JP5070849B2 - 流量計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、各家庭でのガス供給管の入り口部分に設置され、ガス流量を計測するガスメータにおいて、ガス器具別料金等の使用器具やその使い方に合わせた新料金やサービスを提供するために使用中のガス器具を判別検知する技術に関するものである。

従来、この種の流量計測装置の事例としては、以下に示すような構成がある（例えば、特許文献１参照）。

一般的に各家庭にはガス供給ラインの入り口にガスの流量計を内蔵したガスメータが取り付けられている。

従来のガスメータにおいて器具別料金を実施する場合、ガスメータに接続された複数の積算装置を用い、特定の時間使用された場合の積算流量や特定の範囲の流量が使用されている場合の積算値を求め、すなわち時間区分別流量や流量区分別流量を求め、その積算値でもって料金体系を決めるものである。図８をもとに料金体系の１例について説明を加える。予め所定の割引流量区分、及び所定の割引時間帯を設定し、その割引流量区分かつ割引時間帯に該当する流量のガス料金を割引対象とする。すなわち図８の斜線で区分された部分が対象となる。しかしながら、この方法では、器具の特定判断が曖昧であり、特定器具に対して料金を課金する等のより消費者にわかりやすく利便性のある料金設定を行うことは困難である。そこで、特定の器具を判別するための方法として、以下に示すような提案がなされている（例えば特許文献２参照）。

特開２００２−７１４２１号公報 特開２００３−１４９０２７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、世の中にはあらゆる種類のガス器具が存在するため、そして、ユーザが使用するガス器具を予め知っておくことができないために予め全ガス器具を判別するためのガス流量変化パターンをパターンテーブル（記憶手段）に記憶させておかなくてはいけない。

また、流量計測装置をユーザ宅に設置する際に、ユーザが保有する器具について判別を行うための判別情報（従来例でいうと、ガス流量パターン）を流量計測装置で収集する方法が容易に考えられる。しかしガス器具多くは、宅内に有ることが多く、更に流量計測装置はガス使用量を点検員が収集する必要があるので、用意に収集できるように宅外、もっといえば宅地に入らなくてもすむような道路に面したところに設置されていることが多い。

そうすると、判別を行うための判別情報を収集する登録作業を行うために、宅外に流量計測装置を操作する人と、宅内にいてガス器具を操作する人の２人必要となる。これは、ガス事業者から見るとコストがかかることになる。

更に、流量計測装置は、通常流量を計測することが通常の機能であるため、上記判別を行うための判別情報を登録させるような動作をさせようとした場合には、流量計測装置に対してある特別な状態にさせる必要がある。そのため、１人でこの登録作業を行おうとすると、登録を行う登録者は、まず（１）宅外にある流量計測装置を登録が行える状態に移行させ、それから、（２）宅内に戻りガス器具を動作させてガス器具が点火されたことを確認し、そして、（３）更に宅外へ行き流量計測装置に正しく判別情報が登録されたか確認し、最後に、（４）宅内に戻ってガス器具を停止させる必要がある。

これは、登録者にとってかなり煩雑であり、やはり複数人で作業した方が効率的であるといえる。そして、登録者が（３）の作業を行っている間には登録は完了していることになるので、登録者が（４）の作業を行っている間は、無駄にガスが燃焼していることになり、ユーザにとって、無駄なガスをガス事業者から請求されることになってしまう。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、１人の登録者で流量計測装置に判別を行うための判別情報を登録する登録作業を行う場合でも、登録者にとって煩雑でなく、且つ、無駄なガス消費をなくす流量計測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、本発明の流量計測装置は、ガス流量を一定時間間隔で計測する流量計測手段と、器具情報記憶手段と、前記流量計測手段から出力される流量値と所定の時間（Ｎ）前の差分値を前記計測の度に計算する第１の演算手段と、前記差分値が予め定めた閾値より大きくなった時刻ａより前記時間（Ｎ）前の流量（Ｑａ）と前記時刻ａ後、前記差分値の絶対値が前記閾値より小さくなった時刻ｂの流量（Ｑｂ）との流量差（Ｑｂ−Ｑａ）を計算する第２の演算手段と、前記流量計測手段の下流に接続されるガス器具が１台で動作させた時の前記流量差若しくは、前記差分値を前記器具情報記憶手段に登録する登録手段と、前記登録手段が、前記器具情報記憶手段への登録が完了すると報知する報知手段とを備えるようにしたものである。

これによって、流量計測装置に自信の下流に接続されるガス器具の動作を判別させるための情報を１人の登録者で登録しようとした場合に、わざわざ宅外に赴いて判別情報である前記ガス器具が１台で動作させた時の前記流量値若しくは、前記差分値が、流量計測装置の前記器具情報記憶手段に登録されているか確認しなくても報知手段によって登録者が認識することができるので、登録者が上述の（３）、（４）の作業を行うために宅内、宅外を移動することを回避することができる。

本発明の流量計測装置は、ガス流量を一定時間間隔で計測する流量計測手段と、器具情報記憶手段と、前記流量計測手段から出力される流量値と所定の時間（Ｎ）前の差分値を前記計測の度に計算する第１の演算手段と、前記差分値が予め定めた閾値より大きくなった時刻ａより前記時間（Ｎ）前の流量（Ｑａ）と前記時刻ａ後、前記差分値の絶対値が前記閾値より小さくなった時刻ｂの流量（Ｑｂ）との流量差（Ｑｂ−Ｑａ）を計算する第２の演算手段と、前記流量計測手段の下流に接続されるガス器具が１台で動作させた時の前記流量差若しくは、前記差分値を前記器具情報記憶手段に登録する登録手段と、前記登録手段が、前記器具情報記憶手段への登録が完了すると報知する報知手段とを備えるようにしたものである。

これによって、流量計測装置に、自身の下流に接続されるガス器具の動作を判別させるための情報を１人の登録者で登録しようとした場合に、わざわざ宅外に赴いて判別情報である前記ガス器具が１台で動作させた時の前記流量値若しくは、前記差分値が、流量計測装置の前記器具情報記憶手段に登録されているか確認しなくても報知手段によって登録者
が認識することができるので、登録者が上述の（３）、（４）の作業を行うために宅内、宅外を移動することを回避することができる。

第２の発明は、請求項１に記載の報知手段とは、音声または、音データを再生することで登録完了を報知することによって、以下の効果をえることができる。

それは、宅外にある流量計測装置から距離を隔てた宅内にあるガス器具付近にいる登録者が、音声によって判別情報が登録されたことを確認することができるので、登録者が上述の（３）、（４）の作業を行うために宅内、宅外を移動することを回避することができ、登録者が感じる煩雑を軽減することができる。また、登録者が確認するために移動する間の無駄なガスの消費をなくすこともできる。

第３の発明は、請求項１に記載の流量計測装置は、前記流量計測手段の下流側の流量を遮断する遮断手段を備え、前記報知手段とは、前記登録が完了すると前記遮断手段を使って、前記下流側への流量を一定時間遮断することで前記登録者に前記登録が完了したことを報知することによって、以下の効果をえることができる。

それは、前記器具情報記憶手段に判別情報を登録する際には、必ず登録を行いたいガス器具を動作させてガスを燃焼させる。だから、前記遮断手段によって判別情報の登録が完了するとガスを遮断すれば、登録を行いたいガス器具へのガス供給も停止するので、登録者が失火を確認すれば、登録作業が完了したことが確認することができるので、流量計測装置に音声や音データなどを記憶させる必要がなくなる。

また、既存の流量計測装置には、現状ガス漏れ時や異常使用時の対策の為に、遮断手段が内蔵されているので、既存の流量計測装置に対して特別な変更を施すことなく、登録者に登録完了を報知することができる。

第４の発明は、請求項３に記載の流量計測装置は、下流に接続される前記ガス器具自身が報知するエラー通知によって前記登録者に前記登録が完了したことを報知するようにすることによって、以下の効果をえることができる。

それは、通常前記遮断手段によってガスが遮断されてもガステーブルやガスストーブなどを除き、直接炎を確認することができないので、給湯器やファンヒータなどのガス器具自身が本来備えている失火したときのエラー報知によって、登録者が登録完了を確認することができる。

第５の発明は、請求項１から４の何れか１項に記載の流量計測装置の流量計測手段は、瞬時流量計測手段としての超音波流量計を用いた構成により流量が変化した瞬間に器具判別動作や学習動作を作動させることができ細かく流量変化を捉えることで器具判別精度を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における流量計測装置の構成を示すものである。

図１において、１は流量計測装置であり、ガス供給管の途中に設けられ、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。流量計測装置内部はガス管に接続されたガスの流路内に設けられた遮断手段であるガス遮断弁２と、流量計測手段３と、使用ガス流量を表示する表示部４と、地震などの振動を検出する感震器５と、本発明に関わる器具判別を行うための器具判別手段６と、第１の演算手段７と、第２の演算手段８と、登録手段１０と、報知手段１１と、感震器５の作動や器具判別機能、保安機能を統括制御する制御回路１２及びそれらの動力源となる電池（図示せず）を内蔵している。

ここで、流量計測手段３の動作について図２を用いて説明する。図２において、計測流路１３は矩形断面を持っており、計測流路１３のガスの流れる方向と直角方向にある壁面には計測流路１３を挟んで一対の超音波送受信器１４、１５が流路の上流側と下流側で角度φを有して斜めに対向して装着されている。超音波送受信器１４、１５間で交互に超音波を送受信させて流体の流れに対して順方向と逆方向の超音波の伝搬時間の差を一定間隔を置いて計り、伝搬時間差信号として出力する働きを持つ。この伝搬時間差信号を受けて計算手段（図示せず）により被計測流体の流速及び流量を算出するものである。

算出式を下記に示す。

図２においてＬは測定距離であり、ｔ１を上流からの伝達時間、ｔ２を下流からの伝達時間、Ｃを音速とすると、計測ポイントの時刻Ｔでの流速Ｖは
式（１） Ｖ＝（Ｌ／２ｃｏｓφ）（（１／ｔ１）−（１／ｔ２））
である。更に、流速を計測するポイントによって計測流路１３に流れるガスは突発的に変化するので、流路全体からみた流速よりも大きかったり、小さかったりする場合があるので、その影響を小さくするために前回計測した流速Ｖとの平均を流量計測手段３が計測する計測流量（以下、流量と呼ぶ）としている。なお、本発明の流量計測手段３に関しては、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使用可能である。

本実施の形態における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が、本発明では２秒間隔の計測を行っている。更に時間間隔を小さくすることは測定原理上可能であり、ガス器具によっては２秒より短時間で起動する器具もあるため、測定時間間隔を小さくすることは器具判別を瞬時に行う点では有利となるが、計測間隔を短くすると電池の消耗が大きくなるなどの課題がある、また計測時間を従来のガスメータで使用している膜式方式と同等の計測間隔が２桁オーダーの秒数間隔になると、本発明のアルゴリズムの流量変化の差分を見て判断することが困難になり、コストや器具判別の性能面からバランスの良い時間として本発明では２秒間隔計測で行っている。

図３は器具を動作させたときの最大の流量と器具を動作させたときの最小の流量とが器具毎に判別値として記憶する半導体メモリ（器具情報記憶手段）である。この判別値は、登録手段１０によって登録されるものである。登録手段１０が判別値を登録する方法については、実際に器具を動作させて数値を収集することによって登録されるものとする。

ここで、最大の流量とは、ファンヒータでいうと、スイッチをＯＮして動作させた時にファンヒータが使用するガス消費量と等しい。ガスストーブならば全開設定で動作させた時に使用するガス消費量と等しい。ガステーブル（プッシュ式点火のガステーブル）ならば、点火して火力調節レバーを動かさない場合に使用するガス消費量と等しい。なお、記録の追加、書き換えができるものであれば、磁気記憶媒体その他でもよい。

器具判別手段６は、第１の演算手段７が計算する差分値を監視し、必要なときに第２の演算手段８が計算する流量差と器具情報記憶手段に記憶されている判定値とを比較して、動作を開始した器具を判別する処理部である。また、判別した器具について、２秒ごとに動作している器具毎のガス使用量を算出する。更に、動作中の器具が停止したときにおいても、第１の演算手段７が計算する差分値を監視し、必要なときに第２の演算手段８が計算する流量差と器具毎のガス使用量とを比較して停止した器具を特定するものである。また、動作している器具の使用している流量を管理する処理部である。

以上を踏まえて、本実施の形態における流量計測装置の動作を図４のフローチャートを用いて説明する。また、図５は、登録者が後で説明する登録モードへ流量計測装置を移行させた後の時刻Ｔ０１でファンヒータを動作させた時に流量計測手段３が計測する流量の時間変化を示すグラフである。起動には若干の時間がかかることと、流量が２秒前の流速と現在の流速の平均から流量を求めていることによって、グラフから分かるように流量が安定するまでに時間がかかる。更に、器具毎に起動にかかる時間が異なるので、器具毎に流量が安定するまでの時間が異なる。

まず登録者によって流量計測装置が判別情報を登録できるように動作のモードを変更する（登録モードへ移行させる）（Ｓ４０１）。本実施の形態では流量計測装置が登録モードにない場合の動作については、詳細な説明を行わないが、流量計測装置が登録モードでない時は、単に流量計測装置より下流に流れるガスの流量を計測し、必要ならば使用された器具を判別する（Ｓ４０２）。本実施の形態では、この処理のことを通常の計測と呼ぶ。

その後、登録者が宅内に戻り、時刻Ｔ０１から時刻Ｔ０５の間でファンヒータが動作を開始したとすると、時刻Ｔ０１で流量計測手段３が計測する流量は４０［Ｌ／ｈ］（Ｓ４０３）で、第１の演算手段７が計算する差分値は４０［Ｌ／ｈ］となり３［Ｌ／ｈ］より大きいので（Ｓ４０４）、現在までに登録実施は確定していないので（Ｓ４０５）、以後初めて差分値が３［Ｌ／ｈ］以下になった時刻で流量変化を発生させた器具を判別することが確定する。更に差分値が正なので（Ｓ４０６）、動作を開始した器具の判別情報を登録することが確定する（Ｓ４０７）。

なお、本実施の形態では第１の演算手段が計算する差分値は、現時刻より４秒前の差分値のこととする。また、第１の演算手段７が計算する差分の時間間隔を４秒としたのは、以下のことを考慮したためである。それは図４においては、ガス流量の変化が流量計測手段３の計測タイミングに合わせて変化していると仮定しているが、本来ならば、そういうことはない。つまり、計測タイミングとは無関係にガス器具が起動・停止する。図６は、流量計測手段３が計測するタイミングと器具が動作して流量変化が発生するタイミングが異なっている場合の流量計測手段３が計測する流量を示す図である。

そうすると、差分値の時間間隔を２秒にした場合の第２の演算手段８が計算する流量は、時刻Ｔ００’から時刻Ｔ０６’の間に変化した流量変化と見なすことになるので、１２８［Ｌ／ｈ］となり、正確に器具の流量変化を捕まえることができない。更に、流量計測手段３が計測する流量は、現時点と２秒前の流速との平均なので、現在の流量は２秒前の流量の影響を受ける。だから、何ら影響を受けない４秒前の流量を差分値の基準に取ることにする。

更に、第１の演算手段７が計算する差分値が負の場合には、器具が動作したと見なすことができないので、登録不可を登録者に知らせる表示を表示部４によって行い（Ｓ４０８）、流量計測装置は登録モードからぬけ（Ｓ４０９）、通常の計測を実施する。

次に時刻Ｔ０２からＴ０５までは、ファンヒータの動作開始のために流量計測手段３が計測する（Ｓ４０３）流量が徐々に増加し差分値も３［Ｌ／ｈ］以上で（Ｓ４０４）、更に既に判別情報を登録することも確定しているので（Ｓ４０５）、次の（２秒後の）計測を待つ。時刻Ｔ０６についても流量計測手段３が計測する（Ｓ４０３）流量は、時刻Ｔ０５の時の流量と同じ流量１３０［Ｌ／ｈ］であるが、第１の演算手段７が計算する差分値が３［Ｌ／ｈ］以上で（Ｓ４０４）、更に既に判別情報を登録することも確定しているので（Ｓ４０５）、次の（２秒後の）計測を待つ。

時刻Ｔ０７において、流量計測手段３が計測する（Ｓ４０３）流量は、時刻Ｔ０５の時の流量と同じ流量（１３０［Ｌ／ｈ］）で、第１の演算手段７が計算する差分値は０［Ｌ／ｈ］で３［Ｌ／ｈ］より低い（Ｓ４０４）。ここで、時刻Ｔ０１で判別情報を登録することが確定しているので（Ｓ４１０）、第２の演算手段８は、現在の時刻Ｔ０７の流量（１３０［Ｌ／ｈ］）と判別することが確定した時刻Ｔ０１より４秒前の時刻Ｔ０の流量（０［Ｌ／ｈ］）との流量差（１３０［Ｌ／ｈ］）を計算し（Ｓ４１１）、その流量差を器具情報記憶手段に書き込む（Ｓ４１２）。

そして、ガス遮断弁２を閉じ、自身の下流に接続されるガス器具へのガス供給を遮断する（Ｓ４１３）。そうすると、ガス器具がガステーブルであれば、今まで炎を出して燃焼している状態から炎が消えた状態になるので、登録者が目で見て判別情報が登録されたことが分かる。また、ガス器具が給湯器であれば、登録者が直接炎を確認することが難しいが、給湯器自身が予め備えている失火を知らせる通知で、登録者がこの通知を給湯器の表示画面もしくは、給湯器から再生される音声データで判別情報が登録されたことが分かる。登録が完了すると流量計測装置は登録モードからぬけ（Ｓ４０９）、通常の計測を実施する。

なお、本実施の形態においては、ガス器具１台が動作した時の第２の演算手段８が計算する流量差を登録したが、差分値が閾値である３［Ｌ／ｈ］を超えてから再び３［Ｌ／ｈ］以下になるまでの間の差分値の最大値を登録するようにしてもよい。そして、誤って流量計測装置が操作されて、流量計測装置が登録モードに移行する場合も考慮して、このモードになってから１分間、第１の演算手段７が計算する差分値が閾値を超えなかった場合には、器具情報記憶手段に判別情報を記憶していなくても、通常の計測を行う。

また報知の方法は、本実施の形態ではガスを遮断することで登録完了を報知したが、流量計測装置が音声データなどを記憶していて、そのデータを再生することによって登録完了を報知するようにしてもよい。

ファンヒータの判別情報を登録することによって、器具情報記憶手段の情報は、図７のようにかわり、以後ファンヒータを動作した時には、流量計測装置の器具判別手段６によって判別することができる。器具判別手段６の詳細な判別方法については、本発明と直接的な関係がないので、説明を省略する。

以上のように、本実施の形態においては流量計測装置が、下流に接続されるガス器具の動作を判別するための判別情報を登録したことを登録者に知らせることを、器具情報記憶部に判別情報が記憶されるとガス遮断弁を閉じることによって行うことにより、ガステーブルでいえば登録者は、炎が見えているか否かで登録完了が確認できるようになる。

そして、自身の下流に接続されるガス器具の判別情報を１人の登録者で登録しようとした場合に、わざわざ宅外に赴いて判別情報である前記ガス器具が１台で動作させた時の前記流量値若しくは、前記差分値が、流量計測装置の前記器具情報記憶手段に登録されてい
るか確認しなくても報知手段によって登録者が認識することができるので、登録者の煩雑度軽減することができる。

流量計測装置は、通常流量を計測することが通常の機能であるため、上記判別を行うための判別情報を登録させるような動作をさせようとした場合には、流量計測装置に対してある特別な状態にさせる必要がある。そのため、１人でこの登録作業を行おうとすると、登録を行う登録者は、まず（１）宅外にある流量計測装置を登録が行える状態に移行させ、それから、（２）宅内に戻りガス器具を動作させてガス器具が点火されたことを確認し、そして、（３）更に宅外へ行き流量計測装置に正しく判別情報が登録されたか確認し、最後に、（４）宅内に戻ってガス器具を停止させる必要がある。だから、（３）、（４）の作業を行うためにかかる時間無駄に燃焼していたガスをなくすことができる。

以上で説明した手段は、ＣＰＵ（またはマイコン）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、記憶・記録装置、Ｉ／Ｏなどを備えた電気・情報機器、コンピュータ、サーバー等のハードリソースを協働させるプログラムの形態で実施してもよい。プログラムの形態であれば、磁気メディアや光メディアなどの記録媒体に記録したりインターネットなどの通信回線を用いて配信したりすることで新しい機能の配布・更新やそのインストール作業が簡単にできる。

以上のように、本発明にかかる流量計測装置は、ガスメータの下流に接続されたガス器具が各時刻におけるガス使用量（流量）の計算を精度よく行うことができるので、ガス器具が適正に使用されているか監視する保安等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における流量計測装置の構成図 本発明の実施の形態１における流量計測部構成図 本発明の実施の形態１における器具情報記憶手段に記憶されるデータ構成図 本発明の実施の形態１における流量計測手段が計測する流量の時間変化を示 す特性図 本発明の実施の形態１における流量計測装置のフローチャート 本発明の実施の形態１における流量計測手段が計測する流量の時間変化を示 す特性図 本発明の実施の形態１における登録完了後の器具情報記憶手段に記憶される データ構成図 従来の流量計測装置の判別方法概念図

１ 流量計測装置
２ ガス遮断弁
３ 流量計測手段
４ 表示部
５ 感震器
６ 器具判別手段
７ 第１の演算手段
８ 第２の演算手段
１０ 登録手段
１１ 報知手段
１２ 制御回路
１３ 計測流路
１４，１５ 超音波送受信器

Claims (5)

1. ガス流量を一定時間間隔で計測する流量計測手段と、
   器具情報記憶手段と、
   前記流量計測手段から出力される流量値と、所定時間前に前記流量計測手段によって計測された流量値との差分値を前記計測ごとに計算する第１の演算手段と、
   前記差分値が所定の閾値より大きくなった第１の時刻より前記所定時間前の流量と、前記第１の時刻後において前記差分値の絶対値が前記所定の閾値より小さくなった第２の時刻の流量との第１の流量差を計算する第２の演算手段と、
   前記流量計測手段の下流に接続されるガス器具を１台で動作させた時の前記第１の流量差若しくは、前記差分値を前記器具情報記憶手段に登録する登録手段と、
   前記器具情報記憶手段への登録完了を報知する報知手段とを備える流量計測装置。
2. 前記報知手段とは、音声または、音データを再生することで登録完了を報知する請求項１に記載の流量計測装置。
3. 前記流量計測手段の下流側の流量を遮断する遮断手段を備え、
   前記報知手段は、前記登録手段による登録が完了すると、前記遮断手段を使って前記下流側への流量を一定時間遮断することで前記登録完了を報知する請求項１に記載の流量計測装置。
4. 前記流量計測手段の下流側の流量を遮断する遮断手段を備え、
   前記遮断手段は、前記登録手段による登録が完了すると前記下流側への流量を一定時間遮断し、
   前記ガス器具が報知するエラー通知によって前記器具情報記憶手段への登録完了を報知する請求項１に記載の流量計測装置。
5. 前記流量計測手段は、瞬時流量計測手段としての超音波流量計を用いた請求項１〜４のいずれか１項に記載の流量計測装置。

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