特許 6258254 ガスメーターシステムおよび発熱量推定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6258254

(24)【登録日】2017年12月15日

(45)【発行日】2018年1月10日

(54)【発明の名称】ガスメーターシステムおよび発熱量推定方法

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/00 20060101AFI20171227BHJP

   G01F 3/22 20060101ALI20171227BHJP

   G01N 29/024 20060101ALI20171227BHJP

   G01F 1/66 20060101ALI20171227BHJP

   G01F 15/04 20060101ALI20171227BHJP

   G01F 15/06 20060101ALI20171227BHJP

【ＦＩ】

   G01F1/00 F

   G01F1/00 W

   G01F3/22 D

   G01F1/00 T

   G01N29/024

   G01F1/66 101

   G01F15/04

   G01F15/06

【請求項の数】6

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-88777(P2015-88777)

(22)【出願日】2015年4月23日

(65)【公開番号】特開2016-206036(P2016-206036A)

(43)【公開日】2016年12月8日

【審査請求日】2017年11月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000220262

【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】特許業務法人青海特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】菱沼 祐一

(72)【発明者】

【氏名】小林 賢知

【審査官】 森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 特許第５９８４４５７（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第４９０３５７３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第３６１１４１６（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｆ １／００

Ｇ０１Ｆ １／６６

Ｇ０１Ｆ ３／２２

Ｇ０１Ｆ １５／０４

Ｇ０１Ｆ １５／０６

Ｇ０１Ｎ ２９／０２４

本件特許出願を優先基礎とする国際特許出願であるＰＣＴ／ＪＰ２０１６／０５７７９１の調査結果が利用された。

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１ガスメーターを通過するガスの発熱量を導出する発熱量導出部と、
前記第１ガスメーターと別体に設けられた第２ガスメーターに対して、ガスを供給するためのガス供給管上において所定範囲内に配置された前記第１ガスメーターのガスの発熱量に基づいて、該第２ガスメーターを通過するガスの発熱量を推定する発熱量推定部と、
を備えることを特徴とするガスメーターシステム。

【請求項2】

前記第１ガスメーターに供給されるガスの音速を導出する音速導出部をさらに備え、
前記発熱量導出部は、
前記音速導出部により導出されたガスの音速に基づいて、前記第１ガスメーターを通過するガスの発熱量を導出することを特徴とする請求項１に記載のガスメーターシステム。

【請求項3】

前記ガスは、炭化水素系のガスであることを特徴とする請求項１または２に記載のガスメーターシステム。

【請求項4】

前記第１ガスメーターに供給されるガスの温度を計測する温度センサをさらに備え、
前記発熱量導出部は、
前記音速導出部により導出されたガスの音速、および、前記音速導出部により導出されたガスの温度に基づいて、前記第１ガスメーターを通過するガスの発熱量を導出することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のガスメーターシステム。

【請求項5】

前記発熱量導出部により導出された発熱量の推移に基づいて現在の発熱量が異常であるか否か診断する異常診断部をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のガスメーターシステム。

【請求項6】

第１ガスメーターを通過するガスの発熱量を導出し、
前記第１ガスメーターと別体に設けられた第２ガスメーターに対して、ガスを供給するためのガス供給管上において所定範囲内に配置された前記第１ガスメーターのガスの発熱量に基づいて、該第２ガスメーターを通過するガスの発熱量を推定することを特徴とする発熱量推定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスの発熱量を導出するガスメーターシステムおよび発熱量推定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ガス事業者は、需要者が消費した炭化水素系のガスの通過体積を把握するため、需要箇所にガスメーターを配置し、ガスメーターで計測されたガスの通過体積に基づいて、課金を行うようになっている。ここで、需要箇所に供給されるガスの単位体積あたりの発熱量が一定であれば、ガスの通過体積に基づいて、ガスメーターを通過したガスの通過発熱量、つまり、需要者が消費したガスの総発熱量を正確に導出することができる。そのため、課金も適切に行うことができる。

【0003】

しかしながら、ガスの組成をガスの送出側で調整しない場合には、時間や場所によってガスの組成が異なることで発熱量も異なるガスが需要箇所に供給される場合もある。このような場合に、ガスの通過体積のみを計測する従来のガスメーターでは、ガスの使用量に基づいて、通過発熱量を正しく導出することが困難であり、適切に課金を行うことができないおそれがある。

【0004】

そこで、需要箇所に供給されるガスが炭化水素系のガスであることを前提として、ガスの温度および音速を計測し、計測した温度および音速に基づいてガスの標準状態での発熱量を推定し、推定した標準状態での発熱量、ガスの通過体積、および、ガスの温度に基づいて、通過発熱量を導出するようになされたガスメーターが提案されている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−２１０３４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、ガス事業者は、従来のように通過体積に基づいて課金を行うガスメーターシステムから、発熱量および通過体積に基づいて課金を行うガスメーターシステムに切り替える場合には、ガスの使用量を計測するガスメーターを、通過発熱量を導出することが可能なガスメーターに交換する必要がある。

【0007】

しかしながら、全てのガスメーターを同時期に一度に交換することは困難であり、ガスの使用量を計測するガスメーターと、通過発熱量を導出することが可能なガスメーターとが混在する期間が発生してしまう。このような場合には、ガスの通過体積に基づいて課金される需要者と、通過発熱量および通過体積に基づいて課金される需要者との間で、課金額が不公平になってしまうおそれがある。

【0008】

そこで、ガスの通過体積を計測するガスメーターと、発熱量を導出することが可能なガスメーターとが混在して設置されているエリア（ガス供給導管網）において、エリアでの平均の発熱量を用いて課金を行うことも可能であるが、平均の発熱量と、実際に使用しているガスの発熱量とが異なる場合もあり、不公平が解消されるに至っていない。

【0009】

本発明は、このような課題に鑑み、ガスの流量のみが計測可能なガスメーターにおいて精度よくガスの発熱量を推定することが可能なガスメーターシステムおよび発熱量推定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、本発明のガスメーターシステムは、第１ガスメーターを通過するガスの発熱量を導出する発熱量導出部と、前記第１ガスメーターと別体に設けられた第２ガスメーターに対して、ガスを供給するためのガス供給管上において所定範囲内に配置された前記第１ガスメーターのガスの発熱量に基づいて、該第２ガスメーターを通過するガスの発熱量を推定する発熱量推定部と、を備える。

【0011】

また、前記第１ガスメーターに供給されるガスの音速を導出する音速導出部をさらに備え、前記発熱量導出部は、前記音速導出部により導出されたガスの音速に基づいて、前記第１ガスメーターを通過するガスの発熱量を導出するとよい。

【0012】

また、前記ガスは、炭化水素系のガスであるとよい。

【0013】

また、前記第１ガスメーターに供給されるガスの温度を計測する温度センサをさらに備え、前記発熱量導出部は、前記音速導出部により導出されたガスの音速、および、前記音速導出部により導出されたガスの温度に基づいて、前記第１ガスメーターを通過するガスの発熱量を導出するとよい。

【0014】

また、前記発熱量導出部により導出された発熱量の推移に基づいて現在の発熱量が異常であるか否か診断する異常診断部をさらに備えるとよい。

【0015】

また、本発明の発熱量推定方法は、第１ガスメーターを通過するガスの発熱量を導出し、前記第１ガスメーターと別体に設けられた第２ガスメーターに対して、ガスを供給するためのガス供給管上において所定範囲内に配置された前記第１ガスメーターのガスの発熱量に基づいて、該第２ガスメーターを通過するガスの発熱量を推定する。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、ガスの流量のみが計測可能なガスメーターにおいて精度よくガスの発熱量を推定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】ガスメーターシステムの情報伝達に関する概略的な構成を示した説明図である。

【図2】ガス供給導管網を示す図である。

【図3】第１ガスメーターの概略的な構成を示した機能ブロック図である。

【図4】超音波流量計の構成を示した図である。

【図5】超音波流量計の超音波送受信器で受信される超音波の波形を説明する図である。

【図6】温度、音速およびガスの種別（標準状態での発熱量）の関係を示す図である。

【図7】音速および単位発熱量の関係を示す図である。

【図8】第２ガスメーターの概略的な構成を示した機能ブロック図である。

【図9】センター装置の概略的な構成を示した機能ブロック図である。

【図10】ガス供給導管網における、ガス生成工場で生成されたガスの供給範囲を説明する図である。

【図11】変形例による第１ガスメーターの概略的な構成を示した機能ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

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、本明細書および図面において、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。

【0019】

（ガスメーターシステム１００）
図１は、ガスメーターシステム１００の情報伝達に関する概略的な構成を示した説明図である。図１に示すように、ガスメーターシステム１００は、複数の第１ガスメーター１１０と、複数の第２ガスメーター１１１と、複数のゲートウェイ機器１１２と、複数のガス生成工場１１４と、センター装置１１６とを含んで構成される。

【0020】

第１ガスメーター１１０は、その需要箇所１２０に供給されたガスの測定時の温度での単位体積あたりの発熱量（以下、単位発熱量とも呼ぶ）、および、第１ガスメーター１１０を通過したガスの通過発熱量（総発熱量）を導出し、また、センター装置１１６からの指令や計測された流量や発熱量などに応じて需要箇所１２０に設置された機器１２２に流れるガスを制御する。

【0021】

第２ガスメーター１１１は、その需要箇所１２０に供給されたガスの流量を導出し、また、センター装置１１６からの指令や計測された流量に応じて需要箇所１２０に設置された機器１２２に流れるガスを制御する。

【0022】

ゲートウェイ機器１１２は、第１ガスメーター１１０および第２ガスメーター１１１のデータを収集し、また、第１ガスメーター１１０および第２ガスメーター１１１に対してデータを配信する。

【0023】

ガス生成工場１１４は、需要箇所に供給する炭化水素系のガスを生成する。

【0024】

センター装置１１６は、コンピュータ等で構成され、ガス事業者等、ガスメーターシステム１００の管理者側に属する。センター装置１１６は、１または複数のゲートウェイ機器１１２のデータを収集し、また、１または複数のゲートウェイ機器１１２に対してデータを配信する。したがって、あらゆる需要箇所１２０に配置される第１ガスメーター１１０および第２ガスメーター１１１が有する情報を、センター装置１１６で一括管理することができる。

【0025】

ここで、ゲートウェイ機器１１２とセンター装置１１６との間は、例えば、基地局１１８を含む携帯電話網やＰＨＳ（Personal Handyphone System）網等の既存の通信網を通じた無線通信が実行される。また、第１ガスメーター１１０同士、第２ガスメーター１１１同士、および、第１ガスメーター１１０と第２ガスメーター１１１とゲートウェイ機器１１２との間は、例えば、９２０ＭＨｚ帯を利用するスマートメーター用無線システム（Ｕ−Ｂｕｓ Ａｉｒ）を通じた無線通信が実行される。

【0026】

また、センター装置１１６は、ガス生成工場１１４に対して既存の通信網を通じた有線通信が実行され、１または複数のガス生成工場１１４の情報を収集する。

【0027】

図２は、ガス供給導管網１３０を示す図である。図２に示すように、ガス供給導管網１３０は、複数の第１ガスメーター１１０、複数の第２ガスメーター１１１、および、複数のガス生成工場１１４に張り巡らされたガス供給管１３２により構成されている。換言すると、複数の第１ガスメーター１１０、複数の第２ガスメーター１１１、および、複数のガス生成工場１１４は、ガス供給導管網１３０（ガス供給管１３２）を介して接続されている。

【0028】

そして、複数のガス生成工場１１４で生成されたガスは、ガス供給導管網１３０を構成するガス供給管１３２を通して第１ガスメーター１１０および第２ガスメーター１１１に供給される。したがって、ガス供給導管網１３０には、複数のガス生成工場１１４で生成されたガスが供給されることになるが、ガス管内でのガスの拡散よりもガス管内でのガス輸送による移動の方が圧倒的に速いため、複数のガス生成工場１１４で生成されたガスが混ざり合うことは殆どない。

【0029】

一方、第１ガスメーター１１０および第２ガスメーター１１１では、複数のガス生成工場１１４で生成されたガスのうち、いずれかのガス生成工場１１４で生成されたガスが供給されることになる。そして、同一の第１ガスメーター１１０または第２ガスメーター１１１であっても、時間によっては、供給されるガスの生成元（ガス生成工場１１４）、つまり供給されるガスが異なる場合がある。

【0030】

このように、ガスメーターシステム１００では、例えば第２ガスメーター１１１から第１ガスメーター１１０に交換する過渡期において、ガスの流量のみを導出する第２ガスメーター１１１と、単位発熱量を導出することが可能な第１ガスメーター１１０とが共に設置される期間が発生してしまう。このような過渡期には、ガスの通過体積に基づいて課金される需要者と、単位発熱量および流量、即ち通過発熱量に基づいて課金される需要者との間で、不公平になってしまうおそれがある。

【0031】

そこで、本発明のガスメーターシステム１００では、第２ガスメーター１１１の単位発熱量と、その第２ガスメーター１１１に対してガス供給導管網１３０において所定範囲内に設置された第１ガスメーター１１０で導出された単位発熱量とが同等になることに基づいて、第２ガスメーター１１１の通過発熱量を推定する。これにより、ガスの通過体積のみが導出可能な第２ガスメーター１１１でのガスの単位発熱量を精度よく求めることが可能となる。以下、第１ガスメーター１１０、第２ガスメーター１１１およびセンター装置１１６の詳細について説明する。

【0032】

（第１ガスメーター１１０）
図３は、第１ガスメーター１１０の概略的な構成を示した機能ブロック図である。第１ガスメーター１１０は、超音波流量計１５０と、遮断弁１５２と、通信回路１５４と、ガスメーター記憶部１５６と、ガスメーター制御部１５８とを含んで構成される。

【0033】

図４は、超音波流量計１５０の構成を示した図である。超音波流量計１５０は、到達時間差式の流量計であり、図３に示すように、ガス流路１４０の流れ（図４中、白抜き矢印で示す）に沿って上流と下流との二箇所に配置された一対の超音波送受信器１５０ａ、１５０ｂを含んで構成され、一方の超音波送受信器１５０ａ、１５０ｂから他方の超音波送受信器１５０ｂ、１５０ａへガス内を超音波が伝播する伝播時間を単位時間ごとに双方向に計測できるようになされている。かかる伝播時間ｔ１、ｔ２は後述する音速導出部１６０で用いられる。

【0034】

ここで、一対の超音波送受信器１５０ａ、１５０ｂは、ガス流路１４０のそれぞれ上流側と下流側に配設されるため、両者間を伝播する超音波はガスの流速の影響を受け、上流側から下流側に伝播される超音波は加速され、下流側から上流側に伝播される超音波は減速される。ここでは、上流側の超音波送受信器１５０ａから下流側の超音波送受信器１５０ｂに伝播される超音波の伝播時間をｔ１とし、下流側の超音波送受信器１５０ｂから上流側の超音波送受信器１５０ａに伝播される超音波の伝播時間をｔ２とする。

【0035】

図３に戻り、遮断弁１５２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１４０を遮断または開放する。通信回路１５４は、ゲートウェイ機器１１２、他の第１ガスメーター１１０、第２ガスメーター１１１と無線通信を確立する。ガスメーター記憶部１５６は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、第１ガスメーター１１０に用いられるプログラムや各種データを記憶する。

【0036】

ガスメーター制御部１５８は、ＣＰＵやＤＳＰで構成され、ガスメーター記憶部１５６に格納されたプログラムを用い、第１ガスメーター１１０全体を制御する。また、ガスメーター制御部１５８は、音速導出部１６０、流量導出部１６２、発熱量導出部１６４、通過発熱量導出部１６６、遮断部１６８、メーター通信部１７０として機能する。

【0037】

音速導出部１６０は、超音波流量計１５０で計測された伝播時間ｔ１、ｔ２に基づいて音速を導出する。流量導出部１６２は、超音波流量計１５０で計測された伝播時間ｔ１、ｔ２に基づいてガスの流量を導出する。発熱量導出部１６４は、音速導出部１６０で導出された音速に基づいて、ガスの単位発熱量（ＭＪ／ｍ^３）を導出する。一般に、ガスは温度が高いと膨張し低いと収縮するが、本発明では測定時の温度での単位体積当たりの発熱量を導出する。

【0038】

通過発熱量導出部１６６は、発熱量導出部１６４で導出されたガスの単位発熱量と、流量導出部１６２で検出された流量とに基づいて、第１ガスメーター１１０を通過したガスの通過発熱量、つまり、第１ガスメーター１１０が設けられた需要箇所で消費されたガスの総発熱量を導出する。遮断部１６８は、遮断弁１５２を制御してガスの需給を制御する。メーター通信部１７０は、通信回路１５４を通じてセンター装置１１６と情報交換し、例えば、発熱量導出部１６４で導出された単位発熱量、および、通過発熱量導出部１６６で導出された通過発熱量を１時間毎にセンター装置１１６に送信する。ただし、遮断部１６８や遮断弁１５２を備えない構成でも本実施形態は成り立つ。

【0039】

以下に、音速導出部１６０、流量導出部１６２、発熱量導出部１６４、通過発熱量導出部１６６の詳細な処理について説明する。

【0040】

（音速導出部１６０）
図５は、超音波流量計１５０の超音波送受信器１５０ａ、１５０ｂで受信される超音波の波形を説明する図である。図５に示すように、超音波流量計１５０の超音波送受信器１５０ａまたは１５０ｂで受信される超音波は、受信され始めた直後では振幅が小さく、徐々に振幅が大きくなり、数周波長後に振幅のピークを迎え、その後、再び振幅が小さくなる。そして、超音波送受信器１５０ａ、１５０ｂでは、対をなす超音波送受信器１５０ｂ、１５０ａから発信された超音波を受信する際、感度やＳ／Ｎ比の問題から振幅が小さい最初の数周波長分の到達時間を高精度に規定することが困難であり、振幅がある程度大きくなった数周波長後の超音波がゼロクロスしたときに（図５中、黒点で示す）、超音波を受信したと判定する。

【0041】

したがって、超音波流量計１５０では、超音波を発信してから受信するまでの伝播時間ｔ１、ｔ２が、本来の到達時間に相当する到達時間よりも約２波長分に相当する遅延到達時間だけ長い時間となってしまう。つまり、伝播時間ｔ１、ｔ２には、遅延到達時間分の誤差が生じていることになる。

【0042】

ここで、詳しくは後述するように、流量導出部１６２で導出されるガスの流量については、伝播時間ｔ１と伝播時間ｔ２との差分に基づいて導出される。そのため、伝播時間ｔ１、ｔ２が共に本来の到達時間に相当する到達時間に対して遅延到達時間分の誤差を有したとしても、伝播時間ｔ１および伝播時間ｔ２の差分を取ることにより遅延到達時間が相殺されるため、流量を導出する際にこの誤差の影響が小さくなる。

【0043】

一方で、音速導出部１６０では、超音波流量計１５０で計測された伝播時間ｔ１、ｔ２に基づいて音速を導出するため、伝播時間ｔ１、ｔ２に遅延到達時間分の誤差があると、音速を導出する際にこの誤差の影響を受ける。

【0044】

そこで、音速導出部１６０では、超音波流量計１５０で計測された伝播時間ｔ１、ｔ２から、誤差である遅延到達時間を減算し、本来の到達時間に相当する到達時間ｔａ１、ｔａ２を導出し誤差の影響を出来るだけ小さくする。

【0045】

そして、本来の到達時間に相当する到達時間ｔａ１、ｔａ２は、式（１）のように表すことができる。

【数1】

なお、Ｌは一対の超音波送受信器１５０ａ、１５０ｂ間の距離を示し、Ｖはガスの流速を示す。

【0046】

したがって、音速導出部１６０は、本来の到達時間に相当する到達時間ｔａ１、ｔａ２に基づいて、上記の式（１）を連立させた下記の式（２）を用いて、音速Ｃを導出する。

【数2】

【0047】

このように、音速導出部１６０は、超音波流量計１５０で計測された伝播時間ｔ１、ｔ２から、振幅が小さく検出することができない超音波の遅延到達時間を減算し、本来の到達時間に相当する到達時間ｔａ１、ｔａ２に基づいて、上記の式（１）を連立させた下記の式（２）を用いて、音速Ｃを導出することで、精度よく音速Ｃを導出することができる。なお、遅延到達時間は、実験により予め音速導出部１６０の１台１台に対して測定しておいてもよく、同一設計の音速導出部１６０では標準の遅延到達時間を計測して１台１台の測定を省略してもよい。また、発信した超音波の発信時間と、受信した超音波の受信時間とに基づいて伝播時間ｔ１、ｔ２から到達時間に相当する到達時間ｔａ１、ｔａ２を補正するようにしてもよい。

【0048】

（流量導出部１６２）
流量導出部１６２は、超音波流量計１５０で計測された伝播時間ｔ１、ｔ２に基づいて、下記の式（３）を用いてガスの流速Ｖを導出する。

【数3】

そして、流量導出部１６２は、導出したガスの流速Ｖに、ガス流路１４０の断面積を乗算することにより、ガスの流量を導出する。

【0049】

（発熱量導出部１６４）
図６は、温度、音速およびガスの種別（標準状態での発熱量）の関係を示す図である。図７は、音速および単位発熱量の関係を示す図である。以下では、標準状態での発熱量を標準発熱量とも呼ぶ。

【0050】

図６に示すように、ガスの種別（標準発熱量）に拘わらず、ガスの温度が低いとガスの音速が遅くなり、ガスの温度が高くなるに連れてガスの音速が速くなる。一方で、ガスの種別（標準発熱量）が異なると、ガスの温度が同一であってもガスの音速が異なり、また、ガスの音速が同一であってもガスの温度が異なる。より詳細には、ガスの標準発熱量が高くなるに連れて、ガスの温度が同一であってもガスの音速が遅くなり、また、ガスの音速が同一であってもガスの温度が高くなる。

【0051】

このような特性により、ガスの温度および音速を特定することができれば、ガスの種別（標準発熱量）を推定することが可能となる。例えば、ガスの温度が２０℃で、ガスの音速が４１５ｍ／ｓであった場合には、ガスの種別（標準発熱量）は、４４．４ＭＪ／Ｎｍ^３と推定することが可能である。

【0052】

そこで、従来のガスメーターでは、ガスの温度および音速を計測し、計測したガスの温度および音速に基づいて標準発熱量を推定していた。しかしながら、従来のガスメーターでは、ガスの音速に加えてガスの温度を計測するために温度センサを設ける必要があるため、高コストになるだけでなく、複雑な構成になってしまうといった問題があった。

【0053】

ここで、図６に示した温度、音速およびガスの種別（標準発熱量）の関係に基づいて、音速を４０５ｍ／ｓと同一にした場合の、異なるガスの種別（標準発熱量）での温度および単位発熱量を表１に示す。

【0054】

【表1】

【0055】

表１からも明らかなように、音速を４０５ｍ／ｓと同一にした場合には、ガスの種別（標準発熱量）および温度に拘わらず、単位発熱量は約４３．５±０．５ＭＪ／ｍ^３に収まる一定の値となる。

【0056】

また、図７に示すように、ガスの種別（標準発熱量）に拘わらず、音速と単位発熱量とは、ほぼ同一線の関係で表すことができる。したがって、ガスの種別（標準発熱量）に拘わらず、音速のみに基づいて単位発熱量を導出することが可能であることが理解できる。なお、表１および図７においては、ガスの種別（標準発熱量）によって、音速と単位発熱量との関係に若干の誤差が生じているものの、その誤差は約±２．５％以下であり、音速のみを用いて、ガスの種別に拘わらず、精度よく単位発熱量を導出することが可能である。

【0057】

以下には、音速のみで単位発熱量を導出することが可能であることを理論的に説明する。

【0058】

音速Ｃは、下記の式（４）で表すことができる。

【数4】

ここで、γは混合気体の比熱比を示し、Ｒは気体定数（Ｊ／ｍｏｌ／Ｋ）を示し、Ｍは混合気体の平均分子量（ｋｇ／ｍｏｌ）を示す。

【0059】

また、ガス密度（平均分子量）と標準発熱量との関係は、下記の式（５）で表すことができる。

【数5】

ここで、ＣＶ_０は標準発熱量（ｋＪ／Ｎｍ^３）を示し、ａ、ｂは定数（飽和炭化水素の理想気体の場合、ａ＝２．１×１０^６、ｂ＝７．４×１０^３、飽和炭化水素の実在気体の場合、ａ＝２．４×１０^６、ｂ＝５．７×１０^２）を示す。

【0060】

また、温度Ｔにおけるガスの単位発熱量は、下記の式（６）で表すことができる。

【数6】

ここで、ＣＶ_Ｔは温度Ｔにおける単位発熱量（ｋＪ／ｍ^３）を示し、ｐは温度Ｔにおける圧力（供給圧力、Ｐａ）を示し、ｐ_０は標準圧力（１０１３２５Ｐａ）を示し、Ｔ_０は標準温度（２７３．１５Ｋ）を示す。

【0061】

これら式（４）〜式（６）により、下記の式（７）が導き出せる。

【数7】

ここで、Ｍは都市ガスであれば１６〜２０程度であり、ａ>>ｂ／Ｍの関係が成り立つため、式（７）は式（８）と表すことができる。

【数8】

【0062】

このように、式（８）では、測定時の温度Ｔの影響を受けないことから、供給圧力ｐが既知であれば、温度Ｔを計測せずに音速Ｃのみから単位発熱量を導出することが可能であることが判る。なお、温度Ｔを計測せずに音速Ｃのみから単位発熱量を導出する場合には、直鎖飽和炭化水素のガスであれば若干導出精度が高い。また、音速は圧力の影響をほとんど受けないことが知られているので、圧力ｐについては、必要に応じて、圧力を計測することで通常のボイルの法則に従って補正すればよい。

【0063】

そこで、発熱量導出部１６４は、音速導出部１６０で導出された音速に基づいて、予めガスの音速から単位発熱量を一義的に導き出せる対応関係情報を参照して、ガスの単位発熱量（ＭＪ／ｍ^３）を導出する。なお、対応関係情報は、ガスの音速から単位発熱量を一義的に導き出せるものであれば、音速から単位発熱量を導き出せる式でもよく、また、音速から単位発熱量を導き出せるテーブル等であってもよい。

【0064】

（通過発熱量導出部１６６）
通過発熱量導出部１６６は、発熱量導出部１６４により導出されたガスの単位発熱量と、流量導出部１６２により導出された流量との積を時間軸に対して積分していくことにより、ガスの通過発熱量を導出する。ここでは、第1ガスメーター１１０の通過発熱量導出部１６６により通過発熱量を導出しているが、通過発熱量の導出頻度に関して第２ガスメーター１１１との通過発熱量導出の公平性を確保するために、センター装置１１６で通過発熱量を導出してもよい。このようにして導出された単位発熱量、および、通過発熱量が１時間毎にセンター装置１１６に送信される。

【0065】

これにより、第１ガスメーター１１０では、音速のみを計測することで、炭化水素系のガスの種別（標準発熱量）によらず、単位発熱量を導出することができる。このとき、第１ガスメーター１１０では、温度の計測を行うことなく、ガスの温度によるガスの膨張収縮の補正を対応関係情報により行っていることになる。これにより、従来のガスメーターと比較して、低コストで、かつ、簡易な構成でガスの通過発熱量を導出することができる。また、ガス事業者は、通過発熱量に基づいて課金を適切に行うことができる。

【0066】

（第２ガスメーター１１１）
図８は、第２ガスメーター１１１の概略的な構成を示した機能ブロック図である。図８に示すように、第２ガスメーター１１１は、流量計１８０と、遮断弁１８２と、通信回路１８４と、ガスメーター記憶部１８６と、ガスメーター制御部１８８とを含んで構成される。第２ガスメーター１１１は、第１ガスメーター１１０と比べ、ガスの音速、単位発熱量を導出することができない。

【0067】

流量計１８０は、第２ガスメーター１１１を通過するガスの流量値を計測する。遮断弁１８２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、ガスの流路を遮断または開放する。通信回路１８４は、ゲートウェイ機器１１２、第１ガスメーター１１０、他の第２ガスメーター１１１と無線通信を確立する。ガスメーター記憶部１８６は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、第２ガスメーター１１１に用いられるプログラムや各種データを記憶する。

【0068】

ガスメーター制御部１８８は、ＣＰＵやＤＳＰで構成され、ガスメーター記憶部１８６に格納されたプログラムを用い、第２ガスメーター１１１全体を制御する。また、ガスメーター制御部１８８は、遮断部１９０、メーター通信部１９２として機能する。

【0069】

遮断部１９０は、遮断弁１８２を制御してガスの需給を制御する。メーター通信部１９２は、通信回路１８４を通じてセンター装置１１６と情報交換し、例えば、流量計１８０で計測された流量の情報を１時間毎にセンター装置１１６に送信する。ただし、遮断部１９０や遮断弁１８２を備えない構成でも本実施形態は成り立つ。

【0070】

（センター装置１１６）
図９は、センター装置１１６の概略的な構成を示した機能ブロック図である。図９に示すように、センター装置１１６は、通信回路２００と、使用量記憶部２０２と、機器記憶部２０４と、センター制御部２０６とを含んで構成される。通信回路２００は、基地局１１８を解してゲートウェイ機器１１２と無線通信を確立する。使用量記憶部２０２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、各第１ガスメーター１１０から受信した単位発熱量および通過発熱量を、その第１ガスメーター１１０に関連付けて蓄積する。したがって、使用量記憶部２０２には、第１ガスメーター１１０毎の過去の単位発熱量および通過発熱量の推移が保持されている。また、使用量記憶部２０２は、各第２ガスメーター１１１から受信した流量を、その第２ガスメーター１１１に関連付けて蓄積する。したがって、使用量記憶部２０２には、第２ガスメーター１１１毎の過去の通過体積の推移が保持されている。機器記憶部２０４は、使用量記憶部２０２同様、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、口火機器等、第１ガスメーター１１０、第２ガスメーター１１１を経由して使用する機器１２２を、その第１ガスメーター１１０、第２ガスメーター１１１に関連付けて記憶する。

【0071】

センター制御部２０６は、ＣＰＵやＤＳＰで構成され、使用量記憶部２０２や機器記憶部２０４に記憶された情報に基づいてセンター装置１１６全体を制御する。また、センター制御部２０６は、センター通信部２１０、単位発熱量推定部２１２、通過発熱量導出部２１４、異常診断部２１６として機能する。

【0072】

センター通信部２１０は、通信回路２００を通じて各第１ガスメーター１１０と情報交換し、例えば、第１ガスメーター１１０からガスの単位発熱量および通過発熱量を受信する。また、センター通信部２１０は、通信回路２００を通じて各第２ガスメーター１１１と情報交換し、例えば、第２ガスメーター１１１からガスの流量を受信する。

【0073】

単位発熱量推定部２１２は、第２ガスメーター１１１におけるガスの単位発熱量を推定する。ここで、使用量記憶部２０２には、図２に示したような、第１ガスメーター１１０、第２ガスメーター１１１およびガス生成工場１１４が接続されたガス供給導管網１３０（ガス供給管１３２）を示す供給導管網マップが記憶されている。

【0074】

単位発熱量推定部２１２は、供給導管網マップを参照して、第２ガスメーター１１１に対して、ガス供給管１３２上で最も近傍に配置されている第１ガスメーター１１０を特定する。そして、単位発熱量推定部２１２は、ガス供給管１３２上で最も近傍に配置されている第１ガスメーター１１０の単位発熱量に基づいて、第２ガスメーター１１１の単位発熱量を推定する。具体的には、単位発熱量推定部２１２は、第２ガスメーター１１１の単位発熱量を、ガス供給管１３２上で最も近傍に配置されている第１ガスメーター１１０の単位発熱量と同一と推定する。なお、ここでいう近傍とは、物理空間的な近傍のことではなく、導管網上での導管経路に沿った近傍のことをいう。これは、たとえ隣接した建物に備えられた２つのガスメーターでも異なる導管経路をたどってガスが供給されているときには、それぞれのガスメーターに供給されるガスの発熱量が同一であるとは見做せないことがあるためである。

【0075】

図１０は、ガス供給導管網１３０における、ガス生成工場１１４で生成されたガスの供給範囲を説明する図である。ここで、第２ガスメーター１１１は、ガス供給管１３２上で最も近傍に配置されている第１ガスメーター１１０と、同一のガス生成工場１１４で生成されたガスが供給される可能性が高い。

【0076】

例えば、図１０（ａ）に示すように、ガス供給導管網１３０において、境界１３４を境にして、それぞれのガス生成工場１１４で生成されたガスが第１ガスメーター１１０、第２ガスメーター１１１に供給されているとする。そして、図１０（ｂ）に示すように、ガス供給導管網１３０において、時間の経過とともに、各ガス生成工場１１４で生成されたガスの供給範囲が変わると、境界１３４も変化していくことになる。

【0077】

このように境界１３４が変化した場合であっても、ガス供給管１３２上で最も近傍に配置されている第１ガスメーター１１０の単位発熱量に基づいて、第２ガスメーター１１１の単位発熱量を推定することで、第２ガスメーター１１１の単位発熱量を精度よく推定することができる。

【0078】

通過発熱量導出部２１４は、第２ガスメーター１１１から受信したガスの通過体積と、単位発熱量推定部２１２により推定されたガスの単位発熱量との積を時間軸に対して積分していくことにより、第２ガスメーター１１１のガスの通過発熱量を導出する。

【0079】

異常診断部２１６は、使用量記憶部２０２に記憶された過去の通過発熱量の推移に基づいて現在の通過発熱量が異常であるか否か診断する。また、異常診断部２１６は、機器記憶部２０４に記憶された機器１２２におけるガスの定格通過発熱量に基づいても異常を診断することができる。

【0080】

以上、説明したように、単位発熱量を導出可能な第１ガスメーター１１０と、通過体積を導出可能な第２ガスメーター１１１がガス供給導管網１３０を介して接続されるガスメーターシステム１００では、ガス供給管１３２上で最も近傍に配置されている第１ガスメーター１１０の単位発熱量に基づいて、第２ガスメーター１１１の単位発熱量を推定する。これにより、例えば第２ガスメーター１１１から第１ガスメーター１１０への交換の過渡期においても、第２ガスメーター１１１の単位発熱量を精度よく推定することができる。また、ガス事業者は、推定したガスの単位発熱量に基づいて、第２ガスメーター１１１が設置された需要箇所の需要者に対して適正に課金をすることができる。

【0081】

ところで、複数のガス供給源（ガス生成向上）に接続されている複数の流入口からガスが供給される特定のエリア（ガス供給導管網）において、複数の流入口で計測された発熱量と流量を基に算出されたエリアでの平均の発熱量を用いて課金するという方法が実施、もしくは計画されている。しかし、この方法では、常に平均の発熱量よりも発熱量の低いガスが流れ込む流入口の近くでは、平均の発熱量を基に課金されると需要者が損し、ガス事業者は得をすることになり、逆に常に平均の発熱量よりも発熱量の高いガスが流れ込む流入口の近くでは、平均の発熱量を基に課金されると需要者が得し、ガス事業者は損をすることになってしまう。

【0082】

また、ガス事業者も、導管事業者とガス小売事業者がいるような場合には、導管事業者とガス小売事業者とさらに以下のような課題が生じる。ガス小売事業者が調達したガスを導管事業者の導管経由で需要者に供給・販売することになるが、このときには、従来のガス会社と顧客との間の取引に加え、ガス小売事業者同士や、ガス小売事業者と導管事業者との取引も発生する。

【0083】

例えば、１の小売事業者がエリアの平均値よりも低発熱量のガスを調達して特定のエリアに１の注入口から注入し、他の小売事業者がエリアの平均値よりも高発熱量のガスを調達して同じエリアに他の注入口から注入し、それぞれのガス小売事業者と契約している需要者がエリア内に点在しているとする。このとき、需要者がそれぞれのガスの届くエリアに平均的に分布していれば、ガス小売事業者と需要者の間では、先の例と同様の問題しか生じない。一方分布に偏りがあり、例えば、１の小売事業者の注入口の近くに他の小売事業者と契約している需要者が多く、その逆に他の小売事業者の注入口の近くに１の小売事業者と契約している需要者が多い場合には、１の小売事業者は他の小売事業者よりも低い発熱量しか供給しないでいるにもかかわらず、平均的な発熱量での通過体積のガスをエリアに供給していればよいという条件では得をしてしまうことになるなど、平均の発熱量と、実際に使用しているガスの発熱量とが異なる場合もあり、不公平が解消されるに至っていない。他にも、小売事業者間の不公平をなくす方法としては、１の小売事業者と契約している需要者に専用の導管を用いて供給する方法がありうるが、この方法では小売事業者が追加される毎に導管を別に設置することになるので現実的でない。

【0084】

そこで、ガスメーターシステム１００では、ガス供給管１３２上で最も近傍に配置されている第１ガスメーター１１０の単位発熱量に基づいて、第２ガスメーター１１１の単位発熱量を推定することにより、上記の問題を解決することができる。

【0085】

<変形例>
図１１は、変形例による第１ガスメーター３００の概略的な構成を示した機能ブロック図である。図１１に示すように、第１ガスメーター３００は、上記の第１ガスメーター１１０に対して、温度センサ３０２が設けられている点で異なり、その他の構成は第１ガスメーター１１０と同一である。

【0086】

温度センサ３０２は、供給されたガスの温度を計測する。そして、発熱量導出部１６４は、音速導出部１６０で導出された音速、および、温度センサ３０２で計測された温度に基づいて、単位発熱量を導出する。これにより、発熱量導出部１６４は、第１ガスメーター１１０よりもガスの単位発熱量を精度よく導出することができる。

【0087】

以上のように、第１ガスメーター３００では、ガスの温度および音速を導出または計測し、ガスの温度および音速に基づいて、ガスの単位発熱量を導出することができる。これにより、ガスの単位発熱量の導出精度を向上することができる。

【0088】

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。

【0089】

なお、上記の実施形態では、第１ガスメーター１１０に発熱量導出部１６４および通過発熱量導出部１６６が設けられていたが、センター装置１１６に設けられていてもよい。この場合、第１ガスメーター１１０では、音速導出部１６０により導出された音速の情報をセンター装置１１６に送信するようにすればよい。

【0090】

また、上記の実施形態では、第１ガスメーター１１０が通信回路１５４を設けるようにしていたが、第１ガスメーター１１０は通信回路１５４を設けていなくてもよい。この場合、第１ガスメーター１１０を通過したガスの単位発熱量、通過発熱量または流量を、例えば１ヶ月毎に検針員によって検針され、その検針されたガスの単位発熱量、通過発熱量または流量がセンター装置１１６で記憶されるようにすればよい。

【0091】

また、上記の実施形態では、第２ガスメーター１１１が通信回路１８４を設けるようにしていたが、第２ガスメーター１１１は通信回路１８４を設けていなくてもよい。この場合、第２ガスメーター１１１を通過したガスの流量は、例えば１ヶ月毎に検針員によって検針され、その検針されたガスの流量がセンター装置１１６で記憶される。そして、センター装置１１６では、第２ガスメーター１１１の最も近傍に配置された第１ガスメーター１１０の単位発熱量の１ヶ月の平均値と、検針されたガスの流量との積で通過発熱量を導出すればよい。

【0092】

また、上記の実施形態では、第２ガスメーター１１１が通信回路１８４を設けるようにしていたが、第２ガスメーター１１１は通信回路１８４を設けていなくてもよい。この場合、第２ガスメーター１１１を通過したガスの流量は、例えば１ヶ月毎に検針員によって検針され、その検針されたガスの流量がセンター装置１１６で記憶される。そして、センター装置１１６では、第２ガスメーター１１１の最も近傍に配置された第１ガスメーター１１０の１ヶ月の平均の単位発熱量に基づいて、第２ガスメーター１１１の１ヶ月の平均の単位発熱量を推定し、推定した１ヶ月の平均の単位発熱量と検針されたガスの流量との積で通過発熱量を導出すればよい。

【0093】

また、例えば、第２ガスメーター１１１にガスが通過している時刻と同一とされる時間内に、ガスが通過している第１ガスメーター１１０の中から、最も近傍に配置されている第１ガスメーター１１０の単位発熱量に基づいて、第２ガスメーター１１１の単位発熱量を推定するようにしてもよい。つまり、第１ガスメーター１１０が使用されていない場合には、第２ガスメーター１１１の最も近傍に配置されている第１ガスメーター１１０であっても除外して、同一とされる時間内に使用されている第１ガスメーター１１０の中から、最も近傍の第１ガスメーター１１０を特定して、特定した第１ガスメーター１１０の単位発熱量に基づいて、第２ガスメーター１１１の単位発熱量を推定するようにしてもよい。

【0094】

また、上記の実施形態では、最も近傍に配置されている第１ガスメーター１１０の単位発熱量に基づいて、第２ガスメーター１１１の単位発熱量を推定したが、第２ガスメーター１１１に対してガス供給管１３２上の所定範囲１３６（図１０（ｂ））に入っている第１ガスメーター１１０の単位発熱量に基づいて、第２ガスメーター１１１の単位発熱量を推定してもよい。

【0095】

また、第１ガスメーター３００は、音速導出部１６０で導出された音速、および、温度センサ３０２で計測された温度に基づいて、標準状態での発熱量を導出してセンター装置１１６に送信し、第２ガスメーター１１１は、温度センサを備え、通過体積に加えて、温度センサにより計測された温度をセンター装置１１６に送信し、センター装置１１６は、第１ガスメーター３００で導出される標準状態での発熱量、第２ガスメーター１１１で計測、導出された温度、通過体積に基づいて、第２ガスメーター１１１の単位発熱量を導出してもよい。

【0096】

また、第１ガスメーター１１０および第２ガスメーター１１１は、供給されるガスの圧力を計測する圧力センサを備えるようにしてもよい。この場合、第１ガスメーター１１０は、圧力センサで計測された圧力に基づいて（上記の式（８））、単位発熱量を補正し、第２ガスメーター１１１は、圧力センサで計測された圧力に基づいて体積流量を補正するようにしてもよい。さらに、第１ガスメーター１１０は、供給されるガスの圧力を計測する圧力センサを備え、第２ガスメーター１１１の体積流量を、第２ガスメーター１１１近傍の第１ガスメーター１１０で計測された圧力に基づいて補正するようにしてもよい。

【0097】

また、ガス生成工場１１４は、ガスクロマトグラフィーや望むらくは併せて音速導出部を備え、生成されたガスの成分をガスクロマトグラフィーにより分析してガス特性としてセンター装置１１６に送信するとともに、音速導出部で導出されたガスの音速をセンター装置１１６に送信するようにしてもよい。そして、センター装置１１６は、第１ガスメーター１１０から受信したガスの音速自体やその時系列的な変化と、ガス生成工場１１４から受信したガス特性や音速に基づいて、その第１ガスメーター１１０に供給しているガスの生成元、つまり、複数のガス生成工場１１４のうち、供給されているガスを生成したガス生成工場１１４を特定するようにしてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0098】

本発明は、単位発熱量を導出するガスメーターシステムおよび発熱量推定方法に利用することができる。

【符号の説明】

【0099】

１００ ガスメーターシステム
１１０ 第１ガスメーター
１１１ 第２ガスメーター
１１４ ガス生成工場
１１６ センター装置
１５０ 超音波流量計
１６０ 音速導出部
１６２ 流量導出部
１６４ 発熱量導出部
１６６ 通過発熱量導出部（発熱量推定部）
２１２ 単位発熱量推定部
２１４ 通過発熱量導出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】