(57)【要約】【課題】湯気や煙など光の透過に障害を及ぼすような微粒子が発生する計測領域における液面であっても安定した検知精度で液面における油膜の有無を判別することができる油膜検知装置及び油膜検知方法を提供する。【解決手段】煙や湯気等の微粒子を発する液面に光を照射し、その反射光を利用して液面の油膜の有無を判別する油膜検知装置であって、光を照射する投光部と反射光を受光する受光部とを備えた検出器と、空気を吹き出すエアー吹出し手段と、エアー吹出し手段から出された空気が光の照射に沿って液面に向かって吹き出されるように、検出器の液面側に設けられた筒状ガイドとを有する油膜検知装置であり、また、この油膜検知装置を用いた油膜検知方法である。【選択図】図１
2009250767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
煙や湯気等の微粒子を発する液面に光を照射し、その反射光を利用して液面の油膜の有無を判別する油膜検知装置であって、光を照射する投光部と反射光を受光する受光部とを備えた検出器と、空気を吹き出すエアー吹出し手段と、エアー吹出し手段から出された空気が光の照射に沿って液面に向かって吹き出されるように、検出器の液面側に設けられた筒状ガイドとを有することを特徴とする油膜検知装置。
【請求項２】
エアー吹出し手段から出された空気は液面側から検出器に向かって吹き付けられ、そのはね返りの空気が筒状ガイドを通って液面側に吹き出される請求項１に記載の油膜検知装置。
【請求項３】
エアー吹出し手段から出される空気の圧力が２〜１０ｋｇ／ｃｍ2である請求項１又は２に記載の油膜検知装置。
【請求項４】
エアー吹出し手段から出される空気の吐出量が５〜１００Ｌ／分である請求項１〜３のいずれかに記載の油膜検知装置。
【請求項５】
煙や湯気等の微粒子を発する液面に光を照射し、その反射光を利用して液面の油膜の有無を判別する油膜検知装置を使った油膜検知方法であって、油膜検知装置が、光を照射する投光部と反射光を受光する受光部とを備えた検出器と、空気を吹き出すエアー吹出し手段と、検出器の液面側に設けられた筒状ガイドとを有し、エアー吹出し手段から出された空気を光の照射に沿って筒状ガイドから液面に向かって吹き出しながら油膜の有無を判別することを特徴とする油膜検知方法。
【請求項６】
エアー吹出し手段から出された空気を液面側から検出器に向かって吹き付け、そのはね返りの空気を液面側に吹き出すようにする請求項５に記載の油膜検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液面上に発生する油膜の有無を判別する油膜検知装置及び油膜検知方法に関し、詳しくは湯気を発生する温排水などのように微粒子を発する液面での油膜検知に好適な油膜検知装置及び油膜検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
河川、湖、海等の自然水域をはじめ、工場から出される排水等については各種水質調査が行われているが、なかでも、これらの水に油分が混入すると種々の水質事故が引き起こされるおそれがあることから、目視により液面を観察したり、ガスクロマトグラフ等を用いて水中の有機成分を計測して油分の混入を監視することが行われている。また、油分の混入を検知する方法として、水と油の性質の違いを利用して油膜の形成を自動的に検知する方法、例えば浮力差による方法、反射率差による方法、誘電率差による方法なども知られている。
【０００３】
このうち、工場排水については、油分の混入によって工場から排出される排水基準を満たさなくなるといったおそれがあることから、液面に生じた油膜を自動的に検知するようにして排水を常に観察する必要がある。なかでも、比較的簡便に連続検知が可能であることから、油膜の反射率が水の反射率より大きいことを利用する反射率測定法、すなわち、液面に光を照射してその反射光強度を測定することで油膜の有無を検出する方法などのような光学的な自動検知法が広く採用されている。
【０００４】
ところが、上記のような光学的な方法では、油膜の発生を連続的に検知することができる反面、長時間の検査によって光を照射するための投光部や反射光を受光する受光部等に水飛沫がかかったり、油分や埃等の汚れが付着して誤検知を引き起こすおそれがある。
【０００５】
そこで、例えば特開２０００−１９１０３号公報には、投光部や受光部に向けて空気を勢いよく吹き付けることで、付着した水飛沫や汚れ等を吹き飛ばす方法や（段落0012、図2等参照）、投光部から照射される光や受光部に受光される光の進行方向に対して垂直に空気を送り出すことで、投光部と液面との間、及び液面と受光部との間にそれぞれエアーカーテンを形成し、投光部や受光部に飛んで来る水飛沫や埃等を遮断する方法（段落0013、図3参照）などが記載されている。
【０００６】
しかしながら、反射率測定法などのような光学的な方法では、例えば工場排水が温排水のように湯気を発生する場合、この湯気が投光部や受光部等の検出器の一部に結露して検知機能を阻害するほか、湯気によって入反射光の強度が変わってしまい、誤検知を引き起こすといった問題が起きる。例えば、先に述べた従来技術のように、受光部等と液面との間にエアーカーテンを形成するなどしても、入反射光の経路のいずれかに湯気が存在すると、入反射光の強度が変化してしまうおそれを排除することはできない。
【特許文献１】特開２０００−１９１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明者等は、液面の油膜の有無を判別する油膜検知における従来の問題点、特に排水の液面から煙や湯気等の微粒子を発生するような場合に生じる誤検知の問題を解消すべく鋭意検討した結果、投光部から液面に向かって出される光の照射に沿って空気を吹き出すことで、これらの問題を解消して検知精度を安定させることができることを見出し、本発明を完成した。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、湯気や煙など光の透過に障害を及ぼすような微粒子が発生する計測領域における液面であっても安定した検知精度で液面における油膜の有無を判別することができる油膜検知装置を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の別の目的は、湯気や煙など光の透過に障害を及ぼすような微粒子が発生する計測領域における液面であっても安定した検知精度で液面における油膜の有無を判別できる油膜検知方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明は、煙や湯気等の微粒子を発する液面に光を照射し、その反射光を利用して液面の油膜の有無を判別する油膜検知装置であって、光を照射する投光部と反射光を受光する受光部とを備えた検出器と、空気を吹き出すエアー吹出し手段と、エアー吹出し手段から出された空気が光の照射に沿って液面に向かって吹き出されるように、検出器の液面側に設けられた筒状ガイドとを有することを特徴とする油膜検知装置である。
【００１１】
また、本発明は、煙や湯気等の微粒子を発する液面に光を照射し、その反射光を利用して液面の油膜の有無を判別する油膜検知装置を使った油膜検知方法であって、油膜検知装置が、光を照射する投光部と反射光を受光する受光部とを備えた検出器と、空気を吹き出すエアー吹出し手段と、検出器の液面側に設けられた筒状ガイドとを有し、エアー吹出し手段から出された空気を光の照射に沿って筒状ガイドから液面に向かって吹き出しながら油膜の有無を判別することを特徴とする油膜検知方法である。
【００１２】
本発明における油膜検知装置は、光を照射する投光部と反射光を受光する受光部とを備えた検出器を有する。この検出器については、投光部と受光部とが１つの検出器内に配置されたものであれば特に制限はなく、通常、油膜検知装置で使われるようなものを採用することができ、投光部から発せられる光を拡散させたり、受光部で受光する光を集光させたりするためのレンズ等を備えたものであってもよく、投光部や受光部等に直接汚れ等が付着しないように透明カバー等が取り付けられたものであってもよい。また、投光部から発せられる光の種類等についても特に制限はない。
【００１３】
また、本発明の油膜検知装置では、検出器の液面側、すなわち投光部から光を照射すると共に液面で反射された光を受光部で受光する側に筒状ガイドを設けるようにする。この筒状ガイドは、エアー吹出し手段から出された空気が光の照射に沿って液面に吹き出されるようにする機能を持つ。筒状ガイドの形状については、検出器の大きさや形状にあわせて適宜設計すればよいが、投光部から出される光と受光部に受光される光を遮らないようにする必要があり、これらの光を取り囲むように筒状に伸びた側壁を検出器に設けるようにする。この筒状ガイドは、検出器と別体で形成して検出器の液面側に取り付けるようにしてもよく、検出器を構成する躯体の一部を筒状にして液面側に延設するようにしてもよい。なお、筒状ガイドは、検出器の形状や投光部及び受光部の配置位置等に応じて適宜設計すればよいため、その断面の形状については円形以外のものを含んでもよい。また、筒状ガイドの長さについては、検出器から液面までの距離の範囲内で設計するようにすればよいが、特に液面の波立ちがないように、筒状ガイドの先端からから液面までの間に１０〜１００ｍｍ程度の間隔、好ましくは４０〜７０ｍｍ程度の間隔を設けるようにすればよい。
【００１４】
また、本発明における油膜検知装置は、空気を吹き出すエアー吹出し手段を備える。エアー吹出し手段から出された空気は、筒状ガイドを通って光の照射方向に吹き出され、液面で発生した煙や湯気等の微粒子を吹き払うようにして取り除く。このエアー吹出し手段については、液面で発生した微粒子を吹き払うことが可能な程度の空気を吹き出すことができるものであれば特に制限はなく、例えばコンプレッサー、エアブロワー等の空気発生源に接続され、所定量の空気を吹き出すことができるような吹出し口を有したノズル、ホース、各種配管等を例示することができる。
【００１５】
また、このエアー吹出し手段は、エアー吹出し手段から出された空気が筒状ガイドを通って液面に直接空気が吹き出されるように取り付けてもよく、液面側から検出器に一旦空気を吹き付けて、そのはね返りの空気が筒状ガイドを通って液面側に吹き出されるように取り付けるようにしてもよい。すなわち、前者のように空気を直接液面に向けて吹き出す場合には、投光部からの光の照射に沿って空気が吹き出されるようにエアー吹出し手段を取り付ければよい。また、後者のように検出器の液面側に空気を吹き付けてそのはね返りを液面に吹き出す場合には、光の照射方向とは反対側に空気を吹き出すようにエアー吹出し手段を取り付けるようにする。このように一旦検出器に向かって空気を吹き付けることで、液面で発生した煙や湯気等の微粒子により投光部や受光部を含めて検出器の一部に結露やくもりが生じたり、汚れ等が付着することを防止することができる。検出器に向かって液面側から空気を吹き付ける場合には、微粒子の巻き込みを防ぐ観点から、できるだけ検出器の液面側直近の位置から空気を吹き付けられるようにエアー吹出し手段を取り付けるのが望ましい。
【００１６】
エアー吹出し手段から出される空気の量や圧力については、光の経路内の微粒子が取り除ける程度に適宜設定すればよく、液面から発生する微粒子の種類や発生量のほか、外気の温度等によっても異なるが、例えば排水が３０〜６０℃程度の温排水であって湯気が発生するような液面の場合、空気の吐出量については５〜１００Ｌ／分、好ましくは１０〜５０Ｌ／分であるのがよく、圧力については２〜１０ｋｇ／ｃｍ2、好ましくは４〜５ｋｇ／ｃｍ2であるのがよい。空気の吐出量が５Ｌ／分より少なかったり圧力が２ｋｇ／ｃｍ2より低いと液面で発生した湯気等の微粒子を十分に吹き払うことができない可能性がある。反対に空気の吐出量が１００Ｌ／分より多かったり圧力が１０ｋｇ／ｃｍ2より高くなると液面が波立ち誤検知を引き起こすおそれがある。なお、エアー吹出し手段から出される空気は、望ましくは乾燥空気であるが、空気以外の気体が混入していてもよく、油膜検知の障害にならなければ他の気体からなるものであってもよい。
【００１７】
本発明の油膜検知装置を用いた油膜検知は、水と油の反射率の違いを利用して液面に浮遊する油膜の有無を判別するいわゆる反射率測定法に基づくものである。一般に、空気の屈折率１．００に対し、水（液体）の屈折率は１．３３であり、油の屈折率は種類によっても異なるがその殆どが１．４０以上である。そのため、液面に油膜を形成する状態にあれば、油の混入を検出することができる。ところが、温排水のように液面から湯気等の微粒子を発生する場合、検出器の液面側に結露やくもりが発生して検知機能を阻害するおそれがあり、また、入射光や反射光の経路内にこれらの微粒子が存在すると入反射光が散乱することにより入反射光の強度を減衰させてしまうおそれがある。そこで、エアー吹出し手段から出された空気を光の照射に沿って筒状ガイドから液面に向かって吹き出すことで、検出器の結露や汚れの付着等を防止すると共に光の経路から光の散乱を引き起こす微粒子を取り除いて検出器の検知機能を正常に保ち、誤検知等を防いで検知精度の安定化を図ることができる。
【００１８】
本発明の油膜検知装置が油膜検知の対象とするものについては特に制限はなく、河川、湖、海等の自然水域や、工場等で用いられる化学反応槽、発酵槽、各種処理槽等のほか、発生する種々の排水の液面などを例示することができるが、連続監視できる利点を最大限活用する観点から工場等の化学反応槽、発酵槽、各種処理槽の液面や種々の排水液面の油膜検知に使用されるのがよく、なかでも、温排水から発生する湯気や各種反応で生じる白煙などの微粒子を発する液面での油膜検知に好適である。このうち、湯気を発生する排水の具体例として、例えばアルミニウムの鋳造工程でビュレットの冷却水として使われ、温度３０〜６０℃程度になるような温排水を例示することができ、この温排水には潤滑剤由来のひまし油等が混入する可能性がある。発電設備等のタービン冷却水のような場合にも同様であり、潤滑油が流出するような可能性がある。勿論、油膜検知の対象となるものはこれらに限定されず、また、油膜の種類等についても特に制限されない。また、本発明において言う微粒子とは、水の微粒子である湯気や、各種反応によって生じる微粒子（例えば炭化物等の微粒子）からなる煙などを含み、詳しくは、油膜検知の際に照射される光や反射光を散乱させてしまうような光の透過を妨げる物質であって、液面を含めた油膜検知における光のやり取りがなされる計測領域に漂う可能性のあるものを意味する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、エアー吹出し手段から出された空気が筒状ガイドを通って光の照射に沿って液面に吹き出されるため、監視する液面に発生する煙や湯気等の微粒子を取り除くと共に光の経路内からもこれらを取り除くことができることから、入反射光の減衰を抑制して誤検知等を防止することができる。また、筒状ガイド内は吹き出された空気によって正圧になることから、汚れの付着や煙や湯気等の微粒子の混入を防いで筒状ガイド内を常に清浄な雰囲気に保つことができる。そのため、検出器の検出機能が阻害されずに長期間安定した検出精度を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図に基づき本発明の実施の形態を具体的に説明する。
【００２１】
図１は、検出器１、変換器８、筒状ガイド６、及びエアー吹出し管(エアー吹出し手段)７を備えた本発明の油膜検知装置を示す。検出器１は、液面１１に向かって光を照射する投光部２と液面１１で反射した光を集光レンズ４を介して受光する受光部３とを有し、この検出器１の液面側開口部分には透明カバー５が取り付けられている。受光部３で受光した反射光は変換器８の反射率演算部９に送られ、計測液面の反射率と静止水面の反射率との比（反射率比）が算出されるようになっており、この反射率比が予め定めた設定値以上のときには油膜検知信号出力部１０から油膜有りの信号が出力されるしくみになっている。なお、油膜の反射率は、油種により異なるが水の反射率に比較すると１５０〜２００％の値を示す。
【００２２】
また、筒状ガイド６は、投光部２から出される光と受光部３で受光される光を遮らないように、入反射光を取り囲むようにして検出器１の液面側に取り付けられている。エアー吹出し管７は、図示外のコンプレッサーに接続されており、先端の吹出し口からは乾燥空気を吹き出すことができるようになっている。この図１に示した状態ではエアー吹出し管７の一部が筒状ガイド６内にあり、検出器１の透明カバー５側に向けられた吹出し口から乾燥空気が出され（図中矢印(I)）、透明カバー５に吹き付けられてはね返った乾燥空気は筒状カバー６により向きを調節されて液面１１側に吹き出される（図中矢印(II)）ようになっている。
【００２３】
以下、実施例等に基づき本発明をより具体的に説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１に示した状態になるように、内径８０ｍｍφ及び長さ２００ｍｍの筒状ガイド６を検出器１の液面側に取り付け、乾燥空気が吹き出される側の筒状ガイド６の先端から液面までの距離が５０ｍｍ（透明カバー５から液面１１までの距離は２５０ｍｍ）となるように検知器１を設置した。また、エアー吹出し管７の吹出し口が透明カバー５から下方約５０ｍｍの位置になるように取り付け、透明カバー５に対しておよそ４５°の角度で空気が吹き付けられるようにした。そして、エアー圧力５ｋｇ／ｃｍ2及びエアー吹き込み量（吐出量）５０Ｌ／分の条件で乾燥空気を透明カバー５に吹き付け、そのはね返りの空気を液面１１側に吹き出すようにした。
【００２５】
油膜検知の対象はアルミニウム鋳造工程における冷却水を含む４０〜４５℃の温排水であり、その液面からは常に湯気が発生していた。また、この温排水には主に鋳造工程由来の潤滑油が混入する可能性がある。
【００２６】
上記の条件でエアー吹出し管７から乾燥空気を吹き出した状態において、目視により温排水の液面１１に油膜が形成されていないことを確認して反射率演算部９で算出された反射率比（計測液面の反射率／静止水面の反射率）を調べたところ９０〜１００％であった。その後、目視により温排水の液面１１に油膜が形成されたことを確認して同じく反射率比を調べたところ１５０％以上であった。通常、油膜検知信号出力部１０から油膜有りの信号を出力する際の設定値を反射率比１５０％以上としていることから、本実施例１では油膜検知が正常に行えることが確認された。
【実施例２】
【００２７】
内径８０ｍｍφ及び長さ４００ｍｍの筒状ガイド６を検出器１の液面側に取り付け、乾燥空気が吹き出される側の筒状ガイド６の先端から液面までの距離が７０ｍｍ（透明カバー５から液面までの距離は４７０ｍｍ）となるように検知器１を設置し、エアー圧力１０ｋｇ／ｃｍ2及びエアー吹き込み量（吐出量）１００Ｌ／分の条件とした以外は実施例１と同様にした。
【００２８】
上記の条件でエアー吹出し管７から乾燥空気を吹き出した状態において、目視により温排水の液面１１に油膜が形成されていないことを確認して反射率演算部９で算出された反射率比を調べたところ９０〜１００％であった。その後、目視により温排水の液面１１に油膜が形成されたことを確認して同じく反射率比を調べたところ１５０％以上であったことから、本実施例２では油膜検知が正常に行えることが確認された。
【００２９】
［比較例１］
実施例１と同じ温排水を油膜検知の対象にして、筒状ガイド６及びエアー吹出し管７を取り付けずに、検出器１の透明カバー５から温排水の液面１１までの距離を２５０ｍｍにして検出器１を設置した。設置後、透明カバー５にはくもりが生じた。
【００３０】
目視により温排水の液面１１に油膜が形成されていないことを確認して反射率演算部９で算出された反射率比を調べたところ６７％であった。その後、目視により温排水の液面１１に油膜が形成されたことを確認して同じく反射率比を調べたところ７０％であったことから、温排水から発生する湯気により入反射光が減衰され油膜検知が正常に行えない状態であった。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の油膜検知装置及び油膜検知方法は、河川、湖、海等の自然水域、工場等で発生する排水、化学反応槽、発酵槽、各種処理槽等をはじめ、油分の混入により液面に油膜を形成する可能性のあるものを検知の対象とすることができる。特に湯気を発生する温排水や白煙等を発する反応槽などのように、光の散乱を引き起こしてしまうような微粒子を液面から発するような場合でも、安定した検出精度で油膜形成の有無を判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の実施例に係る油膜検知装置の模式図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  検出器
２  投光部
３  受光部
４  集光レンズ
５  透明カバー
６  筒状ガイド
７  エアー吹出し管(エアー吹出し手段)
８  変換器
９  反射率演算部
10  油膜検知信号出力部
11  液面
【図１】
2009250767.tif 000003