(57)【要約】【課題】  従来の弁では、低流量時の流量を精度良く制御することができないでいた。【解決手段】ガスが通過する開口部を備えた弁座と、前記開口部を開閉する可動部とを有する制御弁において、前記可動部は、前記開口部を塞ぐように該可動部を前記弁座に接近させる第一の位置で、前記弁座に接触し圧縮される伸縮部であって、圧縮時に伸長時より通気性が低くなり、圧縮が進むと前記ガスの通過を遮断する伸縮部を備えていることを特徴とする制御弁。【選択図】    図４
2005292073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスが通過する開口部を備えた弁座と、前記開口部を開閉する可動部とを有する制御弁において、
前記可動部は、
前記開口部を塞ぐように該可動部を前記弁座に接近させる第一の位置で、前記弁座に接触し圧縮される伸縮部であって、圧縮時に伸長時より通気性が低くなり、圧縮が進むと前記ガスの通過を遮断する伸縮部を備えていることを特徴とする制御弁。
【請求項２】
請求項１において、
前記可動部は、さらに、
前記第一の位置よりも前記可動部を前記弁座に接近させる第二の位置で、前記弁座に接触し前記ガスの通過を遮断する遮断部を備えていることを特徴とする制御弁。
【請求項３】
請求項１において、
前記伸縮部は、伸縮に応じて変形する穴を有していることを特徴とする制御弁。
【請求項４】
請求項３において、
前記伸縮部は、ゴム、スポンジ、蛇腹形状の円筒のいずれかであることを特徴とする制御弁。
【請求項５】
ガス供給経路に接続されるガス通路を有し、当該ガス供給経路の下流側に接続されたガス器具を判別するガス器具判別装置において、
前記ガス通路に設けられ、弁開度が変更可能な制御弁と、
前記ガス通路内の流量を短時間間隔で検出するガス流量検出手段と、
前記制御弁の弁開度を第１の時間で絞り、前記ガス流量検出手段により検出される前記流量が安定した後の第２の時間で前記制御弁の弁開度を開くよう制御する弁制御手段と、
前記第１の時間後で前記第２の時間前の前記安定した第１の流量と、前記第２の時間後の第２の流量との流量の差が所定の閾値以上の場合に前記ガス器具はガバナ無しと判定し、前記流量の差が前記所定の閾値未満の場合に前記ガス器具はガバナ有りと判定するガバナ有無判別手段とを有し、前記制御弁は、
ガスが通過する開口部を備えた弁座と、
前記開口部を開閉する可動部とを有し、
前記可動部は、
前記開口部を塞ぐように該可動部を前記弁座に接近させる第一の位置で、前記弁座に接触し圧縮される伸縮部であって、圧縮時に伸長時より通気性が低くなり、圧縮が進むと前記ガスの通過を遮断する伸縮部を備えていることを特徴とするガス器具判別装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記可動部は、さらに、
前記第一の位置よりも前記可動部を前記弁座に接近させる第二の位置で、前記弁座に接触し前記ガスの通過を遮断する遮断部を備えていることを特徴とするガス器具判別装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載されたガス器具判別装置と、
前記ガス流量検出手段が検出したガス流量を積算するガス流量積算手段とを有し、前記制御弁は、異常時に前記ガスの供給を遮断する遮断機能を有することを特徴とするガスメータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスメータ等に使用される制御弁に関し、特に低流量時にガスの流量を精度良く制御することを可能にする制御弁、その制御弁を使用したガス器具判別装置、ガスメータを提供する。
【背景技術】
【０００２】
各家庭へのガス供給経路の入口には、家庭での使用量に応じてガス料金を算出するために、ガス流量計を備えたガスメータが取り付けられる。このガスメータは、ガス流量の計測という基本的な機能に加えて、異常状態発生時にガス供給を遮断するという保安機能を有する。この保安機能によれば、地震の検出やガス漏れまたは器具の消し忘れなどの異常な使用状態の検出に応答して、ガスメータのガス通路内に設けられた弁によりガスを遮断する。
【０００３】
また、ガスメータは、ガス流量の制御を行う流量制御機能を有するものもある。例えば、流量制御機能によって、ガスメータ下流側の流量変動を起こし、流量変動に伴う流量変化を計測することによって、使用中のガス器具にガバナ（圧力調整器）が設けられているかどうかが判別される。
【０００４】
これは、ガス漏れ検出の誤動作を防止するためであり、ガス漏れが疑われる場合、まず、使用中のガス器具を正確に判定する。そして、このガス器具判定で器具が検出されない場合に、ガス漏れが発生していると予想し、次に使用中のガス器具のガバナの有無をチェックする。そして、ガバナも検出されない場合に初めて、ガス漏れと判断することで、ガス漏れの検出精度を高めることができる。
【０００５】
図１は、上述した保安機能および／または流量制御機能を実現するために使用される制御弁および／または遮断弁の例を説明する断面図である。図１Ａは、遮断弁として使用される、閉じ切り性のみを重視した弁が開いている状態の図であり、図１Ｂはその弁を閉じた状態の図である。
【０００６】
図１Ａの弁は、矢印方向１２に可動する可動部１０と可動部１０を受ける弁座２０とを持ち、可動部１０の先端にゴム１１が取り付けられている。図１Ａに示されるように、弁座２０と可動部１０との間に形成される通路を矢印方向１３にガスが通過する。また、図１Ｂに示されるように、可動部１０を弁座２０に接近させ、可動部１０の先端に取り付けられたゴム１１を弁座２０に密着させることで、ガスが遮断される。可動部１０を弁座２０に接近させると、通路の開度が絞られ、可動部１０を弁座２０から離脱させると、通路の開度が開くものの、通路の開度に応じた流量の変化はあまり見られず、図１Ｂの遮断状態の直前にのみ流量の急激な変化が見られる。従って、図１Ａの弁では、流量や圧力損失の制御をすることが難しい。
【０００７】
また、図１Ｃは、制御弁として使用されるニードル弁が開いている状態の図であり、図１Ｄは、ニードル弁が閉じた状態の図である。図１Ａに示される弁同様、矢印方向１６に可動するニードル１４とニードル１４を受ける弁座２１とを持ち、図１Ｃに示されるように、弁座２１とニードル１４との間に形成される通路を矢印方向１７にガスが通過する。ニードル弁は、細長く緩やかなテーパー１５を持ち、同じくテーパー１８を持つ弁座２１に対するニードルの移動によってガスの通路面積の変化が制御される。こうして、ニードル弁は、流量の細やかな調整ができ流れを乱さないのが特徴である。また、図１Ｄに示されるように、ニードル１４を弁座２１に密着させることで、ガスが遮断される。
【０００８】
近年、本願出願人によって、新たなガス器具判別装置が提案された。それによれば、ガバナ有無の判別を行うにあたり、低流量時のガス流量を精度良く制御することが求められる。
【０００９】
なお、関連する技術として、従来提案されているガバナ有無判別には、所定時間にわたってガスメータの下流側に能動的に圧力変動を起こしたとき、能動的な圧力変動に応じて流量が変化する場合ガバナ無し、流量に影響が表れない場合ガバナ有りと判別したり（特許文献１参照）、ガバナが存在しなければガスの圧力の平方根とガス流量が比例する関係を利用し、ガス圧力とガス流量から算出される演算結果により判別している（特許文献２参照）ものがある。
【特許文献１】特開平７−７１９９４号公報
【特許文献２】特開平６−２４９７４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図１Ａ、図１Ｂに示される閉じ切り性のみを重視した弁では、流量や圧力損失の制御をすることが難しかった。また、図１Ｃ、図１Ｄに示されるニードル弁は、低流量時のガス流量の制御に適用できるが、ニードル１４と弁座２１（ニードル挿入穴）の中心軸がずれている場合、ニードル側テーパー１５と弁座側テーパー１８（ニードル挿入穴）が接触して応力が発生してしまう。これをそのまま放置した場合は固着してしまうなどの事象が考えられ、避けなければならない。そのため、ニードル１４とニードル挿入穴を同心軸上に精度良く取り付けなければならず、ニードルの加工精度と組み付け位置精度が求められ、それらを原因にコストが高くなっていた。
【００１１】
そこで本発明の目的は、低流量時のガス流量を精度良く制御することができ、且つ、安価に導入が可能な制御弁を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の別の目的は、上記制御弁を用いて、ガス供給経路に設けられたガス器具のガバナの有無を瞬時に判別可能にして利用者に対する利便性低下時間を短くしたガス器具判別装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的は、ガスが通過する開口部を備えた弁座と、前記開口部を開閉する可動部とを有する制御弁において、前記可動部は、前記開口部を塞ぐように該可動部を前記弁座に接近させる第一の位置で、前記弁座に接触し圧縮される伸縮部であって、圧縮時に伸長時より通気性が低くなり、圧縮が進むと前記ガスの通過を遮断する伸縮部を備えていることを特徴とする制御弁を提供することにより達成される。
【００１４】
また、上記目的は、好ましくは、前記可動部は、さらに、前記第一の位置よりも前記可動部を前記弁座に接近させる第二の位置で、前記弁座に接触し前記ガスの通過を遮断する遮断部を備えていることを特徴とする制御弁を提供することにより達成される。
【００１５】
また、上記目的は、好ましくは、前記伸縮部は、伸縮に応じて変形する穴を有していることを特徴とする制御弁を提供することにより達成される。
【００１６】
また、上記目的は、好ましくは、更に、前記伸縮部は、ゴム、スポンジ、蛇腹形状の円筒のいずれかであることを特徴とする制御弁を提供することにより達成される。
【００１７】
また、上記目的は、ガス供給経路に接続されるガス通路を有し、当該ガス供給経路の下流側に接続されたガス器具を判別するガス器具判別装置において、前記ガス通路に設けられ、弁開度が変更可能な制御弁と、前記ガス通路内の流量を短時間間隔で検出するガス流量検出手段と、前記制御弁の弁開度を第１の時間で絞り、前記ガス流量検出手段により検出される前記流量が安定した後の第２の時間で前記制御弁の弁開度を開くよう制御する弁制御手段と、前記第１の時間後で前記第２の時間前の前記安定した第１の流量と、前記第２の時間後の第２の流量との流量の差が所定の閾値以上の場合に前記ガス器具はガバナ無しと判定し、前記流量の差が前記所定の閾値未満の場合に前記ガス器具はガバナ有りと判定するガバナ有無判別手段とを有し、前記制御弁は、ガスが通過する開口部を備えた弁座と、前記開口部を開閉する可動部とを有し、前記可動部は、前記開口部を塞ぐように該可動部を前記弁座に接近させる第一の位置で、前記弁座に接触し圧縮される伸縮部であって、圧縮時に伸長時より通気性が低くなり、圧縮が進むと前記ガスの通過を遮断する伸縮部を備えていることを特徴とするガス器具判別装置を提供することにより達成される。
【００１８】
また、上記目的は、好ましくは、前記可動部は、さらに、前記第一の位置よりも前記可動部を前記弁座に接近させる第二の位置で、前記弁座に接触し前記ガスの通過を遮断する遮断部を備えていることを特徴とするガス器具判別装置を提供することにより達成される。
【００１９】
また、上記目的は、上記ガス器具判別装置と、前記ガス流量検出手段が検出したガス流量を積算するガス流量積算手段とを有し、前記制御弁は、異常時に前記ガスの供給を遮断する遮断機能を有することを特徴とするガスメータを提供することにより達成される。
【発明の効果】
【００２０】
上記制御弁によれば、流量と可動部の可動距離（ストローク）との特性（遮断特性）において、低流量時に従来より緩やかな変動を示す特性が表れ、低流量時の流量制御の精度が向上する。また、その制御弁の構造は、可動部の弁座に対抗する面に、伸縮部と遮断部を取り付けるものであり、ニードル弁に対して要求されるような取り付け精度は必要なく、安価に導入することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面に従って説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲はかかる実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。
【００２２】
図２は、本実施の形態例の制御弁が取り付けられるガス器具判別装置の概略構成図の一例である。ガス器具判別装置３０は、ガス供給元からガス器具へガスを供給するガス供給経路３６の途中に設けられ、ガス器具判別装置３０の下流側にはガス器具が設置される。ガス器具は、例えば、給湯器、ファンヒータ、テーブルコンロなどである。このうち、給湯器、ファンヒータはガバナを備え、テーブルコンロはガバナを備えていない場合が多い。ガス供給経路３６は、都市ガスを家庭等に引き込む際のガス供給導管や、ガスボンベとガス器具を接続する際のガス供給配管等を含む。
【００２３】
ガス器具判別装置３０内には、ガスが流れるガス通路３５が設けられ、ガス通路３５は、ガス供給経路３６の上流側、下流側と接続される。このガス通路３５に、弁開度を変更可能な制御弁３１と、ガス通路３５を通過するガスの流量を検出する流量検出手段３４と、制御弁３１の下流側のガス通路３５６内のガスの圧力を検出する圧力検出手段３３が配置される。
【００２４】
本実施の形態例における圧力検出手段３３としては、例えば、半導体ダイヤフラム型圧力センサ、歪ゲージ式圧力センサ、差動変圧器を用いた圧力センサ等が使用される。図２における流量検出手段３４としては、従来のガスメータなどで広く使われていた一定の体積のガスが流れたときにパルス信号を出力する膜式流量計ではなく、例えば、２秒以下の短い間隔で瞬間的なガス流量を検出することができるガス流量計が使用される。例えば、ガス流路に沿って双方向に超音波を送出し、それぞれの伝播時間からガス流速を検出し、ガス配管（導管）の断面積との関係から瞬間ガス流量信号を出力する超音波流量計が好ましい。それ以外には、ガス流にカルマン渦を発生させその振動周波数から流速を検出するフルイディックメータや、膜式流量計であってもパルス信号の間隔が従来よりも狭く２秒以下の間隔でパルス信号が出力されるものでも良い。或いは、熱線からの温度分布がガス流量に応じて変化したものを検出する熱線式流量計であってもよい。
【００２５】
上記のような、比較的短い間隔で瞬間的なガス流量を検出することができるガス流量計を使用することにより、ガス流量の差を基にしたガバナ有無の判別を短時間で行うことを可能にする。
【００２６】
ガス器具判別装置３０は、更に、流量検出手段３４、圧力検出手段３３の出力が入力されると共に弁制御信号を出力し、制御弁３１を制御する制御部３２を有する。弁制御信号としては、例えば、ステッピングモータを駆動するステップ数を含む駆動信号がある。制御部３２は、図１１にて後述するが、マイクロコンピュータにより実現されるので、制御プログラムが格納されたROMと、一時的にデータを記憶するRAMと、制御プログラムを実行するALU(Arithmetic Logic Unit)とからなる。
【００２７】
図３は、第一の実施形態例における制御弁３１の断面図である。ここでは一例として、ステッピングモータを使用したパルス駆動型の玉形弁が使用される。即ち、制御弁３１を絞るときは、ステッピングモータ４１の駆動により、可動部４２が弁座４５に接近する方向に移動し、それに伴い可動部４２に接続された伸縮部４３、遮断部４４が弁座４５に接近する方向に移動する。制御弁３１を開くときは、絞るときと逆の動きになる。弁開度は制御するステップ数により変化し、これにより制御弁３１下流側のガス通路３５の圧力を変化させることが可能になる。
【００２８】
なお、図３において弁座４５は、通路３５の壁面を利用して形成されているが、壁面とは別に弁座が備えられていてもよい。また、ステッピングモータを使用する以外に、圧電素子を用いたアクチュエータ、磁歪アクチュエータ、超音波モータ、DCサーボモータ、ACサーボモータ等を使用することができる。
【００２９】
図４は、第一の実施形態例における制御弁３１の組立展開図である。図４では、可動部４２は、円柱４２１と円板４２２を結合してなり、円柱４２１はステッピングモータ４１に接続され、ステップ数に応じて長さが変わる部材である。
【００３０】
伸縮部４３は、側面に横穴４３１があり、円筒状で伸縮性のある部材である。伸縮部４３としては、例えば、ゴム、スポンジ等を使用することができる。第一の実施形態例の制御弁３１では、伸縮部４３の上面が円板４２２の底面と結合される。
【００３１】
図５は、伸縮部４３を圧縮していくときの横穴の様子を説明する図である。図５の一番上の伸縮部４３は、伸縮部４３の伸長時の状態を示している。このとき、横穴４３１は真円である。やがて、伸縮部４３が圧縮されると、図５の２段目の伸縮部４３によって示される状態となり、横穴４３１は楕円形となる。
【００３２】
更に圧縮を行うと、図５の３段目の伸縮部４３によって示される状態となり、横穴４３１は先ほどより潰れた形の楕円形となる。こうして、圧縮するに従って、伸縮部４３の横穴４３１の面積はどんどん小さくなっていく。つまり、圧縮するに従って、よりガスが通過しにくく、通気性が悪くなる。そして、更に圧縮を行うと、図５の最下段の伸縮部４３によって示される状態となり、横穴４３１が閉じられ、横穴を通過するガスが遮断されることになる。
【００３３】
図６は、第一の実施形態例の制御弁３１において、可動部４２を弁座４５に接近させるときの伸縮部４３の様子を説明する図である。時間経過と共に、図６の上段左、上段右、下段左、下段右の順に推移するものとする。なお、図６において、各段階の右上には横穴４３１の状態を示してあり、その横穴４３１は、図６の伸縮部４３の左側面に１つ開いているものとする。
【００３４】
まず、図６上段左においては、伸縮部４３が伸長状態にあり、弁座４５と離れている。このため、可動部４２と弁座４５との間の通路は十分開いており、圧力損失なくガスが通過する。この時、横穴４３１は真円状態にある。図６上段右に移り、伸縮部４３が弁座４５に接触すると、ガスの通過が伸縮部４３の横穴４３１（左側面）からに制限される。この時、横穴４３１はまだ真円状態である。
【００３５】
可動部４２を更に弁座４５に接近させると、図６下段左に移り、伸縮部４３が圧縮され、横穴４３１が楕円形になる。横穴４３１の面積が縮小されることによって、ガスの通過は、図６上段右の状態に比べ更に制限される。最終的には、図６下段右に移り、伸縮部４３の横穴４３１が閉じられ、ガスの通過が遮断される。
【００３６】
第一の実施形態例の制御弁３１を使用すると、図６上段左から図６上段右への遷移において、ガスの通過が横穴４３１からのみに制限される結果、ガスの流量が大幅に減少するが、その後は、横穴４３１の面積減少に合わせて緩やかにガスの流量が減少する。従って、ステッピングモータ４１のステップ数を図６上段右から図６下段左までのいずれかの状態となるようなステップ数に合わせて制御することによって、低流量時のガス流量を精度良く制御することが可能になる。
【００３７】
第一の実施形態では、伸縮部４３の圧縮によって最終的にガスの通過が遮断されるが、それでは完全に遮断し切れない場合には、可動部４２に更に遮断部を設けて、ガスの通過を遮断するようにしてもよい。
【００３８】
図７は、第二の実施形態例における制御弁３１の組立展開図である。図７では、可動部４２は、円柱４２１と円板４２２を結合してなり、円柱４２１はステッピングモータ４１に接続され、ステップ数に応じて長さが変わる部材である。
【００３９】
伸縮部４３は、側面に横穴４３１があり、円筒状で伸縮性のある部材である。伸縮部４３としては、例えば、ゴム、スポンジ等を使用することができる。遮断部４４は、円筒状で素材自体に通気性のない、しかも伸縮部４３の伸長時の高さ４３２より高さ４４１が低いことを特徴とする部材である。遮断部４４には、例えば、ゴム等を使用することができる。
【００４０】
第二の実施形態例の制御弁３１では、伸縮部４３と遮断部４４が同心円状に配置され、それぞれの上面が円板４２２の底面と結合される。円筒状である伸縮部４３の外径は、同じく円筒状の遮断部４４の内径よりも短く、同心円状に配置したとき両者が接触することはない。また、遮断部４４の外径は円板４２２の直径より短いため、円板４２２の底面に収まるように伸縮部４３、遮断部４４を配置することができる。
【００４１】
図８は、第二の実施形態例の制御弁３１において、可動部４２を弁座４５に接近させるときの伸縮部４３および遮断部４４の様子を説明する図である。時間経過と共に、図８の上段左、上段右、下段左、下段右の順に推移するものとする。なお、図８において、各段階の右上には横穴４３１の状態を示してあり、その横穴４３１は、図８の伸縮部４３の左側面に１つ開いているものとする。
【００４２】
まず、図８上段左においては、伸縮部４３が伸長状態にあり、弁座４５と離れている。このため、可動部４２と弁座４５との間の通路は十分開いており、圧力損失なくガスが通過する。この時、横穴４３１は真円状態にある。図８上段右に移り、伸縮部４３が弁座４５に接触すると、ガスの通過が伸縮部４３の横穴４３１（左側面）からに制限される。この時、横穴４３１はまだ真円状態である。伸縮部４３が弁座４５に先に接触することになるが、これは、図７で説明したように、伸縮部４３の伸長時の高さ４３２が遮断部４４の高さ４４１より高いためである。
【００４３】
可動部４２を更に弁座４５に接近させると、図８下段左に移り、伸縮部４３が圧縮され、横穴４３１が楕円形になる。横穴４３１の面積が縮小されることによって、ガスの通過は、図８上段右の状態に比べ更に制限される。最終的には、図８下段右に移り、遮断部４４が弁座４５に接触し、一切のガスの通過が遮断される。この時の横穴４３１の状態は、図８下段左より更に潰れた楕円形となる。
【００４４】
第二の実施形態例の制御弁３１を使用すると、図８上段左から図８上段右への遷移において、ガスの通過が横穴４３１からのみに制限される結果、ガスの流量が大幅に減少するが、その後は、横穴４３１の面積減少に合わせて緩やかにガスの流量が減少する。従って、ステッピングモータ４１のステップ数を図８上段右から図８下段左までのいずれかの状態となるようなステップ数に合わせて制御することによって、低流量時のガス流量の精度良く制御することが可能になる。
【００４５】
図９は、第二の実施形態の変形例における制御弁３１の組立展開図である。図９では、
図７の伸縮部４３が伸縮部４６に置き換わったことを除けば、図７と同じであり説明は略す。
【００４６】
図９の伸縮部４６は、側面に横穴４３１を有し、蛇腹形状をした中空の部材になっている。蛇腹形状であるため、伸縮部４６は伸縮性がある。また、その伸長時の高さ４６１は、遮断部４４の高さ４４１よりも高い。そして、伸縮部４６は、それを遮断部４４に投影しても、その影が遮断部４４の内径の内側に配置することができる部材である。
【００４７】
図９に示される制御弁３１を使用しても、第二の実施形態例で説明したのと同様の効果を得ることができる。
【００４８】
図１０は、第三の実施形態例における制御弁３１の組立展開図である。第三の実施形態例の制御弁は、伸縮部４３と遮断部４４の配置が、第二の実施形態とは逆になり、遮断部４４が同心円の内側になるよう配置されるものである。それ以外に関しては、図７と同じであり、説明は略す。
【００４９】
伸縮部４３は、側面に横穴４３１があり、円筒状で伸縮性のある部材である。伸縮部４３としては、例えば、ゴム、スポンジ等を使用することができる。遮断部４４は、円筒状で素材自体に通気性のない、しかも伸縮部４３の伸長時の高さ４３２より高さ４４１が低いことを特徴とする部材である。遮断部４４には、例えば、ゴム等を使用することができる。
【００５０】
第三の実施形態例の制御弁３１では、伸縮部４３と遮断部４４が同心円状に配置され、それぞれの上面が円板４２２の底面と結合される。円筒状である遮断部４４の外径は、同じく円筒状の伸縮部４３の内径よりも短く、同心円状に配置したとき両者が接触することはない。また、伸縮部４３の外径は円板４２２の直径より短いため、円板４２２の底面に収まるように伸縮部４３、遮断部４４を配置することができる。
【００５１】
図１１は、第三の実施形態例の制御弁３１において、可動部４２を弁座４５に接近させるときの伸縮部４３、遮断部４４の様子を説明する図である。時間経過と共に、図１１の上段左、上段右、下段左、下段右の順に推移するものとする。なお、図１１において、各段階の右上には横穴４３１の状態を示してあり、その横穴４３１は、図１１の伸縮部４３の左側面に１つ開いているものとする。
【００５２】
まず、図１１上段左においては、伸縮部４３が伸長状態にあり、弁座４５と離れている。このため、可動部４２と弁座４５との間の通路は十分開いており、圧力損失なくガスが通過する。この時、横穴４３１は真円状態にある。図１１上段右に移り、伸縮部４３が弁座４５に接触すると、ガスの通過が伸縮部４３の横穴４３１（左側面）からに制限される。この時、横穴４３１はまだ真円状態である。伸縮部４３が弁座４５に先に接触することになるが、これは、図１０で説明したように、伸縮部４３の伸長時の高さ４３２が遮断部４４の高さ４４１より高いためである。
【００５３】
可動部４２を更に弁座４５に接近させると、図１１下段左に移り、伸縮部４３が圧縮され、横穴４３１が楕円形になる。横穴４３１の面積が縮小されることによって、ガスの通過は、図１１上段右の状態に比べ更に制限される。最終的には、図１１下段右に移り、遮断部４４が弁座４５に接触し、一切のガスの通過が遮断される。この時の横穴４３１の状態は、図１１下段左より更に潰れた楕円形となる。
【００５４】
第三の実施形態例の制御弁３１を使用しても第二の実施形態例同様、図１１上段左から図１１上段右への遷移において、ガスの通過が横穴４３１からのみに制限される結果、ガスの流量が大幅に減少するが、その後は、横穴４３１の面積減少に合わせて緩やかにガスの流量が減少する。従って、ステッピングモータ４１のステップ数を図１１上段右から図１１下段左までのいずれかの状態となるようなステップ数に合わせて制御することによって、低流量時のガス流量の精度良く制御することが可能になる。
【００５５】
図１２は、図１Ａに示される従来弁と、図４に示される第一の実施形態の改良弁とにおける、流量と可動部の可動距離（ストローク）との特性（遮断特性）の実験結果を示す図である。本実験に使用したステッピングモータの仕様は、１回転が４８ステップであり、その間に約２ミリ可動部が移動する。つまり、１ステップあたり約０．０４ミリである。遮断部４３の横穴４３１のサイズは５ミリのものを使用した。
【００５６】
図１２において、縦軸は流量、横軸はストローク、点線は、従来弁の遮断特性を示し、実線は、改良弁の遮断特性を示す。従来弁は、全開から遮断までが約０．３ミリのストロークで済んでおり、ステップ数に直すと約８ステップである。また、従来弁はストロークを大きくすると、流量が急峻に減少することから、ステップ間での流量変化が大きく、低流量を精度良く制御することはできない。
【００５７】
一方、改良弁においては、全開から遮断までが約２．３ミリのストロークであり、ステップ数に直すと約５８ステップである。ストロークを大きくするときの流量の減少の仕方は、従来弁よりも緩やかであり、ステップ間での流量変化が小さく、流量に合わせたステップ数にステッピングモータを制御すれば、低流量を精度良く制御することができる。
【００５８】
こうして、流量は、全開（図６上段左）から、伸縮部４３の弁座４５への接触（図６上段右）までは比較的早く減少し、横穴を介しての流量通過が行われる状態（図６下段左）では、緩やかに減少し、遮断部４４が弁座４５に接触すると遮断（図６下段右）される。
【００５９】
以上のように、本実施形態例の制御弁は、開放時の低圧力損失性と低流量時の流量制御性を、穴の開いた伸縮部４３を用いることで実現し、完全に閉めた時の閉じ切り性を遮断部４４で実現する。開放時は可動部４２と弁座４５は接触していないが、モータが駆動し、可動部４２が弁座４５に近づくと、まず伸縮部４３が弁座４５に接触する。伸縮部４３には、ガス流入のための横穴４３１が開いており、伸縮部４３の圧縮に伴い穴面積が縮小する。このため、モータを駆動することによる穴面積の縮小変化を用いて、低流量時における流量を制御することができる。
【００６０】
なお、使用する穴の開いた伸縮部４３は、ゴム、スポンジ、蛇腹形状をした円筒などを用いることができる。また、その制御弁の構造は、可動部の弁座に対抗する面に、伸縮部と遮断部を取り付けるものであり、ニードル弁に対して要求されるような取り付け精度は必要なく、安価に導入することが可能である。
【００６１】
［本実施形態例の制御弁を使用して、ガス供給経路下流側のガス器具の判別を行う動作］
図１３は、本実施の形態例における制御部３２の構成図である。制御部３２は、制御プログラムが格納されたROMと、一時的にデータを記憶するRAMと、制御プログラムを実行するALU(Arithmetic Logic Unit)とからなる。但し、図１３には、制御プログラムの各モジュールが示される。
【００６２】
本実施形態例の制御部３２は、弁制御信号１０４を出力し、制御弁３１を制御する弁制御手段５１と、流量検出手段３２により検出される流量信号１０２からガバナの有無を判別するガバナ有無判別手段５２を有する。弁制御信号１０４としては、例えば、ステッピングモータを駆動するステップ数を含む駆動信号がある。また、ガバナ有無判別手段５２は、圧力検出手段３３により検出される圧力信号１０１に応じて、圧力低下遮断異常時に遮断指令１０３を出力したり、後述するように圧力検出手段３３により検出される圧力、流量検出手段３４により検出される流量に基づき、ガバナ有無判別処理の段階に応じた制御弁３１の制御指令１０３を出力したりする。遮断指令１０３を受け、弁制御手段５１は遮断弁１１を遮断するよう弁制御信号１０４を出力する。
【００６３】
本実施形態例においては、制御弁３１の弁開度を一旦絞り、流量検出手段３４により検出される流量が安定した後、弁開度を全開にする制御を行うと、ガバナの有無に応じて流量の変化に以下に述べるような差が生じることに着目し、ガバナの有無の判別を行うものである。そして、制御弁３１が図１２に示される遮断特性を有するため、精度良く小流量に制御して、ガバナ有無の判別を行うことができるものである。なお、ガス器具判別装置１とガス器具間の配管（導管）容量は充分大きいものとする。また、上流側ガス供給経路の供給圧力は充分高いものとする。
【００６４】
図１４は、弁開度を制御したとき流量検出手段３４、圧力検出手段３３によりそれぞれ検出される圧力と流量の変化を時間軸に沿って表した図で、図１４Ａがガバナ無しのとき、図１４Ｂがガバナ有りのときの図である。
【００６５】
図１４Ａ（ガバナ無しの場合）において、時間Ｔ１で制御弁３１の弁開度を絞り、その後時間Ｔ２で制御弁３１の弁開度が全開にした場合、流量と圧力は次の様に変化する。時間Ｔ１で制御弁３１を絞ると、絞られた制御弁の弁開度に応じた流量まで急激に流量が減少し安定する。安定したかどうかは、例えば、所定時間、流量の変化量が所定の範囲内であれば安定したと判定することが可能である。時間Ｔ１で制御弁３１を絞った後の安定した流量を第１の流量と呼ぶことにする。
【００６６】
この場合、従来のニードル弁では小流量を高精度に制御できないのに対して、本実施形態の制御弁では、図１２の特性に示される通り、小流量を高精度に制御できる。そして、小流量に制御できると、下流側のガス圧力は、ガス器具判別装置１の下流側のガス供給経路の配管（導管）容量が充分大きいことから、緩やかな曲線を描いて徐々に下がる。
【００６７】
所定時間経過した後、時間Ｔ２で制御弁３１を全開にすると、弁開度に応じて流量は急激に回復すると共に、圧力も急激に回復する。その理由は、上流側のガス供給経路２の供給圧力が充分高いため、下流側のガス供給経路２の配管（導管）容量に関係なく、下流側のガス圧力は急激に回復するからである。なお、時間Ｔ２で制御弁３１を全開にした後安定した流量を第２の流量と呼ぶことにする。
【００６８】
図１４Ｂ（ガバナ有りの場合）において、時間Ｔ１で制御弁３１の弁開度を絞り、その後時間Ｔ２で制御弁３１の弁開度が全開にされるものとする。時間Ｔ１で制御弁３１の弁開度を絞ると、圧力に関してはガバナ無しの場合と同じように緩やかな曲線を描いて徐々に下がる。一方流量に関しては、絞られた制御弁３１の弁開度に応じた流量まで急激に減少した後、徐々に回復し、その後時間経過と共に制御弁３１を絞る前の流量にまで回復する。
【００６９】
この流量回復はガバナの機能によるものである。例えば、図１８のダイヤフラム式ガバナであれば、圧力が徐々に下がるとダイヤフラム６１と共にバルブ６２が徐々に下がり、流量が徐々に回復し、やがて安定する。つまり圧力の緩やかな低下に応答してガバナの機能により流量も徐々に回復する。ガバナ有りの場合、この時の流量が第１の流量（制御弁を絞った後の安定流量）である。
【００７０】
そして、流量が安定した後、時間Ｔ２で制御弁３１を全開にすると、圧力に関してはガバナ無しの場合と同じように、上流側のガス供給経路２の供給圧力が充分高いため、下流側のガス供給経路２の配管（導管）容量に関係なく、急激に回復する。一方流量は、制御弁３１を全開にすることにより急激に上昇するものの、その後圧力検出手段３３により検出される圧力が急激に上昇することによりガバナが反応性良く応答し、例えば、図１８のダイヤフラム式ガバナであれば、バルブ６２が急激に引き上げられ、通過口６３が狭まることにより、流量が素早く安定状態に収束する。その結果、時間Ｔ２で制御弁３１を全開にする前後で流量にほとんど変化は見られない。ここで、ガバナ無しの場合同様、制御弁を全開にした後安定した流量を第２の流量と呼ぶ。
【００７１】
以上まとめると、図１４より、ガス器具判別装置３０の下流側のガス器具にガバナが備えられている場合、時間Ｔ１で制御弁３１を絞った後の流量は、圧力の低下速度に合わせたガバナの回復動作により徐々に回復し安定するが、時間Ｔ２で制御弁１２を全開にした後の流量は、圧力の急激な上昇に対して反応性良く応答するガバナの回復動作により素早く安定し、制御弁３１全開の前後で第１の流量と第２の流量に差はほとんどないという特徴がある。一方ガバナが備えられていない場合、時間Ｔ２での制御弁３１全開の前後で流量が大幅に増加するため、第１の流量と第２の流量の差が大きい。この様に、ガバナの有無に伴う流量変化の差は、制御弁を絞った時Ｔ１より全開した時Ｔ２の方が顕著である。
【００７２】
こうして、制御弁３１全開の前後において流量変化の差を識別することで、制御弁３１を絞った時より短い時間より高い精度で判別が可能になる。また、本実施形態例では流量検出手段３４として、例えば２秒以下の間隔で瞬間的なガス流量を検出可能な流量計が使用されるため、制御弁を制御した後の流量の安定を素早く検出でき、制御弁を時間Ｔ１で絞った後、第１の流量を計測するまでの時間と、制御弁を時間Ｔ２で全開にした後に第２の流量を計測するまでの時間とを短くすることができる。さらに、制御弁を全開にした時Ｔ２の流量変化の差が顕著であり、Ｔ２前後の流量変化を利用すれば精度良くガバナ有無の検出が可能なことから、従来例のように複数回にわたり圧力を変化させる必要がない。以上のように、素早く流量の安定を検出でき、圧力変化に伴う流量変化の検出を繰り返す必要がないので、全体の判別時間が短縮される。時間Ｔ１で制御弁が絞られることで、圧力低下状態が時間Ｔ２まで継続するが、上記したように、ガバナ有無の判別のために制御弁の制御が何度も繰り返されることはなく、また最低供給圧力が確保されるため、利用者の利便性が損なわれることはない。
【００７３】
図１５、図１６は、本実施の形態例におけるガス器具判別装置３０を有するガスメータにおける動作フローチャートである。まず、図１５では、ガバナ有無の判別を行うにあたり、ガス通路３５を通過するガスの流量が安定しているかが判定される（Ｓ１）。ステップＳ１において、ガバナ有無判別手段５２は、流量検出手段３４により短時間間隔で検出される流量の変化が所定時間、所定の範囲内であれば安定していると判定する。流量の変化が所定の範囲を超えるようであれば（Ｓ１Ｎｏ）、流量は安定していないので、ガバナ有無の判別を行わず、流量が安定するのを待つ。
【００７４】
ステップＳ１で流量が安定していれば（Ｓ１Ｙｅｓ）、圧力検出手段３３により検出される圧力の記録が開始される（Ｓ２）。検出された圧力は、制御部３２のメモリ（図示省略）に格納される。そして、ステップＳ２で検出された圧力が最低供給圧力と比較される（Ｓ３）。例えば、制御部３２のROM（図示省略）に最低供給圧力として１００ミリ水柱が格納され、ガバナ有無判別手段５２は圧力検出手段３３により検出された圧力とROMに格納された最低供給圧力とを比較する。
【００７５】
もし、最低供給圧力を下回っていれば（Ｓ３Ｎｏ）、圧力が低下しているにもかかわらず、ガスの遮断が行われていないことになる。そこで、圧力低下遮断異常時の処理が行われる（Ｓ４）。ステップＳ４での処理としては、例えば、圧力低下遮断異常をガスメータに備えられた表示部に表示したり、弁制御手段５１を介して制御弁３１を閉じる制御を行う。
【００７６】
ステップＳ３で、最低供給圧力以上であれば、ガバナ有無の判別が開始される。ここでは、制御弁３１の絞り具合を決定するため、制御部３２のROM（図示省略）に予め目標となる所定圧力が格納され、圧力検出手段３３により検出される圧力がその所定圧力を下回るまで制御弁３１が絞られる。まず、弁制御手段５１は、時間Ｔ１において制御弁３１を絞る（Ｓ５）。ステップＳ５は、例えば、ステッピングモータにより制御弁３１を数ステップ制御することで行われる。
【００７７】
続いて、制御弁３１を絞る過程の流量変化の有無が検出される（Ｓ６）。ガバナ有無判別手段５２は、流量検出手段３４により短時間間隔で検出される流量が変化するかを検出する。ステップＳ６で変化が検出されない場合（Ｓ６Ｎｏ）、流量検出手段３４が故障しているか、制御弁３１が故障していることが考えられ、故障対応が行われる（Ｓ７）。ステップＳ７の故障対応は、例えば、ガスメータに故障箇所を知らせるランプが備えられていれば、流量検出手段３４あるいは制御弁３１に対応するランプが点灯され、故障を外部に通知する等の処理である。
【００７８】
ステップＳ６で、図１４に示されるような制御弁絞り時の流量変化が見られれば（Ｓ６Ｙｅｓ）、所定時間（Δｔ１）待機し（Ｓ８）、圧力下降判定を行う（Ｓ９）。ガバナ有無判別手段５２は、圧力検出手段３３から検出される圧力が下がり続ける間は、ステップＳ８に戻り（Ｓ９Ｎｏ）、圧力の下降が停止するのを待つ。圧力の下降が停止すると（Ｓ９Ｙｅｓ）、ガバナ有無判別手段５２は、圧力検出手段３３により検出される圧力を目標とする所定圧力と比較し（Ｓ１０）、下降後の圧力が目標とする所定圧力を下回るかが判定される。所定圧力を下回らない場合（Ｓ１０Ｎｏ）、ステップＳ５に戻り、更に制御弁３１が絞られる。
【００７９】
圧力検出手段３３により検出される圧力が所定圧力を下回れば（Ｓ１０Ｙｅｓ）、制御弁３１の絞りは十分であることがわかり、次に最低供給圧力以上か否かが判定される（Ｓ１１）。もし、圧力検出手段３３により検出された圧力が最低供給圧力を下回っていれば（Ｓ１１Ｎｏ）、制御弁３１を絞りすぎていることになり、制御弁３１を開き（Ｓ１２）、再びその後ステップＳ１０に戻り、圧力が最低供給圧力と所定圧力の間で安定するのを待つ。ステップＳ１２は、例えば、ステッピングモータにより制御弁３１を数ステップ制御することで行われる。
【００８０】
ステップＳ１１で検出された圧力が最低供給圧力以上であれば（Ｓ１１Ｙｅｓ）、所定時間（Δｔ２）待機し（Ｓ１３）、流量検出手段３４により検出される流量が安定しているか判定する（Ｓ１４）。ガバナ有無判別手段５２は、Δｔ２時間待機中に短時間間隔で入力される流量の変化を基にガス流量が安定しているか否かを判定する。ステップＳ１４で流量が安定しない場合（Ｓ１４Ｎｏ）、ガバナの機能により、（図１４Ｂでいう時間Ｔ１と時間Ｔ２の中間の状態で）流量が回復途中にあることが考えられ、ステップＳ１３に戻り、十分な流量回復が図られるのを待つ。
【００８１】
図１６に移り、制御弁３１を絞った後の流量が安定したと判定されると（Ｓ１４Ｙｅｓ）、時間Ｔ２にて弁制御手段５１は制御弁３１を全開にする（Ｓ１５）。そして、所定時間（Δｔ３）待機し（Ｓ１６）、弁全開後の流量安定判定を行う（Ｓ１７）。流量が安定していなければ（Ｓ１７Ｎｏ）、ステップＳ１６に戻り制御弁全開後の流量が安定するのを待つ。
【００８２】
そして、制御弁３１全開後の流量が安定したと判定されたら（Ｓ１７Ｙｅｓ）、制御弁全開後の流量（図１２の第２の流量）と、制御弁全開前の安定流量（図１４の第１の流量）との差が閾値を超えるかを判定する（Ｓ１８）。そして、図１４で示したように、ガバナ有無判別手段５２は、この差が閾値を超えない場合にガバナありと判定し（Ｓ１９）、閾値を超える場合にガバナ無しと判定する（Ｓ２０）。
【００８３】
なお、本実施の形態例においては、弁制御手段５１、ガバナ有無判別手段５２が制御プログラムのモジュールとして実現されるが、ハードウェアにより構成することも可能である。
【００８４】
図１７は、本実施の形態例におけるガスメータの構成図である。図１３同様、制御部３２は、マイクロコンピュータにより実現されるので、その構成は、制御プログラムが格納されたROMと、一時的にデータを記憶するRAMと、制御プログラムを実行するALU(Arithmetic Logic Unit)とからなり、図１７においては、制御プログラムの各モジュールが示される。
【００８５】
ガス器具判別装置と異なる点について説明する。本実施形態例におけるガスメータは、ガス流量検出手段３４により検出される流量信号１０２に基づき、累積流量を積算し、積算信号１０６を出力するガス流量積算手段５３と、ガス流量積算手段５３により積算された積算信号１０６に基づき液晶モニタ等に積算流量を表示する表示手段３７を備えている。また、震度５以上の地震があったとき遮断指令１０５を出力する感震器３８とを備えている。即ち、ガス流量積算手段５３を備え、感震器３８あるいはガバナ有無判別手段５２からの遮断指令に基づき、弁制御手段５１が、ガスの供給を遮断するよう制御弁３１を制御するので、異常状態発生時にガス供給を遮断するという保安機能によって、地震の検出やガス漏れまたは器具の消し忘れなどの異常な使用状態の検出に応答してガスを遮断することができるガスメータとして機能する。
【００８６】
従来は、低流量時において流量を制御するためにはニードル弁などを使用しなければならず、ガスメータなどの計測器に取り付ける際、コスト高になり導入の障壁になっていたが、本発明の実施形態例の制御弁を使用することにより、低流領時において流量を精度良く制御することができ、しかも安価に導入することができる。従って、本実施形態の制御弁を利用すれば、ガス器具判別装置やガスメータにガバナ有無判別機能を組み込むことが可能であり、新たな機器を設置することなくガバナ有無を判別することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】保安機能および／または流量制御機能を実現するために使用される、従来の制御弁および／または遮断弁の例を説明する断面図である。
【図２】本実施の形態例の制御弁が取り付けられるガスメータの概略構成図の一例である。
【図３】第一の実施形態例における制御弁の断面図である。
【図４】第一の実施形態例における制御弁の組立展開図である。
【図５】伸縮部を圧縮していくときの横穴の様子を説明する図である。
【図６】第一の実施形態例の制御弁において、可動部を弁座に接近させるときの伸縮部の様子を説明する図である。
【図７】第二の実施形態例における制御弁の組立展開図である。
【図８】第二の実施形態例の制御弁において、可動部を弁座に接近させるときの伸縮部および遮断部の様子を説明する図である。
【図９】第二の実施形態の変形例における制御弁の組立展開図である。
【図１０】第三の実施形態例における制御弁の組立展開図である。
【図１１】第三の実施形態例の制御弁において、可動部を弁座に接近させるときの伸縮部および遮断部の様子を説明する図である。
【図１２】従来弁と第一の実施形態の改良弁とにおける、流量と可動部の可動距離（ストローク）との特性（遮断特性）の実験結果を示す図である。
【図１３】本実施の形態例における制御部の構成図である。
【図１４】弁開度を制御したとき流量検出手段、圧力検出手段によりそれぞれ検出される圧力と流量の変化を時間軸に沿って表した図で、Ａがガバナ無しのとき、Ｂがガバナ有りのときの図である。
【図１５】本実施の形態例におけるガス器具判別装置を有するガスメータにおける動作フローチャートである。
【図１６】本実施の形態例におけるガス器具判別装置を有するガスメータにおける動作フローチャートである。
【図１７】本実施の形態例におけるガスメータの構成図である。
【図１８】ダイヤフラム式ガスガバナの断面図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０  可動部、１１  ゴム、２０  弁座、１４  ニードル、１５  ニードル側テーパー、１８  弁座側テーパー、２１  弁座、３０  ガスメータ、３１  制御弁、３２  制御部、３３  圧力検出手段、３４  流量検出手段、３５  ガス通路、３６  ガス供給経路、３７  表示手段、３８  感震器、４１  ステッピングモータ、４２  可動部、４３  伸縮部、４４  遮断部、４５  弁座、５１  弁制御手段、５２  ガバナ有無判別手段、５３  ガス流量積算手段、４２１  円柱、４２２  円板、４３１  横穴、４３２  伸縮部の高さ、４４１  遮断部の高さ、４６  伸縮部、４６１  伸縮部の高さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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