JP3829237B2 - 界面測定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水処理、下水処理等の各種処理に用いられる沈殿槽の液中において、界面をなして沈殿する異物の界面を測定する界面測定装置に関する。
なお、以下各図において同一の符号は同一もしくは相当部分を示す。
【0002】
【従来の技術】
この種の従来技術の例を図3〜図5に示す。
図3において、沈澱槽01は、その容積が処理すべき廃水,下水等の液体07の量に見合うように作られており、底部が漏斗状に形成されてこの底部の中央に引抜きポンプ02に連なる吸引口が開口し、上部には上澄液排出用の排出管03が接続されている。
【0003】
送受波器05は、この沈澱槽01内の液体07内に没するように配置され、超音波を下方に向けて送信する。そして、沈澱物である汚泥08と液体07との界面09にて反射された反射波を含む各種反射波を受信して測定装置06に受信信号を伝える。
測定装置06はこの受信信号から界面に関する信号を弁別して、その送信時点から受信時点までの時間や減衰度等を測定し、これら測定値に基づいて界面09の位置を演算する。
【0004】
上述した界面測定装置においては、送受波器05の送受波面に汚泥等が付着すると、付着物がない場合に比して受信信号のレベル(感度)が低下するという問題がある。このような場合、本来の界面の位置ではなく槽の底面を界面として誤認し易く、汚泥等の付着が甚だしい場合には受信信号さえも得られなくなって測定不能状態に陥る。
【0005】
そこで、この間題を解消するために、図4および図5に示す送受波器が提案されている。なお、図4はこの送受波器の側面図、図5はこの送受波器を図4の矢Fの方向に見た底面図である。
図4および図5において、送受波器101は、超音波を送信すると共にその反射波の受信を行う送受波面103aを有する送受波器本体103と、回転部材105を含み該送受波面103aに付着した汚泥等の付着物を払拭する払拭手段とを有している。
【0006】
図示のように、送受波器本体103の送受波面103aは円形にして平面となされている。上記送受波器本体103に接続された接続ケーブル107を覆うようにパイプ109が設けられており、該パイプ109内には、噴射用流体を案内する案内管110が挿通されている。
但し、該接続ケーブル107は、送受波器本体103を作動せしめるための給電をなす送電線と、該送受波器本体103が発する受信信号を伝達するための送信線とを内装している。
【0007】
なお、上記噴射用流体としては例えば水が使用され、この水は図示しない貯留タンクに貯留され、加圧ポンプ112によって加圧され、バルブ113を経て供給される。
上記案内管110は、先端部及びその近傍部分が屈曲されてパイプ109の外部に露出し、先端にノズル114が装着されている。このノズル114は回転部材105の外側部分に指向している。
【0008】
該回転部材105は羽根状に形成されており、例えば3枚の羽根部を有し、図5の矢印Cにて示すようにノズル114から噴射される加圧水が該各羽根部を付勢することによって回転せしめられる。
上記ノズル114と、前述したパイプ109と、案内管110と、加圧ポンプ112と、バルブ113とによって流体噴射手段が構成されており、該流体噴射手段は上述の如く回転部材105を回転駆動する駆動手段として作用する。
【0009】
上記回転部材105は詳しくは、上記送受波器本体103の送受波面103aの直径Dよりも大なる回転直径Dlを有し、その回転軸が該送受波面103aに対して直交するように配置され、上記ノズル114に結合された支持アーム111の先端部に回転自在に取り付けられている。
但し、回転部材105の回転直径Dlは、送受波面103aの直径Dと等しいか、僅かに小さく設定してもよい。図示のように、回転部材105には付着物除去部材としての毛状部材108が無数に植設されており、回転部材105の回転に伴ってこの毛状部材108が送受波器本体103の送受波面103aを拭うこととされている。上記構成によれば、該送受波面103aはその略全面が拭われる。
【0010】
上述した回転部材105と、付着物除去部材としての毛状部材108と、該回転部材105を回転駆動する駆動手段としての流体噴射手段とによって、送受波器本体103の送受波面103aに付着した汚泥等の付着物を払拭する払拭手段が構成されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
図4,図5に示した方式の場合、回転部材にて超音波振動子の送受波面の付着物を除去することは可能であるが、超音波を送受信する際にこれら回転部材が超音波振動子の振動を妨げ、効率を低下させるという問題がある。
本発明は超音波振動子の振動を妨げることなく、超音波振動子送受波面の付着物を除去できるような送受波器を備えた界面測定装置を提供することを課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項1の界面測定装置(の送受波器1,1Aなど)は、超音波パルスを放射する超音波振動子(3)と、前記超音波パルスを放射してその反射パルスを受信する前記超音波振動子のほぼ水平な下面とする超音波振動面(3a)と、前記超音波振動面を接触しながら払拭する払拭手段(ブラシ53など)を有する送受波器が、液面から所定の深さの該液面の近傍の液(液体07の)中に置かれ、前記超音波振動面から前記超音波振動子の軸方向の下方に超音波パルスを放射する構成とし、前記液中の該下方に浮遊混濁物から形成される界面(09)の位置を測定する界面測定装置において、前記超音波振動子の周囲に配置され、前記超音波振動子の軸方向の上下に移動可能な円筒フレーム管(51)と、前記円筒フレーム管の下端から下方に延びるように付設された支柱 ( 52,52A ) と、前記超音波振動子の軸に垂直な平面内で、前記主柱の下端に結合された前記払拭手段と、前記円筒フレーム管の半径方向放射状でかつ前記超音波振動子の軸方向に所定の傾きをもって配置した複数の羽根(54,54A)と、前記羽根に向けて流体(水20,空気20Aなど)を吐出するノズル部(11,11A)とを有し、前記超音波パルスの送受信時は、超音波の透過を妨げない程度に、前記超音波振動面から離した位置で前記払拭手段の下方への移動を制限する下降端と、前記超音波振動面を洗浄すべき時に、前記ノズル部から前記羽根へ流体の吐出(ノズル部11,11A、配管10,10A、図外のポンプなど)をして、前記円筒フレーム管に回転動作と上昇動作する駆動力を与え、前記払拭手段が前記超音波振動面に接触して該超音波振動面上を移動し、該超音波振動面を払拭する位置で前記払拭手段の上方への移動を制限する上昇端とを備えたものとする。
【0013】
また請求項2の界面測定装置は、請求項1に記載の界面測定装置において、前記駆動力は、前記ノズル部から吐出す圧(例えば水圧)を前記羽根に加えるようにする。また請求項3の界面測定装置は、請求項1に記載の界面測定装置において、前記駆動力は、前記ノズル部から空気を吐出すことでの前記液中で空気が浮上す力(例えば空気の浮力)によって作用し、前記ノズル部が前記超音波振動面より上方で吐出するようにする。
【0014】
また本発明の界面測定装置において、前記駆動力を与えることで回転動作と上昇動作する構成が前記超音波振動子をその内部空間に包囲し、その底部からその下方の外部の前記液中への超音波の透過が可能な円筒籠状体(洗浄フレーム5,5Aなど)からなり、該円筒籠状体の周上に前記の吐出される流体の駆動力を受ける多数枚の羽根(54,54Aなど)を備え、前記円筒籠状体の前記の底部に前記払拭手段を備えたものとする。
【0015】
本発明の作用は次の如くである。即ち、ノズル部(11または11A)から沈殿槽の液中に吐出される水,空気等の流体の圧力や浮力を駆動力として回転と浮上動作を行う洗浄用の手段として洗浄フレーム(5または5A)を設け、これに超音波振動子の振動面を払拭する手段(ブラシ53)を取り付ける。
【0016】
そして、洗浄を行わない超音波送受信時にはノズル部からの流体吐出を止めて洗浄フレーム(5または5A)を自然下降させることで、払拭手段を超音波振動子から引き離し、超音波送受信効率の低下を防ぐ。他方、洗浄時にはノズル部からの流体吐出を行わせて洗浄フレームに駆動力を与え回転動作と上昇動作させることで、払拭手段を超音波振動子の振動面に接触させながら回転させ、振動面を払拭洗浄させる。
【0017】
【発明の実施の形態】
(実施例1)
図1は本発明の第1の実施例としての界面測定装置の送受波器の要部の構成を示す。本実施例は後述する洗浄フレーム5の駆動源を水圧とするものである。
図1において、1はこの送受波器を示し、同図A)は送受波器1の超音波送受信時に相当する状態を示す斜視図で、本図上のGは後述のブラシ53部分を示すための切欠部である。
【0018】
図1のB)は送受波器1を同図A)の前方から(つまり同図C)の矢印Zの方向に)見たときの送受波器1の超音波送受信時(左側)と洗浄時(右側)における縦断面図、同図C)は送受波器1を同図A)の下方から(つまり同図A)の矢印Yの方向に)見たときの送受波器1の底面図である。
ここで送受波器1は図3に示したと同様な図外の沈殿槽01内の下方の図外の界面09の位置を超音波の送受信によって測定するために、この図外の沈殿槽01内の液体07(本例では水)の液面の近傍の所定の深さの液中に沈められているものとする。
【0019】
3は送受波器1内に軸をほぼ垂直方向に向けて設けられた円柱状の超音波振動子で、3aは超音波振動子3のほぼ水平な下端面としての超音波の振動面である。
5は超音波振動子3を包み込んで、超音波振動子3の軸を中心とする(矢印R方向の)回転、および超音波振動子3の軸方向(つまり上下方向)の移動が可能な、上方が開放した円筒籠状の洗浄フレームである。
【0020】
6は超音波振動子3の振動を妨げないように、その内周面が超音波振動子3の外周面に対して必要な隙間を保持すると共に、全体として超音波振動子3と所定の相対位置関係を保つように超音波振動子3と同心に設けられた円筒状のガイド管で、このガイド管6は洗浄フレーム5の上記の回転と上下移動の際のガイドとなる。
【0021】
51は洗浄フレーム5の枠体を形成する円筒状のフレーム管で、洗浄フレーム5の上記回転と上下移動が可能なようにガイド管6に遊合状態ではめ込まれている。なお、51aはフレーム管51の下端に設けられた円環板状のフランジである。
6aと6bはガイド管6の上端と下端にフランジ状に設けられた上端ストッパと下端ストッパで、それぞれフレーム管51の(従って洗浄フレーム5の)上方と下方への移動を制限する。換言すれば、フレーム管51はストッパ6aおよび6bをそれぞれ上昇端及び下降端とし、ガイド管6を回転軸にして回転することができる。
【0022】
52はフレーム管51の下端のフランジ51aの下面となる円環状の板面上に、本例では互いに等間隔で3か所に下方に延びるように付設された支柱で、次に述べるブラシを支持する役割を持つ。
53は上記3本の支柱52の下端に付されてこの洗浄フレーム5の底部を形成するスター状のブラシで、フレーム管51の上端がストッパ6aの位置まで上昇した洗浄時に、超音波振動子3の下端面(つまり振動面3a)に接触し、フレーム管51の上記の回転時に振動面3aに付着した物質を払拭除去する役割を持つ。
【0023】
なお、このブラシ53は、フレーム管51の中心軸、従って超音波振動子3の軸にほぼ垂直な平面内に含まれ、フレーム管51の半径方向へ互いに等角度で放射上に延びる3つの等長のアーム53aからなり、各アーム53aの一端である共通の結合端は超音波振動子3の軸線と交わり、各アーム53aの他端はそれぞれ上記3本の支柱52の下端に結合されている。
【0024】
54はフレーム管51の外周に沿って等間隔に、且つフレーム管51の半径方向に放射状に配設された多数枚の羽根で、この羽根54はフレーム管51、従って超音波振動子3の軸方向に対し、本例ではほぼその点の半径に応じて定まる所定の傾きを持って、次に述べるノズル部11から吐出される水20の水圧を受ける。
【0025】
この羽根54の傾きはこの水圧の力を、洗浄フレーム5の回転方向と洗浄フレーム5を浮上させる垂直方向に分割する役目を持っている。この羽根54の傾きは水圧の力、洗浄フレーム5に加わる重力、洗浄フレーム5の回転速度などによって決定される。
11は超音波振動子3の洗浄時に前記のように洗浄フレーム5の羽根54に向けて水20を吐出するノズル部、10はこの沈殿槽01の外部からノズル部11へ図外のボンプ等によって加圧された水20を導く配管である。
【0026】
次に図1の動作を述べる。超音波の送受信時には、ノズル部11からの水20の吐出は行われず、洗浄フレーム5は重力により下降し、図1B)の左側のようにフレーム管51の下端がストッパ6bに当たる下降位置にあって、超音波振動子3の振動面3aとブラシ53は充分離れている。
このため、超音波振動子3の振動は妨げられず、且つ超音波は殆ど遮蔽や吸収をされることなくブラシ53部分を透過して、その下方の図外の界面09に向かうことができる。但しブラシ53のアーム53aの超音波振動子3の振動面3aに対向する部分を構成する図外の毛状部材の太さ、長さ、この毛状部材を支持する部材への毛状部材の植設密度、この支持部材の太さ等は、この超音波の透過を妨げない程度に選ばれているものとする。
【0027】
次に超音波振動子3の洗浄時には、ノズル部11から水20が吐出され、この水20の水圧によって、洗浄フレーム5は回転しながら上昇する。そして、図1B)の右側のようにフレーム管51の上端がストッパ6aに接する位置において洗浄フレーム5の上昇が止まり、洗浄フレーム5はそのまま回転を続ける。このときブラシ53は超音波振動子3の振動面3aに接触しながら回転し、振動面3a上に付着した異物を払拭する。
【0028】
以上の実施例ではノズル部11からは水を吐出するものとしたが、水に代わる他の流体、例えば圧縮空気を吐出して、この吐出空気によって作られるこの沈殿槽内の水流と共に空気圧を羽根54に加える方法も考えられ、これも本実施例1の技術思想に包含される。
(実施例2)
図2は本発明の第2の実施例としての界面測定装置の送受波器の要部の構成を示す。本実施例は後述する洗浄フレーム5Aの駆動源を空気の浮力とするものである。
【0029】
図2において、1Aはこの送受波器を示し、同図A),B),C)はそれぞれ図1A),B),C)に対応している。但し、図2では図1に対し送受波器,洗浄フレーム,支柱,羽根,配管およびノズル部がそれぞれ1A,5A,52A,54A,10Aおよび11Aに置換わり、ノズル部11Aからは水20に代わり空気20Aが吐出されるようになっている。
【0030】
即ち、図2の図1に対する基本的な相違は、図2では洗浄フレーム5Aの回転および上昇の駆動源を空気20Aの浮力としていることである。この場合、超音波振動子3の振動面3aに気泡が付着すると超音波が気泡を透過する際に減衰するので、気泡が振動面3aに付着しないようする必要がある。
このため、図2の例ではノズル部11Aから吐出される空気20Aが超音波振動子3の下面(振動面3a)に回り込むことなく、洗浄フレーム5Aの羽根54Aへ向かうように、ノズル部11Aの空気吐出口が超音波振動子3の振動面3aより上方で羽根54Aの下端より下側にあって、且つ超音波振動子3の軸からの距離が羽根54Aを包絡する円筒面の半径よりやや小さくなる位置に入り込むように構成されている。
【0031】
結果として、本例では洗浄フレーム5Aの羽根54A、従ってフレーム管51およびガイド管6の位置が、超音波振動子3に対して図1よりも上方へ移動し、これに伴い支柱52Aの長さも図1より長くなっている。
また、羽根54Aは水中で空気20Aが浮上する力を洗浄フレーム5Aの回転力と浮上力に分割する。従って図1とは駆動力が違うことと発生する力の方向が異なるため、図には明示してないが、羽根54Aの超音波振動子3の軸方向に対する最適な傾きも図1とは異なるものとなる。
【0032】
次に図2の動作を述べる。図2においても超音波の送受信時にはノズル部11Aからの空気20Aの吐出は行われず、洗浄フレーム5Aは重力により下降し、図2B)の左側のようにフレーム管51の下端がストッパ6bに当たる下降位置にあって、超音波振動子3の振動面3aとブラシ53は充分離れている。
次に超音波振動子3の洗浄時には、ノズル部11Aから空気20Aが吐出され、空気20Aが浮上する力によって、洗浄フレーム5Aは回転しながら上昇する。
【0033】
そして、図2B)の右側のようにフレーム管51の上端がストッパ6aに接する位置において洗浄フレーム5Aの上昇が止まり、洗浄フレーム5Aはそのまま回転を続ける。このときブラシ53は超音波振動子3の振動面3aに接触しながら回転し、振動面3a上に付着した異物を払拭する。
上記実施例1および2では、洗浄フレーム5および5Aのフレーム管51とガイド管6とは、いわば滑り軸受における軸受と軸のような関係にあるが、フレーム管51とガイド管6との間の摩擦をより少なくする方法として、例えばローラ軸受やボール軸受におけるローラやボールのような働きをする減摩手段をフレーム管51とガイド管6との間に介在させる方法も考えられ、これも本発明に包含される。
【0034】
【発明の効果】
本発明によれば、沈殿槽の液中の下方に浮遊混濁物から形成される界面の位置を超音波の送受信によって測定する界面測定装置において、超音波振動子の振動面を払拭する手段(ブラシ53)を持ち、ノズル部(11または11A)から沈殿槽の液中に吐出される水,空気等の流体の圧力や浮力を駆動力として回転と浮上を行う洗浄用の手段として洗浄フレーム(5または5A)を設け、洗浄時には、ノズル部からの流体吐出を行わせて洗浄フレームに駆動力を与え回転動作と上昇動作させることで、払拭手段を超音波振動子の振動面に接触させながら回転させるようにしたので、振動面を確実に払拭洗浄させることができる。
【0035】
また洗浄を行わない超音波送受信時には、ノズル部からの流体吐出を止めて洗浄フレームを自然下降させることで、払拭手段を超音波振動子から引き離すようにしたので、超音波の送受信効率の劣化や振動周波数の変化等を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例としての要部の構成図
【図2】本発明の第2の実施例としての要部の構成図
【図3】従来の界面測定装置を用いた汚水処理システムの概略構成例を示す図
【図4】図3での問題点を改善した従来の界面測定装置の要部の構成例を示す側面図
【図5】図4に対応する底面図
【符号の説明】
01 沈殿槽
07 液体
09 界面
1,1A 送受波器
3 超音波振動子
3a 振動面
5,5A 洗浄フレーム
6 ガイド管
6a 上端ストッパ
6b 下端ストッパ
10,10A 配管
11,11A ノズル部
20 水
20A 空気
51 フレーム管
51a フランジ
52,52A 支柱
53 ブラシ
53a アーム
54,54A 羽根
Claims (3)
- 超音波パルスを放射する超音波振動子と、前記超音波パルスを放射してその反射パルスを受信する前記超音波振動子のほぼ水平な下面とする超音波振動面と、前記超音波振動面を接触しながら払拭する払拭手段を有する送受波器が、液面から所定の深さの該液面の近傍の液中に置かれ、前記超音波振動面から前記超音波振動子の軸方向の下方に超音波パルスを放射する構成とし、前記液中の該下方に浮遊混濁物から形成される界面の位置を測定する界面測定装置において、
前記超音波振動子の周囲に配置され、前記超音波振動子の軸方向の上下に移動可能な円筒フレーム管と、前記円筒フレーム管の下端から下方に延びるように付設された支柱と、前記超音波振動子の軸に垂直な平面内で、前記支柱の下端に結合された前記払拭手段と、前記円筒フレーム管の半径方向放射状でかつ前記超音波振動子の軸方向に所定の傾きをもって配置した複数の羽根と、前記羽根に向けて流体を吐出するノズル部とを有し、前記超音波パルスの送受信時は、超音波の透過を妨げない程度に、前記超音波振動面から離した位置で前記払拭手段の下方への移動を制限する下降端と、前記超音波振動面を洗浄すべき時に、前記ノズル部から前記羽根へ流体の吐出をして、前記円筒フレーム管に回転動作と上昇動作する駆動力を与え、前記払拭手段が前記超音波振動面に接触して該超音波振動面上を移動し、該超音波振動面を払拭する位置で前記払拭手段の上方への移動を制限する上昇端とを備えたことを特徴とする界面測定装置。 - 請求項1に記載の界面測定装置において、
前記駆動力は、前記ノズル部から吐出す圧を前記羽根に加えるようにしたことを特徴とする界面測定装置。 - 請求項1に記載の界面測定装置において、
前記駆動力は、前記ノズル部から空気を吐出すことでの前記液中で空気が浮上する力によって作用し、前記ノズル部が前記超音波振動面より上方で吐出するようにしたことを特徴とする界面測定装置。
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