JP2003294502A

JP2003294502A - 下水管内の下水流量の測定装置

Info

Publication number: JP2003294502A
Application number: JP2002101587A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kobayashi; 武小林; Kimihiko Tsuchiya; 公彦土屋
Original assignee: Ueda Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Ueda Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2002-04-03
Filing date: 2002-04-03
Publication date: 2003-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】下水と非接触に埋設下水管内に設置すること
ができ、装置の構成が簡単で、小型化が可能である、下
水管内の下水流量の測定装置を提供すること。【解決手段】下水と非接触に埋設下水管内に設置する
超音波送受信器、及び該超音波送受信器に電気的に接続
されていて、該超音波送受信器が設置される埋設下水管
について個別に設定される下水の流速を求める計算式の
入力と記憶が可能で、上記超音波送受信器からの下水の
水面への超音波の送受信により測定、算出される下水の
水深と、上記計算式とから下水の流量を算出する演算装
置を含む下水管内の下水流量の測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水管内の下水流
量の測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】家庭などから排出される下水についての
下水道使用料金は、上水道使用料金に一定の比率を乗じ
て得られる額に設定されている。この下水道使用料金に
は、各家庭が実際に排出する下水の量が反映されていな
い。このため、各家庭から実際に排出される下水流量の
測定が試みられている。

【０００３】家庭から排出される下水は、各家庭の敷地
内に埋設された下水管を通り、下水道本管へと接続され
る一本の下水管に集められる。一般に、この下水管と下
水道本管との接続部は、公共マスと呼ばれている。公共
マスには、各家庭から排出される全ての量の下水が流入
する。公共マスには、下水管の保守、メンテナンスのた
めに、埋設された下水管と地表とを結ぶ、立管と呼ばれ
る管が付設されている。従って、下水道本管へと接続さ
れている前記下水管に、立管の地表側開口部から流量測
定装置を挿入して下水流量の測定をすれば、各家庭が排
出する下水の量を知ることができる。主に家庭用の、直
径が１００〜２００ｍｍの下水管を流れる下水の流量を
測定する装置は、市販されていない。

【０００４】図１は、従来の超音波ドップラ式下水流量
測定装置の一例を説明する図である。図１に示すよう
に、下水流量測定装置１２は、下水管１１の底部に設置
される。下水流量測定装置１２は、下水１３の流速と流
水断面積とから、下水流量を算出する。

【０００５】従来の下水流量測定装置においては、下水
の流速を測定するセンサとしては、超音波送受信器が用
いられている。そして下水の流速を測定するために、流
量測定装置１２が備える超音波送受信器により、図１に
記入した矢印が示すように、下水中から下水の水面に向
かって超音波を送信する。送信された超音波は、下水１
３の水面において反射され、前記の超音波送受信器によ
り受信される。送信された超音波の周波数は、下水１３
が移動しているために、ドップラ効果により下水の流速
に応じて変化する。従って、受信された超音波の周波数
から、下水の流速を算出することができる。一方、流水
断面積の算出に必要な下水１３の水深を測定するセンサ
としては、水深計（水位計）や圧力計が用いられてい
る。

【０００６】従来の下水流量測定装置には、三つの問題
がある。第一の問題は、下水流量を得るために、二つの
センサ（超音波送受信器と水深計）が必要なことであ
る。これにより、下水流量測定装置の構成が複雑とな
り、必然的に装置が大型化して、その製造コストが高く
なる。

【０００７】第二の問題は、超音波送受信器により受信
された超音波の周波数から下水の流速を得るためには、
複雑な演算を要することである。これにより、流量を演
算する回路の構成が複雑となり、前記と同様に、必然的
に装置が大型化して、その製造コストが高くなる。

【０００８】第三の問題は、下水流量測定装置を下水中
に設置するために、装置が下水の流れを妨げ、下水流量
の測定精度を低下させることである。また、下水流量測
定装置に、下水中の固形物などが付着するなどするた
め、頻繁なメンテナンスが必要となる問題もある。

【０００９】特開平１１−３５１９２４号公報には、下
水道本管のような大型下水管用の下水流量測定装置が記
載されている。この公報に記載の下水流量測定装置は、
大型下水管の下水の水面の上方に、下水とは非接触に設
置される。そして下水の流速を測定するために、超音波
などのエネルギー波を用いたドップラ式のセンサが用い
られている。そして、流水断面積の算出に必要な下水の
水深を測定するために、下水の水面への、前記と同様の
エネルギー波の送受信を行ない、この送受信に要する時
間から水深を算出するセンサが用いられている。この下
水流量測定装置により、上記の第三の問題は解決される
が、依然として、第一と第二の問題は解決されていな
い。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、下水
と非接触に設置することができ、装置の構成が簡単で、
小型化が可能である、下水管内の下水流量の測定装置を
提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、規定によ
り、各家庭の下水管は、下水管の形状、材質、そして設
置勾配などが、定められた基準を満足するように埋設さ
れ、その詳細が、施工図面等に記録されていることに注
目した。なかでも、下水管を掘り起こさなくとも、施工
図面等から、下水管の勾配（傾き）が把握できることに
注目した。

【００１２】さらに、農業用水路などの大型の水路を流
れる水の流量測定のために、水の水深を測定し、測定さ
れた水深と、用水路の形状、材質、そして勾配などか
ら、流量を算出する流量測定装置が知られていることに
も注目した。この流量測定装置においては、水深を測定
するセンサとして、水深計や超音波送受信器が用いられ
ている。

【００１３】本発明者は、この様な流量測定装置の流量
の測定原理を用い、下水管の下水の水深のみを測定し、
測定された水深と、施工図面等に記載されている下水管
の形状、材質、そして勾配などから、下水流量を算出す
ることにより、上記の問題の全てが解決できる、下水流
量測定装置を提供できることを見出した。

【００１４】本発明は、下水と非接触に埋設下水管内に
設置する超音波送受信器、及び該超音波送受信器に電気
的に接続されていて、該超音波送受信器が設置される埋
設下水管について個別に設定される下水の流速を求める
計算式の入力と記憶が可能で、上記超音波送受信器から
の下水の水面への超音波の送受信により測定、算出され
る下水の水深と、上記計算式とから下水の流量を算出す
る演算装置を含む下水管内の下水流量の測定装置にあ
る。

【００１５】本発明の下水管内の下水流量の測定装置の
好ましい態様を、以下に記す。（１）上記の流速を求める計算式が、下水の水深の関数
である。（２）超音波送受信器が、一対の超音波トランスデュー
サを含んでなる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の下水流量測定装置を、添
付の図面を用いて説明する。図２は、本発明に従う下水
流量測定装置の基本構成とその使用の形態を説明する図
である。図２の下水流量測定装置は、下水２３と非接触
に設置された超音波送受信器２２と、演算装置２４など
から構成されている。演算装置２４は、立管２７の内壁
面に設置されている。超音波送受信器２２と演算装置２
４とは、電気配線により電気的に接続されている。超音
波送受信器２２と演算装置２４は、固定具２５により連
結されている。固定具２５の内部には、前記の電気配線
が収容されている。

【００１７】下水２３の流速を測定するために、超音波
送受信器２２は、図２に記入した矢印が示すように、下
水の水面へ向かって超音波を送信し、そして水面に反射
された超音波を受信する。この超音波の送受信に要する
時間は、下水２３の水深が浅くなるほど長くなる。従っ
て、超音波の送受信に要する時間を測定することによ
り、測定された時間から、下水２３の水深を算出するこ
とができる。本発明の下水流量測定装置には、水深を測
定するセンサとして、他の水深計より小型化が容易であ
る超音波送受信器２２を用いている。

【００１８】演算装置２４は、埋設下水管２１について
個別に設定される、下水２３の流速を求める計算式の入
力と記憶が可能な構成とされている。そして、演算装置
２４は、上記の超音波送受信器２２からの下水２３の水
面への超音波の送受信により測定、算出された下水の水
深の値と、上記計算式とから、下水２３の流量を算出す
る。

【００１９】次に、演算装置２４に記憶される、下水２
３の流速を求める計算式について説明する。下水２３の
流速を求める計算式は、前記の農業用水路用の流量測定
装置に用いられる計算式（一般に、マニングの公式と呼
ばれている）と同様である。マニングの公式に従うこと
により、前記のように算出された下水２３の水深から、
下水の流速を算出することができる。

【００２０】マニングの公式に従った、下水の水深から
流速を求める計算式の例を、下記式（Ｉ）に示す。な
お、下水の水深ｍ以外の定数の意味を理解し易いよう
に、図３を添付した。図３は、流速などを求める計算式
の定数を説明する図である。図３（ａ）は、下水が流れ
る下水管の一部切り欠き斜視図である。図３（ｂ）は、
図３（ａ）の下水管３１を、その中心軸に垂直な方向に
沿って切断した場合の断面図である。

【００２１】

【数１】（Ｉ）流速ｖ［ｍ／ｓ］＝ｍ^2/3×ｉ^1/2／ｎ

【００２２】流水断面積Ｓは、下水の水深ｍから、下記
式（II）により算出される。

【００２３】

【数２】（II）流水断面積Ｓ＝πｒ²×θ／１８０−
（ｒ−ｍ）²ｔａｎθ

【００２４】下水流量Ｑは、得られた下水の流速ｖ及び
流水断面積Ｓから、下記式（III)により算出される。演
算装置２４に、流量を直接求める計算式を入力、記憶さ
せることもできる。

【００２５】

【数３】（III)下水流量Ｑ［リットル／分］＝ｖ×Ｓ×
６０×１０³

【００２６】式（Ｉ）〜式（III)において、ｉは、下水
管の傾きを表し；ｎは、管状体の材質により定まる粗度
係数を表し；ｒは、下水管の内側面の半径を表し；θ
は、図（３）ｂに示す角度［ｄｅｇ］を表し、θ＝ｃｏ
ｓ^-1（（ｒ−ｍ）／ｒ）として、算出される。

【００２７】以上の計算式を用いて、下水の水深と、下
水管埋設施工図面及び下水管の形状や材料から定まる定
数とから、下水の流量を算出できる。従って、本発明の
下水流量測定装置に必要なセンサは、下水の水深を求め
るための超音波送受信器のみである。

【００２８】なお、上記の式は、マニングの公式に従っ
て、下水流量を算出するための計算式の一例である。例
えば、下水管の断面が、円以外の特殊な形状をしている
ような場合には、マニングの公式に従った、別の計算式
を用いることができる。

【００２９】図４は、本発明に従う下水流量測定装置の
一例の構成を示すブロック図である。図４の下水流量測
定装置は、超音波送受信器と演算装置などから構成され
ている。超音波送受信器は、超音波トランスデューサ４
８と超音波トランスデューサ４９を備えている。そして
演算装置は、受信波位置検出器４４、パラメータ設定器
４５、そして流量計算器４６を備えている。

【００３０】以下、図４を用いて、下水流量測定装置の
構成と動作を、簡単に説明する。流速ｖを得るために、
先ず、超音波音波発生器４１及び超音波トランスデュー
サ４８により、下水へ超音波を送信する。送信された超
音波は、下水の水面で反射され、そして超音波トランス
デューサ４９により受信される。超音波トランスデュー
サ４９は、受信した超音波を、電気信号に変換する。こ
の電気信号を、受信回路器４２で増幅し、検波器４３で
波形を整える。受信波位置検出器４４は、前記の超音波
の送受信に要する時間の測定を行なう。一方、パラメー
タ設定回路４５から、施工図面等から得られる下水管の
形状などのデータが入力される。そして、流量計算器４
６には、前記流速の計算式などが入力、記憶されてい
る。流量計算機４６は、受信波位置検出回路４４から得
られる時間と、パラメータ設定回路４５から得られる下
水管に関する情報をもとにして、下水の流量を算出す
る。また、温度センサ４０の付設により、超音波の音速
の外気温による変動を補正して、より正確な下水流量の
測定が可能となる。

【００３１】図４の下水流量測定装置の、超音波トラン
デューサを二つ備えた超音波送受信器の一例の構成を、
図５に示す。超音波送受信器は、一つのトランスデュー
サを用いて構成することもできる。下水流量が多い場合
には、超音波送受信器と下水の水面との距離が短くな
り、超音波送受信器を一つのトランスデューサを用いて
構成すると、超音波を送信中に、下水の水面から反射さ
れた超音波が受信されるなどの問題を生じる場合があ
る。このような場合には、図５に示すように二つのトラ
ンデューサを備えた超音波送受信器を用いることが好ま
しい。なお、超音波トランスデューサを一つ備えた超音
波送受信器も、下水管の内径が大きく、下水の水量が少
ない場合には、前記の問題を生ずることなく、下水流量
の測定に十分用いることができる。超音波送受信器に
は、防水加工を施したり、音響整合材を付設することも
できる。

【００３２】図６に、本発明に従う下水流量測定装置の
使用の形態の一例を示す。図６に示すように、超音波送
受信器６２は、下水管６１の内壁面の下水と非接触な位
置に設置されている。そして演算装置６４は、立管６７
の内壁面に設置されている。本発明に従う下水流量測定
装置は、装置の構成が簡単で、小型化が容易である。こ
のため、流量測定装置を、下水管６１を掘り起こすこと
なく、立管６７の地表側の開口部から挿入でき、容易に
設置が可能である。演算装置６４は、下水管内の水分を
避けるために、下水管の外部に設置することもできる。
この場合、超音波送受信器６２と演算装置６４は、無線
により電気的に接続されていてもよい。

【００３３】図７に、本発明に従う下水流量測定装置の
使用の形態の別の一例を示す。図７に示すように、立管
の蓋６８の内側面に演算装置６４を固定し、これに固定
具６５を介して超音波送受信器６２を固定することもで
きる。図７に示すように、超音波送受信器６２は、下水
６３と非接触に設置されれば、その設置位置に特に制限
はない。図７の下水流量測定装置は、装置を立管の蓋６
８に設置するだけで、流量測定が可能となる。

【００３４】図８に、本発明に従う下水流量測定装置の
使用の形態のさらに別の一例を示す。図８に示すよう
に、立管の蓋６８に演算装置６４と超音波送受信器６２
を固定することにより、流量測定装置の設置が容易とな
る。また、予め下水流量測定装置と、蓋６８とを一体と
して、流量測定の準備をすることもできる。これによ
り、蓋６８と、予め準備された下水流量測定装置付きの
蓋とを交換するのみで、直ちに流量測定をすることがで
きる。

【００３５】本発明において、超音波送受信器と演算装
置とは電気的に接続されるが、「電気的接続」には、前
述のように無線で接続することも含まれる。両者を無線
で接続することにより、各家庭の下水管には下水流量測
定装置の超音波送受信器のみを設置しておき、下水量を
検針する者が演算装置を携帯しながら、各家庭の下水量
を検針していくことが可能となる。これにより、各家庭
に下水流量測定装置を設置する場合に、設置に要する費
用を大幅に削減することができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明の下水流量測定装置は、下水の流
れを妨げないため、高い精度で下水の流量を測定ができ
る。そして、装置の構成が簡単であるために、小型化が
容易であり、製造コストも抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の超音波ドップラ式下水流量測定装置の一
例を説明する図である。

【図２】本発明に従う下水流量測定装置の基本構成とそ
の使用の形態を説明する図である。

【図３】下水の流速などを求める計算式の定数を説明す
る図である。

【図４】本発明に従う下水流量測定装置の一例の構成を
示すブロック図である。

【図５】本発明に従う下水流量測定装置の超音波送受信
器の構成例を示す図である。

【図６】本発明に従う下水流量測定装置の使用の形態の
一例を示す図である。

【図７】本発明に従う下水流量測定装置の使用の形態の
別の一例を示す図である。

【図８】本発明に従う下水流量測定装置の使用の形態の
別の一例を示す図である。

【符号の説明】

１１下水管１２超音波ドップラ式下水流量測定装置１３下水２１、３１、６１下水管２２、６２超音波送受信器２３、３３、６３下水２４、６４演算装置２５、６５固定具２６、６６地表２７、６７立管４０温度センサ４１送信波発生器４２受信回路器４３検波器４４受信波位置検出器４５パラメータ設定器４６流量計算器４７データ出力器５１ケース５２超音波送受信器５４固定材５５電気配線６８蓋ｉ下水管の傾きｍ下水の水深ｎ下水管の粗度係数ｒ下水管の内側面の半径ｖ下水の流速 θ 角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2D063 EA03 2F014 AC00 FB01 2F030 CC09 CE04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下水と非接触に埋設下水管内に設置する
超音波送受信器、及び該超音波送受信器に電気的に接続
されていて、該超音波送受信器が設置される埋設下水管
について個別に設定される下水の流速を求める計算式の
入力と記憶が可能で、上記超音波送受信器からの下水の
水面への超音波の送受信により測定、算出される下水の
水深と、上記計算式とから下水の流量を算出する演算装
置を含む下水管内の下水流量の測定装置。
【請求項２】上記の流速を求める計算式が、下水の水
深の関数である請求項１に記載の下水管内の下水流量の
測定装置。
【請求項３】超音波送受信器が、一対の超音波トラン
スデューサを含んでなる請求項１に記載の下水管内の下
水流量の測定装置。