JP6621410B2 - 水ハイブリッド装置 - Google Patents

Description

本発明は、水の浄化、および、そのリサイクルもしくは廃棄を可能とするハイブリッド装置に関する。

水の浄化およびリサイクルのためのハイブリッド装置は、今日、既知となっている。１つの例として、水の浄化および水のリサイクルもしくは廃棄を可能とするハイブリッド装置を開示するPCT/SE2012/051430を示す。そのハイブリッド装置は、再循環ループと、ナノフィルタを有するフィルタシステムと、少なくとも１つのフィルタ能力センサと、処理中にナノフィルタの前後に位置する少なくとも１つのプリフィルタと、を含み、少なくとも１つのフィルタ能力センサがその必要性を示した場合に、水を再循環から排水へ切り換えるように構成される。

本発明の１つの目的は、測定の観点からパラメータおよび範囲の両方に関して高い柔軟性を示し、測定の信頼度も高いハイブリッド装置を提供することである。さらに、本発明は、今日、存在するシステムに対する明確な改善でもある、コスト効果が非常に高い解決策も提供する。

上記の目的は、再循環ループと、フィルタシステムと、複数のセンサと、を備えた水の浄化およびリサイクルもしくは廃棄を可能とするハイブリッド装置により実現され、複数のセンサは、導電率センサである。そして、ハイブリッド装置は、複数のセンサに接続されたマイクロプロセッサをさらに備える。

本発明に係る「ハイブリッド装置」という表現に関し、これは、「水の浄化およびリサイクル／廃棄を可能とする」態様に言及するものである。いくつかの可能な例は、シャワー、洗面台などである。

さらに、「廃棄」という表現は、浄化、トリートメントなどのさらなる工程に水を分離することを含む点に留意すべきである。

一般的に言えば、導電率センサは、溶液中のイオンの全密度を測定する。電極接触型センサ（もしくは、ＥＣ（電気導電性）センサ）は、水のケースのような低導電率の用途に適合する。誘導性センサのような導電率センサの他のタイプもあるが、全て本発明にしたがって使用することができる。１つの好ましい実施形態によれば、ハイブリッド装置は、複数の電気導電性（ＥＣ）センサを備える。この実施形態は、本発明のハイブリッド装置が他のタイプのセンサを備える場合も含むが、少なくとも２つのセンサは、ＥＣセンサのような導電率センサであることに留意すべきである。

本発明の導電率センサとの関係において、これらは、技術的に、抵抗測定に向けられ、導電率は、その測定値の変換により得ることができると、さらに言うことができる。抵抗測定と同時に、他のパラメータを測定しても良い。例えば、PT100などのプラチナ素子の抵抗を測定することにより、温度を測定することができる。本発明に係るハイブリッド装置は、少なくとも１つのマイクロプロセッサを備える。複数のセンサは、入力および出力を有するマイクロプロセッサに接続される。そのような、本発明における複数のＥＣセンサの電極（電極ペア）は、マイクロプロセッサにおいて導電率に変換される抵抗測定に用いられ、温度および水位も測定する。

一般的に定義される小型プロセッサまたはマイクロプロセッサは、マイクロコントローラとも呼ばれ、１つの集積回路（ＩＣ）、もしくは、可能であれば、いくつかのそのような集積回路上に、コンピュータの中央情報処理部（ＣＰＵ）の機能を具現化する。本発明を参照して、ハイブリッド装置は、１またはいくつかのプロセッサを含んでも良いことをさらに言及できる。相当数の異なるタイプのマイクロプロセッサがあるが、本発明に係るハイブリッドシステムでは、通常、全てのタイプを導入することが可能である。例えば、本発明に係るシステムに導入可能なマイクロプロセッサは、サイズ、容量およびその他の性能が異なっても良い。

本発明によれば、１つおよび同一のマクロプロセッサが、いくつかのハイブリッドデバイスおよびそれぞれのセンサに接続されても良い。例えば、シャワーの形態のいくつかのハイブリッドデバイスは、相互に接続され、システムを構成する。そのシステムは、全てのシャワーに共有された部品として機能する少なくとも１つのマイクロプロセッサを有する。

水の抵抗は、水質に依存して時間と共に変化する。測定範囲は、センサの抵抗により決定される。１つおよび同一のＥＣセンサに複数の抵抗を導入することにより、本発明のＥＣセンサは、水の抵抗の過渡的な測定に対しても提供される。このようにして、水の抵抗と比較した時、これら複数の抵抗のうちの最も適合した測定範囲を有する抵抗を選別し、接続することが可能となる。

本発明に係る複数のセンサシステム、好ましくは、複数のＥＣセンサシステムは、いくつかの利点を有する。まず第１に、これらのタイプのセンサは、安価な部品を使用し、その結果、現存するシステムに比べて経済性が改善される。第２に、そのような安価な部品は、類似する部品に容易に置き換えることができるので、システムの測定範囲を容易に変更することができる。さらに、本発明に係るシステムにおけるように、複数の測定点は、高度な構成要素および回路ソリューションに対し、より良い経済性をもたらす。したがって、上記のように、本発明に係るハイブリッド装置は、それぞれの測定点に対応し、アナログまたはディジタル回路であるいくつかの個別のセンサに代えて、例えば、測定制御の全体に対処するAtmel ATmega328のようなマイクロプロセッサを備えても良い。低消費電力、および、水質、流れ、水位および／または漏れのような多くの異なるパラメータを測定できる可能性のような他の利点は、以下にさらに開示される。本発明に係る水位測定は、抵抗（変換後の導電率）の検出により水の存在を検出する電極ペアの配置により実施される。そのような電極は、異なる高さに設けられ、水が存在するか否かを検出できれば良い。水位測定システムは、さらに高度化されても良い。例えば、２組の電極ペア（１つの電極を共有）として、３つの電極を設けても良い。水位測定に対し、異なる電極は、異なる感度を与えるであろう。例えば、１つの電極は、幾分、もしくは、全体として縦方向に延在する棒状に配置され、結果として、実際の水位に対する測定デバイスとして機能する。さらに言うならば、本発明に係るこの水位測定の概念は、半開放型供給プロセス（以下、参照）、タンクのようなシステムの異なる部分に適用でき、漏れる可能性のあるトレイに適用できる。

PCT/SE2012/051430もまた、その水質センサが、電気的導電性センサのような導電性センサでも良いことに言及しているが、複数の導電率センサシステムは、PCT/SE2012/051430に記載されておらず、示唆もされていないことをさらに言及できる。上記より理解できるように、本発明に係るハイブリッド装置の複数の導電率センサは、いくつかの重要な利点を有する。PCT/SE2012/051430に関して、そこに開示されたハイブリッド装置は、少なくとも１つのフィルタ能力センサがその必要性を示した時、水を再循環から廃棄へ仕向けるように構成されることに言及していると言えるかもしれない。この態様は、本発明のセンサがその必要性を示した時、本発明に係るハイブリッド装置に関しても事実である。

さらに、US 2013/0212800には、シャワーの間にリサイクル水を使用するユーザの希望を示すユーザアクチュエータと、シャワーヘッドと、ドレインと、シャワーヘッドから放出される水を、携帯水ソース、または、ドレインからのリサイクル水と携帯水との混合水から選択することが可能な第１バルブと、ユーザアクチュエータおよび第１バルブにつながったプロセッサと、を備え、第１バルブは、プロセッサにより制御されることが可能なシャワーシステムが開示されている。

US 2013/0212800に開示されたこのシステムは、マイクロプロセッサを備えず、結果として、本発明に係るハイブリッド装置の場合のような内蔵されたセンサに接続されるマイクロプロセッサを備えていない。さらに、PCT/SE2012/051430に示された装置は、複数の導電率センサに接続されたマイクロプロセッサを備えるとは言えない。

本発明の１つの具体的な実施形態に係るハイブリッド装置を含むシステムのフローチャートを示している。

以下に、本発明の具体的な実施形態を開示する。

１つの具体的な実施形態によれば、ハイブリッド装置のフィルタシステムは、少なくとも２つの異なるフィルタを備える。図面中に見られるように、フィルタの１つは、ナノフィルタである。そして、プリフィルタ（前置フィルタ）をナノフィルタの前に置くことができる。また、さらなるフィルタ、例えば、図中に示すようにシャワーフロアに接続された前置の前置フィルタも含むことができる。

本発明に係る複数のセンサのそれぞれは、異なるパラメータを対象としても良い。一実施形態によれば、ハイブリッド装置は、水質、水位および／または水漏れを対象とするセンサを備える。これら全てのセンサは、好ましくは導電率センサである。水位に言及すれば、この水位は、例えば、図１に示すように、タンクのレベルを対象とする。水漏れに言及すれば、センサは、図１中に示されるように、ハイブリッド装置の床の周りに接続されるように設けることができる。

さらに、他のタイプのセンサを導入しても良い。これらは、導電率センサであっても良いし、異なるタイプのセンサであっても良い。本発明の一実施形態によれば、センサは、抵抗測定を対象とする、ことをさらに言及することができる。導電率は温度に依存するので、抵抗から導電率を決定するために、温度も測定される。抵抗と温度の両方を測定することにより、例えば、圧力、実際の水位、および／または、水流のような多くの異なるパラメータを読み取ることが可能となるであろう。本発明の１つの具体的な実施形態によれば、センサは、水質、水位および漏れの全てを対象とし、これらの具体的なセンサは、導電率センサである。

また、本発明の一実施形態によれば、ハイブリッド装置は、少なくとも１つのセンサが設けられた半開放型水供給ラインを備える。この場合にも、少なくとも１つの導電率センサは、好適にＥＣセンサもしくはいくつかのＥＣセンサである。水供給ラインの半開放設計は、いくつかの利点を有する。第１に、これらは、簡単な方法で水質を測定することを可能とする。第２に、半開放型水供給ラインにおける水流の測定も、例えば、上述の３電極の配置を導入することにより可能となるであろう。半開放型水供給ラインは、トップが開放された形態を意味するが、それでも、水路のように、水流を通すことができるので、スキミング（skimming）のリスクは、制限される。これは、シリンダの場合のような、デバイスのトップを有さないものとして実現される。シリンダもしくは全体として円形のパイプでは、スキミングが生じる場合がある。本発明に係る半開放型水供給ラインは、形成された泡を分離された水と共に通すためのより良い解決策を与える。この泡は、ほこりや汚染物も含むので、効率的な方法によりこれをシステムから確実に除くことは興味深い。

また、本発明は、電極上に汚染物が付着すること、もしくは、蓄積されることを制限または除外する手段も提供する。そのようなリスクの制限は、例えば、汚染物に接触した上でブラシング効果により電極から除去するブラシとして機能させるように、ボール等をタンクに導入することにより実施される。そのようにして、電極上の付着物を除去することができる。また、半開放型水供給ライン中に水をフラッシング（flushing）するために、フラッシングノズルを配置しても良い。これもまた、水供給ラインを洗浄することを可能とするために興味深いものであろう。

さらに、本発明の１つの具体的な実施形態によれば、ハイブリッド装置は、１つの電極を共有する２つの電極ペアとして配置される少なくとも３つの電極が配置された複数の電気導電率（ＥＣ）センサを備え、水位に関する感度は、少なくとも２つの電極において異なる。ＥＣセンサのそのように配置は、簡単で効果的な方法により水位を測定することを可能とするために提供される。離間したセンサを提供することは、漏れ、および／または、タンクの水位（図１参照）の測定のために興味深いものであろう。上述のように、これは、簡単かつ２値の方式、もしくは、電極における水位の感度が異なる、より高度な方式として、異なる方法で実施することができる。

また、既述のように、水流も測定することができる。半開放型水供給ラインでは、水位の値が得られると、その流れも計算することができる。このパラメータも、再循環モードが否かを決定する場合に興味深いものであろう。

事実、本発明に係るこの概念は、簡単だが効率的な方法により、いくつかのパラメータを測定することを可能とするために提供される。さらに付け加えるならば、システムにおける水の配分は、発生した測定の実例に対して固定される必要はなく、今日使用されている既知のシステムとの関係において異なる。また、既述のように、導電率は温度に依存するので、温度も測定されなければならない。これは、例えば、熱伝導性を有するために、実際の電極において実施されるであろう。そのように、温度は、実際の水流の外側で、電極の熱伝導を介して測定することができる。

本発明のさらなる別の具体的な実施形態によれば、半開放型水供給ラインに流量制限器が設けられる。流量制限器は、半開放型水供給ラインにおいておおよそ一定の水位を確保する。水位の変化は、正確かつ信頼性の高い方法による導電率の測定を困難にするので、これは、興味深いものであろう。

本発明に係る電気的な制御システムは、１回に１つの電極ペアにおいて測定するように仕向ける。さらに、１つの具体的な実施形態によれば、電気的制御システムの少なくとも一部、好ましくは、その全体は、直流的に絶縁される。

さらに、本発明は、複数のハイブリッド装置の解決策をカバーすることも言及できる。測定／検出手段を備えるいくつかの個別の水収集ユニットは、本発明に係る１つの同じハイブリッド装置、例えば、シャワーに含まれる。

そのような収集ユニットは、例えば、図中に示す半開放型水供給ラインの形態で、そのようなシャワーのフロアドレインに据え付けられる。そのような収集ユニットのそれぞれは、少なくとも１つのＥＣセンサと、水を再循環もしくは分離へと流すための個別の手段と、を備える。そのような個別の収集ユニットのそれぞれは、別のものと全く同じタイプであっても良いし、センサのタイプおよび測定範囲などが異なっていても良い。いずれにしろ、本発明に係るハイブリッド装置内において、少なくともその位置が異なる。

これは、異なる水のタイプ、例えば、１つの収集ユニットにおけるシャワー内のユーザの前を流れる水、および、別のそのようなユニットにおけるシャワー内のユーザの後ろを流れる水、を収集することも可能とするであろう。後者の水は、シャンプーなどを高いレベルで含むため、これが洗浄水と混じることを防ぎたいであろう。そのような多重システムは、個別のユニットを再循環モードから分離／廃棄モードへ変更する手段も含むことができる。

また、本発明は、いくつかの接続されたハイブリッド装置を備えるシステムも含む。そのような場合には、１つのセンサが、実際に、全てのハイブリッド装置への水流を測定するセンサのように、全てのハイブリッド装置に対して、中心、且つ、共通であっても良いことに留意すべきである。このため、本発明は、例えば、それぞれが１つの導電性センサを有する２つの異なるハイブリッド装置を備えるシステムであって、１つの中心、且つ、共有の導電性センサも備えるシステムの具体化もする。さらに、例えば、貯水タンク、フィルタシステム等のような本発明に係る複数のユニットに対して、他の部品も共通化できる。これは、１つのハイブリッド装置がいくつかの収集ユニットを備える場合、および、システムがいくつかのハイブリッド装置を備える場合の両方において有効である。

［図面の詳細な説明］
図１は、本発明の１つの具体的な実施形態に係るハイブリッド装置１と、再循環ループ２の１つのタイプと、フィルタシステム３と、を備えるシステムのフローチャートを示している。この場合、フィルタシステム３は、プリフィルタ５とナノフィルタ６を備えることが分かるであろう。さらに、複数のＥＣセンサが半開放型水供給ライン７に設けられるが、いくつかの他のＥＣセンサは、システム内に設けることができる。また、いくつかの他のタイプのセンサも、ハイブリッド装置１のシステムに設けることができる。

［まとめ］
本発明に係るハイブリッド装置の複数の導電率センサシステムは、いくつかの利点を有する。これらの利点を選択したものを以下に列挙する。

・経済性：システムは、既存のシステムに比べて、少数の廉価な部品を備える。

・例えば、トランスやコイルは用いられず、また、必要としない。その結果、センサのサイズを小さくできる。これは、１つの利点である。

・優れた信号雑音比（Ｓ／Ｎ比）：高電流を用いることができるため、雑音および他の周波数外乱を無視することができる。

・１つの単純、且つ、廉価な部品（抵抗）を取り替えるだけで測定範囲を変更できる。

・複数の測定点は、より高度な部品および回路的方策の経済的可能性を向上させる。そのようなものとして、１つのマイクロプロセッサを導入することができ、多くの全体として個別化されたセンサを用いて実施する代わりに、マイクロプロセッサに多くの測定点をまとめさせることができる。

・既存のシステムに比べて低消費電力である。

・多くの異なるタイプの電極を使用することができる。設計は重要でなく、単純なものを用いることができる。水に電気的に接触することが求められ、そのようなものとして、既存の金属板を電極として用いることができる。

・プログラムを導電率の解釈および使用者に対する視覚化を決定するために用いることができる。既述したように、これは、水質、水位、漏れ、および、例えば、水流として使用することができる。

・例えば、センサ電極の金属部分の温度を測定することにより、実際の流れの外側で温度を測定することができる。

・プロセッサ回路は、他のシステムおよび回路（周辺の通信プロトコル）とのディジタル通信を可能とする。例は、ディジタル温度測定装置／読み取り装置である。

・ＥＣセンサが本発明にしたがって用いられる場合、校正の繰り返しを必要としない。これは、抵抗測定により可能とされる。これは、システム中を交流電流（ＡＣ）が流れ、その結果、全てのパラメータが未知となる誘導性センサもしくは他のタイプのセンサと比べた時に、大きな違いとなる。

・本発明は、PT100/PT1000もしくは同じ基盤技術による歪ゲージ（または他の抵抗性金属）における測定、そして、そのようなものとして、温度、流れおよび圧力の測定に対して拡張することができる。

Claims (13)

1. 水の浄化および再循環もしくは廃棄のいずれかを水質測定に基づいて可能とするハイブリッド装置（１）であって、
   フィルタシステム（３）が配置された再循環ループ（２）と、
   導電率センサである複数のセンサ（４）と、
   前記複数のセンサ（４）が接続されたマイクロプロセッサと、
   前記マイクロプロセッサに関連付けられた電気的制御システムと、
   を備え、
   前記導電率センサは、少なくとも水質および水位である複数の異なるパラメータを対象とし、前記導電率センサは、少なくとも３つの電極として配置され、前記水位に対する感度が、少なくとも２つの電極において異なり、
   前記電気的制御システムは、前記水質の測定に基づいて前記水の再循環もしくは廃棄を決定するハイブリッド装置。
2. 前記複数のセンサ（４）のうちの少なくとも１つは、電気導電率（ＥＣ）センサである請求項１記載のハイブリッド装置。
3. 前記複数のセンサ（４）のうちの少なくとも１つは、電極ペアを含む電気導電率（ＥＣ）センサである請求項２記載のハイブリッド装置。
4. 前記複数のセンサは、導電率センサであり、抵抗測定を対象とし、前記導電率は、前記測定の値の変換により得られる請求項１〜３のいずれか１つに記載のハイブリッド装置。
5. 前記フィルタシステム（３）は、少なくとも２つの異なるフィルタ（５，６）を含む請求項１〜４のいずれか１つに記載のハイブリッド装置。
6. 前記複数のセンサ（４）のうちの少なくとも１つは、水質、水位および／もしくは漏れを対象とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のハイブリッド装置。
7. 前記導電率センサは、１つの共通電極を有した２つの電極ペアとして配置された少なくとも３つの電極を有し、
   前記電極のうちの少なくとも２つにおいて、前記水位に対する感度が異なる請求項１〜６のいずれか１つに記載のハイブリッド装置。
8. 前記ハイブリッド装置（１）の電気的制御システムは、一度に１つの電極ペアにおいて測定し、複数の電極ペアにおいて、逐次測定するようにアレンジされる請求項１〜７のいずれか１つに記載のハイブリッド装置。
9. 前記ハイブリッド装置（１）の電気的制御システムの少なくとも一部は、直流的に絶縁される請求項１〜８のいずれか１つに記載のハイブリッド装置。
10. 少なくとも１つの導電率センサが設けられた水供給ライン（７）を備えた請求項１〜９のいずれか１つに記載のハイブリッド装置。
11. 前記水供給ライン（７）には、流量制限器が設けられる請求項１０記載のハイブリッド装置。
12. 前記水供給ラインに水をフラッシングするために配置されたフラッシングノズルが設けられる請求項１０または１１に記載のハイブリッド装置。
13. 前記少なくとも３つの電極のそれぞれは、１つの電極ペアとして配置される請求項１〜１２のいずれか１つに記載のハイブリッド装置。