JP2020046352A - 凝集状態モニタリングセンサー - Google Patents

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Abstract

【課題】発光部及び受光部に向って気体を噴出させる噴出部の閉塞が防止され、安定したモニタリングが行われる凝集状態モニタリングセンサーを提供する。【解決手段】凝集状態を計測する計測領域Ｓに向ってレーザー光を照射する発光部３と、該発光部３の光軸方向と交差方向に散乱した光を受光する受光部４とを有する凝集状態モニタリングセンサーにおいて、発光部３、受光部４に向けてノズル２１，３１から空気を噴出させて洗浄を行う。洗浄期同士の間にノズル２１，３１に少量の空気を供給してフロック等のパージを行う。【選択図】図１

Description

本発明は、凝集処理液中の凝集状態を測定するための凝集状態モニタリングセンサーに係り、特に水中に光を照射し、散乱光を受光して凝集状態を測定する凝集状態モニタリングセンサーに関する。
レーザー光を水中に向けて発光し、水中のフロック等によって散乱される散乱光を受光して凝集状態を測定する凝集状態モニタリングセンサーが特許文献１に記載されている。
この凝集状態モニタリングセンサーは、検出にレーザーやＬＥＤのような光を使用するため、光の光路を確保することが重要であり、そのために間欠的に発光部及び受光部に付着するＳＳ成分を除去するための洗浄を行うことが必要となる。
この洗浄を行うために、発光部及び受光部に向って噴出部から空気を予め設定したタイミングで噴出させ、発光部・受光部を洗浄することが行われている。
しかし、凝集状態モニタリングセンサーの検出部（プローブ）は常に水中に浸漬されているところから、噴出部への空気供給停止時に水が該噴出部に入り込み、フロック等が生成して噴出部を閉塞させることがある。
即ち、噴出部に這い込んだ水には、ＳＳ分と、添加された凝集剤が含まれるため、噴出部内部に滞留するうちに凝集反応によって凝集物が発生する。この凝集物は、洗浄時（空気噴出時）に噴出部から排出されない限り、噴出部内部に残り、時間の経過とともに凝集物量が増加し、噴出部内で凝固したり固着したりして、噴出部からの空気噴出量が次第に減少する。これにより、発光部及び受光部の洗浄が不十分になる。
噴出部内から凝集物を排出するために、洗浄時の空気吐出圧力を増加させると、噴出した空気や気液混相流が発光部や受光部に強く当り、発光部や受光部が損傷するおそれがある。空気の吐出時間を長くしたり、洗浄頻度を多くするなどの対策も考えられるが、この場合、その分だけ凝集状態モニタリングセンサーによる計測時間が短くなる。
特開２００２−１９５９４７号公報
本発明は、発光部及び受光部に向って気体を噴出させる噴出部の閉塞が防止され、安定したモニタリングが行われる凝集状態モニタリングセンサーを提供することを目的とする。
本発明の凝集状態モニタリングセンサーは、凝集状態を計測する計測領域に向って光を照射する発光部と、該発光部の光軸方向と交差方向に散乱した光を受光する受光部と、該発光部に向って気体を噴出させる発光部用洗浄ノズルと、該受光部に向って気体を噴出させる受光部用洗浄ノズルと、各ノズルからの気体噴出を制御する制御手段とを有する凝集状態モニタリングセンサーにおいて、該制御手段は、該発光部用ノズルから発光部に向けて気体を噴出させる、又は該受光用ノズルから受光部に向けて気体を噴出させる洗浄期と、該洗浄期同士の間において該ノズルから洗浄期よりも低流速で気体を流出させるパージ期とを行うように制御を行うことを特徴とする。
本発明の一態様では、前記ノズルへはそれぞれ電磁弁を介して気体が供給され、前記洗浄期の洗浄間隔に対するパージ期の間隔が５〜２０％である。
本発明の凝集状態モニタリングセンサーでは、噴出部から気体を噴出させて発光部及び受光部を洗浄する洗浄期同士の間で、少量の気体を該噴出部に供給し、噴出部内の水やフロックをパージ（排出）する。これにより、噴出部における凝集物の生成、成長が防止され、洗浄期において発光部及び受光部を十分に洗浄することができる。
なお、パージ時の噴出部への気体供給時間は短く、噴出部からの排出気体等が発光部、受光部に強く当ることはない。また、パージ期は短時間であるため、凝集状態モニタリングセンサーの計測期も殆ど減少しない。
（ａ）は実施の形態に係る凝集状態モニタリングセンサーの構成を示す模式的な断面図である。（ｂ）はその作動を示すタイミングチャートである。
以下、図1を参照して実施の形態について説明する。
凝集状態モニタリングセンサーを構成するプローブ１は、ケーシング２の先端側に、凝集処理液（凝集剤が添加されて必要に応じ撹拌された液）の計測領域Ｓに向ってレーザー光を照射する発光部３が設けられている。また、受光光軸を該発光部３の発光光軸と直交方向とした受光部４が該計測領域Ｓに臨んで設けられている。発光部３及び受光部４の前面にはそれぞれ透明プレート３ａ，４ａが設置されており、各透明プレート３ａ，４ａの周縁部は水密的にシールされている。
プローブ１内には、発光回路５、検波回路６及び計測回路７が設置されている。計測回路７は、タイミング回路８、Ａ／Ｄ変換部９、演算部１０等を有する。
特許文献１と同様に、発光部３から計測領域Ｓに照射されたレーザー光が計測領域Ｓ内の粒子によって散乱され、この散乱光が受光部４で受光され、この受光強度に基づいて凝集状態が計測される。
発光回路５は、タイミング回路からの信号に応じて発光部に一定の変調周波数を持った電気信号を送り、レーザー発光を行わせる。発光部３は、発光回路５からの信号によって、レーザーを発光する。受光部４は、レーザー光が水中の懸濁物に当たって発生した散乱光を受けて、電気信号に変換する。検波回路６は、受光部４からの電気信号から変調成分を除去し、散乱光強度に応じた受光電圧を出力する。
計測回路 ７は、発光回路５に発光のための信号（特定の周波数変調波）を送信すると共に、検波回路６からの信号をデジタル信号に変換し、論理演算して凝集に関する情報を出力する。
プローブ１の先端部には、ノズルハウジング１２及びバルブハウジング１３が取り付けられている。ノズルハウジング１２は、計測領域Ｓを挟んで受光部４と反対側に配置されている。ノズルハウジング１２には、発光部３の透明プレート３ａに向けて気泡を噴出し、該透明プレート３ａを気液混合流で洗浄するためのノズル３１と、受光部４の透明プレート４ａに向けて気泡を噴出し、該透明プレート４ａを気液混合流で洗浄するためのノズル２１とが設けられている。
ノズル２１，３１は、それぞれチャンバ２２，３２、配管２３，３３、電磁弁２４，３４及び配管２５，３５を介して給気配管４２に連なっている。給気配管４２は、保安弁４１及びフレキホース４０を介してコンプレッサ（図示略）等の圧縮空気供給源に連なっている。
電磁弁２４，３４は、バルブ制御回路５０によって制御される。なお、このバルブ制御回路５０は、前記計測回路７と同じ回路基板に搭載されてもよい。
電磁弁２４の開閉制御について図１（ｂ）を参照して説明する。
時刻ｔ１〜ｔ２間（洗浄期）で電磁弁２４が開とされ、受光部４の透明プレート４ａを気液混相流で洗浄する。時刻ｔ２で電磁弁２４が閉となった後、時刻ｔ３〜ｔ４間（パージ期）で電磁弁２４が短時間だけ開とされ、チャンバ２２及びノズル２１内に入り込んだ水（ＳＳを含む）を計測領域Ｓに押し出してパージする。
ｔ１〜ｔ２は、通常２〜１０Ｓｅｃ特に３〜５Ｓｅｃ程度が好ましい。洗浄期（ｔ１〜ｔ２の洗浄）は、５〜６０ｍｉｎに１回特に１０〜２０ｍｉｎに１回程度の頻度で行われることが好ましい。
ｔ３〜ｔ４のパージ時間は６〜５０ｍＳｅｃ特に８〜１５ｍＳｅｃ程度が好ましい。パージ期は、０．５〜５ｍｉｎに１回特に１〜２ｍｉｎに１回程度の頻度で行われることが好ましい。
電磁弁３４の開閉も上記と同様にして行われることが好ましい。
電磁弁３４を開として発光部の透明プレート３ａを洗浄するタイミングは、透明プレート４ａの洗浄タイミングと重ならないことが好ましい。ノズル２１からのパージ期とノズル３１からのパージ期とは重なってよく、ずれてもよい。
前述の通り、時刻ｔ１〜ｔ２間で空気を噴出させた後、電磁弁２４又は３４が閉となると、時間の経過と共に、ノズル２１又は３１あるいはさらにチャンバ２２，３２内には次第に水が浸入し、やがて侵入した水中のＳＳ成分と溶け込んでいる薬品（凝集剤）とによって凝集物（フロック）がノズル２１，３１内やチャンバ２２，３２内で形成される。このフロックがノズル２１，３１の径よりも大きくなるまで成長すると、洗浄時の圧縮空気吐出抵抗が増加する。
この実施の形態では、洗浄期同士の間でパージ期を実施することにより、ノズル２１，３１やチャンバ２２，３２内の滞留水やフロックを領域Ｓへパージするので、ノズル２１，３１からの空気吐出抵抗の増大が防止され、長期間にわたって安定して計測（モニタリング）を行うことができる。また、パージ期は短く、その頻度も少ないので、モニタリングが十分に行われる。また、パージ期は短いので、パージ期にノズル２１，３１から流出する流体速度は小さく、吐出流体がプレート３ａ，４ａに当ることは全く又は殆どなく、プレート３ａ，４ａが損傷ないし摩耗することはない。
上記実施の形態では、パージ動作を電磁弁のごくわずかな「開」時間により実現しているが、洗浄用の空気流路に抵抗物を設けたり、別途洗浄用の圧力流路を追加する等の方法で実現することも可能である。しかし、これらの方法では、本発明に比べて構造が複雑となり、また製造コストも上昇することが予測されるため、本発明の方が優位性は明らかである。
上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は上記以外の構成とされてもよい。
１ プローブ
２ ケーシング
３ 発光部
３ａ，４ａ 透明プレート
４ 受光部
２１，３１ ノズル
２４，３４ 電磁弁

Claims (2)

  1. 凝集状態を計測する計測領域に向って光を照射する発光部と、
    該発光部の光軸方向と交差方向に散乱した光を受光する受光部と、
    該発光部に向って気体を噴出させる発光部用洗浄ノズルと、
    該受光部に向って気体を噴出させる受光部用洗浄ノズルと、
    各ノズルからの気体噴出を制御する制御手段と
    を有する凝集状態モニタリングセンサーにおいて、
    該制御手段は、該発光部用ノズルから発光部に向けて気体を噴出させる、又は該受光用ノズルから受光部に向けて気体を噴出させる洗浄期と、
    該洗浄期同士の間において該ノズルから洗浄期よりも低流速で気体を流出させるパージ期とを行うように制御を行うことを特徴とする凝集状態モニタリングセンサー。
  2. 前記ノズルへはそれぞれ電磁弁を介して気体が供給され、前記洗浄期の洗浄間隔に対するパージ期の間隔が５〜２０％である請求項１に記載の凝集状態モニタリングセンサー。
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