JP6513556B2 - 漏液音検知センサおよびそのセンサを用いた漏液検知システム - Google Patents

Description

本発明は、漏液音検知センサおよびそのセンサを用いた漏液検知システムに関する。

給排水管は、地震などの自然災害による破損または長年の使用による老朽化によって漏水することがある。漏水音から漏水箇所を推定する手法としては次の２つがある。１つ目は、下記特許文献１に示されているような、作業者が音聴棒を使って漏水音を聴音し漏水箇所を推定する手法である。２つ目は、下記特許文献２に示されているような、漏水箇所を挟む２点に漏水音検知センサを取り付け両点間に漏水音が到達する時間差から漏水箇所を推定する手法である。

特開２００５−３３１３７４号公報 特開２０１３−２１０３４７号公報

近年、給排水管は、鋼管から樹脂管に置き換わりつつある。鋼管の場合、漏水箇所から発生する漏水音の周波数は４００から１５００Ｈｚである。一方、塩ビ管やポリエチレン管などの樹脂管の場合、漏水箇所から発生する漏水音の周波数は１００から５００Ｈｚである。このように、樹脂管の漏水音の周波数は鋼管の漏水音の周波数よりも低いため、地上からの音聴機器による漏水箇所の特定は困難である。

また、鋼管の場合、配管に伝わる漏水音の速度は１０００ｍ／ｓｅｃである。一方、塩ビ管やポリエチレン管などの樹脂管の場合、配管に伝わる漏水音の速度は３００から４００ｍ／ｓｅｃ（塩ビ管は４００ｍ／ｓｅｃ、ポリエチレン管は３００ｍ／ｓｅｃ）である。このように、樹脂管に伝わる漏水音の速度は鋼管に伝わる漏水音の速度よりも遅いため、漏水音を配管上で探索することは困難である。

本発明は、配管の種類（鋼管、樹脂管等）にかかわらず、配管内の液体を介して伝わる漏液音の速度が１５００ｍ／ｓｅｃと樹脂管の４倍程度の高速度であることに着目し、その漏液音を配管の開口部（たとえば消火栓）で収集し増幅することができる漏液音検知センサおよびそのセンサを用いた漏液検知システムの提供を目的とする。

本発明に係る漏液音検知センサは、液体が流通する管体に取り付けられる本体部と、前記本体部に取り付けられるセンサ部と、を有し、前記本体部は、前記本体部の一方側の端部に形成されている開口部を前記管体と接合する接合部と、前記本体部の他方側の端部を閉塞し前記管体内の液体を介して伝わる漏液音を受振する受振部と、前記接合部から前記受振部に向けて延び前記接合部と前記受振部とを接続する漏斗部と、から構成され、前記接合部の開口面の面積は前記受振部の開口面の面積よりも大きく、前記接合部および前記受振部の開口面に沿う前記漏斗部の断面積は、前記接合部から前記受振部に向けて小さくなり、前記センサ部は前記受振部に取り付けられる。

本発明に係る漏液検知システムは、液体が流通する管体と、前記管体に距離を置いて取り付けられる複数の上記の漏液音検知センサと、複数の前記漏液音検知センサがそれぞれ検出した漏液音の時間差から前記管体の漏液地点を検出する漏液地点検出部と、を有する。

本発明に係る漏液音検知センサおよび漏液検知システムによれば、液体を介して伝わる漏液音を捕えているので、配管の種類にかかわらず、鮮明に漏液音を捕えることができ、漏液地点を正確に検知できる。

本発明に係る漏液音検知センサの一実施形態を示す図である。 本発明に係る漏液音検知センサの他の実施形態を示す図である。 本発明に係る漏液検知システムの一実施形態を示す図である。

次に、本発明に係る漏液音検知センサおよびそのセンサを用いた漏液検知システムについて、これらの一実施形態を例示して説明する。

［漏液音検知センサの構成］
図１は、本発明に係る漏液音検知センサの一実施形態を示す図である。図１に示すように、漏液音検知センサ１００は、液体である水１０２が流通する管体１０４に取り付けられる本体部１１０と、本体部１１０に取り付けられるセンサ部１３０と、を有する。

本体部１１０は、本体部１１０の一方側の端部１１２に形成されている開口部１１４を管体１０４と接合する接合部１１６と、本体部１１０の他方側の端部１１８を閉塞し管体１０４内の水１０２を介して伝わる漏水音１０６を受振する受振部１２０と、接合部１１６から受振部１２０に向けて延び接合部１１６と受振部１２０とを接続する漏斗部１２２と、から構成される。

接合部１１６の開口面１１７の面積は受振部１２０の開口面１２１の面積よりも大きく、接合部１１６および受振部１２０の開口面１１７、１２１に沿う漏斗部１２２の断面積は、接合部１１６から受振部１２０に向けて小さくなり、センサ部１３０は受振部１２０に取り付けられる。

このように、漏斗部１２２の形状を漏斗状にすると、図１のように水中を伝播する漏水音１０６が、漏斗部１２２の内壁によって次第に集音され、受振部１２０によって受振される漏水音１０６が増幅される。このため、漏水音１０６の音圧レベルを上昇させることができ、センサ部１３０は、鮮明に漏水音１０６を捕えることができる。本実施形態では、水を介して伝播する漏水音１０６を捕えているので、配管の種類にかかわらず音圧レベルの大きい漏水音１０６を捕えることができる。また、漏斗部１２２は、漏水音１０６の増幅器として機能するため、センサ部１３０の受振感度を向上させることができ、センサ部１３０が漏水音１０６を鮮明に捕えることができるので、漏液地点を正確に検知できるようになる。

受振部１２０は、漏斗部１２２から延びる断面積が同一の筒状部１２４を有し、センサ部１３０は、筒状部１２４に嵌め込むようにして取り付けられる。筒状部１２４は収束され増幅された漏水音１０６で満たされ、受振部１２０を振動させる。この振動はセンサ部１３０で捕えられる。漏斗部１２２は本体１１０内の空気を逃がす空気抜き弁１２６を有する。本体１１０内に空気が存在すると、漏水音１０６の音圧レベルが低下してしまうからである。本実施形態ではセンサ部１３０は加速度センサを用いて構成する。水中を伝播する漏水音１０６のインピーダンスは低いので重量のある加速度センサでなければ漏水音１０６を効率的に捕えることができないからである。

［漏液音検知センサの動作］
管体１０４のどこかで漏水が生じている場合、漏水音１０６は水１０２を介して伝播してくる。漏水音１０６の伝播媒体が水である場合、漏水音１０６の伝搬速度は約１５００ｍ／ｓｅｃという非常に速い速度である。水１０２を介して伝播してきた漏水音１０６は本体部１１０に導かれ、漏斗部１２２において接合部１１６の開口面１１７から受信部１２０の開口面１２１に向けて収束され受振部１２０に達する。

したがって、本体部１１０は漏水音１０６を収集して増幅することになる。受振部１２０の筒状部１２４に取り付けられたセンサ部１３０は、本体部１１０によって増幅された漏水音１０６によって振動する受振部１２０の振動を検知する。水中を伝播する音のインピーダンスは、大気中を伝播する音のインピーダンスと比較すると低い。このため、大気中を伝播する音はマイクやスピーカーのように薄い膜で容易に捕えることができるが、水中を伝播する漏水音１０６は、重量のある加速度センサでないと捕えにくい。このような理由から、センサ部１３０は加速度センサによって構成し、効率的に漏水音１０６を捕えることができるようにしている。

以上のように、本実施形態に係る漏液音検知センサ１００によれば、水１０２を介して伝わる漏水音１０６を捕えるようにしているので、管体１０４を構成する配管の種類にかかわらず、漏水音１０６を鮮明に捕えることができ、漏液地点を正確に検知できる。

［他の漏液音検知センサの構成］
図２は、本発明に係る漏液音検知センサの他の実施形態を示す図である。この実施形態では、消火栓に取り付けられる漏液音検知センサ２００を例示する。

図２に示すように、漏液音検知センサ２００は、消火栓２５０の管体２０４に取り付けられる本体部２１０と、本体部２１０に取り付けられるセンサ部２３０と、を有する。

本体部２１０は、本体部２１０の一方側の端部に形成されている開口部を管体２０４と接合する接合部２１６と、本体部２１０の他方側の端部を閉塞し管体２０４内の水を介して伝わる漏水音を受振する受振部２２０と、接合部２１６から受振部２２０に向けて延び接合部２１６と受振部２２０とを接続する漏斗部２２２と、から構成される。接合部２１６と受振部２２０とは図１のように一直線上に位置するのではなく、９０度位相がずれた位置にある。接合部２１６と管体２０４とは接続部材２４０によって気密状態で接続される。

受振部２２０は、漏斗部２２２から延びる断面積が同一の筒状部２２４を有し、センサ部２３０は、筒状部２２４に嵌め込むようにして取り付けられる。漏斗部２２２は、水中を伝播する漏水音を次第に集音し受振部２２０によって受振される漏水音を増幅する。筒状部２２４は消火栓２５０側から伝搬して収束され増幅された漏水音で満たされ、受振部２２０を振動させる。この振動はセンサ部２３０で捕えられる。図示していないが、漏斗部２２２は本体２１０内の空気を逃がす空気抜き弁を有する。センサ部２３０は加速度センサを用いて構成する。

［他の漏液音検知センサの動作］
漏液音検知センサ２００の形状は図１の漏液音検知センサ１００の形状とは異なるが、漏液音検知センサ２００の動作は漏液音検知センサ１００の動作と同一である。この実施形態の漏液音検知センサ２００は、消火栓２５０に後付できるアダプターとすることができる。アダプターとして後付できる漏液音検知センサ２００は、水のインピーダンスに比例する重量物で遮蔽板を構築し、ウオーターハンマーに類する水中の漏水音を増幅し、一般的に用いられている加速度センサでその漏水音に依る振動を捕えることができる。

本発明に係る漏液音検知センサ１００、２００の構成および動作は以上の通りである。次に、本発明に係る漏液検知システムの一実施形態について説明する。

［漏液検知システムの構成］
図３は、本発明に係る漏液検知システムの一実施形態を示す図である。図３に示すように、漏液検知システム３００は、配管網を形成し液体が流通する管体３１０と、管体３１０に距離を置いて取り付けられる、一般的な漏液音検知センサ３３０Ａ、３３０Ｂおよび本発明に係る漏液音検知センサ３３５Ａ、３３５Ｂと、漏液音検知センサ３３０Ａ、３３０Ｂ、３３５Ａ、３３５Ｂがそれぞれ検出した漏水音の時間差から管体３１０の漏液地点３６０を検出する漏液地点検出器３５０とを有する。

管体３１０には距離を置いて消火栓３２０Ａ、３２０Ｂが取り付けられている。消火栓３２０Ａには漏水音検知センサ３３０Ａが、消火栓３２０Ｂには漏水音検知センサ３３０Ｂが、それぞれ取り付けられている。漏液音検知センサ３３０Ａは消火栓３２０Ａの弁体に磁力を用いて装着される。漏液音検知センサ３３０Ｂは消火栓３２０Ｂの弁体に磁力を用いて装着される。したがって、漏液音検知センサ３３０Ａ、３３０Ｂは管体３１０を伝播する漏水音３１５を検出することになる。

さらに、消火栓３２０Ａには本発明に係る漏液音検知センサ３３５Ａが、消火栓３２０Ｂには本発明に係る漏液音検知センサ３３５Ｂが、それぞれ取り付けられている。漏液音検知センサ３３５Ａは消火栓３２０Ａの管体３１０に、図２に示したようにして接続部材３４０Ａを介して取り付ける。漏液音検知センサ３３５Ｂは消火栓３２０Ｂの管体３１０に、図２に示したように接続部材３４０Ｂを介して取り付ける。したがって、漏液音検知センサ３３５Ａ、３３５Ｂは管体３１０内の水を伝播する漏水音３１５を検出することになる。

漏液地点検出器３５０は、漏液音検知センサ３３０Ａ、３３０Ｂおよび本発明に係る漏液音検知センサ３３５Ａ、３３５Ｂが検出した漏水音３１５を一定のサンプリング時間で収集する。漏液地点検出器３５０は、漏液音検知センサ３３０Ａ、３３０Ｂが検出した漏水音３１５の時間差を求め、その時間差から管体３１０の漏液地点３６０を検出する。また、同様に、漏液音検知センサ３３５Ａ、３３５Ｂが検出した漏水音３１５の時間差を求め、その時間差から管体３１０の漏液地点３６０を検出する。

漏液地点３６０から離れた２点（消火栓３２０Ａ、３２０Ｂ）に漏水音３１５が到達するまでの時間差を算出し、２点のそれぞれの点からの距離を求めることで漏液地点３６０を検出する方式を相関式と言う。相関式を用いて漏液地点３６０を検出する場合、管体３１０が鋼管であれば、鋼管における漏水音３１５の伝搬速度は８００から１０００ｍ／ｓｅｃという高速であることから、漏水音３１５はあまり減衰せずに伝播し、漏液音検知センサ３３０Ａ、３３０Ｂによっても漏液地点３６０は容易に検知できる。しかし、管体３１０が樹脂管であれば、樹脂管における漏水音３１５の伝搬速度は３００ｍから４００ｍ/ｓｅｃという低速であることから、漏水音３１５はかなり減衰してしまい、漏液音検知センサ３３０Ａ、３３０Ｂによっては漏液地点３６０が正確には検知できなくなる。これは、前述のように、鋼管と樹脂管の漏水音３１５の周波数と伝搬速度が異なるからである。

また、漏液音検知センサ３３０Ａ、３３０Ｂのように、管体３１０の金属部分に磁力を用いて装着し、装着した漏液音検知センサ３３０Ａ、３３０Ｂが一定時間間隔でサンプリングする、使用水の少ない夜間の時間帯に検出する漏水音３１５により管体３１０の漏液地点３６０を検出する方式を多点ロガー方式という。多点ロガー方式は従来の路面音聴方式と比較すると、広範囲の漏液地点３６０の検出を自動的に行える点で、夜間作業の必要がない安全でしかも減少する熟練技術者の問題も解決できる画期的な方法であると言える。しかし、この方式でも、管体３１０が樹脂管である場合には、樹脂管の漏水音３１５の伝わりにくいという特性上、消火栓３２０Ａ、３２０Ｂに磁力で装着し、管体３１０に伝わる漏水音３１５を捕捉する多点ロガーでも正確な漏液地点３６０の検出は困難である。

本発明に係る漏液検知システム３００は、水中を伝播する漏水音３１５の伝搬速度が管体３１０を構成する材料の種類にかかわらず１５００ｍ／ｓｅｃという高速であることを利用して漏洩地点３６０を正確に検出するものである。

本発明に係る漏液検知システム３００は、従来型の相関式や多点ロガーを樹脂管において充分な性能を発揮させるために開発された。本発明に係る漏液検知システム３００は、水中を伝播する漏水音３１５の集音装置として機能する漏液音検知センサ３３５Ａ、３３５Ｂを用いるため、安価で実用性に優れる。管体３１０内の漏水音３１５を集音するには、前述の重量のある加速度センサが必要となる。水中を伝播する漏水音３１５の集音には水のインピーダンスとの整合性が求められる。このため、重量のある金属製の筐体と、加速度センサの装着が可能となる、磁性体を吸着する金属部分が必要となる。加速度センサの接合部である受振部（図１の１２０、図２の２２０）が漏斗状の本体部（図１の１１０、図２の２１０）の集音機能の端末となり、ここで微弱な漏水音３１５が増幅される。受振部ではウオーターハンマーと同様な強い振動が得られる。このため、漏液音検知センサ３３５Ａ、３３５Ｂは鮮明な音圧レベルの大きい漏水音３１５の取得が可能となる。

［漏液検知システムの動作］
漏液地点３６０から漏水が生じているとすると、漏液地点３６０からの漏水音３１５は、管体３１０内の水を介し消火栓３２０Ａ、３２０Ｂを通じ、漏液音検知センサ３３５Ａ、３３５Ｂに到達する。

漏液音検知センサ３３５Ａから漏液地点３６０までの距離Ａと漏液音検知センサ３３５Ｂから漏液地点３６０までの距離Ｂは、図３に示すように異なる。そのため、漏液地点３６０から漏液音検知センサ３３５Ａ、３３５Ｂにそれぞれ到達する漏水音３１５の時間が異なる。漏液地点検出器３５０は、漏液音検知センサ３３５Ａ、３３５Ｂがそれぞれ捕えた漏水音３１５の時間差から、漏液地点３６０を求める。漏液地点検出器３５０は、漏液地点３６０の位置を消火栓３２０Ａからの距離と消火栓３２０Ｂからの距離で表示する。

本発明に係る漏液検知システム３００によれば、液体を介して伝わる漏液音を捕えているので、配管の種類にかかわらず、鮮明に漏液音を捕えることができ、漏液地点３６０を正確に検知できる。

１００、２００ 漏液音検知センサ、
１０２ 水（液体）、
１０４、２０４ 管体、
１０６ 漏水音、
１１０、２１０ 本体部、
１１２ 端部、
１１４ 開口部、
１１６、２１６ 接合部、
１１７ 開口面、
１１８ 端部、
１２０、２２０ 受振部、
１２１ 開口面、
１２２、２２２ 漏斗部、
１２４、２２４ 筒状部、
１２６ 空気抜き弁、
１３０、２３０ センサ部、
２４０ 接続部材、
２５０ 消火栓、
３００ 漏液検知システム、
３１０ 管体、
３１５ 漏水音、
３２０Ａ、３２０Ｂ 消火栓、
３３０Ａ、３３０Ｂ 漏水音検知センサ、
３３５Ａ、３３５Ｂ 漏水音検知センサ、
３４０Ａ、３４０Ｂ 接続部材、
３５０ 漏液地点検出器、
３６０ 漏液地点。

Claims (6)

1. 液体が流通する管体に取り付けられる本体部と、
   前記本体部に取り付けられるセンサ部と、を有し、
   前記本体部は、
   前記本体部の一方側の端部に形成されている開口部を前記管体と接合する接合部と、
   前記本体部の他方側の端部を閉塞し前記管体内の液体を介して伝わる漏液音を受振する受振部と、
   前記接合部から前記受振部に向けて延び前記接合部と前記受振部とを接続する漏斗部と、から構成され、
   前記接合部の開口面の面積は前記受振部の開口面の面積よりも大きく、前記接合部および前記受振部の開口面に沿う前記漏斗部の断面積は、前記接合部から前記受振部に向けて小さくなり、
   前記センサ部は前記受振部に取り付けられる、漏液音検知センサ。
2. 前記受振部は、前記漏斗部から延びる断面積が同一の筒状部を有し、前記センサ部は、前記筒状部に取り付けられる、請求項１に記載の漏液音検知センサ。
3. 前記センサ部は、加速度センサを用いて構成される、請求項１または２に記載の漏液音検知センサ。
4. 前記漏斗部は前記本体内の空気を逃がす空気抜き弁を有する、請求項１から３のいずれかに記載の漏液音検知センサ。
5. 液体が流通する管体と、
   前記管体に距離を置いて取り付けられる複数の請求項１から４のいずれかの漏液音検知センサと、
   複数の前記漏液音検知センサがそれぞれ検出した漏液音の時間差から前記管体の漏液地点を検出する漏液地点検出器と、
   を有することを特徴とする漏液検知システム。
6. 前記液体は水であり前記漏液音検知センサは消火栓に取り付けられる、請求項５に記載の漏液検知システム。