特許 7455701 界面レベル計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-15

(45)【発行日】2024-03-26

(54)【発明の名称】界面レベル計

(51)【国際特許分類】

   G01S 15/08 20060101AFI20240318BHJP

   G01F 23/2962 20220101ALI20240318BHJP

【ＦＩ】

G01S15/08

G01F23/2962

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020139235

(22)【出願日】2020-08-20

(65)【公開番号】P2022035131

(43)【公開日】2022-03-04

【審査請求日】2023-04-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000003182

【氏名又は名称】株式会社トクヤマ

(72)【発明者】

【氏名】三戸 昌憲

【審査官】東 治企

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第５１４８７００（ＵＳ，Ａ）

【文献】実開平０５－０６４７１５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０８－３３４４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６４－０３８５３３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭５４－０７３３１０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭６３－１４５１２３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０８－３３４４０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／５２－７／６４

Ｇ０１Ｓ １５／００－１５／９６

Ｇ０１Ｆ ２３／００－２３／８０

Ｇ０１Ｂ １７／００－１７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波パルス反射方式を用い界面を検出するための界面レベル計であって、発信部及び受信部よりなる検出部を備えた超音波センサが、底面が超音波透過膜により構成された筒状保護容器内に、前記検出部を底面に向けて内蔵され、更に、前記筒状保護容器には、前記超音波センサを浸漬可能なレベルに冷却液を供給・排出するための冷却液供給部及び冷却液排出部を備えたセンサ部を有することを特徴とする界面レベル計。

【請求項2】

筒状保護容器の底面に、外部より洗浄液を接触するための洗浄機構を有する請求項１記載の界面レベル計。

【請求項3】

超音波透過膜を構成する部材の固有音響インピーダンス（ρ・C）が３０００以下、耐熱温度が８０℃以上である請求項１又は２に記載の界面レベル計。

【請求項4】

超音波透過膜を構成する部材がポリプロピレン系樹脂である請求項１～３のいずれか一項に記載の界面レベル計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、新規な界面レベル計に関する。詳しくは、工場からの高温廃水の処理設備において安定して使用することが可能な界面レベル計を提供するものである。

【背景技術】

【0002】

工場から排出される廃水が固形分を含んでいる場合、これを沈殿槽、シックナー等の固液分離槽を備えた処理設備に導き、固形分を分離して廃水される。一般に、上記固液分離槽においては、連続的或いは断続的に供給される廃水中の固形物を沈降させて槽底に堆積させ、上澄液と堆積した汚泥を連続的に排出することにより固液分離が行われる。固液分離槽を安定して運転するため、槽底に堆積した汚泥層（上澄み液に対して固形分濃度が濃い任意の層をいう。）と上澄み液との界面の高さを所定位置に調整することが行われるが、上記界面の位置を検知するために、界面レベル計が使用される（特許文献１参照）。

【0003】

界面レベル計は、超音波パルス反射方式によるものが一般的であり、発信部及び受信部よりなる検出部を備えた超音波センサを固液分離槽中の廃水に没入させ、発信部より超音波を発送し固形物の濃度に応じて変化する反射波の強度等を受信し、解析することにより汚泥層との界面のレベルを検出するものである。

【0004】

ところが、工場によっては、前記固液分離槽に供給される廃水の温度が高いことがあり、固液分離槽の液温が７０℃を超える場合がある。これに対して、市販の界面レベル計は、超音波センサの耐熱性が弱く、使用可能温度の上限（以下、耐熱温度ともいう）が６０℃程度であり、かかる環境下で使用できないという問題を有していた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１１－４７７６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従って、本発明の目的は、工場からの７０℃を超える高温廃水の処理設備においても安定して使用することが可能な界面レベル計を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、界面レベル計の超音波センサの検出部を冷却しながら汚泥層の界面への超音波の発送、反射波の受信を確実に行うことができる構造を見出し、これにより前記課題を解決し得ることを確認し、本発明を提案するに至った。

【0008】

即ち、本発明は、超音波パルス反射方式を用い界面を検出するための界面レベル計であって、発信部及び受信部よりなる検出部を備えた超音波センサが、底面が超音波透過部材により構成された筒状保護容器内に、前記検出部を底面に向けて内蔵され、更に、前記筒状保護容器には、前記超音波センサを浸漬可能なレベルに冷却液を供給・排出するための冷却液供給部及び冷却液排出部を備えたセンサ部を有することを特徴とする界面レベル計である。

【0009】

また、本発明の界面レベル計においては、筒状保護容器の底面に、外部より洗浄液を接触するための洗浄機構を有することが好ましい。

【0010】

また、本発明において、前記超音波透過膜を構成する部材の固有音響インピーダンス（ρ・C）は、３０００以下、耐熱温度が８０℃以上であることが好ましく、特に、ポリプロピレン系樹脂が好適に使用される。

【0011】

尚、上記固有音響インピーダンスは、超音波透過膜を構成する部材の密度をρ、部材中の２５℃における音速（ｍ／ｓ）をＣとしたとき、ρ×Ｃで算出される値である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、固液分離槽に供給される廃液の温度が高温である環境下においても、固液分離槽内の汚泥と上澄液との界面を確実に測定することができる。

【0013】

従って、従来、界面計の使用が困難であった、プロピレンオキサイドの製造における鹸化工程より排出される８０℃以上の高い温度を有する廃水のような高温の廃水を処理する固液分離槽において、高い耐熱性をもって正確に界面レベルを測定し、界面のレベルを管理することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の界面レベル計のセンサ部の断面の構造を示す概略図である。

【図2】本発明の界面レベル計を固液分離槽に取り付けた一態様を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を使用して、本発明を詳細に説明する。

【0016】

本発明の界面レベル計は、超音波パルス反射方式を用い界面を検出するための界面レベル計であって、発信部及び受信部よりなる検出部を備えた超音波センサ２が、底面が超音波透過膜６により構成された筒状保護容器３内に、前記検出部を底面に向けて内蔵され、更に、前記筒状保護容器には、前記超音波センサを浸漬可能なレベルに冷却液を供給・排出するための冷却液供給部４及び冷却液排出部５を備えた、耐熱性を有するセンサ部１を有することを特徴とする。

【0017】

本発明において、超音波センサ２の構造は、信号生成回路を別途備えていてもよい、発信部及び受信部よりなる検出部を備えた公知の構造を有するものが特に制限なく使用できる。上記超音波センサは一般市販されており、上記構造を有する検出部を、塩化ビニル樹脂を代表とする防水性のケーシングで覆った、耐水性を有するものが好適に使用される。

【0018】

本発明の特徴は、前記超音波センサ２を、底面が超音波透過膜６により構成された筒状保護容器３内に、前記検出部を底面に向けて内蔵せしめ、その内部に冷却液を存在せしめることにより、耐熱性の低い超音波センサ２を固液分離槽に存在する廃液の熱から保護したことにある。

【0019】

上記筒状保護容器３の周壁を構成する部材としては、使用環境において耐熱性を有し、固液分離槽に浸漬した際に筒状保護容器内部の冷却液とを隔離し得る強度を有するものであれば特に制限されない。具体的には、ＳＵＳ等の耐食性の金属部材が好適に使用される。

【0020】

本発明において、超音波透過膜６を構成する部材としては、超音波を阻害せず、且つ、前記高温に耐えるだけの耐熱性を有するものが必要である。本発明者らは、かかる部材について検討を重ねた結果、固有音響インピーダンス（ρ・Ｃ）が、３０００以下、特に、２７００以下であれば、内蔵された超音波センサによる界面の測定に及ぼす影響が小さいことを見出した。

【0021】

具体的に実験結果を示せば、ＰＴＦＥ樹脂は、耐熱温度は、２６０℃と高いものの、固有音響インピーダンスは、３２９８であり、これを本発明の超音波透過膜６（厚み３ｍｍ）として使用して界面検出を行ったところ、界面の検出は全くできなかった。これに対して、固有音響インピーダンスが２５３８の市販のポリプロピレン樹脂を本発明の超音波透過膜６（厚み３ｍｍ）として使用して界面検出を行ったところ、界面の正確な検出が可能であった。

【0022】

上記固有音響インピーダンスを有する部材としては、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂などのポリオレフィン系樹脂が挙げられるが、８０℃以上、特に、９０℃以上の耐熱性を有するものを使用することが好ましい。かかる耐熱性を考慮した場合、ポリプロピレン系樹脂が好適に使用される。かかるポリプロピレン系樹脂は、プロピレンの単独重合体のほか、上記耐熱性を有するものであれば、プロピレンとエチレンとの共重合体、プロピレン、エチレン及び他のオレフィンとの共重合体、さらには、上記重合体とポリエチレン等の樹脂との組成物が挙げられる。また、ポリプロピレン系樹脂は、公知の添加剤、具体的には、酸化防止剤、帯電防止剤等を含有していてもよい。

【0023】

本発明において、超音波透過膜６は、筒状保護容器３の底面を構成するため、使用環境における圧力に耐え得る強度を有することが好ましい。前記ポリプロピレン系樹脂を部材として使用する場合、超音波透過膜６の厚みは、１～１０ｍｍ、好ましくは、２～５ｍｍが適当である。超音波透過膜６の厚みが厚過ぎると、超音波の透過を阻害し、正確な測定が困難となることがある。

【0024】

前記筒状保護容器３の底面を超音波透過膜６により構成する態様は特に制限されないが、図１に示すように、フランジを設けて超音波透過膜６を筒状保護容器３の端部に固定する態様が好ましい。

【0025】

上記筒状保護容器３内への超音波センサ２の取り付けの態様は、特に制限されず、配線等のケーブルが十分な強度を有する場合は、図１に示すようにかかるケーブルにより吊るしてもよいし、図示していないが、筒状保護容器３の内壁に保持具を取り付けて支持する構造とすることも可能である。

【0026】

本発明において、前記のように、底面が超音波透過膜６により構成された筒状保護容器３に冷却液を供給排出するため、冷却液供給部４と冷却液排出部５を有する。冷却液供給部４は、ポンプ等の液送設備より冷却液を供給するものであり、一般には配管により構成される。また、冷却液排出部５は、筒状保護容器３内において、超音波センサ２を浸漬可能な液面の位置となるように冷却液を排出する構造を有するものであれば特に制限されないが、図１に示すように、かかる位置に開口したオーバーフロー口を設けた構造が好ましい。この場合、オーバーフローした冷却液は、固液分離槽に排出される。

【0027】

上記冷却液としては、水が好適に使用される。上記水としては、工業用水を使用することもできるが、超音波センサ表面にスケールが堆積するという問題が生じることがあるため、スケールの発生の原因となる微細固形分、例えば、サブミクロンから数μｍの粒子が少ない水を使用することが好ましい。具体的には、工業用水を使用する場合は、フィルタを通過させて前記微細固形分を可及的に除去して使用することが好ましい。また、純水、上水を使用することもできる。また、筒状保護容器内の冷却液の温度を超音波センサ２の耐熱温度以下、具体的には、７０℃以下、好ましくは６０℃以下に調節するため、温度検出器９を設けて温度を検出し、かかる温度に応じて前記冷却液の供給・排出量を制御する温度調整機構を設けることが好ましい。

【0028】

尚、前記筒状保護容器内の冷却液の温度調整は、前記冷却液の供給・排出量を制御する方法が経済的であるが、筒状保護容器内に一定量の冷却液を存在せしめ、冷却液を冷媒を通した熱交換器により冷却する方法も考えられるが工業的な実施において、装置が大掛かりになることが懸念される。

【0029】

本発明において、前記筒状保護容器３の底面を構成する超音波透過膜６は、長期の使用において、スケール等の異物が付着して、超音波の透過性が低下することがある。このような場合、超音波透過膜６に下方より洗浄液を吹き付けてスケールを除去する洗浄機構７を設けることが好ましい。洗浄機構７は、流体の圧力により超音波透過膜６の表面を清浄化し得るものであれば特に制限されない。例えば、図１には、配管よりなる洗浄液供給部８より供給された洗浄液を洗浄機構７より超音波透過膜６に作用させる態様を示す。ここで、洗浄機構７は超音波の透過を妨害しないように、リング状の管に洗浄液の供給口を設けた構造が好適である。また、洗浄液としては、水が一般に使用される。また、洗浄効果を高めるため、エアーとの混合流体を供給してもよい。さらに、上記洗浄機構７による洗浄は、汚染の度合いに応じて適宜行ってもよいし、定期的に行ってもよい。

【0030】

本発明の界面レベル計において、他の構成は、公知の構成が特に制限なく採用される。図２には、それらをまとめて信号処理装置１０として示す。かかる信号処理装置１０は、前記センサ部１で受信した信号を処理して界面レベルを示す値に演算する機能を有するものであり、一般には、受信した信号を増幅する増幅回路、Ａ／Ｄ変換器、界面レベル算出部６を備え、必要に応じて、表示部や、固液分離槽の運転と連動した界面制御部を備える。

【0031】

本発明の界面レベル計を適用する固液分離槽１１の構造は、公知のものが特に制限なく採用される。図２は、固液分離槽として一般的なシックナーを示す。上記シックナーは、逆円錐状の底部とかかる底部から延在する円筒の壁部を有し、上面は蓋により覆われている。また、槽内の廃水に渦流を形成し、固液分離を促進すると共に、堆積した汚泥の流動製を維持し、回収しやすくするため、駆動軸に取り付けられたレーキを底部に備える構造が一般的である。

【0032】

本発明の界面レベル計の取り付けは、センサ部１を筒状保護容器が廃水に一部浸かるように行う。センサ部１の取り付け位置は、界面１３の検出しようとする箇所に適宜設けることができる。また、取り付けは、固液分離槽に蓋部が存在する場合は、図１に示すように固液分離槽１１の蓋部を貫通させて固定する態様が、また、蓋部が存在しない場合は、支持用の治具により固定することが好ましい。

【符号の説明】

【0033】

１ センサ部
２ 超音波センサ
３ 筒状保護容器
４ 冷却液供給部
５ 冷却液排出部
６ 超音波透過膜
７ 洗浄機構
８ 洗浄液供給部
９ 温度検出器
１０ 信号処理装置
１１ 固液分離槽
１２ レーキ
１３ 廃水中の界面

【図1】

【図2】