JP4554933B2 - 給水システム - Google Patents

Description

本発明は全体として水の流量及び圧力の制御分野である。より特定すれば、本発明は給水用ネットワークのための制御システムに関する。さらに、本発明はシステムと共に用いる装置及び水の制御方法に関する。

給水システム例えば市町村営水道システムは典型的に水源（貯水池、井戸、湖等）から供給された主供給ライン、及び、その水を配管ネットワークを通して圧送して、種々の消費者段階の下流に達することができるポンピング手段から成っている。

典型的に、さらに、水の流れを監視し、一方で、例えば、灌漑システムの弁調節手段のように圧力で作動する種々のシステムを適正に機能させ、かつ、他方で、配管ネットワークに接続したパイプの破裂、太陽熱ヒーターその他の家庭用機器（皿洗い機、洗濯機等）の損傷を生じるような過大な圧力で消費者の末端機器に損傷を与えないレベルに水量を監視し、かつ、水圧を下げるために配管ネットワークに沿って種々の圧力調節・制御手段を設けている。さらに、過大な圧力はそのネットワークから水を受けている産業施設にとっても有害である。

以後の明細書及び請求項で、「配管ネットワーク(pipe network)」の用語は水源から消費者に伸びている配管及び設備を意味する。

給水系の消費者は例えば家庭の消費者、産業施設、公益・地方公共機関の施設、農業消費者等であり、その全てを本発明の明細書及び請求項で総合的に「消費者ネットワーク」として示している。

消費者ネットワークの中で、測定した圧力が他の消費者サイトで測定した圧力よりも低い位置にある少なくとも１件の消費者がある。そのような消費者は例えば遠方にあり、長く、かつ、分岐した配管を通って流れることによる圧力損失（摩擦とヘッド(head)の損失）を生じているか、又は、高い位置（高層ビル又は山上）等の消費者である。

以後、本発明の明細書及び請求項では最低圧力が測定されている１以上の消費者を「監視対象消費者(monitored consumer)」（「限界消費者(critical consumer)としても知られている）と呼ぶ。

地方公共水道の水の消費量は１日を通じて変動する。消費の増加は典型的に朝の時間帯（ほぼ午前６時から９時）に及び夕方の時間帯（ほぼ午後７時から９時）にも測定される。しかしながら、これらのピークは例えば週末、夏時間（ＤＳＴ）の設定、季節変動、重要なスポーツの試合のような大規模行事で変化する。

監視対象消費者が、種々の圧力を必要とする機器を適正に機能させるために、又、例えば蛇口、シャワー等のような家庭用水道機器で妥当な圧力を生じるために、例えば約２．５気圧の最低圧力で水を受け取れることが給水機関例えば市町村及び民間の給水機関の関心事である。監視対象消費者での圧力を高めることは必然的に上流の消費者での圧力を有意に高めることになり、危険な過大圧力になることもある。

第一に、過大な圧力は強力なポンピング・ユニットを必要とし、コストが高くなる。第二に、そのような過大な圧力に耐えられる配管ネットワークを必要とする。そして、既に述べたように、過大圧力には消費者に被害を生じうるという問題がある。

さらに、例えば、小さな穴、又は、配管要素の接続不良のような重大でない漏洩が、圧力の上昇と比例して重大になる。又、行方不明となったかなりの清水減耗の理由になる。報告では、漏洩による清水減耗の量が供給者の送水量の約１５％から４０％に達することを示している。

種々の水圧・制御システムが知られている。基本構成には減圧弁（ＰＲＶ）が含まれ、装置を通る流量の変化、又は、上流の圧力変化とは無関係に、入口と出口の間で圧力を低減するように機能する。典型的には数個のＰＲＶが配管ネットワークに沿って、例えば、郊外への分岐、大規模需要施設の付近、建物等に取付けられる。

典型的なＰＲＶは圧力制御チャンバーにより制御された流路を経由して出口ポートに流動可能に通じている入口ポートから成っている。圧力制御チャンバーが加圧されると、流路が制限され、それにより、入口ポートと出口ポートの間の流量が制限され、実質的に一定の出口圧力が得られる。

制御チャンバー内の圧力は種々の流量制御手段により制御され、、結果的に制御チャンバーを通る水量を制御する目的に役立つ。

従来技術の一実施例に基づくと、いわゆるハイドロリック(hydraulic)弁を用いていて、その中では、ＰＲＶの上流に接続されていて、一定の入口流量Ｑ1を有する制限オリフィスから充填され、前記のＰＲＶの下流に接続されていて、設定された基準出口流量Ｑ2を有するパイロット弁から流出する。Ｑ1がＱ2より大きいとき、加圧された制御チャンバー内の圧力が高まって、それにより、ＰＲＶの入口ポートと出口ポートの間の流路を制限して（ないし閉じて）、それにより、ＰＲＶの出口流量Ｑoutを制限して、それに対応して、ＰＲＶの出口圧力Ｐoutが低下する。

異なる構成に基づくと、制限オリフィスとパイロット弁の代わりに、ソレノイド(solenoid)（選択肢として比例形ソレノイド）を設けて電気コントローラーに接続し、それにより、入口水量Ｑ1と出口流量Ｑ2が制御され、それにより、制御チャンバー内の圧力を制御する。

さらに、別の実施例に基づくと、パイロット弁の内部ダイアフラムを流体により作動させるためにパイロット弁のプランジャーにバイアス(bias)・チャンバーを取付けている。前記バイアス・チャンバーが上流の供給側に接続されていて、それにより、パイロット弁のプランジャーが移動して、パイロット弁の出口流量Ｑ2を制限する。

さらに別の制御システムでは、バイアス・チャンバーをパイロット弁供給側の調節部材に取付けることにより、パイロット弁の調節部材を移動できるようにし、パイロット弁の出口流量Ｑ2を制限する。

上記解決策の実施例に基づくと、パイロット弁に一体になるように取付けたバイアス・チャンバーを設けている。それでも、入口流量Ｑ1と出口流量Ｑ2を制限するために、制御用ソレノイドを依然として必要とする。

上記制御システムのそれぞれが、以下のようないくつかの短所及び欠点の内の少なくとも１個を有している：
ｉ．一方又は両方のソレノイドが故障すると、ＰＲＶが動作不能になる。これにより、２種類の好ましくない極端な事態のどちらかになる。第一は給水の完全な中断になる。第二は（ＰＲＶが機能を果たさない場合と同様に）上流の高圧と等しい圧力を消費者に供給する。それにより、給水者は消費者に生じた損害に対して故障に関する責任を問われる。

ｉｉ．認識可能な圧力又は流量の全ての変化がソレノイドを動作させ、それにより関連する動力源を短期間で消耗させる。

ｉｉｉ．ソレノイド及び弁の要素の開閉が増加したことがシステムを故障しやすくする。

ｉｖ．ソレノイドの使用には、高水準の（典型的にミクロン級の）水濾過を必要とする。それゆえ、保守作業の増加が予想される。

ｖ．重要な要因には改修中に制御システムを取付けるという選択肢がある。多くの場合、個々の接続具及び設備を必要とするが、その設備はコスト効果が高くない。

ｖｉ．システムは低流量で、システムが定常状態に達しないいわゆるハンチング(hunting)状態に入る。

ｖｉｉ．バイアス・チャンバーは微細な調節を必要とする感受性の高い要素であり、汚れの影響を受けやすい。

ｖｉｉｉ．システムは、バイパス構成を提供していないので、それにより、そのようなシステムの故障で消費者が過大な高圧を受けて、損害を生じることがある。

それゆえ、本発明の目的は、需要即ちシステムを通る流量の変化とは無関係に、監視対象消費者での圧力を実質的に希望通りにできる給水制御システムを提供することである。本発明に基づく給水システムは、その配管ネットワークの位置とヘッドの損失に無関係に、又、需要の突然の変化又はそのような周期的変化とは無関係に、監視対象消費者で測定された圧力を実質的に一定にする。

本発明の他の側面に基づくと、配管内に圧力変動があっても、そのような圧力変化を無くすことにより一定流量を得るのに有用な差動制御弁を提供している。

さらに、本発明の別の目的は、監視対象消費者での圧力を希望通りにするために給水システムの圧力を制御するための方法を提供することである。

本発明は、システムを通る流れに流量変動があっても、監視対象消費者での圧力を希望の圧力レベルに維持する消費者ネットワークと圧力調節システムから成る給水システムを目指している。

本発明の一側面に基づくと、供給配管と消費者ネットワークから成る給水システムを提供していて、消費者の１件が最小値の圧力を受ける監視対象消費者であって、圧力調節システムは公称乃至基準出口圧力に事前設定されたパイロット弁付き減圧弁（ＰＲＶ）から成っていて、圧力制御システムは差動制御弁（ＤＣＶ）、監視対象消費者での圧力を示す流れパラメーターを測定し、コントローラーに圧力信号を送信する検出装置から成っていて、前記コントローラーがＤＣＶのアクチュエーター(actuator)を作動するために圧力信号に応答した制御信号を発生し、それにより、ＤＣＶを通る流量を制御して、ＰＲＶを通る流量の変化とは無関係に監視対象消費者での圧力を希望通りにする。

一実施例に基づくと、流量パラメーターはＰＲＶ近くで測定された流量であり、変換計算に基づいて、監視対象消費者での圧力を代表する圧力信号に変換する。又、他の実施例に基づくと、流れパラメーターは監視対象消費者で測定した圧力である。

流れパラメーターが流量である場合、典型的に、局部圧力信号を発生するためにＤＣＶの出口配管での圧力を読取る圧力検出装置を設けていて、その圧力信号をコントローラーで比較する。

さらに、他の実施例に基づくと、給水システムには、さらに、ＤＣＶ及び(又は)（制御パラメーター例えばソフトウエア問題、制御信号のエラー等を含めて）コントローラーの故障が検出された場合にＤＣＶを無効にするためのバイパス・ゲートが含まれている。

本発明の種々の側面に基づくと、本発明に基づく圧力制御システムに有用な差動制御弁を設けている。差動制御弁は以下から成っている：
静的入口、動的入口及び弁出口を組込んだハウジング、
柔軟なダイアフラムにより密封可能に仕切られた制御チャンバー、その柔軟なダイアフラムがそのチャンバーを第一チャンバーと第二チャンバーに分割していて、第一チャンバーは静的入口に通じていて、第二チャンバーは弁出口、及び、被制御流の通路に通じていて、被制御流の通路は前記第二チャンバーと前記動的入口の間を連絡していること、
ダイアフラムと結合していて、柔軟なダイアフラムの差圧による移動に応答して被制御流の通路内で軸方向に移動するためのスプリング付きの密封部材、
密封部材を軸方向に移動し、それにより、柔軟なダイアフラムに加わる差圧とアクチュエーター及びスプリングにより加えられた反対方向の力に応答して被制御流の通路を通る流れを制御するための制御付きアクチュエーター、
差動制御弁の一種の特定実施例に基づくと、ニードル・タイプの密封部材で、流路の対応する密封用弁座とで密封するように係合するように取付けられている。前記の密封部材と密封用弁座は実質的に同じ傾斜になっていて、密封用弁座と密封部材の間を横断する流路面積が密封部材の軸方向の移動量と比例している。

さらに、本発明は供給配管と消費者ネットワークから成る給水システムの圧力を制御するための方法に関する。消費者の１件は最小値の圧力を受けている監視対象消費者である。圧力調節システムは基準出口圧力に事前設定されたパイロット弁を取付けた減圧弁（ＰＲＶ）から成っている。圧力制御システムは前記パイロット弁、流れパラメーター検出装置とコントローラーに直列に接続している差動制御弁（ＤＣＶ）から成っている。

その方法は以下のステップから成っている：
（ｉ）監視対象消費者での圧力を示す流れパラメーターを測定して、コントローラーに圧力信号を送ること、
（ｉｉ）コントローラーが制御信号を発生すること、前記制御信号が圧力信号に応答すること、
（ｉｉｉ）制御信号によりＤＣＶのアクチュエーターを作動すること、それにより、ＰＲＶを通る流量の変化とは無関係に、パイロット弁を通る流量を制御し、監視対象消費者で希望の圧力を得るために、ＤＣＶを通る流量を制御する。

流れパラメーターが流量である場合、方法には以下の追加ステップが含まれる：
（ｉｖ）ＰＲＶの近くの流量を測定し、流量信号をコントローラーに伝送すること、
（ｖ）変換計算に基づいて、流量信号を監視対象消費者での圧力を代表する圧力信号に変換すること、
（ｖｉ）ＤＣＶの出口配管での局部圧力を測定し、対応する局部圧力信号を発生すること、
（ｖｉｉ）局部圧力信号とその圧力信号を比較して、対応する制御信号を発生すること、
（ｖｉｉｉ）ステップ（ｉｉｉ）に戻ること、
給水システムにＤＣＶを無効にするバイパス・ゲートを取付けることは、システムの故障の場合にバイパスを開き、それにより、パイロット弁で設定された基準出口圧力に対応する出口圧力ＰoutにＰＲＶ出口でなる利点がある。

さらに、本発明は、有意に低い流量も扱えので、いわゆる「ハンチング」即ち典型的な給水システムでは低流量で圧力パラメーターを安定できない状況を避けた給水システムとも関係している。

従って、少なくとも１件の消費者に接続した配管を含む給水システム、大流量用流路及びそれに平行に設置されたバイパス用低流量用流路を含む圧力調節システム、大流量の基準流量用出口を有し、第一の基準出口圧力に事前設定されたパイロット弁を伴っている大流量圧力制御弁（ＨＦＰＲＶ）から成る前記大流量用流路、コントローラー、差動制御弁（ＤＣＶ）、システムを通る流量を測定するための検出装置から成る圧力制御システム、低流量の基準出口を有し、第二の基準出口圧力に事前設定されたパイロット弁を伴う低流量減圧弁（ＬＦＰＲＶ）から成る前記の低流量用流路、ここで、前記検出装置は流れパラメーター信号をコントローラーに送出し、それに応じた制御信号を発生して、ＤＣＶのアクチュエーターを作動させ、それにより、ＤＣＶを通る流量を制御する。それにより、流量パラメーターの信号が事前設定値より低くなったとき、前記ＤＣＶが閉じ、それに伴い、ＨＦＰＲＶが閉じ、同時にＬＦＰＲＶを開く。又、流れパラメーターが前記事前設定値を超えると、ＬＦＰＲＶが閉じ、かつ、ＨＦＰＲＶが開く。

流れパラメーターが、ＨＦＰＲＶの前又は後で測定した流量であるが、低流量制御回路の分岐点の前又は後である場合、ＤＣＶはそれぞれ以下から成っている：
静的入口と動的入口を取付けたハウジング、両方の入口が高い基準出口圧力に事前設定されたパイロット弁の出口に流動可能に通じ、及び、弁の出口がＨＦＰＲＶの出口に流動可能に通じていること、
柔軟なダイアフラムにより密封可能に仕切られた制御チャンバー、柔軟なダイアフラムはチャンバーを静的入口に通じている第一チャンバー、及び、弁出口及び被制御流の通路に通じている第二チャンバーに分割する。被制御流の通路が前記第二チャンバー及び前記動的入口の間を連絡するのに用いられること、
ダイアフラムと結合していて、柔軟なダイアフラムの差圧による移動に応答して被制御流の通路内で軸方向に移動するためのスプリング付きの密封部材、
コントローラーにより制御されたアクチュエーター、それが密封部材を軸方向に移動して、それにより、柔軟なダイアフラムに加わる差圧及びスプリングとアクチュエーターにより加えられる反対方向の力に応答して被制御流の通路を通る流れを制御するためにあること、
本発明を理解し、実際にどのように実施されるかを見せるために、ここで若干の好ましい実施例を、添付図を参照して説明するが、制限しない例示用に過ぎない。

概略表示である図１の図面に最初に注目する。本発明に基づく給水システムは典型的な市町村営水道システムの分岐部分を示している。システムは、水源例えば湖、貯水池、井戸等（図示せず）を起源とする配管ネットワークを含んでいる。水は１以上のポンピング・ユニット２４又は例えば重力のように公知の独自の他の適当な手段により配管ネットワーク２０を通って送られる。配管ネットワークを通って流れる水は各近隣地区ないし区域で分岐部分に達するように実質に高くした圧力で送られる。近隣地区ないし区域には減圧弁（ＰＲＶ）２６が取付けられて、水を減圧する。図２でいくぶん詳細に示し、全体として３０と指定した制御システムの詳細が明らかになる。

給水配管に沿っている全ての消費者が少なくとも一定の基準圧力を受け、それにより、種々の圧力で動作する機器例えばスプリンクラー、弁及び濾過手段等が正しく動作し、機能するようにし、さらに、例えば、蛇口、シャワー等の家庭用水道機器が妥当な圧力を生じるようにすることは、給水会社（典型的に市町村等）の関心事である。他方、消費者での圧力が一定の基準圧力を超えないようにして、例えば（典型的に太陽熱ヒーターで生じる）配管破裂、重大な漏洩等の過大な圧力により生じる損害の可能性を無くすことは給水会社の重大な関心事である。

主配管３２はＰＲＶ２６から伸びて、消費者ネットワークに通じる配管３４に分岐している。消費者ネットワークは数軒の家屋３６及び公共施設及び家庭の蛇口３８、さらに、丘の上に位置し、配管４２により主配管３２に接続され、４０として示された著しく遠方の消費者から成っている。正常な状態では、この後者の消費者４０で測定された圧力は、そこに達する長い配管（摩擦及び接続・分岐要素を通るヘッドの損失）により、又、高低差によるヘッドの損失により最低になる。その消費者を監視対象消費者と呼ぶ（時として、限界消費者とも呼ぶ）。

以後の議論は全体を３０として示した制御システムに関するが、図２についても参照している。ＰＲＶ２６は上流側主配管部分２０に接続した入口５０と下流側主配管部分３２に接続した出口５２から成っている。流路５６はＰＲＶの内部で入口５０と出口５２の間に形成され、弁座６２上に密封可能に係合できる弁部材５８により密封可能になっている。さらに、ＰＲＶには制御チャンバー６４が含まれているが、それは弁部材５８を軸方向に支持している柔軟なダイアフラム６６により形成されている。

その構成は、圧力チャンバー６４を加圧すると、ダイアフラム６６が下向きに変形し、それに伴って、弁部材５８が弁座６２の方に移動し、それにより、流路５６を制限又は全閉するようになっている。圧力チャンバー６４を減圧すると、弁部材５８が軸方向の移動を生じて、弁座６２から離れ、流路５６を再び開く。

制御チャンバー６４内の圧力はチャンバー６４に流入した又は排出した水量により制御される。制御バイパス配管７２はＰＲＶ上流部の７４の位置に接続していて、上流圧力に対応した入口圧力Ｐinと流体的に通じている。制御バイパス配管７２にはフィルター・ユニット７８と流量制限オリフィス８０が取付けられて流量を一定にしている。圧力制御配管８２は制御チャンバー６４に伸びている。さらに、基準出口圧力を有し、ねじタイプのガバナー８８により手動で調節可能なパイロット弁８６が制御バイパス配管７２に取付けられている。

パイロット弁８６の下流側に伸びた配管セクション８７に差動制御弁（ＤＣＶ）９０を接続している。そのＤＣＶ９０の出口はＰＲＶ２６の出口に接続している。ＤＣＶは電動アクチュエーター９２を含んでいる。ＤＣＶ９０の構成を、図３及び図５を参照して詳細に説明する。

ＤＣＶはＰＲＶに配管セクション９４により位置９６で接続し、主配管の下流側部分３２と圧力Ｐoutで流動可能に通じている。

図１に示したように、圧力検出装置１００が監視対象消費者４０の位置で取付けられている。前記検出装置１００はコントローラー１０８が受信できる圧力信号ＰＳを送信するための伝送器を含んでいる。無線通信手段により圧力信号ＰＳを伝送する代わりに、他の手段、例えば有線通信（例えば、電話線、送電線、光通信等）により行えることに留意されたい。以後で詳細に説明するように、制御は閉ループで、圧力信号ＰＳに応答して、制御信号ＣＳを発生し、ＤＣＶのアクチュエーター９２を作動させる。

閉ループの制御システムによりサポートされていない給水システムは、典型的に朝の時間帯（午前６時から９時頃まで）及び夕方の時間帯（午後７時から９時頃まで）に測定される需要の増加の結果として、通常、１日の間に数回の圧力低下を生じる。しかしながら、これらのピークは例えば週末、夏時間（ＤＳＴ）の設定、季節変動、重要なスポーツ試合のような大規模行事等で変化を生じる。圧力低下が測定されるたびに、測定対象消費者４０はかなり重大な圧力低下を経験し、一部の家庭用機器の機能、又は、生活の質にも影響しうる。他方、問題となる時間帯の圧力損失を補償するために、システムは、圧力が前記監視対象消費者で事前設定された最低基準圧力を下回るのを避けるようなプログラムにしうる。そのような構成の結果として、１日の休止時間帯、即ち、水の需要が最低を維持する時間帯で（例えば、深夜から夜明けまで）、需要が非常に低いので、配管の小規模漏洩（例えば、図１で例えば１０９として示した接続部及び継手）又は、例えば蛇口３８のような家庭及び公共施設の給水栓での漏洩が重大な漏洩になる場合に対応しうる。

本発明に基づく給水システムは、１例として図１に示すように、監視対象消費者４０での圧力を継続的に監視して、最低基準圧力を決定することによりこの問題を克服する。圧力検出装置１００で測定された圧力に対応した圧力信号が伝送され、コントローラー１０８のアンテナ１１３により検出される。圧力信号ＰＳに応答して、コントローラーは制御信号ＣＳをＤＣＶ９０のアクチュエーター９２に送り、それにより、ＤＣＶ９０を通る流路を開閉し、ＰＲＶ２６を連続的に調節して、需要の変化による流量変動とは無関係に監視対象消費者での圧力を希望値にする。

コントローラー１０８は事前にプログラムされ、又は、プログラム可能で、アクチュエーター９２を事前に選択した動作範囲内に制御して、過度の使用により、電源（典型的に蓄電池）が消耗しないように、又、システムの損耗を減らすようにする。従って、ある範囲の圧力信号ＰＳに対応した制御信号ＣＳを発生し、例えば、有意な圧力変化のみに応答するようにコントローラー１０８をプログラムする利点がある。例えば、圧力信号が一定範囲の値から逸脱したときのみコントローラー１０８が制御信号ＣＳを発生する。

コントローラー１０８が制御信号ＣＳを伝送するたびに、ＤＣＶ９０のアクチュエーター９２がＤＣＶ内の流路を変化し、それにより、配管セクション９４を通って流れる水量を制御する。即ち、ＰＲＶ２６の圧力チャンバー６４を加圧し、結果的にＰＲＶ２６の出口圧力Ｐoutを制御する。

さらに、図３Aから３Cに注目する。この図面はニードル・タイプの弁である差動制御弁（ＤＣＶ）９０の特別な設計に関するものである。

差動制御弁はハウジング１３２を含み、ハウジング１３２は静的入口ポート１３６（図２に示す制御システムの構成では配管セクション８７に接続している）及び動的入口１３４（図２の制御システムの構成ではやはり配管セクション８７に接続している）を有している。さらに、ハウジング１３２には弁出口１４０（図２の制御システムの構成ではＰＲＶ２６の出口ポートに伸びている配管セクション９４に接続している）が形成されている。

柔軟なダイアフラム１４６により密封可能に仕切られた制御チャンバー１４４がＤＣＶ９０内に形成されている。柔軟なダイアフラム１４６は制御チャンバーを上側の第一チャンバー１４８と下側の第二チャンバー１５０に分割している。第一チャンバー１４８は静的入口１３６と流動可能に通じていて、第二チャンバー１５０は出口ポート１４０と流動可能に通じている。

流路１５４には密封面１５６が形成されている。流路１５４は動的入口１３４と第二チャンバー１５０の間を連絡していて、実際には、動的入口１３４と出口１４０の間を連絡している。密封部材１６０が位置１６２でダイアフラムに結合していて、テーパー(taper)形密封用弁座１５６に対応したテーパー形密封部分１６４を含んでいる（図３Ｃが最も見やすい）。Ｏリング１６６が完全密封のために設けられている。

密封部材１６０は流路内で全閉位置と開位置の間で軸方向に移動できる。開位置では動的入口１３４と出口１４０の間が流動可能に通じる。

密封部材１６０は駆動機構１６９により流路１５４の密封用係合状態（閉位置）の方に通常偏っている。駆動機構１６９は、一端で密封部材１６０の端部に取付けられた支持板１７２に支えられていて、他端で、ベアリング１７８により支持され、アクチュエーター９２により回転可能になっているねじロッド１７６上に取付けられ、軸方向に移動可能な板部材１７４に支えられているコイル・スプリング部材１７０から成っている。

その構成で、ロッド１７６の回転により、板部材１７４が軸方向に移動して、それにより、スプリング１７４の軸方向の力を増減して、支持板１７２が軸方向に移動し、密封部材１６０が流路１５４を、それぞれ、開又は閉にする。しかしながら、両方の入口ポート即ち静的入口１３６と動的入口１３４が同じ給水配管に接続されているので等しい圧力になる。従って、第一チャンバー１４８及び第二チャンバー１５０が等しい圧力になり、ダイアフラム１５６が駆動機構１６９により加えられる軸方向圧力から離れた中立位置になっている。スプリング１７０により加えられた力が圧力に変換されたことによる第二チャンバー１５０内の圧力は、第一チャンバー１４８の圧力と実質的に等しい。この構成の結果は、動的圧力に差異を生じ、又、流路の実際の開度は、駆動機構１６９により、即ち、スプリング１７０の力とアクチュエーター９２により加えられた軸方向の移動により制御される。

密封部材１６０を駆動機構１６９以外の手段により、例えば、ハイドロリック駆動機構等により軸方向移動を行えることに留意されたい。

図３Ａの状態で、ＤＣＶ９０が、いわゆる、閉位置にあり、密封部材１６０の密封部分１６４が弁座１５６に密封するように係合して、流路１５４を効果的に閉じる。図３Ｂでは、ＤＣＶ９０が部分的に開いた状態で示されていて、流路１５４がある程度開いて、第二チャンバー１５０を介して、動的入口１３４と出口１４０の間を通じさせる。対応するテーパー形の面１５６及び１６４が十分に広い流路になり、砂、塵埃等で詰まりにくくなっている。図３Ｃの状態で、ＤＣＶ９０は全開の状態で示され、板部材１７４が完全に後退し、スプリング１７０が力を実質的に加えず、それにより、動的入口１３４と出口１４０の間の流れが最大になる。

さらに、図４に注目すると、本発明の実施例に基づくＤＣＶが全体として１９０として示されている。これは、図３Ａ−３Ｃに示されたＤＣＶ９０と原理として実質的に同様であるが、主な違いは入口ポートの構造内にある。図４に示すように、ハウジング１９４には主入口１９６が含まれ、主入口１９６は動的入口１９８と静的入口２００に分割され、静的入口２００はハウジング１９４に内蔵されているダクト２０４を介して主入口１９６に通じている。ＤＣＶ１９０の他の要素と構造は図３Ａ−３Ｃに示されたＤＣＶ９０と関連して開示されたものと同様である。後の部分はこれらの図を参照する。

ここで、図５及び図６に注目すると、本発明の実施例に基づく給水システムを示している。この実施例では、特に全体として２２０として示した制御システムに限って、図１及び図２に示した以前の実施例と異なっている。従って、図５及び図６の実施例内の要素で、図１及び図２に示した実施例と同じものはプライム(prime)記号（’）を付けた同じ参照番号が付けられている。

この例では、水は都市郊外に送られ、複数の家屋２２５、いくつかの産業施設２２７、公共的施設２２９に供給され、例えばオフィス・ビルディングと高層ビル２３０が最低の圧力測定値となるいわゆる監視対象消費者になっている。

図１の実施例と異なり、流れパラメーターを測定する流量計２４０がＰＲＶ２６’から伸びている供給配管２４２に取付けられている。今回の場合、流れパラメーターは流量信号ＦＲＳで、その信号がコントローラー２５０に送られる。その流量信号は、コントローラー２５０で対応する圧力信号に変換されて、監視対象消費者２３０で生じている圧力を示す。これは経験と測定に基づく変換計算により得られ、流量信号を圧力信号に変換する。ＦＲＳ（及びそれに対応する圧力信号ＰＳ）に応答して、制御信号ＣＳがコントローラー２５０で発生して、その制御信号ＣＳがＤＣＶ９０’のアクチュエーター９２’に送られ、それにより、図３Ａ−３Ｃを参照しながら以前に説明したように、ＤＣＶ９０’の駆動機構を作動する。

さらに、圧力センサー２５８が、ＤＣＶ９０’の出口１４０’とＰＲＶ２６’の出口５２’の間に伸びている配管セクション９４’に取付けられている。圧力計２５８により検出された圧力により全体的局部圧力信号ＰＳ’を伝送して、流量信号ＦＲＳにより入手して変換された圧力信号と比較するので、閉ループの制御になり、それにより、高い正確度の制御ループになる。

図５の実施例に基づく構成は、流量計２４０により検出された流量が増加すると、対応する流量信号ＦＲＳがコントローラー２５０に伝送され、それにより、対応する圧力信号が得られる。それに応答して、制御信号ＣＳをコントローラー２５０が発生し、ＤＣＶ９０’のアクチュエーター９２’を作動させ、それにより、ＰＲＶ２６’の圧力チャンバーから排出して、それにより、ＰＲＶを通る流量を増加させ、例えば、上記のようにピーク時間帯での需要増加に応じる。

しかしながら、流量計２４０で検出された流量が低下すると、対応する制御信号ＣＳをコントローラー２５０がＤＣＶ９０’のアクチュエーター９２’に伝送し、それにより、その流路を閉じ、それにより、ＰＲＶ２６’の圧力チャンバーを加圧し、それにより、ＰＲＶ２６’の流路を制限する。

図６の実施例は全体として２６０と指定した制御システムを示しているが、図２の制御システム３０と同じ要素を含んでいるので、同様の要素は同じ参照番号に二重プライム記号（”）を付けて区別している。

図６の制御システム２６０には、制御ライン２７０によりコントローラー１０８”に接続した電動ゲート２６８、典型的にはソレノイドを用いて、ＤＣＶ９０”を無効にするバイパス・ゲート２６４が含まれる。

その構成には、システムが欠陥状態、例えば、ＤＣＶのスプリング破損又はコントローラー１０８”の誤動作を検出すると、コントローラー１０８”に組込まれたコンデンサー２７４を放電して、ソレノイド２６８を作動させる。それにより、バイパス・ゲート２６４が開いて、ＤＣＶ９０”を無効にする。オーバーライド・ゲート(override gate)２６４が開くと、ＤＣＶ９０”が不動作になり、それにより、パイロット弁８６”がＰＲＶ２６”の出口９６”に直接接続される。

図６に示したバイパス・ゲート２６４は、図５を参照して開示されているタイプの制御システムにも適用しうることは明らかである。さらに、コンデンサー２７４の放電によりソレノイド２６８を作動する代わりに、なんらかの故障状態を検出するたびに、オーバーライド制御信号ＯＲＣＳをコントローラー１０８”が発生しうる。例えば、コントローラーが信号を受信又は伝送できない通信の問題、電源故障、ＤＣＶに関係した機械的問題（例えば、スプリングの破損）、ソフトウエアの問題等の場合である。さらに、ソレノイドの代わりに、ゲートを開くのに他の手段、例えば、ハイドロリック又は空気圧を使用しうる。

ここで図７に注目すると、本発明の変形に基づく制御システムを全体として３００と指定して示している。図７の実施例では、図２で参照した要素と対応する要素は同一参照番号に２００を加算した番号で示している。制御システム３００は、供給配管３３２を通る流量が有意に低い場合、又、ＰＲＶ３２６が出口圧力を安定できない場合で、当該分野でハンチングと呼んでいる状況を扱うのに特に適している。これは、ＰＲＶ３２６が大流量を扱うように設計されているので、かつ、弁部材３５８が弁座６２’に対して無意味に移動することが装置を不安定にする場合に特に生じる。

この状況は図７に示すように、高流量制御回路３１９と低流量制御回路３２１を含む制御システム３００を設けることにより克服される。高流量制御回路３１９は高流量圧力制御弁ＨＦＰＲＶ３２６から成っていて、図２に関連して開示されたのと同様の制御システム、即ち、フィルター・ユニット３７８、流量制限オフィス３８０、圧力制御配管３８２、パイロット弁３８６及びＤＣＶ３９０を組込んでいる。コントローラー４０８はＤＣＶ３９０のアクチュエーター３９２を制御するために設けられていて、さらに、システムを通過する全流量を測定するために組込まれた流量計３２５が検出した流量信号ＦＲを受信する。流量計３２５はＨＦＰＲＶ３２６の前又は後だが、それぞれ、低流量制御回路３２１の分岐部より前又は後に取付けられる。

低流量圧力制御回路ＬＦＰＲＶは３２１と指定されていて、実際には、上流側入口配管３２０から伸びている配管セクション３２７、及び、下流側で主供給配管３３２に接続した出口側配管セクション３２９により高流量圧力制御弁ＨＦＰＲＶ３２６を無効にする配管システムである。低流量圧力制御弁ＬＦＰＲＶ３３１が低圧制御回路３２１を組込んだバイパスに沿って組込まれ、低圧制御回路３２１には同様の要素、即ちフィルター・ユニット３３３，流量制限オリフィス３３５、パイロット弁３３７から成り、ＬＦＰＲＶ３３１の下流側の位置３３９に接続している。流量制限オリフィス３３５とパイロット弁３３７の間にはＬＦＰＲＶ３３１の圧力チャンバー３４７に接続した圧力制御配管３４１が伸びていて、それは高流量制御回路３１９の構成及び図２で全体として３０と示された制御システムに類似している。

図７の実施例に基づく構成では、流量計３２５が流量を継続的に監視し、流量信号ＦＲをコントローラー４０８に送信する。流量が最低しきい値を下回ったことが検出されると、コントローラー４０８が制御信号ＣＳをＤＣＶ３９０のアクチュエーター３９２に送り、それにより、ＤＣＶのコイル・スプリングを圧縮し、それにより、ＤＣＶ３９０を通る流れを閉じる。結果として、もはやパイロット弁３８６を通る水が流れなくなり、それにより、ＨＦＰＲＶ３２６の制御チャンバー３６４の圧力が高くなり、それにより、弁部材３５８によりＨＦＰＲＶ３２６の流路を閉じる。すでに述べたように、流量計３３５はシステムを通る全流量を測定するのに適当な位置に配置しうる。

結果として、ＬＦＰＲＶ３３１の出口３３９での圧力がパイロット弁３３７で事前設定された圧力を下回り、それにより、そこを通る流路が開いて、低流量の水がバイパスを通りやすくする。

制御システム３００がその高流量回路に戻り、流量計３２５が（事前設定されたしきい値を上回る）高流量信号に対応した流量信号を発生して、コントローラー４０８に送り、コントローラー４０８が制御信号をＤＣＶ３９０のアクチュエーター３９２に送る。それにより、その流路を開く。そして、ＨＦＰＲＶ３２６を開き、同時に、ＬＦＰＲＶ３３１を閉じる。

本発明の実施例に基づく給水システムの概略表示である。 図１に示した給水システムの制御システムをいくぶん詳細に示した概略表示である。 本発明に基づく流量制御システムで用いられた差動制御弁を示す。 閉位置の弁を示す。 部分的開位置の弁を示す。 全開位置の弁を示す。 本発明に基づく差動制御弁の実施例で、弁は閉位置にある。 本発明の異なる実施例に基づく給水システムの概略表示である。 図５の実施例に基づく給水システムに用いられる制御システムの概略表示である。 本発明に基づく給水システムに関連したハンチングを防止するための制御システムの概略表示である。

Claims (5)

1. 供給配管及び消費者のネットワークから成る給水システムであって、
   消費者の１件が最小値の圧力を受ける監視対象消費者であり、
   圧力調整システムは、前記供給配管を向く入口と消費者の前記ネットワークを向く出口とを有しかつ公称出口圧力に事前設定されたパイロット弁と関連づけられた減圧弁（ＰＲＶ）を具備し、
   圧力制御システムは、パイロット弁の出口に接続されかつ前記パイロット弁に通じる少なくとも１つの入口と前記減圧弁の出口に接続されかつ前記減圧弁に通じる出口とを有する差動制御弁（ＤＣＶ）を具備し、
   検出装置が監視対象消費者での圧力を示す流れパラメーターを測定し、かつ、圧力信号をコントローラーに送るためにあり、
   前記コントローラーがその圧力信号に対応した制御信号を発生して、前記差動制御弁のアクチュエーターを作動させ、それにより、前記差動制御弁を通る流量を制御して、前記減圧弁を通る流量の変化に無関係に監視対象消費者での圧力を希望値とすることを特徴とする給水システム。
2. 静的入口、動的入口及び弁の出口が組込まれたハウジング、
   柔軟なダイアフラムにより密封可能に仕切られた制御チャンバー、そのダイアフラムがチャンバーを、静的入口に通じる第一チャンバーと、弁出口及び被制御流の通路に通じる第二チャンバーに分割し、被制御流の通路が前記第二チャンバーと前記動的入口の間を通じさせること、
   ダイアフラムに結合していて、かつ、その柔軟なダイアフラムの差圧による移動に応じて被制御流の通路内で軸方向に移動するスプリング付き密封部材、及び、
   密封部材を軸方向に移動させるアクチュエーターであって、それにより柔軟なダイアフラムに加わる差圧と当該アクチュエーター及びスプリングにより加えられる反対方向の力とだけに応じて被制御流の通路を通る流れを制御するための制御されたアクチュエーター、
   を具備する差動制御弁。
3. 供給配管及び消費者のネットワークから成る給水システムであって、
   消費者の１件が最小値の圧力を受ける監視対象消費者であること、
   圧力調整システムは、
   前記供給配管を向く入口と消費者の前記ネットワークを向く出口とを有する減圧弁（ＰＲＶ）及び基準出口圧力に事前に設定されたパイロット弁と、
   請求項２に基づきかつ前記パイロット弁の出口に接続されかつ前記パイロット弁に通じる少なくとも１つの入口と前記減圧弁の出口に接続されかつ前記減圧弁に通じる出口とを有する差動制御弁（ＤＣＶ）と、
   を具備すること、
   検出装置が監視対象消費者での圧力を示す流れパラメーターを測定し、コントローラーに圧力信号を送信するためであること、
   前記コントローラーが前記差動制御弁のアクチュエーターを作動させるために圧力信号に応答する制御信号を発生し、それにより、前記差動制御弁を通る流量を制御して、前記減圧弁を通る流量の変動と無関係に監視対象消費者での圧力を希望値にすることを特徴とする給水システム。
4. 供給配管と消費者のネットワークから成る給水システムで圧力を制御する方法で、
   消費者の１件が最小値の圧力を受ける監視対象消費者で、
   圧力調整システムは、前記供給配管を向く入口と消費者の前記ネットワークを向く出口とを有しかつ基準出口圧力に事前設定されたパイロット弁を取付けた減圧弁（ＰＲＶ）を具備し、圧力制御システムが前記パイロット弁に直列接続されかつ前記パイロット弁の出口に接続されかつ前記パイロット弁に通じる少なくとも１つの入口と前記減圧弁の出口に接続されかつ前記減圧弁に通じる出口とを有する差動制御弁（ＤＣＶ）、流量パラメーター検出装置及びコントローラーを具備し：
   （ｉ）監視対象消費者での圧力を示す流れパラメーターを測定し、コントローラーに圧力信号を送信すること、
   （ｉｉ）コントローラーが制御信号を発生し、前記制御信号が圧力信号に対応すること、（ｉｉｉ）制御信号が前記差動制御弁のアクチュエーターを作動し、それにより、前記差動制御弁を通る流量を制御して、パイロット弁を通る流量を制御し、前記減圧弁を通る流量の変動とは無関係に監視対象消費者での圧力を希望値にすること、
   のステップを具備する方法。
5. 少なくとも１件の消費者に接続した配管、高流量の流路及び平行して設置されてバイパスになる低流量の流路から成る圧力調整システムを具備する給水システムであって、
   前記の高流量の流路が高い基準流量の出力を有し、第一の基準出口圧力に事前設定されたパイロット弁と関連付けられている高流量圧力制御弁（ＨＦＰＲＶ）を含み、圧力制御システムがコントローラー、差動制御弁（ＤＣＶ）、システムを通る流量を測定するための検出装置を含み、前記低流量の流路が低流量の基準出力を有し、第二の基準出口圧力に事前設定されたパイロット弁と関連付けられている低流量減圧弁（ＬＦＰＲＶ）を含み、前記検出装置がコントローラーに流れパラメーター信号を送り、コントローラーが対応する制御信号を発生して、前記差動制御弁のアクチュエーターを作動させ、それにより、前記差動制御弁を通る流量を制御し、それにより、流れパラメーターの信号が事前設定値を下回った場合、前記差動制御弁が閉じて、それに伴って前記高流量圧力制御弁が閉じ、同時に前記低流量減圧弁が開き、流れパラメーターが前記事前設定値を超えた場合、前記低流量減圧弁が閉じて、前記高流量圧力制御弁が開くことを特徴とする給水システム。

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