JP2012510049A - 液体の流れを検出する方法と装置 - Google Patents

液体の流れを検出する方法と装置 Download PDF

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Abstract

【課題】利用者の必要量を供給する流れを妨げずに、漏れ或いはごく微量の漏れに相当する流れがあるかどうかの判断を可能にするため、消費設備内の流れの状態をモニターする、特に水の流れを検出する方法と装置を提供する。
【解決手段】前記消費設備と、液体を供給するための少なくとも一つの開閉手段(3)と、電磁弁(5)と、電磁弁の上流の圧力センサー(6)と、電磁弁の下流の圧力センサー(7)と備え、液体は電磁弁に適したインレットパイプ(2)を介して供給される。管理手段(8)は、上流圧力信号(Pam)の値と下流圧力信号(Pav)の値の間の差(ΔP)の計算、前記差(ΔP)と、少なくとも一つのトリガー閾値(SΔPo、SΔPf)との比較、圧力差(ΔP)がトリガー閾値（SΔPo）に達するか、これを超えたとき、電磁弁(5)を開く指令信号(Co)を生じる。圧力差(ΔP)がトリガー閾値（SΔPf）に達するか、これを下回った場合、電磁弁(5)を閉じる指令信号(Cf)を生じる。すると、前記圧力差(ΔP)の作用として、流れ信号（D）を生じる。
【選択図】図１

Description

本発明は、住居あるいは住居への供給網における、清浄水を分配するための設備などの、液体消費設備の分野に関するものである。
このような設備において、管、接合部、および蛇口の、一般的かつ感知できない劣化によって起こる、漏れ或いはごく微量の漏れにより、利用者の必要量を著しく超える水の消費がよく見られる。このような水の損失は、漏れた水の不必要な処理のため、上流と、装置の利用者用の下流の両者に、金銭的な損失をもたらす。
文献US4735231（特許文献１）は、電磁弁を用いる流れ検出装置について記載している。前記電磁弁の下流で、単一圧力センサーによって発生する信号は、プログラムに従って、大量あるいは少量の漏れの有無を判断するために、選択的に作動する複数のクロノメーターを含む電子回路へ運ばれる。
文献US2002/0148515（特許文献２）は、漏れ機能としての動作が可能で、機械的構造を含む電磁弁について記載している。漏れ機能とは、すなわち、こういった漏れの有無を判断するために、さらに検出されるような動作である。
本発明は、例えば、利用者の必要量を供給する流れを妨げずに、漏れ或いはごく微量の漏れに相当する流れがあるかどうかの判断を可能にするため、設備内の流れの状態をモニターすることを目的としている。
本発明は、ある消費設備内の、液体、特に水における流れを検出する方法に関するものであり、前記方法は、液体を供給するための少なくとも一つの開閉手段と、電磁弁に適したインレットパイプを介して供給される前記設備と、上流圧力信号を発することができる、電磁弁の上流の圧力センサーと、下流圧力信号を発することができる、電磁弁の下流の圧力センサーとを備えている。
前記方法は、上流圧力信号(Pam)の値と、下流圧力信号の値の間における差の計算と、前記差と、少なくとも一つのトリガー閾値との比較を含んでいる。
前記方法は、圧力差がトリガー閾値に達するか、これを超えたとき、電磁弁を開く指令信号が発生し、圧力差がトリガー閾値に達するか、これを下回ったとき、電磁弁を閉じる指令信号が発生し、また前記圧力差の作用として、流れ信号が発生するというものでもありうる。
前記流れ信号は、電磁弁を開く指令信号および電磁弁を閉じる指令信号の働きとして生じうる。
前記圧力差がトリガー閾値に達するか、これを超えたとき、電磁弁を開く前記指令信号がただちに発せられることがある。
前記圧力差がトリガー閾値に達するか、これを下回ったとき、電磁弁を閉じる指令信号を生じ、電磁弁を閉じる前記指令信号は、前記閉鎖信号に関する予め決められたタイマー遅延によって遅れることがある。
開放信号を生じるトリガー閾値の値は、閉鎖信号を生じるトリガー閾値の値よりも大きいことがある。
生じた前記流れ信号は、電磁弁を閉じる指令信号と電磁弁を開く連続指令信号を隔てる持続時間でありうる。
本発明はまた、ある消費設備内の、液体、特に水の流れを検出する方法に関するものであり、前記設備は、液体を供給するための少なくとも一つの開閉手段と、電磁弁に適したインレットパイプを介して供給される前記設備と、上流圧力信号を発することができる、電磁弁の上流の圧力センサーと、下流圧力信号を発することができる、電磁弁の下流の圧力センサーとを備えている。
前記方法は、上流圧力信号の値と、下流圧力信号の値の間の差の計算と、前記差と、少なくとも一つのトリガー閾値との比較を含んでいる。
前記方法は、次のようなものである。圧力差がトリガー閾値に達するか、これを超えたとき、電磁弁を開く信号が生じ、電磁弁を開く指令信号がただちに発せられる。また、圧力差がトリガー閾値に達するか、これを下回ったとき、電磁弁を閉じる信号が生じ、タイマー遅延後、電磁弁を閉じる指令信号が発せられる。閉鎖信号および連続開放信号が予め決められた時間よりも少ないときは、流れ信号が発生する。
開放信号を生じるトリガー閾値の値は、閉鎖信号を生じるトリガー閾値の値よりも大きくなりうる。
電磁弁を閉じる指令信号と電磁弁を開く連続開放信号との間のそれぞれの時間は、記憶されうる。
記憶された時間が比較され、連続的な時間の予め決められた数がおおよそ等しいならば、アラーム信号が発せられる。
開放指令信号のあとに、規定の安全時間内に閉鎖指令信号が続かないとき、電磁弁を閉じる安全指令信号が発せられる。
また本発明は、消費設備内の、液体、特に水の流れを検出する装置に関するものであり、前記設備は、流入管によって供給される液体を供給する、一つ以上の開閉手段を備えている。
本装置は、圧力低下を生じる電磁弁、上流圧力信号を発することができる電磁弁の上流に取り付けられた圧力センサー、下流圧力信号を発することができる電磁弁の下流に取り付けられた圧力センサー、および上流圧力信号の値と下流圧力信号の値の間における前記差の機能として、閉鎖状態と開放状態の間にある電磁弁に、指令を発することができる管理手段を有することがある。
本発明は、限定されていない例として記述され、図によって示された、以下に説明される、水消費設備及びその操作方法を検討することで、より理解が得やすくなる。
流れ検出装置を取り付けた設備のダイアグラムを示す。 流れ検出装置の電気的ダイアグラムを示す。 流れ検出装置の一つの操作方法のダイアグラムを示す。 流れ検出装置のもう一つの操作方法のダイアグラムを示す。
図１は、水などの液体を消費する設備１を示しており、前記設備１は流入管2と、手動あるいは制御された開閉手段からなり、前記開閉手段は、利用者の要求どおり、流入管2から水を汲み出すことを可能にする。前記開閉手段は、たとえば蛇口3である。
前記流入管2は、前記消費設備１において、直接および間接的に、液体の流れの異なるタイプを識別することができる流れ検出装置4に取り付けられ、特に、意図的な需要に関連して、例えば前記設備の劣化によって引き起こされる微量の液体の漏れを検出するためのものである。
流れ検出装置4は、流入管2に取り付けられ、電磁弁5と、上流圧力信号Pamを発することができ、前記電磁弁5の上流に取り付けられた圧力センサー6と、下流圧力信号Pavを発することができ、前記電磁弁5の下流に取り付けられた圧力センサー7とを含む。
前記電磁弁5は、液体が流れている場合に、下流圧力信号Pavの値が上流圧力信号Pamの値よりも小さくなるといった、圧力降下を生じさせるために選択される。
図２に示されるように、流れ検出装置4は、圧力センサー6および7によって発せられるPamおよびPav信号を処理し、電磁弁5への指令信号と、微量な漏れまたは大きな漏れ等の流れ検出信号を発することができる、電子回路8も含む。
前記電子回路8は、上流圧力信号の値Pamおよび下流圧力信号の値Pavの間の差に対応する、信号ΔPを発するコンパレーター9を有する。
前記電子回路8は、信号ΔPを受信し、信号ΔPが規定の開放トリガー閾値SΔPoを超えるとき、電磁弁5を開く信号Soを発するコンパレーター10を含む。この信号Soは、開放状態に切り替えるため、電磁弁5へ直接送られる指令信号Coを構成する。他の実施例において、指令信号Coは信号Sfに関してオフセットされることがある。
前記電子回路8は、前記信号ΔPを受信し、信号ΔPが規定の閉鎖トリガー閾値SΔPfを下回るとき、電磁弁を閉じる信号Sfを発するコンパレーター11を含む。
予め決められた前記閉鎖トリガー閾値SΔPfは、予め決められた前記トリガー閾値SΔPoよりも低いことが望ましい。
前記電気回路8は、前記信号Sfを受信し、規定のタイマー遅延Δtによってオフセットされる、指令信号Cfを発するタイマー12を含む。前記指令信号Cfは、閉鎖状態に切り替え、この状態を保つために電磁弁5へ送られる。
前記流れ検出装置4は下記の操作が可能である。
事例１：蛇口３は閉じており（水は必要とされない）、前記設備１には全く漏れがない。
電磁弁５は閉鎖状態(OFF)にある。上流圧力信号Pamの値及び下流圧力信号Pavの値は等しいか、あるいは信号ΔPがゼロであるような平衡状態にある。何も起こらない。
事例２：利用者が意図的に水を汲み出す。
この事例は図３に示されている。
前記電磁弁5は閉鎖状態(OFF)にある。
利用者が蛇口3のいずれか一つを開くとき、下流圧力信号Pavの値は上流圧力信号Pamの値に関連して減少する。もし前記信号ΔPの値が、開放トリガー閾値SΔPoに達するか、あるいはこれを超えた場合、コンパレーター10は、開放状態(ON)に切り替えるために前記電磁弁5に送られ、水を供給する指令信号Coを発する。
水が意図的に汲み出されている限り、すなわち信号ΔPの値が閉鎖トリガー閾値SΔPfを下回る限り、電磁弁5の内在する圧力降下によって、後者は開放状態のままであり、水は供給される。
利用者が蛇口3を閉める場合(水は意図的に汲み上げられない)、下流圧力信号Pavの値は、上流圧力信号Pamの値に関連して上昇する。信号ΔPの値が閉鎖トリガー閾値SΔPfを下回る場合、コンパレーター11はタイマー12に信号Sfを発する。
タイマー遅延Δtの間、水の需要がない場合、前記タイマー12は、タイマー遅延Δtの終わりに、閉鎖状態(OFF)に切り替えるため、指令信号Cfを電磁弁5へ送る。
タイマー遅延Δtの間、水が汲み出される場合、圧力差信号ΔPの値は、開放トリガー閾値SΔPo以上に高くなる。前記電磁弁5は、水を汲み出すことができるように、開放状態（ON）のままであり、前記コンパレーター10はタイマー12にリセット信号を送る。タイマー遅延Δtは、この時間内に起こる、相対的に時間的に接近した水の需要のため電磁弁5の連続開閉を防げることを可能にする。
事例３：前記蛇口3は閉じている（水の需要がない）が、前記設備１には漏れ、または微量の漏れが見られる。
この事例は図4に示されている。
前記電磁弁5は閉鎖状態にある(OFF)。
漏れ、または微量の漏れの影響下において、下流圧力信号Pavの値は上流圧力信号Pamの値に関連して下降する。圧力差信号ΔPが開放トリガー閾値SΔPoに達するか、これを超える場合、コンパレーター10は、電磁弁5をただちに開放状態(ON)に切り替えるため、電磁弁5へ指令信号Coを発する。
蛇口3を閉じるとき、下流圧力信号Pavの値は上流圧力信号Pamの値に関連して上昇する。圧力差信号ΔPが閉鎖トリガー閾値SΔPfを下回る場合、コンパレーター11は、タイマー12へ信号Sfを発する。タイマー遅延Δtの終わりに、前記タイマー12は、電磁弁5を閉鎖状態(OFF)に切り替えるため、電磁弁5へ指令信号Cfを発する。
微量の漏れは、本来、常に存在するので、上記サイクルが繰り返される。
いかなるときでも、蛇口3を開くことによって、水面上の連続的なサイクルが要求された場合、進行中の前記サイクルは停止し、流れ検出装置4は、上記事例2に一致して、作動し始める。新たなサイクルは、電磁弁5を閉じる、後々の指令信号と共に始まる。
漏れあるいは微量の漏れの割合は、通常の供給率よりも、本来、かなり小さいので、事例２で述べた操作を妨げない。前記電磁弁５が閉じられない限り、下流圧力Pavへの減少効果をそれほど持たない。
電子回路8は、クロノメーター13を含み、前記クロノメーター13は、タイマー12によって発せられた、電磁弁5を閉じる指令信号Cfによって作動を始め、電磁弁5を開く指令信号Coによって停止する。次に、前記クロノメーター13は、電磁弁5の閉鎖状態への切り替えと、連続的な開放状態（ON）への切り替えとを隔てる持続期間値Dを提供する。
前記持続期間値Dは、参考持続期間値Dmaxに従って、コンパレーター14へ送られる。
持続期間値Dが参考持続期間値Dmaxよりも大きくなるとき、リセット信号がクロノメーター13に送られる。これは、この持続期間Dに、意図的な水の需要がなく、微量の漏れと認められうる微量の漏れもないことを意味する。
持続期間値D が参考持続期間値Dmaxよりも小さくなるとき、意図的に汲み出された水及び／または微量の漏れの結果として、電磁弁5を経る流れがあることを意味する。持続期間値Dは、値Dnとして比較記録器15において記録される。
記録器15は、記録された持続期間値Dnを比較することができる。
持続期間値Dnが非常に変わりやすい場合、通例、水の意図的な需要に関連していることを意味する。
一方で、記録器15が、等しくない連続持続期間値Dnの数n、または連続持続期間値Dn間の予め決められた差、すなわち既定の小さな差がある連続持続期間値Dnの数nを検出する場合、上述した事例３のｎサイクルが連続的に起こり、それは、漏れあるいは微量の漏れに関連することを意味する。すると、適当な形式、たとえばスクリーン上および／あるいは警告音という形により、信号送信手段16に記録器15はアラーム信号Saを発する。たとえば、記録器15は、最後のｎ連続持続期間値Dnをメモリーに保持するだけのシフト記録器である。
上記事例２のとおり、電磁弁5が開く、あるいは開いたままの状態の間は、漏れおよび微量の漏れは検出できないということが見られる。
電子回路8はプロセッサー17も備える。
電磁弁5の流れの特徴を把握し、ｎ連続持続期間値Dを与えられると、プロセッサー17は、漏れおよび微量の漏れの割合を計算し、その値を、たとえば信号送信手段16に送ることができる。漏れおよび微量の漏れの割合と、プログラムされた水の料金を把握すると、プロセッサー17は、水の損失コスト、たとえば毎日あるいは月々の金銭的価値を計算することもできる。
電子回路8は、信号So（Co）によって作動し始め、信号Sf（あるいは信号Cf）によってリセットされる、クロノメーターあるいはタイマー18を備えうる。信号Sf（あるいは信号Cf）が、持続期間Dmaxよりも大きい安全期間Dsecの終わりに、クロノメーター18に送られた場合、クロノメーター18は、電磁弁5へ、決定的閉鎖をトリガーする安全信号Sfsecを送る。これは、たとえば利用者によって開けっ放しにされた蛇口3あるいは設備1の重大な劣化がもたらす、重大かつ長期の漏れがあることを意味する。そして、この閉鎖された安全状態は、的確な形で信号送信手段16へ送られる。その結果、検出装置４を通常の操作に戻すための調整作業が求められる。
前記は、検出装置４の操作は圧力値PamおよびPav間の差に従うが、常に変化する実際の値からは独立していることがある。それにもかかわらず、他の実施例において、上流圧力センサーが取り除かれるといったように、上流圧力信号Pamの値は固定されうる。上流圧力信号Pamはコンパレーター9に供給される参考値になりうる。
電磁弁５は、常時開、常時閉、あるいは双安定に設定できる。
非制限実施例によると、下記の値が採用されうる。
タイマー信号Δtの値は、0.1〜15分の間になりうる。
参考持続期間Dmaxの値は、少なくとも10秒になりうる。
安全持続期間Dsecの値は、15分〜3時間の間になりうる。
アラーム信号をトリガーする、等しい連続持続期間値Dn、あるいは連続持続期間値Dn間の予め決められた差を持つ、連続持続期間値Dnの数nは、5〜50の間となりうる。
アラーム信号につながる、連続持続期間値Dn間の差は、少なくとも15％である。
その結果、流れ検出装置4は、微量の漏れを、一分間に数滴という量から検出することができる。
流れ検出装置4は、たとえば水の長期的な需要を満たすため、暫定的に流れの制御を中断し、意図的に電磁弁5を開放状態へ切り替える、たとえばボタンといった方法を備えうる。上記の流れの制御は、例えばボタンのような特定の手段により、規定期間、たとえば
長期間の終わりに、自動的に再スタートできることが望ましい。
設備1はまた、電磁弁5を避けられるバイパス管を備え、流れ検出装置4が詰まるか、あるいは欠陥のある場合には、蛇口3を供給するため、前記バイパスに手動弁を備えることもできる。
図に関して記述された操作において、参考圧力値であり、上流圧力値が変化すれば変化しうる上流圧力Pamは、別の参考圧力、たとえば固定圧力値、または、下流圧力値と置き換えることができる。この下流圧力値は、電磁弁の閉鎖後ただちに、前述の操作を変更することなく、下流圧力センサー7によって測定され、記憶される。この場合、上流圧力センサー6は取り除かれていることがある。

Claims (12)

  1. 消費設備内の、液体、特に水の流れを検出する方法であって、前記方法は、液体を供給するための少なくとも一つの開閉手段(3)と、電磁弁(5)に適したインレットパイプ(2)を介して供給される前記設備と、上流圧力信号(Pam)を発することができる、電磁弁の上流の圧力センサー(6)と、下流圧力信号(Pav)を発することができる、電磁弁の下流の圧力センサー(7)と、を備えてなり、
    前記方法は、
    上流圧力信号(Pam)の値と下流圧力信号(Pav)の値の間における差(ΔP)の演算と、
    少なくとも一つのトリガー閾値(SΔPo,SΔPf)と、前記差(ΔP)との比較とを含み、さらに前記方法は、
    前記圧力差(ΔP)が、トリガー閾値(SΔPo)に達するか、これを超えたとき、電磁弁(5)を開く前記指令信号(Co)をただちに生じ、
    前記圧力差(ΔP)が、トリガー閾値(SΔPf)に達するか、これを下回ったとき、電磁弁(5)を閉じる前記指令信号(Cf)をただちに生じ、
    前記圧力差(ΔP)の機能として流れ信号(D)を生じる。
  2. 前記流れ信号(D)が、電磁弁(5)を開く指令信号(Co)および閉じる指令信号(Cf)の作用として生じる、請求項１に記載の方法。
  3. 前記圧力差(ΔP)がトリガー閾値(SΔPo)に達するか、これを超えたとき、電磁弁(5)を開く前記指令信号(Co)がただちに発せられる、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記圧力差(ΔP)がトリガー閾値(SΔPf)に達するか、これを下回ったとき、電磁弁(5)を閉じる信号(Sf)が生じ、電磁弁を閉じる前記指令信号(Cf)が、前記閉鎖信号(Sf)に関連する規定のタイマー遅延(Δt)によって遅れる、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
  5. 開放信号(So)を生じるトリガー閾値(SΔPo)の値が、閉鎖信号(Sf)を生じるトリガー閾値(SΔPf)の値よりも大きい、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
  6. 発生した流れ信号(D)が、電磁弁(5)を閉じる指令信号(Cf)と開く連続指令信号(Co)を隔てる時間である、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
  7. 消費設備内の、液体、特に水の流れを検出する方法であり、前記方法は、液体を供給するための少なくとも一つの開閉手段(3)と、電磁弁(5)に適したインレットパイプ(2)を介して供給される前記設備と、圧力降下を生じる電磁弁(5)と、上流圧力信号(Pam)を発することができる、電磁弁の上流の圧力センサー(6)と、下流圧力信号(Pav)を発することができる、電磁弁の下流の圧力センサー(7)と、を備え、
    前記方法は、
    上流圧力信号(Pam)の値と下流圧力信号(Pav)の値の間における差(ΔP)の計算と、
    少なくとも一つのトリガー閾値(SΔPo,SΔPf)と、前記差(ΔP)との比較からなり、さらに前記方法は、
    前記圧力差(ΔP)が、トリガー閾値(SΔPo)に達するか、これを超えたとき、電磁弁(5)を開く信号(So)が生じ、電磁弁(5)を開く指令信号(Co)がただちに発せられ、
    前記圧力差(ΔP)が、トリガー閾値(SΔPf)に達するか、これを下回ったとき、電磁弁(5)を閉じる信号(Sf)を生じ、指令信号(Cf)がタイマー遅延(Δt)の後に発せられ、
    閉鎖信号(Cf)と連続開放信号(Co)が規定の時間(Dmax)よりも小さい場合、流れ信号(D)を生じる。
  8. 開放信号(So)を生じるトリガー閾値(SΔPo)の値が、閉鎖信号(Sf)を生じるトリガー閾
    値(SΔPf)の値よりも大きい、請求項７記載の方法。
  9. 閉鎖指令信号(Cf)と連続開放指令信号(Co)それぞれの間の時間(Dn)が記憶される、請求項７又は８のいずれかに記載の方法。
  10. 前記記憶された時間が比較され、かつ連続時間(Dn)の規定数(n)がおおよそ等しい場合、アラーム信号(Sa)が発せられる、請求項９記載の方法。
  11. 開放指令信号(So,Co)の後に、規定の安全時間内に、閉鎖指令信号（Sf,Cf）が続かない場合、電磁弁(5)を閉じる安全指令信号(Cfsec)が発せられる、請求項７〜１０のいずれかに記載の方法。
  12. 消費設備(1)内の、液体、特に水の流れを検出する装置であり、前記装置は、流入管(2)によって供給される液体を供給するための少なくとも一つの開閉手段(3)を備え、
    圧力降下を生じさせる電磁弁(5)と、
    上流圧力信号(Pam)を発することができる電磁弁の上流に取り付けられた、圧力センサー(6)と、
    下流圧力信号(Pav)を発することができる電磁弁の下流に取り付けられた、圧力センサー(7)と、
    上流圧力信号(Pam)の値と下流圧力信号(Pav)の値の間の差の機能として、閉鎖状態と開放状態の間にある電磁弁(5)を制御することができ、また流れ信号を発することができる管理手段と、を備えている。
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