JP5680543B2 - 水の流れを検出する方法と装置 - Google Patents

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、その接合部、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、単一の圧力センサーによって発生する信号が、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の、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と運ばれる。

文献US2002/0148515（特許文献２）は、漏れ動作と同様の動作をする機械的構造をもつ電磁弁について述べられている。漏れ動作とは、そのような漏れがあるかどうかを判断するために、さらに検出されるような動作である。

米国特許第４７３５２３１号明細書 米国特許出願公開第２００２／０１４８５１５号公報

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。

課題を解決するための手段及び効果

本発明は、ある消費設備内の水の流れを検出する方法に関するものであり、当該方法は、水を供給するための少なくとも一つの開閉手段と、電磁弁が取り付けられた流入管を介して水が供給される前記消費設備と、上流圧力信号を発することができる、電磁弁の上流側に配された第１圧力センサーと、下流圧力信号を発することができる、電磁弁の下流側に配された第２圧力センサーとを備えている。

上記方法は、上流圧力信号(Pam) の値と下流圧力信号の値との間における圧力差を計算すること、該圧力差と少なくとも一つのトリガー閾値とを比較することを含んでいる。

前記方法は、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、電磁弁を開く指令信号が発生せられ、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する。また前記圧力差が生じると、流れ信号が発生する。
この流れ信号は、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役目をもつ。

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、ただちに電磁弁を開く前記指令信号が発せられる。
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が生じ、電磁弁を閉じる前記指令信号は、この閉じる指令信号に関して予め決められた時間差をもって遅れさせるようにするとよい。

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するとよい。
上述のようにして発生する流れ信号は、電磁弁を閉じる指令信号と電磁弁を開く連続する指令信号とを分ける持続時間となりうる。

本発明はまた、ある消費設備内の、水の流れを検出する方法に関するものであり、その方法は、水を供給するための少なくとも一つの開閉手段と、圧力降下が生じる電磁弁を有する流入管を介して水が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前記電磁弁の上流に配された第１圧力センサーと、下流圧力信号を発することができる前記電磁弁の下流に配された第２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との間の差を計算することと、当該差と少なくとも一つのトリガー閾値とを比較することとを含んでいる。
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、電磁弁を開く信号が生じ、ただちに電磁弁を開く指令信号が発せられる。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、タイマー遅延時間を過ぎたのち、電磁弁を閉じる指令信号が発せられる。閉鎖信号と連続する開放信号との間の時間が予め決められた時間よりも少ないときに、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するとよい。

電磁弁を閉じる指令信号と電磁弁を開く連続する指令信号との間のそれぞれの時間が記憶される。

記憶された各時間が比較され、予め決められた数の連続する時間がおおよそ等しいとき、アラーム信号が発せられる。
開放指令信号のあとであって、予め決められた安全時間内に閉鎖指令信号が続かないときは、電磁弁を閉じるための安全指令信号が発せられる。

また本発明は、消費設備内の、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水を供給する一つ以上の開閉手段を備えている。
前記水の流れを検出する装置は、圧力低下を生じる電磁弁と、電磁弁の上流に取り付けられ、上流圧力信号を発することができる第１圧力センサーと、電磁弁の下流に取り付けられ、下流圧力信号を発することができる第２圧力センサーと、上流圧力信号の値と下流圧力信号の値との間の前記差の機能と同様の、閉鎖状態と開放状態との間で前記電磁弁に指令を発することができる管理手段とを有し、当該管理手段は、前記差の値により発すると同様に、上記流れ信号を発することが可能である。

本発明は、限定され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とその操作方法を検討することで、より理解できる。

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、水を消費する設備（消費設備）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る開閉手段とからなり、この開閉手段は、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、異なるタイプの水の流れ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１の劣化によって引き起こされる微量の水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 に取り付けられた電磁弁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第１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第２圧力センサー7 とを含んでいる。
前記電磁弁5 は、水が流れている場合に、下流圧力信号Pav が上流圧力信号Pam よりも小さくなるような圧力降下を生じるものが選ばれる。

図２に示されるように、流れ検出装置4 は、第１圧力センサー6 および第２圧力センサー7 によって発せられる上流圧力信号Pam および下流圧力信号Pav を処理して、電磁弁5 への開放指令信号および閉鎖指令信号と、微量な漏れまたは大きな漏れ等の流れ検出信号とを発することができる電子回路8 を含んでいる。

前記電子回路8 は、上流圧力信号Pam および下流圧力信号Pav の間の圧力差に対応する信号ΔP を発する第１のコンパレーター9 を有する。

前記電子回路8 は、圧力差の信号ΔP を受信し、同信号ΔP が予め決められた開放トリガー閾値S ΔPoを超えるとき、電磁弁５の開放信号Soを発する第２のコンパレーター10を含んでいる。前記開放信号Soは、電磁弁5 を開放状態に切り替えるため、電磁弁5 に直接送られる開放指令信号Coを構成する。他の態様において、前記開放指令信号Coは前記閉鎖信号Sfに関してオフセットされる。

前記電子回路8 は、前記圧力差の信号ΔP を受信し、信号ΔP が予め決められた閉鎖トリガー閾値S ΔPfを下回るとき、電磁弁5 を閉じる閉鎖信号Sfを発する第３のコンパレーター11を含んでいる。

予め決められた前記閉鎖トリガー閾値S ΔPfは、予め決められた前記開放トリガー閾値S ΔPoよりも低いことが望ましい。

前記電気回路8 は、前記閉鎖信号Sfを受信し、予め決められたタイマー遅延時間Δt を経てオフセットされる閉鎖指令信号Cfを発するタイマー12を含んでいる。前記閉鎖指令信号Cfは、電磁弁5 を閉鎖状態に切り替えて、その状態を保つために電磁弁5 へと送られる。

前記流れ検出装置4 は以下に述べるような操作が可能である。
事例１：蛇口3 は閉じており（水は必要とされていない）、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、あるいは圧力差の信号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、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。もし前記圧力差の信号ΔP の値が、開放トリガー閾値S ΔPoに達するか、あるいはこれを超えた場合、第２のコンパレーター10は、開放指令信号Coを発して電磁弁5 に送り、開放状態(ON)へとただちに切り替えて水を供給する。
水が意図的に汲み出されている限り、すなわち圧力差の信号ΔP の値が閉鎖トリガー閾値 SΔPfを下回っている限り、電磁弁5 が本質的に備えている圧力降下によって、後者は開放状態を維持して、水が供給される。

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。圧力差の信号ΔP の値が閉鎖トリガー閾値S ΔPfを下回った場合、第３のコンパレーター11はタイマー12に電磁弁を閉じる閉鎖信号Sfを発する。
タイマー遅延時間Δt の間、水の需要がない場合、前記タイマー12は、タイマー遅延時間Δt の終わりに、閉鎖状態(OFF) に切り替えるための前記閉鎖指令信号Cfを電磁弁5 へ送る。

タイマー遅延時間Δt の間に、水が汲み出される場合、圧力差の信号ΔP の値は、開放トリガー閾値S ΔPo以上に高くなる。そのため前記電磁弁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、前記第２のコンパレーター10はタイマー12にリセット信号を送る。タイマー遅延時間Δt は、この遅延時間内に起こる、相対的に時間が接近する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。前記圧力差の信号ΔP が開放トリガー閾値S ΔPoに達するか、これを超えると、第２のコンパレーター10は、電磁弁5 に対し電磁弁5 を開く開放指令信号Coを発して、ただちに開放状態(ON)に切り替える。

蛇口3 を閉じると、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。上記圧力差の信号ΔP が閉鎖トリガー閾値S ΔPfを下回ると、第３のコンパレーター11が、タイマー12に対して電磁弁5 を閉じる閉鎖信号Sfを発する。タイマー遅延時間Δt の終わりに、前記タイマー12は電磁弁5 に閉鎖指令信号Cfを送って、電磁弁5 を閉鎖状態(OFF) に切り替える。
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。

前記連続的なサイクルや複数のサイクルの最中のいつでも蛇口3 を開くことによって水の供給が要求されると、進行中の前記サイクルは停止し、流れ検出装置4 が、上記事例２と同じように作動し始める。新たなサイクルは、電磁弁5 を閉じるための以後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、通常の供給割合よりも、本来、かなり小さいので、事例２で述べた操作が妨げられることはない。前記電磁弁５が閉じられない限り、下流圧力信号Pav 上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、上記タイマー12によって発せられた電磁弁5 を閉じる閉鎖指令信号Cfによって作動を開始し、電磁弁5 を開く開放指令信号Coによって停止する。このように、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）への切り替えとの間を隔てる持続時間値D を提供する。

前記持続時間値D は、参考持続時間値Dmaxとともに、第４のコンパレーター14へと送られる。ここで参考持続時間値Dmaxは、たとえば後述するシフト記録器に記録されたｎサイクル目までの持続時間値Dnの中で最も大きな持続時間値に決めることができる。
前記持続時間値D が参考持続時間値Dmaxよりも大きくなると、リセット信号がクロノメーター13に送られる。このことは、前記持続時間値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ほどの微量の漏れもないことを意味する。
前記持続時間値D が参考持続時間値Dmaxよりも小さくなると、意図的に汲み出された水および／または微量の漏れの結果、電磁弁5 を経る流れがあることを意味する。持続時間値D は、値Dnとして比較記録器15において記録される。

比較記録器15は、記録された持続時間値Dnを比較することができる。
持続時間値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、比較記録器15が、等しくない連続する持続時間値Dnのサイクル数ｎ、または連
続する持続時間値Dn間の予め決められた差、すなわち予め決められた小さな差がある連続する持続時間値Dnのサイクル数ｎを検出するとき、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に表示および／または警告音という形により、比較記録器15は信号送信手段16に対してアラーム信号Saを発する。たとえば、前記比較記録器15は最後のｎサイクル目の連続する持続時間値Dnをメモリーに保持するだけのシフト記録器である。

上述した事例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予想される。

電子回路8 はプロセッサー17をも備えている。
電磁弁5 の流れの特徴を把握し、ｎ連続持続時間値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、開放信号So（開放指令信号Co）によって作動し始め、閉鎖信号Sf（あるいは閉鎖指令信号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。電磁弁を閉じる閉鎖信号Sf（あるいはその閉鎖指令信号Cf）が、参考持続時間値Dmaxよりも大きい安全時間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。このことは、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している。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へと送られる。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。

上述の通り、前記検出装置４の操作は上流圧力値Pam および下流圧力値Pav の値の間の差に従うが、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、第１圧力センサーが取り除かれるといったように、上流圧力値Pam が固定されうる。上流圧力値Pam は第１のコンパレーター9 に供給される参考値となりうる。

電磁弁５は、常時開、常時閉、あるいは双安定に設定できる。
限定されない実施例によると、下記の値が採用される。
タイマー信号Δt の値は、0.1 〜15分の間になりうる。
参考持続時間Dmaxの値は、少なくとも10秒になりうる。
安全持続時間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時間値Dn、あるいは連続持続時間値Dn間の予め決められた差を持つ連続持続時間値Dnのサイクル数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時間値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 を開放状態に切り替える、例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、予め決められた期間、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 を避けうるバイパス管を備え、流れ検出装置4 が詰まるか、あるいは欠陥がある場合に、蛇口3 に供給すべく、前記バイパス管に手動弁を備えさせることもできる。

図に関して述べられた上記操作における具体的圧力値は、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信号Pam は、別の参考圧力、たとえば固定圧力値、または、下流圧力値の信号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、上述の操作を変更することなく、第２圧力センサー7 によって測定され、記憶される。この場合、第１圧力センサー6 は除外されていてもよい。

Claims (5)

1. 消費設備(1) 内の水の流れを検出する方法であって、当該方法は、水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) が取り付けられた流入管(2) を介して水が供給される前記消費設備(1) と、上流圧力信号(Pam) を発することができる電磁弁(5) の上流側に配された第１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(5) の下流側に配された第２圧力センサー(7) と、を備えており、
   前記方法は、
   上流圧力信号(Pam) の値と下流圧力信号(Pav) の値との間における差( ΔP)を計算することと、一つの開放トリガー閾値(SΔPo) 及び一つの閉鎖トリガー閾値(SΔPf) と前記差 (ΔP)とを比較することとを含み、
   前記開放トリガー閾値(SΔPo) の値は、前記閉鎖トリガー閾値(SΔPf) の値よりも大きく、さらに前記方法は、
   電磁弁(5) が閉じられており、前記圧力差( ΔP)が、前記開放トリガー閾値(SΔPo) に達するか、これを超えたとき、ただちに電磁弁(5) を開く連続指令信号(Co)を発して電磁弁(5) を開き、
   電磁弁(5) が開かれており、前記圧力差( ΔP)が、前記閉鎖トリガー閾値(SΔPf) に達するか、これを下回ったとき、電磁弁(5) を閉じる指令信号(Cf)を発して、電磁弁(5) を閉じ、
   電磁弁(5) を閉じる前記指令信号(Cf)と電磁弁(5) を開く前記連続指令信号(Co)との間のそれぞれの連続持続時間(Dn)が記憶及び比較され、おおよそ等しい連続持続時間(Dn)が予め決められた数(n) に達したことが検出された場合、アラーム信号(Sa)が発せられる。
2. 前記圧力差( ΔP)が前記開放トリガー閾値(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に記載の方法。
3. 前記圧力差( ΔP)が前記閉鎖トリガー閾値(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(5) を閉じる前記信号(Sf)が出された後の予め決められたタイマー遅延時間( Δt)を遅れて電磁弁(5) を閉じる前記指令信号(Cf)が発せられる、請求項１又は２に記載の方法。
4. 電磁弁(5) を開く指令信号（Co) の後に、規定の安全時間内に、電磁弁(5) を閉じる指令信号（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１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の方法に従って消費設備(1) 内の、水の流れを検出する装置であり、前記消費設備(1) は、流入管(2) によって供給される水を供給するための少なくとも一つの開閉手段(3) を備えてなり、
   前記水の流れを検出する装置は、
   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(5) の上流に取り付けられた、第１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(5) の下流に取り付けられた、第２圧力センサー(7) と、
   閉鎖状態と開放状態との間にある電磁弁(5) に、開放指令信号(Co)と閉鎖指令信号(Cf)とを発することができ、前記開放指令信号(Co)と閉鎖指令信号(Cf)とを発するために、一つの開放トリガー閾値(SΔPo) と一つの閉鎖トリガー閾値(SΔPf) とに関して、上流圧力信号(Pam) の値と下流圧力信号(Pav) の値との間の差 (ΔP)を比較することができる管理手段（8)と、を備えている。

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