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1. (WO2019044445) FLOW RATE MEASUREMENT DEVICE
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明 細 書

発明の名称 流量計測装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

0005   0006   0007   0008  

図面の簡単な説明

0009  

発明を実施するための形態

0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054  

産業上の利用可能性

0055  

符号の説明

0056  

請求の範囲

1   2  

図面

1   2   3A   3B   4A   4B   5   6   7   8  

明 細 書

発明の名称 : 流量計測装置

技術分野

[0001]
 本発明は、ガスの流量の変化を検出することにより、稼動しているガス器具を判別する技術に関する。

背景技術

[0002]
 従来、ガス器具判定装置を有する流体配管系において稼動している器具(特に燃料電池)を特定するガス器具判定装置として、以下の構成が提案されていた。
[0003]
 すなわち、従来のガス器具判定装置においては、流量計測部によって計測された一定時間ごとのガス流量に基づいて、燃料電池対象流量(瞬時流量と移動平均値)を抽出し、燃料電池対象流量が、所定条件を満たした場合に燃料電池が稼動していると判定していた(例えば、特許文献1参照)。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 特開2012-237700号公報

発明の概要

[0005]
 しかしながら、ガス器具の設置環境などにより一定時間間隔で計測されるガス流量に変動(揺れ)が生じる場合があり、従来の構成のように瞬時流量値と移動平均値とを比較して稼動しているガス器具を判別する方法では、燃料電池が稼動しているか否かの判定に誤判定が生じるという課題があった。
[0006]
 本発明にかかる例示的な流量計測装置は、流路に流れる流体の流量を一定時間間隔で計測する流量計測部と、流量計測部で計測されたM個の流量毎に第1区間を形成し、N個の第1区間で第2区間を形成する区間形成部と、を備える。さらに、本発明にかかる例示的な流量計測装置は、第1区間中のM個の流量データから第1平均流量を演算し、第2区間中のM×N個の流量データから第2平均流量を演算する演算部と、演算部にて演算した第1平均流量と第2平均流量が以下の条件(A)、(B)、(C)を全て満たした場合に燃料電池が稼動していると判定する燃料電池判定部と、を備える。
(A)第2平均流量の増加流量が第1所定流量範囲内で第1所定回数連続すること(即ち、比較的長い期間毎の平均流量の変化が常に微小な増加傾向にあること)。
(B)第2区間中の第1区間平均流量の増加流量が第2所定流量範囲内で第2所定回数以上存在すること(即ち、短い期間毎の平均流量の変化が、常ではないが微小な増加傾向にあること)。
(C)第2区間中の第1区間平均流量の増加流量に第3所定流量以上の流量が存在しないこと(即ち、大きな流量変動がないこと)。
[0007]
 これにより、使用するガスの流量が緩やかに上昇していくという燃料電池の特徴を掴むことができ、燃料電池が稼動しているか否かの判別精度を向上させることができる。
[0008]
 本発明の流量計測装置によれば、一定時間間隔で計測される流体の流量に変動(揺れ)が生じる環境下であっても、第1区間、第2区間それぞれの平均流量から燃料電池が稼動しているか否かの判定が可能となる。

図面の簡単な説明

[0009]
[図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例示的な構成を示すブロック図である。
[図2] 図2は、本発明の第1の実施の形態における流量計測装置の動作を説明するための第1区間と第2区間の関係を示す図である。
[図3A] 図3Aは、稼動開始における燃料電池の流量変化の一例を示すグラフである。
[図3B] 図3Bは、図3Aの点線で囲った範囲の計測回で得られた8次区間平均流量と変化量、および32次区間平均流量と変化量を表した図である。
[図4A] 図4Aは、稼動開始におけるコンロの流量変化の一例を示すグラフである。
[図4B] 図4Bは、図4Aの点線で囲った範囲の計測回で得られた8次区間平均流量と変化量、および32次区間平均流量と変化量を表した図である。
[図5] 図5は、本発明の第1の実施の形態における流量計測装置が備える燃料電池判定部の処理フローチャートである。
[図6] 図6は、本発明の第1の実施の形態における流量計測装置であるガスメータのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
[図7] 図7は、本発明の第2の実施の形態による流量計測装置であるガスメータの例示的な構成を示すブロック図である。
[図8] 図8は、本発明の第2の実施の形態における流量測定装置が備える燃料電池判定部の処理フローチャートである。

発明を実施するための形態

[0010]
 以下、添付の図面を参照しながら、本発明にかかる流量計測装置の実施形態を説明する。以下に説明する実施の形態では、流量計測装置の例として、ガスメータを挙げ、その処理を説明する。図面において、同じ構成要素には同じ符号を付し、既に説明した構成要素については再度の説明を省略する。なお、本発明は、以下で説明する実施の形態によって限定されることはない。
[0011]
 (第1の実施の形態)
 (流量計測装置の例示的な構成)
 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ブロック図である。
[0012]
 図1において、流量計測装置であるガスメータ100は、流路101と、流量計測部102と、計測流量記憶部103と、区間形成部104と、演算部105と、燃料電池判定部106とを備えたものである。さらにガスメータ100は、ガス配管1に接続され、ガスメータ100の下流側には、ガス配管2を介してガス器具10~12が接続されている。
[0013]
 流量計測部102としての超音波流量計は、流路101に流れる流体としてのガスに対し、一定時間間隔(例えば0.5秒毎や2秒毎)で超音波を発射してその流量を計測するものであり、一般的な超音波流量計を使用することができる。計測流量記憶部103は、流量計測部102で計測された流量データと、その流量データを計測した計測時間と、が対応付けられて記述された対象データを記憶する。
[0014]
 区間形成部104は、計測流量記憶部103に記憶されたM個(Mは2以上の整数であり、例えば8個)の流量計測値毎に第1区間を複数形成し、複数形成された第1区間のN個(Nは2以上の整数であり、例えば4個)で第2区間を形成する。
[0015]
 本実施の形態では、以下、一例としてM=8、N=4として説明する。図2は、M=8、N=4の場合の第1区間と第2区間を表した図である。図2において、●が流量計測部102による流量計測タイミングを示しており、第1区間は8個の流量データ毎に○のタイミングで成立し、第2区間はこの複数形成された第1区間が4個成立する毎に◎のタイミングで成立する。
[0016]
 演算部105は、第1区間中の8個の流量データから第1平均流量を演算し、第2区間中の32個の流量データから第2平均流量を演算する。以下、第1区間を8次区間、第2区間を32次区間、第1平均流量を8次区間平均流量、第2平均流量を32次区間平均流量という名称で説明する。
[0017]
 図3Aは、稼動開始における燃料電池の流量変化の一例を示すグラフであり、図3Bは、図3Aの点線で囲った範囲の計測回(n)で得られた流量データから後述する8次区間平均流量Q8(n)、32次区間平均流量Q32(n)と、8次区間平均流量Q8(n)の前回値からの増加流量ΔQ8、ΔQ32を表した図である。
[0018]
 同様に図4A、図4Bは、燃料電池と比較説明するためのコンロの使用中における流量変化の一例を示すグラフであり、図4Bは、図4Aの点線で囲った範囲の計測回(n)で得られた流量データから後述する8次区間平均流量Q8(n)、32次区間平均流量Q32(n)と、8次区間平均流量Q8(n)の前回値からの増加流量ΔQ8、32次区間平均流量Q32(n)の前回値からの増加流量ΔQ32を表した図である。
[0019]
 なお、グラフの縦軸は流量[L/h]、横軸は流量計測部102において一定時間間隔で計測された流量データに付与した連番であり、ここでは計測回(n)と表す。
[0020]
 そして、燃料電池判定部106は、演算部105により算出された流量データから、流量が穏やかに上昇していくという燃料電池の特徴を含む燃料電池判定対象流量を抽出し、抽出した燃料電池判定対象流量が次の3つの条件を満たすか否かによって燃料電池が稼動しているか否かの判定を行う。
[0021]
 条件(a)第2平均流量である32次区間平均流量の増加流量が第1所定流量範囲内(例えば2L/h以上10L/h未満)で第1所定回数(例えば5回)連続する。
[0022]
 条件(b)第2区間である32次区間中の第1区間平均流量である8次区間平均流量の増加流量が第2所定流量範囲内(例えば0L/h以上5L/h未満)で第2所定回数(例えば2回)以上存在する。
[0023]
 条件(c)第2区間である32次区間中の第1区間平均流量である8次区間平均流量の増加流量に第3所定流量以上(例えば10L/h以上)が存在しない。
[0024]
 そして、上記3つの条件を満たした場合に燃料電池判定部106は燃料電池が稼動していると判定するものである。
[0025]
 以下、燃料電池判定部106の処理の流れを図5のフローチャートを用いて説明する。
[0026]
 ステップS10では、区間形成部104から第1区間である8次区間が成立するか否かの判定を行う。8次区間が成立している場合は、ステップS20において演算部105によって、1つの8次区間に含まれる8個の流量データを平均して第1区間平均流量である8次区間平均流量Q8(n)と前回の8次区間平均流量Q8(n-8)からの増加流量ΔQ8(n)の算出を行う。
[0027]
 図3A、図3Bに示す燃料電池の場合、計測回n=33に得られた8次区間平均流量Q8(33)は計測回n=26から計測回n=33で計測された8個の流量データ(図示せず)を平均して得られた値21.679であり、計測回nが8増加する毎に得られる値となる。また、計測回n=41における増加流量ΔQ8は、計測回n=41で得られた8次区間平均流量Q8(41)の値22.565と前回の8次区間平均流量Q8(33)の値21.697との差分0.886である。なお、符号がマイナスの場合は減少を意味している。
[0028]
 ステップS30では、区間形成部104から32次区間成立か否かの判定を行う。32次区間が成立している場合は、ステップS40で演算部105によって、32次区間平均流量Q32(n)と前回の32次区間平均流量Q8(n-8)からのその増加流量ΔQ32(n)の算出を行う。
[0029]
 図3A、図3Bに示す燃料電池の場合、計測回n=57で得られた32次区間平均流量Q32(57)は、計測回n=33,n=41,n=49,n=57で得られた4つの8次区間平均流量の平均値23.756であり、計測回nが32増加する毎に得られる値となる。また、計測回n=89における増加流量ΔQ32は、計測回n=89で得られた32次区間平均流量Q32(87)の値27.985と前回の32次区間平均流量Q32(57)の値23.765の差分4.229である。
[0030]
 ステップS50では、ステップS40で算出した32次区間平均流量ΔQ32(n)が条件(a)の1つである第1所定流量範囲内か否かの判定を行う。ΔQ32(n)が第1所定流量範囲内の場合は、ステップS60で連続回数をカウントアップする。範囲外の場合は、ステップS70で連続回数をクリアする。
[0031]
 図3A、図3Bに示す燃料電池の場合、計測回n=57~n=249において得られた7個の32次区間平均流量ΔQ32(n)は何れもこの第1所定流量範囲(2L/h以上10L/h未満)を満たしておりカウントアップの対象となる。
[0032]
 ステップS80では、32次区間中の8次区間平均流量ΔQ8(n)が条件(b)の第2所定流量範囲内(例えば0L/h以上5L/h未満)で第2所定回数(例えば2回)以上存在するか否かの判定を行う。第2所定回数以上存在する場合は、ステップS90に移行し、存在しない場合はステップS70で連続回数をクリアする。
[0033]
 図3A、図3Bに示す燃料電池の場合、計測回n=33~n=217において8次区間平均流量ΔQ8(n)が、第2所定流量範囲(0L/h以上5L/h未満)で且つ第2所定回数(2回)以上存在するという条件を満たしているので、ステップS90に移行する。
[0034]
 ステップS90では、32次区間中の8次区間平均流量ΔQ8(n)に第3所定流量以上(例えば10L/h以上)が存在するか否かの判定を行う。存在しない場合は、ステップS100に移行し、存在する場合はステップS70で連続回数をクリアする。
[0035]
 図3A、図3Bに示す燃料電池の場合、計測回n=33~n=281において条件(c)の第3所定流量以上(例えば10L/h以上)は存在しないのでこの条件を満たしている。
[0036]
 ステップS100では、ステップS60でカウントアップした連続回数が第1所定回数(例えば5回)に到達しているか否かの判定を行う。到達している場合は、ステップS110にてガスメータ100に燃料電池有り情報、すなわち稼動している燃料電池が有るという情報を記憶させる。到達していない場合はステップS120にてガスメータ100に燃料電池無し情報、すなわち稼動している燃料電池が無いという情報を記憶させ、ステップS10より再度燃料電池が稼動しているか否かの判定を繰り返す。
[0037]
 図3A、図3Bに示す燃料電池の場合、上述したように、計測回n=57~n=249において、条件(a)の1つである第1所定流量範囲内を満足し、且つ、計測回n=33~n=217において条件(b)を満足し、計測回n=33~n=281において条件(c)を満足している。そのため、連続回数のカウント値は、計測回n=57、n=89、n=121、n=153、n=185でカウントアップされる。従って、計測回n=185において、条件(a)~(c)を全て満足するので、燃料電池が稼動を開始したと判定することができる。
[0038]
 一方、図4A、図4Bに示すコンロの場合は、明らかにこの条件を満足しないことが分かる。
[0039]
 なお、32次区間を2個で64次区間を形成して、同様に64次区間平均流量を算出し、新たな条件を追加するように、区間を追加して、上記判定に新たな条件を追加する構成としてもよい。
[0040]
 以上に説明したように、本発明の実施の形態によれば、一定時間間隔で計測される流体の流量に変動(揺れ)が生じる環境下であっても、区間平均流量から燃料電池が稼動しているか否かの判定が可能になる。
[0041]
 (ハードウェア構成)
 図6は、ガスメータ100のハードウェア構成の一例を示す。図6に例示する構成において、ガスメータ100は、中央演算回路(CPU)210と、メモリ220と、流量計204とを有している。流量計204は、図1に示す流量計測部102の一例であり、公知の流量計、例えば、超音波流量計であり得る。
[0042]
 CPU210は、メモリ220に格納されたコンピュータプログラム221を実行する。コンピュータプログラム221には、上述した各種の処理が記述されている。CPU210は、例えば、図1に示す演算部105、燃料電池判定部106の各種処理を実行する。メモリ220は、典型的には、RAMおよびROMを含み、例えば、第1所定流量範囲、第1所定回数に対応する。演算部105、燃料電池判定部106が、メモリ220をその一部に含んでいても構わない。
[0043]
 演算部105、燃料電池判定部106は、単一のプロセッサ(CPU210)の一部であってもよい。制御部110が、複数のプロセッサの集合によって実現されてもよい。制御部110は、1以上のメモリ、周辺回路を含んでいてもよい。制御部110の外部に、1以上のメモリが配置されてもよい。例えば、燃料電池判定部106が、制御部110の外部に配置されていてもよい。CPU210とメモリ220(図6参照)を用いて上述した各種処理を実行することにより、精度良く稼動している器具を判別することができる。
[0044]
 (第2の実施の形態)
 次に、本発明の第2の実施の形態における流量計測装置について図7、図8を用いて説明する。図7は、本実施の形態における流量計測装置であるガスメータ200の構成を示すブロック図であり、第1の実施の形態の図1に示すガスメータ100のブロック図と異なるのは、燃料電池設置情報記憶部107が追加された点である。
[0045]
 図7において、燃料電池設置情報記憶部107は、ガスメータ200の下流側に燃料電池が設置されているかどうかを情報として記憶するもので、燃料電池を設置する際に、図示していないスイッチ操作や通信による電文により予め設定し記憶させることができる。また、後述する燃料電池判定部106による判定で燃料電池が稼働中であると判断された場合に、燃料電池設置情報記憶部107に燃料電池設置有りという情報を記憶するようにしても良い。
[0046]
 図8は、本実施の形態における流量計測装置の燃料電池判定部106の処理フローチャートであり、第1の実施の形態を説明するのに用いた図5の処理フローチャートと異なるのは、図5に示したステップS100以降の処理がステップS200~ステップS220に置き換わった点であり、以下の説明ではステップS200以降の処理について説明する。
[0047]
 ステップS90において、例えば第2の32次区間中の第1の8次区間平均流量ΔQ8(n)に第3所定流量未満(例えば10L/h未満)が存在すると判定された場合、ステップS200で燃料電池設置情報記憶部107に規則された燃料電池設置の有無を確認し、燃料電池が設置されていると判断した場合は、燃料電池が稼動していると判定するための条件(a)、(b)、(c)の連続成立回数である第1所定回数をステップS201で3回とし、燃料電池が設置されていないと判断した場合は、第1所定回数をステップS202で5回とする。
[0048]
 そして、ステップS210では、条件1~3の連続成立回数がステップS201若しくはステップS202で設定された第1所定回数以上であれば、燃料電池が稼動していると判断(ステップS220)し、第1所定回数未満であれば燃料電池は稼動していないとして再度判定の処理に戻る。
[0049]
 以上のように、本実施の形態では、燃料電池設置情報記憶部107により、ガスメータ200の下流側に燃料電池が設置されているか否かの情報を用いることで、燃料電池が設置されている場合には、稼動しているという判断を早期に行うことができる。
[0050]
 流量計測部102で計測されるガス流量は設置環境などにより流量値に変動(揺れ)が生じる場合があり、燃料電池が稼動しているか否かの判定中にこのような流量変動が起こると条件(a)~(c)が成立するための第1所定回数の連続が起こり難くなることから、燃料電池が稼働しているという判定が難しくなる。しかしながら、燃料電池が設置されていることを条件として第1所定回数を少なくすることで燃料電池が稼動しているか否かの判定を早期に行うことができるため、結果として流量変動が起きる設置環境でも燃料電池が稼働しているか否かの判定が容易となる。
[0051]
 また、燃料電池が稼動しているか否かの判定中に他の器具が使用された場合には、条件(a)~(c)が成立しないために燃料電池が稼動しているにも関わらず燃料電池が稼動していると判別できなくなる。しかしながら、本実施の形態によると、燃料電池が設置されていることを条件とすることによって短期間で燃料電池が稼動しているか否かの判別ができるため、燃料電池が稼動しているか否かの判定中に他のガス器具が使用開始される機会が少なくなる。そのため、結果として燃料電池の稼働中における燃料電池が稼動しているか否かの判定の精度を高めることができる。
[0052]
 従って、燃料電池のガス使用量に対しての課金の割引をする等の料金施策を行う場合などに応用することが可能となる。
[0053]
 なお、燃料電池判定部106による判定で燃料電池が稼働中であると判断された場合に、燃料電池設置情報記憶部107に燃料電池の設置有りとの情報を記憶するようにすると、スイッチ操作や通信により予め設定する必要が無い。この場合、初回は第1所定回数が5回で燃料電池が稼動中であると判断するが、次回からは第1所定回数が3回で燃料電池が稼動中であると判断することができるようになり、流量変動が起きる設置環境でも燃料電池が稼働中であるか否かの判定が容易となる。
[0054]
 以上、本発明の実施の形態を説明した。上述の実施の形態の説明は、本発明の例示であり、本発明を限定するものではない。また、上述の実施の形態で説明した各構成要素を適宜組み合わせた実施の形態も可能である。本発明は、請求の範囲またはその均等の範囲において、改変、置き換え、付加および省略などが可能である。

産業上の利用可能性

[0055]
 以上のように、本発明にかかる流量計測装置は、器具の特徴を抽出することができることから、工業用流量計や水道メータにおいても同様に、流量計測装置の下流側に接続された使用器具の特定や、そのグルーピングに対しても適用できる。

符号の説明

[0056]
 10~12 ガス器具
 100、200 ガスメータ(流量計測装置)
 101 流路
 102 流量計測部
 103 計測流量記憶部
 104 区間形成部
 105 演算部
 106 燃料電池判定部
 107 燃料電池設置情報記憶部
 110 制御部

請求の範囲

[請求項1]
流路に流れる流体の流量を一定時間間隔で計測する流量計測部と、
前記流量計測部で計測されたM個の流量毎に第1区間を形成し、前記第1区間のN個で第2区間を形成する区間形成部と、
前記第1区間中のM個の流量データから第1平均流量を演算し、前記第2区間中のM×N個の流量データから第2平均流量を演算する演算部と、
前記演算部にて演算した前記第1平均流量と前記第2平均流量が以下の条件(A)(B)(C)を全て満たした場合に燃料電池が稼動していると判定する燃料電池判定部と、を備えた流量計測装置。
(A)前記第2平均流量の増加流量が第1所定流量範囲内で第1所定回数連続すること
(B)前記第2区間中の前記第1区間平均流量の増加流量が第2所定流量範囲内で第2所定回数以上存在すること
(C)前記第2区間中の前記第1区間平均流量の増加流量に第3所定流量以上の流量が存在しないこと
[請求項2]
更に、燃料電池設置有無情報を記憶する燃料電池設置情報記憶部を備え、
前記燃料電池判定部は、前記燃料電池設置情報記憶部に燃料電池設置有り情報が記憶されているときは前記第1所定回数を変更することを特徴とする請求項1に記載の流量計測装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3A]

[ 図 3B]

[ 図 4A]

[ 図 4B]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]