JP5229016B2 - 流量計測装置及び流体供給システム - Google Patents

Description

本発明は、流量情報を基に流路に接続された器具を判別する器具判別手段を備えた流量計測装置に関するものである。

従来、この種の流量計測装置は、図７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８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手段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９と、前記計測流量情報を登録記憶する器具流量情報記憶手段１０とを備え、前記計測流量情報記憶手段８の計測流量情報と器具流量情報記憶手段１０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、前記従来の構成では、ガス燃焼器具の使用を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ため、同一とみなされる流量範囲内にある立ち上がり波形や、流量値の波形が発生した場合、器具の判別が困難になるという課題を有している。

本発明は、前記の課題を解決するもので、同一とみなされる流量範囲内にある立ち上がり波形や、流量値の波形が発生した場合においても、使用器具の判別が可能な、より精度
の高い器具の判別を行う技術を提供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、本発明の流量計測装置は、流路に流れる流体流量を計測する流量計測手段と、前記流量計測手段の流量値と計測時間の計測流量情報を記憶する計測流量情報記憶手段と、前記流路に接続された器具情報を登録する器具登録手段と、前記器具登録手段が登録した器具流量情報を記憶する器具流量情報記憶手段と、前記流路に接続された器具が停止する直前の流量情報を記憶する停止流量情報記憶手段を備え、前記計測流量情報記憶手段に記憶された計測流量情報と、前記器具流量情報記憶手段に記憶された器具流量情報、及び前記停止流量情報記憶手段に記憶された停止流量情報とを比較して、前記流路に接続された器具を判別する器具判別手段とを有する構成である。

本発明の流体計測装置は、同一とみなされる流量範囲内にある立ち上がり波形や、流量値の波形が発生した場合においても、器具毎に異なる燃焼部の熱膨張等による流量変化の差異によって器具が停止する直前の流量値が異なることを利用することで、器具の判別が可能となり、より精度の高い器具の判別を行うことができる。

本願発明は、流路に流れる流体流量を計測する流量計測手段と、前記流量計測手段の流量値と計測時間の計測流量情報を記憶する計測流量情報記憶手段と、前記流路に接続された器具情報を登録する器具登録手段と、前記器具登録手段が登録した器具流量情報を記憶する器具流量情報記憶手段と、前記流路に接続された器具が停止する直前の流量情報を記憶する停止流量情報記憶手段を備え、前記計測流量情報記憶手段に記憶された計測流量情報と、前記器具流量情報記憶手段に記憶された器具流量情報、及び前記停止流量情報記憶手段に記憶された停止流量情報とを比較して、前記流路に接続された器具を判別する器具判別手段とを有する構成とすることで、同一とみなされる流量範囲内にある立ち上がり波形や、流量値の波形が発生した場合においても、器具毎に異なる燃焼部の熱膨張等による流量変化の差異によって器具が停止する直前の流量値が異なることを利用することで、器具の判別ができるため、より精度の高い器具の判別を行うことが可能となる。

また、器具判別手段は、計測流量情報記憶手段に記憶された流量値が器具流量情報記憶手段に登録された器具情報の流量値の所定のマージン幅以内であり、かつ停止流量情報記憶手段に記憶された停止流量情報の流量値を基準とした所定の範囲内である場合は、前回に動作した登録器具の動作の継続と判別し、また計測流量情報記憶手段に記憶された流量値が前記流量情報記憶手段に登録された器具情報の流量値の所定のマージン幅以内であるが、前記停止流量情報記憶手段に記憶された停止流量情報の流量値を基準とした所定の範囲外である場合には、前回に動作した登録器具とは別の登録された器具の動作と判別する機能を有する構成とすることで、流量値のマージン幅を大きく取る必要のある長時間動作かつ断続動作をする器具において、前回に動作した登録器具の継続動作であるか、別の登録器具の動作であるかを判別できるため、より精度の高い器具の判別を行うことが可能となる。

さらに、器具判別手段は、登録器具により、停止流量情報記憶手段に記憶された停止流量情報の流量値を基準とした所定の範囲を個別に設定する機能を有する構成とすることで、登録器具にあわせて最適な判別ができるため、より精度の高い器具の判別を行うことが可能となる。

そして、器具判別手段は、前回に動作した器具が停止してから経過した時間により、停止流量情報記憶手段に記憶された停止流量情報の流量値を基準とした所定の範囲を変更する機能を有する構成とすることで、経過時間にあわせて最適な判別ができるので、より精度の高い器具の判別を行うことが可能となる。

また、器具判別手段は、流量計測手段で計測した流量値が、前回に動作した登録器具の動作の継続ではなく、別の登録された器具の動作であると判別した場合に、引き続いて前回に動作した登録器具の動作の継続が発生するかどうかを判別する機能を有する構成とすることで、登録器具の断続動作中に別の登録器具が何度動作しても、継続動作であるかどうかの判別ができるため、より精度の高い器具の判別を行うことが可能となる。

さらに、器具判別手段は、前回に動作した器具が停止してから一定時間以上経過した場合に、前回に動作した登録器具の動作の継続が発生するかどうかの判別を解除する機能を有する構成とすることで、器具が長時間停止することで燃焼部の熱膨張等による流量変化分がなくなり初期値に戻ったと判断される場合は、前回に動作した登録器具の動作の継続が発生するかどうかの判別を解除することで、器具判別手段に必要以上の負荷をかけないようにできるため、器具判別手段にかかる負荷を最小限に抑えることが可能となる。

そして、器具判別手段は、登録器具により、前回に動作した登録器具の動作の継続が発生するかどうかの判別を解除する時間を個別に設定する機能を有する構成とすることで、登録器具にあわせて最適な判別を解除する時間の設定ができるため、より効率的に器具判
別手段にかかる負荷を最小限に抑えることが可能となる。

また、流量計測手段は、超音波計測方式を使用する構成とすることで、瞬時計測が行えるため、時間経過による流量変化の詳細を計測することが可能で、より精度の高い器具の判別を行うことが可能となる。

さらに、流路に流れる流体流量を計測する流量計測装置を用いた流体供給システムを構築することにより、ガス事業者が用意した新料金メニューなどを利用することができ、ガス拡販やガス器具拡販を図ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における流量計測装置のブロック図を示すものである。

図１において流量計測装置は、流路６に流れる流体流量を計測する流量計測手段としての超音波流量計７と、超音波流量計７の流量値と計測時間の計測流量情報を記憶する計測流量情報記憶手段８と、流路６に接続された器具情報を登録する器具登録手段９と、器具登録手段９が登録した器具流量情報を記憶する器具流量情報記憶手段１０と、流路６に接続された器具が停止する直前の流量情報を記憶する停止流量情報記憶手段２１を備え、計測流量情報記憶手段８に記憶された計測流量情報と、器具流量情報記憶手段１０に記憶された器具流量情報、及び停止流量情報記憶手段２１に記憶された停止流量情報とを比較して、流路６に接続された器具を判別する器具判別手段２２とを備えたものである。ここで、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
、１９はガス管路である。

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、作用を説明する。

まず、器具登録手段９の動作について説明する。器具登録手段９は、必要に応じて動作させることができ、動作している器具が何かがわかっている時には、計測された計測流量情報が、何の器具（例えば、給湯器かガステーブルかなど）かを登録することができる。例えば、ガステーブル（小口、大口、グリル）、ガス給湯器の順に、順次、着火、停止を繰り返すことで、動作した器具を順に特定していくことができ、計測流量情報である器具流量情報の対応ガス器具は、それぞれ動作した順に対応付けしていくこととした。そして、自動的に学習期間を設けて登録する方法と、所定のガス器具を順に手動で動作させている方法を併用して学習して、登録データの追加、更新を行うことも可能である。

次に、器具判別手段２２の器具判別方法について説明する。

登録された器具流量情報と、計測された計測流量情報を重ねて記述した特性図を図２に示す。ここで、２つの流量を比較する場合、２つの流量の大きさの差は、計測流量情報の流量データに補正係数を掛けて流量値である振幅を変更することで補正できる。例えば、補正係数は、器具流量情報と計測流量情報それぞれの流量データの最大値を求めて、その比率に応じて計測流量情報の流量値を補正することができる。補正した特性図を図３に示す。このようにして振幅を合わせた状態で、２つの流量情報である流量データの相互相関係数を計算することで、器具が判別できる。すなわち、登録された器具流量情報との相関係数が大きければ（例えば、０．８以上）、その登録された器具であると判別することができる。

また、この図２と図３では説明のために、時間軸を大きく異ならせて記述しているが、前述のようにゼロ流量からの変化を瞬時に検出しているので、データの時間軸は比較的揃っている状態である。図４に振幅補正後で時間軸が揃っている場合の特性図を示す。ただし、時間軸が近い状態でも離れている状態でも、相互相関係数の演算のように時間軸をシフトしてたたき込み演算を行えば相関係数の最大値に及ぼす影響は少ない。また、時間軸が近い場合は、相互相関係数などを用いなくとも、登録された器具流量情報と計測流量情報との同一時間でのデータ差の２乗和を積算したような情報で整合性を判別しても同様に判別できると考える。

また、図２に示すような器具流量情報と計測流量情報を比較してパターンの合致を判別する方法は、様々な方法が想定され、どの方法を用いても同様の効果が得られるが、相関係数による方法は、演算が容易で、データ長にも拘束されず、いろいろな流量波形データに対応できる特長がある。その結果、判別処理が統一でき、いろいろな器具を一つの処理方法によって判別できるのでマイコンなどのソフト負荷、メモリーなどのハード負荷を少なくすることができる。そして、消費電力も少なく抑えることができ、電池で動作するガスメータにも使用できるのである。

また、図５ａに示すような流量パターンの器具と、図５ｂに示すような流量パターンの器具においては、起動時の立ち上がり波形及び流量値がほぼ同一であるため、上記のいずれの方法を取ったとしても判別は困難であるが、器具毎に異なる燃焼部の熱膨張等による流量変化の差異によって器具が停止する直前の流量値が異なることを利用すれば、図５ａは燃焼部の熱膨張等による流量変化が小さい器具、図５ｂは燃焼部の熱膨張等による流量変化が大きい器具という差があるため、両者の器具の判別は可能となる。

実際の判別動作としては、停止流量情報記憶手段２１に記憶された、器具が停止する直
前の停止流量情報と、器具流量情報記憶手段１０に記憶された器具流量情報を比較し、停止した器具を判別し、必要に応じてそれまで仮に確定していた判別結果を訂正する、保留していた判別結果を確定する等の処理を行うのである。

また、図６ａに示すように、燃焼部の熱膨張等による流量変化が大きく、長時間動作かつ断続動作をする器具においては、起動時の流量値を用いて器具の判別を行う場合には、時間が経過した後も同一の器具と判別するために、起動時の流量値のマージン幅を大きく取る必要があるが、マージン幅を大きくすると他の器具の起動時の流量値の流量範囲と重なる可能性も大きくなり、誤判別の要因の一つとなる。

そこで次に器具が起動した時、計測流量情報記憶手段８に記憶された起動時の流量値が器具流量情報記憶手段１０に登録された器具情報の流量値の所定のマージン幅以内であり、かつ停止流量情報記憶手段２１に記憶された停止流量情報の前回に動作した器具の停止直前の流量値を基準とした所定の範囲内である場合は、前回に動作した登録器具の動作の継続と判別し、また計測流量情報記憶手段８に記憶された流量値が器具流量情報記憶手段１０に登録された器具情報の流量値の所定のマージン幅以内であるが、停止流量情報記憶手段２１に記憶された停止流量情報の流量値を基準とした所定の範囲外である場合には、前回に動作した登録器具とは別の登録された器具の動作と判別することで、判別に必要な流量値のマージン幅を確保しつつ誤判別の確立を低減することが可能となる。

具体例としては、図６ｂに示すように、判別に必要な流量値のマージン幅を１１０〜１６０Ｌ／ｈ、前回の停止直前の流量値を１４５Ｌ／ｈ、前回の器具の継続動作であると判断する範囲を±５Ｌ／ｈとした場合、次回の器具の起動時の流量値は１４０Ｌ／ｈであり、前回の器具の起動時の流量値のマージン幅以内、かつ前回の器具の継続動作であると判断する範囲内となるので、前回の器具の継続動作であると判別する。次に図６ｃに示すように、判別に必要な流量値のマージン幅を１１０〜１６０Ｌ／ｈ、前回の停止直前の流量値を１４５Ｌ／ｈ、前回の器具の継続動作であると判断する範囲を±５Ｌ／ｈとした場合、次回の器具の起動時の流量値は１２０Ｌ／ｈであり、前回の器具の起動時の流量値のマージン幅以内であるが、前回の器具の継続動作であると判断する範囲外となるので、前回の器具の継続動作ではなく、別の器具の動作であると判別するのである。

また、器具判別手段２２に、登録器具により、停止流量情報記憶手段２１に記憶された停止流量情報の流量値を基準とした所定の範囲を個別に設定する機能を備えることで、例えば燃焼部の熱膨張等による流量変化が大きい、小さい、ほとんどないといったように、登録器具にあわせて最適な判別ができるため、より精度の高い器具の判別を行うことができる。

また、器具判別手段２２に、前回に動作した器具が停止してから経過した時間により、停止流量情報記憶手段２１に記憶された停止流量情報の流量値を基準とした所定の範囲を変更する機能を備えることで、例えば停止してからの経過時間が長くなれば、燃焼部の熱膨張等による流量変化が少なくなるので基準値をシフトする、所定の範囲の大きさを小さくするといったように、経過時間にあわせて最適な判別ができるので、より精度の高い器具の判別を行うことができる。

また、器具判別手段２２に、超音波流量計７で計測した流量値が、前回に動作した登録器具の動作の継続ではなく、別の登録された器具の動作であると判別した場合に、引き続いて前回に動作した登録器具の動作の継続が発生するかどうかを判別する機能を備えることで、例えば前回の器具が停止してから別の器具が３回動作した後に、前回の器具の継続動作が始まったというように、登録器具の断続動作中に別の登録器具が何度動作しても、継続動作であるかどうかの判別ができるため、より精度の高い器具の判別を行うことがで
きる。

また、器具判別手段２２に、前回に動作した器具が停止してから一定時間以上経過した場合に、前回に動作した登録器具の動作の継続が発生するかどうかの判別を解除する機能を備えることで、例えば１時間器具が停止することで器具の燃焼部が完全に冷却されるというように、器具が長時間停止することで燃焼部の熱膨張等による流量変化分がなくなり初期値に戻ったと判断される場合は、前回に動作した登録器具の動作の継続が発生するかどうかの判別を解除することで、器具判別手段２２に必要以上の負荷をかけないようにできるため、器具判別手段２２にかかる負荷を最小限に抑えることができる。

また、器具判別手段２２は、登録器具により、前回に動作した登録器具の動作の継続が発生するかどうかの判別を解除する時間を個別に設定する機能を備えることで、例えば燃焼部の熱膨張等による流量変化が大きい器具は時間を長く、小さい器具は時間を短く、ほとんどない器具は時間を０とするといったように、登録器具にあわせて最適な判別を解除する時間の設定ができるため、より効率的に器具判別手段２２にかかる負荷を最小限に抑えることができる。

また、以上のような本発明の流量計測装置を用いた流体の供給源も含む流体供給システムも本発明に含まれるものとする。

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手段でも、同様の効果が得られることは明白である。

以上のように、本発明にかかわる流量計測装置は、流路に流れる流体流量を計測する流量計測手段と、前記流量計測手段の流量値と計測時間の計測流量情報を記憶する計測流量情報記憶手段と、前記流路に接続された器具情報を登録する器具登録手段と、前記器具登録手段が登録した器具流量情報を記憶する器具流量情報記憶手段と、前記流路に接続された器具が停止する直前の流量情報を記憶する停止流量情報記憶手段を備え、前記計測流量情報記憶手段に記憶された計測流量情報と、前記器具流量情報記憶手段に記憶された器具流量情報、及び前記停止流量情報記憶手段に記憶された停止流量情報とを比較して、前記流路に接続された器具を判別する器具判別手段とを有する構成で、同一とみなされる流量範囲内にある立ち上がり波形や、流量値の波形が発生した場合においても、器具毎に異なる燃焼部の熱膨張等による流量変化の差異によって器具が停止する直前の流量値が異なることを利用することで、器具の判別が可能となり、より精度の高い器具の判別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 同流量計測装置で計測される流量パターン図 同流量計測装置で計測される流量パターン図 同流量計測装置で計測される流量パターン図 同流量計測装置で計測される流量パターン図 同流量計測装置で計測される流量パターン図 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

６ 流路
７ 超音波流量計
８ 計測流量情報記憶手段
９ 器具登録手段
１０ 器具流量情報記憶手段
１３、１４、１５ ガス器具
１６ ガスメータ
１７ 流路遮断弁
１９ ガス管路
２１ 停止流量情報記憶手段
２２ 器具判別手段

Claims (8)

1. 流路に流れる流体流量を計測する流量計測手段と、
   前記流量計測手段の流量値と計測時間の計測流量情報を記憶する計測流量情報記憶手段と、
   前記流路に接続された器具情報を登録する器具登録手段と、
   前記器具登録手段が登録した器具流量情報を記憶する器具流量情報記憶手段と、
   前記流路に接続された器具が停止する直前の流量情報を記憶する停止流量情報記憶手段と、
   前記計測流量情報記憶手段に記憶された計測流量情報と、前記器具流量情報記憶手段に記憶された器具流量情報、及び前記停止流量情報記憶手段に記憶された停止流量情報とを比較して、前記流路に接続された器具を判別する器具判別手段とを備え、
   前記器具判別手段は、
   前記計測流量情報記憶手段に記憶された流量値が前記器具流量情報記憶手段に登録された器具情報の流量値の所定のマージン幅以内であり、かつ前記停止流量情報記憶手段に記憶された停止流量情報の流量値を基準とした所定の範囲内である場合は、前回に動作した登録器具の動作の継続と判別し、
   前記計測流量情報記憶手段に記憶された流量値が前記器具流量情報記憶手段に登録された器具情報の流量値の所定のマージン幅以内であるが、前記停止流量情報記憶手段に記憶された停止流量情報の流量値を基準とした所定の範囲外である場合には、前回に動作した登録器具とは別の登録された器具の動作と判別する流量計測装置。
2. 前記器具判別手段は、登録器具により、前記停止流量情報記憶手段に記憶された停止流量情報の流量値を基準とした所定の範囲を個別に設定する請求項１に記載の流量計測装置。
3. 前記器具判別手段は、前回に動作した器具が停止してから経過した時間により、前記停止流量情報記憶手段に記憶された停止流量情報の流量値を基準とした所定の範囲を変更する請求項１に記載の流量計測装置。
4. 前記器具判別手段は、前記流量計測手段で計測した流量値が、前回に動作した登録器具の動作の継続ではなく、別の登録された器具の動作であると判別した場合に、引き続いて前
   回に動作した登録器具の動作の継続が発生するかどうかを判別する請求項１〜３のいずれか１項に記載の流量計測装置。
5. 前記器具判別手段は、前回に動作した器具が停止してから一定時間以上経過した場合に、前回に動作した登録器具の動作の継続が発生するかどうかの判別を解除する請求項１〜４のいずれか１項に記載の流量計測装置。
6. 前記器具判別手段は、登録器具により、前回に動作した登録器具の動作の継続が発生するかどうかの判別を解除する時間を個別に設定する請求項５に記載の流量計測装置。
7. 前記流量計測手段は、超音波計測方式からなる請求項１〜６のいずれか１項に記載の流量計測装置。
8. 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流体供給システム。

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