(57)【要約】【課題】洗浄液流による乱流が生じにくく、懸濁物質が再付着しにくい処理用水中の粒子状態検出用プローブの投光面及び受光面の洗浄装置を提供する。【解決手段】レーザ光を射出する投光部と散乱光を受光面から受光する受光部とを有するレーザ光による処理用水中の粒子状態検出用プローブに付設される長尺状洗浄液供給部からなるプローブの洗浄装置であって、該洗浄装置からプローブの投光面に洗浄液を吹き付けるために、該洗浄液を該プローブの投光部と受光部の中心線により形成されるレーザ光軸面に対して直交する面上に投影したときの該洗浄液投影線の角度が上記投光面に対して３０〜６０°であり、かつ上記レーザ光軸面に対して平行な面上に投影したときの該洗浄液投影線の角度が該投光面に対して４０〜５０°であるように投光面噴射ノズルを上記洗浄液供給部先端近傍に有する洗浄装置。【選択図】図３
2006258563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理用水中にその先端の投光面からレーザ光を射出する投光部と前記射出されたレーザ光が処理用水中の粒子に衝突して発生する散乱光をその先端の受光面から受光する受光部とを有するレーザ光による処理用水中の粒子状態検出用プローブに付設される長尺状洗浄液供給部からなるプローブの洗浄装置であって、該洗浄装置からプローブの投光面に洗浄液を吹き付けるために、該洗浄液を該プローブの投光部と受光部の中心線により形成されるレーザ光軸面に対して直交する面上に投影したときの該洗浄液投影線の角度が上記投光面に対して３０〜６０°であり、かつ上記レーザ光軸面に対して平行な面上に投影したときの該洗浄液投影線の角度が該投光面に対して４０〜５０°であるように投光面噴射ノズルを上記洗浄液供給部先端近傍に有する洗浄装置。
【請求項２】
更に洗浄装置からプローブの受光面に洗浄液を吹き付けるために、該洗浄液をレーザ光軸面に対して直交する面上に投影したときの該洗浄液投影線の角度が上記受光面上におけるレーザ光軸面に対して３０〜６０°であり、かつ上記レーザ光軸面に対して平行な面上に投影したときの該洗浄液投影線の角度が該受光面に対して４０〜５０°であるように受光面噴射ノズルを上記洗浄液供給部先端近傍に有する請求項１に記載の洗浄装置。
【請求項３】
投光面に吹き付けられる洗浄液をレーザ光軸面に対して直交する面上及び平行な面上に投影したときの該洗浄液投影線の角度が共に投光面に対して４５°±３°である請求項１に記載の洗浄装置。
【請求項４】
受光面に吹き付けられる洗浄液をレーザ光軸面に対して直交する面上及び平行な面上に投影される該洗浄液投影線の角度が、それぞれ上記受光面上におけるレーザ光軸面に対して４５°±３°であり、かつ該受光面に対して４５°±３°である請求項２に記載の洗浄装置。
【請求項５】
投光面及び受光面噴射ノズルは、投光面及び受光面に吹き付けられた後の洗浄排液が実質的に一方向流となるように配置されている請求項１〜４のいずれかの項に記載の洗浄装置。
【請求項６】
洗浄液供給部の後端部に、吹き付ける洗浄液の液圧を抑制できる液圧制御手段が設けられている請求項１〜５のいずれかの項に記載の洗浄装置。
【請求項７】
洗浄液供給部先端に投光部先端から射出されたレーザ光の進行を遮断するための凹部が形成されている請求項１〜６のいずれかの項に記載の洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上水や工業用水などを浄化する際にその凝集処理工程でそれらの処理用水に含まれる懸濁物質（不純物）の凝集状態などをレーザ光により検出するために用いられる粒子状態検出用プローブの投光部投光面及び受光部受光面を洗浄液で洗浄する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上水や工業用水などを浄化する際には、これらの処理用水（汚水）中に含まれる懸濁物質を固液分離するために凝集処理が行われる。凝集処理は処理用水中に凝集剤を投入することにより行われるが、この処理により懸濁物質はフロック状に凝集し、処理水中には懸濁物質と共にこれらのフロック状粒子が浮遊状態で共存する。この粒子の凝集状態は、その後の固液分離処理などの処理工程がスムースに行われ、予定した浄化水質の処理水を得るためにほぼ一定であることが好ましく、そのためには、対象とする処理用水の水質（ｐＨ、懸濁物質の濃度）に合わせて凝集処理が適切に行われることが必要になる。
【０００３】
最適な凝集処理条件（凝集剤の添加量、攪拌時間等）を設定するために、例えば、処理用水中の粒子状態を検出するためのプローブが利用されている（特許文献１）。この装置は、その処理用水（検出用水）中でレーザ光を射出させて凝集状態にあるフロック状粒子にレーザ光を衝突させ、その散乱光を受光し、受光した散乱光の強度から処理用水の凝集状態を測定、検出するもので、この測定値に基づいて最適な処理条件を設定することが可能になる。
【０００４】
上記プローブ１０は、図５に示すように、レーザ光射出用投光部１１、及び該投光部先端から射出したレーザ光ＬＢが粒子に衝突し、発生した散乱光をその先端から受光する受光部１２から基本的に構成される。プローブを処理用水中で使用していると、レーザ光射出用投光部先端の投光面１１ａ（ガラス板の表面）や受光部先端の受光面１２ａ（ファイバ端面）には、処理用水中の懸濁物質が付着してその面が汚れ、それにより投光部でのレーザ光射出強度の低下や受光部での散乱光の受光阻害を起し、その結果、測定精度の低下を招くとの問題があった。このため、それらの汚れを除去するために、その投光部１１と受光部１２との間にこれらの投光面１１ａ及び受光面１２ａ及びその付近に清水又は空気を噴出させる清浄用手段１３（洗浄用手段）が設けられたプローブが提案されている。
【特許文献１】特開２００３−１６１６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記清浄用手段１３は、その噴出口を投光部投光面１１ａと受光部受光面１２ａに接近させ、噴出した清水又は空気がその投光面及び受光面に沿って噴出するように設けられているために、この噴出流により投光面及び受光面に付着した汚れを除去することができるとされている。しかし、図５に示すような配置で設けられた清浄用手段では、洗浄用流体を効率よくそれらの面に吹き付けることができないために、汚れが十分除去できないとの問題があることがわかった。特に洗浄用流体として空気を用いた場合には、噴出開始時の噴出空気によって汚れの一部は除去されるものの、その後は投光面及び受光面付近の検出用水が噴出空気により殆ど排除されるため、それらの領域が空気により満たされた状態になって汚れは期待されたより落ちにくくなることもわかった。
【０００６】
本願出願人は、上記問題を解決するために、洗浄液の噴射により投光面及び受光面の汚れを除去できる処理用水中の粒子状態検出用プローブの洗浄装置を発明し、既に特許出願している（特願２００４−１７４５２７号）。この洗浄装置では、投光面及び受光面噴射ノズルが、洗浄液が投光面及び受光面から４０〜５０°の角度（投光部と受光部のそれぞれの中心線を結ぶレーザ光軸面内における角度）でこれらの面に吹き付けられるようにそれぞれ設けられている。このため、投光面及び受光面上で衝突した洗浄液は、それぞれそれらの面上から両側に広がり流出し、この洗浄液流によるブラッシング効果によって投光面及び受光面上の汚れを効率よく除去することができる。
【０００７】
上記洗浄装置の噴射ノズルから噴射される洗浄液は、該ノズル出口の流出速度で初速約１０ｍ／ｓの比較的低流出速度から最大約２００ｍ／ｓの高流出速度を有している。噴射洗浄液は、上記のように、プローブの投光面及び受光面に衝突後その殆どはそれらの左右両側に分かれて流出するが、このような２方向流と高速のために投光面及び受光面の周囲で乱流が発生しやすく、その結果、懸濁物質が投光面及び受光面に再付着しやすいことがわかった。また洗浄液は、レーザ光軸面内においてレーザ光を横切るような位置から噴射されるため、各噴射ノズル出口から投光面及び受光面までの距離が比較的長くなって乱流発生の原因になりやすいこともわかった。
従って、本発明の目的は、洗浄液流による乱流が生じにくく、懸濁物質が再付着しにくい処理用水中の粒子状態検出用プローブの投光面及び受光面の洗浄装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、処理用水中にその先端の投光面からレーザ光を射出する投光部と前記射出されたレーザ光が処理用水中の粒子に衝突して発生する散乱光をその先端の受光面から受光する受光部とを有するレーザ光による処理用水中の粒子状態検出用プローブに付設される長尺状洗浄液供給部からなるプローブの洗浄装置であって、該洗浄装置からプローブの投光面に洗浄液を吹き付けるために、該洗浄液を該プローブの投光部と受光部の中心線により形成されるレーザ光軸面に対して直交する面上に投影したときの該洗浄液投影線の角度（α１）が上記投光面に対して３０〜６０°であり、かつ上記レーザ光軸面に対して平行な面上に投影したときの該洗浄液投影線の角度（α２）が該投光面に対して４０〜５０°であるように投光面噴射ノズルを上記洗浄液供給部先端近傍に有する洗浄装置にある。
【０００９】
本発明は、更に洗浄装置からプローブの受光面に洗浄液を吹き付けるために、該洗浄液をレーザ光軸面に対して直交する面上に投影したときの該洗浄液投影線の角度（β１）が上記受光面上におけるレーザ光軸面に対して３０〜６０°であり、かつ上記レーザ光軸面に対して平行な面上に投影したときの該洗浄液投影線の角度（β２）が該受光面に対して４０〜５０°であるように受光面噴射ノズルを上記洗浄液供給部先端近傍に有する態様であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の洗浄装置は、その装置長手方向の中心がプローブのレーザ光軸（投光部中心を通る線）から平行にずれた位置となるように配置されており、かつ投光面及び受光面に特定の角度で洗浄液が吹き付けられるように投光面及び受光面噴射ノズルがそれぞれ設けられているために、投光面及び受光面までそれぞれの噴射ノズル出口から洗浄液を最短距離で吹き付けることが可能となる。また特定の角度からの洗浄液の吹き付けにより、投光面及び受光面上での衝突後の洗浄液は、その殆どがそれぞれ一方向流となって流出するため、投光面及び受光面の周辺では乱流が生じにくく、これによる懸濁物質の流動が抑制されるため、これらの投光面及び受光面への再付着を防止することできる。従って、投光面及び受光面をより完全に洗浄することができる。
また洗浄液は、空気に比べて洗浄エリアを広く保つことができるため、空気に比べて効率よく洗浄することができると共に、洗浄開始時における洗浄液の高速噴射による投光面及び受光面への処理用水の衝撃が空気に比べ少なく、投光面のガラスや受光面のファイバの消耗を低減することができる。特に洗浄液の高速噴射に対しては、洗浄液が洗浄液供給部に流入する前に液圧制御手段、例えば、サージタンクや電磁弁を組み込んだ液圧制御回路を設けることで、よりその衝撃を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のレーザ光による処理用水中の粒子状態検出用プローブの洗浄装置１（以下単に、本発明の洗浄装置と称する）を、添付図面を用いて説明する。
図１及び図２は、それぞれ本発明の洗浄装置１の好ましい一態様を示す模式図である。図１において、（ａ）は洗浄装置の平面図であり、（ｂ）は洗浄装置の正面図である。図２において、（ａ）は洗浄装置の正面図であり、（ｂ）は洗浄装置の左側面図である。また図２（ｃ）は別の態様の洗浄装置の左側面図である。
図１乃至図２に示すように、本発明の洗浄装置１は、長尺状の洗浄液供給部２からなり、その先端部近傍に投光面噴射ノズル３、好ましくは投光面噴射ノズル３と受光面噴射ノズル４とを有する。洗浄液供給部２は洗浄液がその中を流通できるように適当な断面形状（円形、楕円形又は四角形などの形状）の空洞に形成されており、その先端部は上記噴射ノズル３、４に通じ、またその末端部は洗浄液供給源（図示せず）に接続可能にされている。洗浄液供給部の形状は特に限定されず、例えば、図１及び２に示すような角柱型、あるいは他の円柱型など、いずれの形状であってもよい。これらは比較的高い機械的強度を有すると共に化学的作用にも安定であり、取り扱い易さ、そして安価であるなどの理由から通常プラスチックなどの合成樹脂を用いて製造することができる。
【００１２】
洗浄液供給部２の後端部には、洗浄液の液圧を制御できる液圧制御手段５が設けられていることが好ましい。液圧制御手段５としては、例えば、図１に示すようなサージタンクや図２に示すような液圧制御回路を挙げることができる。液圧制御手段に組み込まれた電磁弁、減圧器、バルブ等の調節によって噴射ノズルから噴射される洗浄液Ｗの液圧を調節することができるため、洗浄液噴射開始時のウオータハンマーによって処理用水が投光面や受光面に与える衝撃を緩和することができる。図２に示す液圧制御回路５は、二又（２方向）に分かれた回路の例であるが、２方向以上に分かれた回路に構成することもできる。その場合、組み込まれる電磁弁はそれぞれの分かれた回路に設けられる。
【００１３】
図２に示すような二又に分かれた回路の場合には、それぞれの回路に電磁弁（５ａ、５ｂ）と、少なくともその一方の回路（通常減圧度を高くする方の回路）に減圧器（５ｃ）が設けられる。図２に示す二又の回路を用いた噴射洗浄液圧の制御は、例えば、以下の手順で行われる。まず、電磁弁５ａを開放し、開始初期の適当な時間比較的低い液圧で洗浄液を噴射させる。これにより、洗浄液の噴射立ち上がり流速がゆっくりと行われ、処理用水の投光面や受光面への噴射衝撃が抑制される。次に所定時間の電磁弁５ａの解放後、その状態で電磁弁５ｂを開放する。この過程で洗浄液による投光面や受光面の実質的な洗浄が行われる。
【００１４】
洗浄液供給部２の先端部には、投光部先端から射出されたレーザ光ＬＢの進行を遮断するための凹部６が形成されていることが好ましい。射出されたレーザ光は、凹部６内で遮られるためレーザ光を直接受けることがなく、安全な操作が可能である。
【００１５】
図１の洗浄装置１は、プローブ１０の中心線Ａ―Ａ（投光部と受光部のそれぞれの中心線を通る線：通常レーザ光軸に一致する）に対して上側（図１（ａ）参照）に配置されているが、中心線Ａ―Ａに対して下側に配置させることもできる（図２の態様では、図２（ｂ）に見られるように、中心線に対して左側であるが、右側に配置させることもできる）。プローブに対して洗浄装置を上記のようにプローブの中心線からずらして配置することで、投光面噴射ノズル及び受光面噴射ノズルから洗浄液をプローブのレーザ光射出方向に対して斜め横方向から投光面及び受光面に吹き付けることが可能になる。
【００１６】
本発明の洗浄装置の洗浄液供給部２には、投光面噴射ノズル３及び受光面噴射ノズル４が、それぞれ洗浄液が所定の角度で投光部投光面及び受光部受光面に吹き付けられるように設けられている。図３及び図４は、それぞれ投光面噴射ノズル３及び受光面噴射ノズル４から噴射された洗浄液Ｗが、洗浄液投影線の角度として所定の角度でプローブの投光面及び受光面に吹き付けられる状態を模式的に示した図である。
【００１７】
投光面噴射ノズル３は、図３に示すように、洗浄液Ｗをプローブの投光部と受光部の中心線により形成されるレーザ光軸面Ａ（Ａ―Ａ線を通る面）に対して直交する面Ｂ上に投影したときの該洗浄液投影線ＷＢの角度（α１）が投光面に対して３０〜６０°であり、かつ上記レーザ光軸面Ａに対して平行な面Ｃ上に投影したときの該洗浄液投影線ＷＣの角度（α２）が該投光面に対して４０〜５０°であるように投光面に洗浄液Ｗを吹き付けることができるように設けられている。上記角度（α１）は、４０〜５０°であることが好ましく、更に好ましくは、４５°±３°であり、特に好ましくは、４５°±１°である。また角度（α２）は、４５°±３°であることが好ましく、特に好ましくは４５°±１°である。角度（α１）及び角度（α２）は共に４０〜５０°であることが好ましく、更に好ましくは、共に４５°±３°であり、特に好ましくは共に４５°±１°である。
【００１８】
受光面噴射ノズル４は、図４に示すように、洗浄液Ｗをレーザ光軸面Ａ（Ａ―Ａ線を通る面）に対して直交する面Ｂ上に投影したときの該洗浄液投影線ＷＢの角度（β１）が上記受光面上におけるレーザ光軸面に対して３０〜６０°であり、かつ上記レーザ光軸面Ａに対して平行な面Ｃ上に投影したときの該洗浄液投影線ＷＣの角度（β２）が該受光面に対して４０〜５０°であるように投光面に洗浄液Ｗを吹き付けることができるように設けられている。上記角度（β１）は、４０〜５０°であることが好ましく、更に好ましくは、４５°±３°であり、特に好ましくは、４５°±１°である。また角度（β２）は、４５°±３°であることが好ましく、特に好ましくは４５°±１°である。角度（β１）及び角度（β２）は共に４０〜５０°であることが好ましく、更に好ましくは、共に４５°±３°であり、特に好ましくは共に４５°±１°である。
なお、噴射ノズルの径は、装置の大きさにも拠るが、通常直径１〜５ｍｍの範囲であり、好ましくは、直径３〜３．５ｍｍの範囲である。
【００１９】
投光面噴射ノズル３及び受光面噴射ノズル４は、吹き付けられた洗浄液Ｗの投光面及び受光面に衝突後の殆どが一方向流となって流出するように配置されていることが好ましい。例えば、投光面（Ｂ面に対して垂直壁）で衝突した洗浄液は、図３に示すように、その殆どがＢ面を伝わり、洗浄液（Ｗ１）流方向に流出するように噴射ノズル３が配置されていることが好ましい。また受光面（Ｂ面上）に衝突した洗浄液は、図４に示すように、その殆どが受光面背後の隔壁（投光部１１と受光部１２との間に位置し、受光部での射出レーザ光の受光防止用隔壁）に衝突して洗浄液Ｗ１となった後、Ｂ面を伝わり、洗浄液（Ｗ２）流方向に流出するように噴射ノズル４が配置されていることが好ましい。このような一方向流に流出した洗浄液による投光面及び受光面周辺の乱流発生を抑制することができる。なお、投光面及び受光面周辺に一方向流の形成を促進させるために、例えば、図２（ｃ）に見られるように、プローブ１０及び洗浄装置１を角柱型で構成した場合には、その流路Ｆ（図の矢印の流れ）となるプローブ及び洗浄装置の角部にアール（Ｒ）を設けることが好ましい。
【００２０】
洗浄液の噴射時の液圧は、処理用水の水質や投光面、受光面の汚れの程度によって適宜選ぶことができるが、噴射開始時では、０．００１〜０．１ＭＰａであることが好ましく、更に好ましくは、０．００５〜０．０５ＭＰａである。開始後の液圧は、０．２〜０．５ＭＰａであることが好ましく、更に好ましくは、０．３〜０．４ＭＰａである。
【００２１】
洗浄液としては、特に限定されないが、清水（通常の水道水）であることが好ましい。また処理用水にアルカリなどが含まれている場合には必要に応じて、酸（例えば、クエン酸、蟻酸など）などを適量加えてもよい。
【００２２】
本発明の洗浄装置を用いる場合、処理用水の水質や汚れの度合いによっても異なるが、通常の使用状態において一日に２〜５回の割で、一回に付き約１０〜３０秒間洗浄することで、汚れを完全に除去することができる。
【００２３】
本発明の洗浄装置１は、上記のように、投光面噴射ノズル３、好ましくは投光面噴射ノズル３及び受光面噴射ノズル４のいずれもが、レーザ光による処理用水中の粒子状態検出用プローブ１０の投光面１１ａ、好ましくは投光面１１ａと受光面１２ａとの両方に対して洗浄液を所定の角度で吹き付けることができるようにプローブに取り付けられている。従って、プローブについては特に限定されることなく、公知のプローブのいずれにも取り付けることができる。
【００２４】
プローブ１０としては、図１に示すように、その先端の投光面１１ａからレーザ光ＬＢを射出するための投光部１１及び射出されたレーザ光が粒子に衝突して発生した散乱光をその先端の受光面１２ａから受光するための受光部１２とが一体的に形成された態様のものであることが好ましい。投光部１１は、その先端の投光面から所定の長さの光ファイバで構成してもよいし、あるいは直接その先端投光面に直結してレーザ発振用発光ダイオードを設置してもよい。光ファイバで構成した場合には、その後端部には、例えば、レーザダイオードなどのレーザ発振器が接続される。レーザ発振用発光ダイオードを利用すると、光ファイバ内を進行する間のレーザ光の減衰がないため、より強いレーザ光の射出が可能となる。また、受光部１２においても、上記投光部のように、その先端受光面に直接受光ダイオードを用いて構成することもできるが、所定の長さの光ファイバからなることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のレーザ光による処理用水中の粒子状態検出用プローブの洗浄装置の一態様を示す模式図である。
【図２】本発明のレーザ光による処理用水中の粒子状態検出用プローブの洗浄装置の別の一態様を示す模式図である。
【図３】本発明の洗浄装置の噴射ノズルから洗浄液をプローブの投光面に対して所定の角度で噴射した状態を示す模式図である。
【図４】本発明の洗浄装置の噴射ノズルから洗浄液をプローブの受光面に対して所定の角度で噴射した状態を示す模式図である。
【図５】従来のプローブの投光部、受光部及びこれらの間に設けられた清浄手段の模式図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  洗浄装置
２  洗浄液供給部
３  投光面噴射ノズル
４  受光面噴射ノズル
５  液圧制御回路
６  レーザ光遮断凹部
１０  プローブ
１１  投光部
１１ａ  投光面（ガラス面）
１２  受光部
１２ａ  受光面（ファイバ端面）
１３  清浄用手段
ＬＢ  レーザ光
ＷＢ  Ｂ面（レーザ光軸面に対して垂直面）上の洗浄液投影線
ＷＣ  Ｃ面（レーザ光軸面に対して平行面）上の洗浄液投影線
【図１】
2006258563.tif 000003
【図２】
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【図５】
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【図３】
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【図４】
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