JP3829237B2 - 界面測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【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)

1. 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。
2. 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。
3. 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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