でＮｏ）はガス残量演算用計数タイマＴｉを初期化（Ｔｉ＝０）して処理から抜ける。

ガスが流れていて（処理Ｓ１０３でＹｅｓ）、ガス残量演算用計数タイマＴｉが初期値の場合（処理Ｓ１０８でＮｏ）、ガス消費量Ｑｉを流量Ｑｓ×サンプリング周期Ｔｓで、ガス残量演算用計数タイマＴｉをサンプリング周期Ｔｓでそれぞれ初期化し、さらに消費前平均伝搬時間ＴｍＡに平均伝搬時間Ｔｍ、消費前温度ＴｃＡに温度Ｔｃをそれぞれ代入し（Ｓ１０９）、処理から抜ける。ガスが流れていて（処理Ｓ１０３でＹｅｓ）、ガス残量演算用計数タイマＴｉが初期値でない場合（処理Ｓ１０８でＹｅｓ）、ガス消費量Ｑｉに流量Ｑｓ×サンプリング周期Ｔｓを、ガス残量演算用計数タイマＴｉにサンプリング周期Ｔｓをそれぞれ加え（Ｓ１１０）、ガス残量演算用計数タイマＴｉが所定時間Ｔａｃ内かどうか判定し（Ｓ１１１）、所定時間Ｔａｃを超えた場合（処理Ｓ１１１でＮｏ）はガス残量演算用計数タイマＴｉを初期化（Ｔｉ＝０）して処理から抜け、所定時間Ｔａｃ内の場合（処理Ｓ１１１でＹｅｓ）はガス消費量Ｑｉが所定積算流量値Ｑｔｈを超えているかどうかを判定する（Ｓ１１２）
ガス消費量Ｑｉが所定積算流量値Ｑｔｈを超えなかった場合（処理Ｓ１１２でＮｏ）は処理から抜ける。ガス消費量Ｑｉが所定積算流量値Ｑｔｈを超えた場合（処理Ｓ１１２でＹｅｓ）は消費後平均伝搬時間ＴｍＢに平均伝搬時間Ｔｍを、消費後温度ＴｃＢに温度Ｔｃを代入する（Ｓ１１３）。

そして、ガス残量演算部１１５は、ガス消費量Ｑｉ、消費前平均伝搬時間ＴｍＡ、消費前温度ＴｃＡ、消費後平均伝搬時間ＴｍＢ、消費後温度ＴｃＢからガス残量Ｎを求め（Ｓ１１４）、ガス容器交換検知部１１７は、ガス残量Ｎが前回のガス残量Ｎｐと比べて所定値ΔＮ以上大きくなったかどうかに基づきガス容器２の交換を判定する（Ｓ１１５）。

ガス容器２が交換されていない場合（処理Ｓ１１５でＮｏ）、外部通信部１１８でセンター装置７等へガス残量を通知し、ガス業者への報知を行う（Ｓ１１６）。ガス容器２が交換された場合（処理Ｓ１１５でＹｅｓ）、積算式ガス残量監視部１１６の積算値をリセットし（Ｓ１１７）、外部通信部１１８でセンター装置７等へガス交換検知、或いは、ガス残量を通知し、ガス業者への報知を行う（Ｓ１１８）。

なお、処理Ｓ１１７（積算式ガス残量監視部１１６の積算値をリセット）や処理Ｓ１１６、Ｓ１１８（センター装置７等へガス残量や交換の通知）は、設置状況に応じて適宜選択できるようにしても良い。

［１−３．効果等］
以上の様に、本実施の形態において、ガスメータ１は、ガスが流れる計測流路１０１と、ガスの流量を計測する流量演算部１１２と、ガスの組成によって変化する伝搬時間を計測する伝搬時間計測部１１１と、ガスの温度を計測する温度検知部１１３と、所定時刻に伝搬時間計測部１１１で計測された伝搬時間と温度検知部１１３で計測された温度と、所定時刻から所定時間経過後に伝搬時間計測部１１１で計測された伝搬時間と温度検知部１１３で計測された温度と、所定時刻から所定時間経過後までに流量演算部１１２で計測さ
れた流量と、に基づきガス容器２内のガス残量を演算するガス残量演算部１１５と、を備える。

これにより、ガス残量演算部１１５は、ガス容器２の交換時から計数した流量積算値を必要とせずに、所定時間内の計測のみでガス容器２のガス残量を正確に演算することができる。

なお、本実施の形態では、ガスの組成を検知する為に超音波の伝搬時間と温度を用いたが、ガスの組成と光波の吸収率の相関を利用した方法などの他方式のものでもガスの組成検知が可能であることは言うまでもない。

また、本実施の形態では、流量計測手段として超音波伝搬時間方式による流量演算を用いたが、差圧式流量計やサーマル式流量計などの他方式のものを用いても構わない。

また、本実施の形態では、上流と下流に設置した第１超音波センサ１０２及び第２超音波センサ１０３間の伝搬時間を用いて、ガスの流量を計測する流量演算部１１２とガスの組成を検知するガス組成検知部１１４を実現したが、流量演算部１１２における流量計測を超音波方式以外で行い、超音波センサを１つ用いて、送信した超音波の反射波を受信することで計測されたガスの伝搬時間をガス組成検知部１１４におけるガスの組成検知に用いるように構成することもできる。

本実施の形態のように、ガス残量が所定値増加したときにガス容器２の交換を検知するガス容器交換検知部１１７を有し、ガス容器交換検知部１１７によりガス容器２の交換を検知したときに積算式ガス残量監視部１１６の積算値をリセットするようにすると、手動によりリセットを行う必要がなくなり、積算式ガス残量監視部１１６によるガス容器２の残量管理を確実に行うことができる。

本実施の形態のように、センター装置７と通信する外部通信部１１８を備え、ガス残量演算部１１５でガス残量を演算した場合に、外部通信部１１８で報知する。

これにより、ガス事業者はガス容器２の配送などのスケジュールを組む際に優先順位等を決める参考とすることができる。更に、ガス容器２の交換前で未だガスの残量があるにも関わらず見込みで交換を行う必要がなくなり、配送効率が向上する。

また、ガス事業者が、作業者に対してガス容器２の交換（切換弁３の操作、若しくは、交換作業）の後に積算式ガス残量監視部１１６の積算値のリセットを行ったかどうかを確認した上で、ガス容器２を交換したのにリセットを忘れていた場合には、センター装置７からガスメータ１に対してリセットの指示を行うようにすることで、積算式ガス残量監視部１１６の誤検知に対応することもできる。

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示する為のものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

（実施の形態２）
以下、図１Ａ、図１Ｂ、図５〜図７を用いて、実施の形態２を説明する。

［２−１．構成］
図１Ａ及び図１Ｂは、本開示の第２の実施の形態におけるガスメータの設置状態を示す図で、構成は第１の実施の形態で述べたものと同じである。

図５は、本実施の形態２のガスメータの構成を示すブロック図で、ガスメータ２０は、被計測流体の流れる計測流路２０１と、計測流路２０１の上流側から下流側に順に設置した第１温度センサ２０２、第２温度センサ２０３、第３温度センサ２０４と、第２温度センサ２０３と第３温度センサ２０４の間に設置した発熱体２０５と、発熱体２０５を加熱する加熱部２０６と、加熱部２０６への電力を制御する電力制御部２０７と、発熱体２０５により加熱されたガスの温度を第２温度センサ２０３で検知した上流側加熱後温度と発熱体２０５により加熱されたガスの温度を第３温度センサ２０４で検知した下流側加熱後温度とに基づき流量を演算する流量演算部２０８と、発熱体２０５により加熱されていないガスの温度を第１温度センサ２０２で検知した加熱前温度と第３温度センサ２０４で検知された下流側加熱後温度に基づきガスの組成を求めるガス組成検知部２０９と、ガス組成検知部２０９で求められたガス組成と第１温度センサ２０２で検知した加熱前温度と流量演算部２０８で求められた流量に基づきガス容器２のガス残量を演算するガス残量演算部２１０とを備えている。

また、流量演算部２０８で求められた流量を積算することでガス容器２の残量を監視する積算式ガス残量監視部２１１、ガス残量演算部２１０で演算されたガス残量に基づきガス容器の交換を検知するガス容器交換検知部２１２、ガス事業者等が運営するセンター装置７などの外部装置との通信を行う外部通信部２１３、及び、全体の制御を行う、マイクロコンピューター等で構成された制御部２１４を備えている。

［２−２．動作］
次に、本実施の形態におけるガス残量演算部２１０の動作を説明する。

［２−２−１．ガス残量が計測されるときの動作］
図６（ａ）は、ガス器具４等を使用することでガス容器２のガスを消費している時とその前後における下流側加熱後温度の変化、図６（ｂ）は、流量と積算流量値の変化、を示す図である。

図６（ａ）において、点線で示すＴｃｕｐは発熱体２０５により加熱されたガスの温度を第２温度センサ２０３で検知した温度（以降、上流側加熱後温度Ｔｃｕｐと称す）の変化、一点鎖線で示すＴｃｄｗは発熱体２０５により加熱されたガスの温度を第３温度センサ２０４で検知した温度（以降、下流側加熱後温度Ｔｃｄｗと称す）の変化、及び、実線で示すＴｃｎは第１温度センサ２０２で検知された温度（以降、加熱前温度Ｔｃｎと称す）を示している。

また、図６（ａ）において、期間Ｔ１はガスが流れておらずガスを消費していない期間を表し、期間Ｔ２はガスが流れ始め、上流管５内に残されていたガスがガスメータ２０を通過している期間を表し、期間Ｔ３はガスが流れていてガスを消費している期間を表し、Ｔ４はガスの消費が終了している期間を表している。

また、図６（ａ）において、ガス消費開始前の上流側加熱後温度Ｔｃｕｐ１、下流側加熱後温度Ｔｃｄｗ１に対し、ガス消費中のタイミングＳＡの上流側加熱後温度Ｔｃｕｐ２、下流側加熱後温度Ｔｃｄｗ２、ガス消費中のタイミングＳＢの上流側加熱後温度Ｔｃｕｐ３、下流側加熱後温度Ｔｃｄｗ３で、それぞれ上流側加熱後温度が下流側加熱後温度よりも低くなっているが、これはガスの流量に依存している。従って、流量演算部２０８は、上流側加熱後温度Ｔｃｕｐと下流側加熱後温度Ｔｃｄｗの温度差によりガスの補正前流量を求め、求めた補正前流量にコンバージョンファクター及び流量係数を乗算することで流量Ｑｓを求めることができる。

また、図６（ａ）から分かるように、ガス消費中は下流側加熱後温度が上昇している。これは、ガス容器２に充填されたガスの組成に基づいた熱伝導率の変化に起因するものである。ガス容器２内に残ったガスが少なくなると、ガスの組成が変化しブタンが占める割合が増え、プロピレンやプロパンよりも熱伝導率の低いブタンの割合が大きくなることで、発熱体２０５で加熱されたガスの温度が周囲に拡散しにくくなり、結果として第２温度センサ２０３及び第３温度センサ２０４で検知される加熱後温度が大きくなる。これらの相関関係は既知の式に基づいており、上流側または下流側の加熱後温度と加熱前温度からガスの組成を検知することが可能である。

従って、ガス残量演算部２１０は、下流側加熱後温度Ｔｃｄｗと加熱前温度Ｔｃｎと流量Ｑｓを監視し、所定時間Ｔａｃ内のガス消費量Ｑｉが予め決定された所定積算流量値Ｑｔｈ以上に変化すればガス残量を計測する演算を行い、ガス消費量Ｑｉ、消費前加熱後温度Ｔｍ１Ａ、消費前加熱前温度Ｔｃ１Ａ、消費後加熱後温度Ｔｍ１Ｂ、消費後加熱前温度Ｔｃ１Ｂに基づいてガス容器２のガス残量Ｎを演算することができる。

また、下流側加熱後温度Ｔｃｄｗの代わりに上流側加熱後温度Ｔｃｕｐを用いてガスの組成を検知しても良い。

なお、所定時間Ｔａｃ，所定積算流量値Ｑｔｈは、ガス容器２に充填されるＬＰガスの組成により適宜設定することができる。

［２−２−２．フローチャートによる一連の動作説明］
次に、図７に示すフローチャートを用いて、上記で説明したガス残量演算部２１０の動作を説明する。

先ず、制御部２１４は、サンプリング周期かどうかを判断（Ｓ２００）し、サンプリング周期である場合（処理Ｓ２００でＹｅｓ）、第１温度センサ２０２、第２温度センサ２０３、第３温度センサ２０４で加熱前温度Ｔｃｎ、上流側加熱後温度Ｔｃｕｐ、下流側加熱後温度Ｔｃｄｗ、流量演算部２０８で流量Ｑｓを計測し（Ｓ２０１）、時系列に保存する（Ｓ２０２）。サンプリング周期でない（処理Ｓ２００でＮｏ）と判断されれば処理を抜ける。

次にガスが流れているかどうかを判定し（Ｓ２０３）、続けてガス残量演算用計数タイマＴｉが初期値（＝０）かどうかに基づき残量計測中かどうかを判定する（Ｓ２０４、Ｓ２０８）。

ガスが流れておらず（処理Ｓ２０３でＮｏ）、ガス残量演算用計数タイマＴｉが初期値の場合（処理Ｓ２０４でＮｏ）、処理を抜ける。ガスが流れておらず（処理Ｓ２０３でＮｏ）、ガス残量演算用計数タイマＴｉが初期値でない場合（処理Ｓ２０４でＹｅｓ）、ガス残量演算用計数タイマＴｉにサンプリング周期Ｔｓを加え（Ｓ２０５）、その後、ガス残量演算用計数タイマＴｉが所定時間Ｔａｃ内かどうかを判定し（Ｓ２０６）、所定時間Ｔａｃ内の場合（処理Ｓ２０６でＹｅｓ）は処理を抜け、所定時間Ｔａｃを超えた場合（処理Ｓ２０６でＮｏ）はガス残量演算用計数タイマＴｉを初期化（Ｔｉ＝０）して処理から抜ける。

ガスが流れていて（処理Ｓ２０３でＹｅｓ）、ガス残量演算用計数タイマＴｉが初期値の場合（処理Ｓ２０８でＮｏ）、ガス消費量Ｑｉを流量Ｑｓ×サンプリング周期Ｔｓで、ガス残量演算用計数タイマＴｉをサンプリング周期Ｔｓでそれぞれ初期化し、さらに消費前加熱後温度Ｔｍ１Ａに下流側加熱後温度Ｔｃｄｗ、消費前加熱前温度Ｔｃ１Ａに加熱前温度Ｔｃｎをそれぞれ代入し（Ｓ２０９）、処理から抜ける。ガスが流れていて（処理Ｓ
２０３でＹｅｓ）、ガス残量演算用計数タイマＴｉが初期値でない場合（処理Ｓ２０８でＹｅｓ）、ガス消費量Ｑｉに流量Ｑｓ×サンプリング周期Ｔｓを、ガス残量演算用計数タイマＴｉにサンプリング周期Ｔｓをそれぞれ加え（Ｓ２１０）、ガス残量演算用計数タイマＴｉが所定時間Ｔａｃ内かどうか判定し（Ｓ２１１）、所定時間Ｔａｃを超えた場合（処理Ｓ２１１でＮｏ）はガス残量演算用計数タイマＴｉを初期化（Ｔｉ＝０）して処理から抜け、所定時間Ｔａｃ内の場合（処理Ｓ２１１でＹｅｓ）はガス消費量Ｑｉが所定積算流量値Ｑｔｈを超えているかどうかを判定する（Ｓ２１２）
ガス消費量Ｑｉが所定積算流量値Ｑｔｈを超えなかった場合（処理Ｓ２１２でＮｏ）は処理から抜ける。ガス消費量Ｑｉが所定積算流量値Ｑｔｈを超えた場合（処理Ｓ２１２でＹｅｓ）は消費後加熱後温度Ｔｍ１Ｂに下流側加熱後温度Ｔｃｄｗを、消費後温度ＴｃＢに加熱前温度Ｔｃｎを代入する（Ｓ２１３）。

そして、ガス残量演算部２１０で、ガス消費量Ｑｉ、消費前加熱後温度Ｔｍ１Ａ、消費前加熱前温度Ｔｃ１Ａ、消費後加熱後温度Ｔｍ１Ｂ、消費後加熱前温度Ｔｃ１Ｂからガス残量Ｎを求め（Ｓ２１４）、ガス容器交換検知部２１２で、ガス残量Ｎが前回のガス残量Ｎｐと比べて所定値ΔＮ以上大きくなったかどうかに基づきガス容器の交換を判定する（Ｓ２１５）。

ガス容器が交換されていない場合（処理Ｓ２１５でＮｏ）、外部通信部２１３でセンター装置７等へガス残量を通知し、ガス業者への報知を行う（Ｓ２１６）。ガス容器が交換された場合（処理Ｓ２１５でＹｅｓ）、積算式ガス残量監視部２１１の積算値をリセットし（Ｓ２１７）、外部通信部２１３でセンター装置７等へガス交換検知、或いは、ガス残量を通知し、ガス業者への報知を行う（Ｓ２１８）。

なお、処理Ｓ２１７（積算式ガス残量監視部２１１の積算値をリセット）や処理Ｓ２１６、Ｓ２１８（センター装置７等へガス残量や交換の通知）は、設置状況に応じて適宜選択できるようにしても良い。

［２−３．効果等］
以上の様に、本実施の形態において、ガスメータ２０は、ガスが流れる計測流路２０１と、計測流路２０１の上流側から下流側に順に設置した第１温度センサ２０２、第２温度センサ２０３、第３温度センサ２０４と、第２温度センサ２０３と第３温度センサ２０４の間に設置した発熱体２０５と、発熱体２０５により加熱されたガスの温度を第２温度センサ２０３で検知した上流側加熱後温度と発熱体２０５により加熱されたガスの温度を第３温度センサ２０４で検知した下流側加熱後温度とに基づき流量を演算する流量演算部２０８と、発熱体２０５により加熱されていないガスの温度を第１温度センサ２０２で検知した加熱前温度と第３温度センサ２０４で検知された下流側加熱後温度と流量演算部２０８で求められた流量に基づきガス容器２のガス残量を演算するガス残量演算部２１０と、を備える。

これにより、ガス残量演算部２１０は、ガス容器２の交換時から計数した流量積算値を必要とせずに、所定時間内の計測のみでガス容器２のガス残量を正確に計測することができる。

なお、本実施の形態では、ガスの組成と熱伝導率の相関を利用した方法を用いたが、ガスの組成と光波の吸収率の相関を利用した方法などの他方式のものでもガスの組成検知が可能であることは言うまでもない。

また、本実施の形態では、流量計測手段として発熱体加熱時の上流側と下流側の温度差を利用する流量演算を用いたが、超音波流量計や差圧式流量計などの他方式のものを用い
ても構わない。

その他の効果は実施の形態１と同様である。

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示する為のものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

以上のように、本開示にかかるガスメータによるとガス容器のガス残量を検知できるので、ガス容器交換、回収等の効率化を図ることができる。

１、２０ ガスメータ
２ ガス容器
７ センター装置
１０１ 計測流路
１０２ 第１超音波センサ（超音波センサ）
１０３ 第２超音波センサ（超音波センサ）
１０５ 送信部（送信手段）
１１１ 伝搬時間計測部（流量計測手段、伝搬時間計測手段）
１１２、２０８ 流量演算部（流量演算手段）
１１３ 温度検知部（温度検知手段）
１１４ ガス組成検知部（組成検知手段）
１１５、２１０ ガス残量演算部（ガス残量演算手段）
１１６、２１１ 積算式ガス残量監視部（積算式ガス残量監視手段）
１１７、２１２ ガス容器交換検知部（ガス容器交換検知手段）
１１８、２１３ 外部通信部
１１９、２１４ 制御部
２０１ 計測流路
２０２ 第１温度センサ
２０３ 第２温度センサ
２０４ 第３温度センサ（加熱後ガス温度検知手段）
２０５ 発熱体
２０６ 加熱部（加熱手段）
２０７ 電力制御部
２０９ ガス組成検知部（組成検知手段）

Claims (6)

1. ガス容器の下流に接続されるガスメータにおいて、
   ガスが流れる計測流路と、
   前記ガスの流量を計測する流量計測手段と、
   前記ガスの組成を検知する組成検知手段と、
   前記ガスの温度を計測する温度検知手段と、
   所定時刻に前記組成検知手段で計測された組成及び前記温度検知手段で計測された温度と、前記所定時刻から所定時間経過後に前記組成検知手段で計測された組成及び前記温度検知手段で計測された温度と、前記所定時刻から前記所定時間経過後までに前記流量計測手段で計測された流量と、に基づき前記ガス容器内のガス残量を演算するガス残量演算手段と、
   を備えたガスメータ。
2. 前記計測流路に配置した少なくとも一つの超音波センサと、
   前記超音波センサを駆動して前記ガス中に超音波信号を送信する送信手段と、
   前記超音波センサで受信した前記超音波信号から前記ガス中を前記超音波信号が伝搬する伝搬時間を計測する伝搬時間計測手段と、を有し、
   前記組成検知手段が、前記伝搬時間計測手段で計測された伝搬時間と、前記温度検知手段で計測された温度と、に基づき前記ガスの組成を検知することを特徴とした請求項１に記載のガスメータ。
3. 前記計測流路に配置した発熱体と、
   前記発熱体を加熱する加熱手段と、
   前記加熱手段により熱せられた前記ガスの温度を検知する加熱後ガス温度検知手段と、を有し、
   前記組成検知手段が、前記加熱後ガス温度検知手段で検知された温度に基づき前記ガスの組成を検知することを特徴とした請求項１に記載のガスメータ。
4. 前記ガス残量演算手段で計測されたガス残量が所定時間の間に所定値以上変化した場合に前記ガス容器が交換されたとするガス容器交換検知手段を備えた請求項１から３のいずれか１項に記載のガスメータ。
5. 前記流量計測手段で計測された流量を前記ガス容器の切換え時から積算した積算値に基づき前記ガス容器のガス残量を監視する積算式ガス残量監視手段を有し、
   前記ガス容器交換検知手段で前記ガス容器が切換えられたと検知した場合に、前記積算式ガス残量監視手段の積算値をリセットすることを特徴とする請求項４に記載のガスメータ。
6. センター装置と通信する外部通信手段を有し、
   前記ガス残量演算手段でガス残量を演算した場合に、あるいは、前記ガス容器交換検知手段でガス容器の交換を検知した場合に、前記外部通信手段で前記センター装置に報知することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のガスメータ。

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