JP2004184245A - 下水道プラントの処理水流量計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】従来の下水道プラントの処理水流量計測は、配管内に流量計測用センサを設けているので、センサの動作不能や故障が発生した場合、その修復にはセンサ全体を配管から取り外す必要があり、その期間中は下水道プラントが休止するという問題点を解消するため、配管外部にセンサを設け、メンテナンス容易でプラント停止の必要のないシステムを提供する。
【解決手段】時間差式超音波流量計とドップラー式超音波流量計とを備え、配管外部に設けたそれぞれの超音波受発信ヘッド部から信号で信号変換部の流量警報設定部が定められた流量のしきい値以下では時間差式超音波流量計に、しきい値以上ではドップラー式超音波流量計による流量計測に切り換える。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、下水道プラント内において家庭排水やし尿水等の処理水の流量を配管の外から超音波を用いて検出する外装式流量計測に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
配管の外部に超音波受発信ヘッドを設け、各種流体の流量を計測する方法には大別して、時間差式とドップラー式の２種類がある。これらによる流量計測の測定原理については周知であるので、技術説明は省略する。
次に時間差式超音波流量計とドップラー式超音波流量計の利点と問題点について述べる。
時間差式は、配管内全体の流速分布を測定する方式であるので、流量を精度よく測定できるという利点を有している。しかし一方、処理水に気泡、汚泥等の超音波の透過を阻害する物質が多量に混入すると、測定精度が悪くなるばかりでなく流量測定が不可能となる（欠測する）という状態が発生する。
ドップラー式は、超音波の反射を利用している方式であるため、前記した時間差式で測定不能となるような多量な超音波透過物質が混入した場合にも、欠測が発生しないという利点を有している。しかし計測すべき流体内に超音波を反射する物質が混入していない場合には欠測することがあり、また、混入物質が配管に取り付けられたセンサに近い個所、つまり配管外径に近い個所に片寄って流れるような場合には、センサ設置個所の近傍でしか流量を測定できないので、配管内全体の平均流量は知ることができず、前記時間差式に比較して精度が悪いという問題点を有している。
【０００３】
下水道プラントはその社会的使命から通常、運転を休止させることは出来ない。従って運転を止めずにメンテナンス可能な外装式超音波流量計は重用されている。そして計測される処理水量はプラント制御の基本的対象となることから精度も要求される。従って、前記時間差式流量計がほぼすべての下水道プラントに適用されているが反面、前記のようなデメリットである欠測がしばしば発生し、これを補完するために流量測定精度が劣るにもかかわらず、ドップラー式を当用する場合も多い。このように下水道プラント向きには欠測の発生しない、かつ精度の良い流量計測をするには時間差式とドップラー式双方の利点を活用するよう２種類設置して、処理水の状態に応じて切り換え使用するのが効率的である。
【０００４】
このような観点から、配管内に複数のセンサーを棒状に接続し、或る一つのセンサが何らかの原因によって測定困難な状態に陥った場合に、その状況を他のセンサによって検知し補完するものが示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１１０２４６号公報（第５頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１に示された従来技術では、配管内に流量測定用のセンサを設けているので、例えば一つのセンサが何らかの原因で流量測定不能となった場合に、その原因が不明でかつ復旧しないような場合には、センサ全体を配管から取り外すことが必要となり、そのメンテナンスの期間中は処理水の流量計測が出来ずプラントの休止に至るという問題点があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、処理水に超音波透過阻害物質の混入が増加した場合にも欠測せず、またメンテナンス容易でかつプラント運転を停止させる必要のない、下水道プラントの処理水計測システムを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
時間差式超音波流量計とドップラー式超音波流量計とを備えた下水道プラントの処理水流量計測システムであって、
前記それぞれの流量計はそれぞれの超音波受発信ヘッド部と、信号変換器で構成されているものであり、
前記超音波受発信ヘッド部は処理水配管の外部に設けられており、前記信号変換器には流量警報設定部が設けられているとともに、前記流量警報設定部には処理水流量のしきい値が設定されており、処理水流量が前記しきい値以下では前記時間差式超音波流量計による流量計測を、前記しきい値以上では前記ドップラー式超音波流量計による流量計測を行うように、前記流量警報設定部が切り換えを行うものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１はこの実施の形態１による超音波を利用した下水道プラントの処理水流量計測システム１００を示す図である。図（Ａ）は配管部の斜視図であり、図（Ｂ）はその側面図、図（Ｃ）は変換器の斜視図である。図において、内部に処理水が流れる下水汚泥配管１の外部には、時間差式超音波受発信ヘッド部２ａ，２ｂと、ドップラー式超音波受発信ヘッド部３ａ，３ｂが固定バンド４によって取り付けられている。
前記受発信ヘッド部２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂからの超音波信号は専用ケーブル５を介して変換器６に送信される。図２は、前記変換器６内のロジックを示す図であり、流量変換部７ａ，７ｂ、流量警報設定部８ａ，８ｂおよびアナログ変換部９が設けられている。ここで、前記時間差式超音波受発信ヘッド２ａ，２ｂからの信号を受ける前記流量変換部７ａ、流量警報設定部８ａ、アナログ変換器９へとつながる第１の回路で時間差式超音波流量計２００を成し、ドップラー式超音波受発信ヘッド３ａ，３ｂ、流量変換部７ｂ、流量警報設定部８ｂ、アナログ変換器９とつながる第２の回路でドップラー式超音波流量計３００を成している。
【０００９】
次に動作について説明する。
前記処理水流量計測システム１００が設けられている前段には、処理すべき汚泥水を一時的に貯える汚泥池が設けられている。この汚泥池には、市中配管を通った汚泥水が流れ込むとともに、前記汚泥水量の増大化に対応可能な容量を有している。
汚泥池の下部側に設けられた前記配管１内は、前記処理水が内部を充填した状態で流れており、種々の汚物と共に前記汚泥池で発生した気泡も含んでいる。このような処理水が前記配管１の外部に設けられた時間差式超音波受発信ヘッド部２ａ，２ｂおよびドップラー式超音波受発信ヘッド部３ａ，３ｂの個所を通過すると、前記ヘッド部２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂからの信号は専用ケーブル５で伝送されて前記変換器６に入力される。前記信号はそれぞれ時間差式用、ドップラー式用の前記流量変換部７ａ，または７ｂを介して流量変換され、さらに流量警報設定部８ａ，または８ｂを介して、前記アナログ変換部９で一般工業信号に変換され、下水道プラント制御の上位系に流量情報として伝送される。
【００１０】
この実施の形態１では、前記流量警報設定部８ａ，８ｂにはプラントの処理水条件つまり、汚泥物量や大きさや前記汚泥池で発生する気泡の量等に対応して、前記時間差式超音波流量計２００による流量計測と、前記ドップラー式超音波流量計３００による流量計測に切り換えるべき処理水流量のしきい値が設定されている。このしきい値を設定する理由は、前記時間差式超音波流量計２００とドップラー式超音波流量計３００による流量計測の利点を活かそうとする目論みのもとになされたものである。
つまり、前記時間差式超音波流量計２００による流量計測は、前記配管１の外部に受発信ヘッド２ａ，２ｂを設け、配管１内に充填して流れる処理水の流速を計測するので、流量計測が精度良く行えることから、可能な限り前記時間差式超音波流量計２００によって流量を計測することが望ましい。ところが、この時間差式超音波流量計２００による流量計測は、処理水内に超音波透過の阻害物質である気泡や汚泥等が多量に混入すると欠測が生じる。前記超音波透過の阻害物質は処理水中の気泡が支配的であり、この気泡量はプラントの設置条件や処理水量の経日的変化等の諸要因により、プラント毎に異なる値をとる。この実施の形態１では前記時間差式超音波流量計２００による計測が可能な流量上限値をこのシステムが設置されるプラント内の固有値として定めておき、この値をしきい値として前記流量警報設定部８ａ，８ｂに設定する。そして処理水量が前記しきい値をこえると前記ドップラー式超音波流量計３００による流量計測に切り換えることにより、前記時間差式超音波流量計２００による欠点を補完する。
【００１１】
すなわち、前記プラント毎に定められるしきい値が前記流量警報設定部８ａ，８ｂに設けられていて、処理水量が前記しきい値以下では前記流量警報設定部８ａが前記時間差式超音波受発信ヘッド部２ａ，２ｂからの信号が前記流量変換部７ａ、流量警報設定部８ａ、アナログ変換部９を通る第１の回路、つまり時間差式超音波流量計２００による処理水の流量計測を行うよう、前記しきい値以上となると前記流量警報設定部８ａは、前記ドップラー式超音波受発信ヘッド部３ａ，３ｂからの信号が前記流量変換部７ｂ、流量警報設定部８ｂ、アナログ変換部９を通る第２の回路、つまりドップラー式超音波流量計３００による処理水の流量計測を行うように切り換える。この状態で流量が前記しきい値以下になると、同様に前記流量警報設定部８ｂが第１の回路、つまり時間差式超音波流量計２００による流量計測を行うよう切り換える。
なお前記しきい値は、前記流量計２００，３００をプラントに設置後のプラントの水処理条件、例えば汚泥や気泡量によって前記時間差式超音波流量計２００による欠測が発生する前の測定可能な流量値上限に定められるものであり、またこの値はプラント水処理条件の大幅な変化に伴って値が変更されるものである。
【００１２】
このようにこの実施の形態１では、外装式の時間差式超音波流量計２００とドップラー式超音波流量計３００とを備え、プラントの処理水条件に対応して定められた所定のしきい値で、前記流量計２００，３００を切り換えて流量計測を行うので、欠測を生じることがなく、さらに水処理条件変化に追随可能となりまたメンテナンス容易でかつメンテナンス時にプラント休止に至らない処理水量計測システムを提供することができる。
【００１３】
実施の形態２．
前記実施の形態１では、時間差式超音波流量計２００とドップラー式超音波流量計３００との切り換えは、処理水流量しきい値でもって前記流量警報設定部８ａ，８ｂが行っていたが、この実施の形態２では、図３に示すように信号変換器６内の流量変換部７ａ，７ｂの入力側に、超音波受信強度警報設定部１０ａ，１０ｂを設ける構成としている。
そして、前記図１で示した時間差式超音波受発信ヘッド部２ａ，２ｂからの信号を受ける前記超音波受信強度警報設定部１０ａと流量変換部７ａ、アナログ変換器９へとつながる第１の回路でもって時間差式超音波流量計２００ａを成し、ドップラー式超音波受発信ヘッド部３ａ，３ｂ、超音波受信強度警報設定部１０ｂ、流量変換部７ｂ、アナログ変換器９とつながる第２の回路でもってドップラー式超音波流量計３００ａを成している。
【００１４】
次に動作について説明する。
前記超音波受信強度警報設定部１０ａ、１０ｂには、プラントの処理水条件、つまり汚泥物量や大きさ、処理水中に含まれる気泡量に対応した超音波受信強度のしきい値が設定されていて、例えば、前記第１の回路すなわち時間差式超音波流量計２００ａで処理水流量を計測している際に、前記処理水中に含まれる気泡量が増加すると、前記超音波受信強度が次第に低下し、前記しきい値に達すると、前記超音波受信強度警報設定部１０ａは前記第２の回路すなわちドップラー式超音波流量計３００ａでの流量計測を行うように切り換える。この状態で流量計測を行っていて、処理水中に含まれる気泡量が減少して、前記しきい値に達した際には、前記超音波受信強度警報設定部１０ｂは、前記第１の回路すなわち時間差式超音波流量計２００ａでの流量計測を行うように切り換える。
なお、前記しきい値は、実施の形態１と同様に、前記流量計２００ａ，３００ａをプラントに設置後のプラントの水処理条件によって定められ、かつ水処理条件の大幅な状態変化に伴って値が変更されるものである。
このようにこの実施の形態２では、超音波受信強度警報設定部１０ａ，１０ｂに超音波受信強度のしきい値が設定されて、このしきい値を境界として流量計を切り換えているので、処理水条件にかかわらず、欠測のない流量測定が行えると共に、メンテナンス容易な流量計測システムを提供している。
【００１５】
実施の形態３．
この実施の形態３では、前記実施の形態２の超音波受信強度警報設定部１０ａ，１０ｂに代わり、図４に示すように信号変換部６に超音波伝搬速度警報設定部１１ａ，１１ｂを設けた構成としたものである。そして、時間差式超音波受発信ヘッド部２ａ，２ｂ、超音波伝搬速度警報設定部１１ａ、流量変換部７ａ、アナログ変換器９へとつながる第１の回路で時間差式超音波流量計２００ｂを成し、ドップラー式超音波受発信ヘッド部３ａ，３ｂ、超音波伝搬速度警報設定部１１ｂ、流量変換部７ｂ、アナログ変換器９とつながる第２の回路でドップラー式超音波流量計３００ｂを成している。
【００１６】
次に動作について説明する。
前記超音波伝搬速度警報設定部１１ａ，１１ｂには、前記実施の形態２と同様に、プラントの処理水条件に対応した超音波伝搬速度のしきい値が設定されている。そしてまた、例えば前記第１の回路すなわち時間差式超音波流量計２００ｂで処理水流量を計測している際に、処理水に含まれる気泡や汚泥物の量が変化し、超音波伝搬速度が前記しきい値に達した場合、超音波伝搬速度警報設定部１１ａは第２の回路すなわちドップラー式超音波流量計３００ｂによる計測に切り換える。そしてこの状態での計測を行っていて、再び処理水に含まれる気泡量等が変化し、前記しきい値に達すると、超音波伝搬速度警報設定部１１ｂは第１の回路すなわち時間差式超音波流量計２００ｂでの流量計測に切り換える。
なお、前記しきい値は実施の形態１と同様に、前記流量計２００ｂ、３００ｂをプラントに設置後、プラントの水処理条件によって定められ、かつ水処理条件の大幅に状態変化に伴って値が変更されるものである。
このように実施の形態３では、超音波伝搬速度警報設定部１１ａ，１１ｂに超音波伝搬速度のしきい値が設定されていて、このしきい値を境界として流量計を切り換えているので、処理水条件にかかわらず、欠測のない流量測定が行えると共に、メンテナンス容易な流量計測システムを提供している。
【００１７】
実施の形態４．
なお、前記実施の形態１〜実施の形態３では、超音波受発信ヘッド部を時間差式用の２ａ，２ｂ、ドップラー式の３ａ，３ｂをそれぞれ設ける例を示したが、この実施の形態４では図５に示すように、前記時間差式とドップラー式に共用可能な超音波受発信ヘッド部２ｃを設けているので、受発信ヘッドのセット数を減らして安価なシステムとなると同時に、前記実施の形態１〜実施の形態３と同様の効果を奏する。なお図５では、信号変換器６の記入を省略している。
【００１８】
【発明の効果】
この発明は以上述べたような構成の下水道プラントの処理水計測システムであるので、以下のような効果がある。
時間差式超音波流量計とドップラー式超音波流量計とを備え、それぞれの流量計はそれぞれの超音波受発信ヘッド部と、信号変換器で構成されていて、
超音波受発信ヘッド部は処理水配管の外部に設けられており、信号変換器には流量警報設定部が設けられているとともに、流量警報設定部には処理水流量のしきい値が設定されており、処理水流量が前記しきい値以下では時間差式超音波流量計による流量計測を、前記しきい値以上ではドップラー式超音波流量計による流量計測を行うように、流量警報設定部が切り換えを行うものであるので、処理水中に気泡、汚泥物等による超音波透過阻害物質が増加したとしても、流量測定不能となるような事態は生じず、またプラントの水処理条件の変化にも対応したしきい値を設定することができるとともに、さらに、メンテナンスが容易でかつ、メンテナンスにプラントの休止を必要としないという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１、２による下水道プラントの処理水流量計測システムを示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１による変換器内のロジックを示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２による変換器内のロジックを示す図である。
【図４】この発明の実施の形態３による変換器内のロジックを示す図である。
【図５】この発明の実施の形態４による下水道プラントの処理水流量計測システムを示す図である。
【符号の説明】
１ 配管、２ａ，２ｂ 時間差式超音波受発信ヘッド部、
２ｃ 超音波受発信ヘッド部、
３ａ，３ｂ ドップラー式超音波受発信ヘッド部、６ 信号変換器、
７ａ，７ｂ 流量変換部、８ａ，８ｂ 流量警報設定部、９ アナログ変換部、
１０ａ，１０ｂ 超音波受信強度警報設定部、
１１ａ，１１ｂ 超音波伝搬速度警報設定部、
１００ 処理水流量計測システム、
２００，２００ａ，２００ｂ 時間差式超音波流量計、
３００，３００ａ，３００ｂ ドップラー式超音波流量計。

Claims (5)

1. 時間差式超音波流量計とドップラー式超音波流量計とを備えた下水道プラントの処理水流量計測システムであって、
   前記それぞれの流量計はそれぞれの超音波受発信ヘッド部と、信号変換器で構成されているものであり、
   前記超音波受発信ヘッド部は処理水配管の外部に設けられており、前記信号変換器には流量警報設定部が設けられているとともに、前記流量警報設定部には処理水流量のしきい値が設定されており、処理水流量が前記しきい値以下では前記時間差式超音波流量計による流量計測を、前記しきい値以上では前記ドップラー式超音波流量計による流量計測を行うように、前記流量警報設定部が切り換えを行うことを特徴とする下水道プラントの処理水流量計測システム。
2. 時間差式超音波流量計とドップラー式超音波流量計とを備えた下水道プラントの処理水流量計測システムであって、
   前記それぞれの流量計はそれぞれの超音波受発信ヘッド部と、信号変換器で構成されているものであり、
   前記超音波受発信ヘッド部は処理水配管の外部に設けられており、前記信号変換器には超音波受信強度警報設定部が設けられているとともに、前記超音波受信強度警報設定部には、超音波受信強度のしきい値が設定されており、超音波受信強度が前記しきい値に達すると、前記時間差式超音波流量計またはドップラー式超音波流量計のいずれか一方の前記流量計による流量計測から、他方の前記ドップラー式超音波流量計または時間差式超音波流量計による流量計測を行うように、前記超音波強度警報設定部が切り換えを行うことを特徴とする下水道プラントの処理水流量計測システム。
3. 時間差式超音波流量計とドップラー式超音波流量計とを備えた下水道プラントの処理水流量計測システムであって、
   前記それぞれの流量計はそれぞれの超音波受発信ヘッド部と、信号変換器で構成されているものであり、
   前記超音波受発信ヘッド部は処理水配管の外部に設けられており、前記信号変換器には超音波伝搬速度警報設定部が設けられているとともに、前記超音波伝搬速度警報設定部には、超音波伝搬速度のしきい値が設定されており、超音波伝搬速度が前記しきい値に達すると、前記時間差式超音波流量計またはドップラー式超音波流量計のいずれか一方の前記流量計による流量計測から、他方の前記ドップラー式超音波流量計または時間差式超音波流量計による流量計測を行うように、前記超音波伝搬速度警報設定部が切り換えを行うことを特徴とする下水道プラントの処理水流量計測システム。
4. 前記超音波受発信用ヘッド部は、前記時間差式流量計用と前記ドップラー式流量計用とを共用するよう設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の下水道プラントの処理水計測システム。
5. 前記しきい値は、前記プラント内に前記時間差式流量計およびドップラー式流量計を設置後、処理水条件に対応して設定されているものであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の下水道プラントの処理水計測システム。

Images