JP5094483B2 - 流量計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体の流量の変化を利用することにより、流体を使用している器具もしくは漏れを判別するための技術に関する。

従来、この種の流量計測装置は、図６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測定手段１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２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３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４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５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し、新たなガス燃焼器具の使用によるガス増加分を登録することができるものである。

しかしながら、前記従来の構成では、流量の増加が同じ器具の使用によるものなのか、新たなガス燃焼器具の使用によるものなのか分からないという課題があった。

この点を解決するため、図７に示す流量計測装置は、流路６に流れる流量を計測する流量計測部としての超音波流量計７と、前記超音波流量計７の流量値と時間情報を記憶する計測流量情報記憶部８と、一定時間の間に計測された計測流量情報を器具流量情報として登録する学習器具登録手段２１と、前記計測流量情報を登録記憶する器具流量情報記憶部２２とを備え、前記計測流量情報記憶部８の計測流量情報と器具流量情報記憶部２２の器具流量情報とを比較して器具を判別する器具判別部１１とを備えたものである。ここで、１２は台数判別手段、１３から１５はガス器具、１６は流量計測装置としてのガスメータ、１７は流路遮断弁、１８は操作部、１９はガス管路、２０は器具別流量算出手段である（特許文献２参照）。

上記流量計測装置によれば、計測された計測流量情報を記憶登録し、複数の器具の使用状況を判別することができるとともに、あらかじめどんな種類の器具（給湯器やガステーブルなど）であるかを登録しておけば、使用される器具も特定することができる。その際、立上り流量の変化や絶対流量値などが判断基準として利用されていた。
特開２００２−１７４５４２号公報 特開２００７−０２４７５０号公報

しかしながら、上記の構成においては、ガス器具が流体たるガスを使用開始した際の流量の立ち上がりの波形や、流量値そのものを用いて器具判別が行われている。従って、同一形状の立ち上がり波形や、同一の流量値の波形が得られた場合、器具の判別が困難になるという問題がある。また、器具の運転状態や、まして、器具使用とガス漏れの判別を行うことができるものではなかった。

本発明は、前述した課題を解決するためになされたもので、その目的は、流体の流量の変化を利用することにより、流体を使用している器具もしくは漏れを高精度に判別する技術を提供することである。

本発明の流量計測装置は、流路に流れる流体の流量を計測する流量計測部と、前記流量計測部で計測された計測流量値を記憶する流量情報記憶部と、前記計測流量値が変化した量に対応する流量変化幅を算出する流量変化幅算出部と、前記流量変化幅が所定の変化幅閾値以内かどうかを判定し、所定期間において、定められた評価関数を基に流体の漏れまたは流体を使用する器具を判別する状態判定部と、を備え、前記状態判定部は、前記評価関数として、前記流量変化幅が前記変化幅閾値より小さな値である度数と、前記変化幅閾値以上である度数とを使用して、流体の漏れまたは流体を使用する器具を判別する。
これにより、流体を使用する器具を、流量値の変化幅の観点から判別することが可能となり、漏れ判別や器具判別等の新規な方法が提供される。また、本発明を既存の方法と組み合わせることにより、より精度の高い漏れ判別方法及び器具判別方法等が提供される。
また、流量変化量が大きいか小さいかの度数によって、漏れや器具の判別を高精度に判別可能となる。

また、本発明は、上記の流量計測装置であって、前記状態判定部は、前記度数について、前記流量変化幅が前記変化幅閾値より小さい場合に加算し、前記変化幅閾値以上の場合に減算した積算度数、または、前記変化幅閾値より小さい場合に減算し、前記変化幅閾値以上の場合に加算した積算度数を使用して、流体の漏れまたは流体を使用する器具を判別するものを含む。
これにより、積算度数によって、流量変化幅が大きいか小さいかの度合いを判定できるので、この積算度数に基づく流量安定性の判定によって、漏れ、使用器具等の判別を的確に実行可能となる。

また、本発明は、上記の流量計測装置であって、前記状態判定部は、前記積算度数が所定の積算度数閾値を超えるか否かの判定基準によって流体の漏れまたは流体を使用する器具を判別するものを含む。
これにより、積算度数が所定の積算度数閾値を超えるか否かの判定によって、流量安定性を判定し、漏れ、使用器具等の判別を的確に実行可能となる。

また、本発明は、上記の流量計測装置であって、前記所定期間を、前記流量がゼロの立ち上がりから再び流量がゼロになるまでの期間とするものを含む。また、前記所定期間を、前記流量がゼロの立ち上がりから再び流量がゼロになるまでの一部の期間とするものを含む。また、前記一部の期間が、前記流量が安定している時間であるものを含む。
これにより、器具の種類、使用状態などの使用環境に応じて、最適な流量計測の時間、タイミングを選択し、判定を行うことができる。

また、本発明は、上記の流量計測装置を使用した流体供給システムを提供する。

本発明によれば、流体の流量の変化を利用することにより、流体を使用している器具もしくは漏れを高精度に判別することが可能な流量計測装置及び流量計測方法を提供できる。

図１は、本発明の実施形態における流量計測装置としてのガスメータ１６のブロック図を示すものである。

図１においてガスメータ１６は、流路６と、超音波流量計７と、計測流量情報記憶部８と、流量変化幅算出部９と、状態判定部１１とを備えたものである。さらにガスメータ１６は、流路６に配置され、緊急時などにガスを遮断する流路遮断弁１７、器具別流量算出部２０を含む。

超音波流量計７は、流量計測部の一例であり、流路６に流れる流体としてのガスに対し、超音波を発射してその流量を計測するものであり、一般的なものを使用することができる。計測流量情報記憶部８は、超音波流量計７で計測された計測流量値と、当該計測流量値を計測した計測時間が対応付けられて記述された対象データを記憶する。

流量変化幅算出部９は、後述するように、計測流量情報記憶部８に記憶された対象データの計測流量値の変化に対応する変化幅（流量変化幅）を算出する。後述するように、流量変化幅としては、１）超音波流量計７による計測毎に計測流量値が変化した量に対応する計測毎計測流量値変化幅や、２）所定期間において、計測流量値が変化した量（絶対値変化量）に対応する所定期間計測流量値変化幅等がある。

状態判定部１１は、後述するように、上述の流量変化幅が所定の変化幅閾値以内かどうかを判定し、所定期間において、定められた評価関数を基に流体の漏れまたは流体を使用する器具を判別する。器具別流量算出部２０は、状態判定部１１により判別されたガス器具毎の流量を算出する。また、ガスメータ１６は上流側においてガス管路１９に接続されるとともに、下流側にてガステーブル、ファンヒータ、床暖房等、種々のガス器具１３，１４，１５に接続されている。

以上のように構成された流量計測装置について、以下その動作、作用を、特に流量変化幅算出部９、状態判定部１１の動作、作用を中心として説明する。

図２は、ガス器具の使用による、超音波流量計７によって計測されたガスメータ１６を流れるガスの流量の変化を概念的に示すグラフであり、流量は計測時間と対応付けられた対象データの形式で（すなわちこのグラフの形式で）、計測流量情報記憶部８に記憶される。例えば、超音波流量計７で計測した流量が、ゼロ流量から、所定流量の変化があった時、器具が１台動作したと判別する。そして、計測流量情報記憶部８は、この時の計測流量の時間変化を計測流量値として記憶を開始する。すなわち、計測流量情報記憶部８は、所定の計測時間間隔（例えば２秒間など）で計測された流量値を変化があった時を起点とする計測時間と対応付け、対象データとして記憶する。

図２に示される流量の波形は一般的にガス器具ごとに異なるものである。そこでこのような波形を基にガス器具を判別する方法が知られている。判別方法には種々のものがあるが、例えばＡの部分で示された流量の立ち上がりの波形や、Ｂで示されたガス器具の安定動作（立ち上がり動作後流量値がほぼ一定となる時期での動作）中の流量値そのものを用いてガス器具を判別する方法が知られている。しかしながら、ガス器具によっては、ほぼ同一形状の立ち上がり波形や、ほぼ同一の流量値の波形が得られる場合があり、このような場合、ガス器具の判別は困難となる。また、器具とほぼ同一流量のガス漏れがある場合、器具使用とガス漏れとの判別は困難となる。

本発明は、波形形状や流量値とは異なる点に注目している。すなわち、本発明のガスメータにおいては、ガスの流量値が変化した量である流量値の変化幅（流量変化幅）に基づき、使用されているガス器具もしくは漏れを判別することとしている。以下、本実施形態では、図２のＣの部分、すなわち、ガス器具の安定動作中で流量が安定している期間における流量変化幅（流量値の変化）を観察し、ガス器具もしくは漏れを判別する例を紹介する。

本実施形態では、ガス器具もしくは漏れを判別する際に、超音波流量計７により計測して得られた流量の対象データとして、計測毎に計測流量値が変化した量に対応する計測毎計測流量値変化幅を用いて、これらの流量変化幅の大きさを判定する。そして、定められた評価関数に基づき、漏れや器具の判別を行う。評価関数としては、流量変化幅が変化幅閾値より小さな値である度数と、変化幅閾値以上である度数とを使用し、流量変化幅の大小によって度数を累積加算する演算を用いる。ここで、流量変化幅が所定の変化幅閾値より小さい場合は度数を加算し、流量変化幅が変化幅閾値以上と大きい場合は度数を減算することで積算を行い、積算度数を求める。所定期間（例えば１０分間など）において積算度数が所定の積算度数閾値を超えるかどうかによって、ガス器具やガス漏れを判定する。

図３〜図５は、流量変化幅に応じた度数の積算、及びガス器具やガス漏れの判定の例をいくつか示したものである。図３及び図４は流量変化幅がほぼ一定の場合を例示したもので、図３は流量変化幅が小さい例（所定の変化幅閾値より小さい場合）を示し、図４は流量変化幅が大きい例（所定の変化幅閾値以上の場合）を示している。また、図５は、流量変化幅が時間によって変動する場合を示している。

図３〜図５において、図３（ａ）、図４（ａ）、図５（ａ）は、超音波流量計７による計測毎の計測時間と得られた計測流量値のグラフを示している。このような計測時間と計測流量値の組み合わせのデータ（対象データ）は、所定のメモリである計測流量情報記憶部８に記憶される。また、図３（ｂ）、図４（ｂ）、図５（ｂ）は、流量変化幅の判定結果によって積算した積算度数のグラフを示している。

流量変化幅算出部９は、計測流量値が変化した量に対応する流量変化幅を、所定期間内において算出する。特に本例では、流量変化幅算出部９は、流量変化幅として、超音波流量計７による計測毎に計測流量値が変化した量（計測毎計測流量値変化幅）を、図２のＣで示された所定期間内において算出する。

状態判定部１１は、上記算出した流量変化幅が所定の変化幅閾値Δｑｍより小さいか否かを判定し、度数の加算または減算を行う。そして、所定期間における積算度数が所定の積算度数閾値Ｓを超えるかどうかを判定することにより、ガスを使用するガス器具またはガス漏れを判別する。ここで、変化幅閾値Δｑｍ及び積算度数閾値Ｓは、適宜与えられるものであり、図示せぬメモリ（閾値記憶部）に記憶されている。

図３の例では、図３（ａ）のように流量変化幅はΔｑ１，Δｑ２，・・・，Δｑｉであり、変化幅閾値Δｑｍより小さい場合（｜Δｑｉ｜＜Δｑｍ）が連続している。この状態では、状態判定部１１における積算度数は、図３（ｂ）のように積算度数が加算されていき、右上がりのグラフになる。そして、状態判定部１１は、所定期間において積算度数が積算度数閾値Ｓを超えた場合、すなわち流量変化幅が所定期間に渡って小さい場合に、ガス漏れを判定する。例えば、ガス器具が正常に燃焼している場合と、その器具とほぼ同じ流量のガス漏れが生じている場合とで、図３と図４のように流量変化幅が変わることがある。このような流量変化幅の変動を捕捉することにより、ガス器具が使用されているのか、ガス漏れかを判別することが可能となる。一般的には、流量変化幅の小さい場合が漏れに相当する。この場合、状態判定部１１が器具使用とガス漏れとの判別を行う。このような判別は、例えばガス漏れの保安検査に応用することができる。なお、計測される流量変化幅や閾値の設定によっては、所定期間において積算度数が積算度数閾値Ｓを超えた場合に、特定のガス器具（例えばファンヒータ）の使用を判別することもできる。

図４の例では、流量変化幅が図３の例より大きい場合、すなわちガス流量値の変動が大きい場合を示す。この場合、図４（ａ）のように流量変化幅はΔｑ１’，Δｑ２’，・・・，Δｑｉ’であり、変化幅閾値Δｑｍ以上の場合（｜Δｑｉ’｜≧Δｑｍ）が連続している。この状態では、状態判定部１１における積算度数は、図４（ｂ）のように積算度数が減算されていき、右下がりのグラフになる。そして、状態判定部１１は、所定期間において積算度数が積算度数閾値Ｓを超えない場合、すなわち流量変化幅が大きい場合に、ガス器具の作動中と判定する。この場合、使用しているガス器具を特定のガス器具（例えば給湯器）として判別する。

図５の例では、図５（ａ）のように流量変化幅ΔＱｉは変動しており、ΔＱ４、ΔＱ７において変化幅閾値Δｑｍ以上となっている。この状態では、状態判定部１１における積算度数は、流量変化幅ΔＱｉが変化幅閾値Δｑｍより小さいときに加算され、変化幅閾値Δｑｍ以上のとき（ここではΔＱ４、ΔＱ７）に減算されて、折れ線のグラフになる。したがって、流量変化幅が小さいときが多いと積算度数は大きくなり、流量変化幅が大きいときが多いと積算度数は小さくなる。そして、状態判定部１１は、所定期間において積算度数を観察し、所定期間内に積算度数が積算度数閾値Ｓを超えた場合、すなわち流量変化幅が小さいときが多い場合に、ガス漏れを判定する。

上記図３〜図５の各例において、変化幅閾値に対する大小判定を行う流量変化幅は、計測毎に計測流量値が変化した量に対応する計測毎計測流量値変化幅を用いて説明しているが、これに限らず、その他の方法で取得した流量変化幅を用いることもできる。例えば、複数の計測タイミングにおける計測毎計測流量値変化幅の平均を用いたり、所定間隔ごとの計測毎計測流量値変化幅を用いるなど、流量変化幅の判定において種々の変形例が可能である。

なお、積算度数を求める際の演算方法は、上述した実施形態とは逆にしてもよい。すなわち、流量変化幅が所定の変化幅閾値より小さい場合は度数を減算し、流量変化幅が変化幅閾値以上と大きい場合は度数を加算するようにしてもよい。この場合、所定期間において積算度数が積算度数閾値より小さくなった場合に、ガス漏れを判定する。

また、変化幅閾値Δｑｍは、計測流量値の流量範囲に応じて、閾値を変化させるようにしてもよい。例えば、計測流量値Ｑが３０００Ｌ／ｈ（リットル／時間）以上のときの変化幅閾値をΔｑｍ１、３０００Ｌ／ｈ未満のときの変化幅閾値をΔｑｍ２として（Δｑｍ１＞Δｑｍ２）、流量範囲によって変化幅閾値を変えて流量変化幅の判定を行う。これにより、流量に応じた適切な流量変化幅の判定ができ、判定精度を向上できる。
上記では、閾値を特定流量で切り替える方法を示したが、必ずしもこれに限るものではなく、計測流量値と閾値の関係式を作成し、この式を用いる方法もある。

また、上記図３〜図５の各例において、流量変化幅を求める基礎となる計測流量値を取得する期間、並びに流量変化幅及びその積算度数を判定する期間である所定期間は、ガス器具の安定動作中の流量が安定している期間であるＣとした。しかしながら、この所定期間としては、ガス器具の動作開始から動作停止までの他の一部の期間であってもよい。さらに所定期間としては、ガス器具の動作開始から動作停止までの期間としてもよい。この場合、流量ゼロの立ち上がりから再び流量ゼロになるまでの期間、あるいは、流量ゼロの立ち上がりから再び流量ゼロになるまでの一部の期間を所定期間とし、流量変化幅及びその積算度数を判定する。

また、積算度数の判定において、第１の積算度数閾値Ｓ１に加えて第２の積算度数閾値Ｓ２（Ｓ１＞Ｓ２）を設け、第１の積算度数閾値Ｓ１を超えた場合にガス漏れを判定するとともに、第２の積算度数閾値Ｓ２以下となった場合にガス器具の作動中（器具判別を含む）を判定してもよい。さらに、所定期間において積算度数が第１の積算度数閾値Ｓ１と第２の積算度数閾値Ｓ２との間の場合、すなわち流量変化幅の大小判定が困難な場合に、流量の状態が不明であることを判定してもよい。

上述したように、本実施形態では、所定期間において流量変化幅が所定の変化幅閾値以内かどうかによって度数を加算または減算して積算度数を算出し、積算度数が所定の積算度数閾値を超えるか否かによって、ガスの使用状態の判定を行っている。これにより、流量変化幅の監視によって漏れや使用器具の判別が可能になる。この際、流量変化幅の判定に伴って積算度数が順次累積されていく形となり、リアルタイムに判定を行うことができる。また、本実施形態の判定方法では、流量が大きく変動した場合も考慮して、流量の安定性を判定でき、使用環境に適応した漏れ等の判別が可能である。

なお、上述の実施形態では、計測流量値変化幅を用いて使用ガス器具やガス漏れを判別することとしている。しかしながら、本発明を応用することにより、ガス器具や漏れの判別のみならず、特定のガス器具の運転状態を判別することも可能である。例えば、ガステーブルが動作を開始した後、正常に燃焼している場合としていない場合（不完全燃焼や立ち消えの場合）とで、ガステーブルという同じ器具であって図３と図４のように変化幅が変わることがある。このような変化幅の変動を捕捉することにより、ガス器具が正常に運転しているかどうか、またはどのような運転をしているか判別することが可能となる。このような判別は、例えばガス器具の保安検査に応用することができる。この場合、状態判定部１１がガス器具の運転状態を判別する器具運転状態判別部として機能する。

また、例えば、給湯器が動作を開始した後、器具の動作制御などに伴い、大流量で燃焼している場合と小流量で燃焼している場合とで、給湯器という同じ器具であっても変化幅が変わることがある。このような変化幅の変動を捕捉することにより、ガス器具が大流量で燃焼しているか小流量で燃焼しているか判別することが可能となる。このような判別は、例えばガス器具の保安検査に応用することができる。

また、一般的にガスの漏れは、燃焼等の流量変動要因を伴わないため比較的流量変動幅が小さいと想定され、ガス器具との判別が可能となる。とりわけ、瞬時にガス流量制御を行っている給湯器については、流量変動幅が大きく、漏れとの判別をより明確に行うことができるものである。

なお、本実施形態で示した閾値を利用した判別については、閾値で状態を２つに区分することが要点であるため、閾値の値に一致する場合が分けられた２区分のどちらに属するかは、目的に応じて、適宜定めればよい。

以上のような流量計測装置及び流量計測方法を実施するため、ガスメータ１６の状態判定部１１や図示せぬコンピュータ（演算装置）には、流量計測方法の各ステップを実行させるプログラムが記憶されている。また、本発明の流量計測装置、流量計測方法、コンピュータに実行させるプログラムを用いた流体供給システムとして、ガス等の流体の供給源、監視センタ等を含む流体供給システムも本発明に含まれる。

なお、以上の説明は超音波流量計を用いた場合について説明したが、他の瞬間式の流量計測装置でも、同様の効果が得られることは明白である。器具もしくは漏れ判別後の処理は説明を省略したが、ガスメータでは、登録器具ごとあるいは分類分けされたグループごとの積算流量の計測による器具別料金や、登録器具ごとあるいは分類分けされたグループごとに安全管理（保安機能）処理の器具別保安機能を設定すること、また、ガス漏れの場合は、通報、ガス遮断もしくはこれらの組合せ等の保安処理も可能であることは明白である。また、ガスメータとガス器具に無線機のような送受信手段を装備させることができれば、より器具もしくは漏れ判別の精度が向上することは明白である。さらに、ガスメータおよびガス器具で説明したが、工業用流量計や水道メータにおいても同様に、流量計測装置の下流側に接続された使用器具のグルーピングに使用することができる。

以上、本発明の各種実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態において示された事項に限定されず、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者がその変更・応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

本発明は、流体の流量の変化を利用することにより、流体を使用している器具もしくは漏れを流量値の変化幅の観点から高精度に判別することが可能となり、流量計測装置及び流量計測方法において、器具判別や漏れ検出等の新たな方法を提供するとともに、より精度の高い器具判別方法及び漏れ検出方法等の基礎となる技術を提供する。

本発明の実施形態における流量計測装置のブロック図 ガス器具の流量の変化を概念的に示すグラフ 本実施形態における流量変化幅に応じた度数の積算の例を示す概念図であり、流量変化幅が小さい場合の図 本実施形態における流量変化幅に応じた度数の積算の例を示す概念図であり、流量変化幅が大きい場合の図 本実施形態における流量変化幅に応じた度数の積算の例を示す概念図であり、流量変化幅が時間によって変動する場合の図 従来の流量計測装置のブロック図 従来の他の流量計測装置のブロック図

符号の説明

７ 超音波流量計（流量計測部）
８ 計測流量情報記憶部
９ 流量変化幅算出部（流量変化幅算出部）
１１ 状態判定部
１３、１４、１５ ガス器具
１６ ガスメータ（流量計測装置）

Claims (7)

1. 流路に流れる流体の流量を計測する流量計測部と、
   前記流量計測部で計測された計測流量値を記憶する流量情報記憶部と、
   前記計測流量値が変化した量に対応する流量変化幅を算出する流量変化幅算出部と、
   前記流量変化幅が所定の変化幅閾値以内かどうかを判定し、所定期間において、定められた評価関数を基に流体の漏れまたは流体を使用する器具を判別する状態判定部と、
   を備え、
   前記状態判定部は、前記評価関数として、前記流量変化幅が前記変化幅閾値より小さな値である度数と、前記変化幅閾値以上である度数とを使用して、流体の漏れまたは流体を使用する器具を判別する流量計測装置。
2. 請求項１記載の流量計測装置であって、
   前記状態判定部は、前記度数について、前記流量変化幅が前記変化幅閾値より小さい場合に加算し、前記変化幅閾値以上の場合に減算した積算度数、または、前記変化幅閾値より小さい場合に減算し、前記変化幅閾値以上の場合に加算した積算度数を使用して、流体の漏れまたは流体を使用する器具を判別する流量計測装置。
3. 請求項２記載の流量計測装置であって、
   前記状態判定部は、前記積算度数が所定の積算度数閾値を超えるか否かの判定基準によって流体の漏れまたは流体を使用する器具を判別する流量計測装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項記載の流量計測装置であって、
   前記所定期間を、前記流量がゼロの立ち上がりから再び流量がゼロになるまでの期間とする流量計測装置。
5. 請求項１から３のいずれか１項記載の流量計測装置であって、
   前記所定期間を、前記流量がゼロの立ち上がりから再び流量がゼロになるまでの一部の期間とする流量計測装置。
6. 請求項５記載の流量計測装置であって、
   前記一部の期間が、前記流量が安定している時間である流量計測装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項記載の流量計測装置を用いた流体供給システム。

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