(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浄水施設で浄化した浄水を需要者に供給する配水施設に接続した事業者側配水管と需要者側配水管の双方に設けられ、中央管理センタに測定結果を送信することにより中央管理センタが浄水施設および排水施設の運転制御が可能となる水質計において、試料である浄水が導かれ、少なくとも一部に光触媒材の膜が付けられた流路が形成された流体系と、この流体系に導かれた試料を光学的に計測する光学系とを有する複数のセンサを設け、さらに、前記光学系は、前記光触媒材および試料に照射する紫外光を発生するＬＥＤと、前記試料から前記ＬＥＤを発した光を検出する検出手段と、を有することを特徴とする水質計。
【請求項２】
吸光度測定が可能な波長範囲を選択するフィルタを、前記流路と前記検出器の間に設置したことを特徴とする請求項１記載の水質計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水質管理システム及び水質計に係わり、特に配水管網全体の水質管理に好適なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の水質管理システムとしては、例えば東京都の自動水質計測システムがあり、「計測と制御」Ｖol.３３(１９９４年発行）６４９ページにシステムとその時に用いられる水質計の仕様が紹介されている。
【０００３】
この水質管理システムにおいては、水質計が事業者側配管網の系統毎に設置され、系統毎の配水水質を連続的に測定して定期的にテレメータでセンタに信号伝送する構成をとっている。
【０００４】
また、需要者側の配水の水質測定としては手分析による水質計測または可搬式の水質計でのオフライン計測が行われていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のシステムでは水質計は事業者側の配水系統毎に配置するので設置台数が少なくて済み、系統毎の供給水の平均的な水質が把握できる利点がある反面、最終的に需要者が利用する水質が把握できない欠点がある。
【０００６】
このため、需要者側配水管のできるだけ多くの点において水質を連続的に自動測定し、その値を監視し、配水管網での水質状態を把握することが望ましい。しかし、これを実現できなかった背景には次の理由があった。
【０００７】
（１）水質計の単価及び設置工事費用が高価なため配備台数に制約を受けていた。
【０００８】
（２）水質計が大形（例：１.０ｍ×０.８ｍ×１.８ｍ，「計測と制御」Ｖol.３３（１９９４年発行）６５０ページに記載）のため設置場所が限定される。
【０００９】
（３）メンテナンスが面倒であった。
【００１０】
一方、手分析や、可搬式の水質計による配水の水質計測では、結果がでるまでに時間がかかったり、連続的な水質データが得られないために管理システムの水質計としては不十分なものであった。さらに、手分析，オフライン計測では試薬を用いた水質分析に採用して、これを自動化すると、試薬の混合した廃液処理の問題が発生する。
【００１１】
本発明は、本体コスト，設置工事費が安く、廃液量が少なく、有害廃液を一定期間貯蔵しておくことが可能で、試薬を使った水質検査ができる水質管理システムを得ることを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、小形化して水道メータ箱や流し台の下部に収納できので安全性が確保でき、しかも保守が容易な水質計を得ることを目的とする。
【００１３】
さらに、本発明は、自動サンプリング，自動試薬混合・反応機構，自動校正，自動洗浄，自動データ伝送，運転のシーケンスの切り替え，死水の排除等の機能を有する連続的自動オンライン計測が可能な水質計を得ることを目的とする。
【００１４】
また、本発明は、配水管綱全体でのきめ細かな水質の総合管理が可能な水質管理システムを得ることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の特徴は、浄水施設で浄化した浄水を需要者に供給する配水施設に接続した事業者側配水管と需要者側配水管の双方に設けられ、中央管理センタに測定結果を送信することにより中央管理センタが浄水施設および排水施設の運転制御が可能となる水質計において、試料である浄水が導かれ、少なくとも一部に光触媒材の膜が付けられた流路が形成された流体系と、この流体系に導かれた試料を光学的に計測する光学系とを有する複数のセンサを設け、さらに、前記光学系は、前記光触媒材および試料に照射する紫外光を発生するＬＥＤと、前記試料から前記ＬＥＤを発した光を検出する検出手段と、を有することにある。
【００１６】
そして好ましくは、吸光度測定が可能な波長範囲を選択するフィルタを、前記流路と前記検出器の間に設置するものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の水質管理システム及び水質計の各実施例を図を用いて説明する。各図において、同一符号は同一物または相当物を示し、重複する説明を省略する。
【００２７】
図１は本発明の水質管理システムの第１実施例の基本構成図である。図１において、河川，湖沼，井戸等の原水は、浄水施設１により飲用に適した水質に浄化され、配水施設２に送られる。原水は、配水施設２から本配管４，配水系統配管５を経て水道事業者側末端配管６，需要者側配管７を通り、需要求に至る。事業者側水質計８ａは、例えば、本配管４，配水系統配管５，事業者側末端配管６などに設置される。需要者側水質計８ｂは、需要者側配管７に取り付けられ、例えば集合住宅９の貯水槽１０の入り口や一戸建て住宅１１の水道メータ付近に設置される。もちろん集合住宅９の各家庭の入り口付近や一戸建て住宅１１の貯水槽入り口に設置してもよい。水質計８ａ，８ｂの出力は、無線，有線，衛星等のメディアを通じて中央管理センタ３に送られ、そこで必要なデータ処理を行って、水質が適正になるように浄水施設１，配水施設２の運転条件が制御される。水質計８ａ，８ｂを需要者に近い位置、例えば事業者側末端配管６，需要者側配管７に設置すれば、需要者が実際に利用する水質により近い水質を管理できる利点がある。もろん本配管４，配水系統配管５にも水質計８ａを取り付けることにより配管系全体の水質をより正確に把握・管理できる。
【００２８】
図２はこのような水質管理システムに用いる本発明の水質計の第１実施例の基本構成図である。図２において、水道水は配水管２１から分岐した導入配管２２を経て水質計８に入る。配水管２１は、図１における本配管４，配水系配管５，事業者側末端配管６及び需要者側配管７に相当する。水質計８の入り口には、導入水の死水排除機構、例えば分岐２３，バルブ２４が設置され、必要に応じて自動あるいは中央管理センサからの指令で導入した水の一部を常時排水するようになっており、これにより配水管２１，導入配管２２内に水が停留することを防止し、検査精度の低下を防止することができる。その後には逆流防止機構、例えば縁切り部（逆止弁）２５が設置されており、これにより水質計８内部で汚染された水が配水管２１へ逆流することを防止している。水質計８は、通信部２６，記憶部２７，制御部２８，測定部２９，電源部３０，廃液処理部３１等をユニット化して備え、各部は独立して切り離し可能な構造となっている。記憶部２７は、測定データを記憶するデータ記憶部３２と、測定動作を記憶しておく動作シーケンス記憶部３３を備えている。測定部２９は、複数のセンサ３４，３５と、該センサ３４，３５を保持し且つ該センサ３４，３５と流体駆動系（ポンプ・バルブ等を備えている）３７とを接続するインタフェース部（配管部を備えている）
３６と、前記流体駆動系３７及び貯留系３８とを備えている。この貯留系３８は、試薬タンク３９，洗浄液タンク４０，校正液タンク４１を備えている。
【００２９】
逆止弁２５を出た水（試料水）は、流体駆動系３７によりインタフェース部
３６を経てセンサ３４，３５に至り、残留塩素濃度，色度，濁度等の水質測定後、再度インタフェース部３６を経て廃液処理部３１へ至る。流体駆動系３７は、測定項目に応じて試薬を試料水に混合し、測定前あるいは後に洗浄液で流路を洗浄するように動作する。また、必要な場合には、校正液による測定結果と（試薬＋試料水）での測定結果とを比較することで測定精度を向上させることができる。測定後の試薬等が混合した試料水は、試薬等の人，家畜，魚類，植物などの環境に有害な物質を含む有害廃液とそれらを含まない無害な廃液とに分離して廃液処理部３１に送られ、少なくとも有害廃液は、そのまま廃液処理部３１の廃液タンク４２に貯蔵される。水質測定結果は、記憶部２７内のデータ記憶部３２に一旦記憶され、通信部２６のアンテナ２６１から無線で中央管理センタ３へ送信される。これら一連の動作は、動作シーケンス記憶部３３に記憶されており、制御部２８を介して実行される。
【００３０】
ここで、この動作シーケンスは、水質計８設置時に予め記憶させておくことも可能であるが、必要に応じて中央管理センタ３から通信部２６を経て動作シーケンスを書き換えることも可能となっている。電源部３０は発電部４３と蓄電池
４４からなり、発電部４３は前記分岐２３から分岐された水流によって発電する小形水力発電装置である。かかる図１及び図２における第１実施例のものは次の効果がある。
【００３１】
（１）試薬等の混合した有害廃液を廃液処理部３１の廃液タンク４２に貯蔵するので、環境にやさしいものとすることができる。
【００３２】
（２）水質の状態により最も監視を必要とする項目の測定頻度を上げるなどの測定動作シーケンスを中央管理センタ３からの指令で切り替えることにより、きめ細かい水質管理が可能である。
【００３３】
（３）事業者側末端配管６，需要者側配管７に設置した水質計８ａ，８ｂの各測定点の情報を総合して、配水管網の異常箇所に関する情報を得ることができる。
【００３４】
（４）水質計８は、各部がユニットされ、物理的に一体として取り扱い可能となっているのでメンテンスが容易である。
【００３５】
図３〜図８は図２の水質計に用いる本発明の残留塩素センサの第１実施例の構成図である。図３は本発明の残留塩素センサのインタフェース部取付状態を示す全体構成図、図４は図３のセンサの光学系，流体系を上から見た図、図５は図３のセンサのミキサ部の縦断面図、図６は図３のセンサの試料水導入口部の縦断面図、図７は図３のセンサの反射膜を有する流路部の縦断面図である。図８は図３のセンサの試薬導入口部の動作説明断面図である。
【００３６】
図３に示すように残留塩素センサ５２７はセンサ流体系５０３，センサ光学系５０２，光源ドライバ５０１，信号処理部５０４を備えている。残留塩素センサ５２７は、インタフェース部５０５上に配置されている。
【００３７】
光源ドライバ５０１は、光源、例えばＬＥＤ５０６をパルス発光させる。
【００３８】
センサ光学系５０２は、発光ダイオード（以下ＬＥＤという）５０６，フォトダイオード(以下ＰＤという)５０７，５０８，フィルタ５０９，５１０が樹脂
５１１によりモールドされ、センサ流体系５０３の上部に設置されている。
【００３９】
ＬＥＤ５０６は、波長４３０ｎｍ付近に発光ピークを持ち、４００ｎｍ以下の波長成分も発光する。例えばCree Reseaerch社の青色ＬＥＤである。また、LED506は、ランプに比べ価格が安価なうえ、パルス発光可能なため、二酸化チタン活性化に十分な光の強度を長寿命で発生させることが可能であり、後述のようにドリフトのない測定値が可能であるという種々の利点がある。フィルタ５０９，510は、測定に必要な波長成分、例えば、試薬としてオルトトリジンを使って残留塩素濃度測定では４３０ｎｍ程度の波長の光を透過させる特性を持つ。LED506は後方にも光を発するため、フィルタ５０９とＰＤ５０７により出力をモニターし、これを利用して発光パワー変動を補正することができる。フィルタ５０９を利用すると測定に関係する波長のパワー変動がモニター可能でフィルタなしの場合に比べパワー変動の補正精度が向上する。それほど精度がいらない場合はフィルタ５０９を用いなくてもよい。
【００４０】
図４に示すように流体系５０３は、シリコンウェハ５１３とガラス５１４を上下に組合わせることにより構成されている。シリコンウェハ５１３は、被試験液の流路兼セルとなる流路５１２をその上面に半導体プロセスを用いてエッチングで選択的に彫り込んで形成している。この流路５１２は、シリコンウェハ５７１の長手方向に延びる導入口側流路部５１２ａと、この導入口側流路部５１２ａの端部に連通され、且つ隣接して略平行に略同じ長さで延びる測定流路部５１２ｂと、この測定流路部５１２ｂの他端部に連通され、且つ隣接して略平行に延びる検出部５１２ｃとを有している。このように、導入側流路部５１２ａと測定流路部512bとを隣接して略平行に設けたことにより、流路５１２をコンパクトにシリコンウェハ５７１上に形成できる。かかるセンサはシリコンウェハ５１３をエッチングで加工することにより流路５１２を作成しているので、流路５１２を極めて小さいものとすることができる。これにより試料水の必要量が小さく、排水量も小さくすることができ、その結果として有害廃液を水質計８内に小さなスペースで貯蔵しておくことが可能である。ガラス５１４は、前記流路５１２の上面を封じるように設けられている。又、シリコンウェハ５１３は、図４に示すように裏面から同じくエッチングにより、試薬、例えばオルトトリジン溶液を導入して試料水と混合するための試薬導入口、すなわちミキサ５１７，試料水を導入するための試料水導入口５１８，洗浄液、例えば希塩酸溶液を導入するための洗浄液導入口５１９，校正液、例えば純水を導入するための校正液導入口５２０及び排出口５２１が流路５１２に連通するように加工されている。校正液導入口５２０，洗浄液導入口５１９，試料水導入口５１８，ミキサ５１７，排出口５２１はこの順に流路５１２の上流側から下流側へ並んでいる。このため洗浄液で試料水導入口５１８から排出口５２１までの流路を完全に洗浄することが可能で、且つ、校正液により洗浄液を洗い出すことが可能であるから、残留塩素測定に関わる流路部分の洗浄が完全に行え、洗浄の影響が後に残らないようにできる。
【００４１】
図５に示すようにミキサ５１７は、シリコンウェハ５１３の底部に開いた多数の微小開口部５２１からなり、インタフェース部５０５の試薬導入流路部に連通している。
【００４２】
図６に示すように試料水導入口５１８は、シリコンウェハ５１３の底部に開口して形成され、インタフェース部５０５、試料水導入通路に連通している。なお、洗浄液導入口５１９および校正液導入口５２０も同様の構造を示すものである。図７に示すようにガラス５１４の測定流路部５１２ｂに接する部分には反射膜５１５が施されている。図７に示すように反射膜５１５の幅は流路５１２の幅より大きく、流路５１２の上部を完全に覆うようになっている。これにより流路
５１２を通る光がガラスを通して上方に逃げることを防ぎ、光の利用効率の向上と迷光の除去により出力信号のＳＮ比を向上することができる。反射膜５１５を付ける部分のガラスは予めエッチングしておき反射膜５１５がガラス面より突出することがないようにしておく。これにより、シリコンウェハ５１２とガラス
５１４を陽極接合で接合することが可能となる。また、反射膜５１５の幅を流路底面の幅より大きく、上面での幅よりは小さくすることも可能である。この場合、ガラスをエッチングする手間を省くことができる。反射膜５１５は、図４に示すように吸光度測定に利用する測定流路部５１２ｂより若干短く設けられている。測定流路部５１２ｂの両端の反射膜５１５の無い部分を光導入口５１２ｄ及び光導出路５１２ｅとして利用して測定流路部５１２ｂに光を出し入れする。この光の導入は、ＬＥＤ５０６の出射光をガラス５１４の屈折を利用して直接測定流路部５１２ｂに導く。このため、ＬＥＤ５０６の先端下面を斜めにカットし、ガラス５１４上に設置する。これにより、測定流路部５１２の端部斜面での反射を利用して光を導入するのに比べ、光の利用効率を大きくすることができる。本実施例ではＬＥＤ出力光を光の屈折を利用して流路に直接導入したが、このため、ＬＥＤの先端を斜めにカットした。これは、光導波路の分野でよく利用されるような入射用プリズムを用いることでも代用できる。また、流路の傾斜１２ｆを利用して、一旦反射させて流路に光を導くことも可能である。この場合は先に述べたような工夫が不要でＬＥＤの固定が容易である。また、シリコンウェハ５１３の測定流路部５１２ｂの少なくとも流路側一部には光触媒材の膜、例えば、酸化チタン膜５１６が付けられている。この酸化チタン膜５１６は、反射膜５１５の少なくとも流路側一部に付けられていてもよい。この結果、酸化チタン膜５１６と紫外光の作用による洗浄効果により光の直接当たる部分の汚れは自動的に浄化される。光が狭い通路を伝搬する際は壁で何回も反射しながら伝搬するのでこの効果は大きい。この実施例においては、測定流路部５１２ｂ全体に酸化チタン膜５１６が設けられているので、より洗浄効果が高いものである。フィルタ５１０はＰＤ５０８と流路５１２の間に設置されているので、センシングにどの波長の光を利用するかによらず流路を通過する光には波長４００ｎｍ以下の成分が含まれている。
【００４３】
信号処理部５０４は２つの交流増幅器５２２，５２３と減算器５２４，フィルタ５２５，わり算器５２６を備えている。第１交流増幅器５２２はフィルタ509とＰＤ５０７で検出したＬＥＤ５０６の測定波長での発光パワーを交流増幅する。第２交流増幅器５２３では被測定液中を透過した光の強度を増幅する。ここで交流増幅器５２２と５２３のゲインは、流路５１２中に校正液と試薬を残塩濃度を測定すると同じ割合で導入した場合に出力が等しくなり、減算器５２４の出力がゼロとなるように調整しておく。流路透過光出力とＬＥＤ５０６の後方出力を交流増幅器５２３と５２２で交流増幅し、その差をとることにより、透過光強度の微小な変化も変化分のみを増幅して測定可能となる。したがって、これ以降でＤＡ変換する場合、ビット数の少ないＡＤ変換器を利用できる。また、交流増幅なので測定値がドリフトしない。ＬＥＤ５０６のパワーが変動しても変動分がそのまま測定誤差に直結しないので測定精度が向上する。さらに、わり算器５２６を用いてフィルタ５２５の出力で減算器５２４の出力をわり算するとＬＥＤパワーの変動を補正できる。このときフィルタ５２５は交流増幅器５２２の振幅と比例する出力を有するものでも代用できる。
【００４４】
インタフェース部５０５は、光硬化型の樹脂を用いた３次元光造形法を用いて作られた配管系で、試料水，試薬，洗浄液，校正液を流路へ導き、流路から排液を導き出す役目を有すると同時に、センサ部を保持する機能を有する。
【００４５】
図３〜図７に示した第１実施例のセンサ５２７は、ＬＥＤ５０６を発した光を流路５１２内の溶液を通過させた後、測定項目，試薬に応じて適当な波長帯域をフィルタ５１０で選択し、試薬と試料水を混合した被測定水の吸光度測定を行うものである。このとき、流路５１２中に残留液成分があると測定誤差を生じるので被測定水を流路５１２容積よりも多めに流す。これにより、残留成分を排出して高精度な測定ができる。
【００４６】
測定終了後は校正液を充填液として流路５１２に導入しておく。また、流路
５１２の汚れを定期的に洗浄液で洗浄する。この校正液による充填動作または洗浄液による洗浄動作の前には試薬，試料水，洗浄液（洗浄動作以外の場合）を若干逆流させておく。これにより校正液または洗浄液が流入したとき、試薬等が吸い出されて悪影響を及ぼすことを避けることができる。すなわち、試薬の例で説明すると、図８に示すように流路５１２を洗浄液または校正液等の液体が流れると、試薬を予め逆流させておかなければ（ａ）に示すように試薬が流路５１２に吸い出されてしまう。そこで、（ｂ）に示すように予め試薬を逆流させておくと、（ｃ）のように試薬が流路５１２に吸い出されるのを防ぐことができる。なお、Ｏリング５０５ａはシリコンウェハ５１３とインタフェース部５０５との間に介在され、試薬導入口の気密を保っている。
【００４７】
流路５１２の充填には充填専用液を用いることも可能である。この場合は充填液導入口が新たに必要となるが液質を充填に最適なものとすることができる。また、試料水の汚れ，濁りがひどくなければ試料水を充填液として代用してもよい。この場合は、充填液を貯蔵しておく必要がない。
【００４８】
試料水を用いた吸光度測定と校正液を用いた吸光度測定の結果を比較することにより高精度の測定が可能である。
【００４９】
図９は本発明のセンサの他の実施例の反射膜を有する流路部の縦断面図である。図９において、反射膜５１５ａは、流路５１２の幅より広い幅を有しており、エッチングが施されていないガラス５１４の底面とシリコンウェハ５１３との間に接着剤、例えば嫌気性の紫外線硬化型接着剤５２８を利用して接合されている。
【００５０】
図１０は図２の水質計に用いる本発明の色度センサの全体構成図である。この色度センサでは色度の測定は４００ｎｍ以下の波長成分の吸光測定により行う。フィルタ６０９，６１０は紫外成分のみを透過する機能を有する。本例ではモニター用ＰＤ（図３のＬＥＤ５０７相当）６０７の出力を交流増幅器６２２，フィルタ６２５を介してＬＥＤドライバ６０１にフィードバックすることにより
ＬＥＤ５０６の発光出力を安定化している。もちろん、この構成を残留塩素センサに用いること、あるいは残留塩素センサの構成を色度センサに用いることは可能である。
【００５１】
図１１は本発明の水質計の第２実施例におけるインタフェース部と各センサとの配置構成図である。図１１に示すように、色度センサ９１，濁度センサ９および残留塩素センサ９３は一つのインタフェース部３６ｃの上に設置されている。ここで、濁度センサ９２は、例えば色度センサとほぼ同一の構造を持ち、光源のＬＥＤの発光波長が６６０ｎｍを含む波長で、その前後の波長の光を受光用ＰＤの前のフィルタで選択していることが色度センサ９１と異なっている。インタフェース部３６ｃは、試料水流路９５，９６，９７，廃液流路１００，１０１，
１０２，洗浄液流路９８および試薬流路９９が一体のものとして構成されている。このように、インタフェース部３６ｃには複数の配管流路９５〜１０２が一体化して構成され、かつ、センサ９１〜９３を支持する機能を有しているので水質計自体が小さく水道ボックスに設置可能な程度の大きさにすることができる。例えば、マイクロファブリケーション技術（半導体製造技術で用いられるエッチングを主とした加工技術で、酸化，蒸着，スパッタ，ＣＶＤ，スピンコート，レーザ加工，ＳＯＲ，陽極接合等を用いて微小構造体を製作する技術）を用いればセンサ部の流路として、幅１mm，深さ０.３mm ，長さ２０mmのものを製作するのは容易である。この容積は１×０.３×２０＝６mm３＝０.００６cm３となる。また、３次元光造形法によりインタフェース部の試料水流路，廃液流路として、それ以外の部分との接続を考慮して直径１mm，長さ１００mmのものを２本作ったとするとその体積は３.１４×０.５×０.５×１００×２＝１５７mm３＝０.１５７cm３となる。１時間に１回の割合で測定すると、廃液は１月で（０.１５７＋0.0006)×２４×３０＝１１７cm３ となる。実際には洗浄，校正動作でこれより廃液量は増えるが、水道ボックス内に設置可能な廃液タンクの大きさを仮に２００cm３ とすると、この廃液タンクによって１ヶ月間貯蔵しておくことが可能である。また、１回の測定で発生する有害廃液が上記の程度であれば廃液タンクを開放型とすることにより水分を蒸発させ有害物質のみをタンク内に残すことも可能である。さらに、この廃液量はインタフェース部の流路の直径を０.５mm にすればほぼ１／４になる。これにより数ヶ月の間、メンテンンス（有害廃液処理）をすることなく連続的測定が可能である。また、水質計の設置場所によっては、例えばマンホール内，家庭の床下では１０００cm３ の廃液タンクを設置することも容易である
。この場合さらに長期間メンテナンスが不要となる。これに対して従来の手分析法による廃液量は、１００ｍＬの比色管を用いる場合は１００cm３ で、そのまま自動化したのではわずか２回の測定でタンクが満杯になってしまう。１０ｍＬの比色管を用いても２０回の測定しかできない。本例では残留塩素濃度測定の廃液に試薬が混合した有害なものとなる可能性がある。
【００５２】
図１２は本発明のセンサの流体系および光学系部分の他の実施例を示す構成図である。本実施例ではＬＥＤ７０６の他に第２の光源として複数のＬＥＤ７２０を有する。ＬＥＤ７２０は波長４００ｎｍ以下の紫外光成分を発する。反射膜
７１５は紫外光成分は透過するが、水質測定に必要な波長成分は反射するものである。流路７１２の上に設置したＬＥＤ７２０により、反射膜７１５を介して二酸化チタン膜７１６を垂直方向から照らすことでチタンの活性化が容易に行われる。また、複数個のＬＥＤを設置することで更に迅速なチタンの活性化が可能である。
【００５３】
図１３は本発明の水質計の測定部の別の実施例を示す構成図である。測定部
２９ａにおいて、広義のセンサ１１０は、光学系１１１，１１２，センサ流体系１１３ａを備えている。センサ流体系１１３ａは図３におけるセンサ流体系と、図２におけるポンプ，バルブ等の流体駆動系の機能をマイクロファブリケーションの技術を用いて一体化したものである。この場合インタフェース部３６ｄは、前記広義のセンサ１１０を支持すると共に、前記広義のセンサ１１０とそれ以外の流体に関わる部分とを接続する。流体駆動系の体積が小形化されるので廃液量が少なくなると共に駆動系の小形化により消費電力が少なくなるので電源部が小形化でき、水質計全体がさらに小さくできる。消費電力によっては、電源として蓄電部例えば蓄電池や電池のみの駆動も可能である。
【００５４】
図１４は本発明の水質計の測定部の更に他の実施例を示す構成図である。測定部２９ｂにおいて、広義のセンサ１１０ｂは光学系１１１，１１２，センサ流体系１１３ｂからなり、センサ流体系１１３ｂは図３，図４におけるセンサ流体系とポンプ，バルブ等の流体駆動系の機能の一部をマイクロファブリケーションの技術を用いて一体化したものである。この場合インタフェース部３６ｅは、前記広義のセンサ１１０ｂを支持すると共に、前記広義のセンサ１１０ｂとそれ以外の流体に関わる部分を接続する。マイクロ化による全体の小形化もある程度期待できるうえ、流体駆動系すべてをマイクロファブリケーション技術を用いて製作するのに比べ、製作プロセスが簡単になるという利点がある。
【００５５】
図１５は本発明の水質計の他の実施例の構成図である。配水管２１に積算流量計２０１を設置し、一定時間前の積算流量の読みと今の積算流量読みを比較し流量が不足しているときにはバルブ２４を制御部２８ｂからの信号で動作させ強制的に死水を排除する。判定条件は動作シーケンス記憶部３３に記憶させておく。このようにすると、需要者の水使用状況に関わらず、水質計８を設置した需要者付近の水質の正確なデータを得ることが可能で、死水排除のために水を常時たれ流すという無駄もない。また、このような死水排除を行わずに積算流量計２０１の読みを測定データと共に中央管理センタへ流る動作も考えられる。この場合、水質測定値の有効性を流量と総合して半断することが可能となる。ここで、水質計８は事業者側配管に取り付けてもよい。
【００５６】
図１６は本発明の水質計をマンホール内の事業者側配管に取り付けた例の説明図である。１２０はマンホール蓋、１２１は光ファイバ網、１２１は中継部、
１２５は上水配管、８は水質計、１２４はデータ通信用の光ファイバである。この場合マンホール内の光ファイバ綱１２１を利用して測定データを送信することが可能である。
【００５７】
図１７は本発明の水質計を需要者側の水道ボックス内に設置した例の説明図である。水道ボックスの蓋（ソーラパネル１３４）で電源を供給する構造となっている。１３０は上水配管、８は水質計、１３２は止水栓、１３３は積算流量計、１３５，１３６，１３７，１３８は電極である。アンテナ１３１はボックス内に張られており外部に出ていないので誤って切断される心配がない。また、水質計への導入のための分岐は積算流量計の前にあり、本水質計を設置することにより需要者の負担を増すことはないので設置が容易である。さらに、ソーラパネルからの電力供給はソーラパネルの内側に設けた電極１３５，１３６と水質計上部の電極１３５，１３６と対向する位置に設けた電極１３７，１３８を介して行われるので断線の心配なくソーラパネルの開閉は自由に行える。特にソーラーパネル１３４が円形の場合電極１３５，１３６は円の中心を中心とする同心円上に設けるとパネルの向きに関わらず電力供給が可能となる。
【００５８】
図１８は本発明の水質計の更に他の実施例の構成図である。図１８において同一の測定項目に対するセンサを複数個備えた水質計で測定部２１０は異なる測定項目に対するセンサ２１１，２１３とそれぞれに対する予備センサ２１２，214を備えている。異常を示した場合には制御部２８ｃによって予備のセンサ２１２，２１４に切り替えて測定を継続することが可能で、センサ２１１，２１３が故障しても直ちに予備センサ２１２，２１４を使用して測定を中断することがないので信頼性のあるデータが得られる。
【００５９】
図１９は本発明の水質計のデータの収集方法を示す説明図である。水質計252,２５５で測定したデータはハンディターミナル２５８によって無線で収録される。この方法によれば電波事情の悪い地域などでも信頼性のよいデータを得ることができる。この場合、決められた時間に測定した結果を一旦データ記憶部に記憶しておくことが特に有効である。もちろん、無線によらず直接ハンディターミナル２５８と水質計のデータ記憶部を接続することによるデータ収集も可能である。
【００６０】
図２０は本発明の水質計のインタフェース部の他の実施例を示す断面図である。この水質計は、センサ部流体系とインタフェース部とを一体化して３次元造形法により製作したものである。即ち、導電センサをインタフェース部８００の試料水通路中に電極８０１，８０２を付けることにより構成したものである。
【００６１】
また、センサの流体系の他の製造方法としては、製作したい管路綱を輪切りにした形状を持つ薄いガラス，プラスチック，金属等でできた板を重ね合わせて嫌気性紫外線効果型接着剤などで接着して製作することも可能である。図２１は本発明の水質計のインタフェース部の更に他の実施例を示す断面図であり、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。導電センサは、下板８１０，スペーサ
８１１及びカバー８１２でできる空間に電極８１３，８１４をつけて構成したものである。なお、８１５はインタフェース部である。
【００６２】
【発明の効果】
本発明の水質管理システム及び水質計によれば次の効果を奏することができる。
【００６３】
（１）水質計を小形化したことにより、本体コスト，設置工事費が安くなり、廃液量も少なくなる。廃液量が少なくなることにより、有害廃液を一定期間貯蔵しておくことが可能となるので、試薬を使った水質検査ができる。シリコン半導体プロセス技術の応用したマイクロファブリケーション技術を用いて量産化することによって大幅なコストダウンが可能である。
【００６４】
（２）水質計を小形化して水道メータ箱や流し台の下部に収納できるようにしたので、安全性が確保できる。水質計の保守は各部品をユニットにしたことにより容易にできる。
【００６５】
（３）水質計は自動サンプリング，自動試薬混合・反応機構，自動校正，自動洗浄（光触媒によるものを含む），自動データ伝送，運転のシーケンスの切り替え，死水の排除等の機能を有するので連続的自動オンライン計測が可能である。
【００６６】
（４）コストも安く安全で保守の容易な水質計が需要者の水道メータボックスや流し台下部の収納箱等に設置可能な小形となる結果、大量配備が可能で、配水システムにおいて配水管綱全体でのきめ細かな水質の総合管理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水質管理システムの構成図である。
【図２】本発明の水質計の第１実施例の構成図である。
【図３】本発明の水質計に用いるセンサの第１実施例の構成図である。
【図４】図３のセンサの流体系の平面図である。
【図５】図３のセンサのミキサ部の縦断面図である。
【図６】図３のセンサの試料水導入口部の縦断面図である。
【図７】図３のセンサの反射膜部の縦断面図である。
【図８】図３のセンサの試薬導入口部の動作説明断面図である。
【図９】図３のセンサの他の実施例の反射膜部の縦断面図である。
【図１０】図２の水質計に用いる本発明の色度センサの構成図である。
【図１１】本発明の水質計の他の実施例におけるインタフェース部と各センサの配置構成図である。
【図１２】本発明のセンサの他の実施例の光学系部分の構成図である。
【図１３】本発明の水質計の測定部の他の実施例を示す構成図である。
【図１４】本発明の水質計の測定部の更に他の実施例を示す構成図である。
【図１５】本発明の水質計の他の実施例の構成図である。
【図１６】本発明の水質計のマンホール内への設置例を示す図である。
【図１７】本発明の水質計の水道ボックス内への設置例を示す図である。
【図１８】本発明の水質計の更に他の実施例の構成図である。
【図１９】本発明の水質計のデータの収集方法を示す図である。
【図２０】本発明の水質計のインタフェース部の他の実施例を示す断面図である。
【図２１】本発明の水質計のインタフェース部の更に他の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…浄水施設、２…配水施設、３…管理センタ、４…配水本管、５…配水系統配管、６…水道事業者側配水管、７…需要者側配水管、８…水質計、８ａ…業者側水質計、８ｂ…需要者側水質計、９…水道メータ、２４…バルブ、２６…通信部、２７…記憶部、２８，２８ｂ，２８ｃ…制御部、２９…測定部、３０…電源部、３１…廃液処理部、３４，３５…センサ、３６，３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅ…インタフェース部、３７…流体駆動系、３８…貯留系、４２…廃液タンク、４３…発電部、４４…蓄電部、９１…色度センサ、９２…濁度センサ、９３…残留塩素センサ、１１０，１１０ｂ…広義のセンサ、１２４…光ファイバ、１３３…積算流量計、１３４…ソーラパネル、１３５，１３６，１３７，１３８…電極、２０１…積算流量計、２１０…測定部、２１１，２１３…センサ、２１２，２１４…予備センサ、２５０…業者側配水管、２５１…需要者側配水管、２５２…水質計、２５３…マンホール、２５５…水質計、２５６…水道ボックス、２５８…ハンディターミナル、５０１…ＬＥＤドライバ、５０２…光学系、５０３…流体系、５０４…信号処理部、５０５…インタフェース部、５０６…ＬＥＤ、５０７，５０８…ＰＤ、５０９，５１０…フィルタ、５１２…流路、５１３…シリコンウェハ、５１４…ガラス、５１５，５１５ａ…反射膜、５１６…二酸化チタン、５１７…ミキサ、５１８…試料水導入口、５１９…洗浄液導入口、５２０…校正液導入口、５２１…排出口、５２２，５２３…交流増幅器、５２４…減算器、５２５…わり算器、６０１…ＬＥＤドライバ、６２２，６２３…交流増幅器、６２４…減算器、７０６…ＬＥＤ、７１５…反射膜、７１６…二酸化チタン、７２０…ＬＥＤ。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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