(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本管を流れる水に、自己分解によりガスが発生する薬液を注入する薬液注入装置において、
薬液槽に貯留された薬液を前記本管に注入するダイヤフラムポンプと、
前記ダイヤフラムポンプにより前記本管に注入される前記薬液の流量を検出する第１流量センサと、
前記本管を流れる水の流量を検出する第２流量センサと、
前記第１流量センサ及び前記第２流量センサにより検出された流量から、前記水に注入された前記薬液の濃度を算出するとともに、前記算出された薬液の濃度を目標の濃度とするために、前記ダイヤフラムポンプから注入される薬液の量を制御する制御装置と、
外気温、前記薬液槽の温度又は前記薬液槽に貯留された前記薬液の温度を検出可能なサーミスタと、
前記薬液の自己分解によりガスの発生が増加する所定の温度を閾値として記憶する記憶部と、を備え、
前記ダイヤフラムポンプは、
回転軸を有するステッピングモータと、
回転軸に設けられた偏心カムと、
前記偏心カムの回転により往復動するピストンと、
ポンプ室を有するポンプケーシングと、
前記ポンプ室内に設けられ、前記ピストンの往復動により前記ポンプ室内の体積を変化させるダイヤフラムと、
を具備し、
前記制御装置は、前記サーミスタにより検出した温度が前記閾値となると、前記薬液を注入する回転速度よりも高い回転速度で所定の時間前記ステッピングモータを駆動することを特徴とする薬液注入装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記目標の濃度とするために前記薬液を注入する回転速度よりも高い回転速度で所定の時間駆動後、前記目標の濃度とするために前記薬液を注入する回転速度よりも低い回転速度で所定の時間前記ステッピングモータを駆動することを特徴とする請求項１に記載の薬液注入装置。
【請求項３】
前記水に注入された前記薬液の濃度を検出する濃度測定装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記算出した前記薬液の濃度と、前記濃度測定装置で検出された前記薬液の濃度に差が生じたときに、前記濃度測定装置で検出された前記薬液の濃度に基づいて前記ダイヤフラムポンプを駆動することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の薬液注入装置。
【請求項４】
前記薬液は次亜塩素酸ナトリウムであることを特徴とする請求項１に記載の薬液注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管を流れる水にダイヤフラムポンプを用いて薬液を注入する薬液注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
井戸水に含有される鉄やマンガンイオン等を濾過装置により濾過すると共に、薬液注入装置により薬液を注入することで井戸水の除菌を行い、井戸水を飲料水等に利用する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
薬液注入装置は、ダイヤフラムポンプを用いて薬液である次亜塩素酸ナトリウムを井戸水中に注入することで、井戸水の除菌を行うとともに、井戸水中に含有される鉄を析出させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−８１９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した薬液注入装置では、以下の問題があった。即ち、薬液注入装置は、井戸水中に薬液を定量注入することとなるが、井戸水の流量が変化する等により井戸水中の薬液の濃度にばらつきが発生する虞がある。
【０００６】
また、薬液に用いられる次亜塩素酸ナトリウムは、不安定な気化性液体であり、薬液槽に貯留している際に、高温環境等で一定期間経過するとその特性が変化する、という問題がある。
【０００７】
具体的には、次亜塩素酸ナトリウムは、保存温度が２５℃以上になると自己分解が促進され、化学式
２ＮａＣｌＯ→２ＮａＣｌ＋Ｏ２ 
に示すように、酸素ガスが発生し、有効塩素濃度が低下するという問題がある。
【０００８】
また、発生した酸素ガスがダイヤフラムポンプ内に一定量溜まると、ダイヤフラムの往復動により薬液が圧縮されずに酸素ガスが圧縮される、所謂ガスロックが発生する虞もある。これらの問題は、薬液の濃度の低下等の発生の原因となり、薬液の注入不良等の原因となる。
【０００９】
そこで本発明は、薬液の注入不良を防止することが可能な薬液注入装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の薬液注入装置は次のように構成されている。
【００１１】
本発明の一態様として、本管を流れる水に、自己分解によりガスが発生する薬液を注入する薬液注入装置において、薬液槽に貯留された薬液を前記本管に注入するダイヤフラムポンプと、前記ダイヤフラムポンプにより前記本管に注入される前記薬液の流量を検出する第１流量センサと、前記本管を流れる水の流量を検出する第２流量センサと、前記第１流量センサ及び前記第２流量センサにより検出された流量から、前記水に注入された前記薬液の濃度を算出するとともに、前記算出された薬液の濃度を目標の濃度とするために、前記ダイヤフラムポンプから注入される薬液の量を制御する制御装置と、外気温、前記薬液槽の温度又は前記薬液槽に貯留された前記薬液の温度を検出可能なサーミスタと、前記薬液の自己分解によりガスの発生が増加する所定の温度を閾値として記憶する記憶部と、を備え、前記ダイヤフラムポンプは、回転軸を有するステッピングモータと、回転軸に設けられた偏心カムと、前記偏心カムの回転により往復動するピストンと、ポンプ室を有するポンプケーシングと、前記ポンプ室内に設けられ、前記ピストンの往復動により前記ポンプ室内の体積を変化させるダイヤフラムと、を具備し、前記制御装置は、前記サーミスタにより検出した温度が前記閾値となると、前記目標の濃度とするために前記薬液を注入する回転速度よりも高い回転速度で所定の時間前記ステッピングモータを駆動する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、薬液の注入不良を防止することが可能な薬液注入装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る薬液注入装置の構成を模式的に示す説明図。
【図２】同薬液注入装置に用いられるダイヤフラムポンプの構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態に係る薬液注入装置１を図１及び図２を用いて説明する。  
図１は本発明の一実施の形態に係る薬液注入装置１の構成を模式的に示す説明図、図２は薬液注入装置１に用いられるダイヤフラムポンプ１１の構成を示す断面図である。
【００１５】
薬液注入装置１は、給水ポンプにより井戸等の供給源から供給された原水（井戸水）を濾過装置へと供給する本管１００に薬液を注入可能に形成されている。なお、薬液は、次亜塩素酸ナトリウムが用いられる。また、本管１００は、その一次側が給水ポンプに接続され、その二次側が濾過装置に接続されている。
【００１６】
薬液注入装置１は、薬液槽１０と、ダイヤフラムポンプ１１と、第１連結管１２と、第２連結管１３と、第１流量センサ１４と、第２流量センサ１５と、サーミスタ１６と、濃度測定装置１７と、制御装置１８と、を備えている。
【００１７】
薬液槽１０は、樹脂材料で形成され、その内部に所定の量の薬液を貯留可能に形成されている。薬液槽１０は、その下面に第１連結管１２が接続される。薬液槽１０は、蓋体等により、空気の移動が可能に閉塞される。
【００１８】
ダイヤフラムポンプ１１は、ポンプ部２１と、モータ部２２と、を備えている。
【００１９】
ポンプ部２１は、ポンプケーシング３１と、ピストン３２と、付勢部材３３と、ダイヤフラム３４と、を備えている。ポンプケーシング３１は、その内部にポンプ室３５を有している。ポンプケーシング３１は、ポンプ室３５に連続する吸込口３６と、吐出口３７と、吸込口３６及び吐出口３７にそれぞれ設けられた逆止弁３８と、を備えている。
【００２０】
ピストン３２は、モータ部２２により往復動可能に形成されている。ピストン３２は、その一端側がポンプケーシング３１内に位置し、他端側がモータ部２２に位置する。また、ピストン３２は、図２に示すように、例えば、その一端側がダイヤフラム３４を取付け可能な雌螺子等の被締結部が形成されている。ピストン３２は、その他端側に座部３９を有している。
【００２１】
付勢部材３３は、コイルバネであり、その内部にピストン３２を挿通するとともに、ピストン３２の座部３９とポンプケーシング３１の外面との間に配置される。付勢部材３３は、ピストン３２をモータ側に付勢することで、ピストン３２の他端側の端部を後述する偏心カム４３の外周側に当接させる。
【００２２】
ダイヤフラム３４は、弾性材料で形成された薄膜である。ダイヤフラム３４は、ポンプ室３５内に位置し、ピストン３２の一端側を覆うとともに、ピストン３２により、往復動可能に形成されている。具体的には、ダイヤフラム３４は、図２に示すように、その中心部分にピストン３２の被締結部と締結する雄螺子等の締結部材が設けられ、この締結部材が被締結部と締結することで、その中心部がピストン３２の一端側の端部に固定される。また、ダイヤフラム３４は、ポンプ室３５が液密となるようにその外周部分がポンプケーシング３１に固定される。即ち、ダイヤフラム３４は、ポンプ室３５の内壁の一部を構成し、ピストン３２の往復動により変形することで、ポンプ室３５の体積を増減させ、ポンプ室３５中の薬液の吸込及び吐出を行う。
【００２３】
モータ部２２は、回転軸４１を有するステッピングモータ４２と、回転軸４１に固定された偏心カム４３と、を備えている。ステッピングモータ４２は、制御装置１８に信号線Ｓを介して接続されている。ステッピングモータ４２は、偏心カム４３によりピストン３２を往復動可能な高トルクの出力が可能に形成されている。
【００２４】
偏心カム４３は、その回転中心から外面の最大半径及び最小半径の差がピストン３２の往復動の距離と同等に形成されている。偏心カム４３は、その最大半径及び最小半径となる部位が、その回転中心を中心に点対称の位置に設けられている。
【００２５】
例えば、偏心カム４３は、最小半径及び最大半径の部位は１８０度間隔で設けられ、偏心カム４３は、最小半径となる部位から１８０度回転することで、ピストン３２をポンプ室３５側に移動させる。また、偏心カム４３は、最大半径となる部位から１８０度回転することで、付勢部材３３により偏心カム４３側に付勢されているピストン３２を、その外周面に沿って偏心カム４３側に移動させる。
【００２６】
第１連結管１２は、薬液槽１０及び吸込口３６を接続する。第１連結管１２は、その中途部に、第１流量センサ１４を有している。第２連結管１３は、吐出口３７と本管１００とを接続する。
【００２７】
第１流量センサ１４は、制御装置１８に信号線Ｓを介して接続されている。第１流量センサ１４は、薬液槽１０から吸込口３６へ移動する薬液の流量を検出可能に形成されている。
【００２８】
第２流量センサ１５は、制御装置１８に信号線Ｓを介して接続されている。第２流量センサ１５は、本管１００であって、第２連結管１３が接続された接続部の一次側に設けられている。第２流量センサ１５は、本管１００を流れる原水の流量を検出可能に形成されている。
【００２９】
サーミスタ１６は、外気温、薬液槽の温度又は薬液の温度のいずれかを検出可能に形成されている。本実施形態においては、サーミスタ１６は、外気温を検出可能な構成を用いて説明する。
【００３０】
濃度測定装置１７は、制御装置１８に信号線Ｓを介して接続されている。濃度測定装置１７は、本管１００内を流れる原水に注入された薬液の濃度を検出可能に形成されている。濃度測定装置１７は、第２連結管１３が接続された接続部の二次側であって、所定の距離離れた管路上に設けられる。なお、所定の距離とは、注入された薬液が原水と混合することで、原水中の薬液が均一となる距離、即ち、濃度が安定する距離であり、例えば、濃度測定装置１７は、１０ｍ程度接続部から離れて設けられる。このため、濃度測定装置１７は、接続部から所定の距離離れた管路上に設けられる。
【００３１】
制御装置１８は、ステッピングモータ４２、第１流量センサ１４、第２流量センサ１５、サーミスタ１６及び濃度測定装置１７に接続されている。制御装置１８は、記憶部５１を有している。制御装置１８は、ステッピングモータ４２の駆動及び停止を切り替え可能、且つ、ステッピングモータ４２の回転速度を可変可能に形成されている。記憶部５１は、薬液の自己分解によりガスの発生が促進する温度、本実施形態においては外気温を閾値として記憶している。
【００３２】
制御装置１８は、少なくとも下記（１）乃至（４）の機能を有している。  
（１）第１流量センサ１４及び第２流量センサ１５で検出した薬液の注入量及び原水の流量から原水中の薬液の濃度を算出し、当該濃度が目標濃度となるように、ステッピングモータ４２の回転速度を可変させるフィードバック制御を行う機能。
【００３３】
（２）第１流量センサ１４及び第２流量センサ１５で検出された薬液の流量（注入量）及び本管１００の原水の流量から算出される濃度と、濃度測定装置１７で検出される濃度に差があるときに、濃度測定装置１７で検出された情報に基づいてステッピングモータ４２の回転速度を可変させる機能。
【００３４】
（３）サーミスタ１６で検出された温度が閾値以上である場合に、ステッピングモータ４２を数秒間、最高回転速度で駆動する機能。  
（４）サーミスタ１６で検出された温度が閾値以上である場合に最高速度でステッピングモータ４２を駆動後、所定の時間、所定の量よりも少量の薬液を原水に注入する機能。
【００３５】
このように構成された薬液注入装置１は、第１流量センサ１４、第２流量センサ１５、サーミスタ１６及び濃度測定装置１７で検出された情報に基づいて、ステッピングモータ４２を駆動し、原水に薬液を注入する。
【００３６】
具体的に説明すると、制御装置１８は、本管１００の一次側の給水ポンプから原水が供給されると、ステッピングモータ４２を駆動する。ステッピングモータ４２の駆動により、偏心カム４３が回転し、ピストン３２が往復動する。
【００３７】
このピストン３２の往復動により、ダイヤフラム３４が変形し、ポンプ室３５の容積が変化し、ポンプ室３５内の薬液の圧力が増減する。また、ポンプ室３５内の圧力の変化によって、逆止弁３８が交互に開閉しポンプ室３５内の薬液が二次側へと圧送され、薬液が本管１００に注入される。
【００３８】
このとき、制御装置１８は、機能（１）として、第１流量センサ１４で検出される薬液の注入量と、第２流量センサ１５で検出される原水の流量から算出された濃度と目標濃度とを比較して、当該算出された濃度が目標濃度となるように、ステッピングモータ４２を可変させる。
【００３９】
具体的には、制御装置１８は、第１流量センサ１４で検出された薬液の流量（注入量）と、第２流量センサ１５で検出された原水の流量から、当該検出時の濃度を算出する。制御装置１８は、当該算出された濃度と、記憶部５１に記憶された目標濃度とを比較する。算出された濃度が目標濃度と略同一の場合には、制御装置１８は、ステッピングモータ４２を、その回転速度をそのままで駆動する。
【００４０】
算出された濃度と目標濃度とが異なる場合には、制御装置１８は、ステッピングモータ４２の回転速度を可変させ、算出された濃度と目標濃度とが略同一となるまで、ステッピングモータ４２の回転速度を可変させる。
【００４１】
制御装置１８は、算出された濃度と目標濃度とが略同一となった場合であっても、継続して検出された薬液及び原水の流量から濃度を算出して目標流量と比較を行う。このように、制御装置１８は、第１流量センサ１４及び第２流量センサ１５で検出された流量と目標とする薬液の濃度からフィードバック制御を行う。
【００４２】
また、制御装置１８は、機能（２）として、濃度測定装置１７で検出された原水中の薬液の濃度と、機能（１）で注入された薬液の濃度、即ち、第１流量センサ１４及び第２流量センサ１５で検出された薬液と原水との流量から算出される濃度とに差があるか否かを判断する。
【００４３】
当該濃度に差がない場合には、制御装置１８は、継続して機能（１）によりステッピングモータ４２を駆動する。当該濃度に差が有る場合には、制御装置１８は、濃度測定装置１７で検出された濃度に基づいて、ステッピングモータ４２を制御する。
【００４４】
制御装置１８は、機能（３）として、ダイヤフラムポンプ１１の駆動中に、サーミスタ１６で温度を検出する。制御装置１８は、検出した温度が閾値以上である場合に、ステッピングモータ４２を数秒間、例えば１０秒程度最高回転速度で運転を行う。制御装置１８は、ステッピングモータ４２を最高回転速度で数秒間運転後、機能（４）として、所定の時間、目標の濃度よりも低い濃度となるように、原水の流量に対して所定の量よりも少量の薬液を原水に注入する。即ち、制御装置１８は、ステッピングモータ４２を最高回転速度で数秒間運転後に、目標の濃度よりも低い濃度となるように、ステッピングモータ４２を低回転で駆動させる。
【００４５】
例えば、制御装置１８は、機能（４）として、機能（３）の最高回転速度運転を行う時間、及び、機能（４）の原水の流量に対して所定の量よりも少量の薬液とする調整運転を行う時間の合計時間から予想される薬液の注入量と、機能（１）又は機能（２）で前述の合計時間と同時間注入される薬液の注入量とを略同一とする。
【００４６】
即ち、制御装置１８は、機能（４）としてダイヤフラムポンプ１１により注入される薬液の量を調整することで、機能（３）及び機能（４）によりダイヤフラムポンプ１１が駆動されている間の薬液の注入量が過度な注入量となることを防止する。なお、機能（３）及び機能（４）は、一定時間毎、例えば、数時間毎に行えばよい。
【００４７】
このように構成された薬液注入装置１によれば、第１流量センサ１４及び第２流量センサ１５により検出された情報に基づいて、注入する薬液を調整可能となる。また、第１流量センサ１４及び第２流量センサ１５で検出された流量から算出される薬液の濃度と、濃度測定装置１７で検出される濃度とを比較し、当該濃度に差が出た場合には、濃度測定装置１７で検出される濃度に基づいてステッピングモータ４２を制御する。
【００４８】
これにより、薬液注入装置１は、第１流量センサ１４及び第２流量センサ１５の誤差、ポンプ部２１の誤差、及び、薬液の自己分解による有効塩素濃度の低下等による原水中へ注入された薬液の濃度の補正を行うことが可能となる。このため、簡単な構成で、薬液の注入量を高精度に制御することが可能となる。
【００４９】
また、薬液注入装置１は、サーミスタ１６で検出した温度に応じて、最高回転速度でステッピングモータ４２を駆動し、ダイヤフラム３４を駆動することで、ポンプ室３５に、薬液の自己分解により発生したガスが溜まることを防止することが可能となる。ポンプ室３５内のガス溜まりを防止することで、当該ガス溜まりにより発生するガスロックを防止することが可能となり、薬液の注入不良を防止することが可能となる。
【００５０】
また、薬液注入装置１は、所定の時間毎にガスロックを防止するための運転を行うことで、自己分解が促進される温度に長時間薬液が晒されている状態であっても、ポンプ室３５にガスが溜まることを防止可能となる。
【００５１】
さらに、薬液注入装置１は、ガス溜まりを防止後に、薬液の注入量を通常よりも少量とすることで、薬液の注入不良の防止、換言すると、薬液が原水中に過度に注入されることを防止することが可能となる。
【００５２】
上述したように本発明の一実施の形態に係る薬液注入装置１によれば、薬液の注入不良を防止することが可能な薬液注入装置を提供することが可能となる。
【００５３】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した例では、濃度測定装置１７を用いることで、第１流量センサ１４及び第２流量センサ１５の検出情報に基づいて算出した薬液の原水中の濃度と、濃度測定装置１７で検出した情報との差に応じて、ダイヤフラムポンプ１１を制御する構成を説明したが、これに限定されない。
【００５４】
例えば、前記濃度測定装置１７で検出した濃度が、前記算出した薬液の原水中の濃度と異なる場合には、誤差を補正するとともに、制御装置等に設けられた報知手段によって、オペレータ等の外部に当該誤差が発生している旨を報知する構成であってもよい。
【００５５】
また、例えば、濃度測定装置１７を用いない構成としてもよい。即ち、顧客要望や、短期的に薬液槽１０内の薬液が使用又は交換される等の場合には、濃度測定装置１７を設けない構成とすることで、薬液注入装置１の製造コストを低減させることが可能となる。
【００５６】
さらに、上述した例では、偏心カム４３は、最小半径及び最大半径となる部位が１８０度間隔を有して設けられる構成を説明したがこれに限定されない。例えば、最小半径及び最大半径となる部位は、９０度間隔で交互に設けられていてもよく、また、４５度間隔で交互にもうけられていてもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］  本管を流れる水に薬液を注入する薬液注入装置において、
薬液槽に貯留された薬液を前記本管に注入するダイヤフラムポンプと、
前記ダイヤフラムポンプにより前記本管に注入される前記薬液の流量を検出する第１流量センサと、
前記本管を流れる水の流量を検出する第２流量センサと、
前記第１流量センサ及び前記第２流量センサにより検出された流量から、前記水に注入された前記薬液の濃度を算出するとともに、前記算出された薬液の濃度を目標の濃度とするために、前記ダイヤフラムポンプから注入される薬液の量を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする薬液注入装置。
［２］  前記ダイヤフラムポンプは、
回転軸を有するステッピングモータと、
回転軸に設けられた偏心カムと、
前記偏心カムの回転により往復動するピストンと、
ポンプ室を有するポンプケーシングと、
前記ポンプ室内に設けられ、前記ピストンの往復動により前記ポンプ室内の体積を変化させるダイヤフラムと、
を具備することを特徴とする［１］に記載の薬液注入装置。
［３］  外気温、前記薬液槽の温度又は前記薬液槽に貯留された前記薬液の温度を検出可能なサーミスタと、
前記薬液の自己分解によりガスの発生が促進する温度を閾値として記憶する記憶部と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記サーミスタにより検出した温度が前記閾値となると、前記目標の濃度とするために前記薬液を注入する回転速度よりも高い回転速度で所定の時間前記ステッピングモータを駆動することを特徴とする［２］に記載の薬液注入装置。
［４］  前記制御装置は、前記目標の濃度とするために前記薬液を注入する回転速度よりも高い回転速度で所定の時間駆動後、前記目標の濃度とするために前記薬液を注入する回転速度よりも低い回転速度で所定の時間前記ステッピングモータを駆動することを特徴とする［３］に記載の薬液注入装置。
［５］  前記水に注入された前記薬液の濃度を検出する濃度測定装置をさらに備え、
前記制御部は、前記算出した前記薬液の濃度と、前記濃度測定装置で検出された前記薬液の濃度に差が生じたときに、前記濃度測定装置で検出された前記薬液の濃度に基づいて前記ダイヤフラムポンプを駆動することを特徴とする［１］乃至［４］のいずれかに記載の薬液注入装置。
【符号の説明】
【００５７】
１…薬液注入装置、１０…薬液槽、１１…ダイヤフラムポンプ、１２…第１連結管、１３…第２連結管、１４…第１流量センサ、１５…第２流量センサ、１６…サーミスタ、１７…濃度測定装置、１８…制御装置、２１…ポンプ部、２２…モータ部、３１…ポンプケーシング、３２…ピストン、３３…付勢部材、３４…ダイヤフラム、３５…ポンプ室、３６…吸込口、３７…吐出口、３８…逆止弁、３９…座部、４１…回転軸、４２…ステッピングモータ、４３…偏心カム、５１…記憶部、１００…本管、Ｓ…信号線。
【図１】
0005871481.tif 000002
【図２】
0005871481.tif 000003