ガス診断装置およびガス診断方法
【課題】温度センサや検出値の読み出し機構を新たに設けることなく、簡易な計算処理で迅速かつ的確に空気の混合割合の異常判定を行う。
【解決手段】ガス診断装置１００は、流体の圧力を検出する圧力センサ１１２と、圧力センサ近傍の温度を検出する温度センサ１１４と、温度に基づいて圧力センサが検出した圧力を補正する圧力温度補正部１３０と、流体の上下流に超音波の送信部と受信部とが配置され、流体を介して送信部から受信部に伝播する超音波の伝播速度を検出する超音波センサ１１６と、温度を変数とする上限関数と下限関数に温度センサで検出された温度を代入して上限値と下限値とを求め、伝播速度が上限値以下かつ下限値以上であれば流体を構成する複数の物質の混合割合が異常であると判定する混合判定部１３４とを備える。
【解決手段】ガス診断装置１００は、流体の圧力を検出する圧力センサ１１２と、圧力センサ近傍の温度を検出する温度センサ１１４と、温度に基づいて圧力センサが検出した圧力を補正する圧力温度補正部１３０と、流体の上下流に超音波の送信部と受信部とが配置され、流体を介して送信部から受信部に伝播する超音波の伝播速度を検出する超音波センサ１１６と、温度を変数とする上限関数と下限関数に温度センサで検出された温度を代入して上限値と下限値とを求め、伝播速度が上限値以下かつ下限値以上であれば流体を構成する複数の物質の混合割合が異常であると判定する混合判定部１３４とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体における空気の混合状態を診断するガス診断装置およびガス診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスメータを通じて供給される可燃性のガスに対して、その上流および下流の側面から超音波を発し、その伝播速度（上流側から下流側に伝播する速度と、下流側から上流側に伝播する速度の合計速度またはその平均速度）によってガスの流速や流量を導出する技術が存在する。また、超音波の伝播速度によって、流体を構成する所定の物質（例えば可燃性ガス）に、その物質と異なる種類または組成の物質（例えば空気）が含まれているか否か検知する技術が開示されている（例えば、特許文献１、２）。
【０００３】
また、流体に他の物質が混在していない場合の、温度に対応した音速データを予め記憶し、温度と音波伝播時間に応じて、流体に混在が発生しているか否かを検出する技術も公開され（例えば、特許文献３）、また、所定の流体中を伝播する超音波の音速を求め、音速の温度依存性に関するデータに基づいて流体の温度を推定し、異常を検出すると、警報を発したり、遮断弁を動作させる技術も開示されている（例えば、特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１６７２５号公報
【特許文献２】特開２００１−２８１０３０号公報
【特許文献３】特開２００８−１２８８２４号公報
【特許文献４】特開２００８−２９８８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の技術は、ガスメータ内において形成されるメタンガスと空気との層によって空気混入の計測が困難になるのを回避する技術であり、また、特許文献２の技術は、空気が混入しているか否かを判別しているに過ぎないので、空気の混合割合が許容される範囲であっても一義的に異常と判定されてしまう。
【０００６】
また、特許文献３では、超音波の伝播時間が温度によって変化することが開示されているが、温度毎の伝播時間データを抽出し、その伝播時間データに基づいて可燃性ガスと空気の混合度合いを判定するといった複数段階の煩雑な演算を必要とし、また、測定した温度に関する伝播時間データが存在しない場合には、混合度合いを正確に判定することができない問題があった。特許文献４においても、音波の伝播時間と温度との関係に言及されているが、流体の温度を推定し、測定した温度との比較によってその異常を検出する構成なので、計算が複雑になるのみならず、空気の混合度合いを正確に把握することはできなかった。
【０００７】
さらに、上記の技術では、混合度合いの検出精度を高めるために、高精度な温度センサを別途準備しなくてはならないが、製造コストや占有体積が増大するだけでなく、温度センサの検出値を演算値として取り込む電気的構成が新たに必要となり、システムの複雑化を招いていた。
【０００８】
ところで、可燃性ガスに空気が混入すると、その混入量の増加に伴って可燃性ガスを利用する際の危険度が高まるが、混入量がさらに多くなると危険度は却って低くなる。従来では、空気が混入していることをもって異常を判定しているので、空気の混入量は多いが危険度は小さいといった場合においてまで可燃性ガスの供給を停止することとなり、新規の設置や損傷箇所の復旧作業の妨げとなる場合があった。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑み、温度センサや検出値の読み出し機構を新たに設けることなく、簡易な計算処理で迅速かつ的確に空気の混合割合の異常判定を行うことが可能なガス診断装置およびガス診断方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のガス診断装置は、流体の圧力を検出する圧力センサと、圧力センサ近傍の温度を検出する温度センサと、温度に基づいて圧力センサが検出した圧力を補正する圧力温度補正部と、流体の上下流に超音波の送信部と受信部とが配置され、流体を介して送信部から受信部に伝播する超音波の伝播速度を導出する超音波センサと、温度を変数とする伝播速度の上限関数と下限関数に温度センサで検出された温度を代入して上限値と下限値とを求め、超音波センサが導出した伝播速度が上限値以下かつ下限値以上であれば流体を構成する複数の物質の混合割合が異常であると判定する混合判定部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
上限関数および下限関数のいずれか一方または双方は一次関数であってもよい。また、上限関数および下限関数は一次関数であり、その傾きが双方等しくてもよい。
【００１２】
ガス診断装置は、混合割合が異常であると判定されると、遮断弁を駆動して流体の流動を遮断するガス遮断部をさらに備えてもよい。
【００１３】
上記課題を解決するために、圧力センサを温度補正すべく圧力センサ近傍の温度を検出する温度センサと、流体の上下流に超音波の送信部と受信部とが配置され、流体を介して送信部から受信部に伝播する超音波の伝播速度を導出する超音波センサとを用いて流体の状態を診断する本発明のガス診断方法は、温度を変数とする伝播速度の上限関数と下限関数に温度センサで検出された温度を代入して上限値と下限値とを求め、超音波センサが導出した伝播速度が上限値以下かつ下限値以上であるか否か判定し、上限値以下かつ下限値以上であれば流体を構成する複数の物質の混合割合が異常であると判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、温度センサや検出値の読み出し機構を新たに設けることなく、簡易な計算処理で迅速かつ的確に空気の混合割合の異常判定を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ガス診断装置の概略的な構成を示した機能ブロック図である。
【図２】圧力温度補正部の動作を説明するための説明図である。
【図３】混合判定部の動作を説明するための説明図である。
【図４】混合判定部の動作を説明するための説明図である。
【図５】ガス診断方法の全体的な流れを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１７】
地震等の大規模な災害時においては、可燃性ガスの供給に要するガス管等が損傷することがある。このように損傷したガス管の復旧作業や補修作業において、可燃性ガスに空気が混入してしまうと、可燃性ガスと空気との混合割合によっては不完全燃焼を起こし、可燃性ガスの消費機器が正常に動作しなかったり、流量計測値に誤差が生じ、正確な流量制御ができなかったり等の問題が生じ得る。また、ガス管やガスメータ（ガス診断装置）の新規の配設においても可燃性ガスと空気とが混合している期間が生じている。したがって、作業員は、安全を確保すべく、空気の混合割合を専用の機器で確認しながらの煩雑な復旧作業を強いられ、手間と時間を費やしていた。
【００１８】
そこで、本実施形態におけるガス診断装置は、可燃性ガスと空気との混合割合を検出し、その混合割合が許容する範囲に含まれていなければ、可燃性ガスが異常であると判定して可燃性ガスの供給を停止する。また、本実施形態では、このような混合割合を低コストかつ効果的に判定し、高精度な異常判定を可能とする。こうして、作業員は、ガス管やガス診断装置等を介した可燃性ガスの供給状態を迅速に把握でき、空気のパージ処理といった復旧作業や新規の設置作業を的確に遂行することが可能となる。以下、本実施形態のガス診断装置１００について詳述する。
【００１９】
（ガス診断装置１００）
図１は、ガス診断装置１００の概略的な構成を示した機能ブロック図である。ガス診断装置１００は、遮断弁１１０と、圧力センサ１１２と、温度センサ１１４と、超音波センサ１１６と、表示部１１８と、演算ユニット１２０とを含んで構成される。
【００２０】
遮断弁１１０は、例えばソレノイドやステッピングモータを用いた電磁弁等で構成され、ガス流路１５０を遮断または開放して可燃性ガスの供給を制御する。圧力センサ１１２は、遮断弁１１０より後段に設けられ、可燃性ガスの圧力を検出する。温度センサ１１４は、圧力センサ１１２に対応付けて配置され、圧力センサ１１２自体、または、圧力センサ１１２の近傍の温度Ｔを測定する。圧力センサ１１２は、同一の圧力であっても、温度Ｔに依存してその検出値が変動するので、後述する圧力温度補正部１３０によって温度補正が実行される。したがって、温度センサ１１４は圧力センサ１１２自体の温度と相関性のある位置の温度Ｔを検出できれば足りる。
【００２１】
超音波センサ１１６は、ガス流路１５０の上流側側面と下流側側面の予め定められた位置に配置され、２０ｋＨｚ以上の音波である超音波の送信部や受信部として機能する超音波振動子１１６ａ、１１６ｂと、可燃性ガスを介して超音波振動子１１６ａ、１１６ｂ間を伝播する超音波の伝播時間を検出し、超音波振動子１１６ａ、１１６ｂ間の距離に基づいて伝播速度ｖを導出する伝播速度導出部１１６ｃとで構成される。伝播速度導出部１１６ｃは、例えば、送信部から送信された超音波と、受信部で受信された超音波の波形におけるゼロクロス点の位相差によって伝播時間を検出する。
【００２２】
超音波振動子１１６ａ、１１６ｂはガス流路１５０に対して固定され、また、可燃性ガスまたは可燃性ガスと空気との混合気がガス流路１５０中、均等に充填されているので、超音波の伝播速度ｖは、ガス流路１５０内の流体の流速や、可燃性ガスと空気との混合割合に依存して変化する。したがって、その伝播速度ｖを把握することで、可燃性ガスの流速や流量、さらには空気の混合割合を把握することができる。
【００２３】
例えば、２つの超音波振動子１１６ａ、１１６ｂをそれぞれ送信部および受信部として交互に機能させ、順方向伝播時間と逆方向伝播時間を測定し、その差分によって可燃性ガスの流速を導出する。さらに、かかる流速に断面積を乗じることで流量も導出可能である。また、順方向伝播時間と逆方向伝播時間とを加算または平均化し、流体の流速に依存するパラメータを相殺することで、空気の混合割合を導出することも可能となる。
【００２４】
表示部１１８は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等で構成され、可燃性ガスの供給量（使用量）の積算値や、可燃性ガス漏洩等の異常を報知するために用いられる。演算ユニット１２０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラムや後述する上限関数および下限関数に関する情報等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路により、ガス診断装置１００全体を管理および制御する。また、演算ユニット１２０は、圧力温度補正部１３０、圧力判定部１３２、混合判定部１３４、異常報知部１３６、ガス遮断部１３８としても機能する。
【００２５】
圧力温度補正部１３０は、圧力センサ１１２に対応付けられて配置された温度センサ１１４が検出した温度Ｔに基づいて、圧力センサ１１２で検出された圧力の実測値を補正し、圧力の参照値として導出する。
【００２６】
図２は、圧力温度補正部１３０の動作を説明するための説明図である。図２では、圧力センサ１１２で実際に検出された圧力の実測値を横軸に、圧力の補正後の参照値を縦軸に示している。圧力センサ１１２が温度に拘わらず正確に圧力を測定できるとしたら、図２中、破線１６０で示すように、実測値と参照値とは等しくなる。しかし、実際には温度に依存しており、その線形性を保持するために温度補正を行っている。例えば、図２のように、所定の複数の温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３に対して予め温度特性を特定しておき、温度センサ１１４の検出値が温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３のいずれかであれば、その温度に対応した温度特性を参照して実測値から参照値を導出する。また、温度センサ１１４の検出値が温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３以外であれば、温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の参照値を補間（例えば線形補間）することによって個々の温度の参照値を導出できる。
【００２７】
圧力判定部１３２は、圧力温度補正部１３０によって補正された圧力の参照値を参照し、ガス流路１５０を流れる可燃性ガスの圧力が所定の許容範囲内であるか否か常に監視して、異常を検出すると後述する異常報知部１３６にその旨伝達する。また、大規模の地震等が発生した場合、遮断弁１１０によりガス流路１５０を遮断して圧力の参照値を参照することで、遮断弁１１０より下流のガス流路１５０において可燃性ガスの漏洩が発生していないか判定する。
【００２８】
混合判定部１３４は、演算ユニット１２０のＲＯＭに記憶された、温度Ｔを変数とする上限関数と下限関数に関する情報と、温度センサ１１４で検出された温度Ｔｄとを用いて、その温度Ｔｄにおける混合割合の危険範囲を示す伝播速度の上限値と下限値とを求め、求められた上限値および下限値と、超音波センサ１１６によって導出された伝播速度ｖとを比較することで可燃性ガスと空気との混合割合が異常であるか否か判定する。以下、具体的な動作を説明する。なお、ここでは可燃性ガスの例として、都市ガスの主成分であるメタンガスを例にしているが、都市ガスはメタンガス１００％とは限らず、他のガスが混合している場合もある。また、可燃性ガスは都市ガスに限定されるものでもないが、ここでは、簡便のため、メタンガス１００％の例で説明する。
【００２９】
図３および図４は、混合判定部１３４の動作を説明するための説明図である。本実施形態では、可燃性ガスとして、例えばメタンガスが用いられている。超音波は、伝播する流体の密度に応じてその伝播速度が変化する特性を有する。したがって、超音波センサ１１６によって測定された伝播速度が、メタンガス１００％中の超音波の伝播速度と同じであれば、その流体はメタンガスであると特定できる。
【００３０】
しかし、メタンガス中の超音波の伝播速度はその流体の温度に依存して変化する。例えば、メタンガス中の超音波の伝播速度は図３に示すように温度の上昇に従って伝播速度も高くなる。したがって、正確には、超音波センサ１１６によって測定された伝播速度が、そのときの温度に対応した図３に示すメタンガス中の超音波の伝播速度と同じであれば、その流体をメタンガスと特定できることとなる。
【００３１】
また、メタンガスに限らず、ガス管等が損傷した場合に混入すると考えられる空気に関しても、図３のように、超音波の伝播速度が温度に依存して変化する。ただし、空気中の超音波の伝播速度はメタンガスと比較して遅い。また、メタンガスと空気の温度に対する超音波の伝播速度の推移は、厳密には異なるものの、温度上昇に対する伝播速度の増加傾向は大凡近似しており、図４に「メタンガス１００％」および「空気１００％」で示すように、流体がメタンガスのみ（１００％）である場合における温度に対する超音波の伝播速度の推移１６２や、流体が空気のみ（１００％）である場合における温度に対する超音波の伝播速度の推移１６４を一次関数で近似することができる。
【００３２】
また、メタンガスと空気とが混合されている場合、その混合割合に応じて伝播速度ｖの推移も変化する。ここでは、メタンガス１００％の推移１６２と、空気１００％の推移１６４とをその混合割合に応じて按分することとなり、その代表例として、空気に対してメタンガスが２％、５％、１４％、２０％混入しているときの伝播速度ｖの推移を図４に示している。
【００３３】
ところで、メタンガスと空気とはその混合割合によっては、点火源があれば発火が生じる混合割合と、その混合割合でなければ点火源があっても点火や爆発が生じない混合割合とがある。前者の混合割合は、空気に対してメタンガスが５％〜１４％（爆発限界）と言われている。したがって、混合判定部１３４は、空気に対してメタンガスが５％〜１４％混入すると、発火の危険性が生じ、ガス機器の安全な燃焼に影響を与えると判定する。これは、超音波センサ１１６が検知した伝播速度ｖｄと温度センサ１１４が検出した温度Ｔｄとが、図４においてクロスハッチングで示した範囲１６６に含まれるか否かによって判定される。
【００３４】
本実施形態では、図４においてクロスハッチングで示した範囲１６６の上限を上限関数として一次関数で示し、また、下限を下限関数として一次関数で示す。したがって、演算ユニット１２０のＲＯＭには、メタンガスが１４％混入した場合の温度Ｔに対する上限関数としての一次関数ｆ（Ｔ）＝ａ・Ｔ＋ｂの傾きａおよびオフセットｂ、ならびに、メタンガスが５％混入した場合の温度Ｔに対する下限関数としての一次関数ｆ（Ｔ）＝ｃ・Ｔ＋ｄの傾きｃおよびオフセットｄが予め記憶されている。
【００３５】
混合判定部１３４は、温度センサ１１４が検出した温度Ｔｄを上限関数および下限関数に代入し、上限値ａ・Ｔｄ＋ｂと下限値ｃ・Ｔｄ＋ｄとを求める。そして、混合判定部１３４は、超音波センサ１１６が検知した伝播速度ｖｄと、上限値ａ・Ｔｄ＋ｂと下限値ｃ・Ｔｄ＋ｄとを比較してａ・Ｔｄ＋ｂ≧ｖｄ≧ｃ・Ｔｄ＋ｄの関係を満たせば、可燃性ガスと空気との混合割合が異常であると判定する。
【００３６】
このように、温度との単純な乗算で上限値および下限値を求め、それと伝播速度とを比較するといった簡易な計算により、処理負担を軽減しつつ高精度な異常判定を実行することが可能となる。
【００３７】
また、対象である複数の流体、ここではメタンガスと空気との温度Ｔに対する伝播速度ｖの変化率が近似している場合、上限関数および下限関数の傾きを等しく（ここでは傾きａと）することができる。そうすると、上記ａ・Ｔｄ＋ｂ≧ｖｄ≧ｃ・Ｔｄ＋ｄの関係は、ａ・Ｔｄ＋ｂ≧ｖｄ≧ａ・Ｔｄ＋ｄと置換でき、全ての項からａ・Ｔｄを減算してｂ≧ｖｄ−ａ・Ｔｄ≧ｄのように表すことができる。かかる条件の下では、乗算を、温度センサ１１４が検出した温度Ｔｄと傾きａとの乗算１回に絞ることができ、混合判定部１３４は、超音波センサ１１６が検知した伝播速度ｖｄから温度Ｔｄと傾きａとの乗算値を減算し、その減算値と、各オフセットｂ、ｄとを比較するのみで、可燃性ガスと空気との混合割合の異常を判定することができる。かかる構成により、処理負担をさらに軽減しつつ高精度な異常判定を実行することが可能となる。
【００３８】
また、混合判定部１３４は、流体における可燃性ガスと空気との混合割合を一旦異常であると判定すると、その範囲から外れても即座に異常と判定している状態を解除せず、例えば、図４においてハッチングで示したような、メタンガスの混合割合が２％以下、または２０％以上となったときにはじめて解除する。このようなヒステリシスを設けることで、上限値や下限値付近で混合割合が上下した場合においても混合割合が異常であると判定する状態を確実に維持することができ、安全性の向上を図ることが可能となる。
【００３９】
異常報知部１３６は、混合判定部１３４が空気の混入を検知し、危険と判定している間、即ち、空気に対して可燃性ガス（メタンガス）の混合割合が５％〜１４％になってから、２％以下、または、２０％以上の安全範囲に復帰するまでの間、表示部１１８に警報を示す情報を表示し続け、また、その旨を示す音声を図示しないスピーカに出力し続ける。こうして、作業員または利用者が、視覚的または聴覚的に可燃性ガスと空気との混合割合の異常を把握することができる。また、メタンガスの混合割合が２０％以上になると、警報が解除されるので、作業員は、爆発の恐れのある状況としての空気のパージが完了したことを早期に把握することが可能となる。
【００４０】
この考え方は、上述した爆発限界の範囲だけではなく、ガスメータの下流で利用されるガス機器の安全や有効な利用に影響を与えないメタンガスの混合割合にも活用できる。例えば、解除条件をメタンガスが９５％以上に置換し、条件を満たすと警報が解除されるように設定することが可能となる。この場合、警報が解除されれば、作業員は、空気がガス機器に影響を与えないメタンガスの混合割合、例えば５％未満になったことを確認して作業を終えることができる。
【００４１】
ガス遮断部１３８は、混合判定部１３４が、混合割合が異常であると判定している間、遮断弁１１０を駆動してガス流路１５０を遮断する。
【００４２】
（ガス診断方法）
以下では、上述したガス診断装置１００を用い流体の状態を診断するガス診断方法について詳述する。
【００４３】
図５は、ガス診断方法の全体的な流れを示したフローチャートである。当該ガス診断方法では、異常フラグがＯＦＦに初期設定された後、予め定められた時間間隔の定期的なタイマ割込によって処理が開始される。タイマ割込が生じると、まず、ガス診断装置１００の温度センサ１１４は、圧力センサ１１２近傍の温度Ｔｄを検出し（Ｓ２００）、超音波センサ１１６は、流体を介して送信部としての超音波振動子１１６ａから受信部としての超音波振動子１１６ｂに伝播する超音波の伝播時間を検出して伝播速度ｖｄを導出する（Ｓ２０２）。
【００４４】
そして、混合判定部１３４は、異常フラグがＯＦＦであるか否か判定し（Ｓ２０４）、ＯＦＦであると判定すると（Ｓ２０４におけるＹＥＳ）、ＲＯＭから上限関数の傾きａおよびオフセットｂ、ならびに、下限関数の傾きｃおよびオフセットｄを読み出し（Ｓ２０６）、温度センサ１１４で検出された温度Ｔｄを用いて上限値ａ・Ｔｄ＋ｂと下限値ｃ・Ｔｄ＋ｄとを求める（Ｓ２０８）。
【００４５】
続いて、混合判定部１３４は、伝播速度が上限値以下かつ下限値以上であるか否か判定し（Ｓ２１０）、上限値以下かつ下限値以上であれば（Ｓ２１０におけるＹＥＳ）、流体を構成する複数の物質の混合割合が異常であると判定し、異常フラグをＯＮする（Ｓ２１２）。そして、タイマ割込の待ち受け状態に戻る。
【００４６】
また、異常フラグ判定ステップＳ２０４において異常フラグがＯＦＦではない（異常フラグＯＮ）と判定すると（Ｓ２０４におけるＮＯ）、ＲＯＭから、安全範囲の一方の境界を示すメタンガスの混合割合が２０％の場合に相当する関数の傾きｅおよびオフセットｆ、ならびに、安全範囲の他方の境界を示すメタンガスの混合割合が２％の場合に相当する関数の傾きｇおよびオフセットｈを読み出し（Ｓ２１４）、温度センサ１１４で検出された温度ｔｄを用いて第１解除値ｅ・ｔｄ＋ｆと第２解除値ｇ・ｔｄ＋ｈとを求める（Ｓ２１６）。
【００４７】
続いて、混合判定部１３４は、伝播速度ｖｄが第１解除値以上または第２解除値以下であるか否か判定し（Ｓ２１８）、第１解除値以上または第２解除値以下であれば（Ｓ２１８におけるＹＥＳ）、混合割合の異常が解除されたと判定し、異常フラグをＯＦＦする（Ｓ２２０）。そして、タイマ割込の待ち受け状態に戻る。
【００４８】
このようなガス診断装置１００やガス診断方法によって、圧力センサ１１２の温度補正に用いられる温度センサを兼用し、簡易な計算処理で迅速かつ的確に、可燃性ガスと空気との混合割合が危険範囲に含まれるか否かを判定することが可能となる。したがって、ガス診断装置１００上下ガス流路１５０の損傷箇所の復旧作業やガス診断装置１００の新規の設置作業において、作業員は、可燃性ガスと空気との混合割合を別途確認せずとも、ガス診断装置１００を参照するだけで、その作業状態を的確に把握でき、効率的に作業を遂行することが可能となる。
【００４９】
また、空気のパージ処理を行った場合においても、作業員は、パージによって空気の混合割合が安全な範囲（空気８０％未満、メタンガス２０％以上）となったことを迅速に把握することができるので、安全性を確保しつつ、作業効率の向上を図ることが可能となる。
【００５０】
さらに、メタンガスの混合割合が５％未満であった場合に従来のように一義的に異常と判定することがないので、新規の配設等において不必要に遮断弁１１０が遮断してしまったり、警報が生じたりすることを抑制でき、作業効率のさらなる向上を図ることができる。
【００５１】
また、圧力センサ１１２の温度補正と、空気混合の異常判定とにおいて温度センサ１１４を兼用することで、圧力センサ１１２と演算ユニット１２０とのインターフェースを利用して空気混合の異常判定を遂行できるので、温度センサ１１４やそのインターフェースを空気混合の異常判定のために新設する必要がなくなり、低コスト化を図ることができる。また、圧力センサ１１２の不具合検出ロジックを流用して温度センサ１１４の不具合も検出可能となるので、温度センサ１１４の不具合検出ロジックを別途準備する必要がない。さらに、温度センサ１１４の新設が不要な分、温度センサ１１４の取り付け場所を確保する必要がなくなり、当該ガス診断装置１００を小型、軽量化でき、使用材料の削減、運搬や保管費用の低減が可能となる。
【００５２】
また、温度に基づき関数を用いて危険範囲に含まれるか否かを計算しているので、補正テーブルを組み入れた場合に比べ、必要なメモリ領域が小さくて済み、メモリ容量の削減を図ることが可能となる。また、補正テーブルを参照する場合における膨大なメモリの検索を省略できるので、検索に要する時間の間中、継続して演算ユニット１２０を起動し続ける必要が無く、消費電力の抑制を図ることも可能となる。
【００５３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５４】
また、コンピュータを、ガス診断装置１００として機能させるプログラムや当該プログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能なフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ等の記憶媒体も提供される。ここで、プログラムは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理手段をいう。
【００５５】
なお、本明細書のガス診断方法における各工程は、必ずしもフローチャートして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、流体における空気の混合状態を診断するガス診断装置およびガス診断方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１００ …ガス診断装置
１１０ …遮断弁
１１２ …圧力センサ
１１４ …温度センサ
１１６ …超音波センサ
１１６ａ …超音波振動子
１１６ｂ …超音波振動子
１１６ｃ …伝播速度導出部
１１８ …表示部
１２０ …演算ユニット
１３０ …圧力温度補正部
１３２ …圧力判定部
１３４ …混合判定部
１３６ …異常報知部
１３８ …ガス遮断部
１５０ …ガス流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体における空気の混合状態を診断するガス診断装置およびガス診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスメータを通じて供給される可燃性のガスに対して、その上流および下流の側面から超音波を発し、その伝播速度（上流側から下流側に伝播する速度と、下流側から上流側に伝播する速度の合計速度またはその平均速度）によってガスの流速や流量を導出する技術が存在する。また、超音波の伝播速度によって、流体を構成する所定の物質（例えば可燃性ガス）に、その物質と異なる種類または組成の物質（例えば空気）が含まれているか否か検知する技術が開示されている（例えば、特許文献１、２）。
【０００３】
また、流体に他の物質が混在していない場合の、温度に対応した音速データを予め記憶し、温度と音波伝播時間に応じて、流体に混在が発生しているか否かを検出する技術も公開され（例えば、特許文献３）、また、所定の流体中を伝播する超音波の音速を求め、音速の温度依存性に関するデータに基づいて流体の温度を推定し、異常を検出すると、警報を発したり、遮断弁を動作させる技術も開示されている（例えば、特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１６７２５号公報
【特許文献２】特開２００１−２８１０３０号公報
【特許文献３】特開２００８−１２８８２４号公報
【特許文献４】特開２００８−２９８８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の技術は、ガスメータ内において形成されるメタンガスと空気との層によって空気混入の計測が困難になるのを回避する技術であり、また、特許文献２の技術は、空気が混入しているか否かを判別しているに過ぎないので、空気の混合割合が許容される範囲であっても一義的に異常と判定されてしまう。
【０００６】
また、特許文献３では、超音波の伝播時間が温度によって変化することが開示されているが、温度毎の伝播時間データを抽出し、その伝播時間データに基づいて可燃性ガスと空気の混合度合いを判定するといった複数段階の煩雑な演算を必要とし、また、測定した温度に関する伝播時間データが存在しない場合には、混合度合いを正確に判定することができない問題があった。特許文献４においても、音波の伝播時間と温度との関係に言及されているが、流体の温度を推定し、測定した温度との比較によってその異常を検出する構成なので、計算が複雑になるのみならず、空気の混合度合いを正確に把握することはできなかった。
【０００７】
さらに、上記の技術では、混合度合いの検出精度を高めるために、高精度な温度センサを別途準備しなくてはならないが、製造コストや占有体積が増大するだけでなく、温度センサの検出値を演算値として取り込む電気的構成が新たに必要となり、システムの複雑化を招いていた。
【０００８】
ところで、可燃性ガスに空気が混入すると、その混入量の増加に伴って可燃性ガスを利用する際の危険度が高まるが、混入量がさらに多くなると危険度は却って低くなる。従来では、空気が混入していることをもって異常を判定しているので、空気の混入量は多いが危険度は小さいといった場合においてまで可燃性ガスの供給を停止することとなり、新規の設置や損傷箇所の復旧作業の妨げとなる場合があった。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑み、温度センサや検出値の読み出し機構を新たに設けることなく、簡易な計算処理で迅速かつ的確に空気の混合割合の異常判定を行うことが可能なガス診断装置およびガス診断方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のガス診断装置は、流体の圧力を検出する圧力センサと、圧力センサ近傍の温度を検出する温度センサと、温度に基づいて圧力センサが検出した圧力を補正する圧力温度補正部と、流体の上下流に超音波の送信部と受信部とが配置され、流体を介して送信部から受信部に伝播する超音波の伝播速度を導出する超音波センサと、温度を変数とする伝播速度の上限関数と下限関数に温度センサで検出された温度を代入して上限値と下限値とを求め、超音波センサが導出した伝播速度が上限値以下かつ下限値以上であれば流体を構成する複数の物質の混合割合が異常であると判定する混合判定部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
上限関数および下限関数のいずれか一方または双方は一次関数であってもよい。また、上限関数および下限関数は一次関数であり、その傾きが双方等しくてもよい。
【００１２】
ガス診断装置は、混合割合が異常であると判定されると、遮断弁を駆動して流体の流動を遮断するガス遮断部をさらに備えてもよい。
【００１３】
上記課題を解決するために、圧力センサを温度補正すべく圧力センサ近傍の温度を検出する温度センサと、流体の上下流に超音波の送信部と受信部とが配置され、流体を介して送信部から受信部に伝播する超音波の伝播速度を導出する超音波センサとを用いて流体の状態を診断する本発明のガス診断方法は、温度を変数とする伝播速度の上限関数と下限関数に温度センサで検出された温度を代入して上限値と下限値とを求め、超音波センサが導出した伝播速度が上限値以下かつ下限値以上であるか否か判定し、上限値以下かつ下限値以上であれば流体を構成する複数の物質の混合割合が異常であると判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、温度センサや検出値の読み出し機構を新たに設けることなく、簡易な計算処理で迅速かつ的確に空気の混合割合の異常判定を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ガス診断装置の概略的な構成を示した機能ブロック図である。
【図２】圧力温度補正部の動作を説明するための説明図である。
【図３】混合判定部の動作を説明するための説明図である。
【図４】混合判定部の動作を説明するための説明図である。
【図５】ガス診断方法の全体的な流れを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１７】
地震等の大規模な災害時においては、可燃性ガスの供給に要するガス管等が損傷することがある。このように損傷したガス管の復旧作業や補修作業において、可燃性ガスに空気が混入してしまうと、可燃性ガスと空気との混合割合によっては不完全燃焼を起こし、可燃性ガスの消費機器が正常に動作しなかったり、流量計測値に誤差が生じ、正確な流量制御ができなかったり等の問題が生じ得る。また、ガス管やガスメータ（ガス診断装置）の新規の配設においても可燃性ガスと空気とが混合している期間が生じている。したがって、作業員は、安全を確保すべく、空気の混合割合を専用の機器で確認しながらの煩雑な復旧作業を強いられ、手間と時間を費やしていた。
【００１８】
そこで、本実施形態におけるガス診断装置は、可燃性ガスと空気との混合割合を検出し、その混合割合が許容する範囲に含まれていなければ、可燃性ガスが異常であると判定して可燃性ガスの供給を停止する。また、本実施形態では、このような混合割合を低コストかつ効果的に判定し、高精度な異常判定を可能とする。こうして、作業員は、ガス管やガス診断装置等を介した可燃性ガスの供給状態を迅速に把握でき、空気のパージ処理といった復旧作業や新規の設置作業を的確に遂行することが可能となる。以下、本実施形態のガス診断装置１００について詳述する。
【００１９】
（ガス診断装置１００）
図１は、ガス診断装置１００の概略的な構成を示した機能ブロック図である。ガス診断装置１００は、遮断弁１１０と、圧力センサ１１２と、温度センサ１１４と、超音波センサ１１６と、表示部１１８と、演算ユニット１２０とを含んで構成される。
【００２０】
遮断弁１１０は、例えばソレノイドやステッピングモータを用いた電磁弁等で構成され、ガス流路１５０を遮断または開放して可燃性ガスの供給を制御する。圧力センサ１１２は、遮断弁１１０より後段に設けられ、可燃性ガスの圧力を検出する。温度センサ１１４は、圧力センサ１１２に対応付けて配置され、圧力センサ１１２自体、または、圧力センサ１１２の近傍の温度Ｔを測定する。圧力センサ１１２は、同一の圧力であっても、温度Ｔに依存してその検出値が変動するので、後述する圧力温度補正部１３０によって温度補正が実行される。したがって、温度センサ１１４は圧力センサ１１２自体の温度と相関性のある位置の温度Ｔを検出できれば足りる。
【００２１】
超音波センサ１１６は、ガス流路１５０の上流側側面と下流側側面の予め定められた位置に配置され、２０ｋＨｚ以上の音波である超音波の送信部や受信部として機能する超音波振動子１１６ａ、１１６ｂと、可燃性ガスを介して超音波振動子１１６ａ、１１６ｂ間を伝播する超音波の伝播時間を検出し、超音波振動子１１６ａ、１１６ｂ間の距離に基づいて伝播速度ｖを導出する伝播速度導出部１１６ｃとで構成される。伝播速度導出部１１６ｃは、例えば、送信部から送信された超音波と、受信部で受信された超音波の波形におけるゼロクロス点の位相差によって伝播時間を検出する。
【００２２】
超音波振動子１１６ａ、１１６ｂはガス流路１５０に対して固定され、また、可燃性ガスまたは可燃性ガスと空気との混合気がガス流路１５０中、均等に充填されているので、超音波の伝播速度ｖは、ガス流路１５０内の流体の流速や、可燃性ガスと空気との混合割合に依存して変化する。したがって、その伝播速度ｖを把握することで、可燃性ガスの流速や流量、さらには空気の混合割合を把握することができる。
【００２３】
例えば、２つの超音波振動子１１６ａ、１１６ｂをそれぞれ送信部および受信部として交互に機能させ、順方向伝播時間と逆方向伝播時間を測定し、その差分によって可燃性ガスの流速を導出する。さらに、かかる流速に断面積を乗じることで流量も導出可能である。また、順方向伝播時間と逆方向伝播時間とを加算または平均化し、流体の流速に依存するパラメータを相殺することで、空気の混合割合を導出することも可能となる。
【００２４】
表示部１１８は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等で構成され、可燃性ガスの供給量（使用量）の積算値や、可燃性ガス漏洩等の異常を報知するために用いられる。演算ユニット１２０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラムや後述する上限関数および下限関数に関する情報等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路により、ガス診断装置１００全体を管理および制御する。また、演算ユニット１２０は、圧力温度補正部１３０、圧力判定部１３２、混合判定部１３４、異常報知部１３６、ガス遮断部１３８としても機能する。
【００２５】
圧力温度補正部１３０は、圧力センサ１１２に対応付けられて配置された温度センサ１１４が検出した温度Ｔに基づいて、圧力センサ１１２で検出された圧力の実測値を補正し、圧力の参照値として導出する。
【００２６】
図２は、圧力温度補正部１３０の動作を説明するための説明図である。図２では、圧力センサ１１２で実際に検出された圧力の実測値を横軸に、圧力の補正後の参照値を縦軸に示している。圧力センサ１１２が温度に拘わらず正確に圧力を測定できるとしたら、図２中、破線１６０で示すように、実測値と参照値とは等しくなる。しかし、実際には温度に依存しており、その線形性を保持するために温度補正を行っている。例えば、図２のように、所定の複数の温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３に対して予め温度特性を特定しておき、温度センサ１１４の検出値が温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３のいずれかであれば、その温度に対応した温度特性を参照して実測値から参照値を導出する。また、温度センサ１１４の検出値が温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３以外であれば、温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の参照値を補間（例えば線形補間）することによって個々の温度の参照値を導出できる。
【００２７】
圧力判定部１３２は、圧力温度補正部１３０によって補正された圧力の参照値を参照し、ガス流路１５０を流れる可燃性ガスの圧力が所定の許容範囲内であるか否か常に監視して、異常を検出すると後述する異常報知部１３６にその旨伝達する。また、大規模の地震等が発生した場合、遮断弁１１０によりガス流路１５０を遮断して圧力の参照値を参照することで、遮断弁１１０より下流のガス流路１５０において可燃性ガスの漏洩が発生していないか判定する。
【００２８】
混合判定部１３４は、演算ユニット１２０のＲＯＭに記憶された、温度Ｔを変数とする上限関数と下限関数に関する情報と、温度センサ１１４で検出された温度Ｔｄとを用いて、その温度Ｔｄにおける混合割合の危険範囲を示す伝播速度の上限値と下限値とを求め、求められた上限値および下限値と、超音波センサ１１６によって導出された伝播速度ｖとを比較することで可燃性ガスと空気との混合割合が異常であるか否か判定する。以下、具体的な動作を説明する。なお、ここでは可燃性ガスの例として、都市ガスの主成分であるメタンガスを例にしているが、都市ガスはメタンガス１００％とは限らず、他のガスが混合している場合もある。また、可燃性ガスは都市ガスに限定されるものでもないが、ここでは、簡便のため、メタンガス１００％の例で説明する。
【００２９】
図３および図４は、混合判定部１３４の動作を説明するための説明図である。本実施形態では、可燃性ガスとして、例えばメタンガスが用いられている。超音波は、伝播する流体の密度に応じてその伝播速度が変化する特性を有する。したがって、超音波センサ１１６によって測定された伝播速度が、メタンガス１００％中の超音波の伝播速度と同じであれば、その流体はメタンガスであると特定できる。
【００３０】
しかし、メタンガス中の超音波の伝播速度はその流体の温度に依存して変化する。例えば、メタンガス中の超音波の伝播速度は図３に示すように温度の上昇に従って伝播速度も高くなる。したがって、正確には、超音波センサ１１６によって測定された伝播速度が、そのときの温度に対応した図３に示すメタンガス中の超音波の伝播速度と同じであれば、その流体をメタンガスと特定できることとなる。
【００３１】
また、メタンガスに限らず、ガス管等が損傷した場合に混入すると考えられる空気に関しても、図３のように、超音波の伝播速度が温度に依存して変化する。ただし、空気中の超音波の伝播速度はメタンガスと比較して遅い。また、メタンガスと空気の温度に対する超音波の伝播速度の推移は、厳密には異なるものの、温度上昇に対する伝播速度の増加傾向は大凡近似しており、図４に「メタンガス１００％」および「空気１００％」で示すように、流体がメタンガスのみ（１００％）である場合における温度に対する超音波の伝播速度の推移１６２や、流体が空気のみ（１００％）である場合における温度に対する超音波の伝播速度の推移１６４を一次関数で近似することができる。
【００３２】
また、メタンガスと空気とが混合されている場合、その混合割合に応じて伝播速度ｖの推移も変化する。ここでは、メタンガス１００％の推移１６２と、空気１００％の推移１６４とをその混合割合に応じて按分することとなり、その代表例として、空気に対してメタンガスが２％、５％、１４％、２０％混入しているときの伝播速度ｖの推移を図４に示している。
【００３３】
ところで、メタンガスと空気とはその混合割合によっては、点火源があれば発火が生じる混合割合と、その混合割合でなければ点火源があっても点火や爆発が生じない混合割合とがある。前者の混合割合は、空気に対してメタンガスが５％〜１４％（爆発限界）と言われている。したがって、混合判定部１３４は、空気に対してメタンガスが５％〜１４％混入すると、発火の危険性が生じ、ガス機器の安全な燃焼に影響を与えると判定する。これは、超音波センサ１１６が検知した伝播速度ｖｄと温度センサ１１４が検出した温度Ｔｄとが、図４においてクロスハッチングで示した範囲１６６に含まれるか否かによって判定される。
【００３４】
本実施形態では、図４においてクロスハッチングで示した範囲１６６の上限を上限関数として一次関数で示し、また、下限を下限関数として一次関数で示す。したがって、演算ユニット１２０のＲＯＭには、メタンガスが１４％混入した場合の温度Ｔに対する上限関数としての一次関数ｆ（Ｔ）＝ａ・Ｔ＋ｂの傾きａおよびオフセットｂ、ならびに、メタンガスが５％混入した場合の温度Ｔに対する下限関数としての一次関数ｆ（Ｔ）＝ｃ・Ｔ＋ｄの傾きｃおよびオフセットｄが予め記憶されている。
【００３５】
混合判定部１３４は、温度センサ１１４が検出した温度Ｔｄを上限関数および下限関数に代入し、上限値ａ・Ｔｄ＋ｂと下限値ｃ・Ｔｄ＋ｄとを求める。そして、混合判定部１３４は、超音波センサ１１６が検知した伝播速度ｖｄと、上限値ａ・Ｔｄ＋ｂと下限値ｃ・Ｔｄ＋ｄとを比較してａ・Ｔｄ＋ｂ≧ｖｄ≧ｃ・Ｔｄ＋ｄの関係を満たせば、可燃性ガスと空気との混合割合が異常であると判定する。
【００３６】
このように、温度との単純な乗算で上限値および下限値を求め、それと伝播速度とを比較するといった簡易な計算により、処理負担を軽減しつつ高精度な異常判定を実行することが可能となる。
【００３７】
また、対象である複数の流体、ここではメタンガスと空気との温度Ｔに対する伝播速度ｖの変化率が近似している場合、上限関数および下限関数の傾きを等しく（ここでは傾きａと）することができる。そうすると、上記ａ・Ｔｄ＋ｂ≧ｖｄ≧ｃ・Ｔｄ＋ｄの関係は、ａ・Ｔｄ＋ｂ≧ｖｄ≧ａ・Ｔｄ＋ｄと置換でき、全ての項からａ・Ｔｄを減算してｂ≧ｖｄ−ａ・Ｔｄ≧ｄのように表すことができる。かかる条件の下では、乗算を、温度センサ１１４が検出した温度Ｔｄと傾きａとの乗算１回に絞ることができ、混合判定部１３４は、超音波センサ１１６が検知した伝播速度ｖｄから温度Ｔｄと傾きａとの乗算値を減算し、その減算値と、各オフセットｂ、ｄとを比較するのみで、可燃性ガスと空気との混合割合の異常を判定することができる。かかる構成により、処理負担をさらに軽減しつつ高精度な異常判定を実行することが可能となる。
【００３８】
また、混合判定部１３４は、流体における可燃性ガスと空気との混合割合を一旦異常であると判定すると、その範囲から外れても即座に異常と判定している状態を解除せず、例えば、図４においてハッチングで示したような、メタンガスの混合割合が２％以下、または２０％以上となったときにはじめて解除する。このようなヒステリシスを設けることで、上限値や下限値付近で混合割合が上下した場合においても混合割合が異常であると判定する状態を確実に維持することができ、安全性の向上を図ることが可能となる。
【００３９】
異常報知部１３６は、混合判定部１３４が空気の混入を検知し、危険と判定している間、即ち、空気に対して可燃性ガス（メタンガス）の混合割合が５％〜１４％になってから、２％以下、または、２０％以上の安全範囲に復帰するまでの間、表示部１１８に警報を示す情報を表示し続け、また、その旨を示す音声を図示しないスピーカに出力し続ける。こうして、作業員または利用者が、視覚的または聴覚的に可燃性ガスと空気との混合割合の異常を把握することができる。また、メタンガスの混合割合が２０％以上になると、警報が解除されるので、作業員は、爆発の恐れのある状況としての空気のパージが完了したことを早期に把握することが可能となる。
【００４０】
この考え方は、上述した爆発限界の範囲だけではなく、ガスメータの下流で利用されるガス機器の安全や有効な利用に影響を与えないメタンガスの混合割合にも活用できる。例えば、解除条件をメタンガスが９５％以上に置換し、条件を満たすと警報が解除されるように設定することが可能となる。この場合、警報が解除されれば、作業員は、空気がガス機器に影響を与えないメタンガスの混合割合、例えば５％未満になったことを確認して作業を終えることができる。
【００４１】
ガス遮断部１３８は、混合判定部１３４が、混合割合が異常であると判定している間、遮断弁１１０を駆動してガス流路１５０を遮断する。
【００４２】
（ガス診断方法）
以下では、上述したガス診断装置１００を用い流体の状態を診断するガス診断方法について詳述する。
【００４３】
図５は、ガス診断方法の全体的な流れを示したフローチャートである。当該ガス診断方法では、異常フラグがＯＦＦに初期設定された後、予め定められた時間間隔の定期的なタイマ割込によって処理が開始される。タイマ割込が生じると、まず、ガス診断装置１００の温度センサ１１４は、圧力センサ１１２近傍の温度Ｔｄを検出し（Ｓ２００）、超音波センサ１１６は、流体を介して送信部としての超音波振動子１１６ａから受信部としての超音波振動子１１６ｂに伝播する超音波の伝播時間を検出して伝播速度ｖｄを導出する（Ｓ２０２）。
【００４４】
そして、混合判定部１３４は、異常フラグがＯＦＦであるか否か判定し（Ｓ２０４）、ＯＦＦであると判定すると（Ｓ２０４におけるＹＥＳ）、ＲＯＭから上限関数の傾きａおよびオフセットｂ、ならびに、下限関数の傾きｃおよびオフセットｄを読み出し（Ｓ２０６）、温度センサ１１４で検出された温度Ｔｄを用いて上限値ａ・Ｔｄ＋ｂと下限値ｃ・Ｔｄ＋ｄとを求める（Ｓ２０８）。
【００４５】
続いて、混合判定部１３４は、伝播速度が上限値以下かつ下限値以上であるか否か判定し（Ｓ２１０）、上限値以下かつ下限値以上であれば（Ｓ２１０におけるＹＥＳ）、流体を構成する複数の物質の混合割合が異常であると判定し、異常フラグをＯＮする（Ｓ２１２）。そして、タイマ割込の待ち受け状態に戻る。
【００４６】
また、異常フラグ判定ステップＳ２０４において異常フラグがＯＦＦではない（異常フラグＯＮ）と判定すると（Ｓ２０４におけるＮＯ）、ＲＯＭから、安全範囲の一方の境界を示すメタンガスの混合割合が２０％の場合に相当する関数の傾きｅおよびオフセットｆ、ならびに、安全範囲の他方の境界を示すメタンガスの混合割合が２％の場合に相当する関数の傾きｇおよびオフセットｈを読み出し（Ｓ２１４）、温度センサ１１４で検出された温度ｔｄを用いて第１解除値ｅ・ｔｄ＋ｆと第２解除値ｇ・ｔｄ＋ｈとを求める（Ｓ２１６）。
【００４７】
続いて、混合判定部１３４は、伝播速度ｖｄが第１解除値以上または第２解除値以下であるか否か判定し（Ｓ２１８）、第１解除値以上または第２解除値以下であれば（Ｓ２１８におけるＹＥＳ）、混合割合の異常が解除されたと判定し、異常フラグをＯＦＦする（Ｓ２２０）。そして、タイマ割込の待ち受け状態に戻る。
【００４８】
このようなガス診断装置１００やガス診断方法によって、圧力センサ１１２の温度補正に用いられる温度センサを兼用し、簡易な計算処理で迅速かつ的確に、可燃性ガスと空気との混合割合が危険範囲に含まれるか否かを判定することが可能となる。したがって、ガス診断装置１００上下ガス流路１５０の損傷箇所の復旧作業やガス診断装置１００の新規の設置作業において、作業員は、可燃性ガスと空気との混合割合を別途確認せずとも、ガス診断装置１００を参照するだけで、その作業状態を的確に把握でき、効率的に作業を遂行することが可能となる。
【００４９】
また、空気のパージ処理を行った場合においても、作業員は、パージによって空気の混合割合が安全な範囲（空気８０％未満、メタンガス２０％以上）となったことを迅速に把握することができるので、安全性を確保しつつ、作業効率の向上を図ることが可能となる。
【００５０】
さらに、メタンガスの混合割合が５％未満であった場合に従来のように一義的に異常と判定することがないので、新規の配設等において不必要に遮断弁１１０が遮断してしまったり、警報が生じたりすることを抑制でき、作業効率のさらなる向上を図ることができる。
【００５１】
また、圧力センサ１１２の温度補正と、空気混合の異常判定とにおいて温度センサ１１４を兼用することで、圧力センサ１１２と演算ユニット１２０とのインターフェースを利用して空気混合の異常判定を遂行できるので、温度センサ１１４やそのインターフェースを空気混合の異常判定のために新設する必要がなくなり、低コスト化を図ることができる。また、圧力センサ１１２の不具合検出ロジックを流用して温度センサ１１４の不具合も検出可能となるので、温度センサ１１４の不具合検出ロジックを別途準備する必要がない。さらに、温度センサ１１４の新設が不要な分、温度センサ１１４の取り付け場所を確保する必要がなくなり、当該ガス診断装置１００を小型、軽量化でき、使用材料の削減、運搬や保管費用の低減が可能となる。
【００５２】
また、温度に基づき関数を用いて危険範囲に含まれるか否かを計算しているので、補正テーブルを組み入れた場合に比べ、必要なメモリ領域が小さくて済み、メモリ容量の削減を図ることが可能となる。また、補正テーブルを参照する場合における膨大なメモリの検索を省略できるので、検索に要する時間の間中、継続して演算ユニット１２０を起動し続ける必要が無く、消費電力の抑制を図ることも可能となる。
【００５３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５４】
また、コンピュータを、ガス診断装置１００として機能させるプログラムや当該プログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能なフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ等の記憶媒体も提供される。ここで、プログラムは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理手段をいう。
【００５５】
なお、本明細書のガス診断方法における各工程は、必ずしもフローチャートして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、流体における空気の混合状態を診断するガス診断装置およびガス診断方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１００ …ガス診断装置
１１０ …遮断弁
１１２ …圧力センサ
１１４ …温度センサ
１１６ …超音波センサ
１１６ａ …超音波振動子
１１６ｂ …超音波振動子
１１６ｃ …伝播速度導出部
１１８ …表示部
１２０ …演算ユニット
１３０ …圧力温度補正部
１３２ …圧力判定部
１３４ …混合判定部
１３６ …異常報知部
１３８ …ガス遮断部
１５０ …ガス流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の圧力を検出する圧力センサと、
前記圧力センサ近傍の温度を検出する温度センサと、
前記温度に基づいて前記圧力センサが検出した圧力を補正する圧力温度補正部と、
前記流体の上下流に超音波の送信部と受信部とが配置され、該流体を介して該送信部から該受信部に伝播する超音波の伝播速度を導出する超音波センサと、
温度を変数とする伝播速度の上限関数と下限関数に前記温度センサで検出された温度を代入して上限値と下限値とを求め、前記超音波センサが導出した伝播速度が該上限値以下かつ該下限値以上であれば前記流体を構成する複数の物質の混合割合が異常であると判定する混合判定部と、
を備えることを特徴とするガス診断装置。
【請求項２】
前記上限関数および下限関数のいずれか一方または双方は一次関数であることを特徴とする請求項１に記載のガス診断装置。
【請求項３】
前記上限関数および下限関数は一次関数であり、その傾きが双方等しいことを特徴とする請求項２に記載のガス診断装置。
【請求項４】
前記混合割合が異常であると判定されると、遮断弁を駆動して前記流体の流動を遮断するガス遮断部をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のガス診断装置。
【請求項５】
圧力センサを温度補正すべく該圧力センサ近傍の温度を検出する温度センサと、流体の上下流に超音波の送信部と受信部とが配置され、該流体を介して該送信部から該受信部に伝播する超音波の伝播速度を導出する超音波センサとを用いて流体の状態を診断するガス診断方法であって、
温度を変数とする伝播速度の上限関数と下限関数に前記温度センサで検出された温度を代入して上限値と下限値とを求め、
前記超音波センサが導出した伝播速度が前記上限値以下かつ前記下限値以上であるか否か判定し、
前記上限値以下かつ前記下限値以上であれば前記流体を構成する複数の物質の混合割合が異常であると判定することを特徴とするガス診断方法。
【請求項１】
流体の圧力を検出する圧力センサと、
前記圧力センサ近傍の温度を検出する温度センサと、
前記温度に基づいて前記圧力センサが検出した圧力を補正する圧力温度補正部と、
前記流体の上下流に超音波の送信部と受信部とが配置され、該流体を介して該送信部から該受信部に伝播する超音波の伝播速度を導出する超音波センサと、
温度を変数とする伝播速度の上限関数と下限関数に前記温度センサで検出された温度を代入して上限値と下限値とを求め、前記超音波センサが導出した伝播速度が該上限値以下かつ該下限値以上であれば前記流体を構成する複数の物質の混合割合が異常であると判定する混合判定部と、
を備えることを特徴とするガス診断装置。
【請求項２】
前記上限関数および下限関数のいずれか一方または双方は一次関数であることを特徴とする請求項１に記載のガス診断装置。
【請求項３】
前記上限関数および下限関数は一次関数であり、その傾きが双方等しいことを特徴とする請求項２に記載のガス診断装置。
【請求項４】
前記混合割合が異常であると判定されると、遮断弁を駆動して前記流体の流動を遮断するガス遮断部をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のガス診断装置。
【請求項５】
圧力センサを温度補正すべく該圧力センサ近傍の温度を検出する温度センサと、流体の上下流に超音波の送信部と受信部とが配置され、該流体を介して該送信部から該受信部に伝播する超音波の伝播速度を導出する超音波センサとを用いて流体の状態を診断するガス診断方法であって、
温度を変数とする伝播速度の上限関数と下限関数に前記温度センサで検出された温度を代入して上限値と下限値とを求め、
前記超音波センサが導出した伝播速度が前記上限値以下かつ前記下限値以上であるか否か判定し、
前記上限値以下かつ前記下限値以上であれば前記流体を構成する複数の物質の混合割合が異常であると判定することを特徴とするガス診断方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−８３５７８（Ｐ２０１３−８３５７８Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２４２６０（Ｐ２０１１−２２４２６０）
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【Ｆターム（参考）】
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