JP6325884B2 - ガス遮断装置 - Google Patents

Description

本発明は、内管漏洩の有無を検出するガス遮断装置に関するものである。

従来、区間演算手段により区間平均流量の判定回数分の平均値を用いることにより、脈動下であっても安定して流量なしを判定することができ、ガスエンジン・ヒートポンプ・エアコン等の使用による脈動が発生しているような環境下であっても、実際には漏洩していないにも関わらず内管漏洩警告が発生するという誤判定を防止するガス遮断装置が開示されている（例えば、特許文献１）。

また、流量センサからの流量信号に基づく流量が所定の判定値より大きく、且つ所定の判定値より大きい状態が所定時間以上連続している場合に、内管漏洩があると判定し、遮断弁を駆動してガス流路を遮断する。流量センサは、遮断弁の下流側に位置しているため、遮断弁でガスの流入が遮断されると、流量センサに流れ込む流量はゼロになる。このとき、内管漏洩が発生していれば、遮断された内管に残っていたガスが漏洩し、ガス圧力が低下する。一方、ガス圧力が低下しない場合には、流量センサに流れ込む流量はゼロであるので、流量センサのゼロ流量値の判定が可能となる。この場合、流量センサからの流量信号に基づく流量値がゼロにならない場合には、流量センサに異常があると判断される。このため、流量センサの経年変化等による異常を判断できるので、内管漏洩の誤判定を改善できるガスメータが開示されている（例えば、特許文献２）。

特開２０１０−２１６７２４号公報 特開２００４−２１９２５９号公報

しかしながら、前記従来の特許文献１のガス遮断装置及び特許文献２のガスメータでは、ガス配管にガスの漏洩がなく、ガス配管にガスが流れていない未使用状態であっても、ガス配管容量（特に業務用等の大容量の配管）において、温度変化（上昇・低下）等による影響で、長時間にかけてガスの流れ（正流もしくは逆流）が発生し（以下、呼吸動作と記述）、内管漏洩警告が発生する可能性があるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、内管漏洩の誤判定を抑制できるガス遮断装置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、本発明のガス遮断装置は、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、前記流量計測手段で計測された計測値より流量値を求める演算手段と、前記演算手段により算出された流量値を所定時間蓄積して区間平均流量を算出するとともにその間の最大流量と最小流量を求める区間演算手段と、あらかじめ設定した期間において、前記所定時間毎に前記区間演算手段で求めた区間平均流量をその最大流量と最小流量の差の絶対値の昇順にＮ個保持することができ、そのＮ個の区間平均流量の平均流量を算出してガス流量の有無を判定する流量有無判定手段とを備え、前記流量有無判定手段は、前記区間平均流量が判定許容範囲以内で、Ｎ個の区間平均流量の平均流量が平均判定流量以内の場合に流量なしと判定し、それ以外の場合は漏れありと判定することができる。

本発明のガス遮断装置を用いることにより、内管漏洩判定期間中における最大最小差の絶対値のばらつきの少ない平均付近のＮ個の区間平均流量のみで判定できるため、実際には漏洩していないにも関わらず呼吸動作などによって内管漏洩警告が発生することを低減することが可能となる。

本発明の実施の形態１におけるガスメータのブロック図。 同超音波流量計測手段の概略構成図。 同ガス流量の変化を示す特性図。 同区間平均流量の判定閾値を示す図。 同流量有無判定の動作手順を示すフローチャート。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

第１の発明は、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、前記流量計測手段により流量値を求める演算手段と、前記演算手段により算出された流量値を所定時間蓄積して区間平均流量を算出するとともにその間の最大流量と最小流量を求める区間演算手段と、前記区間演算手段の各データをあらかじめ設定した期間における最大最小差の絶対値の昇順にＮ個保持することができ、そのＮ個の平均流量を算出してガス流量の有無を判定する流量有無判定手段とを備え、前記区間平均流量が判定許容範囲以内で、前記流量有無判定手段にて求めたＮ個の平均流量が平均判定流量以内の場合に流量なしと判定し、それ以外の場合は流量ありと判定するものである。

（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態におけるガス遮断装置として、ガスメータを用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態のガスメータ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１は、ガス供給管ａの途中に設けられ、ガス供給管ａの下流側には、各顧客宅内に設置された１台以上のガス器具（図示せず）が接続されている。

図１において、ガスメータ１は、遮断手段２、流量計測手段３、表示器４、感震器５、演算手段６、区間演算手段８、流量有無判定手段９、制御手段１０を有して構成される。なお、遮断装置２の下流側に流量計測手段３が設けられている。

流量計測手段３は、ガス供給管ａの経路中に接続され、後述するように、超音波信号を用いてガス供給管ａ内のガス流により生じる伝搬時間差を求め、ガスの瞬時流量を検出するものである。

演算手段６は、流量計測手段３により検出された瞬時流量を基に、瞬時流量を積算してガス流量（流量値）を算出するものである。この流量計測手段３及び演算手段６が流量計測部の機能を実現する。

区間演算手段８は、演算手段６が算出した流量値を所定時間蓄積して区間平均流量を算出するものである。

流量有無判定手段９は、所定時間毎に区間演算手段８によＮ個の区間平均流量Ｑｔをその最大流量と最小流量との差の絶対値の昇順に保持し、内管漏洩を判断するための流量有無判定処理を行うものである。

制御手段１０は、ガスメータ１内の各部の動作制御の他、流量有無判定手段９による流量有無判定結果ならびに内管漏洩確定による警告やガスの遮断などの保安処理などを行うものである。

ここで、制御手段１０、演算手段６、区間演算手段８，流量有無判定手段９は、マイクロコンピュータ（マイコン）等を構成するプロセッサ及び動作プログラムにより構成され、プロセッサにおいて所定の動作プログラムを実行して対応する処理を行うことにより、各機能を実現している。

なお、本実施の形態１における流量計測手段３は、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、フルイ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る他の方式を用いてもよい。

表示器４は、ＬＥＤ、液晶ディスプレイ等により構成され、ガス流量やガス器具の動作状態、警告などを表示するものである。感震器５は、地震などの振動を検出してその検出信号を制御手段１０に出力するものである。遮断手段２は、ガス供給管ａの経路中に接続され、制御手段１０からの指示に基づいてガス供給管ａを閉塞してガスの供給を遮断するものである。圧力センサ１２は、ガスメータ１内に接続され、ガス供給管ａの経路中の圧力を測定するものである。また、圧力判定手段１３は、定期的に圧力センサ１２により測定された圧力値を判定する手段である。

流量計測手段３及び演算手段６の動作について、以下に詳述する。図２は、流量計測手段３の概略構成図である。

流量計測手段３は、ガス供給管ａに連通する矩形断面を持つ計測流路３０を有し、この計測流路３０の相対向する流路壁の上流側と下流側には、一対の超音波送受信器３１、３２が配置されている。これらの超音波送受信器３１、３２は、超音波伝播経路が計測流路３０を流動するガス流を斜めに横切るように設定され、交互に超音波を送受信させることによって、ガス流に対して順方向と逆方向に超音波を伝搬させている。

このとき、超音波送受信器３１、３２間の距離、すなわち測定距離をＬ、ガス流に対する超音波伝播経路の角度をφ、超音波送受信器３１からその下流にある超音波送受信器３２への超音波伝播時間をｔ１、超音波送受信器３２からその上流にある超音波送受信器３１への超音波伝播時間をｔ２、音速をＣとすると、流速Ｖは以下の式により求められる。

Ｖ＝Ｌ／２ｃｏｓφ（（１／ｔ１）−（１／ｔ２））
この流速Ｖと計測流路３０の断面積とからガス流の瞬時流量を算出する。瞬時流量の計測の時間間隔は、超音波の送受信が可能な範囲で設定できる。

一般的に、使用するガス器具によって起動時間や制御によりガス流量が変化する時間が異なるため、計測時間間隔を小さくすることは、器具判別を瞬時に行うためには有利となる。しかし、計測時間間隔を短くするほど、電池により駆動しているガスメータ等では、電池の消耗が大きくなる。また、計測時間間隔が従来のガスメータで使用している膜式方式と同等の２桁オーダーの秒数間隔になると、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、ガス器具が使われていないときは、２秒間隔の周期的な瞬時流量の計測を行い、その差分値をとってガス器具の起動を判別する。なお、計測時間間隔を更に短くすることも可能である。例えば、ガス器具起動後は、計測精度を上げるために計測時間間隔を短くするなどの制御を行ってもよい。

次に、流量有無判定手段９の動作について、以下に詳述する。図３は、脈動時のガス流量の変化を示す特性図で、図４は、区間平均流量Ｑｔの判定許容範囲を示す図である。

図３は、流量計測手段３により測定されたガスの瞬時流量値を示している。ガス器具の未使用時に瞬時流量がゼロ付近で安定していれば、流量なしの判定は容易であり、また、瞬時流量が微少流量で安定していれば、内管漏洩の検出も容易である。

しかしながら、呼吸動作等の影響による流量が発生している場合には、流量なしを判定できず、所定時間継続すると、内管漏洩が発生していないにも関わらず、内管漏洩と判定してしまう課題があった。

呼吸動作によりガス流が発生している場合には、圧力変動が大きいことから、流量なし判定をおこなう際に、ガス配管内の圧力値が所定範囲以内の場合において、所定時間の間における区間平均流量Ｑｔの最大値（最大流量）Ｑｔｍａｘ、最小値（最小流量）Ｑｔｍｉｎおよび平均値（平均流量）を求め、これらを安定度合いの判定に用いる。

図４は、区間平均流量Ｑｔの安定度合いを判定する閾値について示している。平均判定流量をＱｈ（Ｌ／ｈ）とすると、−ＱｈからＱｈの範囲が判定の閾値（判定許容範囲）となる。区間平均流量Ｑｔが−ＱｈからＱｈの範囲を外れる場合は、流量ありとする。図４中に、判定の閾値である−ＱｈからＱｈの範囲内に収まった区間平均流量Ｑｔの第１判定回数分を示している。第１判定回数分の区間平均流量Ｑｔの平均流量が判定許容範囲を外れていれば、流量ありとする。

図５は、本実施の形態における流量有無判定９の動作手順を示すフローチャートである。流量有無判定手段９は、図５に示すステップＳ１からステップＳ１２の制御フローを実行するプログラムを格納したものである。

ステップＳ１において、区間平均流量Ｑｔおよび区間中の最大値Ｑｔｍａｘ、最小値Ｑｔｍｉｎを更新する。

ステップＳ２において、区間演算手段８からの最大流量Ｑｔｍａｘと最小流量Ｑｔｍｉｎとの差が許容範囲幅未満か否か判定し、許容範囲幅未満であれば、ステップＳ３に移行する。ステップＳ３においては、区間演算手段８からの区間平均流量Ｑｔが判定許容範囲以内か否か判定し、判定許容範囲以内であれば、ステップＳ４に移行する。

ステップＳ３において、区間平均流量Ｑｔが判定許容範囲以外であれば、流量ありと判断して、ステップＳ６に移行して、期間判定タイマをアップする。

ステップＳ３において、区間演算手段８からの区間平均流量Ｑｔが判定許容範囲以内であれば、ステップＳ４において、前記最大流量Ｑｔｍａｘと前記最小流量Ｑｔｍｉｎとの差の絶対値（あらかじめ設定した期間における最大最小差の絶対値）の昇順に区間平均流量値Ｑｔを並べて、区間平均流量値Ｑｔを最大最小差の絶対値とともに保持し、保持数がＮ個を超えるかどうかを判定し、超えていればＳ５へ進む。Ｓ５においては、Ｎ＋１個目に保持している値（保持している最大最小差の絶対値の中で最も大きな値、および、その最大最小差の絶対値に対応する区間平均流量Ｑｔ）を削除する。

ステップＳ６において、期間判定タイマをアップする。ステップＳ７においては、期間判定タイマが所定値に到達したかどうか判定し、到達した場合は、ステップＳ８において、ステップＳ４で保持したＮ個分の区間平均流量Ｑｔの平均流量を算出し、ステップＳ９において、保持しているＮ個の最大最小差の絶対値とＮ個の区間平均流量Ｑｔとをクリアする。

ステップＳ１０において、ステップＳ８にて算出した平均流量の絶対値が平均判定流量以内か否か判定し、平均判定流量以内であれば、漏洩なしとしてステップＳ１１に移行し、ステップＳ１１において、漏洩判定タイマをクリアする。ステップＳ１０において、平均流量の絶対値が平均判定流量以内でなければ、ステップＳ１２に移行し、漏洩ありと判定する。

このように、前記流量有無判定手段は、区間平均流量が判定許容範囲以内で、前記流量有無判定手段で算出したＮ個の区間平均流量Ｑｔの平均流量が平均判定流量以内の場合に流量なしと判定すると共に、算出した平均流量が平均判定流量より大きい場合は漏れありと判定する。

以上のように、本実施の形態においては、区間の最大最小差の絶対値の昇順に並べたＮ個の区間平均流量Ｑｔの平均をとることにより、呼吸動作が発生中であっても、最大最小差の絶対値のばらつきの少ないＮ個の区間平均流量Ｑｔを用いて判定するため、安定して流量の有無を判定することができ、内管漏洩の誤警告を防止や、漏洩を精度よく判定することで、経年劣化等による流量計測異常を早期に発見することができる。

以上のように、本発明にかかるガス遮断装置は、脈動や呼吸動作が発生しているような環境下であっても内管漏洩を判定できることから、水や気体の洩れを検出する方式にも適用できる。

１ ガスメータ
２ 遮断手段
３ 流量計測手段
４ 表示器（表示部）
５ 感震器
６ 演算手段
８ 区間演算手段
９ 流量有無判定手段
１０ 制御手段
１２ 圧力センサ
１３ 圧力判定手段

Claims (1)

1. 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、
   前記流量計測手段で計測された計測値より流量値を求める演算手段と、
   前記演算手段により算出された流量値を所定時間蓄積して区間平均流量を算出するとともにその間の最大流量と最小流量を求める区間演算手段と、
   あらかじめ設定した期間において、前記所定時間毎に前記区間演算手段で求めた区間平均流量をその最大流量と最小流量の差の絶対値の昇順にＮ個保持することができ、そのＮ個の区間平均流量の平均流量を算出してガス流量の有無を判定する流量有無判定手段とを備え、
   前記流量有無判定手段は、前記区間平均流量が判定許容範囲以内で、Ｎ個の区間平均流量の平均流量が平均判定流量以内の場合に流量なしと判定し、それ以外の場合は漏れありと判定することを特徴とするガス遮断装置。