JP6788815B2 - 機能水濃度センサ、及び、算出方法 - Google Patents
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Description
本発明は、機能水濃度センサ、及び、算出方法に関する。
次亜塩素酸水又はオゾン水などの機能水の濃度を計測する手法として、吸光光度法が知られている。特許文献１には、吸光光度法を利用した塩素濃度モニター装置が開示されている。
上記塩素濃度モニター装置においては、電解次亜水の有効塩素濃度値を算出するために、電解次亜水に強アルカリ水を混合して得られる混合液の吸光度を希釈倍率で補正する処理が行われる。つまり、有効塩素濃度値を算出するための処理が煩雑である。
本発明は、容易に機能水中の次亜塩素酸の濃度を算出することができる機能水濃度センサ及び算出方法を提供する。
本発明の一態様に係る機能水濃度センサは、紫外光を発する光源と、次亜塩素酸、及び、前記次亜塩素酸から解離した次亜塩素酸イオンを含むｐＨが６以上９以下の機能水が入れられる容器であって、前記紫外光が入射する入射窓、及び、前記入射窓から前記容器内に入った前記紫外光が出射する出射窓を有する容器と、前記出射窓と対向する受光面を有し、前記受光面への入射光量に応じて出力信号を出力する受光素子と、信号処理部とを備え、前記信号処理部は、前記出力信号に基づいて前記機能水中の前記次亜塩素酸イオンの濃度を算出し、前記機能水のｐＨ、及び、前記次亜塩素酸の解離定数に基づいて前記機能水中の前記次亜塩素酸及び前記次亜塩素酸イオンの比率を算出し、算出された前記次亜塩素酸イオンの濃度、及び、算出された前記比率に基づいて前記機能水中の前記次亜塩素酸の濃度を算出する。
本発明の一態様に係る算出方法は、機能水濃度センサを用いた機能水中の次亜塩素酸の濃度の算出方法であって、前記機能水濃度センサは、紫外光を発する光源と、前記次亜塩素酸、及び、前記次亜塩素酸から解離した次亜塩素酸イオンを含むｐＨが６以上９以下の前記機能水が入れられる容器であって、前記紫外光が入射する入射窓、及び、前記入射窓から前記容器内に入った前記紫外光が出射する出射窓を有する容器と、前記出射窓と対向する受光面を有し、前記受光面への入射光量に応じて出力信号を出力する受光素子とを備え、前記算出方法は、前記出力信号に基づいて前記機能水中の前記次亜塩素酸イオンの濃度を算出し、前記機能水のｐＨ、及び、前記次亜塩素酸の解離定数に基づいて前記機能水中の前記次亜塩素酸及び前記次亜塩素酸イオンの比率を算出し、算出された前記次亜塩素酸イオンの濃度、及び、算出された前記比率に基づいて前記機能水中の前記次亜塩素酸の濃度を算出する。
本発明によれば、容易に機能水中の次亜塩素酸の濃度を算出することができる機能水濃度センサ及び算出方法が実現される。
以下、実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。また、以下の実施の形態において、略全て又は略一致などの表現を用いている。例えば、略一致は、完全に一致することを意味するだけでなく、実質的に一致する、すなわち、数％程度の誤差を含むことも意味する。他の「略」を用いた表現についても同様である。
（実施の形態１）
［機能水濃度センサの概要］
まず、実施の形態１に係る機能水濃度センサの概要について、図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る機能水濃度センサの構成を示す模式図である。
［機能水濃度センサの概要］
まず、実施の形態１に係る機能水濃度センサの概要について、図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る機能水濃度センサの構成を示す模式図である。
実施の形態１に係る機能水濃度センサ１は、容器２０に入れられた機能水９０の濃度を測定するセンサである。具体的には、機能水濃度センサ１は、機能水９０に紫外光１１を照射し、機能水９０を通過した後の紫外光１１を受光素子３０によって検出することで、機能水９０の濃度を測定する。
機能水９０は、人為的な処理によって再現性のある有用な機能を付与された水溶液の中で、処理と機能とに関して科学的根拠が明らかにされたもの、及び、されようとしているものである。
実施の形態１では、機能水９０は、次亜塩素酸水であり、次亜塩素酸及び次亜塩素酸から解離した次亜塩素酸イオンを含む。また、機能水９０は、ｐＨ調整剤を含み、ｐＨが一定値に制御されている。機能水９０のｐＨは、例えば、６以上９以下の一定値に制御されている。これにより、次亜塩素酸の濃度及び次亜塩素酸イオンの濃度の両方が極端に大きくなること、または、極端に小さくなることが抑制される。機能水濃度センサ１は、例えば、次亜塩素酸を用いて空気の除菌及び脱臭を行う空間清浄機に用いられる。
図１に示すように、機能水濃度センサ１は、光源１０と、容器２０と、受光素子３０と、信号処理部４０と、制御部５０とを備える。なお、図１には示していないが、機能水濃度センサ１は、外光が受光素子３０に入射するのを抑制するために、遮光性を有する筐体の内部に収納されている。この筐体が紫外光１１を吸収する材料によって形成されていれば、筐体により、光源１０が発した紫外光１１のうち入射窓２１に入射されなかった光（すなわち、迷光）を吸収することができる。
以下では、機能水濃度センサ１が備える各構成要素について詳細に説明する。
［光源］
光源１０は、紫外光１１を発する。紫外光１１は、例えば、ピーク波長が３５０ｎｍ以下の光である。紫外光１１の詳細については、後で説明する。
光源１０は、紫外光１１を発する。紫外光１１は、例えば、ピーク波長が３５０ｎｍ以下の光である。紫外光１１の詳細については、後で説明する。
光源１０は、紫外光１１のピーク波長を変更可能であってもよい。具体的には、光源１０は、測定対象である機能水９０に応じて異なるピーク波長を有する紫外光１１を発してもよい。つまり、光源１０は、機能水９０に固有の吸光スペクトルに基づいて予め定められたピーク波長の光を紫外光１１として発してもよい。機能水９０が次亜塩素酸水である場合、光源１０は、ピーク波長が２５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の範囲にある紫外光１１を発する。
光源１０は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子などの固体発光素子であるが、これに限定されない。光源１０は、半導体レーザ、小型の水銀ランプなどでもよい。
光源１０は、容器２０の入射窓２１と対向して配置されている。例えば、光源１０は、入射窓２１に近接して配置されている。近接とは、互いの距離が所定の範囲内であることを意味し、接触している場合も含む。
これにより、光源１０が発した紫外光１１の略全てを入射窓２１に入射させることができる。すなわち、光源１０が発した紫外光１１が容器２０の外部に漏れることが抑制される。光源１０からの紫外光１１は、入射窓２１に対して略垂直に入射する。
［容器］
容器２０は、機能水９０が入れられる容器である。容器２０は、例えば有底円筒又は有底角筒などの有底筒状のセルであるが、特に限定されない。容器２０は、紫外光１１を透過させる２つの透過窓を備える。具体的には、容器２０は、入射窓２１と、出射窓２２とを備える。
容器２０は、機能水９０が入れられる容器である。容器２０は、例えば有底円筒又は有底角筒などの有底筒状のセルであるが、特に限定されない。容器２０は、紫外光１１を透過させる２つの透過窓を備える。具体的には、容器２０は、入射窓２１と、出射窓２２とを備える。
入射窓２１は、光源１０から発せられた紫外光１１が入射する窓である。入射窓２１は、容器２０に形成された開口に設けられた、紫外光１１を透過させる透光部材から形成される。入射窓２１は、例えば、石英ガラス、サファイアガラスなどから形成されている。入射窓２１は、入射面及び出射面が略平面である板状である。入射窓２１には、紫外光１１が略垂直に入射する。具体的には、紫外光１１は、入射窓２１の厚み方向に沿って入射する。つまり、紫外光１１は、入射面の法線方向に入射する。
出射窓２２は、容器２０に入射した紫外光１１が出射する窓である。出射窓２２は、容器２０に形成された開口に設けられた、紫外光１１を透過させる透光部材から形成される。出射窓２２は、例えば、石英ガラス、サファイアガラスなどから形成されている。具体的には、出射窓２２は、入射面及び出射面が略平面である板状である。出射窓２２からは、紫外光１１が略垂直に出射される。具体的には、紫外光１１は、出射窓２２の厚み方向に沿って出射する。つまり、紫外光１１は、出射面の法線方向に出射される。
実施の形態１では、容器２０の本体（具体的には、２つの透過窓以外の部分）は、紫外光１１を遮蔽（吸収又は反射）する材料から形成される。例えば、容器２０の本体は、アクリル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などの樹脂材料、又は、金属材料などから形成される。なお、容器２０全体が紫外光１１に対して透光性を有してもよい。具体的には、容器２０全体が石英ガラスなどによって形成されてもよい。
なお、容器２０は、所定の配管の一部でもよい。具体的には、容器２０内を機能水９０が流れていてもよい。例えば、機能水９０は、容器２０と反応槽（図示せず）との間で循環されてもよい。反応槽は、機能水９０の機能を発揮させるための容器である。例えば、機能水９０が除菌、脱臭などの機能を有する場合、機能水９０は、反応槽内で対象物（例えば、空気などの気体）に接触することで、当該対象物の除菌、脱臭などを行う。この場合、機能水９０が除菌、脱臭などを行いながら、機能水濃度センサ１が機能水９０の濃度を測定することができる。つまり、機能水濃度センサ１を脱臭装置などに組み込んで用いることができる。
［受光素子］
受光素子３０は、出射窓２２と対向する受光面３０ａを有し、出射窓２２を通じて出射される紫外光１１を受光面３０ａを通じて受光する。具体的には、受光素子３０は、受光した紫外光１１を光電変換することで、受光面３０ａへの入射光量に応じた出力信号を生成する。生成された出力信号は、信号処理部４０に出力される。
受光素子３０は、出射窓２２と対向する受光面３０ａを有し、出射窓２２を通じて出射される紫外光１１を受光面３０ａを通じて受光する。具体的には、受光素子３０は、受光した紫外光１１を光電変換することで、受光面３０ａへの入射光量に応じた出力信号を生成する。生成された出力信号は、信号処理部４０に出力される。
受光素子３０は、３８０ｎｍ以下の紫外領域に高い感度を有するフォトダイオードであるが、これに限定されない。受光素子３０は、フォトトランジスタなどでもよい。
受光素子３０は、出射窓２２に近接配置されている。これにより、受光素子３０側に進行する光の略全てを受光することができる。
実施の形態１では、光源１０、容器２０、及び、受光素子３０は、この順で略同一直線上に配置されている。図１に示すように、容器２０の入射窓２１及び出射窓２２も当該直線上に配置されている。これにより、光源１０から発せられた紫外光１１は、最短距離で受光素子３０に到達する。したがって、光源１０から受光素子３０までの間で迷光が発生することが抑制される。
なお、出射窓２２と受光素子３０との間には、紫外光１１を拡散及び波長変換する蛍光体を含有する蛍光体プレートが配置されてもよい。蛍光体プレートによって紫外光１１が可視光に波長変換されれば、受光素子３０として、紫外領域に感度をほとんど有しない汎用の安価な素子を用いることができる。
［信号処理部］
信号処理部４０は、受光素子３０の出力信号を用いた信号処理を行い、機能水９０中の次亜塩素酸の濃度を算出する。信号処理部４０は、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。信号処理部４０は、例えば、マイコン（マイクロコントローラ）などで実現される。次亜塩素酸の濃度の算出方法については後述される。
信号処理部４０は、受光素子３０の出力信号を用いた信号処理を行い、機能水９０中の次亜塩素酸の濃度を算出する。信号処理部４０は、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。信号処理部４０は、例えば、マイコン（マイクロコントローラ）などで実現される。次亜塩素酸の濃度の算出方法については後述される。
［制御部］
制御部５０は、光源１０を制御する制御回路である。制御部５０は、例えば、光源１０の点灯及び消灯を制御する。制御部５０は、紫外光１１の強度及び波長などを制御してもよい。また、制御部５０は、信号処理部４０から出力される機能水９０の濃度の計測結果に基づいて光源１０をフィードバック制御してもよい。例えば、受光素子３０によって検出された受光量が小さすぎる場合、すなわち、機能水９０中の次亜塩素酸イオンの濃度が低すぎる場合には、紫外光１１の強度を強くする、又は、波長を異ならせてもよい。
制御部５０は、光源１０を制御する制御回路である。制御部５０は、例えば、光源１０の点灯及び消灯を制御する。制御部５０は、紫外光１１の強度及び波長などを制御してもよい。また、制御部５０は、信号処理部４０から出力される機能水９０の濃度の計測結果に基づいて光源１０をフィードバック制御してもよい。例えば、受光素子３０によって検出された受光量が小さすぎる場合、すなわち、機能水９０中の次亜塩素酸イオンの濃度が低すぎる場合には、紫外光１１の強度を強くする、又は、波長を異ならせてもよい。
［次亜塩素酸の濃度の算出方法］
次に、信号処理部４０による機能水９０中の次亜塩素酸の濃度の計測方法について説明する。図２は、信号処理部４０による機能水９０中の次亜塩素酸の濃度の計測方法のフローチャートである。
次に、信号処理部４０による機能水９０中の次亜塩素酸の濃度の計測方法について説明する。図２は、信号処理部４０による機能水９０中の次亜塩素酸の濃度の計測方法のフローチャートである。
まず、信号処理部４０は、受光素子３０から出力された電気信号に基づいて、機能水９０中の次亜塩素酸イオンの濃度を算出する（Ｓ１１）。具体的には、信号処理部４０は、電気信号に基づいて紫外光１１の強度を算出し、算出した紫外光１１の強度に基づいて機能水９０の透過度（又は吸光度）を算出する。信号処理部４０は、ランベルト・ベールの法則に基づいて、算出した透過度から機能水９０の濃度を算出する。ランベルト・ベールの法則によれば、媒質に入射する前の光の強度をＩ０、長さＬの媒質を透過した後の光の強度をＩとしたとき、透過度及び吸光度は、以下の（式１）及び（式２）を満たす。
ここで、“ａ”は吸光係数であり、“Ｃ”は媒質のモル濃度である。“Ｌ”は、紫外光１１が透過する媒質（すなわち、機能水９０）の長さ（すなわち、光路長）であり、実施の形態１では、容器２０の入射窓２１から出射窓２２までの距離に相当する。
吸光度は、機能水９０による紫外光１１の吸収率を示しており、値が大きい程、機能水９０による吸収が盛んであることを示している。例えば、吸光度が「１」であれば、紫外光１１の全てが吸収され、吸光度が「０」であれば、紫外光１１は全く吸収されないことを示している。なお、透過度は、機能水９０による紫外光１１の透過率を示している。
機能水９０の吸収ピークを含む所定の範囲内では、吸光度は、紫外光１１を吸収する次亜塩素酸イオンの濃度が高い程大きく、濃度が低い程小さくなる。この関係性に基づいて、信号処理部４０は、機能水９０中の次亜塩素酸イオンの濃度を算出することができる。
なお、信号処理部４０は、紫外光１１の強度と機能水９０中の次亜塩素酸イオンの濃度とを対応付けたテーブルを予めメモリに記憶しており、当該テーブルを参照することで、機能水９０中の次亜塩素酸イオンの濃度を算出してもよい。
次に、信号処理部４０は、機能水９０のｐＨ、及び、次亜塩素酸の解離定数ｐＫａに基づいて機能水９０中の次亜塩素酸及び次亜塩素酸イオンの比率を算出する（Ｓ１２）。機能水９０のｐＨは、解離定数ｐＫａを用いて以下の（式３）で表される。
したがって、機能水９０のｐＨ、及び、次亜塩素酸の解離定数ｐＫａに基づけば、次亜塩素酸及び次亜塩素酸イオンの比率を算出することができる。図３は、ｐＨと次亜塩素酸及び次亜塩素酸イオンの比率との関係を示す図である。次亜塩素酸の解離定数ｐＫａは、７．５４であり、機能水９０のｐＨが解離定数ｐＫａに一致するときには、次亜塩素酸及び次亜塩素酸イオンの比率は、次亜塩素酸５０％、次亜塩素酸イオン５０％となる。
上述のように、実施の形態１では、機能水９０のｐＨは、ｐＨ調整剤によって６以上９以下の一定値に制御されている。例えば、この一定値と、解離定数ｐＫａと、上記（式３）とが信号処理部４０が有するメモリに記憶されていれば、信号処理部４０は、次亜塩素酸及び次亜塩素酸イオンの比率を算出することができる。
次に、信号処理部４０は、ステップＳ１１において算出された次亜塩素酸イオンの濃度、及び、ステップＳ１２において算出された比率に基づいて機能水９０中の次亜塩素酸の濃度を算出する（Ｓ１３）。例えば、次亜塩素酸及び次亜塩素酸イオンの比率が、次亜塩素酸４０％、次亜塩素酸イオン６０％である場合、機能水９０中の次亜塩素酸の濃度は、機能水９０中の次亜塩素酸イオンの濃度×（４０／６０）となる。
このように、機能水濃度センサ１は、機能水９０のｐＨに基づいて機能水９０中の次亜塩素酸の濃度を容易に算出することができる。
［ｐＨ調整剤］
機能水９０に含まれるｐＨ調整剤について説明する。ｐＨ調整剤は、機能水９０のｐＨを６以上９以下の一定値に制御するために機能水９０に添加される。ｐＨ調整剤は、例えば、２種類以上の塩を含む水溶液である。例えば、ｐＨ調整剤の紫外光１１の吸光度は、次亜塩素酸イオンの紫外光１１の吸光度よりも小さい。これにより、上記ステップＳ１１の次亜塩素酸イオンの濃度の算出において、ｐＨ調整剤の紫外光１１の吸収の影響が小さくなるため、次亜塩素酸イオンの濃度の算出の精度を向上することができる。
機能水９０に含まれるｐＨ調整剤について説明する。ｐＨ調整剤は、機能水９０のｐＨを６以上９以下の一定値に制御するために機能水９０に添加される。ｐＨ調整剤は、例えば、２種類以上の塩を含む水溶液である。例えば、ｐＨ調整剤の紫外光１１の吸光度は、次亜塩素酸イオンの紫外光１１の吸光度よりも小さい。これにより、上記ステップＳ１１の次亜塩素酸イオンの濃度の算出において、ｐＨ調整剤の紫外光１１の吸収の影響が小さくなるため、次亜塩素酸イオンの濃度の算出の精度を向上することができる。
また、ｐＨ調整剤は、例えば、次亜塩素酸及び次亜塩素酸イオンのそれぞれとの反応性が低い。これにより、ｐＨ調整剤が含まれることによる、次亜塩素酸の濃度の変動及び次亜塩素酸イオンの濃度の変動が抑制されるため、次亜塩素酸の濃度の算出の精度を向上することができる。ｐＨ調整剤には、次亜塩素酸及び次亜塩素酸イオンのそれぞれとの反応しないものが用いられてもよい。
このように、紫外光１１の吸光度が小さく、かつ、次亜塩素酸及び次亜塩素酸イオンのそれぞれとの反応性が低いｐＨ調整剤としては、リン酸系緩衝剤が例示される。なお、ｐＨ調整剤は、リン酸系緩衝剤に限定されず、適宜選択されて使用されればよい。
ところで、例えば、機能水９０のｐＨが極端に大きく１０を超えると、機能水９０中に含まれる次亜塩素酸イオンの比率が大きくなり、次亜塩素酸イオンの濃度の相対精度も高くなる。しかしながら、機能水９０中に含まれる次亜塩素酸の比率は小さくなるため、次亜塩素酸イオンの濃度に基づいて算出される次亜塩素酸の濃度の相対精度は低くなる。機能水９０のｐＨが極端に小さい場合も同様である。なお、相対精度は、濃度を１としたときのばらつき率で表され、ばらつき率が小さいほど精度が高いことを意味する。
そこで、機能水９０のｐＨは、６以上９以下の一定値に制御されている。図３に示されるように、機能水９０のｐＨが６以上９以下であれば、次亜塩素酸の比率及び次亜塩素酸イオンの比率の両方が極端に小さくなることが抑制される。したがって、次亜塩素酸の濃度の算出精度を高めることができる。
また、例えば、機能水９０のｐＨが次亜塩素酸の解離定数ｐＫａの±１の範囲内であれば、次亜塩素酸の比率、及び、次亜塩素酸イオンの比率がいずれも１０％未満とならない。つまり、機能水９０中に含まれる次亜塩素酸イオンの比率、及び、機能水９０中に含まれる次亜塩素酸の比率がいずれも小さくならないため、次亜塩素酸の濃度の算出精度を高めることができる。理想的には、機能水９０のｐＨは、次亜塩素酸の解離定数ｐＫａに一致しているとよい。
（実施の形態２）
［構成］
以下、実施の形態２に係る機能水濃度センサの構成について、図４を用いて説明する。図４は、実施の形態２に係る機能水濃度センサの構成を示す模式図である。なお、以下の実施の形態２では、実施の形態１との相違点を中心に説明が行われ、既出事項については適宜説明が省略される。
［構成］
以下、実施の形態２に係る機能水濃度センサの構成について、図４を用いて説明する。図４は、実施の形態２に係る機能水濃度センサの構成を示す模式図である。なお、以下の実施の形態２では、実施の形態１との相違点を中心に説明が行われ、既出事項については適宜説明が省略される。
図４に示すように、機能水濃度センサ１ａは、光源１０と、容器２０と、受光素子３０と、信号処理部４０と、制御部５０と、温度計測部６０とを備える。機能水濃度センサ１ａは、温度計測部６０を備える点が機能水濃度センサ１と異なる。
温度計測部６０は、機能水９０の温度を計測する。温度計測部６０は、例えば、サーミスタまたは熱電対などの温度計測素子を有するセンサである。温度計測部６０は、直接または間接に機能水９０の温度を計測できればよく、例えば、非接触型の温度センサであってもよい。
［動作例１］
次に、機能水濃度センサ１ａの動作例１について説明する。図５は、機能水濃度センサ１ａの動作例１のフローチャートである。
次に、機能水濃度センサ１ａの動作例１について説明する。図５は、機能水濃度センサ１ａの動作例１のフローチャートである。
まず、信号処理部４０は、受光素子３０から出力された電気信号に基づいて、機能水９０中の次亜塩素酸イオンの濃度を算出する（Ｓ１１）。
次に、信号処理部４０は、温度計測部６０によって計測された機能水９０の温度に基づいて次亜塩素酸の解離定数ｐＫａを補正する（Ｓ２１）。解離定数ｐＫａは、２５℃環境下では、７．５４であるが、温度に応じて変動する。そうすると、上記（式３）により、ｐＨと次亜塩素酸及び次亜塩素酸イオンの比率との関係についても温度に応じて変動する。図６は、ｐＨと次亜塩素酸及び次亜塩素酸イオンの比率との関係の温度変化を示す図である。
そこで、動作例１では、信号処理部４０は、ステップＳ２１において、機能水９０の温度に応じて解離定数ｐＫａを補正する。例えば、信号処理部４０が有するメモリ内に２５℃環境下における解離定数ｐＫａである７．５４が記憶されている場合、この解離定数ｐＫａを温度に応じて補正する。
続いて、信号処理部４０は、機能水９０のｐＨ、及び、補正された次亜塩素酸の解離定数ｐＫａに基づいて、機能水９０中の次亜塩素酸及び次亜塩素酸イオンの比率を算出する（Ｓ１２）。そして、信号処理部４０は、算出された次亜塩素酸イオンの濃度、及び、算出された比率に基づいて機能水９０中の次亜塩素酸の濃度を算出する（Ｓ１３）。
このように、機能水９０の温度に基づいて次亜塩素酸の解離定数ｐＫａが補正されることで、機能水９０中の次亜塩素酸の濃度の算出精度を高めることができる。
［動作例２］
次に、機能水濃度センサ１ａの動作例２について説明する。図７は、機能水濃度センサ１ａの動作例２のフローチャートである。
次に、機能水濃度センサ１ａの動作例２について説明する。図７は、機能水濃度センサ１ａの動作例２のフローチャートである。
まず、信号処理部４０は、受光素子３０から出力された電気信号に基づいて、機能水９０中の次亜塩素酸イオンの濃度を算出する（Ｓ１１）。
次に、信号処理部４０は、温度計測部６０によって計測された機能水９０の温度に基づいて機能水９０のｐＨを補正する（Ｓ３１）。上述のように、機能水９０のｐＨは、ｐＨ調整剤によって一定値に制御されているが、この場合のｐＨは、基準温度（例えば、２５℃）から温度が変化することにより変動する。
そこで、動作例２では、信号処理部４０は、ステップＳ３１において、機能水９０の温度に応じてｐＨを補正する。例えば、信号処理部４０が有するメモリ内に２５℃環境下における機能水９０のｐＨが記憶されている場合、このｐＨを温度に応じて補正する。
続いて、信号処理部４０は、補正された機能水９０のｐＨ、及び、次亜塩素酸の解離定数ｐＫａに基づいて、機能水９０中の次亜塩素酸及び次亜塩素酸イオンの比率を算出する（Ｓ１２）。そして、信号処理部４０は、算出された次亜塩素酸イオンの濃度、及び、算出された比率に基づいて機能水９０中の次亜塩素酸の濃度を算出する（Ｓ１３）。
このように、機能水９０の温度に基づいて機能水９０のｐＨが補正されることで、機能水９０中の次亜塩素酸の濃度の算出精度を高めることができる。
［変形例］
なお、動作例１及び動作例２は、組み合わされてもよい。つまり、信号処理部４０は、機能水９０の温度に基づいて、次亜塩素酸の解離定数ｐＫａ、及び、機能水９０のｐＨの両方を補正し、補正された機能水９０のｐＨ、及び、補正された次亜塩素酸の解離定数ｐＫａに基づいて、機能水９０中の次亜塩素酸及び次亜塩素酸イオンの比率を算出してもよい。
なお、動作例１及び動作例２は、組み合わされてもよい。つまり、信号処理部４０は、機能水９０の温度に基づいて、次亜塩素酸の解離定数ｐＫａ、及び、機能水９０のｐＨの両方を補正し、補正された機能水９０のｐＨ、及び、補正された次亜塩素酸の解離定数ｐＫａに基づいて、機能水９０中の次亜塩素酸及び次亜塩素酸イオンの比率を算出してもよい。
また、機能水濃度センサ１ａは、温度計測部６０に代えて、機能水９０の温度を基準温度に保つ温度調整器を備えてもよい。これにより、信号処理部４０は、次亜塩素酸の解離定数ｐＫａ、及び、機能水９０のｐＨを補正することなく機能水９０中の次亜塩素酸の濃度の算出精度を高めることができる。
（実施の形態３）
［構成］
上記実施の形態１及び実施の形態２では、機能水９０のｐＨは、ｐＨ調整剤によって制御されていたが、機能水９０にｐＨ調整剤が含まれることは必須ではない。上記実施の形態１及び実施の形態２で説明された次亜塩素酸の濃度の算出方法は、機能水９０のｐＨが取得できれば実施可能である。例えば、機能水濃度センサ１は、さらに、機能水９０のｐＨを計測するｐＨ計測部を備えてもよい。図８は、このような実施の形態３に係る機能水濃度センサの構成を示す模式図である。
［構成］
上記実施の形態１及び実施の形態２では、機能水９０のｐＨは、ｐＨ調整剤によって制御されていたが、機能水９０にｐＨ調整剤が含まれることは必須ではない。上記実施の形態１及び実施の形態２で説明された次亜塩素酸の濃度の算出方法は、機能水９０のｐＨが取得できれば実施可能である。例えば、機能水濃度センサ１は、さらに、機能水９０のｐＨを計測するｐＨ計測部を備えてもよい。図８は、このような実施の形態３に係る機能水濃度センサの構成を示す模式図である。
図８に示すように、機能水濃度センサ１ｂは、光源１０と、容器２０と、受光素子３０と、信号処理部４０と、制御部５０と、ｐＨ計測部７０とを備える。機能水濃度センサ１ｂは、ｐＨ計測部７０を備える点が機能水濃度センサ１と異なる。
ｐＨ計測部７０は、機能水９０のｐＨを計測する。ｐＨ計測部７０は、例えば、ガラス電極方式のｐＨメータであるが、その他のｐＨメータであってもよい。
機能水濃度センサ１ｂにおいては、信号処理部４０は、計測された機能水９０のｐＨ、及び、次亜塩素酸の解離定数ｐＫａに基づいて、機能水９０中の次亜塩素酸及び次亜塩素酸イオンの比率を算出する。
このように、機能水９０にｐＨ調整剤が含まれなくても、機能水９０のｐＨを用いて次亜塩素酸の濃度を算出することができる。なお、ｐＨ計測部７０は、ｐＨ調整剤を含む機能水９０のｐＨを計測してもよい。
（まとめ）
以上説明したように、機能水濃度センサ１は、紫外光１１を発する光源１０と、次亜塩素酸、及び、次亜塩素酸から解離した次亜塩素酸イオンを含むｐＨが６以上９以下の機能水９０が入れられる容器であって、紫外光１１が入射する入射窓２１、及び、入射窓２１から容器２０内に入った紫外光１１が出射する出射窓２２を有する容器２０と、出射窓２２と対向する受光面３０ａを有し、受光面３０ａへの入射光量に応じて出力信号を出力する受光素子３０と、信号処理部４０とを備える。信号処理部４０は、出力信号に基づいて機能水９０中の次亜塩素酸イオンの濃度を算出し、機能水９０のｐＨ、及び、次亜塩素酸の解離定数ｐＫａに基づいて機能水９０中の次亜塩素酸及び次亜塩素酸イオンの比率を算出し、算出された次亜塩素酸イオンの濃度、及び、算出された比率に基づいて機能水９０中の次亜塩素酸の濃度を算出する。
以上説明したように、機能水濃度センサ１は、紫外光１１を発する光源１０と、次亜塩素酸、及び、次亜塩素酸から解離した次亜塩素酸イオンを含むｐＨが６以上９以下の機能水９０が入れられる容器であって、紫外光１１が入射する入射窓２１、及び、入射窓２１から容器２０内に入った紫外光１１が出射する出射窓２２を有する容器２０と、出射窓２２と対向する受光面３０ａを有し、受光面３０ａへの入射光量に応じて出力信号を出力する受光素子３０と、信号処理部４０とを備える。信号処理部４０は、出力信号に基づいて機能水９０中の次亜塩素酸イオンの濃度を算出し、機能水９０のｐＨ、及び、次亜塩素酸の解離定数ｐＫａに基づいて機能水９０中の次亜塩素酸及び次亜塩素酸イオンの比率を算出し、算出された次亜塩素酸イオンの濃度、及び、算出された比率に基づいて機能水９０中の次亜塩素酸の濃度を算出する。
これにより、機能水濃度センサ１は、機能水９０のｐＨに基づいて容易に機能水９０中の次亜塩素酸の濃度を算出することができる。
また、機能水濃度センサ１ａは、さらに、機能水９０の温度を計測する温度計測部６０を備える。信号処理部４０は、次亜塩素酸の解離定数ｐＫａを、計測された機能水９０の温度に基づいて補正し、機能水９０のｐＨ、及び、補正された次亜塩素酸の解離定数に基づいて上記比率を算出する。
このように、機能水９０の温度に基づいて次亜塩素酸の解離定数ｐＫａが補正されることで、機能水９０中の次亜塩素酸の濃度の算出精度を高めることができる。
また、例えば、機能水９０のｐＨは、次亜塩素酸の解離定数ｐＫａの±１以内である。
これにより、機能水９０中に含まれる次亜塩素酸イオンの比率、及び、機能水９０中に含まれる次亜塩素酸の比率がいずれも小さくなり過ぎないため、次亜塩素酸の濃度の算出精度を高めることができる。
また、例えば、機能水９０は、ｐＨ調整剤を含む。
これにより、機能水濃度センサ１は、ｐＨ調整剤によって一定値に保たれた機能水９０のｐＨを用いて次亜塩素酸の濃度を算出することができる。
また、機能水濃度センサ１ａは、さらに、機能水９０の温度を計測する温度計測部６０を備える。信号処理部４０は、機能水９０のｐＨを、計測された機能水９０の温度に基づいて補正し、補正された機能水９０のｐＨ、及び、次亜塩素酸の解離定数ｐＫａに基づいて上記比率を算出する。
このように、機能水９０の温度に基づいて機能水９０のｐＨが補正されることで、機能水９０中の次亜塩素酸の濃度の算出精度を高めることができる。
また、例えば、ｐＨ調整剤の紫外光１１の吸光度は、次亜塩素酸イオンの紫外光１１の吸光度よりも小さい。
これにより、次亜塩素酸イオンの濃度の算出において、ｐＨ調整剤の紫外光１１の吸収の影響が小さくなるため、次亜塩素酸イオンの濃度の算出の精度を向上することができる。
また、例えば、ｐＨ調整剤は、次亜塩素酸及び次亜塩素酸イオンのそれぞれとの反応性が低い。
これにより、ｐＨ調整剤が含まれることによる、次亜塩素酸の濃度の変動及び次亜塩素酸イオンの濃度の変動が抑制されるため、次亜塩素酸の濃度の算出の精度を向上することができる。
また、例えば、ｐＨ調整剤は、リン酸系緩衝剤である。
リン酸系緩衝剤は、次亜塩素酸イオンが吸収する紫外光１１をほとんど吸収しないため、次亜塩素酸イオンの濃度の算出において、ｐＨ調整剤の紫外光１１の吸収の影響が小さくなる。このため、次亜塩素酸イオンの濃度の算出の精度を向上することができる。
また、機能水濃度センサ１ｂは、さらに、機能水９０のｐＨを計測するｐＨ計測部７０を備える。信号処理部４０は、計測された機能水９０のｐＨ、及び、次亜塩素酸の解離定数ｐＫａに基づいて上記比率を算出する。
これにより、機能水９０にｐＨ調整剤が含まれなくても、機能水９０のｐＨを用いて次亜塩素酸の濃度を算出することができる。
また、機能水濃度センサ１を用いた機能水９０中の次亜塩素酸の濃度の算出方法は、機能水濃度センサ１が備える受光素子３０の出力信号に基づいて機能水中の次亜塩素酸イオンの濃度を算出し、機能水９０のｐＨ、及び、次亜塩素酸の解離定数ｐＫａに基づいて機能水９０中の次亜塩素酸及び次亜塩素酸イオンの比率を算出し、算出された次亜塩素酸イオンの濃度、及び、算出された比率に基づいて機能水９０中の次亜塩素酸の濃度を算出する。
このような算出方法は、機能水９０のｐＨに基づいて容易に機能水９０中の次亜塩素酸の濃度を算出することができる。
（その他の実施の形態）
以上、実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
以上、実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
上記実施の形態では、機能水として次亜塩素酸水が例示された。しかしながら、上記実施の形態に係る機能水濃度センサは、オゾン水などの他の機能水の濃度を計測するセンサとして用いられてもよい。例えば、機能水濃度センサは、酸、及び、当該酸から解離した陰イオンを含む機能水を対象としたセンサであってもよい。この場合、陰イオンが可視光または赤外光を吸収するのであれば、機能水濃度センサは、紫外光ではなく可視光または赤外光を発する光源を備えてもよい。
また、上記実施の形態では、光源、容器、光拡散板、及び、受光素子は、この順で略同一直線上に配置されていたが、例えば、光路上に反射部材が配置されれば、これらの構成要素を略同一直線上に配置しないことも可能である。
また、上記の実施の形態では、容器の外部に光源及び受光素子が配置されたが、これに限らない。例えば、光源が入射窓に取り付けられていてもよい。すなわち、光源の発光面が容器内に露出していてもよい。
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
１、１ａ、１ｂ 機能水濃度センサ
１０ 光源
１１ 紫外光
２０ 容器
２１ 入射窓
２２ 出射窓
３０ 受光素子
３０ａ 受光面
４０ 信号処理部
６０ 温度計測部
７０ ｐＨ計測部
９０ 機能水
１０ 光源
１１ 紫外光
２０ 容器
２１ 入射窓
２２ 出射窓
３０ 受光素子
３０ａ 受光面
４０ 信号処理部
６０ 温度計測部
７０ ｐＨ計測部
９０ 機能水
Claims (7)
- 紫外光を発する光源と、
次亜塩素酸、及び、前記次亜塩素酸から解離した次亜塩素酸イオンを含むｐＨが６以上９以下の機能水が入れられる容器であって、前記紫外光が入射する入射窓、及び、前記入射窓から前記容器内に入った前記紫外光が出射する出射窓を有する容器と、
前記出射窓と対向する受光面を有し、前記受光面への入射光量に応じて出力信号を出力する受光素子と、
信号処理部とを備え、
前記信号処理部は、
前記出力信号に基づいて前記機能水中の前記次亜塩素酸イオンの濃度を算出し、
前記機能水のｐＨ、及び、前記次亜塩素酸の解離定数に基づいて前記機能水中の前記次亜塩素酸及び前記次亜塩素酸イオンの比率を算出し、
算出された前記次亜塩素酸イオンの濃度、及び、算出された前記比率に基づいて前記機能水中の前記次亜塩素酸の濃度を算出し、
前記機能水のｐＨは、前記次亜塩素酸の解離定数の±１以内であり、
前記機能水は、ｐＨ調整剤を含む
機能水濃度センサ。 - さらに、前記機能水の温度を計測する温度計測部を備え、
前記信号処理部は、
前記次亜塩素酸の解離定数を、計測された前記機能水の温度に基づいて補正し、
前記機能水のｐＨ、及び、補正された前記次亜塩素酸の解離定数に基づいて前記比率を算出する
請求項１に記載の機能水濃度センサ。 - さらに、前記機能水の温度を計測する温度計測部を備え、
前記信号処理部は、
前記機能水のｐＨを、計測された前記機能水の温度に基づいて補正し、
補正された前記機能水のｐＨ、及び、前記次亜塩素酸の解離定数に基づいて前記比率を算出する
請求項１または２に記載の機能水濃度センサ。 - 前記ｐＨ調整剤の前記紫外光の吸光度は、前記次亜塩素酸イオンの前記紫外光の吸光度よりも小さい
請求項１〜３のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。 - 前記ｐＨ調整剤は、前記次亜塩素酸及び前記次亜塩素酸イオンのそれぞれとの反応性が低い
請求項１〜４のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。 - 前記ｐＨ調整剤は、リン酸系緩衝剤である
請求項４または５に記載の機能水濃度センサ。 - 機能水濃度センサを用いた機能水中の次亜塩素酸の濃度の算出方法であって、
前記機能水濃度センサは、
紫外光を発する光源と、
前記次亜塩素酸、及び、前記次亜塩素酸から解離した次亜塩素酸イオンを含むｐＨが６以上９以下の前記機能水が入れられる容器であって、前記紫外光が入射する入射窓、及び、前記入射窓から前記容器内に入った前記紫外光が出射する出射窓を有する容器と、
前記出射窓と対向する受光面を有し、前記受光面への入射光量に応じて出力信号を出力する受光素子とを備え、
前記算出方法は、
前記出力信号に基づいて前記機能水中の前記次亜塩素酸イオンの濃度を算出し、
前記機能水のｐＨ、及び、前記次亜塩素酸の解離定数に基づいて前記機能水中の前記次亜塩素酸及び前記次亜塩素酸イオンの比率を算出し、
算出された前記次亜塩素酸イオンの濃度、及び、算出された前記比率に基づいて前記機能水中の前記次亜塩素酸の濃度を算出し、
前記機能水のｐＨは、前記次亜塩素酸の解離定数の±１以内であり、
前記機能水は、ｐＨ調整剤を含む
算出方法。
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