JP4284077B2 - 水質計 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浄化した水を配管を介して需要者に供給する経路に設置されるのに好適な水質計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来用いられている水質計の技術としては、特開２０００−２８６０３や特開２０００−６１４４７を挙げられ、複数の項目を測定する機構を備えた水質計の形態が記載されている。
【特許文献１】
特開２０００−２８６０３号公報
【特許文献２】
特開２０００−６１４４７号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の形態では、各測定項目にセル及び送液ポンプを備える必要があり、構造が複雑で測定時間の効率化を図ることが容易ではない。
【０００４】
本発明の目的は上述の課題を解決することができる装置を提供することにある。例えば、複数の異なる項目の測定が、効果的にできコンパクトで信頼性の高い装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の構成を有することにより、従来の課題を解決することができる装置を提供する。例えば、複数の異なる項目の測定が、効果的にできコンパクトで信頼性の高い装置を提供することができる。また、これにより、計測時間を短縮し、製造コストを低減することに寄与できる。
【０００６】
（１）濁度、色度、塩素を測定する測定部を流路に沿って配置し、塩素計測を最も下流側に配置するものである。
例えば、基板と、前記基板に形成された流路と、前記流路に試料液を導入する流入口と、前記流路を流れた液体を排出する排出口と、前記流路に導入された前記試料液の水質を計測する計測部とを備え、前記計測部は、前記流路の第一の領域で前記試料液の濁りを計測する濁度計測部と、前記流路の第二の領域で前記試料液の色度を計測する色度計測部と、前記流路の前記第一の領域及び前記第二の領域の下流側に位置する第三の領域で前記試料液の塩素を測定する塩素計測部とを備えたことを特徴とする水質計である。
【０００７】
なお、前記構成のマイクロセルに配置される試薬の注入部が色度計測部及び濁度計測部と塩素計測部との間に配置されていることが好ましい。また、前記マイクロセルは、マイクロファブリケーションにより製作されることができる。また、前記流路には試料液の流入口の上流側に標準液及び洗浄液の流入口を配置することが好ましい。或は、機構は増加するかもしれないが、流路のシンプル化等の観点で、標準水、洗浄水と試料水のうち、２種もしくは３種をバルブにより切り替えて１箇所の流入口からマイクロセルに注入するようにすることもできる。
【０００８】
また、好ましい一形態としては、前記計測部は、前記流路の第一の領域で前記試料液の濁りを計測する濁度計測部と、前記流路の前記第一の領域の下流に位置する第二の領域で前記試料液の色度を計測する色度計測部と、前記流路の前記第二の領域の下流側に位置する第三の領域で前記試料液の塩素を測定する塩素計測部とを備えたことを特徴とする水質計であることができる。
【０００９】
または、さらに、前記第一の領域及び前記第二の領域と前記第三の領域との間に試薬を供給する試薬供給口を供える。
【００１０】
または、前記第一の領域と前記第二の領域との間、前記第二の領域と前記第三の領域との間に流路の曲がり部を有するようにして、精度を確保することができる.
（２）複数の計測項目測定に複数の波長を放射する光源を用いるものである。
例えば、基板と、前記基板に形成された流路と、前記流路に試料液を導入する流入口と、前記流路を流れた液体を排出する排出口と、前記流路に導入された前記試料液の水質を計測する計測部とを備え、前記計測部は、前記流路の第一の領域で前記試料液の濁りを計測する濁度計測部と、前記流路の第二の領域で前記試料液の色度を計測する色度計測部と、前記流路の前記第一の領域及び前記第二の領域の下流側に位置する第三の領域で前記試料液の塩素を測定する塩素計測部と、を備え、第一の光源と複数の波長の光を放射する第二の光源とを有し、前記濁度計測部は前記流路内の前記試料液を経た前記第一の光源からの光が受光され、前記色度計測部と前記塩素計測部は前記流路内の試料液を経た前記第二の光源からの光が受光されるよう構成されたことを特徴とする水質計である。
【００１１】
または、第一の光源と複数の波長の光を放射する第二の光源とを有し、前記色度計測部は前記流路内の前記試料液を経た前記第一の光源からの光が受光され、前記濁度計測部と前記塩素計測部は前記流路内の試料液を経た前記第二の光源からの光が受光されるよう構成されたことを特徴とする水質計である。
【００１２】
（３）また、受光部も複数の波長を受光する機構を備えるものであることが好ましい。
例えば、基板と、前記基板に形成された流路と、前記流路に試料液を導入する流入口と、前記流路を流れた液体を排出する排出口と、前記流路に導入された前記試料液の水質を計測する計測部とを備え、前記計測部は、前記流路の前記試料液の濁りを計測する濁度計測部と、前記流路の前記試料液の色度を計測する色度計測部と、前記流路の前記試料液の塩素を測定する塩素計測部と、を備え、第一の光源と複数の波長の光を放射する第二の光源とを有し、前記流路の第一の領域に設置された前記濁度計測部で前記流路内の前記試料液を経た前記第一の光源からの光が受光され、前記流路の前記第一の領域の下流に位置する第二の領域に設置された前記色度計測部と前記塩素計測部で前記流路内の試料液を経た前記第二の光源からの光が受光されるよう構成されたことを特徴とする水質計である。
【００１３】
または、第一の光源と複数の波長の光を放射する第二の光源とを有し、前記流路の第一の領域に設置された前記濁度計測部と前記色度計測部で前記流路内の前記試料液を経た前記第二の光源からの光が受光され、前記流路の前記第一の領域の下流に位置する第二の領域に設置された前記塩素計測部で前記流路内の試料液を経た前記第一の光源からの光が受光されるよう構成されたことを特徴とする水質計である。
【００１４】
（４）前記（１）〜（３）の形態に関して、光源と、前記水質計測部は前記流路の前記試料液を経た前記光源からの光を受光する受光部を備え、前記流路及び前記受光部は前記基板の第一の主面に形成されることを特徴とする水質計であることが好ましい。
前記第一の主面側に、前記流入口を形成することが好ましい。または、前記第一の主面側に前記排出口を形成することが好ましい。また、製造或は設置の効率化の観点から前記第一の主面の反対側の主面には前記流路及び前記受光部等を非設置することが好ましい。全体のスペース効率などの観点で製造上の負担を増加することを許容すれば前記反対側面に構成の一部を形成することもできる。
【００１５】
以上のように前述した本発明は、浄化した水を配管を介して需要者に供給する経路である上水道などの水質計として使用するのに好適な形態となる。特に水道排水システムの配水管に設置可能で末端部分の水質を多項目に且つ継続監視するのに適する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の例として図1、８，９を参照して説明する。なお、本発明は本明細書に開示の形態に限るのではなく、現在の周知例及びその後周知となった形態を加味した変更を妨げるものではない。
【００１７】
図１の形態は、試料水、洗浄水、標準水および１種以上の試薬用の液体の流入部３，４，５と、少なくとも１つの流出部７を持ち、流路が基板平面上に配置されている水質を計測するためのマイクロセル１を備えており、計測用流路２が１本形成され、その流路２内に外部に設けた光源８，９，１０から光を投射し，流路を通過して外部に出射した光を光センサにより検出する光学系を設け，該光学系により流路内の試料水あるいは試料水と試薬の混合水を通過する光が受ける散乱，吸収を計測する機構を有する。
【００１８】
例えば、シリコンなどの基板８１に掘られた流路２は、このシリコン基板の上（紙面手前）からガラス８２をかぶせることによって、任意の方向に傾けてもこぼれることなく液体を流せるマイクロセル１となっている。流入口３，４，５はそれぞれ洗浄水、標準水、試料水が流入するように貫通穴となっており、紙面裏側でマイクロセルを固定する台（図示せず）に設けられた流路とOリングなどのシールを通して接続されている。マイクロセル１中の流路２の上（紙面手前）には検出用の光学装置である、光源８５や検出器８６が配置され、上流から順に濁度計測、色度計測、残留塩素計測が行われるように並んでいる。例えば、流路２は１ｍｍ未満のマイクロメータオーダーの領域を有していることができる。混合流入口６は必要に応じて微細な貫通穴が開けてあり、試薬が流路２に対して均等に流入するようになっている。流出口７は流入口３，４，５と同様に、マイクロセルを固定する台（図示せず）に設けられた流路とOリングなどのシールを通して接続され、流路２を通った液体を全て排出するようになっている。
【００１９】
各計測部では、図８に示すように光を利用して水質を計測する。まずLEDや半導体レーザーなどの光源８５から測定に必要な任意の波長を発生させ、マイクロセル１の上部にあるガラス８２を透過して、シリコン基板８１の側壁８７１で反射し直進して対向する側壁８７２で反射した後ガラスを透過して検出器８６で検出される。また，光の一部はシリコン基板８１およびガラス８２の流路側に設けた反射膜８８（側壁付近は光が通過できるよう反射膜を設けない）に反射し検出器８６に至る。光はマイクロセル内の液体を透過することにより、液体内に含まれる粒子による散乱や、試薬と試料液に含まれる被測定成分の反応により生じた発色により吸収されるのでこのときの検出器の出力と標準液を満たした場合の検出器の出力を比較することにより試料液に含まれる粒子の量や，被測定成分の量を求めることが出来る。また、水質の計測は、図９に示す方法でも行うことができる。光源８５で発生した光はマイクロセル１においてガラス８２を透過し、水の中でシリコン基板８１の底面で反射し、再びガラス８２を透過して検出器８６によって検出される。
【００２０】
次に図１および図２を用いて本発明における測定の手順を説明する。まず試料水５４が試料水用のバルブ５５、５７とポンプ５６の組（バルブ５５開，バルブ５７閉としバルブ５５側からポンプ５６内に試料水を吸入した後，バルブ５５閉，バルブ５７開としポンプ５６内から試料水をバルブ５７側に排出）により駆動される。このとき試料水が上水に接続されて、注入するための圧力を充分備えている時は、ポンプ５６を省くことができる。加圧された試料水は計測部５８に取り付けてあるマイクロセル１に導かれる。次いで、試料水は流入口５から注入され流路２を通り、濁度計測用光源８および濁度計測用検出器１１を用いて図９に示した方法で濁度が計測される。次に試料水が流路２を進むと色度計測用光源９および色度計測用検出器１２を用いて図８に示した方法で色度が計測される。最後に、試薬タンク５２に溜められている試薬が試薬用のバルブ５５，５７，ポンプ５６の組を駆動することによって計測部５８に取り付けてあるマイクロセル１に導かれる。試薬はさらに混合流入口６で、流路２を進んできた試料水と攪拌され、呈色した状態を残留塩素計測用光源１０および残留塩素計測用検出器１３を用いて図８に示した方法で残留塩素濃度が計測される。計測を終了した水は流出口７を通って、計測部５８から排出されバルブ５９を通って廃液となる。試料液の水質測定時において、それぞれの測定部では試料水を流したままでも良く、また静止させても良い。付け加えて測定方法について好ましい操作方法を説明すると、マイクロセルに注入した試料水は濁度計測を行いながら流路２を進み、混合流入口６で試薬と攪拌されながら残留塩素計測部を満たすまで送液し続ける。流路２が試料水で満たされたら送液を停止し、色度と残留塩素を計測する。
【００２１】
測定が終了したら、洗浄水タンク５３に溜められた洗浄水はバルブ５５，５７を通ってポンプ５６を駆動することにより、計測部５８に取り付けてあるマイクロセル１に導かれる。流入口３から流入した洗浄液は、試料水や試薬によって汚れた流路２の壁面を洗浄しながら流出口７を通ってマイクロセルから排出される。
【００２２】
最後に標準水タンク５１に溜められた、測定の基準となる標準水を標準液用のバルブ５５，５７，ポンプ５６の組で駆動することで、マイクロセル１に供給する。マイクロセル１に供給された標準水は流入口４から流路２を通り、必要に応じて濁度、色度、残留塩素が計測されて、前述した試料水の計測値の校正に用いられる。計測した標準水は流出口７を通ってマイクロセル１から排出される。この後、必要に応じて前述のように洗浄水を再び流してマイクロセル内の流路を洗浄する。
【００２３】
上述のように、流入口から流れ込む液体の順序は上流から洗浄水、標準水、試料水、試薬の順で並んでいる。これによってスペース効率に優れた高信頼の水質計を構成することができる。さらに試薬の混合流入口６は色度計測部の下流に設けてあり、これは、試薬が流れる領域を残留塩素計測部だけにとどめることで、試薬による色度計測部、濁度計測部の汚れを防いでいる。これにより高精度の測定を可能とする。また、水質測定に使う試料水は、純水に近い状態ではあるが、若干不純物を含んでいるために、通水することによって微量の汚れ成分が付着していく。これらの汚れを洗い流すために、上流に純水である標準水、さらに上流に洗浄水の流入口を設けることによって、流路２内を清浄に保っている。
【００２４】
上述の説明では、濁度の測定方法が図９に示す方法であったため、上流から濁度、色度、残留塩素計測の順で並んでいるが、スペース効率を重視しない場合や、測定方法が図８に示す方法であった場合等は、必要に応じて濁度計測と色度計測の順序を入れ替えても良い。また、各測定部の光源が検出器に対して図中の左側に配置されているが、光源と検出器ともにどちらが上流側になっても良い。また、ポンプ５６の停止により液体を停止させることができるのならば、バルブ５５，５７を省略しても良い。また、図３に示すように流入口３，４，５を３個から２個または１個とし、バルブ５５を用いて注入する液体を選択し、マイクロセル１内に導いても良い。これにより、計測部５８内の流路数を低く抑えることができる。また、マイクロセル１に対して、液体の流入出は紙面裏側から、水質測定時の光源の入射は紙面手前側から行われているが、これらに必要な要素を全て、片面に配置することもできる。片面に配置することにより、計測部５８に取り付けられたマイクロセル１を容易に脱着できるようになるので、計測部５８の製造時は短縮でき、また、マイクロセル１に対するメンテナンス性が向上する。
【００２５】
このように、１本の流路上に濁度、色度、残留塩素の順序で測定用光学系を配置し測定を行うことで、マイクロセルの個数、サイズを低減することが可能となり、また３項目の水質計測に必要な時間を短縮することができる。また、光源や検出器に多波長の入出力機能を持つ装置を利用することで、流路長の短縮、測定時間の短縮、部品数の低減、マイクロセル面積の低減が可能となる。
【００２６】
次に図４，５を用いて他の水質計の例を示す。基本構成は図１の形態と同様の形態を用いることができるが、図１の形態では検出器の数が計測部の分だけ必要であるが、複数の光源からくる光を受ける検出器を備える点が特徴である。例えば、検出器１４や検出器１５のように広い受光面を持つ検出器を利用することで、流路から反射してくる複数の光源からの光を１個の検出器で受け止めることができるようになる。このため、複数の項目を効果的に測定することができる。この場合、流路２の形状を工夫して、光源８５からの光が反射してくる直角部を検出器付近に集めることで、検出器の受光面の大きさを低減できる。また、検出器にはそれぞれアンプなどの電子回路を接続する必要があるので、検出器の数を低減できると、製造コストを低減できるようになる。さらに、検出器１４，１５において、２種もしくは３種の波長ごとの強度を同時に計測できる検出器を利用すれば、複数の項目を効果的に計測でき、例えば同時に３項目を計測できるようにして、計測時間を低減できるようになる。
【００２７】
次に、図６，７を用いてさらに他の水質計の例を示す。基本構成は図１の形態と同様の形態を用いることができるが、図１の形態では例えば図８に示すような光源８５の数が計測部の分だけ必要であるが、複数の波長を発生することができる光源を備える点が特徴である。例えば、光源１６や光源１７に、水質計測に必要な３種類の波長のうち、２種もしくは３種の波長を同時に、もしくは別々に発生できる光源を利用することで、同一計測部において多項目を計測できるようになるので、計測に必要な流路２の流路長を短縮できる。多色光源としては例えば発光波長の異なる複数の発光チップを１つのパッケージに収めた多色のLEDなどがある。 また、光源１６，１７が同時に多波長に光を発生し、検出器１４，１５に、多波長の光の波長ごとの強度を同時に計測できる検出器を利用すれば、同時に３項目を計測できるようになり、計測時間を低減できるようになる。
【００２８】
本発明のマイクロセルは、マイクロファブリケーションを利用して、シリコンやガラスを材料として製作しているが、ガラスの代わりに透明なプラスチックを利用しても良いし、シリコンの代わりに、機械加工により流路を形成した金属、セラミックを用いても良い。しかし、ゴムで形成した流路は、温度や圧力によって内径が変化するため流量制御が難しくなるために計測精度が悪化しやすいので、避けることが好ましい。これに対してシリコンやガラス、金属、プラスチック等で製作した場合は、ゴム製チューブと比較して強度が高いため、温度変化や外圧による圧力変化を受けにくく流量の制御を行いやすいので、計測精度を向上させ易い。
【００２９】
【発明の効果】
本発明により、複数の異なる項目の測定が、効果的にできコンパクトで信頼性の高い装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す水質計の計測部の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態の一例を示す水質計の構成図である。
【図３】本発明の実施の形態の他の例を示す水質計の構成図である。
【図４】本発明の実施の形態の他の例を示す水質計の計測部の構成図である。
【図５】本発明の実施の形態の他の例を示す水質計の計測部の構成図である。
【図６】本発明の実施の形態の他の例を示す水質計の計測部の構成図である。
【図７】本発明の実施の形態の一例を示す水質計の計測方法の構成図である。
【図８】本発明の実施の形態の他の例を示す水質計の計測方法の構成図である。
【図９】本発明の実施の形態の他の例を示す水質計の計測方法の構成図である。
【符号の説明】
１…マイクロセル，２…流路，３…流入口，４…流入口，５…流入口，６…混合流入口，７…流出口，８…濁度計測用光源，９…色度計測用光源，１０…残留塩素計測用光源，１１…濁度計測用検出器，１２…色度計測用検出器，１３…残留塩素計測用検出器

Claims (8)

1. 基板と、基板に形成された流路と、流路に試料液を導入する流入口と、流路を流れた液体を排出する排出口と、を備えた水質計であって、
   流路の上流側から順に、試料液の濁りを計測する濁度計測部、濁度計測部が受光する光を放射する濁度計測用光源、色度計測部が受光する光を放射する色度計測用光源、試料液の色度を計測する色度計測部、試料液の塩素を測定する塩素計測部、および塩素計測部が受光する光を放射する塩素計測用光源を備えており、
   流路は、色度計測用光源からの光を色度計測部へと導く傾斜した２つの壁面と、濁度計測用光源からの光を濁度計測部へと導く傾斜した２つの壁面とを有し、
   流路は、これらの壁面において曲がっていることを特徴とする水質計。
2. 基板と、基板に形成された流路と、流路に試料液を導入する流入口と、流路を流れた液体を排出する排出口と、を備えた水質計であって、
   流路の上流側から順に、試料液の色度を計測する色度計測部、色度計測部が受光する光を放射する色度計測用光源、濁度計測部が受光する光を放射する濁度計測用光源、試料液の濁りを計測する濁度計測部、試料液の塩素を測定する塩素計測部、および塩素計測部が受光する光を放射する塩素計測用光源を備えており、
   流路は、色度計測用光源からの光を色度計測部へと導く傾斜した２つの壁面と、濁度計測用光源からの光を濁度計測部へと導く傾斜した２つの壁面とを有し、
   流路は、これらの壁面において曲がっていることを特徴とする水質計。
3. 基板と、基板に形成された流路と、流路に試料液を導入する流入口と、流路を流れた液体を排出する排出口と、を備えた水質計であって、
   流路の上流側から順に、濁度計測部が受光する光を放射する濁度計測用光源、試料液の濁りを計測する濁度計測部、試料液の色度を計測する色度計測部、色度計測部が受光する光を放射する色度計測用光源、塩素計測部が受光する光を放射する塩素計測用光源、および試料液の塩素を測定する塩素計測部を備えており、
   流路は、色度計測用光源からの光を色度計測部へと導く傾斜した２つの壁面と、濁度計測用光源からの光を濁度計測部へと導く傾斜した２つの壁面とを有し、
   流路は、これらの壁面において曲がっていることを特徴とする水質計。
4. 基板と、基板に形成された流路と、流路に試料液を導入する流入口と、流路を流れた液体を排出する排出口と、を備えた水質計であって、
   流路の上流側から順に、色度計測部が受光する光を放射する色度計測用光源、試料液の色度を計測する色度計測部、試料液の濁りを計測する濁度計測部、濁度計測部が受光する光を放射する濁度計測用光源、塩素計測部が受光する光を放射する塩素計測用光源、および試料液の塩素を測定する塩素計測部を備えており、
   流路は、色度計測用光源からの光を色度計測部へと導く傾斜した２つの壁面と、濁度計測用光源からの光を濁度計測部へと導く傾斜した２つの壁面とを有し、
   流路は、これらの壁面において曲がっていることを特徴とする水質計。
5. 基板と、基板に形成された流路と、流路に試料液を導入する流入口と、流路を流れた液体を排出する排出口と、を備えた水質計であって、
   流路の上流側から順に、試料液の濁りを計測する濁度計測部、濁度計測部が受光する光を放射する濁度計測用光源、複数の光の波長を放射する光源、該光源からの光を受光し試料液の色度及び塩素を測定する計測部を備えており、
   流路は、複数の光の波長を放射する光源からの光を試料液の色度及び塩素を測定する計測部へ導く傾斜した２つの壁面を有し、
   流路は、これらの壁面において曲がっていることを特徴とする水質計。
6. 基板と、基板に形成された流路と、流路に試料液を導入する流入口と、流路を流れた液体を排出する排出口と、を備えた水質計であって、
   流路の上流側から順に、濁度計測部が受光する光を放射する濁度計測用光源、試料液の濁りを計測する濁度計測部、複数の光の波長を放射する光源からの光を受光し試料液の色度及び塩素を測定する計測部、複数の光の波長を放射する光源を備えており、
   流路は、複数の光の波長を放射する光源からの光を試料液の色度及び塩素を測定する計測部へ導く傾斜した２つの壁面を有し、
   流路は、これらの壁面において曲がっていることを特徴とする水質計。
7. 請求項１において、
   色度計測部と塩素計測部との間に試薬を供給する試薬供給口を備えることを特徴とする水質計。
8. 請求項１において、
   流入口の上流側の流路に標準液供給部及び洗浄液供給部が配置されていることを特徴とする水質計。

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