JP3547421B2 - 検水中に含まれる成分の計測装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は検水中に含まれる成分の計測装置に係り、特に、燃焼釜内にエアにて同伴される検水を滴下状態で供給し、その供給検水を燃焼釜内で燃焼させ、その燃焼により発生した二酸化炭素ガスなどを燃焼釜内から取り出し、有機性炭素（ＴＯＣ）または総炭素（ＴＣ）等の数値を調べる際に利用される検水中に含まれる成分の計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に示される、従来の二酸化炭素ガス計測装置１００においては、検水を供給ポンプ１０１で供給管１０２に導き、さらにこの検水を供給ノズル１０３に導き、供給ノズル１０３の先端１０３ａから燃焼釜１０５内に検水を水滴１０６状態にして送り込むものである。
【０００３】
燃焼釜１０５は、リアクター１０７内や筒体１０８内の複数のアルミナボール１０９がヒータ１１０で過熱されるようになっており、燃焼釜１０５の内部は略８５０℃に保たれている。このため、燃焼釜１０５の筒体１０８内部に滴下された水滴１０６は確実に燃焼され、水滴１０６中に含有されていた二酸化炭素のような成分はガス状態で抽出されていた。
【０００４】
一方、燃焼釜１０５内にはエア供給管１１３からエア導入管１１４を経由してエア（以下、「キャリアエア」という）が導入され、このキャリアエアはエア導入管１１４の先端１１４ａから燃焼釜１０５の内部に矢印で示されるように供給されている。
このキャリアエアは、水滴１０６の燃焼で発生したガスを、ガス導入管１１５を経由して燃焼釜１０５の外部に矢印で示されるように移送させる目的と、さらには燃焼のための酸素を供給する目的を有する。
【０００５】
このキャリアエアでガス導入管１１５に導入されたガスは、キャリアエアに同伴されて赤外線分析計（図示しない）等の分析機に導かれ、その分析機でガス中に含まれている目的のガスの濃度を計測し、その計測結果を信号として出力している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、検水の供給ノズル１０３は、燃焼釜１０５内に設置され高温の雰囲気下で使用されるため、耐熱性に優れた石英ガラスで形成されることが多く、これにより熱で変形することを抑えていた。
【０００７】
しかしながら、石英ガラス製の供給ノズル１０３は、撥水性（すなわち、水切り性）が十分でなく、供給ノズル１０３の先端１０３ａに検水が付着した状態で検水が燃焼されると、検水中の蒸発残渣物が供給ノズル１０３の先端１０３ａに付着しやすく、それで供給ノズル１０３が詰まってしまうという問題があった。
【０００８】
また、検水中の無機炭素を除去するために、検水中に塩酸を添加する場合、燃焼釜１０５内は塩酸雰囲気となることがある。さらにエア導入管１１４は燃焼釜１０５の比較的低温部位に設置される上、エア導入管の内部を通過するエアにて冷却される傾向にあるので、エア導入管１１４の先端１１４ａ付近には塩酸混じりの露滴が付着しやすくなり、特にエア導入管１１４の材質がステンレスであるような場合には、付着した露滴によりエア導入管の腐食が発生するという問題もあった。
【０００９】
さらに、検水は供給ポンプ１０１で供給ノズル１０３から燃焼釜１０５内に滴下されるように送り込まれるが、供給ポンプ１０１からノズル滴下口１０３ａに至る迄の検水は、エアの同伴がない箇所が多いため、その移送時間が多くかかるという問題もあった（本件発明のタイプのものより、４〜１０分程度余分にかかっていた）。
【００１０】
この発明は、検水供給用ノズルの詰まりをなくし、エア導入管の先端付近の腐食を防止し、さらには供給ポンプ位置からノズル滴下口に至る迄の検水の移送時間を短縮させることができる成分の計測装置を提供して、上述の全ての問題点を解消しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、燃焼釜内にエアにて同伴される検水を滴下状態で供給し、その供給検水を燃焼釜内で燃焼させ、その燃焼により生じたガスを燃焼釜内から取り出して成分を計測する検水中に含まれる成分の計測装置において、前記燃焼釜内に検水を滴下させるための検水用滴下ノズルを燃焼釜の頂部に設け、この検水用滴下ノズルの外側に保護管を配設し、この保護管の先端を検水用滴下ノズルより下方まで延設するととともに鋭角に形成し、この保護管の内周面に検水用滴下ノズルの先端が当接される状態で配設されていることを特徴とする。
【００１２】
上記した本発明に係る検水中に含まれる成分の計測装置は、検水用滴下ノズルの外側に保護管を設け、この保護管で検水用滴下ノズルを保護し、さらに保護管の先端を検水用滴下ノズルより下方まで延設し、保護管の内周面に検水用滴下ノズルの先端を当接させた。
【００１３】
このため、検水用滴下ノズルの先端から滴下する検水を保護管の内周面に導き、内周面に導かれた検水を保護管の先端に流下させ、保護管の先端から燃焼釜内にこの検水を滴下させながら燃焼させる。長く使用していると、この保護管の先端周囲に、検水から発生した蒸発残渣物が付着することになるが、保護管は検水用滴下ノズルを収容する構成であるため比較的太く形成されており、検水の燃焼により検水から発生した蒸発残渣物が保護管の先端に付着したとしても、保護管が詰まるという事態にはならない。
【００１４】
請求項２は、前記保護管の外周壁の下部付近に、燃焼釜内部の上部と下部を仕切る円板状の仕切り部材を取付けたことを特徴とする。
【００１５】
このような仕切り部材を設けたため、燃焼釜内部の上部付近の温度の低い部分が燃焼釜の下部の温度の高い部分と仕切られることになり、その結果燃焼釜内の温度ムラが減少して、検水の燃焼効率を向上させる結果となった。
【００１６】
請求項３は、前記エアは、前記検水用滴下ノズルを通して前記燃焼釜内に供給されることを特徴とする。
【００１７】
検水用滴下ノズルを通して燃焼釜内にエアを供給することにより、検水用滴下ノズル内の検水をエアで検水用滴下ノズルの先端まで迅速に流すことができるようになった。よって、検水を検水用滴下ノズルの先端から保護管の内周面に効率よく導くことができ、検水を燃焼釜内に滴下させる際に、小さな水滴の粒にして滴下させることができるようになった。
このため、滴下した検水の水滴を効率よく完全燃焼させることができるので、検水中のガスの計測に必要なガス量を比較的短い時間で確保可能となった。
【００１８】
請求項４は、前記検水用滴下ノズルはテフロンで形成され、前記保護管は石英ガラスで形成されていることを特徴とする。
【００１９】
検水用滴下ノズルを撥水性に優れるテフロンで形成したので、検水用滴下ノズルの先端から検水を確実に水切りでき、検水用滴下ノズルの先端に検水が付着しにくくなった。
このため、検水の水滴を燃焼する際に、検水用滴下ノズルの先端に蒸発残渣物が付着しなくなり、検水用滴下ノズルの先端が詰まることを防止できる。
【００２０】
また、保護管を耐熱性に優れる石英ガラスで形成したので、保護管が燃焼釜内で高温に加熱されても、例えば保護管の先端が熱で溶けてしまうことを防ぎ、保護管の先端から検水を効率よく滴下することができ、燃焼釜内に検水を効率よく供給することができる。
【００２１】
請求項５は、前記検水用滴下ノズルにゼロ水を供給するためのゼロ水給水管を、前記検水を供給するための検水給水管に連通したことを特徴とする。
【００２２】
ここで、検水用滴下ノズルや保護管を洗浄したり、計測装置のゼロ点調整（初期値設定）をおこなうために、検水用滴下ノズルや保護管にゼロ水を供給する必要がある。従来は、ゼロ水を供給する手段として、検水を供給する検水給水管を兼用していたが、検水給水管を兼用すると、検水給水管全体にゼロ水を流す必要があるので、ゼロ水は必要以上に長い流路を流れることになる。
これにより、検水用滴下ノズル及び保護管の洗浄や、成分の計測装置のゼロ点調整（初期値設定）に時間がかかっていた。
【００２３】
そこで、請求項５において、ゼロ水給水管を検水給水管に連通するように構成した。これにより、ゼロ水を流すための専用流路を得ることができるので、ゼロ水給水管の長さを短く抑えることができ、検水用滴下ノズル及び保護管の洗浄や、成分の計測装置のゼロ点調整（初期値設定）に要する時間を短くすることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下添付図に基づいて本発明に係る検水中に含まれる成分の計測装置の一実施の形態を詳説する。
図１は本発明に係る検水中に含まれる成分の計測装置の全体概略図、図２は同計測装置の燃焼釜及び検水用滴下手段の縦断面図、図３は同計測装置の要部の縦断面図、図４は他の実施例に係る同計測装置の要部の縦断面図、図５は従来の二酸化炭素ガス計測装置の要部の縦断面図である。
【００２５】
図１に示す検水中に含まれる成分の計測装置１０は、第一供給ポンプ１１で検水を第一検水給水管１２に導くとともに、第二供給ポンプ１３で塩酸槽１４から塩酸を第一検水給水管１２に導き、この第一検水給水管１２に導かれた検水及び塩酸を無機炭素除去槽１５に流入させ、同時にエアをエア供給管１６から無機炭素除去槽１５に流入させている。この無機炭素除去槽１５で検水から無機炭素を除去した後、その検水を第三供給ポンプ１７で第二検水給水管（検水給水管）１８を経由して検水用滴下手段２０に導き、この検水用滴下手段２０の先端から燃焼釜３０に滴下し、燃焼釜３０に滴下された検水を燃焼釜３０内で燃焼する。
【００２６】
検水用滴下ノズル２１を通して燃焼釜３０の内部に導いたキャリアエアで、燃焼により発生したガスを、ガス導入管４０を経由してガス流入管４１に導き、コンデンサー４２、電子クーラー４３、及びフィルタ４４を経て赤外線分析計４５に導き、この赤外線分析計４５でガス中に含まれている二酸化炭素ガスの濃度を計測し、その計測結果を信号として出力している。
【００２７】
以下、この計測装置１０の検水用滴下手段２０及び燃焼釜３０について図２〜図４に基づいて詳しく説明する。
図２に示すように、燃焼釜３０には、筒状に形成された燃焼釜本体３１が備えられ、この燃焼釜本体３１の上端３１ａに検水用滴下ノズル２１が配設され、燃焼釜本体３１の底部３１ｂにリアクター３２が備えられ、燃焼釜本体３１の底部開口３１ｃがメッシュ３３を介してリアクター３２に連通されている。
燃焼釜本体３１の底部３１ｂ及びリアクター３２の内部には蓄熱球としてアルミナボール３５（一例として５．５ｋｇ）が収容され、リアクター３２の外周にはヒータ３６が配設されている。
【００２８】
リアクター３２内及び燃焼釜本体３１の底部３１ｂに蓄熱球としてアルミナボール３５を収容することで、リアクター３２内部及び燃焼釜本体３１の底部３１ｂの蓄熱量を大きくすることができ、リアクター３２内に検水の水滴が滴下した際に、リアクター３２内の温度及び燃焼釜本体３１の底部３１ａの温度が下がることはなく、設計温度に維持することができる。
【００２９】
さらに、燃焼釜３０は、ＲＡ−３３３（米国規格 ＡＳＴＭ Ｂ７１８、米軍規格 ＡＭＳ ５７１７）という特殊合金で形成されているため、リアクター３２の容量を、一例として約５． ５リットルと大型に形成することができる。
ここで、一般に使用されている通常の燃焼釜の容量は、２００〜３００ミリリットルである。よって、通常の燃焼釜と比較すると、測定検水量は、通常の燃焼釜の場合には１〜５０μｍｌ／回であるが、本発明の燃焼釜３０によれば１〜４ｍｌと、２０〜４，０００倍と大きくすることができ、けん濁物入りの検水に対しても計測することができる。
【００３０】
図２及び図３に示すように、検水用滴下手段２０は、燃焼釜３０内に検水を滴下させるための検水用滴下ノズル２１が、燃焼釜３０の上端３１ａ（すなわち、燃焼釜本体３１の上端３１ａ）に設けられ、この検水用滴下ノズル２１を収容するために検水用滴下ノズル２１の外側に保護管２３が設けられ、この保護管２３の下端２３ａが検水用滴下ノズル２１より下方まで延設されるとともに鋭角に形成され、この保護管２３の内周面２４に検水用滴下ノズル２１の先端２１ａが当接されている。
【００３１】
これにより、図３に示すように検水用滴下ノズル２１の先端２１ａから滴下した検水を保護管２３の内周面２４に導き、この内周面２４に導いた検水を保護管２３の下端２３ａに流下させ、この下端２３ａから燃焼釜３０内のアルミナボール３５上に水滴２６として検水を滴下させ、その水滴２６を完全に燃焼させることができる。
【００３２】
この際、保護管２３の下端２３ａに検水が付着した状態で、検水が燃焼されることも起こり得るが、保護管２３は検水用滴下ノズル２１を収容するので比較的太く形成されており、燃焼により蒸発残渣物が保護管２３の下端２３ａに付着しても保護管２３が詰まることはない。
【００３３】
検水用滴下ノズル２１の上端に連通される第二検水給水管１８は、検水用滴下ノズル２１の上流側でエア給気管５０と連通している。このエア給気管５０には逆止弁５１、フローメータ５２、流量制御弁５３及びフィルタ５４が備えられている。
従って、エア給気管５０にエアを矢印に示すように供給すると、エアはフィルタ５４、流量制御弁５３、フローメータ５２及び逆止弁５１を経て検水用滴下ノズル２１内に導かれ、検水用滴下ノズル２１の先端２１ａから燃焼釜３０内に供給されることとなる。
【００３４】
このように、検水用滴下ノズル２１を通して燃焼釜３０内にエアを供給することにより、検水用滴下ノズル２１内の検水をエアで検水用滴下ノズル２１の先端２１ａまで迅速に移送させることができ、また検水を検水用滴下ノズル２１の先端２１ａから保護管２３の内周面２４に効率よく導くことができる。
【００３５】
これにより、検水を燃焼釜３０内に滴下させる際に、図３に示すように検水を小さな水滴２６の粒の状態にして滴下させることができ、滴下された検水の水滴２６を効率よく完全燃焼させることができ、二酸化炭素ガスの計測に必要なガス量を短い時間で確実に確保することができる。
具体的には、従来技術で説明したように、通常の二酸化炭素ガス計測装置では二酸化炭素ガスの計測に１０〜１５分必要であったが、本発明の計測装置１０によれば計測時間を４〜６分に抑えることができる。
【００３６】
また、第二検水給水管１８には第三供給ポンプ１７の下流側に、ゼロ水（一例として、水道水）を供給するゼロ水給水管５６が連通され、このゼロ水給水管５６にはゼロ水ポンプ５７が設けられている。
【００３７】
これにより、ゼロ水ポンプ５７を駆動させると、ゼロ水給水管５６にゼロ水を導入することができ、さらにゼロ水給水管５６から第二検水給水管１８にゼロ水が導入される。よって、ゼロ水を第二検水給水管１８を経由して検水用滴下ノズル２１内に導き、さらにこのゼロ水を検水用滴下ノズル２１の先端２１ａから燃焼釜３０内に滴下させることができる。
【００３８】
このように、ゼロ水給水管５６を第二検水給水管１８に連通させることで、検水用滴下ノズルや保護管を洗浄したり、計測装置のゼロ点調整（初期値設定）を行う際に、ゼロ水を第一、第二の検水給水管１２、１８を経由させる必要がなくなる。
【００３９】
このため、ゼロ水を必要以上に長い流路に流す必要がなくなり、検水用滴下ノズル２１及び保護管２３の洗浄や、計測装置のゼロ点調整（初期値設定）に要する時間を短くすることができる。
【００４０】
本発明では、図４に示す通り保護管２３の外周壁２５の下端２３ａ付近に、燃焼釜３０の上部と下部を仕切る円板状の仕切り部材２７を取付けることができ、この仕切り部材を取付けることで燃焼釜内の温度の低い部分（燃焼釜の上部付近）を、温度の高い部分（燃焼釜の下部付近）と仕切ることができ、これにより燃焼釜内の温度ムラが少なくなり、検水の水滴２６を効率的に燃焼できるようになり、燃焼ムラによる炭酸ガス発生状況のムラや、計測装置の測定値のバラツキを排除できるようになる。
【００４１】
この仕切り部材２７は、ステンレス、インコネル、白金、石英板等どのような材質でも良く、バネピン等を介して簡単に取りつけられるようになっている。
またその厚さは１〜２ｍｍ程度の薄板であることが好ましく、薄板に形成することで、検水用滴下ノズル２１に高温を伝達させない効果を達成できる。
【００４２】
検水用滴下ノズル２１は、撥水性に優れたテフロン製のノズルであるから、検水用滴下ノズル２１の先端２１ａから検水を確実に水切りでき、検水用滴下ノズル２１の先端２１ａに検水が付着しないようできる。
このため、検水の水滴を燃焼させる際に、検水用滴下ノズル２１の先端２１ａに蒸発残渣物が付着するのを防ぎ、検水用滴下ノズル２１の先端２１ａが詰まることを防止できる。
【００４３】
また、保護管２３は耐熱性に優れた石英ガラス製のチューブであるので、保護管２３が燃焼釜３０内で高温に加熱されても、例えば保護管２３の下端２３ａが熱で溶けてしまうことはなく、保護管２３の下端２３ａから検水を効率よく滴下させることができ、燃焼釜３０内に検水を効率よく供給することができる。
【００４４】
さらに、赤外線分析計４５の代わりに、化学発光方式の窒素計を用いれば、全窒素計としても使用できる（検水量が多くとれるので、測定に充分な濃度が得られるため）。
【００４５】
また、前記実施の形態では、計測装置１０に塩酸槽１４及び塩酸から無機炭素を除去する無機炭素除去槽１５を備え、塩酸槽１４及び無機炭素除去槽１５に検水を通すことにより無機炭素を除去した二酸化炭素ガスの濃度を計測する例について説明したが、これに限られることなく、塩酸槽１４及び無機炭素除去槽１５を備えないで、無機炭素を除去しない状態の二酸化炭素ガスの濃度の計測をすることも可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１による成分の計測装置によれば、検水用滴下ノズルの外側に保護管を設け、この保護管で検水用滴下ノズルを保護し、さらに保護管の先端を検水用滴下ノズルより下方まで延設して、保護管の内周面に検水用滴下ノズルの先端を当接させた。
このため、検水用滴下ノズルの先端から滴下させた検水を保護管の内周面に導き、内周面に導いた検水を保護管の先端に流下させ、その先端から燃焼釜内に滴下させて検水を燃焼させることとなる。
【００４７】
その際、保護管の先端に検水を付着させた状態で燃焼することになるが、保護管は検水用滴下ノズルを収容するため比較的太く形成されており、検水の燃焼により検水中の蒸発残渣物が保護管の先端内周壁に付着しても保護管が詰まることはない。
このように、保護管が詰まることを防止し、検水を燃焼釜内に好適に供給することができ、検水中の炭酸ガスを精度よく計測することができる効果がある。
【００４８】
したがって、滴下した検水の水滴中の有機物を効率よく完全燃焼させることができ、その結果１００％炭酸ガスに変化させることができ、比較的短時間で最大濃度の炭酸ガスを赤外線分析計に移送することができるため、短い時間で正確な計測ができるという効果もある。
【００４９】
また請求項２記載の成分の計測装置によれば、仕切り部材の存在により、燃焼釜内の温度ムラが少なくなり、検水の水滴２６を効率的に燃焼できるようになり、燃焼ムラによる炭酸ガス発生状況のムラや、計測装置の測定値のバラツキを排除できる効果がある。
【００５０】
請求項３は、検水用滴下ノズルを通して燃焼釜内にエアを供給することにより、検水用滴下ノズル内の検水をエアで検水用滴下ノズルの先端まで迅速に送ることができる。このため、検水を検水用滴下ノズルの先端から保護管の内周面に効率よく導くことができ、検水を燃焼釜内に滴下させる際に、検水を小さな水滴の粒にして滴下することができる。
【００５１】
従って、滴下した検水の水滴を効率よく完全燃焼させることができ、検水中の炭酸ガスの計測に必要なガス量を比較的短い時間で確保することができるので、検水中の炭酸ガスを短時間で正確に計測できるという効果がある。
【００５２】
請求項４は、検水用滴下ノズルをテフロンで形成した。テフロンは撥水性に優れているので、検水用滴下ノズルの先端から検水を確実に水切りすることができ、検水用滴下ノズルの先端に検水が付着しないようにできる。
このため、検水の水滴を燃焼する際に、検水用滴下ノズルの先端に検水中の蒸発残渣物が付着することを防ぐことができ、検水用滴下ノズルの先端が詰まることを防止できる効果がある。
このように、保護管が詰まることを防ぐことができるので、検水を好適に燃焼釜内に供給することができ、検水中の炭酸ガスを精度よく計測することができる効果もある。
【００５３】
また、保護管を石英ガラスで形成し、この石英ガラスは耐熱性に優れているので、保護管が燃焼釜内で高温に加熱されても、例えば保護管の先端が熱で溶けてしまうことを防ぐことができ、保護管の先端から検水を効率よく滴下させることができ、燃焼釜内に検水を効率よく供給できるようになる。
このように、燃焼釜内に検水を効率よく供給することができるので、検水中の炭酸ガスを精度よく計測することができる効果がある。
【００５４】
請求項５は、ゼロ水給水管を検水給水管に連通することにより、ゼロ水を流すための専用流路を得ることができ、ゼロ水給水管の長さを短く抑え、検水用滴下ノズル及び保護管の洗浄や、検水中に含まれる成分の計測装置のゼロ点調整（初期値設定）に要する時間を短縮できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る検水中に含まれる成分の計測装置の全体概略図である。
【図２】同計測装置の燃焼釜及び検水用滴下手段の縦断面図である。
【図３】同計測装置の要部の縦断面図である。
【図４】他の実施例に係る同計測装置の要部の縦断面図である。
【図５】従来の二酸化炭素ガス計測装置の要部の縦断面図である。
【符号の説明】
１０…成分の計測装置
１１…第一供給ポンプ
１２…第一検水給水管（検水給水管）
１３…第二供給ポンプ
１４…塩酸槽
１５…無機炭素除去槽
１７…第三供給ポンプ
１８…第二検水給水管（検水給水管）
２０…検水用滴下手段
２１…検水用滴下ノズル
２１ａ…検水用滴下ノズルの先端
２３…保護管
２３ａ…保護管の下端
２４…保護管の内周面
２５…保護管の外周壁
２６…水滴
２７…仕切り部材
３０…燃焼釜
３１…燃焼釜本体
３１ａ…燃焼釜本体の上端
３１ｂ…燃焼釜本体の底部
３１ｃ…燃焼釜本体の底部開口
３２…リアクター
３３…メッシュ
３５…アルミナボール
３６…ヒーター
４０…ガス導入管
４１…ガス流入管
４２…コンデンサー
４３…電子クーラー
４４…フィルタ
４５…赤外線分析計
５０…エア給気管
５１…逆止弁
５２…フローメーター
５３…流量制御弁
５４…フィルタ
５６…ゼロ水供給管
５７…ゼロ水ポンプ
【発明の属する技術分野】
本発明は検水中に含まれる成分の計測装置に係り、特に、燃焼釜内にエアにて同伴される検水を滴下状態で供給し、その供給検水を燃焼釜内で燃焼させ、その燃焼により発生した二酸化炭素ガスなどを燃焼釜内から取り出し、有機性炭素（ＴＯＣ）または総炭素（ＴＣ）等の数値を調べる際に利用される検水中に含まれる成分の計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に示される、従来の二酸化炭素ガス計測装置１００においては、検水を供給ポンプ１０１で供給管１０２に導き、さらにこの検水を供給ノズル１０３に導き、供給ノズル１０３の先端１０３ａから燃焼釜１０５内に検水を水滴１０６状態にして送り込むものである。
【０００３】
燃焼釜１０５は、リアクター１０７内や筒体１０８内の複数のアルミナボール１０９がヒータ１１０で過熱されるようになっており、燃焼釜１０５の内部は略８５０℃に保たれている。このため、燃焼釜１０５の筒体１０８内部に滴下された水滴１０６は確実に燃焼され、水滴１０６中に含有されていた二酸化炭素のような成分はガス状態で抽出されていた。
【０００４】
一方、燃焼釜１０５内にはエア供給管１１３からエア導入管１１４を経由してエア（以下、「キャリアエア」という）が導入され、このキャリアエアはエア導入管１１４の先端１１４ａから燃焼釜１０５の内部に矢印で示されるように供給されている。
このキャリアエアは、水滴１０６の燃焼で発生したガスを、ガス導入管１１５を経由して燃焼釜１０５の外部に矢印で示されるように移送させる目的と、さらには燃焼のための酸素を供給する目的を有する。
【０００５】
このキャリアエアでガス導入管１１５に導入されたガスは、キャリアエアに同伴されて赤外線分析計（図示しない）等の分析機に導かれ、その分析機でガス中に含まれている目的のガスの濃度を計測し、その計測結果を信号として出力している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、検水の供給ノズル１０３は、燃焼釜１０５内に設置され高温の雰囲気下で使用されるため、耐熱性に優れた石英ガラスで形成されることが多く、これにより熱で変形することを抑えていた。
【０００７】
しかしながら、石英ガラス製の供給ノズル１０３は、撥水性（すなわち、水切り性）が十分でなく、供給ノズル１０３の先端１０３ａに検水が付着した状態で検水が燃焼されると、検水中の蒸発残渣物が供給ノズル１０３の先端１０３ａに付着しやすく、それで供給ノズル１０３が詰まってしまうという問題があった。
【０００８】
また、検水中の無機炭素を除去するために、検水中に塩酸を添加する場合、燃焼釜１０５内は塩酸雰囲気となることがある。さらにエア導入管１１４は燃焼釜１０５の比較的低温部位に設置される上、エア導入管の内部を通過するエアにて冷却される傾向にあるので、エア導入管１１４の先端１１４ａ付近には塩酸混じりの露滴が付着しやすくなり、特にエア導入管１１４の材質がステンレスであるような場合には、付着した露滴によりエア導入管の腐食が発生するという問題もあった。
【０００９】
さらに、検水は供給ポンプ１０１で供給ノズル１０３から燃焼釜１０５内に滴下されるように送り込まれるが、供給ポンプ１０１からノズル滴下口１０３ａに至る迄の検水は、エアの同伴がない箇所が多いため、その移送時間が多くかかるという問題もあった（本件発明のタイプのものより、４〜１０分程度余分にかかっていた）。
【００１０】
この発明は、検水供給用ノズルの詰まりをなくし、エア導入管の先端付近の腐食を防止し、さらには供給ポンプ位置からノズル滴下口に至る迄の検水の移送時間を短縮させることができる成分の計測装置を提供して、上述の全ての問題点を解消しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、燃焼釜内にエアにて同伴される検水を滴下状態で供給し、その供給検水を燃焼釜内で燃焼させ、その燃焼により生じたガスを燃焼釜内から取り出して成分を計測する検水中に含まれる成分の計測装置において、前記燃焼釜内に検水を滴下させるための検水用滴下ノズルを燃焼釜の頂部に設け、この検水用滴下ノズルの外側に保護管を配設し、この保護管の先端を検水用滴下ノズルより下方まで延設するととともに鋭角に形成し、この保護管の内周面に検水用滴下ノズルの先端が当接される状態で配設されていることを特徴とする。
【００１２】
上記した本発明に係る検水中に含まれる成分の計測装置は、検水用滴下ノズルの外側に保護管を設け、この保護管で検水用滴下ノズルを保護し、さらに保護管の先端を検水用滴下ノズルより下方まで延設し、保護管の内周面に検水用滴下ノズルの先端を当接させた。
【００１３】
このため、検水用滴下ノズルの先端から滴下する検水を保護管の内周面に導き、内周面に導かれた検水を保護管の先端に流下させ、保護管の先端から燃焼釜内にこの検水を滴下させながら燃焼させる。長く使用していると、この保護管の先端周囲に、検水から発生した蒸発残渣物が付着することになるが、保護管は検水用滴下ノズルを収容する構成であるため比較的太く形成されており、検水の燃焼により検水から発生した蒸発残渣物が保護管の先端に付着したとしても、保護管が詰まるという事態にはならない。
【００１４】
請求項２は、前記保護管の外周壁の下部付近に、燃焼釜内部の上部と下部を仕切る円板状の仕切り部材を取付けたことを特徴とする。
【００１５】
このような仕切り部材を設けたため、燃焼釜内部の上部付近の温度の低い部分が燃焼釜の下部の温度の高い部分と仕切られることになり、その結果燃焼釜内の温度ムラが減少して、検水の燃焼効率を向上させる結果となった。
【００１６】
請求項３は、前記エアは、前記検水用滴下ノズルを通して前記燃焼釜内に供給されることを特徴とする。
【００１７】
検水用滴下ノズルを通して燃焼釜内にエアを供給することにより、検水用滴下ノズル内の検水をエアで検水用滴下ノズルの先端まで迅速に流すことができるようになった。よって、検水を検水用滴下ノズルの先端から保護管の内周面に効率よく導くことができ、検水を燃焼釜内に滴下させる際に、小さな水滴の粒にして滴下させることができるようになった。
このため、滴下した検水の水滴を効率よく完全燃焼させることができるので、検水中のガスの計測に必要なガス量を比較的短い時間で確保可能となった。
【００１８】
請求項４は、前記検水用滴下ノズルはテフロンで形成され、前記保護管は石英ガラスで形成されていることを特徴とする。
【００１９】
検水用滴下ノズルを撥水性に優れるテフロンで形成したので、検水用滴下ノズルの先端から検水を確実に水切りでき、検水用滴下ノズルの先端に検水が付着しにくくなった。
このため、検水の水滴を燃焼する際に、検水用滴下ノズルの先端に蒸発残渣物が付着しなくなり、検水用滴下ノズルの先端が詰まることを防止できる。
【００２０】
また、保護管を耐熱性に優れる石英ガラスで形成したので、保護管が燃焼釜内で高温に加熱されても、例えば保護管の先端が熱で溶けてしまうことを防ぎ、保護管の先端から検水を効率よく滴下することができ、燃焼釜内に検水を効率よく供給することができる。
【００２１】
請求項５は、前記検水用滴下ノズルにゼロ水を供給するためのゼロ水給水管を、前記検水を供給するための検水給水管に連通したことを特徴とする。
【００２２】
ここで、検水用滴下ノズルや保護管を洗浄したり、計測装置のゼロ点調整（初期値設定）をおこなうために、検水用滴下ノズルや保護管にゼロ水を供給する必要がある。従来は、ゼロ水を供給する手段として、検水を供給する検水給水管を兼用していたが、検水給水管を兼用すると、検水給水管全体にゼロ水を流す必要があるので、ゼロ水は必要以上に長い流路を流れることになる。
これにより、検水用滴下ノズル及び保護管の洗浄や、成分の計測装置のゼロ点調整（初期値設定）に時間がかかっていた。
【００２３】
そこで、請求項５において、ゼロ水給水管を検水給水管に連通するように構成した。これにより、ゼロ水を流すための専用流路を得ることができるので、ゼロ水給水管の長さを短く抑えることができ、検水用滴下ノズル及び保護管の洗浄や、成分の計測装置のゼロ点調整（初期値設定）に要する時間を短くすることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下添付図に基づいて本発明に係る検水中に含まれる成分の計測装置の一実施の形態を詳説する。
図１は本発明に係る検水中に含まれる成分の計測装置の全体概略図、図２は同計測装置の燃焼釜及び検水用滴下手段の縦断面図、図３は同計測装置の要部の縦断面図、図４は他の実施例に係る同計測装置の要部の縦断面図、図５は従来の二酸化炭素ガス計測装置の要部の縦断面図である。
【００２５】
図１に示す検水中に含まれる成分の計測装置１０は、第一供給ポンプ１１で検水を第一検水給水管１２に導くとともに、第二供給ポンプ１３で塩酸槽１４から塩酸を第一検水給水管１２に導き、この第一検水給水管１２に導かれた検水及び塩酸を無機炭素除去槽１５に流入させ、同時にエアをエア供給管１６から無機炭素除去槽１５に流入させている。この無機炭素除去槽１５で検水から無機炭素を除去した後、その検水を第三供給ポンプ１７で第二検水給水管（検水給水管）１８を経由して検水用滴下手段２０に導き、この検水用滴下手段２０の先端から燃焼釜３０に滴下し、燃焼釜３０に滴下された検水を燃焼釜３０内で燃焼する。
【００２６】
検水用滴下ノズル２１を通して燃焼釜３０の内部に導いたキャリアエアで、燃焼により発生したガスを、ガス導入管４０を経由してガス流入管４１に導き、コンデンサー４２、電子クーラー４３、及びフィルタ４４を経て赤外線分析計４５に導き、この赤外線分析計４５でガス中に含まれている二酸化炭素ガスの濃度を計測し、その計測結果を信号として出力している。
【００２７】
以下、この計測装置１０の検水用滴下手段２０及び燃焼釜３０について図２〜図４に基づいて詳しく説明する。
図２に示すように、燃焼釜３０には、筒状に形成された燃焼釜本体３１が備えられ、この燃焼釜本体３１の上端３１ａに検水用滴下ノズル２１が配設され、燃焼釜本体３１の底部３１ｂにリアクター３２が備えられ、燃焼釜本体３１の底部開口３１ｃがメッシュ３３を介してリアクター３２に連通されている。
燃焼釜本体３１の底部３１ｂ及びリアクター３２の内部には蓄熱球としてアルミナボール３５（一例として５．５ｋｇ）が収容され、リアクター３２の外周にはヒータ３６が配設されている。
【００２８】
リアクター３２内及び燃焼釜本体３１の底部３１ｂに蓄熱球としてアルミナボール３５を収容することで、リアクター３２内部及び燃焼釜本体３１の底部３１ｂの蓄熱量を大きくすることができ、リアクター３２内に検水の水滴が滴下した際に、リアクター３２内の温度及び燃焼釜本体３１の底部３１ａの温度が下がることはなく、設計温度に維持することができる。
【００２９】
さらに、燃焼釜３０は、ＲＡ−３３３（米国規格 ＡＳＴＭ Ｂ７１８、米軍規格 ＡＭＳ ５７１７）という特殊合金で形成されているため、リアクター３２の容量を、一例として約５． ５リットルと大型に形成することができる。
ここで、一般に使用されている通常の燃焼釜の容量は、２００〜３００ミリリットルである。よって、通常の燃焼釜と比較すると、測定検水量は、通常の燃焼釜の場合には１〜５０μｍｌ／回であるが、本発明の燃焼釜３０によれば１〜４ｍｌと、２０〜４，０００倍と大きくすることができ、けん濁物入りの検水に対しても計測することができる。
【００３０】
図２及び図３に示すように、検水用滴下手段２０は、燃焼釜３０内に検水を滴下させるための検水用滴下ノズル２１が、燃焼釜３０の上端３１ａ（すなわち、燃焼釜本体３１の上端３１ａ）に設けられ、この検水用滴下ノズル２１を収容するために検水用滴下ノズル２１の外側に保護管２３が設けられ、この保護管２３の下端２３ａが検水用滴下ノズル２１より下方まで延設されるとともに鋭角に形成され、この保護管２３の内周面２４に検水用滴下ノズル２１の先端２１ａが当接されている。
【００３１】
これにより、図３に示すように検水用滴下ノズル２１の先端２１ａから滴下した検水を保護管２３の内周面２４に導き、この内周面２４に導いた検水を保護管２３の下端２３ａに流下させ、この下端２３ａから燃焼釜３０内のアルミナボール３５上に水滴２６として検水を滴下させ、その水滴２６を完全に燃焼させることができる。
【００３２】
この際、保護管２３の下端２３ａに検水が付着した状態で、検水が燃焼されることも起こり得るが、保護管２３は検水用滴下ノズル２１を収容するので比較的太く形成されており、燃焼により蒸発残渣物が保護管２３の下端２３ａに付着しても保護管２３が詰まることはない。
【００３３】
検水用滴下ノズル２１の上端に連通される第二検水給水管１８は、検水用滴下ノズル２１の上流側でエア給気管５０と連通している。このエア給気管５０には逆止弁５１、フローメータ５２、流量制御弁５３及びフィルタ５４が備えられている。
従って、エア給気管５０にエアを矢印に示すように供給すると、エアはフィルタ５４、流量制御弁５３、フローメータ５２及び逆止弁５１を経て検水用滴下ノズル２１内に導かれ、検水用滴下ノズル２１の先端２１ａから燃焼釜３０内に供給されることとなる。
【００３４】
このように、検水用滴下ノズル２１を通して燃焼釜３０内にエアを供給することにより、検水用滴下ノズル２１内の検水をエアで検水用滴下ノズル２１の先端２１ａまで迅速に移送させることができ、また検水を検水用滴下ノズル２１の先端２１ａから保護管２３の内周面２４に効率よく導くことができる。
【００３５】
これにより、検水を燃焼釜３０内に滴下させる際に、図３に示すように検水を小さな水滴２６の粒の状態にして滴下させることができ、滴下された検水の水滴２６を効率よく完全燃焼させることができ、二酸化炭素ガスの計測に必要なガス量を短い時間で確実に確保することができる。
具体的には、従来技術で説明したように、通常の二酸化炭素ガス計測装置では二酸化炭素ガスの計測に１０〜１５分必要であったが、本発明の計測装置１０によれば計測時間を４〜６分に抑えることができる。
【００３６】
また、第二検水給水管１８には第三供給ポンプ１７の下流側に、ゼロ水（一例として、水道水）を供給するゼロ水給水管５６が連通され、このゼロ水給水管５６にはゼロ水ポンプ５７が設けられている。
【００３７】
これにより、ゼロ水ポンプ５７を駆動させると、ゼロ水給水管５６にゼロ水を導入することができ、さらにゼロ水給水管５６から第二検水給水管１８にゼロ水が導入される。よって、ゼロ水を第二検水給水管１８を経由して検水用滴下ノズル２１内に導き、さらにこのゼロ水を検水用滴下ノズル２１の先端２１ａから燃焼釜３０内に滴下させることができる。
【００３８】
このように、ゼロ水給水管５６を第二検水給水管１８に連通させることで、検水用滴下ノズルや保護管を洗浄したり、計測装置のゼロ点調整（初期値設定）を行う際に、ゼロ水を第一、第二の検水給水管１２、１８を経由させる必要がなくなる。
【００３９】
このため、ゼロ水を必要以上に長い流路に流す必要がなくなり、検水用滴下ノズル２１及び保護管２３の洗浄や、計測装置のゼロ点調整（初期値設定）に要する時間を短くすることができる。
【００４０】
本発明では、図４に示す通り保護管２３の外周壁２５の下端２３ａ付近に、燃焼釜３０の上部と下部を仕切る円板状の仕切り部材２７を取付けることができ、この仕切り部材を取付けることで燃焼釜内の温度の低い部分（燃焼釜の上部付近）を、温度の高い部分（燃焼釜の下部付近）と仕切ることができ、これにより燃焼釜内の温度ムラが少なくなり、検水の水滴２６を効率的に燃焼できるようになり、燃焼ムラによる炭酸ガス発生状況のムラや、計測装置の測定値のバラツキを排除できるようになる。
【００４１】
この仕切り部材２７は、ステンレス、インコネル、白金、石英板等どのような材質でも良く、バネピン等を介して簡単に取りつけられるようになっている。
またその厚さは１〜２ｍｍ程度の薄板であることが好ましく、薄板に形成することで、検水用滴下ノズル２１に高温を伝達させない効果を達成できる。
【００４２】
検水用滴下ノズル２１は、撥水性に優れたテフロン製のノズルであるから、検水用滴下ノズル２１の先端２１ａから検水を確実に水切りでき、検水用滴下ノズル２１の先端２１ａに検水が付着しないようできる。
このため、検水の水滴を燃焼させる際に、検水用滴下ノズル２１の先端２１ａに蒸発残渣物が付着するのを防ぎ、検水用滴下ノズル２１の先端２１ａが詰まることを防止できる。
【００４３】
また、保護管２３は耐熱性に優れた石英ガラス製のチューブであるので、保護管２３が燃焼釜３０内で高温に加熱されても、例えば保護管２３の下端２３ａが熱で溶けてしまうことはなく、保護管２３の下端２３ａから検水を効率よく滴下させることができ、燃焼釜３０内に検水を効率よく供給することができる。
【００４４】
さらに、赤外線分析計４５の代わりに、化学発光方式の窒素計を用いれば、全窒素計としても使用できる（検水量が多くとれるので、測定に充分な濃度が得られるため）。
【００４５】
また、前記実施の形態では、計測装置１０に塩酸槽１４及び塩酸から無機炭素を除去する無機炭素除去槽１５を備え、塩酸槽１４及び無機炭素除去槽１５に検水を通すことにより無機炭素を除去した二酸化炭素ガスの濃度を計測する例について説明したが、これに限られることなく、塩酸槽１４及び無機炭素除去槽１５を備えないで、無機炭素を除去しない状態の二酸化炭素ガスの濃度の計測をすることも可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１による成分の計測装置によれば、検水用滴下ノズルの外側に保護管を設け、この保護管で検水用滴下ノズルを保護し、さらに保護管の先端を検水用滴下ノズルより下方まで延設して、保護管の内周面に検水用滴下ノズルの先端を当接させた。
このため、検水用滴下ノズルの先端から滴下させた検水を保護管の内周面に導き、内周面に導いた検水を保護管の先端に流下させ、その先端から燃焼釜内に滴下させて検水を燃焼させることとなる。
【００４７】
その際、保護管の先端に検水を付着させた状態で燃焼することになるが、保護管は検水用滴下ノズルを収容するため比較的太く形成されており、検水の燃焼により検水中の蒸発残渣物が保護管の先端内周壁に付着しても保護管が詰まることはない。
このように、保護管が詰まることを防止し、検水を燃焼釜内に好適に供給することができ、検水中の炭酸ガスを精度よく計測することができる効果がある。
【００４８】
したがって、滴下した検水の水滴中の有機物を効率よく完全燃焼させることができ、その結果１００％炭酸ガスに変化させることができ、比較的短時間で最大濃度の炭酸ガスを赤外線分析計に移送することができるため、短い時間で正確な計測ができるという効果もある。
【００４９】
また請求項２記載の成分の計測装置によれば、仕切り部材の存在により、燃焼釜内の温度ムラが少なくなり、検水の水滴２６を効率的に燃焼できるようになり、燃焼ムラによる炭酸ガス発生状況のムラや、計測装置の測定値のバラツキを排除できる効果がある。
【００５０】
請求項３は、検水用滴下ノズルを通して燃焼釜内にエアを供給することにより、検水用滴下ノズル内の検水をエアで検水用滴下ノズルの先端まで迅速に送ることができる。このため、検水を検水用滴下ノズルの先端から保護管の内周面に効率よく導くことができ、検水を燃焼釜内に滴下させる際に、検水を小さな水滴の粒にして滴下することができる。
【００５１】
従って、滴下した検水の水滴を効率よく完全燃焼させることができ、検水中の炭酸ガスの計測に必要なガス量を比較的短い時間で確保することができるので、検水中の炭酸ガスを短時間で正確に計測できるという効果がある。
【００５２】
請求項４は、検水用滴下ノズルをテフロンで形成した。テフロンは撥水性に優れているので、検水用滴下ノズルの先端から検水を確実に水切りすることができ、検水用滴下ノズルの先端に検水が付着しないようにできる。
このため、検水の水滴を燃焼する際に、検水用滴下ノズルの先端に検水中の蒸発残渣物が付着することを防ぐことができ、検水用滴下ノズルの先端が詰まることを防止できる効果がある。
このように、保護管が詰まることを防ぐことができるので、検水を好適に燃焼釜内に供給することができ、検水中の炭酸ガスを精度よく計測することができる効果もある。
【００５３】
また、保護管を石英ガラスで形成し、この石英ガラスは耐熱性に優れているので、保護管が燃焼釜内で高温に加熱されても、例えば保護管の先端が熱で溶けてしまうことを防ぐことができ、保護管の先端から検水を効率よく滴下させることができ、燃焼釜内に検水を効率よく供給できるようになる。
このように、燃焼釜内に検水を効率よく供給することができるので、検水中の炭酸ガスを精度よく計測することができる効果がある。
【００５４】
請求項５は、ゼロ水給水管を検水給水管に連通することにより、ゼロ水を流すための専用流路を得ることができ、ゼロ水給水管の長さを短く抑え、検水用滴下ノズル及び保護管の洗浄や、検水中に含まれる成分の計測装置のゼロ点調整（初期値設定）に要する時間を短縮できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る検水中に含まれる成分の計測装置の全体概略図である。
【図２】同計測装置の燃焼釜及び検水用滴下手段の縦断面図である。
【図３】同計測装置の要部の縦断面図である。
【図４】他の実施例に係る同計測装置の要部の縦断面図である。
【図５】従来の二酸化炭素ガス計測装置の要部の縦断面図である。
【符号の説明】
１０…成分の計測装置
１１…第一供給ポンプ
１２…第一検水給水管（検水給水管）
１３…第二供給ポンプ
１４…塩酸槽
１５…無機炭素除去槽
１７…第三供給ポンプ
１８…第二検水給水管（検水給水管）
２０…検水用滴下手段
２１…検水用滴下ノズル
２１ａ…検水用滴下ノズルの先端
２３…保護管
２３ａ…保護管の下端
２４…保護管の内周面
２５…保護管の外周壁
２６…水滴
２７…仕切り部材
３０…燃焼釜
３１…燃焼釜本体
３１ａ…燃焼釜本体の上端
３１ｂ…燃焼釜本体の底部
３１ｃ…燃焼釜本体の底部開口
３２…リアクター
３３…メッシュ
３５…アルミナボール
３６…ヒーター
４０…ガス導入管
４１…ガス流入管
４２…コンデンサー
４３…電子クーラー
４４…フィルタ
４５…赤外線分析計
５０…エア給気管
５１…逆止弁
５２…フローメーター
５３…流量制御弁
５４…フィルタ
５６…ゼロ水供給管
５７…ゼロ水ポンプ
Claims (5)
- 燃焼釜内にエアにて同伴される検水を滴下状態で供給し、その供給検水を燃焼釜内で燃焼させ、その燃焼により生じたガスを燃焼釜内から取り出して成分を計測する検水中に含まれる成分の計測装置において、
前記燃焼釜内に検水を滴下させるための検水用滴下ノズルを燃焼釜の頂部に設け、この検水用滴下ノズルの外側に保護管を配設し、この保護管の先端を検水用滴下ノズルより下方まで延設するととともに鋭角に形成し、この保護管の内周面に検水用滴下ノズルの先端が当接される状態で配設されていることを特徴とする検水中に含まれる成分の計測装置。 - 前記保護管の外周壁の下部付近に、燃焼釜内部の上部と下部を仕切る円板状の仕切り部材を取付けたことを特徴とする請求項１記載の検水中に含まれる成分の計測装置。
- 前記エアは、前記検水用滴下ノズルを通して前記燃焼釜内に供給されることを特徴とする請求項１又は２記載の検水中に含まれる成分の計測装置。
- 前記検水用滴下ノズルはテフロンで形成され、前記保護管は石英ガラスで形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の検水中に含まれる成分の計測装置。
- 前記検水用滴下ノズルにゼロ水を供給するためのゼロ水給水管を、前記検水を供給するための検水給水管に連通したことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の検水中に含まれる成分の計測装置。
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