JP6956320B2

JP6956320B2 - 流量計測装置

Info

Publication number: JP6956320B2
Application number: JP2018025603A
Authority: JP
Inventors: 裕介北野; 光男横畑
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2018-02-16
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2038-02-16
Also published as: CN111051825B; CN111051825A; EP3677879A4; JP2019045465A; EP3677879A1; EP3677879B1

Description

本発明は、ガスの流量の変化を検出することにより、使用が開始されたガス器具を判別する技術に関する。

従来、ガス器具判定装置を有する流体配管系において使用器具（特に燃料電池）を特定するガス器具判定装置として、特許文献１に記載のものがある。

上記ガス器具判定装置においては、流量計測手段によって計測された一定時間ごとのガス流量より、燃料電池対象流量（瞬時流量と移動平均値）を抽出し、燃料電池対象流量が、所定条件を満たした場合に燃料電池と判定していた。

特開２０１２−２３７７００号公報

しかしながら、ガス流量は設置環境などにより一定時間間隔で計測される流量に変動（揺れ）が生じる場合があり、前記従来の構成のように瞬時流量値と移動平均値とを比較して判別する方法では、燃料電池の判定に誤判定が生じるという課題があった。

本明細書にかかる例示的な流量計測装置は、流路に流れる流体の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Ｍ個の流量毎に第１区間を形成し、前記第１区間のＮ個で第２区間を形成する区間形成手段と、前記第１区間中のＭ個の流量データから第１平均流量を演算し、前記第２区間中のＭ×Ｎ個の流量データから第
２平均流量を演算する演算手段と、前記演算手段にて演算した第１平均流量と第２平均流量が以下の条件（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を全て満たした場合に燃料電池が使用されていると判定する燃料電池判定手段と、を備えたものである。
（Ａ）前記第２平均流量の増加流量が第１所定流量範囲内で第１所定回数連続すること（即ち、比較的長い期間毎の平均流量の変化が常に微小な増加傾向にあること）。
（Ｂ）前記第２区間中の前記第１平均流量の増加流量が第２所定流量範囲内で第２所定回数以上存在すること（即ち、短い期間毎の平均流量の変化が常ではないが微小な増加傾向にあること）。
（Ｃ）前記第２区間中の前記第１平均流量の増加流量に第３所定流量以上の流量が存在しないこと（即ち、大きな流量変動がないこと）。

これにより、燃料電池の緩やかに上昇していく特徴を掴め燃料電池の判別精度を向上させることができる。

本発明の流量計測装置によれば、一定時間間隔で計測される流量に変動（揺れ）が生じる環境下であっても、第１区間、第２区間の各平均流量から燃料電池の判定が可能となる。

本発明の実施の形態１によるガスメータ１００の例示的な構成を示すブロック図本発明の実施の形態１による第１区間と第２区間の関係を示す図（ａ）稼動開始における燃料電池の流量変化の一例を示すグラフ、（ｂ）（ａ）の点線で囲った範囲の計測回で得られた８次、３２次区間平均流量、及び変化量を表した図（ａ）稼動開始におけるコンロの流量変化の一例を示すグラフ、（ｂ）（ａ）の点線で囲った範囲の計測回で得られた８次、３２次区間平均流量、及び変化量を表した図本発明の実施の形態１による燃料電池判定手段１０６の処理フローチャートガスメータ１００のハードウェア構成の一例を示すブロック図本発明の実施の形態２によるガスメータ２００の例示的な構成を示すブロック図本発明の実施の形態２による燃料電池判定手段１０６の処理フローチャート

本発明にかかる流量計測装置は、流路に流れる流体の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Ｍ個の流量毎に第１区間を形成し、前記第１区間のＮ個で第２区間を形成する区間形成手段と、前記第１区間中のＭ個の流量データから第１平均流量を演算し、前記第２区間中のＭ×Ｎ個の流量データから第２平均流量を演算する演算手段と、前記演算手段にて演算した第１平均流量と第２平均流量が以下の条件（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）を全て満たした場合に燃料電池が使用されていると判定する燃料電池判定手段と、を備えたものである。
（Ａ）前記第２平均流量の増加流量が第１所定流量範囲内で第１所定回数連続すること。（Ｂ）前記第２区間中の前記第１平均流量の増加流量が第２所定流量範囲内で第２所定回数以上存在すること。
（Ｃ）前記第２区間中の前記第１平均流量の増加流量に第３所定流量以上の流量が存在しないこと。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明にかかる流量計測装置の実施形態を説明する。以下に説明する実施の形態では、流量計測装置の例として、ガスメータを挙げ、その処理を説明する。図面において、同じ構成要素には同じ参照符号を付し、既に説明した構成要素については再度の説明を省略する。なお、本発明は、以下で説明する実施形態によって限定されることはない。

（実施の形態１）
（流量計測装置の例示的な構成）
図１は、本発明の実施の形態１における流量計測装置のブロック図である。
図１において、ガスメータ１００は、流路１０１と、流量計測手段１０２と、計測流量記憶手段１０３と、区間形成手段１０４と、演算手段１０５と、燃料電池判定手段１０６とを備えたものである。さらにガスメータ１００は、ガス配管１に接続され、ガスメータ１００の下流側には、ガス配管２を介してガス器具１０〜１２が接続されている。

流量計測手段１０２としての超音波流量計は、流路１０１に流れる流体としてのガスに対し、一定時間間隔（例えば０．５秒や２秒ごと）で超音波を発射してその流量を計測するものであり、一般的なものを使用することができる。計測流量記憶手段１０３は、流量計測手段１０２で計測された流量データと、当該流量データを計測した計測時間が対応付けられて記述された対象データを記憶する。

区間形成手段１０４は、計測流量記憶手段１０３に記憶されたＭ個（例えば８個）の流
量計測値毎に第１区間を形成し、第１区間のＮ個（例えば４個）で第２区間を形成する。

本実施の形態では、以下、一例としてＭ＝８、Ｎ＝４として説明する。図２は、Ｍ＝８、Ｎ＝４の場合の第１区間と第２区間を表した図であり、●が流量計測手段１０２による流量計測タイミングを示しており、第１区間は８個の流量データ毎に○のタイミングで成立し、第２区間はこの第１区間が４個成立する毎に◎のタイミングで成立する。

演算手段１０５は、第１区間中の８個の流量データから第１平均流量を演算し、前記第２区間中の３２個の流量データから第２平均流量を演算する。以下、第１区間を８次区間、第２区間を３２次区間、第１平均流量を８次区間平均流量、第２平均流量を３２次区間平均流量という名称で説明する。

図３（ａ）は稼動開始における燃料電池の流量変化の一例を示すグラフであり、図３（ｂ）は（ａ）の点線で囲った範囲の計測回（ｎ）で得られた流量データから後述する８次、３２次区間平均流量（Ｑ８（ｎ）、Ｑ３２（ｎ））と、それぞれの平均流量の前回値からの増加流量（ΔＱ８、ΔＱ３２）を表した図である。

同様に図４は、燃料電池と比較説明する為のコンロの使用中における流量変化の一例を示すグラフであり、図４（ｂ）は、（ａ）の点線で囲った範囲の計測回（ｎ）で得られた流量データから後述する８次、３２次区間平均流量（Ｑ８（ｎ）、Ｑ３２（ｎ））と、それぞれの平均流量の前回値からの増加流量（ΔＱ８、ΔＱ３２）を表した図である。

なお、グラフの縦軸は流量［Ｌ／ｈ］、横軸は流量計測手段１０２で一定時間間隔で計測された流量データに付与した連番であり、ここでは計測回（ｎ）と表す。

そして、燃料電池判定手段１０６は、演算手段１０５により算出された流量データから燃料電池の緩やかな特徴を含む燃料電池判定対象流量を抽出し、抽出した燃料電池判定対象流量が次の３つの条件を満たすか否かによって燃料電池の判定を行う。

条件１．３２次区間平均流量の増加流量が第１所定流量範囲内（例えば２Ｌ／ｈ以上１０Ｌ／ｈ未満）で第１所定回数（例えば５回）連続する。

条件２．８次区間中の８次区間平均流量の増加流量が第２所定流量範囲内（例えば０Ｌ／ｈ以上５Ｌ／ｈ未満）で第２所定回数（例えば２回）以上存在する。

条件３．３２次区間中の８次区間平均流量の増加流量に第３所定流量以上（例えば１０Ｌ／ｈ以上）が存在しない。

そして、上記３つの条件を満たした場合に燃料電池判定手段１０６は燃料電池が使用されていると判定するものである。

以下、燃料電池判定手段１０６の処理の流れを図５のフローチャートを用いて説明する。

処理Ｓ１０では、区間形成手段１０４から８次区間成立か否かの判定を行う。８次区間が成立している場合は、処理Ｓ２０で演算手段１０５によって、１つの８次区間に含まれる８個の流量データを平均して８次区間平均流量Ｑ８（ｎ）と前回の８次区間平均流量Ｑ８（ｎ−８）からの増加流量ΔＱ８（ｎ）の算出を行う。

図３に示す燃料電池の場合、計測回３３に得られた８次区間平均流量Ｑ８（３３）は計
測回２６から３３で計測された８個の流量データ（図示せず）を平均して得られた値２１．６７９であり、計測回が８増加する毎に得られる値となる。また、計測回４１における増加流量ΔＱ８は、計測回４１で得られた８次区間平均流量Ｑ８（４１）の値２２．５６５と前回の８次区間平均流量Ｑ８（３３）の値２１．６９７との差分０．８８６である。なお、符号がマイナスの場合は減少を意味している。

処理Ｓ３０では、区間形成手段１０４から３２次区間成立か否かの判定を行う。３２次区間が成立している場合は、処理Ｓ４０で演算手段１０５によって、３２次区間平均流量Ｑ３２（ｎ）と前回の３２次区間平均流量Ｑ８（ｎ−８）からのその増加流量ΔＱ３２（ｎ）の算出を行う。

図３に示す燃料電池の場合、計測回５７で得られた３２次区間平均流量Ｑ３２（５７）は、計測回３３，４１，４９，５７で得られた４つの８次区間平均流量の平均値２３．７５６であり、計測回が３２増加する毎に得られる値となる。また、計測回８９における増加流量ΔＱ３２は、計測回８９で得られた３２次区間平均流量Ｑ３２（８７）の値２７．９８５と前回の３２次区間平均流量Ｑ３２（５７）の値２３．７６５の差分４．２２９である。

処理Ｓ５０では、処理Ｓ４０で算出した３２次区間平均流量ΔＱ３２（ｎ）が条件１の１つである第１所定流量範囲内か否かの判定を行う。ΔＱ３２（ｎ）が第１所定流量範囲内の場合は、処理Ｓ６０で連続回数をカウントアップする。範囲外の場合は、処理Ｓ７０で連続回数をクリアする。

図３に示す燃料電池の場合、計測回５７〜２４９において得られた７個の３２次区間平均流量ΔＱ３２（ｎ）は何れもこの第１所定流量範囲（２Ｌ／ｈ以上１０Ｌ／ｈ未満）を満たしておりカウントアップの対象となる。

処理Ｓ８０では、３２次区間中の８次区間平均流量が条件２の第２所定流量範囲内で第２所定回数(例えば２回)以上存在するか否かの判定を行う。第２所定回数以上存在する場合は、処理Ｓ９０に移行し、存在しない場合は処理Ｓ７０で連続回数をクリアする。

図３に示す燃料電池の場合、計測回３３〜２１７において第２所定流量範囲（０Ｌ／ｈ以上５Ｌ／ｈ未満）で且つ第２所定回数（２回）の条件を満たしている。

処理Ｓ９０では、３２次区間中の８次区間平均流量に第３所定流量以上が存在するか否かの判定を行う。存在しない場合は、Ｓ１００に移行し、存在する場合は処理Ｓ７０で連続回数をクリアする。

図３に示す燃料電池の場合、計測回３３〜２８１において条件３の第３所定流量（１０Ｌ／ｈ以上）は存在しないのでこの条件を満たしている。

処理Ｓ１００では、処理Ｓ６０でカウントアップした連続回数が第１所定回数（例えば５回）に到達しているか否かの判定を行う。到達している場合は、処理Ｓ１１０にてガスメータ１００に燃料電池有り情報を記憶する。到達していない場合は処理Ｓ１２０にてガスメータ１００に燃料電池無し情報を記憶し、処理Ｓ１０より再度燃料電池判定を繰り返す。

図３に示す燃料電池の場合、上述したように、計測回５７〜２４９において、条件１の１つである第１所定流量範囲内を満足し、且つ、計測回３３〜２１７において条件２を満足し、計測回３３〜２８１において条件３を満足しているので、連続回数のカウント値は
、計測回５７、８９、１２１、１５３、１８５でカウントアップされる。従って、計測回１８５において、条件１〜３を全て満足するので、燃料電池が稼動開始したと判定することが出来る。

一方、図４に示すコンロの場合は、明らかにこの条件を満足しないことが分かる。

なお、３２次区間を２個で６４次区間を形成して、同様に６４次区間平均流量を算出し、新たな条件を追加するように、区間を追加して、上記判定に新たな条件を追加する構成でもよい。

以上に説明したように、本発明の実施形態によれば、一定時間間隔で計測される流量に変動（揺れ）が生じる環境下であっても、区間平均流量から燃料電池の判定が可能になる。

（ハードウェア構成）
図６は、ガスメータ１００のハードウェア構成の一例を示す。図６に例示する構成において、ガスメータ１００は、中央演算回路（ＣＰＵ）２１０と、メモリ２２０と、流量計２０４とを有している。流量計２０４は、図１に示す流量計測手段１０２の一例であり、公知の流量計、例えば、超音波流量計であり得る。

ＣＰＵ２１０は、メモリ２２０に格納されたコンピュータプログラム２２１を実行する。コンピュータプログラム２２１には、上述した各種の処理が記述されている。ＣＰＵ２１０は、例えば、図１に示す演算手段１０５、燃料電池判定手段１０６の各種処理を実行する。メモリ２２０は、典型的には、ＲＡＭおよびＲＯＭを含み、例えば、第１所定流量範囲、第１所定回数に対応する。演算手段１０５、燃料電池判定手段１０６が、メモリ２２０をその一部に含んでいても構わない。

演算手段１０５、燃料電池判定手段１０６は、単一のプロセッサ（ＣＰＵ２１０）の一部であってもよい。制御手段１１０が、複数のプロセッサの集合によって実現されてもよい。制御手段１１０は、１以上のメモリ、周辺回路などを含んでいてもよい。制御手段１１０の外部に、１以上のメモリが配置されてもよい。例えば、燃料電池判定手段１０６が、制御手段１１０の外部に配置されていてもよい。ＣＰＵ２１０とメモリ２２０を用いて上述した各種処理を実行することにより、精度良く器具を判別することができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について図７、図８を用いて説明する。図７は、本実施の形態のガスメータ２００の構成を示すブロック図であり、実施の形態１の図１に示すブロック図と異なるのは、燃料電池設置情報記憶手段１０７が追加された点である。

図７において、燃料電池設置情報記憶手段１０７は、ガスメータ２００の下流側に燃料電池が設置されているかどうかを情報として記憶するもので、燃料電池を設置する際に図示していないスイッチ操作や通信による電文により予め設定し記憶させることができる。また、後述する燃料電池判定手段１０６による判定で燃料電池稼働中と判断された場合に、燃料電池設置情報記憶手段１０７に燃料電池設置有りの情報を記憶するようにしても良い。

図８は、本実施の形態の燃料電池判定手段１０６の処理フローチャートであり、実施の形態１で用いた図５の処理フローチャートと異なるのは、処理Ｓ１００以降の処理が処理Ｓ２００〜処理Ｓ２２０に置き換わった点であり、以下の説明では処理Ｓ２００以降の処理を説明する。

処理Ｓ９０において、３２次第２区間中の８次第１区間平均流量に第３所定流量以上（例えば１０Ｌ／ｈ未満）が存在すると判定された場合、処理Ｓ２００で燃料電池設置情報記憶手段１０７に規則された燃料電池設置の有無を確認し、燃料電池が設置されている場合は、燃料電池が稼動していると判定するための条件１，２，３の連続成立回数である第１所定回数を３回（処理２０１）とし、燃料電池が設置されていない場合は、第１所定回数を５回（処理２０２）とする。

そして、処理２１０では、条件１〜３の連続成立回数が処理２０１若しくは処理２０２で設定された第１所定回数以上であれば、燃料電池が稼動していると判断（処理２２０）し、第１所定回数未満であれば燃料電池は稼動していないとして再度判定の処理に戻る。

以上のように、本実施の形態では、燃料電池設置情報記憶手段１０７により、ガスメータ２００の下流側に燃料電池が設置されているかどうかの情報を用いることで、燃料電池が設置されている場合には、稼動しているという判断を早期に行うことができる。

流量計測手段１０２で計測されるガス流量は設置環境などにより流量値に変動（揺れ）が生じる場合があり、燃料電池稼動の判定中にこのような流量変動が起こると条件１〜３の連続成立回数が第１所定回数連続できずに、燃料電池稼働中の判定が難しくなるが、燃料電池が設置されていることを条件として第１所定回数を少なくすることで判定を早期に行うことが出来る為、結果として流量変動が起きる設置環境でも燃料電池稼働中の判定が容易となる。

また、判定中に他の器具が使用された場合には、条件１〜３が成立しない為に燃料電池が稼動しているにも関わらず判別できなくなるが、本実施の形態によると、燃料電池が設置されていることを条件とすることで短期間で判別できる為、判定中に他のガス器具が使用開始される機会が少なくなり、結果として燃料電池稼働中の判定の精度を高めることが出来る。

従って、燃料電池のガス使用量に対しての課金を割り引きする等の料金施策を行う場合などに応用することが可能となる。

なお、燃料電池判定手段１０６による判定で燃料電池稼働中と判断された場合に、燃料電池設置情報記憶手段１０７に燃料電池設置有りの情報を記憶するようにすると、スイッチ操作や通信により予め設定する必要が無い。この場合、初回は第１所定回数が５回で燃料電池稼動中の判断となるが、次回からは第１所定回数が３回で燃料電池稼動中の判断ができるようになり、流量変動が起きる設置環境でも燃料電池稼働中の判定が容易となる。

以上、本発明の実施形態を説明した。上述の実施形態の説明は、本発明の例示であり、本発明を限定するものではない。また、上述の実施形態で説明した各構成要素を適宜組み合わせた実施形態も可能である。本発明は、特許請求の範囲またはその均等の範囲において、改変、置き換え、付加および省略などが可能である。

以上のように、本発明にかかる流量計測装置は、器具の特徴を抽出することができることから、工業用流量計や水道メータにおいても同様に、流量計測装置の下流側に接続された使用器具の特定や、そのグルーピングに対しても適用できる。

１０〜１２ガス器具
１００、２００ガスメータ（流量計測装置）
１０１流路
１０２流量計測手段
１０３計測流量記憶手段
１０４区間形成手段
１０５演算手段
１０６燃料電池判定手段
１０７燃料電池設置情報記憶手段
１１０制御手段

Claims

流路に流れる流体の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Ｍ個の流量毎に第１区間を形成し、前記第１区間のＮ個で第２区間を形成する区間形成手段と、
前記第１区間中のＭ個の流量データから第１平均流量を演算し、前記第２区間中のＭ×Ｎ個の流量データから第２平均流量を演算する演算手段と、
前記演算手段にて演算した第１平均流量と第２平均流量が以下の条件（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）を全て満たした場合に燃料電池が使用されていると判定する燃料電池判定手段と、を備えた流量計測装置。
（Ａ）前記第２平均流量の増加流量が第１所定流量範囲内で第１所定回数連続すること
（Ｂ）前記第２区間中の前記第１平均流量の増加流量が第２所定流量範囲内で第２所定回数以上存在すること
（Ｃ）前記第２区間中の前記第１平均流量の増加流量に第３所定流量以上の流量が存在しないこと
更に、燃料電池設置有無情報を記憶する燃料電池設置情報記憶手段を備え、
前記燃料電池判定手段は、前記燃料電池設置情報記憶手段に燃料電池設置有り情報が記憶されているときは前記第１所定回数を変更することを特徴とする請求項１に記載の流量計測装置。