JP5027244B2 - 水漏れを検出および／又は定量する方法と装置 - Google Patents

Description

この発明は、給水パイプの水漏れを検出及び／又は定量する方法と、この方法を実施する装置に関する。

水は、世界中のほとんどの国において、非常に関心が高く、かつ、益々価値の高いものになってきている。従って、飲料水の配給に最も注意が払われている。フランスおよび外国で行われた種々の調査によれば、配給される無視できない量の水が配給ネットワークにおいて漏洩により失われているということを、全てが示唆している。

例えば、国際水供給協会（ＡＩＤＥ）によって１９９１年にカナダで行われた調査によれば、失われるか、又は「行方不明」の水の量は、全生産量の２０〜３０％を示している。

同様に、フランス環境庁は、フランスでは２００１年に約６０億立方メートルの水が配給されたが、受給者にはその容積の４分の３だけの代金が請求され、その残りは僅かの（３％）未請求を含むが、大部分である２４％がネットワークからの水漏れであったと推定した。これらの水漏れは、主に、腐食，材料の欠陥，不完全な設置，地盤変動，特に交通によって生じる振動や過負荷，メンテナンスの欠如又は不足などにより引き起こされる。

配給の収入減によって生じる経済的損失は別にしても、例えば、漏洩箇所において給水ネットワークに汚染物質が浸入するという公衆衛生に対する危険性のような他の問題もある。

経済的な圧力，公衆衛生に対する脅威，節水の必要性により、給水ネットワーク管理者は、上記の問題を除くために漏洩を検出して定量するプログラムを計画している。

ネットワークにおける実質的な漏洩は、明確に決定された地域における水の消費の異常な増加を検出することが可能な流速の自動監視によって通常明らかになる。
そして、その漏洩は種々の方法を用いて発見されるが、最も普及した方法には、超音波又は音響信号を用いるものや、非音響技術を用いるもの、つまり、追跡ガス，地中レーダ，又は赤外線像を用いるものもある。

これらの方法は、比較的多量の漏洩に関する限りは管理に対して満足のいくように見えるが「潜在する」小さな漏洩を検出して発見する高い測定感度が要求される。

カナダ国民調査評議会により実施された最近の研究によると、例えば交通の騒音による干渉やパイプラインに沿った信号の減衰のような、漏洩発見用の音響機器の使用を常に妨げる問題は、プラスチックパイプの場合に深刻化し、従って、ほとんどの使用者が音響検出装置の効果を疑う原因となっている。プラスチックパイプは世界中の給水ネットワークに広く行きわたるようになっているので、これは相当困難な問題点である。

従って、種々の公知の方法を用いて飲料水ネットワークの水漏れを検出および発見することは難しく、その水漏れは少ないかも知れないが、漏洩速度を定量することができない。

この発明の目的は、とくにプラスチックパイプに使用される従来技術の検出方法の欠点を軽減すること、なかんずく、極めて小さい漏洩速度でも定量することである。

この目的に対して、この発明は、推定漏洩点の下流の一点と、推定漏洩点の上流の一点との少なくとも異なる２点においてパイプを流れる水の流速を測定するタイプの、給水パイプにおける水漏れを検出および／又は定量する方法を提供する。

この発明の方法では、水の流速は水の導電率を測定することにより測定される。

それを行うために、この発明の方法では、水の導電率を変化させるトレーサが、推定される水漏れ点の上流と下流に短時間に注入される。

水の導電率は、トレーサの注入時刻ｔ１から水の導電率が初期値に戻る時刻ｔ２まで測定される。

導電性測定に採用されるトレーサは、まず第一に、水の良好なトレーサ、つまり水の動きを忠実に反映するトレーサでなければならない。飲料水の特別な場合には、そのトレーサは零の毒性又は水の配給にうけ入れられる毒性を示さなければならない。これは、この発明において、好ましいトレーサはナトリウム次亜塩素酸塩，NaOC1（漂白剤）であり、これはすでに飲料水において適正な水処理用に非常に多く用いられ、導電率メーター測定を用いて検出される。Cl₂のような他のトレーサ（飲料水浄化用にすでに用いられ、この用途の状況内で無毒である）もまた考えられる。

導電率は、２つの電極を備え、水が流れるパイプに設置される装置を用い、２つの電極間に交流電流を供給することによって測定されるが、これは各イオンをその電荷によって電極の方へ移動させ流れを発生させる作用を有する。

溶液の抵抗率Ｒと導電率Ｃは、Ｃ＝１／Ｒの関係を用いて、電流の強さの測定から決定することができる。従って、導電率は、溶液の電流通電能力を表し、測定セルによって区画された容積内に存在するイオンの濃度に直接比例する。

従って、この発明の方法においては、トレーサは水漏れの上流の点Ｉ１および水漏れの下流の点Ｉ２において短時間に注入され、導電率がこれら２つの観測点の各々において連続的に測定され、トレーサの通過作用を監視する。

ホウイレ・ブランケのNo.3/4−1976年の第291−296頁のジェイ・ガイツェリクス，アール．マーグリタ著「パイプの流れの測定におけるアレン法の理論とその実践的応用」に記載されたアレン法による数値処理と計算に従うと、得られた導電率変動曲線のオーダー１の時点における差により水の平均速度を算出することが可能になり、パイプの断面積が分かれば、導電率測定セルにおいてパイプを通過する流速を直接決定することができる。

このタイプの測定は、ネットワークの多くの点でくり返すことができるので、連続する差を通じて、検討される２つの点の間の給水パイプの漏洩を示す流速のすべての差を明らかにすることができる。

この技術は、漏洩流速を定量でき漏洩を２つの測定点間で発見できるという利点を有する。音響的方法は漏洩の位置を示すために用いることができる。

とくに、流水の導電率は、推定漏洩点の上流と下流でパイプに導電率測定セルを設定することによって、推定漏洩の上流と下流で測定され、トレーサ注入点の各セルは２つの導電率測定器から作られる。なお、２つのセル間の距離は、漏洩の検出や定量にとくに影響しない。

各測定器は２つの電極を備え、電極の１つは測定器の本体を形成し、この本体は水を通過させ、残りの電極は第１電極（測定装置の本体）に接続されると共にそれから電気的に絶縁され、水の流れの中に直接突入している。

好ましくは、電極はステンレス鋼から作られる。

各測定器は給水パイプの各端部に接続するフランジに嵌合する。

図面を参照して与えられる次の説明と実施形態に基づいて、この発明はさらによく理解され、その特徴や効果はさらに明確になるであろう。

この発明によるパイプの漏洩の検出原理を示す概略図である。 配水パイプに接続された、この発明の導電率測定器の写真である。 図２に示す、この発明の導電率測定器を示す概略図である。 この発明の一実施形態における、導電率測定セルによって得られた導電率曲線を示す図である。

この発明による給水パイプの水漏れ検出原理が、図１に概略的に示されている。

この発明の方法は、図１においてＦで示される推定漏洩点の上流に位置し図１においてＩ１で示される点と、推定漏洩点Ｆの下流に位置し図１においてＩ２で示される点において、水の導電率を変化させるトレーサを一時的に注入することからなる。

図１において１で示されるパイプを流れる水の導電率は、図１における、Ａ１とＡ２で示される一方の２点間と、図１における、Ｂ１とＢ２で示される他方の２点間において、注入の時点ｔ１から初期導電率の値まで戻る時点ｔ２まで連続的に測定される。

図１において、２，３および４，５で各々示される導電率測定器を、点Ａ１，Ａ２および点Ｂ１およびＢ２の各々に設置することにより、導電率が測定される。

図１に示すように、導電率測定器２は注入点Ｉ１の下流で導電率測定器３の上流に設置されると共に、測定器２，３は推定漏洩点Ｆの上流に設置され、導電率測定器４は注入点Ｉ２の下流で、導電率測定器５が設置される点Ｂ２の上流に設置される。

点Ａ１，Ａ２および点Ｂ１，Ｂ２において得られる導電率曲線から、推定漏洩点Ｆの上流においてパイプ１を流れる水の流速Ｑ１と、推定漏洩点Ｆの下流においてパイプ１を流れる水の流速Ｑ２とが、アレン法を用いて算出される。もし、流速Ｑ１とＱ２間に差が見られると、それは点Ｉ１とＩ２との間に水の漏洩が存在することを意味する。さらに、この漏洩の流速が定量される。

パイプ１の適所にある導電率測定器の写真が、図２に示されている。

図２から分かるように、この発明の導電率測定器は２で示され、この発明の測定器はパイプ１に配置され、水をパイプ１と測定器６の本体とに貫通させる中空体６から構成される。

導電率測定器２は、図２において８と９で示されるフランジによって、パイプ１の各端に接続される。

図２において７で示される電極は、測定器２の中空体６の内部へ突出している。

この発明による導電率測定器の構造は、図３に概略形式でさらにはっきりと示されている。

図３に示されるように、この発明による導電率測定器は、第１電極を形成する中空体６を備え、水が、中空体６を介してパイプ１（図示しない）からこの中空体６がフランジ８と９によって接続されるパイプまで流れる。

中空体６から電気的に絶縁されると共にそれに接続された第２電極７が、中空体６を介して流れる水の流れに突入するように配置される。

好ましくは、中空体、つまり電極６と、電極７は、ステンレス鋼から作られる。

この発明の方法の多くの代表的な実施形態が、単なる例であって限定するものではない実施例によって、以下に説明される。

特に、測定点間や注入点と測定セル間の距離は、当業者によって容易に適合させることができる。従って、注入点と第１測定点間の距離は、トレーサが測定点に到達するときにその区画において適度に均一となるに足る必要がある。この距離は、「良好混合距離」として知られ、ほぼ一般的なルールに従う。一般的にそれはパイプの直径の５０倍を必要とする。

実施例１
この実施例は図１と４を参照して説明される。

テストは、53mmの直径を有し、その中における水の流速が1000リットル／時間であるパイプ１において実施された。

４つの導電率測定器２，３，４，５がこのパイプ１に設置された。

この実施例では、測定器２と３は3.8mの間隔を有し、測定器４と５は3.8mの間隔を有する。

測定器３と４は推定漏洩点Ｆから10m離れている。中空体６は53mmの直径と220cm³の体積を有する。

電極６が形成された中空体と電極７はステンレス鋼から作られている。

１ミリリットルのナトリウム次亜塩素酸塩（１０％の活性塩素を含む漂白剤）が、注入点Ｉ１とＩ２において時刻ｔ１に短時間で注入される。注入点Ｉ１は測定器２の２ｍ上流に設置され、注入点Ｉ１は測定器４から２ｍ離れていた。

注入時刻ｔ１から水の導電率がその初期値に戻る時刻ｔ２まで、導電率の変化が、点Ａ１，Ａ２と点Ｂ１，Ｂ２における曲線の形で記録される。

測定点Ａ１，Ａ２で得られた導電率曲線は図４に示され、点Ａ１で記録された曲線は１０で示され、点Ａ２で記録された曲線は１１で示される。これらの曲線からと、点Ｂ１，Ｂ２で得られた曲線から、漏洩Ｆの上流と下流の流速Ｑ１，Ｑ２が算出された。

各流速Ｑ１，Ｑ２は、式Ｑ＝Ｖ／Δｔを用いて得られるが、ここで、Ｖは２つのセル間の領域の体積を表し、Δｔは第１曲線の平均時間と、第２曲線の平均時間との距離を表す。曲線の各平均時間は、曲線の重心を用いて得られる。このデータは、曲線の数学的処理を介して直ちに利用可能である。完全なガウス分布の場合の曲線の重心に一致する、曲線の頂上に対応する平均時間を用いることを考え出すことも可能である。他の数学的曲線処理、例えばコンピュータ解析法が考えられる。これらの全ての方法は、当業者に知られている。

算出された漏洩値は次の表１に記載されている。

実施例２
実施例１と同じようなテストが実行された。但し、パイプ１を通れる水流の流速は2500リットル／時間であった。

算出された漏洩値は次の表２に記載されている。

従って、この発明の方法を用いて、小さい漏洩流速、つまり公称流速の５−１０％の漏洩に対応するこれらの小さい漏洩流速が検出され、定量されることが、距離Ｑ１−Ｑ２から知ることができる。さらに、アレン法を用いて測定された値と、実際の漏洩値との差がほぼ５％より小さく、非常に小さい流速に対しては１５％のオーダーであることが見出された。なお、流速が大きいほど感受性は良くなる。

100mmの直径を有するパイプについて同じテストが実施された。得られた結果は、同じであった。

この発明の方法は、すべての飲料水ネットワークに適用できるばかりでなく、漏洩を測定する信頼できる手段のないパイプにおける他のタイプの流れにも適用できる。

Claims (6)

1. 推定漏洩点Ｆの下流の一点と、推定漏洩点Ｆの上流の一点との少なくとも異なる２点においてパイプ（１）を流れる水の流速を測定するタイプの、給水パイプ（１）における水漏れ（Ｆ）を検出および／又は定量する方法であって、水の導電率を変化させるトレーサを、推定漏洩点Ｆの上流の一点Ｉ１と、推定漏洩点Ｆの下流の一点Ｉ２において短時間に注入し、各点Ｉ１とＩ２の下流で、注入時刻ｔ１から水の導電率がトレーサを注入する前の値に戻る時刻ｔ２までの期間に、水の導電率を連続的に測定し、これらの値から、パイプ（１）における推定漏洩点Ｆの上流と下流の水流の流速Ｑ１とＱ２を算出することによって前記水の流速が測定されることを特徴とする方法。
2. トレーサが漂白剤（NaOC1）であることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. ａ）少なくとも４つの水導電率測定器（２，３，４，５）を配置し、各測定器が２つの電気的に絶縁された電極（６，７）を備え、その一方（６）がセルの本体を構成し、他方（７）がパイプ（１）を流れる水流のちょうど中心位置に在り、電極（６）からなる測定器の本体が水を通過させることにより、
   ｂ）２つの電極（６）と（７）間に交流電流を供給し、第１測定器（２）が注入点Ｉ１の下流で推定漏洩点Ｆの上流の点Ａ１においてパイプに設置され、第２測定器（３）が点Ａ１の下流で推定漏洩点Ｆの上流の点Ａ２に設置され、第３測定器（４）が注入点Ｉ２の下流の点Ｂ１に設置され、第４測定器（５）が点Ｂ１の下流の点Ｂ２に設置されることにより、
   流速Ｑ１とＱ２が測定されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 各測定器（２，３，４，５）の電極（６，７）がステンレス鋼から作られることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法を実行するために水の導電率を測定する測定器（２）であって、
   直径が好ましくはパイプ（１）の直径に等しく第１電極を構成する中空体（６）と、
   中空体（６）に接続され中空体から電気的に絶縁され、かつ、中空体（６）の中心に位置する第２電極（７）と、
   中空体（６）の各端をパイプ（１）の端にそれぞれ固定する２つの固定フランジ（８，９）と
   を備えることを特徴とする測定器。
6. 電極（６，７）がステンレス鋼から作られることを特徴とする請求項５記載の測定器（２）。

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