計器付短管および水処理システム
【課題】 下水処理システム等に用いられる従来の計器付短管には、処理水中の物理量を検知する水質計器と、その測定誤差の原因となる汚染物の除去を目的とした、洗浄ノズルから高圧水を噴射する装置が備えられていた。噴射される高圧水は、水質計器に付着した汚泥の大雑把な除去には有効なものの、微細な汚染物や強固に付着した汚染膜の除去は困難であった。
【解決手段】 本発明の計器付短管には、水質計器と、この水質計器に高圧水を噴射する洗浄ノズルと、微細な汚染物や強固に付着した汚染膜の除去を行うための超音波振動を発生させる超音波発生装置が備えられている。
【解決手段】 本発明の計器付短管には、水質計器と、この水質計器に高圧水を噴射する洗浄ノズルと、微細な汚染物や強固に付着した汚染膜の除去を行うための超音波振動を発生させる超音波発生装置が備えられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量計や濃度計等の水質計器とその水質計器を洗浄する洗浄装置とを短管に設けた計器付短管およびそれを用いた水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理等の水処理システムおいては、各プロセスで処理水中の汚泥濃度等を適正に制御したうえで水処理をする必要がある。そのため、処理水中の物理量を検知する種々の水質計器を備えた計器付短管が、処理水を流す配管に取付けられている。汚泥等に起因する汚染物質が計器付短管の水質計器に付着すると、処理水中の物理量を高精度に検知することができなくなる。この対策に水質計器を洗浄するための洗浄装置が、計器付短管に設けられている。
【０００３】
従来の計器付短管に設けられた洗浄装置は、水処理システムの配管に流れる処理水を取込み、取込んだ処理水をポンプで高圧水にしてから洗浄ノズルで水質計器に向けて噴射するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２１８４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の計器付短管に設けられた洗浄装置は、洗浄ノズルから水質計器に向けて高圧水を噴射するため、水質計器に付着した汚泥の大雑把な除去には有効であるものの、微細な汚染物や強固に付着した汚染膜の除去は困難であった。そのため、高精度で処理水中の物理量を検知することが容易でなかった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決し、水質計器に強固に付着した微細な汚染物や汚染膜の除去ができる洗浄装置を備えた計器付短管を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の計器付短管は、処理水を流す配管に取付けられ、前記処理水を短管に流し、この流された処理水中の物理量を検知する水質計器と、この水質計器を洗浄する手段が前記短管に備えられた計器付短管であって、前記水質計器を洗浄する手段が、高圧水を噴射する洗浄ノズルと超音波振動を発生する超音波発生装置とである点を特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
上記のように構成された計器付短管は、水質計器を収めた短管に超音波振動を照射する超音波発生装置と高圧水を噴射する洗浄ノズルとを取付けたので、水質計器に高圧水の噴射と、超音波を照射することにより、水質計器に対する洗浄効果を向上させることができるようになる。その結果、上記計器付短管を水処理システムに取付けることによって、処理水中の物理量を高精度で検知できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１の計器付短管を配管に取付けた断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２の計器付短管を配管に取付けた断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３の高圧水噴射ならびに超音波照射のタイミングチャ−トである。
【図５】実施の形態４の超音波の周波数変化を示すタイミングチャ−トである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態１について詳細に説明する。図１はこの発明の実施の形態１の計器付短管を配管に取付けた断面図、図２は超音波発生装置を短管に取付けた断面図である。なお、図中の同一符号は、同一または相当部分を示している。
【００１１】
図１に示すように、配管１の途中に計器付短管２がフランジ３で接続され、その中を処理水が紙面の右から左方向に向かって流れている。計器付短管２の構成部材である短管２ａの壁面の下流側の上面には、第１水質計器４Ａが取付けられている。その第１水質計器４Ａの上流側には、超音波発生装置５Ａとジェット装置６Ａが取付けられている。さらに第１水質計器４Ａと対面側の短管２ａの壁面（下面）には、超音波発生装置５Ｂが取付けられ、その上流側にジェット装置６Ｂが取付けられている。配管１および短管２ａの底（壁面の下面）には、汚泥７が多く溜まっている。また、配管１および第１水質計器４Ａを取付けた短管２ａの上部にも汚泥７やそれに含まれる図示しない物質が膜状に付着している。ここで用いる第１水質計器４Ａは、例えば光学式汚泥濃度計、超音波式汚泥濃度計、流量計、温度計、酸素濃度計等であるが、必ずしもこれらに限られるものではなく処理水中の物理量を検知するものであればよい。
【００１２】
各ジェット装置６Ａ、６Ｂは共に高圧の洗浄水を供給するためのパイプ６ａと、洗浄水を仕切る仕切弁６ｂと洗浄水を噴射する洗浄ノズル６ｃから構成されている。仕切弁６ｂを開くことで、洗浄水は洗浄ノズル６ｃから破線矢印の方向に、すなわち処理水の流れる方向と同じ方向（上流側から下流側の方向）に高圧で噴射される。なお、上記高圧の洗浄水としては、処理水をポンプ等で高圧にしたものであっても良いし、その他の場所から供給される洗浄液体であっても良い。
【００１３】
図２に短管２ａに取付けた超音波発生装置５の断面図を示す。超音波発生装置５は短管２ａを貫通するように取付けられ、外側に超音波発振器５ａを設け、圧電素子等からなる図示しない超音波振動子に給電し、発生した超音波振動を伝播部５ｂに与えることで、短管２ａの壁面とほぼ垂直方向（破線矢印の示す方向）に超音波振動を処理水に照射している。ここで用いる超音波発生装置５Ａ、５Ｂの照射可能な周波数は、１〜１０００ｋＨｚの範囲であって、適宜所定の周波数に調整できるようになっている。尚、照射可能な周波数を必ずしも１〜１０００ｋＨｚにする必要はなく、１ｋＨｚ以下〜１０００ｋＨｚ以上にしてもよい。
【００１４】
次に実施の形態１の計器付短管２の動作について説明する。ジェット装置６Ａ、６Ｂはそれぞれの仕切弁６ｂを開くことで、それぞれの洗浄ノズル６ｃから、高圧の洗浄水を第１水質計器４Ａ、超音波発生装置５Ａならびに超音波発生装置５Ｂに向けて噴射する。洗浄水の噴射される方向は、処理水の流れる方向と同じにしているため、第１水質計器４Ａに届いた洗浄水のもつ流速の減衰は比較的小さい。高圧で噴射された洗浄水は、処理水と混じりながら第１水質計器４Ａならびに超音波発生装置５Ａ、５Ｂに付着する汚泥等を概ね除去する。しかしながら、強固に付着した汚泥等に起因する微細な汚染物や汚染膜の除去は困難である。
【００１５】
第１水質計器４Ａのすぐ横の上流側に置かれた超音波発生装置５Ａからは、１〜１００ｋＨｚの超音波が洗浄水ないし洗浄水と混じった処理水中に向けて照射される。この照射される超音波振動は、ジェット装置６Ａから噴射される洗浄水ないし処理水中にキャビティ−を発生させ（洗浄水と処理水のそれぞれの流速は異なるため、界面のようなものが生まれている）、その下流の第１水質計器４Ａの直上において、キャビティ−消失に伴うキャビテ−ションによる高い粒子除去能力や汚染膜に対する剥離能力が高まる。これにより、第１水質計器４Ａに付着する微細な汚染物や汚染膜の除去効果が高まる。
【００１６】
第１水質計器４Ａと対面位置に配置された超音波発生装置５Ｂからは、５０〜１０００ｋＨｚの超音波が第１水質計器４Ａに向けて照射され、より小さな微粒子の除去能力が高くなる。また、超音波発生装置５Ａより高い周波数の超音波が、超音波発生装置５Ｂから第１水質計器４Ａに向けて照射されているため、第１水質計器４Ａ周辺でのキャビティ−の消失が進みやすく、その相乗効果によって、極めて高い汚染物や汚染膜の除去効果が得られる。なお、第１水質計器４Ａから除去された汚染物や汚染膜は洗浄水ないし処理水によって、下流側の配管１に流され計器付短管２内に残ることはない。従って、上記のような計器付短管を採用した水処理システムは、高精度に処理水のもつ物理量を検知でき、検知した物理量から処理水の水処理に必要な制御を最適に実施できるようになる。
【００１７】
上記実施の形態１においては、超音波発生装置５Ａ、５Ｂから高圧で噴射される洗浄水ないし、その洗浄水と混じった処理水に向けて超音波が照射される場合について説明したが、必ずしも洗浄水が含まれる必要性はなく、流速を有した処理水に向けて超音波が照射される場合についても汚染物や汚染膜の除去効果が得られる。
【００１８】
ところで、ある種の第１水質計器４Ａ（例えば、超音波式汚泥濃度計等の測定に超音波振動の影響を受けやすい計測装置等）において、洗浄中の計測値の精度が悪くなることがある。これを避けるため、本発明の実施の形態１の計器付短管２では、図示しないタイマ−等を用いて洗浄中の計測値を洗浄前の計測値にホ−ルドし、洗浄が完了した後にホ−ルドを解除し、第１水質計器４Ａで計測される計測値を水処理システムに提供するようにしている。これにより、水処理システムの水処理制御に誤制御を誘発することなく、第１水質計器４Ａの洗浄を行うことができるようになる。
【００１９】
実施の形態２．
上記実施の形態１の計器付短管では、短管の壁面とほぼ垂直方向に超音波発生装置５Ａ、５Ｂの超音波が照射されるように取付けられ、第１水質計器を超音波振動と高圧で噴射される洗浄水ないしこれと混じる処理水で洗浄している。これに対し、本発明の実施の形態２の計器付短管では、短管の壁面と所定の角度をなした方向に超音波発生装置５Ａ、５Ｂの超音波が照射されるようが取付けられ、第１水質計器と第２水質計器とを超音波振動と高圧で噴射される洗浄水ないしこれと混じる処理水で洗浄している。すなわち、上記実施の形態１と実施の形態２の計器付短管２の差異は、短管の壁面に対する超音波発生装置５Ａ、５Ｂの取付け角度と、取付けた水質計器の数に差異があり、その他の構成は同じである。
【００２０】
図３はこの発明の実施の形態２の計器付短管を配管に取付けた断面図である。なお、図３中において、図１または図２と同一部分ないし相当部分には、同一符号を付与している。以下、図面に基づいて本発明の実施の形態２について詳細に説明する。
【００２１】
図３に示すように、短管２ａの壁面の下流側の上面には第１水質計器４Ａが、下面には第１水質計器４Ａと対面対向する位置に第２水質計器４Ｂが取付けられている。なお、第２水質計器４Ｂには、汚泥７が多く溜まっている。また、第２水質計器４Ｂにも汚泥７に含まれ図示しない物質が膜状に付着している。第１水質計器４Ａの上流側には、壁面と所定の角度をなした方向に超音波が照射されるように超音波発生装置５Ａが取付けられるとともにジェット装置６Ａも取付けられている。第２水質計器４Ｂの上流側には、壁面と所定の角度をなした方向に超音波が照射されるように超音波発生装置５Ｂが取付けられるとともにジェット装置６Ｂも取付けられている。ここで用いる第２水質計器４Ｂは、例えば光学式汚泥濃度計、超音波式汚泥濃度計、流量計、温度計、酸素濃度計等であるが、必ずしもこれらに限られるものではない。なお、上記壁面となす所定の角度の取り得る範囲は、０度以上９０度以下である。
【００２２】
次に実施の形態２の計器付短管２の動作について説明する。ジェット装置６Ａ、６Ｂはそれぞれの仕切弁６ｂを開くことで、それぞれの洗浄ノズル６ｃから、高圧の洗浄水を第１水質計器４Ａ、超音波発生装置５Ａならびに超音波発生装置５Ｂに向けて噴射する。噴射された洗浄水は、第１水質計器４Ａ、４Ｂならびに超音波発生装置５Ａ、５Ｂに付着する汚泥等を概ね除去する。しかしながら、強固に付着した汚泥等に起因する微細な汚染物や汚染膜の除去は困難である。
【００２３】
第１水質計器４Ａの上流側に置かれた超音波発生装置５Ａからは、下流側の第１水質計器４Ａの直上近傍を超音波が伝播するように壁面と所定の角度をなして１〜１００ｋＨｚの超音波が照射される。この照射される超音波振動は、第１水質計器４Ａ直上を流れる洗浄水ないし処理水に多くのキャビティ−を発生させ、その多くのキャビティ−消失に伴うキャビテ−ションによる高い粒子除去能力や汚染膜に対する剥離能力が、特に第１水質計器４Ａの直上において高まる。これにより、第１水質計器４Ａに付着する微細な汚染物や汚染膜の除去効果が高まる。
【００２４】
第１水質計器４Ａと対面対向する位置に第２水質計器４Ｂが取付けられている。そのため、第１水質計器４Ａと対面位置に超音波発生装置５Ｂを配置せず、ずらして配置している。第１水質計器４Ａと斜め対面位置に配置された超音波発生装置５Ｂからは、５０〜１０００ｋＨｚの超音波が第１水質計器４Ａに向け、壁面と所定の角度をなして、狙い撃ち的にほぼ第１水質計器４Ａの直上に向け照射され、効率よくより小さな微粒子の除去能力が高くなる。また、超音波発生装置５Ａと異なる周波数の超音波が、超音波発生装置５Ｂから第１水質計器４Ａに直接照射されているため、第１水質計器４Ａ周辺でのキャビティ−の消失が進みやすく、その相乗効果によって、極めて高い汚染物や汚染膜の除去効果が得られる。なお、超音波発生装置５Ｂの超音波振動を放出する伝播部５ｂの液面側の表面形状としては、狙い撃ちに有効な（超音波の指向性を高めるのに効果的な）凹面形状が好適である。
【００２５】
あわせて、第２水質計器４Ｂに対しても、第１水質計器４Ｂの直上を流れる洗浄水ないし処理水に多くのキャビティ−を発生させ、その多くのキャビティ−消失に伴うキャビテ−ションによる高い粒子除去能力や汚染膜に対する剥離能力が、第２水質計器４Ｂの直上において高まる。
【００２６】
上記実施の形態２においては、超音波発生装置５Ａ、５Ｂから高圧で噴射される洗浄水ないし、その洗浄水と混じった処理水中に向けて超音波が照射される場合について説明したが、必ずしも洗浄水が含まれる必要性はなく、流速を有した処理水に向けて超音波が照射される場合についても汚染物や汚染膜の除去効果が得られる。また、短管２ａの壁面と所定の角度をなした方向に超音波発生装置５Ａ、５Ｂの超音波が照射されるように取付けたため、例え処理水に流速がなかったり、さらに、上記実施の形態２の処理水の流れと逆方向の、言い換えると下流側から上流側に向かった流れがあったりしても、直接、第１水質計器４Ａの直上の処理水にキャビティ−を発生させ、その周辺に限定してキャビティ−の消失を促進させることができるため、高い粒子除去能力や汚染膜に対する剥離能力を確保できるという、格別の効果を奏する。従って、上記のような計器付短管を採用した水処理システムは、高精度に処理水のもつ物理量を検知でき、検知した物理量から処理水の水処理に必要な制御を最適に実施できるようになる。
【００２７】
実施の形態３．
実施の形態３は、上記実施の形態１または２の計器付短管を用いて、ジェット装置から噴射する高圧の洗浄水の供給と、超音波発生装置から照射する超音波を交互に実施する水処理システムに関する。
【００２８】
図４はこの発明の実施の形態３のジェット装置の高圧水噴射ならびに超音波発生装置の超音波照射のタイミングチャ−トである。以下、図面に基づいて本発明の実施の形態３について詳細に説明する。
【００２９】
図４（Ａ）の横軸は時間軸であって、縦軸はジェット装置６Ａ、６Ｂの仕切弁６ｂの開閉のタイミングを示す。図４（Ｂ）の横軸も図４（Ａ）と同じ時間軸であって、超音波発生装置５Ａ、５Ｂの電源投入のＯＮ、ＯＦＦのタイミングを示す。なお、これらのタイミングはジェット装置６ないし超音波発生装置５を制御する図示しない時限タイマによって実施される。
【００３０】
第１水質計器４Ａないし第２水質計器４Ｂの洗浄は、まず、ジェット装置６Ａ、６Ｂの仕切弁６ｂを共に開にして、高圧の洗浄水を予め時限タイマ−に設定された所定の時間流し、その後、仕切弁６ｂを共に閉にする。次に、超音波発生装置５Ａ、５Ｂの電源投入を共にＯＮにして、超音波を予め時限タイマに設定された所定の時間通電し、その後、電源投入を共にＯＦＦにする。必要に応じて、仕切弁６ｂの開閉、ならびに電源投入のＯＮ、ＯＦＦを繰り返すことで、第１水質計器４Ａないし第２水質計器４Ｂの洗浄を完了する。
【００３１】
上記のように、高圧の洗浄水と超音波を別々のタイミングで照射することで、多く堆積する汚泥物に対し高圧の洗浄水を、強固に付着する汚染膜に対し超音波を、と選択的に加えることができるようになり、その除去効率を選択的に改善できるようになる。また、第１水質計器４Ａないし第２水質計器４Ｂが汚れを評価できる装置である場合、その汚れ状態の判断をした上で、ジェット装置ないし超音波発生装置を制御する図示しない時限タイマそのものの所定の時間を、汚れの状況にあわせて適宜再設定することも可能になるため、高い粒子除去能力や汚染膜に対する剥離能力をより確保しやすくなる、という格別の効果を奏する。従って、上記のような計器付短管２を採用した水処理システムは、高精度に処理水のもつ物理量を検知でき、検知した物理量から処理水の水処理に必要な制御を最適に実施できるようになる。
【００３２】
実施の形態４．
実施の形態４は、上記実施の形態１または２の計器付短管を用いて、超音波発生装置５Ａ、５Ｂから照射する超音波の周波数を変化して実施する水処理システムに関する。
【００３３】
図５はこの発明の実施の形態４の超音波発生装置５が照射する超音波の周波数変化を示すタイミングチャ−トである。以下、図面に基づいて本発明の実施の形態４について詳細に説明する。
【００３４】
図５の横軸は時間軸であって、縦軸は超音波発生装置５Ａまたは５Ｂから照射される超音波の周波数軸である。なお、これらの周波数変化は超音波発生装置５に備えられる超音波発信装置１１を制御する図示しない周波数制御装置によって実施される。なお、周波数変化は図５に示す鋸刃状の周期的な変化だけではなく、ランダムな変化であっても良い。また、超音波発生装置５Ａまたは５Ｂで、異なる周波数変化であってもよい。
【００３５】
時間推移に伴って超音波発生装置５Ａから照射する超音波の周波数を変化させることで、洗浄水ないし処理水中に発生させるキャビティ−の大きさを種々変化させることができる。そのため、大きさの異なるキャビティ−消失に伴うキャビテ−ションによる粒子除去能力や汚染膜に対する剥離能力も大幅に変化させることができ、その結果、より広範囲な大きさを持つ汚染粒子や、厚みを持つ汚染膜に対しても高い除去効果を確保できるという、格別の効果も奏するようになる。また、超音波発生装置５Ｂから照射する超音波の周波数も変化させることで、超音波発生装置５Ａと超音波発生装置５Ｂの共鳴現象が生まれ、ラジカル発生に伴うなどの相乗効果による洗浄能力の向上が生まれるという、格別の効果を奏するようになる。従って、上記のような計器付短管２を採用した水処理システムは、高精度に処理水のもつ物理量を検知でき、検知した物理量から処理水の水処理に必要な制御を最適に実施できるようになる。
【００３６】
上記実施の形態１ないし４の計器付短管やそれらを用いた水処理システムは、主に下水処理等の汚泥濃度等を対象として説明したが、原子力発電プラントや火力発電プラント等で課題となる不純物起因で生成したスケ−ルの除去（洗浄）にも、上記の超音波照射と高圧の洗浄水を用いた洗浄が有効である。すなわち、本発明の計器付短管は優れた洗浄能力を有するため、これを備えたあらゆる水処理システムは、これに流れる処理水中の物理量を高精度で検知でき、優れた水処理を実施できるという、格別の効果を有する。
【符号の説明】
【００３７】
１ 配管、
２ 計器付短管、 ２ａ 短管、
４ 水質計器、
５Ａ 第１超音波発生装置、 ５Ｂ 第２超音波発生装置、
６ｃ 洗浄ノズル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量計や濃度計等の水質計器とその水質計器を洗浄する洗浄装置とを短管に設けた計器付短管およびそれを用いた水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理等の水処理システムおいては、各プロセスで処理水中の汚泥濃度等を適正に制御したうえで水処理をする必要がある。そのため、処理水中の物理量を検知する種々の水質計器を備えた計器付短管が、処理水を流す配管に取付けられている。汚泥等に起因する汚染物質が計器付短管の水質計器に付着すると、処理水中の物理量を高精度に検知することができなくなる。この対策に水質計器を洗浄するための洗浄装置が、計器付短管に設けられている。
【０００３】
従来の計器付短管に設けられた洗浄装置は、水処理システムの配管に流れる処理水を取込み、取込んだ処理水をポンプで高圧水にしてから洗浄ノズルで水質計器に向けて噴射するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２１８４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の計器付短管に設けられた洗浄装置は、洗浄ノズルから水質計器に向けて高圧水を噴射するため、水質計器に付着した汚泥の大雑把な除去には有効であるものの、微細な汚染物や強固に付着した汚染膜の除去は困難であった。そのため、高精度で処理水中の物理量を検知することが容易でなかった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決し、水質計器に強固に付着した微細な汚染物や汚染膜の除去ができる洗浄装置を備えた計器付短管を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の計器付短管は、処理水を流す配管に取付けられ、前記処理水を短管に流し、この流された処理水中の物理量を検知する水質計器と、この水質計器を洗浄する手段が前記短管に備えられた計器付短管であって、前記水質計器を洗浄する手段が、高圧水を噴射する洗浄ノズルと超音波振動を発生する超音波発生装置とである点を特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
上記のように構成された計器付短管は、水質計器を収めた短管に超音波振動を照射する超音波発生装置と高圧水を噴射する洗浄ノズルとを取付けたので、水質計器に高圧水の噴射と、超音波を照射することにより、水質計器に対する洗浄効果を向上させることができるようになる。その結果、上記計器付短管を水処理システムに取付けることによって、処理水中の物理量を高精度で検知できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１の計器付短管を配管に取付けた断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２の計器付短管を配管に取付けた断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３の高圧水噴射ならびに超音波照射のタイミングチャ−トである。
【図５】実施の形態４の超音波の周波数変化を示すタイミングチャ−トである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態１について詳細に説明する。図１はこの発明の実施の形態１の計器付短管を配管に取付けた断面図、図２は超音波発生装置を短管に取付けた断面図である。なお、図中の同一符号は、同一または相当部分を示している。
【００１１】
図１に示すように、配管１の途中に計器付短管２がフランジ３で接続され、その中を処理水が紙面の右から左方向に向かって流れている。計器付短管２の構成部材である短管２ａの壁面の下流側の上面には、第１水質計器４Ａが取付けられている。その第１水質計器４Ａの上流側には、超音波発生装置５Ａとジェット装置６Ａが取付けられている。さらに第１水質計器４Ａと対面側の短管２ａの壁面（下面）には、超音波発生装置５Ｂが取付けられ、その上流側にジェット装置６Ｂが取付けられている。配管１および短管２ａの底（壁面の下面）には、汚泥７が多く溜まっている。また、配管１および第１水質計器４Ａを取付けた短管２ａの上部にも汚泥７やそれに含まれる図示しない物質が膜状に付着している。ここで用いる第１水質計器４Ａは、例えば光学式汚泥濃度計、超音波式汚泥濃度計、流量計、温度計、酸素濃度計等であるが、必ずしもこれらに限られるものではなく処理水中の物理量を検知するものであればよい。
【００１２】
各ジェット装置６Ａ、６Ｂは共に高圧の洗浄水を供給するためのパイプ６ａと、洗浄水を仕切る仕切弁６ｂと洗浄水を噴射する洗浄ノズル６ｃから構成されている。仕切弁６ｂを開くことで、洗浄水は洗浄ノズル６ｃから破線矢印の方向に、すなわち処理水の流れる方向と同じ方向（上流側から下流側の方向）に高圧で噴射される。なお、上記高圧の洗浄水としては、処理水をポンプ等で高圧にしたものであっても良いし、その他の場所から供給される洗浄液体であっても良い。
【００１３】
図２に短管２ａに取付けた超音波発生装置５の断面図を示す。超音波発生装置５は短管２ａを貫通するように取付けられ、外側に超音波発振器５ａを設け、圧電素子等からなる図示しない超音波振動子に給電し、発生した超音波振動を伝播部５ｂに与えることで、短管２ａの壁面とほぼ垂直方向（破線矢印の示す方向）に超音波振動を処理水に照射している。ここで用いる超音波発生装置５Ａ、５Ｂの照射可能な周波数は、１〜１０００ｋＨｚの範囲であって、適宜所定の周波数に調整できるようになっている。尚、照射可能な周波数を必ずしも１〜１０００ｋＨｚにする必要はなく、１ｋＨｚ以下〜１０００ｋＨｚ以上にしてもよい。
【００１４】
次に実施の形態１の計器付短管２の動作について説明する。ジェット装置６Ａ、６Ｂはそれぞれの仕切弁６ｂを開くことで、それぞれの洗浄ノズル６ｃから、高圧の洗浄水を第１水質計器４Ａ、超音波発生装置５Ａならびに超音波発生装置５Ｂに向けて噴射する。洗浄水の噴射される方向は、処理水の流れる方向と同じにしているため、第１水質計器４Ａに届いた洗浄水のもつ流速の減衰は比較的小さい。高圧で噴射された洗浄水は、処理水と混じりながら第１水質計器４Ａならびに超音波発生装置５Ａ、５Ｂに付着する汚泥等を概ね除去する。しかしながら、強固に付着した汚泥等に起因する微細な汚染物や汚染膜の除去は困難である。
【００１５】
第１水質計器４Ａのすぐ横の上流側に置かれた超音波発生装置５Ａからは、１〜１００ｋＨｚの超音波が洗浄水ないし洗浄水と混じった処理水中に向けて照射される。この照射される超音波振動は、ジェット装置６Ａから噴射される洗浄水ないし処理水中にキャビティ−を発生させ（洗浄水と処理水のそれぞれの流速は異なるため、界面のようなものが生まれている）、その下流の第１水質計器４Ａの直上において、キャビティ−消失に伴うキャビテ−ションによる高い粒子除去能力や汚染膜に対する剥離能力が高まる。これにより、第１水質計器４Ａに付着する微細な汚染物や汚染膜の除去効果が高まる。
【００１６】
第１水質計器４Ａと対面位置に配置された超音波発生装置５Ｂからは、５０〜１０００ｋＨｚの超音波が第１水質計器４Ａに向けて照射され、より小さな微粒子の除去能力が高くなる。また、超音波発生装置５Ａより高い周波数の超音波が、超音波発生装置５Ｂから第１水質計器４Ａに向けて照射されているため、第１水質計器４Ａ周辺でのキャビティ−の消失が進みやすく、その相乗効果によって、極めて高い汚染物や汚染膜の除去効果が得られる。なお、第１水質計器４Ａから除去された汚染物や汚染膜は洗浄水ないし処理水によって、下流側の配管１に流され計器付短管２内に残ることはない。従って、上記のような計器付短管を採用した水処理システムは、高精度に処理水のもつ物理量を検知でき、検知した物理量から処理水の水処理に必要な制御を最適に実施できるようになる。
【００１７】
上記実施の形態１においては、超音波発生装置５Ａ、５Ｂから高圧で噴射される洗浄水ないし、その洗浄水と混じった処理水に向けて超音波が照射される場合について説明したが、必ずしも洗浄水が含まれる必要性はなく、流速を有した処理水に向けて超音波が照射される場合についても汚染物や汚染膜の除去効果が得られる。
【００１８】
ところで、ある種の第１水質計器４Ａ（例えば、超音波式汚泥濃度計等の測定に超音波振動の影響を受けやすい計測装置等）において、洗浄中の計測値の精度が悪くなることがある。これを避けるため、本発明の実施の形態１の計器付短管２では、図示しないタイマ−等を用いて洗浄中の計測値を洗浄前の計測値にホ−ルドし、洗浄が完了した後にホ−ルドを解除し、第１水質計器４Ａで計測される計測値を水処理システムに提供するようにしている。これにより、水処理システムの水処理制御に誤制御を誘発することなく、第１水質計器４Ａの洗浄を行うことができるようになる。
【００１９】
実施の形態２．
上記実施の形態１の計器付短管では、短管の壁面とほぼ垂直方向に超音波発生装置５Ａ、５Ｂの超音波が照射されるように取付けられ、第１水質計器を超音波振動と高圧で噴射される洗浄水ないしこれと混じる処理水で洗浄している。これに対し、本発明の実施の形態２の計器付短管では、短管の壁面と所定の角度をなした方向に超音波発生装置５Ａ、５Ｂの超音波が照射されるようが取付けられ、第１水質計器と第２水質計器とを超音波振動と高圧で噴射される洗浄水ないしこれと混じる処理水で洗浄している。すなわち、上記実施の形態１と実施の形態２の計器付短管２の差異は、短管の壁面に対する超音波発生装置５Ａ、５Ｂの取付け角度と、取付けた水質計器の数に差異があり、その他の構成は同じである。
【００２０】
図３はこの発明の実施の形態２の計器付短管を配管に取付けた断面図である。なお、図３中において、図１または図２と同一部分ないし相当部分には、同一符号を付与している。以下、図面に基づいて本発明の実施の形態２について詳細に説明する。
【００２１】
図３に示すように、短管２ａの壁面の下流側の上面には第１水質計器４Ａが、下面には第１水質計器４Ａと対面対向する位置に第２水質計器４Ｂが取付けられている。なお、第２水質計器４Ｂには、汚泥７が多く溜まっている。また、第２水質計器４Ｂにも汚泥７に含まれ図示しない物質が膜状に付着している。第１水質計器４Ａの上流側には、壁面と所定の角度をなした方向に超音波が照射されるように超音波発生装置５Ａが取付けられるとともにジェット装置６Ａも取付けられている。第２水質計器４Ｂの上流側には、壁面と所定の角度をなした方向に超音波が照射されるように超音波発生装置５Ｂが取付けられるとともにジェット装置６Ｂも取付けられている。ここで用いる第２水質計器４Ｂは、例えば光学式汚泥濃度計、超音波式汚泥濃度計、流量計、温度計、酸素濃度計等であるが、必ずしもこれらに限られるものではない。なお、上記壁面となす所定の角度の取り得る範囲は、０度以上９０度以下である。
【００２２】
次に実施の形態２の計器付短管２の動作について説明する。ジェット装置６Ａ、６Ｂはそれぞれの仕切弁６ｂを開くことで、それぞれの洗浄ノズル６ｃから、高圧の洗浄水を第１水質計器４Ａ、超音波発生装置５Ａならびに超音波発生装置５Ｂに向けて噴射する。噴射された洗浄水は、第１水質計器４Ａ、４Ｂならびに超音波発生装置５Ａ、５Ｂに付着する汚泥等を概ね除去する。しかしながら、強固に付着した汚泥等に起因する微細な汚染物や汚染膜の除去は困難である。
【００２３】
第１水質計器４Ａの上流側に置かれた超音波発生装置５Ａからは、下流側の第１水質計器４Ａの直上近傍を超音波が伝播するように壁面と所定の角度をなして１〜１００ｋＨｚの超音波が照射される。この照射される超音波振動は、第１水質計器４Ａ直上を流れる洗浄水ないし処理水に多くのキャビティ−を発生させ、その多くのキャビティ−消失に伴うキャビテ−ションによる高い粒子除去能力や汚染膜に対する剥離能力が、特に第１水質計器４Ａの直上において高まる。これにより、第１水質計器４Ａに付着する微細な汚染物や汚染膜の除去効果が高まる。
【００２４】
第１水質計器４Ａと対面対向する位置に第２水質計器４Ｂが取付けられている。そのため、第１水質計器４Ａと対面位置に超音波発生装置５Ｂを配置せず、ずらして配置している。第１水質計器４Ａと斜め対面位置に配置された超音波発生装置５Ｂからは、５０〜１０００ｋＨｚの超音波が第１水質計器４Ａに向け、壁面と所定の角度をなして、狙い撃ち的にほぼ第１水質計器４Ａの直上に向け照射され、効率よくより小さな微粒子の除去能力が高くなる。また、超音波発生装置５Ａと異なる周波数の超音波が、超音波発生装置５Ｂから第１水質計器４Ａに直接照射されているため、第１水質計器４Ａ周辺でのキャビティ−の消失が進みやすく、その相乗効果によって、極めて高い汚染物や汚染膜の除去効果が得られる。なお、超音波発生装置５Ｂの超音波振動を放出する伝播部５ｂの液面側の表面形状としては、狙い撃ちに有効な（超音波の指向性を高めるのに効果的な）凹面形状が好適である。
【００２５】
あわせて、第２水質計器４Ｂに対しても、第１水質計器４Ｂの直上を流れる洗浄水ないし処理水に多くのキャビティ−を発生させ、その多くのキャビティ−消失に伴うキャビテ−ションによる高い粒子除去能力や汚染膜に対する剥離能力が、第２水質計器４Ｂの直上において高まる。
【００２６】
上記実施の形態２においては、超音波発生装置５Ａ、５Ｂから高圧で噴射される洗浄水ないし、その洗浄水と混じった処理水中に向けて超音波が照射される場合について説明したが、必ずしも洗浄水が含まれる必要性はなく、流速を有した処理水に向けて超音波が照射される場合についても汚染物や汚染膜の除去効果が得られる。また、短管２ａの壁面と所定の角度をなした方向に超音波発生装置５Ａ、５Ｂの超音波が照射されるように取付けたため、例え処理水に流速がなかったり、さらに、上記実施の形態２の処理水の流れと逆方向の、言い換えると下流側から上流側に向かった流れがあったりしても、直接、第１水質計器４Ａの直上の処理水にキャビティ−を発生させ、その周辺に限定してキャビティ−の消失を促進させることができるため、高い粒子除去能力や汚染膜に対する剥離能力を確保できるという、格別の効果を奏する。従って、上記のような計器付短管を採用した水処理システムは、高精度に処理水のもつ物理量を検知でき、検知した物理量から処理水の水処理に必要な制御を最適に実施できるようになる。
【００２７】
実施の形態３．
実施の形態３は、上記実施の形態１または２の計器付短管を用いて、ジェット装置から噴射する高圧の洗浄水の供給と、超音波発生装置から照射する超音波を交互に実施する水処理システムに関する。
【００２８】
図４はこの発明の実施の形態３のジェット装置の高圧水噴射ならびに超音波発生装置の超音波照射のタイミングチャ−トである。以下、図面に基づいて本発明の実施の形態３について詳細に説明する。
【００２９】
図４（Ａ）の横軸は時間軸であって、縦軸はジェット装置６Ａ、６Ｂの仕切弁６ｂの開閉のタイミングを示す。図４（Ｂ）の横軸も図４（Ａ）と同じ時間軸であって、超音波発生装置５Ａ、５Ｂの電源投入のＯＮ、ＯＦＦのタイミングを示す。なお、これらのタイミングはジェット装置６ないし超音波発生装置５を制御する図示しない時限タイマによって実施される。
【００３０】
第１水質計器４Ａないし第２水質計器４Ｂの洗浄は、まず、ジェット装置６Ａ、６Ｂの仕切弁６ｂを共に開にして、高圧の洗浄水を予め時限タイマ−に設定された所定の時間流し、その後、仕切弁６ｂを共に閉にする。次に、超音波発生装置５Ａ、５Ｂの電源投入を共にＯＮにして、超音波を予め時限タイマに設定された所定の時間通電し、その後、電源投入を共にＯＦＦにする。必要に応じて、仕切弁６ｂの開閉、ならびに電源投入のＯＮ、ＯＦＦを繰り返すことで、第１水質計器４Ａないし第２水質計器４Ｂの洗浄を完了する。
【００３１】
上記のように、高圧の洗浄水と超音波を別々のタイミングで照射することで、多く堆積する汚泥物に対し高圧の洗浄水を、強固に付着する汚染膜に対し超音波を、と選択的に加えることができるようになり、その除去効率を選択的に改善できるようになる。また、第１水質計器４Ａないし第２水質計器４Ｂが汚れを評価できる装置である場合、その汚れ状態の判断をした上で、ジェット装置ないし超音波発生装置を制御する図示しない時限タイマそのものの所定の時間を、汚れの状況にあわせて適宜再設定することも可能になるため、高い粒子除去能力や汚染膜に対する剥離能力をより確保しやすくなる、という格別の効果を奏する。従って、上記のような計器付短管２を採用した水処理システムは、高精度に処理水のもつ物理量を検知でき、検知した物理量から処理水の水処理に必要な制御を最適に実施できるようになる。
【００３２】
実施の形態４．
実施の形態４は、上記実施の形態１または２の計器付短管を用いて、超音波発生装置５Ａ、５Ｂから照射する超音波の周波数を変化して実施する水処理システムに関する。
【００３３】
図５はこの発明の実施の形態４の超音波発生装置５が照射する超音波の周波数変化を示すタイミングチャ−トである。以下、図面に基づいて本発明の実施の形態４について詳細に説明する。
【００３４】
図５の横軸は時間軸であって、縦軸は超音波発生装置５Ａまたは５Ｂから照射される超音波の周波数軸である。なお、これらの周波数変化は超音波発生装置５に備えられる超音波発信装置１１を制御する図示しない周波数制御装置によって実施される。なお、周波数変化は図５に示す鋸刃状の周期的な変化だけではなく、ランダムな変化であっても良い。また、超音波発生装置５Ａまたは５Ｂで、異なる周波数変化であってもよい。
【００３５】
時間推移に伴って超音波発生装置５Ａから照射する超音波の周波数を変化させることで、洗浄水ないし処理水中に発生させるキャビティ−の大きさを種々変化させることができる。そのため、大きさの異なるキャビティ−消失に伴うキャビテ−ションによる粒子除去能力や汚染膜に対する剥離能力も大幅に変化させることができ、その結果、より広範囲な大きさを持つ汚染粒子や、厚みを持つ汚染膜に対しても高い除去効果を確保できるという、格別の効果も奏するようになる。また、超音波発生装置５Ｂから照射する超音波の周波数も変化させることで、超音波発生装置５Ａと超音波発生装置５Ｂの共鳴現象が生まれ、ラジカル発生に伴うなどの相乗効果による洗浄能力の向上が生まれるという、格別の効果を奏するようになる。従って、上記のような計器付短管２を採用した水処理システムは、高精度に処理水のもつ物理量を検知でき、検知した物理量から処理水の水処理に必要な制御を最適に実施できるようになる。
【００３６】
上記実施の形態１ないし４の計器付短管やそれらを用いた水処理システムは、主に下水処理等の汚泥濃度等を対象として説明したが、原子力発電プラントや火力発電プラント等で課題となる不純物起因で生成したスケ−ルの除去（洗浄）にも、上記の超音波照射と高圧の洗浄水を用いた洗浄が有効である。すなわち、本発明の計器付短管は優れた洗浄能力を有するため、これを備えたあらゆる水処理システムは、これに流れる処理水中の物理量を高精度で検知でき、優れた水処理を実施できるという、格別の効果を有する。
【符号の説明】
【００３７】
１ 配管、
２ 計器付短管、 ２ａ 短管、
４ 水質計器、
５Ａ 第１超音波発生装置、 ５Ｂ 第２超音波発生装置、
６ｃ 洗浄ノズル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理水を流す配管に取付けられ、前記処理水を短管に流し、この流された処理水中の物理量を検知する水質計器と、この水質計器を洗浄する手段が前記短管に備えられた計器付短管において、
前記水質計器を洗浄する手段が、高圧水を噴射する洗浄ノズルと超音波振動を発生する超音波発生装置とである計器付短管。
【請求項２】
請求項１に記載の計器付短管であって、
短管の壁面に対して所定の角度で処理水に超音波を照射する第１超音波発生装置が、短管の水質計器に向けて高圧水を噴射する洗浄ノズルの配置位置と前記水質計器の配置位置との間に配置されていることを特徴とする計器付短管。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の計器付短管であって、
短管の壁面に対して所定の角度で水質計器上の処理水に超音波を照射する第１の超音波発生装置が、短管の水質計器に向けて高圧水を噴射する洗浄ノズルの配置位置と前記水質計器の配置位置との間に配置され、
前記第１超音波発生装置と対向する短管の壁面に対して所定の角度で水質計器上の処理水に超音波を照射する第２超音波発生装置が配置されていることを特徴とする計器付短管。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れかに記載の計器付短管であって、
処理水に向けて、洗浄ノズルからの高圧水の噴射と超音波発生装置からの超音波の照射を交互に実施する時限タイマを備えたことを特徴とする計器付短管。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４の何れかに記載の計器付短管であって、
処理水に向けて、超音波発生装置の超音波の波長を変化させながら照射する周波数制御装置を備えたことを特徴とする計器付短管。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５の何れかに記載の計器付短管を備えた水処理システム。
【請求項１】
処理水を流す配管に取付けられ、前記処理水を短管に流し、この流された処理水中の物理量を検知する水質計器と、この水質計器を洗浄する手段が前記短管に備えられた計器付短管において、
前記水質計器を洗浄する手段が、高圧水を噴射する洗浄ノズルと超音波振動を発生する超音波発生装置とである計器付短管。
【請求項２】
請求項１に記載の計器付短管であって、
短管の壁面に対して所定の角度で処理水に超音波を照射する第１超音波発生装置が、短管の水質計器に向けて高圧水を噴射する洗浄ノズルの配置位置と前記水質計器の配置位置との間に配置されていることを特徴とする計器付短管。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の計器付短管であって、
短管の壁面に対して所定の角度で水質計器上の処理水に超音波を照射する第１の超音波発生装置が、短管の水質計器に向けて高圧水を噴射する洗浄ノズルの配置位置と前記水質計器の配置位置との間に配置され、
前記第１超音波発生装置と対向する短管の壁面に対して所定の角度で水質計器上の処理水に超音波を照射する第２超音波発生装置が配置されていることを特徴とする計器付短管。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れかに記載の計器付短管であって、
処理水に向けて、洗浄ノズルからの高圧水の噴射と超音波発生装置からの超音波の照射を交互に実施する時限タイマを備えたことを特徴とする計器付短管。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４の何れかに記載の計器付短管であって、
処理水に向けて、超音波発生装置の超音波の波長を変化させながら照射する周波数制御装置を備えたことを特徴とする計器付短管。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５の何れかに記載の計器付短管を備えた水処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２３７２９８（Ｐ２０１１−２３７２９８Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０９３４４（Ｐ２０１０−１０９３４４）
【出願日】平成２２年５月１１日（２０１０．５．１１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１１日（２０１０．５．１１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
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