JP4591248B2

JP4591248B2 - ガス利用システム

Info

Publication number: JP4591248B2
Application number: JP2005210917A
Authority: JP
Inventors: 大介別荘; 基之名和
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2025-07-21
Also published as: JP2007024809A

Description

本発明は、例えば家庭で使用される都市ガスやＬＰガスをエネルギー源として、このようなガスを消費する複数の器具と、ガスの使用量を計測するガスメータから構成されるガス利用システムに関するものである。

一例として一般家庭をとり、そのガス利用システムの構成図を図６に示す。ガス配給事業体から供給されるガス１はガスメータ２を通り、屋内配管３で各ガス器具に供給される。ガス器具としては、給湯器４、ガステーブル５、ガスファンヒータ６などがある。また、給湯器４は台所への給湯７の機能、洗面所への給湯８の機能、浴室暖房乾燥機への給湯９の機能、浴槽への湯張り給湯１０の機能、床暖房器への給湯１１の機能など多機能を有する。ガス使用量に応じて、ガス供給事業体が消費者に課金するために、ガスメータ２でガス使用量を積算している。ガスメータ２は膜式ガスメータを用いている。膜式ガスメータとは、ある容量の膜にガスを充填し、それを吐き出すことを１サイクルとして、すなわち１回の膜の伸縮を１サイクルとして、その回数をカウントして、カウント値に膜の容量を掛け算することで、ガスの使用量を算出する仕組みとなっている。

ガス供給事業体は、消費者によるガス使用の拡大、あるいはガス器具需要の拡大を行うために様々なサービスを提供している。そのひとつにガス料金割引制度がある。これはたとえば、特定器具を購入して使用されている消費者に対しては、一定額の割引を行うことなどが上げられる。特許文献１には、特殊料金ガス器具のガス使用量を算出する内容が記載されている。

また、ガスメータには保安機能が搭載されている。これは、配管がはずれて過大なガスが漏洩した場合に、ガスメータ内の機能でガスの供給を停止する機能や、微小な流量が長期間連続して発生している場合は、微小な漏洩とみなしてガスの供給を停止するような機能である。

このような保安機能には、様々な方法が提案されている。特許文献２には、微小な漏洩検知に３０日間の長期間を有することを課題とし、解決手段として設置されているガス燃焼器具の最小燃焼量未満のガスの流れの有無を検知することによりガス漏洩の有無を判断するようにしている。このため、各種ガス燃焼器具毎にその最小燃焼量を調査や、図７に示されるように、ガス漏洩の有無を判断するため、圧力調整器Ｃ、Ｄや圧力センサＥを用いている。

また、特許文献３には、大型機器を使用する場合の大流量の漏洩検知方法が記載されている。同公報は、大型燃焼器や燃料電池のように常にガス使用量の大きい装置を導入するシステムがあり、この場合は従来の方法では、ガス管破損による大量の漏れが継続しているのか、大型ガス器具が継続利用されているのかの判断が容易ではないことを課題とし、解決手段として、前記複数のガス機器のガス流量を測定し、総合流量と継続時間の関係に応じて遮断を行うガスメータと、前記複数のガス機器のうちあるガス機器が稼働した場合、このガス機器の稼働情報から総合流量を補正する補正手段を用いるとしている。このため、各ガス器具の稼働情報をガスメータに伝達するために、図８に示されるように、複数のガス機器７−１〜７−ｎの各々に通信端末９−１〜９−ｎを設けており大掛かりなシステムとなっている。
特開平９−３１８４０７号公報特開平７−３３２５９９号公報特開２００１-２５５１９２号公報

しかしながら、従来のガス利用システムでは、ガス供給事業体がサービスの向上を考えた場合に、ガス利用システム性能の限界で、サービス向上のニーズを満たせないという課題がある。例えば、ガス器具別料金設定というサービスを考えた場合は、どのガス器具が動作して、どの程度のガスを使用したかを正確に計測する必要がある。従来のガス利用システムの一つで、複数のガス器具で使用されるガスの全使用量を積算していくガスメータが設置されているだけの場合、当然ながらどのガス器具で、どれだけのガスが使用されたかはわからない。従来のガス利用システムのガスメータの中にはガス器具判別機能を有したものもある。これには、ガス器具により使用される流量範囲が限定されることに着目して、動作しているガス器具を判断するものがある。しかしながら、ガステーブルとガスファンヒータなどのように使用される流量が同程度の場合、使用時間を参考にした推定の判断がなされることがある。例えば、ガステーブルは３時間以上の長時間は連続使用されることが少ないため、このような使われ方をするガス器具はガスファンヒータであると判断するような場合である。

また、給湯器の給湯動作時はガス使用量が非常に大きく、さらに、水温の変化、水量の変化に対して、一定の温度の給湯を行うため、非常に変化の激しい燃焼制御がなされる。この燃焼制御に伴い、流量変化が大きくなる。この流量変化分はガステーブルや、ガスファンヒータで使用されるガス流量に匹敵するくらいの流量となる。このため、ガステーブルや、ガスファンヒータの運転中に、給湯器が運転を開始して、給湯器の運転中にガステーブルや、ガスファンヒータが停止しても、それを判断できず、給湯器が運転を停止して計測される流量がゼロになっていればガステーブルや、ガスファンヒータが停止したと判断することになる。

いずれにしても、仕様流量の同じ程度の異なる種類のガス器具の運転の有無の判別や、使用流量の多いガス器具の運転時に、少ない流量のガス器具の運転の有無の判別は困難であるという課題がある。

使用されるガス器具ごとにガスメータを取り付ければ、各ガス器具での使用量を正確に求めることができる。そして、各ガス器具に取り付けられたガスメータから無線で、統括するガスメータへ使用流量情報を送れば、全体流量と各ガス器具の使用量を統括するガスメータで知ることができる。しかしながら、このようなガス利用システムとすると、器ガス具ごとにガスメータが必要になり、ガスメータの設置場所の問題や、高いコストが発生する問題がある。

前記従来の課題を解決するために、本発明のガス利用システムは、ガス器具の判別機能を有するガスメータと、ガス器具の運転の有無を検知する検知装置を備え、検知装置はガス器具に取り付けられ、ガスメータにガス器具の運転の有無の情報を伝えるようにする。前記ガスメータは、それに備えられているガス器具の種類を判別するアルゴリズムで、前記情報を参考にして運転しているガス器具のガス使用量を算出するようにする。前記ガスメータは超音波式ガスメータを用いて、瞬時流量の計測を可能とし、瞬時流量の変化分で動作しているガス器具が何であるかを判断するようにする。

本発明のガス利用システムは、瞬時流量変化でガス器具の種類を判別するアルゴリズムを備えた超音波式ガスメータと、ガス器具の運転の有無を検知する検知装置とを備えるこ
とにより、ガスの使用パターンが似ている異なる種類のガス器具の判別を正確に行い、ガス器具別の料金設定やガス器具別の保安機能のサービス向上を行えるという効果がある。

第１の発明は、ガスメータと、前記ガスメータに接続されてガスを消費するガス器具と、前記ガス器具の運転状態を検知する検知装置とを備え、前記ガスメータは流量変化からガス器具の種類を判別する器具の判別のアルゴリズムを備え、前記アルゴリズムは流量変化からガス器具の運転状態の判別が困難な場合は、前記検知装置からのガス器具の運転の有無の情報で、ガス器具の運転状態の判別を行ない、運転していた器具でのガス使用量を算出するようにする。これにより、ガスの使用パターンが似ている異なる種類のガス器具の判別を正確に行い、器具別の料金設定やガス器具別の保安機能のサービス向上を行えるという効果がある。

第２の発明は、ガス器具の運転の有無を検知する検知装置の検知手段を、ガス器具の運転による振動、または音、または温度、または光、またはガス器具から発せられる電気信号、またはガス器具と連動する他の器具の電気信号の少なくとも一つを検知するようにする。これにより、ガス器具の運転の有無を検知することができるという効果がある。

第３の発明は、ガスメータに超音波式ガスメータを用いることで、ガス流量の瞬時流量測定を可能とし、かつ、前記超音波式ガスメータは、ガス器具の運転開始時や、停止時、また出力制御時に発生する流量変化を捉え、ガス器具特有な変化を見出し、ガス器具の種類を判別するアルゴリズムを搭載することができるという効果がある。

第４の発明は、超音波式ガスメータに搭載されているガス器具の種類を判別するアルゴリズムで、判断が困難なガス器具の場合は、前記ガス器具の運転の有無を流量変化から推定し、かつ、検知装置からの前記ガス器具の運転の有無の情報を活用することにより、前記ガス器具の種類とガス使用量を確定することができるという効果がある。

第５の発明は、超音波式ガスメータに搭載されているガス器具の種類を判別するアルゴリズムは、検知装置から送られてくる情報の時間遅れを考慮して判断するようにする。これにより、検知手段からは常時情報を伝達する必要がなくなり、例えば一定時間ごとの情報伝達とすることで省電力化することができ電池駆動が可能となるので、ガス器具への設置が容易となる。

第６の発明は、検知装置に記憶装置を設け、あらかじめ器具の運転状態を検知するのに必要な、前記ガス器具に特有な情報を記憶するようにする。これにより、検知装置の設置を他のガス器具に故意に変えても、そのガス器具の運転の有無を検知することがなくなるので、検知装置の不正使用を防止できる効果がある。

第７の発明は、検知装置にそれが取り付けられたガス器具がなにであるかを識別できるように、器具識別信号を含む情報を伝達するようにする。これにより、超音波式ガスメータに搭載されているガス器具の判別アルゴリズムは、個々のガス器具特有の流量変化と、検知装置からの情報との整合がとりやすくなり、的確な判断が行える効果がある。

第８の発明は、ガスメータに、設置されている検知装置の数と設置器具とを示す表示を備えることにより、追加で検知装置を取り付ける際に、それが取り付けられるガス器具の種類をその検知装置に設定することが、間違いなく実行できるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、この実施の形態において本発明が限定されるものではない。また、背景技術の図面と共通する要素には同じ
番号を用いる。図１は本発明のガス利用システムを示す構成図である。ガス配給事業体から供給されるガス１はガスメータ２０を通り、屋内配管３で各ガス器具に供給される。ガス器具としては、給湯器４、ガステーブル５、ガスファンヒータ６などがある。また、給湯器４は台所への給湯７の機能、洗面所への給湯８の機能、浴室暖房乾燥機への給湯９の機能、浴槽への湯張り給湯１０の機能、床暖房器への給湯１１の機能など多機能を有する。ガス使用量に応じて、ガス供給事業体が消費者に課金するために、ガスメータ２０でガス使用量を積算している。

ガスメータ２０には超音波式ガスメータを用いている。超音波式ガスメータは図２に示される構成要素を含む。ガス１は同図の流路３１の中を通る。流路３１にはガスの流れに対して、角度を持って１対の超音波センサ３３ａと３３ｂが相対するように配置されている。制御回路３２は超音波センサ３３ａと３３ｂへ与える送信信号を供給する送信回路と、超音波センサ３３ａと３３ｂからの受信信号を処理する受信回路と、超音波センサ３３ａと３３ｂで発せられた超音波の流路中を伝播するときの伝播時間を求める計測回路と、表示回路を備え、これらはマイクロコンピュータで制御される。制御回路３２はリチウム電池３４で駆動される。

超音波式ガスメータの計測原理を簡単に説明する。ガス１の流れが同図に示される方向の場合、超音波センサ３３ａから発せられた超音波はガス１の流れが追い風になり伝播速度が速くなって時間Ｔ１で超音波センサ３３ｂに到達する。反対に超音波センサ３３ｂから発せられた超音波はガス１の流れが向かい風になるので伝播速度が遅くなり、伝播時間Ｔ２で超音波センサ３３ａに到達する。時間差（Ｔ２−Ｔ１）の逆数がガス１の流速Ｖに比例するので、これに流路断面積を掛ければ流量が算出される。従って、制御回路３２はマイクロコンピュータの制御により、超音波センサ３３ａを駆動して、それから発せられた超音波が超音波センサ３３ｂで受信されるまでの時間Ｔ１を計測し、反対に超音波センサ３３ｂを駆動して、それから発せられた超音波が超音波センサ３３ａで受信されるまでの時間Ｔ２を計測して流量Ｑを算出する。一般家庭で用いられる超音波式ガスメータの流路３１における超音波の伝播時間はおよそ２００μｓ程度であるので、１回の計測には送受信センサの切り替え時間や、流量算出のための処理時間を含めて、およそ４ｍｓで行うことができ、瞬時計測が可能となる。従来の膜式ガスメータでは、膜の伸縮の回数から流量をカウントするので、このような瞬時計測はできなかった。超音波式メータ２０は瞬時計測が可能で、ガス流量の変化を瞬時に捉えることができるが、省電力化のため、計測の時間間隔は２秒間間隔で行うようにしている。この計測の時間間隔は省電力化や、あるいは流量の瞬時変化の割合で、どのような種類のガス器具が運転しているかを判別できるようにするために設定さている。

ガス器具にはそれら特有の流量変化があり、これを検知することでどのような器具が運転しているかを判別することができる。たとえば、ガス器具の運転開始時の流量変化は図３のようになる。

同図は超音波式ガスメータを使用して２秒間隔で流量計測を行なったデータで、同図（ａ）はガステーブルの運転開始時の流量変化をしめしており、ガス流量は約１００リッター毎時（Ｌ／ｈ）で安定した流量となっている。同図（ｂ）は給湯器の台所への給湯時の流量変化で、運転開始と停止が２回繰り返されている。１回目は給湯の湯量が多い場合、２回目は少ない場合で、ガス流量が異なっている。また、１回目の給湯の湯量が多い場合、湯温を一定に保つための制御がなされ、ガス流量は最大３００（Ｌ／ｈ）の幅で変化している。同図（ｃ）は給湯器の浴槽への湯張り運転の開始と停止まで期間が示されている。ガス流量としては約２３００（Ｌ／ｈ）で、２０分以上の連続動作となっている。同図（ｄ）は給湯器の床暖房への給湯の運転開始時のガス流量変化である。緩やかな立ち上がりで最大の燃焼能力まで達した後、瞬時に燃焼能力が調整され低流量で温度を一定に保つ
ように制御されている。同図（ｅ）はガスファンヒータの運転開始時の流量変化を示しており、立ち上がりは２段となっており、最大ガス流量は３００（Ｌ／ｈ）強となっている。このように各ガス器具には運転開始時に特有の流量変化があり、これを検知することでどのような種類のガス器具が運転しているかを判断することができる。このようなガス器具を判断するアルゴリズムは超音波式ガスメータの制御回路３２にあるマイクロコンピュータに搭載されている。

しかしながら、同図（ｂ）の給湯器の給湯の運転中に、ガステーブルが運転を開始しても、給湯器の湯温を一定に保つための制御により、最大３００（Ｌ／ｈ）の幅で流量が変化している中にあっては、がステーンブルの運転による流量変化を検知することが困難である。ガステーブルが運転を開始すると、平均のガス流量が１００（Ｌ／ｈ）から３００（Ｌ／ｈ）変化するので、給湯器の給湯の運転中でも別の器具の運転開始を検知することは可能であるが、ガスファンヒータの２段回の立ち上がりを検知することは困難なので、それが、ガステーブルか、ガスファンヒータであるかは両者の使用ガス流量範囲が似ているため判別が困難となる。このため、本発明は図１に示すように使用ガス流量範囲が似ている２つのガス器具（ガステーブル２２とガスファンヒータ２３）に検知装置２２と２３を取り付けている。

検知装置２２はガステーブルの運転を検知して、その信号を無線通信手段４４で超音波式ガスメータ２０に伝達する。また、検知装置２３はガスファンヒータの運転を検知して、その信号を無線で超音波式ガスメータ２０に伝達する。超音波ガスメータ２０には無線装置２１が取り付けられており、検知装置２２と２３からの無線信号を受信する。検知手段はガス器具の運転の有無を検知するものとし、その検知手段は器具の運転による振動、または音、または温度、または光、または器具から発せられる電気信号、または器具と連動する他の器具（例えばガステーブルと連動する換気扇）の電気信号を用いる。

図４は検知手段２２の構成をしめす回路ブロック図である。制御手段４０はマイクロコンピュータを用いて構成されており、各回路ブロックを制御する。音検知手段４１はガステーブルの燃焼音を検知するマイクが用いられている。初期設定手段４３はガステーブルに検知装置を取り付ける際に、試験的にガステーブルを運転し、その燃焼音を音検知手段４１で検知し、その音の特徴的な要素、例えば周波数、強さ、発生パターンを記憶手段４２に記憶させる場合に用いる。器具設定手段４４は、検知装置が取り付けられるガス器具がガステーブルであることを超音波式ガスメータで認識できるようにガステーブルであることを示すガス器具識別信号を無線通信手段４５で送信するように設定する手段である。これらの回路要素からなる回路ブロックは電池を電源としている。

図５は、ガス器具の動作と各信号のタイミングを示したタイミングチャートで、横軸は時間である。同図（ａ）は超音波式ガスメータで計測された流量変化を示しており、ガス器具としては給湯器が運転中に、ガステーブルが運転を開始し、そして停止した場合のガスの総合流量変化を示している。また、同図（ｂ）はガステーブルのみのガス流量変化を示している。また、同図（ｃ）はガステーブルに取り付けられた検知装置からの無線信号を示している。ガステーブルの運転検知は常時行なうのではなく、省電力化のため１０秒間隔で行い、その情報を超音波式ガスメータへ無線で伝える。また、同図（ｄ）は検知装置からの無線信号を受信する超音波式ガスメータの受信回路の動作タイミングを示しており、これも省電力化のために間欠動作を行っている。この受信回路で受信された、検知装置からの無線信号は同図（ｃ）の中で斜線、または黒塗りで示されている。斜線の信号は、ガステーブルが停止しているという情報の信号で、黒塗りの信号はガステーブルが運転しているという信号である。回路の間欠動作のため、実際のガステーブルの起動から超音波式ガスメータの受信回路でガステーブルの起動情報を受信するまでは時間Ｔｄ１の遅れが生じ、また、実際のガステーブルの停止から超音波式ガスメータの受信回路でガステー
ブルの停止情報を受信するまでは時間Ｔｄ２の遅れが生じる。超音波式ガスメータの使用器具を判別するアルゴリズムは、総合流量の変化時点（同図のＴＧＳおよびＴＧＥ）から、受信回路で検知装置の情報を受信するまでの遅れ時間（同図のＴｄ１およびＴｄ２）を考慮して、ガステーブルの運転期間を確定するようにしている。

このような構成とすることで、検知装置の運転検知と、検知装置からの無線信号を受信する超音波式ガスメータの受信回路の動作の間欠駆動が可能となり、省電力化ができるので双方とも１０年間にわたり、電池交換なしに動作させることが可能となる。

超音波式ガスメータの制御回路３２に搭載されている表示部は、流量表示だけではなく、検知装置が用いられているか、また、どのようなガス器具に検知装置か取り付けられているかを示す表示がなされている。これにより、新たなガス器具の購入により、検知装置も新たに取り付ける必要が生じた場合に、検知装置の設定が容易になる。例えば、検知装置が取り付けられた既存のガスファンヒータＡがあり、さらにもう一台ガスファンヒータＢを購入した場合に、ガスファンヒータＢに取り付ける検知装置の初期設定で、器具の種類を記憶させる場合、最初のガスファンヒータＡとは名称を変える必要があることを、容易に認識でき正しい初期設定ができるようになる。

以上のように、本発明にかかるガス器具利用システムは、ガス器具の種類を判別するアルゴリズムを備える超音波式ガスメータと、ガス器具に取り付けられて、その器具の運転の有無を検知する検知装置を有することで、ガス利用におけるサービスの向上と充実を目的とした用途に展開できる。

本発明のガス利用システムを示す構成図本発明の超音波式ガスメータの構成要素を示す概観斜視図（ａ）ガステーブルの流量特性図（ｂ）給湯器の給湯時の流量特性図（ｃ）給湯器の浴槽への湯張り時の流量特性図（ｄ）給湯器の床暖房への給湯時の流量特性図（ｅ）ガスファンヒータの流量特性図本発明の検知装置の構成を示す回路ブロック図（ａ）ガステーブルと給湯器の動作時の総合流量特性図（ｂ）ガステーブルの流量特性図（ｃ）ガステーブルに取り付けられた検知装置からの無線信号の発信タイミングチャート（ｄ）超音波式ガスメータの無線の受信回路の動作タイミングチャート従来のガス利用システムを示す構成図従来の微小流量漏洩を検知する方法を示した構成図従来の大流量漏洩を検知する方法を示した構成図

符号の説明

４ガス器具（給湯器）
５ガス器具（ガステーブル）
６ガス器具（ガスファンヒータ）
２０ガスメータ（超音波式ガスメータ）
２２、２３検知装置
３２ガス器具の判別のアルゴズムと、表示部を備えた制御回路
４２検知装置の記憶手段

Claims

ガスの流量を測定するガスメータと、
前記ガスメータに接続されておりガスを消費する複数のガス器具と、
前記複数のガス器具のうち使用ガス流量範囲が似ているガス器具に取り付けられており当該ガス器具の運転の有無を検知する検知装置と、
を備え、
前記検知装置は、当該検知装置が取り付けられている前記ガス器具の運転に連動する他の器具から発せられる電気信号を検知するものであり、
前記ガスメータは、流量変化から複数のガス器具の種類を判別するアルゴリズムを有する制御回路を備えており、前記検知装置が取り付けられていない前記ガス器具の運転中に、前記検知装置からの運転の有無の情報を使用し、前記複数のガス器具のうちの新たに運転開始するガス器具の種類を確定して、前記複数のガス器具のうち運転中のガス器具のガス使用量を算出する、
ガス利用システム。