(57)【要約】【課題】警告レベルの設定工数を削減したガス残量監視装置を提供する。【解決手段】音響トランスジューサＴＤ１及びＴＤ２が、ガス流路３に流れ方向に互いに離間して設けられている。ＣＰＵ１５ａが、音響トランスジューサＴＤ１及びＴＤ２を制御して、一対の音響トランスジューサＴＤ１及びＴＤ２の一方から他方への超音波信号の伝播時間Ｔ１と他方から一方への超音波信号の伝播時間Ｔ２とを計測する。ＣＰＵ１５ａは、さらに伝播時間Ｔ１及びＴ２を足して２で割ってガスの流速の影響を除去した一対の音響トランスジューサＴＤ１及びＴＤ２間の超音波信号の伝播時間Ｔ３を求める。ＣＰＵ１５ａは、温度センサ１９の検出温度に基づいてガス流路３の温度の増減による変動を除去した伝播時間Ｔ３が警告レベルを超えると警告を発生する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス器具に対しガス供給を行うガス容器の残量を監視するガス残量監視装置において、
前記ガス容器から前記ガス器具に供給されるガスが流れるガス流路に流れ方向に互いに離間して設けた一対の超音波振動子と、
前記一対の超音波振動子の一方から他方への超音波信号の第１伝播時間と前記他方から前記一方への超音波信号の第２伝播時間とを計測する伝播時間計測手段と、
前記第１伝播時間及び前記第２伝播時間から前記ガスの流速の影響を除去した前記一対の超音波振動子間の前記超音波信号の第３伝播時間を求める流速補正手段と、
前記ガス流路の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサの検出温度に基づいて前記第３伝播時間から前記ガス流路の温度の増減による変動分を除去する温度補正手段と、
前記流速補正手段及び前記温度補正手段により流速及び温度の補正が行われた前記第３伝播時間が警告レベルを超えると警告を発生する残量警告手段と、
を備えたことを特徴とするガス残量監視装置。
【請求項２】
前記残量警告手段が警告を発生するとその旨を集中管理センターに通報する通報手段を
さらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のガス残量監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス残量監視装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガス容器からガス器具に対してガスを供給する場合、ガス容器内のガスが消費されて最後には残量０となるが、それまで使い切ると、それ以降は「ガス切れ」ということになってガス供給不能になるという不都合が生じる。そこで、ガス容器内のガス残量が少なくなってきたことを検知して、その旨を知らせるための警告を発生するガス残量監視装置が提案されている。
【０００３】
このガス残量監視装置から発生する警告に応じてガス容器を交換すれば、「ガス切れ」となる以前の残量の少なくなったガス容器を新しい別のガス容器と取り替えることができる。具体的には、ガス残量監視装置は、ガス容器の取り替え時点で初期値０に一端リセットしたカウンタに、その後のガス消費量をカウントさせ、カウント値が残量警告レベル１、２、３を超える毎に警告を発生する。
【０００４】
そして、このガス残量監視装置から発生する警告を受けるガス事業者は、残量警告レベル１の警告発生でそのガス残量監視装置が設置されている家庭で正常にガスが使われていることを確認する。また、ガス事業者は、残量警告レベル２の警告発生でガス容器の配送手配を行い、残量警告レベル３の警告発生でガス容器の交換作業を行うようにしている。
【０００５】
次に、例えば、５０ｋｇのガス容器を２本使用している一般家庭での残量警告レベル１、２、３の設定例について説明する。２本のガス容器から供給できるガスは、ガス１ｍ3を約２ｋｇとして計算すると、５０ｋｇ×２／２ｋｇ＝５０ｍ3となる。このような場合、ガス容器から供給できるガスの５０％に相当する２５ｍ3を残量警告レベル１に、ガス容器から供給できるガスの６０％に相当する３０ｍ3を残量警告レベル２に、ガス容器から供給できるガスの８０％に相当する４０ｍ3を残量警告レベル３に設定している。なお、残量監視レベル１、２、３の設定は、ガス残量監視装置と通信可能なセンタ装置やガス残量監視装置に接続可能な設定器を用いてガス事業者が手動（マニュアル）で行っている。
【０００６】
しかしながら、上述した従来のガス残量監視装置は、ガス消費量のカウント値を求めて残量管理を行っている。このため、例えばガス容器を１本から２本に増設すると、ガス容器からガス器具に供給できるガスの容量も増えるため、残量警告レベルを上方に設定し直す必要があり、残量警告レベルの設定に工数がかかる、という問題があった。
【０００７】
また、ガス容器の容量は温度によって変動する。詳しく説明すると、夏場のように温度が高いときはガスが膨張してガス容器の容量が多くなる。一方、冬場のように温度が低いときはガスが圧縮されガス容器の容量が少なくなる。よって、冬場の残量警告レベル１、２、３を夏場の残量警告レベル１、２、３よりも下方に設定する必要があり、残量警告レベル１、２、３の設定工数がかかる、という問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、警告レベルの設定工数を削減したガス残量監視装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、ガス器具に対しガス供給を行うガス容器の残量を監視するガス残量監視装置において、前記ガス容器から前記ガス器具に供給されるガスが流れるガス流路に流れ方向に互いに離間して設けた一対の超音波振動子と、前記一対の超音波振動子の一方から他方への超音波信号の第１伝播時間と前記他方から前記一方への超音波信号の第２伝播時間とを計測する伝播時間計測手段と、前記第１伝播時間及び前記第２伝播時間から前記ガスの流速の影響を除去した前記一対の超音波振動子間の前記超音波信号の第３伝播時間を求める流速補正手段と、前記ガス流路の温度を検出する温度センサと、前記温度センサの検出温度に基づいて前記第３伝播時間から前記ガス流路の温度の増減による変動分を除去する温度補正手段と、前記流速補正手段及び前記温度補正手段により流速及び温度の補正が行われた前記第３伝播時間が警告レベルを超えると警告を発生する残量警告手段と、を備えたことを特徴とするガス残量監視装置に存する。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記残量警告手段が警告を発生するとその旨を集中管理センターに通報する通報手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のガス残量監視装置に存する。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、第３伝播時間は、ガス容器がガス器具に供給できる容量の変動の影響を受けないので、ガス容器を１本から２本に増設した場合や季節温度の変化によってガス容器の容量が変動しても警告レベルを設定し直す必要がなく、警告レベルの設定工数を削減できる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、集中管理センター側でより一層適切なガス容器の交換を行うことができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明のガス残量監視装置を組み込んだ電子式ガスメータ１を示している。この電子式ガスメータ１は、図２に示すようなガス供給設備４内に設けられている。図２に示すガス供給設備４において、２本のガス容器５Ａ及び５Ｂからの高圧ガスは、高圧ホース６Ａ及び６Ｂを介して、圧力調整器７に供給される。この圧力調整器７によってガス容器５Ａ及び５Ｂからの高圧ガスは、所定の圧力に調整される。
【００１４】
圧力調整されたガスは、途中に閉止コック８を有するガス管路９を介してガスメータ２に供給された後、さらにガス管路９、該ガス管路９から分岐した分岐ガス管路１０を介して、室内に設けられたガス器具１１に供給されている。このガス器具１１としては、例えば、ガス給湯器１１Ａ、ガスコンロ１１Ｂ、ガスヒータ１１Ｃ、ガス床暖房１１Ｄなどがある。その他、ガス器具１１としては、ガス炊飯器、ガス食器洗い乾燥機、ガスオーブン、ガスファンヒータ、ガス瞬間湯沸器、ガスヒートポンプ（ＧＨＰ）（何れも図示せず）などが挙げられる。
【００１５】
次に、電子式ガスメータ１の構成について、図１を参照して説明する。図示の電子式ガスメータ１は、超音波式として構成されており、一対の超音波振動子としての音響トランスジューサＴＤ１及びＴＤ２と、トランスジューサインタフェース（Ｉ／Ｆ）回路１２ａ及び１２ｂと、送信回路１３と、受信回路１４と、を有している。音響トランスジューサＴＤ１及びＴＤ２は、ガス流路３内にガスの流れ方向Ｙに互いに距離Ｌだけ離間し、かつ、流れ方向Ｙに対して角度θをなすように、互いに対向して配置されている。
【００１６】
２つの音響トランスジューサＴＤ１及びＴＤ２は、超音波周波数で作動する例えば圧電式振動子から構成されている。各トランスジューサＴＤ１及びＴＤ２はトランスジューサインタフェース（Ｉ／Ｆ）回路１２ａ及び１２ｂをそれぞれ介して送信回路１３及び受信回路１４に接続されている。送信回路１３は、後述するマイクロコンピュータ（μＣＯＭ）１５の制御の下で、トランスジューサＴＤ１、ＴＤ２の一方を駆動して超音波信号を発生させる信号をパルスバーストの形で送信し、このための発振回路（図示せず）を内蔵している。受信回路１４は、ガス流路３を通過した超音波信号を受信した他方のトランスジューサＴＤ１、ＴＤ２からの信号を入力して超音波信号を処理する前記増幅器（図示せず）を内蔵している。
【００１７】
電子式ガスメータ１は、また予め定められたプログラムに従って動作するμＣＯＭ１５を有している。上述したμＣＯＭ１５は、プログラムに従って各種の処理を行う中央処理ユニット（ＣＰＵ）１５ａ、ＣＰＵ１５ａが行う処理のプログラムなどを格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ１５ｂ、ＣＰＵ１５ａでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ格納エリアなどを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ１５ｃなどを内蔵している。
【００１８】
電子式ガスメータ１は、さらに、表示部１６、通信部１７、ＥＥＰＲＯＭ１８を有し、それらの各々はμＣＯＭ１５に接続している。表示部１６は、ガス使用量の積算値や警告などの各種の情報を表示する液晶表示器（ＬＣＤ）などが用いられ、μＣＯＭ１５からの制御によって表示を行う。通信部１７は、例えば電話回線に接続されていて、電話回線を通じてガス事業者の集中管理センター（図示せず）との通信を可能とし、μＣＯＭ１５によって制御される。ＥＥＰＲＯＭ１８は、格納された各種データの保存が可能であり、ＣＰＵ１５ａの処理作業に必要な各種格納エリアを有する電気的消去／書き換え可能なメモリである。ＥＥＰＲＯＭ１８は、後述する流量積算値Ｑｓ、伝播時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、警告レベルＬ１〜Ｌ３、などを記憶する各種エリアを有している。
【００１９】
電子式ガスメータ１は、さらに、温度センサ１９を有している。温度センサ１９は、ガス流路３に設けられ、ガス流路３内のガスの温度を検出して、ＣＰＵ１５ａに対して出力している。
【００２０】
次に、上述した構成の電子式ガスメータ１の動作について図３を参照して説明する。電源供給に応じてガスメータ１内のＣＰＵ１５ａは、流量積算処理を開始する。まず、ＣＰＵ１５ａは、伝播時間計測手段として働き伝播時間計測処理を行う（ステップＳ１）。伝播時間計測処理において、ＣＰＵ１５ａは、送信回路１３にトリガ信号を出力してパルスバースト信号を発生させ、これを一方のトランスジューサＴＤ１、ＴＤ２に供給させ、この一方のトランスジューサＴＤ１、ＴＤ２に超音波信号を発生させる。また、一方のトランスジューサＴＤ１、ＴＤ２から送信された超音波信号を受信する他方のトランスジューサＴＤ１、ＴＤ２からの信号を受信回路１４に受信させ、これに応じて受信回路１４が発生する信号を取り込む。
【００２１】
その後、ＣＰＵ１５ａは、超音波信号を発生するトランスジューサＴＤ１、ＴＤ２と超音波信号を受信するトランスジューサＴＤ１、ＴＤ２を逆にして同じ動作をもう一度折り返す制御を行う。そして、ＣＰＵ１５ａは、ＲＡＭ１５ｃ内に形成した伝播時間タイマを用いて、送信回路１３にトリガ信号を出力して一方のトランスジューサＴＤ１、ＴＤ２の超音波信号を発生させてから、この超音波信号を受信する他方のトランスジューサＴＤ１、ＴＤ２が発生する信号を受信回路１４を介して取り込むまでの第１伝播時間、第２伝播時間としての伝播時間Ｔ１、Ｔ２を計測する。
【００２２】
その後、ＣＰＵ１５ａは、求めた伝播時間Ｔ１、Ｔ２からガス瞬時流量を求める瞬時流量演算処理を行う（ステップＳ２）。この瞬時流量演算処理について以下説明する。今、音速をｃ、ガス流の流速をｖとすると、上流側のトランスジューサＴＤ１から下流側のトランスジューサＴＤ２への超音波信号の伝搬速度は（ｃ＋ｖｃｏｓθ）、下流側のトランスジューサＴＤ２から上流側のトランスジューサＴＤ１への超音波信号の伝搬速度は（ｃ−ｖｃｏｓθ）となる。従って、トランスジューサＴＤ１及びＴＤ２間の距離をＬとすると、トランスジューサＴＤ１からの超音波信号がガスの流れ方向Ｙに進んでトランスジューサＴＤ２に到達する伝播時間Ｔ１と、トランスジューサＴＤ２からの超音波信号がガスの流れ方向Ｙと逆方向に進んでトランスジューサＴＤ２に到達する伝播時間Ｔ２とは、下記の式（１）、（２）に示す値となる。
Ｔ１＝Ｌ／（ｃ＋ｖｃｏｓθ）…（１）
Ｔ２＝Ｌ／（ｃ−ｖｃｏｓθ）…（２）
【００２３】
式（１）、（２）より
ｖ＝（Ｌ／２ｃｏｓθ）・（１／Ｔ１−１／Ｔ２）
＝（Ｌ／２ｃｏｓθ）・｛（Ｔ２−Ｔ１）／（Ｔ２・Ｔ１）｝…（３）
となり、Ｌが既知であるときには、伝播時間Ｔ１及びＴ２を計測することにより流速ｖを求めることができる。
【００２４】
ところで、Ｔ２・Ｔ１＝Ｌ2／｛（ｃ＋ｖｃｏｓθ）・（ｃ−ｖｃｏｓθ）｝
＝Ｌ2／（ｃ2−ｖ2ｃｏｓ2θ）
であり、流速ｖは音速ｃに比べて極めて小さな数値であるので、式中ｖ2ｃｏｓ2θはｃ2に比べて極めて小さく無視でき、Ｔ２・Ｔ１＝Ｌ2／ｃ2とすることができる。そして、上記式（３）は最終的には、
ｖ＝｛（Ｔ２−Ｔ１）・ｃ2｝／２Ｌｃｏｓθ
＝（Ｔ２−Ｔ１）・（ｃ2）・（１／２Ｌｃｏｓθ）
と書き直すことができる。ここで、Ｔｄ＝（Ｔ２−Ｔ１）とすると、
ｖ＝Ｔｄ・ｋ…（４）
ただし、ｋ＝ｃ2／２Ｌｃｏｓθ
となる。すなわち、超音波信号の伝播時間の差Ｔｄに定数ｋを乗じてガス流速ｖが求められる。そして、このガス流速ｖにガス流路３の断面積を乗じることにより瞬時流量を求めることができる。その後、ＣＰＵ１５ａは、さらに、求めた瞬時流量にサンプリング時間を乗じて、ガスの通過流量を求める流量演算処理（ステップＳ３）と、求めた通過流量を積算する積算処理（ステップＳ４）と、積算した通過流量を表示部１６に表示する表示処理と（ステップＳ５）、を行った後、再びステップＳ１に戻る。
【００２５】
上記ＣＰＵ１５ａは、上述した流量積算処理と並列にガス容器５Ａ及び５Ｂの残量を監視する残量監視処理を行っている。この残量監視処理の動作を説明する前に、本発明の残量監視の原理について説明する。上述した超音波信号の伝播時間Ｔ１、Ｔ２は、ガスの流速、ガス質、ガスの温度の３つの要素で変化することが知られている。ガスの流速による影響は、伝播時間Ｔ１と伝播時間Ｔ２とを足して２で割ればキャンセルすることができる。即ち、ガス流速による影響を除去した一対のトランスジューサＴＤ１及びＴＤ２間の超音波信号の伝播時間Ｔ３は下記の式（５）で表すことができる。
Ｔ３＝Ｌ／ｃ  …（５）
また、上述したように伝播時間Ｔ１、Ｔ２は、上述したように下記の式（１）、（２）に示す値となる。
Ｔ１＝Ｌ／（ｃ＋ｖｃｏｓθ）…（１）
Ｔ２＝Ｌ／（ｃ−ｖｃｏｓθ）…（２）
よって、伝播時間Ｔ１と伝播時間Ｔ２とを足して２で割った値は、
｛Ｌ（ｃ−ｖｃｏｓθ）＋Ｌ（ｃ＋ｖｃｏｓθ）｝／｛２（ｃ＋ｖｃｏｓθ）（ｃ−ｖｃｏｓθ｝
＝Ｌｃ／（ｃ2−ｖ2ｃｏｓ2θ）
となり、流速ｖは音速ｃに比べてきわめて小さな数値であるので、式中ｖ2ｃｏｓ2θはｃ2に比べてきわめて小さく無視でき、Ｌ／ｃ＝Ｔ３とすることができる。
【００２６】
また、上記伝播時間Ｔ３のガスの温度による影響は、温度センサ１９により検出されたガス流路３の温度に基づいて補正することができる。上記ガス容器５Ａ及び５Ｂに充填されているＬＰガスは、プロパンガスとブタンガスが混合されている。例えば、満充填されたガス容器５Ａ及び５Ｂでは、プロパンガスとブタンガスとの混合比は９９％：１％となり、このとき求めた伝播時間Ｔ３は２６６μｓとなる実験データが得られている。一方、ガス切れ間近のガス容器５Ａ及び５Ｂでは、プロパンガスとブタンガスとの混合比は２％：９８％となり、このとき求めた伝播時間Ｔ３は３１３μｓとなる実験データが得られている。これは、プロパンガスとブタンガスとの気化特性の違いから、プロパンガスが先に気化し、ガス容器５Ａ及び５Ｂの外に出て行ってしまうためである。本実施形態の電子式ガスメータ１は、この特性を用いて、超音波信号の伝播時間Ｔ３から残量管理を行う。
【００２７】
次に、上述した残量監視処理の詳細な動作について図４を参照して以下説明する。まず、ＣＰＵ１５ａは、流速補正手段として働き、ステップＳ１で求めた伝播時間Ｔ１及びＴ２を加算して２で割って、ガスの流速の影響を除去した一対のトランスジューサＴＤ１及びＴＤ２間の超音波信号の伝播時間Ｔ３を求める（ステップＳ６）。次に、ＣＰＵ１５ａは、温度センサ１９からの検出温度を取り込む（ステップＳ７）。その後、ＣＰＵ１５ａは、温度補正手段として働き、例えば検出温度に応じて定めた補正係数αを上記伝播時間Ｔ３に乗じて伝播時間Ｔ３からガス流路３の温度の増減に変動分を除去する（ステップＳ８）。
【００２８】
ステップＳ６及びステップＳ８で補正した結果、まだ後述する警告１を発生していない状態で伝播時間Ｔ３が残量警告レベルＬ１を超えると（ステップＳ９でＹ）、ＣＰＵ１５ａは、残量警告手段、通報手段として働き、通信部１７を制御して集中監視センターに対してその旨を警告する警告１を通報した後（ステップＳ１２）、上記ステップＳ６に戻る。集中監視装置を通じて警告１を受け取ると、ガス事業者は正常にガスが使われていることを確認する。
【００２９】
また、まだ後述する警告２を発生していない状態で伝播時間Ｔ３が残量警告レベルＬ２を超えると（ステップＳ１０でＹ）、ＣＰＵ１５ａは、残量警告手段、通報手段として働き、通信部１７を制御して集中監視センターに対してその旨を警告する警告２を通報した後（ステップＳ１３）、上記ステップＳ６に戻る。集中監視装置を通じて警告２を受け取ると、ガス事業者は、ガス容器５Ａ及び５Ｂの配送手配を行う。
【００３０】
さらに、まだ後述する警告３が発生していない状態で伝播時間Ｔ３が残量警告レベルＬ３を超えると（ステップＳ１１でＹ）、ＣＰＵ１５ａは、残量警告手段、通報手段として働き、通信部１７を制御して集中監視装置に対してその旨を警告する警告３を通報した後（ステップＳ１４）、ステップＳ６に戻る。
【００３１】
上述した電子式ガスメータ１によれば、伝播時間Ｔ３は、ガス容器５Ａ及び５Ｂがガス器具１１に供給できる容量の変動の影響を受けないので、ガス容器５Ａ及び５Ｂを１本から２本に増設した場合や季節温度の変化によってガス容器５Ａ及び５Ｂの容量が変動しても警告レベルＬ１、Ｌ２、Ｌ３を設定し直す必要がなく、警告レベルの設定工数を削減できる。
【００３２】
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の残量監視装置を組み込んだ電子式ガスメータの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示す電子式ガスメータを組み込んだガス供給設備の一例を示す構成図である。
【図３】流量積算処理における図１に示すＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】残量監視処理における図１に示すＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
３      ガス流路
１５ａ  ＣＰＵ（伝播時間計測手段、流速補正手段、温度補正手段、残量警告手段）
１９    温度センサ
ＴＤ１  音響トランスジューサ（超音波振動子）
ＴＤ２  音響トランスジューサ（超音波振動子）
Ｙ      流れ方向
【図１】
2010145120.tif 000003
【図２】
2010145120.tif 000004
【図３】
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【図４】
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