JP4579659B2

JP4579659B2 - イオン濃度測定装置及び薬品濃度制御装置

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Publication number: JP4579659B2
Application number: JP2004337943A
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Inventors: 大作矢野; 清貴山浦; 浩吉川; 和彦佐野
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Priority date: 2004-11-22
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2010-11-10
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Description

本発明は、イオン濃度測定装置及び薬品濃度制御装置に関し、更に詳しくは、イオン電極を用いて循環水などの溶液中に含まれるイオン成分を定量するイオン濃度測定装置、及び、これを用いた薬品濃度制御装置に関する。

工業用水は、製造業を含む多くの工業分野において、重要な役割を果たしており、循環水系で用いられることも多い。循環水系には、例えば、ボイラー水系や、開放系又は閉鎖系の冷却水系などがある。これら循環水系には、腐食、スケール、スライム等の配管系統における障害を防ぐために、防蝕剤、分散剤、スケール防止剤、殺菌剤、スライム防除剤などの種々の水処理用薬品が使用されている。

循環水系で、各種の薬品によって適切な水処理を行い、これら薬品が有する効果を持続させるためには、薬品の濃度を正確に把握し、適切な濃度制御を行うことが重要である。薬剤濃度を把握する方法としては、例えば、イオン電極を用いて、薬品などに含まれるイオン成分を検出する方法が用いられている。例えば特許文献１には、リチウムイオン電極を用い、トレーサー物質として水処理用薬品に添加したリチウムイオン濃度を測定することにより、循環水中に含まれる水処理用薬品の濃度を制御する方法が記載されている。また同様の技術として、特許文献２には、水処理用薬品に添加した不活性トレーサー（カリウムイオン）を、同様にイオン電極を用いて測定する手法が記載されている。

イオン電極を用いるイオン濃度測定法では、イオン選択性電極と参照電極の組合せからなる一対のイオン電極が用いられる。イオン選択性電極は特定のイオンに対して選択的に応答する感応膜を備え、この感応膜が被測定溶液中の特定イオンに接すると、その濃度に応じた膜電位を発生させる。溶液中に浸漬させた参照電極を、イオン選択性電極の対極として用い、これら電極を直流電位差計に接続し、両電極間の電位差を測定することにより、膜電位が測定される。このとき直流電位差計により測定される相対電位が応答電位と呼ばれる。

応答電位Ｅと被測定溶液中のイオン濃度Ｃとの間には次式に示す関係がある。

この式はネルンスト式と呼ばれる。ここでＥ₀は２５℃での標準電極電位、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度、Ｚは測定対象イオンの電荷数、Ｆはファラデー定数、Ｌｏｇは常用対数である。式１中の2.303ＲＴ／ＺＦをネルンスト定数と呼び、イオン濃度が１０倍変化したときの式１の右辺の変化値を理論応答勾配又はネルンスト勾配という。例えば１価イオンの２５℃でのネルンスト勾配理論値は約５９ｍＶとなる。イオン電極測定法については、例えばイオン電極測定方法通則（ＪＩＳＫ０１２２・日本規格協会発行）に詳しい。

図１４は、特許文献１に記載された従来の薬品濃度制御装置の構成を示すブロックである。イオン選択性電極１１及び参照電極１２から成るイオン電極間に発生する応答電位は、ポンプ制御部５０に入力され、ポンプ制御部５０のＯＰアンプ２２により増幅された後に、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）３０によりデジタル化され、演算部４０に入力される。演算部４０は、デジタル化された応答電位信号をイオン濃度に変換し、循環水中に含まれる水処理用薬品の濃度を算出した後に、薬液注入ポンプ６７の動作状態を決定する。駆動部５１は、演算部４０で決定された動作状態に従い、薬液注入ポンプ６７を駆動する。ポンプ制御部５０のグランド５３は大地グランド５５に接続され、循環水は、冷却塔、冷却水貯槽、冷却水配管等を介して大地グランド１５に導通している。

図１４の薬品濃度制御装置では、循環水と大地グランド１５との間には接地抵抗Ｒが、また、この大地グランド１５とポンプ制御部５０のグランド５３が接続されている大地グランド５５との間には、接地間抵抗Ｒ_gが存在する。これらの抵抗にノイズ電流Ｉ及びＩ_gが流れると、

のノイズ電圧が発生する。接地抵抗Ｒや接地間抵抗Ｒ_gは、設置場所、設置方法、天候、気温、湿度などによって変化し、ノイズ電流ＩやＩ_gも設備機器の稼働状態などによって大きく変動する。特に冷却塔では、冷却水がビル内の空調やプラントの冷却に利用されて循環していることから、運転状態による接地抵抗の変動が激しく、ノイズ混入が生じやすいという問題がある。この場合、イオン電極と大地との間、及び、双方のイオン電極間には、極めて大きな抵抗、例えば数百ＭΩ〜１ＧΩ程度と大きな抵抗があること、及び、双方のイオン電極の構造が大きく異なるため、それらと大地グランドとの間の抵抗値も大きく異なることが、このノイズの問題を複雑にする。

特許文献２には、イオン選択性電極及び参照電極に加えて、接地電極を用いたイオン濃度計が記載されている。図１５は、このような型式のイオン濃度計を用いた薬品濃度制御装置の構成を示す。接地電極１７は大地グランド１８に接続されている。大地グランド５５と接地電極１７とを同じ電位に保つことにより、循環水とポンプ制御部５０の信号グランド５３との間に発生するノイズ電圧が抑制される効果が期待される。

しかし、一般に、冷却塔はビル屋上などの屋外に設置されており且つポンプ制御部５０には風雨対策が必要なこと、及び、循環水系中でイオン電極１１、１２が設置できる場所（循環水系の開放部分）は限られていることなどから、イオン電極１１、１２とポンプ制御部５０とは離れた場所に設置される。その結果、接地電極１７からポンプ制御部５０までの信号線１３は長くなり、大地グランド５５と接地電極１７とを同じ電位に保つことは、現実には困難である。

式１から明らかな通り、例えば１価イオンの濃度を周囲温度２５℃の条件で測定する場合には、１ｍＶの測定誤差はイオン濃度の測定誤差約４％に相当し、また２価イオンの濃度を周囲温度２５℃の条件で測定する場合には、１ｍＶの測定誤差はイオン濃度の測定誤差約８％に相当する。従って、イオン電極を用いて溶液中のイオン濃度を測定する薬品濃度制御装置では、応答電位の測定精度が極めて重要であり、図１４及び１５に示した従来技術では、限られた精度によるイオン濃度の制御のみが可能であり、実用的に充分な精度で循環水中の薬品濃度の制御を行うことは困難である。

図１５に示した薬品濃度制御装置では、更に、接地電極１７の表面の腐食やスケール等の付着により、表面抵抗が発生するため、接地電極１７を頻繁に新しい物に交換する必要があり、費用がかさむという問題もある。

本発明は、上記従来技術における問題点に鑑み、高い精度で且つ安定的にイオン濃度の測定が可能なイオン濃度測定装置、及び、これを利用した薬品濃度制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のイオン濃度測定装置は、溶液中に浸漬され、溶液中のイオン成分の濃度に応答する応答電位を発生する、イオン選択性電極および参照電極からなる一対のイオン電極と、
前記一対のイオン電極が発生する応答電位を増幅して応答電位信号を発生する増幅回路と、
前記増幅回路から出力される応答電位信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記Ａ／Ｄ変換回路でデジタル化された応答電位信号に基づいて溶液中に含まれるイオン濃度を算出する演算回路とを備えるイオン濃度測定装置において、
前記増幅回路の２つの入力のうちの一方の入力と前記参照電極とを結ぶ信号線に接続されたグランドである、増幅回路のグランドを大地グランドから絶縁すると共に、前記増幅回路のグランドと大地グランドとの間を所定の周波数以上で又は所定の電位差以上でカップリングするカップリング手段で接続することを特徴とする。

また、本発明の薬品濃度制御装置は、イオン成分を含む薬品を循環水中に添加する薬液注入ポンプと、
前記循環水中に浸漬され、前記イオン成分の濃度に応答する応答電位を発生する、イオン選択性電極および参照電極からなる一対のイオン電極と、
前記イオン電極が発生する応答電位を増幅し応答電位信号を発生する増幅回路と、該増幅回路から出力される応答電位信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、該Ａ／Ｄ変換回路でデジタル化された応答電位信号に基づいて循環水中に含まれる薬品濃度を算出し、該薬品濃度に基づいて前記薬液注入ポンプを駆動するための制御信号を生成する演算回路とを有する制御部とを備え、
前記演算回路によって生成された制御信号に基づいて前記薬液注入ポンプを駆動することによって、循環水中の薬品の濃度を制御する薬品濃度制御装置において、
前記増幅回路の２つの入力のうち、一方の入力と前記参照電極とを結ぶ信号線に接続されたグランドである、前記増幅回路のグランドを大地グランドから絶縁すると共に、前記増幅回路のグランドと大地グランドとの間を所定の周波数以上で又は所定の電位差以上でカップリングするカップリング手段で接続することを特徴とする。

本発明のイオン濃度測定装置及び薬品濃度制御装置によると、増幅回路のグランドと大地グランドとの間を絶縁する構成により、増幅回路の外部から、増幅回路のグランドを経由して増幅回路の入力側に侵入するノイズが低減すると共に、増幅回路のグランドに侵入するサージ性の過電圧は、カップリング手段を経由して大地グランドに逃がされるので、高い精度で且つ安定的にイオン濃度の測定が可能である。また、薬品濃度制御装置は、高い精度で薬品濃度の制御を行うことが出来る。

本発明のイオン濃度測定装置及び薬品濃度測定装置における特に好ましい態様では、前記カップリング手段としてアレスタを採用して、増幅回路のグランドと他の回路のグランド及び大地グランドとの間を接続する。また、アレスタに代えてキャパシタを採用すること、又は、アレスタにキャパシタを並列に接続することも本発明の好ましい態様である。

本発明の更に好ましい態様では、前記イオン電極と前記増幅回路とを結ぶ信号線のシールドを前記増幅回路のグランドに接続する。この場合、イオン電極と増幅回路との間を接続する信号線に侵入するノイズが低減可能である。

更に、前記増幅回路の電源と前記Ａ／Ｄ変換回路及び演算回路の電源との間、前記増幅回路の出力と前記Ａ／Ｄ変換回路の入力との間、及び、前記Ａ／Ｄ変換回路と前記演算回路との間を、それぞれ絶縁することも本発明の好ましい態様である。この場合、電源線を経由して増幅回路に回り込むノイズや、信号線を経由してデジタル回路からアナログ回路である増幅回路に回り込むノイズが低減するため、増幅回路の出力におけるノイズが低減し、より精度が高いイオン濃度の計測が可能である。

特に、Ａ／Ｄ変換回路と演算回路との間を絶縁（アイソレーション）する構成は、Ａ／Ｄ変換回路のコンパレータで使用する基準電位が、コンピュータ側から逆流する信号ノイズによって影響を受けることを防止するものと考えられる。このアイソレータとしてフォトカプラを用いると、フォトカプラは電流駆動であるため、配線長が長くてもノイズの影響を受けにくく、特に好ましい。

図１は、本発明の一実施形態に係る薬品濃度制御装置を示す。薬品濃度制御装置１００は、冷却塔内の冷却水中に浸漬されるイオン選択性電極１１及び参照電極１２から成る一対のイオン電極と、冷却水中に水処理用の薬液を注入する薬液注入ポンプ６７と、イオン電極１１、１２から応答電位を受信し、また、薬品流量計から流量信号を、循環ポンプの制御回路から循環ポンプの運転信号をそれぞれ受信し、薬液注入ポンプ６７の回転を制御する制御信号を生成するポンプ制御部５０とから構成される。

ポンプ制御部５０には、イオン電極１１、１２から応答電位を入力する増幅部２０と、増幅部２０で増幅された応答電位である応答電位信号を入力しこれをデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）３０と、Ａ／Ｄ変換器３０から入力されるデジタル応答電位信号と、外部から入力される流量信号及び循環ポンプ運転信号と所定のアルゴリズムとに基づいて演算を行い、薬液注入ポンプ６７を制御するポンプ制御信号を生成する演算部４０と、演算部４０が出力するポンプ制御信号に基づいて薬液注入ポンプを駆動する駆動部５１と、ポンプ制御部５０内の各回路に電源ライン５４を介して、ＤＣ電源Ｖ１、Ｖ２、−Ｖ１を供給する電源回路５２とが配設される。

増幅部２０は、ポンプ制御部５０の電源回路５２から供給されるＤＣ電源Ｖ２を増幅部２０に専用のＤＣ電源に変換する電源部（ＤＣ−ＤＣコンバータ）２１と、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１からＤＣ電源を受け、応答電位を増幅するオペレーションアンプ（ＯＰアンプ）２２と、ＯＰアンプ２２の出力信号を絶縁するアイソレータ２３と、増幅部２０に専用の増幅部グランド２５とポンプ制御部５０のグランド５３との間に挿入されるアレスタ２４とを備える。アイソレータ２３には、例えばアイソレーションアンプが使用される。

ＯＰアンプ２２には、増幅部２０のＤＣ−ＤＣコンバータ２１から正極性及び負極性の電源が電源ライン２６を経由して入力される。ＯＰアンプ２２の出力は、アイソレータ２３を介して、Ａ／Ｄ変換器３０に入力される。

演算部４０は、Ａ／Ｄ変換器３０から入力されるデジタルの応答電位信号（イオン濃度信号）、外部から入力される流量計信号及び循環ポンプ運転信号に基づいて演算して薬液注入量を求め、それに基づいてポンプ制御信号を生成して駆動部５１に入力する機能を有する。

図２は、上記実施形態の薬品濃度制御装置１００が設置される冷却水循環系の構成を示している。冷却水循環系６０は、冷却水貯槽６１と、冷却水を循環させる循環ポンプ６２と、循環ポンプ６２によって冷却水貯槽６１から送られる冷却水と室内の空調に利用される冷水との間で熱交換を行う熱交換器６３と、熱交換器６３で熱交換によって温められた冷却水を冷却する冷却塔６４と、冷却塔６４に付属し冷却水中にイオン電極１１、１２を収容する冷却水ピット６５と、水処理用の薬液を貯蔵する薬液タンク６６と、図１に示した構成を有するポンプ制御部５０と、ポンプ制御部５０によって制御されて薬液タンク６６から冷却水貯槽６１に向けて薬液を注入する薬液注入ポンプ６７とを有する。駆動部５１は、ポンプ制御信号に基づいて薬液注入ポンプ６７を駆動する。

上記実施形態の薬品濃度制御装置１００では、イオン電極１１、１２間に発生した応答電位は、信号線１３を経由してＯＰアンプ２２に入力され、ＯＰアンプ２２によって増幅される。ＯＰアンプ２２で増幅された応答電位は、Ａ／Ｄ変換器３０によってデジタル信号に変換されて、演算部４０に入力する。演算部４０では、入力したデジタル信号の応答電位（Ｅ）から、式１を利用した演算を行って、冷却水中のイオン濃度（Ｃ）を求め、冷却水中に含まれている水処理用薬品の濃度を算出する。演算部４０は、演算された冷却水中の薬品濃度と、循環ポンプ６２の運転状態と、冷却水中に導入される薬液の流量信号と、予め定められた制御アルゴリズムとに従い、薬液注入ポンプ６７の動作を決定して、ポンプ制御信号を生成し、駆動部５１に与える。駆動部５１は、それに従って、薬液注入ポンプ６７を駆動する。

上記実施形態の薬品濃度制御装置１００は、増幅部グランド２５とポンプ制御部５０全体のグランド５３とをアレスタ２４によって分離した構成により、増幅部グランド２５と、冷却水ピット６５のグランド１５との間で回り込む電流がなく、従ってノイズの侵入が防止できる。アレスタ２４は、信号線１３などを介して静電誘導や電磁誘導などによって侵入するサージ電圧等の過電圧から増幅部２０を保護する。アレスタ２４に代えて、或いは、アレスタ２４と並列に、キャパシタを増幅部グランド２５とポンプ制御部５０のグランド５３との間に接続しても良い。

上記実施形態では、ポンプ制御部５０の電源ライン５４と増幅部２０の電源ライン２６とをＤＣ−ＤＣコンバータ２１を介して分離し、且つ、ＯＰアンプ２２の出力とＡ／Ｄ変換器３０の入力との間にアイソレータ２３を挿入したので、ポンプ制御部５０の増幅部２０外の信号ラインや電源ラインから、増幅部２０内の電源ラインや信号ラインを経由して、ＯＰアンプ２２に回り込むノイズが低減できる。このため、精度が高い応答電位の測定が可能となる。

イオン選択性電極１１としては、検出目的のイオンに対して選択的に応答する感応部があり、この感応部が被測定溶液中のイオンに接すると、その濃度に応じた膜電位を生じる材料を使用する。一例として、ナトリウムイオン電極、リチウムイオン電極、カルシウムイオン電極、カリウムイオン電極、塩化物イオン電極、フッ素イオン電極、銅イオン電極等が挙げられる。イオン電極については、特許文献１に詳細な記載がある。

参照電極１２としては、基準電位を発生する材料を使用したものであれば良く、例えば銀／塩化銀電極が好適に用いられる。

ＯＰアンプ２２は、ＯＰアンプ２２からイオン電極側を見たインピーダンスが数百ＭΩ〜１ＧΩ程度と極めて高いので、特に高入力インピーダンスのＯＰアンプが好ましい。アイソレータ２３としては、入力と出力の回路間が絶縁されるものであればよく、アイソレーションアンプ、アイソレーショントランス等が用いられる。

演算部４０としては、デジタル化された応答電位信号をイオン濃度に変換する機能、イオン濃度を薬品濃度に換算する機能、及び、求めた薬品濃度から薬液注入ポンプ６７の動作を決定する機能とを有し、例えばマイクロコンピュータにより構成される。しかし、特にマイクロコンピュータに限定されない。

駆動部５１は、演算部４０により決定された薬液注入ポンプ６７の制御信号に従って、薬液注入ポンプ６７を駆動する機能を有するものであればよく、例えば、無電圧接点出力、パルス出力、ロジック出力等、使用する薬液注入ポンプ６７の入力仕様に応じて用いることができる。これらの出力は、リレー、フォトカプラー等を用い、演算部４０の出力信号線と絶縁することにより、薬液注入ポンプ６７を駆動するモータからのノイズを低減することが好ましい。

駆動部５１は、単に薬液注入ポンプ６７の電源をオン／オフする回路でもよい。この場合、リレー回路を用い薬液注入ポンプ６７の電源ラインと演算部４０からの信号線とを静電的及び電磁誘導的に切り離すことが好ましい。例えば、リレー動作時のノイズ低減のために、ゼロクロス式ソリッドステート・リレーを用いることが好ましい。

図３は、本発明の第２の実施形態に係る薬品濃度制御装置１００Ａの構成を示す。本実施形態例の薬品濃度制御装置の構成は、信号線１３としてシールド線を使用し、そのシールド１４を増幅部２０の専用グランド２５に接続した点において、図１に示した薬品濃度制御装置と異なり、その他の構成は同様である。本実施形態では、信号線１３を静電遮蔽するシールド１４を、参照電極１２からの信号線１３と共通に増幅部グランド２５に接続する構成により、信号経路が長い信号線１３から静電誘導などによって侵入する静電ノイズを効果的に低減する。また、シールド１４を経由して過電圧が侵入する場合には、その内静電性の過電圧は、信号線１３及びイオン電極１１、１２を経由して大地グランド１５に逃がされ、また、サージ性の過電圧は、アレスタ２４によって制御部のグランド５３を経由して大地グランド５５に逃がされる。

図４は、本発明の第３の実施形態に係る薬品濃度制御装置１００Ｂの構成を示す。本実施形態の薬品濃度制御装置の構成は、Ａ／Ｄ変換器３０と演算部４０との間にアイソレータを構成するフォトカプラ３１を挿入した点において、図１に示した薬品濃度制御装置と異なり、その他の構成は同様である。本実施形態では、フォトカプラ３１を挿入したことにより、デジタル回路を構成する演算部４０からＡ／Ｄ変換器３０を介してアナログ回路を構成する増幅部２０にノイズが侵入することによって、イオン濃度の検出精度が低下することを防止している。

以下、本発明の実施例について具体的に説明する。実施例では、水処理用薬品にトレーサー物質としてリチウムイオンを添加し、リチウムイオン濃度をリチウムイオン電極により測定することで、冷却水中に含まれる水処理用薬品の濃度を制御した例を示す。しかし、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

実施例１〜３の薬品濃度制御装置として図５〜図７に示した構成のものを製作した。
制御部
ＯＰアンプ２２には、ＩＣＬ７６１１ＤＣＰＡ（Ｉｎｔｅｒｓｉｌ社製）とＯＰ１７７ＤＳ（ＡｎａｌｏｇＤｅｖｉｃｅｓ社製）を直列に接続した回路を、アイソレータ２３には、アイソレーションアンプＩＳＯ１２４Ｐ（ＢｕｒｒＢｒｏｗｎ社製）を、Ａ／Ｄ変換器３０には、ＩＣＬ７１３５ＣＰＩ（Ｉｎｔｅｒｓｉｌ社製）を、演算部４０のマイクロコンピュータには、Ｈ８（日立製作所社製）をそれぞれ用いた。ＭＰＵ４１には、キー入力回路４２、液晶表示回路４３が接続してあり、外部から操作入力が可能となるようにした。タイマー回路４４は、現在時刻をＭＰＵ４１に入力するために用いた。メモリー回路４５には、薬品濃度制御装置１００の様々な設定値や経時データを保存させることとした。

駆動部５１には、ソリッドステートリレーを用い、これによって薬液注入ポンプ６７を駆動することとした。各種警報を出力するための警報出力回路４６、薬品濃度の測定値を４−２０ｍＶ又は１−５Ｖ信号として出力するためのデジタル−アナログ変換回路４７、メモリー回路に保存された経時データを外部に取り出すためのシリアル通信回路４８を備えた。ポンプ制御部５０への電源供給は電源回路５２により行われ、増幅部２０のＤＣ−ＤＣコンバータ２１には、ＮＭＡ０５０５Ｄ（Ｃ＆ＤＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）を使用した。

ＭＰＵ４１には、予め検量しておいた式を用い、入力された応答電位からリチウムイオン濃度を算出し、リチウムイオン濃度と薬品濃度換算係数とに基づいて、冷却水中に含まれる薬品濃度を計算し、さらに、予め設定された目標薬品濃度と比較することにより、薬液注入ポンプ６７のＯｎ／Ｏｆｆを制御する信号を発生するようプログラミングを行った。

また、より確実な濃度制御を行うため、薬液注入ポンプ６７の吐出側流量を計測する流量計から出力される流量計信号、及び、循環ポンプの運転信号をＭＰＵ４１に入力させている。流量計信号の入力は、薬液注入ポンプの故障を検出するため、循環ポンプ運転信号の入力は、冷却塔の運転停止時に薬液注入ポンプを止め、過剰な薬品の投入を防止するためである。

イオン電極
イオン選択性電極１１は、感応膜、内部溶液、内部参照電極から構成される。内部参照電極には、銀−塩化銀電極を用いた。内部溶液には０．０１ｍｏｌ／Ｌの塩化リチウム溶液を用いた。感応膜は、リチウムイオン選択性配位分子とアニオン排除剤とを膜溶媒に溶解し、これにポリ塩化ビニルを溶解したテトラヒドロフラン溶液を加え、よく攪拌した後にガラスシャーレ上に展開して一昼夜の間乾燥させ、製膜した。その後、直径６ｍｍの膜を切り出し、外筒に取り付けた。なお、内部参照電極及び外筒は市販の液体膜型イオン電極キット（東亜ディーケーケー社製）を用いた。

感応膜は液体膜であり、その組成は表１の通りとした。アニオン排除剤としてはＫ−ＴＣＰＢ（同仁化学研究所社製）を、膜溶媒としてはＮＰＯＥ（同仁化学研究所社製）を用いた。また、リチウムイオン選択性配位分子としては、２,２,３,３ーテトラメチル−９−テトラデシル−１,４,８,１１ーテトラオキサシクロテトラデカン（同仁化学研究所社製）を用いた。

参照電極１２には、内部液無補給型比較電極（東亜ディーケーケー社製・品番４４０１Ｌ型）を使用した。

冷却塔
開放循環冷却水系で試験を実施した。試験のセットアップは図２に示すとおりである。また実験を行った開放循環冷却水系の運転条件を以下に示す。
原水：埼玉県戸田市工業用水
保有水量：２トン
循環水量：１トン／分
熱交換器の冷却水入口水温：２５℃
熱交換器の冷却水出口水温：３５℃
なお、蒸発水量、及び、飛散水相当分は戸田市工業用水で補給した。

水処理用薬品
試験に供した水処理用薬品の配合は表２の通りである。

トレーサー物質であるリチウムイオン源としては塩化リチウムを使用した。塩化リチウム１２重量％をリチウムイオンに換算すると約２重量％なので、表２の水処理用薬品のリチウムイオン濃度に対する水処理用薬品濃度の換算係数は５０倍となる。また、この水処理用薬品の目標管理濃度は５０ｍｇ／Ｌであり、従って冷却水中でのリチウムイオン濃度は１．０ｍｇ／Ｌに保持すればよい。

実施例１
上記水処理用薬品を薬液タンク６６に投入し、図５に示す薬品濃度制御装置により、冷却水中に含まれる薬品濃度の制御を行った。測定された薬品濃度は１０分毎に記録され、メモリー回路４５に保存した。また経時的に冷却水をサンプリングし、トレーサーとして含まれるリチウムイオン濃度を原子吸光法（ＪＩＳＫ０１０１の工業用水試験方法４７．２に記載のナトリウムイオンの測定方法に準じて行い、Ｎａの原子吸光波長５８９．０ｎｍに代えてのＬｉの原子吸光波長６７０．８ｎｍを用いた）を用い分析した。

約１日間の試験終了後、薬品濃度制御装置のメモリー回路４５に保存された記録を、シリアル通信回路４８に接続したパーソナルコンピューターに取り出した。その結果、及び、原子吸光法により分析されたリチウムイオン濃度より算出した水処理用薬品濃度を図９に示す。折れ線が薬品濃度制御装置により測定された水処理用薬品濃度の測定値、黒丸がリチウムイオン濃度を原子吸光法により分析した後に濃度換算係数を乗じて算出した水処理用薬品濃度である。

実施例２
図６に示す第２の実施形態の薬品濃度制御装置により実施例１と同様の実験を行った。本装置は、図５の薬品濃度制御装置の信号線にシールド線を使用したものである。結果を図９と同様に図１０に示す。

実施例３
図７に示す第３の実施形態の薬品濃度制御装置により実施例１と同様の実験を行った。本装置は、図５の薬品濃度制御装置のＡ／Ｄ変換器３０とＭＰＵ４１との間にフォトカプラ３１を挿入したものである。結果を図９と同様に図１１に示す。

比較例１
図８に示す薬品濃度制御装置により実施例１と同様の実験を行った。本装置は、増幅部２０の構成が従来と同じものである。結果を図９と同様に図１２に示す。

実施例１〜３及び比較例１の各薬品濃度制御装置により測定された水処理用薬品濃度の変動幅（最大値−最小値）を表３に示す。

実施例１〜３及び比較例１の、原子吸光法により測定された水処理用薬品濃度の変動幅（最大値−最小値）を表４に示す。

表３及び表４から明らかな通り、実施例１〜３は水処理用薬品濃度が良好に制御されているのに対し、比較例１は変動幅が大きく、正確かつ安定な濃度制御が行われなかった。

実施例４
図７の薬品濃度制御装置を用い、冷却水中に含まれる薬品濃度の制御を行った。その結果、３ヶ月間にわたり安定して動作した。

比較例２
図１３に示す薬品濃度制御装置を用い、冷却水中に含まれる薬品濃度の制御を行った。本装置は、図７の薬品濃度制御装置におけるアレスタ２４を除いたものである。その結果、１４日目にＭＰＵ４１が停止し、濃度制御が不可能になった。薬品濃度制御装置の電源を入れ直したところ、正常な動作に戻った。正常な運転に復帰した後、さらに１２日後に再びＭＰＵ４１が停止した。この障害が発生したのは、増幅部グランド２５を大地グランド５５から絶縁した構成により、ＯＰアンプ２２の入力に侵入するノイズが低減できたものの、サージ性の過電圧により増幅部グランド２５の電位上昇が生じたからであると推測される。

上記実験結果より、アレスタ２４に代えて、キャパシタを採用してもサージ性の過電圧が除去できるので、良好な制御が可能になると考えられる。イオン電極の応答電位は、時間的に緩やかな変動の低周波信号であるため、キャパシタを介して侵入する所定の周波数以上のノイズは、適当なフィルタ手段で除去できる。従って、キャパシタによって、所定の周波数以上で増幅部グランド２５を大地グランド５５にカップリングしても、測定精度の上で障害にはならない。シールド線のシールドは、これを増幅部グランド２５に接続することにより、この目的を持つキャパシタとして利用することも出来る。なお、アレスタ及びキャパシタを並列に接続してグランド間に挿入すれば更に良好な制御が可能になる。

以上、本発明をその好適な実施態様に基づいて説明したが、本発明のイオン濃度検出装置及び薬品濃度制御装置は、上記実施態様の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施態様の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。また、本発明の好適な態様として記載した各構成や実施形態で記載した各構成については、本発明の必須の構成と共に用いることが好ましいが、単独であっても有益な効果を奏する構成については、必ずしも本発明の必須の構成として説明した全ての構成と共に用いる必要はない。

本発明の第１の実施形態の薬品濃度制御装置のブロック図。図１の薬品濃度制御装置を有する循環冷却水系の系統図。本発明の第２の実施形態の薬品濃度制御装置のブロック図。本発明の第３の実施形態の薬品濃度制御装置のブロック図。第１の実施形態の薬品濃度制御装置の具体例のブロック図。第２の実施形態の薬品濃度制御装置の具体例のブロック図。第３の実施形態の薬品濃度制御装置の具体例のブロック図。比較例１の薬品濃度制御装置のブロック図。実施例１の結果を示すグラフ。実施例２の結果を示すグラフ。実施例３の結果を示すグラフ。比較例１の結果を示すグラフ。比較例２の実験に用いた薬品濃度制御装置のブロック図。従来の薬品濃度制御装置のブロック図。従来の薬品濃度制御装置のブロック図。

符号の説明

１１：イオン選択性電極
１２：参照電極
１３：信号線
１４：シールド
１５：大地グランド
１７：接地電極
１８：大地グランド
２０：増幅部
２１：ＤＣ−ＤＣコンバータ
２２：ＯＰアンプ
２３：アイソレータ
２４：アレスタ
２５：増幅部グランド
２６：増幅部電源ライン
３０：Ａ／Ｄ変換器
３１：フォトカプラ
４０：演算部
４１：ＭＰＵ
４２：キー入力回路
４３：液晶表示回路
４４：タイマー回路
４５：メモリー回路
４６：警報出力回路
４７：Ｄ／Ａ変換器
４８：シリアル通信装置
５０：ポンプ制御部
５１：駆動部
５２：電源回路
５３：制御部グランド
５４：制御部電源ライン
５５：大地グランド
６０：循環冷却水系
６１：冷却水貯槽
６２：循環ポンプ
６３：熱交換器
６４：冷却塔
６５：冷却水ピット
６６：薬液タンク
６７：薬液注入ポンプ

Claims

溶液中に浸漬され、溶液中のイオン成分の濃度に応答する応答電位を発生する、イオン選択性電極および参照電極からなる一対のイオン電極と、
前記一対のイオン電極が発生する応答電位を増幅して応答電位信号を発生する増幅回路と、
前記増幅回路から出力される応答電位信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記Ａ／Ｄ変換回路でデジタル化された応答電位信号に基づいて溶液中に含まれるイオン濃度を算出する演算回路とを備えるイオン濃度測定装置において、
前記増幅回路の２つの入力のうちの一方の入力と前記参照電極とを結ぶ信号線に接続されたグランドである、増幅回路のグランドを大地グランドから絶縁すると共に、前記増幅回路のグランドと大地グランドとの間を所定の周波数以上で又は所定の電位差以上でカップリングするカップリング手段で接続する
ことを特徴とするイオン濃度測定装置。
前記カップリング手段がアレスタであることを特徴とする請求項１に記載のイオン濃度測定装置。
前記カップリング手段がキャパシタであることを特徴とする請求項１に記載のイオン濃度測定装置。
前記カップリング手段がアレスタおよびキャパシタが平行に接続された構成であることを特徴とする請求項１に記載のイオン濃度測定装置。
前記一対のイオン電極と前記増幅回路とを結ぶ信号線のシールドを前記増幅回路のグランドに接続することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のイオン濃度測定装置。
前記増幅回路の電源と前記Ａ／Ｄ変換回路及び演算回路の電源との間、及び、前記増幅回路の出力と前記Ａ／Ｄ変換回路の入力との間を、それぞれ絶縁したことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のイオン濃度測定装置。
前記Ａ／Ｄ変換回路と前記演算回路との間を絶縁したことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のイオン濃度測定装置。
イオン成分を含む薬品を循環水中に添加する薬液注入ポンプと、
前記循環水中に浸漬され、前記イオン成分の濃度に応答する応答電位を発生する、イオン選択性電極および参照電極からなる一対のイオン電極と、
前記一対のイオン電極が発生する応答電位を増幅し応答電位信号を発生する増幅回路と、該増幅回路から出力される応答電位信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、該Ａ／Ｄ変換回路でデジタル化された応答電位信号に基づいて循環水中に含まれる薬品濃度を算出し、該薬品濃度に基づいて前記薬液注入ポンプを駆動するための制御信号を生成する演算回路とを有する制御部とを備え、
前記演算回路によって生成された制御信号に基づいて前記薬液注入ポンプを駆動することによって、循環水中の薬品の濃度を制御する薬品濃度制御装置において、
前記増幅回路の２つの入力のうち、一方の入力と前記参照電極とを結ぶ信号線に接続されたグランドである、前記増幅回路のグランドを大地グランドから絶縁すると共に、前記増幅回路のグランドと大地グランドとの間を所定の周波数以上で又は所定の電位差以上でカップリングするカップリング手段で接続する
ことを特徴とする薬品濃度制御装置。