JP6289250B2 - フロート式水質計器 - Google Patents

Description

この発明は、下水処理場の曝気槽または反応槽の水質を測定するフロート式水質計器に関するものである。

従来、下水処理場の曝気槽においては、水質を適切に検出するため、フロート式水質計器が用いられている。ところが、フロート式水質計器の電極が液中に没しているため、前記電極に水垢や微生物の汚れが蓄積し、正確な水質の測定を困難にしてしまう。従来では、フロート式水質計器の形状または支持方法により汚れの蓄積を防止していた。

例えば特許文献１では、図９に示されるように、フロート５１の底面はセンサの下面となっており、球面の一部を構成するようになっている。したがって、センサの下面は絶えず液流で洗浄され、平面とはなっていない上に固定具５４の働きで浮遊するので、洗浄されやすくなっている。また、特許文献２では、細長円筒状のガイドアームの一端に、内部に水質測定用のセンサを検知部を外部に臨ませて収納した中空球状のフロートを一体的に取り付け、フロートの上下方向の浮動にガイドアームが追随可能で、フロートが液面を自由に浮動し、フロートの表面は液面の波打ちによって生ずるフロートと液面との相対的な流速によって自己洗浄作用が生じるようになっている。
特公昭６２−５９７７３号公報（第３図） 特開平９−１３８２３０号公報（第１図）

特許文献１および２に記載のフロート式水質計器は、液流がないか、または液流が弱く自己洗浄作用が少ない曝気槽または反応槽の内部で使用すると、時間が経つにつれてフロート式水質計器の電極が汚れるため、この汚れを洗浄するための保守作業が発生していたので、費用と時間がかかるなどの問題点があった。

この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、液流がないか、または液流が弱い場所で長時間使用しても電極に汚れが生じにくいフロート式水質計器を得るものである。

この発明に関わるフロート式水質計器は、被測定液の液面部に浮上するフロートと、このフロートの下部の近傍に設けられ前記被測定液の水質を検知する水質センサの電極とを有し、前記フロートを動力により回転させると共に、前記フロートは、前記被測定液の液面下に沈む部分に前記フロートの表面から突出する洗浄翼を有するものである。
また、前記電極を支持する柱状体を有し、前記フロートは前記柱状体を軸として回転するものである。

この発明のフロート式水質計器によれば、電極の付近に旋回する液の流れ（旋回流）が生じるので、液流がないか、または液流が弱い場所でも電極の洗浄が行われ、フロート式水質計器が長時間使用可能となる。

この発明の実施の形態１におけるフロート式水質計器をフロートの回転軸の横方向から見た正面図である。 実施の形態１におけるフロート式水質計器を上方から見た平面図である。 実施の形態１におけるフロート式水質計器の電気回路を示すブロック図である。 実施の形態２におけるフロート式水質計器をフロートの回転軸の横方向から見た正面図である。 実施の形態２におけるフロート式水質計器を上方から見た平面図である。 実施の形態２におけるフロート式水質計器のモータ、駆動軸及び車輪を示す模式図である。 実施の形態３におけるフロート式水質計器をフロートの回転軸の横方向から見た正面図である。 実施の形態３におけるフロート式水質計器を上方から見た平面図である。 従来のフロート式水質計器を示す図である。

実施の形態１．
下水処理場の曝気槽または反応槽の水質を示す指標として、例えば溶存酸素量がある。きれいな水は溶存酸素量が多く、有機物の多い汚水では有機物の分解に酸素が消費されて、溶存酸素量は少なくなる。従って曝気槽または反応槽の管理する場合、溶存酸素量を連続して測定する必要がある。
溶存酸素量を連続して測定する水質計器では、酸素ガスを透過する選択性膜（隔膜）を用いた電気化学的方式（隔膜電極法）が一般に用いられている。連続測定では，測定を長期間続けると，水質計器の電極先端面に汚れが付着し，酸素ガスの透過が妨げられて検出感度が劣化する。そのため、電極先端面を洗浄する装置または構成が必要である。
図１はこの発明の実施の形態１であるフロート式水質計器の正面図、図２は平面図、図３は電気回路を示すブロック図である。図１において、電極ホルダ４は、円柱状の外形を有し、図示しないガイドアームにより中心軸がほぼ垂直に保たれるように支持され、中心軸に対して回転しないように配置され、下側の端面には電極が設けられ、電極先端面１４が形成されている。１５は液面であり、液は水質が測定される被測定液である。

フロート１は、全体形状がほぼ半球状の回転体となっており、表面は半球状の球面および切り口に相当する円形の上平面から成る。前記上平面は曝気槽または反応槽の前記液面１５とほぼ平行となるように配置される。また、前記円形の上平面の中心を通り平面に垂直な軸２を仮定したとき、軸２は液面１５に対して垂直となっている。前記フロート１にはこの軸２を中心として円柱状の孔３が穿たれている。

前記フロート１は、その孔３の中を柱状体をなす電極ホルダ４が貫通しており、前記フロート１の孔３と前記電極ホルダ４のなす柱状体の周りとの間には隙間１６が設けられる。これにより前記フロート１は柱状体をなす前記電極ホルダ４を中心として回転可能である。
前記電極ホルダ４の下側端面付近の外周に、円環状のフロート受け５がフロート１の底面よりも低い位置でかつ電極先端面１４よりも高い位置に電極ホルダ４と嵌合し保持されており、また、円環状のフロート抑え６がフロート１の前記上平面よりも高い位置で電極ホルダ４の外周と嵌合し保持されている。
前記フロート受け５と前記フロート抑え６のそれぞれの外径は前記フロート１の孔３の内径よりも大きく、また前記フロート受け５と前記フロート抑え６の間隔は、柱状体である前記電極ホルダ４の軸の方向において、フロート１の軸方向の高さよりもわずかに広くなっており、その結果前記フロート１は前記電極ホルダ４の周りに回転可能となっているが、前記軸２の方向には動きが制限される。すなわち、前記フロート受け５は前記電極ホルダ４を液面から上方向に持ち上げた時に前記フロート１が脱落する事を防止する。フロート抑え６は前記電極ホルダ４を液面１５に向かって下降させ前記電極先端面１４が液中に浸されたときに前記フロート１が前記電極ホルダ４に対して上方向に浮き上がることを防止する。前記フロート１は液に浸されたときにその浮力によって浮き上がろうとするが、前記浮力は前記フロート抑え６に伝えられ、前記フロート１と前記電極ホルダ４は一体となって液面上に浮かぶ。

前記フロート１の上平面には、光電池パネル７が設置保持され、前記フロート１の内部にはチャージコントローラ８、バッテリ装置９およびモータ１０が設置保持され、いずれも前記フロート１と一体となって回転できるようになっている。前記光電池パネル７が発生する電力は前記チャージコントローラ８と前記バッテリ装置９を介して前記モータ１０を回転させ、モータ１０と結合し回転する駆動軸１１は前記フロート１の表面を貫通して外部に設けたプロペラ１２に接続され、前記プロペラ１２を回転させるようになっている。１７は電気配線である。図２において前記光電池パネルは４枚設けられているが、光電池パネルの枚数はこれに限定する必要は無いが、ダイナミックバランスを考慮して複数の光電池パネルの共通の重心が軸２の近傍にある事が望ましい。

前記駆動軸１１の一部はフレキシブル回転軸または一つ以上の自在継手を形成することにより前記プロペラの回転軸は前記モータ１０の回転軸の方向にかかわらず前記軸２に対してほぼ直角の方向に設置されている。これにより前記プロペラ１２の回転による液流が生じ、前記軸２の周りにトルクが発生し、前記フロート１は前記軸２を中心として回転する。
なお前記フレキシブル回転軸または前記自在継手を作動させるため、前記駆動軸１１の中間に必要に応じて一つ以上の軸受けを設けてもよい。
また、駆動軸１１の一部にフレキシブル回転軸または自在継手を形成する代わりに、駆動軸１１の形状を単純な直線とし、駆動軸１１は軸２に直角な面内に有り、かつ軸２とは交差しない方向とすることにより、前記と同様に軸２の周りにトルクを発生させ、つまり回転する方向に推力を発生させて前記フロート１が回転するように構成してもよい。

前記フロート１が前記軸２あるいは前記電極ホルダ４を中心として回転することによって、前記フロート１の表面と曝気槽または反応槽内の液体との間の粘性摩擦により前記フロート１の表面付近には液体の流れが生じ、電極先端面１４の近傍では周囲の前記フロート１の表面の回転により液体の旋回流１８が発生する。

更に、前記フロート１の下部すなわち前記電極先端面１４の近傍に具備している洗浄翼１３も前記フロート１の回転に伴い回転するので、前記電極先端面１４付近に発生する前記旋回流１８は一層強化される。

なお、夜間等の発電容量が不足する場合には、バッテリ装置９よりモータ１０を回転させることができる。

以上説明した実施の形態１によれば、下記（１）〜（３）の効果が得られる。
（１）本実施例の形態によれば、前記フロートは動力により回転し、その結果、前記フロート表面と前記曝気槽または反応槽内の液体との粘性摩擦により電極先端面付近の液体に旋回流が発生し、前記自己洗浄作用が向上する。したがって、液流がないか、または液流が弱く自己洗浄作用が少ない場所にもフロート式水質計器が使用可能となる。
（２）前記フロートの下部に具備している前記洗浄翼が前記フロートの回転に伴い回転することにより前記電極先端面に発生する前記旋回流は一層強化され、前記自己洗浄作用
は更に向上する。
（３）光電池パネルが発生する電力はチャージコントローラとバッテリ装置を介してモータを回転させるので、フロートの外部からエネルギを伝える手段を必要とせず、構成が単純化され製造、設置および保守の費用が低減される。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２であるフロート式水質計器の正面図、図５は平面図、図６は電気回路を示すブロック図である。
図４、図５または図６において、２１は車輪である。尚、以下の実施の形態２に於いて、前記実施の形態１と同じ部分には同一の参照番号を付して、重複を避けるため、それらの説明は省略するものとする。
前記モータ１０は柱状体をなす前記電極ホルダ４に設置保持され、前記車輪２１は図４、図５または図６に示すように前記モータ１０に結合され、モータから供給されるトルクにより回転する。前記車輪２１の回転軸は柱状体をなす前記電極ホルダ４の軸とほぼ直角に、従って前記フロート１の上平面に平行に配置され、前記車輪２１は前記フロート１の上平面に接触しつつ回転する。前記フロート１は前記車輪２１との間の摩擦力により回転力を与えられ、前記電極ホルダ４の周りに回転する。

以上説明した実施の形態２によれば、実施の形態１における（１）〜（３）と同様の効果に加えて、下記の効果が得られる。
（４）前記モータ１０、前記駆動軸１１および前記車輪２１は液面より上側にあり、液体による汚損、腐食のおそれが少ないので保守の費用が低減される。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態２であるフロート式水質計器の正面図、図８は平面図である。尚、実施の形態３に於いて、前記実施の形態１または２と同じ部分には同一の参照番号を付して、重複を避けるため、それらの説明は省略するものとする。
図７および図８において、３１はフロート１に設置保持された永久磁石、３２は電極ホルダ４の周りに設置され前記電極ホルダ４に設置保持されたコイルである。前記永久磁石３１と前記コイル３２はモータを構成している。前記永久磁石３１は円環状の形であり、図示するように４箇所が径方向に磁化されて磁極を形成する。隣り合う磁極は互いに反対方向に磁化されている。前記コイル３２に電流を通じて回転磁界を発生させ、前記永久磁石３１を回転させることにより、前記フロート１が回転する。図７および図８では前記永久磁石３１は４個の磁極を有するが、磁極の数は偶数であれば４以外でも良い。またコイルの数も４以外でも良い。
前記コイル３２の近傍に磁性体を配置して前記電極ホルダ４に設置保持し、前記永久磁石３１も含む磁気回路を構成しても良い。

なお、前記永久磁石３１および前記コイル３２の設置場所を入れ替えて、すなわち前記永久磁石３１を電極ホルダ４の周りに設置保持し、前記コイル３２をフロート１に設置保持してもよい。この場合は図１、図２または図３と同様に前記フロート１の上部平面に前記光電池パネル７を設置保持することにより、実施の形態１における（３）と同様の効果が得られる。

また、図７および図８で示されるモータは前記永久磁石３１と前記コイル３２のギャップが径方向に存在するラジアル（径方向）ギャップ型であるが、これに限らずギャップが回転軸方向に存在するアキシャル（軸方向）ギャップ型（平面対抗型）としても良い。この場合はフロート１に設置保持された前記永久磁石３１と前記電極ホルダ４に設置保持された前記磁性体の間に軸方向の吸引力が生じ、この吸引力と、前記フロート１の液に対する浮力が加算されて、前記フロート１が軸方向に前記フロート抑え６に近付くように片寄せされる。その結果、前記フロート１が前記電極ホルダ４に対して軸方向に一定位置に保持されるため、前記フロート受け５を省略することができる。
また、永久磁石３１の代わりに周知の円環状、円筒状もしくは円盤状の電機子を用いて誘導電動機もしくは同期電動機を構成してもよい。

以上説明した実施の形態３によれば、実施の形態１及び２における（１）〜（４）と同様の効果に加えて、下記（５）〜（６）の効果が得られる。
（５）前記永久磁石３１および前記コイル２０はモータを構成するための特段の軸受けを必要としないので構造が簡略化され製造および保守の費用が低減される。
（６）前記モータにおいて、アキシャル（軸方向）ギャップ型のモータを構成することにより、前記フロート受け５を省略することができる。その結果、構造が簡略化され製造、設置および保守の費用が低減される。また前記フロート１を容易に取り外し可能であり、保守の費用がさらに低減される。

なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ フロート、２ 軸、３ 孔、４ 電極ホルダ、５ フロート受け、６ フロート抑え、７ 光電池パネル、８ チャージコントローラ、９ バッテリ装置、１０ モータ、１１ 駆動軸、１２ プロペラ、１３ 洗浄翼、１４ 電極先端面、１５ 液面、１６ 隙間、１７ 電気配線、１８ 旋回流、２１ 車輪、３１ 永久磁石、３２ コイル。

Claims (9)

1. 被測定液の液面部に浮上するフロートと、このフロートの下部の近傍に設けられ前記被測定液の水質を検知する水質センサの電極とを有し、前記フロートを動力により回転させると共に、
   前記フロートは、前記被測定液の液面下に沈む部分に前記フロートの表面から突出する洗浄翼を有することを特徴とするフロート式水質計器。
2. 前記電極を支持する柱状体を有し、前記フロートは前記柱状体を軸として回転することを特徴とする請求項１記載のフロート式水質計器。
3. 前記電極を支持する柱状体を有し、前記フロートは、電力により付勢されて前記柱状体を軸として回転することを特徴とする請求項１または請求項２記載のフロート式水質計器。
4. 前記フロートに設置保持される電動機、および前記電動機により回転させられ、前記フロートに設置保持されるプロペラを有し、前記プロペラは前記フロートが前記柱状体を軸として回転する方向に推力を生じることを特徴とする請求項２または請求項３記載のフロート式水質計器。
5. 前記柱状体に設置保持される電動機、および前記電動機により回転させられる車輪を有し、前記車輪は前記フロートに接することにより前記フロートを付勢して前記柱状体を軸として回転させることを特徴とする請求項２または請求項３記載のフロート式水質計器。
6. 電動機を有し、前記電動機の固定子は前記柱状体に設置保持され、前記電動機の回転子は前記フロートに設置保持され、前記固定子に対して前記回転子が回転運動を行うことを特徴とする請求項２または請求項３記載のフロート式水質計器。
7. 前記電動機の前記固定子と前記回転子のいずれか一方が永久磁石を含み、前記固定子と前記回転子の間に相互に引き合う力を生じ、前記相互に引き合う力の方向は前記電動機の軸方向の成分を有することを特徴とする請求項６記載のフロート式水質計器。
8. 光電池を備え、前記光電池の電力により前記電動機を駆動することを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか一項に記載のフロート式水質計器。
9. 前記光電池は前記フロートに設置保持されていることを特徴とする請求項８記載のフロート式水質計器。