(57)【要約】部屋／建物に温冷水を供給するシステムである。温水流入口及び冷水流入口それぞれに通じる流路に配設された調整可能な第１及び第２のバルブと、流出口に通じる流路に配設された第３のバルブとを有する給水栓を含み、温水用の配管から冷水用の配管へ流れる水を再利用する。これらのバルブは電気的に制御される。冷水用の配管には循環ポンプが設けられている。少なくとも一つの給水栓の第１及び第２のバルブが開かれ、第３のバルブが閉じられたとき、循環ポンプが駆動し、温水用の配管から給水栓を通じて冷水用の配管へ水が流れる。制御手段は、これら三つのバルブ及び二つの操作モードのうちの一つのモードで循環ポンプを駆動させる。第１のモード（循環モード）では、第１及び第２のバルブを開くとともに第３のバルブを閉じて循環ポンプを駆動させることにより水の循環が為される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温水流入口及び冷水流入口それぞれに通じる流路に配設された調整可能な第１及び第２のバルブと、流出口に通じる流路に配設された第３のＯＮ／ＯＦＦバルブとを有し、該第１乃至第３のバルブが電気的に制御される少なくとも一つの給水栓と、
冷水用の配管に配設され、前記少なくとも一つの給水栓の前記第１及び第２のバルブが開かれ、前記第３のバルブが閉じられているときに駆動し、水を温水用の配管から前記給水栓を通じて冷水用の配管へ流す循環ポンプと、
前記第１及び第２のバルブを開くとともに前記第３のバルブを閉じて前記循環ポンプを駆動させることにより水の循環が為される第１のモード（循環モード）と、前記循環ポンプの駆動を停止し、前記第１乃至第３のバルブすべてを開いて、前記温水流入口及び／又は冷水流入口から流出口へ水を供給する第２のモード（給水モード）とから成り、該第１のモードは、利用者が前記給水栓からの水の供給を要求した場合に、設定温度の温水が前記給水栓に到達するまで駆動する二つの操作モードを有し、該二つの操作モードのうちどちらか一つのモードで前記第１乃至第３のバルブ及び前記循環ポンプを駆動させる制御手段と、を備え、
前記温水用の配管から前記冷水用の配管へ流れる水を再利用しながら、部屋／建物内の全てのあるいは一部の利用者に対して温冷水の給水を行うことを特徴とする給水システム。
【請求項２】
前記循環ポンプが、貯水タンク、温水供給用の配管、前記給水栓に配設された前記第１及び第２のバルブ、冷水供給用の配管、該循環ポンプから成り、再び該貯水タンクに戻る閉回路に沿って水に圧力を加えることを特徴とする、請求項１に記載の給水システム。
【請求項３】
前記制御手段が、より正確に給水を制御し、温度及び流速が制御された安定的な給水を行うために、流速を利用して温度勾配と時間との関係を計算することを特徴とする、請求項１に記載の給水システム。
【請求項４】
前記制御手段により計算された温度勾配と時間との関係が、前記第１のモード（循環モード）の駆動をより正確に制御して、所望の温度に近づいた又は到達したときに循環を停止させるために用いられることを特徴とする、請求項３に記載の給水システム。
【請求項５】
すべての給水栓が、利用者から入力された命令に応答して前記給水栓の前記第１乃至第３のバルブを制御するための制御手段を個別に有することを特徴とする、請求項１に記載の給水システム。
【請求項６】
すべての給水栓が、前記制御手段に接続され、水の温度及び利用者に供給される水に関する他のパラメータに関する情報を利用者に示す表示手段をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の給水システム。
【請求項７】
すべての制御手段が、分散型制御システムを形成するために他の給水栓における他の制御手段と通信する手段を備え、少なくとも一つの前記制御手段が、前記循環ポンプ及び前記貯水タンク内に設けられた加熱手段に接続されていることを特徴とする、請求項５に記載の給水システム。
【請求項８】
すべての給水栓が、利用者から入力された命令に応答して、接続されているすべての給水栓の前記第１乃至第３のバルブを制御する中央制御手段に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の給水システム。
【請求項９】
前記制御手段が、前記循環ポンプ及び前記貯水タンク内に設けられた加熱手段に接続されていることを特徴とする、請求項８に記載の給水システム。
【請求項１０】
前記第２のモード（給水モード）において、前記制御手段が、供給される水の温度を連続的に測定し、障害の可能性にもかかわらず、所望の温度及び流速で水を供給するように前記第１及び第２のバルブを制御することを特徴とする、請求項１に記載の給水システム。
【請求項１１】
部屋／建物内の利用者に温水及び冷水を供給するシステムにおいて、
（ａ）温水の供給に対する利用者の要求を承認するステップと、
（ｂ）温水流入口及び冷水流入口それぞれに通じる流路に配設された調整可能な第１及び第２のバルブと、流出口に通じる流路に配設された第３のＯＮ／ＯＦＦバルブとを有し、該第１乃至第３のバルブが電気的に制御される給水栓、及び前記システムがさらに含む循環ポンプにおいて、
前記第３のバルブを閉じ、前記第１及び第２のバルブを開き、前記循環ポンプを駆動させて、水の循環を開始するステップと、
（ｃ）給水栓における温度が所定の値に達したときに、前記循環ポンプを停止させて水の循環を停止するステップと、
（ｄ）準備が整った場合又は利用者からのプロンプト応答後にのみ、前記給水栓において利用者に給水を開始するステップと、
（ｅ）供給される水のパラメータを制御しながら、給水栓において給水を行うステップと、
（ｆ）給水を停止するかどうかの確認を行い、停止しない場合は前記ステップ（ｅ）に進むステップと、
（ｇ）給水を停止するステップと、
から成ることを特徴とする温水及び冷水を供給するための給水方法。
【請求項１２】
前記ステップ（ｄ）において、利用者に対する給水を開始する際、所望の温度の水が前記給水栓で入手可能な状態になるとすぐに、前記給水システムが、利用者に対して該給水栓からの水の流出を開始することを特徴とする、請求項１１に記載の給水方法。
【請求項１３】
前記ステップ（ｄ）において、利用者に対する給水を開始する際、所望の温度の水が入手可能な状態になったときに、前記給水システムが、準備完了サインを起動し、利用者が所望のタイミングで給水を開始するためのボタンを押すことにより給水が開始されることを特徴とする、請求項１１に記載の給水方法。
【請求項１４】
前記準備完了サインが、可視式及び／又は可聴式であることを特徴とする、請求項１３に記載の給水方法。
【請求項１５】
前記給水方法が、前記給水栓において実施されることを特徴とする、請求項１１に記載の給水方法。
【請求項１６】
前記給水方法が、利用者によってプログラム化され、様々な利用者が、できるだけ早く水の供給を開始するか、あるいは適切なタイミングで水の供給を開始するのかを選択可能であることを特徴とする、請求項１１に記載の給水方法。
【請求項１７】
前記ステップ（ｆ）において、給水の停止を決定するため基準が、供給される温水が間もなく使い果されてしまい、所望の温度を長時間にわたって維持することができなくなることを検知すること、及び、水が冷たくなってしまう前に、利用者に対して急いで温水の使用を終えるように警告を行うための適切なサインを出すことを含むことを特徴とする請求項１１に記載の給水方法。
【請求項１８】
前記ステップ（ｆ）において、給水の停止を決定するため基準が、利用者が前記給水システムに停止指示を入力すると、直ちに、給水を停止することを含むことを特徴とする、請求項１１に記載の給水方法。
【請求項１９】
前記ステップ（ｆ）において、給水の停止を決定するため基準が、前記給水システムに所定の時間間隔で給水を行うように事前にプログラムが組み込まれており、該時間間隔が終了すれば給水が終了する、プログラムモードを含むことを特徴とする、請求項１１に記載の給水方法。
【請求項２０】
水の循環を停止する前記ステップ（ｃ）が、
（ａ．）前記給水栓に設けられた温度センサを用いて水温を測定し、該給水栓で（一方は前記温水流入口で、他方は前記冷水流入口で）二つの温度センサが用いられている場合は、これらの測定値を、温度をより正確に測定するために有効に利用するステップと、
（ｂ．）水が所望の温度に達するまでの予想時間ｔ（exp）を計算するステップと、
（ｃ．）水の循環を停止する時間を確認、そうでない場合は前記ステップ（ａ．）に進むステップと、
（ｄ．）水の循環を停止するステップと、
から成ることを特徴とする、請求項１１に記載の給水方法。
【請求項２１】
前記ステップ（ｂ．）において、経時的な温度変化率（ｄT／ｄｔ：Δ温度／Δ時間）を計算し、T＝ｆ（time）を示すグラフの傾きを求める一次概算を用いて予想時間ｔ（exp）を計算することを特徴とする、請求項２０に記載の給水方法。
【請求項２２】
前記ステップ（ｂ．）において、より良い性能を実現するために関数T＝ｆ（time）の高次微分を用いて予想時間ｔ（exp）を計算することを特徴とする、請求項２０に記載の給水方法。
【請求項２３】
前記ステップ（ｃ．）が、前記給水栓内の水が所望の温度に達したかどうかを確認することによって実行され、該給水栓内の水が所望の温度に達した場合に、循環を停止する時間になることを特徴とする、請求項２０に記載の給水方法。
【請求項２４】
前記ステップ（ｃ．）が、水の循環を停止するように要求された時間ｔ（stop）について、水の移動（流動）質量の慣性、及び、前記循環ポンプおよび前記第１乃至第３のバルブの応答時間を考慮に入れて、前記給水システムに存在するパラメータを維持することによって実行され、予想時間ｔ（exp）が停止時間ｔ（stop）と等しくなった場合に、循環を停止する時間になることを特徴とする、請求項２２に記載の給水方法。
【請求項２５】
前記ステップ（ｄ．）が、水の流れを次第に停止させることによって実行されることを特徴とする、請求項２０に記載の給水方法。
【請求項２６】
前記循環ポンプ及び／又は前記第１及び第２のバルブを駆動させることによって、水の流れを次第に停止させることを特徴とする、請求項２５に記載の給水方法。
【請求項２７】
温度変化率（ｄT／ｄｔ）を考慮し、該温度変化率が高い場合は、循環を停止する時の前記給水栓における最終的な水温をより正確に制御するために循環速度を低下させることによって、水の流れを次第に停止させることを特徴とする、請求項２５に記載の給水方法。
【請求項２８】
電子的に駆動する三つのバルブを含み、
前記三つのバルブが、温水流入口及び冷水流入口それぞれに通じる流路に配設された調整可能な第１及び第２のバルブと、流出口に通じる流路に配設された第３のＯＮ／ＯＦＦバルブとから成り、
前記第１乃至第３のバルブが電気的に制御されるとともに、給水栓に容易に取付け可能な標準径を有することを特徴とするマイクロバルブ。
【請求項２９】
前記第１及び第２のバルブが、前記給水栓の混合室に入り込むプランジャをそれぞれ含むことを特徴とする、請求項２８に記載のマイクロバルブ。
【請求項３０】
水流出口又は給水栓の他の位置に設けられ、水流エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機をさらに含む、請求項２８に記載のマイクロバルブ。
【請求項３１】
各混合室とバルブとの間に配設され、各混合室への流速を制御する流路を有する複数の混合室を備えることを特徴とする複数の水源から液体を混合する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２００７年１２月１７日に英国において本出願人により出願された特許出願（英国出願番号第ＧＢ０７２４４７７．５号）に関するものであり、当該特許出願に基づく優先権を主張している。
【０００２】
本発明は、家庭用、商業用、あるいは工業用の温冷水給水システム及びその方法に関し、さらに具体的には、水及びエネルギーの使用を節約する手段を含む前記システムに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
家庭的、商業的、あるいは工業的な環境の中では、さまざまな利用者に対して給水を行う温冷水用の配管又は給水栓が存在する。
【０００４】
そのような従来技術のシステムにおける問題点は、温水が届くのを待つ間の水の浪費である。この水は、無駄に流されている。かかる浪費は、約１０リットル（約２．２英ガロン）になると推定されている。水が一時的に止められると、その分時間がかかり、かつ、その後、所望の流速及び温度での給水状態を回復するための何らかの調整が必要となる。これらの負担で時間を無駄にすることを回避するために、シャワーを浴びる人々は、多くの場合、シャワーを浴びている間、ずっと水を出したままにしておく。こうして、余計な水を浪費する。
【０００５】
このような予防策があるにもかかわらず、水圧の変化や建物内の他の利用者による水の使用、貯水タンク内の温水の枯渇などに起因して、水温に変化が生じる。
【０００６】
従来技術に係る給水システムの他の問題点は、寒冷天候下における配管内の水の凍結に関するものである。このようにして形成された氷は配管内における水の流れを阻害するため、この問題は、給水の停止を引き起こすことがある。さらに、水の凍結に関連する極度の力が配管にダメージを与える可能性がある。
【０００７】
家庭用高性能節水デバイス及びシステム（米国特許番号第６，８９５，９８５号、発明者：ポッパー他）には、冷水用の配管内への温水の循環を可能にする手段を用いて、所望の温度で利用者に水を提供するシステムが開示されている。要するに、温水が給水栓に達するのを待つ間、温水用の配管からの水が冷水用の配管の方へと循環される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許番号第６，８９５，９８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
それでもなお、様々な問題点が残されており、かかる問題点は、本発明の開示により解決されるとともに、ポッパーらの発明に関する改良点を提起している。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、以下に示すような革新的見地に基づいて一般的に説明される。
【００１１】
本発明は、温水用の配管から冷水用の配管へ流れる水を再利用しながら、部屋／建物内の全てのあるいは一部の利用者に対して温水の給水を行うシステムである。かかるシステムは、商業用あるいは工業用の施設においても利用することができる。
【００１２】
給水栓内でマイクロバルブを操作しながら、水の循環及び／又は貯水タンク内の加熱を行う、温水の給水方法である。自動的な水の循環は、配管内で水が凍結するのを防ぐのに有効である。
【００１３】
電子的に駆動される三つのバルブを含み、標準径の給水栓に対して容易に実装可能な新規のマイクロバルブである。
【００１４】
利用者が、様々な付加パラメータと同様に、水温及び水の流速を制御することを可能にする効果的な手段を使用するヒューマン・マシン・インターフェース（ＨＭＩ）である。
【００１５】
複数の水源から液体を混合する装置である。例えば、飲料水あるいは海水のどちらか一方の使用を要求することができ、そして、温水と冷水とを混合することができる。様々な材料を混合し得る。
【００１６】
温水を浴びることによる火傷からの利用者の保護。新たな安全基準では、温水のみに触れた場合の偶然の火傷から利用者を保護するために、温水の供給温度を制限することを要求している。例えば、イスラエル基準Ｎｏ．５４６３及びオーストラリア基準Ｎｏ．４０３２．２などである。温水の供給温度は、所定の値（例えば摂氏４５度）に制限されていなければならない。
【００１７】
高度な表示手段を備えた操作パネルである。高度な表示手段とは、例えば、ＶＧＡ、即ち、シャワー中にテレビ又は映画、あるいは他の情報を鑑賞するためのビデオ又はテレビディスプレイを含む。多機能ディスプレイは、給水を制御すること、及び、その後、他の情報を提示することの両方に用いることができる。
【発明の効果】
【００１８】
上述した、従来技術に係る給水システムの問題点は、本発明の開示により解決される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来技術に係る温冷水給水システムを示す。
【図２】温水を冷水用の配管内へ循環させることによる節水システムを示す。
【図３】温水を冷水用の配管内へ循環させることによる、複数の給水栓の分散型節水システムを示す。
【図４】温水を冷水用の配管内へ循環させることによる、複数の給水栓の集中型節水システムを示す。
【図５】循環モードの運転中における、給水栓に向かう方向への温水の最前部の伝播を示す。
【図６】本システムの動作方式の詳細図を示す。
【図７】循環段階中における給水栓での水温を示す。
【図８】水の循環を停止する工程の詳細図を示す。
【図９】一の実施形態に係る給水栓を示す。
【図１０】他の実施形態に係る新規の給水栓の二つの縦断面図を示す。
【図１１】新規のバルブ構造の詳細図を示す。
【図１２】好ましい実施形態に係る新規のマイクロバルブの機能的断面図であり、温冷水の流入口の詳細図を示す。
【図１３】複数の水源から液体を混合する装置の機能的断面図を示す。
【図１４】さらに他の実施形態に係る新規のバルブの二つの縦断面図を示す。
【図１５】給水栓の平面図を示す。
【図１６】一の実施形態に係るヒューマン・マシン・インターフェースを示す。
【図１７】他の実施形態に係る操作パネルを示す。
【図１８】さらに他の実施形態に係る操作パネルを示す。
【図１９】またさらに他の実施形態に係る操作パネルを示す。
【図２０】安全な温度で温水を供給するシステムを示す。
【図２１】他の実施形態に係る新規のバルブ構造の詳細図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下の説明は、本発明に関する７つの革新的見地を一般的に詳細に記載したものである。とはいえ、本発明に関する様々な見地は、一つの革新的発想において相互関係を有している。
【００２１】
[家庭用、商業用あるいは工業用の施設において利用者に対して温冷水の給水を行うシステム]
【００２２】
従来技術に係る温冷水給水システムの機能の説明が図１に示されている。給水流入口から建物１１へ向かう水は、冷水供給用の配管１２及びその分岐配管を通じて建物内の全ての利用者に冷水として供給される。
【００２３】
また、冷水は、配管１３を通じて、水を加熱するための貯水タンク２１を備えた温水サブシステムに供給される。温水は、温水供給用の配管２２及びその分岐配管を通じて建物内の利用者に供給される。
【００２４】
本発明は、貯水タンク２１を有さないものを用いてもよい。例えば、インライン・ヒータ（Ａｔｍｏｒ・Ｌｔｄ社製）を用いてもよい。例えば、太陽エネルギー、ガスエネルギーなど、様々な水加熱手段を利用してもよい。
【００２５】
すべての利用者は、温冷水用の給水栓３を有する。
【００２６】
給水栓３には、冷水の供給を制御する冷水用バルブ３２を備えた冷水流入口３１、及び、温水用バルブ３４を備えた温水流入口３３が設けられている。水は、水流出口３５を通じて利用者に給水される。一般的に、これらのバルブ３２、３４は、利用者によって機械的に制御される。
【００２７】
図２は、温水用の配管から冷水用の配管へ水を循環させることによる節水システムを示すものである。かかる実施形態では、バルブ３２、３４、及び３６が電気的に制御されている。新規の給水栓は、流出バルブ３６も有している。バルブ３６が閉じている場合、バルブ３２、３４は両方とも開いている。そして、循環が可能となり、温水用の配管からの水は冷水用の配管の方への流入が可能となる。
【００２８】
循環ポンプ４１は、貯水タンク２１、温水供給用の配管２２、バルブ３４、３２、冷水供給用の配管１２、ポンプ４１から成り、再び貯水タンク２１に戻る閉回路に沿って水に圧力を加える。循環の方向を水流４４と仮定する。
【００２９】
一方向バルブ１１５は、建物に配設される給水用の配管網の入り口に設けるとよい。当該バルブは、水が建物の水道システムへ流れることを可能にし、建物の外で水が逆流しないようにする。このようなバルブが設けられている場合、過剰な水圧を解放するのに適した手段が提供されるはずである（そうでなければ、膨張した水が強大な圧力をかけて、設備を損傷させるかもしれない）。
【００３０】
一の温度センサのみが用いられる場合、温度センサ４５２は給水栓内の水温を測定する。センサ４５２は、流出される水の温度を測定するために、給水栓内の混合室に設置するのが好ましい。
【００３１】
本システムにおいて、一の温度センサが用いられる場合、当該センサは、給水栓の流出口又は混合室内に設けられた流出用センサ４５２（図９参照）である。二つの温度センサが用いられる場合、第２センサは温水流入口に設けられた温度センサ４５である。また、三つの温度センサが用いられる場合、第３センサは、冷水流入口に設けられた温度センサ４５１である。
【００３２】
さらにもう一つ温度センサを用いれば、コントローラは、流出される水の温度に加えて、給水栓に供給される温水及び冷水の温度を測定することが可能になる。この情報は、制御アルゴリズムで有効に利用すればよい。供給される水の温度を制御するためには、混合室内に設けられた一の温度センサのみで十分である。これは、高い費用対効果が見込まれる好ましい実施形態である。
【００３３】
好ましい実施形態において、ソフトウエアは、より正確に給水を制御し、温度及び流速が制御された安定的な給水を行うために、流速を利用して温度勾配と時間との関係を計算する。
【００３４】
給水栓制御ユニット４２は、バルブ３２、３４、３６及び循環ポンプ４１の操作を制御する。また、給水栓制御ユニット４２は、必要に応じて、水を加熱するための温水タンク２１も制御する。
【００３５】
循環ポンプ４１は、冷水用の配管１３に組み込まれるのが好ましい。温水用の配管２２において余儀なくされるような高い使用温度に耐える必要がないからである。
【００３６】
好ましい実施形態においては、一の温度センサのみが用いられており、このセンサは、混合室内に設けられた温度センサ４５２である（図１０参照）。また、他の好ましい実施形態においては、用いられる唯一の温度センサは、（利用者に水を供給する）給水栓の流出口３５に設けられた温度センサ４５２である（図９参照）。
【００３７】
図３は、温水を冷水用の配管内へ循環させることによる、複数の給水栓の分散型節水システムを示すものである。バルブ３２、３４、３６の操作をそれぞれ制御する給水栓制御ユニット４２が一の給水栓３に対して設けられている。
【００３８】
給水栓の操作は、利用者４２５からの指示の入力により行われる。当該ユニットは、さらに、水温及びその他のパラメータに関する情報を利用者に提供するための表示手段４２６を含む。例えば、音声指示手段など、表示手段４２６に代えて又は表示手段４２６に加えて、その他の指示手段を用いてもよい。
【００３９】
この分散型システムでは、循環ポンプ４１の駆動要求は、通信伝達手段４８を通じて、また別のユニット４２に転送される。その工程は、前記要求が実質的にポンプ４１の制御を行うユニット４２のうちの一つに到達するまで継続される。全てのユニット４２からの温水要求に応答し、タンク２１の加熱が適宜行われる。
【００４０】
給水栓におけるすべてのコントローラは、このような他のユニットとの通信機能や、ポンプ４１及びタンク２１内に設けられた加熱ユニットの制御機能を備えるのが好ましい。
【００４１】
それぞれの給水栓におけるコントローラは、複数のユニット間において指示及び状況情報の転送を行うための他の給水栓との双方性通信回線を含んでいてもよい。コントローラは、互いに機械的に接続され、ネットワークの接続形態を認識し、当該ネットワークへの接続ポイントへ情報を転送する既存の集積回路（ＩＣ）コントローラを用いてもよい。
【００４２】
通信伝達手段４８は、無線通信、有線接続、超音波、赤外線、及び／又はその他の通信手段を用いて実施されるものであってもよい。
【００４３】
タンク２１内の水温は、当該タンク内に設けられた温度センサ２１５（又は複数の温度センサ）を用いて測定される。測定結果はユニット４２に送信され、このユニット４２から残りのユニット４２へと送信される。
【００４４】
タンク内の水温に関する情報は、制御方法／アルゴリズムにおいて、循環及び利用者に対する温水の供給のより正確な制御を行うために用いられる。
【００４５】
［適宜選択される点］
水温は、給水栓のディスプレイに表示してもよい。
【００４６】
［実施例］
温水の温度が高い場合、低速循環が用いられる。このため、給水栓が非常に高温の水であふれることはない。温水の温度が閾値を下回った場合、加熱を実行する。この閾値は、予想される温水の使用量による。もし、多量の使用が予想されるのであれば、水は、高温状態に保たれる。タンク内における水温は変化する。複数の温度センサからの測定値を利用することで、温水の総量のより正確な見積もりが行われる。例えば、様々な測定値の平均値（即ち、重量の平均値）が算出される。それぞれの温度センサに対する正確な重要性を割り当てるためである。
【００４７】
例えば、タンク内の上部、中央部、及び底部に複数の温度センサを設けることもできる。また、タンク内の温度を測定するために他の手段を用いてもよい。例えば、タンク内の水の循環を利用してもよい。
【００４８】
このような複数の温度センサは、温水不足の状態が近づいていることに対する警告を行うために、タンク内の温水の残量をより正確に求めることができる。その他の実施形態では、最適な方法／アルゴリズムを用いて、一の温度センサのみから得られる測定値と時間との関係が利用される。これにより、タンク内の温水の残量の測定、及び、温水不足の状態が近づいていることに対する警告が行われる。
【００４９】
また、ユニット４２も温水タンク２１の制御を適宜行い、必要に応じて水を加熱する。
【００５０】
図４は、温水を冷水用の配管内へ循環させることによる、複数の給水栓の集中型節水システムを示すものである。給水栓制御ユニット４２は、一の給水栓３に設けられたバルブ３２、３４、３６の操作をそれぞれ制御する。また、本システムは、利用者４２５からの指示の入力に関する伝達経路及び表示手段４２６を備える。
【００５１】
本実施形態では、三つの温度センサ４５、４５１、及び４５２（図９参照）を備えており、温度センサ４５は温水流入口３３に、温度センサ４５１は冷水流入口３１に、及び温度センサ４５２は水流出口３５にそれぞれ設けられている。
【００５２】
温度センサ４５２は、高速応答機能及び水中での温度測定機能を有するということが重要である。
【００５３】
ユニット４２からの循環ポンプ４１に対する駆動要求は、中央コンピュータ４９へ送信される。
【００５４】
その他のユニット４２もコンピュータ４９へこれらの要求を送信することができる。
【００５５】
コンピュータ４９は、全てのユニット４２からの温水の要求に応答して、ポンプ４１及びタンク２１内の加熱の制御を適宜行う。
【００５６】
タンク２１内の水温は、温度センサ２１５（又は複数の温度センサ）及び適宜選択可能な予測アルゴリズムを用いて測定される。測定結果は、システムのより正確な制御のために、コンピュータ４９に送信される。予測アルゴリズム／方法は、タンク内の水温及び入手可能な温水の量を見積もるために、時間関数として温度の測定値を用いてもよく、また、水の流速に関する情報を用いてもよい。
【００５７】
また、コンピュータ４９も温水タンク２１の制御を適宜行い、必要に応じて水を加熱する。
【００５８】
［給水栓内でマイクロバルブ及び／又は水の循環を操作しながら行う温水の給水方法］
【００５９】
図５は、循環モードの運転中における、給水栓に向かう方向への温水の最前部の伝播を示すものであり、様々な値の時間パラメータに対するその時間における位置を示すグラフである。
【００６０】
初めに、時間ｔ０では、パイプ全体にわたる水が低温（常温）である。よって、温水用の配管２２付近の水のみが温かい。循環が開始すると、継続的な時間周期ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３…での温度分布を示すように、温水の最前部が給水栓３及び冷水用の配管１２に向かう方向へ前進する。
【００６１】
時間ｔ５において、まさに所望の温度Ｔｄｅｓの水温で、温水の波が給水栓に到達する。その時に、循環が停止し、水が利用者へ供給される。
【００６２】
［利用者に対して温水を供給するための操作方法］
【００６３】
図６は、本システムの操作方法を詳細に示すものであり、以下のステップを含む。
【００６４】
ステップ１：温水の供給に対する利用者の要求を承認する（符号５１）。
【００６５】
ステップ２：バルブ３６を閉じ、バルブ３２、３４を開き、循環ポンプ４１を駆動させて循環を開始する（符号５２）。
【００６６】
ステップ３：給水栓における温度が所望の値に達したときに循環を停止する（符号５３）。
【００６７】
ステップ４：給水栓において、利用者に給水を開始する（符号５４）。給水は、準備が整った場合、又は、利用者からのプロンプト応答後にのみ開始する。（下記注釈を参照）
【００６８】
ステップ５：供給される水のパラメータを制御しながら、給水栓において給水を行う（符号５５）。
【００６９】
ステップ６：給水を停止するかどうかの確認を行う（符号５６）。このとき、停止しない場合は、前記ステップ５へ進む。給水を停止するには様々な基準がある。（下記注釈を参照）
【００７０】
ステップ７：給水を停止する（符号５７）。以上で操作方法が終了する。
【００７１】
［注釈］
（１）上記方法（ステップ４）において、利用者に給水を開始するために考えられる実施形態を三つ示す。
ａ．給水栓で所望温度の水が利用可能になると同時に、本システムが、給水栓において利用者に対する水の流出を開始する。
ｂ．給水栓で所望温度の水が利用可能になったとき、本システムが、準備完了サインを起動し、利用者が所望のタイミングで給水を開始するためのボタンを押すようにすればよい。準備完了サインは、可視式、可聴式、あるいはその他の手段を用いてもよい。
ｃ．本システムが、常に、あるいは、必要な場合に応じて間欠的に水の循環を行い、給水栓のすぐ近くに温水がある状態を保つ。利用者が温水を要求した場合、本システムが迅速に応答するようにする。
複数の給水栓で迅速な応答を要求されている場合、本システムが、まず初めに第１の給水栓に温水を運ぶための循環を行い、その後、第２、第３、…の給水栓に温水を運ぶための循環を行うようにしてもよい。
【００７２】
本システムが、（温度センサを用いて）いくつかの給水栓内の水が冷めていると感知した場合は、第１のバルブ及び第２のバルブを開けることによって、その給水栓に温水を運ぶために、循環が再び開始される。
【００７３】
（２）給水栓は、ステップ１において数ある方法のうち以下に具体的に示す一の方法を有している。即ち、利用者によってプログラムを組み込まれた方法であってもよい。具体的には、一方の利用者ができるだけ早く給水の開始を望んでいれば、他方の利用者は適切なタイミングで給水を開始するような方法であってもよい。
【００７４】
（３）ステップ６において、給水を停止することを決定するための様々な基準がある。例えば、
ａ．本システムが、供給される温水が間もなく使い果されてしまい、その結果として、所望の温度を長時間にわたって維持することができないことを検知する。その後、水が冷たくなってしまう前に、利用者に対して急いで温水の使用を終えるように警告を行うための適切なサインを出す。本システムは、例えば、終了まで残り９分、８分、７分…とカウントダウンを行う方法を用いて、洗うために残された時間を表示するディスプレイを含むのが好ましい。やがて、本システムは、給水及び使用の特徴点を記憶する。そして、供給可能な温水の残量を見積もるために、測定された経過時間を利用する。
【００７５】
ｂ．利用者が本システムに停止指示を入力すると、直ちに、給水を停止する。
【００７６】
ｃ．事前プログラムモード、即ち、本システムには、所定の時間間隔で給水を行うように事前にプログラムが組み込まれている。時間間隔が終了すれば給水が終了する。給水が停止されることについて利用者に警告が与えられるのが好ましい。警告は、例えば、１分ごと、５分ごとなど、所定の時間間隔ごとに、停止の実行前に行えばよい。
【００７７】
ｄ．上記ａ〜ｃのいかなる組合せであってもよい。
【００７８】
この形態は、ホテルなど水不足があり節水が必要とされる場所に特に有効である。かかる形態は選択的なものであり、本当に必要ではない場合又は正当ではない場合は、本システムの利用によって顧客を怒らせないように注意して使用しなければならない。
【００７９】
（４）好ましい実施形態において、循環しているときは、全ての利用者がシステムを止める。このとき、いかなる利用者に対しても給水は行われない。利用者に対する給水は、循環が停止しているときのみ開始される。
【００８０】
（５）けがの可能性から利用者を守るために、温度が高すぎる場合には給水を終了する。
【００８１】
［配管内で水が凍結するのを防ぐ方法］
本方法は、本明細書において詳細に開示されているような、水温の測定及び水の循環を用いる本システムにおいて様々な構成で用いることができる。
【００８２】
凍結する傾向にある位置にあたる配水管内に付加的な温度センサを設けてもよい。これらは、制御手段、あるいは、その他の自動決定手段に接続されている。本方法は、以下のステップを含む。
【００８３】
ステップ１：家庭用、商業用あるいは工業用の施設に設けられた配水管において、複数の位置で水温を測定する。温度の測定値は、コントローラ、コンピュータ、あるいは、その他の自動決定手段に送信される。
【００８４】
ステップ２：水がもうすぐ凍結してしまう危険性が、特定の位置からの温度の測定値に現れている場合は、その特定の位置において水の循環が開始される。このとき、加熱手段を適宜利用する。たとえ、温度が凝固点に近づいている場合であっても、凍結を防ぐには、水に動きを与えるだけで十分である。また、水の凍結を防ぐために、水温の低下又は危険な温度低下率に反応する自動的な水の循環手段を用いてもよい。例えば、本出願において詳細に記載したような、水が流出するのを防ぎながら、水の循環回路を形成するバルブを用いて、水の循環を、凍結しそうな位置に対して選択的に利用すればよい。以上で、配管内で水が凍結するのを防ぐ方法が終了する。
【００８５】
［注釈］
これは、新たなシステムの特徴でもある。本明細書において詳細に開示されているような本システムの構成は、凍結する傾向にある位置にあたる配水管内に設けられた付加的な温度センサを備える。ただし、これらの位置は、家庭用の水道システム内にあるという付加的な条件がある。本システムは、循環ポンプをこれらの位置において水を循環させるために駆動させることができることを特徴とする。本システムによれば、当業者にとって明らかに配設が困難な位置に付加的な水の循環回路を形成することができる。かかる構成は、配管内の循環を利用することによって、水の凍結と戦い、これを防止する。
【００８６】
図７は、循環段階中における給水栓での水温を示すものである。
【００８７】
段階Ａでは、水温は冷水の温度であり、温水の最前部はまだ給水栓まで到達していない。
【００８８】
段階Ｂでは、水温が上昇している。
【００８９】
段階Ｃでは、循環が減速あるいは停止し、温度がゆるやかに上昇している。
【００９０】
段階Ｄでは、循環が停止し、水が一定の温度で利用者に供給される。
【００９１】
このことは、所望の温度を超えないように、時間通りに循環を停止させることの重要性を示している。
【００９２】
［水の循環を停止する方法］
図８は、水の循環を停止する工程の詳細図を示すものであり、以下のステップを含む。
【００９３】
ステップ１：給水栓に設けられた温度センサ４５を用いて水温を測定する（符号５３１）。給水栓で（一方は温水流入口で、他方は冷水流入口で）二つの温度センサが用いられている場合、これらの測定値は、時間及び空間についての温度勾配をより正確に測定するために有効に利用される。
【００９４】
本システムは、例えば、前の経験に基づいて、給水準備が完了し、利用者が水を入手可能な状態になるまでの残り時間を表示してもよい。本システムは、温水がそれぞれの給水栓に到達するまでに必要な時間を測定してもよい。利用者が温水を要求したときに、この有用性が発揮されることになる。
【００９５】
ステップ２：水が所望の温度に達するまでの予想時間ｔ（ｅｘｐ）を計算する（符号５３２）。第１の実施形態では、一次概算、即ち、経時的な温度変化率（ｄＴ／ｄｔ：Δ温度／Δ時間）を計算する。これは、図５においてＴ＝ｆ（ｔｉｍｅ）を示すグラフの傾きである。その他の実施形態では、関数Ｔ＝ｆ（ｔｉｍｅ）の高次微分を用いてもよい。Ｔ＝ｆ（ｔｉｍｅ）のグラフは直線ではないため、より良い性能を実現することができる。
【００９６】
ステップ３：循環を停止する時間を確認する（符号５３３）。簡単な実施形態では、給水栓内の水が所望の温度に達したかどうかを確認し、その後、循環を停止する時間になる。さらに進化した実施形態では、システムにおいてパラメータが存在する。水の循環を停止するように要求された時間ｔ（ｓｔｏｐ）については、水の移動（流動）質量の慣性、及び、循環ポンプおよびバルブの応答時間を考慮に入れる。
【００９７】
予想時間ｔ（ｅｘｐ）が停止時間ｔ（ｓｔｏｐ）と等しくなるときが、循環を停止する時間である。給水栓３内の水温が所望の温度を超えないようにするために、時間内に循環を停止することを目標としている。
【００９８】
ステップ４：水の循環を停止する（符号５３４）。簡単且つ低コストの循環ポンプ及び簡単な制御手段の使用を認めるために、循環は急に停止されるのが好ましい。簡単なＯＮ／ＯＦＦ制御が用いられる。その他の実施形態では、配管内及び本システムの構成要素における過剰な圧力によって循環が停止されるため、循環は急に停止されない。もし必要があれば、循環ポンプ及び／又は循環バルブ３２、３４は、工学的考察に従った所望の割合で循環が次第に停止するように駆動される。
【００９９】
次に、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）について考察する。温度変化率が高い場合、循環の急停止は給水栓において温度のエラーを引き起こす可能性がある。即ち、タイミングの変化のような小さいエラーが温度についての大きなエラーを引き起こす。循環速度を次第に低下させることにより、循環を停止する時の給水栓における最終的な水温が、より正確に制御される。
【０１００】
本システムは、ポンプが駆動していない場合に水が流れるのを可能にするタイプの循環ポンプ４１を用いるのが好ましい。これは重要な機能的及び工学的考察である。たとえポンプが駆動していないときであっても、冷水がタンクに流入し、そこから温水を供給することが可能になるからである。つまり、本システムは通常の手段で稼働する。これは、温水が給水栓に到達し、これ以上、循環の必要がなくなった後の操作の形態である。循環ポンプ４１に関する好ましい形態の一つは遠心力ポンプである。
【０１０１】
［循環を停止するための方法］
ステップ（ａ）：循環ポンプ４１の駆動を停止する。
ステップ（ｂ）：一定時間の経過後、次第に水の循環を停止するためにバルブ３２、３４を閉じる。その他の実施形態では、（エネルギーを節約するために）エネルギーの使用を最適化するのが好ましい。この場合、バルブの作動（バルブの開閉）は、最小限に抑えられる。例えば、循環を停止するために、循環ポンプを停止し、バルブの設定値の変更を行わずに、水が動かなくなるのを待つ。その後、下記ステップ（ｃ）に記載されているような所望の流量及び温度で、水を流出口に供給するための所望の設定値にバルブを設定する。エネルギーを節約するために、バルブを閉じないということが本方法の特徴点である。
ステップ（ｃ）：一定時間の経過後、所望の出力流量及び温度のバルブ３２、３４を調整する。
ステップ（ｄ）：バルブ３２、３４が所望の設定値に設定された後、及び、（選択的に）利用者が水の供給を開始するのを許可した後にのみ、出力バルブ３６を開く。
以上で、循環を停止するための方法が終了する。
【０１０２】
本方法の他の実施形態では、ポンプ４１の駆動を停止することによって循環が停止される。バルブ３２、３４は、その後、これらを閉じる上記ステップ（ｂ）を省略して、所望の出力流量及び温度に直接設定が行われる。
【０１０３】
好ましい実施形態では、バルブ３６は、ＯＮ／ＯＦＦ制御（ＯＮで利用者に給水が行われ、ＯＦＦで水が循環する）であるのに対して、バルブ３２、３４は、連続的に調整することが可能である。その他の好ましい実施形態では、バルブ３２、３４はほとんど連続して調整される。この調整は、例えば、それぞれのバルブに対してステッピングモーターを用いて細かいステップで行われる。
【０１０４】
［以前の指示及び不定期的な利用者を考慮に入れるための方法］
本方法は以下のステップを含む。
【０１０５】
ステップ（ａ）：指示を受け、温水の利用傾向を記憶する。
【０１０６】
ステップ（ｂ）：（付加的な）要求があったときに、水を加熱するために温水タンク内に設けられたヒータを駆動させる。水を加熱するためには、太陽エネルギー、電力、あるいはこれらを組み合せた様々な手段を用いることができる。
【０１０７】
ステップ（ｃ）：温水の供給
ステージ１：事前準備
※給水栓に設けられた循環バルブを開き、所望の設定で循環ポンプを駆動させる。
※循環を停止する。
※任意選択：所望温度の温水が即時利用できる状態になった場合に、準備完了サインを適宜起動する。
【０１０８】
ステップ（ｄ）：温水の供給
ステージ２：供給
※要求された流出量及び温度に循環バルブを調整する。
※流出バルブを開く。
※水圧の変化、他の顧客による水の使用、温／冷水の水温の変化など、システム中の障害にもかかわらず、所望の流速及び温度を保つために連続的なバルブの自動調整を行う。
※顧客による要求のとおりに、流量パラメータ（流速、温度など）を変更する。
※水の供給を停止する（給水栓を閉じる）。給水を開始する前に、表示又は音声による警告を適宜行ってもよい。
以上で、以前の指示及び不定期的な利用者を考慮に入れるための方法が終了する。
【０１０９】
［新規のマイクロバルブ］
【０１１０】
図９は、一の実施形態に係る給水栓３を示すものである。不図示の制御ユニットに、冷水用バルブ３２、温水用バルブ３４、及び水流出用バルブ３６が接続されており、この制御ユニットがこれらの操作を制御する。また、制御ユニットは、温度センサ４５、４５１、及び４５２からの測定温度を示す信号を受信する。
【０１１１】
温度センサ４５は、高速な応答を行い且つ水（好ましくは、流入する温水）の温度を測定するために、水中に浸されているのが好ましい。測定において時間的な遅れが生じるため、給水栓自体の構造に設けられた温度センサは、十分な機能を果たさない。
【０１１２】
その他の温度センサ４５１、４５２も同様に水中に浸されていてもよい。
【０１１３】
冷水流入口３１及び温水流入口３３は、冷水用の配管及び温水用の配管にそれぞれ接続されるネジ山３１２、３３２をそれぞれ備える。ネジ切りされた配管ではなく、例えば、スナップ式接続などの他の接続手段を用いてもよい。水は水流出口３５を通じて供給される。
【０１１４】
水流エネルギーを電気エネルギーに変換するために、発電機３５６が、水流出口３５又は給水栓の他の位置に適宜設けられていてもよい。こうして生成されたエネルギーは、給水栓において電気エネルギーを用いて水を供給するために利用される。こうして生成されたエネルギーは、ユニット４２及び他の電子的手段の電源となる二次電池を蓄電するために利用してもよい。
【０１１５】
他のエネルギー生成手段を利用することもできる。例えば、ペルチェ効果（温冷水の温度差）に基づくもの、あるいは、その他の種類の発電機であってもよい。全ての給水栓に電気エネルギーを供給するために、壁に設置された低電圧配線を交互に用いてもよい。そのような配線を用いる場合は、本システムの構成要素間における様々なデータ及び命令と同様に、温度センサからの情報を送信するために利用することもできる。誤作動が起きた場合に備えて、低電圧は、利用者に危険をもたらさない程度であるのが好ましい。
【０１１６】
好ましい実施形態において、利用される唯一の温度センサは、（利用者に水を供給する）給水栓の流出口３５に設けられた温度センサ４５２である。
【０１１７】
好ましい実施形態において、バルブ３２、３４は流速を変えることが可能であり、これらは、制御ユニットにより制御信号を通じて制御することができる。流出バルブ３６は、ＯＮ／ＯＦＦタイプのものを用いるのが好ましい。給水栓が使用されていないか、あるいは水が循環している間はバルブ３６がＯＦＦになり、利用者に水を供給するときにバルブ３６がＯＮになる。
【０１１８】
バルブ３２、３４について図１０〜１３を用いてさらに詳細に説明する。バルブ３６は、図１０に示すユニットの水流出口３５に取り付けられていてもよい。バルブ３２、３４は、混合室３６６に入り込む二つのプランジャとして実施してもよい。バルブユニットは一〜三つの温度センサを含み得る。バルブユニットは、温度センサに加えて、様々なセンサを含み得る。これらのセンサは、圧力センサ、水の流速センサ等を含み得る。
【０１１９】
好ましい実施形態において、マイクロバルブユニットは、冷水及び温水の流入を制御するためのバルブ３２及び３４を含む（図１０及び１４参照）。図１０及び１４に示すユニットはバルブ３６を含まず、このバルブ３６はユニットの流出口に取り付けられるのが好ましい。
【０１２０】
ユニットは、既存の給水栓のインフラ設備に適合する標準径を有するものが好ましい。既存の給水栓としては、例えば、打出し成形式の給水栓、壁取付け式の給水栓、あるいは、デッキ据付け式の給水栓などが挙げられる。
【０１２１】
オプションＡ：ユニットの口径が約３５ｍｍ（ミリメートル）
オプションＢ：口径が約２５ｍｍ
オプションＣ：口径が約２０ｍｍ
オプションＤ：口径が約２５〜３５ｍｍの範囲内
オプションＥ：口径が約１５〜２５ｍｍの範囲内
その他の標準径の値を用いることができる。
【０１２２】
図１０は、好ましい実施形態に係る新規のマイクロバルブの二つの縦断面図を示すものであり、冷水流入口３１、温水流入口３３、及び水流出口３５を詳細に示すものである。温水バルブ３４は完全に閉じられた状態が示されており、冷水バルブ３２は完全に開かれた状態が示されている。
【０１２３】
温度センサ４５２は、本装置の流出口に設けられていてもよい。本装置は、プランジャ手段３２７、３４７、及び任意の伝達手段３２５、３４５を備えた水の流れを制御するための電動機３２４、３４４を用いる（図１１参照）。この構造の新規な特徴は、混合室３６６を備えたプランジャを用いる点である。
【０１２４】
図１１は、バルブ構造の分解組立図を詳細に示すものである。このバルブは、例えば、図９、１０あるいは１１の給水栓の構造において用いることができる。電動機３２４は、伝達手段（ギア）３２５に作用して内側のネジ山３２６を備えた部分を回転させる。この回転がプランジャ３２７を上下動（開閉動作）させる。
【０１２５】
また、冷水流入口３１（この例においては、温水に関しても同様の構造で実施される）、及び混合室３６６に向かう流出バルブ３１６が示されている（図１２参照）。
【０１２６】
電動機３２４は、回転速度と時間との関係を表すグラフに示されているように、パルス動作（脈動）させてもよい。電圧の負荷サイクルは変更可能である。極性を逆転させることによって、動作方向を逆転させてもよい。その他の実施形態として、ステッピングモーターを用いてもよい。電動機３２４とプランジャ３２７間にあるギアのギア比は、プランジャ３２７を動かすのに必要な機械エネルギーを最小限に抑えるように工夫されていてもよい。このグラフに示されているように、最大限の性能を生み出すための最適なギア比（ＯＧＲ）が存在し、流入口３１における水圧も考慮しながら、ソースのインピーダンスと負荷とを最適に整合させる。
【０１２７】
かかる実施形態に関して起こり得る問題として、流入口３１における水圧が考えられる。この水圧は、プランジャ３２７の下方への移動を阻害し、これにより、エネルギーの浪費が引き起こされる。この問題の解決方法として、常にプランジャ３２７を押し下げて、水圧の力を無効にするための負荷が与えられるバネを用いることができる。電動機３２４は、プランジャ３２７を上下動させるための差動力（より小さい値の力）を与えるだけでよい。他の解決方法として、図２１に示すような、流出バルブ３１６から流出口３１に向かって逆方向に水を流す実施形態が挙げられる。この場合、水圧はバルブを閉じるのを阻害しない。
【０１２８】
図１２は、好ましい実施形態に係る新規のマイクロバルブの機能的断面図であり、冷水流入口３１、温水流入口３３、及び水流出口３５を詳細に示すものである。
【０１２９】
一の実施形態において、温度センサ（ＴＳ）が、以下に示すように配設されている。温度センサ４５１は冷水流入口３１の近傍に配設され、温度センサ４５２は混合室３６６内に配設され、温度センサ４５は温水流入口３３の近傍に配設されている。これらの温度センサはコントローラ４２に接続されている。他の実施形態では、温度センサ４５２のみが用いられる。
【０１３０】
電動機３２４は、任意の伝達手段（ギア）３２５に作用してプランジャ３２７を動作させ、冷水流入口３１からの冷水の供給が制御される。同様に、電動機３４４は、任意の伝達手段３４５に作用して、プランジャ３４７を動作させ、温水流入口３３からの温水の供給が制御される。
【０１３１】
温水流入口及び冷水流入口からの水は混合室３６６で混合され、その結果、所望の温度になった水が、流出口３５から流出する。
【０１３２】
流出口３５へ向かう流れは、周知の流量制御手段を含む手段３５７によって制御される。手段３５７は、駆動手段３５４によって作動する。好ましい実施形態において、手段３５７はＯＮまたはＯＦＦの二つの状況のみを有する。駆動手段３５４に適した実施例として、電気ソレノイドが挙げられる。ＯＮ／ＯＦＦを可能にするバルブとして膜バルブを用いてもよい。
【０１３３】
図１３は、複数の水源から液体を混合する装置の機能的断面図を示すものである。例えば、飲料水か海水のどちらかの利用を希望することが可能であり、その後、温水と冷水の混合を行う。かかる実施形態において、温水は、配管の設けられた高速ヒータ（Ａｔｍｏｒ社製）を用いてもよい。本装置は、産業上、液体の混合あるいは気体の混合に適用することができる。
【０１３４】
例えば、海水（冷水）流入口３１８及び（温水）流入口３３８は、プランジャ３２７２、３４７２を備えており、混合室３６６２への流体の流入を制御する。第３ユニットは、プランジャ３２７３、３４７３を備えており、混合室３６６３において流体が混合される。流出口での流れは、図に示されているように、本装置の流出口に設けられたプランジャ３４７６を用いて制御することができる。
【０１３５】
図１３に示す装置は、積み重ね可能である。したがって、処理経路に沿って設けられた多数の混合室で混合される多数の液体及び／又は気体の流入を可能にするために、さらに多数のユニットを用いてもよい。
【０１３６】
図１４は、さらに他の実施形態に係る新規のマイクロバルブの二つの縦断面図であり、冷水流入口３１及び温水流入口３３を詳細に示すものである。
【０１３７】
また、混合室３６６が示されており、水が利用者に水流出口３５を通じて供給されるときに、温水が冷水と混合される。
【０１３８】
この図において、温水用バルブプランジャ３４７は完全に閉じられた状態が示されており、冷水用バルブプランジャ３２７は完全に開いた状態が示されている。また、温水流入口、冷水流入口、及び混合室にそれぞれ設けられた温度センサ４５、４５１、及び４５３が示されている。
【０１３９】
図１５は、給水栓の底面図を示すものであり、冷水流入口３１、温水流入口３３、及び水流出口３５が示されている。
【０１４０】
［ヒューマン・マシン・インターフェース］
【０１４１】
図１６は、一の実施形態に係るヒューマン・マシン・インターフェースを示すものであり、さらに具体的には、温冷水用の蛇口又は給水栓を制御するユニット４２に使用可能な制御及び表示パネルを示すものである。
【０１４２】
本パネルは、温度測定値４０２、温冷水選択ボタン４０６、４０８を含む。
【０１４３】
冷水を希望する場合は、ボタン４０６を押して冷水流入口のバルブを開ける。温水を希望する場合は、ボタン４０８を押して循環機構が起動され、これに続いて本明細書で詳細に開示されているような水道機構が動作する。
【０１４４】
温水の温度は、機能選択機構４１０及び任意のボタンを用いることによって設定することができる。
【０１４５】
任意のボタンは、以下のものを含む。
※「温度」、「時間」、「流量」のような異なる機能を選択するための機能選択機構４１０
選択されたそれぞれの機能は、それぞれに適した表示手段４２２、４３２、４４４によって表示される。
※ＵＰボタン４４０及びＤＯＷＮボタン４４２
選択された機能のバルブ（の設定）を上下に変更するために用いられる。
【０１４６】
その他、所望の水の使用時間を設定するためのタイマー４３０、時間表示手段４３２、設定温度及び／又は設定時間を記憶するための記憶手段４３４、及び、二つの流出口のうちの一つを選択するための流出口選択ボタン４５２、４５４、などが挙げられる。
【０１４７】
図１７は、他の実施形態に係る操作パネルを示すものである。本パネルは、温度測定値４０２、準備完了サイン４５０、所望の温度で水を供給するための温水選択ボタン４０８、及び冷水を選択するための冷水選択ボタン４０６を含む。
【０１４８】
作動中、速やかに水の流れを停止するために停止ボタン４６０を用いてもよい。プログラム化されたボタン４６１、４６２、４６３、４６４、４６５等は、例えば、温度、流速、運転時間（任意で自動的に給水栓を閉じる場合）など、を含む予めプログラム化されたパラメータで水を供給する。
【０１４９】
こうして、全ての利用者が、それぞれ利用したいプログラムを備えたボタン（又はいくつかのボタン）をプログラム化することができる。したがって、全ての利用者に対して給水栓を個別化することができる。
【０１５０】
プログラミング・エリア４６９は、水の即時送出又は遅延送出に関するプログラム化を給水栓に対して行うための様々なボタンを含む。
【０１５１】
図１８は、さらに他の実施形態に係る操作パネルを示すものであり、回転継ぎ手４７２を備えた操作レバー４７１を用いる。このレバーを左右方向に動かすことによって温度を制御する。さらに熱くしたい場合はレバーを右方向に動かせばよい。レバーを上下方向に動かすことによって水の流れを制御する。流れが完全に停止した状態（下方向）から最大流速（上方向）まで水の流れを制御できる。
【０１５２】
図１９は、またさらに他の実施形態に係る操作パネルを示すものであり、二つの回転つまみを用いる。温度操作ノブ４７３は、温度を所望の値に設定する。流量操作ノブ４７４は、供給される水の流速を制御する。ボタンを押すことで、ノブ４７４を元の位置に戻すようにしてもよい。
【０１５３】
［操作方法］
ステップ（ａ）：利用者は、ノブ４７３を用いて所望の温度を選択する。
ステップ（ｂ）：温水が給水栓で準備されるまで、本システムが水を循環させる。
ステップ（ｃ）：温水が利用可能であることを示すために、本システムが準備完了サイン４２２を設定する。
ステップ（ｄ）：流量操作ノブ４７４を時計回りに回転させると、水が流れ始める。
ステップ（ｅ）：ノブ４７４による操作入力は、ノブを回転させて行ってもよく、あるいは、ボタンを押すようにして行ってもよい。
以上で、操作方法が終了する。
【０１５４】
［温水を浴びることによる火傷からの利用者の保護］
【０１５５】
図２０は、部屋または建物に供給する温水の温度を統括的に制御するシステムを示すものである。新たな安全基準では、温水のみに触れた場合の偶然の火傷から利用者を保護するために、温水の供給温度を制限することを要求している。温水の供給温度は、所定の値（例えば、摂氏４５度）に制限されていなければならない。図２０に示す構造は、このような安全基準の順守を実現することができる。
【０１５６】
図２０には、建物または部屋に供給される温水の最大温度を制限するシステムが示されている。本システムによれば、貯水タンクの温度を、例えば、摂氏４０〜４５度に制限することが可能である。しかしながら、これにより、結果的に、摂氏８０〜９０度の水を備えた貯水タンクよりも温水の量がはるかに少なくなってしまうことになる。水がより高温に加熱されると、熱容量が増加され、供給が終了する前により多くの水を使用することができる。（もちろん、使用量を減らすことが期待される節約という理由のために温度を低くしてもよい。）
【０１５７】
タンク内の水がより高温に加熱されると、温水を浴びた場合に、利用者がけがをする危険性がある。
【０１５８】
部屋に供給される温水の最大温度を制限するという現在の安全基準は、まさに、そのような危険を防止するために存在しているのである。
【０１５９】
本発明で取り入れた新たな方法は、水をタンク２１内でより高温になるまで加熱し、本システムの熱容量を増加させるという方法である。これと同時に、部屋に供給される水の温度が安全な範囲内に保たれるのを確保できるような温冷水の比率で冷水を混合することにより、部屋に供給される水の最大温度を制限する。
【０１６０】
図２０に示すように、バルブ３２及び３４は電気的に制御される。バルブ３２及び３４は、冷水及び温水の流速をそれぞれ制御する。水温は、好ましくは混合室内において、温度センサ４５２を用いて測定される。バルブ３２及び３４は、配管２２にある本システムの流出口で所望の温度になるように制御される。配管２２は部屋に温水の供給を行う。
【０１６１】
冷水内の循環ポンプ４１か、温水内の循環ポンプ４１６のどちらか一方が利用される。
【０１６２】
［高度な表示手段を備えた操作パネル］
【０１６３】
新たな操作パネルは、例えば、ＶＧＡ、即ち、シャワー中にテレビ又は映画、あるいは他の情報を鑑賞するためのビデオ又はテレビディスプレイを含んだ高度な表示手段を含んでいてもよい。例えば、図１７に示すプログラム手段４６９は、液晶装置のようなビデオディスプレイを含んでいてもよい。このディスプレイは、温冷水の供給を制御することを目的として、及び、テレビ番組や警報／監視カメラなどを見ることを目的として、その両方に用いることができる。
【０１６４】
多機能ディスプレイは、給水を制御すること、及び、その後、他の情報を提示することの両方に用いることができる。このディスプレイは、タッチスクリーンを含むものであってもよい。また、これをデータ及び／又は命令の入力のために利用することもできる。このディスプレイは、耐水・耐湿性を有するものが好ましい。
【０１６５】
なお、上述の内容は、本発明の目的の範囲内に属する装置及び方法の一例を示すものであり、以上説明した本明細書の開示に基づいて、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変更・改良を行い得ることは、当業者にとって明らかである。
【符号の説明】
【０１６６】
３：給水栓
１１：建物
１２、１３、２２：配管
２１：貯水タンク
３１：冷水流入口
３２：冷水用バルブ
３３：温水流入口
３４：温水用バルブ
３５：水流出口
３６：流出バルブ
４１：循環ポンプ
４２：制御ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年12月17日(2010.12.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）温水流入口及び冷水流入口それぞれに通じる流路に配設された調整可能な第１及び第２のバルブと、流出口に通じる流路に配設されたＯＮ／ＯＦＦバルブである第３のバルブとを有し、該第１から第３のバルブが電気的に制御される少なくとも一つの給水栓と、
（ｂ）冷水用の配管に配設され、前記少なくとも一つの給水栓の前記第１及び第２のバルブが開かれ、前記第３のバルブが閉じられているときに駆動し、水を温水用の配管から前記給水栓を通じて冷水用の配管へ流す循環ポンプと、
（ｃ）前記第１及び第２のバルブを開くとともに前記第３のバルブを閉じて前記循環ポンプを駆動させることにより水の循環が行われ、利用者が前記給水栓からの水の供給を要求した場合に、設定温度の温水が前記給水栓に到達するまで駆動する第１のモードを構成する循環モードと、前記循環ポンプの駆動を停止し、前記第１から第３のバルブすべてを開いて、前記温水流入口及び／又は冷水流入口から前記給水栓の流出口へ水を供給する第２のモードを構成する給水モードと、から成る二つの操作モードを有し、該二つの操作モードのうちどちらか一つのモードで前記第１から第３のバルブ及び前記循環ポンプを駆動させる制御手段と、を備え、
前記温水用の配管から前記冷水用の配管へ流れる水を再利用しながら、部屋／建物内の全てのあるいは一部の利用者に対して温冷水の給水を行うことを特徴とする給水システム。
【請求項２】
前記循環ポンプが、貯水タンク、温水供給用の配管、前記給水栓に配設された前記第１及び第２のバルブ、冷水供給用の配管、該循環ポンプから成り、再び該貯水タンクに戻る閉回路に沿って水に圧力を加えることを特徴とする、請求項１に記載の給水システム。
【請求項３】
前記制御手段が、正確に給水を制御し、温度及び流速が制御された安定的な給水を行うために、流速を利用して温度勾配と時間との関係を計算することを特徴とする、請求項１に記載の給水システム。
【請求項４】
前記制御手段により計算された温度勾配と時間との関係が、前記循環モードの駆動を正確に制御して、所望の温度に近づいた又は到達したときに循環を停止させるために用いられることを特徴とする、請求項３に記載の給水システム。
【請求項５】
すべての制御手段が、分散型制御システムを形成するために他の給水栓における他の制御手段と通信する手段を備え、少なくとも一つの前記制御手段が、前記循環ポンプ及び前記貯水タンク内に設けられた加熱手段に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の給水システム。
【請求項６】
すべての給水栓が、利用者から入力された命令に応答して、接続されているすべての給水栓の前記第１から第３のバルブを制御する中央制御手段に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の給水システム。
【請求項７】
前記給水モードにおいて、前記制御手段が、供給される水の温度を連続的に測定し、障害の可能性にもかかわらず、所望の温度及び流速で水を供給するように前記第１及び第２のバルブを制御することを特徴とする、請求項１に記載の給水システム。
【請求項８】
部屋／建物内の利用者に温水及び冷水を供給するシステムを用いた温冷水の給水方法であって、
（ａ）温水の供給に対する利用者の要求を承認するステップと、
（ｂ）温水流入口及び冷水流入口それぞれに通じる流路に配設された調整可能な第１及び第２のバルブと、流出口に通じる流路に配設されたＯＮ／ＯＦＦバルブである第３のバルブとを有し、該第１から第３のバルブが電気的に制御される給水栓、及び前記システムがさらに含む循環ポンプにおいて、
前記第３のバルブを閉じ、前記第１及び第２のバルブを開き、前記循環ポンプを駆動させて、水の循環を開始するステップと、
（ｃ）給水栓における温度が所定の値に達したときに、前記循環ポンプを停止させて水の循環を停止するステップと、
（ｄ）準備が整った場合又は利用者からのプロンプト応答後にのみ、前記給水栓において利用者に給水を開始するステップと、
（ｅ）供給される水のパラメータを制御しながら、給水栓において給水を行うステップと、
（ｆ）給水を停止するかどうかの確認を行い、停止しない場合は前記ステップ（ｅ）に進むステップと、
（ｇ）給水を停止するステップと、
から成ることを特徴とする給水方法。
【請求項９】
前記ステップ（ｆ）において、給水の停止を決定するため基準が、供給される温水が間もなく使い果されてしまうことを検知し、利用者に対して警告を行うための適切なサインを出すことを含むことを特徴とする請求項８に記載の給水方法。
【請求項１０】
水の循環を停止する前記ステップ（ｃ）が、
（ａ．）前記給水栓に設けられた温度センサを用いて水温を測定し、該給水栓で（一方は前記温水流入口で、他方は前記冷水流入口で）二つの温度センサが用いられている場合は、これらの測定値を、温度をより正確に測定するために有効に利用するステップと、
（ｂ．）水が所望の温度に達するまでの予想時間ｔ（exp）を計算するステップと、
（ｃ．）水の循環を停止する時間であるかどうかを確認し、そうでない場合は前記ステップ（ａ．）に進むステップと、
（ｄ．）水の循環を停止するステップと、
から成ることを特徴とする、請求項８に記載の給水方法。
【請求項１１】
前記ステップ（ｃ．）が、前記給水栓内の水が所望の温度に達したかどうかを確認することによって実行され、該給水栓内の水が所望の温度に達した場合に、循環を停止する時間になることを特徴とする、請求項１０に記載の給水方法。
【請求項１２】
前記ステップ（ｃ．）が、水の循環を停止するように要求された時間ｔ（stop）について、水の流動質量の慣性、及び、前記循環ポンプおよび前記第１から第３のバルブの応答時間を考慮に入れて、前記給水システムに存在するパラメータを維持することによって実行され、予想時間ｔ（exp）が停止時間ｔ（stop）と等しくなった場合に、循環を停止するために、温度の関数の一次又は高次微分に基づいて、水が所望の温度に達するまでの予想時間ｔ（exp）を計算することを特徴とする、請求項８に記載の給水方法。
【請求項１３】
電子的に駆動する三つのバルブを含み、
前記三つのバルブが、温水流入口及び冷水流入口それぞれに通じる流路に配設された調整可能な第１及び第２のバルブと、流出口に通じる流路に配設されたＯＮ／ＯＦＦバルブである第３のバルブとから成り、
前記第１から第３のバルブが電気的に制御されるとともに、給水栓に容易に取付け可能な標準径を有することを特徴とするマイクロバルブ。
【請求項１４】
前記第１及び第２のバルブが、前記給水栓の混合室に入り込むプランジャをそれぞれ含むことを特徴とする、請求項１３に記載のマイクロバルブ。
【請求項１５】
各混合室とバルブとの間に配設され、各混合室への流速を制御する流路を有する複数の混合室を備えることを特徴とする複数の水源から液体を混合する装置。
【国際調査報告】
2011522976.tif 000024