(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体本体供給部路（15）に沿って流れる流体を処理するシステムであって、
上記流体本体供給部内に、投与点にて第１化学薬品の投与（Ａ）を上記流体に添加するための第１投与手段（60）と、
上記投与点の下流側となる本体流体供給部路の点から上記流体のサンプル流れを取り出すための手段（20）と、
上記サンプル流れを受け入れように構成された流動電流検出器（SCD）（10）と、
上記第１化学薬品の投与を、上記SCDの出力に応じて制御するようになっている手段（62、70）とを有し、
特徴として、
第２投与手段（68）が、第２化学薬品の投与（75）を上記サンプル流れに添加するために設けられ、
フィードバックコントロールループ（64）が、上記第２投与手段と、上記SCD出力が入力され、かつ、上記第２投与手段を上記SCD出力に応じて制御するように構成されたサンプルへの投与のためのコントローラ（66）とを含むように設けられている流体処理システム。
【請求項２】
上記サンプルへの投与のためのコントローラ（66）は、上記フィードバックループにおける第２投与手段（68）と、第１投与手段との双方を制御するように構成され、
手段（70）は、上記サンプルへの投与のためのコントローラからの出力に応じて上記第１投与手段を自動的に制御するように設けられている請求項１記載の流体処理システム。
【請求項３】
上記SCD（10）は、その入口（32）から、上記流体の流れが受け入れられ、上記SCD内に形成された、貫通した流路（33）を介して、上記SCDの出口（34）に運ばれるようになっている請求項１または２記載の流体処理システム。
【請求項４】
上記SCDは、上記流体本体供給部から取り出された上記サンプルの連続的な流れを受け入れるように構成されている請求項３記載の流体処理システム。
【請求項５】
上記第１および第２の投与手段は、化学薬品投与（Ａ）を上記流体本体供給部路（15）内に導入し、また、上記サンプル流れ内に第２化学薬品の投与（Ｂ）を導入するための投与用ポンプ（60、68）を、それぞれ、有する請求項１ないし４の何れか一つに記載の流体処理システム。
【請求項６】
上記SCDは、ピストンを受容するボディ（39）が上記の貫通した流路の一端に設けられ、ピストン（42）が、上記ボディの内腔内を往復可能に、かつ、上記流路の流体の流れから上記内腔へ流体サンプルを繰り返し取り出すようになっており、各電極（50,51）が、上記流体サンプルの電荷状態を表す出力信号を生成するために、上記内腔の軸に沿って互いに離間し、かつ、上記流体サンプルに露出するように設けられている請求項３または４に記載の流体処理システム。
【請求項７】
流動電流検出器（SCD）（10）が、化学薬品（Ａ）の投与された流体本体の流れに続いた位置となる流体本体供給部（15）からのサンプル（20）を受け入れ、上記流体本体への投与量は上記SCDの出力に応じて制御され、
フィードバックコントロールループ（64）において上記SCD出力が制御されている条件下にて、第２化学薬品（Ｂ）の投与が上記サンプルに添加され、
上記SCD（10）からの信号は、上記フィードバックループにおける、サンプルへの投与のためのコントローラ（66）と、かつ、上記流体本体への投与量の制御とに用いられる流体処理方法。
【請求項８】
流体本体への第１化学薬品の投与と、第２化学薬品の投与とは、同一の化学薬品が用いられる請求項７に記載の流体処理方法。
【請求項９】
サンプルへの投与のためのコントローラ（66）は、上記フィードバックコントロールループによる第２化学薬品の投与と、上記サンプルへの投与のためのコントローラの出力が入力される自動制御の手段（70）による流体本体への投与との双方を制御するために用いられる請求項７または８に記載の流体処理方法。
【請求項１０】
上記自動制御の手段（70）は、上記のサンプルへの投与のためのコントローラの出力により表されるような、サンプル流れにおける陽イオン要求から、流体本体の流れと流体サンプルの流れのそれぞれの各流速の比に応じた、流体本体供給部の陽イオン要求を自動的に決定する請求項９に記載の流体処理システム。
【請求項１１】
流体本体供給部路（15）に沿って流れる流体を処理するシステムであって、
上記流体本体供給部内に、投与点にて第１化学薬品の投与（Ａ）を上記流体に添加するための第１投与手段（60）と、
上記投与点の下流側となる本体流体供給部路の点から上記流体のサンプル流れを取り出すための手段（20）と、
上記サンプル流れを受け入れように構成された流動電流検出器（SCD）（10）と、
上記第１化学薬品の投与を、上記SCDの出力に応じて制御するようになっている手段（62、70）とを有し、
特徴として、
第２投与手段（68）が、第２化学薬品の投与（75）を上記サンプル流れに添加するために設けられ、
フィードバックコントロールループ（64）が、上記第２投与手段と、上記SCD出力が入力され、かつ、上記第２投与手段を上記SCD出力に応じて制御するように構成されたサンプルへの投与のためのコントローラ（66）とを含むように設けられ、
上記SCD（10）は、その入口（32）から、上記流体の流れが受け入れられ、上記SCD内に形成された、貫通した流路（33）を介して、上記SCDの出口（34）に運ばれるようになっており、
上記第１および第２の投与手段は、化学薬品投与（Ａ）を上記流体本体供給部路（15）内に導入し、また、上記サンプル流れ内に第２化学薬品の投与（Ｂ）を導入するための投与用ポンプ（60、68）を、それぞれ、有し、
上記SCDは、ピストンを受容するボディ（39）が上記の貫通した流路の一端に設けられ、ピストン（42）が、上記ボディの内腔内を往復可能に、かつ、上記流路の流体の流れから上記内腔へ流体サンプルを繰り返し取り出すようになっており、各電極（50、51）が、上記流体サンプルの電荷状態を表す出力信号を生成するために、上記内腔の軸に沿って互いに離間し、かつ、上記流体サンプルに露出するように設けられている流体処理システム。
【発明の詳細な説明】
本発明は、例えば、流体サンプル中の電荷（charge）を測定するための、流動電流検出器（streaming current detector）（SCD）などの装置を有する流体処理システムに関する。本発明は、互いに離間した微細な各粒状物の懸濁液が、凝集剤の添加により凝結される製紙分野に用いられる。上記凝集剤の投与量については、電荷測定装置の測定結果に基づき制御される。
流動電流検出器（SCD）は、水などの流体における電荷状態を検出するために用いられる装置であり、この電荷検出により得られたデータは、種々な水の処理工程に対するモニターおよび制御に用いることが可能となっている。
一般に、流動電流と呼ばれる原理を用いた多くの装置は、ここ数年来改良されてきており、その一例として本発明者らの英国特許第2235782号公報に示され、また、本願に添付した図面の図１に図示したものを挙げることができる。
図１に示された検出セル10は、その入口32にて流体本体供給部15からのサンプル供給部ライン20を通して取り出された流体サンプルを受け入れるようになっている。その流体サンプルは、貫通する流路の形態となっているサンプル室33に導入され、サンプルの測定用セル38を通過し、流体出口34を介して外部に排出される。
ピストン42が、絶縁体39の内腔内を図示しないモータにより往復動作するように設けられている。ピストン42は、流体サンプルの流れから流体のサンプルを少量ずつ測定用セル38内にサンプル室33を介して下降させて繰り返し取り出すようになっている。そのサンプルから得られた電荷の測定は、上記絶縁体39内の内腔の円筒状の内壁に設定された、環状の各電極51、50間にてなされる。
上記の流動電流検出の一般的な原理は、往復移動するピストンと、絶縁体の内腔に往復移動可能に受け入れられたピストンに設けられた互いに離間した各電極とを用いたものであり、流動電流検出器に関する数多くの生産者によって用いられている。
図２に示す流体処理システムでは、化学薬品Ａが上述の流動電流検出セルに供給されるサンプルに対し含まれている。上記化学薬品Ａは、液体を凝結や凝集させるように、流体本体供給部を処理するために用いられ、流体本体供給部15からのサンプル供給部ライン20の取り出し口に対し、上流側となる流体本体供給部15に添加されるものである。
この化学薬品は、顕著なバックグラウンド電荷量を与えるものである。上記SCDセル10からの出力信号は、上記化学薬品の投与量の制御装置におけるフードバックとして用いられ、よって、上記バックグラウンド電荷により主に決定されるものとなる。
簡単な流体処理システムのブロック図は、図２に与えられている。上記化学薬品は流体本体に添加されている場合、サンプル供給部の流体の特性は、化学薬品の添加と流体サンプルの特性との双方に基づく電荷を結果として測定する流動電流検出器により決定される。上記化学薬品Ａの投与量が予め設定されているとき、その投与量に関連した予め設定された値からの出力信号のいかなる変動も、流体サンプルの特性における変動にのみ基づくものとすることが可能となる。したがって、このようなときでは、上記化学薬品の投与速度を変動に合わせて調整することができる。
このようなシステムの自動化は、図３に示された手法にて達成される。図３に示したシステムでは、SCD10からの信号11は、プロセスコントローラ54に接続されている。上記プロセスコントローラ54は変化する流体サンプルの特性をモニターし、流体本体への化学薬品の添加量を調整することにより、上記SCD信号を予め設定された設定値に回復させるためのものである。
このようなシステムにて用いられる上記フィードバック制御技術（図３に示した構成参照）は、現時点において、多くの凝結制御システムにおいて用いられている。
流体に対するモニターと処理に関するこのようなフィードバックテクニックは、比較的単純なシステムに用いた場合有効なものにできる。このような比較的単純なシステムとしては、供給されたサンプルにおける電荷レベルに対し顕著に影響する因子が、化学薬品の添加以外に無い、例えば、水供給／精製プラントが挙げられる。
一方、上記システムの有効性は、より複雑な応用例については極めて顕著に減少する。そのような応用例としては、例えば、製紙業や、下水処理業が挙げられる。
このような応用例では、数多くの他の影響因子や化学薬品が、検出のための試験下に供給された流体、例えば製紙原料流体に対し影響する。上記他の影響因子や化学薬品は、供給されるサンプルの電荷状態に対し極めて大きく影響するので、全体としての電荷状態に対する、顕著な化学薬品Ａ（凝集や凝結のための）の影響を越えてしまう。
上記SCDセルは、電荷状態の変動の原因の相違点を区別できないので、上記SCDセルの出力信号は、自動化されている上記フィードバックループを通して、流体本体供給部における実際必要としている投与量に対し、無関係な化学薬品Ａの投与量の変更を示すことがある。
本発明は、上記問題を軽減することを意図しており、結果として、流体処理システムを提供するものである。上記流体処理システムは、流動電流検出器（SCD）が、化学薬品の投与された流体本体供給部の下流側からのサンプルを受け入れるように構成され、かつ、上記SCDの出力に応じて上記流体本体への化学薬品の投与量が制御されており、フィードバックコントロールループでの上記SCD出力が制御されている状態下において、第２化学薬品の投与が上記サンプルに添加され、また、上記SCDからの信号は、上記フィードバックにおけるサンプル投与のためのコントローラに供給され、かつ、上記流体本体への化学薬品の投与量の制御に用いられている。
上記第２化学薬品の投与が、上記サンプルに添加されているので、第２化学薬品の投与の効果は、上記SCDにより直接的に検出される。それゆえ、上記SCD信号の設定値への回復が、上記サンプルへの第２化学薬品の投与量の正確なレベルから結果として確実化することができる。
本願にて記載した各実施例では、サンプル側投与コントローラ（上記SCD出力から制御・調節された出力）は、第２化学薬品の投与と流体本体への投与との双方を制御するために用いられている。
上記流体本体への投与量がSCDの制御信号を用いて自動的に制御されるシステムにおいては、上記流体本体に供給される化学薬品の投与量を、上記SCDの制御出力信号の変動に比例して調整することができる。上記変動は、上記SCDにおける設定値を、再度、確立するため、第２化学薬品の投与量における必要とされる変更値を表している。
供給される上記流体のサンプルは、上記SCDセルを連続的に通過して流れる流体流れの形態であることが好ましい。
場合によっては、本体側への化学薬品と第２化学薬品との投与においては互いに同一の化学薬品が用いられて実行される。
本発明の好ましい各実施例について、添付した各図面を参照した例に基づいて説明すると、まず、各図面では、
図１は、供給される流体サンプルをモニターするための、本願発明者らの英国特許第2235782号公報に対応したSCDセルの使用を示すものであり、
図２は、上記SCDセルを公知の手法にて用いた、シンプルな流体処理システムを示すものであり、
図３は、上記SCDセルを用いた、公知の自動化された流体処理システムを示すものであり、
図４は、マニュアル（手動）による流体本体への投与量制御を備え、上記セルを用いた本発明に係る流体処理システムを示すものであり、
図５は、自動化による流体本体への投与量制御を備え、上記セルを用いた本発明に係る他の流体処理システムを示すものである。
最初に、参照した図４では、図１ないし図３において用いられた各参照番号は、対応する同一機能を有する構成に対して同一の参照番号が用いられている。流体処理システム１は、例えば、製紙用機械への製紙原料供給部や、下水処理システムおける流出水路といった流体本体供給部15に対し適用されている。サンプル供給ライン20が、前述したように、流体本体供給部15からSCDセル10へと流体サンプルを導入するように設けられている。上記SCDセル10に関する構造および動作に対する、さらに詳しい説明については、本願において前述しており、ここでは不必要と考えられた。
繰り返すが、化学薬品Ａは、懸濁粒子を含む流体を凝集や凝結するために流体本体に投与されるものであり、流体本体供給部15におけるサンプル供給ライン20の取り出し口の上流側となる流体本体供給部15内に導入されるようになっている。この格別な実施例では、投与される上記化学薬品Ａを添加するための投与用ポンプ60が、マニュアル式制御ユニット62によりマニュアル添加するように設けられている。
その上、第２化学薬品が、上記SCDセル10の上流側となるサンプル供給ライン20に対し直接的に投与されて添加されるようになっている。上記第２化学薬品は、化学薬品Ｂとして参照され、化学薬品Ａと同一の化学薬品であってもよく、また、凝集剤でもある。
上記SCDセル10からの出力信号11は、フィードバック制御ループ64に設けられたコントローラ66に対し入力され、第２投与用ポンプ68により流体サンプルに供給される化学薬品Ｂの投与量を制御するようになっている。
上記コントローラ66は、所望される電荷状態に対応した、内部に予め設定された設定値に上記信号11を維持するように、第２化学薬品の投与量が制御されるように構成されている。そのような所望される電荷状態としては、等電位ゼロのような従来公知の電荷ゼロ状態を挙げることができる。
それゆえ、上記第２化学薬品の投与速度（dosing rate）は、電荷を有する流体サンプルにおける電荷状態の中和を達成するように設定されており、上記SCD出力から制御（調節）された出力（上記コントローラ66からの出力）は、全体としての電荷状態の測定、または、上記流体サンプル供給部における陽イオン要求の測定のためのものとなる。
その上、化学薬品Ｂの投与量が予め設定されているので、上記信号11の変動は、流体サンプルにおける電荷状態の変化を表し、よって、流体本体供給部における流体の電荷状態の変化を表すものとなる。また、化学薬品Ａの投与量は予め設定されていることから、上記流体本体供給部における流体の電荷状態の変化は、上記電荷状態（流体本体の流れにおける陽イオン要求）に対する他の影響因子、例えば他の添加剤の投与量レベルの変動などに基づくものとなる。
上記フィードバック制御ループ64は、流体サンプル供給部において、上記SCD自身に対して動作するので、化学薬品Ｂの投与効果は、上記SCDにより直接的に観察されるので、流体サンプル供給部における陽イオン要求を充足させるために、要求された化学薬品Ｂの正確なレベルに基づいて上記SCDからの信号を設定値に回復させることが結果として得られることを確実化できる。
流体本体および流体サンプルにおける各流速と、化学薬品Ｂの投与速度（流体サンプルにおける陽イオン要求に応じた）を検知することにより、流速比を用いて流体本体における陽イオン要求を算出し、その後、このパラメータを、マニュアル制御ユニット62によって上記ポンプ60のマニュアル制御に適用することが簡便な方法となる。
流体本体供給部への凝集／凝結のための化学薬品Ａの効果は、流体本体における陽イオン要求に極めて大きく依存しているので、流体本体における陽イオン要求は、上記流体本体における化学薬品の投与量に関して、変動する第１の制御因子となる。制御のための換算は、この流体本体の流れの陽イオン要求を、流体本体での化学薬品の投与速度に相関するように予め設定されている。
図４に示した第１の実施例に記載の流体処理システムの自動化は、図５に示すように、換算部コントローラ70を追加することにより達成される。上記換算部コントローラ70は、前記のSCDのためのフィードバックループコントローラ66からの出力を、上記投与用ポンプ68への入力と同様に取り出し、前述の流体本体の流速と流体サンプルとの各流速の比により、自動的に、流体本体の流れにおける陽イオン要求を設定するのに応じて投与速度をスケールアップし、流体本体側の投与用ポンプ60を適切に制御するようになっている。
上記記載の各実施例では、流体の電荷状態について他の影響因子を有する、複雑な流体処理システムにおいて、凝集／凝固のための添加剤の適切な制御を達成することが可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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