JP4864513B2 - 真空管路の圧力監視方法、及び異常監視通報装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空式下水道システムにおいて、真空管路の圧力状況（運転状況）を監視する真空管路の圧力監視方法、及び異常が発生した場合に所定箇所に通報する異常監視通報装置に関するものである。

真空式下水道システムにおいて、真空弁ユニット又は真空管路において事故が発生した場合に、発生場所の探索が必要となる。もっとも簡便な探索方法としては真空管路に設置されている区間弁１０６（図７参照）を順番に閉鎖していくことにより、事故区間を探索する方法や真空弁ユニット１０１（図１参照）を巡回点検する方法がとられてきた。この探索方法では、設置されている真空弁ユニットが５０箇所程度の場合、探索に通常１時間から２時間程度を要する。
特開平３−０４３５２７号公報

規模が大きい真空式下水道システムにおいては、真空弁ユニット又は真空管路に事故が発生した場合にその発生場所の探索に多くの時間が必要であり、この探索作業が管理者への負担となるため、地形条件や維持管理体制を考慮して、各真空弁ユニットに通報装置が設置される場合もある。この真空弁ユニットの通報装置には「現場通報式」、「専用線式」、「無線式」などがあり、真空弁ユニットの異常として水位高と弁開放を監視し、異常発生を通報することが可能である。ただし、真空弁ユニットに通報装置を設置する場合、その設置数が多いことから通報装置自体の設置及び維持管理の費用が高額となるという問題点があった。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、真空式下水道システムにおいて真空弁ユニット又は真空管路の事故が発生した場合、短い探索時間で事故発生場所を探索できると共に、維持管理の負担を軽減できる真空管路の圧力監視方法、及び異常監視通報装置を提供することにある。

上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、真空管路の各系統の末端部及び中間部の圧力値を採取し、該採取した末端部又は中間部の圧力値と前記真空管路の圧力損失計算書から予測される当該末端部又は中間部の圧力値とを比較することにより、前記真空管路の圧力状況を監視することを特徴とする真空管路の圧力監視方法にある。

請求項２に記載の発明は、真空管路の各系統の末端部及び中間部に圧力監視手段を設け、該圧力監視手段で前記末端部又は中間部の圧力値を採取すると共に、該採取した末端部又は中間部の圧力値と前記真空管路の圧力損失計算書から予測される当該末端部又は中間部の圧力値とを比較して前記真空管路の圧力状況を監視し、圧力状況が異常と判断した場合、通信装置を介して所定場所に通報することを特徴とする真空管路の異常監視通報装置にある。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の真空管路の異常監視通報装置において、前記圧力監視手段は、前記末端部又は中間部の圧力値を検出する圧力発信器と、該圧力発信器で検出した圧力値を自動的に記録すると共に、該圧力値と前記真空管路の圧力損失計算書から予測される当該末端部又は中間部の圧力値とを比較して前記真空管路の圧力状況を監視するデータ自動記録・圧力監視装置を備えたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の真空管路の異常監視通報装置において、前記圧力監視手段は、前記末端部又は中間部の圧力値が前記真空管路の圧力損失計算書から予測される圧力値に基づいて設定された設定圧力値を当該末端部又は中間部の圧力値が超えた場合にＯＮ又はＯＦＦとなる圧力スイッチであることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の真空管路の異常監視通報装置において、前記真空管路には逆止弁を設置したことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、採取した末端部又は中間部の圧力値（圧力変動データの圧力値）と真空管路の圧力損失計算書から予測される当該末端部又は中間部の圧力値とを比較することにより、真空管路の圧力状況を監視するので、真空弁ユニット又は真空管路の事故発生場所を短い時間で探索でき、維持管理の負担を軽減することができる。

請求項２に記載の発明によれば、真空管路の各系統の末端部及び中間部に設けた圧力監視手段で末端部又は中間部の圧力値を採取し、該圧力値と真空管路の圧力損失計算書から予測される当該末端部又は中間部の圧力値とを比較して真空管路の圧力状況を監視するので、真空弁ユニット又は真空管路の事故発生場所を短い時間で探索し、通報装置を介して所定の場所に通報できる。

請求項３に記載の発明によれば、圧力監視手段は、圧力発信器と、データ自動記録・圧力監視装置を備え、検出した圧力値（圧力変動データの圧力値）を自動的に記録すると共に、該圧力値と真空管路の圧力損失計算書から予測される当該末端部又は中間部の圧力値とを比較して真空管路の圧力状況を監視するので、連続的に圧力変動を監視することが可能であるため、様々な圧力変動パターン（圧力値変動パターン）を採取可能であり、比較検討も容易である。

請求項４に記載の発明によれば、圧力監視手段は、末端部又は中間部の圧力値が真空管路の圧力損失計算書から予測される圧力値に基づいて設定された設定圧力値を当該末端部又は中間部の圧力値が超えた場合にＯＮ又はＯＦＦとなる圧力スイッチであるので、安価な真空管路の異常監視通報装置を構築できる。

請求項５に記載の発明は、真空管路には逆止弁を設置したので、真空管路の縦断形状によらず、確実に異常の発生区間を特定できる。

以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は真空式下水道システムの概略構成例を示す図である。図示するように、真空式下水道システム１００は真空弁ユニット１０１と、真空管路１０２、真空ステーション（中継ポンプ場）１０３から構成される。真空式下水道システム１００の設計にあたっては必ず真空管路１０２の水理計算を行い、真空管路１０２の系統ごとに算出する静的な状態での損失と、動的な状態での損失が許容圧力損失内になるような設計を行う。即ち、真空式下水道収集システム 技術マニュアル（２００２年度版）、編集者：玉木勉、発行所：財団法人下水道新技術推進機構、平成１４年３月３１日発行、第４章「管路設計」（Ｐ３６〜３７）には「真空下水管の許容圧力損失は、中継ポンプ場の設定真空度と、末端の真空弁ユニットで必要とする真空度の差であり、各系統ごとに算出する静的な状態での損失と、動的な状態での損失が、いずれもこの許容圧力損失以内となるように設計を行う。」と記載されている。

真空管路１０２の許容圧力損失は「真空ステーション１０３の設定真空度」と「末端の真空弁ユニット１０１で必要とする真空度」の差として算出され、一般には真空ステーション１０３の設定圧力が通常−６０〜−７０ｋＰａ、真空弁ユニット１０１で必要な真空度が−２５ｋＰａであることから、次のように求めることができる。
許容圧力損失＝−２５−（−６０）＝３５Ｐａ

本発明に係る真空管路の圧力監視方法は、この設計時の水理計算結果である圧力損失計算値と、真空式下水道システム運転後における実際の真空管路１０２の圧力変動を比較することにより、該真空式下水道システムの真空管路の圧力状況（運転状況）を監視し、異常を場合通報する方法である。

図２は本発明に係る真空管路の圧力監視方法を実施する真空式下水道システムの一平面構成例を示す図である。図２において太い実線は真空管路１０２を示し、太い破線は自然流下管路１０４を示す。１０６−１、１０６−２は真空管路１０２に設けた区間弁、１０３は真空ステーション（中継ポンプ場）、Ａは真空管路１０２の末端部、１０５は真空管路１０２の末端部Ａに設けられた圧力監視手段である。なお、真空管路１０２に沿って付けられた丸付き数字１〜８は路線番号を示す。

図２の真空管路１０２の圧力損失計算書を図３に示す。図３において、路線番号１〜８は図２の丸付き数字で示す路線番号１〜８に対応している。図３に示すように、路線番号１〜８での真空管路１０２の管径（ｍｍ）、管路長（ｍ）、総水量（ｍ³／ｈｒ）、リフト個数、総リフト高さが設定され、摩擦損失（ｋＰａ）、摩擦損失率（ｋＰａ／１００ｍ）、動的状態での圧力損失（ｋＰａ）、静的状態での圧力損失（ｋＰａ）が計算される。

図４、図５は、この真空管路１０２の末端部Ａでの圧力の代表的な時間変動パターンを示す。以下、図２に示すように、真空管路１０２の末端部Ａに圧力監視手段１０５を設置し、その圧力変動データを採取する場合を想定して本発明に係る真空管路の圧力監視方法を説明する。図３の圧力損失計算結果から、真空管路１０２の末端部Ａでの動的圧力損失の最大値は１９．２６２ｋＰａである。この最大圧力損失値を用いて真空ステーション１０３の運転圧力を−６０ｋＰａとした場合の末端部Ａの到達圧力Ｐ１を試算すると
Ｐ１＝−６０＋１９．２６２＝−４０．７３８（ｋＰａ）
となる。

一方、真空式下水道システムの実際の運転においては、末端部Ａの地点で真空管路１０２の管内圧力は図４のＰ_Aに示すように一定ではなく、真空弁の開閉、時間帯、流入汚水量などにより変動するが、図３の上述した圧力損失計算結果から算出した末端部Ａの到達圧力Ｐ１を重ね合わせて比較すると、本真空式下水道システム１００が正常に運転している場合には、基本的に管内圧力Ｐ_Aは水理計算で導かれる到達圧力（基準値）Ｐ１より高くなることはなく、常に到達圧力Ｐ１より低い（Ｐ１＞Ｐ_A）値を示す。

図５は末端部Ａの真空弁で開放事故が起こった場合を例示している。事故発生箇所から大量の空気が流れ込むことから、真空管路１０２の末端部Ａの管内圧力Ｐ_Aは圧力損失計算結果で想定された上記到達圧力（基準値）Ｐ１より高く（Ｐ_A＞Ｐ１）なる。このような方法で圧力損失計算結果から導かれる到達圧力Ｐ１と、実際の末端部Ａの管内圧力Ｐ_Aの変動を比較し、真空式下水道システムの運転状況を監視することが可能である。

このような圧力監視手段１０５を真空管路１０２の末端部だけでなく、真空管路１０２の中間部に複数設置して圧力変動データを採取することで、同様に実際の管内圧力と圧力損失計算結果から導かれる到達圧力との比較を各地点で行うことができる。その圧力比較の乖離傾向をみることで異常の発生区間を特定することができる。この方法は通報装置と組み合わせて常設の異常監視通報装置として構築する場合だけでなく、維持管理において真空式下水道システム全体の機能を総合的に診断するために随時実施することが可能である。

図６は上記異常監視通報装置のシステム構成例を示す図である。図示するように、圧力監視手段１０５はそれぞれＰＨＳ無線通報装置１２０に接続され、各ＰＨＳ無線通報装置１２０は一般電話回線１２１を介して、自治体が自主管理している場合は、自治体の管理用コンピュータ１２２や管理要員が携帯する携帯電話機１２３や固定電話機１２４に接続できるようになっている。また、管理委託している場合は２４時間監視センターの監視用コンピュータ１３０に接続できるようになっている。圧力監視手段１０５は真空管路１０２の末端部Ａの管内圧力Ｐ_Aを監視し、該管内圧力Ｐ_Aが図５に示すように、圧力損失計算結果から導かれる到達圧力Ｐ１を超えて上昇した場合、異常と判断し、携帯電話機１２３や固定電話機１２４を呼び出し、音声で通報したり、管理用コンピュータ１２２や２４時間監視センターの監視用コンピュータ１３０に通報すると共に、圧力変動等の各種データを送信する。

圧力監視手段１０５として管内圧力を検出する圧力発信器と、該発信器が検出した圧力変動データを自動的に記録する自動データ記録機能（データロガー機能）とこの圧力変動と図３の圧力損失計算書から予測される圧力値と比較して監視する機能を有するデータ自動記録・圧力監視装置を利用すれば、連続的に圧力変動を監視することが可能となるため、様々な圧力変動パターンの採用が可能であり、比較検討が容易にできる。

また、圧力監視手段１０５として圧力スイッチを用いることで更に安価な異常監視通報装置を構築することができる。この場合は圧力スイッチの設置地点に応じた上記圧力損失計算結果から導かれる到達圧力Ｐ１を該圧力スイッチの圧力設定値とし、タイマーを組み合わせて一定時間の間、設定圧力値以上に管内圧力が上昇したことを検出した場合に警報とすることが可能となる。いずれの場合も圧力監視手段１０５で採取したデータをもとに異常か否かを判断し、通報装置で通報できるようにすることにより、任意の場所に異常を通報することが可能となる。

具体的な真空管路内の圧力変動データの採取地点としては、図１の真空弁ユニット１０１、図７の区間弁１０６、点検口の圧力取り出し口等真空管路１０２の途中から圧力を取り出せる場所を選定することができる。但し、真空管路１０２の縦断形状として各圧力取出し口の間の真空管路１０２にリフトや分岐落差がある場合には、明確に各点の圧力に差が生じるが、管路が自然流下勾配の箇所では各点の圧力差が生じにくい場合が考えられる。そこで、真空管路１０２の分岐部や一定間隔ごとに逆止弁を設置し、該逆止弁の上流側に圧力取出し口を設けると、各地点の圧力差が明確となるため管路の縦断形状によらず、確実に異常の発生区間を特定することができる。

図８は真空管路１０２に設けた区間弁１０６の真空上流側に圧力スイッチ１０７を設けた例を示す図である。圧力スイッチ１０７は真空管路１０２の管内圧力が図３の圧力損失計算書から予測される圧力値に基づいて設定された設定圧力値以上に管内圧力が上昇し、それがタイマー（図示せず）に設定した所定時間継続した場合、ＰＨＳ無線通報装置１２０を介して異常を通報する。おな、ここでは無線式で通報しているが、「現場通報式」でも「専用線通報式」でもよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載のない何れの形状・構造・材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。

真空式下水道システムの真空弁ユニット配列構成例を示す図である。 本発明に係る真空管路の圧力監視方法を実施する真空式下水道システムの一平面構成例を示す図である。 図２に示す真空式下水道システムの真空管路の圧力損失計算書を示す図である。 図２に示す真空式下水道システムの真空管路の末端部Ａでの圧力の代表的な時間変動パターンを示す図である。 図２に示す真空式下水道システムの真空管路の末端部Ａでの圧力の代表的な時間変動パターンを示す図である。 本発明に係る真空管路の異常監視通報装置のシステム構成例を示す図である。 真空式下水道システムの区間弁の配列構成例を示す図である。 圧力監視手段に圧力スイッチを用いた例を示す図である。

符号の説明

１０１ 真空弁ユニット
１０２ 真空管路
１０３ 真空ステーション
１０４ 自然流下管路
１０５ 圧力監視手段
１０６ 区間弁
１０７ 圧力スイッチ
１２０ ＰＨＳ無線通報装置
１２１ 一般電話回線
１２２ 管理用コンピュータ
１２３ 携帯電話機
１２４ 固定電話機
１３０ 監視用コンピュータ

Claims (5)

1. 真空管路の各系統の末端部及び中間部の圧力値を採取し、該採取した末端部又は中間部の圧力値と前記真空管路の圧力損失計算書から予測される当該末端部又は中間部の圧力値とを比較することにより、前記真空管路の圧力状況を監視することを特徴とする真空管路の圧力監視方法。
2. 真空管路の各系統の末端部及び中間部に圧力監視手段を設け、該圧力監視手段で前記末端部又は中間部の圧力値を採取すると共に、該採取した末端部又は中間部の圧力値と前記真空管路の圧力損失計算書から予測される当該末端部又は中間部の圧力値とを比較して前記真空管路の圧力状況を監視し、圧力状況が異常と判断した場合、通信装置を介して所定場所に通報することを特徴とする真空管路の異常監視通報装置。
3. 請求項２に記載の真空管路の異常監視通報装置において、
   前記圧力監視手段は、前記末端部又は中間部の圧力値を検出する圧力発信器と、該圧力発信器で検出した圧力値を自動的に記録すると共に、該圧力値と前記真空管路の圧力損失計算書から予測される当該末端部又は中間部の圧力値とを比較して前記真空管路の圧力状況を監視するデータ自動記録・圧力監視装置を備えたことを特徴とする真空管路の異常監視通報装置。
4. 請求項２に記載の真空管路の異常監視通報装置において、
   前記圧力監視手段は、前記末端部又は中間部の圧力値が前記真空管路の圧力損失計算書から予測される圧力値に基づいて設定された設定圧力値を当該末端部又は中間部の圧力値が超えた場合にＯＮ又はＯＦＦとなる圧力スイッチであることを特徴とする真空管路の異常監視通報装置。
5. 請求項２乃至４のいずれか１項に記載の真空管路の異常監視通報装置において、
   前記真空管路に逆止弁を設置したことを特徴とする真空管路の異常監視通報装置。

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