JP4411910B2

JP4411910B2 - ガス安全装置

Info

Publication number: JP4411910B2
Application number: JP2003318028A
Authority: JP
Inventors: 明松田; 剛司本田; 正樹山口; 伸正笠島
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-09-10
Filing date: 2003-09-10
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2023-09-10
Also published as: JP2005083962A

Description

本発明は、ガス安全装置に関し、特にガスメータの安全回路に関するものである。

従来のガスメータの安全回路はリチウム電池を電源とし、ガス流量の流量パターンをマイクロコンピュータ（以下マイコンと呼ぶ）で記憶し、規定のパターンから逸脱した場合や、ガス漏れ警報器等外部接続機器からの信号、地震信号等の不安全信号を受けた場合に遮断弁によりガスを遮断し、ガス漏れやガス器具の消し忘れ等から万が一のガス火災を防止する機能を有している。

また、ガスメータは７〜１０年間電池交換不要の仕様で、主としてリチウム電池が用いられ、通常の動作電流は１０マイクロアンペア程度の微少電流で動作するようになっている。そして、不安全検出時は数百ミリアンペアの大電流を遮断弁に一瞬流してガス通路を遮断しガス事故を防止する。通常の動作時微少電流で遮断時に大電流を流すためメモリー効果など電池の内部抵抗が大きくなっても遮断弁には規定の電流が流れるよう構成されている。

更に、電池消耗時の安全回路として電池電圧低下検出回路を有する。これは、電池消耗時にガス遮断弁駆動の電力がなくなると不安全時のガス遮断ができなくなるので、数十時間毎に遮断弁相当の負荷に電池から電流を流してその電圧を確認し、電池がガス遮断弁駆動の電力を保有しているうちにガスを遮断して使用不可能とし、ガスメータの使用を禁止するものである。この電池電圧低下検出回路は電池電圧がある規定値を下回った時にその信号を発するものもある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−４００６３号公報

しかしながら、リチウム電池は周知のように小型軽量でそのパワーが高くて自己放電が少なく長寿命である反面、内部抵抗は高く数百ミリアンペアの大電流を流した時電池電圧の低下量が大きい。更に、数マイクロアンペアの微少電流だけを長期間流していると電池の内部電極に保護膜が形成されて電池の内部抵抗が極端に高くなるという課題があった。

また、電池電圧低下検出回路にあっては、その回路が断線等故障した場合も検出することが出来ず、フェールセーフでないという課題があった。

本発明は上記課題を解決するため、ガス漏れ等の異常信号を検出してガス流量を制御するマイコンと、該マイコンの信号によりガス通路を遮断する遮断装置と、マイコンと遮断装置へ電力を供給する電池電源と、電池電源より逆流防止素子を介して供給されマイコンのバックアップ電源を形成する第一の電力バックアップ素子と、電池電源に並列に接続し遮断装置のバックアップ電源を形成する第二の電力バックアップ素子と、所定周期で駆動し負荷抵抗を介して流れる電流の分圧電圧値より前記第二の電力バックアップ素子の過度応答を検出する電圧検出回路を備え、前記電圧検出回路は、過渡応答時の所定タイミングにおける分圧電圧値が予め定めた所定電圧範囲を外れた場合、異常の出力を行うようにしたものである。

本発明によれば電池電圧を有するにもかかわらず遮断できないという課題、電池電圧低下検出回路等がフェールセーフでないという課題が解決される。

以上説明したように本発明に係るガス安全装置は第一及び第二の電力バックアップ素子を有し、逆流防止素子を有しているので、リチウム電池の内部抵抗が増大してもマイコン及び遮断弁が確実に動作可能で、かつ、動作寿命を長くする効果がある。さらに第二の電力バックアップ素子や電圧検出回路の故障時にも安全側に作動させることができるので安全性を損なうことなくその効果が発揮できて実用価値が高い。

尚、実施の形態では過度応答のチェックタイミングを後半の２度一致として説明したが、最初と最後近辺や任意の点での過度特性のチェック等も考えられる。また、同様に遮断機能としては遮断弁以外にモータ式弁等も考えられる。

本発明のガス安全装置は、電池電源より供給される電力を充電し遮断弁駆動用及びマイコン駆動用のバックアップ電源を備え、所定周期で電池電源やバックアップ電源の状態をチャックする機能を有したガス安全装置であって、ガス漏れ等の異常信号を検出してガス流量を制御するマイクロコンピュータと、該マイクロコンピュータの信号によりガス通路を遮断する遮断装置と、前記マイクロコンピュータと前記遮断装置へ電力を供給する電池電源と、該電池電源より逆流防止素子を介して供給され前記マイクロコンピュータのバックアップ電源を形成する第一の電力バックアップ素子と、前記電池電源に並列に接続し前記遮断装置のバックアップ電源を形成する第二の電力バックアップ素子と、所定周期で駆動し負荷抵抗を介して流れる電流の分圧電圧値より前記第二の電力バックアップ素子の過度応答を検出する電圧検出回路を備え、前記電圧検出回路は、過渡応答時の所定タイミングにおける分圧電圧値が予め定めた所定電圧範囲を外れた場合、異常の出力を行うようにしたものである。そして、第一の電力バックアップ素子は遮断弁作動時一時的な電池電圧の低下時にマイコンに必要電流を供給する。逆流防止素子は遮断弁作動時に第一の電力バックアップ素子の電流が遮断弁に逆流するのを防ぐ。第二の電力バックアップ素子は電池寿命末期等その内部抵抗が増大した場合も遮断弁作動時に遮断弁に作動に必要な電流を供給する。そして、電圧検出回路は第二の電力バックアップ素子を作動させてその過度特性を検出する。

また、第一の電力バックアップ素子および第二の電力バックアップ素子はコンデンサで構成したものである。

また、電圧検出回路は、マイクロコンピュータの信号で駆動するトランジスタを介して所定の負荷を印加し、その時の負荷の過渡応答をマイクロコンピュータに入力して、電池電源、バックアップ電源、電圧検出回路の異常を検出するようにしたものである。そして、中間値以外の場合出力し、第二の電力バックアップ素子及び電圧検出回路故障時の安全性を確保する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態であるマイコンメータに応用した場合の回路図である。図において、１はリチウム電池、２は第二の電力バックアップ素子であるコンデンサ、３はガス遮断装置である自己保持型の遮断弁、４は遮断弁３を通電するトランジスタ、５は電圧検出回路、５ａ及び５ｂは過度応答を検出する抵抗、６は逆流防止素子である１メグオームの抵抗、７は第一の電力バックアップ素子であるコンデンサ、８はマイコンを示す。また、９はガスもれ警報器、１０はトランジスタを示す。

図２は電圧検出回路が作動した時の時間と電圧の関係図である。

横軸は時間、縦軸は電圧を示す。ａは電圧検出回路作動時のマイコンＣ端子の波形、ｂは電圧検出回路作動時にマイコンＡ端子に発生する３種類の波形および閾値を示す。

まず、図１により動作、作用について説明する。電池１の電圧は第一及び第二のコンデンサに充電されている。遮断弁３は開いているのでガスは使用可能である。万一ガスの流量パターンが規定値より超えた場合、また、ガス漏れ警報器からのガス漏れ信号をマイコン７が受けた場合等、マイコン８はトランジスタ４をオンし、遮断弁３に通電する。遮断弁は通常永久磁石により開成しているがこの永久磁石による開成の向きと逆方向の向きに電流を一瞬（数十ミリセカント）流して磁力を消滅させバネ圧によりガスを閉じる。この電流は数百ミリアンペアでありリチウム電池の特性により、場合によっては１Ｖ以上電池電圧が低下する。この時、逆流防止素子である抵抗６により遮断弁３には第一のコンデンサの電流は殆ど流れ出ず、かつ第二のコンデンサによりある程度バックアップされるのでマイコン８の電源電圧は第一のコンデンサ７でほぼ一定（３Ｖ）に保たれる。

また、遮断弁３には従来では低い電圧しか印加されなかったが第二のコンデンサ２に充電されていた電圧３Ｖが印加される。従って、電池の内部抵抗が高くなり電池１の電圧だけでは遮断不能になっても確実に遮断できる。

次に電圧検出回路５を説明する。電圧検出回路５は１５時間毎にマイコンＣ端子の波形が図２のａのように１２から１３の間１０ミリセカントの程高くなり、トランジスタ１０がオンする。この時、電池１と第二のコンデンサ２の電圧は抵抗５ａおよび５ｂを介して放電される。この過度波形はマイコン８のＡ端子により図２で示すｔ１及びｔ２のタイミングで２回読取られる。ノイズの影響を防ぐため２度とも同じ値が真値として成立する。

また、これらのシステムの状態を数種類に分けて説明する。図２で電池１の電圧が十分ある場合、１４で示す波形となる。また、電池１の電圧が寿命となった場合、１５の波形となる。これらの電圧はいずれも最終的には抵抗５ａと５ｂで分圧比で決まる電圧となるが、１２から１３の間の１０ミリセカントでは過度状態であり飽和しない。さらに、第二のコンデンサ２が断線故障となった場合、１６の波形となり、抵抗５ａと５ｂで分圧比で決まる電圧となる。また、図示はしていないが、第二のコンデンサ２の容量が経年変化により減少した場合も、１６に近い波形となる。また、トランジスタ１０または抵抗５ｂがオープン故障となった場合、マイコン８のＡ端子の電圧は電池１の電圧の高いままである。

反対にトランジスタ１０のエミッターコレクタ間ショート故障または抵抗５ｂオーブン故障の場合、マイコン８のＡ端子の電圧は０Ｖのままである。

本実施の形態の場合、システムが正常であることを検出する閾値は１７ｂより高く１７ａよりも低い電圧すなわち電池電圧の中間値としている。電池寿命となった場合、第二のコンデンサ２の容量抜けや断線、あるいはトランジスタ１０のエミッターコレクタ間ショート故障または抵抗５ｂオーブン故障の場合、ｔ１及びｔ２ともマイコン８のＡ端子の電圧が閾値１７ｂを下回るので電圧検出回路５は異常の出力を行う。また、トランジスタ１０または抵抗５ｂがオープン故障となった場合、電池寿命末期は除くがマイコン８のＡ端子の電圧は閾値１７ａよりｔ１及びｔ２のタイミングでは高くなり同様に電圧検出回路５は異常の出力を行う。

尚、この異常の出力は、図示はしていないがマイコン８により寿命である旨をガスメータに付けられたＬＥＤ等で表示する。ガスの検針員はこの表示を確認してガスメータを交換するか４０日後にはマイコンメータのガス安全回路により自動的に遮断弁３によりガスを遮断させて遮断弁の開成を不可とする。この間電池は寿命末期であるので急激にその内部抵抗は増大し、遮断弁を通電した時の電池電圧は急激に低下する。但し、リチウム電池の特性上通常の電池電圧はまだこの時期には低下せず、３Ｖ位を保ち続ける。仮に、電池がばらつき等でこの４０日間に遮断弁を駆動可能な電圧以下に低下すると、自動的に遮断弁３を自動的に遮断させることができず、そのままガスメータを使用すると万一のガス漏れ時等ガスが遮断されず不安全となる。

本発明によると、電池寿命末期には内部抵抗は上昇しても通常電圧は低下せず、電池の内部抵抗がある程度上昇（数キロオーム）しても、遮断弁には第二のコンデンサに蓄積された通常電圧が印加されるので、十分作動させることが可能である。従って、従来の遮断出来なくなるという可能性がなくなり、ガス漏れやガス器具の消し忘れから起こるガストラブル防ぐことができる。また、第二のコンデンサの断線時等や電圧検出回路の故障時にはこれらの機能ができなくなり、従来どおり遮断できなくなる可能性があったが本発明では異常として検出されることが可能となった。

本発明に係るのガス安全装置は、第一及び第二の電力バックアップ素子を有し、リチウム電池の内部抵抗が増大してもマイコン及び遮断弁が確実に動作させる必要があるような技術分野の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態であるマイコンメータに応用した場合の回路図本発明の実施の形態である電圧検出回路の時間と電圧の関係を示す特性図

符号の説明

１電池
２コンデンサ（第二のバックアップ素子）
５電圧検出回路
６逆流防止素子
７コンデンサ（第一のバックアップ素子）
８マイクロコンピュータ
１４通常の過度応答
１５電池寿命末期の過度応答

Claims

電池電源より供給される電力を充電し遮断弁駆動用及びマイコン駆動用のバックアップ電源を備え、所定周期で電池電源やバックアップ電源の状態をチャックする機能を有したガス安全装置であって、
ガス漏れ等の異常信号を検出してガス流量を制御するマイクロコンピュータと、該マイクロコンピュータの信号によりガス通路を遮断する遮断装置と、前記マイクロコンピュータと前記遮断装置へ電力を供給する電池電源と、該電池電源より逆流防止素子を介して供給され前記マイクロコンピュータのバックアップ電源を形成する第一の電力バックアップ素子と、前記電池電源に並列に接続し前記遮断装置のバックアップ電源を形成する第二の電力バックアップ素子と、所定周期で駆動し負荷抵抗を介して流れる電流の分圧電圧値より前記第二の電力バックアップ素子の過度応答を検出する電圧検出回路を備え、
前記電圧検出回路は、マイクロコンピュータの信号で駆動するトランジスタを介して所定の負荷を印加し、その時の負荷の過渡応答をマイクロコンピュータに入力して、過渡応答時の所定タイミングにおける分圧電圧値が予め定めた所定電圧範囲を外れた場合、電池電源、バックアップ電源、電圧検出回路の異常を出力するようにしたガス安全装置。