JP6279243B2

JP6279243B2 - 流向推定システム、及び流向推定方法

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Publication number: JP6279243B2
Application number: JP2013159247A
Authority: JP
Inventors: 聰畑中
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2033-07-31
Also published as: JP2015031530A

Description

本発明は、管路内を流れる液体の流向を推定する流向推定システム、及び流向推定方法に関する。

従来、水道管路等の管路網内の水の流向を推定するものとして、例えば特許文献１に示すものが知られている。特許文献１では、ヘーゼン・ウィリアムズ式を用いた理論値に基づいて推定が行われていた。このヘーゼン・ウィリアムズ式は、配管内の水の流れを、配管の物理特性、及び摩擦による圧力損失によって関連付けた経験式である。

特開平７−１８７０８号公報

ここで、上述のようにヘーゼン・ウィリアムズ式を用いることによって推定された流向は、理論値に基づいて推定されたものである。従って、より実測値に基づいた推定を行うことにより、管路網内の液体の流向の推定精度を更に向上させることが求められていた。一方で、推定精度を向上させるために、特別な計測器（例えば、電磁流量計等）を用いる場合は、コストが増加し、広域にわたって適用することが困難であるという問題がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、管路内の液体の流向の推定精度を容易に向上することができる流向推定システムを提供することを目的とする。

本発明に係る流向推定システムは、管路内を流れる液体の流向を推定する流向推定システムであって、管路に設けられた第１の圧力検出部及び第２の圧力検出部と、管路内の流向を推定する推定部と、を備え、管路は、少なくとも第１の圧力検出部と第２の圧力検出部との間の領域で閉じられており、推定部は、第１の圧力検出部で検出される圧力、及び第２の圧力検出部で検出される圧力に基づいて、管路内の流向を推定する。

本発明に係る流向推定システムは、管路に設けられた第１の圧力検出部及び第２の圧力検出部を有しており、管路は、少なくとも第１の圧力検出部と第２の圧力検出部との間の領域で閉じられている。このような構成とした場合、第１の圧力検出部によって検出される圧力と第２の圧力検出部によって検出される圧力の差によって、管路内を流れる液体の流向を推定することが可能となる。従って、推定部は、第１の圧力検出部で検出される圧力、及び第２の圧力検出部で検出される圧力に基づいて、管路内の流向を推定することができる。このように、圧力検出部が検出した実測値に基づいて流向を推定することで、推定精度を向上させることができる。また、特別な計測器ではなく、圧力検出部を用いることで、流向の推定精度を容易に向上させることができる。このように、管路内の流向を精度良く、且つ容易に推定した結果を用いることで、管路網全体としての液体の経路などを実測値に基づいて精度良く推定することが可能となる。

本発明に係る流向推定システムにおいて、推定部は、管路内を流れる液体の流量を推定してよい。推定部が、流向のみならず流量も推定することにより、例えば管路網内での液体の滞留時間などを予測することも可能となる。

本発明に係る流向推定システムにおいて、推定部は、第１の圧力検出部による検出箇所の高さ位置及び第２の圧力検出部による検出箇所の高さ位置を考慮して推定を行ってよい。これによって、推定部は、管路内の流向を更に精度良く推定することができる。

本発明に係る流向推定方法は、管路内を流れる液体の流向を推定する流向推定方法であって、管路に設けられた第１の圧力検出部及び第２の圧力検出部を用いて圧力を検出する工程と、管路内の流向を推定する工程と、を備え、管路は、少なくとも第１の圧力検出部と前記第２の圧力検出部との間の領域で閉じられており、管路内の流向を推定する工程において、第１の圧力検出部で検出される圧力、及び第２の圧力検出部で検出される圧力に基づいて、管路内の流向を推定する。

本発明に係る流向推定方法によれば、上述の流向推定システムと同様な効果を得ることができる。

本発明によれば、管路内の液体の流向の推定精度を容易に向上することができる。

本発明の実施形態に係る流向推定システムが適用された管路網を示す概略図である。圧力検出部が設けられた管路を示す概念図である。本発明の実施形態に係る流向推定システムの処理の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明においては、同一の要素には同一の符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る流向推定システム１が適用された管路網１００を示す概略図である。管路網１００は、供給源１０１から供給される液体を各需要点Ｈへ分配することができる。本実施形態では、液体として水を分配する場合の管路網１００を例にして説明する。この場合、供給源１０１として上水プラントなどが挙げられる。図１では、管路網１００の全体構成の一例が示されている。管路網１００は、複数の管路ＰＬを接続し、且つ分岐させることによって構成されている。需要点Ｈは、例えば、主要な管路ＰＬから分岐した分岐管路ＰＬＤに接続されており、水を利用する各住居や、工場などが需要点Ｈに該当する（なお、図１においては需要点Ｈが一部のみ示され、他は省略されている）。なお、管路網１００には、図示されないバルブやポンプが設けられている。管路網１００には、管路網１００を流れる水中の残留塩素の濃度を測定する測定点１０２が設けられている。管路網１００では、残留塩素濃度は、所定の基準値（例えば、０．１ｍｇ／Ｌ）以上であることが要求される。従って、測定点１０２では、水の残留塩素濃度が基準値を満たしているかどうかの監視が行われる。

ここで、管路網１００では、管路ＰＬが複雑に分岐していることによって、供給源１０１から供給された水は、管路ＰＬによって構成される様々なパターンの経路を通過することができる。水が流れる経路は、各需要点Ｈでの需要状況などによって変化する。従って、管路網１００内の水の経路によって、ある管路ＰＬにおいては、水の流れる向き、すなわち流向が変化する。例えば、図１においてＡで示す部分では、方向Ｗ１に流れる水が方向Ｗ２及び方向Ｗ３に分岐されて流れる場合がある。あるいは、方向Ｗ４に流れる水が方向Ｗ５及び方向Ｗ６に分岐されて流れる場合がある。また、方向Ｗ２，Ｗ３へ流れる水の量も状況によって異なり、方向Ｗ５，Ｗ６へ流れる水の量も状況によって異なる。従って、一つの管路ＰＬに注目したとき、図１中で矢印で示すように、流向が方向Ｄ１となる場合もあれば、方向Ｄ２となる場合もある。本実施形態に係る流向推定システム１は、管路ＰＬ内を流れる水の流向を推定することができるシステムである。また、流向推定システムは、管路網１００内の局所的な流向を複数カ所にわたって推定することで、管路網１００全体としての水の経路も推定することができる。

具体的に、流向推定システム１は、管路ＰＬに設けられた圧力検出部２と、流向推定システム１全体の制御及び演算を行う制御部１０と、を備えている。圧力検出部２は制御部１０に電気的に接続されている。制御部１０は、管路ＰＬ内の流向及び流量を推定する推定部１１と、各種演算を行う演算部１２と、各種情報を記憶する記憶部１３と、を備えている。

圧力検出部２は、管路ＰＬ内を流れる水の圧力を検出すると共に、検出した圧力を制御部１０へ送信する機能を有している。圧力検出部２は、液体の圧力の検出に一般的に用いられる圧力センサなどによって構成され、半導体ゲージ式の、すなわちバルク型半導体歪ゲージ、蒸着型半導体歪ゲージや拡散半導体歪ゲージタイプの圧力センサ、または静電容量式のタイプの圧力センサなど、特にタイプは限定されない。流向推定システム１では、少なくとも一対の圧力検出部２が、一の組をなしている。図１では、管路網１００中の管路ＰＬに対して、圧力検出部２Ａ、及び当該圧力検出部２Ａと対となる圧力検出部２Ｂが設けられている。圧力検出部２Ａを請求項における「第１の圧力検出部」と見なし、圧力検出部２Ｂを請求項における「第２の圧力検出部」と見なしてよい。あるいは、圧力検出部２Ａを請求項における「第２の圧力検出部」と見なし、圧力検出部２Ｂを請求項における「第１の圧力検出部」と見なしてよい。なお、圧力検出部２Ａ，２Ｂの組は、管路網１００内のどの管路ＰＬに設けてもよく、図１に示す以外の部分にも設けてよい。なお、三つ以上の圧力検出部を一組として扱ってもよい。

制御部１０の推定部１１は、一の圧力検出部２Ａで検出される圧力、及び圧力検出部２Ｂで検出される圧力に基づいて、圧力検出部２Ａ，２Ｂが設けられている管路ＰＬ内の水の流向を推定する機能を有している。推定部１１は、圧力検出部２Ａで検出される圧力と圧力検出部２Ｂで検出される圧力との差（例えば、水頭差）に基づいて、流向を推定することができる。また、推定部１１は、圧力検出部２Ａによる検出箇所の高さ位置と圧力検出部２Ｂによる検出箇所の高さ位置を考慮して、流向の推定を行う。すなわち、推定部１１は、地盤高を考慮して流向を推定する。なお、地盤高は、記憶部１３に予め記憶されている。

例えば、図２（ａ）に示すように、圧力検出部２Ａによる検出箇所の高さ位置と圧力検出部２Ｂによる検出箇所の高さ位置とが同じである場合、推定部１１は、圧力検出部２Ａで検出される圧力より圧力検出部２Ｂで検出される圧力が高いときに、流向は圧力検出部２Ｂから圧力検出部２Ａへ向かう方向Ｄ１であると推定する。推定部１１は、圧力検出部２Ｂで検出される圧力より圧力検出部２Ａで検出される圧力が高いとき、流向は圧力検出部２Ａから圧力検出部２Ｂへ向かう方向Ｄ２であると推定する。例えば、図２（ｂ）に示すように、圧力検出部２Ａによる検出箇所の高さ位置が圧力検出部２Ｂによる検出箇所の高さ位置よりも高い場合、推定部１１は、圧力検出部２Ａで検出される圧力と圧力検出部２Ｂで検出される圧力の差（水頭差）、及び検出箇所の高さの差を考慮して流向を推定する。

上述のように、推定部１１は、圧力検出部２Ａと圧力検出部２Ｂとの間の圧力の差を考慮して推定を行うため、図２（ａ）に示すように、管路ＰＬのうち、少なくとも圧力検出部２Ａが設けられている箇所と圧力検出部２Ｂが設けられている箇所との間の領域（図においてＥで示す領域）は、閉じられている。領域Ｅにおいては、管路ＰＬ内の内部空間が閉じられた空間となっており、管路ＰＬから他の管路ＰＬ，ＰＬＤ（例えば、図において仮想線で示す）が分岐していない状態となっている。これによって、領域Ｅでは、管路ＰＬの軸方向以外の方向へは水が流れていくことなく、圧力検出部２Ａ，２Ｂで検出される圧力による流向の推定が可能となっている。なお、領域Ｅから他の管路ＰＬ，ＰＬＤが分岐していたとしても、分岐した他の管路ＰＬ，ＰＬＤの途中、又は端部で完全に閉じられており水が流れて行かない状態となっていることで、圧力検出部２Ａ，２Ｂから流向を推定可能であれば、「領域Ｅが閉じられている状態」に該当する。

推定部１１は、管路ＰＬ内を流れる水の流量を推定する機能を更に有している。推定部１１は、圧力検出部２Ａ，２Ｂで検出した圧力に加え、管路ＰＬの内径や材質等の配管抵抗に基づいて演算することによって、流量を推定することができる。なお、管路ＰＬの内径や材質等、流量の推定に必要なデータは、記憶部１３に予め記憶されている。以上のように、推定部１１は、管路網１００中の各箇所における管路ＰＬについての流向及び流量を推定することができる。

演算部１２は、推定部１１による推定結果に基づいて各種演算を行う機能を有している。推定部１１は、圧力検出部２が設けられている管路ＰＬのそれぞれについての流向及び流量を推定することができるものであり、演算部１２は、推定部１１の推定結果に基づいた演算を行うことによって、管路網１００全体の水の流れに関する状態を把握することができる。すなわち、演算部１２は、管路網１００内における水の経路を演算し、どの管路ＰＬにどの程度の量の水が流れているかを把握することができる。演算部１２は、管路網１００内の各箇所における圧力検出部２の実測値に基づく推定結果を繋ぎ合わせて演算することで、圧力検出部２が設けられていない管路ＰＬでの水の流れについても演算することができる。

また、演算部１２は、管路網１００全体の水の流れに関する状態を把握することによって、管路網１００内における水の滞留時間を演算によって予測することができる。また、演算部１２は、水の経路（水が管路網１００内を流れる距離）及び各管路ＰＬにおける流速に基づいて、水の滞留時間を演算することができる。すなわち、演算部１２は、管路網１００内の所定の箇所では、供給源１０１から供給されてどの程度時間が経過した水が流れるかを予測することができる。演算部１２は、管路網１００内の各箇所における水の滞留時間を予測することができる。

ここで、管路網１００を流れる水の残留塩素濃度は、管路内の汚れ、水質、水温、滞留時間（供給源１０１を出てから管路網１００内を流れている時間）などによって影響を受ける。このうち、滞留時間は、管路網１００内の水の経路によって大きく変動する。従って、本実施形態では、演算部１２は、管路網１００内における水の滞留時間に基づいて、水中の残留塩素濃度を演算によって予測することができる。演算部１２は、管路網１００内の各箇所における残留塩素濃度を予測することができる。なお、管路内の汚れ、水質、水温等、残留塩素濃度に影響を与える他の情報について記憶部１３に記憶しておき、演算部１２は、残留塩素濃度の予測の際にこれらの情報を考慮してもよい。また、記憶部１３内のこれらの情報を定期的に更新してよい。

次に、図３を参照して、流向推定システム１の処理の一例について説明する。図３は、流向推定システム１による処理の一例を示すフローチャートである。図３に示す処理は、流向推定システム１の制御部１０内で所定のタイミングで繰り返し実行される。

図３に示すように、制御部１０の推定部１１は、一組の圧力検出部２Ａ，２Ｂから水圧を取得する（ステップＳ１０）。また、推定部１１は、記憶部１３から情報を読み出すことによって、推定に必要な各種値を取得する（ステップＳ２０）。推定部１１は、圧力検出部２Ａ，２Ｂが設けられている管路ＰＬについての内径や材質等の情報を取得する。推定部１１は、Ｓ１０及びＳ２０で取得した情報に基づいて、推定対象となる管路ＰＬについての、水の流向及び流量を推定する（ステップＳ３０）。管路網１００内には、複数組の圧力検出部２Ａ，２Ｂが、各箇所における管路ＰＬに対してそれぞれ設けられている。従って、推定部１１は、管路網１００内の全ての組の圧力検出部２Ａ，２Ｂについて、Ｓ１０〜Ｓ３０の処理を行う（ステップＳ４０）。

Ｓ４０の処理によって、制御部１０は、管路網１００内の各箇所における流向と流量を把握することができる。従って、制御部１０の演算部１２は、Ｓ４０での推定結果に基づいて、管路網１００全体の状態を把握する（ステップＳ５０）。すなわち、演算部１２は、管路網１００内で、水がどのような経路で流れているかを把握すると共に、管路網１００内の各箇所でどの程度の量の水が流れているかを把握する。演算部１２は、Ｓ５０の演算結果に基づいて、管路網１００内の各箇所における水の滞留時間を予測する（ステップＳ６０）。また、演算部１２は、Ｓ６０の演算結果に基づいて、管路網１００内の各箇所における水の残留塩素濃度を予測する（ステップＳ７０）。Ｓ７０の処理が終了すると、再びＳ１０から処理が繰り返される。

以上の処理によって、実際に測定した圧力に基づいて、管路網１００中を流れる水の経路や流量を把握することができるため、モニタなどに管路網１００の状況を示したマップを、水の流れの状況とともに表示してもよい。これにより、利用者は、実測値に基づくリアルタイムな水の流れを把握し管理することができる。

また、管路網１００内の残留塩素濃度が基準値を下回ると予測された場合は、下回らないための措置を実行してもよい。なお、残留塩素濃度が基準値を下回るか否かの判断は、必ずしも測定点１０２での残留塩素濃度の予測値を用いる必要はなく、管路網１００内で測定点１０２よりも残留塩素濃度が低くなる箇所がある場合は、当該箇所での残留塩素濃度の予測値を用いて判断してよい。なお、残留塩素濃度監視用の測定器を当該箇所に設置してもよい。例えば、制御部１０は、供給源１０１へ信号を送信し、供給源１０１から供給される水の塩素濃度を高めてよい。あるいは、制御部１０は、管路網１００中のバルブやポンプなどに信号を送信することによって、滞留時間を短くすることで残留塩素濃度が低下しないように、水の経路を変更してもよい。また、自動捨水装置を用いて水を捨ててもよい。このとき、本実施形態に係る流向推定システム１によって得られた管路網１００の水の流れの経路や流量等の情報を用いて、自動捨水装置の最適な設置個所を選定することもでき、管路網１００全体の水運用に役立てることもできる。従って、管路計画、配水計画、水質管理等の総合的な運用に、本実施形態に係る流向推定システム１を有効に活用することも可能となる。

次に、本実施形態に係る流向推定システム１の作用・効果について説明する。

例えば、従来は、ヘーゼン・ウィリアムズ式を用いることによって管路網内の流向が推定されていたが、このような推定結果は、理論値に基づいて得られたものである。従って、より実測値に基づいた推定を行うことにより、管路網内の液体の流向の推定精度を更に向上させることが求められていた。また、例えば、実測値を用いて流向を推定する方法として、電磁流量計等を用いて実管路（消火栓等の管路露出部）を計測して流向を推定する方法が挙げられる。しかしながら、このように、特別な計測器を用いる場合は、適用のために多大な労力とコストがかかってしまい、広域にわたって適用して管路網全体を測定することが困難であるという問題がある。

一方、本実施形態に係る流向推定システム１は、管路ＰＬに設けられた圧力検出部２Ａ及び圧力検出部２Ｂを有しており、本実施形態に係る流向推定方法では、管路ＰＬに設けられた圧力検出部２Ａ及び圧力検出部２Ｂを用いて圧力を検出する工程を有している。また、管路ＰＬは、少なくとも圧力検出部２Ａと圧力検出部２Ｂとの間の領域Ｅで閉じられている。このような構成とした場合、圧力検出部２Ａによって検出される圧力と圧力検出部２Ｂによって検出される圧力の差によって、管路ＰＬ内を流れる水の流向を推定することが可能となる。従って、推定部１１は、圧力検出部２Ａで検出される圧力、及び圧力検出部２Ｂで検出される圧力に基づいて、管路ＰＬ内の流向を推定することができる。このように、圧力検出部２Ａ，２Ｂが検出した実測値に基づいて流向を推定することで、推定精度を向上させることができる。また、特別な計測器ではなく、安価で適用も容易な圧力検出部２Ａ，２Ｂを用いることで、流向の推定精度を容易に向上させることができる。また、圧力検出部２Ａ，２Ｂを用いることによる推定方法は、容易に且つ安価に適用することができるため、広い範囲に亘って適用することができる。従って、管路網１００全体の水の経路を推定することもできる。このように、管路内の流向を精度良く、且つ容易に推定した結果を用いることで、管路網１００全体としての水の経路などを実測値に基づいて精度良く推定することが可能となる。

また、本実施形態に係る流向推定システム１において、推定部１１は、管路ＰＬ内を流れる水の流量を推定する。推定部１１が、流向のみならず流量も推定することにより、例えば管路網１００内の水の滞留時間などを予測することも可能となる。

また、本実施形態に係る流向推定システム１において、推定部１１は、圧力検出部２Ａによる検出箇所の高さ位置及び圧力検出部２Ｂによる高さ位置を考慮して推定を行っている。これによって、推定部１１は、管路ＰＬ内の流向を更に精度良く推定することができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、図１に示す管路網１００の構成は一例に過ぎず、適宜変更してもよい。また、上述の実施形態では、分配する液体は水であって、各需要点に水を分配する場合の管路網について説明を行った。しかしながら、分配する液体は水に限られない。

１…流向推定システム、２Ａ…圧力検出部（第１の圧力検出部、第２の圧力検出部）、２Ｂ…圧力検出部（第２の圧力検出部、第１の圧力検出部）、１０…制御部、１１…推定部、１２…演算部、１３…記憶部、１００…管路網。

Claims

管路内を流れる液体の流向を推定する流向推定システムであって、
前記管路に設けられた第１の圧力検出部及び第２の圧力検出部と、
前記管路内の流向を推定する推定部と、を備え、
前記管路は、少なくとも前記第１の圧力検出部と前記第２の圧力検出部との間の領域で閉じられており、当該領域では、前記管路の軸方向以外の方向へは前記液体が流れておらず、
前記推定部は、前記第１の圧力検出部で検出される圧力、及び前記第２の圧力検出部で検出される圧力の圧力差に基づいて、前記管路内の流向を推定し、
前記推定部は、前記管路内を流れる液体の流量を推定すること、及び前記第１の圧力検出部による検出箇所の高さ位置及び前記第２の圧力検出部による検出箇所の高さ位置を考慮して推定することの、少なくとも一方を行う、流向推定システム。
複数の管路を接続し、且つ分岐させることによって管路網が構成され、
前記管路網は、所定範囲内に前記第１の圧力検出部及び前記第２の圧力検出部の組が設けられた前記管路を複数カ所に有し、
前記推定部は、複数組の前記第１の圧力検出部及び前記第２の圧力検出部での前記圧力差に基づいて、それぞれのカ所における前記管路内の流向を推定することで、前記所定範囲内における前記管路網内での前記液体の流れを把握する、請求項１に記載の流向推定システム。
管路内を流れる液体の流向を推定する流向推定方法であって、
前記管路に設けられた第１の圧力検出部及び第２の圧力検出部を用いて圧力を検出する工程と、
前記管路内の流向を推定する工程と、を備え、
前記管路は、少なくとも前記第１の圧力検出部と前記第２の圧力検出部との間の領域で閉じられており、当該領域では、前記管路の軸方向以外の方向へは前記液体が流れておらず、
前記管路内の流向を推定する工程において、前記第１の圧力検出部で検出される圧力、及び前記第２の圧力検出部で検出される圧力の圧力差に基づいて、前記管路内の流向を推定し、
前記管路内の流向を推定する工程において、前記管路内を流れる液体の流量を推定すること、及び前記第１の圧力検出部による検出箇所の高さ位置及び前記第２の圧力検出部による検出箇所の高さ位置を考慮して推定することの、少なくとも一方が行われる、流向推定方法。