JP2005211858A - 間欠式洗浄方法、および、間欠式洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
洗浄開始直後の洗浄力を長時間にわたり維持して効率的に洗浄する間欠式洗浄方法、および、間欠式洗浄装置を提供する。
【解決手段】
検出器１０に向けて圧縮気体を噴射する洗浄ノズル７と、開動作または閉動作を行う制御弁３と、制御弁３に接続される中央処理部１１と、を備え、中央処理部１１は、制御弁３の開動作と閉動作とを交互に行って洗浄ノズル７からの圧縮気体の噴射を間欠的に行うように制御する間欠式洗浄方法、および、間欠式洗浄装置とした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液体中の洗浄対象を洗浄する間欠式洗浄方法、および、間欠式洗浄装置に関する。

液体中で洗浄される洗浄対象の一例として、例えば、工業用水や河川水などの試料水に浸漬され、この試料水の性状を検出する検出器が挙げられる。試料水中の検出器は、時間経過につれて試料水中に含まれる汚濁物質（例えば、被測定対象が河川・湖沼・下水・排水の試料水ならば微生物など）が付着し、検出能力が劣化してくる。そこで、このような検出器を一定期間経過毎に洗浄して、検出能力を維持する保守作業が必要となってくる。

このように試料水中の検出器を洗浄する従来技術として、例えば、検出器に圧縮空気を噴射する洗浄装置が知られている。この洗浄装置では検出器の近くに取り付けた洗浄ノズルから圧縮空気を噴射し、圧縮空気を試料水中で急激に膨張させて気泡を含んだ高速な水流を発生させ、この水流の勢いと、検出器に付着した汚濁物質に試料水（液相）と気泡（気相）との境界部が無秩序に接触する際に、汚濁物質に振動が引き起こされることとの相乗作用によって、効率的に汚濁物質が剥離除去されている。

また、このような従来技術の他の例として、特許文献１（発明の名称：水質測定装置）が開示されている。特許文献１に記載された従来技術は、工業用水や河川水などの水質を測定する濁度計であって、ジェット洗浄器から、水・空気・適宜の洗浄液などである洗浄用流体をセンサ部に向けて噴射し、検出器を洗浄するものである。

特開２０００−２０６１０６号公報（段落番号００１３〜００３５（特に００１４），図１〜図７）

さて、従来技術の洗浄装置では、洗浄力を向上させる方策として、圧縮気体の供給圧力を高くする方法、または、洗浄時間を長くする方法が考えられる。
圧縮気体の供給圧力を高くする方法では、圧縮気体は圧力が高いほど水中で噴射した後の膨張率が大きく、作り出す水流も速くなって勢いを増し洗浄力が高くなる。しかしながら、高圧の圧縮気体を連続噴射して洗浄を行うと、多量の圧縮気体を短時間に消費してしまうため圧縮気体の元となる空気等の気体の供給が追いつかず、圧縮気体の供給圧力を高めるには、大型の圧縮ポンプを備えなければならないなど装置が大型化するという問題があった。

洗浄時間を長くする方法では、圧縮気体を連続噴射すると検出器は気体に覆われた状態となり、水流が当たらなくなってむしろ洗浄力が低下していた。このように単に長時間の連続噴射を行うだけでは、洗浄力は洗浄開始直後に比べて低下し、圧縮気体の消費量が著しく増大するにもかかわらず洗浄効率が低減するという問題があった。

そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、洗浄開始直後の洗浄力を長時間にわたり維持して効率的に洗浄する間欠式洗浄方法、および、間欠式洗浄装置を提供することにある。

このような本発明の請求項１に係る間欠式洗浄方法は、
洗浄ノズルから圧縮気体を噴射させて液体中の洗浄対象に付着した汚濁物質を除去する洗浄方法であって、
圧縮気体を洗浄対象に向けて噴射する圧縮気体噴射期間と、
圧縮気体噴射を停止する停止期間と、を備え、
前記圧縮気体噴射期間と前記停止期間とを交互に繰り返し、
前記圧縮気体噴射期間と前記停止期間とのそれぞれをほぼ０．１〜６０秒に設定することを特徴とする。

本発明の請求項２に係る間欠式洗浄装置は、
液体中の洗浄対象に向けて圧縮気体を噴射する洗浄ノズルと、
洗浄ノズルに圧縮気体を供給する圧縮気体供給部と、
圧縮気体の供給を制御する制御弁と、
前記制御弁の開動作と閉動作とを制御する機能を有する中央処理部と、を備え、
前記制御弁は、ほぼ０．１〜６０秒の周期で開閉する機能を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る間欠式洗浄装置は、
請求項２の間欠式洗浄装置において、
前記制御弁の上流側に配置され、圧縮気体を所定量蓄えるタンクを備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る間欠式洗浄装置は、
請求項２または請求項３の間欠式洗浄装置において、
前記洗浄対象は、試料水中でこの試料水の性状についての検出信号を出力する検出器であることを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る間欠式洗浄装置は、
請求項２〜請求項４の何れか一項に記載の間欠式洗浄装置において、
前記中央処理部は、制御弁の開動作と閉動作とを交互に行っている間は前記検出器からの検出信号の出力をホールドするホールド手段として機能することを特徴とする。

以上のような本発明によれば、液体中の洗浄対象に向けて圧縮気体をほぼ０．１〜６０秒間の短い時間噴射することにより、気体消費量を少なくし、その分を高圧の圧縮気体として従来と同じ気体消費量であってもより高速な水流を発生させ、この水流の勢いと、検出器に付着した汚濁物質に試料水（液相）と気泡（気相）との境界部が無秩序に接触する際に、汚濁物質に振動が引き起こされることとの相乗作用によって効率的に汚濁物質を剥離除去することができる。また、圧縮気体の噴射をほぼ０．１〜６０秒間停止する期間と、圧縮気体を噴射する期間と交互に繰り返すことにより、検出器が気体に覆われた状態となり水流が当たらなくなって洗浄力が低下してしまうという従来技術の問題点を解決し、洗浄開始直後の洗浄力を長時間にわたり維持して効率的に洗浄する間欠式洗浄方法、および、間欠式洗浄装置を提供することができる。

＜第１実施形態＞
図１は間欠式洗浄装置付浸漬型検出器の構成図、図２は間欠式洗浄装置のブロック構成図、図３は制御タイミングを説明するタイミングチャートであり、図３（ａ）は洗浄制御信号のタイミングチャート、図３（ｂ）はホールド信号のタイミングチャートである。間欠式洗浄装置付浸漬型検出器１００は、図１で示すように、減圧弁１、タンク２、制御弁３、チューブ４、エルボ５、パイプ６、洗浄ノズル７、リード線８、電極ホルダ９、検出器（電極）１０を備えている。また、間欠式洗浄装置は、図２で示すように、中央処理部１１、駆動装置１２、入力部１３を備えている。

続いて、間欠式洗浄装置付浸漬型検出器１００の各部構成について概略説明する。ここに浸漬型検出器とは、機械的に固定された状態で試料水の中に浸漬される検出器を意味する。
減圧弁１は、図示しない圧縮気体供給部と接続され、圧縮気体が供給されている。この圧縮気体供給部は、例えば、遠隔地にある圧縮ポンプに接続された管口であったり、または直接接続された圧縮ポンプである。この減圧弁１は供給された圧縮気体を所定圧力まで減圧した上で下流のタンク２へ供給する。

なお、この減圧弁１は、圧縮気体供給部から供給される圧縮気体が高圧である場合に用いられる。しかしながら、供給される圧縮気体が高圧でない場合には減圧弁１を取り外し、圧縮気体供給部をそのままタンク２へ接続して圧縮気体を供給することもできる。減圧弁１は供給される圧縮気体の圧力が所望圧力を得られないような場合または圧縮気体の消費量を制限する場合に接続されるものであり、流量調整弁等に置き換えるか、または省略することもできる。

タンク２は、減圧弁１（または圧縮気体供給部）から供給された圧縮気体を一時的に貯蔵する機能を有している。
制御弁３は、開閉により、図１で示すように、上流側のタンク２から供給される圧縮気体が通過または停止をするように制御する。制御弁３の詳しい制御については後述する。
チューブ４は、制御弁３に接続され、制御弁３から吐出される圧縮気体を流す流路として機能する。
エルボ５と、パイプ６とは、チューブ４を保護している。

洗浄ノズル７は、チューブ４と接続され、検出器１０に向けて圧縮気体を噴射するようになされていて圧縮気体が確実に検出器１０へ到達する位置に設けられている。

リード線８は、検出器１０と電気的に接続され、検出器１０から出力された検出信号を外部へ伝える。
電極ホルダ９は、中空に形成され、その内部にリード線８が通されている。また、検出器１０とリード線８との接続部もこの電極ホルダ９内にある。この電極ホルダ９の先端に検出器１０が外部へ突出するように配置される。電極ホルダ９内には、電解液等が充填される場合もあり、電極ホルダ９と検出器１０との接続箇所では確実に封止される水密構造が採用され、河川・湖沼・下水・排水などの試料水中にあっても電極ホルダ９の内部へはこの接続箇所から液体が流入しないようになされている。また、上側では電極ホルダ９からリード線８が引き出されるようになされている。

検出器１０は各種構成があるが、本形態ではｐＨ計等の電極を例に挙げて説明する。電極である検出器１０は針状・柱状に形成され、例えば液体による起電力等を計測する。このような検出器１０では、特に微生物など汚濁物質が付着すると液体に接触できずに測定が困難になるため、確実に汚濁物質を除去する必要がある。
この間欠式洗浄装置付浸漬型検出器１００における圧縮気体の流れは、図２で示すように、減圧弁１→タンク２→制御弁３→洗浄ノズル７と流れ、最終的に洗浄ノズル７から圧縮気体が噴射される。

このような間欠式洗浄装置付浸漬型検出器１００の各部ブロックは図２で示すようになる。
中央処理部１１は、検出器１０、駆動装置１２、入力部１３と接続されている。
検出器１０から出力されるアナログ検出信号は、中央処理部１１で演算処理され、例えばｐＨ変換器等の外部装置へ出力される。

駆動装置１２には、中央処理部１１から出力される弱電の洗浄制御信号（後述）が入力され、制御弁３を駆動するための大電流の制御駆動信号を制御弁３へ出力して、制御弁３の開閉を制御する。この制御弁３には電磁弁が好適に使用される。
入力部１３は、例えば、洗浄制御を設定するためのキーボード等の入力装置であったり、または、ネットワーク等を介して通信可能に構成された制御用コンピュータなどである。この入力部１３を通じて作業員・監視員が、指令を入力し、設定入力信号を中央処理部１１へ出力する。
なお、この入力部１３は、中央処理部１１が内蔵するＲＯＭなどの記憶部に工場出荷時に設定された洗浄制御内容を変更しない場合には不要となる。入力部１３の有無については適宜採用できる。

続いて、洗浄制御について説明する。間欠式洗浄装置付浸漬型検出器１００は、河川・湖沼・下水・排水などの試料水中に浸漬した状態とする。
中央処理部１１から駆動装置１２へ出力される洗浄制御信号は、図３（ａ）で示すように、洗浄期間において間欠的に制御弁３を開閉するためのＯＮ・ＯＦＦ信号である。
ＯＮ期間（制御弁３の開期間）では、検出器の近くに取り付けた洗浄ノズルから圧縮気体を噴射し、圧縮気体を急激に膨張させて気泡を含んだ高速な水流を発生させ、この水流の勢いと、検出器に付着した汚濁物質に試料水（液相）と気泡（気相）との境界部が無秩序に接触する際に、汚濁物質に振動が引き起こされることとの相乗作用によって効率的に汚濁物質が剥離除去される。続いて、ＯＦＦ期間（制御弁３の閉期間）では、圧縮気体の噴射が停止され、検出器１０の周囲は試料水で満たされる。また、このＯＮ・ＯＦＦ信号は任意回数繰り返すように設定できるので、検出器１０の汚れの程度や作業員による保守の頻度などに応じて適宜設定すればよい。

このように間欠式の洗浄では、図３（ａ）で示すように、検出器に気泡を含んだ高速な水流を当てる圧縮気体噴射期間と、圧縮気体の噴射を停止する停止期間と、を短い周期で交互に繰り返して行うことで洗浄するものである。本発明者の実験によると、圧縮気体噴射期間と停止期間とのそれぞれを、ほぼ０．１〜６０秒の範囲内に設定すれば、実用上十分な洗浄効果が得られることが確認されている。これにより、全体的な噴射時間を短縮して気体消費量を少なくし、その分を高圧の圧縮気体として従来と同じ気体消費量であってもより高速な水流を発生させて高い洗浄力を得ることができる。また、洗浄期間を長時間としても、洗浄力は低下しないため、この点でも高い洗浄力が得られる。従来技術の単なる連続噴射と比較して、圧縮気体の供給圧力を高くすることと洗浄期間を長くすることがともに可能となって、洗浄力を著しく高めることができる。

なお、このようなＯＮ・ＯＦＦ信号のデューティ比は、各種の比の採用が可能であるが、本発明者は、例えば、供給圧力０．３ＭＰａ、タンク容量０．５Ｌ、洗浄ノズル径φ３においてはＯＮ期間が０．４秒、ＯＦＦ期間が０．６秒の組合せが洗浄効率の点で最適であると知見した。

以下に、本実施形態での計測期間と欠測時間の関係を説明する。
図３（ａ）において、上記のように設定したＯＮ期間、ＯＦＦ期間による一回のＯＮ・ＯＦＦを、例えば１０回繰り返した場合全体では約１０秒程度の洗浄時間となる。
また、中央処理部１１は、制御弁３の開動作と閉動作を交互に行っている間は検出器１０からの検出信号の出力をホールドするホールド手段として機能する。具体的には、図３（ｂ）で示すように洗浄期間およびホールド期間（洗浄期間終了からさらに付加された所定の期間）では計測値はプリセット値または洗浄開始直前値などに出力を固定して、洗浄期間中および洗浄後の残留する影響の消滅後に計測を再開するため、洗浄による影響を受けない計測が可能となる。
このホールド期間は適宜設定できるが、薬液や水を使った洗浄を行う場合には、その薬液や水が試料水の性状に影響を及ぼすため検出器周辺の試料水の置き換わりに要する時間を考慮する必要があるが、本形態では置き換わりに要する時間について考慮する必要がなく、ｐＨ検出器の場合では数十秒程度でよい。
また、洗浄周期は検出器１０の汚れの程度によって適宜設定することができるが、通常の実施では数時間単位の設定で充分であることが多い。
従って、全体の計測時間に対して欠測時間（洗浄期間とホールド期間の合計時間）は充分に短く、計測に与える影響は極めて小さい。

＜第２実施形態＞
図４は間欠式洗浄装置付投込型検出器２００の構成図、図５は同じく斜視図、図６は同じく底面図、図７は同じく断面構成図である。図４〜図６で示すように、減圧弁１，タンク２、制御弁３、チューブ４、エルボ５、パイプ６、洗浄ノズル７、リード線８、検出器（電極）１０、４方継手２０、３方継手２１、フランジ２２、パイプ２３、液絡部２４、ガラス膜部２５を備えている。なお、図１と同一の符号を付した部分においては、図１の間欠式洗浄装置付浸漬型検出器１００と同一の構成であるので、その詳細な説明を省略する。

本実施形態では、検出器１０が投込型ｐＨ電極である場合を例に挙げて説明する。ここに投込型の検出器とは、機械的に固定されることなく試料水中に投げ込まれた状態で使用される検出器を意味する。
検出器１０は、図５、図６で示すように、フランジ２２の中央の穴に嵌め込まれて固定されている。検出器１０にはリード線８が電気的に接続され、検出器１０から出力された検出信号を外部へ伝える。また、図４で示すように、チューブ４が制御弁３と接続され、制御弁３から吐出される圧縮気体を流す流路として機能するまでの構成は第１実施形態と同じである。
フランジ２２の上側には４方継手２０、二個の３方継手２１、チューブ４により円状の流路が形成されており、４方継手２０、二個の３方継手２１はフランジ２２に接続されている。このフランジ２２には、図７で示すように４方継手２０、二個の３方継手２１にそれぞれ連なる継手ねじ部２２ａ・流路２２ｂが形成され、さらにこれら流路２２ｂには、先端がふさがれたパイプ２３が溶接され、図６で示すように３本均等に配置されており、これらには圧縮気体を流す流路２３ａが構成されている。またパイプ２３には図７で示すように２箇所の洗浄ノズル７が構成され、検出器１０の先端にあるガラス膜部２５と先端部よりもやや上方にある液絡部２４に向けて側面から圧縮気体を噴射するようになされていて、検出器１０の検出機能上、汚濁物質の付着が最も問題となる部分に圧縮気体の噴射による水流が最も作用しやすく、効果的に汚濁物質が除去されるようになっている。
なお、本実施形態ではパイプ２３は３本を均等に配置し、洗浄ノズル７は２箇所としたが、これらの配置や数量は適宜構成できる。

本実施形態における圧縮気体の流れ、ブロック構成図、洗浄制御、計測期間と欠測時間の関係は、第１実施形態と同じなので、説明を省略する。
なお、浸漬型検出器に上記の第２実施形態で説明した間欠式洗浄装置を用いることもでき、また、投込型検出器に上記の第１実施形態で説明した間欠式洗浄装置を用いることもできる。

これらのような形態の間欠式洗浄装置では、噴射を間欠的に行うため圧縮気体の供給圧力を高くしても、多量の気体を短時間に消費することはなくなり、圧縮気体の圧力を高くして水中で噴射した後の膨張率を大きくすることができ、作り出す水流も速くなり洗浄力を高めることができる。
また、噴射を間欠的に行うため圧縮気体噴射時に洗浄対象である検出器が気体に覆われても、圧縮気体無噴射時（停止期間）は検出器１０の周囲は試料水で満たされるため、次の圧縮気体噴射時には、気泡を含んだ高速の水流を検出器１０に当てることが可能となるため、従来技術のように検出器１０が気体に常時覆われた状態は解消されて洗浄期間を長くでき、この点でも洗浄力が向上する。
さらに本形態の間欠式洗浄装置では、図３（ａ）でも明らかなように、一定の周期をもって洗浄が行われ、汚濁物質を確実に除去するため、検出器を長期間水中に浸漬した状態で計測を続けることが可能となり、頻繁な作業員による保守（検出器を水中から引き上げての洗浄）を不要として、コスト低減に寄与する。

以上、間欠式洗浄装置について説明した。
なお、本形態で説明した圧縮気体として、実用上は各種気体の使用が可能である。
例えば、一般的な空気を用いることができる。また、溶存酸素計では酸素を含む空気の噴射は水中の溶存酸素が増大して計測に影響を及ぼすため、例えば窒素ガスを圧縮気体として用いる。窒素ガスは、例えば、酸素を嫌う嫌気性ろ床槽などのように、嫌気性細菌がいる水の性状を検出する装置でも使用することができる。
また、圧縮気体には、溶剤や洗浄剤などのミストを混合して用いることもできる。このように各種の圧縮気体を用いることが可能である。

また、本形態では中央処理部１１は制御弁３の制御とデータ処理とを一括して行うと説明したが、制御弁の制御を行う中央処理部と、データ処理とを行う中央処理部を別個に設けることもできる。これら構成は適宜採用される。
また、本形態の間欠式洗浄装置は、検出器の洗浄のみに限られず、例えば、汚濁物質を含む液中に浸漬されるような洗浄対象を洗浄する用途に適用が可能である。

間欠式洗浄装置付浸漬型検出器の構成図である。 間欠式洗浄装置のブロック構成図である。 制御タイミングを説明するタイミングチャートであり、図３（ａ）は洗浄制御信号のタイミングチャート、図３（ｂ）はホールド信号のタイミングチャートである。 間欠式洗浄装置付投込型検出器の構成図である。 間欠式洗浄装置付投込型検出器の検出部・洗浄ノズルを説明する斜視図である。 間欠式洗浄装置付投込型検出器の検出部・洗浄ノズルを説明する底面図である。 間欠式洗浄装置付投込型検出器の検出部・洗浄ノズルを説明する断面図である。

符号の説明

１００：間欠式洗浄装置付浸漬型検出器
２００：間欠式洗浄装置付投込型検出器
１：減圧弁
２：タンク
３：制御弁
４：チューブ
５：エルボ
６：パイプ
７：洗浄ノズル
８：リード線
９：電極ホルダ
１０：検出器（電極）
１１：中央処理部
１２：駆動装置
１３：入力部
２０：４方継手
２１：３方継手
２２：フランジ
２２ａ：継手ねじ部
２２ｂ：流路
２３：パイプ
２３ａ：流路
２４：液絡部
２５：ガラス膜部

Claims (5)

1. 洗浄ノズルから圧縮気体を噴射させて液体中の洗浄対象に付着した汚濁物質を除去する洗浄方法であって、
   圧縮気体を洗浄対象に向けて噴射する圧縮気体噴射期間と、
   圧縮気体噴射を停止する停止期間と、を備え、
   前記圧縮気体噴射期間と前記停止期間とを交互に繰り返し、
   前記圧縮気体噴射期間と前記停止期間とのそれぞれをほぼ０．１〜６０秒に設定することを特徴とする間欠式洗浄方法。
2. 液体中の洗浄対象に向けて圧縮気体を噴射する洗浄ノズルと、
   洗浄ノズルに圧縮気体を供給する圧縮気体供給部と、
   圧縮気体の供給を制御する制御弁と、
   前記制御弁の開動作と閉動作とを制御する機能を有する中央処理部と、を備え、
   前記制御弁は、ほぼ０．１〜６０秒の周期で開閉する機能を備えることを特徴とする間欠式洗浄装置。
3. 請求項２の間欠式洗浄装置において、
   前記制御弁の上流側に配置され、圧縮気体を所定量蓄えるタンクを備えることを特徴とする間欠式洗浄装置。
4. 請求項２または請求項３の間欠式洗浄装置において、
   前記洗浄対象は、試料水中でこの試料水の性状についての検出信号を出力する検出器であることを特徴とする間欠式洗浄装置。
5. 請求項２〜請求項４の何れか一項に記載の間欠式洗浄装置において、
   前記中央処理部は、制御弁の開動作と閉動作とを交互に行っている間は前記検出器からの検出信号の出力をホールドするホールド手段として機能することを特徴とする間欠式洗浄装置。

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