(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波センサを被計測槽内の上澄水中に浸漬して状態で固定し、該超音波センサから発信された超音波が上澄水と汚泥との界面で反射して帰ってくるまでの時間を計測し、その時間に基づいて前記界面のレベルを検出する超音波式汚泥界面レベル計において、
前記超音波センサの下部に２本以上の気体噴射ノズルを互いに位相をずらして位相差を設け、且つ、複数の気体噴射ノズルの噴射口の位置を同一水平面内において径方向にずらせた状態で配置し、該気体噴射ノズルから前記超音波センサの下面に向かって気体を噴射し、前記超音波センサ下面に気液混合状態を形成するとともに、旋回流を発生させて超音波センサを洗浄する洗浄機構を設けたことを特徴とする超音波式汚泥界面レベル計。
【請求項２】
水深０〜５０ｃｍにおける前記気体噴射ノズルの前記超音波センサの下面に対して成す角度を５°〜４５°に設定したことを特徴とする請求項１記載の超音波式汚泥界面レベル計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被計測槽内の上澄水と汚泥との界面のレベルを超音波センサを用いて計測する超音波式汚泥界面レベル計に関し、特に超音波センサの洗浄に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排水処理や下水処理等に供される沈殿槽においては、その底部に汚泥が沈殿するが、沈殿槽内の上澄水と汚泥との界面のレベルを超音波センサを用いて計測する超音波式汚泥界面レベル計は従来から知られている。即ち、この超音波式汚泥界面レベル計は、超音波センサを被計測槽内の上澄水中に浸漬した状態で固定し、該超音波センサから発信された超音波が上澄水と汚泥との界面で反射して帰ってくるまでの時間を計測し、その時間に基づいて前記界面のレベルを検出するものである。
【０００３】
ところで、斯かる超音波式汚泥界面レベル計においては、上澄水中に浸漬された超音波センサの送受信面に浮遊物や汚泥、気泡等が付着し易く、これらが付着すると超音波センサの検知精度が低下する。従って、超音波センサの送受信面を常時或は定期的に洗浄する必要があり、その洗浄機構も今までに種々提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３１８４２０号公報
【特許文献２】特開２００３−３０２２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来の洗浄機構においては、ノズルから超音波センサの送受信面に向かって水等の液体を噴射する方式が専ら用いられているため、良好な洗浄効果が得られない。即ち、液体中で液体を噴射する方式は、センサ付近の液体を置換し、共存している固形物等を押し出す効果はあっても、洗浄のための液体の噴射速度が上澄水中で減殺されるため、センサに付着した不純物を剥離させることは難しい。一方、液体の噴射速度を上げると、不純物の剥離効果は上がるが、噴射の拡散領域は狭くなり、効果的な洗浄効果が得られないという問題があった。
【０００６】
従って、高圧の液体を噴射する方式を採用するためには、センサ下部全面に噴流が当たるように多数の噴射管を設け、且つ、互いの噴流が干渉しないように順番に噴射させる機構を設けたり、又はノズルの角度を任意に変えられる可変ノズル機構とする等、複雑な機構を付加する必要があった。
【０００７】
このように、液体を噴射する方式は、簡単な機構で十分な洗浄効果を得ることが難しかった。
【０００８】
又、従来技術でも超音波センサの洗浄に気体を使用する例もあるが、液体を噴射する場合と同じく、噴流による押し出し力を利用する技術であって、不純物の剥離効果が低く、又、特に１本の気体噴射ノズルから気体を噴射する方式が採用されることが多く、この場合、洗浄後に超音波センサの下面に小さな気泡が残留し、超音波センサから発信される超音波が気泡によって屈折し、超音波センサの検知精度が低下するという問題があった。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、液中に浸漬された超音波センサを効果的に洗浄して常に高い測定精度を保つことができる超音波式汚泥界面レベル計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、超音波センサを被計測槽内の上澄水中に浸漬して状態で固定し、該超音波センサから発信された超音波が上澄水と汚泥との界面で反射して帰ってくるまでの時間を計測し、その時間に基づいて前記界面のレベルを検出する超音波式汚泥界面レベル計において、前記超音波センサの下部に２本以上の気体噴射ノズルを互いに位相をずらして位相差を設け、且つ、複数の気体噴射ノズルの噴射口の位置を同一水平面内において径方向にずらせた状態で配置し、該気体噴射ノズルから前記超音波センサの下面に向かって気体を噴射し、前記超音波センサ下面に気液混合状態を形成するとともに、旋回流を発生させて超音波センサを洗浄する洗浄機構を設けたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、水深０〜５０ｃｍにおける前記気体噴射ノズルの前記超音波センサの下面に対して成す角度を５°〜４５°に設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の発明によれば、複数の気体噴射ノズルから超音波センサの送受信面である下面に向かって噴射される気体は、互いに干渉し合って且つ周辺水と共に攪乱される結果、気液混合状態を形成して超音波センサの下面を効果的に洗浄する。気液混合状態は、その複雑な乱れによって撹拌力を持ち、不純物を剥離させる力を生ずる。又、気泡が大きくなっていく過程は拡散力を生み、剥離した不純物を押し出す効果をもたらす。このため、超音波センサの下面に付着した浮遊物や汚泥が確実に除去され、超音波センサの送受信面である下面は清浄な状態に保たれ、その検知精度が低下することがなく、当該超音波式汚泥界面レベル計は、常に高い測定精度を保つことができる。尚、本発明では、超音波センサの洗浄に気体を使用しているが、２本以上の気体噴射ノズルから気体を噴射し、この噴射された気体によって形成される大きな気泡同士を互いに干渉させて攪乱が生じるようにしたため、洗浄後に超音波センサの下面に小さな気泡が残留することがなく、従って、従来技術で問題となっていたような超音波センサから発信される超音波が気泡によって屈折することがなく、この結果、超音波センサには常に高い検知精度が確保される。
【００１７】
ところで、水中に放出された気体は、直ちに上昇しようとする。又、気体が水中で放出されるため、圧力を掛けた状態で水中に放出された気体は、直ちに膨張しようとする。従って、これらの力を利用しつつ、且つ、効果的に気液混合状態を形成するためには、気体の放出角度が重要である。本発明では、各気体噴射ノズルから噴射される気体によって超音波センサの下面に気液混合状態を形成するとともに、旋回流を発生させるようにしたため、超音波センサの下面を効果的に洗浄して常に高い測定精度を保つことができる。
【００１８】
請求項２記載の発明によれば、通常、超音波センサを設置する水深０〜５０ｃｍにおける気体噴射ノズルの超音波センサの下面に対して成す角度を５°〜４５°に設定したため、気体噴射ノズルから噴射される気体が気液混合状態を形成しながら拡散し、被洗浄対象としての超音波センサの下面のほぼ全面に亘って衝突して該下面の洗浄に供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は沈殿槽の側断面図、図２は同沈殿槽の平面図、図３は図２のＡ−Ａ線拡大断面図、図４は超音波センサの正面図（図３の矢視Ｂ方向の拡大詳細図）、図５は洗浄の様子を示す超音波センサの底面図（図４の矢視Ｃ方向の図）である。
【００２３】
図１及び図２において、１は上面が開放された有底筒状の沈殿槽であって、その内部には汚泥を含む下水等の被処理水が収容されている。そして、この沈殿槽１においては、被処理水に含まれた汚泥２が沈降によって図示のように底部に堆積し、その上方は上澄水３が占めている。
【００２４】
ところで、沈殿槽１の上部中心部には駆動モータ４が設置されており、この駆動モータ４によってスカムスキマー５が上澄水３の上面を図２の矢印方向に回転駆動されることによって、上澄水３上に浮遊する不図示のスカムが掻き集められてチャンネル状のトラフ６へと排出される。
【００２５】
而して、沈殿槽１には、上澄水３と汚泥２との界面のレベル（汚泥２の深さ）を超音波によって測定するための超音波式汚泥界面レベル計１０が設置されている。この超音波式汚泥界面レベル計１０は、図３に示すように、沈殿槽１内の上澄水３中に浸漬した状態で設置された超音波センサ１１と、該超音波センサ１１から発信された超音波の伝播時間を測定する不図示の測定手段と、該測定手段によって測定された伝播時間に基づいて汚泥界面レベルを演算する不図示の演算手段等を含んで構成されている。
【００２６】
ところで、前記超音波センサ１１は、図２及び図３に示すように、前記トラフ６から軸直角方向に水平に延びるアーム７の先端に吊り下げ支持されて上澄水３に浸漬されている。ここで、アーム７は、その基端部がフック８を介してトラフ６の上端部に脱着可能に係合されて固定されており、その先端部に取り付けられたＵ字状の支持部材９には前記超音波センサ１１がワイヤー１２によって吊り下げ支持されている。
【００２７】
上記超音波センサ１１は、図４に詳細に示すように、上下２枚の支持板１３，１４によって挟持されており、上下２枚の支持板１３，１４には複数の（本実施の形態では４本）のボルト１５が挿通され、各ボルト１５にはナット１６が螺着されている。尚、本実施の形態では、超音波センサ１１として本多電子（株）社製のＨＬ２０００の市販品を使用しており、その送受信面である下面の外径はφ６５ｍｍである。
【００２８】
而して、本実施の形態においては、超音波センサ１１の送受信面である下面を空気によって洗浄するための洗浄機構が設けられているが、この洗浄機構は、超音波センサ１１の下部に設けられた２本の気体噴射ノズル１７，１８（図４には一方のみ図示）と、各気体噴射ノズル１７，１８に圧縮空気を供給するためのコンプレッサ１９（図２参照）等によって構成されており、コンプレッサ１９と各気体噴射ノズ１７，１８とはエアホース２０（図２参照）を介して接続されている。尚、本実施の形態においては、各気体噴射ノズル１７，１８としては内径φ４ｍｍのパイプが使用されている。
【００２９】
ここで、図４に示すように、下側の前記支持板１４には、１本のボルト１５に挿通してナット２１によって締め付けられた支持部材２２が固定されており、各気体噴射ノズル１７，１８は、支持部材２２によって支持板１４に固定されている。
【００３０】
ところで、各気体噴射ノズル１７，１８は、超音波センサ１１と共に水深０〜５０ｃｍの位置に設置されるが、その先端部は、図４に示すように、その噴射口が超音波センサ１１の被洗浄面である下面に向かうよう鋭角に屈曲されており、その傾斜角（気体噴射ノズル１７，１８の各先端部の中心線が超音波センサ１１の下面に対して成す角度、つまり空気の噴射角度）θは１０°±５°に設定されている。
【００３１】
又、図５に示すように、２つの気体噴射ノズル１７，１８は、平面視において各先端の中心線が互いに交差するように周方向に所定角度だけ位相がずれた状態で配置されており、各噴射口の位置は同一平面内において径方向にずらして（ずれ量Δｒ）位相差を設けて配置されている。

【００３２】
次に、本発明に係る超音波式汚泥界面レベル計１０の作用を説明する。
【００３３】
沈殿槽１内の上澄水３中に浸漬された超音波センサ１１から一定の時間間隔で超音波が発信されると、その超音波は上澄水３と汚泥２との界面（汚泥界面）で反射して超音波センサ１１によって受信されるが、それまでの時間（超音波の伝播時間）ｔは不図示の計測手段によって計測され、この計測された時間ｔに基づいて超音波センサ１１から汚泥界面までの深さＬ1（図１参照）が不図示の演算手段によって次式にてに算出される。
【００３４】
Ｌ1＝ａ×ｔ／２          …（１）
（ａ：音速）
ここで、図１に示す超音波センサ１１から沈殿層１の下端までの距離Ｌ0は既知であるため、汚泥２のレベル（深さ）Ｌ2は次式によって求められる。
【００３５】
Ｌ2＝Ｌ0−Ｌ1          …（２）
ところで、前述のように上澄水３に浸漬された超音波センサ１１の送受信面である下面には浮遊物や汚泥が付着し易く、これらが付着すると超音波センサ１１の検知精度が低下する。このため、本実施の形態においては、定期的（例えば、１時間又は３時間毎）に洗浄機構によって超音波センサ１１の下面を空気によって洗浄するようにしている。
【００３６】
即ち、洗浄に際しては、前記コンプレッサ１９を駆動して圧縮空気を前記エアホース２０を経て２本の気体噴射ノズル１７，１８に圧送する。すると、図５に示すように、両気体噴射ノズル１７，１８の各噴射口から圧力０．１〜０．５ＭＰａ程度の圧縮空気が超音波センサ１１の下面の中心に向かってそれぞれ噴射されるが、この噴射された圧縮空気は、図示のように拡散し、図５に斜線にて示す領域で互いに干渉し合って撹乱され、その領域の周囲に気液混合状態を形成して超音波センサ１１の下面を効果的に洗浄する。この結果、超音波センサ１１の下面に付着した浮遊物や汚泥が確実に除去され、超音波センサ１１の送受信面である下面は正常な清浄な状態に保たれ、その検知精度が低下することがなく、当該超音波式汚泥界面レベル計１０は、常に高い測定精度を保つことができる。又、一方の気体噴射ノズル１８から噴射された空気によって形成される気泡が他方の期待噴射ノズル１７から噴射される空気によって形成される気泡の基端部に衝突して超音波センサ１１の下面に気泡の旋回流を発生させるため、この旋回流によって超音波センサ１１の下面が更に効果的に洗浄される。

【００３７】
尚、本実施の形態では、超音波センサ１１の洗浄に気体である空気を使用しているが、２本の気体噴射ノズル１７，１８から空気を噴射し、この噴射された空気によって形成される大きな気泡同士を互いに干渉させて攪乱が生じるようにしたため、洗浄後に超音波センサ１１の下面に小さな気泡が残留することがない。このため、超音波センサ１１から発信される超音波が気泡によって屈折することがなく、超音波センサ１１には常に高い検知精度が確保される。
【００４２】
尚、以上の実施の形態では、洗浄機構として２本の気体噴射ノズルを用いたが、３本以上の気体噴射ノズルを用いても同様の効果が得られる。又、本実施の形態では、気体噴射ノズルの傾斜角θを１０°±５°したが、気体噴射ノズルの水深０〜５０ｃｍでの傾斜角θは５°〜４５°の範囲に設定すべきである。因に、傾斜角θを５°以下とすると、気体噴射ノズルから噴射される空気が気液混合状態を形成することなく超音波センサの下面に略平行に流れて洗浄に寄与せず、又、傾斜角θを４５°以上とすると、気体噴射ノズルから噴射される空気が大きな気泡となって気液混合状態を形成しなかったり、超音波センサの下面の全領域に届かなかったりして、超音波センサの下面の洗浄に十分寄与することができない。
【００４３】
更に、本実施の形態では、気体噴射ノズルから空気を噴射させたが、空気以外の例えば炭酸ガス等の気体を噴射させるようにしても良い。
【００４４】
次に、本発明の前記効果を確認するために行った実験について説明する。
【００４５】
実験は、図６に示すように、水深２０ｃｍの位置に設置された超音波センサ（本多電子社製：ＨＬ２０００）１１の直径φ６５ｍｍの送受信面の中心部に不純物を模擬して長さ３ｃｍの練り歯磨（花王（株）社製「クリアクリーン  プラスａ」）２３を３本並べて付着させ、内径φ４ｍｍの不図示の基体噴射ノズルから圧力０．５ＭＰａの圧縮空気を噴出することによって行った。
【００４６】
実験条件としては、気体噴射ノズルの本数を１本、２本、３本と変えるとともに、各気体噴射ノズルの傾斜角θを０°（水平）、５°、１０°、４５°、６０°と変化させ、各場合について超音波センサの送受信面への歯磨粉の付着状態を目視で確認した。その結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】
0004609626.tif 000002
尚、表１において、○は歯磨粉の付着が全く認められない状態、△は歯磨粉の付着が若干認められる状態、×は歯磨粉が可成り付着したままの状態をそれぞれ示す。
【００４８】
表１から明らかなように、気体噴射ノズルの本数を２本以上とし、各気体噴射ノズルの傾斜角θを１０°付近に設定すると、高い洗浄効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、超音波式汚泥界面レベル計に用いられる超音波センサのみならず、液体中に浸漬された状態で使用される超音波センサの送受信面や、各種水質計のセンサ、水中カメラの覗窓等の洗浄に対する利用可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】沈殿槽の側断面図である。
【図２】沈殿槽の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図４】超音波センサの正面図である。
【図５】線状の様子を示す超音波センサの底面図（図４の矢視Ｃ方向の図）である。
【図６】実験条件を示す超音波センサの底面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１      沈殿槽（被計測槽）
２      汚泥
３      上澄水
１０    超音波式汚泥界面レベル計
１１    超音波センサ
１７，１８  気体噴射ノズル
１９    コンプレッサ
２０    エアホース
【図１】
0004609626.tif 000003
【図２】
0004609626.tif 000004
【図３】
0004609626.tif 000005
【図４】
0004609626.tif 000006
【図５】
0004609626.tif 000007
【図６】
0004609626.tif 000008