(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベローズポンプを用いて液体供給源から被供給場所へ前記ベローズポンプの最大吐出流量よりも小さい流量で液体を供給する液体供給方法において、ひとつの入り口と第１及び第２出口とを備える可変分流弁を前記ベローズポンプの吐出ラインに接続して、前記ベローズポンプを最大吐出流量で動作させ、前記可変分流弁の第１出口からの液体を前記被供給場所へ供給すると共に、前記可変分流弁の第２出口からの液体を前記液体供給源に戻すようにして、前記可変分流弁の第１出口と第２出口を流れる液体の分流比を調節することで、前記被供給場所へ所望の流量の液体を供給することを特徴とする液体供給方法。
【請求項２】
請求項１に記載の液体供給方法において、前記可変分流弁に、前記入り口と前記第１出口とをつなぐ弾性復元力のある第１チューブと、前記入り口と前記第２出口とをつなぐ弾性復元力のある第２チューブとを設けて、これらチューブを互いに概略平行に配置し、前記二つのチューブの間に押し付け片を配置して、この押し付け片を前記二つのチューブが延びる方向に対して垂直な方向に移動させることで前記二つのチューブの変形量を互いに逆方向に調節し、もって前記第１出口と前記第２出口を流れる液体の分流比を調節することを特徴とする液体供給方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の液体供給方法において、前記可変分流弁の二つの出口のそれぞれに逆止弁を設けると共に、前記液体供給源に液体を戻す通路の排出口を、前記液体供給源の液面から離すようにしたことを特徴とする液体供給方法。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の液体供給方法を薬液の供給方法として用いた塩素要求量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はベローズポンプを用いて液体を所定の流量で供給する液体供給方法に関する。また、そのような液体供給方法を用いた塩素要求量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
浄水処理における塩素処理技術においては、原水の塩素要求量を測定するために塩素要求量計が使われている。この塩素要求量計では、反応槽内で原水と塩素水とを混合して塩素消費反応を行わせてから遊離塩素を検出している。塩素水は、塩素発生器に塩化ナトリウム溶液を通して塩素を発生させることで作っている。そして、上述の遊離塩素が一定の量だけ残留するように塩素発生量を増減させている。したがって、塩素発生量を計測することで原水の塩素要求量を求めることができる。
【０００３】
上述の塩素要求量計では、原水と塩素水をそれぞれ所定の流量で反応槽内に供給する必要がある。そして、塩素水は上述のように塩素発生器に塩化ナトリウム溶液を供給して塩素を発生させることで作っているので、塩素発生器に対して塩化ナトリウム溶液を所定の流量で供給する必要がある。塩化ナトリウム溶液は薬液タンクからベローズポンプを用いて供給している。ところで、塩素要求量計で必要とされる塩化ナトリウム溶液の流量は毎分２ミリリットル程度と非常に小さいので、市販のベローズポンプではこのような定格流量を備える小型のものが見当たらない。そこで、最大吐出流量が毎分４ミリリットルの可変容量型ベローズポンプを５０％の能力で動作させることで、毎分２ミリリットルの流量を得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
最大吐出流量の５０％程度の能力でベローズポンプを動作させると吐出流量に次のような脈動が生じることが判明した。図８はベローズポンプを最大吐出流量の５０％の能力で動作させた場合の吐出量の変動を模式的に示したグラフであり、縦軸はストローク当たりの吐出量、横軸は時間である。最大吐出流量が毎分４ミリリットルの可変容量ベローズポンプを５０％の能力で動作させると吐出流量は毎分２ミリリットルになる。このベローズポンプが毎分１０ストロークのサイクルで動作すると、毎分２ミリリットルの流量を得るためのストローク当たりの吐出量は０．２ミリリットルになる。すなわち、このベローズポンプが５０％の能力で正常に働いているときのストローク当たりの吐出量は０．２ミリリットルである。これを正常吐出量と呼ぶことにする。このベローズポンプを５０％の能力で連続運転していると、図８に示すように、ストローク当たりの吐出量が正常吐出量から徐々に減少していく。そして、あるところまで減少すると、急に正常吐出量に戻り、再び減少していく、といった脈動を示す。この脈動の周期は長くて５〜１０時間である。
【０００５】
上述のような脈動の原因は次のように推測される。ベローズポンプが液体を吸い込むときに、同時に微細な気泡も吸い込んでいることが考えられる。また、液体を吸い込むときにポンプ室が負圧になるので液体中の溶存空気が微細な気泡として現れることも考えられる。ストロークを重ねていくうちに、これらの気泡の数は徐々に増加していき、また気泡が連結して大きくなっていく。そして、気泡の増加と共に、ストローク当たりの吐出量が減少していく。気泡があるところまで成長すると、ベローズポンプの出口から液体と共に出て行く。これにより、急に正常吐出量まで回復する。そして、再び吐出量の減少が始まる。
【０００６】
このような脈動現象は最大吐出流量の５０％以下の能力で可変容量型ベローズポンプを動作させる場合に顕著である。最大吐出流量に近づけていけば脈動現象は目立たなくなり、最大吐出流量で運転すると脈動現象は観測されない。したがって、脈動現象を防ぐためにはベローズポンプを最大吐出流量で動作させればよい。しかしながら、所望する流量にちょうど等しい最大吐出流量を備えるベローズポンプが常に市販されているとは限らない。したがって、所望流量を得るためには、最大吐出流量よりも少ない流量でベローズポンプを運転せざるを得ない状況が出てくる。そうすると脈動現象の問題が生じてくる。
【０００７】
本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ベローズポンプを常に最大吐出流量で運転させて吐出流量の脈動を防ぐと共に、最大吐出流量以下の所望の流量を供給できるようにした液体供給方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の液体供給方法は、ベローズポンプを常に最大吐出流量で動作させ、一方で可変分流弁を調節することで所望の流量を得るようにしたものである。すなわち、ベローズポンプを用いて液体供給源から被供給場所へ前記ベローズポンプの最大吐出流量よりも小さい流量で液体を供給する液体供給方法において、ひとつの入り口と第１及び第２出口とを備える可変分流弁を前記ベローズポンプの吐出ラインに接続して、前記ベローズポンプを最大吐出流量で動作させ、前記可変分流弁の第１出口からの液体を前記被供給場所へ供給すると共に、前記可変分流弁の第２出口からの液体を前記液体供給源に戻すようにして、前記可変分流弁の第１出口と第２出口を流れる液体の分流比を調節することで、前記被供給場所へ所望の流量の液体を供給することを特徴としている。
【０００９】
ベローズポンプは常に最大吐出流量で動作するので、気泡に起因する吐出流量の脈動を防ぐことができる。また、液体タンクの液面レベルが変化することでベローズポンプの吸い込みヘッドが変化した場合でも、吐出流量の変動が生じにくい。したがって、被供給場所への液体の供給流量が安定する。この液体供給方法を塩素要求量計の薬液供給システムに利用すると、薬液の流量が長時間にわたって安定し、塩素要求量計の測定値の信頼性が高まる。
【００１０】
本発明で使用するベローズポンプは可変容量型でもよいし固定容量型でもよい。固定容量タイプのベローズポンプは、その定格吐出流量が本発明における最大吐出流量となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の液体供給方法の一実施形態を示す構成図である。ベローズポンプ１０の吐出ライン１２には可変分流弁１４が接続されている。ベローズポンプ１０は薬液タンク１６（液体供給源）から薬液を吸い上げて可変分流弁１４の入り口４０に薬液を送り込む。可変分流弁１４の第１出口１８から出てくる薬液は被供給場所に供給される。第２出口２０から出てくる薬液は薬液タンク１６に戻る。二つの出口１８、２０の直前には逆止弁（ポペット弁）１９、２１を設けて薬液の逆流を防いでいる。例えば、薬液の被供給先と戻り通路の排出口１７との間に高低差があると、逆止弁１９、２１が無い場合には、ベローズポンプ１０の吸引行程のときに第１出口１８から薬液が可変分流弁１４の内部に逆流して第２出口２０から薬液が出ていく現象が生じる。逆止弁１９、２１はこのような逆流現象を防いでいる。また、薬液タンク１６に戻る通路の排出口１７は、薬液タンク１６の液面よりも上方にあり、排出口１７から薬液が滴下して薬液タンク１６に戻る。これにより、第２出口２０の背圧は大気圧となって一定に保たれる。排出口１７を薬液タンクの液中に浸漬した場合には、液面レベルに依存して第２出口２０の背圧が変動することになるが、排出口１７を液面から離したことでこのような背圧の変動を防いでいる。この実施形態ではベローズポンプ１０は可変容量型であり、最大吐出流量が毎分４ミリリットルのものを使用している。可変分流弁１４はひとつの入り口４０と二つの出口１８、２０とを備えており、後述するように、第１出口１８と第２出口２０の分流比を調整することができる。この実施形態では分流比は１対１になるように調節している。これにより、第１出口１８からは毎分２ミリリットルの流量で薬液が吐出される。可変分流弁１４の分流比を変更すれば第１出口１８の流量を変更できる。被供給場所に提供する薬液の流量は可変分流弁１４の分流比を調節することで制御できる。
【００１２】
図２は可変容量形ベローズポンプの原理を示す正面図である。ベローズ２２の上端はフレーム２４に固定され、下端はコネクティングロッド２６に結合されている。回転シャフト２８の外周には第１クランク３０が固定され、第１クランク３０の外周には第２クランクが３２が調節可能に固定されている。第１クランク３０の外周面はその内周面に対して偏心しており、第２クランク３２の外周面もその内周面に対して偏心している。これにより、第２クランク３２の外周面は回転シャフト２８の中心に対して偏心することになるので、回転シャフト２８が回転すると、第２クランク３２はコネクティングロッド２６の内部で振れ回る（偏心回転する）。その結果、コネクティングロッド２６は揺動しながら上下動する。したがって、ベローズ２２が圧縮・伸長を繰り返す。第１クランク３０と第２クランク３２との相対位置関係が図示の状態にあるときは１００％の吐出流量（最大吐出流量）となる。第２クランク３２を第１クランク３０に対して図示の状態から適当な角度だけずらして固定すれば、１００％未満の任意の吐出流量が得られる。本発明では、このベローズポンプを常に最大吐出流量の状態で使用している。
【００１３】
ベローズ２２の内部（ポンプ室）は上部空間３４に連通している。ベローズ２２が伸長すると入り口側のポペット弁３６を通って上部空間３４に薬液が流入し、ベローズ２２が圧縮されると出口側のポペット弁３８を通って上部空間３４から薬液が吐出される。
【００１４】
図３は可変分流弁の平面図である。この可変分流弁にはひとつの入り口４０と二つの出口１８、２０があり、入り口４０から薬液が流入して、第１出口１８と第２出口２０とから薬液が出ていく。入り口４０と第１出口１８の間には弾性復元力のあるシリコーンゴム製の第１チューブ４２が接続され、入り口４０と第２出口２０の間にはシリコーンゴム製の第２チューブ４４が接続されている。二つのチューブ４２、４４は概略平行に配置されいて、その間に円柱状の押し付け片４６が配置されている。押し付け片４６は、後述するように、図の左右方向（チューブ４２、４４の延びる方向に対して垂直な方向）に移動できる。第１チューブ４２はケーシング４８の第１ストッパ面５０と押し付け片４６との間に挟まれており、第２チューブ４４はケーシング４８の第２ストッパ面５１と押し付け片４６との間に挟まれている。押し付け片４６を左右に移動することで、二つのチューブ４２、４４の変形量が互いに逆方向に変化し、これにより第１出口１８と第２出口２０の分流比が変化する。例えば、押し付け片４６が図の右方向に移動すると、第１チューブ４２の内部通路が狭くなって第１出口１８の流量が減少し、反対に、第２チューブ４４の内部通路が広くなって第２出口２０の流量が増加する。第１出口１８の流量と第２出口２０の流量の合計が、入り口４０に入る流量（すなわちベローズポンプの最大吐出流量）に等しくなる。
【００１５】
図４は図３のＡ−Ａ線断面図である。また、図６は図４のＢ−Ｂ線断面図である。この図４と図６において、押し付け片４６にはメネジが切られており、このメネジに調整ネジ５２のオネジ部が噛み合っている。調整ネジ５２はケーシング４８を貫通している。調整ネジ５２の先端５３はケーシング４８の側面から突き出していてリテーナ５４が取り付けられている。調整ネジ５２の頭部５５には貫通孔５６が形成されていて、この貫通孔５６に細長い棒（図示せず）を挿入して調整ネジ５２を回転させると、押し付け片４６は図の左右方向に移動する。押し付け片４６の下面はケーシング４８の底部の上面４９に接触しているので、押し付け片４６は回転することなく左右にスライドする。調整ネジ５２は左右に移動することなく回転するだけである。
【００１６】
図４において、第１チューブ４２が第１ストッパ面５０と押し付け片４６との間に挟まれていて、第２チューブ４４が第２ストッパ面５２と押し付け片４６との間に挟まれているのが明瞭に示されている。ケーシング４８にはロックネジ５７が噛み合っており、このロックネジ５７を締め付けることで調整ネジ５２を回転不能に固定できる。
【００１７】
図５は図４のＣ−Ｃ線断面図である。第１チューブ４２の入り口側の端部は口金５８に接着固定され、出口側の端部は口金５９に接着固定されている。第２チューブ４４の入り口側の端部は口金６０に接着固定され、出口側の端部は口金６１に接着固定されている。入り口側の二つの口金５８、６０の内部通路は、ケーシング４８の内部に形成された空間６２に連通している。この空間６２は入り口４０の内部通路に連通している。一方、出口側の二つの口金５９、６１の内部通路は、内部空間６３、６４を介して、逆止弁（ポペット弁）１９、２１に連通している。二つの出口１８、２０はケーシング４８にねじ込まれていて、その内部通路は逆止弁１９、２１に連通している。入り口４０と四つの口金５８〜６１は接着剤によってケーシング４８に固定されている。
【００１８】
図９は図５の逆止弁１９の構造を示す拡大断面図である。この逆止弁は、ゴム製のポペット９６を備えており、その軸部９７が軸方向に弾性的に伸縮できる。通常は、ポペット９６の軸部９７の弾性復元力により、弁体９８が弁ハウジング１００の弁座１０２に接触している。矢印１０４の方向（順方向）に薬液が流れてくると、弁ハウジング１００に形成されたスリット１０６に薬液が流入して、弁体９８を図の上側に向かって押す。これにより、弁体９８と弁座１０２の間に通路が形成され、薬液は矢印１０８のように出口１８に向かって出て行く。薬液が逆方向に流れようとすると、弁体９８が弁座１０２に接触して逆流を阻止する。弁ハウジング１００のフランジ１１０と出口１８の先端との間にはＯリング１１２を設けをおり、これで薬液をシールしている。
【００１９】
次に、図１の液体供給方法の流量測定例を説明する。図１において、ベローズポンプ１０は定格流量が毎分４ミリリットルのものを最大吐出流量で動作させた。そして、これを分流比１：１で絞って、第１出口１８から吐出させ、長時間の連続運転を実施した。その間に、第１出口１８からの吐出流量は、わずかに減少してその後回復するわずかな脈動現象を示した。ただし、回復直前の流量実測値は、毎分２．０８ミリリットルであり、回復直後の流量実測値は２．１４ミリリットルであった。したがって、その流量差は２．８％となった。このわずかな脈動は次のような原因であると推測される。ベローズポンプを１００％の能力で動作させても、圧縮時のベローズの容積は完全にはゼロにならずに、わずかに気泡が残る余地があるからである。一方、本発明の液体供給方法を使わずに、ベローズポンプ１０を５０％の能力で動作させた場合には、次のような実測値となった。運転スタート時には、毎分１．９３ミリリットルの流量であったが、これが徐々に減少し、約４．５時間後に毎分１．４６ミリリットルまで減少してから、毎分１．７４ミリリットルまで回復した。その後、同様の流量減少と回復を繰り返した。回復直前と直後の流量を比較すると、その流量差は１６．１％となった。
【００２０】
次に、本発明の液体供給方法を塩素要求量計の薬液供給システムに利用した例を説明する。図７は塩素要求量計の構成図である。検水６６はオーバーフロータンク６８からサブタンク７０に流入する。サブタンク７０中の検水は採取装置７２により毎分６ミリリットルの流量で反応槽７４に供給される。一方、試薬タンク７６内の塩化ナトリウム溶液は試薬ポンプ７８によって塩素発生器８０に供給される。塩素発生器８０では塩素水が作られて反応槽７４に供給される。試薬ポンプ７８としては、図１で示したようなベローズポンプと可変分流弁との組み合わせを用いている。すなわち、ベローズポンプをその最大吐出流量の毎分４ミリリットルで動作させ、可変分流弁で毎分２ミリリットルの流量に絞ってから塩化ナトリウム溶液を塩素発生器８０に供給している。
【００２１】
反応槽７４では攪拌器７５で検水と塩素水とを攪拌・混合して塩素消費反応を行わせている。紫外線ランプ８２からは紫外線を照射して塩素消費反応を加速している。反応槽７４の水温はヒータ８４によって３５℃に保っている。反応槽７４内の遊離塩素は残留塩素検出器８６で検出している。ここで検出した残留塩素量の数値を増幅器８８と自動調節器９０とを経由して塩素発生器８０にフィードバックし、残留塩素量が一定になるように塩素発生量を調節している。塩素発生量の指令値は指示計９２で表示され、この表示値が塩素要求量を表わしている。反応槽７４からオーバーフローした液体は流量計９４を通って排出される。
【００２２】
この塩素要求量計を最初に使うときは、まず、蒸留水を検水として用いてゼロ点を較正し、次に、標準の塩素要求液を検水として用いて測定値のスパンを較正する。それから未知の原水を検水として用いて塩素要求量を測定する。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の液体供給方法は、ベローズポンプを常に最大吐出流量で動作させて、可変分流弁を調節することで所望の流量を得るようにしているので、ベローズポンプの吐出流量の脈動を防ぐことができる。これにより、被供給場所への液体の供給流量が安定する。この液体供給方法を塩素要求量計の薬液供給システムに利用すると、薬液の流量が長時間にわたって安定し、塩素要求量計の測定値の信頼性が高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液体供給方法の一実施形態を示す構成図である。
【図２】ベローズポンプの原理を示す正面図である。
【図３】可変分流弁の平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図４のＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】塩素要求量計の構成図である。
【図８】ベローズポンプの吐出量の変動を模式的に示したグラフである。
【図９】可変分流弁に設けられた逆止弁の構造を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１０  ベローズポンプ
１２  吐出ライン
１４  可変分流弁
１６  薬液タンク
１８  第１出口
２０  第２出口
４０  入り口
４２  第１チューブ
４４  第２チューブ
４６  押し付け片
５２  調整ネジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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