JP3646016B2 - 液体定量採取装置及び塩素要求量計 - Google Patents

液体定量採取装置及び塩素要求量計 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は液体を定量採取する装置に関する。また、そのような定量採取装置を用いた塩素要求量計に関する。
【0002】
【従来の技術】
浄水処理における塩素処理技術においては、原水の塩素要求量を測定するための塩素要求量計が使われている。この塩素要求量計では、反応槽内で原水と塩素水とを混合して塩素消費反応を行わせてから遊離塩素を検出している。塩素水は、塩素発生器に塩化ナトリウム溶液を通して塩素を発生させることで作っている。そして、上述の遊離塩素が一定の量だけ残留するように塩素発生量を増減させている。したがって、塩素発生量を計測することで原水の塩素要求量を求めることができる。
【0003】
上述の塩素要求量計では、原水と塩素水をそれぞれ所定の流量で反応槽内に供給する必要がある。ところで、原水は汚濁物を含んでいるので、一般の薬液定量供給に用いられる通常の定流量ポンプを原水の供給に利用すると、定流量ポンプに汚濁物が付着蓄積して、流量が減少したり、ポンプが詰まったりするなどの問題が生じる。そこで、このような原水を定量採取するための装置として、弾性材料で作られたチューブを採取管として利用するものが知られている(特公昭57−7377号公報)。この採取装置では、一端が閉塞していて他端が開口しているような採取管を利用している。この採取管の開口端を原水に浸漬してから、採取管の途中を押圧すると、採取管の内部の空気の一部が開口端から原水中に吐き出される。その直後に上記押圧力を解放すると、採取管が自身の弾性復元力により元に戻って、採取管の開口端から原水が採取管の内部に吸引される。それから、この採取管の開口端を塩素要求量計の反応槽に移動して、採取管の途中を再び押圧すれば、吸引した原水が反応槽内に吐出される。もし1回の吸引によって吸引される原水量が一定であって、かつ、吸引・吐出のサイクル・タイムが一定であれば、反応槽内への原水の供給流量は一定になる。このような定量採取装置は、きわめて簡便な構造であり、原水の汚濁物が詰まりにくい。しかも、原水は採取管に吸引されるときと採取管から排出されるときとで流れが逆向きになるので、原水中の汚濁物が採取装置に付着残留しにくい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の定量採取装置は、1回の吸引によって採取される採取量にかなりの変動(ひどいときは20%程度の変動)があることが判明した。このような変動の原因を探っていくと、採取管の開口端が原水に浸漬している状態で採取管の内部の空気を原水中に吐き出していることに原因があることが分かった。原水に浸漬している採取管から空気を吐き出すと、この空気は採取管の先端で個々の気泡となってちぎれて原水中を上昇して行く。その場合、空気の吐き出し段階から原水の吸引段階に移行する時点での採取管の先端の空気溜りの状態が原水の吸引量に大きく関係してくる。図16の(A)は空気の吐き出し段階から原水の吸引段階に移行する時点での採取管の開口端14の空気溜り95の状態を示したものである。空気溜り95とは開口端14から原水50に向かって少し突き出た部分である。このような状態から原水50を吸引し始めると、空気溜り95の無い理想的な状態と比較して、空気溜り95の体積分だけ原水の吸引量が減少することになる。また、図16の(B)は(A)の状態よりもさらに空気溜り95が膨らんだ状態を示している。この状態でも気泡としてちぎれて出て行くまでには至っていない。この状態から原水50を吸引すると、原水の吸引量は(A)の場合よりもさらに減少することになる。そして、空気の吐き出し段階から原水の吸引段階に移行する時点での空気溜り95の体積をコントロールすることは不可能であるから、吸引毎に吸引量が大きく変動する結果となる。また、空気を原水中に吐き出すときに、採取管の開口端付近の原水が激しく乱れて、取水口の水位が変動し、この水位の変動が吸引量のバラツキのその他の原因にもなっていると考えられる。
【0005】
本発明は上述の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、採取管の圧縮・復元によって液体を吸引・吐出するタイプの液体定量採取装置において、1回当たりの採取量の変動を少なくすることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の液体定量採取装置は、次の(ア)〜(キ)を備えている。(ア)互いに噛み合って上下に配置され、一方を駆動源に連結された径の等しい二つの歯車。(イ)前記各歯車の中心からそれぞれ距離が等しくなるように前記各歯車に回転可能に取り付けられた二つのガイド。(ウ)前記二つのガイドの貫通孔にスライド可能に挿入されていて鉛直姿勢を保つ支持棒。(エ)前記支持棒に固定された二つのストッパ。これらのストッパは、前記二つのガイドがそれらを取り付けた各歯車の中心と同一の高さ位置にあるときに、前記二つのガイドの上面にそれぞれ接触する。(オ)一端が閉塞していて他端が開口しており、弾性復元力のある材料で作られている柔軟な液体採取管。この液体採取管の開口端の近傍が前記支持棒の下端付近に固定されている。(カ)前記二つの歯車の一方に固定されたカム。このカムの輪郭は、ほぼ180度の角度範囲にわたって連続している円弧状の大径部と、ほぼ180度の角度範囲にわたって連続していて前記大径部よりも径が小さい小径部とからなる。(キ)前記カムの輪郭に接触して昇降する押圧機構。前記二つのガイドがそれらを取り付けた各歯車の中心と同一の高さ位置にあるときに、前記押圧機構は前記カムの小径部と大径部の間の二つの境界のいずれかに遭遇し、そのときに前記押圧機構は下降または上昇して、前記液体採取管を圧縮し、または圧縮を解放する。
【0007】
カムの大径部は、ほぼ180度の角度範囲にわたって連続している円弧状である。この大径部に前記押圧機構が接触している間は、液体採取管は圧縮状態を保っている。カムの小径部は、大径部よりも径が小さくて、ほぼ180度の角度範囲にわたって連続している。この小径部のところでは、前記押圧機構が上昇して液体採取管の圧縮状態が解放される。小径部は、必ずしも径が一定である必要はなく、大径部よりも径が小さい状態がほぼ180度の角度範囲にわたって連続していれば足りる。
【0008】
カムが約180度回転する間は押圧機構がカムの大径部に接触していて液体採取管は圧縮状態にあり、カムが次の約180度を回転する間は押圧機構がカムの小径部に対面していて液体採取管は圧縮解放状態にある。圧縮状態から圧縮解放状態に移行するときに液体採取管は液体を吸引し、圧縮解放状態から圧縮状態に移行するときに液体採取管は液体を吐出する。本発明では、液体採取管が圧縮状態のまま液体中に浸漬して、その後、圧縮解放状態に移行して液体を吸引するので、吸引直前に液体中に液体採取管の内部の空気を排出することがない。したがって、取水口の液体の水位が排出空気によって乱れることがなく、1回ごとの採取量の変動が非常に少なくなる。このような液体定量採取装置を塩素要求量計の原水採取装置に用いると、塩素要求量の測定値も安定する。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1の実施形態を示す正面図である。図1において、採取管10の一端は閉塞端12となっており、他端は開口端14となっている。採取管10は柔軟で弾性復元力のあるシリコーンゴムのチューブでできている。この実施形態では、採取管10の外径は7mm、内径は5mmである。採取管10の閉塞端12から途中までは、支持台16の上に固定されていて、そこから先は自由に動くようになっている。支持台16上の採取管10は押圧板18で押圧される。押圧板18はローラ22によって下方に押される。ローラ22はカム26に接触している。カム26は第1歯車28に固定されていて、第1歯車28と共に回転する。カム26が回転すると、これに接触するローラ22が上下動し、それに伴って押圧板18が上下方向に揺動する。この押圧板18の揺動により採取管10の圧縮・復元が繰り返される。
【0010】
第1歯車28と第2歯車30は同じ径であり、互いに噛合っていて、逆方向に同じ回転速度で回転する。第1歯車28には第1ガイド32が回転可能に取り付けられている。この第1ガイド32には貫通孔があいていて、この貫通孔を支持棒36がスライド可能に貫通している。第2歯車30にも同様に第2ガイド34が回転可能に取り付けられていて、この第2ガイド34の貫通孔にも上述の支持棒36がスライド可能に貫通している。支持棒36は常に鉛直姿勢を保つことになる。第1歯車28の中心から第1ガイド32までの距離と、第2歯車28の中心から第2ガイド34までの距離は等しくなっている。支持棒36の上端付近には第2ストッパ35が固定され、支持棒36の中央付近には第1ストッパ33が固定されている。支持棒36は二つのストッパ33、35を介してガイド32、34の上に載っている。二つのガイド32、34が各歯車28、30の中心と同一の高さ位置にあるとき(図1に示す状態)は、支持棒36の二つのストッパ33、35がガイド32、34の上面にそれぞれ接触する。歯車28、30がそれ以外の回転位置にあるときは、一方のストッパだけがガイドに接触して、他方のストッパはガイドから離れることになる。歯車28、30が回転すると、二つのガイド32、34は歯車と共に互いに逆方向に回転する。それに伴って支持棒36は昇降しながら左右に移動し、半円状の軌跡を描く。支持棒36の下端には採取管10の開口端14の近傍が固定されている。
【0011】
図5は図1の採取装置の側面図であり、一部を断面で示している。図5において、第1歯車28はシンクロナス・モータ38の出力軸39に固定されている。モータ38はベース40に固定されている。第2歯車30は軸42に回転可能に取り付けられている。軸42はベース40に固定されている。二つの歯車28、30の正面側にはそれぞれガイド32、34が回転可能に取り付けられている。第1歯車28の背面側にはカム26が固定されている。ローラ22は軸44に回転可能に取り付けられている。軸44は上下方向の長孔46内を上下方向に移動可能である。ローラ22の下に押圧板18がある。採取管10の途中は支持台16と押圧板18の間に挟まれている。採取管10は第1歯車28の背面側で支持台16に固定されていて、図5の奥側を通って第1歯車28の正面側に出てきている。
【0012】
図6はカム26とローラ22と押圧板18を拡大して示した正面図である。カム26の輪郭は、半径R1の円弧状の小径部56と、R1よりも大きな半径R2を有する円弧状の大径部58とからなる。小径部56はほぼ180度の角度範囲にわたって連続している。大径部58もほぼ180度の角度範囲にわたって連続している。カム26は図の時計方向に回転する。カム26が時計方向に回転するときにローラ22から見て大径部58から小径部56に移行する境界部分には第1段差60が形成されている。小径部56から大径部58に移行する境界部分には第2段差62が形成されている。この第2段差62には、半径R2よりもわずかに距離ΔR(例えば0.5mm)だけ外側に突き出た突起64が形成されている。これにより、第1段差60における採取管10の内容積の増加量よりも、第2段差62における採取管の内容積の減少量の方がわずかに大きくなり、採取管10に吸引した原水を確実に全て吐出できるようにしている。
【0013】
ローラ22と押圧板18はカム26と採取管10の間に挟まれている。押圧板18とローラ22は採取管10の弾性復元力により常に上方に押されている。ローラ22はカム26の輪郭によってその上方への移動が規制されている。ローラ22は軸24の回りを回転でき、軸24は長孔46内で昇降できる。押圧板18は軸20の回りを揺動でき、軸20はベース40(図5を参照)に固定されている。
【0014】
カム26が回転してローラ22がカム26の第1段差60を通過するとローラ22と押圧板18は採取管10の弾性復元力により上方に移動する。これにより、圧縮されていた採取管10が元に戻る。ローラ22がカム26の第2段差62を通過するとローラ22と押圧板18が下方に押されて、採取管10が圧縮される。
【0015】
次に、この採取装置の動作を説明する。以下の説明では、この採取装置を塩素要求量計の原水採取装置として使う場合を想定している。図1において、この採取装置は、取水口48から原水50を採取して、受け口52に吐出するものである。取水口48では、外周側の流入路から中央の排水口54へと原水50がオーバーフローするようになっている。これにより、流れている原水の液面はほぼ一定のレベルを保っている。受け口52で受け取った原水は塩素要求量計の反応槽に供給される。モータ38(図5を参照)は一定の回転速度で回転し、支持棒36は円弧状の軌跡を描いて往復運動を繰り返す。その間に採取管10による原水50の吸引・吐出が繰り返される。
【0016】
図1は採取管10の開口端14が取水口48の原水50中にちょうど浸漬した状態を示している。このとき、支持棒36は移動範囲の一番右側の位置にあり、同時に、下限位置にある。この状態を基準位置と呼ぶことにする。この基準位置では、図6に示すように、カム26がローラ22と接触する部分は大径部58から小径部56に移行する直前、すなわち第1段差60の直前にある。このとき採取管10は圧縮された状態にある。この基準位置から、わずかにカム26が回転すると、図7に示すように、ローラ22がカム26の第1段差60を通過して、採取管10が弾性復元力により元に戻り、ローラ22と押圧板18が上昇する。これにより、採取管10の内部が負圧になり、採取管10の開口端から原水が吸引される。
【0017】
基準位置からカム26が90度回転すると図2の状態になる。第1歯車28の第1ガイド32は下方に移動し、一方、第2歯車30の第2ガイド34は上方に移動する。支持棒36に固定された第2ストッパ35は第2ガイド34によって持ち上げられ、支持棒36は上昇する。支持棒36の第1ストッパ33は第1ガイド32から離れている。支持棒36は円弧状の軌跡の中間点にあり、採取管10の開口端14は取水口48から離れている。図2の状態では、図8に示すように、ローラ22はカム26の小径部56の中間点を通過しているところであり、採取管10は圧縮が解放された状態のままである。したがって、採取管10に吸引された原水はそのまま保持されている。
【0018】
基準位置からカム26が180度回転すると図3の状態になる。支持棒36は移動範囲の一番左側に来て、下限位置となる。図3の状態では、図9に示すように、ローラ22はカム26の第2段差62に押されて下方に移動する。したがって、押圧板18が採取管10を圧縮する。これにより、採取管10の内部に吸引されていた原水が受け口52(図3を参照)に吐出される。第2段差62は図6に示すように大径部58よりもわずかに突き出ているので、採取管10内の原水は内部に残ることなく完全に吐出される。
【0019】
基準位置からカム26が270度回転すると図4の状態になる。支持棒36は右側位置に戻る途中にある。図4の状態では、図10に示すように、ローラ22はカム26の大径部58の中間点を通過しているところである。ローラ22がカム26の大径部58に接触している間は、採取管10は圧縮されたままの状態にある。
【0020】
基準位置からカム26が360度回転すると図1の基準位置に戻る。このとき、採取管10は圧縮状態を保ったままである。そして、基準位置をわずかに過ぎたときに、図7に示すように、採取管10の圧縮状態が解放されて原水が吸引される。
【0021】
本発明が従来技術と異なる点は、図3から図4を経て図1に戻るときに、採取管が圧縮状態をずっと維持している点にある。従来技術では採取管を圧縮して原水を吐出すると、すぐに採取管の圧縮を解放している。したがって、従来技術では、採取管の開口端を原水に浸漬してから、採取管を再び圧縮する必要がある。そのときに、採取管の内部の空気が排出される。それから圧縮を解放することで原水を吸引している。これに対して本発明では、採取管の開口端を原水に浸漬したときには、すでに採取管は圧縮状態にあるので、単に採取管の圧縮状態を解放するだけで原水を吸引できる。これにより、本発明では、原水を吸引するときに採取管から原水中に空気を吐き出すことがなく、1回ごとの採取量の変動がきわめて少なくなる。従来技術では原水の採取量の変動が20%近くに達することもあったが、本発明を用いることで採取量の変動は2%程度にまで減少した。
【0022】
上述の実施形態では、1サイクル(1回の吸引・吐出)で0.75ミリリットルの原水を採取することができる。そして、採取装置は1分間に8サイクルの採取を行うので、毎分6ミリリットルの流量で原水を採取することができる。
【0023】
次に、本発明の採取装置を利用した塩素要求量計を説明する。図11は塩素要求量計の構成図である。検水66はオーバーフロータンク68からサブタンク70に流入する。このサブタンク70の上部が上述の図1の取水口48に相当する。サブタンク70中の検水は本発明の採取装置72で採取されて反応槽74に供給される。一方、試薬タンク76内の塩化ナトリウム溶液は試薬ポンプ78によって塩素発生器80に供給され、ここで塩素水が作られて、反応槽74に供給される。反応槽74では攪拌器75で検水と塩素水とを攪拌・混合して塩素消費反応を行わせる。紫外線ランプ82からは紫外線を照射して塩素消費反応を加速している。反応槽74の水温はヒータ84によって35℃に保っている。反応槽74内の遊離塩素は残留塩素検出器86で検出している。ここで検出した残留塩素量の数値を増幅器88と自動調節器90とを経由して塩素発生器80にフィードバックし、残留塩素量が一定になるように塩素発生量を調節している。塩素発生量の指令値は指示計92で表示され、この表示値が塩素要求量を表わしている。反応槽74からオーバーフローした液体は流量計94を通って排出される。
【0024】
この塩素要求量計を最初に使うときは、まず、蒸留水を検水として用いてゼロ点を較正し、次に、標準の塩素要求液を検水として用いて測定値のスパンを較正する。それから未知の原水を検水として用いて塩素要求量を測定する。この塩素要求量計では、本発明の採取装置72を用いて検水を毎分6ミリリットルの流量で反応槽74に供給している。試薬ポンプ78による試薬の流量は毎分2ミリリットルである。
【0025】
次に、本発明の第2の実施形態を図12〜図15を参照して説明する。図12と図13は、第2の実施形態の正面図と側面図であり、第1の実施形態の図1と図5に対応している。図12の装置が図1の装置と異なるところは、カム96と押圧機構98である。図14はカム96と押圧機構98を拡大して示す正面図である。カム96の輪郭は、円弧状の大径部100と、三つの直線部102、104、106とからなる。大径部100は約180度の角度範囲にわたって連続している。三つの直線部102、104、106は、いずれも大径部100よりも径が小さく、その意味で、これらは連続した小径部を構成している。これらの小径部は、第2の実施形態ではローラ108に接触する訳ではないから、円弧状にする必要はない。したがって、カムの製造を簡単にするために、小径部は直線上にカットしている。
【0026】
押圧板110は軸112の回りを揺動でき、軸112はベース113(図13を参照)に固定されている。押圧板110にはローラ支持板114が固定されている。このローラ支持板114に軸116が固定され、この軸116にローラ108が回転可能に取り付けられている。カム96の大径部100がローラ108に接触すると、ローラ108が下がり、それに伴って、軸116とローラ支持板114とを介して押圧板110が下方に揺動する。これにより、採取管118が圧縮される。押圧板110の先端とベースとの間には引張りコイルバネ120が引っ掛けられていて、押圧板110の先端は常に上方に引っ張られている。ただし、ある程度押圧板110が上昇すると、もはや引張りコイルバネ120の弾性復元力がなくなり、そこで押圧板110は止まる。図15に示すように、ローラ108がカム96の小径部に面していて押圧板110が上昇した状態では、採取管118が自己の弾性復元力により広がって、圧縮開放状態になる。
【0027】
図14において押圧板110の軸112の中心(押圧板110の回転中心)は、採取管118が圧縮された状態における押圧板110の下面とほぼ同じ高さになっている。もし、押圧板110の回転中心がそれよりも高い位置にあると、押圧板110で採取管118を圧縮したときに、押圧板110の下面が採取管118の表面を図の右方向に引っ張る力がわずかに働くことになり、これが採取管118の損傷を早めることになる。
【0028】
カム96の背面側において、カム96の大径部100の一方の端部に円板122が固定されている。この円板122の外周は、大径部100よりもわずかに外側に突き出すようになっている。この円板122は、図6に示す距離ΔRの突起64と同じ働きをする。このように円板122を固定した方がカム96の製造が容易になる。
【0029】
【発明の効果】
本発明の液体定量採取装置は、液体採取管が圧縮状態のまま液体中に浸漬して、その後、圧縮解放状態に移行して液体を吸引するので、吸引直前に液体中に液体採取管の内部の空気を排出することがない。したがって、1回ごとの採取量の変動が非常に少なくなる。このような液体定量採取装置を塩素要求量計の原水採取装置に用いると、塩素要求量の測定値が安定する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す正面図である。
【図2】図1の状態からカムが90度回転した状態の正面図である。
【図3】図1の状態からカムが180度回転した状態の正面図である。
【図4】図1の状態からカムが270度回転した状態の正面図である。
【図5】図1の採取装置の側面図である。
【図6】カムと押圧機構を拡大して示した正面図である。
【図7】図6の状態からカムがわずかに回転した状態の正面図である。
【図8】図6の状態からカムが90度回転した状態の正面図である。
【図9】図6の状態からカムが180度回転した状態の正面図である。
【図10】図6の状態からカムが270度回転した状態の正面図である。
【図11】塩素要求量計の構成図である。
【図12】本発明の第2の実施形態を示す正面図である。
【図13】図12の採取装置の側面図である。
【図14】図12で使用しているカムと押圧機構を拡大して示した正面図である。
【図15】図12の状態からカムが90度回転した状態の正面図である。
【図16】従来技術における採取管の開口端の空気溜りを示す断面図である。
【符号の説明】
10 採取管
12 閉塞端
14 開口端
18 押圧板
22 ローラ
26 カム
28 第1歯車
30 第2歯車
32 第1ガイド
33 第1ストッパ
34 第2ガイド
35 第2ストッパ
36 支持棒
48 取水口
50 原水
52 受け口
54 排水口

Claims (4)

  1. 次の(ア)〜(キ)を備えた液体定量採取装置。
    (ア)互いに噛み合って上下に配置され、一方を駆動源に連結された径の等しい二つの歯車。
    (イ)前記各歯車の中心からそれぞれ距離が等しくなるように前記各歯車に回転可能に取り付けられた二つのガイド。
    (ウ)前記二つのガイドの貫通孔にスライド可能に挿入されていて鉛直姿勢を保つ支持棒。
    (エ)前記支持棒に固定された二つのストッパ。これらのストッパは、前記二つのガイドがそれらを取り付けた各歯車の中心と同一の高さ位置にあるときに、前記二つのガイドの上面にそれぞれ接触する。
    (オ)一端が閉塞していて他端が開口しており、弾性復元力のある材料で作られている柔軟な液体採取管。この液体採取管の開口端の近傍が前記支持棒の下端付近に固定されている。
    (カ)前記二つの歯車の一方に固定されたカム。このカムの輪郭は、ほぼ180度の角度範囲にわたって連続している円弧状の大径部と、ほぼ180度の角度範囲にわたって連続していて前記大径部よりも径が小さい小径部とからなる。
    (キ)前記カムの輪郭に接触して昇降する押圧機構。前記二つのガイドがそれらを取り付けた各歯車の中心と同一の高さ位置にあるときに、前記押圧機構は前記カムの小径部と大径部の間の二つの境界のいずれかに遭遇し、そのときに前記押圧機構は下降または上昇して、前記液体採取管を圧縮し、または圧縮を解放する。
  2. 請求項1に記載の液体定量採取装置において、前記カムの小径部と大径部の間の二つの境界にそれぞれ段差が形成されていて、一方の段差に、大径部よりもわずかに外側に突き出す突起が形成されていることを特徴とする液体定量採取装置。
  3. 請求項1または2に記載の液体定量採取装置において、前記押圧機構は、前記カムの輪郭に接触して昇降するローラと、このローラの昇降運動に連動して揺動する押圧板とからなることを特徴とする液体定量採取装置。
  4. 請求項1から3までのいずれか1項に記載の液体定量採取装置を原水の採取装置として用いた塩素要求量計。
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