JP5766629B2 - 地下施設の漏水による電池反応を利用した漏水成分判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、地下施設の漏水による電池反応を利用した漏水成分判定方法に関するものである。

電池は通常、二つの電極と、これらの電極に接する電解質から構成され、電極は電子伝導性を、電解質はイオン伝導性をもつ必要がある。液体の電解質は水などの極性溶媒に塩を溶解した溶液（電解液）とする場合が多い（下記非特許文献１参照）。
ところで、供用中の鉄道駅や地下歩道などの地下施設で漏水が発生すると、利用者への滴水が問題となる。また、漏水は地下施設のトンネルなどの鉄筋コンクリート構造物で、鉄筋腐食などの変状を誘発する危険があり、長期間、対策を怠ると耐力低下につながる可能性がある。

そこで、電気的な手法を用いて漏水を検知するシステム（例えば、下記特許文献１参照）が構築されているが、これは常時、電気を必要とする手段である。そのため、メンテナンス周期が電源交換周期の影響を受けてしまう。また、測定データをトンネル外部に伝達する手段を含んでいないため、その集約までを行うシステムとなっていない。
なお、後述する本発明とは異なるが、ボルタ電池と同様の化学反応を利用したセンサがあり、この反応を利用した水電池（例えば、下記特許文献２参照）に関する技術は多く存在している。しかし、これらは、電池としての技術であり、その性能向上を図るために、構造や材料を規定するものであり、漏水検知センサを有する漏水検知装置として使用する本発明とは異なるものである。

また、小型化を可能にするとともに、大気汚染のないクリーンな状態で、太陽光の届かない室内にも設置し得る発電装置（下記特許文献３参照）や、海水淡水化設備で生成される濃縮海水をエネルギー的に有効利用する海水淡水化設備における濃縮海水を利用した発電方法及び装置（下記特許文献４参照）も提案されている。

特開平１０−９９０５号公報 特開２０１１−２２２２３６号公報 特開２００４−１０３２９４号公報 特開２００４−３３５３１２号公報

渡辺正，片山靖 共著、「電池がわかる電気化学入門」，株式会社 オーム社、平成２３年７月２５日、 ｐｐ．６−９

上記したように、鉄道駅や地下歩道での漏水は、利用者への影響が早い時期に顕在化するため、早期にその発生を検知する必要がある。また、トンネル区間、特に、鉄道トンネルでは、維持管理作業の時間的制約からメンテナンス周期の長さが重要となるが、既存の手法は、搭載した電源の交換期間がその周期の制約となる場合が多い。
本発明は、上記状況に鑑みて、検知対象である漏水を検知することで起動する、地下施設の漏水による電池反応を利用した漏水成分判定方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕地下施設の漏水による電池反応を利用した漏水成分判定方法であって、漏水による自己発電型漏水検知装置による出力に基づいて、予め記憶された各種の漏水の基準データと比較して漏水成分判定を行うことを特徴とする。
〔２〕上記〔１〕記載の地下施設の漏水による電池反応を利用した漏水成分判定方法であって、前記漏水成分判定は、前記自己発電型漏水検知装置に接続された直流電圧計の値に基づいて行うことを特徴とする。

〔３〕上記〔１〕記載の地下施設の漏水による電池反応を利用した漏水成分判定方法であって、前記漏水成分判定は、前記自己発電型漏水検知装置に接続された表示装置の照度に基づいて行うことを特徴とする。
〔４〕上記〔３〕記載の地下施設の漏水による電池反応を利用した漏水成分判定方法であって、前記表示装置によって、トンネル内の漏水の有無を視覚により点検可能にすることを特徴とする。

本発明によれば、検知対象である漏水を検知することで起動する、地下施設の漏水による電池反応を利用した漏水成分判定方法を提供する。

本発明に係る地下施設の自己発電型漏水検知装置と漏水成分判定装置の模式図である。 本発明の実施例を示す漏水成分判定装置のブロック図である。 本発明の実施例を示す漏水成分判定装置における入力データと各種の基準データメモリの模式図である。 本発明の他の実施例を示す漏水成分判定のシステムのブロック図である。

本発明の地下施設の漏水による電池反応を利用した漏水成分判定方法は、漏水による自己発電型漏水検知装置による出力に基づいて、予め記憶された各種の基準データと比較して漏水成分判定を行う。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明に係る地下施設の自己発電型漏水検知装置と漏水成分判定装置の模式図である。なお、ここでは、地下施設としてのトンネルを例に説明する。
この図において、１はトンネル、２はトンネル１のひび割れ、３はひび割れ２より洩れる漏水、１１は自己発電型漏水検知センサ、１２は漏水３を溜める容器、１３，１４は容器１２の内部に配置されて漏水３を検知するイオン化傾向の異なる電極、１３Ａ，１４Ａは電極１３，１４のリード線、１５は自己発電型漏水検知センサ１１の出力装置、１６は設置環境に関するデータ入力装置、２０は漏水成分判定装置である。ここでは、自己発電型漏水検知センサ１１の出力装置１５としては、直流電圧計を用いている。

この自己発電型漏水検知装置は、漏水３を受ける容器１２を備え、この容器１２の内部には、イオン化傾向の異なる電極１３と１４が対向して配置されている。そこで、容器１２が漏水３を受けると、その漏水３が電解液として振る舞い、電極１３と１４とのイオン化傾向の差によって電池としての機能を得る。本発明の自己発電型漏水検知センサ１１は、イオン化傾向の異なる電極１３と１４が漏水に接して発電することで本発明の自己発電型漏水検知センサ１１が起動して漏水を検知し、自己発電型漏水検知センサ１１の出力装置１５によりデータが得られ、このデータが漏水成分判定装置２０に入力される。すると、このデータに基づいて、自己発電型漏水検知センサシステム、自己発電型漏水検知センサ１１の出力装置１５と設置環境に関するデータ入力装置を用いて漏水成分判定装置２０により漏水成分が判定される。

図２は本発明の実施例を示す漏水成分判定装置のブロック図、図３はその漏水成分判定装置における入力データと各種の基準データメモリの模式図である。
これらの図において、漏水成分判定装置２０は、中央処理装置（ＣＰＵ）２１、データ入力装置１６からのデータを受けるＩ／Ｆ（インタフェース）２２、このＩ／Ｆ２２からのデータを記憶する各種の基準データメモリ２３、自己発電型漏水検知センサ１１の出力装置１５からの出力信号を受けるＩ／Ｆ（インタフェース）２４、計時装置２６に接続されるＩ／Ｆ（インタフェース）２５、報知装置２８に接続されるＩ／Ｆ（インタフェース）２７、無線送信装置３０に接続されるＩ／Ｆ（インタフェース）２９からなる。

そして、データ入力装置１６としては、図３（ａ）に示されるような淡水データ１６Ａや、図３（ｂ）に示されるような塩水（海水）データ１６Ｂや、図３（ｃ）に示されるような酸性水データ１６ＣなどをＩ／Ｆ２２を介して各種の基準データメモリ２３に予め記憶しておく。そこで、自己発電型漏水検知センサ１１の出力装置１５からの出力データがＩ／Ｆ２４を介して漏水成分判定装置２０に入力されると、このその自己発電型漏水検知センサ１１の出力装置１５からの出力データが各種の基準データメモリ２３内の基準データと比較されて漏水成分が判定されて、必要に応じてその判定結果が報知装置２８から報知される。

また、水中のイオンと導電率とは相関関係がある。ＮａＣｌやＫＣなど多くの塩類の場合は、見ずに溶けた電解質はほとんどイオンになり、濃度と導電率との関係が直線的であるのに対して、弱電解質である酢酸などの有機酸などの場合は、濃度が非常に低い領域では導電率と直線関係ですが、濃度が高くなるにつれてイオン化する割合が減少する。このような電解質に特有な特徴を予めメモリに記憶させておき、漏水成分判定装置によって判定するようにすることができる。

図４は本発明の他の実施例を示す漏水成分判定のシステムのブロック図であり、３１，４１は自己発電型漏水検知センサ、３２，４２は容器、３３，４３は漏水、３４，３５，４４，４５はイオン化傾向の異なる電極、３４Ａ，３５Ａ，４４Ａ，４５Ａは電極のリード線である。
図４（ａ）は淡水の場合、図４（ｂ）は塩水（海水）の場合の漏水成分判定を示す模式図であり、図４（ａ）では、淡水の自己発電型漏水検知センサの出力を表示装置３６で表示し、その照度データを漏水成分判定装置３８で判定する。なお、この漏水成分判定装置３８には、各種の照度データ入力装置３７からのデータが記憶されており、淡水の自己発電型漏水検知センサの出力と比較されて漏水の成分の判定が行われる。図４（ｂ）では、塩水（海水）の自己発電型漏水検知センサの出力を表示装置４６で表示し、その照度データを漏水成分判定装置４８で判定する。なお、この漏水成分判定装置４８には、各種の照度データ入力装置４７からのデータが記憶されており、塩水（海水）の自己発電型漏水検知センサの出力と比較されて漏水の成分の判定が行われる。

また、この実施例では、表示装置３６，４６の点灯の有無によって、トンネル内での漏水の有無を視覚により点検することができるので、実用的効果が高い。
このように、本発明によれば、検査の対象となる漏水が溜まると、その漏水はボルタ電池（２個の異種金属の電極を、それらの一方又は両方に化学的に作用する溶液に浸した構成の電圧発生用の一次電池）として自己発電を行うようにした。特に、漏水が海岸地方の塩分を含んだ海水の場合は、トンネルの鉄筋コンクリートの鉄筋の腐食が問題となり、山岳地方の酸性の温泉水であるような場合には、トンネルのコンクリートの腐食などの変状を誘発する危険があるので、その漏水の早期発見と成分判定に寄与することができる。

例えば、海岸付近や感潮河川直下のトンネルでは、漏水が塩化物イオンを多く含むため、塩害が発生してトンネルの鉄筋腐食を誘発する。そのため、合理的な維持管理のためには、この種の塩化物イオンを多く含む漏水は早期に発見して対策することが望ましい。本発明によれば、このような漏水成分を漏水の検知とあわせて判定することができる。
また、酸性水の漏水は、トンネルのコンクリートを浸食するため、トンネルの劣化の原因となる。例えば、温泉地付近に位置するトンネルではこのような事象が生じるので、このような酸性の漏水も同時に発見して対策することが望ましい。本発明によれば、このような漏水成分を漏水の検知とあわせて判定することができる。

本発明は、不純物が含まれる漏水も電解液として振る舞うことができるので、電解液中に含まれる電解質の種類や量に応じて生じる電池性能の差異を利用して、主に都市トンネルで塩害の原因となる海水や、山岳トンネルでごく稀に発生する酸性の漏水も判定することができる。また、同様に駅等の排水に含まれる環境汚染物質も判定することができる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の地下施設の漏水による電池反応を利用した漏水成分判定方法は、検知対象である漏水を検知する、地下施設の漏水による電池反応を利用した漏水成分判定方法として利用可能である。

１ トンネル
２ トンネルのひび割れ
３，３３，４３ 漏水
１１，３１，４１ 自己発電型漏水検知センサ
１２，３２，４２ 容器
１３，１４，３４，３５，４４，４５ イオン化傾向の異なる電極
１３Ａ，１４Ａ，３４Ａ，３５Ａ，４４Ａ，４５Ａ 電極のリード線
１５ 自己発電型漏水検知センサの出力装置
１６ 設置環境に関するデータ入力装置
１６Ａ 淡水データ
１６Ｂ 塩水（海水）データ
１６Ｃ 酸性水データ
２０，３８，４８ 漏水成分判定装置
２１ 中央処理装置（ＣＰＵ）
２２，２４，２５，２７，２９ Ｉ／Ｆ（インタフェース）
２３ 各種の基準データメモリ
２６ 計時装置
２８ 報知装置
３０ 無線送信装置
３６，４６ 表示装置
３７，４７ 照度データ入力装置

Claims (4)

1. 漏水による自己発電型漏水検知装置による出力に基づいて、予め記憶された各種の漏水の基準データと比較して漏水成分判定を行うことを特徴とする地下施設の漏水による電池反応を利用した漏水成分判定方法。
2. 請求項１記載の地下施設の漏水による電池反応を利用した漏水成分判定方法であって、前記漏水成分判定は、前記自己発電型漏水検知装置に接続された直流電圧計の値に基づいて行うことを特徴とする地下施設の漏水による電池反応を利用した漏水成分判定方法。
3. 請求項１記載の地下施設の漏水による電池反応を利用した漏水成分判定方法であって、前記漏水成分判定は、前記自己発電型漏水検知装置に接続された表示装置の照度に基づいて行うことを特徴とする地下施設の漏水による電池反応を利用した漏水成分判定方法。
4. 請求項３記載の地下施設の漏水による電池反応を利用した漏水成分判定方法であって、前記表示装置によって、トンネル内の漏水の有無を視覚により点検可能にすることを特徴とする地下施設の漏水による電池反応を利用した漏水成分判定方法。

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