JP2006029837A - 濁度計 - Google Patents

Abstract

【課題】 被測定水の流量が減少した際でも測定セル内の濁度成分が沈殿せず、均等な濁度を維持させて安定した測定値を実現する濁度計を提供する。
【解決手段】 所定の容量の被測定水を満たした、前記被測定水を注入する注入口と排水する排出口とを有する筒状の測定セルに、前記測定セルの第一端面の光源から測定光を照射し第二端面の光検出器が検出した前記測定光の透過率によって前記被測定水の濁度を測定する濁度計において、前記注入口が、前記被測定水の注入圧によって前記測定セル内で旋回流を生成する。

【選択図】 図１

Description

本発明は、光学式の測定セルを有する濁度計に関する。

水道水源を始めとして遊泳用プールや工業用水、或いは河川や湖沼等を対象とした水質監視や衛生基準の確保、環境保全等に濁度計は代表的な測定器として用いられている。測定槽または測定セルを有した濁度計に関連する先行技術として、例えば次のような文献がある。

特開平８−１５１４３号

特許文献１は、測定セル（測定槽）の上部で被測定液をオーバーフローして形成した液面に光を照射したときの散乱光に基づき濁度を計測する濁度計を開示する。特許文献１の濁度計では、測定セル（測定槽）内に定期的に洗浄液を注入して内壁を洗浄する構成を持ち、測定セル（測定槽）内に洗浄液の旋回流を形成することを特徴とする。

ただし特許文献１は、被測定水自体を用いて測定中に旋回流を形成する手段について言及しない。光学式濁度計で広く用いられる測定セルとしては、半導体レーザ方式に代表される、透過光の強度変化に基づく測定原理を採用することから一般に図３の構成例が採用されている。

図３（ａ）は光学式濁度計の従来例の測定セルのみを示した構成の前面図である。また図３（ｂ）は図３（ａ）の上面図である。

円柱形の測定セル１の両端には一方の端面（以下、第一端面と記す）にガラス板２、他方の端面（以下、第二端面と記す）にガラス板３をそれぞれ装着し密閉している。測定セル１の第一端面寄りの側面に、注入口４を設けている。測定セル１の第二端面寄りで注入口４に対して筒円周の反対側の側面には排出口５が設けられている。

第一端面のガラス板２の外側には、光源６がレンズ７を介して設置されている。他方の第ニ端面のガラス板３の外側には、光検出器８が設置されている。

次に、図３の測定セルの作用について説明する。被測定水は注入口４から測定セル１の中心軸方向に、中心軸と直交する角度で注入される。

すなわち、被測定水の注入口４への注入方向Ｉ１は、測定セル１の断面円側から観て、断面円の接線と垂直方向と一致し、測定セル１中心軸と交差する直線上に位置している。

測定セル１内部を所定の被測定水で満たした状態になると、排出口５を開放して被測定水の排水を開始する。このときの排水は、注入口４の現行の注入量と等しい流量で行う。この結果、測定セル１内では常に注入量と等しい流量で被測定水が入れ替わる状態が形成される。

測定セル１に等量の注入と排出とを伴う所定容量の被測定水を満たした状態で、光源６の光をレンズ７により処理された測定光は、ガラス板２を介して所定の強度で被測定水に照射する。このときガラス板３を介して計測された測定光の透過光量を測定して検出器出力Ｗを得る。

図３（ａ）及び（ｂ）に示した測定セル１を使用する光学式濁度計は、測定セル１に所定容量の濁度零の水を満たした状態で、所定の強度の測定光を照射したときに得られた検出器出力Ｗ０と、前述の検出器出力Ｗとを比較し、被測定水のときに減衰する光の透過率に基づき濁度を計測する。

ところが、図３（ａ）及び（ｂ）で例示した従来構造の測定セルにおいて、被測定水の流量により以下の様な問題点があった。

すなわち、測定セル１内部に滞留している被測定水の入換えや循環作用を担う駆動力は、被測定水による注入口４からの水圧のみに頼っていることである。

このため被測定水の注入水量が極端に少ない場合、測定セル１内では断面全体を排出口側へ向かわせる水流の成分が消失し、被測定水は層ごとに閉鎖し滞留する。

この様な状態が長時間続くことにより、滞留中の被測定水で比重の大きい濁度成分が重力で底面に沈殿して、測定セル１内濁度分布の均一性を消失させてしまう。測定セル１内で濁度の均一性が崩れることは、同一測定セルを測定しても測定光の経路の次第で、異なる光減衰値が検出されてしまうことから、正確な濁度測定ができなくなる。

本発明は上述した従来技術の問題を解決するためになされ、その目的は被測定水の流量が減少した際でも測定セル内の濁度成分が沈殿せず、均等な濁度を維持させて安定した測定値を実現する濁度計を提供することである。

このような目的を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
測定セルの一方の端の光源から測定光を照射して他方の端の光検出器が検出した前記測定光の透過率によって前記被測定水の濁度を測定する濁度計において、
前記測定セル内に注入する前記被測定水に旋回流を生成する注入手段を備えたことを特徴とする濁度計である。

請求項２記載の発明は、
前記注入手段は、前記測定セル断面円の接線方向と一致した注入方向へ前記被測定水を注入することを特徴とする請求項１に記載の濁度計である。

請求項３記載の発明は、
前記注入手段は、前記排出口のある側に偏向した注入方向へ前記被測定水を注入することを特徴とする請求項１および請求項２に記載の濁度計である。

請求項４記載の発明は、
前記注入手段は、前記注入方向を中心として所定の範囲内の角度を可変するターレットに設けたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の濁度計である。

請求項５記載の発明は、
前記注入手段は、前期被測定水の注入量に応じて注入口径を可変する調整弁を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の濁度計である。

請求項６記載の発明は、
前記注入手段は、前記注入方向と注入方向を一致させた前記注入口を複数個備えたことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の濁度計である。

請求項７記載の発明は、
前記注入手段は、前記注入方向を前記旋回流の回転方向と一致させて前記測定セルの円周に沿った複数の箇所に備えたことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の濁度計である。

請求項８記載の発明は、
前記注入手段は、前記測定セル内部を洗浄するとき洗浄水または洗浄液を所定の水勢で噴出し前記測定セル内壁面に沿った旋回流を形成することを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の濁度計である。

請求項９記載の発明は、
被測定水を注入する注入口と排水する排出口とを有する測定セルの一方の端面の光源から測定光を照射し他方の端面の光検出器が検出した前記測定光の透過率によって前記被測定水の濁度を測定する濁度計において、
前記測定セル内の被測定水に旋回流を施す攪拌子を設けたことを特徴とする濁度計である。

請求項１０記載の発明は、
前記攪拌子は、前記底部端面外側に設けたマグネティックスターラによって駆動することを特徴とする請求項９に記載の濁度計である。

請求項１１記載の発明は、
前記攪拌子は、所定の回転方向及び回転速度を維持することを特徴とする請求項８に記載の濁度計。

請求項１２記載の発明は、
前記攪拌子は、前記測定セル内部を洗浄するとき、回転方向及び回転速度を変化させることを特徴とする請求項９及び請求項１０に記載の濁度計である。

本発明の請求項１から請求項３によれば、光学式濁度計の測定セルにおいて被測定水の注入手段を、測定セルの断面円から観た接線方向と合わせた上で更に排出口方向を指向させた。このため測定セルに流入する被測定水は、測定セル内壁面に沿って排出口方向を指向する旋回流を生成する。このため以下の様な作用効果がある。

第一の作用は、連続して注入される被測定水の水勢を利用して、測定セル内部の被測定水全体に対して測定セル中心軸に沿って旋回しながら下流の排出口側にシフトする、包括的な流れを維持する。

第二の作用は、注入される被測定水の水勢を利用して測定セル内壁面を螺旋状に辿る旋回流を形成し、測定セル内全域で内壁面の近傍から被測定水を攪拌する。

このような作用から被測定水を注入する水勢のみを利用して、被測定水内を浮遊する比重の高い濁度成分が測定セル内で沈殿することを防止し、均等な濁度を維持する。従って光学的方式で濁度を測定する場合に、正確な測定ができる。

本発明の請求項４から請求項５によれば、光学式濁度計の測定セルにおいて被測定水の注入手段の注入角度についての微小な調整や、注入口径を可変する。このため、被測定水の流量に応じた、最適角度と注入口径とを選択できる効果がある他、注入水の安定した水勢を維持する。

本発明の請求項６によれば、注入方向を一致させた注入手段を複数個とするため、測定セル内の被測定水に及ぼす旋回、攪拌作用について請求項１から請求項３がもたらす効果を補強する。

本発明の請求項７によれば、測定セル内の円周方向で任意の箇所に旋回流の向きに一致させた注入手段を複数個設置するため、旋回流の攪拌作用について更に強化する効果をもつ。

本発明の請求項８によれば、測定セルの注入手段を被測定水の注入以外にメンテナンス時の洗浄液注入に転用することで測定セル内を効率良く洗浄する効果を得る。

一方、本発明の請求項９から請求項１１によれば、光学式濁度計の縦型に設置した測定セルの内部において底面ガラス板上にマグネティックスターラによって駆動する攪拌子を設置する。このため、被測定水は攪拌子の回転作用により常に強制的な攪拌が施され、例え注入口から新規の被測定水の供給が途絶えた場合であっても濁度成分の沈殿を確実に防止する効果がある。

また請求項１２によれば、濁度測定中の被測定水の沈殿防止の効果以外に攪拌子の回転作用を利用すれば、汚れが付き易い測定セル内側の底部ガラス板表面を洗浄する高速旋回流を形成できる。このため、光検出器の前面ガラス板を清明に保つことから接液面ガラス汚れによる測定精度の低下を防止する。

本発明について実施例１及び実施例２に基づいて詳細に説明する。

図１（ａ）は本発明の実施例１の構成を示す前面図である。また図１（ｂ）は図１（ａ）の上面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）及び（ｂ）の側面図である。

図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）においては図３（ａ）及び（ｂ）と同一記号の構成要素は、同一作用をもつ部材であるから説明を省略する。

図１（ａ）及び（ｃ）において注入手段を構成する注入口４は、被測定水の注入方向Ｉ２が測定セル１の断面円側から観た接線方向と一致させ更に排出口５のある側に偏向させて設置している。

これにより、注入する被測定水の水勢によって被測定水が駆動され、測定セル１内部で旋回を伴いながら排出口５へと移動する包括的な流れを形成する。この結果、測定セル１内の被測定水が全体的に攪拌されて、比重の高い濁度成分の沈殿を防止する。

また測定セル１の内壁に設けられたターレット４１は１つ以上の注入口４を収容し、各注入口４の開口部は測定セル１の内壁表面と接する位置にある。

一方、測定セル１外壁側ではターレット４１に対して導水チューブ４２が接続され、さらに導水チューブ４２の終端部には調整弁４３が設けられている。

すなわち本発明の実施例１の注入手段は、ターレット４１、導水チューブ４２、調整弁４３、および１つ以上の注入口４を含んでいる。

次に、実施例１の作用について説明する。調整弁４３は被測定水が導水チューブ４２を介して供給している水量変化に応じて、絞り調整操作をすることで注水される水流口径の拡大または縮小を行う。これにより、注入速度を調整して最適な測定セル１内の速度分布を維持する作用をもつ。

一方、ターレット４１は、被測定水の水量や水圧に応じ排出口５のある側への偏向角度即ち注入角を、注入方向Ｉ２を中心として所定の可動範囲２ａ内で微調整して測定セル１内の旋回流の形状を最適化する作用をもつ。

すなわちターレット４１は注入口４の方向を、所定の注入方向Ｉ２を中心にして測定セル１の内壁曲率による許容範囲である角度ａまで左右に回転する。注入口４の開口部は注入方向を測定セル１断面円の接線方向と常に同一に維持することが要件あり、測定セル１の内壁表面に密接した注入口４の開口部が、ターレット４１の回転に伴い一部が内壁面下に没することに鑑み、内壁面の曲率に応じて所定の許容角度ａを設定している。

実施例１では、構造を簡素化する様に調整弁４３とターレット４１とを手動で可変する構造で示しているが、例えば導水チューブ４２に流量計を設けて、被測定水の流量変化を検出しこれに呼応して調整弁４３とターレット４１とを自動制御させる機構を別に設けてもよい。

また図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）では、注入手段の注入口４を一口構成で説明しているが、必要に応じてターレット４１に連装して並列に複数個を設けることも可能である。また複数にした注入口は、内１個を洗浄液の注入専用としてもよい。

例えば、測定セル内壁の洗浄の際、導水チューブ４２経路において被測定水に替わり高圧清浄水の供給源と切換えて測定セル１内へ注入する。同時に注入口４以外の図示しない注入口から洗浄液を並行して注入すれば旋回流中で混和され更に効果的な内壁洗浄が実施できる。

また洗浄時においても調整弁４３やターレット４１による注入水の口径変更や注入角度調整が有効である。この様な構成がもたらす作用効果について特許文献１に開示はない。

ターレット４１は、測定セル内の円周方向に所定の距離を隔てた複数の箇所に、旋回流回転方向と注入方向とを一致させて配置してもよい。ただし図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）では注入手段の説明簡略のため１箇所のみにターレット４１を設け、注入方向はＩ２のみを示している。

例えば、注入方向Ｉ２に加えて旋回水流の回転向きに合わせてＩ２１，Ｉ２２、Ｉ２３・・・と被測定水の注入箇所を円周上に均等に配置すれば、より安定した旋回水流を形成できる。

以上説明した様に、本発明の実施例１によれば、被測定水の流量が減少した場合でも被測定水の注入圧を利用した旋回流の作用で測定セル内の濁度成分が沈殿せず、被測定水における光減衰率の不均等が原因の測定誤差を防止する機能をもった濁度計を提供できる。

さらにメンテナンスの際には、測定セル内壁表面を覆う旋回水流を形成でき、注入口径や注入角度を微調整できることから、効率よく内壁を洗浄できる。

図２に示す実施例２の測定セルの構成は、垂直に設置した円柱形の測定セル１の天板としてガラス板２、底板にガラス板３を装着して密閉している。測定セル１の上面寄りの側面には、注入口４を設けている。注入口４に対して筒円周の反対側で、底面寄りの側面部には排出口５を設けている。また、光源６、レンズ７、光検出器８の各作用は実施例１と同一である。

実施例２では、ガラス板３の内側に当たる測定セル１内部に攪拌子９が置かれ、ガラス板３の外側には従来からある光検出器８の他、新たにマグネティックスターラ１０が設置されている。

次に、図２に示す実施例２の作用を説明する。
攪拌子９は１つ以上の棒状の永久磁石を内蔵して、ガラス板３を介してマグネティックスターラ１０が生成する回転磁界の作用で駆動する。また攪拌子９の表面の材質、形状や大きさは適宜変更することができる。例えば測定セルの容量や洗浄液の粘度に応じ大型に変更する場合や十字形状の攪拌子を用いる場合もある。

攪拌子９を電磁的に駆動する間は、被測定水は常に強制的な攪拌が行われる。測定中は所定の等速度で攪拌子９を回転させることから、攪拌によって生じる過流漏斗は、マグネティックスターラ１０の回転磁界中央に合わせた位置で所定のサイズで形成される。

実施例２では、光検出器８を攪拌子９が生成する過流漏斗（図示しない）の外側に配置しており攪拌子９を駆動した結果、被測定水表面に凹みが出来ていても測定セル１の底面から水面までの所定の深さで光減衰率を測定できる。

マグネティックスターラ１０の内蔵コイルのすき間に光検出器８を配置して攪拌子９の回転半径内に光検出器８を設置する場合、攪拌子９が光検出器８を定期的に遮ることから基準状態である濁度零の光減衰率Ｗ０の測定時にも回転速度は常に一定にして過流漏斗の形状を共通に保つ必要がある。

一方、実施例２は濁度測定時の被測定水の沈殿防止の効果に加え、攪拌子の回転作用を利用した光検出器８の接液面ガラス板を洗浄する効果を持つ。

例えば、適当な分量の清浄水と界面活性剤を含んだ洗浄液を測定セル底面付近に入れ、攪拌子９の回転方向や速度を適宜変更する駆動操作を行うことで、底面ガラス板表面は勿論、底部近傍の測定セル内壁面についても洗浄液の覆う範囲を洗浄することができる。

このため、本発明を実施した測定セルでは、光検出器の前面ガラス板であるセル内側の底部ガラス板に付着する油膜や水垢、沈殿物等が定期的に効率良く除去される。また、攪拌子９の表面自体の汚れも合わせて洗浄する効果がある。従って、光検出器の検出する光透過率が常に正確に測定できる。

以上説明した様に、本発明の実施例２によれば、被測定水の供給が停止した場合であっても、測定セル内に備えた攪拌子によって駆動される旋回流の作用で被測定水の濁度成分を沈殿させることなく、光減衰率の不均等に基づく測定誤差を防止する濁度計を提供できる。また攪拌子の回転作用は、汚れに敏感な光検出器の接液面ガラスを常に清明に保つ洗浄効果をもたらす。

更に、実施例１と実施例２の構成を適宜に組み合わせて実施し、両方の特徴を併せ持つ測定セルとして実現することにより、上述したそれぞれの効果を相乗させた濁度計を提供できる。

本発明の実施例１の構成を示す３面図である。 本発明の実施例２を示す構成図である。 従来の測定セルの簡略構造を示す前面と上面図である。

符号の説明

１ 測定セル
２、３ ガラス板
４ 注入口
５ 排出口
６ 光源
７ レンズ
８ 光検出器
９ 攪拌子
１０ マグネティックスターラ
４１ ターレット
４２ 導水チューブ
４３ 調整弁

Claims (12)

1. 測定セルの一方の端の光源から測定光を照射して他方の端の光検出器が検出した前記測定光の透過率によって前記被測定水の濁度を測定する濁度計において、
   前記測定セル内に注入する前記被測定水に旋回流を生成する注入手段を備えたことを特徴とする濁度計。
2. 前記注入手段は、前記測定セル断面円の接線方向と一致した注入方向へ前記被測定水を注入することを特徴とする請求項１に記載の濁度計。
3. 前記注入手段は、前記排出口のある側に偏向した注入方向へ前記被測定水を注入することを特徴とする請求項１および請求項２に記載の濁度計。
4. 前記注入手段は、前記注入方向を中心として所定の範囲内の角度を可変するターレットに設けたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の濁度計。
5. 前記注入手段は、前期被測定水の注入量に応じて注入口径を可変する調整弁を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の濁度計。
6. 前記注入手段は、前記注入方向と注入方向を一致させた前記注入口を複数個備えたことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の濁度計。
7. 前記注入手段は、前記注入方向を前記旋回流回転方向と一致させて前記測定セルの円周に沿った複数の箇所に備えたことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の濁度計。
8. 前記注入手段は、前記測定セル内部を洗浄するとき洗浄水または洗浄液を所定の水勢で噴出し前記測定セル内壁面に沿った旋回流を形成することを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の濁度計。
9. 被測定水を注入する注入口と排水する排出口とを有する測定セルの一方の端面の光源から測定光を照射し他方の端面の光検出器が検出した前記測定光の透過率によって前記被測定水の濁度を測定する濁度計において、
   前記測定セル内の被測定水に旋回流を施す攪拌子を設けたことを特徴とする濁度計。
10. 前記攪拌子は、前記底部端面外側に設けたマグネティックスターラによって駆動することを特徴とする請求項９に記載の濁度計。
11. 前記攪拌子は、所定の回転方向及び回転速度を維持することを特徴とする請求項９及び請求項１０に記載の濁度計。
12. 前記攪拌子は、前記測定セル内部を洗浄するとき、回転方向及び回転速度を変化させることを特徴とする請求項９及び請求項１０に記載の濁度計。
    

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