特許 7374727 雨水制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-27

(45)【発行日】2023-11-07

(54)【発明の名称】雨水制御システム

(51)【国際特許分類】

   E03F 1/00 20060101AFI20231030BHJP

   G01F 1/28 20060101ALI20231030BHJP

   G01F 1/00 20220101ALI20231030BHJP

   G05D 7/06 20060101ALI20231030BHJP

【ＦＩ】

E03F1/00 Z

G01F1/28 C

G01F1/00 X

G05D7/06 Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019207208

(22)【出願日】2019-11-15

(65)【公開番号】P2021080669

(43)【公開日】2021-05-27

【審査請求日】2022-10-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(72)【発明者】

【氏名】布施 幸則

(72)【発明者】

【氏名】渡部 陽介

(72)【発明者】

【氏名】平野 尭将

(72)【発明者】

【氏名】小島 啓輔

(72)【発明者】

【氏名】隅倉 光博

【審査官】柿原 巧弥

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－１２６９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－２２３８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１０５８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１９４８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表平０８－５０１８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０７９６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１６７８１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０３Ｆ １／００

Ｇ０１Ｆ １／２８

Ｇ０１Ｆ １／００

Ｇ０５Ｄ ７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一時的に貯水された雨水の外部への放流量を調整する雨水制御システムであって、
前記雨水が流入する管路内の上方に取り付けられた荷重を検出するセンサと、前記センサに一端側が連結されると共に他端側が前記管路内の下方に配置され前記管路内を流れる雨水の抵抗を受けるように形成された水受部とを備えた流量計と、
前記管路から流入する雨水を貯水する貯水部に貯水された貯留水の放流量を調整する調整部と、
前記流量計から取得した情報に基づいて、前記管路内を流れる前記雨水の流量を算出すると共に、前記流量に基づいて前記調整部を制御する制御装置と、を備え、
前記貯水部に貯水された前記貯留水を一時的に貯水可能な貯水槽をさらに備え、
前記貯水部は、遊水池、地下調整池で構成され、
前記貯水槽は、建物の地下に設けられていることを特徴とする、
雨水制御システム。

【請求項2】

前記流量計は、前記管路内を流れる雨水の抵抗を受けた前記水受部から伝達された前記一端に加わる荷重を前記センサにより検出し、
前記制御装置は、前記荷重に基づいて前記流量を算出することを特徴とする、
請求項１に記載の雨水制御システム。

【請求項3】

前記貯水部の下流側に設けられた前記貯水槽を備え、
前記制御装置は、前記流量が所定値以上である場合、前記調整部を制御して前記貯水部から前記貯水槽に前記貯留水を放流することを特徴とする、
請求項１または２に記載の雨水制御システム。

【請求項4】

前記貯水部の下流側に設けられた浸透層を備え、
前記制御装置は、前記流量が所定値以上である場合、前記調整部を制御して前記貯水部から前記浸透層に前記貯留水を放流することを特徴とする、
請求項１から３のうちいずれか１項に記載の雨水制御システム。

【請求項5】

前記制御装置は、前記流量が所定値以上である場合、前記調整部を制御して前記貯水部から外部に放流する前記貯留水を制限することを特徴とする、
請求項１から４のうちいずれか１項に記載の雨水制御システム。

【請求項6】

前記制御装置は、前記貯水部の水位を検出する水位計により検出された前記貯留水の水位が所定値以上である場合、前記調整部を制御して前記貯水部から前記貯留水を外部に放流することを特徴とする、
請求項１から５のうちいずれか１項に記載の雨水制御システム。

【請求項7】

前記制御装置は、雨が止んだことが検出された後、所定時間経過後に前記調整部を制御して前記貯水部から前記貯留水を外部に放流することを特徴とする、
請求項１から６のうちいずれか１項に記載の雨水制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、雨水の放流量を調整する雨水制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ゲリラ豪雨と呼ばれるような集中豪雨が発生し、都市の雨水排水インフラが溢れるなどの問題が生じている。そのため、建物に浸透桝、雨水貯留槽などの一時的に雨水を貯留する設備を設け、より一層の雨水の放流量を抑制する取り組みが行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－３０８９２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１には、手洗い場の水や建物の屋上に降った雨水を利用したビオトープが記載されている。特許文献１に記載された技術によれば、集中豪雨が発生して急激に水量が増大する雨水を一時的に貯留し放流量を調整できないという課題がある。また、ビオトープは、既存の設備に大幅な変更を施さなければ適用できない場合がある。

【0005】

本発明は、既存の設備の変更を最小限にすると共に、急激に水量が増加する雨水の放流量を調整できる雨水制御システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の目的を達するために、本発明は、一時的に貯水された雨水の外部への放流量を調整する雨水制御システムであって、前記雨水が流入する管路内の上方に取り付けられた荷重を検出するセンサと、前記センサに一端側が連結されると共に他端側が前記管路内の下方に配置され前記管路内を流れる雨水の抵抗を受けるように形成された水受部とを備えた流量計と、前記管路から流入する雨水を貯水する貯水部に貯水された貯留水の放流量を調整する調整部と、前記流量計から取得した情報に基づいて、前記管路内を流れる前記雨水の流量を算出すると共に、前記流量に基づいて前記調整部を制御する制御装置と、を備え、前記貯水部に貯水された前記貯留水を一時的に貯水可能な貯水槽をさらに備え、前記貯水部は、遊水池、地下調整池で構成され、前記貯水槽は、建物の地下に設けられていることを特徴とする、雨水制御システムである。

【0007】

本発明によれば、水量計が荷重を検出するセンサとセンサに連結された水受部とにより構成されているため、簡素な構成により管路内の雨水の水量を検出できる。また、水量計は、管路内に後付けで設置できるため、既存の設備に大幅な変更を加えることなく雨水の放流量を調整するシステムを構築できる。

【0008】

また、本発明は、前記流量計は、前記管路内を流れる雨水の抵抗を受けた前記水受部から伝達された前記一端に加わる荷重を前記センサにより検出し、前記制御装置は、前記荷重に基づいて前記流量を算出するように構成されていてもよい。

【0009】

本発明によれば、荷重を検出するセンサにより管路内の水量を検出するため、装置構成を簡素化したシステムを構築することができる。

【0010】

また、本発明は、前記貯水部の下流側に設けられた貯水槽を備え、前記制御装置は、前記流量が所定値以上である場合、前記調整部を制御して前記貯水部から前記貯水槽に前記貯留水を放流するように構成されていてもよい。

【0011】

本発明によれば、流量計により雨水の流量が所定値以上であると検出された場合、雨量が所定以上に多いと推定できることから雨水を外部に放流することなく貯水槽に一時的に貯水し、下水管が溢れることを防止できる。

【0012】

また、本発明は、前記貯水部の下流側に設けられた浸透層を備え、前記制御装置は、前記流量が所定値以上である場合、前記調整部を制御して前記貯水部から前記浸透層に前記貯留水を放流するように構成されていてもよい。

【0013】

本発明によれば、流量計により雨水の流量が所定値以上であると検出された場合、集中豪雨等により雨量が所定以上に多いと推定できることから雨水を外部に放流することなく浸透層に一時的に放流し、下水管が溢れることを防止できる。

【0014】

また、本発明は、前記制御装置は、前記流量が所定値以上である場合、前記調整部を制御して前記貯水部から外部に放流する前記貯留水を制限するように構成されていてもよい。

【0015】

本発明によれば、流量計により雨水の流量が所定値以上であると検出された場合、集中豪雨等により雨量が所定以上に多いと推定できることから雨水を外部に放流することなく貯水部に一時的に貯水し、下水管が溢れることを防止できる。

【0016】

また、本発明は、前記制御装置は、前記貯水部の水位を検出する水位計により検出された前記貯留水の水位が所定値以上である場合、前記調整部を制御して前記貯水部から前記貯留水を外部に放流するように構成されていてもよい。

【0017】

本発明によれば、貯水部に一時的に雨水を貯水しても最終的に貯水部が満杯になった場合、貯留水を外部に放流する。

【0018】

また、本発明は、前記制御装置は、雨が止んだことが検出された後、所定時間経過後に前記調整部を制御して前記貯水部から前記貯留水を外部に放流するように構成されていてもよい。

【0019】

本発明によれば、雨が止んだ後、下水管の容量に余裕ができた時期に貯水部から貯留水を外部に放流することで、降雨時の下水管が溢れることを防止できる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、既存の設備の変更を最小限にすると共に、急激に水量が増加する雨水の放流量を調整できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施形態に係る雨水制御システムの構成を示す図である。

【図2】制御装置の構成を示すブロック図である。

【図3】流量計の構成を示す図である。

【図4】流量計の出力値と雨水の流速との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る雨水制御システムの実施形態について説明する。

【0023】

図１に示されるように、雨水制御システム１は、建物Ｂにおいて貯水設備Ｐに集められた雨水の放流を制御するシステムである。雨水制御システム１は、降雨時に降雨量に応じて建物Ｂから放流される雨水の水量を調整し、下水管Ｕに流入する雨水を低減する。

【0024】

雨水制御システム１は、雨水Ｗに関する情報を検出する検出部１０と、貯水設備Ｐに集められた雨水Ｗの貯水量を調整する調整部２０と、検出部１０による検出結果に基づいて調整部２０を制御する制御装置３０とを備える。検出部１０は、雨水Ｗの流量を検出する流量計１１、建物Ｂの周囲の環境を観測する観測装置１２と、貯水設備Ｐの水位を検出する水位計１４とを備える。調整部２０は、排水ポンプ２１と水門２２とを備える。

【0025】

雨水制御システム１が適用される建物Ｂは、ビルやマンション等の構造物である。建物Ｂは、屋上Ｂ１に観測装置１２が設けられている。建物Ｂは、屋上Ｂ１に降った雨水が流入する管路Ｄを備える。管路Ｄは、建物Ｂに鉛直方向に沿って配管された鉛直部Ｄ１と地中や地表面において上流側が鉛直部Ｄ１と接続され、下流側が貯水部Ｐ１に接続された水平部Ｄ２とを備える。水平部Ｄ２には、下流側が低くなるように勾配が付けられている。水平部Ｄ２の途中には、雨水の流量を検出する流量計１１が設けられている。

【0026】

管路Ｄの下流側には、貯水部Ｐ１が設けられている。貯水部Ｐ１の下流側には、水門２２が設けられている。水門２２の下流側には、調整池Ｐ４が設けられている。調整池Ｐ４の下流側には、最終桝Ｘが設けられている。最終桝Ｘの下流側は、下水管Ｕに接続されている。貯水部Ｐ１には、排水ポンプ２１が設けられている。排水ポンプ２１は、貯水槽Ｐ２及び浸透層Ｐ３に接続されている。

【0027】

貯水部Ｐ１は、管路Ｄから流入する雨水を一時的に貯水する貯水設備である。貯水部Ｐ１は、例えば、遊水池、遊水地、地下調整池等である。貯水部Ｐ１は、下水管Ｕへ流入する雨水を減少させるため、雨水を一時的に貯めて調整し、降雨が終わった後に放流量を調整しつつ下水管Ｕに雨水を放流する。貯水部Ｐ１から放流される雨水の放流量は、水門２２により調整される。水門２２は、後述のように制御装置３０により制御される。貯水部Ｐ１に貯水された雨水の水位は、水位計１４により検出され、排水ポンプ２１によって調整される。

【0028】

排水ポンプ２１は、貯水部Ｐ１から雨水を貯水槽Ｐ２及び浸透層Ｐ３に排水する。排水ポンプ２１は、後述のように制御装置３０により制御される。貯水槽Ｐ２は、建物Ｂの地下に設けられた所定量の雨水を貯水する貯水設備である。浸透層Ｐ３は、地中に設けられ所定量の雨水を浸透させ排水設備に導く設備である。調整池Ｐ４は建物Ｂ、貯水部Ｐ１の規模に応じて適宜設けられる一時的な貯水設備である。浸透層Ｐ２は、例えば、浸透桝、浸透トレンチ、道路浸透桝、透水性舗装、浸透井等である。

【0029】

調整池Ｐ４は、貯水部Ｐ１から放流される雨水を一時的に貯水すると共に、雨水の流速を減速させる。最終桝Ｘは、雨水が下水管Ｕに放流される前に、雨水を一時的に留め、雨水に含まれる異物を沈下させる。上記の建物Ｂの構成により、雨水が貯水される。上述した貯水部Ｐ１、貯水槽Ｐ２、浸透層Ｐ３、及び調整池Ｐ４により貯水設備Ｐが構成される。

【0030】

図２に示されるように、制御装置３０は、例えば、建物Ｂの中央監視室等に設けられ、建物Ｂを監視制御する。制御装置３０は、ネットワークを通じて建物Ｂを遠隔監視するものであってもよい。制御装置３０は、検出部１０から建物Ｂの周囲の環境に関する環境情報を取得する取得部３２と、環境情報に基づいて調整部２０や警報装置２５を制御する制御部３４と、環境情報や制御に関する情報を表示する表示部３６と、環境情報や制御に用いるデータを記憶する記憶部３８とを備える。制御装置３０は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレット型端末装置、スマートフォン等の端末装置により実現される。

【0031】

取得部３２は、無線や有線により流量計１１に設けられたセンサ１１Ａから出力された電気信号を取得するインタフェースである。取得部３２は、有線又は無線デバイスである。流量計１１の構成については、後述する。取得部３２は、観測装置１２から雨量、温度、湿度、日射量、風向、風速等の建物Ｂの周囲の環境に関する観測値のデータを取得する。

【0032】

制御部３４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。

【0033】

プログラムは、予めＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの記憶装置に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることでインストールされてもよい。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

【0034】

制御部３４は、流量計１１から取得した情報に基づいて、管路Ｄ内を流れる雨水の流量を算出すると共に、流量に基づいて制御盤３５を介して調整部２０を制御し貯水部Ｐ１に貯水された貯留水の放流量を調整する。制御部３４は、水位計１４から取得した情報に基づいて、水位に基づいて制御盤３５を介して調整部２０を制御し貯水部Ｐ１に貯水された貯留水の放流量を調整する。

【0035】

制御部３４は、検出部１０から取得した情報に基づいて、制御盤３５を介して警報装置２５を制御し、所定の警報を出力させる。警報装置２５は、回転灯、スピーカ等により構成され、灯火や音声等で警告を出力する。制御部は、検出部１０により取得された情報が所定の閾値以上である場合、警報装置２５を制御して所定の警報を出力させる。制御部３４の処理については後述する。

【0036】

表示部３６は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ等の表示装置により実現される。表示部３６は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレット型端末装置、スマートフォン等の制御装置３０と別体の他の端末装置により実現されてもよい。記憶部３８は、ＨＤＤやフラッシュメモリ、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶装置である。

【0037】

制御盤３５は、制御装置３０に無線や有線により接続されている。制御盤３５は、電源に接続されており、制御装置３０から出力された制御信号に基づいて排水ポンプ２１、水門２２、警報装置２５のスイッチング及び電力供給する。

【0038】

次に、流量計１１の構成について説明する。

【0039】

図３に示されるように、流量計１１は、荷重を検出するセンサ１１Ａと、センサに取り付けられた水受部１１Ｂとを備える。センサ１１Ａは、管路Ｄの水平部Ｄ２内において上方に取り付けられている。センサ１１Ａは、管路Ｄ内において常に雨水Ｗに浸からない管路Ｄ内の最頂部の位置に取り付けられていることが望ましい。センサ１１Ａは、例えば、ロードセルが用いられる。センサ１１Ａは、モーメント荷重を検出するものであってもよいし、１軸荷重を検出するものであってもよい。センサ１１Ａには、水受部１１Ｂの一端側が連結されている。

【0040】

水受部１１Ｂは、例えば、長手方向が上下方向に沿った棒状体や板状体に形成されている。水受部１１Ｂの他端側は、管路内の下方に配置されている。水受部１１Ｂは、管路Ｄ内を流れる雨水Ｗの抵抗を受けるように形成されている。管路Ｄ内において雨水Ｗが流れると、水受部１１Ｂの下端側が雨水Ｗの抵抗を受け、水受部１１Ｂが下流方向に引っ張られる。そうすると、水受部１１Ｂの一端側に連結されたセンサ１１Ａにモーメント荷重が加わる。この荷重は、水受部１１Ｂ他端側が受ける抵抗（応力）に応じて変化する。即ち、センサ１１Ａは、管路Ｄ内を流れる雨水Ｗの水流の流量に応じた電気信号の出力値を出力する。

【0041】

流量計１１は、上記の様に簡便な構成により管路Ｄ内に後付けにより設置できるので、建物Ｂの新築時だけでなく、改修時にも現状の建物Ｂに変更を加えることなく設置できる。流量計１１は、既存の非接触式の超音波流量計のように管路Ｄに直径の１０倍程度の直管部を必要とせず、管路Ｄ内が満水である必要も無く、低廉に管路Ｄ内の雨水Ｗの流量を検出できる。

【0042】

図４に示されるように、センサ１１Ａから出力された電気信号の電圧値と雨水Ｗの流速との間には比例関係がある。制御部３４は、予め計算されたセンサ１１Ａが示す電圧値と雨水Ｗの流速との比例式を記憶部３８から読み出し、センサ１１Ａから出力された電気信号の値に基づいて流速を算出する。制御部３４は、算出した流速を監視する所定時間で積分し、管路Ｄ内を流れる雨水Ｗの流量を算出する。流量計１１は、管路Ｄ内を流れる雨水Ｗの抵抗を受けた水受部１１Ｂから伝達された一端に加わる荷重をセンサ１１Ａにより検出し、制御部３４は、荷重に基づいて雨水Ｗの流量を算出する。

【0043】

制御部３４は、管路Ｄ内の雨水Ｗの流量が所定値以上である場合、排水ポンプ２１を制御して貯水部Ｐ１から貯水槽Ｐ２に貯水部Ｐ１に貯水された貯留水を放流する。制御部３４は、管路Ｄ内の雨水Ｗの流量が所定値以上である場合、排水ポンプ２１を制御して貯水部Ｐ１から浸透層Ｐ３に貯水部Ｐ１に貯水された貯留水を放流してもよい。制御部３４は、管路Ｄ内の雨水Ｗの流量が所定値以上である場合、水門２２を閉じるように制御して貯水部Ｐ１から外部に放流する前記貯留水を制限する。

【0044】

制御部３４は、貯水槽Ｐ２、浸透層Ｐ３に雨水Ｗを放流しても貯水部Ｐ１の水位を検出する水位計１４により検出された貯留水の水位が所定値以上となった場合、水門２２を開放するように制御して貯水部Ｐ１から貯留水を外部に放流する。制御部３４は、観測装置１２による検出結果に基づいて、雨が止んだ後、所定時間経過後に水門２２を開放するように制御して貯水部Ｐ１から貯留水を外部に放流する。

【0045】

上述したように雨水制御システムによれば、簡便な構成の流量計により雨水の放流量を調整することができる。雨水制御システムによれば、建物に水量計を後付けで施工でき、既存の設備の変更を最小限にすることができる。

【0046】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、センサはロードセルの他、荷重を検出するものであれば他のセンサが用いられてもよい。貯水部Ｐ１の水位が所定以上となった場合、貯水部Ｐ１から貯留水をオーバーフローさせるようにしてもよい。また、水門はバルブが用いられてもよい。

【符号の説明】

【0047】

１ 雨水制御システム、１０ 検出部、１１ 流量計、１１Ａ センサ、１１Ｂ 水受部、１２ 観測装置、１４ 水位計、２０ 調整部、２１ 排水ポンプ、２２ 水門、２５ 警報装置、３０ 制御装置、３２ 取得部、３４ 制御部、３５ 制御盤、３６ 表示部、３８ 記憶部、Ｂ 建物、Ｄ 管路、Ｄ１ 鉛直部、Ｄ２ 水平部、ＥＬ 有機、Ｐ１ 貯水部、Ｐ２ 貯水槽、Ｐ３ 浸透層、Ｐ４ 調整池、Ｕ 下水管、Ｗ 雨水、Ｘ 最終桝

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】