特開 2023-180563 水位計測構造及び水位計測器具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023180563

(43)【公開日】2023-12-21

(54)【発明の名称】水位計測構造及び水位計測器具

(51)【国際特許分類】

   E03F 7/00 20060101AFI20231214BHJP

   E03F 3/00 20060101ALI20231214BHJP

【ＦＩ】

E03F7/00

E03F3/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022093958

(22)【出願日】2022-06-09

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 令和０３年０８月１７日から０８月２０日に「下水道展’２１大阪」Ｂｅｙｏｎｄ－みらいを変える！みらいが変わる！－にて展示

(71)【出願人】

【識別番号】592185666

【氏名又は名称】管清工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091410

【弁理士】

【氏名又は名称】澁谷 啓朗

(72)【発明者】

【氏名】猪俣 晶子

【テーマコード（参考）】

2D063

【Ｆターム（参考）】

2D063BA02

2D063BA14

2D063BA37

2D063EA03

(57)【要約】

【課題】下水管等への設置が簡単で安価であり、しかも下水等の水位を常に正確に反映できる水位計測器具を提供する。
【解決手段】水位計測器具９を透明で柔軟なチューブをＴ字状に形成することにより構成する。Ｔ字状のチューブは、透明で柔軟なチューブ本体１７と、このチューブ本体１７の長さ方向中央に接続されてチューブ本体１７と垂直に延びる透明で柔軟な取水用チューブ１９と、を備えている。取水用チューブ１９には、水位計測構造１１を構成したときに下水管１の内面と接触する側の長さ方向中央に取水開口３１を開けておき、取水用チューブ１９の先端側をパテで閉塞する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流水管内を流れる水の水位を計測するための水位計測構造であって、
前記流水管の内周面に周方向に沿って取り付けられた、両上端が開口している透明又は半透明のＵ字状又はＣ字状のチューブ本体と、
前記チューブ本体の下端部から前記流水管の内面の底部に沿って前記流水管の長さ方向下流側に延びる、先端側が閉塞されている取水用チューブと、を備え、
前記取水用チューブは、内部が前記チューブ本体の内部と連通していて、流水管内の水を内部に取り入れる取水開口を有し、
前記取水開口から前記取水用チューブを通り前記チューブ本体内に入り込んでいる前記流水管内の水には、幅方向両側で着色材が浮かべられている、ことを特徴とする水位計測構造。

【請求項2】

前記取水開口は、前記取水用チューブの長さ方向中央又はほぼ中央に形成されている、ことを特徴とする請求項１記載の水位計測構造。

【請求項3】

前記流水管は上下方向に傾斜していて、前記取水用チューブは前記流水管の下降方向を向くように延びている、ことを特徴とする請求項１又は２記載の水位計測構造。

【請求項4】

流水管内を流れる水の水位を計測するための水位計測器具であって、
前記流水管の内周面に周方向に沿って取り付けることができるように形成された透明又は半透明の両端開口のチューブ本体と、
前記チューブ本体の長さ方向中央にこのチューブ本体と垂直に延びるように設けられた、先端側が閉塞されている取水用チューブと、を備え、
前記取水用チューブは、前記チューブ本体を前記流水管の内周面に取り付けると、前記流水管の内面の底部に沿って前記流水管の長さ方向下流側に延びるように設けられていて、
前記取水用チューブは、内部が前記チューブ本体の内部と連通し、前記流水管内の水を内部に取り入れる取水開口が形成されている、ことを特徴とする水位計測器具。

【請求項5】

前記チューブ本体の両側に着色材を注入できるように構成されている、ことを特徴とする請求項４記載の水位計測器具。

【請求項6】

前記チューブ本体は、前記取水用チューブを接続するための三方継手を備え、前記三方継手の一対の接続口に接続された一対の本体用チューブを有していて、
前記取水用チューブは前記三方継手の別の接続口に接続されている、ことを特徴とする請求項４又は５記載の水位計測器具。

【請求項7】

前記チューブ本体には前記流水管の内周面にこのチューブ本体を押し付けて固定設置するための線状のバネ材が挿入されている、ことを特徴とする請求項４記載の水位計測器具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、下水管等の流水管の内部を流れる水の水位を計測する水位計測技術に関する。

【背景技術】

【0002】

各家庭などからの汚水は下水管（汚水管）に流し、雨水は雨水管に集める分流式下水道システムでは、下水管から送られてくる汚水のみを下水処理場で処理し、雨水管からの雨水は川や海に流すことができるので、下水処理場の処理容量を小さく設定できる。しかしながら、下水管に大きな亀裂などが生じていて降雨時に大量の雨水が下水管内に浸入すると、下水処理場に送られる水量が増大し、下水処理場の処理容量を超えてしまうおそれがある。また、このような大量の雨水の下水管内への浸入は下水管からの溢水を引き起こすおそれもある。さらに、下水管の亀裂などから地下水が下水管内に常時浸入している場合には、下水処理場の汚水処理能力を低下させるし、地下水とともに土砂などが下水管内に引き込まれれば、道路の陥没が発生したり、下水管内に堆積した土砂などにより下水管の流下機能が阻害されたりする。

【0003】

そこで、下水管に水位計又は流量計を取り付けて下水管内の水量を監視し、降雨時に水量が大幅に増大するか否かや、深夜にもかかわらずある程度の流量の水が流れているか否かなどを見極めて雨水の浸入発生エリア及び常時浸入水発生エリアを絞り込み、絞り込んだエリアに適切な浸入水対策を施していくといったことが行われている。

【0004】

このような下水管内の水量の監視に用いられる水位計測器具としては、例えば特許文献１に記載されたような計測チューブが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６－９０３７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の水位計測チューブは安価であり、下水管への設置が簡単であるといった特徴を有するが、下水管内の下水の流速が大きい場合、あるいは下水管の勾配が急である場合には、水の出入口が形成されている計測チューブの下端部に流速の大きい下水が衝突することにより水の出入り口に下水の圧力エネルギーが正確に伝わらず、計測チューブ内の下水が下水管内の下水の水位まで上昇しなかったり、下水管内の下水の水位を超えて上昇してしまったりすることが考えられる。

【0007】

そこで本発明は、下水管等への設置が簡単で安価であり、しかも下水等の水位を常に正確に反映できる水位計測構造及びこの水位計測構造に用いる水位計測器具の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この目的を達成するための本発明の水位計測構造は、流水管内を流れる水の水位を計測するための水位計測構造であって、前記流水管の内周面に周方向に沿って取り付けられた、両上端が開口している透明又は半透明のＵ字状又はＣ字状のチューブ本体と、前記チューブ本体の下端部から前記流水管の内面の底部に沿って前記流水管の長さ方向下流側に延びる、先端側が閉塞されている取水用チューブと、を備え、前記取水用チューブは、内部が前記チューブ本体の内部と連通していて、流水管内の水を内部に取り入れる取水開口を有し、前記取水開口から前記取水用チューブを通り前記チューブ本体内に入り込んでいる前記流水管内の水には、幅方向両側で着色材が浮かべられているものである。取水開口は例えば、取水用チューブの下側又は流水管内面底部と向き合う側に形成される。チューブ本体は必ずしも全体が透明又は半透明である必要はない。また、チューブ本体は上端開口が流水管内の水の中に沈まないように形成される。着色材は着色液とすることができ、水と混ざり合わないことが必要であり、例えば油性の液体染料とすることができる。着色材又は着色液と接触したチューブ本体の内面は着色される。チューブ本体は透明性又は半透明性を有するので着色材又は着色液による着色が外側から視認できる。着色材又は着色液はチューブ本体の内面の着色個所が水の中に入っても流れ落ちないものを使用する。

【0009】

流水管内の水をチューブ本体内に取り入れる取水開口はチューブ本体には形成されず、チューブ本体の下端部から流水管又は流水路方向下流側に延びる取水用チューブに形成されている。したがって、取水開口はチューブ本体から下流側に離れて位置しているので、チューブ本体の下端部への流水の衝突が取水開口からのチューブ本体内への水の取り入れに影響するおそれは無いか少ない。

【0010】

取水開口からのチューブ本体内への水の取り入れに支障がないようにするには、取水開口をチューブ本体から十分な間隔をあけて設けるのが好ましいが、チューブ本体内の水の上端は取水開口位置の流水の水位又は水面と等しくなるので、間隔を開けすぎると、チューブ本体内の水の高さ、すなわち着色領域から流水の水位を簡単に判定することが難しくなってしまう。また、取水開口を取水用チューブの先端部に形成すると、取水用チューブの先端部が流水管の底部に強く押し付けられるような状態が生じると、取水開口が塞がってしまい、流水管内の流水の水位に応じたチューブ本体内への水の取り入れができない可能性もある。そこで、取水用チューブを長く又は比較的長く形成しておき、取水開口を取水用チューブの長さ方向中央又はほぼ中央に形成するのが得策である。ここで「ほぼ中央」とは、取水用チューブの基端又は後端から取水用チューブの長さの４０％の位置と取水用チューブの長さの６０％の位置との間を意味し、取水開口を「ほぼ中央」に形成するとは、取水開口の中心が「ほぼ中央」に位置することを意味する。

【0011】

流水管が上下方向に傾斜している場合には、取水用チューブが流水管の下降方向を向いて延びるように水位計測構造を構成することとなる。

【0012】

また、この目的を達成するための本発明の水位計測器具は、流水管内を流れる水の水位を計測するための水位計測器具であって、前記流水管の内周面に周方向に沿って取り付けることができるように形成された透明又は半透明の両端開口のチューブ本体と、前記チューブ本体の長さ方向中央にこのチューブ本体と垂直に延びるように設けられた、先端側が閉塞されている取水用チューブと、を備え、前記取水用チューブは、前記チューブ本体を前記流水管の内周面に取り付けると、前記流水管の内面の底部に沿って前記流水管の長さ方向下流側に延びるように設けられていて、前記取水用チューブは、内部が前記チューブ本体の内部と連通し、前記流水管内の水を内部に取り入れる取水開口が形成されているものである。取水開口は例えば、水位計測器具を流水管内に取り付けたときに、取水用チューブの下側又は流水管内面底部と向き合う側に位置することとなるように形成される。

【0013】

本発明の水位計測器具ではチューブ本体の両側に着色材又は着色液を注入できるように構成される。

【0014】

チューブ本体は、取水用チューブを接続するための三方継手を備え、三方継手（Ｔ形カップリング）の一対の接続口に接続された一対の本体用チューブを有していて、取水用チューブは三方継手の別の接続口に接続されている、ものとして構成できる。

【0015】

チューブ本体には線状のバネ材を挿入しておくことができる。バネ材は流水管の内周面にチューブ本体を押し付けて固定設置する機能を有する。バネ材を用いない場合にはチューブ本体を下水管等の流水管の内周面に取り付けるための例えばステープルを用いることができる。バネ材を用いる場合でもバネ材とともにチューブ本体を下水管等の流水管の内周面に取り付けるための例えばステープルを用いることは可能である。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば流水管内の流水の水位を簡易かつ正確に計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明に係る水位計測構造が設けられた下水管の全体的な構成を示す図である。

【図2】本発明に係る水位計測器具の全体的な構造を示す図である。

【図3】水位計測器具のチューブ本体を湾曲させた場合の斜視図である。

【図4】水位計測構造の構成方法を説明する図である。

【図5】水位計測構造を構成した直後の状態を示す図である。

【図6】下水管内の水の水位が下がった場合を示す図である。

【図7】下水管内の水の水位が上がった場合を示す図である。

【図8】チューブ本体内の下水の残存量が少ない場合の着色領域の下端の状況を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

【0019】

まず、図１を参照して本発明に係る水位計測構造が設けられた下水管の全体的な構造を説明し、図２を参照して本発明に係る水位計測器具の全体的な構成を説明する。

【0020】

下水管（汚水管）１は各家庭などからの排水を下水処理施設（図示せず）まで流すために地中に埋設されているが、この下水管１内を流れる下水３の水位を計測し、雨水や地下水が下水管１内にどの程度浸入しているかを判定するために、下水管１のマンホール５への開口部分７に水位計測器具９を有する水位計測構造１１が構成されている。下水管１及びインバート１３の溝１５は傾斜していて下水３は傾斜に沿って下水管１及びインバート１３の溝１５内を流れる（矢印参照）。

【0021】

水位計測器具９は透明で柔軟なチューブをＴ字状に形成することにより構成されている。Ｔ字状のチューブは、透明で柔軟なチューブ本体１７と、このチューブ本体１７の長さ方向中央に接続されてチューブ本体１７と垂直に延びる透明で柔軟な取水用チューブ１９と、を備え、チューブ本体１７は、一対の透明で柔軟な本体用チューブ２１、２１をそれぞれ、半透明のＴ字形の三方継手（Ｔ形カップリング）２３の一対の口部２５、２５に接続することにより形成され、取水用チューブ１９は三方継手２３の残りの口部２７に接続されていて、チューブ本体１７内には、一方の本体用チューブ２１から他方の本体用チューブ２１に至るまで針金又は金属製バネ材２９が挿入されている（図２ａは針金２９をチューブ本体１７に挿入する前の状態を示し、図２ｂは針金２９をチューブ本体１７に挿入した状態を示す）。チューブ本体１７は全体的には透明で柔軟であるが、三方継手は半透明で硬質プラスチック製である。

【0022】

取水用チューブ１９及び本体用チューブ２１、２１には塩化ビニール製のものを用いることができるが、下水３に長期間浸けておいても変色しないタイナノチューブを用いるのが好ましい。あるいは取水用チューブ１９には塩化ビニール製のものを用い、本体用チューブ２１、２１にはタイナノチューブを用いることもできる。

【0023】

取水用チューブ１９には、水位計測構造１１を構成したときに下水管１の内面と接触する側の長さ方向中央又はほぼ中央に、すなわち取水用チューブ１９の基端から４０ｍｍの位置に取水開口３１が開けられ、先端開口に栓材料（パテ）３３が取り付けられていて、取水用チューブ１９の先端側は閉塞されている。

【0024】

本体用チューブ２１、２１はそれぞれ、外径がほぼ８ｍｍ、内径がほぼ６ｍｍ、長さがほぼ２５０ｍｍであり、取水用チューブ１９は、外径がほぼ８ｍｍ、内径がほぼ６ｍｍ、長さがほぼ９０ｍｍであって、取水開口３１は直径がほぼ３ｍｍ又はほぼ４ｍｍである。ただし、本体用チューブ２１や取水用チューブ１９の寸法は、対象の下水管１の大きさに応じて設定される。

【0025】

このような水位計測器具９は、下水管１の内面に取り付ける前に、本体用チューブ２１、２１を針金２９とともに円弧状又はＣ字状に湾曲させ、針金２９を取り付け対象の下水管１の内面よりも曲率半径が大きい状態に塑性変形させておく（図３参照）。

【0026】

次に、図1及び図４を参照して水位計測器具９を下水管１の開口部分７の内周面３５に取り付けて水位計測構造１１を構成する場合を説明する。なお、図４では針金２９の図示は省略している。

【0027】

図３に示すようにチューブ本体１７又は本体用チューブ２１、２１を円弧状又はＣ字状に湾曲させた水位計測器具９を、チューブ本体１７又は本体用チューブ２１、２１が下水管１の管路方向（図１の矢印参照）と直角となり、取水用チューブ１９が下水管１の内周面３５の底部３７に沿って下流側に延びるようにして、下水管１の開口部分７の内周面３５に取り付ける（図１の部分拡大図参照）。水位計測器具９を取り付けるには、チューブ本体１７を図３に示す状態よりも小径に弾性変形させて水位計測器具９を下水管１の開口部分７内に配置し、チューブ本体１７への縮径力を解除する。そうすると、チューブ本体１７が針金２９の弾性復帰力によって拡径し、下水管１の内周面３５に押し付けられる（図４ａ）。それから、チューブ本体１７の直角度合や取水用チューブ１９の真直度合を微調整して水位計測器具９を下水管１内に設置する。なお、針金２９を用いない場合には、例えばステープルＡを用いて図４に示す状態にチューブ本体１７を下水管１に取り付けることとなる。

【0028】

チューブ本体１７は下水管１の内周の８割程度の長さに形成される。ここでは下水管１の内径は２００ｍｍなので、チューブ本体１７の長さ又は本体用チューブ２１、２１の長さは約５００ｍｍである。

【0029】

チューブ本体１７は幅方向両側の上端が開口し、取水用チューブ１９に形成された取水開口３１は下水管１の内周面３５の底部３７に接近し、一部接触し又は接触状態となっていて、チューブ本体１７又は本体用チューブ２１、２１の内部は三方継手２３を介して取水用チューブ１９の内部と連通し、取水用チューブ１９の内部、したがってチューブ本体１７又は本体用チューブ２１、２１の内部はこの取水開口３１を介して下水管１の底部３７個所と連通している。したがって、チューブ本体１７内には下水管１内の下水３の水位とほぼ一致する水位となるように下水３が入り込む。チューブ本体１７内にはまた、幅方向両側で下水３に浮くように比重の小さな着色液３９を注入する。着色液３９の注入量は、着色液３９が下水管１の高さ方向中央部に位置しているときに（例えば図４ｂ）１０ｍｍ程度の高さとなる量である。着色液３９としては油性の染色液を用いることができ、具体的には赤色の潤滑油用液体染料である株式会社シラド化学の「Ｌｉｑｕｉｄ ｎｅｕｔｒａｌ Ｒｅｄ ＳＳＴ－Ｄ」が用いられている。「Ｌｉｑｕｉｄ ｎｅｕｔｒａｌ Ｒｅｄ ＳＳＴ－Ｄ」は密度０．９１であるが、フルード（希釈液）で４倍に希釈して用いられているので低比重である。

【0030】

チューブ本体１７に着色液３９が入ったシリンジ４０の針を刺し、取水開口３１からチューブ本体１７内に入り込んだ下水３の上側にそれぞれ、着色液３９を注入又は供給する（図４ｂ）。ここでは、水位計測器具９の下水管１への取り付け及び着色液３９の注入は下水３の水位が比較的低い時間帯（深夜を除く）に行うこととなる。

【0031】

次に、図５乃至図７を参照して水位計測構造１１の計測原理を説明する。

【0032】

図５は水位計測構造１１を構成した直後の状態を示している。チューブ本体１７内の下水３の水位又は高さは下水管１内の下水３の水位とほぼ一致している。より詳細には、着色液３９の上面が下水管１内の下水３の水位よりも若干高く位置している。ここで下水管１内の下水３の水位が低下すると、図６に示すように、チューブ本体１７内の下水３の水位又は高さも下水管１内の下水３の水位とほぼ一致するように低下し、着色液３９は下側に移動するが、移動過程でチューブ本体１７又は本体用チューブ２１、２１の内面を赤色に着色して着色領域４１を構成する。次に下水管１内の下水３の水位が上昇すると、図７に示すように、チューブ本体１７内の下水３の水位又は高さも下水管１内の下水３の水位とほぼ一致するように上昇し、着色液３９は上側に移動するが、移動過程でチューブ本体１７又は本体用チューブ２１、２１の内面を赤色に着色して新たな着色領域４１を構成する。着色液３９は水と混合しないので、チューブ本体１７又は本体用チューブ２１、２１に付着した着色液３９は水に触れても流れ落ちない。

【0033】

このようにチューブ本体１７内の着色液３９は、下水管１内の下水３の水位の変動に応じて下水管１内の下水３の水位とほぼ一致するように上下動し、接触したチューブ本体１７又は本体用チューブ２１、２１の内面を赤色に着色する。したがって、チューブ本体１７又は本体用チューブ２１、２１の赤色の着色領域４１の下端Ｌの高さが、計測期間中の下水管１内の下水３の最低水位を表し、チューブ本体１７又は本体用チューブ２１、２１の赤色の着色領域４１の上端Ｈの高さが、計測期間中の下水管１内の下水３の最高水位を表していると考えることができる。

【0034】

下水管１内の下水３の水位から流量を求める場合には、流量は、流れの断面積Ａ×流速Ｖで求まるが、下水３の水位が判明すれば流れの断面積Ａは算出でき、また流速Ｖもマニングの公式を用いてＶ＝１／ｎ×Ｒ２／３×ｉ１／２で算出できる（ここで、ｎは粗度係数、Ｒは径深でありＲ＝流れの断面積Ａ／潤辺Ｓで求まり、潤辺Ｓも下水３の水位から算出できる、ｉは水面勾配）。したがって、下水管１内の下水３の最低水位を用いて下水の最低流量を算出でき、下水管１内の下水３の最高水位を用いて下水３の最高流量を算出できる。そして、算出した最低流量を地下水の常時浸入水量と把握し、あるいは算出した最低流量から地下水の常時浸入水量を把握し、最高流量から雨天時のおおよその雨水浸入水量を把握するようにしてもよい。

【0035】

ところで、下水管１内の下水３の水位が下がり、チューブ本体１７内の下水３の残存量が少なくなると、図８に示すように、両側に位置する下水３と着色液３９との境界がハの字を形成するように変位するので、下水管１内の下水３の水位がチューブ本体１７や取水用チューブ１９の外径に近づいたり、チューブ本体１７や取水用チューブ１９の外径以下となる場合には、下水管１内の下水３の水位と着色領域４１の下端Ｌとの関係が複雑となる。そこで、着色領域４１の下端Ｌがハの字を形成している場合には、一律に所定の最低水位を認定したり、両側の着色領域４１の間隔又は離れ度合いにより下水管１内の下水３の水位を判断したりすることが可能である。したがって、着色領域４１の下端Ｌがハの字を形成している場合には最低流量を直接認定することが好ましい。ここでは、一律に所定の最低流量を認定するという対処も可能ではあるが、両側の着色領域４１の間隔により最低流量を導き出すのが効果的である。両側の着色領域４１の間隔により最低流量を導き出すには、両側の着色領域２３の間隔と流量との関係を実験により求めておき、最低流量の回帰直線又は回帰曲線を回帰分析することが考えられる。なお、下水管１内の下水３の水位がチューブ本体１７の外径に近づいたり、チューブ本体１７の外径以下となる場合には、チューブ本体１７付近での下水３の水位が下水３の他の個所での水位よりも実質的に上昇しているが、取水開口３１がチューブ本体１７から下流側に離れて位置しているので、この水位の上昇が着色領域４１に影響する可能性は少ない。

【0036】

この水位計測器具９又は水位計測構造１１は例えば下水管（流水管）１の勾配が２０パーミル（‰）乃至４０パーミル（‰）の場合に好適に用いることができる。

【0037】

なお、着色領域４１が三方継手２３内や取水用チューブ１９内に及んでいる場合には、着色領域４１が及んでいる範囲に基づき最低水位又は最低流量を把握することができる。

【符号の説明】

【0038】

１ 下水管
３ 下水
９ 水位計測器具
１１ 水位計測構造
１７ チューブ本体
１９ 取水用チューブ
３１ 取水開口
３９ 着色液

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】