(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定流体が流れる配管内に配置され、前記被測定流体に光を照射する発光部と、前記被測定流体中に含まれる固形物等で反射された散乱光が入射する受光部とが設けられた検出部を備える液体濃度測定装置であって、
前記配管内に差し込まれたロッド状部の先端に前記検出部が設けられ、
前記ロッド状部の先端は半球状であり、
前記検出部は、凸面状であり、前記被測定流体の流れ方向の上流側を向き、かつ前記被測定流体の流れ方向に対して傾斜している、液体濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上下水道や河川の汚泥、パルプ製造を含む一般産業の製造工程等で発生する懸濁物質のような、液体中に含まれる固形物、粒子、コロイド状物質等の濃度（液体濃度）を測定する液体濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の液体濃度測定装置の測定原理としては、マイクロ波式や超音波減衰式等に加え、光学式が知られている。光学式の液体濃度測定装置は、光透過率式と散乱光演算式に大別される。また、散乱光演算式は前方散乱光演算式と後方散乱光演算式に分類される。
【０００３】
後方散乱光演算式の液体濃度測定装置は、例えば特許文献１〜３に記載されているように、発光素子と受光素子を並べて配置した検出部を備え、散乱光の強度により液体中の汚泥等の濃度を測定する。図７に示すように、従来の後方散乱光演算式の液体濃度測定装置では、検出部１は例えば配管２を流れる被測定流体の流れの方向Ｆに対して平行に配置されている。液体の種類、濃度等により異なるが、被測定流体中に含まれる汚泥等の固形物、被測定流体からの析出物等が、検出部１に付着して層を形成して覆い隠してしまう場合がある。この場合、発光素子からの光の放射や、被測定流体からの散乱光の受光素子による受光を妨げることにより、濃度測定の精度低下や測定不能を招く。
【０００４】
検出部１への付着物に対する対策として、図８に示す自動洗浄機構５が知られている。この例では、液体濃度測定装置６のケーシング７は、ケーシング本体７ａと、このケーシング本体７ａから延びて先端に検出部１を備えるロッド状部７ｂとを備える。ロッド状部７ｂは、検出部１が配管２内に配置されるように配管２からの分岐管８に差し込まれている。ケーシング本体７ａはボールバルブ９とシール部１０を介して分岐管８に取り付けられている。自動洗浄機構５は検出部１の付近で配管２に開口する洗浄管１１を備え、この洗浄管１１から高圧の洗浄水１２を吹き付けることで検出部１から付着物を剥離させて洗い流す。
【０００５】
しかし、図８に示す自動洗浄機構５では液体濃度測定装置６による測定動作を停止した状態で洗浄動作を行う必要がある。そのため、特に付着物の量が多い場合には、洗浄動作の間隔を短く設定して頻繁に測定を中断する必要が生じ、洗浄水も多量に必要となる。また、効果的な洗浄を行うには配管２内の圧力よりも十分に高い圧力で多量の洗浄水１２を検出部１に吹き付ける必要があるが、洗浄水の圧力や量が不足し検出部１を適切に洗浄できない場合がある。例えば、洗浄水１２を噴射することで配管２内の被測定液体３の濃度が低下するので、用途や運転条件によっては噴射に使用できる洗浄水１２の量が制限される。また、配管２に自動の仕切弁が設けられている等の理由で配管２内の流量が制限されるために、十分な量の洗浄水１２を噴射できない場合もある。
【０００６】
図８に示す洗浄機構で効果的に洗浄できない場合には、検出部１から付着物を拭き取る作業を頻繁に行う必要がある。具体的には、作業者が分岐管８から液体濃度測定装置６のロッド状部７ｂを引き抜き、検出部１に付いた付着物を手作業で取り除く必要がある。しかし、人手による作業は非常に煩雑であるだけでなく、拭き取り作業中は測定動作を停止する必要がある。
【０００７】
以上のように従来のこの種の液体濃度測定装置では、検出部１を効果的に洗浄して付着物を除去することが困難であるため、長期間の連続した濃度測定の実現は困難である。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−９８６３７号公報
【特許文献２】特開２００２−３６５２１６号公報
【特許文献３】特開２００５−１２７９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記従来の液体濃度測定装置における問題に鑑み、本発明は簡易な構成で効果的に検出部への汚泥等の付着を防止し、長期間の連続した濃度測定を実現可能とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
種々の試験等の結果、液体濃度測定装置６の検出部１付近への付着物１３の付着には一定の傾向があることを本発明者は新たに見出した。具体的には、図９に示すように付着物１３はロッド状部７ｂの先端のうち主として被測定流体の流れ方向Ｆの下流側を向いた部分に付着し、その結果検出部１が付着物１３で覆われる。しかし、ロッド状部７ｂの先端であっても被測定流体の流れ方向Ｆの上流側を向いた部分への付着物１３の付着は極めて少ない。本発明はかかる新たな知見に基づいてなされたものである。
【００１１】
本発明は、被測定流体が流れる配管内に配置され、前記被測定流体に光を照射する発光部と、前記被測定流体中に含まれる固形物等で反射された散乱光が入射する受光部とが設けられた検出部を備える液体濃度測定装置であって、前記配管内に差し込まれたロッド状部の先端に前記検出部が設けられ、前記ロッド状部の先端は半球状であり、前記検出部は、凸面状であり、前記被測定流体の流れ方向の上流側を向き、かつ前記被測定流体の流れ方向に対して傾斜している、液体濃度測定装置を提供する。
【００１２】
検出部は被測定流体の流れ方向の上流側を向いているので、汚泥等の付着を効果的に防止できる。換言すれば、検出部は高い自己洗浄機能を有し、汚泥等の付着物の付着が極めて少ない。この自己洗浄機能は、流れ方向の上流側を向いた検出部に対し、被測定流体の流れが比較的高い速度を維持した状態で衝突することによると推察される。また、検出部は被測定流体の流れ方向に対して傾斜しているので、被測定流体中の夾雑物等が検出部で捕捉されたとしても、被測定流体の流れによって押し流されて速やかに検出部から離脱する。換言すれば、検出部に夾雑物が引っ掛かった状態が継続するのを防止できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の液体濃度測定装置では、検出部を被測定流体の流れ方向の上流側に向けるという簡易な構成で効果的に検出部への付着を防止でき、長期間の連続した濃度測定が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１６】
図１から図３は、本発明の実施形態に係る液体濃度測定装置６を示す。なお、これらの図面において、図７から図９に示す従来の液体濃度測定装置６と同一の要素には同一の符号をしている。
【００１７】
図３を参照すると、ケーシング本体７ａ内には、発光ダイオード等の発光素子２１、発光素子２１を駆動するための発光回路２２、フォトダイオード等からなり光電変換を行う受光素子２３、及び受光素子２３を駆動するための受光回路２４が収容されている。発光素子２１が放射する光を被測定流体３まで導くために、光ファイバ等からなる出力側導波部２６が設けられている。この出力側導波部２６は発光素子２１からロッド状部７ｂの先端まで延びており、ロッド状部７ｂの先端面で露出した出力側導波部２６の端面は発光部２８として機能する。また、被測定流体３中の粒子２９により散乱した散乱光を受光して受光素子２３に導くために、光ファイバ等からなる入力側導波部２７が設けられている。この入力側導波部２７は受光素子２３からロッド状部７ｂの先端まで延びており、ロッド状部７ｂの先端面で露出して入力側導波部２７の端面は受光部３０として機能する。受光回路２４と発光回路２２はケーブル３１により変換回路、演算回路等を含む外部回路（図示せず）に接続されている。発光部２８から被測定流体３中に光が照射され、被測定流体３中に浮遊する固形物ないしは粒子２９で反射された後方散乱光は受光部３０に入射する。受光素子２３によって散乱光の強度が検出され、この強度が所定の演算により濃度に換算される。
【００１８】
図２Ａ，Ｂを参照すると、被測定流体３が流れる配管２内に配置されているロッド状部７ｂの半球状の最先端部７ｃには、円形の平面からなる検出部１が設けられている。検出部１の中央には受光部３０が配置され、その周囲には受光部３０を中心とする円周上に間隔をあけて６個の発光部２８が配置されている。
【００１９】
図２Ａに最も明瞭に示すように、検出部１は被測定流体３の流れ方向Ｆの上流側を向き、かつ流れ方向Ｆに対して傾斜するように配置されている。流れ方向Ｆに対する検出部１の傾き角度θは特に限定されないが、例えば３０〜６０度程度に設定される。また、本実施形態では、検出部１はロッド状部７ｂの最先端部７ｃのうち流れ方向Ｆの半分よりも上流側（図２Ａにおいてロッド状部７ｂの中心軸Ｌよりも右側）に収まるように設けられている。さらに、本実施形態では検出部１は被測定流体３の流れ方向Ｆに対して正対している。換言すれば、図２Ｂで示すように流れ方向Ｆの上流側から見ると、検出部１の法線Ｎ（図２Ａ参照）がロッド状部７ｂの中心軸Ｌと一致している。しかし、検出部１は図２Ｂにおいて矢印Ｙで示すように中心軸Ｌ回りに若干回転させた姿勢に設定してもよい。また、本実施形態ではロッド状部７ｂの先端のうち半球状の最先端部７ｃのみが配管２の内面に位置しているが、図２Ｃに示すように最先端部７ｃのみでなく最先端部７ｃよりも基端側の部位のロッド状部分７ｂが配管２の内面に露出していてもよい。
【００２０】
検出部１は被測定流体３の流れ方向Ｆの上流側を向いているので、被測定流体３に含まれる汚泥等の付着を効果的に防止できる。換言すれば、検出部１は高い自己洗浄機能を有し、汚泥等の付着物の付着が極めて少ない。このように、本実施形態の液体濃度測定装置６は、検出部１を被測定流体３の流れ方向Ｆの上流側を向けるという極めて簡易な構成により検出部１への汚泥等の付着を効果的に防止する自己洗浄機能を実現している。従って、長期間にわたって検出部１の手作業により払拭作業等を行うことなく連続的に被測定流体３の濃度測定を実行できる。
【００２１】
検出部１の自己洗浄機能は、流れ方向Ｆの上流側を向いた検出部１に対して被測定流体３の流れが比較的高い速度を維持した状態で衝突することによるものであると推察される。従って、前述のように検出部１をロッド状部７ｂの最先端部７ｃのうち流れ方向Ｆの半分よりも上流側（図２Ａにおいてロッド状部７ｂの中心軸Ｌよりも右側）に収まるように設け、検出部１に対して高速の被測定流体３を確実に衝突させる必要がある。換言すれば、検出部１は流れ方向Ｆの上流側から見た場合に（図２Ｂ参照）、その全体が見えるように設ける必要がある。
【００２２】
検出部１は被測定流体３の流れ方向Ｆに対して傾斜している。そのため、被測定流体３中の夾雑物等が検出部で捕捉されたとしても、被測定流体３の流れによって押し流されて速やかに検出部１から離脱する。このように、検出部１は被測定流体３の流れ方向Ｆに対して傾斜させることで、検出部１への夾雑物等の引っ掛かりを効果的に防止できる。その結果、検出部１に夾雑物が引っ掛かった状態が継続し、それに起因して測定精度が低下たり測定不能となるのを防止できる。
【００２３】
図４Ａ，Ｂは、本実施形態の液体濃度測定装置６を連続使用する試験に供した後のロッド状部７ｂの最先端部７ｃへの汚泥の付着状況を示す。試験条件としては、内径１００ｍｍの円管からなる配管２中に被測定液体３として重力濃縮汚泥を１５ｍ３／ｈ流し、約２週間連続使用した。これら図４Ａ，Ｂより明らかなように、ロッド状部７ｂの最先端部７ｃのうち流れ方向Ｆの下流側には汚泥３２の付着が認められるが、最先端部７ｃのうち流れ方向Ｆの上流側に設けている検出部１には汚泥の付着は認められない。この試験結果から、本実施形態の液体濃度測定装置６は検出部１の自己洗浄機能を有していることが確認できる。
【００２４】
図５Ａ，Ｂは、図４Ａ，Ｂの場合と同一の条件下で、かつ自動洗浄機構５（図８参照）を１時間間隔で動作させて洗浄水による洗浄を実行した場合の、ロッド状部７ｂの最先端部７ｃへの汚泥の付着状況を示す。これら図５Ａ，Ｂから明らかなように、検出部１には汚泥の付着は認められず、かつロッド状部７ｂの最先端部７ｃのうち流れ方向Ｆの下流側への汚泥３２の付着量も低減している。この試験結果から、本実施形態の液体濃度測定装置６を自動洗浄機構５と組み合わせて使用することにより、より長期間にわたる連続した濃度測定が可能となる。
【００２５】
図６Ａ，Ｂは本発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、検出部１は円筒状のロッド状部７ｂを斜めに横切る楕円状の平面としている。この実施形態のその他の構成及び作用は前述のものと同一である。
【００２６】
本発明は前記実施形態に限定されず種々の変形が可能である。例えば、前記実施形態ではいずれも検出部１は平面であるが、検出部は被測定流体３の流れ方向Ｆの上流側に向かって突出する凸面状であってもよい。また、本発明は実施形態のように円管からなる配管２に限定されず、断面形状が矩形等の多角形の管等にも適用でき、管以外の開渠、暗渠、液槽等を流れる被測定流体の濃度測定についても本発明を適用できる。さらに、検出部１は実施形態のもののように配管２内の側方に配置されている必要はなく（図１参照）、配管２内の上方や下方に検出部１が配置されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係る液体濃度測定装置を取り付けた配管の模式的な断面図。
【図２Ａ】図１のII−II線での部分断面図。
【図２Ｂ】被測定流体の流れ方向上流側から見た検出部付近の部分断面図。
【図２Ｃ】配管の内面に対するロッド状部の最先端部の配置の代案を示す部分断面図。
【図３】液体濃度測定装置の模式的な断面図。
【図４Ａ】被測定流体の流れ方向を側方から見た本実施形態の液体濃度測定装置における検出部付近への汚泥の付着状態を示す模式的な斜視図（自動洗浄を行わない場合）。
【図４Ｂ】被測定流体の流れ方向上流側から見た本発明の液体測定装置における検出部付近への汚泥の付着状態を示す模式的な斜視図（自動洗浄を行わない場合）。
【図５Ａ】被測定流体の流れ方向を側方から見た本実施形態の液体測定装置における検出部付近への汚泥の付着状態を示す模式的な斜視図（自動洗浄を行った場合）。
【図５Ｂ】被測定流体の流れ方向上流側から見た本発明の液体測定装置における検出部付近への汚泥の付着状態を示す模式的な斜視図（自動洗浄を行った場合）。
【図６Ａ】被測定流体の流れ方向を側方から見た本発明の変形例に係る液体濃度測定装置の検出部付近の部分断面図。
【図６Ｂ】被測定流体の流れ方向上流側から見た本発明の本発明の他の実施形態に係る液体濃度測定装置の検出部付近の部分断面図。
【図７】被測定流体の流れ方向を側方から見た従来の液体濃度測定装置の検出部付近の部分断面図。
【図８】従来の液体濃度測定装置を取り付けた配管の模式的な断面図。
【図９】被測定流体の流れ方向を側方から見た従来の液体濃度測定装置の検出部付近の模式的な斜視図。
【符号の説明】
【００２８】
１  検出部
２  配管
３  被測定流体
５  自動洗浄機構
６  液体濃度測定装置
７  ケーシング
７ａ  ケーシング本体
７ｂ  ロッド状部
７ｃ  最先端部
８  分岐管
９  ボールバルブ
１０  シール部
１１  洗浄管
１２  洗浄水
１３  付着物
２１  発光素子
２２  発光回路
２３  受光素子
２４  受光回路
２６  出力側導波路
２７  入力側導波路
２８  発光部
２９  粒子
３０  受光部
３１  ケーブル
３２  汚泥
Ｆ  流れの方向
【図１】
0004663586.tif 000002
【図２Ａ】
0004663586.tif 000003
【図２Ｂ】
0004663586.tif 000004
【図２Ｃ】
0004663586.tif 000005
【図３】
0004663586.tif 000006
【図４Ａ】
0004663586.tif 000007
【図４Ｂ】
0004663586.tif 000008
【図５Ａ】
0004663586.tif 000009
【図５Ｂ】
0004663586.tif 000010
【図６Ａ】
0004663586.tif 000011
【図６Ｂ】
0004663586.tif 000012
【図７】
0004663586.tif 000013
【図８】
0004663586.tif 000014
【図９】
0004663586.tif 000015