(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料水導入口と分析計の検出器との間に、試料水の試料水入口と、外管と内管の間の空隙部が有底の二重管の空隙部を流通経路とする流通部と、該外管に設けられた試料水出口部と該試料水出口部より更に上部の内管に設けられた溢流出口部と、該内管の内壁空隙部を排出経路とする排液部と、該溢流出口部より更に高い外管によって構成される流量安定化ユニットを配置した水質分析計において、試料水出口の位置が水質分析計の検出器の排液口の位置よりも高い位置に配置し、かつ試料水出口から水質分析計にいたる配管を検出器先端部よりも低い位置を迂回して配置し、該検出器先端部が存在する位置よりも一段高い位置の検出器出口を通過してから排出されるようになっていることを特徴とする水質分析計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、試料水を測定する水質分析計等に試料水を導入する際の、流速の変動を影響を除去・緩和するために流量を安定化させるための前処理部の構造に関連し、この前処理部を用いた水質分析計に関連する。
【０００２】
【従来の技術】
産業の各方面で、試料流体を水質分析計に導入して、連続的に測定することはよく行なわれている。たとえば上水の管理においては、飲料に適することを目的として残留塩素濃度や濁度、色度、ｐＨ、導電率、溶存酸素量等の水質が測定されている。更に環境を保持することを目的に河川水の水質測定も行なわれている。また各産業分野においては様々な水質測定が行なわれている。たとえば 火力・原子力発電所をはじめ、多くの産業界で事業用のボイラ―を利用している。ボイラーを安定に稼働させるためには、ボイラーに用いるボイラー水の水質を所定の範囲に保つことが求められる。そこでボイラー水の水質を監視するために、ボイラー水（復水および給水を含む）を配管から直接、試料水をサンプリングし、分析計で自動測定したり、手分析用を行う。
【０００３】
この場合、試料水を水質分析計に送液する方法として試料水源そのものが圧力をもっていてこの圧力で送液される場合と、サンプリングポンプ等で取水して送液する方法とがある。連続的なサンプリングでは、 前者の場合においては水源の圧力が変動したり、後者の場合においてはポンプの経時変化などで試料水の流速が変化するケースが多い。一方、水質分析計の検出器は、試料水の流速が一定であることによって安定した検出が可能になるものが多い。例えば残留塩素の検出器は流量が一定であることで安定した信号としての拡散電流が得られる。
【０００４】
そこで多くの分析計には検出器に到達する試料水流速を安定化させるために図１のような前処理部が設置されるのが通常であった。これは通常ヘッドタンク方式と呼ばれ、一定容量のタンクを分析計の一定の高さの位置にもうけてこのヘッドタンクに通常は下部から試料水を導入し、タンクを溢れた試料水は外側に排液して流す。検出器への試料水の流速は、このヘッドタンクの位置と検出器の位置の高低差で決まる差圧で常に一定となり、安定した流速を保つことができる。また容量の大きなヘッドタンクを設ける方法のかわりに図２のようにオーバーフローする分岐の上に２〜３ｍの配管を立てて空間を占める割合を小さくし、かつ流量の変動を吸収しようとする配管方式と呼ばれる方式も提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
検出器への試料水の流速を安定化させるための従来のヘッドタンク方式は（１）ヘッドタンクの大きさが通常内径５０〜１００ｍｍ程度あるので、この部分が大きくなること、（２）したがって試料水の置き替わりに時間を要すること、（３）試料水の供給が途絶えたときにはタンクに溜められた試料水が逆流する虞があるので、タンク水へ供給する配管に逆止弁を取り付ける必要があること（４）最初の起動時に測定開始までに時間がかかる、などの問題点があった。またこうしたヘッドタンクを設けた分析計を１０〜２０台並べて多測定点の多種類の測定対象をまとめて水質分析するような場合には、広い場所を占有することになり不便であった。またこの流量安定化ユニットを分析計の最適な位置に配置して試料水の入口から出口までの流速を適正に管理するうえでも不便であった。
【０００６】
また図２のような広い空間を占有しない配管方式においては、配管を長くしておかないと、流速変動の吸収幅が少ないので、流速の急変の際、大気開放口から水を噴出すおそれがあり、この不具合避けるためには、配水管をある程度太くせざるを得なかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、 上記の問題を検討して、試料水を導入する試料水入口と、これに連通する二重管であってその外管と内管の間の空隙部が有底にしてなり、前記空隙部を流通経路とする流通部と、外管に設けられた試料水出口と該出口より更に上部の内管上端部をなす溢流出口と、内管の内壁空隙部を排出経路とする排液部と、前記溢流部より更に高い外管によって構成される請求項１の流量安定化ユニットを発明した。この流量安定化ユニットにおいては、試料水入口からの試料水入口の流量が増えた場合、従来の配管方式の溢流部と構造が異なるために、 溢流部より全周囲から内管の空隙部に流れ込み、いったん流れ込むとその流れによって排水側に更に引き込みアスピレータ効果によって効果的な排水効果を得ることができる。
【０００８】
この結果、内径は６ｍｍ程度であっても、溢流部より高い位置にある外管の高さが、溢流部位よりも５０ｃｍ程度あれば流速が１００〜２００ｍｌ／ｍｉｎ．程度の一般の水質分析計に試料水を導入する流速の変化であれば外管の先端部から噴出するという不具合も発生しない。このようにして、内管に  外径９ｍｍ、内径６ｍｍの管を用い、外管に内径１１ｍｍ、外径１４ｍｍの管を用いて、流通部の空隙幅が１ｍｍの流量安定化ユニットを構成することが可能で 全体として外径が１５ｍｍ程度のコンパクトな流量安定化ユニットの構築が可能になる。
【０００９】
また請求項２の発明は、請求項１の発明になる流量安定化ユニットを水質分析計の試料水導入口と検出器の間に配置してなるものである。このように配置することによって従来の水質分析計の配置スペースを大幅に縮小できる。
更に請求項３の発明は、請求項１の流量安定化ユニットの試料水出口の位置を水質分析計の検出器の排液口の位置よりも高い位置に配置し、かつ試料水出口から分析計にいたる配管を検出器よりも低い位置に迂回して配置したことを特徴とする水質分析計である。このような配置をとることによってかりに試料水が途絶えたり、供給されない状態になった場合でも、流量安定化ユニットの前段に逆止弁を設けなくても、検出器内の試料水はＵ字型のループのなかに保持されることになるので、検出器の下部先端部が乾燥して、再び試料水が導入された場合の測定に支障をきたすというような不具合も解消される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例形態を以下に示す。
連続的に分析データを出力する水質分析計の試料水には、自らが吐出する圧力を有しない一般河川水など一般環境水や、上水など比較的穏やかな水圧を有しているものからボイラー水など高圧を有しているものなど多岐にわたる。ボイラー水は高温高圧であるので、これを一定圧力・温度に減圧・減温してから、水質分析計や手分析用の取水口に試料水を導入する。ボイラー水を例にとると減圧装置を通過した試料水は、試料水口から置された自動分析を行うための分析計にいたる。分析計には、ｐＨ計や、溶存酸素計、導電率計、ヒドラジン計、シリカ計などがあり、それぞれに対してニードル弁で所定の流量に調節されて、流量計で流量が確認されたのちに、試料水が導入されている。分析計を通過した試料水は通常、上端が大気に開放された排水用管に導かれて、排水口に戻り排水される。この場合、ボイラーの運転条件が変動すると水質分析計の検出器への試料水の流速が変化する。またボイラーが停止した場合には、圧力が急低下するので、その影響から試料水が逆流することもある。
【００１１】
【実施例】
図１は従来の流量安定化ユニット８を前置した水質分析計９の例である。試料水導入口１０を経て、ニードルバルブ１４で流速が調整されたのちにヘッドタンク１５に到達する。ヘッドタンク１５は通常、内径４０〜７０ｍｍの円筒形状をしており、更に径の大きな溢流槽１６のなかにおかれている。ヘッドタンク１５を溢れた試料水は溢流槽１６を経て排液部７をとおり排出される。ヘッドタンク１５の下部は試料水出口５を経て検出器１１に到達する。検出器１１の手前には更に流速を調整するためのバルブ１７や流速を確認するために流量計１２を取り付けている場合が多い。検出器１１の出口は検出器先端部１１aが存在する位置よりも一段高い位置の検出器出口１１bを通過してから排出されるようになっている。これは検出器の先端が確実に試料水に浸漬されるようにするためである。ヘッドタンク１５は通常、塩化ビニル管などを加工して製作されており、このタンクは予め設置する位置・高さを決定してから固定するのが通常である。
【００１２】
図２はタンクを使用しない方式の配管方式の流量安定化ユニット８である。この方式においては、配管を上部に２〜３ｍ長くしておかないと、流速変動の吸収幅が少ないので、流速の急変の際、大気開放口から水を噴出すおそれがあり、この不具合避けるためには、配水管をある程度太くせざるを得なかった。
【００１３】
これらに対して図３は本発明による流量安定化ユニットである。事業用のボイラー水用の水質分析計を例にとって説明すると、ボイラーの高圧用試料水はあらかじめ減圧機構１８をへて通常は恒温、恒圧になって試料水導入口１０をへて水質分析計９に導入される。ボイラーは発電量に合わせて蒸気の量を変化させるので試料水の圧力も変化し、試料水の流量は圧力の変化に応じて変化する。この試料液の流速変動がそのまま検出器１１に伝わると、溶存酸素計、ｐＨ計等多くの検出器で指示誤差を生ずる。そこで従来は、図１や図２に示すような流量安定化ユニット８を前置してこの流速の変動の影響を受けないようにしていた。
【００１４】
本発明では、試料水を導入する試料水入口１と、これに連通する二重管であってその外管２と内管３の間の空隙部の下部が底を有していて、この空隙部を流通経路とする流通部４と、外管に設けられた試料水出口５と該出口より更に高い位置にあって内管上端をなす溢流出口６と、内管の内壁空隙部を排出経路とする排液部７と、前記溢流出口６より更に高い外管２よって構成される請求項１の流量安定化ユニット８を構成する。従来の配管方式の溢流部と構造が異なるために、溢流部より全周囲から内管の空隙部に流れ込み、いったん流れ込むとその流れによって排水側に更に引き込みアスピレータ効果によって効果的な排水効果を得ることができるのでヘッド圧を一定に保つことができる。
【００１５】
請求項２の発明はこの流量安定化ユニット８を水質分析計９の試料水導入口１０と検出器１１の間に配置してなるものである。請求項３の発明ではこの試料水出口５から出た配管は検出器１１にいたるが、検出器先端部１１aよりも低い位置を迂回して配置している。また検出器１１からの出口は検出器先端部１１aが存在する位置よりも一段高い位置の検出器出口１１bを通過してから排出されるようになっている。経路の途中には検出器への流速を確認するために流量計１２は適宜バルブ１７が取り付けられる場合もある。
【００１６】
このように配置することによってボイラーが停止して試料水が供給されなくなったり試料水供給側の配管内の試料水が水抜けしてしまった場合でも検出器先端部１１aは位置の高い検出器出口１１bと、試料水出口５との間で形成されるＵ字管のなかにあるので、先端は試料水に浸漬されたまま保持され、乾燥して次回の測定に支障をきたすとこはない。乾燥による不具合の一例としてｐＨ測定用ガラス電極の例を説明する。ｐＨを測定するための、ｐＨ測定用ガラス電極は、その構成の一部である比較電極が、内部液が微細多孔質材料を経由して、試料液側に微小流量で流出する構造をとっているために、乾燥状態が続くと微細多孔質材料に内部液に組成物が析出して、目詰まりを起こし、再び試料水が供給されて、測定を開始すべきときに、ただちに正常な動作をしないという問題が発生する。
【００１７】
上記のようにして構成された流量安定化ユニット２は管形が外径が１５ｍｍ程度のコンパクトな構造ではあるが、流通部４をオーバーフローする試料水は溢流出口６において、内管の周辺から一様に流れ込んで排水されるので、概略２００〜３００ｍｌ／ｍｉｎ．の範囲で流速が変動しても溢流する部位の水位が変わることはなく、良好なヘッドの水位が保たれる。したがって検出器に導入される試料水の流速はこのヘッド差で規制され、ヘッド差が５０ｃｍの場合、試料水導入口１０での流速が１００〜３００ｍｌ／ｍｉｎ．変動しても、検出器の位置では約１００ｍｌ／ｍｉｎ．に制御される。図４は流量安定化ユニットの各部位の流量特性を示している。
【００１８】
また仮に突発的に２００〜３００ｍｌ／ｍｉｎ．を超えるような変動があっても逸流出口部より更に高い外管によって保護されるので、試料水が分析計内に溢れ出ることもない。なお実施例では内管に 外径９ｍｍ、内径６ｍｍの管を用い、外管に内径１１ｍｍφ、外径１４ｍｍの管を用いて、流通部の空隙幅が１ｍｍに設定して説明したがこの管径は特に限定されるものではなく、ヘッドタンク構造よりもコンパクトになる範囲で任意に選ぶことができる。更に内管、外管の構造は円径の管構造に限定されず、溢流部において全周囲から隈なく内管に流れ込む構造であれば、特に限定はない。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、ボイラー水等の水質を監視するための水質分析計に前置される流速安定化ユニットを 試料水を導入する試料水入口と、これに連通する有底の二重管で構成し、溢流した試料水が内管上部の周囲から排水されるようにしたので、ヘッド差が良好に保たれ、かつコンパクトな構造とすることができた。またこの流速安定化ユニットからの出口を分析計の検出器に導入する際に検出器の排液口の位置よりも高い位置に配置し、かつ試料水出口から水質分析計にいたる配管を検出器の下部先端部よりも低い位置を迂回して配置したので、試料水が逆流して検出器の先端が試料水に浸されくなるために検出器のセンサーの先端が乾燥するという有害な現象を解決でき、実用的な効果の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の従来の流量安定化ユニットと水質分析計の検出器近傍の試料水の流れを示す説明図である。
【図２】更にもう一つの従来の流量安定化ユニットと水質分析計の検出器近傍の試料水の流れを示す説明図である。
【図３】本発明の流量安定化ユニットと水質分析計の検出器近傍の試料水の流れを示す説明図である。
【図４】流量安定化ユニットの特性を示す説明図である。
【符号の説明】
１    試料水入口
２    外管
３    内管
４    流通部
５    試料水出口
６    溢流出口
７    排液部
８    流量安定化ユニット
９    水質分析計
１０  試料水導入口
１１  検出器
１１a 検出器先端部
１１b 検出器出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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