JP6408306B2 - 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を判定することにより、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）。

特開２０１０−２１６７２４号公報

しかしながら、前記従来の特許文献１によるガス遮断装置とガスメータでは、ガス配管にガスの漏洩がなく、ガス未使用の状態であっても、ガス配管容量（特に業務用等の大容量の配管）によっては、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）が発生しており（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、ガス流量の瞬時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瞬時流量から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第１の所定区間蓄積して区間平均流量を算出する区間演算手段と、前記区間平均流量の連続するN個から移動平均流量を算出する移動平均流量演算手段と、前記移動平均流量を第２の所定区間分保持する移動平均流量保持手段と、前記第２の所定区間の移動平均流量の最大値と最小値の差が閾値未満か否かを判定する第３判定手段と、前記第３判定手段で閾値未満と判定された区間平均流量を保持する該当流量保持手段と、前記該当流量保持手段で保持されている区間平均流量が第1の所定範囲内か否かを判定する第１判定手段と、前記区間平均流量の算出に用いた流量値を求めた瞬時流量の最大値と最小値の差が第２の所定範囲内か否かを判定する第２判定手段と、前記第１判定手段で第1の所定範囲内と判定され、かつ、前記第２判定手段で第２の所定範囲内と判定された区間平均流量を蓄積する該当流量蓄積手段と、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、前記該当流量蓄積手段にＭ個の区間平均流量が蓄積された場合に蓄積された区間平均流量から蓄積平均流量を算出し、この蓄積平均流量が平均判定流量未満の場合に流量なしと判定し、平均判定流量以上の場合は流量ありと判定するものである。

本発明のガス遮断装置を用いることにより、実際には漏洩していないにも関わらず呼吸動作が発生している場合、内管漏洩警告が発生する可能性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 （ａ）移動平均流量演算手段の動作説明図、（ｂ）第３判定手段の動作説明図 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、ガス流量の瞬時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瞬時流量から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第1の所定区間蓄積して区間平均流量を算出する区間演算手段と、前記区間平均流量の連続するN個から移動平均流量を算出する移動平均流量演算手段と、前記移動平均流量を第２の所定区間分保持する移動平均流量保持手段と、前記第２の所定区間の移動平均流量の最大値と最小値の差が閾値未満か否かを判定する第３判定手段と、前記第３判定手段で閾値未満と判定された区間平均流量を保持する該当流量保持手段と、前記該当流量保持手段で保持されている区間平均流量が第1の所定範囲内か否かを判定する第１判定手段と、前記区間平均流量の算出に用いた流量値を求めた瞬時流量の最大値と最小値の差が第２の所定範囲内か否かを判定する第２判定手段と、前記第１判定手段で第1の所定範囲内と判定され、かつ、前記第２判定手段で第２の所定範囲内と判定された区間平均流量を蓄積する該当流量蓄積手段と、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、前記該当流量蓄積手段にＭ個の区間平均流量が蓄積された場合に蓄積された区間平均流量から蓄積平均流量を算出し、この蓄積平均流量が平均判定流量未満の場合に流量なしと判定し、平均判定流量以上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、その下流側の配管には、各顧客宅内に設置された１台以上のガス器具が接続されている。

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、表示部４、感震器５、演算手段６、区間演算手段７、移動平均流量演算手段８、移動平均流量保持手段９、第３判定手段１０、該当流量保持手段１１、第１判定手段１２、第２判定手段１３、該当流量蓄積手段１４、流量有無判定手段１５、制御手段１６を有して構成される。

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により一定時間間隔で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により流量計測部の機能を実現する。

区間演算手段７は、演算手段６が算出した流量値を第1の所定時間蓄積して区間平均流量を算出するものである。

移動平均流量演算手段８は、区間演算手段７が算出した区間平均流量の連続する所定個（N個）から移動平均流量を算出するものである。

移動平均流量保持手段９は、移動平均流量演算手段８が算出した移動平均流量を所定期間保持するものである。

第３判定手段１０は、移動平均流量保持手段９で保持されている移動平均流量の最大値と最小値から差の絶対値が閾値未満か否かを判定するものである。

該当流量保持手段１１は、第３判定手段１０で差の絶対値が閾値未満である移動平均流量に含まれる区間平均流量を保持する。

第１判定手段１２は、該当流量保持手段１１で保持されている区間平均流量の絶対値が所定範囲内か否かを判定するものである。

第２判定手段１３は、該当流量保持手段１１で保持されている区間平均流量の算出に用いた流量値の基になった瞬時流量の最大値と最小値の差の絶対値が所定範囲内か否かを判定するものである。

該当流量蓄積手段１４は、第１判定手段１２かつ第２判定手段１３の判定条件を満たしていた場合にその区間平均流量を蓄積するものである。すなわち、該当流量蓄積手段１４に蓄積される流量は、移動平均流量演算手段８、第１判定手段１２と第２判定手段１３と第３判定手段１０、全てを満たすものである。

流量有無判定手段１５は、該当流量蓄積手段１４に所定個（Ｍ個）の流量が蓄積された場合に蓄積流量の平均流量を算出し、算出した蓄積平均流量から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１６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１５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１６、演算手段６、区間演算手段７、移動平均流量演算手段８、移動平均流量保持手段９、第１判定手段１２、第２判定手段１３、第３判定手段１０、該当流量保持手段１１、該当流量蓄積手段１４、流量有無判定手段１５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には、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れば他の方式を用いてもよい。

表示部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検出信号を制御手段１６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１６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。

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することによって、ガス流に対して順方向と逆方向に超音波の伝搬をおこなう。

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、３２の上流から下流への超音波伝播時間をｔ１、下流から上流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や制御によりガス流量の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が、計測時間間隔を短くすると、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、計測時間間隔は、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。

図３は、脈動時のガス流量の変化を示す特性図で、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。ガス器具が未使用時に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り流量が発生した場合には、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。

本実施の形態によると、呼吸動作によりガス流が発生している場合には、長時間安定している流量を監視することで平均化され、流量なしを判定する精度が向上する。そのため、流量なし判定を行う際に、区間平均流量の最大値と最小値の差が所定範囲内である連続する所定個の区間平均流量を保持し、第１判定手段かつ第２判定手段かつ第３判定手段を満たすものを安定度合いの判定に用いる。

次に、第３判定手段について、以下に詳述する。図４（ａ）は、移動平均流量演算手段８の動作説明図、図４（ｂ）は、第３判定手段１０の動作説明図である。図４（ａ）において、黒丸は移動平均流量を表しており、移動平均流量演算手段８は、区間平均流量を元に算出された移動平均流量の所定時間内にある最大値と最小値を算出し、その差（Qd）を求める。また、図４（ｂ）において、黒丸は求められた差（Qd）を表しており、第３判定手段１０は、差（Qd）の絶対値が閾値未満か否かを判断する。閾値未満である場合は、流量が安定していると判断して、所定時間内に含まれる区間平均流量を流量有無判定に使用する。

図５は、本実施の形態における移動平均流量演算手段８、移動平均流量保持手段９、第１判定手段１２、第２判定手段１３、第３判定手段１０、該当流量保持手段１１、該当流量蓄積手段１４、流量有無判定手段１５の動作手順を示すフローチャートである。これらは、図５に示すステップＳ１からステップＳ１９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１（第1の所定区間）を経過したか否かの判定を行い、区間１を経過していれば、ステップＳ２に移行する。ステップＳ２において、区間１の間に演算手段６で求められた流量値からこの区間における区間平均流量Ｑａｖｅ、区間内における瞬時流量の最大値Ｑｍａｘ、最小値Ｑｍｉｎを算出する。また、算出されたＱａｖｅ、Ｑｍａｘ、Ｑｍｉｎを次以降の処理で使用するためにｉ回分保持して、ステップＳ３に移行する。

なお、本実施の形態において、流量計測手段３で計測する一定時間間隔を２秒としており、６０個の流量値で区間平均流量を求める為１２０秒に設定している。

ステップＳ３において、区間２を経過したか否かの判定を行い、区間２を通過していれば、ステップＳ４に移行する。

ステップＳ４において、区間２の移動平均流量ＱＭＡＴを算出された区間平均流量Ｑａｖｅを用いて算出して、ステップＳ５に移行する。移動平均流量であるため、以降は区間１経過毎に次の移動平均流量値を算出する。ステップＳ５において、算出された移動平均流量QMATを次以降の処理で使用するためにｊ回分保持して、ステップＳ６に移行する。

なお、本実施の形態では、区間２は区間平均流量のＮ個分の時間として設定されており、Ｎを１０として、２０分に設定されている。

ステップＳ６において、区間３（第２の所定区間）を経過したか否かの判定を行い、区間３を経過していれば、ステップＳ７に移行する。ステップＳ７において、区間３内の算出された移動平均流量QMATの最大値QMATｍａｘと最小値QMATｍｉｎを算出し、それら最大値QMATｍａｘと最小値QMATｍｉｎの差Qdを算出して、ステップＳ８に移行する。

ステップＳ８において、算出された差Qdの絶対値が閾値Qz未満か否か判定し、閾値Qz未満であればステップＳ９に移行し、閾値以上であれば、ステップＳ１０に移行する。ステップＳ９において、Qd＜Qzを満たした移動平均流量QMATに含まれる区間平均流量QTを次以降の処理で使用するために保持して、ステップＳ１１に移行する。ステップＳ１０において、Qd＜Qzを満たさなかった移動平均流量QMATに含まれる区間平均流量QTを破棄して、ステップＳ１１に移行する。

なお、本実施の形態では、区間３を1時間に設定している。

ステップＳ１１において、第１判定として区間平均流量Ｑａｖｅの絶対値が第１判定流量Ｑ１未満か否か判定し、Ｑ１未満であれば、ステップＳ１２に移行し、第２判定を行う。ステップＳ１２において、第２判定として区間内の瞬時流量の最大値Ｑｍａｘと最小値Ｑｍｉｎの差の絶対値が第２判定流量Ｑ２以下か否か判定し、第２判定流量以下であればステップＳ１３移行する。

ステップＳ１３において、蓄積された流量が所定個Ｍ（例えば、３０個）に到達したか否かを判定し、所定個Ｍに到達していればステップＳ１４に移行する。蓄積された流量が所定個Ｍに到達していない場合は、処理を終了する。

ステップＳ１４において、蓄積された流量の平均流量として蓄積平均流量を算出する。ステップＳ１５において、ステップＳ１４にて算出された蓄積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、流量なしとしてステップＳ１７に移行し、ステップＳ１７において、内管漏洩判定タイマをクリアする。

ステップＳ１６においては、内管漏洩判定タイマをカウントアップし、ステップＳ１８において、内管漏洩判定タイマが所定値Ｔに到達したかどうかを判定し、所定値Ｔに到達すると、ステップＳ１９に移行し、内管漏洩確定とする。

このように、流量有無判定手段１５は、第１判定手段１２かつ第２判定手段１３かつ第３判定手段１０を満たした区間平均流量を蓄積して判定流量として採用し、蓄積された流量の蓄積平均流量が平均判定流量より多い場合は流量ありと判定するものである。

以上のように、本実施の形態においては、長時間安定している流量を監視することにより呼吸動作が発生中であっても、安定して流量なしを判定することができ、内管漏洩の誤警告を防止することができる。

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 表示部
５ 感震器
６ 演算手段
７ 区間演算手段
８ 移動平均流量演算手段
９ 移動平均流量保持手段
１０ 第３判定手段
１１ 該当流量保持手段
１２ 第１判定手段
１３ 第２判定手段
１４ 該当流量蓄積手段
１５ 流量有無判定手段
１６ 制御手段

Claims (1)

1. ガス供給管に接続され、ガス流量の瞬時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瞬時流量から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第１の所定区間蓄積して区間平均流量を算出する区間演算手段と、
   前記区間平均流量の連続するN個から移動平均流量を算出する移動平均流量演算手段と、
   前記移動平均流量を第２の所定区間分保持する移動平均流量保持手段と、
   前記第２の所定区間の移動平均流量の最大値と最小値の差が閾値未満か否かを判定する第３判定手段と、
   前記第３判定手段で前記差が閾値未満と判定された前記第２の所定区間の移動平均流量のそれぞれの算出に用いた区間平均流量を保持する該当流量保持手段と、
   前記該当流量保持手段で保持されている区間平均流量が第１の所定範囲内か否かを判定する第１判定手段と、
   前記区間平均流量の算出に用いた流量値を求めた瞬時流量の最大値と最小値の差が第２の所定範囲内か否かを判定する第２判定手段と、
   前記第１判定手段で第１の所定範囲内と判定され、かつ、前記第２判定手段で第２の所定範囲内と判定された区間平均流量を蓄積する該当流量蓄積手段と、
   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、前記該当流量蓄積手段に所定個の区間平均流量が蓄積された場合に蓄積された区間平均流量から蓄積平均流量を算出し、この蓄積平均流量が平均判定流量未満の場合に流量なしと判定し、平均判定流量以上の場合は流量ありと判定することを特徴とするガス遮断装置。

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