(57)【要約】【課題】本発明は、雨水の水質及び水質の変化を測定するために、雨水の水質を１転倒升毎に正確に測定することができる安価な水質測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の水質測定装置は、雨水の水質を１転倒升毎に正確に測定するために、測定される雨水が貯留される貯留空間の容積が転倒升より小さい。また、転倒升の雨水が混ざり合わずに、貯留空間に貯留される雨水が入れ替わることができるように、貯留空間を挟んで、雨水が貯留空間に流入する流入口と反対側の、上記貯留空間より高い位置に貯留空間からの雨水が流出する流出口が形成されている。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
雨水で満たされる度に転倒し、満たされた雨水を所定量排出する２つ１対の転倒升と、排出された雨水を貯留する貯留セルと、貯留された雨水の水質を測定する測定センサを備えた水質測定装置において、
上記貯留セルは、受け皿と、当該受け皿に対する流路形成蓋体と、上記受け皿の底面と流路形成蓋体の下面とで形成された上記転倒升より容積の小さい貯留空間と、上記転倒升から排出された雨水を上記貯留空間に流入させる流入口と、上記貯留空間を挟んで上記流入口と反対側の上記貯留空間の上端に設けられた流出口とから構成されることを特徴とする水質測定装置。
【請求項２】
上記測定センサは、雨水のＰＨ、塩分濃度、導電率、硝酸濃度、硫酸濃度、温度のうち少なくとも１つを測定するセンサである請求項１に記載の水質測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸性雨等の水質を測定する水質測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題の１つとして、酸性雨に関する関心が高まっており、ＰＨや導電率等の雨水の水質を測定する様々な装置が提案されている。雨水の水質を測定する装置として、例えば、特許文献１に記載されている図６に示すような酸性雨自動測定機６００が製品化されている。
【０００３】
この酸性雨自動測定機６００は、前・横1.5〜2ｍの筐体に収納されたもので、水質の測定だけでなく、雨量計としての機能を持っており、雨量を計測する機構と、雨水の水質を測定する機構等から構成されている。
【０００４】
雨量を計測する機構は、酸性雨自動測定機６００の筐体の上部に受水口を上に向けて配設された受水漏斗６０１と、当該受水漏斗６０１の下方に配設された、所定の容積の左右一対の転倒升６０４、６０５から構成されている。当該左右一対の転倒升６０４、６０５は支軸６０６を挟んで対称に構成され、当該支軸６０６は上記受水漏斗６０１の導水口６０１ａの直下で、左右一対の転倒升６０４、６０５が水平となるように筐体の器枠に保持された状態になっており、左右一対の転倒升６０４、６０５の重量の均衡が僅かに崩れた状態で、いずれか一方が受水漏斗６０１の導水口６０１ａの直下に位置する構成となっている。
【０００５】
この構成により、一方の転倒升６０４、６０５に所定量の雨水が受水され、その受水量が所定の量になったとき、当該転倒升６０４、６０５が上記支軸６０６を中心に排出位置にまで転倒して、雨水を排出するとともに、他方の転倒升６０５、６０４が上記受水漏斗６０１の導水口６０１ａの直下に位置するようなる。
【０００６】
従って、所定時間内の上記転倒升６０４、６０５の転倒回数を計数することによって雨量を測定することが出来るようになっている。
【０００７】
上記各転倒升６０４、６０５の排出位置に対応して、酸性雨自動測定機６００の筐体に排水筒６０７、６０８が配設されており、当該排水筒６０７、６０８から排出される雨水が、雨水の水質を測定する機構を構成する回収管を介して貯留セル６１４に導かれる。この貯留セル６１４に貯留された雨水は、ＰＨセンサ、導電率センサ、温度センサ等により物理量が計測され、計測された物理量が増幅制御信号変換器６１１にて外部に出力される。
【０００８】
また、酸性雨自動測定機６００には、降雨のないときは上記受水漏斗６０１の受水口を蓋６１０で覆い、降雨センサ６０９が降雨を検知したときは当該蓋６１０を受水口から外す受水漏斗開閉機構や、受水漏斗６０１、転倒升６０４、６０５、排水筒６０７、６０８を洗浄する自動洗浄機構等を備えている。
【特許文献１】「酸性雨調査法−資料採取、成分分析とデータ整理の手引き−」、株式会社ぎょうせい、平成５年６月２５  ｐ．４５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
１転倒升毎に水質を測定するためには、左右一対の転倒升６０４、６０５の一回の転倒によって転倒升６０４、６０５から排出された雨水のみが上記貯留セル６１４に貯留された状態になければならない。しかし、図７に示す従来の貯留セル６１４は、転倒升６０４、６０５に比べて容積が大きいため、数回の転倒によって排出された雨水が貯留される。よって、貯留セル６１４において、各転倒によって排出された雨水が互いに混ざり合うために、上記のＰＨセンサ等は、混ざった雨水の水質を測定することになる。そのため、雨水の水質が１転倒升毎に変化しても、上記増幅制御信号変換器６１１の出力する測定結果に、水質の変化が明確に表れない。
【００１０】
また、酸性雨自動測定機６００は、受水漏斗開閉機構や、自動洗浄機構等の複雑でかつ大きい機構をいくつも備えているので非常に高価であり、また、酸性雨の測定は、多数の地点で行う必要があることから、酸性雨自動測定機６００のような高価な測定装置を多数の地点に設置することは、経済的な観点から不可能である。
【００１１】
そこで、本発明は、雨水の水質を１升毎に正確に測定することができ、かつ安価である水質測定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】
【００１２】
本発明の水質測定装置は、容積が転倒升より小さい貯留空間に雨水を流入させて、貯留空間で雨水の水質を測定する。容積が転倒升より小さければ、新しい雨水が貯留空間に流入する際に、新しい雨水によって以前から貯留されている雨水が押し出されて流出すれば、新しい雨水と以前から貯留されている雨水の両方が混ざり合って貯留することを防ぐことができる。
【００１３】
しかし、貯留空間の容積が転倒升より小さくても、転倒升から排出された雨水が、以前から貯留されている雨水を貯留空間から押し出して、貯留空間に流入するとは限らない。例えば、図８に示すように、雨水が貯留されている貯留空間８１４ｂに転倒升から排出された雨水が流れ込むと、流れ込んだ雨水は、貯留されている雨水の表面を通って流出口８１４ｃから流出してしまう場合がある。
【００１４】
このようなことが発生するのは、貯留されている雨水と貯留空間８１４ｂを形成する底や側壁等に摩擦力が発生し、貯留されている雨水が動き難くなっているからである。
【００１５】
貯留されている雨水が動き難くなっていても、転倒升から排出される雨水の量が多ければ、転倒升から排出された雨水が流れ込む勢いで、貯留されていた雨水を動かすことができる。
【００１６】
図６に示す酸性雨自動測定機６００は、0.5mm単位で降水量を計測することができるように、転倒升６０４、６０５の容量は、受水漏斗６０１が降水量0.5mmの雨を受水した量と等しくなっている。酸性雨自動測定装置６００の受水漏斗６０１の受水口は、直径が２０cmとなっており、降水量0.5ｍｍの雨をこの受水漏斗６０１で受水すると、受水した量は15.7mlとなり、よって転倒升６０４、６０５の容量は15.7mlとなっている。
【００１７】
このように転倒升６０４、６０５の容積が15.7mlと少量であるために、転倒升６０４、６０５から流出する雨水で、貯留された雨水を動かすことができない。
【００１８】
本発明の水質測定装置では、図２に示すように、貯留されている雨水の表面を通って貯留空間１１４ｂから雨水が流出してしまうことを防ぐために、貯留空間１１４ｂの上面に流路形成蓋体１１６を設け、流出口１１４ｃが、貯留空間１１４ｂの上端に、かつ、貯留空間１１４ｂを挟んで転倒升から流出された雨水が流入する流入口１１４ａと反対側に設けられている。
【００１９】
貯留空間の容積を転倒升より小さくし、流出口をこのような位置に設けると、転倒升から排出された雨水は、貯留空間を満たし、一部が貯留空間からあふれて流出口から流出する。貯留空間に貯留される雨水は、貯留空間を満たすために、雨水は、貯留空間の底面や側壁を形成する受け皿や、貯留空間の天井を形成する流路形成蓋体の下面と接する。
【００２０】
このように雨水で満たされた貯留空間に転倒升から新たな雨水が排出されると、新たな雨水は、図８に示すように雨水の表面を流れることができないので、貯留空間を満たしている雨水を押し出しながら貯留空間に流入しようとする。貯留空間を満たしている雨水は、上記のように受け皿と流路形成蓋体に接しているので、新たな雨水によって押されることで、貯留空間を満たしている雨水の周囲に均等な摩擦力が働く。従って、新たな雨水に押されると、貯留空間を満たしている雨水全体が均一に押し出されて流出口から排出される。
【００２１】
上記のように貯留空間の容積は、転倒升より小さいので、新たな雨水は、貯留空間を満たしている雨水全部を貯留空間から押し出し、さらにその一部が貯留空間を満たしていた雨水と共に貯留空間から流出する。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、転倒升が転倒して雨水が排出されると、以前から貯留空間に貯留されている雨水が排出されて、今回の転倒によって転倒升から排出された雨水のみが貯留空間に貯留される。よって、雨水の水質を１升毎に正確に測定することができる。
【００２３】
水質を測定する雨水の集水に、気象庁等が設置している既存の地上気象観測用転倒升型雨量計を用いれば、転倒升型雨量計に上記のような貯留セルを付加するだけで、雨量計測と同時に雨水の水質を１升毎に測定することができる。もちろん、貯留セルを付加しても、地上気象観測用転倒升型雨量計の雨量計としての機能が損なわれることもない。
【００２４】
また、このように既存の地上気象観測用転倒升型雨量計を使用すれば、水質測定装置を安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、本実施の形態の水質測定装置１００を示す。図１に示すように、水質測定装置１００は、転倒升型雨量計Ａと、転倒升型雨量計Ａの下方に設けられる酸性雨計測機構Ｂから構成されている。本実施の形態の水質測定装置１００は、転倒升型雨量計Ａとして、気象庁等が設置している地上気象観測用転倒升型雨量計を用いている。
【００２６】
転倒升型雨量計Ａは、背景技術の欄で記載した酸性雨自動測定機６００の雨量を測定する機構と基本的に同じ構成である。
【００２７】
各転倒升１０４、１０５の排出位置には、排水筒１０７、１０８が設けられ、各排水筒１０７、１０８は、酸性雨計測機構Ｂの導水手段１１１と連通されている。上記導水手段１１１は、漏斗１１２と漏斗１１２の下方に接続された回収管１１３とから構成され、該回収管１１３は、下方に行くに従い内径が細くなっており、その下端は、下記貯留セル１１４の流入口１１４ａに導かれている。
【００２８】
酸性雨計測機構Ｂの測定セル１１４を図２（ａ）、図２（ｂ）に示す。図２（ａ）は上記貯留セル１１４の正面縦断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＸ−Ｘ´断面図である。
【００２９】
上記貯留セル１１４は、図２（ａ）に示すように、上記回収管１１３からの雨水を流入口１１４ａを介して受け皿１１５で受けるように構成されており、貯留セル１１４に流入した雨水は、受け皿１１５の上記流入口１１４ａに対向する位置に設けられた流出口１１４ｃから流出されるようになっている。
【００３０】
当該受け皿１１５の上部面は流路形成蓋体１１６で蓋され、該流路形成蓋体の下面１１６ａは上記流出口１１４ｃの上端より低い位置になるように構成され、さらに、上記流路形成蓋体１１６には各種の測定手段、例えばＰＨセンサ１１８ａ、温度センサ１１８ｂ、導電率センサ１１８ｃが支持され、そのセンシング部位は上記貯留空間１１４ｂに突出している。従って、上記流入口１１４ａから流入した雨水は、受け皿１１５の底面と上記流路形成蓋体の下面１１６ａとに挟まれた貯留空間１１４ｂを介して流出口１１４ｃに導かれることになるとともに、上記各センサ１１８ａ〜１１８ｃで各種の物理量、化学量が測定されることになる。
【００３１】
上記貯留空間１１４ｂの容積は、上記転倒升１０４、１０５の容積より小さくなっている。すなわち、気象庁等が設置している地上気象観測用転倒升型雨量計の転倒升の容積は、15.7ｍｌとなっているため、本実施の形態の貯留空間１１４ｂの容積は、約15.0ｍｌとなっている。地上気象観測用転倒升型雨量計の転倒升１０４、１０５の容量が約15.7mlとなっているのは、酸性雨自動測定機６００の転倒升６０４、６０５の容量が15.7mlであるのと同じ理由である。
【００３２】
貯留空間１１４ｂの寸法は、基本的には上記の容積に依存することになるが、その他各センサ１１８ａ〜１１８ｃの径や、流路形成蓋体の下面１１６ａからの突き出た長さによって決定される。
【００３３】
例えば、各センサ１１８ａ〜１１８ｃの径が１２ｍｍであり、各センサ１１８ａ〜１１８ｃの流路形成蓋体の下面１１６ａから突き出た長さが２０ｍｍである場合、流入口１１４ａから流出口１１４ｃ方向の寸法は５０ｍｍ程度に、図２（ａ）の紙面に対して垂直方向の寸法は１５ｍｍ程度に、受け皿１５と流路形成蓋体の下面１１６ａの間の寸法を３０ｍｍ程度にする。上記流路形成蓋体１１６に支持されるセンサの種類は、ＰＨセンサ１１８ａ、温度センサ１１８ｂ、導電率センサ１１８ｃに限られず、塩分センサ、硝酸センサ、硫酸センサ等であってもよい。
【００３４】
転倒升１０４、１０５から排水筒１０７、１０８に排出された雨水は、１転倒升毎に上記導水手段１１１を通って、流入口１１４ａから貯留空間１１４ｂに流入する。
【００３５】
このときに、既に貯留空間１１４ｂが雨水で満たされている場合、新たに転倒升１０４、１０５から排出された雨水は、既に貯留空間１１４ｂを満たしている雨水を押し出しながら貯留空間１１４ｂに流入する。このとき、新たに流れ込んだ雨水は、図２（ｂ）に示すように、受け皿１１５の底面及び側面、さらに流路形成蓋体の下面１１６ａの抵抗を受けながら、かつ、以前から溜まっていた雨水を押し出しながら、流出口１１４ｅの方向に進行する。
【００３６】
これによって、新たに流れ込んだ雨水は、従来のように抵抗の少ない表面を流れることなく、貯留空間１１４ｂに均等に拡散しながら、既に溜まっている雨水を押し出すことになり、測定対象の雨水の交換が迅速に行われることになる。また、上記のように、貯留空間１１４ｂは転倒升１０４、１０５の容積より若干小さくなっているので、理論的には、１回の転倒によって転倒升１０４、１０５からは排出された新たな雨水のみが貯留セル１１４に貯留されることになるので、１転倒毎に雨水の水質を測定することができることになる。
【００３７】
上記転倒升１０４、１０５の転倒は、検知手段によって検知され、検知手段は、雨量を計測すると同時に、上記測定センサ１１８ａ〜１１８ｃで水質測定を開始し、雨量計測と同期して、水質信号を外部に出力する。
【００３８】
なお、転倒升１０４、１０５からの雨水の排出と、貯留空間１１４ｂの雨水の貯留は、多少の時間差が発生する。この時間差は、転倒升１０４、１０５から貯留空間１１４ｂまでの距離や、導水手段１１１の形状等によって異なる。
【００３９】
本実施の形態の水質測定装置１００を使用する場合、このような時間差と各センサ１１８ａ〜１１８ｃの応答遅れを予め計測し、転倒升１０４、１０５が転倒した旨が通知された時より遅らせて、測定センサ１１８ａ〜１１８ｃでの水質を計測する。このように、転倒升１０４、１０５の転倒する時刻に基づいて、水質の測定を行うことで、転倒升１０４、１０５の転倒毎に雨水の水質を計測することができる。
【００４０】
図３に、本実施の形態に記載した貯留セル１１４を使用した場合と、図８に示す貯留セル８１４を使用した場合の実験結果を表とグラフで示す。
【００４１】
この実験は、貯留空間１１４、８１４を雨水αで満たした状態で、雨水αと水質の異なる雨水βを受水漏斗１０１に滴下し、転倒升１０４、１０５が転倒した転倒回数と、各回数の転倒があったときの貯留空間１１４ｂに貯留されている雨水全体に占める雨水βの割合を測定するものである。
【００４２】
図３から明らかなように、本実施の形態の貯留セル１１４を使用すると、転倒升１０４、１０５が多くとも２回転倒すると、貯留空間１１４ｂを満たす雨水が雨水βにほぼ完全に置換され、１回の転倒で９０％以上の置換が確認された。一方、図８に示す貯留セル８１４を使用すると、貯留空間１１４ｂを満たす雨水が完全に雨水βとなるには、少なくとも７回の転倒が必要で、１回の転倒では４０％程度しか置換されない。従って、本実施の形態の貯留セル１１４を使用すると、貯留空間１１４ｂに貯留された雨水が入れ替わり易いので、１転倒升毎の雨水の水質をより正確に測定することができる。
【００４３】
また図４に、ＰＨ4.00の雨水で満たされた本実施の形態に記載した貯留空間１１４ｂに、ＰＨ6.88の雨水を受水漏斗１０１に滴下し、左右一対の転倒升１０４、１０５の転倒回数と、各回数の転倒があったときの貯留空間１１４ｂの雨水のＰＨを示す。図４に示すように、２回の転倒によりＰＨ指示値が6.85を示すことが証明された。
【００４４】
また図５は、本実施の形態に記載した貯留空間１１４ｂにおいて、ＰＨセンサの応答時間を計測した実験結果を示す。
【００４５】
図５の実験結果１は、貯留空間１１４ｂがＰＨ7に調整した調節水道水で満たされた状態で、ＰＨ4に調整した調節水道水50ｍｌを一時に受水漏斗１０１に流し込んだ場合、流し込んでから貯留空間１１４ｂの雨水のＰＨが4になるまでに要する時間を示す。図５の実験結果１に示すように、貯留空間１１４ｂの雨水のＰＨは、1分以内でＰＨが4になった。
【００４６】
実験結果２は、貯留空間１１４ｂがＰＨ4に調整した調節水道水で満たされた状態で、ＰＨ7に調節した調節水道水50ｍｌを一時に受水漏斗１０１に流し込んだ場合、流し込んでから貯留空間１１４ｂの雨水のＰＨが7または7±0.1になるまでに要する時間を示す。
【００４７】
図５の実験結果２に示すように、貯留空間１１４ｂの雨水がＰＨ7になるまでには、5分を要し、ＰＨ7±0.1には1.5分であった。ＰＨ7からＰＨ4になるまでに要した時間が、ＰＨ4からＰＨ7になるまでに要した時間より長くなるのは、ＰＨ7溶液は純粋に近く電解質がほとんど含まれないことによる。
【００４８】
ところで、酸性雨の測定においては、ＰＨ±0.1程度のずれは許容されるので、貯留空間１１４ｂに貯留された雨水より中性に近い雨が降った場合であっても、貯留空間１１４ｂに貯留された雨水より強い酸性の雨が降った場合とほとんど同じ精度のＰＨ測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の水質測定装置の外観図。
【図２】貯留セルの拡大図。
【図３】貯留空間の雨水の入れ替わり易さの実験結果を示す図表。
【図４】貯留空間の雨水のＰＨ及び導電率の変化を示す図表。
【図５】貯留空間の雨水のＰＨが受水漏斗に受水された雨水のＰＨとなるまでに要した時間を示す表。
【図６】従来の酸性雨のＰＨ等を測定する酸性雨自動測定機の図。
【図７】従来の貯留空間を示す図。
【図８】従来の貯留空間に改良を加えた貯留空間を示す図。
【符号の説明】
【００５０】
１００  水質測定装置
１０１  受水漏斗
１０２  ろ水器
１０４、１０５  転倒升
１１４  貯留セル
１１４ａ  流入口
１１４ｂ  貯留空間
１１４ｃ  流出口
１１５  受け皿
１１６  流路形成蓋体
１１６ａ  流路形成蓋体の下面
【図１】
2005241326.tif 000003
【図２】
2005241326.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005241326.tif 000008
【図７】
2005241326.tif 000009
【図８】
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