JP5031689B2 - ガスメーター計量方法及びガスメーター計量装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスメーター計量技術に係り、特に、ガス不使用時における誤積算を防止するガスメーター計量方法及びガスメーター計量装置に関する。

大容量ガスメーターに関しては、昼夜のガス圧の変動や温度変化により、ガスを使用していない状態でもメーターの前後でガスが流れることがある。特に、中高圧の供給圧力においてはガス供給圧力の変動幅も大きく（昼夜差で０．１ＭＰａ程度の場合もある）、また、メーター下流側配管長も長い（＝配管容積が大きい、５ｍ３程度の場合もある）ため、ガス不使用時にメーターを通過する正逆流量も大きくなり、計量上、無視できない値となっている。

従来、ガスの流れの異常検知技術として、ガス漏れ検知に関して以下の文献が開示されている。
特許文献１は、ガバナ付の器具では圧力が変化しても流量は変わらないことを利用して、圧力変動と流量との相関を取り、相関があればガス漏れと判定する。
特許文献２は、ガス漏れの検知をガス配管に圧力変動を与えて、圧力変動と流量との相関を取り、相関があればガス漏れと判定する。
特許文献３は、複数の圧力センサとフローセンサを設けて、隣接する圧力センサの間の相関とフローセンサ出力の相関を取って漏れを判定する。
また、不使用時におけるガス逆流の検知技術に関して、以下の文献が開示されている。
特許文献４は、正逆の流量が測定できるメーターで、バッファのクリアを小流量に限って行うことで通常使用時の積算誤差を防ぐ。
特許文献５は、ガスメーター前後の差圧（圧力損失）とメーターの測定流量の相関を取って（Ｑ＝Ｋ△Ｐ２の関係を、Ｋの変化が無いかを相関計数の変化の有無で検証していることになる）、計量が正しく行われているかどうかを判定する。
特開平６−２６５４３７ 特開平７−２７６５８ 特開平１０−１９７３９１ 特開２００５−２４９６４３ 特開２００１−１５９５４８

ガスメーターの計量方式でみると、カルマン渦式流量計は原理的に逆流が計測できない方式であるが、ルーツ式流量計は正逆流の計測精度が異なることから、ガス不使用時にカウントアップする現象が稀に発生することがある。そこで、従来、ルーツ式流量計においてはメーター上流側の圧力変動を除去するため、メーター下流部に逆止弁を設置することがある。
これにより逆流防止は可能となるものの、正方向の誤積算については解消されないという問題がある。また、逆止弁の設置によるコストアップという問題もある。
さらに、最低感度流量を引き上げてガス不使用時の誤積算を排除する方式もあるが、実際に小流量使用している場合にも積算されなくなるという問題がある。

本発明は、このような課題を解決するためのものであって、逆止弁を設置することなく、ガス不使用時における誤積算を防止するガスメーター計量技術を提供するものである。本発明は、以下の内容を要旨とする。すなわち、
第一の発明は、ガス不使用時における誤積算を防止するガスメーター計量方法であって、
（１）ガスメーター上流側配管内の圧力変動（ΔＰ）の、所定のタイムスパンにおける自己周期性を判定するステップと、
（２）周期性ありと判定したときに、圧力変動（ΔＰ）とガスメーターの流量変動（ΔＱ）との相互相関性を判定するステップと、
（３）相関性ありと判定したときに、下流側配管容積（Ｖ）及び前記所定のタイムスパンにおける圧力変動の最大値（ΔＰmax）に基づいて求めたガス体積変化量の最大値（ΔＶmax）と、その間の流量変動最大値（ΔＱmax）と、を比較するステップと、
（４）ガス体積変化量最大値（ΔＶmax）と流量変動最大値（ΔＱmax）とが実質的に等しいときは、不使用時にガスメーターを介してのガスの流れありと判定するステップと、
（５） ガスの流れありと判定したときは、前記流量変動最大値（ΔＱmax）以下の流量については積算対象から除外するステップと、
を含むことを特徴とする。

図６は、本発明の原理を示す図であり、ガス使用時及び不使用時における圧力変動と流量変動の関係を概念的に示している。ガス使用時には、圧力変動が発生しても流量への影響は少ない（同図（ａ））。特に、器具ガバナ（レギュレータ）を内蔵する機器を使用している場合には、機器通過流量はほとんど変化しない。すなわち、圧力変化と流量変化とは相関関係が低い。これに対して、ガス不使用時において、圧力変動によるメーター越しがある場合には、圧力変動周期に対応する流量変化が検出される（同図（ｂ））。本発明はこの原理を利用して、例えば地区ガバナや専用ガバナの下流側における圧力変動に伴う、ガス不使用時のガスメーターを介しての流れの有無を、圧力変動の「自己周期性」、圧力変動と流量変動の「相互相関性」に基づいて判定するものである。

本発明において、ステップ（１）における「自己周期性」は、例えば異なる圧力変動周期における自己相関係数により判定することができる。具体的には図７において、タイムスパンτをとり、この間における圧力変動波形Ｐ（ｔ）と、Ｐ（ｔ）から時刻ｍだけずらしたＰ（ｔ＋ｍ）との相関を、ｍを順次０から増加させて（ａ）式のｒ１を演算することにより求める。ここに、ｒ１が最大となるｍが変動周期となる。また、このときのｒ１の値が１に近いときは、周期性ありと判定する。この場合、ｍは最大でも１日程度の時間をとれば良い。また、タイムスパンτは、ｍの値の２倍程度が精度の点から望ましいが、圧力の変動周期をも配慮する必要がある。例えば、昼夜のゆっくりした圧力の変化を想定する場合には１日、近隣のガバナによる瞬時的な圧力変動を想定するのであれば３０秒、専用ガバナの下流で少量のガスが使われることによって発生するガバナの間欠的な圧力変動であれば１０分、のように圧力変動の形態を想定して定めることが望ましい」

また、ステップ（２）における圧力変動（ΔＰ）と流量変動（ΔＱ）の「相互相関性」は、例えば次式（ｂ）の相互相関係数により判定することができる。（ｂ）式において、ｒ２が１に近い値が得られた場合に相関性ありと判定することが可能である。

さらに、ステップ（３）におけるΔＶmaxは、次式（ｃ）により求めることができる。

この場合、昼夜の温度変化を考慮して次式（ｄ）を用いることにより、さらに精度を向上させることができる。

第二の発明は、第一の発明における（１）のステップにおいて、ガス流量（Ｑ）が所定の下限流量以下のときの圧力変動のみを対象として、自己周期性を判定することを特徴とする。
本発明によれば、明らかにガスを使用しているときには判定対象外となるため、必要なときにだけ演算を行うことになり、無駄な判定ステップを省くことができる。これにより、計算に要する時間や消費電力も少なくて済む。

第三の発明は、ガス不使用時における誤積算を防止するガスメーター計量方法であって、
（６）所定のタイムスパンについて、ガスメーター上流側配管内の圧力変動（ΔＰ）と、ガスメーターの流量変動（ΔＱ）との相関性を判定するステップと、（７）相関性ありと判定したときに、所定のタイムスパンにおける流量変動最大値（ΔＱmax）が閾値（ΔＱth）以下のときは、ガスメーターを介してのガスの流れありと判定するステップと、（８） ガスの流れありと判定したときは、流量変動最大値（ΔＱmax）以下の流量については積算対象から除外するステップと、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、第一の発明と比較して精度は多少低下するものの、より簡易に誤積算を回避することができる。

第四の発明は、ガス不使用時における誤積算を防止するガスメーター計量装置であって、 随時検出される供給圧力及び瞬時流量データを取り込んで一旦格納する格納手段と、圧力変動値（ΔＰ）及び流量変動値（ΔＱ）に基づいて、圧力変動と流量変動の相関性を演算する演算手段と、圧力変動と流量変動の相関性があるときに、所定の閾値と流量変動最大値（ΔＱmax）とを比較して、検出流量データの積算可否を判定する積算判定手段と、を備えて成ることを特徴とする。

本発明によれば、ルーツメーターを用いる場合であっても逆止弁が不要となるという効果がある。
また、新たなハードウエアを追加することなく、不使用時の誤積算を防止することが可能となる。
また、単に最低感度流量を引き上げる方式と比較して、ガス計量の取りこぼしを予防できるという効果がある。

以下、本発明の実施形態について、図１乃至５を参照してさらに詳細に説明する。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。
（第一の実施形態）
ガス供給網には、専用ガバナを介して端末機器を使用する事業所・工場等が含まれることもある。専用ガバナは、ガス消費量の大きな需要家に設けられることが一般的である。しかし、大流量用の専用ガバナの下流側で、たとえば小型湯沸器などの小流量の機器が使われると、ガバナの動作が間欠的になって圧力が周期的に変化し、ガス供給網の圧力が変動することがある。本実施形態は、このようなケースにおけるガスメーター誤積算防止制御方法に関する。
図１は、ガス供給網２０の末端部２１の需要家構成を示す図である。図２は、本発明の一実施形態に係るガスメーター計量装置１のブロック構成を示す図である。図３は、専用ガバナ作動に伴うガス供給網末端部２１への影響を示す図である。図４は、ガスメーター計量装置１の制御フローを示す図である。

図１を参照して、ガス供給網２０の末端部２１は供給管５及び供給管６に分岐し、それぞれ需要家Ａ、Ｂに接続している。需要家Ａ側にはガスメーター（計量装置）１、端末機器３が接続されている。また、需要家Ｂ側には専用ガバナ４が設けられており、その下流側にガスメーター１２及び端末機器として小型湯沸器１１ａ、ガスエンジン１１ｂが接続されている。
図２を参照して、ガスメーター計量装置１はメーター本体２と、積算手段７と、圧力センサ９と、温度センサ１０と、表示部８と、を主要構成として備えている。メーター本体２は、内部を流れるガスの瞬時流量、供給圧力、ガス温度を検知して流量積算手段７に出力するように構成されている。

流量積算手段７は、メーター本体２から出力される検出データを取り込んで、温度、圧力を考慮して標準状態の流量に補正する流量補正部７ａと、補正後のデータを一旦保存するデータ格納部７ｂと、流量積算可否判定のための演算を行う演算部７ｃと、演算結果に基づいて流量データの積算可否を判定する積算判定部７ｄと、積算対象に判定された流量データを順次積算する流量積算部７ｅと、積算閾値を定期的に更新して格納する閾値格納部７ｆと、を備えている。なお、積算手段７は、ＣＰＵ、クロック、ＲＡＭ、ＲＯＭ、バス、Ｉ／Ｏインターフェースを備えたマイコンにより実装できる。流量積算部７ｅに順次積算されていく積算データは、表示部８に表示されるように構成されている。

ガスメーター計量装置１は以上のように構成されており、次に本実施形態におけるガス流量積算制御方法について説明する。
図３を参照して、本実施形態は需要家Ｂにおいて、同図（ａ）に示すように時刻ｔ０において、ガス流量がＶ１からＶ２に変化した状態を想定している。これは、ガスエンジン１１ｂ使用から小型湯沸器１１ａ使用に変化したような場合に生じる。この場合、専用ガバナ４下流側の圧力は同図（ｂ）のように変動し、また、専用ガバナ４上流側（すなわち需要家Ａ側）では、同図（ｃ）のような圧力変動となる。
以下のガス流量積算制御方法は、同図（ｃ）のような圧力変動に対応するものであり、専用ガバナ４の下流側において、所定のタイムスパンτの圧力、流量変動に対する積算判定を想定している。

図４を参照して、メーター本体２において検知されるガス瞬時流量、供給圧力、温度データは、随時流量積算手段７に出力され（Ｓ１０１）、温度、圧力を考慮して標準状態の流量Ｑｃに補正される（Ｓ１０２）。補正後のデータは一旦、データ格納部７ａに格納される（Ｓ１０３）。
次に、演算部７ｃ及び積算判定部７ｄで実行される流量積算対象是非の判定フローについて説明する。第一ステップとして、所定のタイムスパンτにおける瞬時流量Ｑが、常に下限流量Ｑ０以下か否かが判定される（Ｓ１０４）。Ｑ０を超えるときは、実際にガス使用ありと判定され、この間の標準状態流量Ｑｃは積算の対象となる（Ｓ１１０）。Ｑ０以下のときは、タイムスパンτにおける圧力変動周期性が判定される（Ｓ１０５）。判定は、上述（ａ）式により演算される自己相関係数ｒ１に基づいて行われる。ｒ１＜０．９のときは周期性なしと判定され（Ｓ１０５においてＮＯ）、この間の標準状態流量Ｑｃは積算の対象となる（Ｓ１１０）。
ｒ１≧０．９以上のときは周期性ありと判定され（Ｓ１０５においてＹＥＳ）、タイムスパンτの検出データに関して、次のステップに移行する。すなわち、上述の（ｂ）式に基づいて、圧力変動（ΔＰ）と流量変動（ΔＱ）の相互相関性が判定される（Ｓ１０６）。ここで、ｒ２＜０．９のときは相関性なしと判定され（Ｓ１０５においてＮＯ）、この間の標準状態流量Ｑｃは積算の対象となる（Ｓ１１０）。

ｒ２≧０．９以上のときは相関性ありと判定され（Ｓ１０６においてＹＥＳ）、次のステップに移行する。すなわち、最大容積変化（ΔＶmax）及び流量変動最大値（ΔＱmax）が演算される（Ｓ１０７）。ここに、ΔＶmaxは、メーター下流側配管の容積ＶとΔＰの最大値（ΔPmax）を用いて上述（ｃ）式により演算される。また、ΔＱmaxは、タイムスパンτにおける実際の検出値Ｑより求めることができる。
次いで、ΔＶmaxとΔＱmaxとが比較される（Ｓ１０８）。ΔＶmaxとΔＱmaxとがほぼ等しい（ΔＶmax≒ΔＱmax）ときは、タイムスパンτにおけるΔＱmax以下の瞬時流量データＱｃは流量積算対象から除外される（Ｓ１０９）。一方、ΔＶmaxとΔＱmaxとが異なるときは、Ｑｃは流量積算対象となる（Ｓ１１０）。上記各ステップにおいて流量積算対象となった流量データは、流量積算部７ｆに取り込まれ、さらに表示部に累積表示されていく。

なお、本実施形態ではΔＱmaxをタイムスパンごとに演算する形態としたが、学習機能を用いて所定の期間（例えば季節単位等）の最大値を順次更新して閾値更新部７ｆに格納していき、この値をΔＱmaxとして用いる形態とすることもできる。これにより季節による通過流量変化にも対応が可能となる。
また、積算手段７をメーター本体とは独立に設ける形態としたが、本体内に組み込む形態とすることもできる。
また、全ての検知データに基づいて閾値を求める形態としたが、所定の下限流量以下の流量データのみを対象として閾値を求める形態とすることもできる。
（第二の実施形態）

次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は圧力変動と流量変動との相互相関性のみに基づいて積算対象可否判定を行う形態に関する。本実施形態の構成は、上述のガスメーター計量装置１と同一であるので、重複説明を省略する。
次に図５を参照して、本実施形態におけるガス流量積算制御方法について説明する。本制御についても、所定のタイムスパンτの圧力、流量変動に対する積算判定を想定している。
初期状態において、固定閾値（ΔＱ’th）が設定されている（Ｓ２０１）。メーター本体２において検知されるガス瞬時流量、供給圧力、温度データは随時出力され（Ｓ２０２）、流量補正部７ａにおいて圧力、温度補正された後（Ｓ２０３）、データ格納部７ｂに格納される（Ｓ２０４）。

次に、演算部７ｃにおいて、上述（ｂ）式により圧力変動と流量変動の相互相関性が判定される（Ｓ２０５）。ｒ２≧０．９以上のときは相互相関性ありと判定され（Ｓ２０５においてＹＥＳ）、さらに流量補正値Ｑｃと固定閾値ΔＱ’thとが比較される（Ｓ２０６）。ΔＱ’th未満の流量データは流量積算対象から除外される（Ｓ２０７）。
Ｓ２０５において相互相関性なし、又はＳ２０６においてＱｃ≧ΔＱ’thのときは、補正流量値は流量積算部７ｅに取り込まれる（Ｓ２０８）。

本発明は、都市ガスメーターのみならず、他の気体流量計の圧力変動に伴う誤積算対策技術として広く利用可能である。

第一の実施形態に係るガスメーター計量装置１の機能ブロックを示す図である。 ガスメーター計量装置１の制御フローを示す図である。 専用ガバナ作動に伴うガス供給網末端部への影響を示す図である。 第一の実施形態の制御フローを示す図である。 第二の実施形態の制御フローを示す図である。 ガス使用時及び不使用時における圧力変動と流量変動の関係を示す図である。 圧力変動の自己周期性判定概念を示す図である。

符号の説明

１・・・ガスメーター計量装置
２・・・メーター本体
３、１１ａ、１１ｂ・・・端末機器
４・・・専用ガバナ
５、６・・・供給管
７・・・流量積算手段
７ａ・・・流量補正部
７ｂ・・・データ格納部
７ｃ・・・演算部
７ｄ・・・積算判定部
７ｅ・・・流量積算部
７ｆ・・・閾値格納部
８・・・表示部
９・・・圧力センサ
１０・・・温度センサ
２０・・・ガス供給網

Claims (4)

1. ガス不使用時における誤積算を防止するガスメーター計量方法であって、
   （１）ガスメーター上流側配管内の圧力変動（ΔＰ）の、所定のタイムスパンにおける自己周期性を判定するステップと、
   （２）周期性ありと判定したときに、圧力変動（ΔＰ）と流量変動（ΔＱ）との相関性を判定するステップと、
   （３）相関性ありと判定したときに、下流側配管容積（Ｖ）及び前記所定のタイムスパンにおける圧力変動の最大値（ΔＰmax）に基づいて求めたガス体積変化量の最大値（ΔＶmax）と、その間の流量変動最大値（ΔＱmax）と、を比較するステップと、
   （４）ガス体積変化量最大値（ΔＶmax）と流量変動最大値（ΔＱmax）とが実質的に等しいときは、不使用時にガスメーターを介してのガスの流れありと判定するステップと、
   （５） ガスの流れありと判定したときは、前記流量変動最大値（ΔＱmax）以下の流量については積算対象から除外するステップと、
   を含むことを特徴とするガスメーター計量方法。
2. 前記（１）のステップにおいて、ガス流量（Ｑ）が所定の下限流量以下のときの圧力変動のみを対象として、自己周期性を判定することを特徴とする請求項１に記載のガスメーター計量方法。
3. ガス不使用時における誤積算を防止するガスメーター計量方法であって、
   （６）所定のタイムスパンについて、ガスメーター上流側配管内の圧力変動（ΔＰ）と、ガスメーターの流量変動（ΔＱ）との相関性を判定するステップと、
   （７）相関性ありと判定したときに、所定のタイムスパンにおける流量変動最大値（ΔＱmax）が閾値（ΔＱth）以下のときは、ガスメーターを介してのガスの流れありと判定するステップと、
   （８） ガスの流れありと判定したときは、流量変動最大値（ΔＱmax）以下の流量については積算対象から除外するステップと、
   を含むことを特徴とするガスメーター計量方法。
4. ガス不使用時における誤積算を防止するガスメーター計量装置であって、
   随時検出される供給圧力及び瞬時流量データを取り込んで一旦格納する格納手段と、
   圧力変動値（ΔＰ）及び流量変動値（ΔＱ）に基づいて、圧力変動と流量変動の相関性を演算する演算手段と、
   圧力変動と流量変動の相関性があるときに、所定の閾値と流量変動最大値（ΔＱmax）とを比較して、検出流量データの積算可否を判定する積算判定手段と、
   を備えて成ることを特徴とするガスメーター計量装置。
   

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