JP2018072291A - 漏水検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】高精度の流量計を使用せずとも、微量な漏水を検出できる漏水検出システムを提供する。【解決手段】水道管１に、全閉状態と全開状態との間に１段階以上の中間開状態が設定可能な電磁弁２を配置する。コントローラ４は、電磁弁２を全閉状態にして、一定時間が経過した時点で電磁弁２を中間開状態に設定した際に、電磁弁２の下流側に配置される流量計３により流量が検出されると水道管１の漏水を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、水道管の漏水を検出するシステムに関する。

従来より、水道管の漏水を検出する技術については様々なものが提案されている。近年は、全国的にインフラとしての水道設備の老朽化が進んでいる。したがって、漏水が微量なレベルで発生した段階で検出して早期に対策を行うことが、水の徒な浪費や家屋等への被害を防止する観点からも望ましい。

特許第３７２５６９３号公報 国際公開第２００７／０２４８９４パンフレット

しかしながら、従来の漏水検出技術は、微量な漏水を検出することを想定したものではないため、上記のようなニーズに適合するものとは言えなかった。そこで、例えば、精度の良い流量計を使用することである程度まで対応することは考えられるが、必然的にコストアップを招くことになる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高精度の流量計を使用せずとも、微量な漏水を検出できる漏水検出システムを提供することにある。

請求項１記載の漏水検出システムによれば、水道管に、全閉状態と全開状態との間に１段階以上の中間開状態が設定可能な電磁弁を配置し、制御部は、その電磁弁の開閉状態を制御する。そして、制御部は、電磁弁を全閉状態にしてから一定時間が経過した時点で電磁弁を中間開状態に設定した際に、電磁弁の下流側に配置される流量計により流量が検出されると水道管の漏水を検出する。

すなわち、電磁弁を全閉状態にした際に、電磁弁よりも下流側にある水道管に漏水が発生していると、時間の経過に伴い下流側の水圧が漸次低下して行く。したがって、一定時間の経過後には、上流側と下流側との間に所定の水圧差が発生することになる。そこで、制御部が、電磁弁を全閉状態にした時点から一定時間の経過後に電磁弁を中間開状態に設定すれば、前記の水圧差によって上流側から下流側に水流が生じる。すると、流量計がその流量を検出するので、制御部は水道管の漏水を検出できる。

このように構成すれば、流量計は、電磁弁が中間開状態となった際に、上流，下流間の水圧差に応じて発生する流量を検出すれば良いので、高精度で高価な流量計を用いる必要が無くなる。したがって、微量な漏水を検出可能なシステムを低コストで構成できる。すなわち、極僅かの漏水によって生じる水圧差は極めて小さいため、電磁弁を通常時と同様に全開状態にしても流速が速くならず、一般的な流量計による流量の検出が難しい。それに対して、上述のように電磁弁を全開状態よりも開口面積が小さい中間開状態にすることで水圧差が小さくても速い流速を生じさせることができ、一般的な流量計による流量,つまり漏水の検出が可能になる。

請求項２記載の漏水検出システムによれば、電磁弁を、水道管の中央部分を中間開状態とするように構成する。すなわち、水道管内における水の流速は中央部分において最も速くなるので、中央部分を中間開状態にすることで漏水を迅速に検出できる。

請求項３記載の漏水検出システムによれば、電磁弁を、複数の閉止弁が、水道管の周辺部分から中央部分に向かって絞り込むように動作することで、水道管を閉塞するように構成する。すなわち、電磁弁を構成する複数の閉止弁が、例えばカメラのレンズシャッタにおける絞り機構のように動作することで、水道管の中央部分を中間開状態にできる。

請求項４記載の漏水検出システムによれば、制御部は、時計機能を有し、設定された時刻になると電磁弁を全閉状態にして漏水検出を開始する。すなわち、漏水検出を行う際には、電磁弁が一定時間の間全閉状態となるため、ユーザが水道を使用しない可能性が高い時間帯，例えば夜間等に実施するのが望ましい。したがって、設定された時刻に漏水検出を実施することで、ユーザの水道利用を妨げることを回避できる。

請求項５記載の漏水検出システムによれば、電磁弁を、複数の中間開状態を設定可能として、制御部は、電磁弁の中間開状態を１段階ずつ変化させる毎に前記流量計により流量が検出されたか否かを判定し、最終的には電磁弁を全開状態にする。このように構成すれば、検出対象とする漏水の最小流量と電磁弁の中間開状態との関係を事前に精密に調整せずとも、電磁弁の開度を段階的に大きくして行く間に検出が可能となった時点で漏水を検出できる。

第１実施形態であり、漏水検出システムの構成を示す機能ブロック図 電磁弁を構成する閉止弁の一例を示す図 コントローラの処理内容を示すフローチャート 漏水の発生状態を説明する図 漏水検出の原理を説明する図（電磁弁が全閉状態の場合） 漏水検出の原理を説明する図（電磁弁が中間開状態の場合） 第２実施形態であり、電磁弁の構成を示す正面図 電磁弁の構成を示す斜視図

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図１から図６を参照して説明する。図１は、漏水検出システムの構成を示す機能ブロック図である。水道管１は、例えば一般家庭に給水するために配管されているもので、その途中部位に電磁弁２及び流量計３が配置されている。ここで、電磁弁２よりも上流側，つまり水源側の水道管を１ａ，電磁弁２と流量計３との間の水道管を１ｂ，流量計３よりも下流側，つまり家庭側の水道管を１ｃとする。水道管１ｃの先は、家庭内の例えば洗面所や台所，トイレ等の各部に給水を行うため複数の配管に分岐している。水道管１ｃの末端部分は、例えば図４に示す蛇口８のような給水弁によって、水道の非使用時には閉塞されている。

電磁弁２は、詳細構成については後述するが、全閉状態と全開状態との間に、少なくとも１段階以上の途中開状態が設定可能なものである。その開度調整は、コントローラ４によって行われる。コントローラ４は、例えばマイクロコンピュータ等で構成されており、時刻情報を得るためリアルタイムクロック，すなわち時計機能をなすＲＴＣ５を内蔵している。流量計３は、水道管１内の水流量が「０」であれば信号出力を行わず、流量を検出すると、その流速に応じた間隔のパルス信号を出力する。この流量計３は、例えば水道利用量の検診を行うために配置されている流量メータに付随したものであっても良い。

流量計３が発生する上記パルス信号は、コントローラ４に入力される。また、コントローラ４は、自身が制御する電磁弁２の開状態，開度の情報が入力されることで、水道管１の状態を監視する。更に、コントローラ４には表示機６が接続されている。表示機６は、例えば家屋内の壁面などに設置されており、コントローラ４が把握した水道管１の状態情報等が、シンボルや文字メッセージ等で表示される。

また、コントローラ４は、無線通信機能を備えており、例えばユーザが所持しているスマートホン等に、上述した表示機６に表示されるような情報を送信してユーザに通知を行う。表示機６，無線通信による情報通知機能は、何れか一方のみを備えていても良い。これらの各構成要素の駆動電源にはバッテリを用いても良いし、商用交流電源より接続される電源回路により生成されるものでも良い。

図２は、電磁弁２を構成する閉止弁７の一例を示すものである。本実施形態の漏水検出システムに使用する電磁弁２は、微量な漏水を検出するため、全閉した状態から僅かに開いた状態を実現できるものが望ましい。また、水道管１内における流速は、中央部分で最も速くなることから、管径の中央部分より開き始めるものが望ましい。そこで、電磁弁２については、例えばカメラのレンズシャッタにおいて、複数の絞り羽根を有する絞り機構のように、複数の閉止弁７が周辺部から中心部に向かって絞り込むような形で水道管１内の流路を閉塞する構成を採用する。図２に示す構成例は、閉止弁７が８枚の場合である。参考として、例えば特開平８−２９８３０号公報には、７枚の絞り羽根を有するレンズシャッタが開示されている。

次に、漏水検出の原理について説明する。流量計３よりも下流側である水道管１ｃの末端は、前述のように水道の非使用時は給水弁により閉塞されている。したがって、水道管１ｃが健全であれば、電磁弁２が全閉状態でも水道管１ｃ側の水圧は低下しない。一方、図５に示すように、電磁弁２が全閉状態の場合に水道管１ｃにおいて漏水があると、時間の経過に伴い水道管１ｃ側の水圧が低下して行く。そして、水圧がある程度低下した段階で電磁弁２を徐々に開いて行くと、上流と下流との圧力差が、電磁弁２の絞りによる圧力損失よりも大きくなった段階で、上流側から下流側への水流が発生する。この時の流量を流量計３により検出することで漏水を検出する。

以下に具体数値例を示す。例えば水道管１の内径ｄ１が１インチ管相当の２５．７ｍｍであり、図４に示すように、水道管１ｃにおいて０．１ガロン／ｈ＝６．３ｍｍｌ／ｍｉｎ程度の微量な漏水が発生している状態を想定する。流路が全開状態での流速ｖ１が１０００ｍｍｌ／ｍｉｎであるとする。全開状態の流路断面積をＡ１，上記漏水発生時の流速をｖ２として、対応する流路断面積をＡ２とすると、連続の式より、
Ａ１・ｖ１＝Ａ２・ｖ２
が成り立つ。そして、
Ａ２／Ａ１＝ｖ１／ｖ２＝６．３／１０００＝０．００６３
であるから、これより流路断面積Ａ２に対応する流路径ｄ２を求めると、
ｄ２＝ｄ１√（０．００６３）≒２．０（ｍｍ）
となる。

ここで、流路の絞りにより差圧（Ｐ１−Ｐ２）が生じる際の圧力損失ΔＰは、
ΔＰ＝（Ｐ１−Ｐ２）（１−β^２）
で表され、面積比Ａ２／Ａ１は絞り比βに相当する。つまり、流路径ｄ２は、６．３ｍｍｌ／ｍｉｎの漏水が発生していることを流量計３で検出するための最小開口径を示している。換言すれば、電磁弁２を全閉状態から開いて行き、その開口径が２．０ｍｍを超えた段階で、流量計３が６．３ｍｍｌ／ｍｉｎの漏水を検出可能になる。

このように、電磁弁２に設定する中間開状態の開口面積は全開状態に比して、検出対象とする漏水量，一定時間の設定や使用する流量計３の性能等に応じて、検出可能な流速を発生させることが可能な程度に小さい面積に設定すれば良い。

次に、本実施形態の作用について説明する。図３は、コントローラ４の処理内容を示すフローチャートである。電磁弁２は、当初は全閉状態となっている。先ずコントローラ４は、ＲＴＣ５の時刻情報を参照して、午前１時になったか否かを判断する（Ｓ１）。この時刻は、例えばユーザが就寝するため、以降は水道を使用しないと想定される時刻である。すなわち、漏水検出を行う際には、電磁弁２を一定時間の間全閉状態にする必要があるため、ユーザが水道を使用しない可能性が高い時間帯，例えば夜間等に実施するのが望ましい。したがって、設定された時刻に漏水検出を実施することで、ユーザの水道利用を妨げることを回避する。例えば、表示機５や前述のスマートホンにユーザインターフェイス機能を持たせることで、上記時刻をユーザが任意に設定できるようにしても良い。

時刻が午前１時になると（Ｓ１；ＹＥＳ）、コントローラ４は流量が「０」か否かを判断する（Ｓ２）。所定の監視時間内に流量計３がパルス信号を出力せず流量が「０」であれば（ＹＥＳ）、電磁弁２をＯＦＦ，つまり全閉状態にする（Ｓ３）。その時点から、例えば５分経過するまで待機する（Ｓ４）。

ここで、通常時の水道管１内の水圧が例えば０．４ＭＰａであるとする。そして前述したように、電磁弁２を全閉状態にした際に水道管１ｃ側で漏水が発生していれば、時間の経過に伴い下流側の水圧が低下して行く。水圧がある程度低下した段階で電磁弁２を僅かに開いた際に、上流側との差圧に応じた流量が発生すれば、流量計３がパルス信号を出力するので漏水が検知できる。

再び図３を参照する。５分が経過すると（Ｓ４；ＹＥＳ）、コントローラ４は電磁弁２を１段階分僅かに開いて（Ｓ５）流量計３がパルス信号を出力したか否かを確認する（Ｓ６）。流量計３がパルス信号を出力しなければ（ＮＯ）、電磁弁２が全開状態になったか否かを判断し（Ｓ１０）、全開状態でなければ（ＮＯ）ステップＳ５に戻り、電磁弁２を更に１段階分開く。このまま、電磁弁２が全開状態に至れば（Ｓ１０；ＹＥＳ）、漏水の発生は無いと判断して（Ｓ１１）漏水検出を終了する。

一方、ステップＳ５，Ｓ６，Ｓ１０のループを回る間に流量計３がパルス信号を出力すれば（Ｓ６；ＹＥＳ）漏水の発生を検出したことになり（Ｓ７）、コントローラ４は電磁弁２をＯＦＦにする（Ｓ８）。そして、表示機６にその旨を表示させ、無線によりユーザのスマートホンにその旨を通知すると（Ｓ９）処理を終了する。

以上のように本実施形態によれば、水道管１に、全閉状態と全開状態との間に１段階以上の中間開状態が設定可能な電磁弁２を配置し、コントローラ４は、電磁弁２の開閉状態を制御する。そして、コントローラ４は、電磁弁２を全閉状態にすると、一定時間が経過した時点で電磁弁２を中間開状態に設定した際に、電磁弁２の下流側に配置される流量計３により流量が検出されると水道管１の漏水を検出する。

このように構成すれば、流量計３は、電磁弁２が中間開状態となった際に、上流，下流間の水圧差に応じて発生する流量を検出すれば良いので、高精度で高価な流量計を用いる必要が無くなる。すなわち、極僅かの漏水で生じる水圧差は極めて小さく、電磁弁２を通常時と同様に全開状態にしても流速が速くならず、一般的な流量計３による流量の検出が難しい。それに対して、電磁弁２を全開状態よりも開口面積が小さい中間開状態にすることで小さい水圧差でも速い流速を生じさせることができ、流量計３による流量,つまり漏水の検出が可能になる。したがって、微量な漏水を検出可能なシステムを低コストで構成できる。

また、コントローラ４はＲＴＣ５を有し、設定された時刻になると電磁弁２を全閉状態にして漏水検出を開始するので、ユーザの水道利用を妨げることを回避できる。そして、電磁弁２を、流速が最も早くなる水道管１の中央部分を中間開状態とするように構成する。具体的には、電磁弁２を、複数の閉止弁７が、水道管１の周辺部分から中央部分に向かって絞り込むように動作することで、水道管１を閉塞する構成としたので、漏水を迅速に検出できる。

更にコントローラ４は、電磁弁２の中間開状態を１段階ずつ変化させる毎に流量計３により流量が検出されたか否かを判定し、最終的には電磁弁２を全開状態にする。したがって、検出対象とする漏水の最小流量と電磁弁２の中間開状態との関係を事前に精密に調整せずとも、電磁弁２の開度を段階的に大きくして行く間に検出が可能となった時点で漏水を検出できる。

（第２実施形態）
以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図７及び図８に示すように、第２実施形態は、電磁弁２に替えて、所謂バタフライ弁構造を採用した電磁弁１１を用いる。図８に示すように、電磁弁１１では、概ね円環状のボデー１２内に円盤状の大ジスク１３が配置されている。大ジスク１３の図中上端側及び下端側には、ステム１４が取り付けられている。

ステム１４は、その上端側又は下端側に配置されている図示しないモータ等のアクチュエータにより回動可能となっている。大ジスク１３の面が、電磁弁１１における流路方向に対してなす角度，開き角が０°になると全閉状態となり、前記開き角が０°になると全閉状態となる。ボデー１２の円環部における内周面には、全閉状態に大ジスク１３との隙間を閉塞するためのシート１５が配置されている。また、ボデー１２において、ステム１４が配置されている部分の内周面で、前記円環部に臨む部分にはＯリング１６が配置されている。

更に、大ジスク１３の中央部には開口部１７が設けられており、その開口部１７を閉塞するための小ジスク１８が配置されている。小ジスク１８が開口部１７を閉塞する機構は、大ジスク１３における閉塞機構と概ね相似形である。小ジスク１８の図中上端側及び下端側には、ステム１９が取り付けられており、ステム１９は大ジスク１３の内部に挿通されている。ステム１９の下端側にはアクチュエータ２０が配置されており、ステム１９がアクチュエータ２０により回動されることで、小ジスク１８が開口部１７を開閉する。

電磁弁１１は、小ジスク１８が開口部１７を閉塞した状態で大ジスク１３を回動させて、開き角を０°と９０°との間に設定することで中間開状態を設定することも可能である。しかし、大ジスク１３の開き角を０°にした状態で小ジスク１３の開き角を９０°に設定することで、第１実施形態の電磁弁２と同様に、水道管１の中央部分を中間開状態とすることが可能になる。

本発明は上記した、又は図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
蛇口８のような給水弁は、１つ以上あれば良い。
電磁弁の中間開状態は、１段階のみでも良い。
漏水検出処理は、必ずしも設定された時刻で開始する必要はない。
水圧，検出対象とする漏水量や一定時間，水道管径等の具体数値については、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。

図面中、１は水道管、２は電磁弁、３は流量計、４はコントローラ、５はＲＴＣ、６は表示機、８は蛇口を示す。

Claims (5)

1. 下流部に１つ以上の給水弁が設けられている水道管に配置され、全閉状態と全開状態との間に１段階以上の中間開状態が設定可能に構成される電磁弁と、
   この電磁弁の下流側に配置される流量計と、
   前記電磁弁の開閉状態を制御すると共に、前記流量計により検出される流量の情報が入力される制御部とを備え、
   前記制御部は、前記電磁弁を全閉状態にして、一定時間が経過した時点で前記電磁弁を中間開状態に設定した際に、前記流量計により流量が検出されると前記水道管の漏水を検出する漏水検出システム。
2. 前記電磁弁は、前記中間開状態として、前記水道管の中央部分を開状態にするように構成されている請求項１記載の漏水検出システム。
3. 前記電磁弁は、複数の閉止弁が、前記水道管の周辺部分から中央部分に向かって絞り込むように動作することで、前記水道管を閉塞するように構成されている請求項１又は２記載の漏水検出システム。
4. 前記制御部は、時計機能を有し、設定された時刻になると前記電磁弁を全閉状態にする請求項１から３の何れか一項に記載の漏水検出システム。
5. 前記電磁弁は、複数の中間開状態を設定可能に構成され、
   前記制御部は、前記電磁弁の中間開状態を１段階ずつ変化させる毎に前記流量計により流量が検出されたか否かを判定し、最終的に前記電磁弁を全開状態にする請求項１から４の何れか一項に記載の漏水検出システム。

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