JP5562773B2

JP5562773B2 - 水道水配管の洗浄方法および装置

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Publication number: JP5562773B2
Application number: JP2010202739A
Authority: JP
Inventors: 洋一内山; 保日高
Original assignee: Ebara Industrial Cleaning Co Ltd
Current assignee: Ebara Industrial Cleaning Co Ltd
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2030-09-10
Also published as: JP2012055845A

Description

本発明は、水道水配管（水道管）の内面に付着・堆積している汚れを洗浄除去するための水道水配管の洗浄方法および装置に関する。

水道水配管（水道管）は、鋳鉄管、モルタルライニング管および硬質塩化ビニル管などがある。これらの管は、長期にわたる使用で管内壁に水垢や沈殿物が堆積するために洗浄の必要性がある。従来、水道管の内面に付着・堆積している汚れを除去する方法としては、消火栓からの放水により管内流速を上げて付着堆積物を排出する方法、管内に洗浄ブラシを挿入して洗浄ブラシで管内壁面を機械的に擦り配管内面を洗浄する方法、管内にピグと呼ばれる弾性体を挿入してピグの外周面を管内壁面に接触させて配管内面を洗浄する方法等が行われていた。しかし、いずれの方法も洗浄対象長さの問題、洗浄ブラシを管路内に挿入するための管路の部分的な解体および再組立などの配管工事が必要になるという問題（具体的には、洗浄ブラシ、ピグを挿入するためには、消火栓とその下に取付けてある補修弁を取外す必要がある）、管内に挿入された弾性体の詰まり等の問題、また、洗浄ブラシの場合は、高圧ホースを引きずりながら配管内に挿入するため、曲がりの多い配管には対応できないという問題があり、洗浄方法としては必ずしも十分なものではなかった。

また、水道水配管（水道管）の洗浄方法としては、特許文献１に記載されているように、管内に炭酸ガスを間欠的にまたは連続的に打ち込んで、管内の水中に溶存した炭酸ガスの発泡作用により該管内を洗浄する方法もある。この方法では、管内に水を流通させることにより、前記溶存した炭酸ガスを気化させ、気化した炭酸ガスの作用により管内を洗浄することも行われる。

特許第３５０１７９５号公報

しかしながら、上述した炭酸ガスを配管内に打ち込んで管内の水中に溶存した炭酸ガスの発泡作用により管内の付着物を除去するには、アパートやマンション等の各戸別に配管されている配管口径１５ｍｍ〜２５ｍｍの範囲の小口径の配管に対しては有効であるが、地中埋設の水道水配管（水道管）のように、配管口径が７５ｍｍ〜１５０ｍｍと大きく、また、複雑な分岐を多数有する配管に対しては、単に水中に溶存した炭酸ガスの発泡作用のみで付着堆積物を除去することは困難であった。また、前記配管内の水を流動させ、前記溶存した炭酸ガスを気化させ、その気化した炭酸ガスの作用により付着物を除去することも困難であり、たとえ、発泡作用により付着物が除去されたとしても、除去された付着物を配管内から系外に排出するのに長時間要するという問題もあった。

本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、比較的大きな口径、例えば、７５ｍｍ〜１５０ｍｍの水道水配管に対し、十分な洗浄効果を得ることができる水道水配管の洗浄方法および装置を提供することを目的とするものである。

上述の目的を達成するため、本発明者らは、種々の研究を重ねた結果、圧縮性流体を用いた気液二相流を管内付着物の除去に利用することを着想し、更に、圧縮性流体として人体に対し無害である炭酸ガスを利用することを試みたものである。

次に、本発明の水道水配管の洗浄方法の基本概念を図１および図２を参照して説明する。
図１（ａ）に示すように、水道水配管１が設置されており、水道水配管１内には水道水が充満して左側から右側に向かって流れるようになっている。ここで、水道水配管１の断面積をＡ、配管内を流れる水道水の流量をＱ_Ｌとすると、水道水配管１の管内の平均流速はＶ_Ｌ＝Ｑ_Ｌ／Ａと表せる。水道水配管１の上流側には、水道水配管１内に炭酸ガスを注入するための炭酸ガス注入口２が設けられている。また、水道水配管１の下流側には、水道水配管１内を流れる液体を排出する排出口３が設けられている。水道水配管１の下流端は閉止板４により閉塞されている。

次に、流量Ｑ_Ｌで水道水を流しつつ、図１（ｂ）に示すように、水道水配管１内に炭酸ガスを所定の流量で所定時間注入する。ここで、炭酸ガスの流量はＱ_Ｇである。このように、水道水配管１内に炭酸ガスを流量Ｑ_Ｇで所定時間注入すると、管内平均流速はＶ_Ｌ＋Ｇ＝（Ｑ_Ｌ＋Ｑ_Ｇ）／Ａとなり、管内流速は炭酸ガスを注入した容積分だけ増速される。炭酸ガスを注入することにより水道水配管１の管内には炭酸ガスが充満した炭酸ガス空間Ｓ１が形成される。

次に、図１（ｃ）に示すように、炭酸ガスの注入を所定時間停止する。このときの管内平均流速はＶ_Ｌ＝Ｑ_Ｌ／Ａとなる。その後、図１（ｄ）に示すように、炭酸ガスを流量Ｑ_Ｇで所定時間注入することにより管内平均流速はＶ_Ｌ＋Ｇ＝（Ｑ_Ｌ＋Ｑ_Ｇ）／Ａとなり、管内流速は炭酸ガスを注入した容積分だけ増速される。炭酸ガスを注入することにより水道水配管１の管内には炭酸ガスが充満した炭酸ガス空間Ｓ２が形成される。そのため、炭酸ガスの注入を停止していた時に形成された水塊(Ｗｍａｓｓ)が炭酸ガス空間Ｓ１と炭酸ガス空間Ｓ２とに挟まれたサンドイッチ構造が形成される。炭酸ガス空間Ｓ１および炭酸ガス空間Ｓ２は所定量の炭酸ガスが注入されて圧力が高い空間になっているため、水塊(Ｗｍａｓｓ)は重力で崩れてしまうようなことはなく、管路の内壁面の全周に接触している。すなわち、水塊(Ｗｍａｓｓ)は水道水配管１の断面積と同等の断面積を有している。炭酸ガス空間Ｓ１，Ｓ２は、管路の断面積の全面を占めている必要はなく、一部に水道水があってもよい。

次に、図１（ｅ）に示すように、炭酸ガスの注入を所定時間停止する。このように、水道水が充満して流れている水道水配管１に炭酸ガスを所定時間注入した後に、炭酸ガスの注入を所定時間停止し、その後、炭酸ガスを所定時間注入する炭酸ガスの間欠注入の手順を順次繰返すことにより、炭酸ガス空間Ｓ１と炭酸ガス空間Ｓ２に挟まれた水塊(Ｗｍａｓｓ)のサンドイッチ構造が順次形成され、水塊(Ｗｍａｓｓ)は前述したように加速された管内流速Ｖ_Ｌ＋Ｇで管内を移動し、また、炭酸ガスが圧縮性の流体であることから、管内を流れる水道水の管内相当流速、炭酸ガスの管内相当流速、炭酸ガスの注入時間や注入停止時間を適正な数値に設定することにより、水塊(Ｗｍａｓｓ)が２つの炭酸ガス空間Ｓ１，Ｓ２でサンドイッチされた良好な気液二相流を形成することが出来る。ここで、管内相当流速とは、流量を対象配管の断面積で除した値を云う。

次に、炭酸ガス空間Ｓ１と炭酸ガス空間Ｓ２に挟まれた水塊(Ｗｍａｓｓ)が管内を移動する際に管路壁面に付着・堆積している付着・堆積物（汚れ）を除去するメカニズムについて説明する。
図２は、図１（ｄ）の要部拡大図であり、水道水配管の半断面図である。図２に示すように、水塊(Ｗｍａｓｓ)は、管内流速Ｖ_Ｌ＋Ｇで管内を移動する。そして、水塊(Ｗｍａｓｓ)は、移動中に水道水配管１の内壁面の付着・堆積物Ｍに衝突して衝撃力を与える。ここで、水塊(Ｗｍａｓｓ)のごく一部が付着・堆積物Ｍに衝突するが、この衝突する部分の微小な体積流量をＱとし、水塊(Ｗｍａｓｓ)の密度をρとすると、付着・堆積物Ｍに加わる衝撃力Ｆは以下の式で表せる。この場合、付着・堆積物Ｍに衝突する微小な体積流量Ｑは、水道水の流れに対して付着・堆積物Ｍの直角な投影面積に衝突する体積流量に相当する。
Ｆ＝ρ×Ｑ×Ｖ_Ｌ＋Ｇ・・・・・（１）
ここで、水塊(Ｗｍａｓｓ)にはごく少量の炭酸ガスが溶け込んでいるが、ほとんどの成分は水道水であるため、ρ≒１である。
したがって、Ｆ≒Ｑ×Ｖ_Ｌ＋Ｇと表せる。
すなわち、水道水配管１の内壁面にある付着・堆積物Ｍには、付着・堆積物Ｍに衝突する微小な体積流量Ｑと水塊(Ｗｍａｓｓ)の管内流速Ｖ_Ｌ＋Ｇとを乗じた衝撃力が加わることになる。この付着・堆積物Ｍに加わる衝撃力は、次々に発生する水塊(Ｗｍａｓｓ)により繰り返されるため、管内壁から付着・堆積物Ｍを確実に除去することができる。水塊(Ｗｍａｓｓ)の流速は、炭酸ガスの注入により増速された管内平均流速Ｖ_Ｌ＋Ｇであるため、付着・堆積物Ｍに加わる衝撃力を大きくすることができる。そして、繰り返し発生する水塊(Ｗｍａｓｓ)により、配管の内壁面の全体の付着・堆積物（汚れ）をかき取るように物理的な力（剪断力）が作用し、管内を洗浄することができる。

上述した基本概念から明らかなように、本発明の水道水配管の洗浄方法は、水道水が流れている水道水配管内に、炭酸ガスの注入と炭酸ガスの注入停止とを繰り返す炭酸ガスの間欠的な注入を行い、前記水道水配管内に炭酸ガスの注入により炭酸ガス空間を形成し、該炭酸ガス空間によって炭酸ガスの注入停止時に形成した水塊(Ｗｍａｓｓ)挟むサンドイッチ構造を形成し、前記水塊(Ｗｍａｓｓ)が前記水道水配管内を流れる際に配管の内壁面に付着および堆積した付着・堆積物に衝突して衝撃力を与え前記付着・堆積物を除去するようにし、前記水道水配管内を流れる水道水の管内相当流速を０．３〜０．７ｍ／ｓｅｃに、かつ炭酸ガスの管内相当流速を３〜８ｍ／ｓｅｃに、かつ炭酸ガスの間欠注入を、注入４〜５秒に、停止を１〜２秒に設定することを特徴とするものである。

本発明の好ましい態様は、前記水塊(Ｗｍａｓｓ)は、前記水道水配管の内壁面の全周に接触していることを特徴とするものである。
本発明によれば、水塊(Ｗｍａｓｓ)が水道水配管の内壁面の全周に接触しているため、水塊(Ｗｍａｓｓ)の高速流によって、配管の内壁面の全周の汚れをかき取ることができる。

本発明の好ましい態様は、前記水道水配管の断面積をＡ、前記水道水配管内を流れている水道水の流量をＱ_Ｌ、前記水道水配管内に注入される炭酸ガスの流量をＱ_Ｇとすると、炭酸ガスの注入停止時の管内平均流速は、Ｖ_Ｌ＝Ｑ_Ｌ／Ａであり、炭酸ガスを注入することにより管内平均流速は、Ｖ_Ｌ＋Ｇ＝（Ｑ_Ｌ＋Ｑ_Ｇ）／Ａに増速されることを特徴とする。
本発明によれば、炭酸ガスを注入しない場合には、管内平均流速は、Ｖ_Ｌ＝Ｑ_Ｌ／Ａであるのに対し、炭酸ガスを注入することにより管内平均流速は、Ｖ_Ｌ＋Ｇ＝（Ｑ_Ｌ＋Ｑ_Ｇ）／Ａとなり、炭酸ガスの注入により管内平均流速を増速することができる。したがって、水塊(Ｗｍａｓｓ)から管内壁面の付着・堆積物に与える衝撃力を大きくすることができる。

さらに発明者らは、所定範囲の炭酸ガスの供給流速、所定範囲の水道水の流速、および炭酸ガスを所定の注入頻度で管内に供給して洗浄を行うことにより、効果的に管内の付着・堆積物を除去することができるという知見を得るに至った。すなわち、本発明者らは、管内を流れる水道水の管内相当流速を０．３ｍ／ｓｅｃ以上に、かつ炭酸ガスの管内相当流速を３ｍ／ｓｅｃ以上に、かつ炭酸ガスの間欠注入を、注入４〜５秒に、停止を１〜２秒に設定することにより、水塊(Ｗｍａｓｓ)が２つの炭酸ガス空間によりサンドイッチされた高速の気液二相流を効率的に発生させ、この気液二相流が管路の内壁面に対して衝撃力を与えることによって管内壁面の付着・堆積物を除去することが可能であるという知見を得た。

本発明は、このような知見に基づいてなされたものであって、前記水道水配管内を流れる水道水の管内相当流速を０．３ｍ／ｓｅｃ以上に、かつ炭酸ガスの管内相当流速を３ｍ／ｓｅｃ以上に、かつ炭酸ガスの間欠注入を、注入４〜５秒に、停止を１〜２秒に設定する。

なお、上記管路の洗浄をより効率的に行うには、管内を流れる水道水の管内相当流速を０．３〜０．７ｍ／ｓｅｃに、かつ炭酸ガスの管内相当流速を３〜８ｍ／ｓｅｃに、かつ炭酸ガスの間欠注入を、注入４秒に、停止を２秒に設定することが望ましい。

さらに、本発明者らは、炭酸ガスは通水中の水道水配管に間欠的に注入されるため、通水中の水道水の炭酸ガスの溶解量に濃淡の差がでるため、水塊(Ｗｍａｓｓ)が２つの炭酸ガス空間でサンドイッチされた気液二相流をより安定させ、さらに高速の気液二相流を得るため、水道水配管に飽和炭酸水を連続的に注入し、水道水の炭酸ガス溶解濃度を均一に保つことが必要であるという知見を得るに至った。
本発明の好ましい態様は、このような知見に基づいてなされたもので、前記水道水配管内に炭酸水を連続的に供給することを特徴とするものである。

また、本発明者らは、前記水塊(Ｗｍａｓｓ)が２つの炭酸ガス空間でサンドイッチされた気液二相流をより安定させ、さらに高速の気液二相流を得るため、水道水配管の排水口から該配管内を負圧で吸引することにより、より高速の安定した気液二相流を得ることができるという知見を得た。
本発明の好ましい態様は、このような知見に基づいてなされたもので、前記水道水配管の排水口から前記水道水配管内を負圧で吸引することを特徴とするものである。

本発明者らは、水道水配管内への炭酸ガスの間欠注入に加えて、水道水配管内への炭酸水の供給および水道水配管内を負圧で吸引する実験を繰返し行うことにより、所定範囲の飽和炭酸水の供給流量、所定範囲の炭酸ガスの供給流速、所定範囲の水道水の流速、および炭酸ガスを所定の注入頻度で管内に供給して洗浄を行うことにより、効果的に管内の付着・堆積物を除去することができるという知見を得るに至った。すなわち、本発明者らは、管内を流れる水道水の管内相当流速を０．３ｍ／ｓｅｃ以上に、かつ連続的に供給する飽和炭酸水の供給量を管内相当流速が０．０５ｍ／ｓｅｃ以上になるように、かつ炭酸ガスの管内相当流速を３ｍ／ｓｅｃ以上に、かつ炭酸ガスの間欠注入を、注入４〜５秒に、停止を１〜２秒に、かつ配管内を吸引する吸引流量を管内相当流速が５ｍ／ｓｅｃ以上になるように設定することにより、水塊(Ｗｍａｓｓ)が２つの炭酸ガス空間によりサンドイッチされた高速の気液二相流を効率的に発生させ、この気液二相流が管路の内壁面に対して衝撃力を与えることによって管内壁面の付着・堆積物を除去することが可能であるという知見を得た。

本発明の好ましい態様は、このような知見に基づいてなされたものであって、飽和炭酸水を連続的に加え、その供給量を管内相当流速が０．０５ｍ／ｓｅｃ以上となるように、さらに、配管内を吸引する吸引流量を管内相当流速が５ｍ／ｓｅｃ以上となるように設定することを特徴とするものである。

なお、上記管路の洗浄をより効率的に行うには、管内を流れる水道水の管内相当流速を０．３〜０．７ｍ／ｓｅｃに、かつ連続的に供給する飽和炭酸水の管内相当流速を０．０５ｍ／ｓｅｃ〜０．２５ｍ／ｓｅｃ、かつ炭酸ガスの管内相当流速を３〜８ｍ／ｓｅｃに、かつ炭酸ガスの間欠注入を、注入４秒に、停止を２秒、かつ配管内を吸引する吸引流量を管内相当流速が５ｍ／ｓｅｃ〜１２ｍ／ｓｅｃになるように設定することが望ましい。

本発明の水道水配管の洗浄装置は、水道水が流れている水道水配管内に、炭酸ガスの注入と炭酸ガスの注入停止とを繰り返す炭酸ガスの間欠的な注入を行う炭酸ガス注入装置を設け、前記炭酸ガス注入装置を前記水道水配管に接続し、前記水道水配管内に炭酸ガスの注入により炭酸ガス空間を形成し、該炭酸ガス空間によって炭酸ガスの注入停止時に形成した水塊(Ｗｍａｓｓ)を挟むサンドイッチ構造を形成し、前記水塊(Ｗｍａｓｓ)が前記水道水配管内を流れる際に配管の内壁面に付着および堆積した付着・堆積物に衝突して衝撃力を与え前記付着・堆積物を除去するようにし、前記水道水配管内を流れる水道水の管内相当流速を０．３〜０．７ｍ／ｓｅｃに、かつ炭酸ガスの管内相当流速を３〜８ｍ／ｓｅｃに、かつ炭酸ガスの間欠注入を、注入４〜５秒に、停止を１〜２秒に設定することを特徴とするものである。
本発明の好ましい態様は、前記水道水配管内に炭酸水を連続的に供給する炭酸水製造装置を備えたことを特徴とするものである。
本発明の好ましい態様は、前記水道水配管の排出口から前記水道水配管内を負圧で吸引する真空発生装置を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、通水中の水道水配管内に間欠的に炭酸ガスを注入することにより、水塊(Ｗｍａｓｓ)が２つの炭酸ガス空間によりサンドイッチされた高速の気液二相流を効率的に発生させ、この気液二相流が管路の内壁面に対して衝撃力を与えることによって管内壁面の付着・堆積物を除去することができる。したがって、強力な洗浄効果が得られるとともに洗浄時間の短縮が図れ、洗浄効率を大幅に向上させることができる。

図１は、水道水配管内に炭酸ガスを間欠的に注入する場合の配管内の流体の流れ状態を示す模式図である。図２は、図１（ｄ）の要部拡大図であり、水道水配管の半断面図である。図３は、本発明に係る水道水配管の洗浄方法および装置の第１の実施形態を示す概略図である。図４は、水道水配管内に炭酸ガスを間欠的に注入することにより、水塊(Ｗｍａｓｓ)が２つの炭酸ガス空間によりサンドイッチされた高速の気液二相流が形成された状態を示す模式図である。図５は、本発明に係る水道水配管の洗浄方法および装置の第２の実施形態を示す概略図である。図６は、水道水配管内に炭酸ガスを間欠的に注入することにより、水塊(Ｗｍａｓｓ)が２つの炭酸ガス空間によりサンドイッチされた高速の気液二相流が形成された状態を示す模式図である。

以下、本発明に係る水道水配管の洗浄方法および装置の実施形態について図３乃至図６を参照して説明する。なお、図３乃至図６において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図３は、本発明に係る水道水配管の洗浄方法および装置の第１の実施形態を示す概略図である。図３において、洗浄対象配管１０は、実際の水道水配管（水道管）を模擬したもので、口径１００ｍｍの配管１１と、口径１５０ｍｍの配管１２と、配管内の流体の流れの状態を確認するための透明アクリル製の口径１００ｍｍの配管１３および口径１５０ｍｍの配管１４と、炭酸ガス注入の為の消火栓を模擬した炭酸ガス注入座１５と、洗浄排水排出口として使用する消火栓を模擬した排出口１６と、水道水配管の洗浄対象範囲を仕切る仕切弁を模擬した閉止板１７とから構成されている。

洗浄対象配管１０内に、炭酸ガスを間欠的に注入するための炭酸ガス注入装置２０は、炭酸ガスボンベ２１と、炭酸ガスボンベ２１から供給された炭酸ガスを気化させる気化器２２と、気化器２２において気化された炭酸ガスを洗浄対象配管１０に間欠的に注入するための電磁弁２３と、電磁弁２３を開閉するためのタイマ２４とから構成されている。炭酸ガス注入装置２０と洗浄対象配管１０の炭酸ガス注入座１５とは、ホース２６により接続されており、ホース２６には炭酸ガス注入装置２０から供給される炭酸ガスの供給流量を測定する流量計２７が設置されている。洗浄対象配管１０内に注入される炭酸ガスは、安全面、衛生面から食品用炭酸ガスを使用する。また、水道水配管の複雑な分岐管、枝管等の理由から構造上エアポケットとなり、洗浄後の水道水使用に際し問題となるエアバーストを防止するためにも水道水に容易に溶解する炭酸ガスを使用する。

洗浄対象配管１０に水道水を供給する模擬の設備は、給水タンク３０と、給水タンク３０に貯水された水道水を圧送する給水ポンプ３１と、給水ポンプ３１から吐出された水道水の流量を調節する流量調節弁３２と、流量調節弁３２により調節された後の水道水の流量を測定する流量計３３と、これらの各機器と洗浄対象配管１０の入口端とを接続するホース３４とから構成されている。

また、洗浄対象配管１０の排出口１６から排出された洗浄排水を処理するための排水処理装置４０は、洗浄排水を受入れ炭酸ガスを分離するための排水受けタンク４１と、洗浄排水中の除去異物を回収するためのフィルタ４２と、洗浄排水を中和処理するための中和タンク４３と、洗浄排水を排水受けタンク４１から中和タンク４３に移送するための水中ポンプ４４およびホース４５と、中和タンク４３内の中和後の洗浄排水を外部に移送するための水中ポンプ４６およびホース４７とから構成されている。

図３に示すように構成された洗浄装置を用いて、炭酸ガス注入装置２０から洗浄対象配管１０内に炭酸ガスを間欠的に注入することにより、図４に示すように、炭酸ガス空間Ｓ１と炭酸ガス空間Ｓ２に挟まれた水塊(Ｗｍａｓｓ)のサンドイッチ構造が順次形成される。図４に示す流体の状態は、透明アクリル製配管１３，１４において確認することができる。そして、炭酸ガスの容積増により加速された水塊(Ｗｍａｓｓ)の内壁面に与える衝撃力によって管内の付着・堆積物の剥離除去が促進される。炭酸ガス空間Ｓ１と炭酸ガス空間Ｓ２に挟まれた水塊(Ｗｍａｓｓ)が管内を移動する際に管内壁面に付着・堆積している付着・堆積物（汚れ）を除去するメカニズムは、図２に示した通りである。

図３に示すように構成された洗浄装置を用い、水道水の管内相当流速、炭酸ガスの管内相当流速、および炭酸ガスの間欠注入頻度をパラメータとして試験を行い、洗浄対象配管１０の中に組込まれた透明アクリル製配管１３，１４にて配管内面の付着・堆積物除去に必要な衝撃力を与える高速の気液二相流を発生させる諸条件について検討した。その結果、管内を流れる水道水の管内相当流速を０．３ｍ／ｓｅｃ以上に、かつ炭酸ガスの管内相当流速を３ｍ／ｓｅｃ以上に、かつ炭酸ガスの間欠注入を、注入４〜５秒に、停止を１〜２秒に設定することにより、水塊(Ｗｍａｓｓ)が２つの炭酸ガス空間Ｓ１，Ｓ２でサンドイッチされた高速の気液二相流を効率的に発生させることができ、高速の気液二相流が管路の内壁面に対して衝撃力を与えることによって管内壁面の付着・堆積物を除去することが可能であることを検証することができた。

ここで、上記気液二相流における水道水の管内相当流速が０．３ｍ／ｓｅｃを下回ったり、炭酸ガスの管内相当流速が３ｍ／ｓｅｃを下回ったり、炭酸ガスの間欠注入が、注入４〜５秒、停止１〜２秒の範囲を逸脱すると、配管内面の付着物を除去するのに十分な高速の気液二相流を発生させることが困難となり、十分な管内洗浄が出来なくなることも判明した。また、上記水道水の管内相当流速を極端に高めても洗浄効果の著しい向上は見られず、例えば、上記水道水の管内相当流速を０．７ｍ／ｓｅｃよりも大きな範囲に設定したり、あるいは炭酸ガスの管内相当流速を８ｍ／ｓｅｃよりも大きな範囲に設定しても著しい気液二相流の向上は見られず、逆に水道水および炭酸ガスの無駄な消費の増大に繋がりコストアップになる恐れがある。また、単に上記水道水の管内相当流速を０．７ｍ／ｓｅｃよりも大きな範囲に設定したりすると炭酸ガスの水への溶解量が増大し良好な気液二相流が発生しなかった。これらの実験結果から洗浄条件としては、管内を流れる水道水の管内相当流速を０．３〜０．７ｍ／ｓｅｃに、かつ炭酸ガスの管内相当流速を３〜８ｍ／ｓｅｃに、かつ炭酸ガスの間欠注入頻度を、注入４秒、停止を２秒に設定することが望ましい。

次に、水道水の管内相当流速、炭酸ガスの管内相当流速、および炭酸ガスの間欠注入頻度をパラメータとして試験を行った結果を表１に示す。

図５は、本発明に係る水道水配管の洗浄方法および装置の第２の実施形態を示す概略図である。図５に示す第２の実施形態の洗浄装置は図３に示す第１の実施形態の洗浄装置に炭酸水製造装置５０および真空発生装置６０等を追加した構成を有している。すなわち、炭酸ガス注入装置２０の気化器２２の出口から分岐した配管２８は、炭酸水製造装置５０に接続されている。炭酸水製造装置５０は、炭酸水製造用水タンク５１、炭酸水製造用ポンプ５２、炭酸水流量計５３、炭酸水製造ユニット５４とから構成されている。炭酸水製造装置５０は、炭酸ガス注入装置２０の気化器２２から供給される炭酸ガスを水道水に溶解させて飽和炭酸水を製造するようになっている。炭酸水製造装置５０の炭酸水製造ユニット５４は、ホース２９によって炭酸ガス注入座１５に接続されており、洗浄対象配管１０に飽和炭酸水が連続的に供給できるようになっている。

また、図５に示す第２の実施形態の洗浄装置においては、洗浄対象配管１０の排出口１６から排出された洗浄排水を処理するための排水処理装置４０は、負圧タンク３７を備えている。洗浄対象配管１０の排出口１６は耐圧ホース３８を介して負圧タンク３７に接続されている。また、負圧タンク３７は吸引ホース３９を介して真空発生装置６０に接続されており、真空発生装置６０によって負圧タンク３７を負圧することで、耐圧ホース３８を介して洗浄対象配管１０の洗浄排水、炭酸ガス等を吸引できるようにしている。また、排水処理装置４０は、洗浄排水を受入れ炭酸ガスを分離するための前記負圧タンク３７と、洗浄排水中の除去異物を回収するためのフィルタ４２と、洗浄排水を中和処理するための中和タンク４３と、洗浄排水を負圧タンク３７から中和タンク４３に移送するための水中ポンプ４４およびホース４５と、中和タンク４３内の中和後の洗浄排水を外部に移送するための水中ポンプ４６およびホース４７とから構成されている。

図５に示すように構成された洗浄装置を用いて、炭酸ガス注入装置２０から洗浄対象配管１０内に炭酸ガスを間欠的に注入することにより、図６に示すように、炭酸ガス空間Ｓ１と炭酸ガス空間Ｓ２に挟まれた水塊(Ｗｍａｓｓ)のサンドイッチ構造が順次形成される。図６に示す流体の状態は、透明アクリル製配管１３，１４において確認することができる。そして、炭酸ガスの容積増により加速された水塊(Ｗｍａｓｓ)の内壁面に与える衝撃力によって管内の付着・堆積物の剥離除去が促進される。炭酸ガス空間Ｓ１と炭酸ガス空間Ｓ２に挟まれた水塊(Ｗｍａｓｓ)が管内を移動する際に管内壁面に付着・堆積している付着・堆積物（汚れ）を除去するメカニズムは、図２に示した通りである。

炭酸ガスは通水中の水道水配管に間欠的に注入されるため、通水中の水道水の炭酸ガスの溶解量に濃淡の差がでるため、水塊(Ｗｍａｓｓ)が２つの炭酸ガス空間Ｓ１，Ｓ２でサンドイッチされた高速の気液二相流を安定して得るために飽和炭酸水を連続して供給する。これにより、間欠的に炭酸ガスが供給される水道水の炭酸ガス濃度はほぼ均一となり、安定した高速の気液二相流を得ることができ、管内に付着・堆積した付着・堆積物を剥離・除去する洗浄作用を促進することができる。

また、洗浄対象配管１０の排出口１６に接続された負圧タンク３７に真空発生装置６０を連結することにより、洗浄対象配管１０の配管内を負圧で吸引することができ、配管内の系統圧力差が増大し、高速の気液二相流が飛躍的に増大し、管内の付着・堆積物を剥離・除去する洗浄作用を促進することができる。

図５に示すように構成された洗浄装置を用い、水道水の管内相当流速、飽和炭酸水の管内相当流速、炭酸ガスの管内相当流速、および炭酸ガスの間欠注入頻度をパラメータとして試験を行い、洗浄対象配管１０の中に組込まれた透明アクリル製配管１３，１４にて配管内面の付着・堆積物除去に必要な衝撃力を与える高速の気液二相流を発生させる諸条件について検討した。その結果、管内を流れる水道水の管内相当流速を０．３ｍ／ｓｅｃ以上に、かつ連続的に供給する飽和炭酸水の供給量を管内相当流速が０．０５ｍ／ｓｅｃ以上になるように、かつ炭酸ガスの管内相当流速を３ｍ／ｓｅｃ以上に、かつ炭酸ガスの間欠注入を、注入４〜５秒に、停止を１〜２秒に設定することにより、水塊(Ｗｍａｓｓ)が２つの炭酸ガス空間Ｓ１，Ｓ２でサンドイッチされた高速の気液二相流を効率的に発生させることができ、高速の気液二相流が管路の内壁面に対して衝撃力を与えることによって管内壁面の付着・堆積物を除去することが可能であることを検証することができた。

ここで、上記気液二相流における水道水の管内相当流速が０．３ｍ／ｓｅｃを下回ったり、炭酸ガスの管内相当流速が３ｍ／ｓｅｃを下回ったり、炭酸ガスの間欠注入が、注入４〜５秒、停止１〜２秒の範囲を逸脱すると、配管内面の付着物を除去するのに十分な高速の気液二相流を発生させることが困難となり、十分な管内洗浄が出来なくなることも判明した。また、上記水道水の管内相当流速を極端に高めても洗浄効果の著しい向上は見られず、例えば、上記水道水の管内相当流速を０．７ｍ／ｓｅｃよりも大きな範囲に設定したり、あるいは炭酸ガスの管内相当流速を８ｍ／ｓｅｃよりも大きな範囲に設定しても著しい気液二相流の向上は見られず、逆に水道水および炭酸ガスの無駄な消費の増大に繋がりコストアップになる恐れがある。また、連続的に供給する飽和炭酸水の供給量を管内相当流速が０．２５ｍ／ｓｅｃ以上になるようにし、配管内を吸引する吸引流量を管内相当流速が１２ｍ／ｓｅｃ以上になるようにしても、供給設備が過大となり効果的ではなかった。また、単に上記水道水の管内相当流速を０．７ｍ／ｓｅｃよりも大きな範囲に設定したりすると炭酸ガスの水への溶解量が増大し良好な気液二相流が発生しなかった。これらの実験結果から洗浄条件としては、管内を流れる水道水の管内相当流速を０．３〜０．７ｍ／ｓｅｃに、かつ連続的に供給する飽和炭酸水の供給量を管内相当流速が０．０５ｍ／ｓｅｃ〜０．２５ｍ／ｓｅｃになるように、かつ炭酸ガスの管内相当流速を３〜８ｍ／ｓｅｃに、かつ炭酸ガスの間欠注入頻度を、注入４秒、停止を２秒に、かつ配管内を吸引する吸引流量を管内相当流速が５ｍ／ｓｅｃ〜１２ｍ／ｓｅｃになるように設定することが望ましい。

次に、水道水の管内相当流速、飽和炭酸水の管内相当流速、炭酸ガスの管内相当流速、負圧による吸引時の管内相当流速、および炭酸ガスの間欠注入頻度をパラメータとして試験を行った結果を表２に示す。

これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。

１水道水配管
２炭酸ガス注入口
３排出口
４閉止板
１０洗浄対象配管
１１〜１４配管
１５炭酸ガス注入座
１６排出口
１７閉止板
２０炭酸ガス注入装置
２１炭酸ガスボンベ
２２気化器
２３電磁弁
２４タイマ
２６ホース
２７流量計
２８配管
２９ホース
３０給水タンク
３１給水ポンプ
３２流量調節弁
３３流量計
３４ホース
３７負圧タンク
３８耐圧ホース
３９吸引ホース
４０排水処理装置
４１排水受けタンク
４２フィルタ
４３中和タンク
４４水中ポンプ
４５ホース
４６水中ポンプ
４７ホース
５０炭酸水製造装置
５１炭酸水製造用タンク
５２炭酸水製造用ポンプ
５３炭酸水流量計
５４炭酸水製造ユニット
６０真空発生装置
Ｓ１，Ｓ２炭酸ガス空間
Ｗｍａｓｓ水塊

Claims

水道水が流れている水道水配管内に、炭酸ガスの注入と炭酸ガスの注入停止とを繰り返す炭酸ガスの間欠的な注入を行い、
前記水道水配管内に炭酸ガスの注入により炭酸ガス空間を形成し、該炭酸ガス空間によって炭酸ガスの注入停止時に形成した水塊を挟むサンドイッチ構造を形成し、
前記水塊が前記水道水配管内を流れる際に配管の内壁面に付着および堆積した付着・堆積物に衝突して衝撃力を与え前記付着・堆積物を除去するようにし、
前記水道水配管内を流れる水道水の管内相当流速を０．３〜０．７ｍ／ｓｅｃに、かつ炭酸ガスの管内相当流速を３〜８ｍ／ｓｅｃに、かつ炭酸ガスの間欠注入を、注入４〜５秒に、停止を１〜２秒に設定することを特徴とする水道水配管の洗浄方法。
前記水塊は、前記水道水配管の内壁面の全周に接触していることを特徴とする請求項１記載の水道水配管の洗浄方法。
前記水道水配管の断面積をＡ、前記水道水配管内を流れている水道水の流量をＱ_Ｌ、前記水道水配管内に注入される炭酸ガスの流量をＱ_Ｇとすると、炭酸ガスの注入停止時の管内平均流速は、Ｖ_Ｌ＝Ｑ_Ｌ／Ａであり、炭酸ガスを注入することにより管内平均流速は、Ｖ_Ｌ＋Ｇ＝（Ｑ_Ｌ＋Ｑ_Ｇ）／Ａに増速されることを特徴とする請求項１または２記載の水道水配管の洗浄方法。
前記水道水配管内に注入する炭酸ガスの間欠注入時間を、注入４秒に、停止を２秒に設定することを特徴とする請求項１に記載の水道水配管の洗浄方法。
前記水道水配管内に炭酸水を連続的に供給することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の水道水配管の洗浄方法。
前記水道水配管の排出口から前記水道水配管内を負圧で吸引することを特徴とする請求項５記載の水道水配管の洗浄方法。
連続的に注入する飽和炭酸水の管内相当流速を０．０５ｍ／ｓｅｃ以上に、かつ水道水配管内を吸引する吸引流量を管内相当流速が５ｍ／ｓｅｃ以上になるように設定することを特徴とする請求項６記載の水道水配管の洗浄方法。
前記水道水配管内を流れる飽和炭酸水の管内相当流速を０．０５〜０．２５ｍ／ｓｅｃに設定することを特徴とする請求項７記載の水道水配管の洗浄方法。
前記水道水配管内を吸引する吸引流量を管内相当流速が５〜１２ｍ／ｓｅｃになるように設定することを特徴とする請求項７または８記載の水道水配管の洗浄方法。
水道水が流れている水道水配管内に、炭酸ガスの注入と炭酸ガスの注入停止とを繰り返す炭酸ガスの間欠的な注入を行う炭酸ガス注入装置を設け、
前記炭酸ガス注入装置を前記水道水配管に接続し、前記水道水配管内に炭酸ガスの注入により炭酸ガス空間を形成し、該炭酸ガス空間によって炭酸ガスの注入停止時に形成した水塊を挟むサンドイッチ構造を形成し、
前記水塊が前記水道水配管内を流れる際に配管の内壁面に付着および堆積した付着・堆積物に衝突して衝撃力を与え前記付着・堆積物を除去するようにし、
前記水道水配管内を流れる水道水の管内相当流速を０．３〜０．７ｍ／ｓｅｃに、かつ炭酸ガスの管内相当流速を３〜８ｍ／ｓｅｃに、かつ炭酸ガスの間欠注入を、注入４〜５秒に、停止を１〜２秒に設定することを特徴とする水道水配管の洗浄装置。
前記水道水配管内に炭酸水を連続的に供給する炭酸水製造装置を備えたことを特徴とする請求項１０記載の水道水配管の洗浄装置。
前記水道水配管の排出口から前記水道水配管内を負圧で吸引する真空発生装置を備えたことを特徴とする請求項１０または１１記載の水道水配管の洗浄装置。