JP2001056333A - 自動採水器用のエンドレスサンプル瓶 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自動採水器を使用して飲料水の水源となって
いる河川などの水源汚染事故の調査を行うとき、事故が
発生しない通常時においても、従来の採水器では装置内
の採水したサンプルを捨てるのに、人間が採水器の設置
場所まで出向いてサンプルを捨てていました。この場合
時間と経費に多大な負担がかかり、結果的には連続して
調査を行うことが事実上不可能でした。 【解決手段】 エンドレス採水瓶を自動採水器に取り付
けるだけで、続けて採水ができる現在の自動採水器で
は、２４時間経過して河川事故が発生しなかったとき
は、古いサンプルから自動的に排水され、自動的に新し
いサンプルが採水できるようになります。これによって
河川事故などが発生したときには、エンドレス採水瓶の
中のサンプルを分析することで、的確に汚染物質を見つ
けることができます。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は河川の水質や、飲
料水の水源の水質を調査する目的で使用する、自動採水
器（水を一定時間ごとに自動的に採水し、サンプル瓶に
分取する装置）に取り付けて、採水するだけでなく、不
要なサンプルを排水するためのサンプル瓶である。また
この発明を図１にす。

【０００２】

【従来の技術】河川の調査に使用されている自動採水器
とは、一定時間ごとで指定したサンプル量をポンプで吸
引し、装置内に内蔵されているサンプル瓶に入れて保管
することを目的としている装置である。図２に自動採水
器の一例を示し、以下に自動採水器とそれが使用される
状況について説明を行う。

【０００３】（イ）水質環境調査を行うには約５００ｍ
ｌ以上のサンプル（水）が必要。河川や下水道などに汚
染物質（農薬や有毒物質など）が流入したときに、採取
したサンプルを持ち帰り、分析センターの分析装置で採
取した水の中の物質を分析することが、水道事業所（地
方自治体の水道局や水道部）、下水処理場や公害監視セ
ンターなどで行われている。このとき一般に水質調査で
使用するサンプル（水）の量は、近年の分析装置の発展
において減少する傾向がある。これに伴い以前は１００
０ｍｌや２０００ｍｌの採水を行っていたが、自動採水
器を使用する近年においては、５００ｍｌ以上のサンプ
ルがあれば、ほとんどの項目を分析することができるよ
うになった。

【０００４】（ロ）自動採水器は内蔵時計により、無人
で指定した間隔で採水を行う。自動採水器はこのように
一定間隔で汚染物質が混入しているであろう水を採取
し、一定時間保管するための装置である。時間間隔は通
常、時間と分単位で自由に設定することができ、設定し
た間隔で、すべてのサンプル瓶（通常２４本内蔵）に順
次採水を行う。

【０００５】（ハ）一般に１時間ごとに採水し、２４本
内蔵のサンプル瓶に２４時間分のサンプルを採水する。
自動採水器のサンプル瓶の収納本数は１時間に１回採水
し、２４時間採水すると停止することを目的としている
ため、２４本サンプル瓶を内蔵したタイプがほとんどで
ある。これは自動採水器が持ち運びできるように、との
設計思想から生まれたためによるが、逆に２４時間たつ
と、内蔵のサンプル瓶がすべていっぱいになり、それ以
上はサンプルがとれないことを意味している。つまり本
発明はこの弱点を解消するものである。

【０００６】（ニ）サンプル瓶がいっぱいになると人力
で不要なサンプルを排水 項目０００５で説明を行ったように、自動採水器は本来
採水したサンプルを確実に持ち帰ることを目的としてい
る。しかし河川や下水道などへの有毒物質の流入はいつ
発生するかわからないため、１時間に１回の採水でも２
４時間経過後は、サンプル中に有毒物質が入っていない
ときに、自動採水器の場所まで赴き、人力で不要になっ
たサンプルを排水していた。

【０００７】（ホ）コストがかかるので結局自動採水器
はほとんど威力を発揮できない。サンプル瓶を排水する
作業は、その設置場所によっては、公害監視センターや
水道事業所の事務所から１時間以上かかることも少なく
ないのが現状である。しかしただ不要になったサンプル
を捨てるだけで、貴重な人員をさいて行うには、自治体
の予算では十分にまかなえないのが現状で、結果的には
特定の日に自動採水器をスポット的に使用しているだけ
であった。しかしこの方法ではいつ発生するかわからな
い汚染事故には対処できない。

【０００８】（ヘ）現状では人手で対応している。現状
では、自動採水器が停止していたときや、使用していな
いときが多い。そのため河川や下水道に設置しているモ
ニタリング装置が異常信号を出したとき。水道水から異
臭がすると苦情があったとき。河川で魚などが変死した
と住民から苦情があったときに、苦情のあった河川や水
道管の下流で、原因となっていると考えられる汚染物資
が流れているであろう水を大勢の人間で直接採水してい
た。だがこのような方法では正確に汚染物質を特定する
ことができず、ましてやその濃度などは希釈されるため
決定することができなかった。

【０００９】（ト）従来のモニタリング装置には限界が
ある。もう一つの考え方として、河川や下水道に各種の
モニタリング装置を設置する考えがある。しかしこのよ
うな装置は特定の物質の濃度を直接測定する化学センサ
ー式のため、なにが流されるかわからない状況では、非
常に多くのセンサーを必要とする。その上それぞれのセ
ンサーは河川水や下水で汚れるため、絶えず掃除を行わ
ないと正確な結果が得られない。結果的にはサンプルを
持ち帰り分析装置で測定する以外に方法はない。

【００１０】（チ）毒物、油や臭気を分析する良い化学
センサーはない。特定の項目だけに絞ってセンサーで分
析を行うとしても、毒物や油、臭気を正確に分析できる
化学センサーは現在のところ開発されていない。特に臭
気はアンモニアや塩素、トルエンなどいろいろなものの
複合体のため、分析センターで行われる分析方法でも多
種にわたっている。このような状況でモニタリング装置
による正確な汚染物質の把握は不可能である。

【００１１】（リ）人間が感じるのは上記の３種類。と
ころが人体に直接影響があるのは前項の３種類に大別で
きる。特に毒物に付いては、正確にその物質と濃度を把
握する必要がある。また水道などで近年問題になってい
る項目は臭気である。水道事業所は高度処理技術で通常
の状態での臭気についてはかなり抑えることができる
が、水道水源になっている河川への薬物汚染事故では、
処理しきれずに水道管に流されるケースがある。

【００１２】（ヌ）製造物責任は水道の分野にも浸透。
近年ＰＬ法の浸透により、工業製品などの製造者に、事
故発生時の責任の所在を明確にする動きがある。しかし
ながら水道事業において、水は絶えず流れているため、
事故発生時の水を残しておく手段は未だに確立されてい
ない。現状では、何らかの事故が発生したときに、たま
たま自動採水器が稼働していれば、その中のサンプルを
回収して原因を究明しているにすぎない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来は自動採水器のサ
ンプル瓶を入れ替えたり、周期的に汚染事故の発生する
河川では、予想される日に自動採水器を設置して対処し
ていたが、なかなか効果が上がらなかった。また自動採
水器のメーカーでは、２台または３台の自動採水器を順
に作動させ、２日または３日間の採水が行われるように
しているが、この方法で採水したとしても２から３日す
るとやはり人力による排水が必要である。このような状
況で効果的に、かつ簡単に不必要なサンプルを排水する
ための装置を開発する必要が発生したが、次のような課
題が発生した。

【００１４】（イ）既存の自動採水器とのデーターの互
換性が必要となるため、採水方法やサンプルの保管方法
に変更を加えることができない。これは新しい装置で採
水したサンプルから得られたデーターと従来の方法での
データーのクロスチェックが非常に困難であるためであ
る。また自動採水器は過去２０年以上の実績があるた
め、過酷な条件でさまざまな動作確認が行われており、
装置自体の信頼性が非常に高い。河川事故で不確定因子
を少なくできるために、新たに装置を開発しても信頼性
が乏しいものとなるため、自動採水器本体は市販品を使
用する必要がある。

【００１５】（ロ）河川や下水道、ダムなどの水質は溶
解性の物質以上に砂や不溶性の物質が多量に含まれるた
め、排水を電磁弁などで行うと電磁弁に不溶性物質が付
着し、誤動作の原因となる。またサンプル瓶の底から排
水すると、排水効果は高いものの、上記のようなトラブ
ルにより目的のサンプルが採取できない可能性が高い。

【００１６】（ハ）既存の自動採水器は野外の電源のな
い場所に設置することを目的として設計されているた
め、バッテリー駆動が前提となっている。そのため電力
事情から、排水にポンプや電磁弁などを新たにもうける
ことができないか、非常に困難なため、無動力で排水を
行う必要がある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】市販の自動採水器のサン
プル瓶を交換し、自動採水器のサンプル瓶収納ケースに
加工することで、１台の自動採水器で連続的にサンプル
が採取できるようになる。そのためのサンプル瓶と収納
ケースは図１１のように構成されている。サンプル瓶の
概略の構造は図１である。またサンプル瓶が、実際の採
水／排水行程での作動状況を示したものが図２である。
各部品の詳細について以下に説明を行う。

【００１８】（イ）図４に示したようなサイホン管を作
成する。サイホン管の形状は排水速度と採水速度を考慮
し設定する。通常自動採水器は２０００〜３０００ｍｌ
／ｍｉｎの採水速度のため、排水速度は３０００ｍｌ／
ｍｉｎ程度とする

【００１９】（ロ）サイホン管の端の処理（サンプル瓶
側）は、サンプル中の不溶性物質の量や排水能力を加味
して以下の形状もしくは組み合わせを行う。形状の図面
は図５から図９に分類した。

【００２０】（ハ）採水瓶にＵ字型のサイホン管を瓶の
途中に取り付ける。サイホン管を適切に取り付けること
で、採水と同時に排水を行い、サンプル瓶内部の洗浄効
果を高める構造とする。

【００２１】

【発明の実際の形態】課題を解決するための手段の項目
で述べたサイホン管とサンプル瓶を自動採水器に取り付
けて採水を行う。以下にその内容について説明する。

【００２２】（イ）図４に示したようなサイホン管を作
成する。図４中のそれぞれの寸法は表１の条件に適合し
たものとする。

【表１】 材質については加工性がよく、夏場の温度上昇でも変形
しないアクリル樹脂を用いるが、耐薬品性に問題がある
ときはガラスやテフロン樹脂を使用する。なおＬｄｉｆ
については、サンプル量と使用するサンプル瓶により特
定できないが、サンプル瓶の容量とＬ ｄｉｆには以下
のような関係とする。 サンプル瓶の全高＝Ｌ Ｍａｘ サンプル瓶の容量＝Ｖ ｍａｘ 希望サンプル量＝Ｖ としたとき

【数１】 とする。ただしＬ ｄｉｆは自動採水器の構造上Ｌ ｍ
ａｘの１／２になるようにすることが望ましい。

【００２３】（ロ）サイホン管の端の処理（サンプル瓶
側）は、サンプル中の不溶性物質の量や排水能力を加味
して以下の形状もしくは組み合わせを行う。形状の図面
は図４から図８に分類した。なおこれ以外の形状につい
ても、実際の設置場所の水質によって変更したり、それ
ぞれの組み合わせを行うことで対処できる。 （１）４５°片エッジ、図５ サイホン管の基本形状である。サイホン管の中央部から
４５°±１５°でサイホン管の端を削る。排水能力及び
不溶性物質の排出能力ともに高く不溶性物質の比重にも
よるが、直径５ｍｍ程度のものまで排出することができ
る。自動採水器の構造上途中の配管が９ｍｍ程度のた
め、配管より少し細いが、サンプル瓶のデッドボリュー
ムは液面で５ｍｍに押さえることができる。 （２）４５°両エッジ。図６ サイホン管の中央部から４５°±１５°で両方からサイ
ホン管の端を削る。４５°片エッジに比べ排水能力が高
く不溶性物質の排出能力は同じである。またサンプル瓶
のデッドボリュームは液面で５ｍｍに押さえることがで
きる。自動採水器の採水能力が高く、採水速度が速いと
きに、排水速度を早くしたいときに有効な形状である。 （３）４５°エッジ、図７ 不溶性物質の多いときの形状である。サイホン管の端か
ら４５°±１５°でサイホン管の端を削る。排水能力及
び不溶性物質の排出能力とももっとも高く不溶性物質の
比重にもよるが、直径１１ｍｍ程度のものまで排出する
ことができる。サンプル瓶のデッドボリュームは液面で
１１ｍｍと高く、サンプル間のコンタミネーションが発
生する可能性が高い、そのため採水量を多くする必要が
ある。 （４）アングル、図８ サイホン管の中央部から階段状にサイホン管の端を削
る。高い排水能力を維持しながら、デッドボリュームを
押さえた形状である。不溶性物質の排出能力は削り込む
高さによって決まるため。削り込む高さを押さえれば、
デッドボリュームを少なくすることができるが、不溶性
物質の通過可能直径が小さくなるため、実用上３〜５ｍ
ｍ程度が望ましい。 （５）フラット、図９ サイホン管の端を平らのまま取り付ける。ただしサンプ
ル瓶の底に密着しないように、少し突起などをもうけ
る。排水能力と不溶性物質の排出能力ともに高くはない
が、デッドボリュームをもっとも少なくすることができ
る。水質が良く、安定しているところで、採水量を少な
くしたいときに有効である。

【００２４】（ハ）サイホン管を取り付けるサンプル瓶
は図１０の構造とする。なおサンプル瓶は自動採水器の
メーカーにより基本構造は同じであるが、各部の寸法が
異なるため、ここでは一例をあげる。サイホン管を適切
に取り付けることで、採水と同時に排水を行い、サンプ
ル瓶内部の洗浄効果を高める構造とする。サンプル瓶の
途中に、サイホン管が取り付けられる穴をあけ、サイホ
ン管を取り付ける。穴の位置はサンプル瓶の全容量を１
００％とし、５０％の容量の位置が、サイホン管の取り
付け穴の下面を下回らないようにする。サンプル瓶の底
はサンプルの排水能力の向上と、サンプル間のコンタミ
を少なくするために勾配をもうけた。角度はサンプル瓶
のサイホン管取り付け位置から、反対側が１０ｍｍ高く
なるようにつけた。これによって１０００ｍｌのサンプ
ル瓶で５００ｍｌを採水したとき、４５°エッジサイホ
ン管を使用して、コンタミによる汚染が平均０．５％以
下に抑えることができた。なおサンプル瓶の材質は採水
するサンプルにより変える必要がある。サンプルが無機
物質の時はサンプル瓶はポリエチレン、ポリプロピレン
またはポリカーボネートなどを使用することで、サンプ
ル瓶の加工性が向上し、多くのサンプルを採取できる構
造（くさび形）を用いることができる。サンプルが有機
物質の時は上のような材質を使用すると、サンプル瓶の
壁面に吸着したり、サンプル瓶の壁面を変質させる可能
性がある。このようなときはガラス製にすることができ
るが、加工性が悪くサンプル瓶の肉厚が厚くなるため、
くさび形にできず全容量が３００ｍｌ〜４００ｍｌ程度
となる。

【００２５】（ハ）サンプル瓶は耐薬品性を考慮し材質
の選定を行う。前項で形状の考慮を行ったが、サンプル
瓶の材質について、サンプルに対しての耐薬品性をさら
に考慮する必要がある。以下に代表的は薬品に対して
の、プラスチックの耐薬品性を表２に記載する。

【表２】 表中の記号 Ａ：全くあるいはほとんど影響がない Ｂ：若干の影響があるが条件により十分耐える Ｃ：なるべく使用しない方がよい Ｄ：使用に適さない なおここに記載した薬品は一例のため、すべてを記載し
たものではない。

【００２６】（ニ）採水を行ったサンプルが瓶の中に保
管されすべてのサンプルを採水すると最初の採水瓶から
排水して採水を続ける。採水が完了したサンプル瓶には
規定したサンプル量（１０００ｍｌのサンプル瓶では約
５００ｍｌ）が採水されている。この状態で５００ｍｌ
採水すると、採水途中でサイホンが作動し、採水動作と
排水動作が同時に行われるが、採水速度と排水速度がほ
ぼ同じのため、採水中はサンプル量はほとんど変化しな
い。採水動作が完了すると、排水のみそのまま行われ、
サンプル瓶の中のサンプルがすべて排水される。このと
き以前のサンプルに新しいサンプルが上から入るため、
この動作中にサンプル瓶の内部の洗浄効果が発生し、サ
ンプル間のコンタミを少なくすることができる。項目０
０２４に記載したように１０００ｍｌのサンプル瓶を使
用したときに、実際のサンプル間のコンタミは０．５％
以下に抑えることができる。これは環境分析における一
般的な分析方法の誤差（５〜１０％）から考慮し、以前
のサンプルの影響を無視することができる。

【００２７】（ホ）自動採水器に発明品を取り付けると
以下のようになる 項目００２６で説明したサンプル瓶を自動採水器に取り
付けると、図１１のように自動採水器のボトムベースに
並ぶ。外周部にサンプル瓶が並び、内周部にサイホン管
が集まる構造となり、排水されるサンプルを、１カ所に
集めて効率的に排水することができる。採水時には外周
部に並ぶサンプル瓶にポンプから送られてきたサンプル
が指定した量（たとえば５００ｍｌ）採水される。この
とき１回の採水では１本のサンプル瓶にのみ採水され、
反時計回りで次々と指定した時間間隔（たとえば１時間
間隔）で採水を行う。本発明では、採水を行う少し前に
採水をおこなうサンプル瓶に対して採水時と同じ量採水
する事で、サンプル瓶に取り付けたサイホン管から古い
サンプル（不要となったサンプル）を排水し、サンプル
瓶の中を空にしたのち、必要なサンプルを採水する。そ
の後指定した時間が経過後、次のサンプル瓶に同じ動作
が繰り返し行われ、２４本すべてのサンプル瓶に採水が
完了すると、最初のサンプル瓶から同じ動作が繰り返さ
れる。

【００２８】（ヘ）河川に有毒物質が流されたとき。水
道事業所や公害監視センターまたは一般市民からの通報
などから、河川に有毒物質が流された可能性があると
き。現地に赴くかまたは遠隔操作で自動採水器を停止さ
せる。自動採水器には停止した時点から、サンプル瓶を
時計回りにたどっていくと、２４本前までのサンプルが
指定した時間間隔で並んでいるので、サンプル瓶の中の
サンプルを持ち帰り、試験室で精密に分析することで、
有毒物質がなにであるか、またそのときの濃度を求める
ことができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明はこのように汚染物質が河川など
に流入しない通常時に、自動的にサンプルを排水し、新
たに次のサンプルを保管できるようにとの強い要望をも
とに発明したものである。基本構造はサンプル瓶にサイ
ホン管を取り付け、採水動作を行うことで、古いサンプ
ルを排水するようにしたものである。こうすれば河川な
どに汚染物質が流入したとき、採水器を停止すればいつ
も２４時間（１回採水／１時間）又は２４本前までのサ
ンプルが入手でき、サンプルを分析することで汚染物質
や原因、汚染源の特定、汚染物質の通過時刻、定常状態
への復帰時刻などのデーターが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】エンドレスサンプル瓶の外観図

【図２】自動採水器の一例

【図３】発明の作動状態

【図４】サイホン管の形状と寸法（１０００ｍｌサンプ
ル瓶用）

【図５】４５°片エッジサイホン管の採水部

【図６】４５°両エッジサイホン管の採水部

【図７】４５°エッジサイホン管の採水部

【図８】アングルサイホン管の採水部

【図９】フラットサイホン管の採水部

【図１０】サンプル瓶の三面図

【図１１】ボトルベースの二面図

【符号の説明】

１はサイホン管 ２は採水瓶 ３はポンプ ４はコントローラー ５はセンターセクション ６はボトムベース ７はサイホン管取り付け穴

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自動採水器の採水瓶にＵ字型のサイホン
   管を取り付け、採水瓶の中の水を、排水ポンプや電磁弁
   を使わずに排水するための瓶。