JPH06161565A - 流体供給圧力制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 遠隔地域および高所において適切な圧力を維
持して水の需要を満たすのに適切な、供給パイプにおけ
る可能な限り低い圧力を維持する。漏洩による水の損失
を大幅に減少させると共に、給水システムの劣化を防
ぐ。 【構成】 流体供給システムの圧力制御バルブ１０と組
み合わせて用いる流体供給圧力制御装置で、システムの
第１のポイント１２，１４の流体の圧力を感知する第１
のセンサ手段２６，２８、第１センサ手段により感知さ
れた圧力と事前設定された圧力値間の相違に従ってシス
テムの第１ポイントの流体の圧力を調整する圧力バルブ
１０を制御する第１の制御手段１６、および事前設定圧
力値を制御して第２ポイントの流体圧力の変動を緩和さ
せる第２の制御手段２４から成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は流体供給圧力の制御方
法と装置に関し、特に給水システムに対するこのような
方法と装置に関する。「流体」の用語は液体と気体の双
方を含む。

【０００２】

【従来の技術】本管水流の供給と圧力の制御は極めて複
雑な作業であり、どのような供給および供給下部構造が
適切であるは、その場所によって異なる。従来より、給
水システムは、システム内のどの箇所においても最小の
水圧が維持されるように構成されている。

【０００３】多くの末端（給水）箇所、すなわち、海抜
の一番高い箇所とか関係地区の供給源から最も遠い箇所
（以下、最遠給水箇所と呼ぶ）での通常の圧力に対し
て、このような最小の水圧の維持が計られている。しか
しながら、一日を通して水の需要には常にかなりの変動
があり、さらには季節によっても顕著な変動もあって、
最大圧力は必要な最小値よりも一般的に高くなってい
る。

【０００４】上述の従来のシステムには多くの問題があ
る。一つには、かなりの水量が損失されることであり、
これはパイプの老化又はその材料のために起こる配水網
のパイプの状態の悪さに起因している。特定の箇所で必
要以上の高い圧力レベルを維持することは、それによっ
て失われる水量を増加し、さらには、システムの劣化を
招くことになる。

【０００５】特定のパイプ網については、バルブ位置
で、事前に設定した圧力レベルを維持するための調整バ
ルブを備えたものが知られており、さらに、この圧力レ
ベルを最小に抑える機械的制御装置を備えたものが知ら
れている。しかしながら、このような機械的制御装置は
一旦設置されると容易に調整することができず、システ
ムの特性が、例えば追加配管や供給要件の変化等により
何らかの形で変わっても、コントローラはこのことを考
慮に入れることができず、圧力レベルは最適値に維持さ
れない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、離
れた場所や高い地域で適当な圧力を維持し、水の需要を
満たすのに相応しい最低可能圧力を供給パイプで適切に
維持することにより上記問題を克服することである。こ
の発明は給水圧力を制御する手段を備えることによっ
て、漏洩による水の損失を大幅に減らし、システムの劣
化を緩和することができる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
この発明では次のような技術的手段を講じている。この
発明の流体供給圧力制御装置は、流体供給システムの圧
力制御バルブ１０と組み合わせて用いる流体供給圧力制
御装置で、システムの第１ポイント１２，１４で流体の
圧力を感知する第１のセンサ手段２６，２８、および第
１センサ手段により検出された圧力と事前設定値間の相
違に従いシステムの第１ポイントにおける流体の圧力を
制御する圧力制御バルブ１０を制御するための第１制御
手段１６とを具備し、事前設定圧力値を制御するための
第２制御手段２４を備えることを特徴とする。

【０００８】又、事前設定圧力値が前記第２制御手段に
よって調整されて、システムの第２ポイントにおける流
体圧力の変動を緩和することができることとしてもよ
い。また、必要な圧力と時間の（必要な圧力／時間）の
関係についてのデータを記憶する第１の記憶手段を備
え、事前設定圧力値がそのデータに基づいて前記第２制
御手段によって調整されることとしてもよい。

【０００９】また、第２制御手段を、事前設定圧力値が
もはや前記データに従って調整できない別の状態に切り
換える切換手段を具備することとしてもよい。また、前
記切換手段が、異常に高い水需要を示す信号、又は、シ
ステムのあるポイントにおける事前設定最小圧力、ある
いはその両方に呼応して作動させられることとしてもよ
い。

【００１０】また、システムの第１ポイントにおける流
体流量を感知する第２センサ手段、および必要な圧力と
流量の関係に関するデータを記憶する第１記憶手段を備
え、事前設定圧力値が前記データに従って第２制御手段
により調整されることとしてもよい。また、第２センサ
手段が、システムの第１ポイントに設置可能な流体流量
計を備えることとしてもよい。

【００１１】また、第２センサ手段が減圧バルブのパラ
メータを検知する検知手段、および減圧バルブの上流お
よび下流双方の流体の流体圧力を感知する圧力センサ手
段を備えることとしてもよい。また、第２センサ手段か
らの流量測定値が記憶される第２記憶手段を備え、測定
値がある時間にわたって第２制御手段により平均されて
平均流体流量値を導き出すことができることとしてもよ
い。

【００１２】また、第１制御手段が減圧バルブを制御す
るパイロットバルブを備え、当該パイロットバルブは、
両端が減圧バルブの上流および下流それぞれの取出口に
連結されている補助流パイプに設けられていると共に、
第２制御手段により調整されることとしてもよい。ま
た、前記パイロットバルブのダイヤフラムチャンバに連
通している管路内の圧力が一対の電気駆動バルブによっ
て制御され、当該一対のバルブは、その間に設けられて
いる接続管路手に繋がる前記管路と直列に配置されてお
り、一方のバルブが比較的高い圧力源と連結し、他方が
比較的低い圧力源と連結していて、管路内の制御圧力が
当該１対の電気駆動バルブの選択的作動によって制御可
能であることとしてもよい。

【００１３】また、装置の作動に関するデータを記憶す
る記憶装置手段を備えたこととしてもよい。また、上記
の第１制御手段、第２制御手段、第１記憶手段、第２記
憶手段、および記憶装置手段のいずれか又はすべてがコ
ンピュータを備えることとしてもよい。

【００１４】また、上記のいずれかに記載の流体供給圧
力制御装置および流体圧力制御バルブを備える流体圧力
制御システムとしてもよい。この発明の流体供給圧力制
御方法は、流体供給システム中の第２ポイントの流体圧
力レベルを制御する方法であって、（ｉ）流体供給シス
テムの第１のポイントにおける流体の圧力を第１センサ
手段を用いて感知する段階と、（ｉｉ）圧力制御バルブ
を制御する第１の制御手段を用いて、第１センサ手段に
より感知された圧力と事前設定された圧力値の間の相違
に従ってシステムの第１ポイントにおける流体の圧力を
制御する段階と、（ｉｉｉ）第２の制御手段を用いて事
前設定圧力値を制御する段階とを備えることを特徴とす
る。

【００１５】また、流体供給システム中の第２ポイント
の流体圧力レベルを制御する方法であって、第２制御手
段が、必要な流体圧力と時間の関係に関するデータに従
い事前設定圧力値を調整することとしてもよい。また、
流体供給システム中の第２ポイントの流体圧力レベルを
制御する方法であって、流体流量感知手段がシステムの
第１ポイントの流体流量を感知するため用いられ、事前
設定圧力値が必要な流体圧力と流量の関係に関するデー
タに従って第２制御手段により調整されることとしても
よい。

【００１６】

【作用】上記の手段を採用した結果、この発明は以下の
ような作用を有する。従って、この発明は流体供給シス
テムの圧力制御バルブと共に使用する流体供給圧力制御
装置を提供するものであり、この流体供給圧力制御装置
は、システム中の最初のポイントにおける流体の圧力を
感知する第１センサ手段と、当該第１センサ手段によっ
て感知された圧力と事前に設定させた圧力値の相違によ
って、前記最初のポイントにおける流体の圧力を制御す
る圧力制御バルブを制御するための第１制御手段とを備
えて成り、さらにこの装置が事前に設定した圧力値を制
御する第２制御手段を備えることを特徴している。

【００１７】事前に設定され圧力値は第２制御手段によ
りうまく調整され、システム中の第２のポイントにおけ
る流体圧力レベルの変動を少なくさせる。変動はその頻
度、持続時間或いは他のあらゆる適切なあり方において
減少され得る。第１制御手段は、圧力制御バルブを直接
あるいは間接に制御する、例えばハードウェアまたはソ
フトウェア用の手段を備えることができるし、パイロッ
トバルブのようなバルブを備えることもできる。

【００１８】給水システムにおける典型的な損失レベル
は標準的には全給水量の２０％から４０％の間であり、
時としてこれより高くなる可能性がある。この発明によ
る流体供給圧力制御装置を使用しているシステムにおい
ては、この損失は半分にまで減らせることができる。水
に損失を防ぐだけでなく、流体供給システムの寿命を長
くすることもできる。

【００１９】この発明の実際的ないくつかの実施例にお
いては、圧力制御バルブは、減圧バルブ又は圧力保持バ
ルブであってもよい。この発明の第１の特徴（圧力／時
間の調整制御（時間に対する圧力の変化の制御））にお
いて、装置は「圧力／時間（時間に対する圧力の）プロ
フィル」として示されている、必要な流体の圧力と時間
の関係に関連するデータを記憶する第１記憶手段を備え
ることが好ましい。事前に設定された圧力値は、前記流
体の圧力と時間の関係によるデータに従って第２制御手
段により調整される。

【００２０】事前に設定された圧力と時間の間のプロフ
ィルは、標準的には、恐らくシステム中の一つのあるい
は複数のポイントに関する履歴データから引き出され
る。このようなプロフィルは必要な期間にわたって、記
憶装置 (メモリー) にダウンロード（download) され
る。この場合、日毎の変化および週末のロードパターン
(load patterns)を考慮するには、一週間の期間が適当
である。

【００２１】さらに、水需要における日々および週間の
変動を補うためには１つのプロフィルで十分であり得る
けれども、一年のうちのある時期によって使用して水の
異常な需要に応ずるために異なる複数のプロフィルも通
常必要である。自動調整の機能を果たすためには、複数
の異なるプロフィルを記憶装置に記憶して、例えば冬季
プロフィル、夏期プロフィル、春／秋プロフィルのよう
な季節的な状態の変化を表すことができる。このような
自己調整的なシステムにおいては、例えば下記によっ
て、プロフィルの切換を行うことができる。 （１）一年のうちの季節の変わり目（特に観光によっ
て、人口が大きく増加する地域におけるもの） （２）配水システムにおける変化、例えば、別の供給源
からの給水。

【００２２】異常な需要とか非常事態に対応するため、
第１の特徴には、事前に設定された圧力値がもはや前記
の圧力と時間に関するデータによっては調整できないよ
うな別の状態に第２制御手段を切り換えるための切換手
段を備えることが出来る。その他、圧力を一定量だけ増
加したり、あるいは、別の圧力プロフィルに代えること
ができる。

【００２３】この発明の第２の特徴では、この発明によ
る流体供給圧力制御装置はシステム中の第１のポイント
における流体流量を感知する第２のセンサ手段、および
必要な流体圧力と流量の関係に関するるデータを記憶す
る第１の記憶手段を備えることができる。事前に設定さ
れた圧力値は、この場合、流体圧力と流量に関するデー
タに従って第２制御手段によって調整できる。

【００２４】特定のシステムに関しては、システム内の
任意のポイントで、ある一定圧力になる特定の流量はほ
ぼ分かるので、その流量が測定されれば、第２（消費
者）ポイントである一定圧力を維持するためには第１
（供給源）ポイントでのいくらの圧力が必要か計算する
ことができる。第２制御手段は、従って、流量に対して
必要な圧力に関するデータを含んでいる。

【００２５】この第２の特徴による装置は、システムに
かかる非常負荷（非常時の負担emergency load) を調整
(accommodated)する必要がある状況、例えば火災状態が
予測される場合、コントローラが自動調節して圧力レベ
ルを上げで流量を増やすので、特に有用である。第２セ
ンサ手段は従って、システム中の第１のポイントに設置
できる流体流量メータを備えるか、又は別の方法とし
て、作動を検知する検知手段あるいは減圧バルブのパラ
メータおよび減圧バルブの上流と下流の双方で流体の流
体圧力を感知する圧力センサ手段を備えることができ
る。

【００２６】後者の場合、検知器手段は好ましくは（流
量に比例する）圧力制御バルブの位置を感知し、圧力セ
ンサ手段はバルブを通過したときの圧力降下を感知す
る。これらの測定値から、バルブの必要な特性が分かれ
ば、バルブを通る流体流量が計算できる。第２の特徴に
おいては、第２センサ手段からの流量の測定値を記憶す
ることができる第２の記憶手段を備えることが好まし
い。これらの測定値を、恐らくは第２制御手段により、
ある時間にわたって平均して平均流体流量を求め、それ
によって圧力計算を行うことができる。

【００２７】以下の説明はこの発明の上記２つの特徴の
双方に関するものである。第１制御手段は減圧バルブを
制御するパイロットバルブを備えるころができる。パイ
ロットバルブは補助流パイプに設けることができ、その
パイプの両端は減圧バルブの上流と下流のそれぞれの引
出箇所（枝管を引く箇所（tapping points) ）に接続さ
れ、パイロットバルブは第２制御手段により調整される
のが好ましい。

【００２８】第２制御手段は、パイロットバルブのダイ
ヤフラムチャンバ(diaphragm chamber) と連通するパイ
プラインの圧力を調整することによってパイロットバル
ブを制御することができる。この圧力はバルブ間の接続
ラインを結合するパイプラインと直列に配置された一対
の電気的に作動されるバルブにより制御できる。バルブ
の片方は比較的高圧の供給源に、他方は比較的低圧の供
給源に接続され、パイプラインの制御圧力はその一対の
バルブの選択的な作動により制御される。２つのバルブ
の片方又は双方を、通常、閉止形ソレノイドバルブ(clo
sed solenoid valve) とすることができ、分かっている
ある圧力 (a known pressure）で密封容積をトラップ
(trap) する (閉じ込める) ことでソレノイドバルブは
作動する。ソレノイドはパルスを与えて圧力を加減する
ことができ、その結果パイロットバルブの水圧設定点を
調整する。このように、ソレノイドを調整する時にのみ
電力は用いられ、水圧設定点が一旦固定されると圧力制
御バルブとパイロットバルブは通常に機能し続ける。

【００２９】このようにパイロットバルブを制御するこ
とにより、システム中の圧力は低電力装置を用いて制御
できる。この発明による流体供給制御装置は電池によっ
て動力を得ることができ、小型電池の電力で装置を３〜
５年にわたって動かすことが可能である。このことは、
装置を主力電源との接続が不要な圧力制御バルブの近傍
に設置することを可能にする。恐らくは電池は制御装置
から離れた、例えば地表面に近く設置され、したがって
修理又は交換のためにその場所に近づき易くなる。

【００３０】パイロットバルブに加えられる制御はパル
スの形で加えられのが好ましく、パルスの持続時間は必
要な圧力と感知した圧力間の相違によって示される誤差
信号に従って変化する。さらに、パイロットバルブに加
えられる制御は閾値コンセプト (概念) によって加えら
れるのが好ましい。すなわち、下流圧力が事前に設定さ
れた誤差帯の外側で漂動する時にのみ機能することにな
る。

【００３１】第２制御手段（恐らくはデータロガ又はコ
ントローラ）は「自己学習(self-taught) 」する。すな
わち、初期時間 (an elementary period) にわたって制
御信号を与え、必要な圧力の変化に対する圧力の結果的
な変化を測定し、次いで適切な時間にわたって制御機能
を行って必要な変化をもたらす。流体供給圧力制御装置
は、装置の作動に関連するデータを記憶する記憶手段を
備えることが好ましい。記憶装置は例えば直接に、或い
は遠隔測定法(telemetry) によりアクセスできる。

【００３２】第１制御手段、第２制御手段、第１記憶手
段、第２記憶手段、および記憶手段のいずれか、あるい
は、すべてがデータロガまたはコンピュータを備えるこ
とができるる。第２の特徴においては、この発明は流体
供給システムの第２のポイントにおける流体圧力レベル
を制御する方法に関するものであり、下記の段階を含
む。 （ｉ）流体供給システムの第１のポイントにおける流体
の圧力を第１センサ手段を用いて感知する段階。 （ｉｉ）第１センサ手段により感知された圧力と事前に
設定された圧力値間の相違に従ってシステムの第１ポイ
ントにおける流体の圧力を制御する圧力制御バルブを制
御する第１制御手段を用いる段階。 （ｉｉｉ）事前に設定された圧力値を制御する第２制御
手段を用いる段階。

【００３３】圧力／時間加減 (時間に対する圧力の変
化) 制御方法において、第２制御手段は、必要な流体圧
力／時間関係 (流体圧力と時間の関係) に関するデータ
に従って事前に設定された圧力を調整する。流量加減
(流量の変化) 制御方法においては、流体流量感知手段
がシステムの第１のポイントにおける流体流量を感知す
るため用いられ、事前に設定された圧力値が必要な流体
圧力／流量 (流体圧力と流量の) 関係に関するデータに
従って第２制御手段により調整される。

【００３４】この発明の特徴は、給水システムに関して
説明されているが、例えばガス供給システムのような他
の流体供給システムにも適用される。

【００３５】

【実施例】この発明の実施例を添付図面を参照して以下
に説明する。図１は給水システムの一例の略図を示す。
主給水はパイプ５０に沿って行われ、ポイントＡの圧力
はバルブ１０によって調整される。水は次いで多くの消
費者に供給され、その最も離れた場所（ポイントＢ）が
数字５２により示されている。水の需要は一日を通して
変動し、曜日や年間の時期によっても変わることがわか
る。

【００３６】典型的な供給システムでは、水のある一定
量（恐らくは２０％から４０％の間）が例えばパイプの
劣化による漏洩によって失われている。漏洩量はシステ
ムのどの特定のポイントにおける水圧によっても左右さ
れる、すなわち、漏洩は圧力と共に増加する。流量／需
要 (流量と需要) に減少がある場合は、配水網において
応力又は磨耗損傷が増加するにつれて、システムの圧力
が上昇して漏洩が増加する。

【００３７】流量によって圧力が減少するため、結果的
にポイントＢでの圧力はポイントＡの圧力よりも低くな
る。さらに、圧力降下も流量と共に増加するため、圧力
降下は最大流量の時に最高となる。このことは図２〜４
のグラフから理解することができる。この発明の目的は
この圧力降下を補って圧力を制御することにある。圧力
／時間加減（時間の対する圧力の変化）制御方法におい
ては、第２制御手段が必要な流体圧力／時間（流体圧力
と時間の）関係に関するデータに従って事前に設定され
た圧力値を調整する。

【００３８】流量加減（変化）方法においては、流体流
量関知手段がシステムの第１ポイントにおける流体流量
を関知するため用いられ、事前に設定された圧力値は必
要な流体圧力／流量（流体圧力と流量の）関係に関する
データに従って第２制御手段により調整される。図２
は、従来の給水システムにおける図１のポイントＡの水
圧に関する圧力対時間（時間に対する圧力）のグラフで
ある。従来のシステムでは、これは比較的高い一定レベ
ル（値ｘで示されている）に維持される。これはポイン
トＢでの水圧が常に事前に設定された最小レベル（図３
の値ｙ）より下に降下しないことを確実とするため、こ
の高いレベルに保持される。

【００３９】図３は一日を通したポイントＢにおける典
型的な圧力／時間（時間に対する圧力の）分布を示す。
最低使用の時間帯、例えば早朝および夜更けにおいては
圧力降下は減少し、ポイントＢにおける圧力はその最高
レベルにある。これに対応して、最大使用の時間帯（ｔ
１，ｔ２）においては、圧力降下は最大となり、ポイン
トＢにおける圧力はその最低レベル（値ｙ）にある。

【００４０】この発明は、ポイントＢにおける圧力レベ
ルの変動を減少し、ポイントＢにおける圧力を任意の特
定な時間帯であっても最小値に保つことを目的とする。
こうすることで漏洩量を減少させ、パイプ構造の寿命を
長くすることができる。漏洩する水量を５０％まで減少
させることが可能である。図４はポイントＢにおける圧
力レベルが常に値ｙに保たれる理想的な状態を示す。こ
れを達成するために、ポイントＡにおける圧力は、図５
に見られように一日を通じて変えられる。流体流量が最
大であるときには、損失と圧力降下も最大である。ポイ
ントＡにおける圧力は、（時間帯ｔ１とｔ２において
は）増加されなければならない。他の時間帯にはポイン
トＡにおける圧力はそれに対応して減らすことができ
る。

【００４１】この発明は、ポイントＢにおける圧力変動
を減少するためにポイントＡにおける圧力を制御する２
つの方法、『圧力／時間プロフィル加減（時間に対する
圧力の変化）』および『流量加減（変化）』について考
察している。図６、７において、圧力／時間プロフィル
加減（時間に対する圧力のプロフィルの変化）の１例に
関する略図を、図８、９、１０、１１において流体加減
（変化）の２例に関する略図を示している。

【００４２】ポイントＡにおける圧力はバルブ１０によ
り制御され、このバルブは制御ユニット２４により制御
される（図６）。制御ユニット２４はその特定システム
に関する一連（複数）の圧力／時間（時間に対する圧力
の）プロフィルを記憶し（図７）、さらにポイントＡに
おける現在の圧力レベルに関するデータを受ける。事前
に設定された圧力／時間（時間に対する圧力の）プロフ
ィルは標準の履歴データから引き出される。このような
プロフィルは任意の必要な期間にわたって記憶装置にダ
ウンロード (download) できる。この場合、一日の変化
および週末のロードパターン (load patterns)を見越す
１週間の期間が適当であると思われる。

【００４３】さらに、１プロフィルが日常／週間の水需
要の変動を補正するのに充分であり得るものの、年間の
時期に従う使用のため、および水の異常な需要に応ずる
ために異なる複数のプロフィルも一般的に必要となる。
自動調整の機能を備えるためには、複数の異なるプロフ
ィルを記憶装置に記憶して、例えば冬季プロフィル、夏
季プロフィル、春／秋季プロフィルのような季節的な状
態の変化を表すことができる。このような自己調整的な
システムにおいては、例えば下記によって、プロフィル
の切換を行うことができる。 （１）一年のうちの季節の変わり目（特に観光によっ
て、人口が大きく増加する地域におけるもの） （２）配水システムにおける変化、例えば、別の供給源
からの給水。

【００４４】図８は流量加減 (変化) 制御の１実施例を
示し、コントローラ２４はパイプ５０中の流体の流量を
測定する流量計５２からデータを受け取る。特定のシス
テムについては、特定量の水量が特定の圧力降下をもた
らすことが分かっているため、流量が測定されれば、ポ
イントＢで一定の圧力を保つために必要なポイントＡで
の圧力を計算することができる。コントローラ２４は、
従って必要な圧力対流量 (流量に対する圧力) に関する
データを備えている。必要な圧力が、直線よりも大きな
割合で（at a rate greater than linear)、流量に従っ
て増加する典型的なグラフが図９に示されている。

【００４５】図１０は流量加減 (変化) 制御を実施する
別の方法を示す。典型的には、バルブ１０はバルブ開口
部を開閉するため用いられる何らかの部材に接続するス
テム(stem) を有する。従って、開口部が調整されるに
つれ、ステムは上下に動く。特定バルブの特性が知られ
ている場合、バルブを通る流量はステムの位置とバルブ
の圧力差から推定できる。この実施例においては、コン
トローラ２４はバルブ１０の上流および下流に双方から
圧力情報を受け取り、さらにバルブのステムに関する位
置情報を受け取る。圧力計算は、従って、図９の実施例
と同じ方法で行われ、図１１に示すグラフが得られる。

【００４６】図１２から１４は第１のシステムに関する
出口 (放出口、outlet) の圧力（ポイントＡ）、臨界ノ
ード (最遠給水口) 圧力（ポイントＢ）および調整バル
ブを通る流量をそれぞれ示す。最初の３日間（土曜から
火曜の朝まで）に関しては、グラフはこの発明による流
体圧力制御装置を装備しないシステムの作動を示す。臨
界ノード (最遠給水口) 圧力は、低流量の時間では７０
メートル以上、高流量の時間では２０メートル以下ま
で、幅広く変動することがわかる。

【００４７】この例では、臨界ノード (最遠給水口) 圧
力が２０メートル以下の時、給水会社は消費者に対して
適正な圧力の喪失を補う必要が生じ得る。しかしなが
ら、従来のシステムにおいては、給水会社は最小の臨界
ノード (最遠給水口) 圧力を２０メートル以上に上げる
ために、単に全体的な平均出口 (放出口) 圧力を増加す
ることは、これが８０メートル以上の最大臨界ノード
(最遠給水口) 圧力（低流量時）をもたらすため実行で
きない。これはシステムの劣化を進め、ひいては高圧力
期間中 (時間帯) におけるパイプの破裂を招きかねな
い。

【００４８】続く３日半（火曜の朝から金曜まで）に関
しては、この発明のよる流体圧力制御装置がシステムに
用いられている。総流量が消費者の需要を依然として満
たしながら、出口 (放出口) 圧力は、より平均化された
臨界ノード (最遠給水口) 圧力値を維持するため変化し
ていることが理解できる。この結果、臨界ノード (最遠
給水口) 圧力は最小２０メートルのレベルより上に維持
され、低流量時にもあまり急激に上昇しない。

【００４９】これに加え、低流量時における圧力の減少
により漏洩量が減少する。このことは、流量が２立方メ
ートル／時強に減らされる少量使用の時間帯により顕著
である。この時間帯においては、低需要の時には流量の
殆ど（約７５％）が事実上は漏洩であるため、この現象
はより目立っている。図１５から１７は、第２のシステ
ムに関する同様のグラフを示している。これらの図にお
いて、第１期間（月曜から木曜まで）に関しては、この
発明による流体供給圧力制御装置がシステムに用いられ
ている。ここでも、臨界ノード (最遠給水口) の圧力は
より一定の圧力レベルに維持され、出口 (放出口) の圧
力は、低需要の時間帯では約４６メートルの最大値から
ほぼ３０メートルに減圧される。木曜の夕方から日曜に
至る期間に関しては、流体供給圧力制御装置は従来の方
法で作動し、出口 (放出口) 圧力は常時ほぼ４６メート
ルに保たれている。従って、臨界ノード (最遠給水口)
の圧力は低需要の際には約４４メートルに上昇し、低需
要の際の流量は３０立方メートル／時へと上昇してお
り、すなわち漏水量が増加している。

【００５０】図１８を参照すると、ここに図解された水
圧制御システムにおいて、ダイヤフラム駆動圧力制御バ
ルブ(diaphragm operated pressure control valve) １
０は、上流本管１２と下流本管１４間の圧力差を調整す
る。圧力制御バルブ１０は、代表的には、減圧バルブ又
は調圧バルブとすることができる。従来型のダイヤフラ
ム駆動圧力制御バルブであるバルブ１０はパイロットバ
ルブ１６によって制御され、このパイロットバルブ１６
は、その両端が制御バルブ１０の閉鎖部材１１の上流及
び下流それぞれの取出口（tapping points 枝管を引く
箇所）に連結される補助流パイプ１８に設けられてい
る。ベンチュリ (venturi)２０が補助流パイプ１８中に
設けられており、それにバルブ１０のダイヤフラムチャ
ンバと連通しているパイプ２２が接続されている。

【００５１】作動中、バルブ１０のダイヤフラム１３の
下側に作用する水流出口 (放出口)圧力は、ダイヤフラ
ムの上で作用するスプリング１５の力、およびパイプ２
２を介してダイヤフラムチャンバと連通している水圧に
より平衡が取られている。バルブ１０の出口 (放出口)
側の圧力低下は、補助流パイプ１８を通る水流の増加を
引起し、次にはバルブ１０のダイヤフラムチャンバにお
ける水圧を減少し、その結果、後者は出口 (放出口) 圧
力を回復するためにより広く解放される。スプリング１
５の設定により調整される事前設定値を越える出口 (放
出口) 圧力の増加は、補助流パイプ１８を通る水流の減
少を引起し、これがバルブ１０のダイヤフラムチャンバ
における水圧を増大し、その結果、後者が部分的に閉鎖
されて出口 (放出口) 圧力が設定圧力まで回復する。

【００５２】従来であれば、この装置はシステムのこの
ポイントにおいて一定圧力レベルを維持するため用いら
れるであろう。この装置は、パイロットバルブ１６を有
し、通常のパイロットバルブはダイヤフラムチャンバを
１つだけ有するのに対し、このパイロットバルブはその
中に２つのダイヤフラムチャンバ１７および１９を有す
る点で、標準パイロットバルブと異なる。バイアスチャ
ンバ (bias chamber) の圧力は２個のソレノイドを用い
て調整される。１個は加圧用、すなわち供給口 (inlet
supply) に対して開き、他方は減圧用で、すなわち外気
に対して開く。このことは以下でより詳細に説明され
る。

【００５３】パイロットバルブの２つのダイヤフラムチ
ャンバ１７および１９において、前記２つのダイヤフラ
ムチャンバ内で上向きに作用する２つの圧力の和は、閉
鎖部材で下向きに作用する調整可能なコイル圧力スプリ
ング２１の力と釣り合っている。下流すなわち地区の水
圧は、パイロットバルブの第１ダイヤフラムチャンバ１
７に作用し、地区圧力が増大したときバルブ１０を流れ
る流量を制限することになる。

【００５４】本管１４の圧力が、パイロットバルブ１６
の圧力設定、すなわち、スプリング２１の設定が調整さ
れている本管圧力を下回った場合、パイロットバルブは
補助流パイプ１８を流れる水流を増加するようにさらに
開く。これによって、パイプ２２における圧力降下に応
じてバルブ１０はさらに開き、その結果、本管１４の圧
力はパイロットバルブ１６の圧力設定まで回復する。

【００５５】しかしながら、パイロットバルブは２４に
示されている電子制御ユニットによりそれ自体調整さ
れ、第２ダイヤフラムチャンバ１９と連通している管路
３２内の圧力を変え、それによって管路３２における圧
力の増大もパイロットバルブを通る水流を制限すること
になり、いずれの場合も、補助流パイプ１８を通る水流
に低減がパイプ２２中の圧力を降下させてバルブ１０が
さらに開く。

【００５６】パイロットバルブ１６を調整する、２４に
示されている電子制御ユニットは、ある地区に対する給
水の記録を得るためのデータロガー又はコンピュータを
備えていて、その地区の水圧制御を調整するために、追
加のソフトウェア、またはハードウェアを加えたソフト
ウェアを組み合わせている。電子制御ユニット２４には
入力部３８、４０が備えられており、この入力部は、イ
ンターフェイス４２を介して中央処理装置（ＣＰＵ）に
データを入力するための圧力変換手段およびアナログ−
デジタル変換手段を有している。本制御ユニットは、入
力部３８、４０から得られるデータを記憶装置４４に記
憶する際に、データロガーの通常の機能をして、テレメ
ータによる間隔を置いたデータの読み取り (telemetric
readout) を可能にする。

【００５７】本制御ユニットは、制御システムの上流お
よび下流それぞれの給水圧力を感知するための管路２６
および２８を通る接続部を有する。本ユニットはさら
に、補助流パイプ１８の上流端からの管路３０およびパ
イロットバルブ１６に至る管路３２を通る制御接続部も
備える。管路３２における圧力は、管路３０に直列配置
された１対のソレノイド駆動 (operated) バルブ３４と
３６により決定される。管路３２は図に示されているよ
うに、２個のソレノイド駆動 (operated) バルブ間の連
結ラインに接合している。バルブ３６を介して流れる水
（この水は、ある一時の極めて僅かな数滴だけであって
もよい) がダンプ (dump 放出) され、従ってバルブ３
６の通気穴は大気圧に維持される。

【００５８】管路３２の制御圧力は、従って、下記の方
法でバルブ３４、３６の選択的作動により決定される。
本管１２の水と連通している補助流パイプ１８の上流端
は、大気圧よりかなり高く圧力に維持されている。この
結果、２個のソレノイド駆動 (operated) バルブ３４と
３６の選択的作動により、管路３２における水圧はこれ
ら２つの圧力により決定される値の間、すなわち本管圧
力と大気圧との間の制御され得る。

【００５９】このようにして、バルブ３４が解放位置に
保持され、バルブ３６が閉止位置に保持された状態で、
管路３２は管路３０と同じ圧力となり、他方、バルブ３
４が閉止位置に保持され、バルブ３６が解放位置に保持
された状態では、パイロットバルブの第２ダイヤフラム
チャンバ内の圧力は、パイプ３２内の水の静水頭（落
差）圧力(pressure of the static head) 、すなわち大
気圧よりさほど大きくない最小圧力になる。実際上は、
必要な制御圧力はこれら両極端値の間の値であり、短期
間に、選択的に、解放および閉止されるバルブ３４と３
６によっ得られ、管路３２の圧力の微小な変化をもたら
す。

【００６０】２個のバルブのいずれかまたは双方は、通
常閉止ソレノイドバルブとすることができ、これは分か
っているある(a known) 圧力において密封容積をトラッ
プ(trap)することにより作動する。このソレノイドはパ
ルスを付加されて圧力を加減することができ、それによ
りパイロットバルブの水圧設定値を調整する。この場
合、電力はソレノイドを調整する場合にのみ用いられ、
水圧設定値が一旦固定されると、圧力制御バルブおよび
パイロットバルブは平常に作動し続ける。

【００６１】パイロットバルブに加えられる制御はパル
スの形で加えられるのが好ましく、パルスの持続時間は
必要な圧力と感知された圧力の間の相違によって与えら
れる誤差信号 (error signal) に従って変えられる。さ
らに、パイロットバルブに加えられる制御は閾値コンセ
プトによることが好ましく、すなわち、下流圧力が事前
に設定された誤差帯の外側で漂動する時にのみ制御が作
動することになる。

【００６２】ロガ又はコントローラは『自己学習 (self
-taught)』する。すなわち、基本 (初期、初等) 時間に
わたって制御を加え、必要な圧力の変化に対する圧力の
結果的な変化を測定し、次いで適切な期間にわたって制
御機能を果たして、必要な変化をもたらす。１つの制御
技術を、例示の形で、平均設定からの流体圧力の標準偏
差が、給水システム内で流量に応じて、すなわち水需要
に応じて如何に変動し得るかの線図的図解である図１９
を参照してここに説明する。

【００６３】図に示されているように、最小偏差は低流
量において、最大偏差は全流量において存在する。デー
タロガまたはコントローラは各１／１０秒毎に圧力をサ
ンプルし、一連のサンプルを引き出すことが可能なもの
とすることができる。サマリー期間 (summary period)
として、例えば５分間が選択され、その期間にわたって
最大圧力 (Pmax) および最小圧力(Pmin)の値がモニター
され、ロガメモリーに記憶される。積分技法を用いて、
特定の季節に関しバルブを通る流量が異常に高いかどう
か診断し、もしそうであればその日の間により高いプロ
フィルに切り換えることができる。

【００６４】図２０において、振動（不安定なフィード
バックループ (feedback loop)）を避けるため、短いパ
ルスの形で加えられ、各パルスの持続時間は、必要な圧
力と実際の圧力の間の相違に応じて（すなわち、誤差信
号に応じて）変えられる。さらに、図２１に線図的に図
解されているように、制御はいわゆる閾値コンセプトに
従って加えることができる。図２１において、必要な圧
力は線「必要圧 (rp) 」で表される。線 (rp) のすぐ下
側の線は、必要な圧力から事前に設定した閾値を差し引
いたものを表し、他方、線 (rp) のすぐ上側の線は必要
な圧力に事前に設定した閾値を加えたものを表す。

【００６５】ここで、感知された圧力が (rp±) の閾値
の誤差帯域以内にある間は、制御が作動しないように構
成されている。制御は感知された圧力か誤差帯域の外に
漂動する時にのみ作動し、こうしてデータロガにおいて
可能なかぎり低い電池電力を消費するに止めることがで
きる。制御は、従って、可能な限り最小の電力を消費す
るため、制御作動の数を最小に抑えるのに最も効果的に
働く。

【００６６】データガロまたはコンピュータは、事実上
「自己学習(self-taught) 」する。図２２をみると、試
験段階では、ロガは初期の時間 (Et) にわたって制御信
号を与え、その結果の圧力変化 (Ep) を測定する。勾配
Ｅｐ／Ｅｔは、制御ループで用いられる積分期間の一次
値又は近似値である。Ｅｐ／Ｅｔの値が一旦得られる
と、最初の制御作動を開始するために用いられ、その後
にＥｐ／Ｅｔの新しい値が計算される。

【００６７】この自己同調技術 (self-tuning techniqu
e)はバルブ３４と３６の双方に対して別々に適用され、
それによって、パイロットバルブ１６の作動を制御する
ために、ロガが管路３２で制御圧力を生ずる（図１参
照）。この発明には、様々な変更の可能である。例え
ば、補助流パイプ１８から高水圧水流を得る代わりに、
制御流体圧力をバルブ３４と管路３２を通ってパイロッ
トバルブ１６の第２ダイヤフラムチャンバ１９に送るた
めのボンベに封入されたガスの供給においても使用でき
る。

【００６８】この発明による流体供給圧力制御装置の長
所の１つは、それがコンパクトであり、比較的低電力の
電池により長期、例えば３−５年間にわたって電力を与
えることができることである。こうして、主幹電源を使
用しないで、装置を圧力制御バルブ上または近くに設置
することができる。主圧力制御バルブを制御するために
パイロットバルブを用いることにより、大きな圧力を比
較的少量の電力を用いて制御することができる。これに
加え、この発明の従うパイロット制御バルブは、必要な
フィードバック制御 (feedback control) を行って、圧
力制御バルブの所で必要な事前に設定された圧力値を維
持することができる。

【００６９】この装置の１実施例（「圧力プロフィル制
御」）においては、記憶装置４４は、本管１４の給水流
に関する一連の所要圧力／時間 (時間に対して必要な圧
力の) プロフィルも記憶する。中央処理装置（ＣＰＵ）
には、セクション３８、４０からデータ入力と記憶され
た圧力プロフィルと比較し、ついでインフーフェイス４
６を介してバルブ３４、３６に作動出力 (actuating ou
tputs) を供給する手段を備えている。こうして、水が
供給される地区の最も海抜の高い場所や最も遠い末端場
所に適切な圧力で水が給水される一方で、水需要の予測
可能な変動が予想され、下流圧力がより一様に維持され
る。

【００７０】上述した水圧制御装置は、可能なかぎり低
い値で、最も遠い場所および最も海抜が高い場所の消費
者の水の需要を満たすことができる、供給圧力を常に好
ましく維持できる。この装置はさらに、記憶および制御
の機能を単一装置内で行うことができる経済的方法を備
えている。異常に高い水需要を示す信号、または、水が
供給される区域における臨界ポイント (最遠給水地点)
からの事前に設定した最小圧力信号、あるいはその両方
に呼応して前記減圧バルブによって調整されるように、
水の供給を増加するための別の状態に制御手段を切り換
える手段を具備することもできる。別状態への切換にお
いては、本システムは別の圧力／時間 (時間に対する圧
力の) プロフィルを使用するか、あるいは事前に設定し
た量によって下流又は地区の圧力を増大することができ
る。

【００７１】減圧バルブによって調整されるように水の
供給を増加するための制御手段を別の状態に切り換える
手段は、臨界ポイント (最遠場所) での事前に設定され
た最小圧力を示す臨界ポイント (最遠場所) からの信号
に呼応して作動可能であり、この信号は、異常に高い水
需要を示す信号に対して追加的又は代替的なものであ
る。

【００７２】このような遠く離れた場所とか高所とかの
臨界ポイント (最遠場所) は数多くある。別の実施例
（「流量加減 (調整) 」）においては、記憶装置４４は
圧力と流量に関するデータを含んでいる。図８、９およ
び図１０、１１に関して説明したように、ポイントＡに
必要な圧力は、ポイントＡを通過する流量の測定から推
定することができる。この実施例では、従って前述した
「圧力／時間（時間に対する圧力の）プロフィル調整」
を用いる必要はない。

【００７３】

【発明の効果】この発明は上述のような構成を有するも
のであり、給水圧力を制御する手段を備えることによっ
て、漏洩による水の損失を大幅に減らし、システムの劣
化を緩和することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】典型的な給水システムの略図。

【図２】従来のシステムにおける出口（放出口、ポイン
トＡ）の圧力に関し、圧力と時間を示すグラフ。

【図３】従来のシステムにおける臨界ノード（最遠給水
口、ポイントＢ）圧力に関し、圧力と時間を示すグラ
フ。

【図４】ポイントＢにおける理想的な圧力に関し、圧力
と時間を示すグラフ。

【図５】図４に示す理想的な圧力を得るためにポイント
Ａで求められる、時間に対する圧力のグラフ。

【図６】この発明の１実施例の略図。

【図７】図６に示す実施例において、圧力／時間プロフ
ィル（時間に対する圧力の）調整（変化）を示すグラ
フ。

【図８】この発明の他実施例の略図。

【図９】図８に示す実施例において、流量調整（変化）
を示すグラフ。

【図１０】この発明の他実施例の略図。

【図１１】図１０に示す実施例において、流量調整（変
化）を示すグラフ。

【図１２】場所１での出口（放出口）圧力を示すグラ
フ。

【図１３】場所１での臨界ノード（最遠給水口）圧力を
示すグラフ。

【図１４】場所１での総水量を示すグラフ。

【図１５】場所２での出口（放出口）圧力を示すグラ
フ。

【図１６】場所２での臨界ノード（最遠給水口）圧力を
示すグラフ。

【図１７】場所１での総水量を示すグラフ。

【図１８】この発明の１つの特徴による流体圧力制御シ
ステムの説明線図。

【図１９】レギュレータの平均設定からの出口（放出
口）圧力の標準偏差が流量によってどのように変化する
かのグラフ。

【図２０】短パルスの形でパイロットバルブに制御信号
を与えた場合のグラフ。

【図２１】閾値コンセプトによって制御を行っているグ
ラフ。

【図２２】制御信号を与えた場合のグラフ図解。

【符号の説明】

１０ 圧力制御バルブ １２ 第１ポイント １４ 第１ポイント １６ 第１制御手段 ２４ 第２制御手段 ２６ 第１のセンサ手段 ２８ 第１のセンサ手段

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体供給システムの圧力制御バルブ（１
   ０）と組み合わせて用いる流体供給圧力制御装置で、シ
   ステムの第１ポイント（１２，１４）で流体の圧力を感
   知する第１のセンサ手段（２６，２８）、および第１セ
   ンサ手段により検出された圧力と事前設定値間の相違に
   従いシステムの第１ポイントにおける流体の圧力を制御
   する圧力制御バルブ（１０）を制御するための第１制御
   手段（１６）とを具備し、事前設定圧力値を制御するた
   めの第２制御手段（２４）を備えることを特徴とする流
   体供給圧力制御装置。
2. 【請求項２】 事前設定圧力値が前記第２制御手段によ
   って調整されて、システムの第２ポイントにおける流体
   圧力の変動を緩和することができることを特徴とする請
   求項１記載の流体供給圧力制御装置。
3. 【請求項３】 必要な圧力と時間の（必要な圧力／時
   間）の関係についてのデータを記憶する第１の記憶手段
   を備え、事前設定圧力値がそのデータに基づいて前記第
   ２制御手段によって調整されることを特徴とする請求項
   １または２記載の流体供給圧力制御装置。
4. 【請求項４】 第２制御手段を、事前設定圧力値がもは
   や前記データに従って調整できない別の状態に切り換え
   る切換手段を具備することを特徴とする請求項３記載の
   流体供給圧力制御装置。
5. 【請求項５】 前記切換手段が、異常に高い水需要を示
   す信号、又は、システムのあるポイントにおける事前設
   定最小圧力、あるいはその両方に呼応して作動させられ
   ることを特徴とする請求項４記載の流体供給圧力制御装
   置。
6. 【請求項６】 システムの第１ポイントにおける流体流
   量を感知する第２センサ手段、および必要な圧力と流量
   の関係に関するデータを記憶する第１記憶手段を備え、
   事前設定圧力値が前記データに従って第２制御手段によ
   り調整される請求項１又は請求項２記載の流体供給圧力
   制御装置。
7. 【請求項７】 第２センサ手段が、システムの第１ポイ
   ントに設置可能な流体流量計を備えることを特徴とする
   請求項６記載の流体供給圧力制御装置。
8. 【請求項８】 第２センサ手段が減圧バルブのパラメー
   タを検知する検知手段、および減圧バルブの上流および
   下流双方の流体の流体圧力を感知する圧力センサ手段を
   備えることを特徴とする請求項６記載の流体供給圧力制
   御装置。
9. 【請求項９】 第２センサ手段からの流量測定値が記憶
   される第２記憶手段を備え、測定値がある時間にわたっ
   て第２制御手段により平均されて平均流体流量値を導き
   出すことができることを特徴とする請求項６ないし８記
   載の流体供給圧力制御装置。
10. 【請求項１０】 第１制御手段が減圧バルブを制御する
    パイロットバルブを備え、当該パイロットバルブは、両
    端が減圧バルブの上流および下流それぞれの取出口に連
    結されている補助流パイプに設けられていると共に、第
    ２制御手段により調整されることを特徴とする上述の請
    求項のいずれかに記載の流体供給圧力制御装置。
11. 【請求項１１】 前記パイロットバルブのダイヤフラム
    チャンバに連通している管路内の圧力が一対の電気駆動
    バルブによって制御され、当該一対のバルブは、その間
    に設けられている接続管路手に繋がる前記管路と直列に
    配置されており、一方のバルブが比較的高い圧力源と連
    結し、他方が比較的低い圧力源と連結していて、管路内
    の制御圧力が当該１対の電気駆動バルブの選択的作動に
    よって制御可能であることを特徴とする請求項１０記載
    の流体供給圧力制御装置。
12. 【請求項１２】 装置の作動に関するデータを記憶する
    記憶装置手段を備えたことを特徴とする上記請求項のい
    ずれかに記載の流体供給圧力制御装置。
13. 【請求項１３】 上記の第１制御手段、第２制御手段、
    第１記憶手段、第２記憶手段、および記憶装置手段のい
    ずれか又はすべてがコンピュータを備えることを特徴と
    する上記請求項のいずれかに記載の流体供給圧力制御装
    置。
14. 【請求項１４】 上記請求項のいずれかに記載の流体供
    給圧力制御装置および流体圧力制御バルブを備える流体
    圧力制御システム。
15. 【請求項１５】 流体供給システム中の第２ポイントの
    流体圧力レベルを制御する方法であって、（ｉ）流体供
    給システムの第１のポイントにおける流体の圧力を第１
    センサ手段を用いて感知する段階と、（ｉｉ）圧力制御
    バルブを制御する第１の制御手段を用いて、第１センサ
    手段により感知された圧力と事前設定された圧力値の間
    の相違に従ってシステムの第１ポイントにおける流体の
    圧力を制御する段階と、（ｉｉｉ）第２の制御手段を用
    いて事前設定圧力値を制御する段階とを備えることを特
    徴とする流体供給圧力制御方法。
16. 【請求項１６】 流体供給システム中の第２ポイントの
    流体圧力レベルを制御する方法であって、第２制御手段
    が、必要な流体圧力と時間の関係に関するデータに従い
    事前設定圧力値を調整することを特徴とする請求項１５
    記載の流体供給圧力制御方法。
17. 【請求項１７】 流体供給システム中の第２ポイントの
    流体圧力レベルを制御する方法であって、流体流量感知
    手段がシステムの第１ポイントの流体流量を感知するた
    め用いられ、事前設定圧力値が必要な流体圧力と流量の
    関係に関するデータに従って第２制御手段により調整さ
    れることを特徴とする請求項１５記載の流体供給圧力制
    御方法。