JP5399106B2 - ガス漏れ及びガス器具判別装置、及びガス漏れ及びガス器具判別方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガス漏れ及びガス器具判別装置、及びガス漏れ及びガス器具判別方法に関するものである。

従来から、ガスの漏洩を検知してガスを遮断する方法として、マイコンメータによる使用時間遮断機能が知られている。マイコンメータでは、内蔵されたマイコンによって、設置先のガス消費パターンを学習し、種々のガス器具の流量区分ごとに最適な使用時間遮断値（制限時間）を上限値と下限値の間できめ細やかに設定することが可能となっている。

しかし、マイコンメータの使用時間遮断機能においては、ガスを使用し始めてから数十分〜数百分の時間が経過しないとガスの使用状態が危険な状態であるか否かを判断できない。したがって、使用者の安全を考えると、より短時間でガス漏れ状態かガス器具の使用状態かを判断可能な他の方法が望ましい。

そこで、他の方法として、使用中のガス器具にガバナと呼ばれる圧力調整器が設けられているかどうかを判別してガス漏れ検出の精度を上げるガス器具判別装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ガス器具判別装置は、制御弁を絞り、流量検出手段により検出される流量が安定した後、制御弁を全開し、その前後の流量の差がしきい値を越えるかどうかを判定することによって、精度良くガバナ有無の検出を可能にしているものである。

このように、ガス器具判別ができるようになると、以下のようにガス漏れの検出精度を高めることができる。すなわち、ガス漏れが疑われる場合、まず、ガス流量の状況等で器具の使用が検出されない場合にガス漏れと予想し、次に、ガバナ有無判定によるガス器具判別を行い、マイコンメータの下流側にガバナがないと判別されればガス漏れと判断することで、ガス漏れの検出精度を高めることができる。

特開２００５−２６５５１３号公報

しかしながら、上述のガス器具判別装置は、流量を絞った状態と全開状態における流量変化の差に基づいてガバナ有無を判別しており、流量変化を起こさせるためのある程度の時間を要するものであり、短時間でガス漏れかどうかを判断することができない。

そこで本発明は、上述した課題に鑑み、短時間でガスが漏れているか、圧力調整手段を備えるガス器具の使用中であるか、或いは圧力調整手段を備えないガス器具の使用中であるかの少なくともいずれか１つを判別するガス漏れ及びガス器具判別装置、及びガス漏れ及びガス器具判別方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、ガス流路のガス漏れまたは該ガス流路の下流側に接続されたガス器具を判別するガス漏れ／ガス器具判別装置であって、前記ガス流路の圧力を検出して圧力検出信号を出力する圧力検出手段と、前記圧力検出手段からの圧力検出信号のガス使用開始時またはガス使用量変化時の圧力振動波形に基づいてガス漏れ状態か前記ガス器具使用状態かを判別する判別手段と、を備え、前記判別手段は、前記圧力検出手段からの圧力検出信号のガス使用開始時またはガス使用量変化時の圧力振動波形パターンを分析する波形パターン分析手段と、前記波形パターン分析手段で分析されたパターン分析結果に基づきガス漏れ状態か前記ガス器具使用状態かを判断する演算手段と、を含み、前記波形パターン分析手段は、前記圧力振動波形パターンの圧力振動周波数を分析する周波数分析手段と、前記圧力振動波形パターンの圧力振動振幅を分析する振幅分析手段と、を含み、前記演算手段は、前記周波数分析手段で分析された圧力振動周波数と前記振幅分析手段で分析された圧力振動振幅とに基づきガス漏れ状態か前記ガス器具使用状態かを判断することを特徴とする。

以上、請求項１記載の発明によれば、圧力検出手段からの圧力検出信号のガス使用開始時またはガス使用量変化時の圧力振動波形に基づいて、ガス漏れ状態かガス器具使用状態かを短時間で判別することができる。

本発明によれば、圧力検出手段からの圧力検出信号のガス使用開始時またはガス使用量変化時の圧力振動波形に基づいて、ガス漏れ状態かガス器具使用状態かを短時間で判別することができる。

図１は、本発明の実施の形態に関わる係るガス漏れ及びガス器具判別装置を含むガス供給システムの全体構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態に係るガス漏れ及びガス器具判別装置の全体構成を示すブロック図である。 図３（ａ）〜図３（ｄ）は、ガバナ１３を備えるガス器具１０ａの挙動メカニズムを説明するための模式図である。 図４（ａ）は、ガス使用開始時またはガス使用量変化時における器具内遮断弁１２の上流側のガス圧力の振動波形、すなわち、図２の圧力検出部１により繰返し検出された圧力の振動波形の一例を示すグラフであり、図４（ｂ）は、ガバナ内弁１４よりも下流側のガス圧力の振動波形の一例を示すグラフである。 図５（ａ）〜図５（ｃ）は、ガスが漏れている場合の挙動メカニズムを説明するための模式図である。 図６（ａ）は、ガスが漏れている場合におけるガス栓１７の上流側のガス圧力の振動波形、すなわち、図２の圧力検出部１により繰返し検出された圧力の振動波形の一例を示すグラフであり、図６（ｂ）はガス栓１７よりも下流側のガス圧力の振動波形の一例を示すグラフである。 ガバナ付きガス器具１０ａの使用を開始したときの圧力検出部１が検出する圧力の変化の様子の一例を示すグラフである。 ガバナ無しガス器具１０ｂ、１０ｃの使用を開始したときの圧力検出部１が検出する圧力変化の様子の一例を示すグラフである。 ガス漏れ時に圧力検出部１が検出する圧力変化の様子の一例を示すグラフである。 ガス漏れ及びガス器具判別動作の一例を示すフローチャートである。 ガバナの構造の一例を説明する断面図である。 ガバナ無しガス器具１０ｂ、１０ｃでの燃料ガスの供給の様子を示す概略図である。

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。図面の記載において同一部分には同一符号を付している。

図１を参照して、本発明の実施の形態に関わる係るガス漏れ及びガス器具判別装置を含むガス供給システムの全体構成を説明する。ガス供給システムには、ガス供給元からガス器具へ例えばＬＰガス等のガスを供給するガス流路３０、１１と、ガス流路３０、１１の上流側の端部に接続されたガス供給元の調整器２０と、ガス流路３０、１１の下流側の端部に接続されたガス器具１０ａ、１０ｂ、１０ｃと、ガス流路３０、１１の途中に設けられたガスメータ４０とが含まれる。

ガスは、ガス供給元の調整器２０からガス流路の一部であるガス供給管３０内を流れ、ガスメータ４０を通過して、ガス流路の他の一部であるガス配管１１を流れて、複数のガス器具１０ａ、１０ｂ、１０ｃへ供給される。

ガス器具１０ａは、ガス配管１１の下流側端部に接続された器具内遮断弁１２と、ガス器具１０ａがガスを使用している時のガスの圧力を調整するガバナ１３（圧力調整手段）と、ガバナ１３により圧力が調整されたガスが供給されるノズル１５と、ノズル１５から放出されるガスを燃焼するバーナー１６とを備えている。ガバナ１３は、その内部にガバナ内弁１４を有し、ガバナ内弁１４の開き度合いに応じてガス圧が調整される。なお、ガス器具１０ｂ、１０ｃは、ガバナ１３等の圧力調整手段を備えていない点を除き、ガス器具１０ａと同様な構成を備える。

ガス器具１０ａには、ガスグリル、ガス給湯器、ガス食器洗い乾燥機、ガスオーブン、ガスファンヒータ、ガス瞬間湯沸かし器、ガス床暖房、ガスヒートポンプ（ＧＨＰ）等が含まれる。上記したほぼ全てのガス器具に圧力調整手段としてのガバナ１３が内蔵されており、ガス器具ごとにガス圧力の調整を行っている。一方、ガスコンロ（ガステーブル）は、ガバナ１３が内蔵されていないガス器具１０ｂ、１０ｃの一例である。

ここで、図１１を参照して、ガバナ１３の作動原理を説明する。ガバナ１３は、ガス入側のガス圧力が高くなると、ダイヤフラム６１が上へ押し上げられ、同時にダイヤフラム６１に接続されたガバナ内弁１４も上に引き上げられ、通過口６３の間隔が狭まりガスの流量が減少する。逆にガス出側のガス圧力が下がるとダイヤフラム６１が下がりガバナ内弁１４の開度が大きくなり、通過口６３の間隔が広がりガスの流量が増加する。このようにして、ガバナ１３の上流側の圧力が変動しても、下流側の流量が一定に保たれるように下流側の圧力が調整される。

図１に示すガス供給システムにおいて、本発明の実施の形態に係わるガス漏れ及びガス器具判別装置は、ガス供給元の調整器２０からガス器具１０ａ、１０ｂ、１０ｃへガスを供給するガス流路３０、１１の途中に設けられている。すなわち、ガス漏れ及びガス器具判別装置よりも下流側のガス流路にガス器具が設置され、ガス漏れ及びガス器具判別装置よりも上流側のガス流路にガス供給元が設置されている。本発明の実施の形態では、ガスメータ４０内にガス漏れ及びガス器具判別装置が設けられている場合を例に取り説明するが、ガス漏れ及びガス器具判別装置がガスメータ４０とは異なる他の装置であっても構わない。

次に、図２を参照して、本発明の実施の形態に係わるガス漏れ及びガス器具判別方法を実施するガス漏れ及びガス器具判別装置の全体構成を説明する。

ガス漏れ及びガス器具判別装置は、ガス流路３０、１１内を流れるガスの圧力を所定時間間隔で繰返し検出する圧力検出部１（圧力検出手段）と、圧力検出部１により繰返し検出されたガスの圧力に基づいて、ガスが漏れているか、ガバナ１３を備えるガス器具１０ａの使用中であるか、或いはガバナ１３を備えないガス器具１０ｂ、１０ｃの使用中であるかを判別する制御部６（判別手段）とを少なくとも備える。

本実施形態のガス漏れ及びガス器具判別装置は、更に、ガス流路内を流れるガスの流量を検出する流量検出部７と、使用者に対して所定の警報を発する警報部８と、ガス流路３０、１１内のガスの流れを遮断する遮断弁とを備える。

圧力検出部１は、例えば圧力センサからなり、ガス流路３０、１１内を流れるガスの圧力を電気信号（以後、「圧力検出信号」と呼ぶ）に変換して出力する。圧力検出部１の内部には、圧力センサからの生の圧力検出信号を増幅する増幅器や、圧力検出信号に重畳するノイズを除去するバンドパスフィルタなどの圧力検出信号を扱いやすくする回路構成を含んでいることが多い。また、アナログ形式の圧力検出信号をデジタル形式の圧力検出信号に変換するＡ／Ｄ変換回路を含んでいても良い。

制御部６は、圧力検出信号を記憶する記憶部６ｃと、圧力検出部１により繰返し検出された圧力の振動波形を分析する波形パターン分析部６ｄ（波形パターン分析手段）と、波形パターン分析部６ｄによる分析結果に基づいて、ガスが漏れているか、ガバナ１３を備えるガス器具１０ａの使用中であるか、或いはガバナ１３を備えないガス器具１０ｂ、１０ｃの使用中であるかを判別する演算部６ａ（演算手段）と、遮断弁９の開閉状態を制御する弁駆動制御部６ｆとを備える。

制御部６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを有するマイコンで構成することができ、ＣＰＵは、演算部６ａ、波形パターン分析部６ｄ及び弁駆動制御部６ｆとして機能する。ＲＡＭは記憶部６ｃとして機能する。

演算部６ａは、圧力検出信号を高速にサンプリングし、記憶部６ｃに記憶する。

波形パターン分析部６ｄは、記憶部６ｃに記憶されている圧力検出信号を読み出し、圧力検出信号に基づいて圧力検出部１により繰返し検出された圧力の振動波形を形成し、分析する。

具体的に、波形パターン分析部６ｄは、圧力検出部１により繰返し検出された圧力の振動波形の周波数を分析する周波数分析部６ｄ１（周波数分析手段）と、圧力検出部１により繰返し検出された圧力の振動波形の振幅を分析する振幅分析部６ｄ２（振幅分析手段）とを備える。

演算部６ａは、周波数分析部６ｄ１により分析された振動波形の周波数、振幅分析部６ｄ２により分析された振動波形の振幅の少なくともいずれか一方に基づいて、ガスが漏れているか、ガバナ１３を備えるガス器具１０ａの使用中であるか、或いはガバナ１３を備えないガス器具１０ｂ、１０ｃの使用中であるかを判別する。

流量検出部７は、ガス流路３０、１１を流れるガスの流量を検出するものであり、瞬時流量を検出することができる超音波センサやフローセンサ等の流量センサからなる。もちろん、増幅器等の流量検出信号を扱いやすく変換する回路を含んでいても良い。警報部８は、ＬＥＤ等の警報表示部及びスピーカ等の音声警報部の少なくともいずれかを有する。遮断弁９は、ガス器具１０ａ、１０ｂ、１０ｃよりも上流側のガス流路３０、１１を遮断できる弁である。

次に、ガバナ１３を備えるガス器具１０ａがガスの使用を開始する時のガス器具１０ａ及びガス圧力の挙動メカニズムについて、図３（ａ）〜図３（ｄ）、図４（ａ）、図４（ｂ）を参照して説明する。図４（ａ）、図４（ｂ）のグラフにおいて、縦軸は圧力を示し、横軸は時間を示す。

図３（ａ）は、ガス器具１０ａがガスの使用を開始する前、例えばガス器具１０ａを点火する前の状態を示している。つまり、図４の時刻ｔ０におけるガス器具１０ａの状態である。器具内遮断弁１２の上流側であるガス配管１１の圧力波形を示している図４（ａ）で、図３（ａ）の状態の時刻ｔ０時において、圧力検出部１が検出する圧力は元圧に上昇している。

一方、ガバナ内弁１４の下流側の圧力波形を示す図４（ｂ）を見ると、器具内遮断弁１２より下流側にガバナ１３が存在するため、図３（ａ）の状態である時刻ｔ０においてガバナ内弁１４の下流側の圧力は大気圧となり、すなわち、ゲージ圧でガス圧はゼロになっている。そして、ガス圧がゼロであるので、ガバナ１３は、ガス圧を上げようという方向に動作するので、ガバナ内弁１４は全開状態となっている。なお、図３（ａ）〜図３（ｄ）の斜線部は、ガスが充填されていることを示す。

図３（ｂ）は、ガス器具１０ａがガスの使用を開始した直後、例えばガス器具１０ａを点火した直後の状態を示している。器具内遮断弁１２が開となり、かつ、ガバナ内弁１４は全開状態になったままなので、元圧のガスが一気にガバナ１３内に流れ込む。よって、ガス器具１０ａの点火直後の図４（ａ）の時刻ｔ１において、圧力検出部１が検出する圧力は元圧から大気圧付近まで一気に減少する。

一方、ガバナ１３内の圧力は、ガス器具１０ａの点火直後の図４（ｂ）の時刻ｔ１において、大気圧から元圧以上に一気に上昇する。ガバナ１３内に流れ込んだガスは、さらに、ノズル１５よりバーナー１６内に流れ込み、エアーと混合されて点火される。

図３（ｃ）は、ガス器具１０ａがガスの使用を開始した後、例えばガス器具１０ａを点火した後のガバナ内弁１４の挙動の様子を示している。ガバナ１３内の圧力が大気圧から元圧まで一気に上昇したため、ガバナ内弁１４は、ガバナ１３内のガス圧力を一定値に調圧するために、閉じる方向へ移動する。つまり、図１１のガバナ内弁１４を上げる方向に移動する。ガバナ内弁１４の開度が下がりすぎるとガバナ１３内の圧力が下がりすぎ、また開く方向へ移動する。これを繰り返すことにより、図１１のガバナ内弁１４を上下に振動させながら徐々に図３（ｄ）に示すように安定開度へ収束していく。そして、ガバナ１３内の圧力は、ガス器具１０ａを点火した後の図４（ｂ）の時刻ｔ２において増加及び減少を繰返しながら時刻ｔ３において正規の二次圧力へ収束していく。このように、ガス器具１０ａがガスの使用を開始してから０．２〜２秒程度の時間をかけて、ガバナ１３内のガス圧力は収束する。

一方、ガス器具１０ａを点火した後の図４（ａ）の時刻ｔ２において、圧力検出部１が繰返し検出する圧力も増加及び減少を繰返しながら、図４（ａ）の時刻ｔ３において元圧よりも低い所定の値に収束する。このように、ガス器具１０ａがガスの使用を開始してから０．２〜２秒程度の時間をかけて、圧力検出部１が繰返し検出する圧力は収束する。

ガバナ１３を備えるガス器具１０ａがガスの使用を開始した時には、上述のような挙動がみられるが、ガス器具１０ａによるガスの使用量が変化した時点でも同様な挙動がみられる。圧力検出部１が検出する圧力の振動波形は、ガス器具１０ａがガスの使用を開始した時、及びガス器具１０ａがガスの使用量を変化させた時、ともにほぼ１０Ｈｚ以上の周波数を有する。

また、圧力検出部１が検出する圧力の振動波形の振幅は、ガス器具１０ａがガスの使用を開始した後、又はガス器具１０ａがガスの使用量を変化させた後の最初の頃には、ガス器具１０ａがガスの使用を開始する直前の圧力（元圧）、及びガス器具１０ａがガスの使用量を変化させる直前の圧力以上に上昇する。

なお、ガバナ１３を備えていないガス器具１０ｂ、１０ｃについても、ガス器具１０ｂ、１０ｃがガスの使用を開始した時、及びガス器具１０ｂ、１０ｃがガスの使用量を変化させた時に、ガス圧力の振動波形が現れる。この振動波形の周波数は５〜３０Ｈｚであるが、その振幅は、ガス器具がガスの使用を開始する直前の圧力（元圧）、及びガス器具がガスの使用量を変化させる直前の圧力とほぼ同等程度まで上昇する。

次に、ガスが漏れている場合のガス圧力の挙動メカニズムについて、図５（ａ）〜図５（ｃ）、図６（ａ）、図６（ｂ）を参照して説明する。図６（ａ）、図６（ｂ）のグラフにおいて、縦軸は圧力を示し、横軸は時間を示す。なお、ここで説明するガス漏れのモデルは、例えば、ガスメータ４０の下流側で、ガス器具につないでいないガスホース、もしくは、穴やひび割れのあるガス配管に接続されているガス栓１７を不作為に誤開放してしまった場合を想定している。

図６（ａ）はガス栓１７の上流側のガス圧力の振動波形を示し、図６（ｂ）はガス栓１７の下流側のガス圧力の振動波形を示す。

図５（ａ）に示すようにガス栓１７を開放する前の上流側のガス圧力は、図６（ａ）の時刻ｔ０に示すように、元圧に上昇している。一方、ガス栓１７より下流側のガス流路１８の圧力は、絞りノズルの一種と考えることができる漏れ出口１９の存在により図６（ｂ）の時刻ｔ０に示すように大気圧となっている。なお、図５（ａ）〜図５（ｃ）の斜線部は、ガスが充填されていることを示す。

図５（ｂ）に示すようにガス栓１７の誤開放が発生した場合、図６（ａ）の時刻ｔ１に示すように、ガス栓１７より上流側のガス圧力は、元圧から大気圧付近まで一気に減少する。逆に、ガス流路１８内の圧力は、図６（ｂ）の時刻ｔ１に示すように大気圧から元圧付近まで一気に上昇する。

その後、図６（ａ）の時刻ｔ２時点において、ガス栓１７より上流側のガス圧力は、ガス供給元の圧力調整器による圧力振動の影響を受けて増加及び減少を繰返しながら徐々に減衰し、元圧より低い所定の圧力値へ収束していく。同様に、ガス栓１７より下流側のガス圧力も、図６（ｂ）の時刻ｔ２時点において増加及び減少を繰返しながら徐々に減衰し、所定の圧力値へ収束していく。

ガス漏れ時には、上述のような挙動がみられるが、この挙動によって発生する上流側のガス圧力の振動波形は、その周波数がほぼ１０Ｈｚ以下（実測で７〜９Ｈｚ程度）であり、図６（ａ）における時刻ｔ１より後の圧力が元圧以上に上昇することはない。

以上、図５のようなガス栓誤開放相当のガス漏れ時の圧力振動波形について説明したが、それ以外のガス漏れの場合、例えば、ガスが充満しているガス配管に誤って穴を開けてしまったり、ガスが充満しているガスホースを誤って抜いてしまったりした場合には、図６で説明したような圧力振動は発生しにくくなるため、図６（ａ）の時刻ｔ１時点に相当する圧力上昇はこの図よりも小さめに出ることになり、また、図５のモデルよりは振動周波数も低くなる傾向がある。

以上のように、ガス流量の変化時、すなわち、ガバナ付きガス器具のガス使用開始時やガス使用量変化時には、０．２〜２秒程度の間にガス漏れ時と異なるガバナ特有の振動波形が得られる。よって、この圧力の振動波形に基づいてガス器具の使用中なのかまたはガス漏れなのかを短時間で判別することができる。

次に、図７を参照して、ガバナ付きガス器具１０ａの使用を開始したときの圧力検出部１が検出する圧力の変化の様子を説明する。なお、図７、図８、図９において、曲線Ａは、圧力の減衰振動を求める計算式に基づく振動波形を示し、曲線Ｂは、それぞれガバナ付きガス器具１０ａの使用、ガバナ無しガス器具１０ｂ、１０ｃの使用、もしくはガス漏れの開始時の圧力減衰振動の実測波形を示し、曲線Ｃは、曲線Ａの減衰曲線を示す。また、縦軸は、圧力変化量（ｋＰａ）を示し、横軸はガバナ付きガス器具１０ａの使用、ガバナ無しガス器具１０ｂ、１０ｃの使用、もしくはガス漏れが開始してからの経過時間（秒）を示している。

ガバナ付きガス器具１０ａの使用を開始した場合、圧力検出部１が検出する圧力は、図７に示す所定の振幅を示した後に、安定状態となる。具体的には、ガバナ付きガス器具１０ａの使用開始直後に、一度「−０．１」ｋＰａ弱への圧力低下を示した後（第１の谷）、約「０．０５」ｋＰａへの圧力上昇を示す（第１の山）。その後、圧力は約「−０．０５」ｋＰａ強への圧力低下を示した後に、約「０．０５」ｋＰａ弱への圧力上昇を示す（第２の山）。以後、徐々に振幅が小さくなりつつも圧力は振動を繰り返し、最終的には圧力変化がない安定状態となる。

このような圧力の振動が発生する理由は、ガバナ１３内に調整スプリング６６が設けられているからである。すなわち、ガバナ付きガス器具１０ａの使用が開始されると、調整スプリング６６が振動すると共に、ガバナ内弁１４についても振動し、通過口６３の開口割合についても小刻みに大きくなったり小さくなったりと変化するからである。

特に、ガバナ付きガス器具１０ａの使用開始時においては、圧力振動の周波数や振幅に特徴が見られる。具体的には調整スプリング６６が小刻みに振動することから、圧力について細かな振動を示すこととなる。この結果、圧力の振動波形は比較的高い周波数成分を多く含むこととなる。また、ガバナ付きガス器具１０ａの使用開始時に調整スプリング６６の振動によって通過口６３が大きくなったり小さくなったりすることから、圧力波形は、大きな振幅を示す。

図８を参照して、ガバナ無しガス器具１０ｂ、１０ｃの使用を開始したときの圧力検出部１が検出する圧力変化の様子を説明する。ガバナ無しガス器具１０ｂ、１０ｃの使用を開始した場合、圧力検出部１が検出する圧力は、図８に示す所定の振幅を示した後に、安定状態となる。具体的には、ガバナ無しガス器具１０ｂ、１０ｃの使用開始直後に、一度「−０．１」ｋＰａ程度への圧力低下を示した後（第１の谷）、約「０．０１」ｋＰａへの圧力上昇を示す（第１の山）。その後、圧力は約「−０．０５」ｋＰａ強への圧力低下を示す。以後、圧力は０ｋＰａ以上に上昇することが無いまま、振動を繰り返す。そして、振幅が徐々に振幅が小さくなり、最終的には圧力変化がない安定状態となる。このような圧力の振動が発生する理由は、以下による。

図１２に示すように、ガバナ無しガス器具１０ｂ、１０ｃが使用された場合、燃料ガスはガス流路１１からノズルホルダ１００を通じてバーナー１６等に至る。ここで、ノズルホルダ１００にある流速を持った気体が流入したときはその慣性力で急には流速が小さくならずに一端ガスが圧縮され圧力が上昇する。その後上昇した圧力により流入流速が小さく（場合によっては逆流）なって圧力が下がる。これを繰り返すことで圧縮膨張の振動が発生する。

以上のように、ガバナ付きガス器具１０ａの使用時と、ガバナ無しガス器具１０ｂ、１０ｃの使用時とでは、圧力は振動することとなる。しかしながら、図７に示す圧力波形を図８に示す圧力波形と比較すると、以下のような差異がある。

まず、ガバナ付きガス器具１０ａの場合、調整スプリング６６のように細かく振動する物質を有しているのに対し、ガバナ無しガス器具１０ｂ、１０ｃの場合、そのような物質を有していない。このため、図８に示す圧力波形は、図７に示す圧力波形と同様に振動を示しているものの、全体として振動周波数が図７に示す圧力波形よりも低くなる。

さらに、ガバナ付きガス器具１０ａの場合、調整スプリング６６の振動によって振幅が大きくなっているが、ガバナ無しガス器具１０ｂ、１０ｃの場合、調整スプリング６６が無く、ノズルホルダ１００の圧縮性による振動が発生しているのみである。このため、図８に示す圧力波形は、図７に示す圧力波形よりも振幅が小さくなる。

演算部６ａは、このような特徴に基づいて、ガバナ１３を備えるガス器具１０ａの使用中であるか、或いはガバナ１３を備えないガス器具１０ｂ、１０ｃの使用中であるかを判別することができる。

図９を参照して、ガス漏れ時の圧力検出部１が検出する圧力変化の様子を説明する。ガス漏れが発生した場合、圧力検出部１が検出する圧力は明確な振動を示すことなく緩やかに低下していくこととなる。このように、ガス漏れの場合、調整スプリング６６の振動、及び、ノズルホルダ１００の圧縮性による振動の双方が発生しないため、圧力波形には明確な振動が見られない。

以上のように、ガバナ付きガス器具１０ａの使用開始時と、ガバナ無しガス器具１０ｂ、１０ｃの使用開始時と、ガス漏れ発生時とでは、圧力波形の周波数や振幅に特徴的な差異がある。制御部６は、上記の特徴から、ガスが漏れているか、ガバナ１３を備えるガス器具１０ａの使用中であるか、或いはガバナ１３を備えないガス器具１０ｂ、１０ｃの使用中であるかを判別することができる。なお、ガバナ付きガス器具１０ａの使用であるかなどを判断するにあたり、演算部６ａは、周波数や振幅の値を用いても良いし、周波数や振幅を示す演算結果を用いるようにしてもよい。

以上説明したように、本発明の実施の形態では、ガスを使用し始めた初期の圧力の振動波形、または、ガスの使用量を変化させた時の圧力の振動波形、あるいは、ガス漏れの発生直後の圧力の振動波形を圧力検出部１が検出し、制御部６が、その波形の特徴の違いからガス漏れかガス器具使用か、及び使用中のガス器具がガバナ１３を備えているか否かを判断する。

次に、具体的な判別方法について説明する。上述したように、ガバナ付きガス器具１０ａの使用開始時やガス使用量変化時において、ガバナ１３の機械的な調整スプリング６６が圧力をある値に調圧しようとする時に発生する振動の影響により、ガバナ内弁１４が振動することで、圧力検出部１により検出されたガス圧力には特徴的な振動波形が現れる。そこで、図２において、圧力検出部１から出力される圧力検出信号を演算部６ａが高速にサンプリングして記憶部６ｃに記憶する。サンプリング速度は最大で２００Ｈｚくらいの振動波形が計測できる速度が好ましい。

その後、記憶部６ｃに記憶した複数のガス圧力データに基づいて、波形パターン分析部６ｄがガス圧力の振動波形を分析する。例えば、周波数分析部６ｄ１で周波数分析を行うことにより、ある特定の周波数を算出することができる。調整スプリング６６が振動する時のような機械系の振動では発生しやすい周波数が存在し、これを固有周波数という。この固有周波数や固有周波数の整数倍の周波数（高調波）付近の周波数が、上述の算出される周波数になる。さらに、調整スプリング６６の振動以外にも、閉鎖されている配管内をガスが往復する振動（笛のような状態）なども固有周波数を持つ。

振動波形の周波数の具体的な算出例を、ガバナ付きガス器具１０ａの使用開始時の圧力減衰振動の実測波形を示した図７の曲線Ｂで説明する。このような圧力Ｐの振動波形は、圧力変化直前の圧力値よりも高い値と低い値の間で振動している。この振動波形における複数ある極大点（以下、山という）に着目する。

圧力減衰振動の計算式は下記の式（１）で表される。ここで、Ｐ：圧力、Ｃ：振幅、α：初期位相、κ：摩擦力（減衰係数）、ω（復元力）、ｔ：時間とする。
Ｐ＝Ｃ＊ｅｘｐ（−κｔ）＊ｓｉｎ（ωｔ＋α）・・・（１）

図７の曲線Ｂの圧力減衰振動波形において、ガス圧力は、流量変化に基づく圧力変化直前の圧力値から、まず、圧力減少方向に変化して最初の極小点（以下、谷という）（第１の谷）を形成し、続いて圧力増加方向に変化して圧力変化直前の圧力値より高い最初の山（第１の山）を形成する。その後、次第に振動振幅が減少しながら谷と山を交互に形成していく。そこで、例えば、圧力振動波形の第１の山〜第５の山に着目する。第１の山から第５の山までの経過時間から式（２）により周期Ｔ（秒）を求める。
周期Ｔ＝（第１の山〜第５の山間の経過時間）／４・・・（２）

次に、式（２）で求めた周期Ｔから式（３）により周波数Ｆを求める。
周波数Ｆ＝１／周期Ｔ＝４／（（第１の山〜第５の山間の経過時間））・・・（３）

ここで、例えば、第１の山〜第５の山間の経過時間＝０．３１秒であった場合、周波数Ｆ＝１／（０．３１／４）＝１２．９［Ｈｚ］となる。したがって、このように１０Ｈｚ以上の周波数を有する圧力振動波形は、ガバナ付きガス器具の使用により発生したものと判断することができる。

上記の算出例は、山に着目しているが、これに限定するものではなく、例えば谷に着目して周波数を算出しても良い。また、第１の山と第２の山が重なってしまう場合は、正確な周波数が算出できない可能性があるため、第２の山まで見送って、第３の山から所定の数だけ後の山までの山に基づいて周波数を算出しても良い。または、計測開始から一定時間はデータを捨てるという方法でも良い。

また、圧力データを高速にサンプリングし、記憶部６ｃに記憶させる際、すべての周波数成分を取り込んで分析させると、マイコンの処理時間が長く掛かり、電池の無駄な消費につながる。よって、通過周波数帯を分析すべきガバナ付きガス器具１０ａ、ガバナ無しガス器具１０ｂ、１０ｃ及びガス漏れの特定の周波数帯に合わせたバンドパスフィルタを用意し、圧力検出部１の出力から制御部６の入力までの間に接続した状態にすれば、マイコンの処理時間を短縮することができる。バンドパスフィルタの通過周波数帯は、例えば５〜１５０［Ｈｚ］に設定すると良い。

同様に、振幅分析部６ｅは、圧力変化直前の圧力値からの圧力差を計算し、各山と谷の少なくともいずれか一方の振幅（山や谷における圧力差）を分析する。

その後、波形パターン分析部６ｄのパターン分析結果に基づいて（例えば、圧力振動周波数、圧力振動振幅のいずれかまたは両方に基づいて）、ガス漏れか、ガバナ付きガス器具の使用か、ガバナ無しガス器具の使用かの少なくともいずれか１つの判別を行う。

例えば、演算部６ａは、周波数分析部６ｄ１により分析された圧力振動波形の周波数が予め設定された周波数判別値以上（１０Ｈｚ以上）の周波数であれば、ガバナ付きガス器具の使用中であると判別してもよい。

また、演算部６ａは、振幅分析部６ｄ２により求められた図７の第１の山におけるガスの圧力が、ガス器具がガスの使用を開始する前、又はガス器具がガスの使用量を変化させる前、あるいはガス漏れが始まる前におけるガスの元圧よりも所定の差圧（０．０１５ｋＰａ）以上超えている場合に、ガバナ付ガス器具の使用中であると判別してもよい。

演算部６ａは、振幅分析部６ｄ２により求められた図８の第１の山におけるガスの圧力が、ガス器具がガスの使用を開始する前、又はガス器具がガスの使用量を変化させる前、あるいはガス漏れが始まる前におけるガスの元圧とほぼ同等（元圧との差圧が−０．０１５ｋＰａ〜＋０．０１５ｋＰａの範囲）である場合に、ガバナ１３を備えないガス器具１０ｂ、１０ｃの使用中であると判別し、第１の山が元圧よりも低い（元圧との差圧が−０．０１５ｋＰａ以下である）場合、ガスが漏れていると判別してもよい。

元圧との差圧のしきい値を０．０１５ｋＰａとした例を挙げたが、圧力センサの精度やノイズとの関係で適宜変更可能である。例えば、状況に応じて、０．１ｋＰａ程度としても問題は無い。

他の判別方法の例としては、振幅分析部６ｄ２が圧力検出部１により繰返し検出された圧力の振動波形の減衰係数κを求め、演算部６ａが、振幅分析部６ｄ２により求められた減衰係数κが予め設定された減衰係数判別値以下である場合（例えば、κ≦６０）に、ガバナ付ガス器具１０ａの使用中であると判別してもよい。減衰係数が小さく、数十秒以上圧力振動が続くという事は、ガバナ等の圧力調整手段が共鳴などにより連続的な振動を起こしている以外にはなく、ガバナ付ガス器具１０ａの使用中であると判別してよいからである。また、減衰係数が極端に大きい場合（例えば、κ＞３００）は、ガバナ等の圧力調整手段によりすばやく圧力が調整できたことを意味しており、このときもガバナ付ガス器具１０ａの使用中であると判別してよい。

さらに例えば、演算部６ａは、振幅分析部６ｄ２により求められた第１の山におけるガスの圧力が、例えば、図９の曲線Ｂに示すように、ガス器具がガスの使用を開始する前、又はガス器具がガスの使用量を変化させる前におけるガスの元圧より低く（例えば、（元圧−０．０１５ｋＰａ）未満）、かつ、流量検出部７により検出された流量が一定または安定して増加している場合に、ガスが漏れていると判別してもよい。

また、周波数が１０Ｈｚ未満であり、かつ、第１の山の圧力値がガス器具点火前の圧力値より低く（例えば、（元圧−０．０１５ｋＰａ）未満）、かつ、流量値が一定値または安定して増加する場合は、大量のガス漏れが発生したと判別しても構わない。

ガス器具がガスの使用を開始した後、又はガス器具がガスの使用量を変化させた後では、ガス器具自身、もしくは、ガス器具使用者は、ガス流量を制御してガス流量を変化させる。例えばガステーブルでは、調理をするために火力を変化させるため、ガス流量が変化する。また、給湯器でも、初期は水温を急激に加熱しなければならないためガス流量が大きいが、安定してくると急激な加熱は必要なくなり、ガス流量を抑えて加熱を小さくする。一方、ガス漏れが始まった後では、ガスの流れを急速に変化させる制御部や部材は存在しない。ひび割れが進行することで流量が増加する事はあるが、急激な流量変化とはならない。したがって、流量値が一定または安定して増加している場合には、ガス漏れであると判別することで判別精度を向上させることができる。

その他、ガス器具のガス使用開始時、ガス器具のガス使用量変化時、あるいはガス漏れの発生時のいずれかから数秒以内に現れるガス圧力の振動波形の特徴を抽出できる手段であれば、どんな手段であっても、ガスが漏れているか、圧力調整手段を備えるガス器具の使用中であるか、或いは圧力調整手段を備えないガス器具の使用中であるかの少なくともいずれか１つを判別するために、用いることができる。

次に、ガス漏れ及びガス器具判別動作を図１０のフローチャートを参照して説明する。まず、通常流量計測中（ステップＳ１）、計測した圧力値が判別のために予め設定された計測開始圧力値（例えば２．８ｋＰａ）より小さくなったか否かを判定する（ステップＳ２）。圧力値が計測開始圧力値より小さくなっていなければ（Ｓ２でＮＯ）、次いでステップＳ１に戻り、小さくなっていれば（Ｓ２でＹＥＳ）、ガス器具１０ａ〜１０ｃがガス使用を開始したかまたはガス器具１０ａ〜１０ｃによるガス使用量が変化したか、あるいはガス漏れが発生したかのいずれかが発生したことになるので、ステップＳ３へ進み、圧力検出部１によるガスの圧力値の高速計測を開始する。

ガス器具１０ａ〜１０ｃがガス使用を開始したかまたはガス器具１０ａ〜１０ｃによるガス使用量が変化したか、あるいはガス漏れが発生したかのいずれかが発生したことを検知する手段は、上記手段に限定するものではなく、種々の手段に変更可能である。例えば、流量検出部７により高速に流量を検出しておいて流量がゼロの状態から増加した時や、安定した流量から流量が変化した時などを検出することで、上記のいずれかの発生を検知しても良い。

また、本実施形態では圧力値の変化を直接計測することで、ガス使用状況等を判別したが、もちろん、圧力の振動波形を計測できる手段であればどんな方法でも良い。例えば、流量の変化を計測して圧力の変化を推定する方法などが考えられる。

次に、計測した圧力値及び流量値のデータを記憶部６ｃに記憶し（ステップＳ４）、次に、ある一定時間が経過したかまたはある一定データ数計測したか否かを判定する（ステップＳ５）。ある一定時間が経過していないかまたはある一定データ数計測していなければ（Ｓ５でＮＯ）、次いでステップＳ３に戻り、ある一定時間が経過したかまたはある一定データ数計測していれば（Ｓ５でＹＥＳ）、次いで、圧力値の高速計測を終了する（ステップＳ６）。なお、圧力高速計測開始及び圧力高速計測終了は、ガス使用開始時またはガス使用量変化時の周波数分析及び振幅分析に必要なデータ数が集まるように設定される。

次に、集められたデータに基づいて圧力振動波形のパターン分析、例えば、圧力振動波形の周波数分析を行い（ステップＳ７）、次に、圧力振動波形の振幅分析を行う（ステップＳ８）。次に、分析により求められた周波数、振幅のいずれかまたは両方に基づいてガス漏れ及びガス器具判別を行う（ステップＳ９）。

例えば、周波数分析部６ｄ１で分析された圧力振動波形の周波数が予め設定された周波数判別値（例えば、１０Ｈｚ）以上である場合に、ガバナ１３を備えたガス器具の使用状態であると判別し、周波数が周波数判別値（例えば、１０Ｈｚ）未満の場合に、ガス漏れと判別する。

次に、判別の結果がガス漏れか否かを判定し（ステップＳ１０）、ガス漏れでなければ、次いでステップＳ１に戻り、ガス漏れであれば、警報部８でガス漏れ警告を行うと共に、遮断弁９を駆動してガス遮断を行う（ステップＳ１１）。以上の手順を経て、ガス漏れ及びガス器具判別動作は終了する。

以上説明したように本発明の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。

ガス流路３０、１１の下流側に接続されたガス器具１０ａ〜１０ｃがガスの使用を開始した時、又はガス器具１０ａ〜１０ｃがガスの使用量を変化させた時、あるいはガス漏れが発生した時から一定時間内において発生する圧力の振動波形は、ガスが漏れているか、ガバナ１３を備えるガス器具１０ａの使用中であるか、或いはガバナ１３を備えないガス器具１０ｂ、１０ｃの使用中であるかに応じて特徴的に変化する。このため、ガス流路３０、１１の下流側に接続されたガス器具１０ａ〜１０ｃがガスの使用を開始した時、又はガス器具１０ａ〜１０ｃがガスの使用量を変化させた時、あるいはガス漏れが発生した時から一定時間内においてガスの圧力を繰返し検出し、検出された圧力の振動波形の特徴から、ガスが漏れているか、圧力調整手段を備えるガス器具の使用中であるか、或いは圧力調整手段を備えないガス器具の使用中であるかの少なくともいずれか１つを判別することができる。

また、振動波形の特徴は、ガス流路３０、１１の下流側に接続されたガス器具１０ａ〜１０ｃがガスの使用を開始した時、又はガス器具がガスの使用量を変化させた時、あるいはガス漏れが発生した時から数秒間に現れるため、ガス流路３０、１１の下流側に接続されたガス器具１０ａ〜１０ｃがガスの使用を開始した時、又はガス器具１０ａ〜１０ｃがガスの使用量を変化させた時、あるいはガス漏れが発生した時から数秒間における圧力の振動波形に基づいて判別することができる。したがって、ガス流路３０、１１の下流側に接続されたガス器具１０ａ〜１０ｃがガスの使用を開始した時、又はガス器具がガスの使用量を変化させた時、あるいはガス漏れが発生した時からガスが漏れているか、圧力調整手段を備えるガス器具の使用中であるか、或いは圧力調整手段を備えないガス器具の使用中であるかの少なくともいずれか１つを短時間で判別することができる。

本発明の実施の形態によれば、ガバナ特有の振動特性（周波数、振幅）を基に短時間（数秒）でガス漏れかガス器具使用かを判断することができる。そして、図２に示したガス漏れ及びガス器具判別装置をマイコンメータに組み込めば、従来の使用時間遮断のように、長時間にわたって使用者を危険な状態にさらすことがなく、安全で迅速な保安マイコンメータを構築することができる。

以上の通り、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。

例えば、上述の実施の形態では、ガス漏れ及び器具判別装置について説明したが、ガス漏れ判別を除いてガス器具判別のみを行うガス器具判別装置とすることもできる。また、ガバナ付きガス器具の使用だけを判別するガバナ付きガス器具判別装置とすることもできるし、ガバナ無しガス器具の使用だけを判別するガバナ無しガス器具判別装置とすることもできるし、ガス漏れだけを判別するガス漏れ判別装置とすることもできる。

また、例えば、圧力の振動波形の特徴を主に第１の山の特徴で判別していたが、第１の谷の特徴で判別しても良いし、第２以降の山や谷の特徴で判別しても良い。さらに、元圧より０．０１５ｋＰａ低い圧力値を超える時の回数をカウントするなどで周波数を分析するなどの方法も考えられる。

また、上述の実施の形態では、ＬＰガスのガス供給の場合について説明したが、都市ガス供給の場合についても適用可能である。都市ガスの場合は、ガス供給元の圧力調整器は、何千世帯に１つ大きな調整器があるので、その圧力振動は配管の長さで打ち消され、ＬＰガスの場合の７〜９Ｈｚのような振動は出ないものと想定される。このような想定の下に、バンドパスフィルタがある場合、ない場合、またカットオフ周波数の異なる複数のバンドパスフィルタを並列に設け切り換えるようにしたもの、これらを、顧客の使用ガスが都市ガスか／ＬＰガスか、設置ガス器具の種類、配管長等、諸々の条件で選択し、設定することができる。

１ 圧力検出部（圧力検出手段）
２、５ 増幅器
３ スイッチ
３ａ、３ｂ、３ｃ 接点
４ バンドパスフィルタ
６ 制御部（判別手段）
６ａ 演算部（演算手段）
６ｂ Ａ／Ｄ変換部
６ｃ 記憶部（記憶手段）
６ｄ 波形パターン分析部（波形パターン分析手段）
６ｅ 振幅分析部
６ｆ 弁駆動部
７ 流量検出部
８ 警報部
９ 遮断弁
１０ａ〜１０ｃ ガス器具
１１ ガス配管（ガス流路）
１２ 器具内遮断弁
１３ ガバナ
１４ ガバナ内弁
１５ ノズル
１６ バーナー
１７ ガス栓
１８ ガス流路
１９ 出口
２０ 調整器
３０ ガス供給管（ガス流路）
４０ ガスメータ
６１ ダイヤフラム
６３ 通過口
６６ 調整スプリング
６ｄ１ 周波数分析部（周波数分析手段）
６ｄ２ 振幅分析部（振幅分析手段）
１００ ノズルホルダ

Claims (1)

1. ガス流路のガス漏れまたは該ガス流路の下流側に接続されたガス器具を判別するガス漏れ／ガス器具判別装置であって、
   前記ガス流路の圧力を検出して圧力検出信号を出力する圧力検出手段と、
   前記圧力検出手段からの圧力検出信号のガス使用開始時またはガス使用量変化時の圧力振動波形に基づいてガス漏れ状態か前記ガス器具使用状態かを判別する判別手段と、を備え、
   前記判別手段は、前記圧力検出手段からの圧力検出信号のガス使用開始時またはガス使用量変化時の圧力振動波形パターンを分析する波形パターン分析手段と、前記波形パターン分析手段で分析されたパターン分析結果に基づきガス漏れ状態か前記ガス器具使用状態かを判断する演算手段と、を含み、
   前記波形パターン分析手段は、前記圧力振動波形パターンの圧力振動周波数を分析する周波数分析手段と、前記圧力振動波形パターンの圧力振動振幅を分析する振幅分析手段と、を含み、
   前記演算手段は、前記周波数分析手段で分析された圧力振動周波数と前記振幅分析手段で分析された圧力振動振幅とに基づきガス漏れ状態か前記ガス器具使用状態かを判断する
   ことを特徴とするガス漏れ／ガス器具判別装置。
   

Images