JP2022512111A - 加圧下または真空下でガスネットワーク中の漏れおよび障害を同時検出するためのガスネットワークおよび方法 - Google Patents

Abstract

加圧下または真空下のガスネットワーク（１）中の漏れ（１３ａ）および障害（１３ｂ）の同時検出、位置特定、および定量化のための方法であって、ガスネットワーク（１）が、圧縮したガスまたは真空の１つまたは複数の供給源（６）と、圧縮したガスまたは真空利用の１つまたは複数の消費者（７）または消費者区域と、圧縮したガスまたは真空を供給源（６）から消費者（７）、消費者区域または利用に移送するためのパイプライン（５）またはパイプライン（５）のネットワーク（４）と、ガスネットワーク（１）中の異なる時間および場所でガスの１つまたは複数の物理パラメータを提供する複数のセンサ（９ａ、９ｂ、９ｄ）とを備え、ガスネットワーク（１）が、いくつかの制御可能または調節可能な安全弁（１０ａ）、いくつかの制御可能または調節可能な絞り弁（１０ｂ）、ならびに場合によって安全弁（１０ａ）および／または絞り弁（１０ｂ）の状態または状況を監視することが可能な１つまたは複数のセンサ（９ｃ）をさらに備え、方法が以下のステップ、すなわち、第１のグループのセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）および第２のグループのセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）の測定値の間で、これらのセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）の異なる測定値に基づいて、数学的モデルが確立されるトレーニングフェーズ（１６）であって、制御可能または調節可能な安全弁（１０ａ）および絞り弁（１０ｂ）が、予め規定されたシーケンスで、よく設計されたシナリオにしたがって漏れ（１３ａ）および障害（１３ｂ）をそれぞれ発生させるために制御される、フェーズと、第１のグループのセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）および第２のグループのセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）の測定値の間で確立された数学的モデルが使用されて、ガスネットワーク中の漏れ（１３ａ）および障害（１３ｂ）を検出、位置特定、および定量化する動作フェーズ（１７）とを含み、動作フェーズ（１７）が以下のステップ、すなわち、予め規定された順序で、よく設計されたシナリオにしたがって、必要に応じて、安全弁および絞り弁を制御するステップと、第１のグループのセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）を読み出すステップと、これらの読み出した測定値に基づいて、数学的モデルを用いて、第２のグループのセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）の値を計算または決定するステップと、第２のグループのセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）の計算した値または決定した値を第２のグループのセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）の読み出した値と比較し、それらの間の差異を決定するステップと、上述した差異およびその派生物のいずれかに基づいてガスネットワーク中に漏れ（１３ａ）および／または障害（１３ｂ）が存在するかを決定するステップと、漏れ（１３ａ）もしくは障害（１３ｂ）が検出される場合に警告を生成するステップ、ならびに／または漏れ（１３ａ）および／もしくは障害（１３ｂ）の場所を決定するステップ、ならびに／または漏れ（１３ａ）の流量および／もしくは障害（１３ｂ）の障害の程度を決定するステップ、ならびに／または漏出費用および／もしくは障害費用を生成するステップとを含むことを特徴とする方法。

Description

本発明は、加圧下または真空下でガスネットワーク中の漏れおよび障害を同時検出するための方法に関する。

より詳細には、本発明では、ガスネットワーク中で生じる漏れおよび障害を検出および定量化することが可能となることが意図される。

本明細書では、「ガス」とは、たとえば空気を意味するが、必ずしも空気とは限らない。

本明細書では、「障害」とは、ガスネットワーク中の部分的もしくは全体的な閉塞、またはパイプラインの抵抗の増加を意味する。

加圧下でガスネットワークを監視するまたは制御する方法が既に知られている一方で、これらの方法は、長くて真っ直ぐなパイプラインのために設定され、ここでは、対象のガスの圧縮率に起因して、入る流れは、出る流れと必ずしも等しくない。

特に、漏れの検出のための方法は、１つまたは複数の圧縮工場が加圧下で消費者の複雑なネットワークにガスを供給する、加圧下の複雑なガスネットワークでは好適でない、非常に長いパイプライン、真っ直ぐなパイプラインなどといった、いくつかの仮定に基づく。

また、方法は、最終消費者自身の空気構成要素または空気工具中の漏れを検出するため、米国特許第７，０３１，８５０（Ｂ２）号および米国特許第６，７１１，５０７（Ｂ２）号中に記載されるように、既に所定の場所にある。最終消費者は、個別の最終消費者であってよく、またはいわゆる消費者区域または個別の最終消費者のグループを含んでよい。

供給源側の総漏出率を推定するための方法は、たとえば、ＤＥ２０．２００８．０１３．１２７Ｕ１およびＤＥ２０．２０１０．０１５．４５０Ｕ１からやはり知られている。

米国特許第７，０３１，８５０（Ｂ２）号 米国特許第６，７１１，５０７（Ｂ２）号 ＤＥ２０．２００８．０１３．１２７Ｕ１ ＤＥ２０．２０１０．０１５．４５０Ｕ１

そのような知られている方法の欠点は、供給源と消費者または消費者区域との間のパイプラインの複雑なネットワーク中の漏れおよび障害を検出することを可能にしないという点である。したがって、そのような知られている方法は、過小評価されるべきでない漏れおよび障害の原因となる欠点を有する。

ガスネットワーク中での漏れと障害の同時検出について、特定の方法はまだ知られていない。

本発明は、上述および他の欠点のうちの少なくとも１つを解決することをねらいとする。

本発明は、加圧下または真空下のガスネットワーク中での漏れおよび障害の同時検出および定量化のための方法に関し、ガスネットワークは、
－ 圧縮したガスまたは真空の１つまたは複数の供給源と、
－ 圧縮したガスまたは真空利用の１つまたは複数の消費者（７）または消費者区域と、
－ ガスまたは真空を供給源から消費者、消費者区域または利用に移送するためのパイプラインまたはパイプラインのネットワークと、
－ ガスネットワーク中の異なる時間および場所でガスの１つまたは複数の物理パラメータを決定する複数のセンサと
を備え、
ガスネットワークが、いくつかの制御可能または調節可能な安全弁、いくつかの制御可能または調節可能な絞り弁、ならびに場合によって、安全弁および／または絞り弁の状態または状況を監視することが可能な１つまたは複数のセンサをさらに備えること、ならびに、方法が以下のステップ、すなわち、
－ 上述のセンサが使用される何らかの開始フェーズと、
－ 第１のグループのセンサおよび第２のグループのセンサの測定値の間で、これらのセンサの異なる測定値に基づいて、数学的モデルが確立されるトレーニングフェーズであって、制御可能または調節可能な安全弁および絞り弁が、予め規定された順序で、よく設計されたシナリオにしたがって漏れまたは障害を発生させるために制御される、フェーズと、
－ 第１のグループのセンサおよび第２のグループのセンサの測定値の間で確立された数学的モデルが使用されて、ガスネットワーク中の漏れおよび障害を検出および定量化する動作フェーズと
を含み、
ここで、動作フェーズが以下のステップ、すなわち、
－ 予め規定された順序で、よく設計されたシナリオにしたがって、安全弁および必要に応じて絞り弁を制御するステップと、
－ 第１のグループのセンサを読み出すステップと、
－ これらの読み出した測定値に基づいて、数学的モデルを使用して、第２のグループのセンサの値を計算または決定するステップと、
－ 第２のグループのセンサの計算した値またはある値を第２のグループのセンサの読み出した値と比較し、それらの間の差異を決定するステップと、
－ 上述した差異およびその派生物のいずれかに基づいてガスネットワーク中に漏れおよび／または障害が存在するかを決定するステップと、
－ 漏れおよび／もしくは障害が検出される場合に警告を生成するステップ、ならびに／または漏れおよび／もしくは障害の場所を決定するステップ、ならびに／または漏れの流量および／もしくは障害の程度を決定するステップ、ならびに／または漏出費用および／もしくは障害費用を生成するステップと
を含むことを特徴とする、方法に関する。

安全弁および絞り弁が制御される「予め規定された順序」とは、２つ以上がある場合に安全弁が制御され絞り弁が開閉される順序を意味する。

「シナリオ」とは、異なる安全弁の異なるオンおよびオフの状態、ならびに異なる絞り弁の異なる開閉状態のことを呼び、たとえば、［０ ０ ０ ０］、［１ ０ ０ ０］、［０ １ １ ０］、…となる。単なるオンまたは開（１）およびオフまたは閉（０）以外のさらなる状態があることが可能であり、ここでは、漏れの検出、障害の検出、および定量化のために、中間状態（たとえば、１／２）が等しく重要である。

「差異の派生物」とは、たとえば、和、算術平均、最小２乗和などといった、差異から引き出すことができる任意の数学的量を意味する。

「消費者区域」とは、個別の（最終）消費者のグループのことを呼ぶ。ガスネットワークは、いくつかの消費者グループまたは消費者区域を含む場合がある。

長所は、ガスネットワーク自体の漏れおよび障害を同時に知り、検出し、定量化することをそのような方法が可能にするという点である。

言い換えれば、本方法を使用して検出および定量化された漏れおよび障害は、圧縮ガスの供給源または消費者での、すなわち、圧縮工場および空気工具または構成要素での漏れおよび障害に限定されず、ガスネットワーク自体のパイプラインでの漏れおよび障害にも関することができる。

加圧下のガスネットワークの場合に、漏れは外側へと生じることになり、ガスが周囲の区域に流出することに留意されたい。真空のガスネットワークでは、漏れは「内向きに」発生する、すなわち、環境空気がガスネットワークに入ることになる。

トレーニングフェーズの期間に、様々なセンサの測定値を使用して、このグループのセンサ間に関係式が確立される。

安全弁および／または絞り弁の異なる設定で、異なる測定が行われる。言い換えれば、異なる試験シナリオ下の特別な順序で、異なる漏れおよび／または障害がガスネットワーク中で発生され、次いで、センサの測定値が読み出される。

すべてのデータに基づいて、第１のグループのセンサすなわち数学的モデルの入力と、第２のグループのセンサすなわち数学的モデルの出力との間に、数学的モデルが確立される。入力または数学的操作は数学的モデルの「特徴」とも呼ばれ、出力は「ターゲット」とも呼ばれる。

この方法では、センサによって測定された様々なパラメータ間の関数関係を表す数学的モデルが作成されることになる。これらのパラメータまたは係数は、「重み」とも呼ばれる。

このモデルは、次いで、モデルの結果とセンサの新しい測定値を比較することによって、センサの将来の測定値における不規則性を迅速に検出するために使用することができる。

この方法では、漏れおよび障害がとても迅速かつ正確に検出、位置特定、および定量化され、漏れおよび／または障害が検出される場合、アクションを行うことができ、漏れを閉じること、および／または障害を修復することができる。

本発明にしたがった方法のさらなる長所は、ガスネットワークの正確なトポロジーが知られている必要がないことである。漏れまたは障害を検出、定量化、および位置特定するのに、安全弁および絞り弁の場所を知ることで、原理的には十分である。

本発明によれば、別の長所は、本方法が、ガスネットワーク全体を考慮に入れ、したがって、ガスネットワーク全体での漏れおよび障害を検出、定量化、および位置特定できることである。これは、ネットワークを、本方法を適用することを可能にするために、本方法が適用される「サブネットワーク」へと分割するべきでないことを意味する。

別の長所は、「真の」漏れまたは障害がガスネットワーク中で生じる場合のセンサからのデータを使用しなければならない代わりに、トレーニングフェーズ中のセンサの測定値またはデータセットを使用して、漏れおよび障害がシミュレーションされる数学的モデルを作成することを本方法が可能にすることである。したがって、センサからの必要なデータの生成は、過去に生じた可能性がある漏れまたは障害に依存することなく数学的モデルを確立するために必要である。

好ましくは、動作フェーズがある時点で一時的に中断されるまたは止められるべきであり、その後、異なるセンサの測定値間の数学的モデルまたは関係式を再定義するためにトレーニングフェーズが再開されるべきであり、その後動作フェーズが再開される。

プロセス、すなわち供給源、パイプライン、および消費者を有するガスネットワークは停止されず、方法だけとなることに留意されたい。言い換えれば、動作フェーズが一時的に中断されるまたは止められる場合、供給源は依然として消費者にガス、または真空を供給することになる。

動作フェーズを中断してトレーニングフェーズを再開することには、数学的モデルまたは関係式が更新されるという長所がある。

このことによって、たとえば、修復されている検出済みの漏れおよび障害、または、時間とともに行われているガスネットワークへの調節もしくは拡張を考慮に入れることが可能になる。

本発明は、加圧下または真空下のガスネットワークにも関する。ガスネットワークは、少なくとも以下、すなわち
－ 圧縮したガスまたは真空の１つまたは複数の供給源と、
－ 圧縮したガスまたは真空利用の１つまたは複数の消費者、消費者区域と、
－ ガスまたは真空を供給源から消費者、消費者区域または利用に移送するためのパイプラインまたはパイプラインのネットワークと、
－ ガスネットワーク中の異なる場所で圧縮したガスの１つまたは複数の物理パラメータを決定する複数のセンサと
を備え、
ガスネットワークが以下、すなわち
－ いくつかの制御可能または調節可能な安全弁およびいくつかの制御可能または調節可能な絞り弁と、
－ 場合によって、１つまたは複数の安全弁の状態または状況を登録でき、１つまたは複数の絞り弁を登録できる１つまたは複数のセンサと、
－ センサからのデータの収集のため、ならびに上述の安全弁および絞り弁を制御または調節するためのデータ取得制御ユニットと、
－ 上記の請求項のいずれかにしたがった方法を実行するための計算ユニットと
をさらに備えるという特徴を有する。

そのような配置構成を使用して、本発明にしたがった方法を適用することができる。

本発明の特性をより良好に説明するために、以下で、本発明にしたがった方法およびガスネットワークのいくつかの好ましい実施形態が、何ら限定的な性質のない例として、添付図面を参照して記載される。

本発明にしたがったガスネットワークを概略的に示す図である。 本発明にしたがった方法の概略フローチャートを示す図である。

図１のガスネットワーク１は、供給源側２、消費者側３、およびその２つの間のパイプライン５のネットワーク４を主に備える。

この場合のガスネットワーク１は、加圧下のガスネットワーク１である。ガスは、空気、酸素、もしくは窒素、または任意の他の毒性のないおよび／もしくは有害なガス、またはガスの混合物であってよい。

供給源側２は、圧縮空気を生成する、いくつかの、この場合は３つのコンプレッサ６を備える。消費者側３は、圧縮空気の、いくつかの、この場合はやはり３箇所の消費者７を含む。

コンプレッサ６が圧縮空気ドライヤを含むことも可能である。

ガスネットワーク１の下流にコンプレッサ６がやはり存在できることは除外されない。これは、「ブーストコンプレッサ」と呼ばれる。

圧縮空気は、コンプレッサ６から消費者７にパイプライン５のネットワーク４を通して経路指定される。

このネットワーク４は、ほとんどの場合に、パイプライン５の非常に複雑なネットワークである。

図１は、非常に概略的で簡略化した方法における本ネットワーク４を示す。最も現実的な状況では、パイプライン５のネットワーク４が多数のパイプライン５、および消費者７を直列および並列にコンプレッサ６と接続する継手を備える。ネットワーク４の部分がリング構成を採用することまたは含むことは除外されない。

これは、ガスネットワーク１が、追加の消費者７またはコンプレッサ６で時間とともに拡張されることが多く、それによって既存のパイプライン５間の新しいパイプライン５を敷設しなければならず、このことによって、絡み合うパイプライン５がもたらされるためである。

ガスネットワーク１は、圧力容器８を備えることもでき、この圧力容器８の前にすべてのコンプレッサ６がある。

ガスネットワーク１の下流に１つまたは複数の圧力容器８が存在する場合があることは除外されない。

加えて、フィルタ、分離器、噴霧器、および／または調整器などといった構成要素１８をガスネットワーク１の中に設けることもできる。これらの構成要素１８は、様々な組合せで見いだすことができ、バッファタンク８の近くと個別の消費者７の近くの両方に見いだすことができる。

示される例では、構成要素１８は、バッファ容器８の後、個別の消費者７の近くに設けられる。

ネットワーク４は、ネットワーク４中の異なる場所に配置されるいくつかのセンサ９ａ、９ｂ、９ｃも含む。

この場合では、２つの流量センサ９ａが設置されており、そのうちの１つは、上述の圧力容器８の直後にあり、これが、すべてのコンプレッサ６によってもたらされる全流量ｑを測定することになる。

コンプレッサ６の流量がコンプレッサ６自体によって計算または測定されることは除外されない。

加えて、図では４つの圧力センサ９ｂを示しており、これが、ネットワーク４中の異なる場所の圧力を測定する。

圧力容器８中の圧力を測定するための圧力センサ９ｂは、大きい濃縮した容積についての、「流入質量－流出質量（ｍａｓｓ ｉｎ － ｍａｓｓ ｏｕｔ）」原理を補正するようにやはり推奨される。

４つより多いまたはより少ない圧力センサ９ｂを設けることもできるのは、明らかである。加えて、流量センサ９ａの数は、本発明にとって限定するものではない。

流量センサ９ａまたは圧力センサ９ｂに加えて、追加または代替として、センサ９ａ、９ｂは、以下のガスの物理パラメータ、すなわち、差圧、温度、湿度、ガス速度などのうちの１つまたは複数を決定するために使用することができる。

本発明によれば、ガスネットワーク１は、ガスネットワーク１からガスを吹き出すことができるいくつかの安全弁１０ａも設けられる。安全弁１０ａは調節可能または制御可能であって、これは、安全弁１０が放出するガスの量を設定または調整できることを意味する。

安全弁１０ａは、ガスネットワーク１で標準として設けられることが多い排流弁によって形成することができる。そのような排流弁は、安全弁１０ａとして制御することができる。

本発明によれば、ガスネットワーク１は、様々な場所でパイプライン５の中に設置されるいくつかの絞り弁１０ｂも設けられる。絞り弁１０ｂは、いわば、障害をシミュレーションするために、パイプライン５を部分的に閉鎖することができる。絞り弁１０ｂは調節可能または制御可能であって、これは、絞り弁１０ｂが関連するパイプライン５を閉鎖する程度を設定または制御できることを意味する。

ガスの物理パラメータを測定する、上述のセンサ９ａおよび９ｂに加えて、安全弁１０ａおよび絞り弁１０ｂに配置されるいくつかのセンサ９ｃ、すなわち「状態センサ９ｃ」もある。

安全弁１０ａの状態センサ９ｃが安全弁１０ａのオン／オフ状態を測定することが可能である一方、安全弁１０ｂの状態センサ９ｃは、弁の開度、すなわち、こうして生成された障害の相対的な増減を測定することになる。絞り弁１０ｂの近くの状態センサ９ｃは、絞り弁１０ｂの両端間の圧力低下を決定する差圧センサ９ｄによって置き換えることができる。

図１に明示的には示されないが、ガスネットワーク１中で、コンプレッサ６および消費者７の近傍に、これらの構成要素のオン／オフ状態を決定する追加の状態センサ９ｃがあることは、除外することができない。好ましくは、これらの状態センサは、消費者７自体の部分である。

追加の状態センサ９ｃ（たとえば、コンプレッサ６のオン／オフ）は、ここで、下で説明されるように、トレーニングフェーズ１６および動作フェーズ１７の期間に、モデルの交差感度を著しく低下させる意図がある。

安全弁１０ａおよび１０ｂでガスの圧力または流量を測定するセンサ９ａ、９ｂを使用することも可能である。安全弁１０ａおよび絞り弁１０ｂでガスの温度を測定するセンサを使用することも可能である。

好ましくは、流量センサ、圧力センサ、温度センサ、および／または状態センサ９ａ、９ｂ、９ｃのうちの少なくとも一部は、安全弁１０ａおよび絞り弁１０ｂの近傍に配置されるべきである。

この場合では、各状態センサ９ｃは安全弁１０ａまたは絞り弁１０ｂの近傍に配置され、１つの流量センサ９ａが安全弁１０ａの近傍に配置され、１つの圧力センサ９ｂが安全弁１０ａの近傍に配置され、３つの圧力センサ９ｂが絞り弁１０ｂの近傍に配置される。

このことによって、状態センサ９ｃを使用して、安全弁１０ａおよび絞り弁１０ｂの状態すなわち開閉、ならびに絞り弁１０ｂの弁の開度を決定することが可能になる。この場合では、状態センサ９ｃで、関係する絞り弁１０ｂの相対的な障害の増減を測定することが可能になり、このことによって、障害の程度の定量化が可能になる。加えて、流量センサ９ａで、それぞれの安全弁１０ａの流量を測定することが可能になり、このことによって、漏出率を定量化することが可能になる。

どのセンサ９ａ、９ｂ、９ｃが安全弁１０ａまたは絞り弁１０ｂに配置されるかされないかを選択する多くの自由度があるが、ガスネットワーク１の中の各安全弁１０ａまたは絞り弁１０ｂの近傍に、センサ９ａ、９ｂ、９ｃを有することが好ましく、および／または逆も同様である。すなわち、各センサ９ａ、９ｂの近くに安全弁１０ａまたは絞り弁１０ｂが設けられる。

センサ９ａ、９ｂ、９ｃの少なくとも部分を、安全弁１０ａまたは絞り弁１０ｂとともに１つのモジュールに一体化することも可能である。

このことは、センサ９ａ、９ｂ、９ｃと安全弁１０ ａおよび１０ｂの設置または一体化を簡略化およびスピードアップすることになる。加えて、安全弁１０ａおよび絞り弁１０ｂのための正しい好適なセンサ９ａ、９ｂ、９ｃが１つのモジュール中に一緒に配置されることを確実にすることができる。

この場合に、好ましくは、状態センサ９ｃが、各々、対応する安全弁１０ａまたは絞り弁１０ｂと一緒に１つのモジュールに一体化される。

上述の差圧センサ９ｄは、好ましくは、フィルタ、分離器、噴霧器、および／または調整器構成要素１８にわたって配置される。現在の場合では、４つの差圧センサ９ｄがガスネットワーク１の中に含まれる。差圧センサ９ｄを絞り弁１０ｂの両端間にやはり置かれ、そこで、状態センサ９ｃの役割を引き継ぐことができる。

一方で、上述の湿度および温度センサは、好ましくは、コンプレッサ６および消費者７の入口／出口に搭載するべきである。示される例では、これらの追加センサは、ガスネットワーク１の中にすべてが含まれるわけではないが、これも可能であるのは当然である。特に、質量流量の代わりに体積流量だけが測定されるネットワーク中と同様に、より広範囲で複雑なガスネットワーク１では、そのようなセンサを使用することができる。

本発明によれば、ガスネットワーク１は、上述のセンサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄからのデータを集めて、安全弁１０ａおよび絞り弁１０ｂを制御もするための、データ取得制御ユニット１１をさらに備える。

言い換えれば、センサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは、ガス、安全弁１０ａおよび絞り弁１０ｂの物理パラメータを決定または測定し、このデータをデータ取得制御ユニット１１に送信し、データ取得制御ユニット１１は、ガスを吹き出すことにより漏れをシミュレーションするため、または障害を作成もしくはシミュレーションするために、安全弁１０ａおよび絞り弁１０ｂが開閉されるか、どれだけ開閉されるかを制御または確認することになる。

本発明によれば、ガスネットワーク１は、センサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄからのデータを処理するための計算ユニット１２をさらに備える。ここで、計算ユニット１２は、下で説明されるように、ガスネットワーク１中の漏れ１３ａおよび障害１３ｂを検出および定量化するための本発明にしたがった方法を実行することが可能となる。

上述の計算ユニット１２は、ガスネットワーク１の物理的な部分である、物理モジュールであってよい。計算ユニット１２が物理モジュールでなく、ガスネットワーク１にワイヤレスで接続されてもされなくてもよい、いわゆるクラウドベースの計算ユニット１２であることを除外することはできない。これは、計算ユニット１２または計算ユニット１２のソフトウェアが「クラウド」の中にあることを意味する。

この場合では、ガスネットワーク１は、本方法を使用して検出された漏れ１３ａおよび障害１３ｂを表示または信号伝達するためのモニタ１４をさらに備える。

本発明にしたがった、ガスネットワーク１の動作および方法は、非常に簡単で、以下となる。

図２は、図１のガスネットワーク１中の漏れ１３ａおよび障害１３ｂの同時検出のための方法を概略的に図示する。

第１のフェーズ１５、開始フェーズ１５では、必要な場合に、使用する前にセンサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄが較正される。他のセンサがある場合、それらも使用前に較正できるのは当然である。

これは、ガスネットワーク１中にセンサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄが配置されるときに一度行われる。もちろん、センサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを経時的に再較正できることも可能である。

好ましくは、少なくともセンサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの第２のグループは、動作期間に、または現場の自己較正によって較正されるべきである。これは、ガスネットワーク１の中のこれらのセンサ９ａが、すなわち、センサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄが設置された後に較正されることを意味する。「動作中」または「現場で」とは、ネットワーク１からセンサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを取り外すことのない較正を意味する。

もちろん、すべてのセンサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、したがって第１のグループのセンサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを動作中に、または自己較正によって現場で較正してよい。

この方法では、センサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの配置および／またはあり得る汚染は、それらの測定値に影響を及ぼさないことを確信することができる。というのは、センサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの配置後にだけ較正を実施する、またはある時間期間で較正を繰り返すためである。

次いで、第２のフェーズ１６、すなわちトレーニングフェーズ１６が開始する。

このフェーズでは、第１の較正されたグループのセンサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、すなわち「特徴」の測定値と第２の較正されたグループのセンサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、すなわち「ターゲット」の測定値との間で、数学的モデルが作成される。

好ましくは、第１のグループのセンサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは、ガスネットワーク中の異なる場所に複数の圧力センサ９ｂ、いくつかの流量センサ９ａ、および場合によって１つまたは複数のセンサ９ｃを含み、第２のグループのセンサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは、ガスネットワーク中の異なる場所に複数の流量センサ９ａおよび状態センサ９ｃを含む。

この場合では、流量センサ９ａの部分、圧力センサ９ｂ、および状態センサ９ｃの部分が第１のグループのセンサを形成し、残りの流量センサ９ａおよび状態センサ９ｃが第２のグループのセンサを形成する。

完全にするために、ここで、本発明がこれに限定されないことが明記される。第１のグループのセンサおよび第２のグループのセンサについて、センサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄからランダムな選択を行うことができるが、第１のグループのセンサは第２のグループのセンサに入ることが許されず、逆も同様であるという制限だけがある。

上述の数学的モデルは、センサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの様々な測定値に基づいており、ここで、調節可能な安全弁１０ａは、漏れを発生するように制御され、調節可能な絞り弁１０ｂは障害を発生するように制御される。

言い換えれば、データ取得制御ユニット１１が、センサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄからデータまたは測定値を収集する。ここで、データ取得制御ユニット１１が、ガスネットワーク１の中に漏れが生じるように安全弁１０ａを開くために安全弁１０ａを制御し、データ取得制御ユニットが、ガスネットワーク１の中に障害が生じるように絞り弁１０ｂを閉じるために絞り弁１０ｂを制御し、その結果、ガスネットワーク１の中に１つまたは複数の漏れ１３ａまたは障害１３ｂが生じる場合に、センサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄからデータを収集することができる。

この方法では、安全弁１０ａおよび絞り弁１０ｂからの情報、すなわち、漏れ１３ａの場所およびサイズならびに障害１３ｂの場所および程度とともに、データまたは測定値の全セットを収集することができる。計算ユニット１２は、すべてのこの情報に基づいて数学的モデルを作ることになる。この数学的モデルは、好ましくは、ブラックボックスモデルまたはデータ駆動モデルである。モデルは、典型的には、推定される「重み」とも呼ばれるいくつかのパラメータまたは係数を含む。

このブラックボックスモデルは、たとえば、行列、非線形数学的ベクトル関数などの形をとる。

数学的モデルは、仮定には基づかない。

トレーニングフェーズ１６は、好ましくは、ガスネットワーク１の動作期間、またはガスネットワーク１が動作可能であるときに実行されるべきである。

数学的モデルは、動作フェーズ１７中で使用されて、ガスネットワーク１中の漏れ１３ａおよび障害１３ｂを検出および定量化する。一般的でないが、動作フェーズ期間に、漏れ１３ａの位置特定をするために、予め規定された順序で安全弁１０ａが制御されることは、除外することができない。シナリオ［０ ０ ０ … ］にしたがった制御も可能であることに留意されたい。動作フェーズ期間に、障害１３ｂの位置特定をするために、予め規定された順序で調節可能な絞り弁１０ｂが制御されることは、除外することができない。

やはりこのフェーズの期間に、データ取得制御ユニット１１がセンサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄから異なるデータを収集し、計算ユニット１２が、以前のフェーズ１６で設定された数学的モデルを使用して必要な計算を実施する。

動作フェーズ１７は、第１のグループのセンサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの読出しで開始する。

これらの読み出された測定値を用い、第２のグループのセンサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの値が、数学的モデルを使用して計算ユニット１２によって決定または計算され、「予測されるターゲット」とも呼ばれる。

第２のグループのセンサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの決定または計算された値が、第２のグループのセンサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの読み出された値と比較され、それらの間の差異が決定される。

上述の差異に基づいて、計算ユニット１２は、漏れ１３ａまたは障害１３ｂがあるかを決定し、必要な場合には、ガスネットワーク１の中で漏れ１３ａまたは障害１３ｂが位置特定される。

この目的で、差異がある閾値を超えるかが検査され、これが次いでガスネットワーク１中の漏れ１３ａまたは障害１３ｂを示すことになる。

この閾値は、事前に設定すること、または経験的に選択することができる。

漏れ１３ａまたは障害１３ｂが検出されると、場合によっては対応する場所、漏出率、障害レベル、ならびに／または漏出および障害費用と一緒に、警告が生成されることになる。この場合、これは、警告を表示するモニタ１４を使用して行われる。

ガスネットワーク１のユーザがこの警告に気づき、適切なステップをとることが可能になる。

動作フェーズ１７のステップは、好ましくは、ある時間間隔で順次、循環的に繰り返される。

結果として、漏れ１３ａおよび障害１３ｂは、たとえば、ガスネットワーク１の全動作周期の期間に検出することができ、期間中にただ１回ではなく、ガスネットワーク１の開始直後だけでもない。

上述の時間間隔は、ガスネットワーク１に依存して選択および設定することができる。時間間隔が経時的に変わることができることは除外することができない。

本発明の好ましい変形形態では、ある瞬間に、動作フェーズ１７が一時的に中断されまたは止められ、その後に、異なるセンサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの測定値間の数学的関係式を再確立するために、トレーニングフェーズ１６が再開され、その後、動作フェーズ１７が再開される。

「ある瞬間に」とは、本明細書では、たとえば、週に１回、月に１回、もしくは年に１回プリセットされる瞬間として、またはユーザが選択できる瞬間として解釈するべきである。

これは、起こりうるシステムの時間変化挙動を考慮に入れるために数学的モデルを更新する。これらの時間変化挙動とは、数学的モデルが異なるシナリオ下でトレーニングされたときのトレーニングフェーズ１６期間に、数学的モデルによって取得されなかった挙動である。

これは、たとえば、ガスネットワーク１のトポロジーの変化、またはガスネットワーク１への新しい構成要素の追加を含むことができる。

図１の例では、方法は、加圧下のガスネットワーク１であるが、真空下のガスネットワーク１であってもよい。

ここで、供給源側２が、いくつかの真空の供給源、すなわち、真空ポンプまたは同様のものを備える。

この場合では、消費者７は、真空を必要とする利用によって置き換えられている。

さらに、方法は上で述べたのと同じであり、ここで、漏れ１３ａが環境空気をガスネットワーク１の中へ導くことを考慮に入れる。好ましくは、警告を発するために他の閾値が設定されることになる。

また、この場合では、安全弁１０ａは、真の空気を噴き出すのではなく、むしろ、環境空気をガスネットワーク１の中に導くことになる。したがって、安全弁１０ａは、吸気弁である可能性が高い。しかし、原理は同じままである。

本発明は、例として説明され図に示された実施形態に決して限定されず、本発明にしたがった方法およびガスネットワークは、本発明の範囲を超えることなくすべての種類の変形形態で実現することができる。

１ ガスネットワーク
２ 供給源側
３ 消費者側
４ ネットワーク
５ パイプライン
６ コンプレッサ
７ 消費者
８ 圧力容器、バッファタンク、バッファ容器
９ａ 流量センサ
９ｂ 圧力センサ
９ｃ 状態センサ
９ｄ 差圧センサ
１０ 安全弁、吸気弁
１０ａ 安全弁
１０ｂ 絞り弁
１１ データ取得制御ユニット
１２ 計算ユニット
１３ 漏れ
１３ａ 漏れ
１３ｂ 障害
１４ モニタ
１５ 第１のフェーズ、開始フェーズ
１６ 第２のフェーズ、トレーニングフェーズ
１７ 動作フェーズ
１８ 構成要素

Claims (22)

1. 加圧下または真空下のガスネットワーク（１）中の漏れ（１３ａ）および障害（１３ｂ）の同時検出、位置特定、および定量化のための方法であって、前記ガスネットワーク（１）が、
   圧縮したガスまたは真空の１つまたは複数の供給源（６）と、
   圧縮したガスまたは真空利用の１つまたは複数の消費者（７）または消費者区域と、
   前記圧縮したガスまたは真空を前記供給源（６）から前記消費者（７）、消費者区域または利用に移送するためのパイプライン（５）またはパイプライン（５）のネットワーク（４）と、
   前記ガスネットワーク（１）中の異なる時間および場所で前記ガスの１つまたは複数の物理パラメータを提供する複数のセンサ（９ａ、９ｂ、９ｄ）と
   を備え、
   前記ガスネットワーク（１）が、いくつかの制御可能または調節可能な安全弁（１０ａ）、いくつかの制御可能または調節可能な絞り弁（１０ｂ）、ならびに場合によって前記安全弁（１０ａ）および／または絞り弁（１０ｂ）の状態または状況を監視することが可能な１つまたは複数のセンサ（９ｃ）をさらに備えること、ならびに、前記方法が以下のステップ、すなわち、
   第１のグループのセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）および第２のグループのセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）の測定値の間で、これらのセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）の異なる測定値に基づいて、数学的モデルが確立されるトレーニングフェーズ（１６）であって、前記制御可能または調節可能な安全弁（１０ａ）および絞り弁（１０ｂ）が、予め規定されたシーケンスで、よく設計されたシナリオにしたがって漏れ（１３ａ）および障害（１３ｂ）をそれぞれ発生させるために制御される、フェーズと、
   前記第１のグループのセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）および前記第２のグループのセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）の前記測定値の間で確立された前記数学的モデルが使用されて、前記ガスネットワーク中の漏れ（１３ａ）および障害（１３ｂ）を検出、位置特定、および定量化する動作フェーズ（１７）と
   を含み、
   前記動作フェーズ（１７）が以下のステップ、すなわち、
   予め規定された順序で、よく設計されたシナリオにしたがって、必要に応じて、前記安全弁および前記絞り弁を制御するステップと、
   前記第１のグループのセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）を読み出すステップと、
   これらの読み出した測定値に基づいて、前記数学的モデルを用いて、前記第２のグループのセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）の値を計算または決定するステップと、
   前記第２のグループのセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）の前記計算した値または決定した値を前記第２のグループのセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）の前記読み出した値と比較し、それらの間の差異を決定するステップと、
   上述した差異およびその派生物のいずれかに基づいて前記ガスネットワーク中に漏れ（１３ａ）および／または障害（１３ｂ）が存在するかを決定するステップと、
   漏れ（１３ａ）もしくは障害（１３ｂ）が検出される場合に警告を生成するステップ、ならびに／または前記漏れ（１３ａ）および／もしくは前記障害（１３ｂ）の場所を決定するステップ、ならびに／または前記漏れ（１３ａ）の流量および／もしくは前記障害（１３ｂ）の障害の程度を決定するステップ、ならびに／または漏出費用および／もしくは障害費用を生成するステップと
   を含むことを特徴とする、方法。
2. 前記第１のグループのセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）が、複数の圧力センサ（９ｂ）、複数の流量センサ（９ａ）、場合によって前記安全弁（１０ａ）および／または絞り弁（１０ｂ）の前記状態を決定することができる複数のセンサ（９ｃ）、ならびに場合によって１つまたは複数の差圧センサ（９ｄ）を前記ガスネットワーク（１）中の異なる場所に含むこと、ならびに前記第２のグループのセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）が複数の流量センサ（９ａ）および前記絞り弁の前記状態を決定することが可能なセンサ（９ｃ）を前記ガスネットワーク（１）の中の異なる場所に備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記流量センサ（９ａ）の少なくとも一部が前記安全弁（１０ａ）の近傍に配置されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 上述のセンサ（９ａ、９ｂ、９ｄ）が以下の前記ガスの物理パラメータ、すなわち、流量、圧力、差圧、温度、湿度、ガス速度などのうちの１つまたは複数を測定できることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記トレーニングフェーズ（１６）についての方法が、上述のセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）が使用の前に較正される開始フェーズ（１５）を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 少なくとも前記第２のグループのセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）が、動作期間に現場でまたは自己較正によって較正されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記動作フェーズ（１７）がある時点で一時的に中断されまたは止められ、その後、異なるセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）の測定値間の前記数学的モデルまたは関係式を再定義するために前記トレーニングフェーズ（１６）が再開され、その後前記動作フェーズ（１７）が再開されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記動作フェーズ（１７）のステップが所与の時間間隔で順次繰り返されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記安全弁（１０）が排流弁によって形成されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記センサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）の少なくともいくつかが、安全弁（１０ａ）または絞り弁（１０ｂ）とともに１つのモジュールに一体化されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記ガスネットワーク（１）の中の各安全弁（１０ａ）および／または絞り弁（１０ｂ）の近傍にセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）が設けられ、および／または逆も同様であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記数学的モデルがブラックボックスモデルであることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 上述の数学的モデルが、パラメータまたは定数を有する行列および／または非線形ベクトル関数の形をとり、前記数学的モデルの出力または「ターゲット」の変化が前記動作フェーズ（１７）の期間監視されることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. それがガス、空気、酸素、もしくは窒素、または別の毒性のないおよび／もしくは危険なガス、またはガスの混合物であることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記絞り弁（１０ｂ）の状態または状況を決定することができる状態センサ（９ｃ）として、前記絞り弁（１０ｂ）の両端間の差圧センサ（９ｄ）が使用されることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 加圧下または真空下のガスネットワーク（１）であって、少なくとも、
    圧縮したガスまたは真空の１つまたは複数の供給源（６）と、
    圧縮したガスまたは真空利用の１つまたは複数の消費者（７）、消費者区域と、
    前記ガスまたは真空を前記供給源（６）から前記消費者（７）または消費者区域に移送するためのパイプライン（５）またはパイプライン（５）のネットワーク（４）と、
    前記ガスネットワーク（１）中の異なる時間および場所で前記ガスの１つまたは複数の物理パラメータを提供する複数のセンサ（９ａ、９ｂ、９ｄ）と
    を備え、
    いくつかの制御可能または調節可能な安全弁（１０ａ）およびいくつかの制御可能または調節可能な絞り弁（１０ｂ）と、
    場合によって、１つまたは複数の安全弁（１０ａ）および１つまたは複数の絞り弁（１０ｂ）の状態または状況を登録できる１つまたは複数のセンサ（９ｃ）と、
    前記センサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）からのデータの収集のため、ならびに上述の安全弁（１０ａ）および絞り弁（１０ｂ）を制御または調節するためのデータ取得制御ユニット（１１）と、
    請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法を実行するための計算ユニット（１２）と
    をさらに備えることを特徴とする、ガスネットワーク。
17. 前記安全弁（１０ａ）が排流弁によって形成されることを特徴とする、請求項１６に記載のガスネットワーク。
18. 前記センサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）の少なくともいくつかが、安全弁（１０ａ）または絞り弁（１０ｂ）とともに１つのモジュールに一体化されることを特徴とする、請求項１６または１７に記載のガスネットワーク。
19. 前記ガスネットワーク（１）の中の各安全弁（１０ａ）および／または絞り弁（１０ｂ）の近傍にセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）が設けられ、および／または逆も同様であることを特徴とする、請求項１６から１８のいずれか一項に記載のガスネットワーク。
20. 漏れ（１３ａ）および障害（１３ｂ）、漏れ流量、障害、漏出費用、障害、漏れ（１３ａ）および障害（１３ｂ）の場所を表示または信号伝達するためのモニタ（１４）を前記ガスネットワーク（１）がさらに備えることを特徴とする、請求項１６から１９のいずれか一項に記載のガスネットワーク。
21. 消費者（７）の状態または状況を記録することが可能な前記センサ（９ｃ）が前記消費者（７）自体の部分であることを特徴とする、請求項１６から２０のいずれか一項に記載のガスネットワーク。
22. 前記計算ユニット（１２）が、前記ガスネットワーク（１）にワイヤレスで接続されてもされなくてもよいクラウドベースの計算ユニット（１２）であることを特徴とする、請求項１６から２１のいずれか一項に記載のガスネットワーク。

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