特許 6530635 センター装置および差し水位置特定方法

(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】6530635

(24)【登録日】2019年5月24日

(45)【発行日】2019年6月12日

(54)【発明の名称】センター装置および差し水位置特定方法

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/00 20060101AFI20190531BHJP

   G01F 3/22 20060101ALI20190531BHJP

   G01F 1/66 20060101ALI20190531BHJP

【ＦＩ】

   G01F1/00 T

   G01F3/22 D

   G01F1/66 101

【請求項の数】4

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-88779(P2015-88779)

(22)【出願日】2015年4月23日

(65)【公開番号】特開2016-206038(P2016-206038A)

(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】 山下 雅人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−３１８０１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１５４７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭４８−０３４５８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−３１２６６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５３３０６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２８３４００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２５７５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２２５７５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｆ １／００ − ２５／００

Ｇ０１Ｎ ２９／０２４

Ｇ０１Ｍ ３／００ − ３／０４

Ｆ１７Ｄ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のガスメーターそれぞれに供給されるガスの音速を、該複数のガスメーターからそれぞれ取得するガス情報取得部と、
前記複数のガスメーターに前記ガスを供給するためのガス供給管におけるガスの上流から下流にかけて接続された該複数のガスメーターの前記ガスの音速の差異に基づいて、該ガス供給管における差し水の位置を特定する差し水位置特定部を備えることを特徴とするセンター装置。

【請求項2】

前記ガスは、炭化水素系のガスを含むことを特徴とする請求項１に記載のセンター装置。

【請求項3】

前記ガスの音速に基づいて、前記ガスメーターで使用されるガスの発熱量を導出する発熱量導出部を備え、
前記発熱量導出部は、
前記差し水位置特定部により特定された差し水の位置よりも下流側に接続された前記ガスメーターに対して、浸入している水蒸気分の発熱量を減算補正した発熱量を導出することを特徴とする請求項１または２に記載のセンター装置。

【請求項4】

複数のガスメーターそれぞれに供給されるガスの音速を、該複数のガスメーターからそれぞれ取得し、
前記複数のガスメーターに該ガスを供給するためのガス供給管におけるガスの上流から下流にかけて接続された該複数のガスメーターの前記ガスの音速の差異に基づいて、該ガス供給管における差し水の位置を特定する差し水位置特定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスを供給するためのガス供給管に浸入した差し水の位置を特定するセンター装置に関する。

【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、時間や場所によって発熱量の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、ガスの通過体積に基づいて、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、ガスを供給するためのガス供給管に差し水が浸入していくと、差し水によりガス供給管が閉塞してしまい、需要箇所へのガスの供給に支障をきたすおそれがある。

【0007】

しかしながら、従来のガスメーターや、特許文献１のガスメーターを備えるガスメーターシステムでは、ガス管が完全に水で閉塞されてしまうまでガス供給管に差し水が浸入していることやその差し水の位置を特定することができないといった問題があった。

【0008】

本発明は、このような課題に鑑み、ガス供給管に浸入した差し水の位置を特定することが可能なセンター装置および差し水位置特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】

【0009】

上記課題を解決するため、本発明のセンター装置は、複数のガスメーターそれぞれに供給されるガスの音速を、該複数のガスメーターからそれぞれ取得するガス情報取得部と、前記複数のガスメーターに前記ガスを供給するためのガス供給管におけるガスの上流から下流にかけて接続された該複数のガスメーターの前記ガスの音速の差異に基づいて、該ガス供給管における差し水の位置を特定する差し水位置特定部を備える。

【0010】

また、前記ガスは、炭化水素系のガスを含むとよい。

【0011】

また、前記ガスの音速に基づいて、前記ガスメーターで使用されるガスの発熱量を導出する発熱量導出部を備え、前記発熱量導出部は、前記差し水位置特定部により特定された差し水の位置よりも下流側に接続された前記ガスメーターに対して、浸入している水蒸気分の発熱量を減算補正した発熱量を導出するとよい。

【0013】

また、本発明の差し水位置特定方法は、複数のガスメーターそれぞれに供給されるガスの音速を、該複数のガスメーターからそれぞれ取得し、前記複数のガスメーターに該ガスを供給するためのガス供給管におけるガスの上流から下流にかけて接続された該複数のガスメーターの前記ガスの音速の差異に基づいて、該ガス供給管における差し水の位置を特定する。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、ガス供給管に浸入した差し水の位置を特定することが可能なセンター装置および差し水位置特定方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【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】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】ガス生成工場の概略的な構成を示した機能ブロック図である。

【図7】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8】ガスの音速の時系列的な変化を説明する図である。

【図9】ガス供給マップを説明する図である。

【図10】温度、音速およびガスの発熱量の関係を示す図である。

【図11】音速および単位発熱量の関係を示す図である。

【図12】炭化水素系のガスのみの場合、および、炭化水素系のガスに窒素（雑ガス）が浸入した場合における、温度および音速の関係を示す図である。

【図13】ガス供給管に差し水が浸入している場合における、ガスメーターでの音速を説明するための図である。

【図14】変形例による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】

【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。

【0017】

（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、複数のガスメーター１１０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。

【0018】

ガスメーター１１０は、その需要箇所１２０に供給されたガスの音速および流量を導出し、また、センター装置１１６からの指令に応じて需要箇所１２０に設置された機器１２２を制御する。ゲートウェイ機器１１２は、１または複数のガスメーター１１０のデータを収集し、また、１または複数のガスメーター１１０に対してデータを配信する。

【0019】

ガス生成工場１１４は、需要箇所に供給するガスを生成するとともに、生成したガスの温度、音速および単位体積あたりの発熱量（以下、単位発熱量とも呼ぶ）の関係を示すガス特性を特定する。

【0020】

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に配置されるガスメーター１１０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。

【0021】

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、ガスメーター１１０同士およびガスメーター１１０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。

【0022】

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（ガス特性）を収集する。

【0023】

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、複数のガスメーター１１０、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、複数のガスメーター１１０、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。

【0024】

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を通してガスメーター１１０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。

【0025】

一方、ガスメーター１１０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、同一のガスメーター１１０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。

【0026】

そこで、本実施形態のガスメーターシステム１００では、以下に詳述するガスメーター１１０、ガス生成工場１１４およびセンター装置１１６の構成により、ガスメーター１１０に供給されるガスの生成元（ガス生成工場１１４）を特定し、ガスメーター１１０を通過するガスの単位発熱量を精度よく導出する。そして、ガス生成工場１１４からガスメーター１１０へガスを供給するためのガス供給管１３２に差し水が浸入した場合に、ガス供給管における差し水が浸入した位置を特定することが可能となる。

【0027】

（ガスメーター１１０）
図３は、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。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。

【0028】

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４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。

【0029】

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。

【0030】

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、ガスの流路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や他のガスメーター１１０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、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。

【0031】

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、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、遮断部１６４、メーター通信部１６６として機能する。

【0032】

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。

【0033】

遮断部１６４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１６６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、音速導出部１６０で導出された音速、流量導出部１６２で導出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１６４や遮断弁１５２を備えない構成でも本実施形態は成り立つ。

【0034】

以下に、音速導出部１６０、流量導出部１６２の詳細な処理について説明する。

【0035】

（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から発信される超音波は、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。

【0036】

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。

【0037】

ここで、ガスの流量は、通常、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。

【0038】

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。

【0039】

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を導出する。

【0040】

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。

【0041】

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】

【0042】

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（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。

【0043】

（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、ガス流路の断面積を乗算することにより、ガスの流量を導出する。

【0044】

（ガス生成工場１１４）
図６は、ガス生成工場１１４の概略的な構成を示した機能ブロック図である。図６に示すように、ガス生成工場１１４は、ガス生成部１７０と、ガスクロマトグラフィー１７２と、通信回路１７４と、工場記憶部１７６と、工場制御部１７８とを含んで構成される。

【0045】

ガス生成部１７０は、ＬＮＧを気化させることで炭化水素系のガスを生成し、ガス供給管１３２（ガス供給導管網１３０）にガスを供給する。ガスクロマトグラフィー１７２は、ガス生成部１７０により生成され、ガス供給導管網１３０に供給されるガスの成分を分析する。通信回路１７４は、センター装置１１６と有線通信を確立する。工場記憶部１７６は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、ガス生成工場１１４に用いられるプログラムや各種データを記憶する。

【0046】

工場制御部１７８は、ＣＰＵやＤＳＰで構成され、工場記憶部１７６に格納されたプログラムに基づいてガス生成工場１１４全体を制御する。また、工場制御部１７８は、ガス特性特定部１８０、工場通信部１８２として機能する。

【0047】

ガス特性特定部１８０は、ガスクロマトグラフィー１７２で分析されたガスの成分に基づいて、ガス生成部１７０で生成されたガスの温度、音速および単位発熱量の関係をガス特性として特定する。具体的には、ガスクロマトグラフィー１７２で分析されたガスの成分のうちの全体に占める炭化水素系のガスの割合、分析されたガスの成分のうちの炭化水素系のガスの温度および音速に対する単位発熱量の関係からガス特性を導き出す。なお、炭化水素系のガスの温度および音速に対する単位発熱量の関係（ガス特性）は、予め工場記憶部１７６に記憶されている。また、ガス生成工場１１４には、音速を導出する音速導出部が設けられており、導出された音速に基づいて炭化水素系のガスの音速に対する単位発熱量の関係（ガス特性）を導き出してもよい。

【0048】

したがって、ガス特性特定部１８０は、ガス生成部１７０で生成された炭化水素系のガスに窒素、酸素、水蒸気等の雑ガスが浸入していない場合には、工場記憶部１７６に記憶されている炭化水素系のガスのガス特性をそのまま読み出すことになる。一方、ガス特性特定部１８０は、ガス生成部１７０で生成された炭化水素系のガスに雑ガスが浸入している場合には、工場記憶部１７６に記憶されている炭化水素系のガスのガス特性に対して、炭化水素系のガスの割合が考慮されたガス特性を導き出することになる。

【0049】

工場通信部１８２は、通信回路１７４を通じてセンター装置１１６と情報交換し、ガス特性特定部１８０で特定されたガス特性の情報を随時にセンター装置１１６に送信する。

【0050】

このように、各ガス生成工場１１４では、生成したガスの成分の分析結果に基づいて、ガス供給導管網１３０に送出されるガスのガス特性の情報を随時、センター装置１１６に送信する。

【0051】

（センター装置１１６）
図７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７に示すように、センター装置１１６は、通信回路１９０と、使用量記憶部１９２と、機器記憶部１９４と、ガス特性記憶部１９６と、センター制御部１９８とを含んで構成される。

【0052】

通信回路１９０は、基地局１１８を介してゲートウェイ機器１１２と無線通信を確立するとともに、ガス生成工場１１４と有線通信を確立する。使用量記憶部１９２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、各ガスメーター１１０から受信したガスの音速および流量を、そのガスメーター１１０に関連付けて蓄積する。したがって、使用量記憶部１９２には、ガスメーター１１０毎の過去のガスの音速および流量の推移が保持されている。機器記憶部１９４は、使用量記憶部１９２同様、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、口火機器等、ガスメーター１１０を経由して使用する機器１２２を、そのガスメーター１１０に関連付けて記憶する。ガス特性記憶部１９６は、使用量記憶部１９２同様、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、ガス生成工場１１４から受信したガス特性を、そのガス生成工場１１４に関連付けて蓄積する。したがって、ガス特性記憶部１９６には、ガス生成工場１１４毎の過去のガス特性の推移が保持されている。

【0053】

センター制御部１９８は、ＣＰＵやＤＳＰで構成され、差し水位置特定処理（差し水位置特定方法）を実行する際、使用量記憶部１９２、機器記憶部１９４、ガス特性記憶部１９６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１９８は、センター通信部（ガス情報取得部）２００、工場特定部２０２、発熱量導出部２０４、通過発熱量導出部２０６、差し水位置特定部２０８、異常診断部２１０として機能する。

【0054】

センター通信部２００は、通信回路１９０を通じて各ガスメーター１１０と情報交換し、例えば、ガスメーター１１０からガスの音速および流量を受信、取得する。また、センター通信部２００は、通信回路１９０を通じて各ガス生成工場１１４と情報交換し、例えば、ガス生成工場１１４からガス特性を受信する。

【0055】

工場特定部２０２は、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に基づいて、そのガスメーター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。

【0056】

図８は、ガスの音速の時系列的な変化を説明する図である。図８（ａ）は、ガスの温度が一定である場合に、ガスメーター１１０に供給されるガスが変更された場合の音速の変化を説明する図であり、図８（ｂ）は、ガスの温度が一定でない場合に、ガスメーター１１０に供給されるガスが変更された場合の音速の変化を説明する図である。

【0057】

図８（ａ）に示すように、ガスの温度が一定であり、ガスメーター１１０に供給されるガスが変更されていない時間（時刻ｔ１１よりも前、および、時刻ｔ１１よりも後）では、音速も一定である。そして、時刻ｔ１１において供給されるガスが変更される、つまり、ガスの供給元（ガス生成工場１１４）が変わると、ガスの音速も変化する。

【0058】

また、図８（ｂ）に示すように、ガスの温度が一定でなく、ガスメーター１１０に供給されるガスが変更されていない時間（時刻ｔ１２よりも前、および、時刻ｔ１２よりも後）では、ガスの温度に応じてガスの音速も変化する。そして、時刻ｔ１２において供給されるガスが変更される、つまり、ガスの供給元（ガス生成工場１１４）が変わると、ガスの音速は、ガスの温度に応じて変化していた場合よりも急激に（段階的に）変化する。

【0059】

つまり、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、ガスの温度が一定であるかないかに拘わらず、供給されるガスが変更されるとガスの音速も急激に変化する。

【0060】

そこで、工場特定部２０２は、ガスメーター１１０から受信したガスの音速の時系列的な変化、より具体的には、ガスの音速の微分値を導出し、導出した微分値が、ガスの供給元が変わったとされる所定の閾値以上になった場合、供給されるガスが変更されたと判定する。

【0061】

ここで、工場特定部２０２は、ガス供給導管網１３０において、ガス生成工場１１４で生成されたガスがどのガスメーター１１０に供給されているかを時系列で監視することにより、どのガスメーター１１０にどのガス生成工場１１４で生成されたガスが供給されているかを示すガス供給マップを生成している。そして、工場特定部２０２は、１のガスメーター１１０に供給されているガスが変更されたと判定した場合に、ガス供給マップを参照して、いずれのガス生成工場１１４で生成されたガスが、そのガスメーター１１０に供給されているかを特定する。

【0062】

図９は、ガス供給マップを説明する図である。ここで、上記したにように、ガス供給導管網１３０には、複数のガスメーター１１０が配置されており、複数のガス生成工場１１４で生成されたガスが混在した状態で各ガスメーター１１０にガスが供給される。

【0063】

例えば、図９（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ガスメーター１１０（需要箇所）に供給されているとする。そして、図９（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。そして、工場特定部２０２は、ガスメーター１１０において導出されたガスの音速が急激に変化した場合に、複数のガスメーター１１０におけるガスの音速から、境界１３４の変化を特定することで、ガス供給マップを更新する。

【0064】

このように、工場特定部２０２は、複数のガスメーター１１０で導出されるガスの音速を時系列的に監視し、複数のガスメーター１１０で導出されるガスの音速の急激な変化のタイミングを判定することで、どのガス生成工場１１４で生成されたガスが、どのガスメーター１１０に供給されているかを判断し、ガス供給マップを更新する。つまり、ガス供給マップは、各ガス生成工場１１４で生成されたガスが、ガス供給導管網１３０において、どの範囲に供給されているかを示すものとも言える。

【0065】

発熱量導出部２０４は、ガスメーター１１０に供給されているガスを生成したガス生成工場１１４が特定されると、特定されたガス生成工場１１４のガス特性、および、ガスメーター１１０から受信した音速に基づいて、ガスの単位発熱量を導出する。

【0066】

図１０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１１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。

【0067】

ここで、図１０に示すように、炭化水素系のガスの種別（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高くなる。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。

【0068】

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。

【0069】

ところで、図１０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。

【0070】

【表1】

【0071】

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。

【0072】

また、図１１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１１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。

【0073】

以下には、音速Ｃ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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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】

【0078】

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。

【0079】

通過発熱量導出部２０６は、発熱量導出部２０４により導出されたガスの単位発熱量と、ガスメーター１１０から受信し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。

【0080】

ところで、ガス供給管１３２に差し水が浸入していくと、ガス供給管１３２が差し水により閉塞してしまい、ガス供給箇所（ガスメーター１１０）へのガスの供給に支障をきたすおそれがある。よって、ガス供給管１３２が差し水により閉塞してしまう前に、差し水の位置を特定する必要がある。

【0081】

一方で、ガス生成工場１１４で生成されたガスは乾燥状態であるため、ガス供給管１３２に差し水が浸入している場合には、ガス供給管１３２における差し水が浸入している位置（箇所）をガス生成工場１１４で生成されたガスが通過すると、差し水が気化して水蒸気となる。したがって、このような場合には、ガス生成工場１１４で生成されたガスとともに気化した水蒸気が混合して下流に流れていくことになる。この時、数メートルの差し水区間をガスが通過すると、ガス内の水蒸気量は飽和水蒸気圧まで上昇する。差し水が浸入している位置を通過するガスが例えば１０℃の場合には、ガス生成工場１１４で生成されたガスに体積比で約１％の水蒸気が混ざり合うことになる。また、差し水が浸入している位置を通過するガスが例えば２０℃の場合には、ガス生成工場１１４で生成されたガスに体積比で約２％の水蒸気が混ざり合うことになる。

【0082】

図１２は、炭化水素系のガスのみの場合、および、炭化水素系のガスに水蒸気が混合した場合における、温度および音速の関係を示す図である。ここで、図１２に示すように、標準発熱量が４４．０（ＭＪ／Ｎｍ^３）の炭化水素系のガスのみの場合と、標準発熱量が４４．０（ＭＪ／Ｎｍ^３）の炭化水素系のガスに１％の水蒸気（水）が混合した場合とでは、温度および音速の関係が異なる線上に表される。具体的には、同一の温度であっても、炭化水素系のガスに１％の水蒸気が混合している場合の方が、炭化水素系のガスのみの場合よりも音速が速くなる。

【0083】

また、炭化水素系のガスのみの場合と、炭化水素系のガスに１％の水蒸気（水）が浸入した場合とでは、単位発熱量も異なってくる。例えば、炭化水素系のガスに１％の水蒸気が浸入している場合の方が、炭化水素系のガスのみの場合よりも、単位発熱量が約０．６％低くなる。

【0084】

図１３は、ガス供給管１３２に差し水が混合している場合における、ガスメーター１１０での音速を説明するための図である。上記したように、ガス供給管１３２に差し水が浸入すると、ガス供給管１３２における差し水が浸入している箇所よりも下流のガスの音速が高くなる。例えば、図１３に示すように、ガス供給管１３２において温度が一定であり、かつ、ガス供給管１３２において差し水１３６が浸入した場合に、ガス供給管１３２における差し水１３６が浸入した位置よりも上流側に接続されたガスメーター１１０において、ガスの音速が４１５ｍ／ｓと導出されるとする。このような場合に、ガス供給管１３２における差し水１３６よりも下流側では、炭化水素系のガスに水蒸気が混合し、ガス供給管１３２における差し水１３６が浸入した位置よりも下流側に接続されたガスメーター１１０では、ガスの音速が例えば４１８ｍ／ｓと導出される。

【0085】

そこで、差し水位置特定部２０８は、ガス供給管１３２における上流から下流にかけて接続された複数のガスメーター１１０で導出されるガスの音速を、発熱量に関する発熱量情報（ガス情報）として監視（図示化）することで、ある位置から下流にかけて音速が高くなっている場合には、音速が高くなった位置（最も上流側）に差し水が浸入していると判定する。つまり、差し水位置特定部２０８は、ガス供給管１３２における上流から下流のガスの音速の差異（差分）に基づいて、音速が高くなった位置（最も上流側）を差し水の位置として特定する。

【0086】

ただし、ガスメーター１１０で導出される音速は、例えば図１０で示したように、供給されるガスの温度によっても変化する。しかしながら、ガス生成工場１１４で生成されたガスに水蒸気が混合した場合、ガス生成工場１１４で生成されたガスに水蒸気が混合していない場合よりも、常に音速が高くなる。したがって、差し水位置特定部２０８は、ガスメーター１１０から受信した音速を時系列的に常に監視しておけば、ガス供給管１３２上の周囲の音速の変化と比較して、差し水が浸入したことによる音速の変化を判定することで、その位置に差し水が浸入していると判定することができる。例えば、ガス供給管１３２上の周囲の音速が、気温の低下とともに低くなっているのにもかかわらず、ある領域では、音速が高くなっていたとした場合に、その領域に差し水が浸入していると判定する。

【0087】

また、過去の天候や時刻（地理的情報）に音速を関連付けて記憶しておくことにより、差し水位置特定部２０８は、冗長的に、現在の天候や時刻と同様の過去の天候や時刻に関連付けられた音速と比較し、過去の音速よりも現在の音速の方が常に一定の値だけ高い場合に差し水が浸入していると判定するようにしてもよい。これにより、差し水の検出精度を向上させることができる。

【0088】

異常診断部２１０は、使用量記憶部１９２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２１０は、機器記憶部１９４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。

【0089】

以上、説明したように、本実施形態のセンター装置１１６は、ガス供給管１３２におけるガスの上流から下流にかけて接続された複数のガスメーター１１０で導出された音速の差異に基づいて、ガス供給管１３２における差し水の位置を特定する。これにより、ガス供給管１３２に差し水が浸入した時点で、差し水の位置を特定することができる。つまり、ガス供給管１３２に差し水が浸入してガス供給管１３２が閉塞する前に、早期に差し水の位置を特定することができる。

【0090】

<変形例>
図１４は、変形例によるガスメーター３００の概略的な構成を示した機能ブロック図である。図１４に示すように、ガスメーター３００は、上記のガスメーター１１０に対して、温度センサ３０２が設けられている点で異なり、その他の構成はガスメーター１１０と同一である。

【0091】

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、メーター通信部１６６は、音速導出部１６０で導出された音速、温度センサ３０２で計測された温度、および、流量導出部１６２で導出された流量を１時間毎にセンター装置１１６に送信する。

【0092】

センター装置１１６では、発熱量導出部２０４が、ガスメーター３００から受信した音速および温度に基づいて、ガスの単位発熱量（ＭＪ／ｍ^３）を導出する。

【0093】

また、差し水位置特定部２０８は、発熱量導出部２０４により導出されたガスの単位発熱量に基づいて、差し水位置を特定する。上記したように、ガス生成工場１１４で生成されたガスに水蒸気が混合した場合には単位発熱量が低下するので、差し水位置特定部２０８は、ガス供給管１３２における上流から下流に向かって接続されたガスメーター３００での単位発熱量を監視することで、ある位置から下流にかけて単位発熱量が低くなっている場合には、単位発熱量が低くなった位置（最も上流側）に差し水が浸入していると判断する。

【0094】

以上のように、ガスメーター３００を有するガスメーターシステムでは、ガスメーター３００によりガスの温度および音速を計測、導出し、センター装置１１６により、ガスの温度および音速に基づいて、ガスメーター３００に供給されているガスの単位発熱量を導出して監視することで、差し水の位置を特定することができる。

【0095】

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。

【0096】

なお、上記の実施形態では、発熱量導出部２０４が、音速に基づいて単位発熱量を導出するようにしたが、差し水の位置が特定された場合には、差し水の位置よりも下流側に接続されたガスメーター１１０に対しては、浸入している水蒸気分の発熱量を減算補正した単位発熱量を導出するようにしてもよい。これにより、より適切な課金を行うことが可能となる。

【0097】

また、上記の実施形態では、センター装置１１６が、ガスメーター１１０で導出された音速、および、ガス生成工場１１４で導出されたガス特性に基づいて単位発熱量を導出するようにした。しかしながら、これに限らず、ガスメーター１１０が、導出した音速に基づいて、上記の式（８）を用いて単位発熱量を導出するようにしてもよい。また、ガスメーター１１０が、通過発熱量を導出するようにしてもよい。

【0098】

また、上記の実施形態では、ガスメーター１１０に供給されるガスの発熱量に関する発熱量情報（ガス情報）として音速を適応するようにしたが、単位発熱量を適応するようにしてもよい。また、単位発熱量が発熱量情報（ガス情報）として適応される場合には、ガス供給マップを参照して、同一のガス生成工場１１４で生成されたガスが供給されている範囲において、単位発熱量が低い領域に差し水が浸入していると特定するようにしてもよい。

【0099】

また、上記の実施形態では、ガスクロマトグラフィー１７２により、ガス生成部１７０により生成され、ガス供給導管網１３０に供給されるガスの成分を分析するようにしたが、ガス供給導管網１３０に供給されるガスの成分を分析することができれば、ガスクロマトグラフィー以外の分析装置を適応してもよい。

【0100】

また、上記の実施形態では、炭化水素系のガスの発熱量に関する発熱量情報（ガス情報）に基づいて、差し水の位置を特定するようにしたが、水素ガス、酸素ガスおよび窒素ガス等のガス情報（例えば、音速）に基づいて、それらのガス情報と水蒸気の混ざった状態でのガス情報とが異なることを用いて、差し水の位置を特定することもできる。

【産業上の利用可能性】

【0101】

本発明は、ガスを供給するためのガス供給管に浸入した差し水の位置を特定するセンター装置および差し水位置特定方法に関する。

【符号の説明】

【0102】

１００ ガスメーターシステム
１１０ 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
１７０ ガス生成部
１８０ ガス特性特定部
２００ センター通信部（ガス情報取得部）
２０２ 工場特定部
２０４ 発熱量導出部
２０６ 通過発熱量導出部
２０８ 差し水位置特定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】