Appareil échangeur d'ions pour l'adoucissement d'eau calcaire
Il est connu d'adoucir les eaux calcaires, relativement impropres à la consommation en raison de leur teneur en calcium qui provoque des incrustations et se prete mal au lavage, en faisant traverser à l'eau un lit de résine synthétique échangeuse d'ions. Ces résines sont, au préalable, imprégnées d'une solution de sel de sodium dont elles retiennent les ions Na. Au passage de l'eau, il y a change des ions Ca du carbonate de chaux contenu dans l'eau avec des ions Na des résines. L'eau est ainsi libérée de ses sels incrustants. Le lit de résine se sature de plus en plus d'ions Ca et il est nécessaire périodiquement de le régénérer par un apport de saumure de Na fraîche.
Dans les appareils connus non automatiques, ces opérations de régénérations sont fastidieuses et relativement compliquées, de sorte qu'on est tenté de les différer.
Dans les appareils automatiques, elles exigent une robinetterie compliquée et coûteuse. D'autre part, le lit de résine, généralement traversé par l'eau de haut en bas, a tendance à se tasser, et à opposer ainsi une résistance croissante au passage de l'eau de sorte que la perte de charge à travers l'appareil n'est pas constante.
L'invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus en évitant le tassement, ce qui permet de supprimer le cycle classique de détassement du lit et les dispositifs à vannes et clapets multiples couramment employés.
La présente invention a pour objet un appareil échangeur d'ions pour l'adoucissement d'eau calcaire, selon lequel on fait passer l'eau brute à travers un lit de résine échangeuse d'ions imprégnée de sels de sodium.
L'appareil selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une colonne remplie de résine échangeuse d'ions, un bac à saumure et une vanne à tiroir permettant par simple déplacement du tiroir d'établir les communications voulues, d'une part pour le cycle de fonctionnement normal avec arrivée d'eau brute et départ d'eau adoucie vers la distribution, d'autre part pour un cycle de régénération de la résine par passage de saumure neuve et départ de saumure saturée vers l'égout.
Le présent appareil est de construction simple et compacte. Il ne comprend pas de robinetterie exigeant des manoeuvres complexes et un entretien coûteux.
Tl permet, si on le désire, un fonctionnement entièrement automatique de la fabrication de la saumure et de la régénération du lit de résine échangeur d'ions.
La description se rapporte à un exemple de réalisation représenté aux dessins dans lesquels
La fig. I est une coupe longitudinale verticale de l'appareil par le plan A-B de la fig. 3.
La fig. 2 est une vue en élévation latérale décalée de 90" par rapport à la fig.
La fig. 3 est une vue en plan de l'appareil.
La fig. 4 est une vue en coupe verticale du bac à saumure par A-B de la fig. 5.
La fig. 5 est une vue en coupe horizontale.
La fig. 6 est une vue de détail.
La fig. 7 est un schéma du dispositif programmateur automatique.
L'installation de l'invention se compose essentiellement des appareils suivants A - (fig. 1 à 3) une colonne I contenant une résine cationique 2. La colonne est pourvue d'une tubulure d'entrée d'eau brute 3 à sa partie inférieure et d'une tubulure de sortie d'eau adoucie 4 raccordée à sa partie supérieure par l'intermédiaire d'un filtre 5 destiné à empêcher la résine 2 d'être entrainée par le courant d'eau ascendant vers la conduite 4.
B-(fig. I à 3) un dispositif de vanne à tiroir comprenant un corps 6 dans lequel coulisse une tige de commande à tiroir 7 dont le déplacement est commandé par un piston hydraulique 8. Suivant la position donnée au tiroir 7, I'appareil fonctionne, soit comme adoucissant de
I'eau brute entrant par la tubulure 3 et sortant par la tubulure 4 de la colonne I (régime normal), soit comme régénérateur des résines par circulation de saumure ct évacuation à l'égout (régimc de régénération).
Le corps de la vanne présente à cet effet différents raccords de tubulures, à savoir a) amenée d'cau brute, b) départ d'eau brute vers la colonne d'adoucissement, c) retour d'eau adoucie de la colonne, d) départ d'eau vers la distribution, e) évacuation de la saumure de régénération vers l'égout, f) aspiration de saumure pour le remplissage du bac
à sel, g) prise de pression d'eau pour actionner le piston
hydraulique e. de commande de la tige de tiroir 7, h) orifice de décharge permettant, après fermeture de g),
I'évacuation de l'eau de pression du piston 8, vers
l'égout par la conduite (e).
La vanne à tiroir B est en outre pourvue - d'un ensemble hydro-éjecteur 9 permettant l'aspira
tion de saumure dans la colonne 1 lors du cycle de
régénération de la résine, - de deux soupapes magnétiques, I'une 10 comman
dant l'ouverture et la fermeture de la canalisation
entre la tubulure f) et le bac à saumure, l'autre il
commandant l'ouverture et la fermeture de la canali
sation entre la tubulure) et le piston 8.
C - (fig. 4) un bac à saumure comprenant 12 un bac, de préférence en matière plastique.
13 une plaque perforée de séparation entre le sel et la
saumure, 14 un conduit latéral, 15 un flotteur à tige et deux plateaux, 16 un interrupteur inverseur, 17 une tubulure de liaison avec la soupape magnéti
que 10.
D - (fig. 7) un dispositif programmateur pour marche
automatique.
18 une minuterie avec trois cames et un accouplement
à friction, 19, 20, 21 trois interrupteurs inverseurs.
On peut prévoir le cas échéant une minuterie 22, par exemple hebdomadaire, ou soumise à toute autre combinaison de temps, commandant un inverseur 23 permettant le choix des jours et heures pour la régénération.
Cette minuterie pourrait également être remplacée par un dispositif à amplificateur, mesurant la variation de conductibilité électrique du lit de résine entre le moment où celui-ci est chargé d'ions Na (lit régénéré) et le moment où ceux-ci sont remplacés par les ions Ca (lit saturé devant être régénéré).
Le fonctionnement de l'appareil est le suivant 1. Mcxrc/le dc régi?7?c
En marche normale régulière, I'eau brute à traiter pénètre à la base de la colonne 1 en traversant la vanne à tiroir 6 de a) vers b) et elle passe en montant à travers la couche de résine 2. Elle v abandonne les ions Ca de son carbonate de calcium qui sont remplacés par des ions Na de la saumure imprégnant la résine. Le carbonate de calcium (incrustant) est ainsi remplacé par du carbonate de sodium pour donner de l'eau adoucie.
L'eau ainsi traitéc sort de la colonne I par le filtre 5 et la tubulure dc sortie 4 et elle passe dans la vanne à tiroir qu'elle traverse de c) vers d) et vers le réseau dc distribution.
Après le passage d'un certain volume d'eau, la résine 2 a abandonné toute sa charge d'ions Na et s'est chargée en ions Ca, de sorte que l'échange n'est plus possible.
II est nécessaire alors de régénérer la résine.
2. narc.h < . dc Zhgéllérati (7/l
On enclenche e alors la minuterie 18 qui, par sa came, actionne l'interrupteur 7] fermant le circuit de la soupape magnétique 11. L'eau entre alors par la tubulure a) et traverse la vanne à tiroir pour actionner le piston hydraulique 8 qui manoeuvre la tige de la vanne à tiroir pour l'amener dans une position telle que l'appareil fonclionne en régime de régénération.
A remarquer que dans cette position, I'orifice a) d'amenée d'eau brute est en communication directe avec l orifice d) de départ vers la distribution, de manière à ne pas interrompre la distribution d'eau dans l'installation pendant l'opération de régénération. Par contre, I'ori- fice c) de sortie de la colonne est mis en communication directe avec l'orifice c! d'évacuation à l'égout.
La suppression de la communication entre a) et b) provoque en b) une chute de pression et l'aspiration est établie sur la conduite f) d'amenée de saumure, par l'intermédiaire de l'hydroéjecteur 9.
L'interrupteur 21. qui a été actionné par la came de la minuterie, a fermé le circuit de la soupape magnétique 10 par l'intermédiaire du contacteur inverseur 16 dc torte que la saumure contenue dans le bac 12 peut s'écouler vers f) à travers la tubulure 17. La saumure est ainsi admise dans la colonne 1 où elle passe sur la résine 2 avec échange des ions Ca par des ions Na.
L'eau chargée de sel dc calcium provenant de l'échange est dirigée par la conduite 4 vers l'orifice c) et d).
Au fur et à mesure de l'aspiration de la saumure hors du bac 12, le niveau baisse et le flotteur descend jusqu'à un niveau où le plateau j) agit sur l'interrupteur 16 provoquant l'inversion des contacts, c'est-à-dire l'ou- 'enture du circuit de la soupape 10 et la fermeture du circuit de l'admission de saumure vers b). L'eau brute arrivant alors par a. l'hydroéjecteur 9 et b) assure le rinçage de la résine dans la colonne 1.
Après un temps prédéterminé par la minuterie 18 et la came 21, la soupape magnétique il est actionnée pour interrompre la communication entre g) et le piston hydraulique 8 dont la chambre de pression se décharge alors par l'orifice' h1. Le piston revient à sa position de départ en entrainant la tige de la vanne à tiroir. Le régime d'adoucissement de l'eau est ainsi rétabli vers la distribution.
T,a préparation dc la saumure est également assuréc par voie automatique. Au bout du cycle déterminé par la minuterie 18. par l'intermédiaire de l'interrupteur inverseur 19 et du contacteur inverseur 16, commandant l'ouverture' de la soupape magnétique 11 I'eau est refou lée dans le bac à sel 12 par l'orifice f) et la conduite 17.
Lorsque la saumure s'élève' à une hauteur déterminée dans le réservoir, le platcau i du flotteur actionne à nouveau le contacteur inverseur 16 vers sa position de départ, dc sorte que la soupape 1 1 est également ramcnée à sa position de départ.
Le sel contenu au-dessous de la plaque 13 saturc l'eau admise dans le bac pour réaliser une solution convenable pour la prochaine opération de régénération.
Le cycle décrit ci-dessus est à déclenchement manuel.
Cependant, il pourrait être rendu entièrement automatique en le soumettant une commande de la minuterie 22 et de la came à inverseur 23 ainsi qu'à la minuterie 18 commandant la came à inverseur 22.
De m!ne l'enclenchement automatique de la règèné- ration pourrait Cotre provoqué par un compteur volum- trique suivant le volume d'eau utilisé ou par un dispositif à amplificateur sensible à la variation de conductibilité électrique du lit de résine en fonction dc sa saturation.
Ion exchange device for softening hard water
It is known practice to soften hard water, which is relatively unfit for consumption because of its calcium content which causes encrustation and is not suitable for washing, by making water pass through a bed of synthetic ion exchange resin. These resins are, beforehand, impregnated with a solution of sodium salt in which they retain the Na ions. As the water passes, the Ca ions of the lime carbonate contained in the water change with Na ions from the resins. The water is thus freed of its encrusting salts. The resin bed becomes more and more saturated with Ca ions and it is periodically necessary to regenerate it by adding fresh Na brine.
In known non-automatic devices, these regeneration operations are tedious and relatively complicated, so that we are tempted to postpone them.
In automatic devices, they require complicated and expensive fittings. On the other hand, the resin bed, generally crossed by water from top to bottom, tends to settle, and thus to oppose an increasing resistance to the passage of water so that the pressure drop across the device is not constant.
The object of the invention is to remedy the above drawbacks by avoiding settling, which makes it possible to eliminate the conventional cycle of backwashing of the bed and the commonly employed multiple valve and valve devices.
The present invention relates to an ion exchange apparatus for softening hard water, according to which raw water is passed through a bed of ion exchange resin impregnated with sodium salts.
The apparatus according to the invention is characterized in that it comprises a column filled with ion exchange resin, a brine tank and a slide valve making it possible by simple movement of the slide to establish the desired communications, on the one hand for the normal operating cycle with raw water inlet and softened water outlet to the distribution, on the other hand for a resin regeneration cycle by passing new brine and leaving saturated brine to the sewer.
The present apparatus is of simple and compact construction. It does not include valves requiring complex operations and expensive maintenance.
This allows, if desired, fully automatic operation of the manufacture of the brine and the regeneration of the ion exchange resin bed.
The description relates to an exemplary embodiment shown in the drawings in which
Fig. I is a vertical longitudinal section of the apparatus taken on plane A-B of FIG. 3.
Fig. 2 is a side elevational view offset 90 "from FIG.
Fig. 3 is a plan view of the apparatus.
Fig. 4 is a vertical sectional view of the brine tank taken from A-B of FIG. 5.
Fig. 5 is a horizontal sectional view.
Fig. 6 is a detail view.
Fig. 7 is a diagram of the automatic scheduler device.
The installation of the invention consists essentially of the following devices A - (fig. 1 to 3) a column I containing a cationic resin 2. The column is provided with a raw water inlet pipe 3 at its part. bottom and a softened water outlet pipe 4 connected to its upper part by means of a filter 5 intended to prevent the resin 2 from being carried away by the upward flow of water towards the pipe 4.
B- (fig. I to 3) a slide valve device comprising a body 6 in which slides a slide control rod 7, the movement of which is controlled by a hydraulic piston 8. Depending on the position given to the slide 7, I ' appliance works either as a fabric softener
Raw water entering through pipe 3 and leaving through pipe 4 of column I (normal regime), or as a regenerator of the resins by circulation of brine and evacuation to the sewer (regeneration regime).
The valve body has different tubing connections for this purpose, namely a) raw water supply, b) raw water supply to the softening column, c) softened water return from the column, d ) flow of water to the distribution, e) evacuation of the regeneration brine to the sewer, f) suction of brine to fill the tank
salt, g) water pressure tap to actuate the piston
hydraulic e. control of the spool rod 7, h) discharge opening allowing, after closing of g),
The discharge of the pressure water from piston 8, towards
the sewer through the pipe (e).
The slide valve B is also provided with - a hydro-ejector assembly 9 allowing the suction
tion of brine in column 1 during the
regeneration of the resin, - two magnetic valves, one 10
before opening and closing the pipeline
between the tubing f) and the brine tank, the other
controlling the opening and closing of the canali
connection between the tubing) and the piston 8.
C - (Fig. 4) a brine tank comprising 12 a tank, preferably plastic.
13 a perforated separation plate between the salt and the
brine, 14 a side pipe, 15 a rod float and two plates, 16 a change-over switch, 17 a connection pipe with the magneti valve
than 10.
D - (fig. 7) a programming device for operation
automatic.
18 a timer with three cams and a coupling
friction, 19, 20, 21 three changeover switches.
A timer 22, for example weekly, or subject to any other combination of times, controlling an inverter 23 allowing the choice of days and hours for regeneration can be provided, if necessary.
This timer could also be replaced by an amplifier device, measuring the variation in electrical conductivity of the resin bed between the moment when this one is charged with Na ions (regenerated bed) and the moment when these are replaced by them. Ca ions (saturated bed to be regenerated).
The operation of the device is as follows 1. Mcxrc / the regulated dc? 7? C
In regular normal operation, the raw water to be treated enters the base of column 1, passing through slide valve 6 from a) to b) and it passes upward through the resin layer 2. It abandons the ions. Ca of its calcium carbonate which are replaced by Na ions from the brine permeating the resin. The calcium carbonate (encrustant) is thus replaced by sodium carbonate to give softened water.
The water thus treated leaves the column I through the filter 5 and the outlet pipe 4 and it passes into the slide valve which it passes through from c) to d) and to the distribution network.
After the passage of a certain volume of water, resin 2 has given up all its charge of Na ions and charged with Ca ions, so that the exchange is no longer possible.
It is then necessary to regenerate the resin.
2.narc.h <. dc Zhgéllérati (7 / l
The timer 18 is then activated which, by its cam, actuates the switch 7] closing the circuit of the magnetic valve 11. The water then enters through the pipe a) and passes through the slide valve to actuate the hydraulic piston 8 which operates the spindle of the slide valve to bring it into a position such that the device operates in regeneration regime.
Note that in this position, the orifice a) for the raw water supply is in direct communication with the outlet d) for the distribution, so as not to interrupt the distribution of water in the installation during the regeneration operation. On the other hand, the outlet port c) of the column is placed in direct communication with the port c! evacuation to the sewer.
The elimination of the communication between a) and b) causes in b) a pressure drop and the suction is established on the brine supply line f), via the injector 9.
The switch 21. which was actuated by the timer cam, has closed the circuit of the magnetic valve 10 by means of the reversing contactor 16 dc so that the brine contained in the tank 12 can flow to f) through the tubing 17. The brine is thus admitted into the column 1 where it passes over the resin 2 with exchange of the Ca ions by Na ions.
The water charged with calcium salt from the exchange is directed through line 4 to the orifice c) and d).
As the brine is sucked out of the tank 12, the level drops and the float goes down to a level where the plate j) acts on the switch 16 causing the contact to be reversed, this is ie opening of the circuit from valve 10 and closing of the circuit from the brine inlet to b). Raw water then arriving through a. the injector 9 and b) rinses the resin in column 1.
After a time predetermined by the timer 18 and the cam 21, the magnetic valve it is actuated to interrupt the communication between g) and the hydraulic piston 8, the pressure chamber of which then discharges through the orifice 'h1. The piston returns to its starting position by driving the spindle of the slide valve. The water softening regime is thus restored to the distribution.
The preparation of the brine is also carried out automatically. At the end of the cycle determined by the timer 18. via the changeover switch 19 and the changeover contactor 16, controlling the opening of the magnetic valve 11, the water is returned to the brine tank 12 by the 'port f) and line 17.
When the brine rises' to a determined height in the tank, the float platcau i again actuates the reversing switch 16 to its starting position, so that the valve 1 1 is also ramcnée to its starting position.
The salt contained below the plate 13 saturates the water admitted into the tank to provide a suitable solution for the next regeneration operation.
The cycle described above is manually triggered.
However, it could be made fully automatic by subjecting it to a control of timer 22 and inverter cam 23 as well as timer 18 controlling inverter cam 22.
Likewise, the automatic activation of the regeneration could be caused by a volumetric meter depending on the volume of water used or by an amplifier device sensitive to the variation in electrical conductivity of the resin bed as a function of its saturation.