JP6408308B2 - 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、前記区間演算手段からの区間平均流量が所定範囲内か否かを判定する第１判定手段と、前記所定区間内の瞬時流量の最大値と最小値の差が所定範囲内か否かを判定する第２判定手段と、前記第１判定手段と前記第２判定手段の判定情報を保持する判定情報保持手段と、前記区間演算手段より算出されたＮ個の連続する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場合にこのＮ個の前記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に保持されているＮ個の区間平均流量が前記判定情報保持手段に保持されている判定情報より所定範囲内かつ、瞬時流量の最大値と最小値の差が所定範囲内である場合に、該当する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 同第３判定手段と第４判定手段を示す図 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、前記区間演算手段からの区間平均流量が所定範囲内か否かを判定する第１判定手段と、前記所定区間内の瞬時流量の最大値と最小値の差が所定範囲内か否かを判定する第２判定手段と、前記第１判定手段と前記第２判定手段の判定情報を保持する判定情報保持手段と、前記区間演算手段より算出されたＮ個の連続する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場合にこのＮ個の前記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に保持されているＮ個の区間平均流量が前記判定情報保持手段に保持されている判定情報より所定範囲内かつ、瞬時流量の最大値と最小値の差が所定範囲内である場合に、該当する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、第１判定手段８、第２判定手段９、第３判定手段１０、第４判定手段１１、判定情報保持手段１２、該当流量保持手段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所定時間蓄積して区間平均流量を算出するものである。

第１判定手段８は、区間演算手段７が算出した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９は、区間演算手段７が算出した区間内の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。

第３判定手段１０は、区間演算手段７が区間毎に算出した連続する複数個の区間平均流量の最大値と最小値の差が所定範囲内か否かを判定するものである。なお、区間毎に算出した区間平均流量を保持し、その都度、連続する所定個分過去にさかのぼって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ってもよい。

第４判定手段１１は、区間演算手段７が算出した区間平均流量のうち第３判定手段１０で区間平均流量の最大値と最小値の差が所定範囲内と判定された区間平均流量が連続して所定個（Ｎ個）存在するか否かを判定するものである。なお、所定個数（Ｎ個）は変更できる設定であってもよい。

判定情報保持手段１２は、区間平均流量毎の第１判定手段８と第２判定手段９の判定情報を保持するものである。

該当流量保持手段１３は、第４判定手段１１において、区間演算手段７が算出した区間平均流量のうち第３判定手段１０で最大値と最小値の差が所定範囲内と判定された区間平均流量が連続して所定個（Ｎ個）存在すると判定された区間平均流量を保持するものである。

該当流量蓄積手段１４は、該当流量保持手段１３に保持されている区間平均流量が判定情報保持手段１２に保持されている情報より第１判定手段８かつ第２判定手段９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、第１判定手段と第２判定手段、第３判定手段と第４判定手段、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、第１判定手段８、第２判定手段９、第３判定手段１０、第４判定手段１１、判定情報保持手段１２、該当流量保持手段１３、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し、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。

次に、第３判定手段１０、第４判定手段１１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３判定手段１０と第４判定手段１１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。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判定手段を満たすものを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第１判定手段８、第２判定手段９、第３判定手段１０、第４判定手段１１、判定情報保持手段１２、該当流量保持手段１３、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Ｓ２１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、区間を経過したか否かの判定を行い、区間を経過していれば、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。ステップＳ３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Ｓ４に移行し、第２判定を行う。ステップＳ３において区間平均流量Ｑａｖｅの絶対値が第１判定流量Ｑ１未満でなければ、ステップＳ６に移行する。ステップＳ４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Ｓ５に移行し、ステップＳ５において、区間平均流量についての第１判定及び第２判定の判定情報をＡとして記憶する。ステップＳ４において、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以下でなければ、ステップＳ６に移行し、ステップＳ６において、区間平均流量についての判定情報をＢとして記憶する。

ステップＳ７において、区間平均流量ＱａｖｅをＱｉとして取り込む。ステップＳ８において、取り込んだＱｉから最大値Ｑｉｍａｘと最小値Ｑｉｍｉｎを算出する。ステップＳ９において、第３判定としてステップＳ８にて算出されたＱｉｍａｘとＱｉｍｉｎの差の絶対値が第３判定流量Ｑ３以下か否か判定し、第３判定流量Ｑ３以下であればステップＳ１０に移行する。ステップＳ９において、ＱｉｍａｘとＱｉｍｉｎとの差の絶対値が第３判定流量Ｑ３以下でなければ、ステップＳ１３に移行しｉを初期化し、ステップＳ１へ移行する。ステップＳ１０において、第４判定として取り込んだＱｉが所定個Ｎに達したか否か判定し、達していていれば、ステップＳ１１に移行する。ステップＳ１０において、取り込んだＱｉが所定個Ｎに達していなければ、ステップＳ１２に移行しｉをカウントアップし、ステップＳ１に移行する。ステップＳ１１において、取り込んだ連続する所定個Ｎの流量Ｑｉを保持する。

ステップＳ１４において、ステップＳ１１にて保持した連続する所定個Ｎの流量Ｑｉのうち、ステップＳ５、Ｓ６における判定情報がＡか否か判断し、判定情報がＡの流量を該当流量として蓄積し、ステップＳ１５に移行する。ステップＳ１５において、蓄積された流量が所定個Ｍ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Ｓ１６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、ステップＳ１に移行する。

ステップＳ１６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Ｓ１７において、ステップＳ１６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Ｓ１９に移行し、ステップＳ１９において、内管漏洩判定タイマをクリアする。ステップＳ１８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Ｓ２０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Ｓ２１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８かつ第２判定手段９かつ第３判定手段１０かつ第４判定手段１１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 第１判定手段
９ 第２判定手段
１０ 第３判定手段
１１ 第４判定手段
１２ 判定情報保持手段
１３ 該当流量保持手段
１４ 該当流量蓄積手段
１５ 流量有無判定手段

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、
   前記区間演算手段からの区間平均流量が第１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判定手段と前記第２判定手段の判定情報を保持する判定情報保持手段と、
   前記区間演算手段より算出された第１所定数の連続する区間平均流量の最大値と最小値の差が第２所定範囲内である場合にこの第１所定数の前記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に保持されている第１所定数の区間平均流量のうち、第１所定範囲内の区間平均流量であり、かつ、瞬時流量の最大値と最小値の差が第２所定範囲内の区間平均流量であると前記判定情報保持手段に保持されている判定情報に基づいて判断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第２所定数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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