JP2021060272A - 水道管の漏水箇所の検出方法と検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水道管の水漏れ箇所を検出する。【解決手段】水道管１２の中にシェル１６を挿入して水道管１２の水漏れ箇所４０を検出する。シェル１６はケーブル１４の先端に取り付けられている。高水圧で流れる水道水が、水道管１２の小孔から漏れるときには、特有の渦流が生じる。この渦流は、水道管の管壁から離れた場所でも検出できる。この渦流を、センサの振動により検出する。管壁から離れた位置であっても、センサにより渦流を見つけることができ、その付近に水漏れ箇所が存在すると判定できる。【選択図】図１

Description

本発明は、水道管の漏水箇所の検出方法と検出装置に関する。

水道管が老朽化すると腐食や亀裂が発生して水漏れを生じる。こうした水道管は 早急に補修したり交換したりすることで漏水を防止しなければならない。水道管の水漏れを検出する方法は多種開発されている。本発明者は、水道管の内部に検出装置を送り込むことで、 水道管の損傷部分を検出する方法を開発した（特許文献１）（特許文献２）。

特開２０１９−４９４８５号公報 特開２０１９−７４４９７号公報

損傷のない水道管の内部には、高い圧力で川のように絶えず水が流れている。水漏れが発生する場所では、水の流れが本流と支流に枝分かれするように流れの方向が変わる。特許文献１等では、水漏れ箇所に向かう水の流れを直接検出する。しかし、管壁に生じた小孔からわずかな水漏れが発生しているような場所では、支流への流れの勢いが本流に比べて極めて小さいために探査速度を十分に低下させ検出感度を高めなければ検出が容易でない。本発明はこの課題を解決するためになされたものである。

以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。

＜構成１＞
水道管の内部で水圧が加わった状態で流れる水道水の中で、水道管の管壁に生じた小孔を起点に生じた竜巻状の渦流の存在を検出することを特徴とする水道管の漏水箇所の検出方法。

＜構成２＞
渦流が生じている部分の水流の特有の変化を検出して、その付近に水漏れ箇所が存在すると判定することを特徴とする構成１に記載の水道管の漏水箇所の検出方法。

＜構成３＞
水道管の内部で水圧が加わった状態で流れる水道水の中で、水道管の管壁に生じた小孔を起点に生じた竜巻状の渦流の存在を検出するためのものであって、
水道管の内部に気泡を噴出させる噴出装置と、気泡が上流から下流に向かって流れる状態を撮影する撮影装置と、一部の気泡の水道管の横断面方向の振動の有無を監視する監視装置とを備えた水道管の漏水箇所の検出装置。

＜構成４＞
水道管の内部で水圧が加わった状態で流れる水道水の中で、水道管の管壁に生じた小孔を起点に生じた竜巻状の渦流の存在を検出するためのものであって、
水道管の内部で水道水が上流から下流に向かって直線的に流れるべき場所で、その流れの方向に向けて一端を支持したセンサの、水道管の横断面方向の振動の有無を監視する監視装置とを備えた水道管の漏水箇所の検出装置。

＜構成１の効果＞
水道管の管壁に検出用センサを近接させて漏れ出す水の流れを直接検出しなくてもよい。管壁から離れた位置であってもセンサにより、竜巻状の渦流を見つけることができ、その付近に水漏れ箇所が存在すると判定できる。
＜構成２の効果＞
水道管の長手方向に平行な水道水の流れの中に、渦流による特有の流れを見つければ、その付近に水漏れ箇所が存在すると判定できる。
＜構成３の効果＞
上流から下流に向かって流れる気泡が渦流の部分を通過したときに特有のな動きをするので、それを監視すればよい。
＜構成４の効果＞
センサの先端が渦流を通過するときに特有の振動をするのでそれを監視すればよい。

図１は水道管１２の管壁の小孔４０により生じた水道水の流れの変化を示す水道管１２の縦断面図と、渦流４２中でのセンサの特有の振動による検出データ４４を示す説明図である。 図２は装置全体の概略構造側面図と構成部品の斜視図である。 図３（ａ）は本発明の実施例１の方法を実施するための水道管中の装置の側面図で（ｂ）は実施例２の装置の側面図ある。

まず、図１を参照して説明をする。損傷のない水道管１２の内部には、上流から下流に向かって一定の速度で一定の方向に均一に水が流れる。本発明者等の実験と分析によれば、水漏れが発生している箇所では単に流れの方向が一部変わるだけではないことが分かった。小孔４０による水漏れ箇所を起点とする竜巻状の渦流４２が発生することがあることがわかった。

しかも、こうした渦流４２は、わずかな水漏れが発生している小孔４０に限って生じることが分かった。これは、水道管１２の内部に加わる高い水圧と水道水の流れの相乗効果により発生しているものと考えられる。大きな亀裂等による水漏れ箇所４０では水道水の流れが大きく変わるだけで渦流４２は検出されない。

高い圧力が加えられて上流から下流に向かって流れる水道水の、管壁からの小孔４０によるわずかな水漏れによる流れの変化を直接検出するには、高い検出感度のセンサを管壁に十分接近させるといった工夫が必要になる。それでは、水流の方向を検出するセンサを複数使用したり、センサを管壁に沿ってスキャンさせたりする必要がある。水道管１２の全長に渡ってこの操作をするのでは、検査に時間がかかる。ところが、上記の竜巻状の渦流４２を検出する方法によれば、管壁から十分離れた場所で水漏れ発生の可能性の検出が可能になる。

実際に、内径が１００ｍｍの水道管１２に、水圧が０．５メガパスカル、水流が毎秒３００ｍｍの水が流れている状態で、 口径が３ｍｍの小孔から水漏れが生じているとき、小孔４０の近くの水道水の流れを観測した。このとき、水道管１２の内壁から５０ｍｍ離れた水道管１２の中心付近でも、竜巻状の渦流４２による特有の流れの変化を検出できた。水道管１２中でセンサを十分早く移動させてもこの検出が可能であった。

この流れの方向は漏れが生じている箇所に向いているとは限らない。本来、水道管１２の長手方向に直線的に流れているはずの水道水の流れが部分的に乱れていることで、渦流を検出することができる。図１では、Ｚ軸を水道管１２の長手方向に平行な軸とし、水道管１２の横断面上にＸ軸とＹ軸とを設定した。このとき、センサをＺ軸に平行な矢印Ｐの方向に直線的に移動させながら水流の方向と強度を連続的に検出すると、図１（ｂ）に示すように、渦流４２を横切る幅Ｗの範囲で、水道水の流れの部分的な乱れを検出できる。渦流４２を検出した後にその付近の管壁を丹念に検査すればよい。

水道管１２の中に発生している渦流４２の検出には、機械的な方法、電気的な方法、光学的な方法など、高感度な様々な検出方法が採用可能である。透明な水流の中に透明な渦流４２が発生していることは、肉眼では認識が困難である。水道管１２の壁面は老朽化によって凹凸が生じていることがあり、ここで乱流が発生する。この乱流と水漏れによって生じる渦流４２とを区別することも必要である。また、上記のように渦流による流れは、水漏れを生じた方向に向いた流れだけではないことにも注意する。
以下、本発明の実施の形態を実施例毎に詳細に説明する。

（全体構造）
図２は特許文献１で紹介した装置の全体構造である。
シェル１６のセンサ部分の構造や水流の検出方法を除けば、本発明の装置の全体構造はほぼ同一である。
図２（ａ）は実施例１の漏水検出装置の使用状態を示す水道管縦断面図で、（ｂ）はこの装置の部品構成を示す斜視図である。
図２（ａ）に示すように、この装置は、水道管１２の中にシェル１６を挿入して水道管１２の水漏れ箇所４０を検出する。シェル１６はケーブル１４の先端に取り付けられている。

ケーブル１４はドラム２６に巻き付けられており、測長器２８を介して水道管１２の中に繰り出される。水道管１２にはあらかじめケーブル１４を挿入するための孔が開けられている。ここに貫通式の導入機構３０が取り付けられている。この貫通式の導入機構３０は、水道管１２から水道水が溢れ出ないような状態で、ケーブル１４を送り込むことができる構造になっている。これは既知のもので、特許文献１でも紹介されているので説明を省略する。

図２（ｂ）に示すように、シェル１６の中にはカメラ１８と照明２０とが収容されている。シェル１６の中のカメラ１８は、例えば、広角レンズにより水道管の内部が撮影できるように取り付けられている。

照明２０は、水道管の内部を照らして、カメラ１８によるセンサの状態の撮影をするためのものである。このシェル１６を水道管１２の内部に投入すると、センサが水道水の流れに応じて様々な動きをする。これをカメラ１８で撮影して、ケーブル１４を通じて信号を取り出して、モニタ２２に表示して監視できるように構成されている。

図１（ａ）に示したように、ケーブル１４を巻き付けたドラム２６の横に、モニタ２２と電源２４とを配置している。例えば、係員がモニタ２２の画像を監視して、センサの特徴的な動きから水漏れ箇所を検出する。ケーブル１４は測長器２８を経由して送り出される。これによって、水道管１２中のシェル１６の位置を計測することができる。これで、水漏れ箇所の位置を正確に特定できる。

（気泡による検出）
図３（ａ）は本発明の実施例１の方法を実施するための水道管中の装置の側面図である。
例えば、水中に水の流れを検出する微粒子を導入してその動きを観察する方法が考えられる。しかしながら水道水中に異物を投入することは許されない。一方、空気や窒素ガスなどの気泡３６を放出することは可能である。気泡３６の動きを画像解析すれば、高感度で自動的に渦流４２を検出できる。即ち、この実施例ではセンサは気泡３６である。

気泡３６は例えば、図３（ａ）に示すように、ボンベ３４とバルブ３２によって間欠的に少量ずつ水道水中に放出すれば良い。水道管の断面から見て均一に分散するように放出することが好ましい。照明２０で光を照射して追えば気泡３６の動きを正確に観察する。圧力が高いので気泡３６は大きくならない、微小な気泡３６は流れに乗って送られる。渦流４２があれば必ずその部分で特徴ある図１（ｂ）に示したような動きをする。

こうして、水道管１２の内部で水圧が加わった状態で流れる水道水の中で、水道管１２の管壁に生じた小孔４０を起点に生じた竜巻状の渦流４２の存在を検出することができる。水道管１２の管壁から離れた位置であっても上記のセンサにより、竜巻状の渦流４２を見つけることができる。

すなわち、水道管１２の内部に気泡３６を噴出させるボンベ３４等の噴出装置と、気泡３６が上流から下流に向かって流れる気泡３６の動きを撮影するカメラ１８等の撮影装置と、撮影した画像を監視するためのモニタ２２（図２）により、一部の気泡３６の水道管１２の横断面方向の振動の有無を監視できる。

モニタ２２を制御する図示しないコンピュータに、気泡３６のＸ軸やＹ軸方向の動きの軌跡を生成させて表示させるようにするとよい。または、渦流４２を通過するときの特異な気泡３６の動きを監視し、コンピュータに学習させて、自動的に振動の有無を判定させてもよい。こうして、水道管１２の内部の水流の中に発生する渦流４２を検出することで水道管１２の損傷の有無を判定できる。

（機械的なセンサ）
図３（ｂ）には、シェル１６の先端に、水道管１２の長手方向に平行に伸びるアンテナ状のセンサ３８を取り付けた。例えば、このセンサ３８の先端が水の流れに反応して揺れるように柔軟に支持してあると、センサ３８の先端が渦流を通過するときに、図１（ｂ）に示したように振動をする。これをカメラ１８で撮影するとよい。

またあるいは、センサ３８の振動を、その支持点に配置した図示しない圧電素子で電気信号に変換して検出したり、アンテナ状の複数のセンサ３８を平行に配置して、これらの間隔の変動を静電容量の変化として検出してもよい。いずれも電気信号にしてモニタ側に送信すると、高い精度でセンサの先端の振動を検出できる。

即ち、水道管１２の内部で水道水が上流から下流に向かって直線的に流れるべき場所で、その流れの方向に向けて一端を支持したセンサ３８の、水道管１２の横断面方向の振動の有無を検出する。センサ３８の先端が渦流４２を通過するときに振動するのでそれを光学的あるいは電気的等の手段で検出すればよい。

上記のいずれの実施例でも、シェル１６によりセンサ３８を水道管の管壁から少し離れた場所に支持して、シェル１６を水道管の中で適度なスピードで移動させることによって、渦流のような水流の乱れを検出して、水漏れ箇所の存在の可能性を判定することができる。

なお、上記の実施例は特許文献１に示した装置を応用したものであるが、特許文献２に示したような水道管の内部を自由に走行する装置に取り付けるようにしても構わない。また、図３（ｂ）に示したように、特許文献１に記載した浮遊体３９も取り付けておき、渦流を検出した後にそのまま小孔の位置を検出する操作に移行するのもよい。

１２ 水道管
１４ ケーブル
１６ シェル
１８ カメラ
２０ 照明
２２ モニタ
２４ 電源
２６ ドラム
２８ 測長器
３０ 貫通導入機構
３２ バルブ
３４ ボンベ
３６ 気泡
３８ センサ
３９ 浮遊体
４０ 小孔
４２ 渦流
４４ 検出データ

Claims (4)

1. 水道管の内部で水圧が加わった状態で流れる水道水の中で、水道管の管壁に生じた小孔を起点に生じた竜巻状の渦流の存在を検出することを特徴とする水道管の漏水箇所の検出方法。
2. 渦流が生じている部分の水流の特有の変化を検出して、その付近に水漏れ箇所が存在すると判定することを特徴とする請求項１に記載の水道管の漏水箇所の検出方法。
3. 水道管の内部で水圧が加わった状態で流れる水道水の中で、水道管の管壁に生じた小孔を起点に生じた竜巻状の渦流の存在を検出するためのものであって、
   水道管の内部に気泡を噴出させる噴出装置と、気泡が上流から下流に向かって流れる状態を撮影する撮影装置と、一部の気泡の水道管の横断面方向の振動の有無を監視する監視装置とを備えた水道管の漏水箇所の検出装置。
4. 水道管の内部で水圧が加わった状態で流れる水道水の中で、水道管の管壁に生じた小孔を起点に生じた竜巻状の渦流の存在を検出するためのものであって、
   水道管の内部で水道水が上流から下流に向かって直線的に流れるべき場所で、その流れの方向に向けて一端を支持したセンサの、水道管の横断面方向の振動の有無を監視する監視装置とを備えた水道管の漏水箇所の検出装置。

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