JP5194684B2 - 流量計測装置とこの装置を用いたガス供給システム - Google Patents

Description

本発明は、各家庭に接続されたガス配管の途中に設置されるガスメータを用いてガス漏れ等の異常使用を検知する流量計測装置に関し、特に超音波センサ等を用いて計測される瞬時流量データに基づいて的確に判定を行う流量計測装置に関するものである。

各家庭に設置された各種ガス器具へはガス事業者（ＬＰガスの場合はガスボンベ、都市ガス等の場合は一括配管）から配管されたガス管を経由してガスの供給が行われており、このガス供給経路においてガス漏れのない安全なガス供給システムを構築することがガス事業を継続する上で重要な課題であった。

しかしながら、ガス供給経路におけるガス漏れの原因となる要素が数多く存在しているのも現実であり、例えばガス器具の問題、ガス器具を設置するときの問題、ガス管に関連する問題等があり、全ての要因を排除してガス漏れのないガス供給システムを構築することは極めて困難であった。

そこで、ガス漏れが発生したときに、素早く検知し、迅速な処置を施すことで、拡大被害を抑制することを目的として、各種方法が提案されている。

例えば、ガス器具に関連するガス漏れ検知方法としては、ガス器具の設置場所近傍にガス漏れ警報器を設置し、ガス漏れが発生したときこれを検知して警報を発するものが一般的である。

この方法は、ガス成分を直接検知するため誤検知がなく、正確なガス漏れを検知することが可能であるが、微少なガス漏れやガス漏れ警報器を設置した場所以外の箇所で発生したガス漏れを検知することができないという課題を有していた。

そこで、近年、ガス管途中に配設されたガスメータの流量計測機能を利用してガス漏れを検知する方法が各種提案されている。

このガスメータにおけるガス漏れ検知機能の最も代表的なものとして、器具最小流量以下の流量が３０日以上継続して検知された場合に「漏洩あり」と判断するものがあり、現在のガスメータに内蔵されたガス漏れ検知機能の主流を成すものである。

しかし、このガス漏れ検知機能は、「漏洩あり」を判断するまでに３０日間という長い期間を必要とし、かつ途中で器具が使用され大きな流量が検出されると今までの判定時間がリセットされ、再度初期から判断をし直すという方法であったため、微少漏洩を検知するのに相当な時間を要していたという課題があった。

そこで、この課題を解決する方法として、ＬＰＧ等のガス配管や各種ガス燃焼器具におけるガス漏洩の判断方法において、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たものが考えられている（特許文献１参照）。

この方法によると、１台の器具の最小燃焼量が非常に小さい場合などガス漏れと判断する設定値を小さくせざるを得ず、ガス漏れは微小漏洩に限定されるという課題があった。

そこで、この課題を解決する方法として、複数のガス機器と、これら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、あるガス機器が稼動した場合、このガス機器の稼動情報から総合流量を補正する補正手段とを具備し、大型ガス器具等の使用を識別し、ガス機器の確実な安全管理を図るようにしたものが提案されている（特許文献２参照）。
特開平７−３３２５９９号公報 特開２００１−２５５１９２号公報

しかしながら、上記従来のガス漏れ検知方法において、特許文献１によれば、市場に存在する各種ガス器具の最少流量より少ない流量値をガス漏れ有無の器具判定値として設定するようにしているため、その器具判定値そのものが小さくなり、器具により最低ガス流量はまちまちでその器具判定値より大きな漏れはガス漏れを検知することができないという課題を有していた。

また、特許文献２によれば、大型ガス器具の使用を識別しその情報を送信するための通信手段を必要とし、大流量漏洩を検出するための構成が複雑になるとともに、微少流量の漏洩を検出することが困難であるという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、器具使用中に生じたガス微小漏洩に関して器具判別結果に対応して漏洩判定閾値を変え、器具使用時に生じた漏洩に関して器具の最小流量以下の漏洩は確実に瞬時に漏洩と判定することが可能な流量計測装置を提供することを目的とするものである。

上記従来の課題を解決するために本発明の流量計測装置は、複数のガス器具が接続されたガス配管と家庭用ガス供給管の間に接続され、ガス流量を一定時間間隔で計測する流量計測手段と、流量計測手段から出力される流量値の差分値を求める演算手段と、器具判定値及び使用流量が登録された器具記憶手段と、演算手段により算出された差分値と器具記憶手段内に登録された器具判定値と比較して器具を判別する判別手段とを有し、前記判別手段で使用器具が判別された状態において、前記流量計測手段で計測されたガス流量が器具記憶手段に登録されている使用と判別された器具に対応した最小使用流量未満になる場合、判別手段が異常使用であると判定する手段を有したものである。

本発明の流量計測装置によれば、器具記憶手段に登録されている判別された器具の登録使用流量未満または最大流量を超える場合、器具判別手段は、異常なガス流用としてガス漏れの発生等異常使用が発生していると判定するために短時間でより正確で漏洩検知を行うことができる。

第１の発明は、複数のガス器具が接続されたガス配管と家庭用ガス供給管の間に接続され、ガス流量を一定時間間隔で計測する流量計測手段と、流量計測手段から出力される流量値の差分値を求める演算手段と、器具判定値及び使用流量が登録された器具記憶手段と、演算手段により算出された差分値と器具記憶手段内に登録された器具判定値と比較して器具を判別する判別手段とを有し、前記判別手段により使用器具が判別された状態において、前記流量計測手段で計測されたガス流量が器具記憶手段に登録されている使用と判別された器具に対応した最小使用流量未満になる場合、ガスの使用状態が判別手段が異常使用であると判定することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の流量計測装置において、器具記憶手段に登録されて
いる判別器具の使用流量の合算最大流量を超える場合、判別手段がガスの漏れが発生していると判定する構成で、ガスの漏れが発生していると判定することができる。

第３の発明は、特に、第１または２のいずれか１つの発明において、判別手段が異常使用を判定した際、表示手段に警告表示をするようにしたもので、ガス漏れなど異常な状態を警告することができる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明において、判別手段が異常使用を判定した際、音声警報手段により警報するようにしたもので、より判りやすくガス漏れなど異常な状態を警告することができる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明において、判別手段が異常使用を判定した際、通信手段により外部装置に情報を伝達するようにしたもので、遠隔地でも異常状態を知ることが可能である。

第６の発明は、特に、第１の発明において、流量計測装置にはガスの流路を遮断するガス遮断弁を有し、ガスの漏れを判定した場合ガスを遮断するようにしたもので、漏洩を検知した場合未然にガス漏れの拡大を防ぐことができる。

第７の発明は、特に、第１の発明において、流量計測手段は、瞬時流量計測手段としての超音波流量計を用いた構成であり、瞬時計測が可能となり、より検知精度の向上が図れる。

第８の発明は、特に、第１〜７のいずれか１つの発明の流量計測装置が家庭用ガス供給管に接続されガス供給システムを構成することで、より安全なガス供給システムの構築が可能となる。

第９の発明は、特に、第１〜７のいずれか１つの発明の流量計測装置の動作の少なくとも一部をコンピュータに実行させるプログラムとすることにより、パソコンなどで容易に実現することができ、そのプログラムを記録した記録媒体を用いることでソフトウェアを各利用者の家庭でインストールする作業も容易になる。

（実施の形態１）
図１において、各家庭のガス供給管１の入口部分にガスメータ２が設置され、このガスメータ２を経由した後のガス配管３から分岐して家庭で使用する種々のガス器具が設置された場所まで配管され、ガスが供給される。

例えば、屋外にはガス給湯器４が設置され、このガス給湯器４に分岐ガス配管３ａを介して供給されるガスの燃焼で生成される湯が水配管を介して台所の給湯栓５、浴槽やシャワー装置が設置された風呂６、リビング等に設置された床暖房７に供給され、種々の使用形態を構成している。

また、屋内にあっては、台所に設置されたガステーブル８に分岐ガス配管３ｂを介してガスが供給され、リビングや寝室等に設置されたガスファンヒータ９に分岐ガス配管３ｃを介してガスが供給され、必要に応じて適宜使用される。

そして、設置されたガス器具が使用されガスの消費が発生するとガスメータ２でその使用量が計測され、そのデータが予め定めた収納形態に基づいて記憶されるようになっている。

次に、図２を用いて流量計測装置のガスメータ２の構成について説明する。

ガスメータ２内部はガス管に接続されたガスの流路内に設けられたガス遮断弁１０と、超音波方式、或いはフルディック方式のガス流量計測手段１１と、このガス流量計測手段１１からの信号を演算処理して使用ガス流量を表示する表示部１２と、地震などの振動を検出する感震器１３、ガス器具判別を行うための演算手段１４、器具記憶手段１５、判別手段１６と感震器１３の作動や器具判断、保安機能、その他を統括制御処理する制御回路１７、及びそれらの動力源となる電池（図示せず）を内蔵している。

器具記憶手段１５には、流量変化が起こったかどうかの器具判定値、及び登録された器具の使用流量値が記録されている。

器具記憶手段１５は本実施の形態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、磁気記録媒体その他でも可能である。

また、流量計測手段１１は、後述するような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使用可能である。

以下、動作について説明する。

まず、ガス流量計測手段１１に超音波方式を採用したものについてその動作を図３をもとに説明する。

計測流路１８は断面矩形状に形成されており、その対向壁面の上下流には角度φをもって一対の超音波送受信器１９，２０が装着されている。

超音波送受信器１９、２０間で交互に超音波を送受信させて流体の流れに対して順方向と逆方向の伝搬時間の差を一定間隔をおいて測定し、伝搬時間差信号として出力する働きを持つ。

この伝搬時間差信号を受けて計算手段（図示せず）により被計測流体の流速及び流量を算出するものである。演算式を下記に示す。

図３において、Ｌは超音波伝搬距離であり、ｔ１を上流からの伝達時間、ｔ２を下流からの伝達時間、Ｃを音速とすると、流速Ｖは
Ｖ＝Ｌ／２ｃｏｓφ(１／ｔ１−１／ｔ２)
となる。

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、測定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、計測間隔を短くすると電池の消耗が大きくなるなどの課題がある。

また、計測時間を従来のガスメータで使用している膜式方式と同等の計測間隔が２桁オーダーの秒数間隔になると、本実施の形態のアルゴリズムの流量変化の差分を見て判断することが困難になる。

本実施の形態では後述するように２秒間隔の計測を行い、その差分値をとりガス器具の起動を判別を行っている。なお、更に時間間隔を小さくすることも可能である。

次に、ガス器具の動作の判別手順について図４をもとに説明する。

流量計測装置では上記した様に２秒間隔毎にガス流量を計測し、そのデータを演算手段に送り流量値を微分して２秒毎の流量の差分データとして出力している。

この差分データは判別手段に送られ、器具登録手段に登録されている判別の閾値（器具判定値）との比較を行っている。

差分値が器具判定値を超えた場合、器具が起動したと判断し、起動器具の判別を行う。

図５に実際のガス器具使用時のガス流量の変化と差分値の変化を示す。

図５のグラフにおいて、実線が流量計測手段により測定されたガスの流量値と破線がそのときの微分値、すなわち、２秒毎の差分値を示す。

ガス器具の起動時には差分値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。

図６に示すように、起動した器具が判別されると、図７に示すように器具記憶手段１５に器具毎に使用流量範囲が登録されているため、流量計測手段１１により計測された流量とその器具の使用流量範囲を比較して、実際の使用流量がその器具の範囲外であると、判別手段がガス漏洩または器具の異常として異常使用であると判断する。

なお、判断結果は、表示部１２に表示される。加えて、音声警報手段（図示せず）により警報したり、或いは通信手段（後述）により、ガスメータ外の外部装置に情報を送り、外部装置にて表示、警報処理等を行うことが可能である。

また、流量計測装置の判別手段が異常使用と判定した際には制御回路を通して、ガス遮断弁１０を閉じ、流量計測装置部分でガスを止めてしまうことも可能であるため、ガス漏れ事故を未然に防ぐことができる。

図８にこのようなガスメータを使用したガス供給システムの構成を示す。ここで、２１はガス供給装置、２２はガス事業者、２３はデータを送信する無線通信手段である。

このように、ガス器具の判別手段１６を備えたガスメータ２を用いてガスを供給することで、より安全なガス器具の使用環境を整えることができる。

さらに、器具ごとの使用状態を管理することができるので、器具の安全基準を更に細かく設定することが出来、例えば、ガスファンヒータは連続的に使用されるが、最大燃焼が連続して続けば、石油ファンヒータと同様３時間で警報する仕組みも考えられる。

さらに、ガスメータで説明したが、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状態判別に使用することができる。

なお、以上で説明した動作を実現する手段は、ＣＰＵ（またはマイコン）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、記憶・記録装置、Ｉ／Ｏなどを備えた電気・情報機器、コンピュータ、サーバ等のハードリソースを協働させるプログラムの形態で実施してもよい。

プログラムの形態であれば、磁気メディアや光メディアなどの記録媒体に記録したりイ
ンターネットなどの通信回線を用いて配信したりすることで新しい機能の配布・更新やそのインストール作業が簡単にできる。

以上のように、本発明にかかる流量計測装置は、家庭用ガス供給管に接続され、ガス流量を一定時間間隔で計測する流量計測手段と、流量計測手段から出力される流量値の差分値を求める演算手段と、器具判定値及び使用流量が登録された器具記憶手段と、演算手段により算出された差分値と器具記憶手段内に登録された器具判定値と比較して器具を判別する判別手段を有し、判別手段により使用器具が判別された状態で計測ガス流量が、器具記憶手段に登録されている判別器具の使用流量を超えるまたは未満の場合、判別手段は異常使用であると判定する手段を有した構成であり、ガスの漏れなどの異常使用が発生していると判定をより正確に行うことができ、ガスの漏れを判定した場合ガスを遮断する構成で、漏洩を検知した場合未然にガス漏れの拡大を防ぐことができ、より安全なガス器具の使用環境を整えることができる。

本発明の実施の形態における流量計測装置のガス供給形態を示す説明図 同実施の形態における流量計測装置の構成図 同実施の形態における流量計測部構成図 同実施の形態における判別動作の流れ図 同実施の形態における流量及び演算値の説明図 同実施の形態における判別動作の流れ図 同実施の形態におけるガス器具流量波形図 同実施の形態におけるガス供給システムの構成図

符号の説明

１ ガス供給管
１０ ガス遮断弁
１１ 流量計測手段
１２ 表示部
１４ 演算手段
１５ 器具記憶手段
１６ 判別手段
２３ 無線通信装置

Claims (9)

1. 複数のガス器具が接続されたガス配管と家庭用ガス供給管の間に接続され、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の差分値を求める演算手段と、
   器具判定値及び使用流量が登録された器具記憶手段と、
   前記演算手段により算出された差分値と前記器具記憶手段内に登録された器具判定値と比較して器具を判別する判別手段とを有し、
   前記判別手段で使用器具が判別された状態において、前記流量計測手段で計測されたガス流量が前記器具記憶手段に登録されている使用と判別された器具に対応した最小使用流量未満になる場合、前記判別手段が異常使用であると判定する流量計測装置。
2. 流量計測手段により計測される流量が起動判定された器具の器具記憶手段に登録されている使用流量の合算最大流量を超える場合、前記判別手段が異常使用であると判定する請求項１記載の流量計測装置。
3. 判別手段が異常使用を判定した際、表示手段に警告表示を行うようにした請求項１または２に記載の流量計測装置。
4. 判別手段が異常使用を判定した際、音声警報手段により警報を行うようにした請求項１〜３いずれか１項に記載の流量計測装置。
5. 判別手段が異常使用を判定した際、通信手段により外部装置に情報を伝達するようにした請求項１〜４いずれか１項に記載の流量計測装置。
6. ガスの流路を遮断する遮断弁を有し、異常使用を判定した場合ガスを遮断する請求項１記載の流量計測装置。
7. 流量計測手段は、瞬時流量計測手段として超音波流量計を用いた請求項１記載の流量計測装置。
8. 家庭用ガス供給管に接続された請求項１〜７のいずれか１項に記載の流量計測装置を用いたガス供給システム。
9. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の流量計測装置の少なくとも一部をコンピュータに実行させるプログラム。