JP4041793B2 - 残留塩素測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、残留塩素濃度をポーラログラフィーによって検出する残留塩素測定装置に関する。

生活用水、プール水、２４時間風呂水等では、それらの滅菌のために塩素が注入される。塩素注入量は、検水に含まれる遊離残留塩素濃度を測定することにより管理されている。遊離残留塩素濃度を測定する無試薬測定方法としては、主としてポーラログラフ法が使用されている。ポーラログラフ法は、検水に浸漬した２つの電極（対電極と作用電極）の間に電圧を印加したときに２電極間に流れる酸化・還元電流を測定することにより、特定の化学種のイオン濃度を測定する方法である。また、対電極及び作用電極の他に参照電極を使用した３電極型も知られている。３電極型では、絶対電位の不明な作用電極の電位を特定するため、参照電極に基準電位を与えるようにしている。この３電極法によれば、電導度変化に強いという利点がある。ポーラログラフ法では、電極と接触する検水の流量が変化すると酸化・還元電流値も変化するため、電極を流量一定の検水に浸漬するためのフローセルと呼ばれる測定槽を使用する。

また、作用電極の表面は、還元反応によって汚れるため、測定槽にセラミックビーズを収納し、作用電極をモータにより回転せることにより、セラミックビーズに電極表面を擦り付けて電極表面を洗浄することがなされている。また、特許文献１では、一対の電極が端部のみを環状のビーズ貯留部に臨ませ、環状のビーズ貯留部に還流を生起させて、ビーズを遠心力で電極表面に衝突させることにより電極表面を洗浄することが開示されている。これによれば、電極の汚染を効果的に防止することができ、電極を回転させるモータを使用しないことによる構成の簡単化を図ることができる。
特開２００２−２５０７１１（段落００１９〜００２１、図１及び図２）

しかし、上述した特許文献１に開示された残留塩素計では、円筒状のビーズ貯留槽に導入された検水と共に移動するビースは、ビーズ貯留槽に沿った回転運動となるが、これだけではなお、効果的な洗浄が行えないというのが現状であった。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、小型で且つ電極の良好な洗浄が可能な残留塩素測定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る残留塩素測定装置は、測定流体を導入する導入口、この導入口に連接する測定室及びこの測定室につながり前記測定流体を排出する排出口を備えた測定槽と、前記測定槽に装着されて前記導入口から前記測定室に導入された測定流体と接触して前記測定流体に含まれる遊離残留塩素の濃度に基づく酸化・還元電流を出力する電極ユニットとを備え、前記測定槽の測定室は、円柱空間に円柱ユニットを同軸配置して環状に形成されたものであり、前記導入口は前記環状の測定室に接線方向に検水を導入するように接続され、前記測定室の上面中央部には前記排出口につながる流路の入り口が設けられ、前記環状の測定室の内部に前記電極ユニットの電極を洗浄するビーズが充填され、前記円柱ユニットには、前記ビーズのかく乱手段が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、円柱ユニットにビーズのかく乱手段が形成されているので、ビーズは、単純な回転運動だけでなく、かく乱されて上下にも移動する。これにより、電極ユニットの電極にビーズが当たる方向がランダム化され、電極の洗浄を効率良く行うことが可能になる。

以下、添付の図面を参照して、この発明の好ましい実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る残留塩素測定システムの構成を示す図である。
この測定システムは、測定槽１と、この測定槽１に装着された電極ユニット２と、測定槽１に装着された流量センサ３と、電極ユニット２で検出された酸化・還元電流及び流量センサ３から出力される流量信号に基づいて測定槽１内の測定流体としての検水に含まれる遊離残留塩素を算出し表示する演算処理ユニット４とを備えて構成されている。

図２〜図５は測定槽１の詳細構造を示す図である。測定槽１は、例えば滅菌すべき対象水のメインの循環経路から分岐し再び循環経路に合流する検査流路に挿入され、全体が立方体状となるように組み立てられた下側本体部１１と、上側本体部１２とを備えてなる。下側本体部１１には円筒状空間１３が形成され、この円筒状空間１３に円柱ユニット１４を同軸収容して円柱ユニット１４と共に環状の残留塩素測定室１５を形成している。この環状の残留塩素測定室１５内に電極洗浄用のセラミック、ガラス等からなるビーズ１６が充填されている。円柱ユニット１４は、例えば図３に示すように、上端が円錐状に形成された円柱体１４ａと、その下端に半径方向に張り出すように形成された円柱台１４ｂとを一体に形成したものである。円柱台１４ｂには、ビーズ１６のかく乱手段としてのジャンプ台状の変則スロープ１４ｃが形成されている。

下側本体部１１の一つの側面の下方位置には、残留塩素測定室１５に連通する検水の導入口１７が形成されている。この導入口１７は、図４に示すように、環状の残留塩素測定室１５の接線方向に接続されている。一方、下側本体部１１の他の側面、例えば対向側面には、電極ユニット２を装着するための電極ユニット挿入孔１８が形成されている。電極ユニット２は、後述するように３電極が露出した先端が残留塩素測定室１５に臨むように、電極ユニット挿入孔１８にねじ込まれている。オーリング２０は、電極ユニット２の先端と基端との間を液密に保つ。

上側本体部１２には、下側本体部１１の残留塩素測定室１５の上面を形成するために円筒状空間に嵌入する円柱状部分２１が形成され、下側本体部１１と上側本体部１２とは、この円柱状部分２１に装着されたオーリング２２を介して液密に結合されている。上側本体部１２の円柱状部分２１には、残留塩素測定室１５の上面中央から検水を排出させるための検水通流孔２３が形成されている。この検水通流孔２３は、上側本体部１２の上方に開放する円柱状空間である流量測定室２４に連通しており、更に、この流量測定室２４は、上側本体部１２の一つの側面に形成された排水口２５に連通している。流量測定室２４には、図５に示すように、マグネット２６を放射状に配置して形成されたインペラ２７が回転軸２８を中心として回転自在に収容されている。このインペラ２７と半径方向に対向するように磁気センサ２９が上側本体部１２に装着されている。流量測定室２４の上方は、図２に示すように、蓋ネジ３０及びこれに装着されたオーリング３１によって液密に密閉されている。

図６（ａ）は電極ユニット２の外観斜視図、同図（ｂ）は電極ユニット２の先端の検出面を示す図である。この電極ユニット２は３電極式のもので円形の検出面の中心から順に作用電極４１、参照電極４２及び対電極４３の順で平面的に同心配置されている。これらの電極４１〜４３は、検出面でのみ露出するように封止材によって一体に封止されている。これら電極４１〜４３と封止材とで円柱状の本体部４４を形成している。そして、この本体部４４の外周に、本体部４４の先端側（検出面側）から順にネジ部４５、ナット部４６及び絶縁被覆４７が形成されている。
このように、作用電極４１、参照電極４２及び対電極４３が平面的に同心配列された検出面を本体部４４に有しているので、電極間の距離の差が無くなり、感度が安定及び向上する。また、電極４１〜４３を、電極ユニット２の先端面に集中配置させたことにより、接液部分が電極ユニット２の先端面だけでよいため、電極ユニット２の測定室１５に臨む部分の面積を最小限とすることができ、測定槽１をコンパクトにすることができる。

演算処理ユニット４は、図１に示すように、電極ユニット２の作用電極４１と参照電極４２との間に所定のパルス電圧及び掃引電圧を印加する電圧発生部５と、作用電極４１と対電極４３とを流れる酸化還元電流を検出する電流検出部６と、この電流検出部６で検出された酸化・還元電流と、流量センサ３からの流量信号とに基づいて残留塩素濃度を算出すると共に、電圧発生部５に適宜電圧発生指令を出力する演算処理部７と、この演算処理部７で算出された残留塩素濃度を表示する表示部８とを備え構成されている。

次に、このように構成された残留塩素測定システムの動作を説明する。
検査流路を流れる検水は、測定槽１の導入口１７から環状の残留濃度測定室１５にダイレクトに導入され、円柱体１４ａの周りを旋回する。円柱体１４ａは、測定室１５内の検水流路を狭めるので、検水は少ない流量でも勢い良く旋回する。これにより電極ユニット２の先端では、適度な流速で各電極４１〜４３が検水と接触する。作用電極４１と参照電極４２との間には、起動時又は所定の周期で、電圧発生部５から所定の電極洗浄のための電圧パルスが印加されたのち、所定電圧範囲の掃引電圧を印加することにより、電極ユニット２から酸化・還元電流を得る。この電流は電流検出部６で検出され、その電流値は演算処理部７に入力される。電極４１〜４３は、電極ユニット２の先端面に集中配置され、電極４１〜４３間が近いので、高感度とすることができる。

一方、検水の旋回流に乗って残留濃度測定室１５内に充填されているビーズ１６も旋回するが、円柱体１４ａが検水の流路を狭めて低流量でも流速を高めている。これによりビーズ１６の旋回力を高めて洗浄力を向上させることができる。また、円柱台１４ｂにかく乱手段としての変則スロープ１４ｃが形成されているために、この変則スロープ１４ｃの部分でビーズ１６が跳ね上がり、電極ユニット２の各電極４１〜４３にランダムな方向から勢い良く衝突する。これにより、電極表面が良好に洗浄される。しかも、電極４１〜４３は、電極ユニット２の先端面に集中配置されているので、対電極４３も含めた全ての電極の洗浄が可能になる。

塩素濃度測定室１５を旋回した検水は、やがて検水通流孔２３側に排出される。しかし、ビーズ１６は、旋回する検水と共に移動するため、遠心力で外側に寄っており、中心部分に配置されている検水通流孔２３には排出されない。このため、検水の流量を増してもビーズ１６が流れ出ることは無い。
また、運転停止時に中心に移動したビーズ１６は、円柱体１４ａの上端のスロープによって塩素濃度測定室１５の外周側に落ちるため、起動時にビーズ１６が検水通流孔２３から排出されることもない。

検水通流孔２３に導入された検水は、流量測定室２４に導入されてインペラ２７を回転させる。このときの回転数は検水の流速に比例するので、インペラ２の回転数を磁気センサ２９で検出することにより、流量に応じた流量パルスが生成され、この流量パルスが演算処理部７に入力される。演算処理部７では、例えば、下記の演算式に基づいて、検水に含まれる遊離残留塩素濃度を算出する。

但し、Ｃ_０：ＨＯＣｌ濃度（ｍｏｌ）
Ｉ：検出電流
ｎ：電位移動数（ＨＯＣｌの場合、ｎ＝２）
Ｆ：ファラデー係数
Ａ：電極表面積（ｃｍ^２）
Ｄ：拡散係数
Ｕ：流量（ｃｍ^３／ｓ）
Ｖ：電極ユニット２の先端の直径
ｋ：係数

これにより、多少流量が変動しても、電流検出部６で検出される検出電流値（Ｉ）を流量センサ３で検出された流量情報（Ｕ）によって補正することで、常に正確な残留塩素濃度（Ｃ_０）を算出することができる。

ポーラログラフ法による残留塩素測定において、３電極方式の電極ユニット２の出力電流は、測定流速の影響を受けるが、この残留塩素測定システムによれば、電極ユニット２の出力電流に流量補正を行うようにしているので、検水の流速に左右されない高精度な残留塩素濃度の測定が可能になる。

なお、流量検出は、上述した磁気羽根車式の流量センサだけでなく、タービン式、容量式等の機構によるものでも良い。また、流量センサは、測定槽の入口、出口等、測定室１５と独立した場所であれば、どのような場所に設けても良いし、何箇所に設けても良い。

本発明の一実施形態に係る残留塩素測定システムの構成を示す図である。 同システムの測定槽の詳細を示す縦断面図である。 同測定槽の円柱ユニットを取り出して示した外観斜視図である。 図２におけるＡ−Ａ’断面図である。 図２におけるＢ−Ｂ’断面図である。 同測定槽に装着される電極ユニットを示す図で、同図（ａ）は外観斜視図、同図（ｂ）は先端部分を示す正面図である。

符号の説明

１…測定槽、２…電極ユニット、３…流量センサ、４…演算処理ユニット、５…電圧発生部、６…電流検出部、７…演算処理部、８…表示部、１１…下側本体部、１２…上側本体部、１４…円柱ユニット、１５…残留塩素測定室、１６…ビーズ、１７…導入口、２３…検水通流孔、２４…流量測定室、２５…排出口、２６…磁石、２７…インペラ、２９…磁気センサ。

Claims (3)

1. 測定流体を導入する導入口、この導入口に連接する測定室及びこの測定室につながり前記測定流体を排出する排出口を備えた測定槽と、
   前記測定槽に装着されて前記導入口から前記測定室に導入された測定流体と接触して前記測定流体に含まれる遊離残留塩素の濃度に基づく酸化・還元電流を出力する電極ユニットとを備え、
   前記測定槽の測定室は、円柱空間に円柱ユニットを同軸配置して環状に形成されたものであり、
   前記導入口は前記環状の測定室に接線方向に検水を導入するように接続され、
   前記測定室の上面中央部には前記排出口につながる流路の入り口が設けられ、
   前記環状の測定室の内部に前記電極ユニットの電極を洗浄するビーズが充填され、
   前記円柱ユニットには、前記ビーズのかく乱手段が形成されている
   ことを特徴とする残留塩素測定装置。
2. 前記円柱ユニットは、円柱体とその基端部に径方向に張り出す円柱台とからなり、前記円柱台には、前記ビーズのかく乱手段として、前記電極ユニットに向けてビーズを跳ね上げるジャンプ台状の変則スロープが形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の残留塩素測定装置。
3. 前記円柱ユニットの円柱体の上部は円錐状に形成されていることを特徴とする請求項２記載の残留塩素測定装置。

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