JP2000131310A - 水質計の自己診断機能 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来のオンライン水質計は、大型で高価な他、
設置場所の制約や工事費の面から、監視箇所の数が制約
され、事業者が供給する水道水の需要家に近い場所での
水質監視が困難であった。 【解決手段】マイクロファブリケーションにより製造し
た超小型セルと、これを包含するモジュール化された複
数個の分析部を有し、該分析部を光造形法で立体的に一
体成形した流路部上に取付け、分析シーケンス動作を選
択可能とした。さらに自己診断機能を具備し安定で信頼
性を向上させる構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、上水道の配水水質
監視システムに係わり、特に配水管末端部分の水質をオ
ンラインで継続監視するに適した小形の多項目水質計に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上水道の配水水質を監視するシス
テムとしては、例えば東京都の自動水質計測システムが
あり、「計測と制御」Ｖol.３３(１９９４年発行）６４
９ページにシステムとその時用いられる水質計に仕様が
紹介されている。

【０００３】この配水水質監視システムにおいては、水
質計が事業者側配管網の系統毎に設置され、系統毎の配
水水質を連続的に測定して定期的にテレメータでセンタ
に信号伝送する構成をとっている。また、配水管末端部
分又は需要家側の配水の水質測定手段としては、手分析
による水質計測または可搬式の水質計でのオフライン計
測が行われていた。

【０００４】このような従来のシステムでは水質計は事
業者側の配水系統毎に配置するので、設置台数が少なく
て済み、系統毎の供給水の平均的な水質が把握できる利
点がある反面、最終的に需要家が飲用する水質が把握で
きない欠点がある。

【０００５】配水の水質は配水供給点で計測管理されて
いるが、配水管路網を通過する間に水質が低下する。具
体的には殺菌力を保つための残量塩素濃度が配水設備内
や含有物との化学反応によって低下し、管路内の錆によ
る着色のため色度が上昇し、管壁の付着物の剥離等によ
り濁度が上昇する等の例があげられる。これらは系統の
本管でも起こりうるが、むしろ配水管末端部や需要家の
配管内でより顕著にみられる。

【０００６】なぜなら残留塩素濃度は滞留時間に比例し
て濃度が低下することが知られており、常時通水のある
系統本管に比べて末端配管では滞留時間が長くなる結
果、残留塩素濃度は低下し、極端な場合には濃度がゼロ
になり殺菌力の失われた水を飲用する需要家の場合も起
こり得る。残留塩素濃度が低下すると、水の殺菌力が低
下し、微生物、特に病原性微生物（例えばＯ−１５７な
ど）が繁殖する可能性があり、安全・健康面で社会的な
問題をひきおこす。

【０００７】また、安全をみて過度の塩素注入を行うと
残留塩素濃度は確保されるものの塩素濃度が高くなる結
果、いわゆる「カルキ」臭が問題になったり、塩素の副
生成物であるトリハロメタンなどの有害物質が生成され
て安全面で課題を残す。

【０００８】色度，濁度等についても滞留時間が長くな
る結果、同様のことが言える。特に集合住宅や事業所等
では受水槽があり、その管理が適切でない場合にはこの
問題が顕著に表われる。

【０００９】このように最終的に需要家が飲用する配水
管末端水の水質を測定してその値が適切であるかどうか
を監視し、適切になるように管理するのが理想的な水質
管理である。従来これを実現できなかった背景には次の
理由があった。

【００１０】（１）水質計が大形（例：１.２ｍ×１.８
ｍ×０.６ｍ ）のため需要家である家庭や集合住宅には
設置できない。

【００１１】（２）水質計の単価及び工事費用が高価な
ため予算の制約から配備台数には限界がある。

【００１２】（３）メンテナンスに専門技術を要し、安
全性にも配慮する必要から一般家庭への導入は困難であ
った。

【００１３】一方、手分析や、可搬式の水質計による配
水末端の水質計測では末端の水質が測定できるものの、
結果がでるまでに時間がかかったり、連続的な水質デー
タが得られないために一日の変化範囲や非定常時の挙動
がつかめない欠点がある。

【００１４】この種のデータは非定常時の最大値や最小
値が重要な意味を持ち、それを最小にするためのシステ
ムの運転・制御方法の確立が重要である。この意味から
上記手分析や可搬式の水質計では監視システムの水質計
としては利用できない欠点があった。

【００１５】また、希には配水管末端部分に於いても測
定項目及び設置場所を限定（例えば残留塩素計のみを１
万〜数万世帯当たり１台程度設置）してオンライン計測
が行われていた例はあった。

【００１６】しかしながら、従来システムに使用してい
たオンライン水質計は、単項目の測定であっても浄水場
で使用している様な分析計であり、大型且つ高価である
だけでなく設置場所の確保も困難であり、充分な測定項
目・測定個所を確保した木目細かな水質計測が困難であ
った。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
欠点を無くし、上水道の配水管末端付近の水質監視に適
した超小形で複数項目のオンライン監視可能でかつ従来
の大形オンライン水質計のような信頼性の高い水質計を
提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】このような従来技術の課
題を解決するために次の手段と技術を導入する（１）水
質計を飲用する末端水に近い配水管末端付近に設置し、
それらの情報を管理センタで統合管理して最適な水質管
理を行う。

【００１９】（２）水質計を配水管の末端付近のマンホ
ール，消火栓，水道メータ収納箱，需要家内などにも設
置できるように小形化する。

【００２０】（３）その手段として装置が大型化する原
因である試料導入部，試薬混合部，分析・測定部にマイ
クロファブリケーション技術を導入して小形化する。現
状の技術でも体積にして約１／１０００の小形化は可能
である。

【００２１】（４）分析計内部の配管系を紫外線硬化形
プラスティックなどによる３次元立体流路を採用し配管
（チューブ）の無い構成とし、省スペースと信頼性向上
を図る。

【００２２】（５）装置を小形化すれば本体コスト，工
事費も安くなり、かつマイクロファブリケーション技術
はシリコン半導体プロセス技術の応用などの最産化によ
って大幅なコストダウンが可能である。

【００２３】（６）小形化して水道メータ収納箱や流し
台の下部に収納できれば人に触れることもなく、安全性
が確保できる。装置の保守は部品を小型でカートリッジ
式にしておけば一般家庭の人でも出来、危険もない。

【００２４】（７）連続のオンライン測定に耐えるよう
自動サンプリング，自動試薬混合・反応機構，自動校
正，自動洗浄，自動データ伝送等の機能を必要に応じて
備え、それらに消費する液量もマイクロファブリケーシ
ョンによる試料導入部，試薬混合部，分析・測定部の微
細化によりマイクロリットルのレベルに抑えられるため
連続測定の場合でも薬液交換の周期を１カ月以上にまで
ひきのばすことが可能となる。

【００２５】（８）木目の細かい自己診断機能を具備し
分析部の測定セル内の気泡や異物を検出し自動校正，自
動洗浄，気泡抜きのタイミングを決定し、効率よくこれ
等を除去し、測定値の信頼性を向上させると共に、メン
テナンス周期の長期化を可能とする。

【００２６】（９）小型化により省電力化が可能とな
り、電源として電池を、信号伝送手段に無線回線使用し
て外部配線を不要とし、更に小型化により試料水・試薬
の使用量が減るのでこれらを回収するか蒸発方式を採用
し、排水工事も不要にできる。

【００２７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例として、末
端配水監視システムの基本的な構成を示す図である。河
川，湖沼，井戸水等の原水は浄水施設１により飲用に適
した水質に浄化され、配水施設２に送られる。配水施設
２から送出された飲料水は配水本管４，配水系統配管５
から水質計８に入るか、更に水道事業所側配水管６，需
要家側配水管７を通り、水質計８に入る場合がある。飲
料水の水質をオンラインで測定した水質計８の出力は無
線，有線，衛星等のメディアを通じて管理センタ３に送
られ、そこで必要なデータ処理を行って、水質が適正な
値になるように浄水施設，配水施設の運転条件を制御す
る。

【００２８】図２はこのような配水末端監視システムの
需要家における水質計の設置形態例を示す。水道事業者
側の配水系統配管５，６または需要家側配水管７から分
岐した飲料水は、閉止弁１０，水道メータ９を経て配水
設備１１に入るが、同時に水質計８で複数項目の水質測
定が行われる。配水設備１１は配管網より構成されその
内の一箇所から蛇口などの給水栓１２を経て飲料水が需
要家に供給される。

【００２９】水質計８は図２の、水道メータ９前後に取
付け、水道メータ収納箱内に設置できる他、マンホー
ル，消火栓，需要家施設内，水道蛇口付近などの設置に
も、容易に設置できる大きさとしている。

【００３０】図３は水質計の内部構成を示す図で配水管
５，６，７から導入された試料水は試料導入部１３，複
数個の測定成分毎の試薬混合部１４ａ〜１４ｃを経て、
複数個の計測分析部１５〜１７に導入され、項目毎に所
定のシーケンスで測定後、電気信号に変換されて信号処
理・制御部１８に伝送される。信号処理・制御部１８は
電源部２０より電源の供給を受けて動作し、出力／伝送
部１９で伝送用の伝送信号に変換された後無線２１によ
る伝送またはテレメータにより専用線、または公衆回線
を通じて管理センタに伝送される。

【００３１】図４は水道メータ９と水質計８を一体にし
た実施例で水質計がマイクロファブリケーションにより
小型化されると一体構成も可能となり、需要家への供給
水は配管６と閉止弁１０を介して水道メータを流れて流
量が計測されるとともに、その一部は試料導入管２４を
介して水質計８に供給される。このような構成をとれ
ば、水道メータと水質計を一体として配管に取付け、水
道メータボックスに収納することも可能になる結果、特
別な設置場所や設置工事がなくなり、水道メータをとり
つけるのと同じ簡便さで取り付けが可能である。

【００３２】前述のごとくマイクロファブリケーション
の採用により超小型の実現とともに、消費電力の低減と
試料水及び試薬類の使用量の縮減により、電源の電池化
と排水の回収又は蒸発方式の採用が可能となり、加えて
データ伝送に無線回線を使用し、水質計設置時の配線及
び排水工事を不要にでき、水質計の設置自由度を飛躍的
に向上させる。

【００３３】次に、図５において実施例の具体的構成に
ついて説明する。

【００３４】水道事業者側または需要家側の配水管５１
内を流れる飲料水（試料水）５２は、配管５３を介して
サンプリングされ、手動弁５４，配管５５，減圧弁５６
を経て、更に配管５７，手動弁５８，排水管５９より排
水溝６０に排水する。

【００３５】前記配管５７より、一定圧に保たれた試料
水５２の一部は配管６１により分岐され手動弁６２を経
て試料水中の大きな異物を除去するフィルタ６３を介し
て、分析計本体６４中の流路６５を介して脱泡槽６６に
導かれる。該脱泡槽６６の内部で前記試料水５２中に含
まれる気泡６７は脱泡槽６６の上部に溜まり、随時流路
６８，電磁弁６９，流路７０を介して分析計本体６４か
ら前記排水溝６０に廃棄される。

【００３６】一方、前記脱泡槽６６中の気泡を取除いた
試料水７１は、流路７２，電磁弁７３を介して定量ポン
プ７４に導かれる。更に試料水７１は複数個の電磁弁75
ａ，７５ｂ，７５ｃを介してそれぞれが独立した項目を
分析する複数個の分析部７６，７７，７８に選択的に送
出される。該分析部は取付け形状及び配管取り合いが共
通化され、他の分析部と全く同一かあるいは互換性を有
するように、前記分析計本体６４に着脱可能に保持され
ている。

【００３７】また、該分析計本体の外側には液体を内蔵
した複数個のカートリッジ７９，８０，８１が着脱可能
に保持されており、該カートリッジ内部の液体を分析計
本体６４に供給している。カートリッジ７９からの液体
８２は、電磁弁８３，定量ポンプ８４に導かれ、複数個
の電磁弁８５ａ，８５ｂ，８５ｃを介して、前記分析部
７６，７７，７８に選択的に送出される。同様に、カー
トリッジ８０内の液体８６はポンプ８７を経た後、複数
個の電磁弁８８ａ，８８ｂ，８８ｃを介して前記分析部
へ、またカートリッジ８１内の液体８９はポンプ９０を
経て電磁弁９１ａ，９１ｂ，９１ｃを介して前記分析部
７６，７７，７８に選択的に送出される。

【００３８】この時、各分析部の詳細構造は後述する
が、マイクロファブリケーション技術を用いて前記各流
体を混合又は選択し反応させる試薬混合部と計測分析部
とから成っており、非常に小型化された分析計１台分の
機能を有している。各分析を終了した廃液９２は前記流
路７０を経て機外に排出される。廃液９２が有害な場合
や排水設備が無い場合には、電磁弁９３，流路９４を介
して回収容器９５に排出される。

【００３９】上記構成において、飲料水用配水管５１か
らサンプリングした試料水５２を、複数個のポンプと電
磁弁をシーケンス制御し、複数個のカートリッジ内の液
体と前記分析部内の試薬混合部に導き反応させ、計測分
析部でその結果を計測するものである。この時分析項目
によっては試薬反応を必要としない場合もあり、その場
合には試薬を選択しないようにしてある。

【００４０】代表的応用例として、試料水５２を水道水
とし、カートリッジ７９内の液体８２に残留塩素に反応
して発色する試薬（例えばＤＰＤ又はオルトトリジン）
を用い、カートリッジ８０内の液体８６には洗浄液(例
えば、希塩酸又は中性洗浄)、カートリッジ８１内の液
体８９には基準液（例えば純水又は校正液）を選択して
おく。これらを所定のタイミングでシーケンス制御し、
各分析部に導く。例えば分析部７６を残留塩素計、分析
部７７を色度計、分析部７８を濁度計として使用する。
試薬を入れた液体８２は残留塩素計に割り当てた分析部
７６にのみ使用する。試薬の種類を変えれば、測定項目
を変えることができ、またどの分析部にどの測定項目を
割当てるかの選択も自由である。

【００４１】残留塩素計の場合は試薬反応により試料水
の発色の程度を吸光度法で測定し、色度計の場合は試薬
を使用せず試料水そのものの吸光度を測定するが吸光度
が低いため基準液（純水）との比較測定方式とし、所定
の周期で基準液を測定しゼロ点のベースラインの補正を
行う。一方濁度計は、試薬も基準液も使用せず試料水中
の濁質粒子の数を計数し濁度換算を行う方式とした。

【００４２】このほか、分析部に電極を内蔵したものを
装着すれば、分析部の構造を変更すること無く導電率計
やｐＨ計の機能を加えることができる。

【００４３】また、洗浄液（液体８６）は所定の間隔で
各分析部に導かれ、分析部内の流路やセル，電極などを
洗浄する。洗浄によって生じた異物は、試料水７１又は
基準液８９で流し去る。

【００４４】次に本実施例に使用している、流路系につ
いて図６に於いて説明する。

【００４５】図６に於いて説明した分析計６４の内部に
ある全流路（流路６５，６８，７０，７２，９２，９４
他）は３次元マザーボード１０１の内部に立体的に形成
されている。該３次元マザーボード１０１の外観は直方
体を形成しており、その外周面には、図５に示した複数
個のバルブ，ポンプ，分析計などを配管を用いずに直接
又はシール部剤を介して保持可能なように複数個の流路
開口部１０２やネジ穴１０３が形成されている。この３
次元マザーボード１０１内部流路は、樹脂の部分を除去
し流路部分のみを立体的に表記すると、図７の様にな
る。従来この様な３次元の立体流路は実現が困難であ
り、強いて製作しようとすれば、２次元流路を機械加工
した複数枚の板を重ねて接合することにより形成してい
た。本実施例では、紫外線硬化形プラスチックを使用
し、液体の樹脂に紫外線レーザ光を選択的に照射し、光
の当たった部分のみを硬化させて形状を形成せしめる光
造形法を採用した。この光造形法で流路に当たる部分に
は光を当てず未硬化の液体のまま残し、成形後未硬化樹
脂を洗い流すことによって、任意の立体流路を形成可能
にしている。使用した樹脂は紫外線硬化形で透明のエポ
キシ系樹脂を使用し、流路内部の状態が外部より観察で
きる様にした。また光造形法は、特別の成形型を必要と
せずＣＡＤ（computer aided design ）の３次元の設計
データのみで安価で迅速に実現でき、配管系接続部の信
頼性を向上できる長所がある。

【００４６】次に図８に於いて、図５で示した分析部
（７６，７７，７８）の詳細について説明する。

【００４７】各分析部は、測定目的により測定原理は異
なるが（残留塩素計及び色度計は所定波長光に対する吸
光度測定，濁度計は散乱光の変化回数を測定する微粒子
数係数法式を採用している。またこのほか導電率やｐＨ
の測定用に電極を内蔵した分析部を取付けることも可能
である）、取り付け寸法及び流路の取合いは共通であ
り、モジュール化されている。前記マザーボード１０１
の上には３個の分析部がシール部材を介して着脱可能に
構成されており、図５で説明したどの項目の分析部をど
こに配置するかは自由である。測定目的に合わせた分析
部選択と液体供給及び計測のシーケンスを選択すること
により、所定の用途の分析機能を持たせることを可能に
している。

【００４８】これらの組み合わせの他の応用例として、
同一種類の分析部を３個配置することも可能である。例
えば同一種類の超小型分析部を３個配置し、同時測定し
測定値の信頼性を向上させるとか、故障したら次の分析
部を使用して装置全体の長寿命化を図るなどの応用も期
待できる。

【００４９】まず分析部７６を残留塩素計として使用す
る場合について説明する。分析部７６は試薬混合部２０
１と計測分析部２０２とからなっている。試薬混合部20
1の詳細構造を図９に於いて説明する。試薬混合部２０
１はシリコンの基板３０１，パイレックスガラスのカバ
ー３０２の２層構造になっており、マイクロファブリケ
ーション技術で製作してある。基板３０１は高純度のシ
リコンウエハを異方性エッチングにより逆Ｓ字形をし、
所定の角度を有する斜面３０３と平らな底面３０４を有
する流路３０５を形成してある。

【００５０】さらに裏面からも異方性エッチングし、角
型をした複数個の貫通穴３０６，３０７，３０８，３０
９と、数十μｍの微細な穴が１００から２００μｍピッ
チでメッシュ状に並んでいるメッシュ穴３１０が形成し
てある。これら複数個の穴は、表面で前記流路によって
連結されている。

【００５１】また該基板３０１の表面には前記カバー３
０２が陽極接合（アノーディックボンディング）により
接合されている。両者の接合はウエハサイズのまま高温
真空中で所定電圧を印加することにより行い、接合後使
用サイズに切断して使用する。

【００５２】前記３次元マザーボード１０１から複数種
類の液体（試料水７１，試薬８２，洗浄液８６，基準液
８９）の選択的な供給を受け、貫通穴３０６には基準水
８６、貫通穴３０７には洗浄液８９、貫通穴３０８には
試料水７１、メッシュ穴310には試薬８２が供給され
る。供給された液体は流路３０５内を流れ流路内の直線
部であるセル部３１１に導かれ、貫通穴３０９を経て前
記３次元マザーボード１０１に排出される。

【００５３】残留塩素測定の場合、洗浄液８６，基準水
８９を停止した状態で試料水７１と試薬８２を所定の流
量比で供給し、流路３０５内で混合する。この時試薬８
２は試料水７１の中にメッシュ穴３１０を介して注入さ
れる。この為試薬８２は試料水中に細かく均一に注入さ
れるので短時間で拡散し、残留塩素濃度に対応した発色
反応をする。発色した反応液３１２は前記セル部３１１
に導かれその発色度を光学的に計測される。計測時は計
測値を安定させるため一時的に流体を停止する。計測後
反応液３１２は貫通穴３０９より排出される。

【００５４】感度又はゼロ点の校正をする場合は、試料
水７１の代わりに予め塩素濃度を測定してある基準液８
９を供給し、同様の手前で計測し、その測定値を基準値
として以後の測定値を補正する。洗浄液８６は試薬混合
部２０１(特にセル部３１１)の鉱物性あるいは植物性の
汚れを除去するために、所定の周期又は汚れの程度に応
じて供給され、洗浄される。

【００５５】図９に戻って、計測分析部２０２について
説明する。計測分析部２０２にはＬＥＤまたはレーザダ
イオードから成る発光素子２０３と、該発光素子２０３
の光を集光して前記セル部３１１の斜面３０３に光を集
めるレンズ系２０４，光量変化をモニタする受光素子２
０５が配置されている。また前記セル部３１１内を透過
した光２０６は前記斜面３０３の対向する斜面３０３′
に反射し、前記計測分析部２０２のほうに戻ってくる。
この光２０７の光量を測定する受光素子208を前記計測
分析部２０２の一部を配置した。これら発光素子２０
３，受光素子２０５，２０８、レンズ系２０４と前記セ
ル部３１１は、互いの相対位置を固定するために分析部
ベース２０９に保持され、更に該分析部ベース２０９は
前記３次元マザーボード１０１に着脱可能に保持されて
いる。

【００５６】他の分析部（色度，濁度）については、分
析部の詳細についての説明は割愛するが、取付け寸法及
び流路の取合いについてはモジュール化し共通である。

【００５７】本発明では、以上の構成において、メンテ
ナンス周期の長期化と測定データの高信頼化のために以
下の自己診断機能を設ける。

【００５８】（１）セル部の汚れ検出，自動洗浄機能 図９のセル部３１１の汚れを検出し、自動洗浄する場合
について説明する。

【００５９】図５において、基準水８９をバルブ９１ａ
を開け、ポンプ９０を回して分析部７６へ通水する。つ
ぎに、図８の発光素子２０３より出力された光２０６は
基準水８９で満たされたセル内の斜面３０３および３０
３′を反射し、受光素子208に入光する。これの光量
（吸光度）を求め初期値の１／２以下になった場合は、
セル部の汚れと判断して、図５における洗浄液８６をバ
ルブ８８ａを開け、ポンプ８７を回して分析部７６へ通
水する。以上の工程を定期的に数回くり返し、初期値の
１／２以上に回復しない場合は警報を出力する。

【００６０】（２）セル部の気泡の検出，洗い流し機能 図９のセル部３１１の気泡を検出し洗い流しする場合に
ついて説明する。

【００６１】図５において基準水８９をバルブ９１ａを
開け、ポンプ９０を回して分析部７６へ通水する。つぎ
に、図８の発光素子２０３より出力された光２０６は基
準水８９で満たされたセル内の斜面３０３および３０
３′を反射し受光素子２０８に入光する。これの光量
（吸光度）を求め初期値の数分の１以下になった場合
は、セル部に気泡が混入していると判断して、図５にお
ける飲料水７２をバルブ７３，７５ａを開け、ポンプ７
４を介して飲料水７２の元圧を利用し最大流量を分析部
７６へ通水する。以上の工程を定期的に数回くり返し、
光量が回復しない場合は警報を出力する。

【００６２】（３）セル部の試薬詰まり検出，逆洗浄機
能 図９のセル部３１０での試薬詰まりを検出し自動洗浄す
る機能について説明する。

【００６３】図５において、基準水８９をバルブ９１ａ
を開け、ポンプ９０を回して分析部７６へ通水する。同
時に、試薬８２をバルブ８３，８５ａを開け、ポンプ８
４を回して分析部７６へ通水し混合する。つぎに、図８
の発光素子２０３より出力された光２０６は基準水８９
と試薬８２の混合液で満たされたセル内の斜面３０３、
および３０３′を反射し受光素子２０８に入光する。こ
れの光量（吸光度）を求め初期値の２倍以下になった場
合は、セル部３１０での試薬詰まりを起こしていると判
断して、図５におけるポンプ８４を逆回転して、セル部
３１０の詰まりを除去する。以上の工程を定期的に数回
くり返し、回復しない場合は警報を出力する。

【００６４】（４）試料水（飲料水）水切れ検出 図９（ａ)，(ｂ）のセル部３１１への水切れ検出する場
合について説明する。図５において基準水８９をバルブ
９１ａを開け、ポンプ９０を回して分析部７６へ通水す
る。つぎに、図８の発光素子２０３より出力された光２
０６は基準水８９で満たされたセル内の斜面３０３およ
び３０３′を反射し受光素子２０８に入光する。これの
光量（吸光度）を求め初期値の数分の１以下になった場
合は、セル部に気泡が混入していると判断して、図５に
おける飲料水７２をバルブ７３，７５ａを開け、ポンプ
７４を介して飲料水７２の元圧を利用して最大流量を分
析部７６へ通水する。以上の工程を定期的に数回くり返
し、光量が初期値の数分の１以下のままの場合は水切れ
警報を出力する。

【００６５】（５）試薬の劣化診断 図５の試薬８２の劣化診断をする場合について説明す
る。

【００６６】図５において基準水８９をバルブ９１ａを
開け、ポンプ９０を回して分析部７６へ通水する。つぎ
に、図８の発光素子２０３より出力された光２０６は基
準水８９で満たされたセル内の斜面３０３および３０
３′を反射し受光素子２０８に入光する。同様に試薬８
２をバルブ８３，８５ａを開け、ポンプ８４を回して分
析部７６へ通水する。つぎに、図８の発光素子２０３よ
り出力された光２０６は試薬８２で満たされたセル内の
斜面３０３および３０３′を反射し受光素子２０８に入
光する。このときの基準水８９と試薬８２の光量（吸光
度）の差を求め判定値以下になった場合は、試薬８２が
劣化していると判断して警報を出力する。

【００６７】（６）発光素子の寿命予測 図８の発光素子２０３の寿命予測する場合について説明
する。計測分析部202は発光素子２０３の光量を補正し
一定に保つため発光素子２０３の近くに受光素子２０５
を設け常に光量を監視している。この光量を補正するた
めの励起電流を監視して、判定値以上となったら寿命が
短いと判断し光学系異常警報を出力する。

【００６８】（７）基準水，試薬および洗浄液の残量モ
ニタ 図５の基準水８９，試薬８２および洗浄液８６の残量モ
ニタの場合について説明する。基準水カートリッジ８
１，試薬カートリッジ７９，洗浄液カートリッジ８０は
あらかじめ決まった容積である。水質計の稼動時間によ
り各カートリッジの水の消費量を計算する。各カートリ
ッジの容積から水質計の稼動時間により求めた消費量を
差引けば容易に各カートリッジ残量が判断できる。

【００６９】図１０は上記動作（１）セル部の汚れ検
出，自動洗浄機能をフローチャートに示したものであ
る。他のフローチャートによる説明は割愛するが動作は
どれも類似している。

【００７０】

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果が期待でき
る。

【００７１】(1).小形で安価な多項目オンライン分析計
を供給できる。

【００７２】(2).上記により、同一予算で数多くの箇所
で水質測定が可能になり、需要家に近いところでの木目
細かな水質測定が可能となる。

【００７３】(3).従来に比べて約１０００分の１程度の
体積の分析計が提供でき、設置の自由度が向上する。

【００７４】(4).マイクロファブリケーションの採用
で、小形で消費電力の少ない分析計が実現でき、電池駆
動と無線通信を採用することによって、配線の不要なオ
ンライン多項目水質計測システムが実現できる。

【００７５】(5).分析部がモジュール化してあり、測定
シーケンスの変更により測定項目の選択，組み合せ，変
更などが容易である。

【００７６】(6).分析計内部の配管を３次元の立体流路
により無配管化したことにより、小型化と、信頼性の向
上が期待できる。

【００７７】(7).前記３次元の立体流路を紫外線硬化形
の合成樹脂を用いた光造形法を採用したことにより、安
価で迅速な製造を可能にした。

【００７８】(8).木目の細かい自己診断機能を具備し分
析部の測定セル内の気泡や異物を検出し自動校正，自動
洗浄，気泡抜きのタイミングを決定し、効率よくこれ等
を除去し、測定値の信頼性を向上させると共に、メンテ
ナンス周期の長期化を可能とした。

【００７９】(9).超小型のサンプリング系が実現できた
ことにより使用液量が低減され、液補充に伴うメンテナ
ンス周期を大幅に延長せしめた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である末端配水監視システムの
構成図。

【図２】本発明の実施例である末端配水監視システムの
分析計設置例を示す図。

【図３】本発明の分析計実施例の内部構成図。

【図４】本発明の分析計の設置例を示す図。

【図５】本発明の分析計の内部詳細を示す構成図。

【図６】本発明の分析計の流路系マザーボードの外観斜
視図。

【図７】図６の内部流路の立体配置図。

【図８】本発明の分析部の断面構造図。

【図９】（ａ）及び（ｂ）は本発明の試薬混合部の平面
図及び断面図。

【図１０】本発明の実施例の自己診断フローチャート。

【符号の説明】

１，２１…浄水施設、２，２２…配水施設、３…水質管
理センタ、４…配水本管、５…配水系統本管、６…水道
事業者側配水管、７…需要家側配水管、８…水質計、９
…水道メータ、１０…閉止弁、１１…排水設備、１２…
給水栓、１３…試料導入部、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，
２０１…試薬混合部、１５，１６，１７，７６，７７，
７８…分析部、１８…信号処理・制御部、１９…出力／
伝送部、２０…電源部、５１，５９，７１…配水管、５
２，７２…飲料水、５３，５５，５７，６１…配管、５
４，５８，６２…手動弁、５６…減圧弁、６０…排水
溝、６３…フィルタ、６４…分析計本体、６５，６８，
７０，９４，３０５…流路、６６…脱泡槽、６７…気
泡、６９，７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，８３，８５ａ，８
５ｂ，８５ｃ，８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，９１ａ，９１
ｂ，９１ｃ，９３…電磁弁、７４，８４…定量ポンプ、
７９，８０，８１…カートリッジ、８２…流体、８６，
８９…液体、８７，９０…ポンプ、９２…廃液、９５…
回収容器、101…３次元マザーボード、１０２…流路開
口部、１０３…ネジ穴、２０２…計測分析部、２０３…
発光素子、２０４…レンズ系、２０５，２０８…受光素
子、206，２０７…光、２０９…分析部ベース、３０１
…基板、３０２…カバー、３０３…斜面、３０４…底
面、３０６，３０７，３０８，３０９…貫通穴、３１０
…メッシュ穴、３１１…セル部、３１２…反応液。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石原 民雄 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 木村 敏男 茨城県ひたちなか市堀口字長久保832番地 ２ 日立計測エンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 2G057 AA01 AA10 AC01 BA01 BA05 GA01 GA05 GA10 JA02 JB10

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】河川，湖沼，井戸水などの原水、又はこれ
   らを浄化，殺菌処理をした上水、又は工業用水、又はこ
   れらを処理した飲用水，冷却水，処理下水などをサンプ
   リングし、その水質を監視するモジュール化した１個ま
   たは複数個の分析部と、該分析部内に具備された測定セ
   ル内にサンプリングした試料水を選択的に導く複数個の
   ポンプ及びバルブと、前記分析部，前記ポンプ及びバル
   ブを連結する流路部とを有する水質計において、前記セ
   ル部の異常を検出する複数種の手段とその回復手段とを
   有し、これ等を有機的に組合せ、自動装置の高信頼化を
   図ったことを特徴とする水質計の自己診断機能。
2. 【請求項２】請求項１において、複数種の異常検出手段
   と自動回復手段の一つは、前記測定セル内に前記試料水
   の水質測定の基準となる基準水を通水したときの光量を
   監視し、セル部の汚れを判断して、前記測定セル内に洗
   浄液を通水することで自動洗浄を行うことを特徴とする
   水質計の自己診断機能。
3. 【請求項３】請求項１において、複数種の異常検出手段
   と自動回復手段の一つは、前記測定セル内に前記基準水
   を通水したときの光量を監視し、セル部内の気泡を判断
   して、前記測定セル内に前記試料水の元圧を利用し最大
   流量を通水することで気泡の洗い流しを行うことを特徴
   とする水質計の自己診断機能。
4. 【請求項４】請求項１において、複数種の異常検出手段
   と自動回復手段の一つは、前記測定セル内に前記試料水
   と試薬を混合したときの光量を監視し、試薬の詰まりを
   判断して、前記ポンプ及びバルブを通常と逆方向の動作
   を行うことで、試薬の詰まりを除去し、回復しない場合
   に試薬切れと判断して警報を出力することを特徴とする
   水質計の自己診断機能。
5. 【請求項５】請求項１において、複数種の異常検出手段
   と自動回復手段の一つは、前記測定セル内に前記基準水
   を通水したときの光量を監視し、セル部内の気泡を判断
   して、前記測定セル内に前記試料水の元圧を利用し最大
   流量を通水し、回復しない場合に試料水断水と判断して
   警報を出力することを特徴とする水質計の自己診断機
   能。
6. 【請求項６】請求項１において、複数種の異常検出手段
   と自動回復手段の一つは、前記測定セル内に前記基準水
   または前記試薬のみを通水したときの光量差を監視し、
   試薬の変色および汚れを判断して、判定値以上となった
   ときに警報を出力することを特徴とする水質計の自己診
   断機能。
7. 【請求項７】河川，湖沼，井戸水などの原水、又はこれ
   らを浄化，殺菌処理をした上水、又は工業用水、又はこ
   れらを処理した飲用水，冷却水，処理下水などをサンプ
   リングし、その水質を監視するモジュール化した１個ま
   たは複数個の分析部と、該分析部内に具備された測定セ
   ル内にサンプリングした試料水を選択的に導く複数個の
   ポンプ及びバルブと、前記分析部にセルの状態を測定す
   る計測分析装置を有し、前記ポンプ及びバルブを連結す
   る流路部とを有し、該計測分析装置はＬＥＤ，レーザ光
   または白色光源から分光された光を前記セル部に照射
   し、その光量（吸光度）の差を計測し、かつ該ＬＥＤ，
   レーザ光または白色光源から分光された光量を一定に保
   持する光量補正機構を有し、該光量補正機構は励起電流
   一定に保持する回路を有する水質計において、前記計測
   分析装置のＬＥＤ，レーザ光または白色光源から分光さ
   れた光を該光量補正機構の励起電流によって監視し、Ｌ
   ＥＤ，レーザ光または白色光源の寿命予測を行い、判定
   値以上となったときに警報を出力することを特徴とする
   水質計の自己診断機能。
8. 【請求項８】河川，湖沼，井戸水などの原水、又はこれ
   らを浄化，殺菌処理をした上水、又は工業用水、又はこ
   れらを処理した飲用水，冷却水，処理下水などをサンプ
   リングし、その水質を監視するモジュール化した１個ま
   たは複数個の分析部と、該分析部内に具備された測定セ
   ル内にサンプリングした試料水を選択的に導く複数個の
   ポンプ及びバルブと、前記分析部，前記ポンプ及びバル
   ブを連結する流路部とを有する水質計において、前記基
   準水，洗浄液及び試薬の残量を水質測定時間により監視
   し、前記試薬，洗浄液及び基準水の残量が判定値以下と
   なったとき警報を出力することを特徴とする水質計の自
   己診断機能。