JP2002285600A - 排水管システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排水管外から排水管内の汚物や汚水の状態を
検出するための観測手段を備えた排水管システムを提供
する。 【解決手段】 排水管システムにおいて、汚物や汚水が
搬送される排水管と、前記排水管外から前記排水管内の
汚物や汚水の状態を検出して状態信号を出力する観測手
段と、前記状態信号を処理する信号処理手段とを備え
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排水管内の汚物や
汚水の搬送状態を検出して排水管の搬送性能の試験、評
価を行なう排水管システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】生活用水の使用量は近年増加傾向にあ
り、長期的な小雨傾向と相俟って周期的な水不足が懸念
されている。このような現状を背景に各地で節水への取
組みが始まっているが、その取組みとしてはムダ水を減
らすというソフト的な対応と共に、節水型器具を利用す
るというハード的な対応が挙げられる。特に生活用水の
約２０％を占める便器洗浄においては節水要望が高く、
現在では節水便器の導入により従来型と比較して1回の
洗浄に使用する水の量が１／２から１／３まで低減され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】便器の節水化を図るに
当たり最も重要となってくるのが洗浄や排出や搬送性能
である。しかしながら、器具単体での洗浄性能や排出性
能については各器具メーカーが独自に評価基準を設け開
発段階で機能を作り込んでいるのに対し、搬送性能につ
いては設備側及び建築側いずれも充分な評価が行われて
いないのが現状である。建築側の要請により排水管の管
径及び勾配、取り回しは多様になることから、搬送性能
を試験するためには、排水管の施工及び器具の取付けが
完了した後、汚物を想定したある種の代用物を当該器具
から排水管へ排出させ、排水管内での代用物の搬送状態
を観察すると共に搬送距離を測定することが必要とな
る。ところが、施工完了後では排水管が隠蔽されてしま
うため目視による観察ができず、実際の現場では前述の
ような搬送性能の試験は行われていない。本発明は、上
記課題を解決するためになされたもので、本発明の目的
は、排水管外から排水管内の汚物や汚水の状態を検出す
るための観測手段を備えた排水管システムを提供するこ
とにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために、請求項１記載の発明は、汚物や汚水
が搬送される排水管と、前記排水管外から前記排水管内
の汚物や汚水の状態を検出して状態信号を出力する観測
手段と、状態信号を処理する信号処理手段とを備えたこ
とを特徴とする。そうすることにより、排水管が隠蔽さ
れている場合でも排水管外から排水管内の汚物や汚水の
状態が確認できる。さらに、排水管外から排水管内を確
認できることより汚物や汚水による観測手段の腐食や破
壊が抑制されるため、排水管システムの耐久性が向上す
ると共に、観測手段が汚染されないため、排水管システ
ムの保守及び点検を省力化することが可能となる。

【０００５】そして請求項２記載の発明は、汚物や汚水
を受ける衛生設備と、前記衛生設備から洗浄水の水勢に
より汚物や汚水を排出させると共に排出が開始されたと
きに排出開始信号を送信する排出手段と、前記衛生設備
に接続され汚物や汚水を搬送する排水管と、前記排水管
外から前記排水管内の汚物や汚水の状態を検出して状態
信号を出力する観測手段と、排出開始信号に基づき状態
信号の処理を開始する信号処理手段とを備えた排水管シ
ステムであることを特徴とする。そうすることにより、
排水管が隠蔽されている場合でも衛生設備から排出され
た汚物や汚水の排水管内での状態を排水管外から確認で
きる。

【０００６】そして請求項３記載の発明は、請求項１ま
たは２に記載の排水管システムにおいて、観測手段は、
排水管へ電波を送信する送信手段と、送信装置によって
送信した電波とを受信する受信手段により構成され、状
態信号は送信装置が送信した電波と受信装置で受信され
た電波との差分に応じた差分信号であることを特徴とす
る。例えば、検出に使用する電波がマイクロ波である場
合、伝播する媒体によって５０％減衰距離が大きく異な
り、水や水に溶解した排泄物では約１ｍｍ、陶器では約
９０ｍｍ、空気の場合は１０００ｍｍ以上である。この
ため、排水管に向けて送信装置と受信装置とからなる観
測手段を配設し、送信装置によって送信された電波と受
信装置によって受信された電波の差分信号を得ることに
より、排水管内の汚物や汚水の状態を確実に検出するこ
とが可能になる。さらに、電波を用いることにより、可
視光を用いた場合の課題であった汚れによる検出精度の
低下が無く、超音波を用いた場合の課題であった電波媒
体の流動による影響が無いという効果を併せ持つ。

【０００７】そして請求項４記載の発明は、請求項３に
記載の排水管システムにおいて、差分信号が周波数の差
分であることを特徴とする。前述した５０％減衰距離の
相違のために、観測手段が配設された排水管内に空気と
水の界面すなわち自由表面が存在する場合は、送信装置
により送信された電波は水と空気及び空気と排水管内壁
との界面で反射し、受信装置に入射する。もし汚物や汚
水の搬送が自由表面の変動を伴っている場合は、ドップ
ラー効果により送信電波と受信電波の周波数が異なり、
自由表面が静止している場合は同じになる。この性質を
利用して、移動速度を主とした汚物や汚水の搬送状態を
確認することが可能となる。

【０００８】そして請求項５記載の発明は、請求項３に
記載の排水管システムにおいて、差分信号が振幅の差分
であることを特徴とする。前述した５０％減衰距離の相
違のために、観測手段が配設された排水管内に空気が存
在する場合と汚物や汚水が存在する場合では、受信装置
に入射する電波の振幅は異なる。この性質を利用して、
存在比率を主とした汚物や汚水の搬送状態を確認するこ
とが可能となる。

【０００９】そして請求項６記載の発明は、請求項３に
記載の排水管システムにおいて、差分信号が周波数の差
分と振幅の差分であることを特徴とする。周波数信号と
振幅信号を複合処理することにより、汚物や汚水の搬送
状態検出と汚物や汚水の混合状態検出を一つのセンサで
行ったり、あるいは汚物や汚水の状態検出精度を向上さ
せることも可能になる。

【００１０】そして請求項７記載の発明は、請求項３乃
至６に記載の排水管システムにおいて、送信装置と受信
装置がそれぞれ複数個配設されたことを特徴とする。そ
うすることにより、汚物や汚水の状態のみでなく搬送距
離及び搬送時間を測定したり、排水管内の詰まりを検出
することも可能になる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにするために、以下本発明の好適な実施例
について説明する。

【００１２】図１は第一の実施例にかかる排水管システ
ム１の構成を示す概略図である。排水管システム１は、
便器３とロータンク４とからなるタンク密結形便器２
と、制御手段５と、観測手段６と、排水管７とで構成さ
れる。図２はロータンク４の断面図である。ロータンク
４はタンク内に洗浄水を供給するボールタップ８とロー
タンク４に貯溜された洗浄水を便器３へ供給する排水弁
９と排水弁９を作動させると共に作動信号すなわち汚物
や汚水の排出開始信号を制御手段５へ送信する機能を備
えたレバーハンドル１０とで構成される。タンク密結形
便器２の排出口（図示しない）には、観測手段６を具備
した排水管７が接続されている。

【００１３】なお、本実施例では衛生設備としてタンク
密結形便器２を用いている。一般的に大便器は形状や重
量が多様な排泄物及びトイレットペーパーに加えて大量
の洗浄水が排出するため、排水管に接続される衛生設備
の中で最も排水管に負荷を与える設備である。従って、
本発明を適用することにより大便器に起因する不具合を
大幅に減らすことができる。もちろん衛生設備は小便器
や洗面器、ディスポーザなどでもよい。また、排水管７
は建築躯体と干渉しないように９０°エルボや４５°エ
ルボ、インクリーザーなどを用いて適宜取り回してもよ
い。

【００１４】次に、制御手段５と観測手段６の作動につ
いて図３のブロック図を用いて説明する。観測手段６
は、送信装置１１と、送信装置１１から送信され空気や
汚物や汚水により反射された電波を受信する受信装置１
４とで構成される。送信装置１１は送信回路１２と送信
アンテナ１３とからなり、同様に受信装置１４は受信回
路１５と受信アンテナ１６とからなる。制御手段５は、
レバーハンドル１０から送信される排出開始信号を受信
してからカウントを始めるタイマ等を内蔵したマイコン
１７と記憶装置１８とからなり、マイコン１７は送信装
置１１が送信した信号の周波数及び振幅と受信装置１４
が受信した信号の周波数及び振幅の差分から生成した搬
送状態信号を記憶装置１８へ出力する。記憶装置１８は
表示装置１９を備え持ち、マイコン１７からの出力を時
間と電圧の関数として磁気ディスクに記録すると共に表
示装置１９に表示する。さらに、マイコン１７は搬送状
態信号に基づき洗浄水の供給または停止を指示する信号
をレバーハンドル１０へ送信することも可能である。

【００１５】この第一の実施例では、タンク密結形便器
２を接続すると共に、横引管が水平面に対して１／１０
０の勾配を保つように設置した排水管７に対し、観測手
段６を排水管７の外部上方側に配設し、排水管７内の汚
物や汚水の搬送状態を記憶装置１８に備えられた表示装
置１９によってモニターしている。観測手段６として図
４に示すマイクロ波センサ２０を用い、周波数及び振幅
の差分信号を用いてマイコン１７が搬送状態信号を生成
する構成となっている。従って、移動している物体によ
って反射された電波の周波数は送信された電波の周波数
から移動速度に比例した量だけ変化するというドップラ
ー効果を利用して、排水管の外側から汚物や汚水の搬送
状態を検知することができる。また、前述した５０％減
衰距離の相違により、送信装置から送信されたマイクロ
波は反射される物体によって振幅が変化することを利用
しても、排水管の外側から汚物や汚水の搬送状態を検知
することができる。つまり、排水管が隠蔽されている場
合にも汚物や汚水の搬送状態が検知可能となる。なお観
測手段６の配設に当たっては、送信アンテナ１３及び受
信アンテナ１６の指向性が排水管内を流れる水流に対
し、排水管上面かつ垂直方向下向きから一定角度上流側
となるようにすることが望ましい。そうすることによ
り、マイクロ波の反射断面積が増加するためにバックグ
ラウンドノイズを大幅に低減することができるため搬送
状態検知の精度が向上する。

【００１６】次に、実際の汚物や汚水の搬送状態検知フ
ローについて説明する。図４に実際の汚物や汚水の搬送
状態、図５に搬送状態検知時に表示装置１９に表示され
たマイクロ波センサ２０からの出力を示す。図５の時間
０は、送信アンテナ１３を介して搬送状態検知のための
信号の送信を開始した時間である。また、以下の説明の
ために図５の出力波形を［Ａ］、［Ｂ］、［Ｃ］の３ブ
ロックに区切っている。ここで、［Ａ］は汚物搬送前、
［Ｂ］は汚物搬送中、［Ｃ］は汚物搬送後を表わす。な
お、以下の説明において搬送される固体や固体状排泄物
及びトイレットペーパー等の固形物を汚物、液体や液体
状排泄物及び液体や液体状排泄物が洗浄水と混合された
状態の物質を汚水と総称する。

【００１７】汚物搬送前［Ａ］では、送信アンテナ１３
から送信されたマイクロ波は排水管内壁あるいは残溜し
ている水２１の界面で反射されて受信アンテナ１６に入
射するものの、物体は静止しているためドップラー効果
は発生せず周波数の差分信号は０となる。さらに、排水
管内壁からの反射波は残溜水からの反射波と比較して無
視できるため残溜水からのみの反射波となり、従って振
幅の差分信号も０となる。

【００１８】汚物搬送中［Ｂ］では、汚物や汚水が充分
な自由表面の変化を伴って流下してくるため、送信アン
テナ１３から送信され汚物２２や汚水２３によって反射
されたマイクロ波は、ドップラー効果により送信したマ
イクロ波の周波数から変化した周波数で受信アンテナ１
６に入射する。加えて送信範囲内に異なる５０％減衰距
離を有した物質が多数混在するため、振幅も大きく変化
する。マイコン１７は、送信装置１１から送信したマイ
クロ波の周波数及び振幅と受信装置１４にて受信した周
波数及び振幅の差分を搬送状態信号に変換するため、変
動を伴った波形となる。つまり、排水管外から排水管内
の汚物や汚水の状況を確認することができる。

【００１９】汚物搬送後［Ｃ］においては、汚物を含ま
ない低流速の洗浄水が一定時間流下する。この場合水と
空気の界面の変化は［Ｂ］の時のように動的ではないた
め、ドップラー効果は発生するものの周波数の変化量は
小さく、従ってマイコン１７に認識される波形の変化量
は小さくなる。しかしながら、［Ａ］、［Ｂ］における
出力波形とは有意差が認められるため、本構成の排水管
システムにおいて汚物と洗浄水もしくは汚水との判別も
可能である。

【００２０】第一の実施例によれば、実際の汚物や汚水
の搬送状態が排水管外から検知できるため、建築側及び
設備側の施工が完了した後に実使用状態にて搬送性能試
験を行うことができる。つまり、１回の洗浄で搬送され
てこなければならない最低限の位置にマイクロ波センサ
２０を配設し、汚物を想定した代用物質を試験の対象と
なる便器から排出させ、その代用物質の到達の有無を確
認するのである。排水管外から非接触で検知出来るた
め、実際の排泄物及びトイレットペーパー等を排出させ
てももちろん構わない。これにより、設計基準を完全に
満たした状態を確認した後での引渡しが可能となる。

【００２１】第一の実施例ではマイクロ波センサ２０を
単独で用いたが、複数個を組合せて使用する第二の実施
例を図４を用いて説明する。すなわち、一定間隔毎に複
数個のマイクロ波センサ２０−１、２０−２、２０−３
を排水管に配設し、個々のセンサにて汚物や汚水の到達
の有無を観測し、制御手段５がそれぞれの情報を元に汚
物が搬送されて停止した位置を確定する、あるいは汚物
が停滞しかつ複数回の洗浄においても動かなくなってい
る箇所を探索するものである。

【００２２】図示するように、３個のマイクロ波センサ
２０−１、２０−２、２０−３が一定間隔毎に排水管７
の外部上方側に配設されており、制御手段５に差分信号
を出力する構成になっている。制御手段５は時系列で個
々のマイクロ波センサ２０−１、２０−２、２０−３の
信号を処理することができる。もちろん設置個数は３個
以上でも構わないし、設置間隔は任意である。マイクロ
波センサ同士が相互に干渉しない位置まで設置間隔を小
さくすることにより、測定精度を向上させることが可能
となる。今、レバーハンドル１０を操作して洗浄操作を
行い、汚物や汚水排出を開始するものとする。この洗浄
操作は、人体検知センサをレバーハンドル１０に併設し
自動的に洗浄させても良い。前述したように、レバーハ
ンドル１０には排出開始信号を制御手段５へ送信する機
能を備えているため、その信号を受信した制御手段は瞬
時にマイクロ波センサ２０−１、２０−２、２０−３に
対してマイクロ波の送受信開始命令を出すと共に、記憶
装置１８にてマイクロ波センサ２０−１、２０−２、２
０−３からの出力を記録し始める。表示装置１９に出力
波形を表示させるようにしているので、常時搬送状態を
確認することが可能である。もちろん、マイクロ波セン
サは常に送受信を行っていて排出開始信号をトリガーに
記憶装置１８の記録開始を行ってもよいし、マイクロ波
センサの送受信装置１１、１４及び記憶装置１８による
記録は常時行っていてもよい。排出開始後汚物や汚水が
センサ部に到達すると、［Ｂ］の波形が表示装置１９に
表示される。汚物や汚水がセンサの検出範囲を通過して
しまった場合［Ｃ］の波形となり、一定時間経過すると
排水管内の水の変動が停止するため定常状態を示す
［Ａ］の波形となる。

【００２３】第二の実施例において、図６に示すように
（ａ）のポイントで搬送されてきた汚物２２が止まった
とする。そうすると、直前のマイクロ波センサ２０−２
から出力される波形は汚物２２が通過したために［Ａ］
→［Ｂ］→［Ｃ］→［Ａ］と変化するのに対し、直後の
マイクロ波センサ２０−３から出力される波形は汚物２
２が通過しないために［Ａ］→［Ｃ］→［Ａ］という変
化になる。ここで予め対象便器から汚物を排出した場
合、検出範囲に汚物が搬送されてくる搬送時間データが
あれば、マイクロ波センサ２０−２、２０−３の情報か
ら（ａ）のポイントが推定できる。つまり、排出開始後
搬送時間データの時間前後に［Ｂ］の出力が得られた場
合に汚物到達と判定し、選られない場合は汚物未到達と
判定する。そして、汚物到達と判定したセンサ位置と汚
物未到達と判定したセンサ位置の間が汚物停止位置とな
る訳である。停止位置を推定された汚物を排出した便器
も特定されているため、実使用状態での搬送距離も同時
に算出できる。この論理を用いることにより、以前に排
出され排水管内に残存していた汚物がその回の排出操作
により搬送されてきた場合も、判別が可能となる。

【００２４】第二の実施例において、マイコン２０はレ
バーハンドル１０へ洗浄水の供給停止あるいは供給禁止
を指示する信号を送信する機能も具備している。従っ
て、検知した汚物搬送距離が複数回洗浄後も全く変化せ
ず長時間同一箇所に汚物が停滞している可能性がある場
合や、あまりにも汚物搬送距離が短い場合に、レバーハ
ンドル１０に供給禁止信号を送信すると共に何らかの警
報を発信することも可能である。これにより、詰まり等
の排水管の不具合を発見すると共に被害拡大を未然に防
ぐことが可能となる。

【００２５】近年、節水を目的に大便器自動洗浄システ
ムを採用が増加している。これは、便器、あるいは便器
近傍に人体検知センサを設け、自動的に大小を判別し、
使用者が立ち去った後に大小判別に基づいた洗浄水量に
て便器洗浄を行うものである。しかしながら、大を誤っ
て小と判別した場合、搬送距離が極端に短くなる。この
誤動作が複数回続いた場合は排水管詰まりになる可能性
があるため、大便器自動洗浄システムでは設備保護洗浄
という機能を設け、２４時間に１回も洗浄が行われない
場合には無条件に大洗浄を１回行うようにしている。第
二の実施例において、マイコン２０はレバーハンドル１
０へ洗浄水の供給を指示する信号を送信する機能も具備
しているために、前述のように汚物搬送距離が極端に短
い場合にはレバーハンドル１０に洗浄水供給信号を送信
し、適正な位置まで汚物を搬送させることが可能であ
る。従って、第二の実施例におけるタンク密結形便器２
が大便器洗浄システムである場合、設備保護洗浄機能を
省略することができる。

【００２６】また、第二の実施例におけるタンク密結形
便器２は、便器と同様に固形物を排出するディスポーザ
であってもよい。このディスポーザとは、主に台所用流
しに接続され、生ゴミ等を内蔵のカッターで細かく粉砕
した後流水と共に排水管へ排出する衛生設備である。デ
ィスポーザの使用により、生ゴミを別途処分する手間を
省くことができるが、生ゴミの中には卵の殻等の比重が
非常に軽いものがあり、生ゴミを細かく粉砕したものは
流水による搬送距離が短くなる傾向がある。生ゴミが下
水管本管まで搬送されず長期間同一箇所に滞留すると、
腐敗し悪臭を発生させることになる。そこで、第二の実
施例を用いれば、生ゴミを複数回洗浄により十分下流側
へ搬送することが可能となる。

【００２７】さらに第二の実施例は、継続的な搬送距離
のサンプリングが可能となるため、配管条件の異なる種
々の現場をモニター先に選定し搬送距離のデータを蓄積
することができる。そうすることにより節水便器の開発
に大きく貢献することができると共に、最適な配管条件
の構築のための重要なツールともなり得る。さらに、現
在大便器を接続する排水管はＶＵ７５、ＶＰ７５以上の
配管径のものしか使用できないが、本システムを有効利
用することにより、さらに管径の小さな排水管が利用で
きるようになる可能性がある。自由設計が多く採用さ
れ、スペースの有功活用が建築設計のポイントになって
いる現在、排水管管径ダウンによるパイプシャフトの省
スペース化は大きなメリットとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の実施例にかかる排水管システム１の構成
を示す概略図である。

【図２】ロータンク４の断面図である。

【図３】制御手段５と観測手段６の内部構成を示すブロ
ック図である。

【図４】汚物や汚水の搬送状態を1個のマイクロ波セン
サで検出する様子を示す図である。

【図５】図４の汚物搬送状態検知時にマイコンに認識さ
れたマイクロ波センサからの時間応答出力を増幅したグ
ラフである。

【図６】第二の実施例にかかる排水管システムの汚物の
搬送状態を複数個のマイクロ波センサで検出する様子を
示す図である。

【符号の説明】

１…排水管システム ２…タンク密結形便器 ３…便器 ４…ロータンク ５…制御手段 ６…観測手段 ７…排水管 ８…ボールタップ ９…排水弁 １０…レバーハンドル １１…送信装置 １２…送信回路 １３…送信アンテナ １４…受信装置 １５…受信回路 １６…受信アンテナ １７…マイコン １８…記憶装置 １９…表示装置 ２０、２０−１、２０−２、２０−３…マイクロ波セン
サ ２１…残溜している水 ２２…汚物 ２３…汚水

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 汚物や汚水が搬送される排水管と、前記
   排水管外から前記排水管内の汚物や汚水の状態を検出し
   て状態信号を出力する観測手段と、前記状態信号を処理
   する信号処理手段とを備えたことを特徴とする排水管シ
   ステム。
2. 【請求項２】 汚物や汚水を受ける衛生設備と、前記衛
   生設備から洗浄水の水勢により汚物や汚水を排出させる
   と共に排出が開始されたときに排出開始信号を送信する
   排出手段と、前記衛生設備に接続され汚物や汚水を搬送
   する排水管と、前記排水管外から前記排水管内の汚物や
   汚水の状態を検出して状態信号を出力する観測手段と、
   前記排出開始信号に基づき前記状態信号の処理を開始す
   る信号処理手段とを備えたことを特徴とする排水管シス
   テム。
3. 【請求項３】 前記観測手段が前記排水管へ電波を送信
   する送信手段と、前記送信手段によって送信した電波と
   を受信する受信手段とにより構成され、前記状態信号は
   前記送信手段が送信した電波と前記受信手段で受信され
   た電波との差分に応じた差分信号であることを特徴とす
   る請求項１または２に記載の排水管システム。
4. 【請求項４】 前記差分信号が周波数であることを特徴
   とする請求項３に記載の排水管システム。
5. 【請求項５】 前記差分信号が振幅であることを特徴と
   する請求項３に記載の排水管システム。
6. 【請求項６】 前記差分信号が周波数と振幅から構成さ
   れることを特徴とする請求項３に記載の排水管システ
   ム。
7. 【請求項７】 前記送信装置と受信装置が、それぞれ複
   数個配設されたことを特徴とする請求項３乃至６のいず
   れかに記載の排水管システム。