(57)【要約】【課題】試料水中のＳＳ分を微細な大きさに粉砕することができ、また、砂や泥などの無機物を容易に除去することができる試料水前処理装置を提供すること。【解決手段】試料水前処理装置１は、超音波発生装置４と、その上方に形成された、試料水用流路と、その上方に設置された超音波透過性のシート２とを備え；試料水用流路は、前記超音波発生装置側から前記シートの方向に向かう上昇流路１５と、該上昇流路１５に連続し、途中に試料水の採取口１８が設けられた下降流路１７とからなり；試料水は、超音波発生装置４から発信される超音波によって上昇流路１５を上昇し、シート２に衝突した後、下降流路１７を流下する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波発生装置と、該超音波発生装置の上方に形成された試料水用流路と、該試料水用流路の上方に設置された超音波透過性のシートとを備え、
前記試料水用流路は、前記超音波発生装置側から前記シートの方向に向かう上昇流路と、該上昇流路に連続し、途中に試料水の採取口が設けられた下降流路とからなり、
前記超音波発生装置から発信される超音波によって、試料水が、前記上昇流路を上昇して前記シートに衝突し、その後、前記下降流路を流下するように構成されていることを特徴とする試料水前処理装置。
【請求項２】
前記上昇流路の一部又は全体が逆テーパー状であることを特徴とする請求項１記載の試料水前処理装置。
【請求項３】
前記下降流路が螺旋状であることを特徴とする請求項１又は２記載の試料水前処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料水前処理装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、水質分析等において採取される試料水中に含まれる塊状の固形分、例えば砂や泥等の浮遊粒子状物質を微細な大きさに粉砕する前処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
河川の水等の水質分析を行う場合、採取される試料水中には、水中に浮遊していたり、川底に堆積している泥や砂、ヘドロ等の固形分（以下、ＳＳ分という）が含まれている。
これらのＳＳ分は、水質分析計に入ってしまうと流路の閉塞や損傷などの原因となってしまう。そのため、従来、試料水中のＳＳ分を、目の細かいメッシュフィルターを用いて濾過したり、特開平９−１５１２０号公報に記載のように金属製の回転翼で粉砕分離するなどして、水質分析計に供給する前に除去することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、流路の目詰まりを防ぐために、できるだけ目の細かいフィルター、例えば１ｍｍ以下のようなフィルターを用いる場合、フィルター自体が目詰まりを起こしやすくなるという問題がある。
また、流路の目詰まりを起こさない程度の大きさのもの以外全てのＳＳ分を除去してしまうと、ＳＳ分の中に含まれている有機物まで除去されてしまい、水質を正確に反映した分析を行うことができないという問題があった。例えば、ＣＯＤの分析の場合、ＳＳ分を濾過、除去すると、ＳＳ分中に含まれている有機物まで除去されてしまうため、試料水中に溶解している有機物についてのみＣＯＤ測定され、ＣＯＤの正確な値が測定できない。
さらに、有機物を含むＳＳ分は、流路やフィルターの目詰まりを起こしやすく、また、その目詰まりは洗浄しても容易に取り除くことができない。このような有機物を含んだ目詰まりは、さらに、その後の測定値にも影響し、正確な測定の妨げとなる。
また、金属製の回転翼を用いてＳＳ分を粉砕する場合、数千ｒｐｍという高速回転のモーターで負荷の大きい回転翼を回転させる必要があるため、寿命が短かった。また、回転によりエアを巻き込むため、分析計にエアが入ってしまう恐れがあった。また、先端の構造が複雑な回転翼を用いる必要があり、この場合、回転翼の先端に糸状の混入物が絡みつくなどの問題があり、さらに、有機物を含むＳＳ分の付着による回転翼の汚れも、上記と同様に、取り除くことが困難である。
【０００４】
本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、試料水中のＳＳ分を、微細な大きさに粉砕することができ、また、砂や泥などの無機物を容易に除去することができる試料水前処理装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の第一の発明は、超音波発生装置と、該超音波発生装置の上方に形成された試料水用流路と、該試料水用流路の上方に設置された超音波透過性のシートとを備え、前記試料水用流路は、前記超音波発生装置側から前記シートの方向に向かう上昇流路と、該上昇流路に連続し、途中に試料水の採取口が設けられた下降流路とからなり、前記超音波発生装置から発信される超音波によって、試料水が、前記上昇流路を上昇して前記シートに衝突し、その後、前記下降流路を流下するように構成されていることを特徴とする試料水前処理装置である。
本発明によれば、超音波発生装置から発信される超音波によって、試料水中のＳＳ分が粉砕され、また、ＳＳ分中に含まれている有機物が試料水中に放出される。また、有機物に比べて比較的比重の重い砂や泥などの無機物は、下降流路内を急速に沈降していくので、試料水から分離させやすい。したがって、砂や泥などの無機物による水質分析計の閉塞や損傷を生じることなく、有機物等の成分の正確な測定を行うことができる。
【０００６】
前記第一の発明において、前記上昇流路の一部又は全体は逆テーパー状であることが好ましい。これにより、超音波発生装置から発信される超音波が収束され、超音波の強度が更に増強されるので、比較的大きなＳＳ分も粉砕することができる。
【０００７】
前記第一の発明において、前記下降流路は螺旋状であることが好ましい。これにより、有機物等に比べて比重の重い砂や泥などの無機物は、まず該下降流路の底面上に沈み、その後、該底面上を流下していく。したがって、小形状で比較的比重の重い砂や泥などを沈降させて試料水から分離、除去しやすくなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明するが、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
図１は、本実施形態に係る試料水前処理装置１の斜視図である。図２は、図１に示した試料水前処理装置１の分解図である。図３は、図１に示した試料水前処理装置１を試料水Ｗ中において使用している状態の縦断面図である。
試料水前処理装置１は、超音波透過性のシート２と、シート２で上端部を覆われた円筒形の外容器３と、外容器３の下端部に設置された超音波発生装置４と、超音波発生装置４とシート２との間に設置された流路構造部５とを備えている。試料水用流路は、流路構造部５と外容器３とによって形成されている。
【０００９】
シート２は、内側に雌ネジ６ａが形成された固定枠６を、外容器３の上端部に形成された雄ネジ３ａに螺合することにより、外容器３の上端部に取り付けられている。
シート２の材質は、超音波のエネルギーを吸収してしまわないように、超音波透過性のものを用いる。
超音波透過性のシートの材質としては、例えば、数十〜数百μｍ厚のプラスチック、ステンレスなどが好ましい。また、シート２の一部には、キャビテーションにより発生した気泡抜き用の切り込み２ａが設けられている。
【００１０】
固定枠６、外容器３の材質は、耐食性や使用する超音波の強度における耐久性を有するものであれば特に制限はなく、プラスチック、金属、セラミック等を用いることができる。
【００１１】
超音波発生装置４は、超音波発生部７を上にして４本のネジ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄによって外容器３の下端部に固定されている。超音波発生装置４に電気を供給する電気コード９は、外容器３の側壁に形成されている孔１０を通じて電源に連絡されている。
超音波発生装置４としては、特に、変調型の、波長０．１〜１ｍｍ程度の高周波を発信できるものが好ましい。
【００１２】
外容器３の側壁には、孔１０のほか、試料水を採水するための孔１１が設けられている。孔１１は、メッシュフィルター１２で覆われており、メッシュフィルター１２は、ネジ８ｂにより外容器３に取り付けられた枠１３で固定されている。
１〜５ｍｍ程度のメッシュフィルター１２を設けておくことにより、砂、小石、葉、木片など大きな物を予め除去することができる。
なお、メッシュフィルター１２の洗浄は、例えば孔１０から孔１１の方向に水やエアを噴射することにより行うことができる。
【００１３】
流路構造部５は、外容器３の内径と略同一の外径を有する略円柱状のブロック体であって、その上端が外容器３の上端と一致し、下端が超音波発生部７と離間するように外容器３内に接着等の手段により固着されている。
流路構造部５の上端部には、水平面５ａと、傾斜面５ｂとが形成されており、水平面５ａは、シート２と接するようになっている。傾斜面５ｂは流路構造部５の外周に向かうに従い、シート２から離間するような傾斜となっている。
【００１４】
流路構造部５の中心部には、下端面から傾斜面５ｂに向けて、縦方向に貫通する上昇流路１５が形成されている。その下端部は、上方に向かって次第に細くなった逆テーパー状のテーパー部１５ａが形成されている。
【００１５】
流路構造部５の側面は、傾斜面５ｂの最下部５ｃから流路構造部５の最下部まで、螺旋状の溝１６が形成されており、それ以外の部分は外容器３の内壁と接合している。螺旋状の溝１６は、外容器３の内壁とともに、試料水を下降させる下降流路１７を形成している。
下降流路１７の途中には、採取口１８が設けられており、ここから、採取管１９を介して試料水が採取され、水質分析計等に送られるようになっている。
【００１６】
なお、本実施形態では、上昇流路１５の下端部を逆テーパー状としているが、上昇流路１５全体が逆テーパー状であってもよく、また、上昇流路１５の途中が逆テーパー状となっていてもよい。
また、本実施形態に係る試料水前処理装置１においては、試料水用流路すなわち上昇流路１５と下降流路１７とが同一の流路構造部５に形成されているが、これらは別々に形成されていてもよい。また、下降流路１７も、流路構造部５の内部に形成されていてもよい。
さらに、上昇流路１５及び下降流路１７は、複数設けられていてもよい。
【００１７】
本実施形態の試料水前処理装置１では、孔１１を介して超音波発生装置４と流路構造部５との間に導入された試料水Ｗは、超音波発生装置４から発信される超音波により生じる進行波によって、上昇流路１５内をシート２方向に搬送される。この間、超音波発生装置４から発信される超音波の作用によって、試料水Ｗ中の塊状のＳＳ分を微細化することができ、また、ＳＳ分に含まれている有機物を分離させ、試料水中に遊離させることができる。
この際、テーパー部１５ａで、超音波発生装置４から発信される超音波が収束され、超音波の強度が増強される。例えば、図３において、逆テーパー状の部分を、底面の直径ｒ１が３ｃｍ、直径ｒ２が１ｃｍとすれば、強度１Ｗ／ｃｍ２程度の超音波を、面積比で９倍の９Ｗ／ｃｍ２程度に収束させることが可能である。超音波の強度が更に増強されることにより、テーパー部１５ａが設けられていない場合よりも大きな塊状ＳＳ分についても粉砕することができる。
また、シート２に切り込み２ａが設けられていることにより、試料水中に溶解している空気が超音波処理によって気泡となって現れた場合に、ここから気泡を抜くことができる。これにより、水質分析等を行う場合に、水質分析計内に入り込むと分析の妨げとなる気泡を除去することができる。
【００１８】
試料水Ｗは、その後、シート２に衝突して反射され、傾斜面５ｂとシート２との間の隙間１４を通過し、下降流路１７を通って下降していく。
この間、ＳＳ分中の泥、小砂などの無機物は、有機物に比べて比重が大きい（３〜４ｇ／ｃｍ３程度）ので、試料水が下降流路１７を下降していく間に、下降流路１７の底面上に沈降、堆積し、そして、該底面上を沈降していく。したがって、下降流路１７の側面の中央〜上部に形成されている採取口１８からは、これらがほとんど採取されることがない。
【００１９】
【発明の効果】
上述のように、本発明の試料水前処理装置は、水質分析等のために採取される試料水中のＳＳ分を微細な大きさにまで粉砕することができ、ＳＳ分中に含まれている有機物を試料水中に放出させることができる。したがって、水質分析計等の分析計の流路の閉塞等を引き起こすことなく、試料水中の有機物等に関する測定値の信頼性を向上させることができる。また、試料水中の砂や泥などの無機物を容易に分離、除去することができるので、分析計の損傷等を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る試料水前処理装置の斜視図である。
【図２】図１に示した試料水前処理装置の分解図である。
【図３】図１に示した試料水前処理装置の縦断面図である。
【符号の説明】
１…試料水前処理装置、２…シート、３…外容器、４…超音波発生装置、５…流路構造部、６…固定枠、７…超音波発生部、８ａ〜８ｄ…ネジ、９…電気コード、１０…孔、１１…孔、１２…メッシュフィルター、１３…枠、１４…隙間、１５…上昇流路、１６…溝、１７…下降流路、１８…採取口、１９…採取管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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