JP6895060B2 - 液中物測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体中に存在する微生物等の密度や濃度を測定する装置に関する。

近年、藻類を培養して空気中に二酸化炭素として含まれる炭素分を固定させ、バイオマス燃料として用いる技術に注目が集まっている。このようなバイオマス燃料の製造に利用される藻類としては、例えば体長が数μｍ〜数ｍｍ程度の群体形成性の藻類、具体的には、ユーグレナ、クロレラ、スピルリナ、ドナリエラ、ボツリオコッカス、シュードコリスチス等が挙げられる。また、こういった微細藻類以外にも、活性汚泥に含まれる好気性微生物、酵母、有用物質を産生する遺伝子組換え大腸菌等の細菌類、抗生物質等の有用物質を産生する黴等の菌類、魚類の飼料となるプランクトン等、様々な生物が工業的に培養されている。こうした培養装置に関する技術を記載した文献としては、例えば、下記の特許文献１等がある。

上述の如き培養装置においては、培養槽に貯留した培養液にて目的の生物を繁殖させ、培養液から分離回収する。分離回収は、培養液中において目的生物の数がある程度増えた段階で行うことが望ましい。すなわち、適切なタイミングで分離回収を実行するには、培養液中に存在する目的生物の量を把握する必要がある。また、生物の量の把握は、分離回収時に限らず、例えば生物の量の変動を経時的に観察し、培養に関する最適の条件を探るといった目的にも有用である。

液中における生物の量を測定するための技術を記載した文献としては、例えば、下記の特許文献２等がある。特許文献２には、試料溶液に光を照射し、吸光度から微生物の濃度を定量する技術が記載されている。ランベルト・ベールの法則に基づいて測定を行う同様の技術は、様々な分野に広く応用されており、上述の如き生物以外に、無生物の測定にも利用することができる。また、微生物のような粒状の物体の量のほかに、コロイドや、液中に溶け込んだ溶質の濃度も測定することができる。

特開２０１６−８２９１０号公報 特開２００２−１１２７６１号公報

しかしながら、大量の液体中に存在する目的物の測定に上述の如き技術を適用しようとすると、多額の設備投資や、多大な測定の手間が生じてしまいやすい。大量の液体中では、目的物の濃度が空間的、時間的に大きく変動するからである。

測定のための具体的な方法は幾つか考えられる。第一の方法としては、吸光度を測定するセンサを液体中の複数箇所に設置し、各測定箇所で測定を行う方法が挙げられる。目的物の量を空間及び時間的に把握することで、最終的に目的物の量を推定することができる。使用するセンサとしては濁度計等と呼ばれる装置が販売されており、液中に投げ込んで測定するタイプの装置もあって使い勝手が良い。ただし、この方法では、多数のセンサを必要とするために費用が嵩むほか、各測定箇所にて定期的に測定を実行しなくてはならず、手間がかかる。

そこで、第二の方法として、液体を循環させてセンサと液体との接触を促す方法が考えられる。各センサに対し、目的物を含む液体が一定時間毎に循環しつつ接触するようにし、測定値を積算して目的物の量を算出すれば良い。このようにすれば、設置するセンサの数を減らしながら、各センサ毎に一定の領域の液体に関して測定を行うことができる。しかし、この方法では、液体の循環のために動力の大きいポンプを設置する必要があり、該ポンプの設置や駆動にコストがかかる。また、大量の液体を対象とするので、液体全体を均一に混合することが難しい。特に、沈殿している物質の測定は困難である。

第三の方法としては、液体中の異なる場所から試料を採取し、混合して一つの試料とし、該試料中の目的物の量を全液体中における目的物の量の平均値として目的物の総量を推定する方法が挙げられる。この場合、上述の如き吸光度による測定のほか、例えば試料を乾燥させて試料の体積あたりの乾重量を測定することもできる。しかしながら、この第三の方法では、試料の採取や混合を人力に頼ることになり、測定に係る作業が煩雑となる。

さらに、第四の方法として、液体を上空から空撮し、液面の色から目的物の量を推定する方法もある。目的物をその色により光学的に検出できる場合に可能な方法であり、海における赤潮の発生時等に採用される。しかし、この方法は、液面付近に浮上する目的物の把握には有効であるが、活性汚泥や微細藻類のように、上下方向に関する分布が不明な目的物には適用することが難しい。

本発明は、斯かる実情に鑑み、大量の液体中における目的物の量を簡便に把握し得る液中物測定装置を提供しようとするものである。

本発明は、液体中を上下方向に延びる支持体と、該支持体に沿って配置され、液体中における液中物の量を光学的に検出するよう構成された検出部とを備えた測定部を、液体中で走行させるよう構成され、貯留槽に貯留された液体の液面より上の高さに少なくとも一部が位置するよう配置され、ガス送出装置から送出されるガスを内部に流通させる液上管と、該液上管から下方の液体中に延びて前記液上管内のガスを下方に導く中間管と、液体中にて前記中間管に接続され、該中間管からのガスを内部に流通させ且つ液体中に放出する液中管とを備え、浮力により液体内に浮いて前記貯留槽の底より上に前記液中管を支持し、前記ガス送出装置から送出されるガスを前記液中管から放出しつつ走行するよう構成した走行体に、前記測定部を取り付けた、液中物測定装置にかかるものである。

本発明の液中物測定装置において、前記支持体は、前記走行体に少なくとも一端を取り付けられたロープ又はワイヤとしてもよい。

本発明の液中物測定装置において、前記検出部は、照射部から上方に向かって照射された検出光を、該照射部より上方に配した受光部にて検出することで、吸光度に基づき液中物の量を測定し得るよう構成してもよい。

本発明の液中物測定装置において、前記照射部の上方に配された前記受光部は、前記測定部に対し複数備えてもよい。

本発明の液中物測定装置によれば、大量の液体中における目的物の量を簡便に把握し得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の第一実施例の形態を示す平面図である。 本発明の第一実施例の形態を示す正面図であり、図１のＩＩ−ＩＩ矢視相当図である。 本発明の第一実施例の形態を示す側断面図であり、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視相当図である。 本発明の第一実施例の別の配置例を示す平面図である。 本発明の第二実施例の形態を示す側面図である。 本発明の第三実施例の形態を示す側面図である。 本発明の第四実施例の形態を示す側面図である。 本発明の第五実施例の形態を示す側面図である。 本発明の第六実施例の形態を示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１〜図３は本発明の第一実施例による液中物測定装置の形態の一例を示している。液中物測定装置１は、例えばユーグレナ、クロレラ、スピルリナ、ドナリエラ、ボツリオコッカス、シュードコリスチス等といった微細藻類の培養液である液体２を貯留する貯留槽３に設置され、液体２内における微細藻類の密度を測定するために使用される。この他に、液中物測定装置１による測定の目的物としては、上述したような好気性微生物、酵母、細菌類、菌類、プランクトンやベントス等、様々な生物を挙げることができる。また、こうした培養生物のほか、液中物測定装置１は、コロイドや無生物等、種々の生物や物質の液中における密度や濃度の測定に利用することができる。以下、本明細書では、液中にあって液中物測定装置１の測定対象とし得るこうした生物や物質を、「液中物」と総称することとする。

本第一実施例の液中物測定装置１は、液体２中に微細藻類の培養のためのガス（空気）Ａを送り込む機能を備えたガス供給装置に、液体２における液中物（微細藻類）の濃度を測定するための構成を追加した装置である。ここで、液体２としては、水の他に各種の液体を想定することができる。また、ガスＡとしても、空気以外に酸素や二酸化炭素等、種々の気体を想定することができる。

液中物測定装置１のガス供給装置としての構成から説明する。図１、図２に示す如く、液中物測定装置１は、空気Ａを加圧して送り出すガス送出装置４と、該ガス送出装置４に送出管５を介して接続され、ガス送出装置４から送出される空気Ａを内部に導入して流通させる液上管６と、該液上管６から下方の液体２中に延び、液上管６内の空気Ａを下方へ導く中間管７と、貯留槽３の底付近に配置されて中間管７に接続され、該中間管７からの空気Ａを内部に流通させ液体２中に放出する液中管８とを備えている。この液上管６、中間管７及び液中管８により、後述する走行体Ｂが構成される。

液上管６は、図２に示す如く、複数の主管６ａ同士を接続管６ｂで長手方向に接続してなる。主管６ａは、樹脂繊維を編み込まれて形成された軟質の管であり、内部に空気Ａを送り込まれることで膨らむようになっている。主管６ａ一本あたりの長さは、例えば２ｍ〜１０ｍ程度であり、複数の主管６ａの端部同士が接続管６ｂによって接続されることで、一本の長い液上管６を構成する。一本の液上管６の長さは、該液上管６の長手方向に沿った貯留槽３の寸法に略等しく設定される。言い換えれば、液上管６は貯留槽３の略全幅にわたって配置される。接続管６ｂは、例えば塩化ビニル樹脂製のＴ字管であり、左右端は水平方向に沿って配置されて各々主管６ａの端部に接続され、中央端は下方に向けられて中間管７の上端に接続される。

接続管６ｂのうち、少なくとも一つの接続管（ここでは、液上管６の長手方向中央に位置する接続管）６ｂ'は、４つの接続端部を有する四方Ｔ字管として構成されている。接続管６ｂ'の４つの端部のうち、互いに対向する２つの端部は水平方向に沿って配置されて主管６ａの端部に接続される。残りの端部のうち、１つは水平方向に沿って配置されて送出管５の端部に接続され、１つは下方に向けられて中間管７の上端に接続される。送出管５は、柔軟性のあるゴムや樹脂等の素材で構成されたフレキシブルチューブであり、ガス送出装置４からの空気Ａを接続管６ｂ'から液上管６内に送り込むようになっている。そして、主管６ａは、内部に送り込まれた空気Ａによって膨張して浮力を得、液体２の液面に浮くようになっている。

また、接続管６ｂによって一本に繋がれた液上管６の両端にあたる主管６ａの端部には、端部接続管６ｃが接続されている。この端部接続管６ｃは、例えば塩化ビニル樹脂製のＬ字管である。端部接続管６ｃの２つの端部のうち、一方は水平方向に沿って配置されて主管６ａの端部に接続され、もう一方は下方に向けられて中間管７の上端に接続される。

液体２中に配置される液中管８は、液面より上に配置される液上管６とは略対称の配置を取っており、複数の主管８ａの端部同士を接続管８ｂによって接続することで、一本の長い液中管８が構成されている。主管８ａは、例えばゴム製の管であり、長さは対応する位置にある液上管６の主管６ａと略等しく設定され、径は液上管６の主管６ａよりは小さく設定される。接続管８ｂは、例えば塩化ビニル樹脂製のＴ字管であり、左右端は水平方向に沿って配置されて各々主管８ａの端部に接続され、中央端は上方に向けられて中間管７の下端に接続される。液中管８の両端にあたる主管８ａの端部には、端部接続管８ｃが接続されている。この端部接続管８ｃは、例えば塩化ビニル樹脂製のＬ字管であり、２つの端部のうち１つは水平方向に沿って配置されて主管８ａの端部に接続され、もう１つは上方に向けられて中間管７の下端に接続される。

主管８ａの少なくとも一部は、側面に内外を連通する多数の穴が開口されており、主管８ａを流通する空気Ａを、前記穴から液体２中へ送り出すようになっている。本第一実施例の場合、液中管８を構成する主管８ａのうち半分に前記穴が開口し、穴が設けられていない残り半分の液中管８には撹拌機９が取り付けられている。撹拌機９は、例えばモータによってポンプを作動させ、周辺の液体２を吸い込んで上方へ送り出す仕組みの機械である。撹拌機９の動作に必要な電力は、走行体Ｂや牽引索１０に沿って備えたケーブルを通して外部から供給しても良いし、撹拌機９に電池等の電源装置を内蔵して賄っても良い。

中間管７は、液体２中に上下方向に沿って配置された管であり、例えば主管６ａと同様、樹脂繊維を編み込まれた軟質の管として構成される。上述の如く、各中間管７の上端は、液上管６を構成する接続管６ｂ，６ｂ'又は端部接続管６ｃの下方に向けられた端部にそれぞれ接続される。各中間管７の下端は、液中管８を構成する接続管８ｂ及び端部接続管８ｃの上方に向けられた端部に接続される。こうして、液体２の液面に浮いた液上管６の下方に中間管７を介して液中管８がぶら下がる形で支持され、これにより液体２中を走行する走行体Ｂが構成される。走行体Ｂの下方にて液中管８が支持される位置は、貯留槽３の底面よりやや上である。

このように、走行体Ｂのうち、液上管６の少なくとも一部は液体２の液面より上の高さに位置するよう配置される。本第一実施例の場合、ガス送出装置４からの空気Ａの送出時において液上管６は液体２の液面の高さに位置し、その一部が液体２中に没し、走行体Ｂ全体を支持する浮力を発生させるようになっている。この他に、例えば液上管６とは別に発泡樹脂等、液体２よりも比重の小さい素材で構成された浮力体を走行体Ｂに備え、前記浮力体により走行体Ｂを液体２中に保持するよう構成することもできる。その場合、前記浮力体の上に液上管６を配置すれば、該液上管６の全体が液面より上に位置することになる。

液上管６を構成する接続管６ｂの一部、及び端部接続管６ｃには、走行体Ｂを液面の方向に沿って動作させるための牽引索１０が接続されている。この牽引索１０は、図１、図３に示す如く、液上管６のなす向きと直交する水平方向に延びるように配されており、その両端は、貯留槽３の縁上に設置した巻上機１１に接続されている。

ここで、牽引索１０は、走行体Ｂを構成する液上管６、中間管７及び液中管８のいずれに接続されても良いが、本第一実施例の場合、液上管６のうち塩化ビニル樹脂により形成された接続管６ｂ及び端部接続管６ｃが変形しにくく、接続に簡便であるため、ここを牽引索１０の接続位置として選択している。

巻上機１１は、図３に示す如く貯留槽３の縁上に設置される。この貯留槽３の縁における各巻上機１１の設置位置、及び各巻上機１１の下方にあたる貯留槽３の壁面には、プーリ１２ａ及びプーリ１２ｂが回転可能に支持されており、牽引索１０は、このプーリ１２ａ，１２ｂに一旦巻き掛けられてから巻上機１１に巻き取られるようになっている。こうして、対向する貯留槽３の壁面のプーリ１２ｂ，１２ｂ同士の間で牽引索１０を水平に保ちつつ、巻上機１１により牽引索１０を液体２の液面に沿って巻き取り又は送り出すことができるようになっている。

そして、本第一実施例の液中物測定装置１は、ガスＡの供給を担う走行体Ｂに、目的物を測定するための測定部１３を取り付けた点を特徴としている。

測定部１３は、図２、図３に示す如く、液体２中を上下方向に延びる支持体１３ａに沿って、液中物の測定のための検出部を配置して構成される。本第一実施例の場合、前記検出部は、検出光を照射する照射部１３ｂと、該照射部１３ｂから照射される検出光を受光する受光部１３ｃとで構成されている。支持体１３ａは、下端を走行体Ｂの液中管８に係留されると共に、上端には液体２より比重の軽い浮き１３ｄが取り付けられている。これにより、支持体１３ａは液体２中において上下方向に延びた姿勢を保持される。

ここで、支持体１３ａが「上下方向に延びる」とは、支持体１３ａの角度が厳密な鉛直方向を保っていることを意味しない。支持体１３ａは、液体２内に上下にわたって配置され、前記検出部を液体２の上下にわたって配置できれば十分であり、支持体１３ａのなす角度が鉛直方向に対して斜めになっていても構わない。

照射部１３ｂは、支持体１３ａの下端部に備えられ、上方へ向けて検出光を照射するようになっている。受光部１３ｃは、支持体１３ａにおいて照射部１３ｂよりも上側の位置に設置され、下方に向けた受光窓にて、照射部１３ｂから照射される光を受光するようになっている。こうして、照射部１３ｂと受光部１３ｃとの間における吸光度に基づき、照射部１３ｂと受光部１３ｃとの間に存在する液中物の量を測定することができる。検出光としては、可視光のほか、赤外線や紫外線等、液体２や測定対象とする液中物の性質に応じ、測定に適した各種の波長の光を用いることができる。

本第一実施例では、一基の測定部１３につき、支持体１３ａに沿って三基の受光部１３ｃを備えているが、貯留槽３の深さその他の条件により、測定部１３に備えられる受光部１３ｃの数は適宜増減し得る。また、照射部１３ｂの設置数や、支持体１３ａにおける設置位置も適宜変更して良い。特に、目的とする液中物の濃度が高く、照射部１３ｂから受光部１３ｃまでの間で検出光が急激に弱められてしまうような場合には、照射部１３ｂを増設し、例えば支持体１３ａの中間部にも照射部１３ｂを設けても良い。また、液中物の濃度が高い場合には、検出光の強度を高めることでも対応できる。

図３に示す如く、受光部１３ｃは、受光した検出光の強度を、測定信号１３ｅとして制御装置１４へ入力するようになっている。測定信号１３ｅは、例えば走行体Ｂや牽引索１０に沿って備えたケーブルにより、有線にて制御装置１４へ入力される。液体２中では無線による信号は伝播しにくいためである。また、照射部１３ｂや受光部１３ｃの動作に必要な電力は、走行体Ｂや牽引索１０に沿って備えたケーブルを通して外部から供給しても良いし、照射部１３ｂや受光部１３ｃに電池等の電源装置を内蔵して賄っても良い。

制御装置１４は、液中物測定装置１全体の運転を制御する装置であり、例えばガス送出装置４のオンオフや出力、巻上機１１の動作等を制御している。また、制御装置１４では、測定部１３の各受光部１３ｃから入力された測定信号１３ｅに基づき、後述する液中物の量の算出を行うようになっている。

支持体１３ａは、例えばロープやワイヤであっても良いし、棒状の物体であっても良い。液体２中に検出部としての照射部１３ｂや受光部１３ｃを上下方向に沿って配置できれば何でも良い。ただし、支持体１３ａはロープやワイヤとすれば、測定部１３にとって必要な強度や耐久性を安価にて備えることができるほか、測定精度を保つ上で特に好適である。ロープやワイヤであれば径が小さく、したがって、照射部１３ｂから照射した検出光が支持体１３ａに反射して受光部１３ｃに入射することによる測定精度への影響を抑えることができるからである。

次に、上記した本第一実施例の作動を説明する。

ガス送出装置４を作動させると、該ガス送出装置４から送出管５を介し、液上管６へ加圧された空気Ａが送り込まれる。液上管６を構成する主管６ａは、内部に空気Ａを送り込まれることで膨らんで浮力を得、中間管７や液中管８を含む走行体Ｂ全体を浮力によって液体２に支持する。また、送出管５も液面に浮かびつつ、ガス送出装置４の空気Ａの送出口と、液上管６の接続管６ｂ'の間の接続を保つ。

液上管６内に送り込まれた空気Ａは、主管６ａを膨らませながら、一部ずつが接続管６ｂ，６ｂ'及び端部接続管６ｃから中間管７へと送り出され、該中間管７の下端に接続された接続管８ｂ及び端部接続管８ｃから液中管８へと導かれる。液中管８は、主管８ａの側面に開口した多数の穴から液体２中に空気Ａを送り出す。

この際、上述の如く、液中管８は径が液上管６と比較して小さく構成されており、こうすることで、液中管８全体から空気Ａが均等に送り出されるようになっている。すなわち、液上管６の容積が液中管８よりも大きいため、ガス送出装置４から液上管６に送り込まれた空気Ａは、まず液上管６内の全域に満たされてから、大部分が液上管６に留まりつつ、各所の接続管６ｂ，６ｂ'や端部接続管６ｃから一部ずつ中間管７を介して液中管８に送り出されることになる。したがって、液中管８の各所の接続管８ｂ及び端部接続管８ｃに対し、空気Ａの供給が均等に行われるのである。ここで仮に、液中管８の主管８ａの径が液上管６の主管６ａよりも大きく設定されていた場合を想定すると、ガス送出装置４からの空気Ａは、液上管６の全域を満たすよりも前に、多くが液中管８の方に送り込まれることになる。その際、液中管８へ送り込まれる空気Ａは、送出管５の接続された液上管６の接続管６ｂ'に近い位置ほど多くなる。その結果、液中管８の主管８ａの側面に開口した穴からは、接続管６ｂ'に近い位置ほど多くの空気Ａが放出されることになり、液中管８から液体２への空気Ａの送出に偏りが生じてしまうことが考えられる。本第一実施例では、ガス送出装置４からの空気Ａを液上管６を介して液中管８へ送り込み、さらに液上管６の容積を液中管８より大きく設定することで、空気Ａの供給量の偏りを解消しているのである。

液体２中に送り出された空気Ａは、液体２に対し培養に必要な物質を溶存ガスの形で供給する役割と同時に、液体２を撹拌する役割をも担う。ただし、この二つの役割を空気Ａの供給のみによって実行しようとすると、溶存ガスの供給量又は撹拌量のいずれか、もしくは両方が、要求される量を上回る場合がある。より具体的には、例えば微細藻類の培養において、空気Ａの供給のみにより必要な撹拌量を満足しようとすれば、溶存ガスの供給量に関しては必要量を上回ってしまいがちである。すなわち、必要量を上回った余剰分に関しては、空気Ａの供給に使用するエネルギーが浪費されることになる。液体２中に空気Ａを送り込むにあたっては、空気Ａに対し一定以上の圧力を付与しなくてはならず、多くのエネルギーを要するため、ここでのエネルギーの消費はなるべく抑えることが特に望ましい。

そこで、本第一実施例では、上述の如く液中管８を構成する主管８ａのうち、半分の主管８ａにのみ、空気Ａを供給するための穴を備えている。したがって、全ての主管８ａに前記穴を同様に備えた場合と比較して空気Ａの供給量を減らしつつ、空気Ａの供給に必要な圧力を少ないエネルギーで保つことができる。このようにすると、空気Ａによる撹拌量も減少してしまうことになるが、本第一実施例では、穴を設けていない主管８ａに備えた撹拌機９を作動させることで、撹拌量を補うようにしている。撹拌機９は、上述の如く液体２を上方へ送り出すことで液体２を撹拌するが、空気Ａの供給による撹拌と比較すれば少ないエネルギーで撹拌を行うことができる。

こうして、ガス送出装置４から送り出される空気Ａは、液上管６、中間管７、液中管８を備えて構成される走行体Ｂを介し、液体２中に供給される。そして、走行体Ｂは、牽引索１０によって液体２中を水平方向に往復走行しつつ、上述の如き空気Ａの供給を実行する。

各牽引索１０は、貯留槽３の縁に備えた巻上機１１によって巻き取られ又は繰り出されることで、各牽引索１０に接続された走行体Ｂを貯留槽３内で走行させる。図１において、走行体Ｂを図中上方へ向かって走行させたい場合には、図中上方に位置する各巻上機１１は牽引索１０を巻き取り、図中下方に位置する各巻上機１１は牽引索１０を繰り出す動作を行う。また、走行体Ｂを図中下方へ向かって走行させたい場合には、図中上方に位置する各巻上機１１は牽引索１０を繰り出し、図中下方に位置する各巻上機１１は牽引索１０を巻き取る動作を行う。この動作を交互に繰り返すことで、走行体Ｂは、貯留槽３内を図中上下に往復する。

この際、動作の切り替えは、例えば貯留槽３の壁面に走行体Ｂの接触により作動するリミットスイッチを備え、該リミットスイッチを巻上機１１における動作の切り替えに連動させることで実行することができる。また例えば、牽引索１０の巻き上げや巻き取りを人力にて行っても良い。その他、牽引索１０の動作やその切り替えに関しては種々の構成を採用し得る。

そして、走行体Ｂを走行させつつ、測定部１３では液中物の測定を行う（図３参照）。支持体１３ａの下側に位置する照射部１３ｂからは上向きに検出光が照射され、該検出光は、液体２中を減衰しつつ進み、照射部１３ｂの上方に配置された各受光部１３ｃにて検出される。検出光は、照射部１３ｂと各受光部１３ｃとの間の距離に応じて弱まるほか、照射部１３ｂと各受光部１３ｃとの間の液体２中に存在する液中物によっても吸収されて弱まる。各受光部１３ｃは、受光した検出光の強度を、測定信号１３ｅとして制御装置１４に入力する。制御装置１４では、照射部１３ｂから照射した検出光の強度と、各受光部１３ｃにおいて受光した検出光の強度、さらに照射部１３ｂと各受光部１３ｃとの距離から、照射部１３ｂと各受光部１３ｃとの間に存在する液中物の量を算出する。

この際、一基の測定部１３につき、受光部１３ｃは上下方向に複数備えられているので、各受光部１３ｃ間における液中物の量を、各受光部１３ｃと照射部１３ｂとの間の液中物の量の差分として算出することができる。すなわち、測定部１３を設置した領域における液中物の上下方向の分布を把握することができる。

また、測定は測定部１３を取り付けた走行体Ｂを走行させながら実行するので、制御装置１４では、各巻上機１１における牽引索１０の繰り出し量により、貯留槽３中における走行体Ｂの位置を把握できる。したがって、制御装置１４では、走行体Ｂの位置と関連付けて測定部１３による測定を実行することで、走行体Ｂの走行方向に関する液中物の分布を把握することが可能である。走行体Ｂの走行方向と直交する水平方向の分布に関しては、図１、図２に示す如く、走行体Ｂに対し、走行方向と直交する向きに沿って複数の測定部１３を取り付けることで対応できる。

さらに、測定を経時的に実行すれば、時間軸に沿った液中物の分布量の変化をも把握することができる。測定は走行体Ｂの走行中、刻々と連続的に実行しても良いし、あるいは一定の時間を置いて繰り返し実行しても良い。

ここで、本第一実施例では、貯留槽３の底部付近に位置する照射部１３ｂから、上方に位置する受光部１３ｃに向かって検出光を照射する構成を採用しているが、これは、測定に際して日光の影響を極力避けるためである。仮に、液面付近に位置する照射部１３ｂから検出光を下方に向かって照射し、照射部１３ｂより下方に位置する受光部１３ｃにて検出する構成とした場合、同様に上方から入射される日光を受光部１３ｃが検出し、測定精度に影響してしまう可能性がある。

その他、周囲環境からの入力される光の影響を抑える方策としては、例えば検出光を変調し、他の光と区別する方法が考えられる。あるいは、測定を夜間に実行するようにすれば、周囲環境からのノイズの入力を最小限に抑えることができる。

また、本第一実施例では、図２に示す如く、液中管８を構成する主管８ａのうち、空気Ａの放出のための穴を備えていない箇所に測定部１３の支持体１３ａを取り付けている。これは、測定に対する気泡の影響に配慮した構成である。主管８ａから放出される気泡が受光部１３ｃの近傍に位置していると、照射部１３ｂから照射された検出光が気泡に反射して受光部１３ｃに入力され、これが検出精度に影響してしまう可能性がある。そこで、本第一実施例では、空気Ａの放出される箇所とは離れた位置に測定部１３を設置し、測定に際する気泡の影響を最小限に抑えている。

この他、例えば、測定を実行する間だけ空気Ａの供給を停止することでも、気泡の影響を避けることができる。この場合、空気Ａの供給停止の直後に測定を行えば、測定箇所近傍の液体２は空気Ａにより撹拌されているので、液中物の偏りを抑えた状態での測定が可能である。

検出部を構成する照射部１３ｂや受光部１３ｃは、走行体Ｂの中間管７に沿って配置しても良く、この場合は、中間管７が支持体としての役割を果たすことになる。このようにすると、中間管７に反射した検出光が受光部１３ｃに入力されてしまう可能性はあるが、支持体１３ａや浮き１３ｄを必要としない分、測定部１３の設置に係る費用を節減することができる。

また、本第一実施例では、吸光度により液中物の量を検出する測定部１３を備えた場合を例示したが、液中物を測定する方法はこれに限定されず、その他の光学的な方法を採用することもできる。例えば、測定部１３にＣＣＤカメラのような装置を設置すれば、液中物の密度あるいは濃度の他に、色や粒径分布等の情報をも獲得できる可能性がある。ただし、安価なセンサを用いて簡便に液中物の測定ができるという点では、吸光度式の測定方法が最も好適である。

また、上では液上管６、中間管７及び液中管８により構成される走行体Ｂを、貯留槽３に対し１段だけ備えた場合を例示したが、例えば図４に示す如く、牽引索１０に沿った方向に複数段の走行体Ｂを備えて構成することもできる。この場合、複数の走行体Ｂに取り付ける測定部１３の位置は、走行方向に直交する向きに関し、走行体Ｂ同士の間で互いにずらすようにすると、液中物の分布量の測定に際し、液体２中での偏りの影響を抑えることができる。

このようにして、本第一実施例の液中物測定装置１では、液体２中における液中物の上下方向、水平方向、さらに時間軸に沿った量の変化を簡便に把握することができる。液体２中を走行する走行体Ｂに測定部１３を取り付けるため、センサとしての照射部１３ｂや受光部１３ｃの設置数は最小限で済み、設備投資を抑えることができる。また、貯留槽３内で走行体Ｂを自動的に走行させつつ測定を行うので、貯留槽３内の複数箇所から人力で試料を採取したり、測定を行うような手間も生じない。センサを備えた測定部１３側が液体２内を動きながら測定を行うので、測定のために液体２全体を循環させるような必要もない。また、走行体Ｂの下部では液中管８から噴き出す空気Ａや撹拌機９により液体２が撹拌されるので、貯留槽３の底に沈殿した液中物をも巻き上げ、測定部１３で検出することが可能である。

以上のように、上記本第一実施例においては、液体２中を上下方向に延びる支持体１３ａと、該支持体１３ａに沿って配置され、液体２中における液中物の量を光学的に検出するよう構成された検出部１３ｂ，１３ｃとを備えた測定部１３を、液体２中で走行させるよう構成しているので、液中物の測定に際し、検出部として設置される照射部１３ｂや受光部１３ｃの数は最小限で済み、設備投資を抑えることができる。また、貯留槽３内の複数箇所から人力で試料を採取したり、測定を行うような手間も生じない。

本発明の液中物測定装置は、貯留槽３に貯留された液体２の液面より上の高さに少なくとも一部が位置するよう配置され、ガス送出装置４から送出されるガスＡを内部に流通させる液上管６と、該液上管６から下方の液体２中に延びる中間管７と、該中間管７からのガスＡを液体２中に放出する液中管８とを備え、浮力により液体２内に浮いて前記貯留槽３の底より上に前記液中管８を支持し、ガスＡを前記液中管８から放出しつつ走行するよう構成した走行体Ｂに、前記測定部１３を取り付けて構成しているので、液体２中にガスＡを供給する走行体Ｂに測定部１３を取り付けることで、簡便に液中物を測定することができる。

本発明の液中物測定装置において、前記支持体１３ａは、前記走行体Ｂに少なくとも一端を取り付けられたロープ又はワイヤとしているので、測定部１３にとって必要な強度や耐久性を安価にて備えることができる。

本発明の液中物測定装置において、前記検出部１３ｃは、照射部１３ｂから上方に向かって照射された検出光を、該照射部１３ｂより上方に配した受光部１３ｃにて検出することで、吸光度に基づき液中物の量を測定し得るよう構成しているので、安価なセンサを用いて簡便に液中物の測定ができる。また、測定に際し、日光の影響を極力避けることができる。

本発明の液中物測定装置において、前記照射部１３ｂの上方に配された前記受光部１３ｃを、前記測定部１３に対し複数備えているので、液体２中における液中物の上下方向に沿った分布を把握することができる。

したがって、上記本第一実施例によれば、大量の液体中における目的物の量を簡便に把握し得る。

図５〜図９は本発明の第二〜第六実施例を示している。図５に示す第二実施例では、上記第一実施例（図２、図３参照）の如く支持体１３ａの下端を走行体Ｂの液中管８に取り付ける代わりに、支持体１３ａの上端を液上管６に取り付けている。一方、支持体１３ａの下端には液体２より比重の大きい錘１３ｆを取り付け、これにより、支持体１３ａを液体２中で上下方向に延びるように配置している。液上管６の主管６ａが柔軟な素材で構成されている場合、液上管６における支持体１３ａの取付位置は、例えば接続管６ｂとすれば良い（図２参照）。測定部１３の取り付けにより主管６ａの素材が折れ曲がることを防ぐためである。

また、図６に第三実施例として示す如く、支持体１３ａの上端部を液上管６に、下端部を液中管８に取り付けても良い。この場合、支持体１３ａの姿勢を保つにあたり、浮き１３ｄ（図３参照）や錘１３ｆ（図５参照）等は必要ない。

図７に示す第四実施例では、走行体Ｂ（図１〜図３参照）とは別に測定部１３を設置した場合を例示している。本第四実施例の測定部１３は、支持体１３ａの上端部に浮き１３ｄを、下端部に錘１３ｆを備えて、支持体１３ａの上下方向に沿った姿勢を保持している。さらに、浮き１３ｄを牽引索１０に取り付けることで、該牽引索１０の動作に従って測定部１３の全体が液体２中を走行するようになっている。

上記第一〜第四実施例として示すように、検出部としての照射部１３ｂや受光部１３ｃを液体２中の適切な位置に配置し、且つ照射部１３ｂや受光部１３ｃを走行させることができる限りにおいて、測定部１３としては種々の構成や配置を採用し得る。

図８に示す第五実施例では、測定部１３に備えた照射部１３ｂから水平方向に沿って測定光を照射し、他の測定部１３に備えた受光部１３ｃにて検出するようになっている。このようにすると、複数の測定部１３間における液中物の水平方向の分布を測定することができる。また、各測定部１３の上下方向に沿って複数の照射部１３ｂや受光部１３ｃを設置しておけば、上下方向における液中物の分布も把握できる。

図９に示す第六実施例では、照射部を備えておらず、受光部１３ｃにより検出部が構成されている。支持体１３ａに沿って配置した受光部１３ｃは受光窓を上に向け、上方からの光を検出するようになっている。すなわち、日光を検出光として利用する構成である。照射部を必要としないので、測定部１３の設置に係る費用を抑えることができる。液体２が十分に浅く、且つ目的とする液中物の濃度が十分に低く、さらに該液中物の検出に適した波長の光が日光に含まれている場合に適用可能である。

その他の構成や作用効果については上記第一実施例と同様であるため省略するが、上記第二〜第六実施例によっても、大量の液体中における目的物の量を簡便に把握し得る。

尚、本発明の液中物測定装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 液中物測定装置
２ 液体
３ 貯留槽
４ ガス送出装置
６ 液上管
７ 中間管
８ 液中管
１３ 測定部
１３ａ 支持体
１３ｂ 検出部（照射部）
１３ｃ 検出部（受光部）
Ａ ガス（空気）
Ｂ 走行体

Claims (4)

1. 液体中を上下方向に延びる支持体と、
   該支持体に沿って配置され、液体中における液中物の量を光学的に検出するよう構成された検出部とを備えた測定部を、液体中で走行させるよう構成され、
   貯留槽に貯留された液体の液面より上の高さに少なくとも一部が位置するよう配置され、ガス送出装置から送出されるガスを内部に流通させる液上管と、
   該液上管から下方の液体中に延びて前記液上管内のガスを下方に導く中間管と、
   液体中にて前記中間管に接続され、該中間管からのガスを内部に流通させ且つ液体中に放出する液中管と
   を備え、浮力により液体内に浮いて前記貯留槽の底より上に前記液中管を支持し、前記ガス送出装置から送出されるガスを前記液中管から放出しつつ走行するよう構成した走行体に、前記測定部を取り付けた、液中物測定装置。
2. 前記支持体は、前記走行体に少なくとも一端を取り付けられたロープ又はワイヤである、請求項１に記載の液中物測定装置。
3. 前記検出部は、照射部から上方に向かって照射された検出光を、該照射部より上方に配した受光部にて検出することで、吸光度に基づき液中物の量を測定し得るよう構成されている、請求項１または２に記載の液中物測定装置。
4. 前記照射部の上方に配された前記受光部は、前記測定部に対し複数備えられている、請求項３に記載の液中物測定装置。
   

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