JP3743914B2 - 自動採水器用ろ過装置 - Google Patents

Description

本発明は、微生物や生物等の浮遊物質を高濃度で含む液体試料に対して、自動採水器でサンプリングした場合において、自動採水器内でろ過を行って浮遊物質を除去し、上澄み液を得る自動採水器用ろ過装置に係り、具体的には、下水処理場の反応タンク内部における水質の経時変化を把握しようとする場合や、醸造工程における基質の分解や発酵の進行過程の経時変化を把握しようとする場合等に有用な自動採水器用ろ過装置に関する。

自動採水器によって採水を行う場合の工程は次のようになる。液体試料は、目的とする採水箇所に設置された採水ホースから、コンプレッサーによって計量槽まで揚水され、計量された後、注入ノズルによって所定の採水ボトルに注入される。採水間隔は、内蔵されたタイマーにより、任意の時間で設定できる。注入ノズルは、内蔵されたステッピングモーターにより採水が終了する毎に一定の角度で移動して、隣接する採水ボトルに順次採水を行っていく。別途指定した本数の採水が終了すると、本体の動作が全て停止して、全工程が終了する。

従来の自動採水器では、微生物等の浮遊物質を含む液体試料を採水すると、採水ボトルの内部で微生物の作用によって、試料が変質してしまう可能性があった。最近では、採水してから分析に供するまでの間の試料の変質を防ぐために、冷蔵装置を有する自動採水器が開発されているが、下水処理場の反応タンク混合液のように微生物と基質を高濃度に含む液体試料の場合、冷却して微生物の活性を低下させようとしている間にも、試料の変質が急速に進んでしまう場合がある。

従来の自動採水器として、特許文献１に記載されたオートサンプラーがある。これによると、オートサンプラーのデイストリビユーターから試料容器に注入される試料に含まれる生物及び微生物を分離し、採取した液体の基質を保存するもので、試料容器のキャップあるいは漏斗にろ過材を配置して、試料容器にろ過機能を付与したものである。
実開平７−３２５４２号公報

従来の自動採水器において、浮遊・懸濁物質をろ過するフィルターは、紙（ろ紙）か、若しくはニトロセルロース等で構成された薄膜状のものが広く使用されている。しかし、これらのフィルターは強度に乏しいため、使用に際しては漏斗等の支持体と併せて使用する必要がある。

また、コーヒーフィルターのように、ろ紙を袋状に加工して使用することも考えられるが、加工が難しいうえに支持体の構造が複雑、かつ大きなものとなってしまい、内部のスペースに限りがある自動採水器に組み込むには現実的ではない。また、支持体を用いずに使用しようとすると、ろ過速度が遅いためフィルター上に注がれた液体試料の重量に耐えられず、ろ紙が溶け落ちてしまい、フィルターの役割を果すことは不可能となってしまう。

一方、特許文献１に記載されたオートサンプラーでは、漏斗と試料ボトルとを別々に設け、試料ボトルの口部を介して試料ボトル上に漏斗を設置したものである。したがって、漏斗から試料ボトルヘ試料が移行するまでに時間がかかり、漏斗の内部で微生物の作用によって試料が変質してしまう可能性があった。

そこで本発明では、上述の課題を解消すべく創出されたもので、ろ過速度を速めると共に、粒子の捕捉能力を高めることで、液体試料を採水後、直ちにろ過して微生物を分離し、試料の変質を防ぐことができる自動採水器用ろ過装置の提供を目的とするものである。

上述の目的を達成すべく本発明の第１の手段は、採水された液体試料が注入ノズル６から注入される採水ボトル１０と、多重構造を成し採水ボトル１０の内部に直接セットされ、採水ボトル１０の内側上部で液体試料をろ過するフィルターバッグ２０と、付属するボトルケース３０内に設置して、採水ボトル１０の底部を支持し、複数の採水ボトル１０を必要最低限の本数で安定して保持できるボトルホルダー５０と、ボトルケース３０内のボトルホルダー５０にセットされた複数の採水ボトル１０の上部に設置して各採水ボトル１０の開口部１１を同時に施蓋し、各採水ボトル１０の開口部１１に連通する注入孔４１を等間隔で設けたカバープレート４０とを有することにある。

第２の手段において、前記フィルターバッグ２０は、低密度繊維の不織布で内袋２１を設け、高密度繊維の不織布で外袋２２を設けたニ重袋構造に形成している。

第３の手段の前記フィルターバッグ２０は、液体試料を内袋２１と外袋２２とで別々にろ過するように内袋２１と外袋２２との間に間隙２３を設けている。

第４の手段の前記採水ボトル１０は、上部が開口した平面略二等辺三角形状の有底筒体状を成し、該二等辺三角形の頂部を前記ボトルケース３０の中心に向けて複数個の採水ボトル１０がボトルケース３０の内周面に沿って収納され、ボトルケース３０に収納された採水ボトル１０の外周面から開口部１１上方に張り出して外周面近傍の開口部１１を覆うカバー片１２を設けている。

第５の手段において、前記カバープレート４０は、前記採水ボトル１０の各開口部１１を同時に施蓋する円盤状の被覆板４２が設けられ、該被覆板４２に設けられた前記注入孔４１に装着する略漏斗状の注入スリーブ４３と、被覆板４２の外周縁に沿って立設する防液璧４４とを有している。

第６の手段は、前記採水ボトル１０の底部を支持し前記ボトルケース３０内に採水ボトル１０を整列して設置せしめるボトルホルダー５０を設け、前記カバープレート４０の注入スリーブ４３の位置を前記注入ノズル６に近付けるように採水ボトル１０を支持することを課題解消の為の手段とする。

本発明によれば、採水ボトルに直接セットして使用できる多重構造からなるフィルターバッグと、周辺の汚染を最小限に抑える構造を有する採水ボトルと、採水ボトルを付属のボトルケースに安定して設置せしめるためのボトルホルダー及び、ボトルケースにセットした採水ボトルの上部に設置して採水ボトルの汚染を防ぐために使用するカバープレートが提供される。

本発明によると、採水ボトル１０、フィルターバッグ２０、ボトルケース３０とその内部に設置したボトルホルダー５０、カバープレート４０を組み合せて使用するすることで、自動採水器本体には手を加えずに汎用性を確保したまま、これまで不可能だった液体試料について、自動採水器による試料採取が可能になる。具体的には、液体試料に高濃度で含まれる微生物等の浮遊・懸濁物質を、採水ボトルに装着したフィルターバッグによって採水と同時に分離・除去することで、溶存している基質の変化を防止し、液体試料中に本来含有される溶存態の基質を採水ボトル中に保存できる。

しかも、自動採水器の内部で試料採取と同時にろ過が行われ、試料の変質を防ぐことができるので、自動採水器を使用することにより、これまで人力に頼るしかなかった方法が大きく省力化できると同時に、目的とする溶存態物質の経時変化の正確な把握やプロセスの解明が簡単に進めることが可能になる。

また、前記フィルターバッグ２０は、低密度繊維の不織布で内袋２１を設け、高密度繊維の不織布で外袋２２を設けた二重袋構造に形成しているので、液体試料を採水後、効果的にろ過して微生物を分離し、試料の変質を防ぐことに成功した。

更に、前記フィルターバッグ２０は、液体試料を内袋２１と外袋２２とで別々にろ過するように内袋２１と外袋２２との間に間隙２３を設けているので、内袋２１でほとんどの浮遊物質が除去された後で、外袋２２による微細な浮遊物質の除去ができる。この結果、より微細な浮遊物質を捕捉可能な外袋２２への負荷を軽減でき、ろ過速度を速めると共に、浮遊物質の捕捉能力を高めることができる。

また、前記採水ボトル１０の開口部１１にカバー片１２を設けているので、液体試料を注入ノズル６から採水ボトル１０に注入する際に、採水ボトル１０において最も散逸し易い外周面側を被覆し、液体試料の散逸を効率的に防止している。また、このカバー片１２は、採水ボトル１０をボトルケース３０に着脱する際の手がかりとなり、作業が非常にやり易くなるという副次的な効果をもたらしている。

更に、前記カバープレート４０は、前記採水ボトル１０の各開口部１１を同時に施蓋する円盤状の被覆板４２と、略漏斗状の注入スリーブ４３とが設けられているので、注入ノズル６からの注入工程を確実にすることができる。しかも、迂回した液体試料や他の降下物によって、採水ボトル１０及び採水ボトル１０内部の液体試料が汚染される可能性をほとんどなくすことができる。

また、カバープレート４０に、被覆板４２の外周縁に沿って立設する防液壁４４を設けたことで、他から漏洩した液体試料が採水ボトル１０の開口部１１に侵入するのを防止している。

そして、前記採水ボトル１０の底部を支持し前記ボトルケース３０内に採水ボトル１０を整列して設置せしめるボトルホルダー５０を設け、前記カバープレート４０の注入スリーブ４３の位置を前記注入ノズル６に近付けるように採水ボトル１０を支持しているので、注入ノズル６から採水ボトル１０に注入する際に生じる液体試料の飛沫を最小限に抑えることができる。

また、ボトルホルダー５０は、採水ボトル１０を整列してボトルケース３０内に設置せしめるので、採水ボトル１０の設置本数が少ない場合でも、必要最低限の本数を安定した状態でボトルホルダー５０にセットすることが可能で、採水を確実に行うことができる。

採水ボトル１０と、フィルターバッグ２０と、ボトルケース３０とその内部に設置したボトルホルダー５０と、カバープレート４０とからなる構成に加え、低密度繊維の不織布で内袋２１を設け、高密度繊維の不織布で外袋２２を設けた二重袋構造のフィルターバッグ２０を形成し、液体試料を内袋２１と外袋２２とで別々にろ過するように、内袋２１と外袋２２との間に間隙２３を設けたことで、ろ過速度を速めると共に、粒子の捕捉能力を高める目的を達成した。

本発明ろ過装置は、図１に示す自動採水器と共に使用するもので、図２に示す自動採水器内部の試料保存部７に設置され、計量槽５から注入ノズル６を介して採水ボトル１０に注入される液体試料をろ過する装置である。図示の自動採水器は、本発明ろ過装置を載置した状態でスライド移動せしめるスライドレール８と、冷凍機等補器類９とを備えている。本発明を冷蔵装置付きの自動採水器と組み合せて使用すれば、更に顕著な効果が得られるのは言うまでもない。更に、計量槽５をカバーするコントロール部カバー１、試料保存部７を開閉する試料保存部扉２、冷凍機等補器類９を保護するメンテナンスカバー３、そして、キャスター４が備えられている。この自動採水器によると、内蔵されたコンプレッサー（図示せず）の負圧によって採水ホース（図示せず）を経由して吸引された液体試料は、計量槽５に揚水され計量される。計量を終えた液体試料は、コンプレッサーによって今度は加圧されて注入ノズル６から採水ボトル１０に注水されるものである。

前記自動採水器で使用されている従来の採水ボトル１００を図３に示している。この採水ボトル１００は、前記特許文献１に記載されている如く、漏斗と試料ボトルとを別々に設け、試料ボトルの口部を介して試料ボトル上に漏斗を設置し、あるいはキャップをネジ止めするものである。本発明では、このような従来タイプの採水ボトル１００を、図４に示す如く加工した状態の採水ボトル１０を形成している。

すなわち本発明の採水ボトル１０は、上部が開口した平面略二等辺三角形状の有底筒体状を成す。そして、図８に示す如く、二等辺三角形の頂部を前記ボトルケース３０の中心に向けて配置され、複数個の採水ボトル１０がボトルケース３０の内周面に沿って円周状に収納される。更に、ボトルケース３０に収納された採水ボトル１０の外周面から開口部１１上方に張り出して外周面近傍の開口部１１を覆うカバー片１２を一体に設けている（図５参照）。このカバー片１２は、液体試料の飛沫を防止すると共に、採水ボトル１０をボトルケース３０に装着する際の取っ手としても機能する。また、開口部１１のカバー片１２に覆われている以外は、採水ボトル１０の上部が全て開口しているので、採水ボトル１０の内部の洗浄が極めて簡単に行えるようになり、省力化が図られている。

フィルターバッグ２０は、採水ボトル１０の内部に直接セットされ、採水ボトル１０の内側上部で液体試料をろ過する多重構造のフィルターバッグ２０が使用される（図７参照）。図示のフィルターバッグ２０は、低密度繊維の不織布で内袋２１を設け、高密度繊維の不織布で外袋２２を設けた二重袋構造に形成している。また、条件によっては更に多重構造に構成することも可能である。そして、液体試料を内袋２１と外袋２２とで別々にろ過するように、内袋２１と外袋２２との間に間隙２３を設けている。フィルターバッグ２０の材質は、水に不溶でかつ十分な引き裂き強度を有するポリエステル等の合成繊維を使用することで、採水ボトル１０に直接装着して使用することが可能になり、ろ材として必要な性能を十分に発揮できる。また、分析の対象となる成分が吸着されたり、分析の妨害となる物質が溶出しない素材を選定すると共に、必要な表面処理を施すことに加え、接着剤を使用することなく加工することで、素材からの溶出物質を抑制し、分析の対象となる物質に対する影響を最小限に抑制することができる。

二重構造のフィルターバッグ２０を製造するには、合成樹脂製繊維等の高密度繊維の不織布を長方形状に裁断し、長辺の中央で折り、両脇を加熱、溶融させて、一方の口が開いた外袋２２を形成する。次に、低密度繊維の不織布で成形した袋を溶着面（のりしろ）が内側になるように裏返して内袋２１を設ける。このとき内袋２１の開口部の外寸と外袋２２の開口部の内寸とが同じ寸法になるように設定している。更に、外袋２２の内部に間隙２３を空けて内袋２１を装着する。また、間隙２３を空けずに内袋２１を装着する場合もある。そして、各開口部分を加熱して内袋２１と外袋２２とを溶着してフィルターバッグ２０が完成する。

このように内袋２１と外袋２２とを開口部分のみで接合することで、内袋２１の自由度を大きくすることができる。また、この接合方法により、フィルターバッグ２０を採水ボトル１０に装着する作業において、フィルターバッグ２０が破損し難い構造になる。更に内袋２１を裏返して外袋２２と接合させることで、内袋２１のフィルターとしての有効面積を最大にできるため、液体試料を内袋２１に導入した際に、ろ過速度を速くする効果がある。このようなフィルターバッグ２０において、液体試料から浮遊物の分離を効率よく行うためには、素材の選定とその組合せ、内袋２１と外袋２２とによる間隙２３の調整が重要である。

フィルターバッグ２０の開口部のサイズは、採水ボトル１０の開口部１１のサイズに応じて無理なくセットできるようにしている。一方、フィルターバッグ２０の深さは、採水ボトル１０内での再汚染を防止するために、自動採水器による採水量と採水ボトル１０の容量とによって適切に決定するのが望ましい。これは、採水完了後に、フィルターバッグ２０上に捕捉された浮遊物質が、採水ボトル１０に移動したろ液と接触してしまうと、浮遊物質中の微生物の作用でろ液の水質が変化する虞があるためである。フィルターバッグ２０の内袋２１と外袋２２との素材の組合せ、及び間隙２３の寸法は、液体試料の性状や目的とするろ液の水質によって適宜変更することが可能である。これにより、対象に応じて柔軟に対応できると同時に、ろ過装置としての用途を極めて拡大することができる。

フィルターバッグ２０は、加工後、そのまま使用できるが、フィルターバッグ２０からの溶出物質がある場合、目的とする物質の分析への影響を確認することを妨げるものではない。すなわち、溶出する物質を確認した上で、必要に応じて適当な酸やアルカリ若しくは洗剤、場合によってはこれらを適宜組み合せてフィルターバッグ２０の表面を処理し、十分に洗浄して乾燥させてから使用することも可能である。

また、フィルターバッグ２０の内袋２１と外袋２２との間隙２３に、ろ過用の助剤（セルロースファイバー等）や、分析に先立ち、必要な前処理剤を封入して使用することもできる。更には、これらの助剤や前処理剤を内袋２１上に添加して使用してもよい。また、粗大な浮遊物質を迅速に除去する目的で、メッシュ状の目幅の大なる素材で構成された袋状のろ材を、内袋２１の更に内側に溶着して三重構造として使用することも可能である。

フィルターバッグ２０を採水ボトル１０の開口部１１に固定するには、図６に示す如く固定金具１３を使用するのが作業上簡便である。この固定金具１３は、市販のクリップ金具等を代用することが可能である。また、固定金具１３を使用せずにフィルターバッグ２０の口部を折り返して採水ボトル１０の開口部１１周囲縁に係止して固定することもできる。この場合、ボトルケース３０内に後述するボトルホルダー５０と共に設置された各採水ボトル１０相互が密着され、隣接する採水ボトル１０の開口部１１に係止しているフィルターバッグ２０を互いに圧着することで、フィルターバッグ２０を固定することが可能になる。

本体付属のボトルケース３０は、複数の採水ボトル１０を等間隔で収納するケースである。このボトルケース３０は、平面円形状を成し、後述するボトルホルダー５０で支持した採水ボトル１０を同心円状に並べて収容するものである（図８参照）。図示のボトルケース３０は、二重の有底筒状を成し、外壁３１と内壁３２との問に採水ボトル１０を収納する。このとき、外壁３１の内面及び内壁３２の外面に、収納した採水ボトル１０を固定する固定突起３３を設けている。また、外壁３１には、複数のハンドル３４を設けると共に、ボトルケース３０の底面にガイドレール３５を設けてボトルケース３０の移動を容易にしている（図９、図１０参照）。このようなボトルケース３０内に、採水ボトル１０を安定して保持せしめるためのボトルホルダー５０に収容された採水ボトル１０の各開口部１１を施蓋するためにカバープレート４０が使用される。

カバープレート４０は、ボトルケース３０にセットされた複数の採水ボトル１０の上部に設置して各採水ボトル１０の開口部１１を同時に施蓋する。このカバープレート４０には、採水ボトル１０の各開口部１１を同時に施蓋する円盤状の被覆板４２が設けられている（図９参照）。更に、各採水ボトル１０の開口部１１に連通する注入孔４１をこの被覆板４２に等間隔で設けている。そして、この注入孔４１に装着する略漏斗状の注入スリーブ４３を設け、前記注入ノズル６からの液体試料を、この注入スリーブ４３に注入する（図１１参照）。

また、被覆板４２の外周縁に沿って立設する防液壁４４を設け、外から漏洩した液体試料が採水ボトル１０中に流入するのを防止している。このとき、注入スリーブ４３の高さと、防液壁４４の高さは、いずれも採水ボトル１０のカバー片１２の高さとほぼ等しい高さとなっている（図１０参照）。更に、カバープレート４０には、各採水ボトル１０が対向する中心部の間隙に挿入する支持用スリーブ４５を設けている。この支持用スリーブ４５を中心部の間隙に挿入することで、カバープレート４０が安定した状態に維持されるものである（図９参照）。

前記ボトルホルダー５０は、採水ボトル１０の底部を支持し前記ボトルケース３０内に採水ボトル１０を整列して設置せしめる部材である。このボトルホルダー５０は、図３に示す従来型の採水ボトル１００を加工した場合に、開口部１１の位置が注入ノズル６から離れ、注水時に液体試料の飛沫が生じる虞があるので、この距離を補うために使用することができる。そこで、ボトルホルダー５０で支持した採水ボトル１０をボトルケース３０に収納すると、採水ボトル１０の開口部１１に装着するカバープレート４０の注入スリーブ４３の位置が、注入ノズル６に近接して液体試料の飛沫を防止する（図１１参照）。

図示のボトルホルダー５０は、採水ボトル１０を載置するホルダー底板５２の上面に仕切り板５１を設置している（図８参照）。この仕切り板５１は、採水ボトル１０を２４本収納するボトルケース３０に対し、１２枚の仕切り板５１を設置して採水ボトル１０を２本ずつ保持できる構造としている。このような構造により、採水ボトル１０の数が２本以上の偶数本であれば、必要最低限の本数を安定した状態でボトルケース３０にセットすることができ、採水を確実に行うことができる。また、ホルダー底板５２の下面には、ボトルホルダー５０の高さを調整する複数本の支持脚５３を設けている（図１０参照）。ボトルホルダー５０の材質は、加工性と機械的強度に優れたオールステンレス製にするのが望ましい。尚、本発明の実施例は図示例に限られるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で自由に設計変更できることは言うまでもない。

本発明で使用する自動採水器を示す正面図である。 本発明で使用する自動採水器の内部を示す正面図である。 従来の採水ボトルを示す斜視図である。 本発明で使用する採水ボトルを示す斜視図である。 本発明で使用する採水ボトルを示す縦断面図である。 本発明で使用する採水ボトルにフィルターバッグを装着した状態を示す斜視図である。 本発明で使用する採水ボトルにフィルターバッグを装着した状態を示す縦断面図である。 本発明ろ過装置を示す分解斜視図である。 本発明ろ過装置の組み立て状態を示す縦断面図である。 本発明ろ過装置の一実施例を示す縦断面図である。 本発明ろ過装置の使用状態を示す一部切り欠き正面図である。

符号の説明

１ コントロール部カバー
２ 試料保存部扉
３ メンテナンスカバー
４ キャスター
５ 計量槽
６ 注入ノズル
７ 試料保存部
８ スライドレール
９ 冷凍機等補器類
１０ 採水ボトル １１ 開口部
１２ カバー片
１３ 固定金具
２０ フィルターバッグ ２１ 内袋
２２ 外袋
２３ 間隙
３０ ボトルケース ３１ 外壁
３２ 内壁
３３ 固定突起
３４ ハンドル
３５ ガイドレール
４０ カバープレート ４１ 注入孔
４２ 被覆板
４３ 注入スリーブ
４４ 防液壁
４５ 支持用スリーブ
５０ ボトルホルダー ５１ 仕切り板
５２ ホルダー底板
５３ 支持脚
１００ 従来の採水ボトル

Claims (6)

1. 採水された液体試料が注入ノズルから注入される採水ボトルと、多重構造を成し採水ボトルの内部に直接セットされ採水ボトルの内側上部で液体試料をろ過するフィルターバッグと、付属するボトルケース内に設置して、採水ボトルの底部を支持し、複数の採水ボトルを適数本保持するボトルホルダーと、ボトルケース内のボトルホルダーにセットされた複数の採水ボトルの上部に設置して各採水ボトルの開口部を同時に施蓋し、各採水ボトルの開口部に連通する注入孔を等間隔で設けたカバープレートとを有することを特徴とする自動採水器用ろ過装置。
2. 前記フィルターバッグは、低密度繊維の不織布で内袋を設け、高密度繊維の不織布で外袋を設けた二重袋構造に形成された請求項１記載の自動採水器用ろ過装置。
3. 前記フィルターバッグは、液体試料を内袋と外袋とで別々にろ過するように内袋と外袋との間に間隙を設けた請求項２記載の自動採水器用ろ過装置。
4. 前記採水ボトルは、上部が開口した平面略二等辺三角形状の有底筒体状を成し、該二等辺三角形の頂部を前記ボトルケースの中心に向けて複数個の採水ボトルがボトルケースの内周面に沿って収納され、ボトルケースに収納された採水ボトルの外周面から開口部上方に張り出して外周面近傍の開口部を覆うカバー片を設けた請求項１記載の自動採水器用ろ過装置。
5. 前記カバープレートは、ボトルケース内に設置された前記ボトルホルダーに保持された採水ボトルの各開口部を同時に施蓋する円盤状の被覆板が設けられ、該被覆板に設けられた前記注入孔に装着する略漏斗状の注入スリーブと、被覆板の外周縁に沿って立設する防液璧とを有する請求項１記載の自動採水器用ろ過装置。
6. 前記採水ボトルの底部を支持し前記ボトルケース内に採水ボトルを整列して設置せしめるボトルホルダーを設け、前記カバープレートの注入スリーブの位置を前記注入ノズルに近付けるように採水ボトルを支持する請求項１又は５記載の自動採水器用ろ過装置。
   

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