JP5632298B2 - ガスメータ - Google Patents

Description

本発明は、ガスメータに係り、特に、超音波式流速センサによりガスの流速の計測が行われるガスメータに関する。

ガスの流量を計測するために、超音波式流速センサを使用した超音波式ガスメータがある。このような超音波式ガスメータの超音波式流速センサでは、例えば、ガス流路内に一定距離だけ離れて配置された超音波周波数で作動する圧電式振動子等からなる２つの音響トランスジューサによって構成されている。

この超音波式ガスメータでは、一方の音響トランスジューサの発生する超音波信号を、他方の音響トランスジューサに受信させる動作を行って、超音波信号が音響トランスジューサ間で伝播される伝播時間を計測する。つづいて、計測した伝播時間に基づいてガス流速を間欠的に求め、この流速にガス流路の断面積と間欠時間とを乗じて通過流量を求めている。さらに、この通過流量を積算して求めた積算流量を表示する。

また、ガスの流速を適正に計測するために整流手段である多層ユニットを備えた超音波式ガスメータがある。この種の超音波式ガスメータは、ガス供給源に接続されるガス流入口と燃焼器等に接続されるガス流出口の間に形成された中間流路部内に、ガスの流れを整流する多層ユニットを備える。そして、この多層ユニットの側部に配置された超音波式流速センサにより、多層ユニット内を流れるガスの流速を計測している。

ところで、特に都市ガスの場合、非常に稀ではあるが、地震、台風、地盤沈下等により、ガス配管に亀裂が入り、そこから雨水が浸入し、水が超音波式ガスメータの流路内まで浸入してしまうことがある。流路内でも特に多層流路に水が溜まると、超音波の伝播が不安定となり、流量の誤計測が発生することになる。

その対策として、いくつかの技術が提案されている。例えば、超音波式流速センサの、他方のトランスジューサで受信された超音波信号の増幅度が小さくなり、且つ、伝播時間が小さくなる場合に、ガス流路内がほぼ満水状態となったと判断する超音波式ガスメータがある。

また、より早い段階で、少量の水の浸入を検知して、警告を出すことを可能とした技術もある（例えば、特許文献１参照）。図９は、そのような技術を採用した超音波式ガスメータ１００の概略構成を示す図である。この超音波式ガスメータ１００では、多層ユニット１０１に形成された導水構造１０２により、少量の水を的確にセンサ接合部分Ｓまで導くことで、少量の水の浸入を、できるだけ早い段階で検知して遮断する。

特開２０１０−２４３４２１号公報

ところで、特許文献１に開示の技術は、多層ユニット１０１に形成された導水構造１０２により、少量の水を的確にセンサ接合部分まで導くことができ、早期の水浸入の検知及びその対応処理であるガス遮断を可能とした。しかし、次のような課題が残っていた。
（１）所定量（例えば５０ｃｃ）未満の水が浸入しても、器差が所定値（例えば４％［使用公差］）以内で正常に計測を行いたい。
（２）所定量（例えば５０ｃｃ）以上の水が浸入したら、即遮断したい。
例えば１０ｃｃ程度の少量の水入りにより、ガスメータが遮断してしまうと、ガス事業者の管轄内で遮断が多発してしまうことが予想される。ガス事業者としては、安全範囲であり且つ許容される誤差内となるような少量の水入りにもかかわらず、遮断への対応が集中し兼ねないという課題がある。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、ガスメータに水入りが発生したときに適切なタイミングでガス遮断を可能とする技術を提供することを目的とする。

本発明のある態様は、ガス流路内に設けられ、筒状ケース内に整流板を多層に配置した多層ユニットと、当該多層ユニット内を流れるガスの流速を超音波で検出する超音波式流速センサと、前記超音波式流速センサの出力に基づいて、ガス流路内に水が浸入したか否かを判断する判断手段とを備えたガスメータであって、前記多層ユニットの上部に設けられて、前記超音波式流速センサが接合されるセンサ接合部分まで水を導く導水構造と、前記超音波式流速センサ及び前記導水構造より上流側に、浸入した水を一時的に蓄える貯水部と、を備える。
また、前記貯水部と前記ガス流路のガス流入口との間に、水を導く導水孔と、ガス抜き孔とを備えてもよい。
また、前記貯水部から溢れた水を前記導水構造に集中させて導く水集中手段を備えてもよい。
また、前記ガス流路の壁面において、前記水集中手段において水が集中する位置と、前記導水構造との間に、前記水が集中する位置から前記導水構造まで水を導く導水手段を備えてもよい。
また、前記導水構造は、前記多層ユニットとは別体で設けられてもよい。
本発明の別の態様は、ガス流路内に設けられ、筒状ケース内に整流板を多層に配置した多層ユニットと、当該多層ユニット内を流れるガスの流速を超音波で検出する超音波式流速センサと、前記超音波式流速センサの出力に基づいて、ガス流路内に水が浸入したか否かを判断する判断手段とを備えたガスメータであって、前記多層ユニットの上部に設けられて、前記超音波式流速センサが接合されるセンサ接合部分まで水を導く導水構造と、浸入した水を前記導水構造に集中させて導く水集中手段と、を備える。
また、前記ガス流路の壁面において、前記水集中手段において水が集中する位置と、前記導水構造との間に、前記水が集中する位置から前記導水構造まで水を導く導水手段を備えてもよい。
また、前記導水構造は、前記多層ユニットとは別体で設けられてもよい。

本発明によれば、ガスメータに水入りが発生したときに適切なタイミングでガス遮断を可能とする技術を提供することができる。

発明の実施形態に係る、超音波式ガスメータの要部の断面図である。 発明の実施形態に係る、多層ユニットの斜視図である。 発明の実施形態に係る、超音波式センサの機能ブロック図である。 発明の実施形態に係る、超音波式ガスメータの内部構造の正面図である。 発明の実施形態に係る、超音波式ガスメータの内部構造の正面図である。 発明の実施形態に係る、超音波式ガスメータの内部構造の斜視図である。 発明の実施形態に係る、超音波式ガスメータの内部構造の斜視図である。 発明の実施形態に係る、超音波式ガスメータのメータボディの底面図である。 従来技術に係る、超音波式ガスメータの要部の断面図である。

以下、発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という）を、図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、特許文献１に開示の技術を改良し、以下の処理を可能とするものである。
（１）所定量（例えば５０ｃｃ）未満の水が浸入しても、器差が所定値（例えば４％［使用公差］）以内で正常に計測を行う。
（２）所定量（例えば５０ｃｃ）以上の水が浸入したら、即遮断する。
その結果、例えば１０ｃｃ程度の少量の水入りにより、ガスメータの遮断が多発することを防止することができる。以下、具体的に説明する。

図１は、本実施形態に係る超音波式ガスメータ１０の要部を模式的に示す断面図である。図２は、多層ユニット１を示す斜視図である。図３は超音波式ガスメータ１０の要部の機能ブロック図である。なお、図１において前述の図９と同様な部材には同符号を付記してある。図１（本実施形態）と図９（従来技術）の構成において異なる部分は、主に、貯水部４０、導水孔５５、ガス抜き孔５７、水滴集中突起６０および導水溝６６が追加されている点にある。また、図４〜図８に、追加構成に着目したより詳細な超音波式ガスメータ１０の要部構造の外形を示す。図４及び図５は、超音波式ガスメータ１０の内部構造を示す正面図であって、特に、図４は、貯水部４０を貯水部用蓋４２で密閉した状態を示し、図５は、貯水部用蓋４２を取り外した状態を示し、さらに両図では水が貯水部４０に一定量貯まっている状態を示している。また、図６は、超音波式ガスメータ１０の正面上方向からの斜視図であり、図７は、横方向からの斜視図であり、貯水部用蓋４２を取り除いた状態を示している。さらに、図８は超音波式ガスメータ１０のメータボディ５０の底面図である。なお、正面図及び底面図では、奥行きが分かるように表現している。

まず、図９（従来技術）と同様の基本的な構成（以下、「基本構造」という）について説明し、つづいて、本実施形態で特徴的な構造（以下、「改良構造」という）である、貯水部４０、導水孔５５、ガス抜き孔５７、水滴集中突起６０および導水溝６６について説明する。

図１および図２に示すように、超音波式ガスメータ１０は、従来技術で示した図９と同様の多層ユニット１を備えている。また、メータボディ５０には、ガス供給源の配管が連通するガス流入口５ａと、燃焼器等が接続されるガス流出口５ｂと、ガス流入口５ａと連通する入口流路部５１と、ガス流出口５ｂと連通する出口流路部５２と、この入口流路部５１と出口流路部５２との間を連通し、メータボディ５０と底蓋５ｅの間に形成された中間流路部５ｃとを備えている。そして、中間流路部５ｃ内に多層ユニット１が設けられ、この多層ユニット１の側部に配置された図示しない超音波式流速センサ９０（図３や、図８（ｂ）及び（ｃ）参照）により、多層ユニット１内を流れるガスの流速を計測する。

入口流路部５１、出口流路部５２及び中間流路部５ｃは、互いの間が気密を保った状態で、互いに固定されている。入口流路部５１、中間流路部５ｃ及び出口流路部５２は、順に内側に被測定流体としてのガスが流れる。このため、入口流路部５１、中間流路部５ｃ及び出口流路部５２の内側の空間は、ガスの流路を構成している。そして、中間流路部５ｃ内に配設された多層ユニット１の上側の面である上面部１ａには、後述の導水構造２が形成されている。さらに、この多層ユニット１の一部は超音波式流速センサ９０に接合されるセンサ接合部分Ｓとなっている。なお、中間流路部５ｃの上流側に弁閉によってガス流路を遮断するガス遮断弁２０（例えば、図４参照）が設けられている。

より具体的には、ガス流入口５ａと底５ｄの間の経路に円筒形状の円柱状部３１が形成されている。ここでは、円柱状部３１は、図示前後方向に水平に伸びるように形成されている。そして、円柱状部分３１の図示手前側の端面側には、ガス遮断弁２０を配置するための弁座３２が形成されている。さらに、奥側には、多層ユニット１が配置されている中間流路部５ｃ側への空間へ連通する連通孔３３が設けられている。ガス遮断弁２０で弁開状態の場合には、ガスは、ガス流入口５ａから連通孔３３を通り、中間流路部５ｃ（多層ユニット１）へ供給される。

図３に示すように、超音波式ガスメータ１０は、ガス流路内に距離Ｌだけ離され、かつ、ガス流方向Ｙに対して所定角度をなすように、互いに対向して配置された２つの音響トランスジューサＴＤ１，ＴＤ２を有している。この音響トランスジューサＴＤ１，ＴＤ２は超音波式流速センサ９０を構成している。

２つの音響トランスジューサＴＤ１，ＴＤ２は、超音波周波数で作動する例えば圧電式振動子であり、各トランスジューサＴＤ１，ＴＤ２はトランスジューサインタフェース（Ｉ／Ｆ）回路１１ａ，１１ｂをそれぞれ介して送信回路１２及び受信回路１３に接続されている。送信回路１２は、マイクロコンピュータ等で構成された制御部１４の制御の下で、トランスジューサＴＤ１，ＴＤ２の一方を駆動して超音波信号を発生させる信号をパルスバーストの形で送信する。

受信回路１３は、ガス流路を通過した超音波信号を受信した他方のトランスジューサＴＤ１，ＴＤ２からの信号を入力して超音波信号を所定の強さまで増幅する増幅器１３ａを内蔵している。この増幅器１３ａの増幅度は制御部１４によって調整することができる。

制御部１４は、プログラムに従って各種の処理を行う。そして、２つのトランスジューサＴＤ１，ＴＤ２を用いて、サンプリング時間毎にガス流速を計測し、計測したガス流速にガス流路の断面積を乗じて瞬時流量を計測する計測機能を備えている。また、本実施形態において制御部１４は、受信された超音波信号の増幅度に基づいてガス流路内に水が浸入したか否かを判断する判断機能（判断手段）を備えており、特に、ＣＰＵ１４ａは、ガス流路内における水の所定量未満の浸入であるか、所定量以上の浸入であるかを区別して判断できるようになっている。

ここで、受信された超音波信号の増幅度は浸入した水の量により変化する。例えば、ガス流路内に２０〜７０ｃｃなどの少量の水が浸入した場合、水とガスとの境界面において超音波が散乱、屈折及び減衰等し、伝搬が不安定となる。このため、受信された超音波信号は小さくなり易く、増幅度は増加する傾向にある。一方、ガス流路内に８０ｃｃなどの多量の水が浸入し、ほぼ満水状態となった場合、音響トランスジューサＴＤ１，ＴＤ２間は同じ媒質によって満たされることとなる。このため、水とガスの境界面がなく、散乱、屈折及び減衰等が発生し難くなり、増幅度は減少傾向にある。このような理由から、増幅度は少量の水の浸入に対しては増加傾向にあり、多量の水の浸入に対しては減少傾向にある。

したがって、制御部１４により、増幅度を監視することにより所定量未満の水が浸入したか、あるいは所定量以上の水が浸入したと判断することができる。本実施形態では、後述するように貯水部４０に徐々にたまった水が満水となり溢れた水や大量に進入して直接導水構造２に達した水を検知することから、少量の水であっても、即座にガス遮断弁２０の遮断動作がなされる。

次に、図２を参照して、多層ユニット１について説明する。図示のように、多層ユニット１は直方体筒状の筒状ケース１Ａ内に整流板３を収容して形成されており、前記入口流路部５１側に開口する入口側開口部１−１と、前記出口流路部５２側に開口する出口側開口部１−２とを有している。また、筒状ケース１Ａの側面の入口側開口部１−１側に近い箇所に開口部１ｂが形成されており、この開口部１ｂの周囲がセンサ接合部分Ｓ（Ｓ′）となっている。そして、このセンサ接合部分Ｓを介して、内部のガスに対して前記音響トランスジューサＴＤ２から超音波が発せられる。なお、整流板３は、平板状に形成されており、互いに間隔をあけて平行に多層に配置され、筒状ケース１Ａの中央部内に収容されている。整流板３は、筒状ケース１Ａの長手方向と平行に配置されており、この多層ユニット１内を流れるガスの流速を一様にする。これにより、ガスの流量を正確に測定することができる。

さらに、この多層ユニット１は、筒状ケース１Ａの上面１ａに、導水構造を構成する導水構造体２（水受けトレー、水受け皿）を備えている。この導水構造体２は筒状ケース１Ａと別部材であり、上面部１ａに形成された位置出し形状に嵌め込まれて、多層ユニット１を中間流路部５ｃに組み付ける際に、所定位置に固定される。原則として、接着剤やねじ止め等の固定手段を用いる必要はないが、必要に応じてそれら固定手段が用いられてもよい。図左上に写真で示すように、導水構造体２は、入口側開口部１−１の上辺部分の位置から筒状ケース１Ａの上面１ａの両側に沿って開口部１ｂに延びる土手部２９を有し、この土手部２９によりその内側に凹凸状（窪み状）の水路２９ａが形成されている。そして、これら土手部２９と水路２９ａは、筒状ケース１Ａの上面１ａにセンサ接合部分Ｓまで延び、水をセンサ接合部分Ｓまで導く導水構造２を構成している。なお、図示は省略するが、センサ接合部分Ｓの周囲にはパッキン（図示せず）を備えている。そして、入口側開口部１−１の上部に落下した水滴はこの土手部２９に囲われたまま開口部１ｂ、すなわちセンサ接合部分Ｓまで流れ、センサ接合部分Ｓへ流れ出した水は、パッキンの内側に溜まる。これにより、前記各実施例と同様に少量の水でも早い段階で検出することができる。

また、このような導水構造体２が筒状ケース１Ａと別部材で構成されているので、次のような効果がある。すなわち、多層ユニット１はインサート成型を行って製造しているが、仮に、多層ユニット１と導水構造体２とが一体化した複雑な構造であると、インサート成型が困難となる。より具体的には、多層ユニット１の筒状ケース１Ａに土手部、窪み部、傾斜部を設けるためには、多層ユニット１の成型用金型に、金型の抜き方向とは直交した方向にスライダーを設ける必要があり、多層ユニット１の成型が複雑になり、成型工数が掛かり、品質も安定しないという課題がある。しかし、別体の導水構造体２を作製すれば、多層ユニット１自体の成型は工数も増加せず、品質も安定する。また、同一の多層ユニット１を用い、水入り遮断機能を備えた超音波ガスメータ１０と水入り遮断機能を備えない超音波ガスメータ（図示せず）とを構成することができ、部品共通化を図ることができ、コスト低減の観点で効果的である。

つづいて、以上の基本構造に追加された改良構造に着目して説明する。
本実施形態に特徴的な構造として、超音波式ガスメータ１０は、メータボディ５０の略中央位置に貯水部４０を備える。貯水部４０は、図示のように、断面が略台形形状をしている。貯水部４０は、主に図４に示すように、台形形状のゴムパッキン４１と台形形状の貯水部用蓋４２とによって密閉されている。具体的には、貯水部４０の開口端（図示手前側）の周囲には、開口部分を囲むようにパッキン用台座４３が形成されている。このパッキン用台座４３に、ゴムパッキン４１が配置され、その後、貯水部用蓋４２が取り付けられることで、貯水部４０が密閉される。

貯水部４０の容積が、例えば５０ｃｃに設計してあると、所定量（例えば５０ｃｃ）の水が浸入するまでは、器差が所定値（例えば４％［使用公差］）以内で正常に計測を行うことができ、かつ、所定量（例えば５０ｃｃ）を超えた時点で即遮断させることができる。

ガス遮断弁２０が取り付けられる円柱状部３１の下部から貯水部４０へは、導水孔５５が貫通させて形成されている。ガス流入口５ａから浸入した水は、円柱状部３１の下部に落ちると、導水孔５５を通って、貯水部４０に流れ落ちる。

貯水部４０は、ゴムパッキン４１と貯水部用蓋４２によって密閉されているため、水を貯水部４０にスムーズに流し込むために、ガス抜き孔５７が形成されている。ここでは、導水孔５５の上部に導水孔５５と平行に、ガス抜き孔５７が円柱状部３１から貯水部４０へ貫通している。導水孔５５を通って貯水部４０に水が流れ込むのと同時に、貯水部４０に溜まっているガスがガス抜き孔５７を通って円柱状部３１に排出される。

水が所定量以上流れ込むと、貯水部４０が満水状態になり、更に水が浸入すると、遮断弁２０が取り付けられる円柱状部３１の弁座３２を乗り越えて、連通孔３３から下に垂れ始める。その垂れた水滴を一点に集中して垂らすために、図１や図８（ａ）に示すように、ガス遮断弁２０（円柱状部３１）の下側の空間（ガス流路）には、ちょうど円柱状部３１の下側部分に逆四角すい状の水滴集中突起６０が形成されている。具体的には、水滴集中突起６０では、四角錐の角錐面である斜面６２が、連通孔３３を構成する面から実質的に連続して下方向に延びるように形成されている。つまり、連通孔３３の構成面を垂れてきた水滴が、円滑に水滴集中突起６０の斜面６２に伝わることができるように構成されている。そして、四角すい形状の頭頂部には、集中部６４が形成されている。この水滴集中突起６０があることによって、連通孔３３から垂れた水滴はあちこちに分散して落ちることはなく、後述する導水溝６６に集められて落ちることになる。

集中部６４が形成される位置の壁面６５には、所定深さの導水溝６６が下方向に延びて形成されている。水滴集中突起６０を伝わって垂れた水滴は、導水溝６６を伝わって垂れ、導水構造体２の上に落ちる。この導水溝６６があるため、所望の位置、より具体的には、ちょうど土手部２９の内側の水路２９ａに水滴を落とすことができる。

このように、基本構造に、改良構造である貯水部４０、導水孔５５、ガス抜き孔５７、水滴集中突起６０および導水溝６６を追加することで、超音波式ガスメータ１０内部に水が所定量以上流れ込み、貯水部４０が満水状態になった時点で、即、センサ接合部分Ｓへ水が導かれ、遮断動作が行われることになる。

また、超音波式ガスメータ１０内部に一気に大量の水が流れ込んだ場合は、水が導水孔５５を通って貯水部４０に溜まることなく、一気に弁座３２を乗り越え、連通孔３３を通って導水構造体２まで落ち、即、センサ接合部分Ｓへ水が導かれ、遮断動作が行われる。そのような事態においては、器差は補償されないため、即遮断することが望ましく、本超音波式ガスメータ１０では、適正に遮断動作を行うことができる。

さらにまた、以上のような構造の超音波式ガスメータ１０において、実験の結果から、貯水部４０に溜まった水は、流れているガスの中に、１日１ｃｃ程度ずつ蒸発して行くことが確認できた。よって、貯水部４０に溜まった水が、検定満了まで超音波式ガスメータ１０内に滞留することはなく使用上問題は生じない。

以上、本発明を実施形態を基に説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素及びその組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。実施形態の超音波式ガスメータ１０は超音波式センサ９０の出力を利用して水の浸入を検出するものであるが、この超音波式流速センサ９０の出力を利用するものであれば、水の浸入を検出する方法は実施形態のものに限らず、その他の方法でもよい。また、導水構造２については、成型の困難性が問題にならないような形状であれば一体で構成されてもよく、例えば、特許文献１に示されていたような各種の構造を採用することができる。また、貯水部４０を設けず水滴集中突起６０と導水溝６６とを設けた構成であっても、導水構造２に適正に水を導くという観点で一定の効果が得られる。また、逆に、水滴集中突起６０や導水溝６６を設けず貯水部４０のみを設けた構成であっても、一定量の水堆積を許容する観点で一定の効果が得られる。

１ 多層ユニット
１−１ 入口側開口部
１−２ 出口側開口部
１Ａ 筒状ケース
１ａ 上面部
１ｂ 開口部
２ 導水構造
５ａ ガス流入口
５ｂ ガス流出口
５ｃ 中間流路部
５ｅ 底蓋
１０ 超音波式ガスメータ
１４ 制御部
２０ ガス遮断弁
２９ 土手部
２９ａ 水路
３１ 円柱状部
３２ 弁座
３３ 連通孔
４０ 貯水部
５０ メータボディ
５５ 導水孔
５７ ガス抜き孔
６０ 水滴集中突起（水集中手段）
６２ 斜面
６４ 集中部
６５ 壁面
６６ 導水溝（導水手段）
９０ 超音波式センサ

Claims (8)

1. ガス流路内に設けられ、筒状ケース内に整流板を多層に配置した多層ユニットと、当該多層ユニット内を流れるガスの流速を超音波で検出する超音波式流速センサと、前記超音波式流速センサの出力に基づいて、ガス流路内に水が浸入したか否かを判断する判断手段とを備えたガスメータであって、
   前記多層ユニットの上部に設けられて、前記超音波式流速センサが接合されるセンサ接合部分まで水を導く導水構造と、
   前記超音波式流速センサ及び前記導水構造より上流側に、浸入した水を一時的に蓄える貯水部と、
   を備えることを特徴とするガスメータ。
2. 前記貯水部と前記ガス流路のガス流入口との間に、水を導く導水孔と、ガス抜き孔とを備えることを特徴とする請求項１に記載のガスメータ。
3. 前記貯水部から溢れた水を前記導水構造に集中させて導く水集中手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のガスメータ。
4. 前記ガス流路の壁面において、前記水集中手段において水が集中する位置と、前記導水構造との間に、前記水が集中する位置から前記導水構造まで水を導く導水手段を備えることを特徴とする請求項３に記載のガスメータ。
5. 前記導水構造は、前記多層ユニットとは別体で設けられていることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載のガスメータ。
6. ガス流路内に設けられ、筒状ケース内に整流板を多層に配置した多層ユニットと、当該多層ユニット内を流れるガスの流速を超音波で検出する超音波式流速センサと、前記超音波式流速センサの出力に基づいて、ガス流路内に水が浸入したか否かを判断する判断手段とを備えたガスメータであって、
   前記多層ユニットの上部に設けられて、前記超音波式流速センサが接合されるセンサ接合部分まで水を導く導水構造と、
   浸入した水を前記導水構造に集中させて導く水集中手段と、
   を備えることを特徴とするガスメータ。
7. 前記ガス流路の壁面において、前記水集中手段において水が集中する位置と、前記導水構造との間に、前記水が集中する位置から前記導水構造まで水を導く導水手段を備えることを特徴とする請求項６に記載のガスメータ。
8. 前記導水構造は、前記多層ユニットとは別体で設けられていることを特徴とする請求項６または７に記載のガスメータ。

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