JP5185938B2 - 建物用排水・通気システム内の密封欠陥を検出するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、欠陥のある排水トラップ及び他の密封欠陥のような建物の排水・通気システム内の密封欠陥を検出するための方法及び装置に関する。

建物内に設置された排水システムの目的は、トイレット、洗浄槽、浴槽等のような衛生器具からの排水と通常建物の地下に位置している下水管に接続することである。多階層の建物の場合、排水システムは各階の床を通って伸びていている少なくとも１本の縦方向スタック、及び、コネクターにより縦方向スタックに各床に存在する各衛生器具からの排水を導くための枝管を有している。スタック及び／又は枝管又はそれぞれの衛生器具にも空気流入弁又は他の適当な通気機構及び／又は正の空気圧減衰装置が設けられている。

排水トラップ又は封水部が一般に多くの衛生器具と関連付けて用いられている。その目的は、下水から来た汚れ空気が環境空間又は居住空間に流出するのを避けることである。排水トラップは通常Ｕ型又は瓶型容器から成っていて、一般に、各衛生器具に接続され、その中に一定量の水を残して、スタック又は下水からの空気を遮断している。水洗便所は器具自体に組込まれた排水トラップを有している。

負又は正の空気圧状態のような一定の条件で、排水トラップが機能しなくなることがあり、それは所定位置に十分な量の水が残らず、排水管の水封が維持できず、下水管からの汚染空気が居住空間に入りこむことを意味する。そのような故障は病原体の伝染経路になり、又は過大圧力によるシステム障害で生活空間を汚染することがある。

それゆえ、システム内空気圧の差異発生を防止するために、排水システムの通気が重要になり、多くのシステムで空気流入弁（ＡＡＶ）が用いられる。

空気流入弁（ＡＡＶ）は、衛生器具が動作し、水が配管を通って流れる時に、空気が一方向空気弁を通って排水システムを流入できるようにする。排水のカラムが縦方向スタックを通って落下するとき、空気流を伴い、必要性の存在が局部的吸引又は負圧を生じる。これらはネットワークを通じて伝送され、器具の排水トラップの水封部のサイホン効果を生じる。これらの負圧を保証するために、ＡＡＶの膜が一時的に持上げられ、周辺空気が排水システムに流入できる。これらの圧力変動の程度は排水放出の流体量により決定される。過大な負の空気圧により、ＡＡＶが存在しなければ、衛生器具のトラップ内の水封部から水がサイホン効果で吸い上げられる。

他方、排水システム内の空気圧が突然周辺より高くなった場合、この正の過渡現象が排水（及び空気）を機器内に押し込んでトラップの水封を破壊し、好ましくない衛生・健康面の影響を伴う。それゆえ、正の空気圧減衰装置が開発され、特に高層又は多階層の建物内のそのような汚染リスクを低減するために提案されている。

本発明により解決すべき問題は、建物の排水・通気システム内で、特に、欠陥のある排水トラップの位置を決定する又は特定することである。通常、その水封機能を喪失したトラップとして定義され、又は、建物の排水システム内の他の欠陥で、閉塞から水の自由通過及び同伴空気までの漏洩する継手又は接続部、又は、欠陥のようなものである。

本発明の目的は、その過渡的反射係数により、建物の排水・通気システム内のそのよう
な欠陥を検出し、特定するために、方法と適当な機器を提案することである。事実、そのような故障又は欠陥は、正確なシステム配置に適用される応答と比較した時、入力した低振幅空気圧の過渡現象に対して変更された反射係数を示す。

実際に、適用された過渡現象に対するシステムの応答及び正確なシステム配置の両方の「無欠陥」データベースが存在した場合、過渡現象の伝搬速度が大気中音響速度で一定で、観測位置で検出された反射波の前面間で時間差を生じるので、任意の欠陥の位置が特定される。

本発明に基づくと、装置は、縦方向スタックの一部に接続された過渡現象発生部及びそのスタックにも接続され、循環する正／負の低空気圧波の検出とネットワーク・データベースに送る電気信号への伝送を可能にした一連の低圧トランスジューサーから成っている。建物のための排水通気システム内での漏洩のような欠陥を検出するための前記方法と装置が添付請求項に示された手段と共に構成され、提供されている。

本発明に基づく装置と共に示された設備の実施例を以下に示すが、添付図面を参照して例示用のみに示されている。

多階層の建物内の単純なスタック型排水システムの略図である。 多階層の建物内の２本のスタック型排水システムの略図である。 過渡現象発生部を受けることができる内蔵継手を伴うスタック部分の詳細図である。 継手に接続された過渡現象発生部付きの図３と同一の図である。 ３ポート付き回転可能弁を伴う継手の分解図である。 過渡現象発生部の代わりの実施例である。

図１に示すように、多階層建物の排水システムを単純化して示していて、縦方向スタックの排水管１から成っていて、それにそれぞれの床から来た一連の排水管２に接続していて、その中へ各床からの排水源３が排出される。前記排水源は水洗便所、床の排水、流し、シャワー、ビデ等のような衛生器具である。

各排水源３と排水管２の間で、全体として、排水器具にはＵ型排水トラップ４等が含まれる。

排水源３からの液体及び（又は）液体／固体の排出が各トラップ４を通って排水管２に排出され、その後、縦方向スタック管１を通って最終的に下水管５に放出される。

空気流入弁９により全システムが周辺大気に通じる。空気流入弁９は一般的にスタック・パイプの上端に設けられるが、封水部のハウジングに組込まれることもある。既に説明したように、排水システムは正の空気圧減衰装置（図示せず）を好ましく装備すべきである。

本発明に基づくと、縦方向スタック１が適当な位置に設けられ、少なくとも１個の継手６を付けていて、これが排水スタック１と直列に挿入されるように設計されている機械的装置を代表している。図４、６、７に示されるように、又、後で示すように、継手６はスタック１の内部空間と過渡現象発生部２０の出口部分の間に接続部２１と共に設けられている。各継手６の周辺でスタック１には、低圧トランスジューサー７も設けられ、排水ネットワークの過渡現象の応答のような空気圧変動を記録でき、建物に組込まれた中央データ取得システムに接続される。

図２は主スタック・パイプ１と第二のスタック・パイプ１１を有するより複雑な排水システムを示している。同様の排水管１２が排水源１３からの排水／固体をスタック・パイプ１及び１１に放出する。第二のスタック・パイプ１１は接続管８により主スタック・パイプ１に接続されている。

適当な位置で、同様の継手６に、過渡的低空気圧発生部２０を接続するために低圧トランスジューサー７が設置されている。

過渡的低空気圧発生部２０は一般的に外側コンテナ又はシリンダに対して密封された可動面、例えば、ピストン２３又はベローズから成っている。その可動面は制御された往復動作が可能な電気機械的装置により操作される。

図４に示すように、発生部２０は継手６によりスタック１に取付けられている。継手６にはねじ付き継手２１により発生部２０を設けている。発生部２０は全体として円筒体で、内側チャンバー２８とピストン２３を含み、スタック・セクション１の内部空間に適当な速度及び（又は）周波数でチャンバー２８内に含まれる空気を移動できる。

継手６は図３、４、６、７に、より詳細には図５に示されていて、排水スタック１と直列に挿入されるように、又、発生部２０の出力への接続手段２１を提供するように設計されている機械装置から成っている。

図５に示すように、そのような継手の機構は３ポート弁２２として実現していて、継手６の中で回転できる。弁２２は２個所の直径方向で向き合った開口部２４を設けていて、縦方向スタック１の直径と発生部２０との接続手段２１の位置にある１個所の横方向開口部２６と対応している。

弁２２の回転は、外部の機械的又は電気機械的アクチュエーターにより行われる。そのアクチュエーターは機械的に含まれた機構例えばスプリング又はおもりに対して機能する。停電の場合に図３及び５に示すフェールセーフの状態に弁２２を戻す。アクチュエーター２０により行われる動きは弁２２の回転を限定し、約９０度より大きな回転を阻止する。

継手６は、発生部２０の出力を排水スタック１に対して上方又は下方に向けることができる。検査又は検出プロセスの完了時点で、継手６は排水スタック１内で阻止されない縦方向の移動でフェールセーフ状態に戻る。

弁２２は２種の「クローズド」構成を提供する。第一は、弁が反時計方向（図５では矢印Ａ）に回転する時で、その状況は図４に示されていて、スタック１の上側が閉じられている。第二は、弁２２が時計方向（矢印Ｂ、図示せず）に回転する時で、スタックの下側が閉じられる。

発生部２０が設置されていない場合、又は、検出プロセスが完了した時、ロッキング・プラグ２５（図３）が用いられ、発生部２０の接続手段２１に適合し、挿入された時、弁２２の施錠がフェールセーフ状態になる。プラグ２５／弁２２の結合手段２１で適当なねじ径により、弁２２がフェールセーフ構成の時ロッキング・プラグ２５を挿入するだけでよい。この構成は開口部２４がスタック１の内径と直列になることを意味する。

３ポート継手６の全体的寸法は現在のスタック寸法と同様である。そのスタック直径に対応した完全通過できる直径を持つ円筒形断面である。スタックが直径１５０ｍｍである
と想定された場合、継手に可能性のある全体的直径が２２５ｍｍから２５０ｍｍの範囲になろう。その装置は、より小さな直径のスタックを使用できるようにスリーブ付きにできる。そのはめ込みスリーブと共に製造し、販売する必要がある装置のサイズが１種のみですむという利点を有する。

図６及び７は発生部２０の代替実施例を示している。図６に基づくと、接続手段２１は９０度エルボの形状であり、また、発生部２０が、必要な場合にスペースを節減するために、スタック１に平行に配置されている。図７は発生部２０の実施例を示し、その中で、ピストン２３がチャンバー２８を含むひだ付き円筒状膜２７の一部である。チャンバー２８の中に空気の過渡現象を生じさせ、接続手段２１に向かい、継手６の３ポート弁２２をスタック１の下部に向かい、圧力トランスジューサー７付近を通過する。

排水ネットワークの欠陥特定には、正又は負の空気圧過渡現象を用いることにより、建物の排水・通気システム内で通常見られる追加装置を必要とする。過渡現象の導入には主として２種の追加要素を必要とする。
− 継手６のような専用システムの接続、
− 過渡的の低空気圧発生部２０。

両方の要素が単一の装置に組込まれている、又は、別個の装置として存在しうる。もし、それらが単一装置に組込まれる場合、その装置は排水ネットワーク内の固定位置に組込まれる。もし、それらが別個の装置として存在する場合、システムの接続部又は継手６は固定位置に組込まれる。そして、過渡現象発生部は検査を容易にするために一個所から複合ネットワーク内の他へ移動するだろう。

どの場合でも、圧力過渡現象発生部２０が、ピストン、ファン、ベローズ、膜又はシステム／空気の相互作用を行なえる装置内の他の移動面の作用、又は、蓄積された圧力源への接続により、正、負、又は正／負循環の圧力波を導入できる。どの場合でも、空気の過渡現象の発生が反復でき、及び（又は）、正弦波振動により生じる。

恒久的継手６及び発生部２０の設計により、機器の接続、操作、又は、切離しの間に生じうる居住空間への排水システムのガスによる相互汚染又は漏洩を生じないようにする。用いる場合、蓄積された圧力源の設計から、使い切った時に容器に逆流する可能性を排除する。

それゆえ、欠陥特定の方法には以下のプロセス及び装置が含まれる。
− 詳細なシステム配置が建築設計又は特定の調査から必要とされ、作画される。
− 低振幅空気圧過渡現象を建物の排水・通気システムに導入する手段が圧力波をネットワークに伝搬するのに用いられる。この過渡現象への無欠陥システムの応答が、ネットワーク周辺の種々のノードに戦略的に配置されたいくつかの圧力トランスジューサー７により記録される。この応答はシステムを定義し、欠陥の利用と外観の後で同じネットワークからの応答を比較する基盤として用いられる。無欠陥データベースは特定方法の一部として将来の参考用に記憶される。
− 過渡現象発生部２０は、ネットワーク内へのトラップ密封部の深さより小さな圧力過渡現象を伝搬できる。この制限は、検査でネットワークのトラップ密封部の健全性に損傷を与えないようにする。この圧力過渡現象発生部２０は、適時の圧力パルスを与えるために、システムに発生し、又は、接続する能力に基づく。過渡現象の適用結果として、相互汚染を生じないように、専用のシステム接続６を必要とし、又、全体的に密封される。通常の用途の下で、ドライ化トラップ密封部及び他の欠陥の過渡現象の特定が静止システムの動作期間の間、又は、多分利用者の不満足を契機として、ネットワークの健全性について動作上の懸念の結果として規則的間隔で動作する。
− 適用された過渡現象に対する圧力応答が、記憶されたシステムの応答のデータベース、及び、圧力トランスジューサー７のネットワークにより記録された圧力応答結果の多様性が比較され、欠陥密封部の位置を特定するのに使用される。

本発明に基づく方法についての実際的情報を以下に示す。

時計方向又は反時計方向で継手６内での３ポート弁２２の回転が、継手６のそれぞれ上方又は下方に位置する排水ネットワーク内で３ポート弁を通って発生部２０の内部チャンバー２８からの空気経路を各場合に提供する。

発生部２０のチャンバー２８内でのピストン２３の高速運動又はチャンバー２８の体積変化が圧力過渡現象を発生し、選択された排水ネットワークを通って発生部２０から伝搬する。その通路は継手６に隣接して、又は、その部分に位置する圧力トランスジューサー７により記録される。

圧力過渡現象が、約３２０ｍ／ｓの空気の音速でネットワークを通じて伝搬する。それはそれぞれ及び全ての管端で反射する。一方、これらの反射が逆に発生部２０で過渡現象の発生源に伝搬して、圧力トランスジューサー７により継手６の位置で記録された圧力対時間の表示に寄与する。

各管端は特定反射係数を有している。例えば、終端は＋１の反射係数を有しているが、雰囲気への開放端は−１の反射係数を有している。部分的閉塞又は漏洩する端部は、これらの限界間にある反射係数を有している。

もし、発生部２０が、ドライ化トラップの欠陥又は漏洩が無い完全なネットワーク内で動作する場合、圧力トランスジューサー７がネットワークの全長と音速により決定される短い期間に亘って無欠陥の基本表示を記録する。これは最大でも小さな秒数になる可能性が高い。

システムがトラップのドライ化のような欠陥を生じた場合、圧力トランスジューサー７が種々の表示の圧力の痕跡を記録する。分岐点は変更した管端からの反射がそのトランスジューサーに到着する時間にある。この欠陥の痕跡と記憶された無欠陥表示と比較することは、その時間が、それゆえ、波の速度が既知なので、欠陥トラップまでの距離が特定される。排水ネットワークの配置を参照することで、欠陥の位置を特定する。

欠陥位置に対する追加検査は建物の使用期間中に、各床で無欠陥及び管理された欠陥の両方で痕跡の包括的セットを生じる。このデータセットに対するその後の欠陥システムの痕跡の係数比較は、それぞれ、欠陥トラップの位置も特定する。

ドライ化トラップを特定することに加えて、ここで、部分的に閉じた管端も特定できそうである。そのように存在する場合、欠陥のあるＡＡＶを特定するために、意味を持ちうると思われる。

本発明に基づくと、他のネットワーク配管又は継手を必要としないように、試験の過渡現象の伝送をするために、検査中のネットワーク自体が導管として機能する。設備は主として以下の要素から成っている。
− 過渡現象を発生するために、流体／構造体の相互作用を用いる過渡現象発生部２０、− 排水システムの縦方向スタック１のどちらかの方向に移動するために発生部２０により過渡現象を発生できる継手６内の３ポートの回転可能弁２２、
− 既存のスタック要素と互換性がある３ポート付き胴体とスタックのコネクター又は継
手６、
− コネクター６に隣接した位置で、又、建物内に組込み可能な中央データ取得システムに接続された低圧トランスジューサー７。

空気の過渡現象発生部２０が、パルスの代わりに正弦波の振動に従って動くピストン２３により行われる場合、非侵襲的な装置を提供できるはずである。非侵襲的とは、欠陥トラップの検出を実現するために、排水スタックの一部の分離又は閉鎖を強制的に行わないことを意味している。

本出願書の記述と図面は方法及び装置がどのように機能するかの事例に過ぎないが他の同等の手段も添付請求項に示された機能から逸脱せずに可能である。

Claims (13)

1. 少なくとも１本の縦方向メイン・スタック（１）を有する建物用排水・通気システム内の密封欠陥を検出するための方法であって、スタック（１）には衛生器具の出口から排水するために各床から来た一連の排水管（２）が接続されていて、前記排出用出口には一般的に水用トラップ（４）が設けてあり、排水システムには空気流入弁又は他の適当な通気構造及び正の空気圧減衰装置が設けられている方法において、
   排水システムのネットワークに圧力波を伝搬するために建物の排水・通気システムに低振幅空気圧過渡現象を導入するステップと、
   前記過渡現象の通過を過渡現象の導入領域付近に位置する空気圧トランスジューサーにより記録するステップと、
   排水システムのネットワークの各排水管（２）から過渡現象の連続的圧力反射を記録するステップと、
   圧力トランスジューサーにより記録された圧力対時間の表示を確定して、それらの信号を中央データ取得システムに送るステップと、を有する方法。
2. 各管端での特定反射係数を確定するために、圧力過渡現象が音速でネットワークを通過して伝搬して、ネットワークのそれぞれの及び全ての管端によって反射されることを特徴とする請求項１に基づく方法。
3. ネットワークの全長及び排水システムへの空気圧過渡現象の音速により決定された一定期間に亘って無欠陥の基礎的表示を圧力トランスジューサーが記録するように、ドライ化トラップの欠陥又は漏洩が無い完全なネットワークで最初に機能することを特徴とする請求項１に基づく方法。
4. その後の検査活動中に、無欠陥の基礎的表示と実際の状況を比較し、圧力痕跡の種々の表示が記録された場合に、この欠陥の痕跡と記録された無欠陥表示との比較がその時点で生じるように、又は波の速度が既知であるので、圧力トランスジューサーから欠陥トラップ又は密封部までの距離が決定され、密封部までの分岐点は別の管端からの反射が空気圧トランスジューサーに到着する時間で決定されることを特徴とする請求項１に基づく方法。
5. 各床から来た排水管（２）のネットワークに接続されて衛生器具又は排水源（３）から排出される少なくとも１本の縦方向排水管又はスタック（１）を有する建物の排水・通気システムにて請求項１に基づく方法を実行するための装置であって、スタック（１）に接続された少なくとも１個の過渡現象発生部（２０）、発生部（２０）に隣接して配置されて排水ネットワークからの過渡的応答を記録できる少なくとも１個の圧力トランスジューサー（７）を具備する装置。
6. 空気過渡現象発生部（２０）が、スタック（１）と直列に挿入されるように設計された継手（６）によりスタック（１）に接続され、発生部（２０）の出力部とスタック（１）の内部空間の間に接続手段（２１）を設けていることを特徴とする請求項５に基づく装置。
7. 継手６が、縦方向のスタック（１）の直径に対応した２個の直径上で向かい合っている開口部（２４）、及び空気過渡現象発生部（２０）との接続手段（２１）の位置に配置された１個の横方向開口部（２６）を設けた３ポート弁（２２）を有することを特徴とする請求項５又は６に基づく装置。
8. 継手（６）内での時計方向又は反時計方向への３ポート弁（２２）の回転により、発生
   部（２０）の内部チャンバー（２８）から３ポート弁（２２）を通ってスタック（１）の内部空間までの空気経路、及び継手６の上方又は下方にそれぞれ位置される排水ネットワークを提供することを特徴とする請求項７に基づく装置。
9. 圧力トランスジューサー（７）が低空気圧トランスジューサーであり、スタック（１）内の空気の過渡的通過及び排水ネットワークの各排水管（２、１２）から受けたその後の反射を記録できて、中央データ取得システムに電気信号により情報を伝送することを特徴とする請求項５に基づく装置。
10. 継手（６）が、開口部（２４）が検査プロセス完了後に自動的にスタック（１）の内径と直列に戻ることを意味する、検査又は検出プロセスの完了時点でフェールセーフ状態に３ポート弁（２２）を戻すようにする手段が設けられていることを特徴とする請求項５又は７に基づく装置。
11. 過渡現象発生部（２０）を取外した時、ロッキング・プラグ（２５）により継手（６）の接続手段（２１）が閉鎖され、前記ロッキング・プラグ（２５）が３ポート弁（２２）のフェールセーフ位置になるようにすることを特徴とする請求項５又は６に基づく装置。
12. 空気過渡現象発生部（２０）が内部チャンバー（２８）のある円筒体を有し、空気がピストン（２３）により排出できて、スタック（１）及び選択的に排水するネットワーク部分の内部空間に向けて接続手段（２１）を通る方向に向けられる空気の過渡現象を生じることを特徴とする請求項５に基づく装置。
13. ピストン（２３）が、正弦波振動に基づいて動く空気の過渡現象を発生することを特徴とする請求項１２に基づく装置。

Images