JP2005305361A - 軟化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】硬度リークを起こさずに再生時期を正確に検出することができる軟化装置を提供する。
【解決手段】イオン交換樹脂を用いた硬度成分除去部１Ａを有する樹脂塔１と、樹脂塔１へ原水を導入する原水配管２と、樹脂塔１から軟水を取り出す採水配管３と、樹脂塔１内の硬度成分除去部１Ａ内であり、かつ採水配管３の取出し位置から測定水を塔外に取り出す測定水配管５と、取り出した測定水の硬度を測定する硬度測定装置６と、測定した硬度の値が基準値を超えるとイオン交換樹脂を再生する再生手段１０とを含む軟化装置において、軟水の取り出しが行われているかどうかを検出する軟水取り出し検出手段を設けておき、樹脂層から塔外への測定水の取り出しは、前記軟水取り出し検出手段にて軟水の取り出しが行われていることを検出している時にのみ行うように制御する制御手段４を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、軟化装置に関する。さらに詳しくは、原水中の硬度成分を除去して軟水を取出す軟化装置に関する。

従来より広く普及している軟化装置は、イオン交換樹脂を用いた硬度成分除去部を有する樹脂塔と、該樹脂塔へ原水を導入する原水導入配管と、前記樹脂塔から軟水を取り出す採水配管と、前記樹脂塔内の硬度成分除去部から測定水を塔外に取り出す測定水配管と、取り出した測定水の硬度を測定する硬度測定装置と、測定した硬度の値が基準値を超えるとイオン交換樹脂を再生する再生手段とから構成され、原水中の硬度を除去するようになっている。

前記従来の軟化装置において、イオン交換樹脂は、樹脂内のナトリウムイオンと原水内のカルシウムイオンやマグネシウムイオンを置換することで、原水内の硬度成分を取り込むものであり、硬度成分を一定量取り込むと、それ以上は硬度成分の除去を行うことができなくなる。そのため、イオン交換樹脂が採水限界に到達し、硬度成分の除去能力がなくなった場合には、イオン交換樹脂層へ塩水を供給して樹脂の再生を行う必要がある。

一般に、イオン交換樹脂の再生が遅れると軟水として取り出したはずの水の硬度が高くなっている、いわゆる硬度リークが発生する。硬度リークが発生すると、軟水供給先へ影響を与えるため、採水限界到達前に再生を行う必要があるが、再生を早くしすぎても塩水が無駄になるため、再生時期を正確に検出することが望まれている。そこで、採水配管を流れる軟水の硬度を測定しておき、軟水の硬度上昇を検出すると再生を実施しているが、この場合は硬度リークが発生した後で再生を行うことになるので、硬度リークを完全に無くすことはできない。

上記問題点を解決するため、軟化装置の樹脂塔中より測定水をサンプリングするサンプリング機構を有し、サンプリングした測定水の硬度を検出することで、硬度リーク発生前にイオン交換樹脂の能力低下を検出することが考えられた（特許文献１）。かかる軟化装置にあっては、測定水のサンプリング箇所よりも下流側の樹脂塔中になお所定量のイオン交換樹脂が存在する。そのため、該測定水から所定値以上の硬度成分が検出され始めた段階では、サンプリング箇所の下流側のイオン交換樹脂に硬度除去能力が残っており、この時点で再生を行うことにより、硬度成分のリークを防止することができる。

測定水の硬度上昇後に取り出すことのできる軟水量は、測定水取り出し位置より下流側に存在するイオン交換樹脂量に応じて定まり、下流側のイオン交換樹脂量が少なすぎると硬度リークのおそれが生じ、逆に量が多すぎると有効に利用されないイオン交換樹脂が多くなるので再生頻度が高くなる。そこで、硬度リークを起こすことなく、最適な時期に再生を実施するために必要なイオン交換樹脂量を求め、測定水取り出し位置より下流側に適切な量のイオン交換樹脂が残るように、測定水取り出し位置を定めていた。しかしながら実際には、測定水の硬度上昇は検出されていないのに、硬度リークが発生することがあった。なぜならば、軟水を取り出していない時に測定水を取り出すことがあり、その場合の測定水硬度は正しくない値が測定されるため、正しい予知が行えなかったのである。

特開２００２−３５７４３号公報

本発明は上記事情に鑑み、硬度リークを起こさずに再生時期を正確に検出することができる軟化装置を提供することを目的とする。

第１発明の軟化装置は、イオン交換樹脂を用いた硬度成分除去部を有する樹脂塔と、該樹脂塔へ原水を導入する原水導入配管と、前記樹脂塔から軟水を取り出す採水配管と、前記樹脂塔内の硬度成分除去部内であり、かつ前記採水配管の取出し位置より上方から測定水を前記樹脂塔外に取り出す測定水配管と、取り出した測定水の硬度を測定する硬度測定装置と、測定した硬度の値が基準値を超えるとイオン交換樹脂を再生する再生手段と、を含む原水中の硬度成分を除去する軟化装置において、軟水の取り出しが行われているかどうかを検出する軟水取り出し検出手段を設けておき、前記樹脂塔から塔外への測定水の取り出しは、前記軟水取り出し検出手段にて軟水の取り出しが行われていることを検出している時にのみ開始するように制御する制御手段を設けたことを特徴とする。
第２発明の軟化装置は、イオン交換樹脂を用いた硬度成分除去部を有する樹脂塔と、該樹脂塔へ原水を導入する原水導入配管と、前記樹脂塔から軟水を取り出す採水配管と、前記樹脂塔内の硬度成分除去部内であり、かつ前記採水配管の取出し位置より上方から測定水を樹脂塔外に取り出す測定水配管と、取り出した測定水の硬度を測定する硬度測定装置と、測定した硬度の値が基準値を超えるとイオン交換樹脂を再生する再生手段と、を含む原水中の硬度成分を除去する軟化装置において、前記樹脂塔から塔外への測定水の取り出しは、軟水の取り出しが行われている場合に行なわれ、測定水取り出し中に軟水の取り出しが中断された場合には、測定水の取り出しが中断されるように制御する制御手段を設けたことを特徴とする。
第３発明の軟化装置は、第１または第２発明において、前記軟水取出し検知手段は、前記原水導入配管と前記採水配管の間に設けられた差圧スイッチであることを特徴とする。
第４発明の軟化装置は、第１ないし第３のいずれかに記載の発明において、前記採水配管には軟水タンクが接続され、該軟水タンクは水位調節手段を備えており、該水位調節手段は前記軟水タンク内の軟水の水位が低い時に前記樹脂塔から軟水を取り出すことを特徴とする。
第５発明の軟化装置は、第１ないし第４のいずれかに記載の発明において、前記採水配管には積算流量計が介装されており、該積算流量計が基準値に達すると測定水の取り出しが行われることを特徴とする。

本発明によれば、軟水の取出し時には測定水配管の接続位置より上方の水のみ測定水配管に取り込むことができ、下方の硬度成分が十分に除去されている水と混合しないので、取出し前の水の硬度を正確に測定することができる。このため、軟化装置の軟水取り出し限界到達前に軟水取り出し限界が近いことを正しく予知することができ、再生開始時期を正確に検出することができるようになる。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る軟化装置のブロック図である。図２の（Ａ）図は軟水取出時における測定水吸引状況の説明図、（Ｂ）図は軟水非取出時における測定水吸引状況の説明図である。図３はイオン交換樹脂の硬度成分除去能力の変化を示す説明図である。図４は本発明の効果を示す測定水変化状況の説明図である。

図１において、樹脂塔１は上下を皿状板でふさいだ円筒状容器であり、内部にイオン交換樹脂の一例であるNa型の強酸性カチオン交換樹脂を収容している。このイオン交換樹脂を収容した部分を硬度成分除去部１Ａと称し、図１および図２中には、網点状で表示している。この樹脂塔１の最上部には通水入口を設け、最下部には採水出口を設け、通水入口に原水配管２を接続し、採水出口に採水配管３を接続している。前記採水配管３の他端には軟水タンク１４を接続している。また、イオン交換樹脂層を再生するための塩水をためておく塩水槽１０を設け、塩水槽１０と樹脂塔１の通水入口との間を結ぶ塩水供給配管１２を設けている。前記樹脂塔１内への原水供給と塩水供給は、別々に行うものであるため、樹脂塔１の通水入口手前に複数の弁からなる通水制御弁１１を設けておき、通水制御弁１１を通じて供給する。

前記軟化装置には、その運転を制御する制御装置４が設けられており、この制御装置４によって通水制御弁１１の通水制御などが行われる。前記通水制御弁１１は、つぎの機能を有するものであればよい。
１）採水−樹脂塔１内の上部へ原水を送り込み、樹脂塔１内で下向きに水を流すことで原水内から硬度成分を除去する
２）逆洗−樹脂塔１内の下部へ原水を送り込み、樹脂塔１内で上向きに水を流すことでイオン交換樹脂を攪拌し、堆積していた不純物などを排出する（排水管は図示していない）
３）通薬−塩水槽１０から樹脂塔１内の上部へ塩水を送り込み、樹脂塔１内で下向きに塩水を流すことでイオン交換樹脂の能力を回復させる
４）洗浄−樹脂塔１内の上部へ原水を送り込み、樹脂塔１内に残っている塩水を排出する

前記採水配管３の途中には、積算流量計９が設けられている。前記原水配管２と採水配管３の間には差圧スイッチ７が設けられている。これらの積算流量計９と差圧スイッチ７はそれぞれ制御装置４と接続されている。前記積算流量計９は、採水配管３内を流れる軟水の流量を測定してその測定値を制御装置４へ送り、制御装置４では積算した流量を記憶していく。制御装置４は、差圧スイッチ７からの信号によって、常時軟水取り出しの有無を判定することができる。

前記樹脂塔１の内部であって、採水配管３の採水口より上方位置であり、かつ硬度成分除去部１Ａにおける上下方向の途中部分に測定水配管５を接続している。この接続位置は、測定水配管より下方となるイオン交換樹脂量が全体の１３％程度となる高さ位が望ましい。この測定水配管５の他端には測定水槽１３が接続されている。この測定水槽１３にＣａイオン濃度などを検出する硬度測定装置６を設け、測定水配管５の途中には測定水ポンプ８を設け、硬度測定装置６と測定水ポンプ８も制御装置４と接続しておく。測定水の硬度は硬度測定装置６によるＣａイオン濃度によって検出し、硬度測定を行う場合には、測定水ポンプ８を作動することで樹脂塔１内から測定水を取り出し、測定水槽１３へ導入する。

軟水の取り出しは、軟水タンク１４内の水位が低くなると行う。軟水タンク１４内水位が低下すると、樹脂塔１内へ原水を導入し、樹脂塔１内から軟水を取り出して軟水タンク１４へ供給する。軟水タンク１４内水位が高くなると、軟水取り出しを停止する。

前記制御装置４は、軟水取り出し量が一定量に達するごとに測定水の硬度測定を行う。軟水取り出し量が設定された積算水量に達すると、制御装置４は測定水ポンプ８の作動を開始し、樹脂塔１内から測定水を取り出す。測定水配管５内及び測定水槽１３内には、前回の測定で使用した古い測定水が残っているため、死水排水工程を行う。
死水排水工程は、測定水ポンプ８を一定時間作動し、新たな測定水を給水する一方、古い測定水を図示しない排水弁から排出する。また、測定水槽１３内を新しく取り出した測定水で満たし、測定水槽１３から測定水を排出する。測定水槽１３を空にした後で再び測定水槽１３に新たな測定水を満たすという洗浄操作を数回繰り返すことで、新しく取り出した測定水の硬度を正確に測定できるようにする。その後で、測定のための測定水を測定水槽１３にためて硬度の測定を行う。

前記制御装置４は、軟水取り出しを行っている状態の時にのみ測定水ポンプ８の作動を行う。軟水の取り出しを行っている状態と行っていない状態は、下記のように原水配管２と採水配管３の圧力差を検知することで判断できる。
１）軟水の取り出しを行っている状態
原水は、原水配管２→硬度成分除去部１Ａの樹脂層→採水配管３へと流れている。この場合、樹脂層は水流の抵抗になるため、樹脂層で圧力損失が発生し、水圧は低下する。よって、原水配管２の水圧＞採水配管３の水圧、となる。
２）軟水取り出し停止の状態
原水配管２から採水配管３の間にある水は停止している。水流がないため、樹脂層は抵抗にはならず、樹脂層前後での圧力差はほとんどない。よって原水配管２の水圧＝採水配管３の水圧、となる。

前記死水排水工程から測定のために測定水を測定水槽１３に貯め終るまでにおいて、測定水ポンプ８の作動は軟水取り出しを行っている状態として、例えば差圧スイッチ７がオンである条件を満たしている場合にのみ行い、硬度測定時期になっていても、軟水の取り出しが行われていない場合、即ち差圧スイッチがオフの時には、測定水の取り出しは開始しない。
また、硬度測定のために測定水を取り出している時に、差圧スイッチ７のオンが途切れた場合、制御装置４は測定水ポンプ８の作動を停止する。制御装置４は、測定水ポンプ８の作動時間をカウントしておき、作動時間のカウントが所定時間に到達すると、測定水ポンプ８の作動を停止するものであるが、測定水ポンプ作動時間のカウントが所定時間に達する前に、差圧スイッチ７からのオン信号が途絶えて測定水ポンプ８の作動を停止すると、測定水ポンプ作動時間のカウントも中断する。その後、軟水取り出しを開始して差圧スイッチ７のオン信号が回復すると、制御装置４は測定水ポンプ８の作動を再開し、作動時間のカウントも中断していた状態から再開する。洗浄開始から硬度測定終了までには１０分以上の時間が必要であり、中断毎に死水排水工程の初めから開始していたのでは硬度測定のタイミングを逃すことになるという、別の問題が発生するからである。

測定水槽１３への給水が終了し、硬度測定の準備が整うと、制御装置４は硬度測定装置６によって硬度の測定を行う。制御装置４は、測定したＣａイオン濃度の値が設定値より小さければ、イオン交換樹脂の硬度成分除去能力は十分残っていると判断し、軟水取り出し量が次回の設定水量に達するまで待機する。測定したＣａイオン濃度の値が設定値より大きくなっていた場合は、間もなく軟水の採水限界を迎えるものであるため、制御装置４はイオン交換樹脂の再生を行う。再生は、イオン交換樹脂層に塩水を導入することで、イオン交換樹脂が取り込んでいた硬度成分を排出させ、その結果イオン交換樹脂の硬度成分除去能力を回復させる。

軟水取り出ししている時にのみ測定水を取り出すのは、樹脂塔１内における流れの有無によって測定水の水質が変化するためである。図２の（Ａ）図は軟水取り出し時に測定水ポンプ８を作動した場合の水流を示し、図２の（Ｂ）図は軟水取り出し停止時に測定水ポンプ８を作動した場合の水流を示している。（Ａ）図のように、軟水取り出しを行っている場合は、樹脂塔１内には下向きの水流が発生しており、測定水の取り出し量は軟水取り出し量に比べて少ないため、測定水ポンプ８を作動して測定水配管５の先端から測定水を吸引すると、測定水配管５設置部分より上方からきた水のみが測定水配管５内に入り、測定水配管５の設置位置より下方の水は吸引しないので、上方の水と下方の水が混合しない。これに対し、（Ｂ）図のように、軟水取り出しを行っていない場合、測定水ポンプ８を作動して測定水配管５の先端から測定水を吸引すると、測定水配管の周囲からほぼ均等に水を取り込むため、測定水配管５の設置位置より下方の水も測定水配管５内に入り、上方の水と混合を生ずることになる。そして、上下の水が混合すると、以下のように硬度の測定に誤差が生ずることになるからである。

イオン交換樹脂の硬度成分除去能力は、図３に示すように、樹脂塔１内の上流側から下流側へ向けて順に低下する。図３において、ＡＬはイオン交換樹脂の硬度成分除去能力の低下した部分を示し、ＡＨは硬度成分除去能力の有る部分を示し、ｂは境界線を示している。（Ａ）図は正常状態、（Ｂ）図は測定水の硬度が上昇開始する状態、（Ｃ）図は硬度リークが開始した状態を示している。
再生直後の場合、イオン交換樹脂層は等しくイオン交換能力を持っている。原水をイオン交換樹脂層上部から導入すると、上部のイオン交換樹脂は原水中の硬度成分を盛んに吸着し、その分だけ水中の硬度成分量は減少する。水中に硬度成分が残っていた場合、中部のイオン交換樹脂が残りの硬度成分を吸着し、水中の硬度成分量はほぼなくなる。下部のイオン交換樹脂は、すでに硬度成分の除去が終わった軟水と接触しても硬度成分の吸着量は僅かであるため、能力は殆ど低下しない。その後、上部のイオン交換樹脂で硬度成分の吸着能力が飽和状態になると、上部から供給している原水は上部のイオン交換樹脂層を素通りし、中部のイオン交換樹脂では盛んに硬度成分の吸着を行う。そのため、次には中部のイオン交換樹脂がイオン交換能力を失う。このようにして、イオン交換樹脂の能力低下が上から下へ進行していく。

以上のとおり、硬度成分除去能力の低下がある程度進んでいる状況では、樹脂塔１内を流れる水は、上流側の硬度成分除去能力を失っているイオン交換樹脂層部分を通過するまでは硬度成分を保持したまま流れ、樹脂塔１内の下流側の硬度成分除去能力を維持しているイオン交換樹脂層に入ってから硬度成分が除去されることになる。測定水配管５の設置部分より上部の水は硬度成分を含んだ硬水であるが、測定水配管５の設置位置より下部の水は硬度成分は除去されて軟水となっているとき、この状態で測定水ポンプ８を作動すると、測定水配管５の設置位置より下方の軟水も測定水として取り込むことになり、その結果、測定水の硬度は本来の測定水配管５設置部分から取り出される水よりも低い値となる。よって、正確な硬度を把握することはできなくなり、下方の水を測定していた場合、下方の水で硬度上昇を検出した時には、既に硬度成分が軟水使用機器へ送られていることになる。

図４は軟水取り出しを実施している状態で測定水を取り出した場合と、軟水取り出しを停止している状態で測定水を取り出した場合におけるＣａイオン濃度の変化を示している。図４の場合、軟水取り出しの実施と停止を繰り返し、それぞれの状態でＣａイオン濃度の測定を行ったものである。丸点で表した軟水取り出し停止時のＣａイオン濃度は、三角点で表した軟水取り出し実施時のＣａイオン濃度に比べて明らかに低い値を示しており、軟水取り出し停止時に測定水を取り出したのでは正しいＣａイオン濃度を算出することができないことが分かる。

本実施形態では、差圧スイッチ７によって軟水取り出しの有無を検出し、軟水取り出しを行っている時にのみ測定水を取り出すようにすることで、イオン交換樹脂の硬度成分除去能力低下状況を毎回正しく観察することができ、軟水取り出し限界到達前に軟水取り出し限界が近づいていることの検出が可能となる。なお、本実施例では軟水取り出し検出手段として、原水導入配管２と採水配管３に接続した差圧スイッチ７を設けたものであるが、それに限らず、軟水取り出しを検出することができるものであれば任意のものでよい。例えば、採水配管３の途中に通水検出手段を設けるものであってもよい。

また、制御装置４が、測定した硬度の値を前回測定した硬度の値と比較することで、硬度リークを検出するものであった場合、軟水取り出し実施時の測定水による硬度の値と軟水取り出し停止時の測定水による硬度の値が混在していると、正しい差の値は検出することはできなかった。しかし、軟水を取り出している時にのみ測定水を取り出すようにすると、正しい前回測定値との差を検出することができ、軟水の採水限界到達前に採水限界が近づいていることの検出が可能となる。

本発明の一実施形態に係る軟化装置のブロック図である。 （Ａ）図は軟水取出時における測定水吸引状況の説明図、（Ｂ）図は軟水非取出時における測定水吸引状況の説明図である。 イオン交換樹脂の硬度成分除去能力の変化を示す説明図である。 本発明の効果を示す測定水硬度変化状況の説明図である。

符号の説明

１ 樹脂塔
２ 原水導入配管
３ 採水配管
４ 制御装置
５ 測定水配管
６ 硬度測定装置
７ 差圧スイッチ
８ 測定水ポンプ
９ 積算流量計
１０ 塩水槽
１１ 通水制御弁
１２ 塩水供給配管
１３ 測定水槽
１４ 軟水タンク

Claims (5)

1. イオン交換樹脂を用いた硬度成分除去部を有する樹脂塔と、該樹脂塔へ原水を導入する原水導入配管と、前記樹脂塔から軟水を取り出す採水配管と、前記樹脂塔内の硬度成分除去部内であり、かつ前記採水配管の取出し位置より上方から測定水を前記樹脂塔外に取り出す測定水配管と、取り出した測定水の硬度を測定する硬度測定装置と、測定した硬度の値が基準値を超えるとイオン交換樹脂を再生する再生手段と、を含む原水中の硬度成分を除去する軟化装置において、
   軟水の取り出しが行われているかどうかを検出する軟水取り出し検出手段を設けておき、前記樹脂塔から塔外への測定水の取り出しは、前記軟水取り出し検出手段にて軟水の取り出しが行われていることを検出している時にのみ開始するように制御する制御手段を設けた
   ことを特徴とする軟化装置。
2. イオン交換樹脂を用いた硬度成分除去部を有する樹脂塔と、該樹脂塔へ原水を導入する原水導入配管と、前記樹脂塔から軟水を取り出す採水配管と、前記樹脂塔内の硬度成分除去部内であり、かつ前記採水配管の取出し位置より上方から測定水を樹脂塔外に取り出す測定水配管と、取り出した測定水の硬度を測定する硬度測定装置と、測定した硬度の値が基準値を超えるとイオン交換樹脂を再生する再生手段と、を含む原水中の硬度成分を除去する軟化装置において、
   前記樹脂塔から塔外への測定水の取り出しは、軟水の取り出しが行われている場合に行なわれ、測定水取り出し中に軟水の取り出しが中断された場合には、測定水の取り出しが中断されるように制御する制御手段を設けた
   ことを特徴とする軟化装置。
3. 前記軟水取出し検知手段は、前記原水導入配管と前記採水配管の間に設けられた差圧スイッチである
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の軟化装置。
4. 前記採水配管には軟水タンクが接続され、該軟水タンクは水位調節手段を備えており、該水位調節手段は前記軟水タンク内の軟水の水位が低い時に前記樹脂塔から軟水を取り出す
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の軟化装置。
5. 前記採水配管には積算流量計が介装されており、該積算流量計が基準値に達すると測定水の取り出しが行われる
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の軟化装置。