JP6533279B2 - 漏水探索装置および漏水探索方法 - Google Patents

Description

本発明は、現地で生成した水素と窒素とを用いて漏水を探索する漏水探索装置および漏水探索方法に関する。

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。従来、給排水管の漏水箇所の探索は、作業者が音聴棒を使って漏水音を聴音し、漏水音から漏水箇所を推定している。

しかし、漏水音から漏水箇所を推定する方法では、作業者は漏水音と酷似した雑音を聞き分ける熟練した技能を持たなければならない。また、その技能があったとしても、都市部など、雑音の酷い作業環境下では漏水音を聞き分けることが困難であるという問題がある。

このような問題を解決するための一つの方法として、下記特許文献１に開示されているような希ガスを利用する発明がある。

この発明では、漏水探索の前に、地表に漏れ出た希ガスを一時的に滞留させるため、地表に複数のカバーを配置させる。漏水探索の際には、ガスボンベに圧縮収容されている、空気に比べて比重の小さい希ガスを配管内に供給する。希ガスの供給を開始した後、希ガス探知器を用い、地表に配置したカバー内の希ガスの有無を検知する。カバー内に希ガスが有れば配管は漏水し、無ければ配管に漏水はない。どのカバーに希ガスが有るかによって、配管のおおよその漏水箇所を推測する。

したがって、特許文献１記載の発明によれば、希ガスの有無で漏水の有無を判断できるので、雑音の酷い作業環境下であっても、漏水箇所を容易に検出することができる。

特開平６−４３０６５号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている発明では、漏水探索の際に、希ガスが圧縮収容されている、非常に重いボンベを現場まで運搬し、漏水探索中は、ボンベからの供給量には限度があることから、ボンベのガス切れに注意する必要がある。

漏水探索の対象となる管路の規模が大きい（管路が長距離や広範囲に及ぶ）場合には、何十本ものボンベを大型トラックで運ばなければならない。また、現場では、大量の重いボンベを取り扱わなければならず、ボンベの取り扱いにも細心の注意を払う必要がある。

また、特許文献１に開示されている発明では、空気よりも比重の小さい希ガスが地表に漏れ出してから、すぐには空気中に拡散しないように、漏水探索の前に、管路を正確に把握し、その管路に沿って、地表に複数のカバーを配置するなどの付加作業が必要である。

このため、管路の規模が大きい場合には、管路の正確な把握が煩雑であり、また、地表に大量のカバーを配置する必要があるため、手間とコストがかかり、作業性が非常に悪いという問題がある。

本発明は、上記の従来の問題に鑑みてなされたものであり、希ガスを封入したボンベを現場まで搬入する必要がなく、管路を正確に把握したり、地表にカバーを設けたり、などの付加作業をせずに、配管の漏水箇所を確実に検出できる、漏水探索装置および漏水探索方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る漏水探索装置は、水素生成部、窒素生成部、混合部、供給部、測定部及び通報部を備える。

水素生成部は水から水素を生成する。窒素生成部は外気から窒素を生成する。混合部は生成された水素と窒素とを混合して混合ガスを生成する。供給部は配管内に混合ガスを供給する。測定部は配管の周囲の水素ガスの濃度を測定する。通報部は測定された水素ガスの濃度の変化を認識し漏水個所を通報する。

また、上記目的を達成するための本発明に係る漏水探索方法は、水素と窒素とを生成する段階と、生成した水素と窒素とを混合して混合ガスを生成する段階と、配管内に混合ガスを供給する段階と、配管の周辺の水素ガスの濃度を測定する段階と、測定された水素ガスの濃度の変化を認識し漏水箇所を通報する段階と、を含む。

本発明に係る漏水探索装置及び漏水探索方法によれば、現場で水素と窒素とを生成するので、漏水探索の際に、希ガスを封入したボンベを現場まで搬入する必要がない。

また、配管の周囲の水素ガスの濃度を測定するので、漏水探索に際し、管路を正確に把握したり、地表にカバーを設けたり、などの付加作業をする必要がない。

さらに、測定された水素ガスの濃度の変化を認識することによって漏水個所を通報するので、配管の漏水個所を正確に検出できる。

本実施形態に係る漏水探索装置の水素生成部、窒素生成部、混合部及び供給部の構成図である。 本実施形態に係る漏水探索装置の測定部及び通報部の構成図である。 本実施形態に係る漏水探索装置を用いた漏水探索の説明図である。 漏水箇所付近の水素ガスの濃度の変化を示す図である。 本実施形態に係る漏水探索装置の動作フローチャートである。

以下、添付した図面を参照しながら、本実施形態に係る漏水探索装置および漏水探索方法を詳細に説明する。

本実施形態に係る漏水探索装置及び漏水探索方法では、現場で水素及び窒素を生成し、生成した水素及び窒素を混合して配管内に供給する。

水素ガスは、土壌よりも比重が小さくかつ空気よりも比重が小さい。このため、配管の漏水箇所から噴出される水素ガスは、地表に向けて漏れ出し、地表から外気中に上昇する。

本実施形態に係る漏水探索装置及び漏水探索方法では、配管の周辺の水素ガスの濃度を測定する。空気中には、常に一定濃度の水素ガスが存在するが、上述のように、配管の漏水箇所から噴出される水素ガスは、地表から漏れ出し外気中に上昇する。

このため、地表において、漏水箇所付近の水素ガスの濃度は、漏水箇所付近を除く他の箇所の水素ガスの濃度よりも高く測定される。

本実施形態に係る漏水探索装置及び漏水探索方法では、測定された水素ガスの濃度の変化を認識して漏水箇所を通報する。

上述のように、漏水箇所付近の水素ガスの濃度は、漏水箇所付近を除く他の箇所の水素ガスの濃度よりも高いため、おおよそ配管路に沿うように水素ガスの濃度を測定していくと、漏水箇所付近では濃度が著しく高くなり、その付近から離れると濃度が著しく低くなる。

このため、測定された水素ガスの濃度の変化を認識することによって、配管の漏水箇所を特定できる。つまり、測定された水素ガスの濃度が極端に高い箇所の地中には、配管の漏水箇所があると推定できる。

〔漏水探索装置の構成〕
図１は、本実施形態に係る漏水探索装置の水素生成部、窒素生成部、混合部及び供給部の構成図である。水素生成部、窒素生成部、混合部及び供給部はガス生成装置内に内蔵されている。

図１に示すように、ガス生成装置１００は、水素生成部１１０、窒素生成部１２０、混合部１３０及び供給部１４０を有する。

水素生成部１１０は水素配管１１５によって混合部１３０に接続される。窒素生成部１２０は窒素配管１２５によって混合部１３０に接続される。混合部１３０は混合配管１３５によって供給部１４０に接続される。供給部１４０に接続される供給配管１４５には配管取付口１５０が設けてある。

水素生成部１１０は、備えている水タンクから水を取り入れ、取り入れた水を電気分解して水素を生成する。水から水素を生成する技術としては、現在一般的に用いられている技術を適用する。なお、水素を生成するための水は、井戸水、水道水、純粋など、どのような水でも利用することができる。

なお、本実施形態では、水を電気分解して生成しているので利便性は良いが、利便性が多少損なわれても良いのであれば、化石燃料を触媒で改質することにより、水素を生成しても良い。また、湿度が極端に高ければ、空気中に含まれている水分を利用して水素を生成するようにしても良い。

窒素生成部１２０は、外気を取り入れ、取り入れた外気から窒素を生成する。空気中には多くの窒素が含まれる。窒素生成部１２０は、空気中の窒素を取り出す機能を有する。空気から窒素を取り出す技術としては、現在一般的に用いられている技術を応用する。

混合部１３０は、水素配管１１５を介して水素生成部１１０が生成した水素を、窒素配管１２５を介して窒素生成部１２０が生成した窒素を、それぞれ取り入れ、水素と窒素とを混合して混合ガスを生成する。

本実施形態では、混合部１３０は、水素５％（重量％）及び窒素９５％（重量％）の混合ガスを生成する。水素５％（重量％）及び窒素９５％（重量％）の混合ガスは、ＩＳＯ１０１５６で定められた不燃性ガスとして認められているからである。

供給部１４０は、混合部１３０が生成した混合ガスを、混合配管１３５を介して取り入れ、取り入れた混合ガスを圧縮して、供給配管１４５、配管取付口１５０を介して管路に供給する。このため、供給部１４０は混合ガスを圧縮するコンプレッサを備えている。

図２は、本実施形態に係る漏水探索装置の測定部及び通報部の構成図である。

測定装置２００は測定部及び通報部を有する。測定部は配管の周囲の水素ガスの濃度を測定する。通報部は測定された水素ガスの濃度の変化を認識し漏水個所を通報する。

測定装置２００は、図２に示すように、検出部２１０、把持部２２０、ボックス部２３０を備える。ボックス部２３０は、音響発生部２３２、音圧調整部２３４及び警報部２３６を備える。検出部２１０及び把持部２２０によって測定部が形成され、ボックス部２３０の音響発生部２３２、音圧調整部２３４及び警報部２３６によって通報部が形成される。

検出部２１０は水素ガスを検出するセンサを備え、把持部２２０の先端に取付けられる。把持部２２０の一端には吸入口が形成され、吸入口は地表面の近いところで水素ガスを吸入する。検出部２１０は吸入口から吸入された水素ガスを検出する。水素ガスを検出する方法としては、光ファイバを用いるもの等、種々のタイプのものがある。本実施形態では、現在実用化されている水素ガス検出センサを用いる。

把持部２２０は、中空の棒状の形状を有し、通常の歩行姿勢で把持される場合、先端が地表面の近くに位置できる長さを有することが好ましい。地表面近くの空気は検出部２１０から吸気され把持部２２０の内部を通って外部に排気される。検出部２１０は、吸気された空気に含まれる水素ガスの濃度を検出する。

音響発生部２３２は、検出された水素ガスの濃度に応じた大きさの音響を発生する。音圧調整部２３４は、音響の大きさを調整する。操作者は音響の大きさの変化により、配管の漏水箇所を特定できる。水素ガスの濃度が濃い場所では音量が大きくなり、その濃度が低くなるにしたがって音量が小さくなるからである。

警報部２３６は、測定された水素ガスの濃度の変化を認識し漏水箇所を通報する。漏水箇所上の地表面からは地中を浸透した水素ガスが上がってくるため、漏水箇所で検出される水素ガスの濃度は、漏水箇所以外の他の箇所で検出する水素ガスの濃度よりも高い。警報部２３６は、検出された水素ガスの濃度を表示することにより漏水箇所を通報する。

なお、音響発生部２３２または警報部２３６のいずれかを設け、設けたどちらか一方により通報させても良い。なお、警報部２３６を警報ランプ（不図示）とし、警報ランプを点灯させることにより通報することもできる。本実施形態で音響発生部２３２及び警報部２３６の両方を設けているのは、より正確に、漏水箇所が特定できるようにするためである。

上述したガス生成装置１００及び測定装置２００は、それぞれ、それ自体を動作させるための電源スイッチや制御手段を有し、各々が単独動作できる。

本発明では、漏水を探索する現場で、漏水の探索に必要な水素と窒素を生成している。その生成には電力が必要である。その電力を太陽電池パネル等、自然エネルギーから供給できるようにすれば、たとえば、災害現場の漏水の探索をより手軽に行うことができる。

〔漏水探索装置を用いた漏水探索のイメージ〕
図３は、本実施形態に係る漏水探索装置を用いた漏水探索の説明図である。

図３に示すように、地中には配管３００が埋設されている。配管３００には、地表４００から繋げられたガス導入口５００が取付けられる。ガス導入口５００は、たとえば、地表に設けられた消火栓、蛇口、空気弁に取り付ける。また、配管３００には、一定の距離をおいて配管３００を区切るための制水弁６００が取り付けられる。制水弁６００を開閉することにより、所定区域を開放または閉鎖できる。

さらに、配管３００には、管内にたまった沈泥などを排除するための排泥弁（不図示）が取り付けられうる。配管３００内には、通常、水などの液体が流通し、配管３００に破損箇所があれば、漏水箇所７００で漏水が発生する。

本実施形態に係る漏水探索装置は、配管３００の所定区域内の残存液体を排出して当該所定区域を閉鎖した状態において、ガス生成装置１００によりガス導入口５００を介して閉鎖された所定区域内に水素と窒素とが混合された混合ガスを供給する。測定装置２００により地表４００において水素ガスの濃度を測定しながら、配管路に沿って歩行する。通報部により測定された水素ガスの濃度の変化を認識し漏水箇所７００に対応する地表４００の位置Ａ点を特定する。

図４は、漏水箇所付近の水素ガスの濃度の変化を示す図である。この図において、縦軸は、測定装置２００により測定される水素ガスの濃度を示し、横軸は、位置Ａ点を中心とした水平距離を示す。

図を見れば明らかなように、測定装置２００により測定される、漏水箇所７００に対応する地表４００の位置Ａ点における水素ガスの濃度は、他の箇所の水素ガスの濃度よりも極端に高い。本実施形態に係る漏水探索装置は、水素ガスの濃度が極端に高い位置を探索する。水素ガスの濃度が極端に高い地表面Ａの下にある配管には漏水が生じていることがわかる。

〔漏水探索装置の動作〕
次に、本実施形態に係る漏水探索装置の動作を説明する。図５は、本実施形態に係る漏水探索装置の動作フローチャートである。なお、図５に示した動作フローチャートは、本実施形態に係る漏水探索方法の手順を示すものでもある。

＜ステップＳ１０１＞
図３に示した漏水探索装置の操作者は、配管３００内の残存液体を外部に排出する操作を実施する。操作者は、たとえば、配管３００の所定区域（以下、「漏水探索域」ともいう。）の両端に位置する制水弁６００のうちの一方が完全に閉じ、他方がある程度開いているままの状態において、ガス生成装置１００の配管取付口１５０をガス導入口５００に接続させて電源スイッチをオンにする。

ガス生成装置１００は、配管３００内に水素と窒素の混合ガスを圧縮供給することにより、漏水探索域内の残存液体を強制的に排出する。ただし、漏水探索域内の残存液体を排出する方法はこれに限らず、漏水探索域の両端に位置する制水弁６００の全てを完全に閉じ、排泥弁から漏水探索域内の残存液体を自然流下させることにより排出してもよい。

なお、漏水探索域内の残存液体を完全に排出する必要性は必ずしもない。残存液体が存在する場合においても、後述するように、漏水探索域を閉鎖した後、残存液体は、ガス生成装置１００からの混合ガスの圧力により漏水箇所７００から混合ガスとともに排出できるからである。

＜ステップＳ１０２＞
操作者は、図３に示すように、漏水探索域の両端に位置する制水弁６００の両方を完全に閉じ、漏水探索域を閉鎖する。漏水探索域が閉鎖されると、漏水探索域内は、徐々に混合ガスが充填されて圧力が増加され、漏水箇所７００から混合ガスが噴出される。なお、漏水探索域内の残存液体が残されている場合、残された残存液体も漏水箇所７００から噴出されうる。

＜ステップＳ１０３＞
操作者は、漏水探索するために、漏水探索装置の各構成部分を初期調整する。操作者は、たとえば、ガス生成装置１００を調整して、混合ガスの供給を一時止めるか供給量を減らすことができる。操作者は、また、配管３００の口径や漏水探索域の距離に応じて、ガス生成装置１００を調整し、漏水探索の際の混合ガスの生成量を調整できる。操作者は、さらに、測定装置２００の電源スイッチをオンにして、地表４００の空気中に含まれる水素ガスを検出し、空気中の水素ガスの濃度を確認し、漏水箇所７００を検出するための水素ガスの濃度の検出閾値を調整できる。

＜ステップＳ１０４＞
操作者は、ガス生成装置１００の電源スイッチをオンにする。水素生成部１１０は水から水素を生成し、窒素生成部１２０は外気から窒素を生成する。

＜ステップＳ１０５＞
混合部１３０は水素と窒素とを混合させて混合ガスを生成し、供給部１４０は混合ガスを配管取付口１５０及びガス導入口５００を介して配管３００内に供給する。配管３００内に供給された混合ガスは、漏水箇所７００から噴出され、地表４００まで漏れ出ることになる。

＜ステップＳ１０６＞
操作者は、測定装置２００の把持部２２０の先端に取付けた検出部２１０を地表面の付近に位置させ、配管３００の配管路におおよそ沿わせるように検出部２１０を移動させ、配管３００の漏水箇所７００を探索する。配管路は、通常、設計図面や隣接するマンホールの位置などから予測することができる。

測定装置２００は、地表４００において、配管３００の周辺の水素ガスの濃度を測定する。警報部２３６は、測定された水素ガスの濃度をリアルタイムに表示する。音響発生部２３２は、測定された水素ガスの濃度に応じた音圧の音響を発生する。

図４に示したように、配管３００の漏水箇所７００では、混合ガスが噴出され、噴出された混合ガスに含まれる水素ガスが地表４００の位置Ａ点付近に上がってくる。位置Ａ点付近の水素ガスの濃度は、周辺よりも極端に高くなる。このため、配管３００の配管路に沿って測定される水素ガスの濃度は、ある位置付近では著しく上昇し、その位置付近から離れると著しく低下して再びもとのレベルまで戻る。

したがって、警報部２３６は、測定された水素ガスの濃度の上記の変化を認識することにより、漏水箇所７００の対応する地表４００の位置Ａ点を特定できる。ただし、警報部２３６が漏水箇所７００の対応する地表４００の位置Ａ点を特定する方法はこれに限らず、測定される水素ガスの濃度が所定閾値よりも大きい位置を認識することにより特定することもできる。

＜ステップＳ１０７＞
警報部２３６は、漏水箇所７００が検出されたか否かについて判断する。警報部２３６は、地表４００の位置Ａ点を特定できると、漏水箇所７００が検出されたと判断できる。警報部２３６は、漏水箇所７００が検出されなかったときには、ステップＳ１０６に移行して、その先の配管３００の配管路上の漏水箇所７００を継続して探索する。

＜ステップＳ１０８＞
警報部２３６は、漏水箇所７００が検出されたときには、操作者に漏水箇所７００の検出を通報する。漏水箇所７００の検出の通報は、警報部２３６に「漏水検出」という表示を出力することにより行っても良いし、音響発生部２３２から警報音を出力することにより行っても良い。なお、警報ランプを点灯させることにより漏水箇所７００の検出を通報することもできる。

以上のように、本実施形態に係る漏水探索装置および漏水探索方法によれば、現場で水素と窒素とを生成し、水素と窒素との混合ガスを用いて漏水を検出できるようにしたので、漏水探索の際に、希ガスを封入したボンベを現場まで搬入する必要がない。

また、配管の周囲の水素ガスの濃度を測定することにより漏水個所を特定するので、漏水探索に際し、管路を正確に把握したり、地表にカバーを設けたり、などの付加作業をする必要がなく、作業効率が向上する。

さらに、測定された水素ガスの濃度の変化を認識することによって漏水個所を特定するようにしたので、配管の漏水個所を正確に検出できる。

なお、浸透ガスによる漏水箇所の探索は、阪神淡路震災の際に壊滅的な打撃を被った配管網に一刻も早く配水を実施するための手段として大きな成果をもたらした。当時は復旧した浄水場から順次通水を行いながら漏水箇所の修復を行っていては配水が間に合わないことからヘリウムガスを配管網に注入し区間ごとの漏水探索を実施することで配水の早期達成に貢献している。

近年においてはヘリウムガスの枯渇に伴う価格の上昇や医療用優先に見られる用途の方向づけで漏水探索を目的とした用途には限界を来す傾向にある。

この様な環境において水素５％窒素９５％の混合ガスはＩＳＯ１０１５６で定められた不燃性ガスとして浸透ガス方式の漏水探索用ガスとして台頭してきている。

しかしながらヘリウムをはじめ比較的に入手の容易な水素５％窒素９５％の混合ガスは重い高圧ガス容器に充填されているため現場での作業性が悪く危険を伴っている。さらに運搬されるガス量には限界があるため作業時間の制約を来すことや、長距離・大口径管に用いられる膨大なガス量は探索費のコスト高を招くデメリットも生じている。

本発明の漏水探索装置は、一定濃度の水素・窒素混合ガスを漏水探索現場において電源供給のみで無尽蔵に生成できる安全な装置となっている。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。

１００ ガス生成装置、
１１０ 水素生成部、
１１５ 水素配管、
１２０ 窒素生成部、
１２５ 窒素配管、
１３０ 混合部、
１３５ 混合配管、
１４０ 供給部、
１４５ 供給配管、
１５０ 配管取付口、
２００ 測定装置、
２１０ 検出部、
２２０ 把持部、
２３０ ボックス部、
２３２ 音響発生部、
２３４ 音量調整部、
２３６ 警報部、
３００ 配管、
４００ 地表、
５００ ガス導入口、
６００ 制水弁、
７００ 漏水箇所。

Claims (9)

1. ガスを生成するガス生成装置と漏水箇所を探索する際に移動させながら前記ガスを測定する測定装置とから構成され、
   前記ガス生成装置は、
   水タンクから水を取り入れ前記水を電気分解して水素ガスを生成する水素生成部と、
   外気を取り入れ前記外気から窒素ガスを生成する窒素生成部と、
   生成された前記水素ガスと前記窒素ガスとを混合して混合ガスを生成する混合部と、
   配管内に前記混合ガスを供給する供給部と、を備え、
   前記測定装置は、
   配管の周辺の前記水素ガスの濃度を測定する測定部と、
   測定された前記水素ガスの前記濃度が所定閾値よりも大きい位置を認識し漏水箇所を通報する通報部と、を備える漏水探索装置。
2. 前記通報部は、漏水箇所付近の前記水素ガスの前記濃度が、前記漏水箇所付近を除く他の箇所の前記水素ガスの前記濃度よりも高くなるという特性を利用して、前記漏水箇所を通報する請求項１に記載の漏水探索装置。
3. 前記測定部は、棒状の把持部と、前記把持部に取付けられたボックス部と、前記水素ガスを検出する検出部と、を備え、
   前記通報部は、前記ボックス部に収納されている請求項１または２に記載の漏水探索装置。
4. 前記検出部は、前記把持部の先端に取付けられている請求項３に記載の漏水探索装置。
5. 前記把持部は、中空棒状に形成されてその一端に吸入口を有し、
   前記検出部は、前記吸入口から吸入された気体から前記水素ガスを検出する請求項３または４に記載の漏水探索装置。
6. 測定された前記水素ガスの前記濃度に応じた音圧の音響を発生する音響発生部をさらに備える請求項１〜５のいずれかに記載の漏水探索装置。
7. ガスを生成するガス生成装置と漏水箇所を探索する際に移動させながら前記ガスを測定する測定装置とから構成される漏水探索装置によって実施される漏水探索方法であって、
   前記ガス生成装置が、
   水タンクから水を取り入れ前記水を電気分解して水素ガスを、および外気を取り入れ前記外気から窒素ガスを生成する段階と、
   生成した前記水素ガスと前記窒素ガスとを混合して混合ガスを生成する段階と、
   配管内に前記混合ガスを供給する段階と、
   前記測定装置が、
   配管の周辺の前記水素ガスの濃度を測定する段階と、
   測定された前記水素ガスの前記濃度が所定閾値よりも大きい位置を認識し漏水箇所を通報する段階と、
   を含む漏水探索方法。
8. 前記漏水箇所を通報する段階では、漏水箇所付近の前記水素ガスの前記濃度が、前記漏水箇所付近を除く他の箇所の前記水素ガスの前記濃度よりも高くなるという特性を利用して、前記漏水箇所を通報する請求項７に記載の漏水探索方法。
9. 前記配管内の残存液体を外部に排出する段階と、
   前記残存液体が排出された前記配管の所定区域を閉鎖する段階と、
   をさらに含み、
   前記混合ガスを供給する段階では、前記水素ガスを閉鎖された所定区域の前記配管内に供給する請求項７または８に記載の漏水探索方法。