JP4862817B2 - ガス遮断装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスの配管流路に接続されたガス器具の種類を判別して器具別の使用流計測や器具別の保安処理を行う流量計測装置で、ガスの遮断を行うガス遮断装置に関するものである。

近年、安全装置が搭載されていないガス器具によるＣＯ中毒事故が注目され、特に室内で使用されるガス器具は所定時間毎（例えば１時間毎）の換気に関して頻繁に注意喚起が行われるようになってきている。

また、一方で省エネ志向から高気密、高断熱の住宅が注目され、例えばマンション以外の木造住宅においても二重ガラスの窓が採用されてきている。そして高気密な住宅の場合、スリット状の自然換気装置が壁に埋め込まれる等、室内の換気方法に関しても注目されてきている。

また、ガス遮断装置においてもガス流量を元に器具を特定する検討がなされ、保安機能の向上が求められてきている。

一般的にガス爆発は、ガス濃度が濃すぎても、薄すぎても発生せず、適度なガス濃度と適度な空気濃度の混合が必要で爆発範囲と呼ばれており、その混合度合いはガス種によって異なっている。例えば、空気中のガス容量の比率は、プロパンの場合２．２％から９．５％程度、都市ガスは５％から１５％程度である。ここで前記空気中のガス容量の比率から算出されるガス量は、部屋の大きさや気密性によっても異なることは明らかである。

従って、この爆発範囲に至るまでにガスを遮断することができれば、ガス爆発事故を防止することが可能となる。

従来この種のガス遮断装置は、図９の表に示すようなガス消費量別継続使用安全時間に、未燃ガスによる爆発事故やＣＯ中毒を防止するために、予めガスの流量区分別の継続使用安全時間が記憶されており、ガスが使用されている状態で、全体のガス量に変動がなく使用されている継続時間が、その全体ガス量を構成する使用器具の中の最大流量器具に相当する継続使用安全時間を超えた時点で、ガスの流れを遮断する機能を搭載している。

またこの種のガス遮断装置は、図１０に示すように、ガス流路に流れるガス流量を計測するガス流量計測手段１８と、この計測結果より流量の増加を検出する流量増加検出手段１９と、この流量増加に伴うガス流量の瞬時増減変化を検出する流量増減検出手段２０と、前記瞬時増減変化検出時に新たなガス燃焼器具の使用開始を判定する器具判定手段２１と、前記流量増加検出手段で検出されたガス流量の増加分を、前記新たなガス燃焼器具の使用開始に伴うガス流量の増加分として登録する流量登録手段２２とを備えていた（例えば、特許文献１参照）。

上記構成によって、新たにガス燃焼器具の使用を開始した場合にガス流量は瞬時に増減変化して安定したガス流量になる事に着目し、増減変化を判定時に新たなガス燃焼器具の使用開始を判定することで、簡易な方法で新たなガス燃焼器具の使用開始を判定するとともに、流量の減少変化に基づいて使用停止を判定することができるものである。
特開２００２−１７４５４２号公報

しかしながら、前記従来の構成では、使用開始に伴うガス流量の増加分に相当するガス流量の減少変化に基づき、新たなガス燃焼器具の使用停止を判定しているが、その器具が実際に使用されているかの判断は流量のみであり、誤判定した場合には判定した器具としての遮断時間が経過するまではガスを遮断しないようになっている。このため、実際はファンヒータなどを使っていたにもかかわらず、他のガス機器と誤判定してしまった場合には適切な時間を設定できない可能性がある。

本来は器具を間違いなく特定し、使用される器具によって細かい遮断時間を設定できればよいが、流量の変化以外に確定する特定するパラメータがないため誤判定した場合に不安全に働いてしまう可能性があるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、器具の起動をガス流量および器具の個体情報と電力の変化により検出し、確実に使用器具を判別することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、器具の電力を計測する電力計測手段と信号を送受信できる通信手段を備えた器具特定装置と、ガス流量を一定時間間隔で計測する流量計測手段と、前記流量計測手段から出力される流量値を求める演算手段と、器具の比較判定値を記憶する記憶手段と、使用されるガス器具の動作状況を判別検知する判別手段と、外部と通信が可能な通信手段と、前記判別手段によって設定された継続時間をカウントする継続時間カウント手段と、使用されるガス器具の特定をガス流量の動作状況と前記器具特定装置の前記通信手段との通信にされる通信手段からの信号によってガス器具を特定し、前記継続時間カウント手段が所定のカウントした時点で、通信手段によって外部に通信し、ガス遮断弁を遮断する機能を有する構成である。

本発明の流量計測装置は、ガス流量の変化と器具の電力変化を見ることにより、メータによる器具の判別を正確に行い、器具にあった使用時間が設定でき、ガス漏れやＣＯ中毒事故を未然に防止することができ安全性を向上することができる。

第１の発明は、ガス流量を一定時間間隔で計測する流量計測手段と、前記流量計測手段から出力される流量値を求める演算手段と、器具の比較判定値を記憶する記憶手段と、使用されるガス器具の動作状況を判別検知する判別手段と、器具の電力を計測する電力計測手段を備えた器具特定装置及び外部と通信が可能な通信手段と、前記判別手段によって設定されたガス器具の継続使用時間をカウントする継続時間カウント手段と、器具の個体番号、ガス器具の機種、排気方法等の器具の情報や換気扇の有無、部屋の大きさ、警報器の有無等の部屋の情報を設定可能な外部設定手段とを備え、
前記演算手段で演算された流量と前記器具特定装置からの電力変化の信号によって使用さ
れるガス器具を前記判別手段で特定し、使用されているガス器具の情報や部屋の情報に基づいて決定される使用継続時間を前記継続時間カウント手段が計時した時点で、前記通信手段によって外部に通信し、ガス遮断弁を遮断することを特徴としたものである。

そして、器具特定装置を特定の器具に設置し、電力変化にてガス器具が稼動しているかを判断するので、流量が変動して誤判定しやすい器具に設置することで、流量変化時の判定要素としてより正確に判定することが可能となり、所定の継続時間でガスを遮断でき、安全性を向上することができる。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるガス遮断装置としてのガスメータのブロック図を示すものである。

図１において、１は器具特定措置であり、２はガスメータ装置であり、ガス供給管の途中に設けられ、その下流側の配管には各顧客宅内に設置され前記器具特定装置１が一台以上のガス器具が接続されている。

図１において、器具特定装置１は、電力計測手段３、通信手段４を有して構成される。

ガス器具とガス器具の電源を供給する間に設置し、（たとえば前記器具特定装置１をコンセントに差込み、前記器具特定装置１にガス器具を設置する）。

ガス器具を使用したり停止すれば、ガス器具に電源が供給されたりされなくなるので、電力計測手段３により電力の変化が計測される。その計測した結果もしくは閾値を超えた場合に出すガス使用中信号やガス使用終了信号を通信手段４に送る。通信手段４は、前記電源計測手段３より信号を受け取ると外部に（例えばガス遮断装置の通信手段など）器具使用中信号または器具使用終了信号を送る。なお、前記器具特定装置１の電源は、電源より供給してもよいし、電池などによる供給にて動作させる。また、前記通信手段４は、有線、無線であってもかまわない。

ガスメータ装置２は、流量計測手段５、演算手段６、判別手段７、記憶手段８、制御手段９、表示部１０、感震器１１、ガス遮断弁１２、通信手段１３を有して構成される。流量計測手段５は、ガス供給管ａの経路中に接続され、後述するように、超音波信号を用いてガス供給管ａ内のガス流により生じる伝搬時間差を求め、ガスの瞬時流量を検出するものである。演算手段６は、検出された瞬時流量を基に、瞬時流量を積算してガス流量を算出したり、流量差分値を算出するなど、後述する器具判別のための流量特性に関する各種演算を行うものである。この流量計測手段５及び演算手段６が流量計測部の機能を実現する。

判別手段７は、前記算出された流量値及び流量差分値に基づき、記憶された器具別の判定値によって流量値や流量変化量、変化時間等のガス流量の流量特性を判定し、ガス供給管ａをガスが流れているときに使用されている特定のガス器具の判別を行うものである。

制御手段９は、器具対応処理部の機能を有しており、ガスメータ装置２内の各部の動作制御の他、判別手段７によるガス器具の特定結果に基づき警告やガスの遮断などの保安処理、器具特定結果の報告、器具判別情報の更新処理などを行うものである。記憶手段８は、特定の器具の判別に用いる判定値等の器具判別情報、流量計測手段５により計測された瞬時流量値情報、演算手段６により算出されたガス流量値情報や流量差分値情報などの流量情報、及び、使用器具や使用状況の履歴情報など、ガスメータ装置２にて用いる各種情報を記憶するものである。ここで、制御手段９、演算手段６、判別手段７は、マイクロコンピュータ（マイコン）等を構成するプロセッサ及び動作プログラムにより構成され、プ
ロセッサにおいて所定の動作プログラムを実行して対応する処理を行うことにより、各機能が実現される。また、記憶手段８は、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリにより構成される。

記憶手段８には、起動や制御や停止などの流量変化の発生を判断する比較判定値が記録したり、器具判別の結果等を記録するものであり、例えばフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成される。

なお、前記記憶手段は本発明では半導体メモリを使用しているが、記録の追加、書き換えができるものであれば、磁気記録媒体や不揮発性メモリ、その他でもかまわない。

なお、本発明の流量計測手段５に関しては、超音波方式の計測手段を使用しているが、計測方式としては、他の流量計測方式でもフルイディック方式などの短時間に一定サイクルで連続計測可能であればよい。

表示部１０は、ＬＥＤ、液晶ディスプレイ等により構成され、ガス流量やガス器具の動作状態、警告などを表示するものである。感震器１１は、地震などの振動を検出して検出信号を制御手段９に出力するものである。ガス遮断弁１２は、ガス供給管ａの経路中に接続され、制御手段９からの指示に基づいてガス供給管ａを閉塞してガスの供給を遮断するものである。

通信手段１３は、有線または無線による通信機能を有し、前記器具特定装置１と通信を行い器具使用中信号を受け取ることができる。また、例えば公衆回線を介して管理センター（図示せず）と接続される。この通信手段１３は、器具判別情報等を要求する情報要求信号などを管理センターへ送信し、器具判別情報などを含む信号を管理センターから受信するなど、各種情報及びコマンドや信号を管理センターとの間で授受するものである。

管理センターは、コンピュータ等を有して構成され、管理部の機能を実現するもので、所定の期間ごと、新規の器具情報の追加や器具情報の変更があったとき、ガスメータ装置１から要求があったときなどに、器具判別情報を含む信号をガスメータ装置１へ送信する。この管理センターは、コンピュータ等を構成するプロセッサ及び動作プログラムを含み、プロセッサにおいて所定の動作プログラムを実行して対応する処理を行うことにより、各機能が実現される。

上記の流量計測手段５及び演算手段６の動作について詳しく説明する。図２は流量計測手段３の概略構成を示す構成図である。

流量計測手段３は、ガス供給管ａに連通する矩形断面を持つ計測流路３２を有し、この計測流路３２の相対向する流路壁の上流側と下流側には、一対の超音波送受信器３３、３４が配置されている。これらの超音波送受信器３３、３４は、超音波伝播経路が計測流路３２を流動するガス流を斜めに横切るように設定され、交互に超音波を送受信させることによって、ガス流に対して順方向と逆方向に超音波の伝搬を行う。

このとき、超音波送受信器３３、３４間の距離、すなわち測定距離をＬ、ガス流に対する超音波伝播経路の角度をφ、超音波送受信器３３、３４の上流から下流への超音波伝播時間をｔ１、下流から上流への超音波伝播時間をｔ２、音速をＣとすると、流速Ｖは以下の式により求められる。
Ｖ＝Ｌ／２ｃｏｓφ(（１／ｔ１）−（１／ｔ２）) ・・・（１）
この流速Ｖと計測流路３２の断面積とからガス流の瞬時流量を算出する。

瞬時流量の計測の時間間隔は、超音波の送受信が可能な範囲で設定できる。ガス器具により起動や制御により変化する時間が器具ごとに異なるため、計測時間間隔を小さくすることは器具判別を瞬時に行う点では有利となるが、計測時間間隔を短くすると電池の消耗が大きくなる。また、計測時間間隔が従来のガスメータで使用している膜式方式と同等の２桁オーダーの秒数間隔になると、流量変化の差分を見て判断することが困難になる。そこで、本実施形態では、ガス器具が使われていないときは２秒間隔の周期的な瞬時流量の計測を行い、その差分値をとってガス器具の起動を判別する。なお、計測時間間隔は更に短くすることも可能である。例えば、ガス器具起動後は計測精度を上げるために計測時間間隔を短くするなどの制御を行ってもよい。

次に、判別手段７の動作について詳しく説明する。図４はガス器具使用時のガス流量の変化を示す特性図で、図５はガス器具使用時のガス流量の差分値の変化を示す特性図である。

図４は流量計測手段５により測定されたガスの瞬時流量値、図５はそのときの微分値、すなわち、所定の計測時間間隔毎の差分値をそれぞれ示している。差分値は、ガス器具の起動時にはプラス側にピークを持って表現され、停止時にはマイナス側にピークをもって表現される。ここで、差分値の変化がある所定の値（比較判定値）以上の場合、ガス流量に変化があったとして器具の判別や状態の変化を判断することが可能である。

例えば、ガスコンロ、ガスファンヒータ、ガス湯沸かし器などの器具が判別できることとなる。なお、ガスコンロは調理用、ファンヒータは温風暖房用というように単機能であるが、ガス湯沸かし器は給湯用と床暖房用の二つの機能を有する。床暖房は床裏側に熱媒体流路を形成したもので、ここを流動する熱媒体をガス湯沸かし器で沸かした湯で加熱するようにしたものである。そして、給湯用と床暖房用とでは、起動または制御パターンが異なり、当然のことながら差分値の変化量や変化時間にも違いがある。そこで、所定値以上の差分値の連続発生回数や連続発生時間などにより、ガス器具がガス湯沸かし器である場合には、給湯用か床暖房用かまでも判定可能である。なお、差分値は起動または制御開始時だけではなく、停止または制御終了時のマイナス差分を用いてもよい。

判別手段７は、流量計測手段５で検出された所定時間ごとの瞬時流量、及び演算手段６で算出された瞬時流量の差分値に基づき、ガス器具の起動時などに、記憶手段８に予め記憶されている器具判別情報を用いて流量値、及び流量変化量や変化時間を判定し、特定のガス器具の判別を行う。なお、ガス器具の使用状況の履歴情報などを用いて器具を特定することも可能である。

図６は本実施形態における器具判別情報の一例を示す図である。器具判別情報としては、例えば、器具Ａ、器具Ｂなどの器具ごとに、器具ＩＤ、器具の種類（ガス給湯器、床暖房熱源機、浴室暖房機、浴室乾燥機、風呂給湯器、５号湯沸かし器、ガスファンヒータ、ガスＦＦ温風器、ガスストーブ、ガステーブル（コンロ）、ガスオーブン、ガス炊飯器など）、器具のメーカ、品番などの特定器具情報を割り当て、個々の特定の器具に対して、流量特性Ａ（立上り流量推移）、流量特性Ｂ（安定流量）、流量特性Ｃ（制御流量推移）などの対応する流量特性情報を関連付けて記憶しておく。

この器具判別情報は、ガスメータ装置２におけるガスメータの出荷時などに、現在までに出荷されたガス器具に関する情報を記憶手段８に記憶して登録しておく。また、ユーザ宅でのガス器具の設置時などに、該当する種類のガス器具に関する情報を設定するようにしてもよい。また、所定の期間ごと、新規の器具情報の追加や器具情報の変更があったとき、ガスメータ装置２から要求があったときなどに、管理センター（図示せず）から器具判別情報をガスメータ装置２へ通信手段１３を介して送信して通信によって設定すること
も可能である。なお、器具判別情報は、管理センターで保持しておき、必要なときのみガスメータ装置２へ転送してガス器具の特定を行うようにしてもよい。

図７は本実施形態のガス器具判別システムの動作手順を示すフローチャートである。まず、流量計測手段３及び演算手段６により、所定の計測時間間隔ごとに瞬時流量を計測し、瞬時流量の積算値や差分値等を算出する（ステップＳ１）。そして、制御手段１０により、特定の器具を判別するタイミングであるかどうかを判定する（ステップＳ２）。ここで、器具判別タイミングでない場合は、元の処理に戻って再び流量計測処理を行う。また、前記通信手段１３より前記器具特定器具からの器具使用中信号もしくは器具使用終了信号を受け取ることによって、ガス器具が使用されているかをさらに特定し、器具判別可能タイミングかを判定できる。

ステップＳ２で器具判別タイミングとなった場合は、判別手段８により、器具判別情報を参照する（ステップＳ３）。そして、算出された瞬時流量値やその差分値に基づき、流量変化量や変化時間による流量変化特性、あるいは安定時の流量値などによって器具判別情報の流量特性を判定し、使用されている特定のガス器具を判別する（ステップＳ４）。このとき、器具使用信号受け取っていれば前記記憶手段８に、器具使用信号を受け取ったガス器具であることを記憶し、次回以降は器具判別情報を参照する時間等を短縮することが可能となる。

図８はガス流量の変化特性において特定のガス器具を判別するタイミングの一例を示す図である。図８に示すように、ガス器具の起動時のタイミングｔａにおいて、立上り流量推移の流量特性によって器具を特定したり、ガス器具の安定動作時のタイミングｔｂにおいて、安定流量の流量特性によって器具を特定したり、ガス器具の出力調整の制御時のタイミングｔｃにおいて、制御流量推移の流量特性によって器具を特定するなど、所定の器具判別タイミングにおいてガス器具を特定する。このとき、特定のガス器具を判別する際、立上り流量推移と安定流量などの複数の流量特性を用いて、複数の判定条件の組み合わせによって判別するようにすれば、判別精度を向上できる。また、ガス使用中信号からガス使用終了信号を受け取るまでの間であるかを判定することにより流量の変化が器具の特性によるものか他の器具との複合によるものかを判定可能となる。

次いで、制御手段９は、判別手段７で特定された器具特定結果に応じて、特定のガス器具に対応した器具対応処理を行う（ステップＳ５）。この器具対応処理としては、器具特定結果の報告、保安処理としての警告やガス供給の遮断などを実行する。保安処理を行う場合、警告を行う、警告を行った後に遮断する、遮断する、遮断後に再度復旧させる自動復帰確認機能など、種々の処理やその組み合わせが考えられる。警告を行う際に、ユーザが登録している固定電話や携帯電話に遮断や遮断予告の通知をしたり、ガス供給路を管理している管理センター（図示せず）に通報するようなことも可能である。

警告を行う場合は、制御手段９から表示部１０に警告指示信号を送出し、この警告指示信号に応じて、表示部１０においてＬＥＤ点灯や液晶ディスプレイへの文字や絵の表示などを行って異常を報知する。また、音などを用いて警告してもよい。遮断を行う場合は、制御手段９からガス遮断弁１２に遮断指示信号を送出し、この遮断指示信号に応じて、ガス遮断弁１２を駆動してガス供給管ａを閉じ、ガスの供給を遮断する。

また、ガス器具の特定結果の報告を行う場合は、制御手段９は通信手段１３から器具特定結果情報を送信し、例えば公衆回線を介して管理センター（図示せず）に通知する。管理センターは、器具特定結果に基づき、特定のガス器具に対する管理処理を行う。例えば、特定のガス器具を使用しているユーザに保守や販売等のサービスに関するお知らせ等の処置をするなど、種々の用途に器具特定結果を利用できる。

また、管理センター（図示せず）は、所定の期間ごと、新規の器具情報の追加や器具情報の変更があったとき、ガスメータ装置２から要求があったときなどに、器具判別情報を通信手段１３を介してガスメータ装置２に送信する。ガスメータ装置２の制御手段９は、受信した新規の器具判別情報を記憶手段８に記憶し、器具判別情報の設定を更新する。このように適宜器具判別情報を更新することで、ガス器具の特定を常時継続的に精度良く行うことが可能になる。

上述したように、本実施形態によれば、流量計測手段５及び演算手段６においてガス流量の流量変化量や変化時間を算出し、判別手段７においてガス器具の種類等を特定することが可能となる。さらに、ガス器具の電力変化を器具使用中信号および器具使用終了信号として受け取ることにより、さらに器具判別の精度を上げることが可能となる。

この器具特定結果を用いて、特定のガス器具に対して、警告や遮断などの保安処理を行ったり、ガス料金設定を行ったり、保守や販売等のサービスに利用するなど、種々の用途に利用することが可能であり、ガス器具の管理を適切かつ利便性良く行うことができる。

なお、本実施形態においては、記憶手段８に予め記憶されている器具判別情報として、流量値、流量変化量や変化時間、及びガス器具の使用状況の履歴情報を用いて、特定のガス器具の判別を行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、計測頻度を上げた流量変化量、ガス圧力、ガス温度を特定のガス器具の器具判別情報として用いることもできる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態におけるガス遮断装置としてのガスメータのブロック図を示すものである。

図３において、第１実施形態と異なる点は、器具特定装置に外部設定手段を設け、器具の情報（個体番号、ファンヒータ、コンロの機種、排気方法など）や部屋の情報（例えば、換気扇がない、地下室、部屋の大きさ、警報器のありなし）などを設定することが可能でガス遮断装置に送信することを可能とし、ガス器具の判別だけでなく、器具の構成により保安設定を緩めたり、厳しくすることが可能である。例えば、ファンヒータでも室外排気を行っている機種であるという情報を設定しておくと、その設定がされた器具特定装置を介したファンヒータが使用された場合、室内排気を行っているファンヒータよりガスの使用継続時間などを延長したり、地下室など換気が悪い場所での使用情報を設定すると、その設定がされた器具特定装置を介したガス器具の使用時は、ガスの使用継続時間を短くしたりする。また、同時に同じガス器具が使われたとしても、個体番号がわかれば、器具として識別可能となる。

以上のように、本発明にかかる器具特定措置は、器具の電力変化を通信手段によりガス遮断装置へ情報を送信し、ガス遮断装置はその情報を元に使用されている器具を特定することが可能であり、器具の判別と固有の継続時間でガス遮断弁を遮断するものである。
そして、器具自体の電力消費を見るため、ガス遮断装置の器具判別の誤検知を軽減することができ、安全性を向上することができる。

本発明の実施の形態におけるガスメータ装置のブロック図 本発明の実施の形態における超音波流量計の概略構成図 本発明の実施の形態における制御手段のブロック図 本発明の実施の形態における流量の特性図 本発明の実施の形態における流量の差分値の特性図 本発明の実施の形態における器具判別情報の一例を示す図 本発明の実施の形態の器具判別の動作手順を示すフローチャート 本発明の実施の形態のガス流量の変化特性においてガス器具を判別するタイミングの一例を示す図 従来のガス消費量別継続使用安全時間の一例を示す図 従来のガスメータ装置のブロック図

符号の説明

１ 器具特定装置
２ ガスメータ装置
３ 電力計測手段
４ 通信手段
５ 流量計測手段
６ 演算手段
７ 判別手段
８ 記憶手段
９ 制御手段
１０ 表示部
１１ 感震器
１２ ガス遮断弁
１３ 通信手段
１４ 外部設定手段

Claims (1)

1. ガス流量を一定時間間隔で計測する流量計測手段と、
   前記流量計測手段から出力される流量値を求める演算手段と、
   器具の比較判定値を記憶する記憶手段と、
   使用されるガス器具の動作状況を判別検知する判別手段と、
   器具の電力を計測する電力計測手段を備えた器具特定装置及び外部と通信が可能な通信手段と、
   前記判別手段によって設定されたガス器具の継続使用時間をカウントする継続時間カウント手段と、
   器具の個体番号、ガス器具の機種、排気方法等の器具の情報や換気扇の有無、部屋の大きさ、警報器の有無等の部屋の情報を設定可能な外部設定手段とを備え、
   前記演算手段で演算された流量と前記器具特定装置からの電力変化の信号によって使用されるガス器具を前記判別手段で特定し、使用されているガス器具の情報や部屋の情報に基づいて決定される使用継続時間を前記継続時間カウント手段が計時した時点で、前記通信手段によって外部に通信し、ガス遮断弁を遮断することを特徴としたガス遮断装置。