JP6408307B2 - 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）。

また、流量センサからの流量信号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、流量センサの流量はゼロであるので、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及び２によるガス遮断装置とガスメータでは、ガス配管ガスの漏洩がなく、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第１区間の平均流量を算出する第１区間演算手段と、前記第１区間演算手段からの流量を蓄積し前記第１区間を複数個で構成された第２区間の平均流量を算出するとともにその間の最大第１区間平均流量と最小第１区間平均流量を選別する第２区間演算手段と、前記第２区間演算手段からの流量により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、第２区間の平均流量が判定許容範囲以内で、かつ、第２区間内の最大第１区間平均流量と最小第１区間平均流量の差が判定範囲内であった場合の第２区間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、前記第２区間平均流量が平均判定流量より大きい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 同第２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 本発明の実施の形態２におけるガスメータのブロック図 同流量有無判定の動作手順を示すフローチャート 同第２区間平均流量の算出タイミングと判定閾値を示す図

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第１区間の平均流量を算出する第１区間演算手段と、前記第１区間演算手段からの流量を蓄積し前記第１区間を複数個で構成された第２区間の平均流量を算出するとともにその間の最大第１区間平均流量と最小第１区間平均流量を選別する第２区間演算手段と、前記第２区間演算手段からの流量により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、第２区間の平均流量が判定許容範囲以内で、かつ、第２区間内の最大第１区間平均流量と最小第１区間平均流量の差が判定範囲内であった場合の第２区間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、前記第２区間平均流量が平均判定流量より大きい場合は流量ありと判定するものである。

第２の発明は、特に、第１の発明において、第１区間流量値記憶部は、前記第１区間の演算毎に第１区間平均流量を記憶し、前記第２区間演算手段は、前記第１区間の演算毎に前記第２区間の演算を行うものである。
（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、第１区間演算手段７、第２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。

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。

第１区間演算手段７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、所定時間毎に第２区間演算手段８による第２区間平均流量と、最大第１区間平均流量と最小第１区間平均流量の差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、第１区間演算手段７、第２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。

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。

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、第２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。

呼吸動作によりガス流が発生している場合には、長時間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。流量なし判定を行う際に、第１区間を複数個で構成した第２区間内における第１区間平均流量の最大値Ｑｔ１ｍａｘと最小値Ｑｔ１ｍｉｎおよび第２区間内の流量の平均を求め、第２区間平均流量Ｑｔとし、安定度合いの判定に用いる。

図５は、本実施の形態における流量有無判定手段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Ｓ１４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、第１区間を経過したか否かの判定を行い、第１区間を経過していれば、ステップＳ２に移行し、ステップＳ２において、第１区間平均流量Ｑｔ１を更新する。ステップＳ３において、第１区間平均流量Ｑｔ１が最大値か否か判定し、最大値であれば、ステップＳ１０に移行し、第１区間平均流量の最大値Ｑｔ１ｍａｘを更新する。ステップＳ３において第１区間平均流量Ｑｔ１が最大値でなければ、ステップＳ４において、第１区間平均流量Ｑｔ１が最小値Ｑｔ１ｍｉｎか否か判定し、最小値であれば、ステップＳ１１に移行し、第１区間平均流量の最小値Ｑｔ１ｍｉｎを更新する。

ステップＳ５においては、第２区間を経過したか否かの判定を行い、第２区間を経過していれば、ステップＳ６に移行する。ステップＳ６においては、第１区間演算手段７からの最大値Ｑｔ１ｍａｘと最小値Ｑｔ１ｍｉｎとの差が許容範囲幅未満か否か判定し、許容範囲幅未満でなければ、ステップＳ９に移行する。ステップＳ７においては、第２区間演算手段８から第２区間平均流量Ｑｔを取り込み、ステップＳ８においては、第２区間平均流量Ｑｔ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Ｓ１４に移行し、ステップＳ１４において、内管漏洩判定タイマをクリアする。ステップＳ９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１２において、内管漏洩判定タイマが所定値に到達したかどうかを判定し、所定値に到達すると、ステップＳ１３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９は、第１区間平均流量Ｑｔ１の最大値と最小値との差が許容範囲幅未満で、かつ、第２区間演算手段８からの第２区間平均流量Ｑｔ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、第１区間平均流量の最大値と最小値の差と第２区間平均流量の判定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。
（実施の形態２）

本発明の第２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６は、本発明の第２の実施の形態におけるガスメータのブロック図である。図７は、本実施の形態における流量有無判定の動作手順を示すフローチャートである。図８は、第２区間平均流量算出タイミングと第２区間平均流量Ｑｔの判定許容範囲を示す図である。

図６において、第１区間流量値記憶部１２は、第１区間演算手段７が第１区間平均流量を算出するのに同期して第１区間の平均流量値を記憶し、第２区間分の第１区間平均流量を第２区間演算手段８に伝達するものである。また、第２区間は、第１区間をｎ個集めた構成である。また、流量有無判定手段９は、図７に示すステップＳ２１からステップＳ３０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。

図７に示すフローチャートにおいて、ステップＳ２１において、第１区間経過したか否かの判定をおこない、第１区間経過していれば、ステップＳ２２において、第１区間平均流量Ｑｔ１を取り込む。ステップＳ２３においては、第１区間流量値記憶部１２からの過去ｎ個分の第１区間平均流量の最大値と最小値の差を算出し、ステップＳ２４に移行し、過去ｎ個分の第１区間平均流量の最大値と最小値の差が判定許容範囲以内かどうか判定し、判定許容範囲以内でなければ、第２区間平均流量Ｑｔを使用せずに、ステップＳ２７に移行する。

ステップＳ２４において、過去ｎ個分の第１区間平均流量の最大値と最小値の差が判定許容範囲以内であれば、ステップＳ２５において、第２区間平均流量Ｑｔを取り込む。ステップＳ２６において、第２区間平均流量Ｑｔ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Ｓ３０に移行し、ステップＳ３０において、内管漏洩判定タイマをクリアする。

ステップＳ２７において、流量ありとして内管漏洩判定タイマをアップし、ステップＳ２８において、内管漏洩判定タイマが所定値に到達したか否か判定し、所定値に到達すると、ステップＳ２９において、内管漏洩確定とする。

以上のように、本実施の形態においては、第１区間平均流量の最大値と最小値の差および第２区間平均流量の判定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 第１区間演算手段
８ 第２区間演算手段
９ 流量有無判定手段
１０ 制御手段

Claims (2)

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第１区間の平均流量を算出する第１区間演算手段と、
   前記第１区間演算手段からの流量を蓄積し前記第１区間を複数個で構成された第２区間の平均流量を第２区間平均流量として算出するとともにその間の最大第１区間平均流量と最小第１区間平均流量を選別する第２区間演算手段と、
   前記第２区間演算手段からの流量により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、第２区間内の最大第１区間平均流量と最小第１区間平均流量の差が許容範囲内であった場合、前記第２区間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、前記第２区間平均流量が平均判定流量より大きい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。
2. 第１区間流量値記憶部は、前記第１区間の演算毎に第１区間平均流量を記憶し、前記第２区間演算手段は、前記第１区間の演算毎に前記第２区間の演算を行うことを特徴とした請求項１記載のガス遮断装置。

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