JP2012026109A - 水位検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汚水槽の底部に堆積する堆積物に水位検出スイッチが埋もれてしまうことを防止し、水位検出動作の信頼性を維持する。
【解決手段】本実施形態の水位検出装置は、汚水槽の内部の防波管の内部に吊り下げられた吊りロープにおける最下位の水位検出スイッチよりも低い位置に、前記汚水槽の底部に堆積する堆積物を検出する堆積物検出部を備える。前記堆積物検出部は、前記吊りロープに上下方向に回動可能に取り付けられた軸芯部と、当該軸芯部から異なる２方向に延びる第１アーム部および第２アーム部とを有する連結部と、前記第１アーム部の先端部に取り付けられたフロート部と、前記第２アーム部の先端部に取り付けられた錘部と、前記連結部が前記軸芯部を中心に上方に回動したことを検出する回動検出部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、水位検出装置に関する。

従来より、汚水を貯留する汚水槽内に、水位検出スイッチを備えた装置が公知である。この種の装置においては、汚水槽の底部に堆積する堆積物（例えばヘドロなど）に水位検出スイッチが埋もれてしまい、水位検出動作の信頼性が損なわれてしまう場合がある。

特開平７−１８７２９号公報

そこで、汚水槽の底部に堆積する堆積物に水位検出スイッチが埋もれてしまうことを防止でき、水位検出動作の信頼性を維持することができる水位検出装置を提供する。

本実施形態の水位検出装置は、汚水を貯留する汚水槽と、前記汚水槽の内部に設けられ、上下方向に延びる筒状の防波管と、前記防波管の内部に吊り下げられ、下端に重錘が取り付けられた吊りロープと、前記吊りロープの異なる高さにそれぞれ取り付けられ、前記汚水槽内の複数の水位をそれぞれ検出する複数の水位検出スイッチと、前記吊りロープにおける最下位の前記水位検出スイッチよりも低い位置に取り付けられ、前記汚水槽の底部に堆積する堆積物を検出する堆積物検出部と、を備える。前記堆積物検出部は、前記吊りロープに上下方向に回動可能に取り付けられた軸芯部と、当該軸芯部から異なる２方向に延びる第１アーム部および第２アーム部とを有する連結部と、前記第１アーム部の先端部に取り付けられたフロート部と、前記第２アーム部の先端部に取り付けられた錘部と、前記連結部が前記軸芯部を中心に上方に回動したことを検出する回動検出部と、を備える。

第１実施形態に係る水位検出装置の全体構成を概略的に示す図 堆積物検出部の構成を概略的に示す図 第２実施形態に係る図２相当図 第３実施形態に係る図２相当図 第４実施形態に係る図２相当図 第５実施形態に係る図１相当図

以下、複数の実施形態による水位検出装置を、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
まず、第１実施形態について、図１および図２を参照して説明する。図１に示すフリクト式の水位検出装置１０は、下水や雨水などの汚水を貯留する汚水槽１１の内部に、防波管１２と、吊りロープ１３と、複数（この場合、３つ）のフロートスイッチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ（水位検出スイッチに相当）と、堆積物検出部１５とを備えている。また、汚水槽１１の内部には、当該汚水槽１１内の汚水を例えば水処理施設に汲み上げる汲み上げポンプ（図示せず）が配設されている。

防波管１２は、汚水槽１１の内部において上下方向に延びる筒状の部材である。防波管１２の上端部は、汚水槽１１の上部の開口部１１ａに取り付けられている。防波管１２の下端部は、汚水槽１１の底部に向かって開放している。防波管１２の下部には、通水可能な複数の連通孔１２ａが形成されている。これにより、汚水槽１１内の水位と防波管１２内の水位とが相互に連動し易くなり、両水位が同レベルに維持される。吊りロープ１３は、防波管１２の内部に吊り下げられている。この吊りロープ１３の下端には重錘１６が取り付けられており、これにより、吊りロープ１３が殆ど撓むことなく上下方向に延びる。なお、後述するフロートスイッチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ内やフロート部１８内に備えられる検出素子に接続されるケーブル類１３ａが、汚水槽１１上部のプルボックス１１ｂから吊りロープ１３に沿って配設されている。

フロートスイッチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、吊りロープ１３の異なる高さにそれぞれ取り付けられており、汚水槽１１内の複数の水位をそれぞれ検出する。これらフロートスイッチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、それぞれ、例えば内部が中空である断面楕円形状の合成樹脂製の浮体ケース内に、検出素子としてリードスイッチ（図示せず）を備えた構成である。このリードスイッチは、水平よりも上方側に設定された所定の基準角度（動作角度）よりも上方に傾斜すると接点が閉じてオンし、所定の基準角度（動作角度）よりも下方に傾斜が復帰すると接点が開いてオフする。

この場合、最上位のフロートスイッチ１４ａは、汲み上げポンプを自動的に起動させる水位として設定された高水位を検出する。フロートスイッチ１４ｂは、汲み上げポンプを自動的に停止させる水位として設定された低水位を検出する。最下位のフロートスイッチ１４ｃは、許容低水位を検出する。この許容低水位は、汲み上げポンプを手動操作によって起動、或いは、停止させる場合に、汲み上げポンプを起動することが許容される最低水位、換言すれば、汲み上げポンプを起動させてはならない基準水位として設定された水位である。汚水槽１１内の水位を許容低水位以上に維持することで、汲み上げポンプが空気を吸い込んでしまうこと（エアがみ）やポンプ本体の過熱などが防止される。なお、これら高水位、低水位、許容低水位は、適宜変更して設定することができる。また、フロートスイッチの数を適宜変更することで、これら３つの水位以外の水位を検出可能な構成としてもよい。

堆積物検出部１５は、吊りロープ１３における最下位のフロートスイッチ１４ｃよりも低い位置に取り付けられ、汚水槽１１の底部に堆積する例えばヘドロ（有機質や無機質からなる微細な沈殿物）やスカム（固形成分や油脂成分の集合体）などの堆積物を検出する。ここで、この堆積物検出部１５の構成について図２を参照して説明する。
堆積物検出部１５は、連結部１７と、フロート部１８と、錘部１９とを備える。連結部１７は、軸芯部１７ａと、第１アーム部１７ｂと、第２アーム部１７ｃとを備える。軸芯部１７ａは、吊りロープ１３に取り付けられた係留具２０に上下方向に回動可能に取り付けられている。第１アーム部１７ｂおよび第２アーム部１７ｃは、軸芯部１７ａから異なる２方向に延びる。この場合、第１アーム部１７ｂは、軸芯部１７ａから上方に傾斜して延びている。第２アーム部１７ｃは、軸芯部１７ａから下方に傾斜して延びている。また、第１アーム部１７ｂと第２アーム部１７ｃとの間の角度は、この場合、概ね９０度である。即ち、連結部１７は、全体としてほぼＬ字状をなしている。

フロート部１８は、例えば内部が中空である断面楕円形状の浮体ケース内に低密度の発泡材などを充填した構成であり、第１アーム部１７ｂの先端部に取り付けられている。また、フロート部１８内には、発泡材などが充填されていないスペースが設けられており、このスペース内に、検出素子としてリードスイッチが備えられている。このリードスイッチは、フロート部１８、ひいては、連結部１７が軸芯部１７ａを中心に所定の基準角度（動作角度）よりも上方に回動したことを検出する回動検出部としての機能を担う。なお、フロート部１８内に設置するリードスイッチの動作角度は、フロートスイッチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ内にそれぞれ設置するリードスイッチの動作角度とは異なる角度に設定してもよいし、同一の角度に設定してもよい。要は、汚水槽１１の底部に堆積する堆積物を検出可能な角度に設定すればよい。また、このような構成のフロート部１８は、上述のフロートスイッチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃと同様の部品を流用して構成することができる。

錘部１９は、例えばフロート部１８と同様の浮体ケース内に砂などの高密度の材料を適量だけ充填した構成であり、第２アーム部１７ｃの先端部に取り付けられている。即ち、上記のフロート部１８および当該錘部１９は、何れも、内部が中空の浮体ケースを備えた構成であり、部品（浮体ケース）の共通化が図られている。

このような構成の堆積物検出部１５は、当該堆積物検出部１５が水中に存する状態において、フロート部１８の浮力（この場合、堆積物検出部１５が水中に存しない状態においてフロート部１８に加わる重力と堆積物検出部１５が水中に存する状態においてフロート部１８に加わる浮力との差）による上方へのモーメントと、錘部１９の重力（この場合、堆積物検出部１５が水中に存しない状態において錘部１９に加わる重力と堆積物検出部１５が水中に存する状態において錘部１９に加わる浮力との差）による下方へのモーメントとのバランスを調整することで、第２アーム部１７ｃが吊りロープ１３に対して所定角度を有した状態で安定するようになっている。なお、この状態では、フロート部１８内のリードスイッチは、その動作角度には達しないようになっている。第２アーム部１７ｃの吊りロープ１３に対する所定角度は、フロート部１８に作用する浮力と錘部１９に作用する重力とのバランスを調整することで、適宜変更して設計することができる。

次に、上記構成の水位検出装置１０の動作、特に汚水槽１１の底部に堆積する堆積物（ヘドロやスカムなど）を検出する動作について説明する。
汚水槽１１の底部において堆積物の堆積が進行すると、その堆積物が盛り上がることに伴い第２アーム部１７ｃが上方に突き上げられ、フロート部１８を含む堆積物検出部１５全体が軸芯部１７ａを中心に上方に回動する。そして、フロート部１８が所定の基準角度（動作角度）よりも上方に傾斜すると、当該フロート部１８内のリードスイッチがオンし、これにより、汚水槽１１内の堆積物の堆積量が所定量を超えたことが検出される。

本実施形態によれば、汚水槽１１内の堆積物の堆積を、錘部１９および連結部１７を介して精度良くフロート部１８内のリードスイッチに伝達することができる。また、堆積物検出部１５を最下位のフロートスイッチ１４ｃよりも低い位置に備えたので、水位検出用のフロートスイッチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃが堆積物に埋もれてしまう前に、当該堆積物の除去などの措置を行うことが可能である。これにより、汚水槽１１の底部に堆積する堆積物にフロートスイッチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃが埋もれてしまうことを防止でき、水位検出装置１０による汚水槽１１内の水位検出動作の信頼性を維持することができる。

（第２実施形態）
図３は第２実施形態を示す。この第２実施形態は、堆積物検出部１５の構成が、上述の実施形態とは異なっている。
即ち、堆積物検出部１５は、上述の連結部１７に代わる連結部２１を備えている。この連結部２１の第１アーム部２１ｂと第２アーム部２１ｃは、相互間の角度（第１アーム部２１ｂと第２アーム部２１ｃとの間の角度）が９０度未満となる範囲内で、それぞれ軸芯部２１ａを中心に回動可能に構成されている。即ち、第１アーム部２１ｂおよび第２アーム部２１ｃは、ヒンジ構造となっている。

第１アーム部２１ｂの基端部には、当該第１アーム部２１ｂが延びる方向に直交し、且つ、軸芯部２１ａが延びる方向に平行となるように延びる矩形板状のストッパ２２が設けられている。このストッパ２２は、第１アーム部２１ｂと第２アーム部２１ｃとの間の角度が概ね９０度に広がった状態において、第２アーム部２１ｃの基端部の側面に所定の押圧力を付した状態で当接し、第１アーム部２１ｂと第２アーム部２１ｃとの間の角度がそれ以上（概ね９０度以上）に広がらないように規制する。そして、ストッパ２２が第２アーム部２１ｃの基端部の側面に所定の押圧力を付して当接した状態では、第２アーム部２１ｃに所定の大きさ以上の上方側（第１アーム部２１ｂ側）への回動力が加えられない限り、連結部２１は、第１アーム部２１ｂと第２アーム部２１ｃとの間の角度（概ね９０度）を維持したまま軸芯部２１ａを中心に回動する。

また、第２アーム部２１ｃの基端部の角部は円弧状に設けられている。そして、第２アーム部２１ｃに所定の大きさ以上の上方側（第１アーム部２１ｂ側）への回動力が加えられると、ストッパ２２が第２アーム部２１ｃの基端部の側面に押圧力を付した状態が解除され、第２アーム部２１ｃの基端部の円弧状の角部がストッパ２２に対向しながら移動するようになり、第２アーム部２１ｃが第１アーム部２１ｂ側に回動可能な状態となる。

このような構成によれば、汚水槽１１の底部において堆積物の堆積が進行すると、その堆積物が盛り上がることに伴い第２アーム部２１ｃが上方に突き上げられ、連結部２１全体が第１アーム部２１ｂと第２アーム部２１ｃとの間の角度を維持したまま軸芯部２１ａを中心に上方に回動する。そして、第１アーム部２１ｂの先端部のフロート部１８が所定の基準角度（動作角度）よりも上方に傾斜すると、当該フロート部１８内のリードスイッチがオンし、これにより、汚水槽１１内の堆積物の堆積量が所定量を超えたことが検出される。

そして、さらに汚水槽１１の底部において堆積物の堆積が進行すると、その堆積物によって連結部２１の第２アーム部２１ｃに所定の大きさ以上の上方側（第１アーム部２１ｂ側）への回動力が加えられるようになり、連結部２１のうち第２アーム部２１ｃのみが第１アーム部２１ｂ側に回動するようになる。

本実施形態によれば、堆積物の堆積の進行に伴い、フロート部１８内のリードスイッチが一旦オンした後においては、連結部２１のうち第２アーム部２１ｃのみの回動を許容するようにした。これにより、フロート部１８内のリードスイッチが必要以上（動作接点以上）に傾いた状態となってしまうことを防止でき、リードスイッチの故障や堆積物の検出動作の信頼性の低下を回避することができる。

（第３実施形態）
図４は第３実施形態を示す。この第３実施形態は、堆積物検出部１５の構成が、上述の実施形態とは異なっている。
この場合、フロート部１８の密度Ｍｆ（Ｍｆ＜１）および体積Ｑｆと、錘部１９に代わる錘部３１の密度Ｍｗ（Ｍｗ＞１）および体積Ｑｗは、
（１−Ｍｆ）×Ｑｆ＜（Ｍｗ−１）×Ｑｗ
の関係を満たすように設定されている。また、フロート部１８の体積Ｑｆは、錘部３１の体積Ｑｗよりも大幅に小さく設定され、錘部３１の体積Ｑｗは、フロート部１８の体積Ｑｆよりも大幅に大きく設定されている。即ち、フロート部１８および錘部３１は、Ｑｆ＜＜Ｑｗの関係を満たすように設計されている。

本実施形態によれば、錘部３１の体積Ｑｗを大きく設定することにより、当該錘部３１が堆積物に埋もれ難くなり、堆積物の堆積の進行に連結部１７が応動し易くなる。また、錘部３１の体積Ｑｗを大きくしたことに伴う当該錘部３１の浮力の上昇を考慮して、錘部３１の密度Ｍｗも大きく設定する。これにより、錘部３１の錘としての機能が損なわれることがない。

（第４実施形態）
図５は第４実施形態を示す。この第４実施形態は、回動検出部を錘部１９にも設けた点が、上述の実施形態とは異なっている。
この場合、錘部１９の内部には、砂などの高密度の材料が充填されていないスペースが設けられ、このスペース内に、検出素子としてリードスイッチが備えられている。このリードスイッチには、プルボックス１１ｂ（図１参照）から延びるケーブル類１３ｂが接続されている。

この構成によれば、汚水槽１１内に堆積する堆積物を、フロート部１８に備えられたリードスイッチ、および、錘部１９に備えられたリードスイッチの２つの回動検出部によって検出することができる。このように堆積物の検出を二重化して行うことができ、堆積物の検出動作の信頼性を向上することができる。また、仮に一方のリードスイッチが故障したとしても、他方のリードスイッチによって堆積物を検出することができる。

（第５実施形態）
図６は第５実施形態を示す。この場合、水位検出装置１０は、最上位のフロートスイッチ１４ａよりも下方寄りまたは同じ水位において浮くフロート５１を備えている。そして、堆積物検出部１５の錘部１９は、フロート５１に連結ロープ５２を介して連結されている。なお、フロート５１の水位変動に伴う上下変位は大きいため、フロート５１とフロートスイッチ１４ａなどとの絡まりを回避するために、吊りロープ１３に準じて吊り具（図示せず）などによってフロート５１を吊る構成とし、汚水槽１１内の水位が下降してもフロート５１が最上位の水位の下方近傍に留まり、大きく下降しないように保持するようにしてもよい。

この構成によれば、仮に堆積物検出部１５の錘部１９が汚水槽１１内に堆積する堆積物に埋もれてしまったとしても、最上位のフロートスイッチ１４ａよりも下方寄りまたは同じ水位において浮くフロート５１によって当該錘部１９を引き上げることができる。つまり、汲み上げポンプの運転状況（起動／停止の状況）と汚水槽１１内の水位の状況とに応じて、例えば錘部１９が堆積物に埋もれた直後に汚水槽１１内の水位が高水位に上昇すると、フロート５１によって錘部１９が引き上げられて、堆積物に埋もれた状態から脱する。その後、汲み上げポンプの動作により汚水槽１１内の水位が下がると、フロート５１による錘部１９の引き上げ力が徐々に消滅し、フロート５１による錘部１９の引き上げ作用も徐々に無くなる。そして、錘部１９は、堆積物の上方に引き上げられた状態から当該堆積物の上面域に下降して、堆積物に埋もれることなく軟着する。これにより、堆積物の検出を確実とすることができる。

以上のように各実施形態の水位検出装置は、汚水を貯留する汚水槽と、前記汚水槽の内部に設けられ、上下方向に延びる筒状の防波管と、前記防波管の内部に吊り下げられ、下端に重錘が取り付けられた吊りロープと、前記吊りロープの異なる高さにそれぞれ取り付けられ、前記汚水槽内の複数の水位をそれぞれ検出する複数の水位検出スイッチと、前記吊りロープにおける最下位の前記水位検出スイッチよりも低い位置に取り付けられ、前記汚水槽の底部に堆積する堆積物を検出する堆積物検出部と、を備える。そして、前記堆積物検出部は、前記吊りロープに上下方向に回動可能に取り付けられた軸芯部と、当該軸芯部から異なる２方向に延びる第１アーム部および第２アーム部とを有する連結部と、前記第１アーム部の先端部に取り付けられたフロート部と、前記第２アーム部の先端部に取り付けられた錘部と、前記連結部が前記軸芯部を中心に上方に回動したことを検出する回動検出部と、を備える。この構成によれば、汚水槽の底部に堆積する堆積物に水位検出スイッチが埋もれてしまうことを防止でき、水位検出動作の信頼性を維持することができる。

なお、水位検出スイッチは、リードスイッチを備えた構成に限られるものではなく、例えばスイッチが傾くことに伴い内部の水銀が移動して接点が導通される構成（水銀式の構成）、スイッチが傾くことに伴い内部の鋼球が移動して接点が導通される構成（回転球式の構成）など、種々の構成を採用することができる。
最下位の水位検出スイッチに、２つの動作角度（水検知用の動作角度、および、堆積物検出用の動作角度）を有する検出素子を組み込むことで、最下位の水検出スイッチと堆積物検出部とを兼用する構成としてもよい。
水位検出装置に対し同時に複数の実施形態を適用してもよい。
上述の各実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１０は水位検出装置、１１は汚水槽、１２は防波管、１３は吊りロープ、１４ａ，１４ｂ，１４ｃはフロートスイッチ（水位検出スイッチ）、１５は堆積物検出部、１７は連結部、１７ａは軸芯部、１７ｂは第１アーム部、１７ｃは第２アーム部、１８はフロート部（回動検出部）、１９は錘部、２１は連結部、２１ａは軸芯部、２１ｂは第１アーム部、２１ｃは第２アーム部、３１は錘部、５１はフロート、５２は連結ロープを示す。

Claims (6)

1. 汚水を貯留する汚水槽と、
   前記汚水槽の内部に設けられ、上下方向に延びる筒状の防波管と、
   前記防波管の内部に吊り下げられ、下端に重錘が取り付けられた吊りロープと、
   前記吊りロープの異なる高さにそれぞれ取り付けられ、前記汚水槽内の複数の水位をそれぞれ検出する複数の水位検出スイッチと、
   前記吊りロープにおける最下位の前記水位検出スイッチよりも低い位置に取り付けられ、前記汚水槽の底部に堆積する堆積物を検出する堆積物検出部と、
   を備え、
   前記堆積物検出部は、
   前記吊りロープに上下方向に回動可能に取り付けられた軸芯部と、当該軸芯部から異なる２方向に延びる第１アーム部および第２アーム部とを有する連結部と、
   前記第１アーム部の先端部に取り付けられたフロート部と、
   前記第２アーム部の先端部に取り付けられた錘部と、
   前記連結部が前記軸芯部を中心に上方に回動したことを検出する回動検出部と、
   を備えることを特徴とする水位検出装置。
2. 前記第１アーム部と前記第２アーム部は、相互間の角度が９０度未満となる範囲内で回動可能に構成されていることを特徴とする請求項１記載の水位検出装置。
3. 前記フロート部の密度Ｍｆおよび体積Ｑｆと、前記錘部の密度Ｍｗおよび体積Ｑｗは、
   （１−Ｍｆ）×Ｑｆ＜（Ｍｗ−１）×Ｑｗ
   の関係を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の水位検出装置。
4. 前記フロート部および前記錘部は、何れも内部が中空のケースから構成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の水位検出装置。
5. 前記回動検出部は、前記錘部に設けられていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の水位検出装置。
6. 最上位の前記水位検出スイッチよりも下方寄りまたは同じ水位において浮くフロートを備え、
   前記錘部は、前記フロートに連結ロープを介して連結されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の水位検出装置。

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