(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧流体導管内の流体の膨張を検出した場合に流体を排出する装置であって、
流体導管の入口付近に配置された前記流体導管と熱伝達し、流体温度に対応するアナログ温度信号を生成するように構成された第１の温度センサと、
前記流体導管の出口付近に配置された前記流体導管と熱伝達し、流体温度に対応するアナログ温度信号を生成するように構成された第２の温度センサと、
前記流体導管の外部環境と熱伝達し、外部温度に対応するアナログ温度信号を生成するように構成された外部環境温度センサと、
前記第１の温度センサ、前記第２の温度センサ、及び前記外部環境温度センサと電気的に通信し、前記第１の温度センサ、前記第２の温度センサ、及び前記外部環境温度センサから前記アナログ温度信号を検出するコントローラと、
前記第１の温度センサの温度信号、前記第２の温度センサの温度信号、および前記外部環境温度センサの信号を所定のユーザ入力値と比較し、該比較に応答して開放信号又は閉鎖信号を生成する手段と、
前記コントローラと通信し、前記流体導管の入口付近に配置され、前記コントローラから前記閉鎖信号を受け取り、該閉鎖信号に応答して弁を閉鎖する遮断弁と、
前記コントローラと通信し、前記流体導管の出口寄りで低い位置に配置され、前記コントローラから前記開放信号を受信して弁を開放し、該開放に応答して前記流体を排水パイプに流すリリーフ弁と、
前記コントローラと通信し、前記流体導管の高い位置に配置され、前記コントローラから前記開放信号を受信して弁を開放し、該開放に応答して大気を前記流体導管に流入させる空気弁と、を備え、
第１のトリガーポイントは、第１のトリガーポイント温度を有し、
第２のトリガーポイントは、前記第１のトリガーポイント温度よりも低い第２のトリガーポイント温度を有し、
前記コントローラは、前記第１の温度センサ、前記第２の温度センサ、および前記外部環境温度センサを含む群から選択されたセンサの信号が前記第１のトリガーポイント温度より低い温度を示す場合に、前記リリーフ弁を開くための信号を生成するように構成され、
前記コントローラは、前記第１の温度センサ、前記第２の温度センサ、および前記外部環境温度センサを含む群から選択されたセンサの信号が前記第２のトリガーポイント温度よりも低い温度を示す場合に、前記遮断弁を閉じるための信号および前記空気弁を開くための信号を生成するように構成される、装置。
【請求項２】
前記コントローラは、
マイクロプロセッサと、
前記マイクロプロセッサと通信し、前記第１の温度センサ、前記第２の温度センサ、及び前記外部環境温度センサからの前記アナログ温度信号をデジタル温度信号に変換可能な信号プロセッサと、
前記マイクロプロセッサと通信するメモリとをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記メモリは、
前記デジタル温度信号と、対応する流体温度及び流体膨張データとを有するルックアップテーブルと、
前記マイクロプロセッサと通信し、前記ユーザ入力値およびルックアップデータを前記マイクロプロセッサに供給するように構成されたＥＥＰＲＯＭと、を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
流体膨張が起こっている場合に閉流体導管から排出する方法であって、
流体温度を検出し、対応するアナログ温度信号を生成可能な第１の温度センサを設けること、
流体温度を検出し、対応するアナログ温度信号を生成可能な第２の温度センサを設けること、
流体温度を検出し、対応するアナログ温度信号を生成可能な外部温度センサを設けること、
前記アナログ温度信号をデジタル温度信号に変換可能な信号プロセッサを設けること、
前記アナログ温度信号を前記デジタル温度信号に変換すること、
流体膨張データを有する前記デジタル温度信号に対応する一連のルックアップテーブル、第１のトリガーポイント温度、前記第１のトリガーポイント温度よりも低い第２のトリガーポイント温度を格納可能なメモリを設けること、
前記デジタル温度信号を前記ルックアップテーブルからのデータ、前記第１のトリガーポイント温度、および前記第２のトリガーポイント温度と比較する手段を設けること、
前記第１のトリガーポイント温度および前記第２のトリガーポイント温度に応答して駆動信号を生成可能なマイクロプロセッサを設けること、
流体導管の入口に配置され、前記第２のトリガーポイント温度に応答して前記駆動信号を受け取ることに応答して閉鎖可能な遮断弁を設けること、
前記流体導管の出口付近の低い位置に配置され、前記第１のトリガーポイント温度に応答して前記駆動信号を受け取ることに応答して開放可能なリリーフ弁を設けること、
前記流体導管の高い位置に配置され、前記第２のトリガーポイント温度に応答して前記駆動信号を受け取ることに応答して開放可能な空気弁を設けることを備え、
前記流体導管が、流体が膨張している場合に前記遮断弁を閉鎖し、前記リリーフ弁を開放し、前記空気弁を開放することによって、前記流体導管内の流体を排出する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に流体漏れ検出の分野に関する。より詳細には、本発明は、流体流量の監視および評価に有用な装置に関する。本発明は、限定されないが、より詳細には、流体導管システム内の最小の流体漏れさえも検出し、漏れに応答して流体の流れを終了させ、他の表示、警報、または制御機能を提供することができる非侵襲的な漏れ検出システムである。
【背景技術】
【０００２】
居住用または商業用建物の建設の過程では、建造者は水道管を事前に配管してから、床スラブ（floor slab）を作るコンクリート混合物の内部に基礎レベルの配管を入れる。配管は、配管が破壊され、漏れるまで、構造物のために使用され続ける。スラブの漏れ（Slab leak）は、通常、一定期間の圧力、スラブ材との摩擦、および熱膨張および収縮からパイプまたは継手においてピンホールサイズの破断が形成された場合に始まる。より多くの水が開口を通過するにつれて、やがて破裂の大きさが増大する。検出されないと、逃げ水（escaping water）は最終的に土台において洪水を引き起こし、床と壁を傷つけ、最終的に侵食による建物の下の地面を損なうことになる。水のコントロールは、当初から挑戦されてきた。今日の世界は、この生活排水の運送と抑制から利益及び悩みを受けている。文化、階級、場所に関係なく、材料、設置、圧力、及び維持、並びに水質、気候条件、及び電気分解等の内外の条件の影響など、同様の問題が考慮される。これらは望ましくない影響や損害をもたらす可能性がある。
【０００３】
漏れは遅く緩やかである可能性があり、重大な物的損害の発生を検出するまで何年もかかることがある。または、さまざまな損害の結果がすぐに発生する大きな漏れがあるかもしれない。これらの水に関連する損害から、世界中で毎日膨大な費用が費やされている。損害は非常に高額であり且つ広範囲であり、現代の世界のほぼすべての人が個人的に影響を受けている。
【０００４】
漏水は、施工中および施工後の両方で、水システムの機能すべての段階で発生する。建設中に漏れが発生するのは、不適切な設置、欠陥のある材料、テスト、意図しない輸送による損害、および破壊行為によるものである。水システムが設置されると、腐食、環境影響、および不適切なメンテナンスのために漏れが発生する。漏出を引き起こす環境影響の例示的な例は、ゼロ温度よりも低い温度の期間中である。水が凝固点以下であるとき、水は液相から固相に変わり、体積が増大する。閉システムの体積の増加は、システム圧力を増加させ、ひずみを引き起こし、システムの構造的完全性を危うくし、最終的に漏れを引き起こす。
【０００５】
損害は、責任のある当事者と、保険会社と、しばしば反証することができないか又は責任のある当事者が頻繁に大きな損害賠償を支払う能力を持たないために責任がない者とに広がる。事実、建設業界の誰でも、最近のプロジェクトで水害に関する恐怖の話をすることができる。業界の大半の人は、これらの損害を建設業界の一部として受け入れており、実際にこれらの損害を排除または最小限に抑える解決策があるとは考えていない。
【０００６】
建物、家または施設が占有されると、保険引受人が証明できるため、漏れのリスクは変化する可能性があるが、依然として法的な責任がある。漏れに起因する修理と改装は、大きな産業であり、最近ではカビ（mold）の恐怖と現実によって悪化している。壁や天井や隠されたエリア内の漏れを検出するのが遅く、難しいのは、制御された環境の暖かく安定した雰囲気に湿気を導入し、大規模な損傷を引き起こす可能性のあるカビの成長をもたらし、家または建物の収用を含む可能性がある。
【０００７】
大きな漏れや破裂は、時には非常に短時間で、時には数分で壊滅的になることがある。商業的な構造では、コンピュータシステムに損害を与え、コンピュータデータの無駄な損失を招く可能性がある。これらのリスクは単に物的損害に限定されるものではなく、人身傷害および死亡を含む。有毒なカビは、検証可能な数の命を奪っていた。漏れはまた、電気ショックのリスクを実質的に増大させるが、漏れによって引き起こされる医学的に敏感なリスクは言うまでもない。漏れは、移住者がいなくなったときに発生する時間の無差別なものである。
【０００８】
最近まで、漏れ防止および／または漏れ損傷の低減は非常に制限されていた。保険会社の損害賠償プログラムは、「損害賠償」の真の尺度を提供するよりも、以前の漏洩請求の履歴を持つ顧客の引受を最小限にすることに主に焦点を当ててきた。
【０００９】
既存の水道メーターは水の消費を検出し報知することができるが、パドルホイール（paddle wheels）、タービン、または他のそのような羽根車を使用するこれらのシステムは、小さな流量が未検出の検出器を通過して見逃す機械的な限界に悩まされ、且つ水温を監視していない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の好ましい実施形態では、漏れ検出システムは、住宅および商業建築物構造における加圧されたパイプまたは固定具から漏れる水を検出するための水流モニタおよび警報システムである。センサプローブは摩耗する可動部分を有しておらず、１時間にわずか数オンスの水分でも検出できる。水の流れが停止せずに、設定された時間連続して水が流れると、アラームが開始される。また、ディスプレイの変更や弁の制御など、システムに関連する他の機能を起動することもある。アラーム機能は、住宅所有者または施設を監視する監視会社に警告するように設定することができる。システムには、住宅所有者または専門家が漏れを検出するのを助けるためのユーザーガイドと機能が組み込まれている。
【００１１】
このような警報状態は、故障した弁または「スラブの漏れ（slab leak）」として知られるよりも深刻な状態を示すことができる。検出されてないスラブの漏れ（コンクリートスラブ床の中または下の破損したパイプ）は、数千ドルを超える構造的損傷をもたらし、その結果生じる保険請求からその財産を放棄する可能性がある。
【００１２】
好ましい実施形態では、２つの別個のセンサプローブが、流体とシステムとの間のパイプまたは熱伝導性熱伝達媒体の外側に直接クランプされて、すべての流れ条件を検出することができる。他のポイントの漏れ検出競合機器（leak detection competitive device）と同様な温水ヒーター、食器洗い機、又は製氷機で水が損失するだけでなく、構造全体でも水が損失する。包括的なシステムには、漏れ検知システムとともに湿気センサが含まれている。これにより、構造物およびその内容物の即時および長期の保護が保証され、排水及び廃棄システム、機器、並びに外部環境からの水の侵入と同様に加圧された供給側からの漏れを検出する。水資源の節約と水の節約は、数千ガロンが排水口から排出する前に、又は構造物の基礎内部に排出する前に、未知の水損失を検出することによっても促進される。
【００１３】
好ましい実施形態は、上流クランプ及び下流クランプにおける温度を測定することによって機能する。下流クランプは、温度センサと加熱要素の両方を含む。２つの温度センサは、ホイートストンブリッジの検知部の一部を形成し、その検知部の一部では、ブリッジ回路の平衡を維持させるために加熱素子によって付加された熱エネルギーの量が、パイプ内の流体の流量に比例する。
【００１４】
別の実施形態では、単一の温度センサおよび別個の加熱素子がパイプ上にクランプされる。加熱素子は、温度センサから数インチ（センチ）下流に配置される。センサと加熱素子の両方が絶縁体で包まれているので、センサと加熱素子を周囲状況から隔離し、測定の精度とシステムの感度を高める。この実施形態は、ヒーターが通電される前に温度を測定し、次にヒーターを所定時間通電することによって機能する。温度が連続的に監視されて、ヒーターによって付加された熱エネルギーが温度センサに伝導する時間を決定する。その時間量は、パイプの流量を決定するために使用される。熱エネルギーがセンサに到達するのにかかる時間が長いほど、パイプ内の流量が増大している。熱エネルギーがセンサに到達するのにかかる時間が短いほど、パイプ内の流量が減少している。伝導時間が決定された後、ヒーターが消勢されてヒーター及びセンサを周囲状況に戻し、新しい試験を実行することができる。
【００１５】
代替的には、漏れ検出システムに対する追加の外部環境センサプローブおよび温度センサパッケージが、漏れを防止し且つ検出することができるより包括的なシステムを作成する。代替的な実施形態は、漏れ検出システムの温度センサパッケージ、外部環境温度センサ、および追加の温度センサパッケージで温度を取得し、データをマイクロプロセッサに供給し、マイクロプロセッサでは、温度データを、制御ＲＯＭおよびフラッシュメモリに記憶されたユーザ入力データと比較することにより流体が膨張しているかどうかを決定するように解析することにより機能する。膨張している場合、マイクロプロセッサはリリーフ弁を開き、流体を流して余分な圧力を解放し、構造物のパイプシステムの損傷を防止する。極端な状況では、マイクロプロセッサは遮断弁を遮断して、追加の流体がシステムに入り込むのを防止し、リリーフ弁を開放し、流体を排出してシステム内の過剰な圧力を解放する。マイクロプロセッサは、空気弁を開いて、システム内の流体の排出を支援する。
【００１６】
コントロールパネルは使いやすく、魅力的である。その表示は、リアルタイムシステムと流れの状態を提供する。パネルは、アラーム状態を示す。パネルは、アラーム状態（アラームが発生したときの流量）を示し、ビープ音を鳴らし、何の動作もしないと、産業用のモーター駆動のボール弁が作動して構造物への水が遮断される。コントロールパネルは、住宅所有者に水滴などの簡単な漏れを検出させるための情報を表示する。パネルは、流体温度及び外部環境温度を監視して構造体のパイプシステムの過圧を防止するように、他の動作モードを選択するか、又はリーク検出システムの他の機能を選択するように用いられてもよい。
【００１７】
漏れ検出システムが自動ダイヤル電話機器に接続される場合、電話を持っている人に誰にでも問題があることを知らせることができる。初期製品の設計である電気式水弁に接続すると、システムは、手動でリセットされるまで水を自動的に遮断することができる。他のデバイスが漏れ検出システムに接続されて、湿度および過圧センサを調整し、構造全体における漏れを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のコントローラの例示的な図であって、構造と統合され、アラームインジケータ、補助インジケータ、流れインジケータ、および電力インジケータを含むシステムの状態パネルを示す図である。
【図２】非侵襲センサを金属パイプにクランプされた場合の３つの斜視図を含む。
【図２Ａ】成形中の熱キャリアを介してプラスチック管にクランプされた場合のセンサおよびヒーターの斜視図である。
【図３】ブリッジを平衡させるのに必要なエネルギーを検出し、検出された流量が調整可能なレベルを上回った場合にＬＥＤを活性化させるように使用されるホイートストンブリッジの実施態様を示す基本的な電気回路図である。
【図４】本発明のシステムの例示的な動作のフロー図であり、マイクロプロセッサ・コントローラを用いてトリップレベルおよびタイマー設定を監視する場合の一連の動作を含む。
【図５】本発明のシステムの例示的な動作のフロー図であり、マイクロプロセッサ・コントローラを用いてヒーターの電力を循環させてエネルギーを節約し、パイプセクションの過度な加熱を防止する場合の一連の動作を含む。
【図６】パイプにおける温度センサおよび流量信号を検出するように構成された増幅器の配置を示す電気概略図である。
【図７】本発明のシステムの全体的な動作を示す例示的な動作フローチャートである。
【図８】アナログ回路およびデジタル回路に接続されたデュアル温度センサ、導管における流体の流れを遮断するためのユーザインターフェース・ディスプレイおよび弁を示す本発明の別の実施形態のブロック図である。
【図９】本発明の代替的な実施形態のブロック図であり、加熱素子の上流にある単一のセンサを示し、様々な入力および出力、アラームおよびモード制御、およびタイマー制御を有する中央制御ユニットを有する。さらに図９は、中央制御ユニットと、温度センサと、ヒーターとの間のインターフェースを示す。
【図１０Ａ】周囲温度が華氏約７５度（摂氏約２４度）である場合にヒーターを所定時間オンにすることに応答して、無流量、低流量、および中流量条件の経時的な温度変化を示すグラフである。
【図１０Ｂ】図１０Ａのグラフにそれぞれ関連するデータポイントである。
【図１１Ａ】周囲温度が華氏３７度（摂氏約３度）である所定の期間にヒーターがオンすることに応答して無流量、低流量、および中流量の条件での経時的な温度変化を示すグラフである。
【図１１Ｂ】図１１Ａのグラフにそれぞれ関連するデータポイントである。
【図１２】流体導管システムに取り付けられた２つの温度センサパッケージと、流体温度、流体流量、及び外部環境温度の変化を検出する回路を形成するために信号プロセッサに接続された外部環境温度センサを示す図である。
【図１３】アナログ回路およびデジタル回路に接続された外部環境温度センサ及び２つの温度センサパッケージと、ユーザインターフェース・ディスプレイと、流体の流れを制御するための３つの弁とを示す図１２に示される本発明の代替実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の新規な特徴は、その構造及びその動作の両方に関して、本発明自体と同様に、参照符号が同様の部分を指す添付の説明と併せて、添付の図面から最も良く理解されるであろう。
【００２０】
本発明は、パイプの外側または流体とシステムとの間の熱伝導性熱伝達媒体に直接クランプ（clamping directly）することにより、導管またはパイプ内の流体の流れを測定することを目的とする電子温度モニタシステムに関する。図１を参照すると、本発明は、取水口１０１、水漏れモニタ１０２、及び遮断弁１２０を有する構造１００への漏れ検出技術の適用に好適である。水漏れモニタ１０２は、電力インジケータ１０４、インジケータ１０６を有するタイマーセット１０５と、インジケータ１１０を有するトリップレベルセット（trip level set）１０８とを含む。感度調整１０９は、ユーザに、装置の感度を調整する機能を提供する。リセットボタン１０７は、アラーム状態が生成された後にシステムをリセットすることを可能にするように設けられている。
【００２１】
例示的な実施形態では、本発明は、水供給ラインを形成する商業用および住宅用の配管システムに一般的に見られる典型的な薄壁銅パイプセクション（typical thin wall copper pipe section）と関連して説明される。銅は温度特性の優れた導体であるため、この計測器は、パイプ部分の外板温度を測定することによって水温を推測する。別の実施形態は、密閉された導管内の流体の流れを測定し、それによって熱伝導性の伝達媒体が導管内に埋め込まれ、空気又は窒素等のガスと同様にガソリン、ディーゼル油、液体スラリーのような流体のスムーズな低熱量測定を許容する。
【００２２】
例示的な実施形態における熱伝導手段は、パイプに取り付けられ、計測器とパイプとの間の機械的接続だけでなく熱的接続も形成するクランプ（clamp）である。クランプは、計測器に及び計測器から熱を伝達し、パイプ内の水に及び水から熱を伝達するように構成されている。パイプは、流体を収容し且つ内部の流体への熱伝導手段を可能にするような任意の形状であってもよい。
【００２３】
例示的な実施形態では、パイプおよび流体の現在の温度を読み取るサーミスタ、熱電対、または抵抗温度検出器（resistance temperature detector : RTD）などの統合温度検出要素を含む１つの上流温度基準クランプ（upstream temperature reference clamp）がある。熱エネルギーをパイプ内の水と水の中に伝達する抵抗ヒーターとを含む。このクランプは実際の流量測定を実行する。
【００２４】
図２を参照すると、クランプは、銅パイプ２００の外径を部分的に包囲し、クランプをパイプ２００に強固に押圧するようにばねクリップ２０３，２０６によって保持されるヒートシンクマウント（heat sink mount）又は「シュー（shoe）」２０２，２０７から構成されている。センサ／ヒートシュー２０７は、サーミスタ２０５とヒーター２０４の両方のための取り付け穴を有する。基準温度シュー２０２は、基準サーミスタ２０１のための取り付け穴を有する。銅パイプ２００は様々な直径になるので、シュー２０２，２０７は効果的な温度結合およびヒーター負荷を行うのに必要な表面積の量に応じて、様々なサイズおよび幅で構成することができる。
【００２５】
図２は、接続されていないリードを有する電子部品２０１，２０４，２０５の例示的な実施形態を示しているが、単一のプリント回路基板がこれらのリードに接続されるか、または追加のワイヤがこれらのリードに追加されてリモートコントロール操作を形成する。
【００２６】
さらに、図２Ａは、イン・モールド・サーマル・キャリア（in-molding thermal carriers）２２６，２２７によってプラスチック・パイプ２２５を介して熱を伝達し、サーミスタ２０１，２０５及びヒーター２０４をこれらの熱キャリア２２６，２２７に直接取り付ける手段を示す。この手段は、プラスチック、テフロン（登録商標）、ＡＢＳ、ＰＶＣなどの非熱伝導性材料を用いて本発明を動作させる。
【００２７】
図３を参照すると、ヒーターＲ１７の温度が上昇すると、熱的に結合されたサーミスタＲ１１が温度変化を検出し、パワートランジスタＱ１を変調することによってホイートストンブリッジ回路の平衡を維持するようにサーボアンプ（servo amp）Ｕ１Ａを調整する。パワートランジスタＱ１は、ヒーターＲ１７への電力を増大または減少させてホイートストンブリッジの平衡を維持する。このシステムは、サーボアンプＵ１Ａが基準温度サーミスタＲ１０を読み取ったときに、閉ループフィードバックを形成して感度バイアス電圧（sensitivity bias voltage）Ｕ１Ｄを加算し、それをサーミスタＲ１１の温度と比較する。この動作により、基準サーミスタＲ１０は、流入した水の温度変化に応じて回路を調整することができ、ヒーターＲ１７は、感度調整Ｒ５によって設定された上記流入した水の一定温度を提供することができる。より大きな水の流れは、この温度差を維持するためにより多くの熱を必要とし、より多くの熱は、比較器Ｕ１Ｃによって読み取られるブリッジを平衡させるためのヒーターによって消費される電力量であり、抵抗Ｒ１を介して調節可能な流れトリップ閾値（preset trip threshold）を規定する。ヒーターの電力が予め設定されたトリップ閾値を超えて増加すると、比較器Ｕ１Ｃは、ＴＲＩＰ  ＬＥＤ  Ｄ２を活性化させて発光させ、他の実施形態では、マイクロコントローラに接続されて流れ及び時間を監視することができる。
【００２８】
図４は、トリップレベルおよびタイマー設定を監視するためにマイクロプロセッサ・コントローラを使用する場合の一連の動作を伴う実施形態を説明するフローチャートである。トリップレベルを超えると、カウンタは、アラーム出力がアクティブとなるタイムアウト設定に一致するまで連続的にインクリメントする。この例では、トリップ値がトリップしきい値を下回ると、アラームが自動的に解除されるが、装置は、アラームが電気的な水遮断弁１２０（図示せず）を使用して流れが遮断された後にアクティブになるように、トリガされたときにアラームをラッチする必要がある。アラーム出力は、既存の市販のアラームパネルに配線され得る。アラーム出力信号はまた、低電力ＲＦ送信機を駆動し、無線信号を介してその状態を伝えることができる。
【００２９】
図５を参照すると、マイクロコントローラは、ヒーターの電力を循環させてエネルギーを節約し、銅管部分の過度の加熱を防止するように構成され得る。ユニットが電力を増大させ、長い時間をかけて漏れ試験を実行すると、漏れが検出されることになる。システムが起動してヒーターに電力が供給されると、システムは通常の動作に移行する。
【００３０】
図６は、送水管（導管）６１１にクランプされた流れセンサ６１０、及び導管６１１における流体６２５の流れによって生成される流れセンサ６１０の抵抗の変化を検出する回路を形成するように構成された増幅器６１４，６１８の配置を示す電気回路である。増幅器６１４，６１６は、これらの信号をアナログ／デジタル変換器６１９，６２０に供給して、流量信号のデジタル表現を生成する。次に、デジタル表現は、マイクロプロセッサ６２１に供給されて解析され、流れデータを制御ＲＯＭおよびフラッシュメモリ６２２に格納されたデータと比較することによって流量を決定する。そして、マイクロプロセッサ６２１は、メモリ６２２に記憶されたデータと比較するように測定された流量に基づいて、リレーの活性化、ＬＥＤの発光、または可聴アラームを生成することができる。マイクロプロセッサ６２１はまた、流れセンサ６１０を流れる電流を検出し、流れセンサ６１０を流れる一定の電流を維持するように流れセンサ６１０を流れる電流を調整する。
【００３１】
図７は、本発明のシステムの全体的な動作を示す例示的な動作フローチャートであり、一般にアイテム２５０と呼ばれる。工程２５２の開始時に、センサは非活性化され、センサが周囲温度まで冷却され、将来の計算に使用するための基準温度を規定する（２５４）。次に、センサは、基準温度＋オフセット温度に加熱される（２５６）。温度が較正されていない場合（２５８）、システムは、アキュムレータ（accumulator）およびアラームをリセットし（２８０）、フロータイマーが終了（expired）したかどうかを判定する（２６２）。フロータイマーが終了した場合（２６２）、システムは、フロータイマーをリセットし（２８４）、その後プロセス２５４を再開する。フロータイマーが終了していない場合（２６２）、システムは、ステップ２５６に進んでセンサ２５６を加熱する。
【００３２】
温度が較正されていれば（２５８）、システムは、時間遅延（time delay）２６６の存在をチェックする。遅延時間値に達していない場合、システムはステップ２５６に戻り、ＲＴＤを加熱し続ける。遅延時間値に達した場合（２６６）、システムは、アキュムレータおよび記録フローに時間を追加する（２６８）。アキュムレータが最大値に達していない場合（２７０）、システムは、ステップ２５６に戻ってＲＴＤを加熱し続ける。アキュムレータがその最大値に達した場合（２７０）、システムは、計算された流量をフローのトリップポイント（flow trip point）と比較する（２７２）。トリップポイントに達していない場合（２７２）、システムは、ステップ２６８に戻って時間をアキュムレータに追加し、フローを記録する。トリップポイントに達した場合（２７２）、システムは、アラーム、インジケータ、および自動弁閉鎖部等の機能を作動させる（２７４）。当業者であれば、多くの異なる機能をシステムによって制御することができ、上記した機能は、システムの排他的な機能ではないことを理解するだろう。
【００３３】
図８は、本発明の別の実施形態の図であり、概して３００で示されている。この図は、既知の距離３２８で離間された２つの温度センサ３２４，３２６を含む温度センサパッケージ３０６のクランプを示している。温度センサパッケージ３０６は、アナログ回路３１８およびデジタル回路３１２の両方を有するコントローラ３０２に結合され、コントローラ３０２は、ユーザインターフェース・ディスプレイ３０４と、漏れが検出された場合にパイプまたは導管３１０を通る水の流れを遮断するための弁３０８とを備えている。コントローラ３０２は、内部電源３２１と、メモリ３１６を有するマイクロプロセッサ３１４と、絶縁弁３０８、温度センサパッケージ３０６、および表示ユニット３０４等の要素を制御するためのインターフェース回路とを有する。ディスプレイ３０４は、マイクロコントローラ３３１を使用して、ユーザ表示パネル３３０と、電話、インターネット、アラームなどの外部インターフェース３３２を制御する。
【００３４】
代替的な実施形態
ここで図９を参照すると、本発明の代替的な実施形態が示されており、概して５００で示されている。この実施形態は、パイプまたは導管５２４にダンピングされた（damped）ＲＴＤ、サーミスタ、または熱電対等の単一の温度センサ５２０と、温度センサ５２０から下流に距離５２２だけ離れて取り付けられた加熱素子５１８とを備える。温度センサ５２０および加熱素子５１８は、両方とも絶縁材料５１８で包まれているか又は覆われているので、システムの精度および感度が向上する。
【００３５】
この代替的な実施形態は、熱伝導、伝搬および時間を用いて包囲された金属導管５２４内に液体の流れがあるかどうかを決定する。図１０Ａ、１０Ｂ、１１Ａ、及び１１Ｂは、無流量、低流量、及び中流量条件を有する導管に付与される既知の熱エネルギー量に応じたグラフ及び関連するデータポイントからなる。グラフおよびデータポイントは、それぞれ加熱試験及び冷却試験に関するものである。２つの要素は、この機能を電気的に実行するのに必要である。一方は、アナログまたはデジタルのいずれかの温度センサ５２０であり、他方は、導管５２４の外径のまわりを包む抵抗性ヒータバンド（heater band）５１８である。ヒーター５１８及びセンサ５２０は、１インチ〜３インチ（約１．５〜７．６センチ）等の短い距離５２２だけ離間し、導管５２４の横断面にわたってより平均的な加熱を生じさせ、また導管５２４自体の対流冷却によって内部流動液体５３４が伝導熱を伝達することを可能にする。
【００３６】
通常の動作では、この実施形態は間欠動作で実行する。較正された時間が経過した後、ヒーター５１８は通電され、これにより熱エネルギーが導管５２４に供給される。コントローラ５０２は、ヒーター５１８が作動する直前に温度センサ５２０を読み取り、さらなる計算のためにその値を記憶する。金属導管５２４から伝導された熱は、熱源５１８の中心から外側に向かって容易に伝導し、最終的に温度センサ５２０に達する。熱が温度センサ５２０に伝導するのに要する時間は、コントローラ５０２に記録され、導管５２４内の液体流５３４の直接的な関数である。長い伝導時間は、大きな有効流量を反映する。
【００３７】
ヒーターの電力は、所定の「流れがない」条件のタイマーが終了した後に遮断される。コントローラ５０２は、継続的に温度センサ５２０を読み取って熱伝導を分析し、到達したピーク温度を表す値にロックする（lock）。この値は、導管５２４内の液体流５３４の直接的な関数でもある。ヒーター５１８が、適用された熱エネルギーを除去する対流力が全くかほとんどない単に液体の流れのない「ポケット（pocket）」を生成するため、より高いピーク温度は低有効流量を示す。
【００３８】
最後に、所定の時間が経過した後、コントローラ５０２は、ヒーター５１８が起動される前に、温度センサ５２０から単一の最終読み取り値を取得し、以前に記憶された値と比較する。前後の温度測定値の比は、導管５２４内の液体流５３４の直接的な関数でもある。２つの値が近いほど、液体流５３４が周囲液体温度（ambient fluid temperature）を回復して以前に加えられた熱エネルギーの影響を無効にするため、導管５２４内の有効流量が増大する。
【００３９】
計算された温度および時間変数のすべては、周囲温度および導管／ヒーター５２４／５１８の熱伝導率に応じて有効流量を正規化するアルゴリズムでスコアリングされる。スコアリングされたスコアによって、液体流量５３４が決定され、次いで、コントローラ５０２は、その流量を記録し、マスタ時間値５２６によって決定された短時間でパワーダウンし、ヒーター５１８および温度センサ５２０を自然対流を用いて周囲の状態に戻す。
【００４０】
システムが加熱サイクル及び冷却サイクルで継続して動作すると、動作状態が蓄積される。全てのサイクルにおいて流体流量が単一の「流れがない」というスコアが提供されない場合、システムは、アラーム状態になり、リレー５１４を活性化すること及び可聴アラート５１２を生成することのうちのいずれか、またはその両方を実行する。アラームは、流体流を停止することによって、又はすべてのタイマー及びスコアリング状態の結果を効果的にリセットする別の動作モード５１０（ホームまたはアウェイ）に切り替えることによってキャンセルされ得る。
【００４１】
ヒーター５１８および温度センサ５２０は、長年にわたり測定された長期間の一貫した結果を保証するために、導管５２４に適切に固定されなければならない。ヒーター５１８は、可撓性のシリコーンバンドであり、導管５２４の周りを被覆し、湿気を封止し且つ最適な熱伝導率を確保するヒーター５１８に連続的な圧力を付与するように特別に設計された自己接着性の加硫包装テープ（self adhesive vulcanizing wrapping tape）で保持される。当業者であれば、システムの要求を満たす多くのヒーター５１８の構成が存在することを理解されたい。また、温度センサ５２０は、導管５２４の温度が適切に報知されることを保証するために、設置中に同じ処理を必要とする。ヒーター／センサ５１８／５２０がセクション全体及び数インチを超えて断熱材５１６内に封入することも不可欠である。これにより、周囲または環境空気流が、導管５２４内の流体流５３４の直接的な結果ではない加熱又は冷却効果により較正された流れ読取値に影響を及ぼすことを防止する。
【００４２】
ヒーター５１８の間欠動作は、周囲状況と平衡となる機会を有する延長された「無流量」期間を設ける必要がある。そうでない場合には、ヒーター５１８および温度センサ５２０は、導管５２４の試験部分内に局所的な「給湯器（hot water heater）」を作成する。したがって、この装置は、熱質量流量計（Thermal Mass Flow Meter）などの他の技術が使用されるため、流量または流量の合計を測定するために使用されないことがある。このシステムは、銅管／パイプ５２４の閉鎖部分を用いて動作するように現在説明されているが、試験部分が内部にイン・モールド・金属板（in-molded metal plates）または「シュー（shoe）」を有するプラスチック導管を用いて実行してもよい。ヒーター５１８および温度センサ５２０は、金属構造の全てと同じ動作を実行するために、流体の直接的な熱伝導を必要とする。
【００４３】
ヒーター５１８は、その試験を正確かつ確実に実行するために、かなりのエネルギー出力（＞１２ワット）を必要とするので、ＡＣ／ＤＣ電源５０４を使用することができる。また、警報パネルインタフェースは、命令／制御設備に対する有線および／または無線動作の両方を含むように拡張されてもよい。
【００４４】
設置及び較正
本発明の代替的な実施形態は、試験部分を適切に組み立てるために約８インチ〜１０インチ（約２０．３〜２５．４センチ）の清浄な銅パイプ５２４を必要とする。選択された送水管５２４のセクションは、全ての入水供給を構造全体に送るべきであり、ヒーター５１８及び温度センサ５２０の要素を保護することが不可能である場所の外側に配置すべきではない。
【００４５】
ヒーター５１８および温度センサ５２０が適切に取り付けられ、配線および電力供給が完了したら、装置は特定の設備に対して較正されなければならない。較正機能を作動させる前に、試験部分内のすべての水の流れを止めなければならない。
【００４６】
較正機能は、オンボードスイッチ（on-board switch）、または無線命令、または独自のモード選択によってアクティブにすることができる。較正の間において、ユニットは、ヒーター５１８を活性化する。温度センサ５２０が華氏４度〜１０度（摂氏−１５〜−１２度）の温度上昇を記録すると、この試験中に経過する時間が、コントローラ５０２によって記録され、今後の全てのヒーターのタイミング変数に対して記憶される。較正は自動的に終了し、問題がある場合にはシステムは、設置業者に警告するか、すべて正常であれば通常の動作を開始する。
【００４７】
本発明は、非侵襲的熱速度測定法（noninvasive thermal anemometry）を用いた独自の流量測定方法を組み込んだ、多くの用途および実施形態を有する流体流量計である。ホイートストンブリッジを使用すると、システムの感度と精度が大幅に向上し、多くのアプリケーションで使用できる。
【００４８】
凍結バーストの検出と防止
図１２は、本発明の代替的な実施形態を示す図であり、概して７００で示されている。図１２は、流体導管システム７２０の入口付近に取り付けられた第１の温度センサパッケージ７０２と、流体導管システム７２０の出口付近に取り付けられた第２の温度センサパッケージ７０６と、外部環境温度センサ７０４とを示しており、第１の温度センサパッケージ７０２、第２の温度センサパッケージ７０６、及び外部環境温度センサ７０４の全ては、信号プロセッサ７１０に接続されてセンサの抵抗変化を検出するための回路を形成する。温度センサパッケージ７０２，７０６の抵抗測定値が用いられて流体温度および流体流量を同時に決定することができる。当業者であれば、代替的な温度センサパッケージ７０２，７０６が、サーミスタ、熱電対、または抵抗温度検出器等の代替的な温度検出素子を利用して使用されることができることは理解されよう。抵抗測定値は、信号プロセッサ７１０に供給され、流れおよび温度データを示すデジタル信号に変換される。次いで、デジタル信号は、マイクロプロセッサ７１２に供給され、マイクロプロセッサ７１２において、デジタル信号が、流れデータを制御ＲＯＭおよびフラッシュメモリ７１６に格納されたデータと比較することによって流量を決定し、温度データを、温度センサパッケージ７０２，７０８の温度データを比較することによって、流体導管システム７２０の入口および出口の流体温度間の温度差を決定する。
【００４９】
外部環境温度センサ７０４は、外部環境の温度変化を検出する。センサ７０４は、抵抗測定値を信号プロセッサ７１０に供給して、温度データのデジタル信号を生成してマイクロプロセッサ７１２に供給し、マイクロプロセッサ７１２において温度データのデジタル信号は、温度データと制御ＲＯＭ及びフラッシュメモリ７１６に格納されたデータとを比較することによって温度を決定するように分析される。
【００５０】
センサからの流れおよび温度データは、マイクロプロセッサ７１２によってさらに分析されて、センサの流れおよび温度データを制御ＲＯＭおよびフラッシュメモリ７１６に記憶されたユーザ入力データと比較することによって流体の状態を判定する。測定された流れおよび温度データが、メモリ７１６に記憶されたユーザデータに基づいて応答をトリガする場合、マイクロプロセッサ７１２は、弁を開放するか、リレーを活性化するか、ＬＥＤを点灯するか、または可聴アラームを生成する等の様々な機能７１４を実行する。
【００５１】
図１２は、導管システム７２０への流体の流れを遮断する遮断弁７２２と、排水管７２６を流れるシステム内の流体の流れを開放するリリーフ弁（relief valve）７２４と、大気（atmospheric air）がシステムに流入することを可能にする空気弁７２８とを示す。空気弁７２８は、システムの高い位置に配置され、リリーフ弁７２４は、システムの出口付近の低い位置に配置される。制御ＲＯＭまたはフラッシュメモリ７１６に記憶された値がセンサ７０２，７０４、および／または７０６によって例えば、華氏３２度（摂氏０度）で到達されると、マイクロプロセッサ７１２はリリーフ弁７２４を開放する。華氏３２度（摂氏０度）の水は凍って膨張し、その量は増大する。従って、流体が水であり、温度が華氏３２度（摂氏０度）である場合には、水が膨張しているとの判定が行われ、リリーフ弁７２４が開放される。値が制御ＲＯＭまたはフラッシュメモリ７１８に格納された重度の凍結状態等の第２の値以下である場合、マイクロプロセッサ７１２は、遮断弁７２２を閉鎖して水がシステムに流入するのを防止し、リリーフ弁７２４を開放してシステムの水を排出する。空気弁７２６が開放されて大気がシステムに流入し、流体の排出を助け、真空の形成を防止する。弁は、システムを通る最も流体の効率的な流れを可能にする位置に設置される。制御ＲＯＭおよびフラッシュメモリ７１６は、入口温度と出口温度との間の温度差などの異なるトリガポイントに対するいくつかの値を記憶することができる。
【００５２】
図１３は、図１２に示す本発明の代替的な実施形態を示す図であり、概して８００で示されている。図１３は、既知の距離で離間されたデュアル温度センサ８２４，８２６を含む第１の温度センサパッケージ８０６上の第１のクランプと、既知の距離だけ離間されたデュアル温度センサ８４２，８４４を含む第２の温度センサパッケージ８４０と、外部環境温度センサ８２７とを示す。第１の温度センサパッケージ８０６、第２の温度センサパッケージ８４０、及び外部環境温度センサ８２７には、アナログ回路８１８およびデジタル回路８１２の両方を有するコントローラ８０２に結合され、ユーザインターフェース・ディスプレイ８０４が装備されている。遮断弁８０８は、漏れが検出されると、配管又は導管システム８１０内の水の流れを遮断し、リリーフ弁８０９は、過剰な圧力が検出されると、配管又は導管システム７２０内の水の流れを排水管８０７を介して放出し、空気弁８４６は、システムを大気に開放する。遮断弁８０８は、導管システム８１０の入口近くに設置され、空気弁８４６は、システムの高い位置に設置され、リリーフ弁８０９は、システムの出口付近の低い位置にある。弁の位置は、システムにおける流体の最も効率的な流れを許容する。
【００５３】
コントローラ８０２は、内部電源８２１、メモリ８１６を有するマイクロプロセッサ８１４、及びインターフェース回路を有し、遮断弁８０８、リリーフ弁８０９、空気弁８４６、第１の温度センサパッケージ８０６、第２の温度センサパッケージ８４０、外部環境温度センサ８２７、ディスプレイユニット８０４等の要素を制御する。ディスプレイユニット８０４は、マイクロコントローラ８３１を利用して、ユーザディスプレイパネル８３０、並びに電話、インターネット、及びアラーム等の外部インターフェース８３２を制御する。本発明の好ましい実施形態であると現在考えられる事項が示されているが、本発明の範囲および要旨から逸脱することなく、様々な変更および修正を行うことができることは当業者には明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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