JP7426600B2

JP7426600B2 - ガス保安装置

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Publication number: JP7426600B2
Application number: JP2023092098A
Authority: JP
Inventors: 太一行徳; 憲司安田; 健太内田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2023-06-05
Publication date: 2024-02-02
Anticipated expiration: 2039-05-17
Also published as: EP3971538A4; EP3971538A1; US11714434B2; JP2020187082A; JP7390544B2; US20220147069A1; JP2023101798A; WO2020235422A1; CN113811745A; CN113811745B

Description

本開示は、ガス流量を計測し、異常流量が計測された場合にはガス通路を遮断し、ガス使用上の安全性を確保するガス保安装置に関する。

特許文献１は、ガスの使用量を測定するガスメータが、異常と判定してガス通路を遮断し、安全性を確保するガス保安装置を開示する。このガス保安装置は、超音波センサと、超音波センサ駆動回路が構成された回路基板を一体とした超音波流量計測部と、供給圧側と、大気圧の差圧を測定する圧力センサと、圧力センサで測定した圧力が異常であると判断した場合は、流路を遮断してガスの供給を停止する制御機能と、通報する機能を備える。

特開２０１４－９８５６３号公報

ガス保安装置に内蔵された圧力センサはガスの圧力を大気圧基準として測定する差圧測定型である為、ガスを圧力センサに導入する貫通孔を有しており、周囲の火災等により、ガス保安装置周辺が非常に高温になった場合、圧力センサが変形または焼失することによって、貫通孔からガスが漏れ出し、ガス爆発等の二次被害を拡大してしまう可能性がある。そこで、貫通孔が不要な構成として、大気圧を測定する絶対圧圧力センサとガスの圧力を測定する絶対圧圧力センサの測定値の差からガス供給圧の変化を測定する手段がある。

しかしながら、２個のセンサを駆動させるため消費電力が多くなり、電池の容量を大きくする課題がある。

本開示におけるガス保安装置は、ガスを流すための流路と、前記流路を流れるガスの流量を測定するための流量計測部と、前記流路の内部に配置され、前記ガスの絶対圧力を測定する第１の圧力センサと、前記流路の外部に配置され、大気圧の絶対圧力を測定する第２の圧力センサと、前記第１の圧力センサで計測される圧力値をｎ個採取する第１の圧力値採取手段と、前記第２の圧力センサで計測される圧力値をｎ個採取する第２の圧力値採取手段と、前記第１の圧力値採取手段での得られた今回と前回の計測値を比較する第１の圧力前回値比較手段と、前記第２の圧力値採取手段での得られた今回と前回の計測値を比較する第２の圧力前回値比較手段と、前記第１の圧力前回値比較手段と前記第２の圧力前回値比較手段の結果から前記第１の圧力センサ及び前記第２の圧力センサの双方で安定して測定できていると判断される場合は、前記第１の圧力センサと前記第２の圧力センサとの駆動停止を判断する駆動停止判定手段と、前記第１の圧力値採取手段と前記第２の圧力値採取手段で計測された圧力の差からガス供給圧を算出するガス圧力判定手段と、前記流路を遮断する遮断弁と、前記流量計測部を制御すると共に、前記流量計測部で測定した流量や前記ガス圧力判定手段で測定した圧力で異常と判定した場合に前記遮断弁で前記流路を遮断する制御回路と、を備える。

本開示は、ガス保安装置周辺が高温になってもガスが噴出することのないガス保安装置において、２つの絶対圧圧力センサを備えた構成でも消費電力の抑制することができる。

実施の形態１におけるガス保安装置の構成図実施の形態１における動作説明図実施の形態２におけるガス保安装置の構成図実施の形態２における動作説明図

第１の発明は、ガスを流すための流路と、前記流路を流れるガスの流量を測定するための流量計測部と、前記流路内部に配置され、前記ガスの絶対圧力を測定する第１の圧力センサと、前記流路外部に配置され、大気圧の絶対圧力を測定する第２の圧力センサと、前記第１の圧力センサもしくは、前記第２の圧力センサの遷移状態を検知する圧力値遷移検知手段と、前記圧力値遷移検知手段の遷移の値によって前記第１の圧力センサもしくは、前記第２の圧力センサの駆動を制御するセンサ駆動制御手段と、前記第１の圧力センサと前記第２の圧力センサが共に駆動している時の圧力の差からガス供給圧を算出するガス圧力判定手段と、前記流路を遮断する遮断弁と、前記流量計測部を制御すると共に、前記流量計測部で測定した流量や前記ガス圧力判定手段で測定した圧力で異常と判定した場合に前記遮断弁で前記流路を遮断する制御回路と、を備えることで、大気側の前記絶対圧圧力センサの駆動を抑制し、消費電力の低減ができる。また、差圧測定型の圧力センサを用いる場合に必要な貫通孔が不要となり、火災等でガス保安装置の周囲が高温になってもガスが噴出することを防止でき、より安全性の高いガス保安装置が実現できる。

第２の発明は、ガスを流すための流路と、前記流路を流れるガスの流量を測定するための流量計測部と、前記流路内部に配置され、前記ガスの絶対圧力を測定する第１の圧力センサと、前記流路外部に配置され、大気圧の絶対圧力を測定する第２の圧力センサと、前記第１の圧力センサで計測される圧力値をｎ個採取する第１の圧力値採取手段と、前記第２の圧力センサで計測される圧力値をｎ個採取する第２の圧力値採取手段と、前記第１の圧力値採取手段での得られた今回と前回計測値を比較する第１の圧力前回値比較手段と、前記第２の圧力値採取手段での得られた今回と前回の計測値を比較する第２の圧力前回値比較手段と前記第１の圧力前回値比較手段と前記第２の圧力前回値比較手段の結果からセンサの駆動停止を判断する駆動停止判定手段と、前記第１の圧力値採取手段と前記第２の圧力値採取手段で計測された圧力の差からガス供給圧の変化を算出するガス圧力判定手段と、前記流路を遮断する遮断弁と、前記流量計測部を制御すると共に、前記流量計測部で測定した流量や前記ガス圧力判定手段で測定した圧力変化で異常と判定した場合に前記遮断弁で前記流路を遮断する制御回路と、を備えることで、２つの前記絶対圧圧力センサの駆動を抑制し、消費電力の低減できる。また、差圧測定型の圧力センサを用いる場合に必要な貫通孔が不要となり、火災等でガス保安装置の周囲が高温になってもガスが噴出することを防止でき、より安全性の高いガス保安装置が実現できる。

第３の発明は、特に第１または２の発明において、前記流量計測部は前記流路内部に配置された計測回路を有し、前記第１の圧力センサは前記計測回路上に構成され、前記制御回路は前記流路外部に配置され、前記第２の圧力センサは前記制御回路上に配置されたものである。

第４の発明は、特に第１～３のいずれか１つの発明において、前記流量計測部は、超音波センサと前記超音波センサを駆動して流量計測を行う計測回路を一体とした超音波流量計測部を備え、前記超音波流量計測部をガス雰囲気中に設置するとともに、前記超音波流量計測部に前記第１の圧力センサを備え、前記制御回路で前記超音波流量計測部を制御することによって、超音波センサ駆動回路上の前記第１の圧力センサも制御するものである。

以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１について、図１～図２を用いて説明する。

図１において、ガス保安装置１００は、流路１０１、遮断弁１０２、流路１０１に流れるガスの流量を計測する流量計測部１０３、流量計測部１０３で計測した流量測定データを用いて、ガスの使用量を積算する制御回路１０４、絶対圧力が測定できるガス側を測定するガス側絶対圧圧力センサ１０５、大気側を測定する大気側絶対圧圧力センサ１０６、ガス雰囲気中に設置されている電子回路１０７、ガス側絶対圧圧力センサ１０５の圧力値の遷移状態を検知する圧力値遷移検知手段１０８、圧力値遷移検知手段１０８において検知された圧力値の遷移状態によって大気側絶対圧圧力センサ１０６の駆動を制御するセンサ駆動制御手段１０９、ガス側絶対圧圧力センサ１０５と大気側絶対圧圧力センサ１０６で測定された２つの絶対圧の差分からガス供給圧を算出するガス圧力判定手段１１０を備える。

ガス側絶対圧圧力センサ１０５は、流路１０１内のガス雰囲気中に設置されている電子回路１０７上に電子部品として実装されており、制御回路１０４からの信号で流路１０１内のガスの絶対圧力を測定する。また、大気側絶対圧圧力センサ１０６は、流路１０１外の大気側に設置されている制御回路１０４上に電子部品として実装されており、制御回路からの信号で大気側の絶対圧力を測定する。

次に、図２を用いて、圧力値遷移検知手段１０８とセンサ駆動制御手段１０９の具体的な動作説明を行う。

図２は、同一期間のガス側の絶対圧力と大気側の絶対圧力の変化と、ガス側絶対圧圧力センサ１０５、大気側絶対圧圧力センサ１０６の測定タイミングの一例を示したものである。

図に示す様に、ガス側絶対圧圧力センサ１０５は、常に所定間隔（例えば、２秒から１０秒）で駆動されて測定を行っており、ガス側の圧力値遷移検知手段１０８で圧力が所定値（例えば、２ｋＰａ）以上変化したことを検知した場合は、センサ駆動制御手段１０９によって大気側絶対圧圧力センサ１０６を駆動して大気側の圧力を測定し、所定値未満の場合は駆動を行わず測定を停止する。

即ち、ガス側絶対圧圧力センサ１０５の測定タイミングＴｎ－１までは、測定タイミング毎の圧力変化が２ｋＰａ未満であるので、大気側絶対圧圧力センサ１０６の駆動を行わないが、測定タイミングＴｎ－１の絶対圧力Ｐｇｎ－１と測定タイミングＴｎの絶対圧力Ｐｇｎとの圧力差ΔＰｇｎが２ｋＰａ以上となっており、測定タイミングＴｎでは大気側絶対圧圧力センサ１０６を駆動して大気側の絶対圧力Ｐａｎを測定し、次の測定タイミングＴｎ＋１では、ガス側絶対圧圧力センサ１０５による測定タイミングＴｎの絶対圧力Ｐｇｎと測定タイミングＴｎ＋１の絶対圧力Ｐｇｎ＋１との圧力差ΔＰｇｎ＋１が２ｋＰａ未満である為、大気側絶対圧圧力センサ１０６を駆動は停止する。その後、ガス側絶対圧圧力センサ１０５の測定タイミング毎の圧力変化が２ｋＰａ未満であるので、大気側絶対圧圧力センサ１０６の停止した状態となる。

従って、測定タイミングＴｎでは、ガス側絶対圧圧力センサ１０５によるガス側の絶対圧力Ｐｇｎと大気側絶対圧圧力センサ１０６による大気側の絶対圧力Ｐａｎを測定することで、ガス圧力判定手段１１０はこの２つの絶対圧力の差分からガス供給圧を算出でき、制御回路１０４は、流量計測部１０３で計測した流量測定データやガス供給圧やその変化を判定し、ガス漏れ等の異常がないかを判定し、異常と判断した場合には、遮断弁１０２で流路１０１を遮断して、ガスの供給を停止する。

以上のように、本実施の形態においては、通常はガス側絶対圧圧力センサ１０５のみでガス側の絶対圧力を測定し、所定以上の圧力変化が検知されるか否かで大気側絶対圧圧力センサ１０６の駆動・停止を制御することで、消費電力の抑制ができ、かつ絶対圧力を測定できる２つの絶対圧圧力センサの差分を用いてガス供給圧の変動を検知するため、差圧測定型の圧力センサを用いる場合に必要な貫通孔が不要となり、火災等でガス保安装置の周囲が高温になってもガスが噴出することを防止でき、より安全性の高いガス保安装置が実現できる。

なお、本実施の形態では、圧力値遷移検知手段１０８は、ガス側絶対圧圧力センサ１０５による測定タイミング間の圧力差を検知しているが、離れた測定タイミング間の圧力差や複数の測定タイミングの平均の圧力差、或いは、変化パターンなどで圧力遷移を検知する方法を用いてもよい。

また、本実施の形態において、ガス側絶対圧圧力センサ１０５で圧力の測定を行い、大気側の絶対圧圧力センサの停止・駆動を制御する構成で説明したが、大気側の圧力測定に基づいて、ガス側のセンサの停止・駆動を制御する構成でも同等なことができることは言うまでもない。

なお、本実施の形態において、流量計測部を超音波流量計測として使用しても同等なことができることは言うまでもない。

なお、本実施の形態において、ガス側絶対圧圧力センサ１０５を流路１０１内のガス雰囲気中に設置されている電子回路１０７上に実装する構成で説明したが、流路内であれば何処に実装してもよいことはいうまでも無い。また、大気側絶対圧圧力センサ１０６を流路１０１外の大気側に設置されている制御回路１０４上に実装する構成で説明したが、大気圧を測定できれば実装する場所に制限は無い。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２について、図３～図４を用いて説明する。なお、図３おいて、図１で説明した同一機能については同一番号で示す。

ガス保安装置２００は、流路１０１、遮断弁１０２、流路１０１に流れるガスの流量を計測する流量計測部１０３、流量計測部１０３で計測した流量測定データを用いて、ガスの使用量を積算する制御回路２０４、絶対圧力が測定できるガス側を測定するガス側絶対圧圧力センサ１０５、大気側を測定する大気側絶対圧圧力センサ１０６、ガス雰囲気中に設置されている電子回路１０７、ガス側絶対圧圧力センサ１０５と大気側絶対圧圧力センサ１０６の駆動を制御するセンサ駆動制御手段２０９、ガス側絶対圧圧力センサ１０５で測定された圧力値をｎ回採取するガス側圧力値採取手段２０１、大気側絶対圧圧力センサ１０６で測定された圧力値をｎ回採取する大気側圧力値採取手段２０２、ガス側圧力値採取手段２０１で得られた前回の圧力値と今回の圧力値を比較するガス側前回値比較手段２２０、大気側圧力値採取手段２０２で得られた前回の圧力値と今回の圧力値を比較する大気側前回値比較手段２２１、ガス側前回値比較手段２２０と大気側前回値比較手段２２１の結果からガス側絶対圧圧力センサ１０５と大気側絶対圧圧力センサ１０６の駆動停止を判断する駆動停止判定手段２０５、ガス側圧力値採取手段２０１で採取された絶対圧力と大気側圧力値採取手段２０２で採取された絶対圧力値の差分からガス供給圧を算出するガス圧力判定手段１１０を備える。

次に、図４を用いて、具体的な動作説明を行う。なお、図１、図３で説明した同一機能については同一番号で示す。

図に示す様に、ガス圧力判定手段１１０による圧力測定は、予め定めた時間間隔Ｔ（例えば、２秒から１０秒）で定期的に実行される。図４において、圧力測定時間Ｔ１、Ｔ２は圧力測定のタイミングを示しており、圧力測定時間Ｔ１において、ガス側圧力値採取手段２０１は、ガス側絶対圧圧力センサ１０５で所定間隔（例えば、５ｍｓ）毎に測定された最初の圧力値Ｐｇ（１）から最大ｎ回目の圧力値Ｐｇ（ｎ）まで絶対圧力値を採取し、大気側圧力値採取手段２０２は、ガス側絶対圧圧力センサ１０５と同じタイミングで大気側絶対圧圧力センサ１０６で測定された最初の圧力値Ｐａ（１）から最大ｎ回目の圧力値Ｐａ（ｎ）まで絶対圧力値を採取する。

ガス側前回値比較手段２２０は、ガス側圧力値採取手段２０１で２回目の圧力値の採取がされると、最初の圧力値Ｐｇ（１）と２回目の圧力値Ｐｇ（２）を比較し、以降、計測値の採取がされる毎に前回値との比較を行う。同様に、大気側前回値比較手段２２１は、大気側圧力値採取手段２０２で２回目の圧力値Ｐａ（２）の採取がされると、大気側前回値比較手段２２１は、最初の圧力値Ｐａ（１）と２回目の圧力値Ｐａ（２）を比較し、以降、圧力値の採取がされる毎に前回値との比較を行う。

駆動停止判定手段２０５は、ガス側前回値比較手段２２０と大気側前回値比較手段２２１による比較の結果で、ガス側と大気側の圧力値が共に安定して測定できていると判断された場合は、ガス側絶対圧圧力センサ１０５と大気側絶対圧圧力センサ１０６の駆動の停止を行なう。

即ち、ｎ回の計測の途中のガス側のｋ回目の圧力値Ｐｇ（ｋ）とｋ+１回目の圧力値Ｐｇ（ｋ＋１）の比較でガス側の圧力値が安定していると判断され、かつ、大気側のｋ回目の圧力値Ｐａ（ｋ）とｋ+１回目の圧力値Ｐａ（ｋ＋１）の比較で大気側の圧力値が安定していると判断された場合には、ｋ＋２回目以降の計測が停止されることになる。

なお、圧力値が、安定して測定されているかどうかは、今回取得された圧力値と前回取得された圧力値との差が所定の値より小さい場合で判断している。所定の値は、ガス側と大気側で同じ値でも良いし、個別の値を設定しても良い。

また、ガス圧力判定手段１１０は、計測された圧力値が安定していると判断された時のガス側圧力値採取手段２０１でのｋ＋１回目の圧力値と大気側圧力値採取手段２０２で取得されたｋ＋１回目の圧力値の差分からガス供給圧を算出し、制御回路２０４は、流量計測部１０３で計測した流量測定データやガス供給圧やその変化を判定し、ガス漏れ等の異常がないかを判定し、異常と判断した場合には、遮断弁１０２で流路１０１を遮断して、ガスの供給を停止する。

なお、圧力測定時間Ｔ１において、ガス側前回値比較手段２２０と大気側前回値比較手段２２１の比較の結果で、ｎ回繰り返しても圧力値が安定していないと判断された場合は、結果として圧力測定時間Ｔ１では、ガス圧力判定手段１１０における２つの絶対圧力値の差分からガス供給圧の算出は行われないことになる。また、圧力測定時間Ｔ２においても上記と同様な動作を行う。

以上のように、本実施の形態においては、予め定めた時間間隔Ｔで２つの絶対圧圧力センサ（ガス側絶対圧圧力センサ１０５と大気側絶対圧圧力センサ１０６）を駆動して計測を行うが、２つの絶対圧圧力センサで測定された圧力値の安定状態を判断して、２つの絶対圧圧力センサの駆動・停止の制御を行うことで、消費電力を抑えることができる。

つまり、ノイズ等の外的要因により測定値が安定しない場合は、安定するまで測定を行うことで正確な圧力値を測定できると共に、外的要因によるノイズ等は一時的に発生するので、ノイズ等がない通常の測定では、１つの圧力測定時間における絶対圧圧力センサの駆動回数を削減できるため、消費電力を大幅に削減することができる。

また、差圧測定型の圧力センサを用いる場合に必要な貫通孔が不要となり、火災等でガス保安装置の周囲が高温になってもガスが噴出することを防止でき、より安全性の高いガス保安装置が実現できる。

なお、本実施の形態において、ガス側前回値比較手段２２０と大気側前回値比較手段２２１は、前回と今回の２つの測定結果を比較する方法として説明を行ったが、前回までの複数回の平均値と今回の測定値の比較により駆動停止判定手段２０５によってセンサ駆動制御を行っても同様なことができることは言うまでもない。

本開示は、ガス保安装置は、火災等でガス保安装置の周囲が高温になっても圧力センサ用の貫通穴からガスが噴出することを防止できるため、より安全性を向上できるだけでなく、より安価なガス保安装置が実現でき、一般家庭用及び業務用ガスメータ等の用途に適用できる。

１００、２００ガス保安装置
１０１流路
１０２遮断弁
１０３流量計測部
１０４、２０４制御回路
１０５ガス側絶対圧圧力センサ（第１の圧力センサ）
１０６大気側絶対圧圧力センサ（第２の圧力センサ）
１０７電子回路（計測回路）
１０８圧力値遷移検知手段
１０９、２０９センサ駆動制御手段
１１０ガス圧力判定手段
２０１ガス側圧力値採取手段（第１の圧力値採取手段）
２０２大気側圧力値採取手段（第２の圧力値採取手段）
２０５駆動停止判定手段
２２０ガス側前回値比較手段
２２１大気側前回値比較手段

Claims

ガスを流すための流路と、
前記流路を流れるガスの流量を測定するための流量計測部と、
前記流路の内部に配置され、前記ガスの絶対圧力を測定する第１の圧力センサと、
前記流路の外部に配置され、大気圧の絶対圧力を測定する第２の圧力センサと、
前記第１の圧力センサで計測される圧力値をｎ個採取する第１の圧力値採取手段と、
前記第２の圧力センサで計測される圧力値をｎ個採取する第２の圧力値採取手段と、
前記第１の圧力値採取手段での得られた今回と前回の計測値を比較する第１の圧力前回値比較手段と、
前記第２の圧力値採取手段での得られた今回と前回の計測値を比較する第２の圧力前回値比較手段と、
前記第１の圧力前回値比較手段と前記第２の圧力前回値比較手段の結果から前記第１の圧力センサ及び前記第２の圧力センサの双方で安定して測定できていると判断される場合は、前記第１の圧力センサと前記第２の圧力センサとの駆動停止を判断する駆動停止判定手段と、
前記第１の圧力値採取手段と前記第２の圧力値採取手段で計測された圧力の差からガス供給圧を算出するガス圧力判定手段と、
前記流路を遮断する遮断弁と、
前記流量計測部を制御すると共に、前記流量計測部で測定した流量や前記ガス圧力判定手段で測定した圧力で異常と判定した場合に前記遮断弁で前記流路を遮断する制御回路と、を備えたガス保安装置。
前記流量計測部は前記流路の内部に配置された計測回路を有し、前記第１の圧力センサは前記計測回路上に構成され、
前記制御回路は前記流路の外部に配置され、前記第２の圧力センサは前記制御回路上に配置された請求項１に記載のガス保安装置。
前記流量計測部は、超音波センサと前記超音波センサを駆動して流量計測を行う計測回路を一体とした超音波流量計測部を備え、
前記超音波流量計測部をガス雰囲気中に設置するとともに、前記超音波流量計測部に前記第１の圧力センサを備え、前記制御回路で前記超音波流量計測部を制御することによって、超音波センサ駆動回路上の前記第１の圧力センサも制御する請求項１又は２に記載のガス保安装置。
駆動停止判定手段は、前記第１の圧力前回値比較手段での比較結果が前記第１の圧力値採取手段で得られた今回の計測値と前回の計測値との差が所定の値より小さく、かつ、前記第２の圧力前回値比較手段での比較結果が前記第２の圧力値採取手段で得られた今回の計測値と前回の計測値との差が所定の値より小さい場合に、前記第１の圧力センサ及び前記第２の圧力センサの双方で安定して測定できていると判断する請求項１～３のいずれか一項に記載のガス保安装置。