JP4935334B2 - 流量計測装置とこの装置を用いたガス供給システム - 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を応用して、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。
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１０をもとに料金体系の一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１０で斜線で区分された部分が対象となる（例えば、特許文献１参照）。

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。

提案例の動作について説明する。図１１には、あるガス器具の起動時のガス流量変化パターンとそのパターンをもとにパターンマッチングを行うための参照値（パターンテーブル）を示す。１つのガス器具についてこのパターンテーブルはガス器具の燃焼制御に伴って発生する一連のガスの流量変化パターン分用意する必要があり、また各家庭で使われているガス器具の総台数分必要になる。ガスメータの流量計測装置により計測された流量値の変化とこれらのパターンテーブルを常に比較しながらマッチングするものを抽出し、器具を特定するものである（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−７１４２１号公報 特開２００３−１４９０２７号公報

前記従来の構成における器具の停止判別においては、流量変化があったことで器具の停止の有無を判別しているが、器具が複数台動いている場合どちらの器具が停止したのかを判別することは、各器具の動作流量が正確に把握されており、停止により減少した流量と比較してどの器具の停止かを判定することになるが、何らかの原因により器具の判別に失敗した場合や、判定を誤ったままその部分は放置された場合、その器具の使われた流量の判別精度が落ちることになり、器具判別の信頼性に不透明さが残ってしまうという課題を有している。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、複数台器具が動作中に少なくとも１台の器具が停止し、その器具の判定が困難であった場合でも、流量の判定精度を極力高くすることを可能とした流量計測装置を提供するものである。

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、流路内を流れる流体の流量を一定時間間隔で計測し流量値データとして出力する流量計測手段と、前記流量計測手段から出力される流量値データの差分値を求める演算手段と、器具毎に流量差分値および流量変化パターンもしくは使用継続時間を記憶した登録手段と、前記演算手段で求めた差分値と前記登録手段に記憶された流量差分値とを比較し、使用器具およびその使用状態を判別する判別手段と、判別された器具別に積算流量を求める流量積算手段と、前記流量積算手段で求めた積算流量を記憶する流量記憶手段とを備え、前記流量記憶手段は、第１の流量記憶部と第２の流量記憶部とを備え、前記第１の流量記憶部は、複数の器具を同時に使用中に前記判別手段が少なくとも１台の器具の使用停止を判別したとき、起動している器具のその時点での積算流量を記憶し、前記第２の流量記憶部は、前記器具の使用停止を判別した時点から継続して流量計測手段が所定流量以上の流量値を計測している場合、その流量積算値を記憶し、前記判別手段は、前記第２の流量記憶部に流量積算値が存在する場合、前記流量変化パターンもしくは流量継続時間を用いて再度器具判別を行うものである。

本発明の流量計測装置は、複数の器具が動作中に少なくとも１台の器具が停止し、その器具の判定が困難であった場合でも、それ時点までの器具別の使用流量を一旦確定値として記憶し、それ以降、まだ継続して器具が使われていると判断した場合、再度使用流量の積算を開始し、使用している器具が再度、確認されれば改めて計測していた流量を元の確定した流量に加算して行く構成であり、誤判別が起こる可能性のある停止の判定部分でそれまで判っていた使用流量を順次確定して行くため、器具の計測流量精度を高めることができる。

また、器具判別を精度よく行うためガス事業者等が用意した新料金メニューなどを利用することができる。

また、器具判別機能の更新はガスメータの仕様を変えることなく行えるため、将来的な機器機能のメンテナンスも容易に行えることも可能とする。

本願発明は、流路内を流れる流体の流量を一定時間間隔で計測し流量値データとして出力する流量計測手段と、前記流量計測手段から出力される流量値データの差分値を求める演算手段と、器具毎に流量差分値および流量変化パターンもしくは使用継続時間を記憶した登録手段と、前記演算手段で求めた差分値と前記登録手段に記憶された流量差分値とを比較し、使用器具およびその使用状態を判別する判別手段と、判別された器具別に積算流量を求める流量積算手段と、前記流量積算手段で求めた積算流量を記憶する流量記憶手段とを備え、前記流量記憶手段は、第１の流量記憶部と第２の流量記憶部とを備え、前記第１の流量記憶部は、複数の器具を同時に使用中に前記判別手段が少なくとも１台の器具の使用停止を判別したとき、起動している器具のその時点での積算流量を記憶し、前記第２の流量記憶部は、前記器具の使用停止を判別した時点から継続して流量計測手段が所定流量以上の流量値を計測している場合、その流量積算値を記憶し、前記判別手段は、前記第２の流量記憶部に流量積算値が存在する場合、前記流量変化パターンもしくは流量継続時間を用いて再度器具判別を行うことを特徴とするものである。

そして、誤判別が起こる可能性のある停止の判定部分で、それまで判っていた使用流量
を順次確定して行くため、器具の計測流量精度を高めることができる。

上記構成により、停止判断に誤りがあっても訂正することが可能となり器具の計算流量精度を向上することが図れる。また、流体の使用継続時間により使用中の器具を判別する機能を有することで停止判断に誤りがあっても訂正することが可能となり器具の計算流量精度を向上することが図れる。

さらに、流量計測手段が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、一定時間毎の瞬時計測を容易に行うことができる。

また、第１〜４のいずれか１つの発明の流量計測装置において家庭用ガス供給管に接続された流量計測装置を用いたガス供給システムを構築することで、ガス事業者が用意した新料金メニューなどを利用することができ、ガス拡販やガス器具拡販を図ることが可能となる。

（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需要家宅内に設置された１台以上のガス器具が接続されている。

流量計測装置１内部はガス管に接続されたガスの流路内に設けられたガス遮断弁２と流量計測手段３が設けられ、流量計測手段３で検出される流量信号を演算処理して使用ガス流量を求めるようにしている。そして、求められた使用ガス流量は月別使用量あるいは積算総使用量等、好みの表示形態で表示部４を介して表示することが可能となっている。
また、地震などの振動を検出する感震器５が内蔵されており、所定値以上の振動を検知するとガス遮断弁２を作動させガス流路を遮断するようになっている。

さらに、流量計測手段３で検出される流量信号を用いてガス流路に接続されたガス器具のうち、どのガス器具が使用されたかを特定するガス器具判別手段として、演算手段６、器具登録手段７、器具判別手段８、流量積算手段９、確定流量記憶部１０ａ及び未確定流量記憶部１０ｂを有する流量記憶手段１０が設けられ、また、前記各手段を有機的に関連付けて制御することでガス器具判別機能を有効に作用させたり、各種異常処理を実行するための制御回路１１が設けられ、また、それらの動力源となる電池（図示せず）を内蔵している。

器具登録手段７には、流量変化が起こったかどうかの判別基準となる起動器具判別値と各ガス器具の一連の燃焼状態の変化点（起動時、制御時、停止時など）での判別値が記録されている。記録されたデータを記憶保持する器具登録手段として本実施の形態では半導体メモリを使用しているが、記録の追加、書き換えができるものであれば、磁気記録媒体その他でも可能である。

なお、本実施の形態における流量計測手段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。

以下、本実施の形態における流量計測装置の動作について説明する。

まず、流量計測手段３を構成する超音波方式の流速計測に関して図２を用いて説明する。ガス流路内に設けられた計測流路１２は矩形断面を持っており、計測流路１２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１２を挟んで一対の超音波送受信器１３、１４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。そして、流量計測手段３の計測制御手段（図示せず）により超音波送受信器１３、１４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流量計測手段３の計算手段（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。

演算式を下記に示す。

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、流速Ｖは下式で求めることができる。

式（１） Ｖ＝（Ｌ／２ｃｏｓφ）・（（１／ｔ１）−（１／ｔ２））
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、本実施の形態では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よい時間として本実施の形態では２秒間隔計測で行っている。

次に、ガス器具の動作状態の判別手順について図３を用いて説明する。

本実施の形態における流量計測装置では上記したように２秒間隔毎にガス流量を計測し、そのデータを演算手段６に送り流量値を微分して２秒毎の流量の差分データとして出力している。

この差分データは逐次、制御回路１１に設けられた比較判定手段に送られ、器具登録記憶手段７に登録されている変化判定値との比較を行っている。この比較結果において差分値が変化判定値を超えた場合、ガス器具に状態変化があったと判断する。変化が検知されると、さらにどのガス器具がどのような状態なのか判断するため、制御回路１１に設けられた比較判定手段は器具登録記憶手段７に登録されている各ガス器具の状態別変化値と比較し、器具の判別とその器具の状態の判別を行う。

図４に具体的なガス器具使用時のガス流量の変化と差分値の変化を示す。

図４において、実線が流量計測手段３により測定されたガスの流量値を示し、破線がそのときの微分値、すなわち、２秒毎の差分値を示す。ガス器具の起動時には差分値はプラス側にピークをもって表現され、停止時にはマイナス側にピークをもって表現される。

なお、上記実施の形態では、まず差分値の変化がある所定の値（変化判定値）以上の場合、図３に示すように変化があったとして次のステップでその器具の特定と状態の変化の判定を行っているが、予め登録された限定器具についての判定の場合や処理速度が速く、演算手段６からの差分値データをそのまま、全ての各ガス器具の変化点判定値データとの比較を２秒以内に可能であれば、差分値から直接、変化したガス器具や状態の判別をすることも可能である。

なお、図５に３つの器具（Ａ．Ｂ．Ｃ）を同時に使用した時の流量値と差分値をグラフに示すが、３つの器具の起動時と停止時の変化を読み取ることが確認できる。

なお、判別された情報としては記憶手段内からの情報を制御回路１１を介して表示部４への表示または、外部の端末機（図示せず）へのデータ転送など確認できる手段であればいずれも使用可能である。

次に、本実施の形態における積算流量確定のロジックについて説明する。図６に２つの器具が動作しているときに測定される流量変化の概念図を示す。なお、２つの器具の起動判別は前述した通りである。

２つの器具が動作していて図６に示すように１つの器具が停止した場合（図６の場合：器具Ｂ）、動作中の２つの器具の流量がほぼ等しく、どちらの器具が停止したか判断しづらい場合が存在し、どちらの器具か選択して停止判断させなくてはならない場合５０％の確率で間違う可能性があり、器具の停止判別を間違った場合、各器具ごとの使用した流量の判定を誤ることになる。

本実施の形態では、図７に示すように、いずれかの器具が停止したか判断が困難な場合、一旦全ての動作中の器具の使用流量をＡ時点で確定させ、Ａ時点以後さらに流量が計測されている場合は未確定流量として別のロジックで未確定流量を後に確定するように使用流量を決めていくものである。

次に、未確定流量の確定方法について図８を用いて説明する。

確定された流量は流量記憶手段１０の確定流量記憶部１０ａに記憶される。一方、未確定流量は未確定流量記憶部１０ｂに保持されながら器具の確定を待って、器具が特定され
た後は確定流量として確定流量記憶部１０ａに追加される。

そして、流量記憶手段１０の未確定流量記憶部１０ｂに所定の未確定流量が存在する場合、図８に示す手順で器具の特定を行う再判別処理を実行する。

まず、Ａ時点から流量変化を追っていき、特徴的な変化パターン（例えば時間当たりの流量変化が一定）が有った場合、器具登録記憶手段７に登録された制御登録値（変化パターン）と合致するなら、その登録器具が動作中であるとし、器具を確定させる。未確定の器具が停止する前にそのような特徴的なパターンが存在しない場合、図９に例として示すが、起動時の器具判別において起動したと判別されて、既に起動していた可能性のある器具の中で使用流量値が登録流量の範囲内で動作している場合、該当する登録器具として確定する。

そして、いずれの情報も得られない場合は、器具判別手段８に有した時間計測機能で未確定期間の継続時間を計測し、その計測時間で器具の区分けを行って器具の確定を行う、器具再判別処理を実行する。

そして、器具再判別処理によって器具が特定できた場合は、未確定流量を確定流量として流量記憶手段１０の確定流量記憶部１０ａの中身を書き換える。

なお、本実施の形態においては、機器別、機能別のガス使用量を算出することが可能であり、また、更には機器・機能別の使用ガス流量に対して個別の料金が課金できるように個別流量に対する料金演算手段（図示せず）を設けることでガス事業者の設定により器具・機能別の任意の料金を算出することも可能である。

また、提供しうるサービスの例として、一つに新たなガス料金体系として、暖房器具だけに割引制度を適用することが考えられ、消費者にとってはガス料金に割安感が出、暖房機の長時間使用によりガス事業社のガス拡販及び更には機器の増販に繋げることもできる。

以上のように、本発明の流量計測装置は、複数台器具が動作中に少なくとも１台の器具が停止し、その器具の判定が困難であった場合でも、流量の判定精度を極力高くすることを可能としているため、器具判別情報を用いた保安機能や各種サービスに利用することができる。

本発明の実施の形態における流量計測装置のブロック図 同流量計測装置における流量計測部を示す構成図 同流量計測装置における判別動作のフローチャート 同流量計測装置における計測流量値と差分値の関係を示す特性図 同流量計測装置における別の計測流量値と差分値の関係を示す特性図 同流量計測装置における流量波形概念図 同流量計測装置における別の流量波形概念図 同流量計測装置における別の判別動作のフローチャート 同流量計測装置における登録データの一例を示す相関図 従来の流量計測装置の判別方法概念図 従来の流量計測装置の判別方法データ構成図

符号の説明

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 演算手段
７ 器具登録記憶手段
８ 器具判別手段
９ 器具流量積算手段
１０ 流量記憶手段
１０ａ 確定流量記憶部
１０ｂ 未確定流量記憶部
１１ 制御回路
１２ 計測流路
１３，１４ 超音波送受信器

Claims (4)

1. 流路内を流れる流体の流量を一定時間間隔で計測し流量値データとして出力する流量計測手段と、
   前記流量計測手段から出力される流量値データの差分値を求める演算手段と、
   器具毎に流量差分値および流量変化パターンもしくは使用継続時間を記憶した登録手段と、
   前記演算手段で求めた差分値と前記登録手段に記憶された流量差分値とを比較し、使用器具およびその使用状態を判別する判別手段と、
   判別された器具別に積算流量を求める流量積算手段と、
   前記流量積算手段で求めた積算流量を記憶する流量記憶手段とを備え、
   前記流量記憶手段は、
   第１の流量記憶部と第２の流量記憶部とを備え、
   前記第１の流量記憶部は、複数の器具を同時に使用中に前記判別手段が少なくとも１台の器具の使用停止を判別したとき、起動している器具のその時点での積算流量を記憶し、
   前記第２の流量記憶部は、前記器具の使用停止を判別した時点から継続して流量計測手段が所定流量以上の流量値を計測している場合、その流量積算値を記憶し、
   前記判別手段は、前記第２の流量記憶部に流量積算値が存在する場合、前記流量変化パターンもしくは使用継続時間を用いて再度器具判別を行う流量計測装置。
2. 前記判別手段は、前記流路内を流れる流体の使用継続時間を計測する時間計測手段を備え、
   前記判別手段は、前記第２の流量記憶部に流量積算値が存在する場合、前記時間計測手段で計測した流体の使用継続時間と前記登録手段に記憶されている使用継続時間とを用いて再度器具判別を行う請求項１記載の流量計測装置。
3. 流量計測手段は、超音波流量計を用いた請求項１または２記載の流量計測装置。
4. 家庭用ガス供給管に接続された請求項１〜３のいずれか１項記載の流量計測装置を用いたガス供給システム。

Images