JP7103641B2 - 漏水探索装置および漏水探索方法 - Google Patents

Description

本発明は、水素発生器で発生させた水素ガスと空気との混合ガスを用いて漏水箇所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。しかも、漏水音は、ある程度の水圧がかかっている給排水管からしか発生しないので、断水時、および水圧の低い給排水配管については、原理的に漏水箇所の推定は不可能である。

このような問題を解決するための一つの方法として、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給水配管内に供給する。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給水配管は漏水しており、無ければ給水配管に漏水はない。どのカバーに希ガスが有るかによって、給水配管のおおよその漏水箇所が推測できる。

この発明によれば、給水配管の水圧の大小に関係なく、給水配管に水が漏れ出る程度の穴や隙間が存在しさえすれば、給水配管のおおよその漏水箇所が推測できる。

しかし、この発明は、地表にカバーを配置する作業が必要になること、おおよその漏水箇所を推定することしかできないので漏水箇所を見つけるための掘削範囲が広くなることが作業の大きな障害となっていた。

このような引用文献１の発明の問題を解決するために、最近では、希ガスに代えて水素ガスと窒素ガスとの混合ガスを利用する技術が開発されている。この技術によれば、水素ガスは空気との比重差が大きいため漏水箇所の真上に向かって上昇し、また地表の土、コンクリート、アスファルトなどに対しての浸透性が高いので、水素ガスが地表に漏れ出している場所の真下が漏水箇所となる。このため、引用文献１の発明のように、地表にカバーを配置する必要はなく、また掘削範囲が広くなることもない。

特開平６－４３０６５号公報

しかしながら、上記の発明や技術では、漏水探索の際に、希ガス、または、水素ガスおよび窒素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する必要がある。また、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もある。

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、従来、漏水箇所を探索するために作業者が使用している器材は、作業者が容易に運搬できる程度の大きさ、重量ではない。このため、作業者からは器材全体の小型化軽量化の要望も出ていた。

本発明の発明者は、これらの数々の問題を解消できる漏水探索装置が実現できないものかと、長年鋭意研究を続けてきた。その結果、ボンベの搬送が不要で、小型化軽量化した漏水探索装置を実現することができた。

本発明は、水素発生器で発生させた水素ガスと空気との混合ガスを用いて漏水箇所を探索できる漏水探索装置および漏水探索方法を提供する。

本発明に係る漏水探索装置は、配管に接続し配管に空気中の爆発範囲よりも低い水素濃度の混合ガスを供給する水素供給装置と、配管の漏水箇所から漏れ出した水素ガスを検知する水素検知装置と、を有する。

水素供給装置は、単位時間当たり一定量以下の水素ガスを発生させる水素発生器と、発生させた水素ガスと空気とを混合させて単位時間当たり一定量以上の混合ガスを供給する供給ポンプと、混合ガスの供給量を監視し供給量が一定量未満となったときには水素発生器を強制的に停止させる流量監視部と、を有する。

水素検知部は、配管の漏水箇所から地表に漏れ出している水素ガスを吸引する吸引部と、吸引部に配置されＰＰＢオーダーで水素ガスを検知できるセンサと、センサが水素ガスを検知したときに報知する報知部と、を有する。

本発明に係る漏水探索方法は、配管内に残存している媒体を配管から排出させる段階と、水素発生器から単位時間当たり一定量以下の水素ガスを発生させる段階と、配管に空気中の爆発範囲よりも低い水素濃度の水素ガスと空気との混合ガスを供給する段階と、配管の漏水箇所から漏れ出したＰＰＢオーダーの水素ガスを検知する段階と、を含む。

本発明に係る漏水探索装置および漏水探索方法によれば、水素発生器を有しているので、現場で水素ガスを供給することができ、漏水探索の際に、水素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、水素ガスが検知された位置の真下が配管の漏水位置であるので、掘削範囲を最小限とすることができ、掘削作業の省力化を図ることができる。

漏水探索装置の水素検知器は、ＰＰＢオーダーで水素ガスを検知できるので、混合ガスの水素濃度を空気中の爆発範囲よりも低い濃度とすることが可能になり、水素ガスのみを空気と混合させた混合ガスを用いても、水素ガスの爆発限界を超えることがないため、安全に漏水探索ができる。

加えて、漏水探索装置は、水素供給装置と水素検知装置とが別体であり、水素供給装置は水素発生器と、供給ポンプと、流量監視部を設けるだけで良いので、水素供給装置の小型化軽量化が達成できる。

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濃度の変化を示す図である。 図１の水素供給装置の概略構成図である。 図１の水素供給装置の別形態の概略構成図である。 図１の水素検知装置の概略構成図である。 図１の水素検知装置の別形態の概略構成図である。 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。図１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。

［漏水探索装置の構成］
本実施形態に係る漏水探索装置１０は、水素供給装置１００と水素検知装置２００とを有する。水素供給装置１００は、配管３００に接続し配管３００に空気中の爆発範囲よりも低い水素濃度の混合ガスを供給する。水素検知装置２００は、配管３００の漏水箇所７００から漏れ出した水素ガスを検知する。

［漏水探索装置を用いた漏水探索のイメージ］
図１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に向けて延びるガス導入口５００が取付けられる。ガス導入口５００は、たとえば、地表４００に設けられている消火栓、蛇口、空気弁などである。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、配管３００の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）を取り付けても良い。配管３００内には、通常、水などの媒体が流通し、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媒体を排出して当該所定区域を閉鎖した状態において、水素供給装置１００からガス導入口５００を介して閉鎖された所定区域内に水素ガスと酸素とが混合された混合ガスを供給する。作業者は水素検知装置２００により地表４００において水素ガスの有無を測定しながら、配管路に沿って歩行する。水素ガスの有無を音響によって認識し漏水箇所７００に対応する地表４００の位置Ａ点を漏水位置として特定する。

図２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、水素検知装置２００により測定される水素ガス濃度を示し、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、水素検知装置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位置の地表面Ａの真下にある配管には漏水が生じていることがわかる。

［水素供給装置の構成］
図３は、図１の水素供給装置の概略構成図である。図に示すように、水素供給装置１００は、水素発生器１１０、供給ポンプ１２０、流量監視部１３０を有する。

水素発生器１１０は、水タンクから水を取り入れ、水を電気分解することによって、単位時間当たり一定量以下の水素ガスを発生させる。たとえば、本実施形態の場合、最大２００ｍｌ／ｍｉｎの水素ガスを発生させることができる水素発生器１１０を用いている。水から水素を発生させる技術としては、現在一般的に用いられている技術を適用する。なお、水素を発生させるための水は、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。水素発生器１１０が発生した水素ガスは、供給ポンプ１２０により配管１１５を介して吸引される。一方、フィルタ１４０によって埃が除去された空気は、供給ポンプ１２０により配管１１５を介して吸引される。なお、空気は現場の外気を吸引して用いる。

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。

供給ポンプ１２０は、配管１１５を介して吸引した水素ガスと空気を混合させて単位時間当たり一定量以上の混合ガスを供給する。たとえば、本実施形態の場合、１０Ｌ／ｍｉｎの混合ガスを供給することができる供給ポンプ１２０を用いている。したがって、供給ポンプ１２０は、２００ｍｌの水素ガスと９８００ｍｌの空気とが混合した混合ガスを配管３００（図１参照）に供給する。したがって、供給ポンプ１２０から吐き出される混合ガスの水素濃度は２％となる。この水素濃度は、空気中の水素ガスの爆発範囲（４．１～７１．５％）よりも低い。したがって、水素ガスのみを用いても漏水探索を安全に行うことができる。なお、配管１１５の太さは、水素ガスが流入する部分と空気が流入する部分とで適切な太さとすることが好ましい。すなわち、水素ガスが流入する部分の配管１１５の太さよりも空気が流入する部分の配管１１５の太さの方を太くし、供給ポンプ１２０によって無理なく９８００ｍｌの空気が吸引でき、水素発生器１１０側が負圧にならないようにすることが好ましい。

流量監視部１３０は水素発生器１１０と電気的に接続される。流量監視部１３０は、供給ポンプ１２０から配管３００に供給される混合ガスの供給量を監視し、供給量が一定量未満となったときにはオフ信号を出力する。水素発生器１１０はこのオフ信号によって電源がオフされ、強制的に停止される。たとえば、本実施形態の場合、２００ｍｌの水素ガスと９８００ｍｌの空気とが混合した混合ガスが供給ポンプ１２０から供給されるが、この供給量が少なくなると、空気の量が減少していることになるため、相対的に水素ガスの濃度が高くなってくる。この水素濃度が空気中の爆発限界を超えると、非常に危険である。このため、供給ポンプ１２０からの供給量が一定量未満となったときには、水素発生器１１０の電源を切り、水素ガスの濃度が空気中の爆発限界を超えることを阻止している。このように、供給ポンプ１２０から配管３００に供給される混合ガスの供給量を一定量以上とすることによって、水素ガスの濃度が爆発範囲よりも低く保たれる。

流量監視部１３０の供給量が一定量未満となったときに水素発生器１１０の電源をオフする構成を採用し、これにより水素ガスの濃度が空気中の爆発限界を超えないようにしているのは、水素供給装置１００の構成をできるだけ簡素化して、小型化軽量化を実現させ、安価なものとするためである。

図４は、図１の水素供給装置の別形態の概略構成図である。この水素供給装置１００の構成を図３の水素供給装置１００の構成と比較すると、制御部１４５を設けている点で相違する。

図３の水素供給装置１００では、流量監視部１３０のオフ信号がリレーによって出力されるのに対して、図４の水素供給装置１００では、流量監視部１３０で監視された流量を制御部１４５が受けて、その流量が一定量未満であれば、制御部１４５が水素発生器１１０の動作を停止させる。このように、制御部１４５を設けると、水素供給装置１００の構成は複雑になるものの、水素発生器１１０の動作を停止させるための設定流量を任意に調整できる。

［水素検知装置の構成］
図５は、図１の水素検知装置の概略構成図である。図に示すように、水素検知装置２００は、センサ２１０、吸引部２５０、および報知部２６０を有する。

吸引部２５０は、配管３００（図１参照）の漏水箇所７００から地表４００に漏れ出している水素ガスを吸引する。なお、吸引部２５０は、カップ部２２０、吸引チューブ２３０、および吸引ポンプ２４０によって構成される。

センサ２１０は、吸引部２５０に配置されＰＰＢオーダーで水素ガスを検知できる、超高感度の水素ガスセンサである。具体的には、センサ２１０は、カップ部２２０の内面のカップ部２２０と吸引チューブ２３０との接続部付近に配置される。カップ部２２０の内面に配置すると、漏水箇所７００から地表４００に漏れ出している水素ガスを逸早く検知できることから、ある程度の速度で歩きながら検知していても、検知のタイムラグを最小限にできる。このため、漏水箇所７００の位置精度が向上する。水素ガスを検知する方法としては、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センサを用いる。

カップ部２２０は、ゴム製の円形状の柔軟性を有するカップであり、カップによって地表面Ａに近いところで地表４００に漏れ出している水素ガスを吸い集める。

吸引チューブ２３０は、カップ部２２０に取り付けられ、カップ部２２０の内部の空気を吸引する吸引チューブ２３０の太さは、吸引ポンプ２４０の吸引能力に応じて最適な太さとする。最適な太さとすれば、カップ部２２０の内部の空気を淀みなく吸引することができ、水素ガスの検知精度が高くなる。本実施形態では吸引チューブ２３０の太さは従来から用いられているものよりも太くしている。

吸引ポンプ２４０は、吸引チューブ２３０に取り付けられる。カップ部２２０から吸引された空気を吸引チューブ２３０を介して外部に搬出する。

フィルタ２４５は、カップ部２２０で吸引した混合ガスに含まれる埃を除去し、埃が吸引ポンプ２４０に流入することを防止する。

報知部２６０は、センサ２１０が水素ガスを検知したときに報知する。報知部２６０は、検知された水素ガスの濃度に応じて音響を発生する。たとえば、水素濃度が大きくなるにつれて、検知音を大きくしたり、間欠的に発生させる検知音の発生間隔を短くしたりする。

図６は、図５の水素検知装置の別形態の概略構成図である。この水素検知装置２００の構成を図５の水素検知装置２００の構成と比較すると、水素ガスを検知するセンサ２１０の位置が相違する。

図５の水素検知装置２００では、センサ２１０をカップ部２２０に設けているのに対して、図６の水素検知装置２００では、センサ２１０を吸引ポンプ２４０とフィルタ２４５との間に設けている。センサ２１０を吸引ポンプ２４０とフィルタ２４５との間に配置することによって、センサ２１０に埃が付いて水素ガスの検知精度が低下することを防止できる。

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７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７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１に示した漏水探索装置の操作者は、配管３００内の残存媒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、水素供給装置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。

水素供給装置１００は、配管３００内に空気を圧縮供給することにより、漏水探索域内の残存媒体を強制的に排出させる。ただし、漏水探索域内の残存媒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媒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媒体を完全に排出する必要性は必ずしもない。残存媒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、残存媒体は、水素供給装置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１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媒体がある場合、残存媒体も漏水箇所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、水素供給装置１００の電源スイッチをオンして動作状態を確かめる。操作者は、また、水素検知装置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が検知できるかどうかを確かめる。

＜ステップＳ１０４＞
操作者は、水素供給装置１００の電源スイッチをオンにする。水素発生器１１０は水から水素を生成し、外気から空気を吸入する。水素ガスと空気との混合ガスを生成させる。

＜ステップＳ１０５＞
供給ポンプ１２０は、水素ガスと空気とを混合させて混合ガスを生成し、供給ポンプ１２０は混合ガスを配管取付口１５０およびガス導入口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、水素検知装置２００の先端に取付けたカップ部２２０を地表面Ａ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カップ部２２０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。

水素検知装置２００は、地表４００において、配管３００の周辺の水素ガスの有無を測定する。報知部２６０は、検知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２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、報知部２６０は、検知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、報知部２６０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、検知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。

報知部２６０は、漏水箇所７００が検知されたときには、操作者に漏水箇所７００の検知を報知する。漏水箇所７００の検知の報知は、検知音を発生させることによって行っても良いし、検知ランプを点灯させることにより行っても良い。

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、現場で水素ガスを生成し、水素ガスと空気との混合ガスを用いて漏水を検知できるようにしたので、漏水探索の際に、水素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有無を検知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４００にカバーを設けたり、などの付加作業をする必要がなく、また、漏水箇所をピンポイントで検知できるので、作業効率が向上する。

本発明の漏水探索装置は、爆発限界以下の濃度の水素と酸素との混合ガスを漏水探索現場において電源供給のみで生成できるので、安全性を確保しつつ、規模の大きな漏水探索現場の漏水探査を、非常に小型、軽量の装置で行なうことができる。

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。

１０ 漏水探索装置、
１００ 水素供給装置、
１１０ 水素発生器、
１１５ 管路、
１２０ 供給ポンプ、
１３０ 流量監視部、
１４０ フィルタ、
１４５ 制御部、
１５０ 配管取付口、
２００ 水素検知装置、
２１０ センサ、
２２０ カップ部、
２３０ 吸引チューブ、
２４０ 吸引ポンプ、
２４５ フィルタ、
２５０ 吸引部、
２６０ 報知部、
３００ 配管、
４００ 地表、
５００ ガス導入口、
６００ 制水弁、
７００ 漏水箇所。

Claims (6)

1. 配管に接続し前記配管に空気中の爆発範囲よりも低い水素濃度の混合ガスを供給する水素供給装置と、前記配管の漏水箇所から漏れ出した水素ガスを検知する水素検知装置と、を有する漏水探索装置であって、
   前記水素供給装置は、
   単位時間当たり一定量以下の前記水素ガスを発生させる水素発生器と、
   発生させた前記水素ガスと空気とを混合させて単位時間当たり一定量以上の前記混合ガスを供給する供給ポンプと、
   前記混合ガスの供給量を監視し前記供給量が一定量未満となったときには前記水素発生器を強制的に停止させる流量監視部と、を有し、
   前記水素検知装置は、
   前記配管の漏水箇所から地表に漏れ出している前記水素ガスを吸引する吸引部と、
   前記吸引部に配置されＰＰＢオーダーで前記水素ガスを検知できるセンサと、
   前記センサが前記水素ガスを検知したときに報知する報知部と、
   を有する、漏水探索装置。
2. 前記水素供給装置が前記配管に供給する前記混合ガスの水素濃度は、前記供給ポンプが供給する前記混合ガスの前記供給量を一定量以上とすることによって、前記爆発範囲よりも低く保たれる、請求項１に記載の漏水探索装置。
3. 前記水素発生器は前記流量監視部と電気的に接続され、前記流量監視部は前記混合ガスの前記供給量が一定量未満となったときにオフ信号を出力し、前記水素発生器は前記オフ信号によって電源がオフされる、請求項１または２に記載の漏水探索装置。
4. 前記吸引部は、
   前記地表に漏れ出している前記水素ガスを集めるカップ部と、
   前記カップ部に取り付けられた吸引チューブと、
   前記吸引チューブに取り付けられた吸引ポンプと、
   を有する、請求項１から３のいずれかに記載の漏水探索装置。
5. 前記センサは、前記カップ部または前記吸引チューブに取り付けられている、請求項４に記載の漏水探索装置。
6. 前記報知部は、検知された前記水素ガスの濃度に応じた音響を発生する、請求項１から５のいずれかに記載の漏水探索装置。

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