DE10200537A1

DE10200537A1 - Regelvorrichtung zur Salzdosierung für einen Wasserenthärter und Verfahren zur Regenerierung eines Wasserenthärters

Info

Publication number: DE10200537A1
Application number: DE10200537A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey A Zimmermann; Ralph H Larson; Paul C Myhre
Original assignee: Ecowater Systems LLC
Current assignee: Ecowater Systems LLC
Priority date: 2001-01-11
Filing date: 2002-01-09
Publication date: 2002-07-18
Also published as: FR2819200A1; LU90874B1; ITMI20020034A1; GB0200430D0; BE1014778A3; US20040144702A1; GB2373742A; ITMI20020034A0; ES2219137B1; NL1019730C2; ES2219137A1; US20010023841A1; NL1019730A1

Abstract

Bereitgestellt werden ein Wasserenthärter und ein Verfahren zum Betreiben desselben, um eine effiziente Verwendung entweder von NaCl oder KCl als Regenerierungssalz zu ermöglichen. Ein User-Interface wird bereitgestellt, um es dem Anwender zu ermöglichen, den Computer, der den Wasserenthärter regelt, anzuzeigen, ob NaCl oder KCl verwendet wird. Die Computerregelvorrichtung stellt die Füllzeit und die Salzlösungszeit abhängig von der Art des verwendeten Regenerierungssalzes und von der Temperatur der Salzlösung ein.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Wasserenthärtungssysteme. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung gerichtet auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für die effiziente Verwendung von Kaliumchlorid als Regenerierungsmittel in einem Wasserenthärter.

Es sind eine Anzahl verschiedener Methoden und Systeme im Stand der Technik für die Wasserenthärtung bekannt. Der Wasserenthärtungsprozess beinhaltet den Ersatz von "harten" Ionen wie Calcium und Magnesium durch "weiche" Ionen wie Natrium und Kalium. Weiches Wasser ist häufig wünschenswert, da es weniger wahrscheinlich ist, dass es Ablagerungen auf Wasserinstallationen zurücklässt.

Wasserenthärter verwenden zur Wasserenthärtung üblicherweise ein Ionenaustauschermaterial, das üblicherweise als Harzbett vorliegt. In dem Prozess der Wasserenthärtung wird unbehandeltes Wasser in Kontakt mit dem Harzbett gebracht, wo "harte" Ionen durch "weiche" Ionen ausgetauscht werden, um eine Quelle von enthärtetem Wasser bereitzustellen. Nach ausgedehntem Kontakt mit unbehandeltem Wasser erschöpft sich allerdings die Kapazität des Harzbettes für die Wasserenthärtung. Wenn dies geschieht, kann das Harzbett regeneriert werden, indem es einer Salzlösung ausgesetzt wird, die die gewünschten "weichen" Ionen enthält, ein Prozess, der seine Wasserenthärtungskapazität wiederherstellt.

Die zur Regeneration benötigte Salzlösung kann dadurch gebildet werden, dass in einer Wassermenge ein Regenerierungssalz, das die gewünschten "weichen" Ionen aufweist, aufgelöst wird. Übliche Regenerierungssalze sind Natriumchlorid und Kaliumchlorid. Die Art des verwendeten Regenerierungssalzes bestimmt welche Art von "weichen" Ionen in dem enthärteten Wasser vorhanden sein werden. Insbesondere führt Natriumchlorid dazu, dass Natrium-Ionen in das enthärtete Wasser eingeführt werden, und Kaliumchlorid führt dazu, dass Kalium-Ionen in das enthärtete Wasser eingeführt werden.

Viele Wasserenthärter regenerieren das Harzbett automatisch. In solchen Systemen ist das Harzbett die meiste Zeit in Betrieb und enthärtet Wasser. Wenn das Wasserenthärtungssystem festlegt, dass eine Regeneration erforderlich ist, beendet es die Wasserenthärtung und regeneriert anstelle dessen das Harz, indem es der Salzlösung ausgesetzt wird. Es sind eine Reihe verschiedener Verfahren zur automatischen Bestimmung, wann eine Regeneration einzuleiten ist, bekannt. Einige dieser Verfahren sind in den US-Patenten Nr. 5,544,072 und 4,722,797 beschrieben. Üblicherweise werden die Regenerierungen bei solchen Verfahren durchgeführt, bevor das Harzbett vollständig erschöpft ist, um sicherzustellen, dass dem Anwender das weiche Wasser nicht zu Ende geht.

Zusätzlich zur Bestimmung, wann zu regenerieren ist, wählen viele Systeme automatisch die Menge des in einem Regenerationsschritt verwendeten Regenerierungsmittels aus. Das Regenerierungsmittel wird häufig in der Form eines trockenen Regenerierungssalzes bereitgestellt, das in einem Gefäß angeordnet ist, das vom Harzbett getrennt ist, das "Salzlösungstank" genannt wird. Eine abgemessene Wassermenge wird in den Salzlösungstank eingeführt, um die gewünschte Menge des Regenerierungsmittels aufzulösen, wodurch eine Salzlösung gebildet wird. Üblicherweise ist die Rate, mit der das Wasser in die Salzlösung eintritt, die "Füllrate" festgelegt, so dass die Füllzeit die Menge an eingeführtem Wasser und daher die Menge an aufgelöstem Regenerierungssalz bestimmt. Die Salzlösung wird anschließend vom Salzlösungstank zum Harzbett überführt, so dass das Harzbett während des Regenerierungsprozesses einer bekannten Menge an Regenerierungsmittel ausgesetzt wird. Die verwendete Salzlösung wird anschließend als Abfall entsorgt.

Natriumchlorid (NaCl) ist das am häufigsten in Wasserenthärtern verwendete Regenerierungssalz. Allerdings stellt die Verwendung von Kaliumchlorid (KCl) als Regenerierungsmittel eine attraktive Alternative dar. Die Kalium-Ionen, die dem weichen Wasser aus dem mit KCl regenerierten Enthärter hinzugefügt werden, sind für die menschliche Gesundheit wie für pflanzliches Leben vorteilhafter als die Natrium-Ionen, die dem weichen Wasser aus mit NaCl regenerierten Enthärter hinzugefügt werden. Die Verwendung von KCl als Regenerierungsmittel führt häufig zu weniger Chlorid, das in der Abfallsalzlösung vorhanden ist, was ihre Entsorgung weniger umweltschädlich macht.

Die meisten Wasserenthärter sind allerdings für NaCl- Regenerierungsmittel ausgelegt und es fehlt ihnen die Flexibilität, in geeigneter Weise zu kooperieren, falls anstelle dessen KCl als Regenerierungsmittel verwendet wird. Falls KCl als Regenerierungsmittel verwendet wird, kann insbesondere das Harzbett vorzeitig erschöpft werden, das heißt, bevor es regeneriert ist. Als Folge dazu geht dem Anwender häufig das Wasser zu Ende. Das Problem wird noch akuter als eine Funktion der Wassertemperatur und der Enthärtereffizienz, das heißt, je kälter das Wasser ist, das zur Ausbildung der Salzlösung verwendet wird, und je effizienter der Wasserenthärter das Regenerierungssalz einsetzt, desto wahrscheinlicher ist seine vorzeitige Erschöpfung.

Darüber hinaus ist die Verwendung von KCl als Regenerierungsmittel aus einer Anzahl von Gründen komplizierter als die Verwendung von NaCl. Erstens erfordert bei bestimmten Anwendungsprotokollen, nämlich wenn das Harzbett am effizientesten verwendet wird, das Harzbett für die Regenerierung eine größere Menge an KCl als an NaCl. Zweitens ist die Löslichkeit von KCl anders als von NaCl in Wasser außerordentlich temperaturabhängig. Insbesondere ist die Löslichkeit in KCl in kaltem Wasser im Vergleich zu NaCl deutlich reduziert. Demzufolge wird bei der Verwendung von kaltem Wasser zur Ausbildung der Salzlösung eine größere Wassermenge benötigt, um das KCl aufzulösen. Drittens ist das Auflösen von KCl in Wasser beträchtlich endotherm, so dass das KCl das Wasser bei seiner Auflösung abkühlt, wodurch seine Löslichkeit sogar noch weiter erniedrigt wird. Schließlich löst sich KCl im Wasser mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als NaCl auf.

Die US-Patente Nr. 5,544,02 und 4,722,797 offenbaren jeweils ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Wasserenthärters. Diese Druckschriften offenbaren ebenfalls, dass entweder Kaliumchlorid oder Natriumchlorid als Regenerierungsmittel verwendet werden können, allerdings schlagen sie keinerlei Veränderungen am Wasserenthärtungsverfahren oder der Vorrichtung abhängig davon vor, ob NaCl oder KCl verwendet wird. Solche Veränderungen sind allerdings auf Grund der unterschiedlichen Charakteristiken dieser beiden Salzarten erforderlich. Als praktische Folge besitzen Wasserenthärter gemäß diesen Druckschriften danach nicht die Flexibilität, in der Lage zu sein, entweder NaCl oder KCl je nach Wahl des Anwenders zu verwenden. Darüber hinaus offenbaren diese Druckschriften keine Weg, mit dem die komplizierteren Charakteristiken von KCl wie seine temperaturabhängige Löslichkeit berücksichtigt werden können, um KCl als Regenerierungsmittel in einer effizienten und zuverlässigen Weise zu verwenden.

Das vorrangige Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wasserenthärter und ein Verfahren zum Betreiben desselben bereitzustellen, der die effiziente und zuverlässige Verwendung von KCl als Regenerierungssalz ermöglicht.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Wasserenthärtungsverfahren und eine Vorrichtung mit der Flexibilität bereitzustellen, die es ermöglicht, dass entweder NaCl oder KCl als das Regenerierungssalz nach Wahl des Anwenders verwendet werden kann.

Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Befüllen des Salzlösungstanks eines Wasserenthärters bereitzustellen, um Veränderungen in der Temperatur der Salzlösung zu berücksichtigen, die während des Füllvorgangs auftreten, und dadurch sicherzustellen, dass die benötigte Menge an Regenerierungssalz aufgelöst wird.

Erfindungsgemäß wird ein Wasserenthärter und ein Verfahren zum Betreiben desselben bereitgestellt, um die effiziente und zuverlässige Verwendung entweder von NaCl oder KCl als Regenerierungssalz zu ermöglichen. Ein User-Interface wird bereitgestellt, um es dem Anwender zu ermöglichen, dem Computer, der den Wasserenthärter steuert, anzuzeigen, ob NaCl oder KCl verwendet wird. Die Computerregelvorrichtung passt die Füllzeit und die Salzlösungszeit abhängig von der Art des verwendeten Regenerierungssalzes an. Die Temperatur der Salzlösung wird in regelmäßigen Intervallen gemessen, wenn Wasser dem Salzlösungstank zum Auflösen der KCl zugeführt wird. Bei jedem Intervall berechnet der Computer die Wassermenge, die zur Auflösung der erforderten Menge KCl benötigt wird, und die Befüllung endet, wenn die zugegebene Wassermenge annähernd gleich der erforderliche Menge ist, die in dem am kürzesten zurückliegenden Zeitintervall berechnet wurde.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt einen Graphen, der Kurven veranschaulicht, die die Kapazität eines üblichen Harzbettes als eine Funktion der zu seiner Regenerierung verwendeten Salzdosierung darstellen. Die durchgezogene Linie entspricht der Verwendung von NaCl als Regenerierungsmittel und die gepunktete Linie entspricht der Verwendung von KCl.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen automatischen Wasserenthärters.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines User-Interface für den erfindungsgemäßen Wasserenthärter.

Fig. 4 zeigt einen Graphen, der die Beziehung zwischen der Temperatur der Salzlösung und dem Wasservolumenäquivalent von KCl bezogen auf NaCl zeigt.

Fig. 5 zeigt einen Graphen, der die Beziehung zwischen der Temperatur der Salzlösung und der Wasservolumen-Anpassungsrate zum Erhalt äquivalenter Mengen von KCl in Lösung zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die Wasserhärte wird üblicherweise in Gran (engl. grains) pro Gallone ausgedrückt, die das Gewicht Calciumcarbonat (CaCO₃) in Gran darstellt, die erforderlich sein würde, um in einer Gallone Wasser aufgelöst diesen Härtegrad zu erzielen. Die Kapazität eines Harzbettes, die die Wassermenge einer gegebenen Härte repräsentiert, die es enthärten kann, bevor es erschöpft wird, wird daher in Gran wie folgt ausgedrückt:

C = H × V,

wobei C = Kapazität des Harzbettes in Gran, H = Härte des Wassers im Gran pro Gallonen und V = die Wassermenge in Gallonen bei dieser Härte ist, die mit dem Harzbett behandelt werden kann, bevor es dies erschöpft.

Wenn sich das Harzbett erschöpft, kann es regeneriert werden, indem es einer Salzlösung ausgesetzt wird, die eine Menge eines in Wasser gelösten Regenerierungssalzes umfasst. Die in Wasser als Salzlösung aufgelöste Salzdosierung, die erforderlich ist, die gewünschte Kapazität wieder herzustellen, hängt von der Effizienz des Harzbettes ab. Die Effizienz E eines Harzbettes ist wie folgt definiert:

E = C/D,

wobei D = die Dosis des auf das Harzbett aufgetragenen Regenerierungssalzes in Pfund (engl. Pounds) und C = die Kapazität des Harzes in Gran, die von dieser Salzdosierung herrührt.

Das Wasserenthärtungsverfahren, in dem Maße, dass es die Entfernung von Calcium-Ionen einschließt, schließt den Austausch entweder von zwei Na⁺ Ionen oder zwei K⁺ Ionen für ein Ca²⁺ Ion ein. Da die Molmassen von CaCO₃, KCl und NaCl 100,09, 74,56 bzw. 58,44 sind und da 1 Pfund = 7000 Gran, beträgt die theoretische Effizienz 5995 Gran/lb. bei Verwendung von NaCl und 4699 Gran/lb. bei Verwendung von KCl. Daher sagt die Theorie vorher, dass NaCl als Regenerierungssalz 28% effizienter als KCl ist, mit der Folge dass mehr KCl zur Regenerierung erforderlich wäre, um dieselbe Kapazität zu erzielen.

In der Praxis nähern sich Harzbette ihrer theoretischen Effizienz lediglich bei Verwendung niedriger Salzdosierungen an. Der Grund dafür ist, dass die Kapazität nicht ohne Begrenzung erhöht werden kann, indem die Salzdosierung erhöht wird. Bei höheren Salzdosierungen mündet die ergebende Kapazität ein und nähert sich allmählich einem Grenzwert. Anders ausgedrückt, bei Erhöhung der Salzdosierung fällt die Effizienz in zunehmendem Maße unterhalb ihres theoretischen Wertes. Darüber hinaus wurde gefunden, dass für ausreichend hohe Salzdosierungen die zur Erzielung derselben Kapazität benötigten Mengen von NaCl und KCl im wesentlichen die gleichen werden.

Dieser allgemeine Trend ist schematisch in Fig. 1 veranschaulicht, die einen Graphen der Kapazität eines typischen Harzbettes in Gran als eine Funktion der NaCl- und KCl-Dosierung in Pfund zeigt. Die NaCl-Kurve ist die durchgezogene Linie und die KCl-Kurve die unterbrochene Linie. Wie in diesem Graphen gezeigt ist, führt bei Verwendung von niedrigen Dosierungen NaCl zu einer größeren Kapazität als dieselbe Dosierung von KCl. Allerdings wird bei höheren Salzdosierungen die resultierende Salzkapazität nahezu unabhängig von der Art des verwendeten Salzes.

Viele Wasserenthärter werden in dem Bereich, in dem NaCl und KCl annähernd dieselbe Effizienz besitzen. Allerdings wird eine effizientere Verwendung des Regenerierungssalzes durch den Einsatz niedrigerer Salzdosierungen erzielt, auch wenn auf Kosten einer häufigeren Regenerierung. Bei dieser Betriebsweise muss anschließend die niedrigere Effizienz von KCl, verglichen mit NaCl, dadurch ausgeglichen werden, dass die KCl-Dosierung während der Regeneration erhöht wird.

Vorzugsweise werden Kurven für KCl und NaCl wie diejenigen in Fig. 1 für jedes Harzbett erzeugt, um die zur Erzielung der gewünschten Kapazitäten erforderliche Salzdosierung zu bestimmen. Solche Daten werden üblicherweise erhalten, indem das Harzbett wird, bis das ausfließende Wasser eine Härte von einem Gran pro Gallone aufweist. Das Harzbett wird anschließend mit einer Regenerationssalzlösung regeneriert, die eine ausgewählte Salzdosierung besitzt. Wasser einer gegebenen Härte wird durch ein Harzbett hindurchgeleitet, bis das ausfließende Wasser eine Härte von einem Gran pro Gallone aufweist. Die Wassermenge, die durch das Harzbett hindurchgetreten wird, wird gemessen und anhand dieser Menge kann die Kapazität des Harzbettes errechnet werden.

Diese Prozedur wird anschließend für verschiedene Salzdosierungen wiederholt, um die Kurve der Kapazität gegen die Salzdosierung wie in Fig. 1 zu erhalten.

Ein automatischer Wasserenthärter 10, der auf die Verwendung von Kaliumchlorid erfindungsgemäß angepasst ist, ist schematisch in Fig. 2 gezeigt. Wenn der Wasserenthärter 10 in "Betrieb ist", ist er so ausgestaltet, dass er hartes Wasser behandelt, um eine Quelle weichen Wassers bereitzustellen. In periodischen Abschnitten geht der Wasserenthärter 10 automatisch außer Betrieb, wodurch das Enthärten des Wassers beendet wird, und tritt in ein "Regenerationszyklus" ein, der gestaltet ist, seine Fähigkeit, Wasser zu enthärten zu regenerieren.

Bezugnehmend auf Fig. 2 schließt der Wasserenthärter 10 vorzugsweise eine Quellenleitung 12 ein, die mit einer Quelle harten Wassers 14 verbunden ist, einer Bestimmungsleitung 16, die mit einer Bestimmung 18 verbunden ist, die das enthärtete Wasser verwenden soll, sowie eine Abflussleitung 20, die mit einem Abfluss 22 verbunden ist. Die Leitungen 12, 16 und 22 sind ebenfalls mit einem Regelventil 24 verbunden. Ein Harzbett 26, das vorzugsweise Partikel eines Ionenaustauscherharzes umfasst, in den Harztank 28 eingebracht. Eine Leitung 30 und eine Leitung 32 verbinden den Harztank 28 mit dem Regelventil 24. Ein Salzlösungstank 34 enthält eine Menge eines Regenerierungssalzes 36, üblicherweise NaCl oder KCl, und ist mit einem Entlüftungsventil 38 durch eine Leitung 40 verbunden. Die Leitung 40 enthält ein Ventil 42 für die Salzlösung. Die Leitungen 44 und 46 verbinden das Entlüftungsventil 38 mit dem Regelventil 24. Das Regelventil 24 kann so geschaltet/ausgestaltet sein, dass es die Leitungen 12, 16, 20, 30, 32, 44 und 46 in einer Vielzahl von unterschiedlichen nachfolgend beschriebenen Weisen verbindet.

Der Wasserenthärter 10 weist vorzugsweise eine Mikrocomputer-Regelvorrichtung 48 mit einem User-Interface 50 auf. Das User-Interface 50, das schematisch in Fig. 3 gezeigt ist, weist vorzugsweise eine LCD Anzeige 60 und verschiedene Buttons wie einen "AUSWAHL" Button 62, einen "UP" Button 64 und einen "DOWN" Button 66 auf, um es dem Anwender zu ermöglichen, selektiv Informationen zu betrachten und einzugeben. Ein Zeitmesser 52 ist vorhanden, um es der Regelvorrichtung 48 zu ermöglichen, Zeitdauern zu messen. Ein Wasserzähler 54 ist entweder in der Leitung 30 oder in der Leitung 32 angeordnet, um es der Regelvorrichtung 48 zu ermöglichen, die Wassermenge, die durch den Harztank 58 fließt, zu messen. Ein Temperatursensor 56 ist vorzugsweise im Salzlösungstank 34 angeordnet, um es der Regelvorrichtung 48 zu ermöglichen, darin die Temperatur zu messen. Der Temperatursensor 56 ist vorzugsweise ein Thermoelement oder eine Halbleitervorrichtung. Die Regelvorrichtung 48 bestimmt die Konfiguration/Schaltung des Regelventils 24.

Beim Betrieb tritt das harte Wasser aus einer Quelle 14 durch die Zufuhrleitung 12 hindurch zum Regelventil 24, das so geschaltet ist, dass das harte Wasser anschließend durch die Leitung 30 in den Harztank 28 fließt. Im Harztank 28 tritt das harte Wasser durch das Harzbett 26 hindurch, wo es durch einen Ionenaustauschprozess enthärtet wird. Das weiche Wasser fließt aus dem Harztank 28 durch eine Leitung 32 zum Regelventil 24. Das Regelventil 24 ist so geschaltet, dass es das weiche Wasser aus der Leitung 32 zur Leitung 16 leitet, wo es zu seiner Bestimmung 18 geleitet wird.

Wenn das Harzbett 26 seine Kapazität zum effektiven Enthärtens des durch ihn hindurch tretenden Wassers verliert, ist eine Regeneration erforderlich. Der Regenerationszyklus weist vorzugsweise die folgende Schritte auf: (1) Befüllen; (2) Salzlösung abziehen/entfernen; (3) langsames (Ab)Spülen; (4) Rückwäsche; (5) schnelles (Ab)Spülen. Während des Füllschrittes fließt eine Menge an Wasser in den Salzlösungstank 34, um darin eine Menge des Salzes 36 aufzulösen, um die Menge der für die Regeneration erforderliche Salzlösung herzustellen. Insbesondere ist das Regelventil 24 so geschaltet, dass hartes Wasser aus der Quelle 14 durch die Leitung 12 zur Leitung 30 zum Harztank 28 fließt. Das harte Wasser tritt durch das Harzbett 28 hindurch und strömt aus der Leitung 32 zum Regelventil 24. Das Regelventil 24 ist so geschaltet, das es dieses Wasser zur Leitung 44 leitet und anschließend zur Leitung 40 durch das Entlüftungsventil 38. Das Ventil 42 der Salzlösung öffnet sich als Folge des Wasserflusses in Leitung 40, wodurch es dem Wasser ermöglicht wird, in den Salzlösungstank 34 einzutreten. Das den Salzlösungstank 34 füllende Wasser löst eine Menge des Salzes 36 auf, um eine Salzlösung auszubilden, wodurch die Salzlösung im wesentlichen gesättigt ist. Der Temperatursensor 56 misst vorzugsweise die Temperatur des Wassers und der sich ergebenden Salzlösung. Die Dauer des Füllschrittes bestimmt die Menge an Wasser, das in den Salzlösungstank 34 eintritt, und dadurch die Menge des gelösten und für die Regeneration verfügbaren Regenerierungssalzes.

Während des Schrittes des Abziehens der Salzlösung ist das Kontrollventil 24 so geschaltet, dass hartes Wasser aus der Leitung 12 zur Leitung 44 geleitet wird, woraufhin es durch das Entlüftungsventil 38 zur Leitung 46 fließt. Dieser Fluss durch das Entlüftungsventil 38 erzeugt durch den Venturi-Effekt einen Sog auf die Leitung 40. Das Ventil 42 der Salzlösung ist geöffnet, so dass der Sog auf Leitung 40 die Salzlösung im Salzlösungstank 34 abzieht, die während des Füllschrittes ausgebildet wurde, in die Leitung 40 hinein, die anschließend durch das Entlüftungsventil 38 zur Leitung 46 fließt. Das Regelventil 24 ist so geschaltet, dass das Wasser und die Salzlösung von Leitung 46 durch die Leitung 30 zum Harztank 28 geleitet werden. Die Salzlösung, die in den Harztank 28 eintritt, fließt durch das Harzbett 26 hindurch, wodurch dieses regeneriert wird, und strömt aus der Leitung 32 als Abfall hinaus. Der Abfall wird für seine Entsorgung zum Auslass 22 über Leitung 20 geleitet. Die Dauer des Abziehschrittes der Salzlösung ist ausreichend lang, um die gesamte oder die annähernd gesamte Salzlösung aus dem Salzlösungstank 34 zu entfernen. Vorzugweise schließt sich das Salzlösungsventil 42 automatisch, wenn der Gehalt an Salzlösung im Salzlösungstank 34 unter ein zuvor bestimmtes Niveau fällt.

Während des Schritts des langsamen Abspülens wird das Ventil 42 der Salzlösung geschlossen, und Salzlösung wird nicht länger aus dem Salzlösungstank 34 entfernt. Allerdings behält das Wasser seinen Fluss wie im Salzabziehschritt bei. Insbesondere ist die Schaltung des Regelventils 24 dieselbe wie für den Abziehschritt der Salzlösung. Die verbleibende Salzlösung fährt fort, durch das Harzbett 26 zu fließen, bis es mit einströmenden Wasser ersetzt wird, um einen maximalen Ionenaustausch zu erzielen, und um das Austragen von Härtemineralien oder Salzlösungen, die im Harztank 28 verbleiben können, fortzusetzen.

Während der Schritt des Rückwaschens und des schnellen Abspülens ist das Regelventil 24 so geschaltet, dass hartes Wasser aus der Leitung 12 zu der Leitung 30 geleitet wird und in den Harztank fließt. Das Wasser fließt aus dem Harztank 28 durch die Leitung 32 und wird über die Leitung 20 zum Abfluss 22 geleitet. Während des Rückwasch-Schrittes fließt das Wasser hinauf durch das Harzbett 26, wodurch es das Harzbett 26 anhebt und ausgedehnt und Eisenmineralien, Schmutz, Sedimente, Härtemineralien und verbleibende Salzlösung ausspült. Während des Schrittes der schnellen Abspülens wird ein schneller Wasserfluss abwärts durch das Harzbett 26 geleitet, um es zu packen und für den Betrieb vorzubereiten.

Die Regelvorrichtung 48 bestimmt, wann das Harzbett 26 regeneriert wird und zu welcher Kapazität. Verschiedene Verfahren können für diese Bestimmungen verwendet werden, wie diejenigen, die in den US-Patenten 5,544,072 und 4,722,797 beschrieben sind. Die notwendige Kapazität hängt im allgemeinen von der Härte des zu behandelnden Wassers ab. Das User-Interface 50 weist daher vorzugsweise Mittel auf, durch die der Anwender die Wasserhärte, ausgedrückt in Gran pro Gallone, in die Regelvorrichtung 48 eingeben kann. Um die Verwendung von verschiedenen Arten des Regenerierungssalzes zu berücksichtigen, ermöglicht das User-Interface 50 dem Anwender ebenfalls die Art des verwendeten Salzes zu spezifizieren, z. B. ob NaCl oder KCl verwendet wird.

Vorzugsweise werden die vom Anwender anpassbaren Parameter, die üblicherweise die Regenerationszeit, die Wasserhärte und die Art des verwendeten Regenerierungssalzes einschließen, als verschiedene "Bildschirme" auf der Anzeige 60 gezeigt, wobei jeder Parameter seinen eigenen Bildschirm besitzt. Bei jedem Bildschirm ist der Anwender in der Lage, durch die verfügbaren Werte für den Parameter vor- und zurückzurollen, indem er den "Up" bzw. den "Down" Button 66 betätigt. Der Benutzer zeigt den gewünschten Wert für den Parameter durch Betätigen des " Auswahl" Buttons 62 an, woraufhin der Wert durch die Computer-Regelvorrichtung 48 gespeichert wird und dann der nächste "Bildschirm" auf der Anzeige 60 gezeigt wird. Auf diese Art ist der Benutzer in der Lage, durch die verfügbaren Salzarten wie NaCl und KCl durchzugehen und eine Auswahl zu treffen. Es könne ebenfalls andere Mittel zum Anzeigen der Art des Regenerierungssalzes wie beispielweise andere Arten von Computerinterfaces oder mechanische Schalter verwendet werden.

Aus der gewünschten Kapazität, zu der das Harzbett 26 regeneriert werden soll, kann die erforderliche Salzdosierung anhand empirischer Daten wie oben beschrieben bestimmt werden. Die Salzdosierungen, D, für jede erwünschte regenerierte Kapazität, C, werden in die Regelvorrichtung 48 für die verschiedenen Salzarten, die verwendet werden sollen, wie beispielsweise NaCl und KCl programmiert. Daher ist die Regelvorrichtung 48 anhand der verwendeten Salzart und der geforderten regenerierten Kapazität in der Lage, die für die Regeneration benötigte Salzdosierung, D, zu bestimmen.

Der Wert von D, die Salzdosierung, bestimmt die Wassermenge, die auf der Basis der Löslichkeit dieses Salzes, in den Salzlösungstank 34 während des Befüllschrittes eingebracht werden muss. Vorzugsweise wird die Menge des während des Befüllschrittes zugefügten Wassers durch die Füllzeit bestimmt, wobei die Flussrate eine festgelegte Größe ist. Die benötigte Füllzeit kann daher wie folgt berechnet werden:

F = D/(R × S),

wobei F = Füllzeit in Minuten, D = Salzdosierung in Pfund, R = Füllrate in Gallonen pro Minute und S = Löslichkeit des Salzes in Pfund pro Gallone ist. Bei Verwendung von KCl als Regenerierungssalz tritt jedoch eine zusätzliche Komplikation dahingehend auf, dass seine Löslichkeit im üblichen Bereich der angetroffenen Wassertemperaturen, nämlich 34°F bis 80°F, deutlich temperaturabhängig ist, wohingegen die Löslichkeit von NaCl in diesem Bereich relativ konstant ist. Insbesondere betragen die Löslichkeiten von NaCl und KCl beide ungefähr 2,99 lbs./gal. bei 80°F. Bei niedrigen Temperaturen ist die Löslichkeit von KCl beträchtlich kleiner als die von NaCl, wie in Tabelle 1 zusammengefasst ist. Die Informationen in Tabelle 1 wurde anhand empirischer Daten erzeugt, die im Bereich von 34°F bis 80°F linearisiert wurden, wobei die Löslichkeit von NaCl als eine Konstante mit 2,99 lbs./gal. angenommen wurde. Die Daten in Tabelle 1 sind jedoch nur dahingehend repräsentativ, dass die Ergebnisse durch die Wasserchemie in der bestimmten Anwendung beeinflusst werden.

Tabelle 1

Um die Verwendung von KCl zu bewerkstelligen, sollten die Füllzeiten auf der Basis der Wassertemperatur angepasst werden, um die temperaturabhängige Löslichkeit von KCl widerzuspiegeln. Der einfachste Ansatz zur Berücksichtigung dieses Effekts ist es, nicht die tatsächliche Wassertemperatur zu messen, sondern einfach eine typische Wassertemperatur anzunehmen und die Füllzeit für KCl entsprechend um einen festgelegten Prozentsatz relativ zu der Füllzeit, die bei Verwendung von NaCl erforderlich sein würde, zu erhöhen. Es wurde gefunden, dass eine Erhöhung der Füllzeit um 25% eine relativ adäquate Annäherung für die üblichsten angetroffenen Wassertemperaturen darstellt.

Ein genaueres System schließt ein Temperatursensor 56 ein, um die Regelvorrichtung 48 zu befähigen, die Temperatur des dem Salzlösungstank 34 zugeführten Wassers zu bestimmen. Der Temperatursensor 56 ist vorzugsweise im Salzlösungstank 34 angeordnet, kann allerdings alternativ dazu stromaufwärts angeordnet sein, beispielsweise in der Quellenleitung 14. Die Regelvorrichtung 48 ist mit den Löslichkeiten von KCl bei verschiedenen Wassertemperaturen programmiert, so dass bei Verwendung von KCl als Regenerationssalz die Regelvorrichtung 48 die Wassertemperatur misst und die erforderliche Füllzeit entsprechend einstellt.

Alternativ dazu kann die Wassertemperatur ein vom Anwender anpassbarer Parameter sein, der in den Computer der Regelvorrichtung 48 mittels eines User-Interfaces 50 wie zuvor beschrieben eingegeben wird.

Die Temperatur der in den Salzlösungstank 34 gebildeten Salzlösung bleibt nicht während des Befüllvorgangs konstant. Ein Beispiel, wie sich die Temperatur der Salzlösung während des Befüllvorgangs bei Verwendung von KCl als Regenerationssalz verändert, ist in Tabellenform in Tabelle 2 gezeigt. Diese Temperaturveränderung wird durch zwei Faktoren verursacht. Erstens werden vor dem Beginn des Füllvorgangs die Temperaturen des Wassers und des Salzlösungstanks 34 mit dem trockenen darin vorhandenen Regenerationssalz 36 im allgemeinen nicht gleich sein, so dass die sich die Temperatur der Salzlösung auf natürliche Weise während des Füllvorgangs äquilibriert. Zweitens verändert der Lösungsprozess des Salzes ebenfalls die Temperatur der Salzlösung. Insbesondere ist die Auflösung von KCl deutlich endotherm, so dass der Auflösungsprozess an sich die Salzlösung ankühlt.

Die Temperaturveränderung der Salzlösung während des Befüllvorgangs stellt in Fall von KCl wegen seiner temperaturanhängigen Löslichkeit daher eine weitere Schwierigkeit dar. Der Temperatursensor 56 sollte deshalb die Temperatur während des Befüllvorganges messen, vorzugsweise im regelmäßigen Intervallen wie z. B. jede Minute. Übliche Ergebnisse mittels dieser Methode sind in Tabelle 2 tabelliert.

Tabelle 2

Die Anpassung des Wasservolumens, das zu der Salzlösungstank hinzuzufügen ist, um die Differenz in der Löslichkeit von Kaliumchlorid bei verschiedenen Temperaturen zu berücksichtigen, ist wie in Tabelle 1 gefunden. Auf Basis von Tabelle 1 beträgt die durchschnittliche Veränderung in der Löslichkeit von KCl (Pfund an Salz pro Gallone Wasser) 0,014 Pfund pro Gallone pro "minus"-Grad Fahrenheit für den Bereich von 80°F bis 34°F. Daher ist die Löslichkeit von KCl in Pfund pro Gallone, mit der Temperatur der Salzlösung wie folgt verbunden:

Löslichkeit von KCl = 2,99-(80-Temperatur der Salzlösung)(0,014).

Um das Äquivalent des Wasservolumens zu bestimmen (d. h. die hinzuzufügenden Gallonen von Wasser, um ein Pfund KCl in Lösung zu erhalten, verglichen mit der Wassermenge, um ein Pfund NaCl in Lösung bei einer Temperatur zu erhalten), lautet die Beziehung Löslichkeit von NaCl ÷ Löslichkeit von KCl bei dieser Temperatur. Daher ist das Wasser- Volumenäquivalent von KCl 1,27234 bei 34°F, 1,23045 bei 40°F, 1,16342 bei 50°F, 1,10332 bei 60°F, 1,04912 bei 70°F und 1,0000 bei 80°F.

Auf Basis des obigen beträgt die Wasseranpassungsrate für die Temperatur, die gelegentlich WARFT (zusätzlicher Prozentsatz von erforderten Wasser für äquivalentes KCl in Lösung pro Grad unterhalb 80°F) bezeichnet wird, 0,592% mehr Wasser pro Grad im Temperaturbereich von 80°F bis 34°F; errechnet durch die Veränderung in der Wasseräquivalenzrate über den Temperaturbereich dividiert durch die Temperaturdifferenz, das heißt (1,27234-1,0000) ÷ 46.

Zusätzliche Anpassungsraten über verschiedene Temperaturbereiche, wie anhand der Daten bestimmt, sind: 0,49% für den Bereich 80° bis 70°, 0,52% für den Bereich 80° bis 60°; 0,55% für den Bereich 80° bis 50° und 0,58% für den Bereich 80° bis 40°. Jede dieser Raten ist die prozentuale Zunahme des erforderlichen Wassers, das zusätzlich zu dem für eine Salzlösung bei 80°F bestimmten Wassers ist für jedes °F, das die Temperatur der Salzlösung unterhalb 80°F liegt. Daher wird angenommen, dass gute Resultate erhalten werden können, wenn das Wasservolumen mit einer Rate im Bereich von 0,49% bis 0,59% pro °F Differenz angepasst wird; wobei der bevorzugte Bereich 0,55% bis 0,58% pro °F Temperaturdifferenz beträgt. Falls die Temperatur im Salzlösungstank 40°F beträgt, sollte demzufolge die Menge des hinzuzufügenden Wassers um ungefähr 23,2% erhöht werden (bestimmt durch die Anpassungsrate von +0,58%/°F* mal einer Temperaturdifferenz von 40°), zusätzlich zu der Menge von Wasser, die hinzugefügt werden würde, falls die Temperatur 80°F betragen würde.

Darüber hinaus zeigen die Daten in Tabellen 1, dass die Rate der Wasseranpassung für Temperaturdifferenzen für Kaliumchlorid im wesentlichen linear ist in Temperaturbereichen, die üblicherweise für die Salzlösung erwartet werden, und es wurde gefunden, dass sie direkt der Wassertemperatur wie folgt verbunden ist: die Rate ist gleich [0,488 + 0,0029(70-Temperatur der Salzlösung)] ÷ 100, was gleich (6,91 - 0,029 Temperatur der Salzlösung)10^-3 ist. Als ein Beispiel beträgt, unter Verwendung dieser Beziehung zur Bestimmung der Wasseranpassungsrate, für eine Salzlösung bei 60°F die Rate [0,488 + 0,0029(70-60)] ÷ 100; d. h. eine Zunahme von 0,00517 pro Grad der Differenz der Salzlösungstemperatur von 80°F, und bei 34°F beträgt die Rate [0,488 + 0,0029(70-34)] ÷ 100 = eine Zunahme von 0,00592 an Wasser pro Grad Differenz der Salzlösungstemperatur von 80°F. Diese Raten können verwendet werden, um einen Addierer für die Wasseranpassung zu bestimmen, der WARFT mal (80-Temperatur der Salzlösung) beträgt und einen Multiplikator der Wasseranpassung, der 1 + Addierer der Wasseranpassung ist. Daher sind die Wasseranpassungsraten und -multiplikatoren auf der Basis der obigen Beziehungen wie folgt:

Bezugnehmend auf Tabelle 2 ist die erforderliche Füllzeit direkt mit dem gewünschten Wasservolumen verbunden. Im Beispiel von Tabelle 2 beträgt die Füllrate 0,3 Gallonen pro Minute. Mit einer konstanten Füllrate bestimmt die Füllzeit für die Salzlösung (brine fill time) das Volumen des zum Salzlösungstank hinzuzufügenden Wassers und die Menge des Salzes, das sich in Lösung befinden kann. Die Füllzeit kann entsprechend demselben Wasseranpassungsmultiplikator wie oben erläutert angepasst werden, um die gewünschte Menge an Wasser im Salzlösungstank und eine gewünschte Menge von KCl in Lösung zu erhalten, d. h. die Salzlösung, und die verfügbar ist, um dem Harzbett zur Regeneration zugeführt zu werden. Falls beispielweise dem Harzbett sechs Pfund KCl für die Regeneration zugeführt werden sollen, würde das Volumen des zum Salzlösungstank bei 80°F zugeführten Wasser ungefähr 2,00 Gallonen betragen und die Füllzeit der Salzlösung würde 6,666 Minuten betragen bei einer Wasserzuführrate von 0,3 Gallonen pro Minute. Falls die Salztemperatur 40° betragen würde, würde die Wasseranpassungsrate ungefähr 0,00575% Zunahme pro Grad Temperaturdifferenz von 80°F betragen, wobei diese Temperaturdifferenz 40° beträgt, weshalb der Addierer der Wasseranpassung 0,00232 ist, d. h. 23,2% für einen Multiplikator der Wasseranpassung von 1,23. Unter Verwendung dieser Anpassung beträgt das Volumen des bei 40°F erforderlichen Wassers ungefähr 2,46 Gallonen (2,000 bei 80° + 2,000 × 0,23) und die Füllzeit für die Salzlösung beträgt ungefähr 8,2 min (6,666 + 6,6666 × 0,23). Beide dieser Werte sind in guter Übereinstimmung mit 2,4722 Gallonen und 8,24 Minuten wie in Tabelle 2 gezeigt.

Das Volumen des Wassers für die Salzlösungs-Befüllung für KCl kann anhand der folgenden Beziehungen bestimmt werden:

Daher betragen die erforderlichen Gallonen Wasser bei einer Salzlösungstemperatur BT

was für Kaliumchlorid gleich ist

Salz (519,2-3,086 BT + 9,6(BT)²10^-3)10^-3

und

worin
Salz = Pfund von KCl gewünscht für die Regeneration des Harzbettes,
Salzlöslichkeit = Löslichkeit bei 80°F, die 2,99 Pfund/Gallone für KCl beträgt,
WARFT = Wasseranpassungsrate für die Temperatur (Zunahme pro Grad unterhalb 80°),
dT = Temperaturdifferential zwischen Temperatur der Salzlösung und 80°F,
WDR = Wasserzuführrate zum Salzlösungstank (Gallonen pro Minute)
BT = Temperatur der Salzlösung.

Auf Basis der Ergebnisse von Tabelle 2 kann erkannt werden, dass eine zusätzliche Menge an Wasser im Salzlösungstank erforderlich ist, um äquivalente Mengen von Kaliumchlorid in Abhängigkeit von der Salztemperatur aufzulösen, beispielsweise ungefähr 11% mehr bei 60°F (0,219 ÷ 2,00) und ungefähr 16% mehr bei 52°F (0,3133 ÷ 2,00) und ungefähr 24% mehr bei 40°F (0,4722 ÷ 2,00). Das zusätzliche Wasser ermöglicht, dass eine Menge von Kaliumchlorid in der Salzlösung vorhanden ist, die im wesentlichen äquivalent zu der Menge von Natriumchlorid ist, die in der Menge der Salzlösung ohne das zusätzliche Wasser vorhanden sein würde.

Aus Tabelle 2 sollte ebenfalls beachtet werden, dass die Endtemperatur der Salzlösung ungefähr 20° niedriger ist als die Temperatur zu Beginn des Befüllens, d. h. die Temperatur begann bei 60°F und endete bei 40°F. Daher sollte die zur Bestimmung der Wasseranpassungsrate und des Wasseranpassungsfaktor ausgewählte Temperatur ungefähr 20° niedriger sein als die Temperatur des in den Salzlösungstank eingeführten Wassers. Falls die Temperatur der Wasserquelle verwendet wird, um die Wasseranpassungsrate und den Multiplikator zu bestimmen, wird die oben diskutierte Beziehung für diese Differenz von 20° angepasst, indem die Salzlösungstemperatur durch (Quellwassertemperatur-20°) ausgetauscht wird, was zu den Beziehungen führt:

WARFT = (6,91-(0,029[SWT-20])10^-3
= (7,49-0,029 SWT)10^-3

wobei SWT = Quellwassertemperatur ist und der Multiplikator der Wasseranpassung

= 1 + WARFT × dT
= 1 + (6,91-[0,029(SWT-20)])10^-3(dT)
= 1 + (7,49-0,029(SWT))10^-3(100-SWT)
= 1 + [0,749+2,9(SWT)²10^-5-0,01039 SWT].

Das KCl-Wasservolumenäquivalent (WVE) basiert auf der in Tabelle 1 dargestellten Löslichkeit von KCl. Das KCl-Wasservolumenäquivalent bei einer gegebenen Salzlösungstemperatur sind die Gallonen Wasser zum Erhalten der Menge von KCl in Lösung, die gleich einer Menge von NaCl in Lösung ist. Es kann anhand von Tabelle 1 bestimmt werden, indem die Löslichkeit von NaCl (2,99 Pfund pro Gallone Wasser) durch die Löslichkeit von KCl (siehe zweite Spalte von Tabelle 1 für Löslichkeit bei verschiedenen Temperaturen) dividiert wird. Daher beträgt bei 40° das KCl-Wasservolumenäquivalent 2,99 ÷ 2,43 = 1,230 Gallonen Wasser, damit man für KCl die gleichen Menge von KCl in Lösung hat wie für eine Gallone einer NaCl-Lösung. Demzufolge ist das KCl-Wasservolumenäquivalent bei verschiedenen Temperaturen wie folgt:

Temperatur (°F)
KCl-Wasservolumenäquivalent
34	1,272
40	1,230
50	1,163
60	1,103
70	1,049
80	1,000

die oben als Multiplikatoren der Wasseranpassung angegeben sind.

Die Werte des KCl-Wasseräquivalents können verwendet werden, um das gewünschte KCl-Wasservolumen auf der Basis der Temperatur der Salzlösung zu bestimmen. Dafür wird das KCl-Wasseräquivalent gegen die Temperatur der Salzlösung wie in Fig. 4 gezeigt aufgetragen. Das KCl-Äquivalent kann bei jeder Temperatur von der Beziehung zwischen dem KCl-Äquivalent und der Salztemperatur bestimmt werden, wobei die Beziehung von der Steigung der Auftragung dieser Punkte bestimmt wird; diese Beziehung lautet KCl-Wasservolumenäquivalent = 1,103 + 0,0065 (60°-Temperatur der Salzlösung) im Temperaturbereich von 60° bis 34°. Diese Beziehung nähert das KCl-Wasservolumenäquivalent ebenfalls in anderen ausgewählten Temperaturbereichen nahe an. Diese Beziehungen können ebenfalls als Formeln mit anderen numerischen Faktoren für verschiedene Temperaturbereiche und "Kurven" angegeben werden, von denen angenommen wird, dass sie die beste "Anpassung" an die aufgetragenen Werte sind.

Darüber hinaus wird die Wasseranpassungsrate (WAR) für KCl, wie oben dargestellt, anhand den Daten in Tabelle 1 und Tabelle 2 bestimmt. Die WAR basiert auf dem zusätzlichen Wasser, das benötigt wird, um gleiche Mengen an KCl in Lösung zu bringen, d. h. gleich zu der Menge an NaCl, die gewünscht wäre, falls NaCl verwendet werden sollte. Die WAR ist die prozentuale Zunahme an Wasser pro Veränderung der Temperatur der Salzlösung von der Standardtemperatur von 80°F; 80°F wurde ausgewählt, da die Löslichkeit von KCl im wesentlichen dieselbe ist wie die Löslichkeit von NaCl bei dieser Temperatur, d. h. 2,99 Pfund pro Gallone (siehe Tabelle 1) und danach von der Löslichkeit von NaCl abweicht, wenn die Temperatur der Salzlösung niedriger als 80°F ist, wie in Tabelle 1 gezeigt. Unter Verwendung von 40°F als ein Beispiel kann die WAR für KCl bestimmt werden, indem das zusätzliche Wasser, das benötigt wird, um eine äquivalente Menge an KCl bei 40° in Lösung zu bringen, was das KCl-Wasservolumenäquivalent von 1,230 Gallonen ist minus der Wassermenge für NaCl, die 1,000 Gallonen beträgt. Das Ergebnis sind 0,230 Gallonen zusätzliches bei 40° erforderliches Wasser. Die Temperaturdifferenz vom Standard beträgt 40° (d. h. 80°-40°). Daher beträgt die WAR für eine Salzlösungstemperatur von 40° 0,230 Gallonen ÷ 40° = 0,00575 Gallonen/Grad Differenz ausgehend von 80° und ihre Einheiten sind die erhöhten Prozent Wasservolumen pro Grad Temperatur. WAR für ausgewählte andere Temperaturen, die in der gleichen Weise wie oben bestimmt werden, sind wie folgt:

Temperatur der Salzlösung(°F)
Wasseranpassungsrate
34	0,00592
40	0,00575
50	0,00546
60	0,00517
70	0,00488
80	-0-

Diese Werte können wie in Fig. 5 gezeigt aufgetragen werden. Und die Beziehung zwischen dem WAR für KCl und der Temperatur der Salzlösung kann anhand der Auftragung durch wohlbekannte Algebraanalyse bestimmt werden zu WAR für KCl = [0,488 + 0,0029 (70-Temperatur der Salzlösung)] ÷ 100 für Temperaturen der Salzlösung im Bereich von 60° bis 34°. Daher ist die oben dargestellte Beziehung (d. h. die Rate der Wasseranpassung für Temperaturdifferenzen) für Kaliumchlorid im wesentlichen linear im Bereich von Temperaturen, die üblicherweise für die Salzlösung erwartet werden, und es wurde gefunden, dass sie direkt mit der Wassertemperatur wie folgt verbunden ist: die Rate ist gleich [0,488 + 0,0029 (70-Temperatur der Salzlösung)] ÷ 100, was gleich ist mit (6,91-0,029 Temperatur der Salzlösung)10^-3, wie von Tabelle 1 abgeleitet werden kann.

Das bevorzugte Verfahren zur Verwendung von KCl als Regenerationsmittel ist wie im folgenden beschrieben. Während des Befüllens wird die Temperatur am Temperatursensor 56 in regelmäßigen Zeitintervallen gemessen. Von dieser Temperatur wird die Löslichkeit des Salzes berechnet und von diesem Wert kann das erforderte Volumen an Füllwasser und letztendlich die erforderliche Füllzeit berechnet werden, wie in Tabelle 2 gezeigt ist. Die Befüllung schreitet anschließend voran, bis die erforderliche Füllzeit annähernd gleich der tatsächlichen Füllzeit ist.

Selbst nach dem Ende der Befüllung wird beobachtet, dass die Temperatur der Salzlösung bei Verwendung von KCl noch immer abfällt. Dies kann auf die Auflösungsrate von KCl zurückzuführen sein, die kleiner ist als diejenige von NaCl. In anderen Worten ausgedrückt, setzt die KCl den Lösungsvorgang fort selbst wenn der Wasserfluss stoppt, wodurch die Salzlösung sogar weiter abgekühlt wird. Es wird beobachtet, dass der Temperaturabfall recht gering ist - üblicherweise 2°F. Der Temperaturabfall verringert die Löslichkeit von KCl sogar noch mehr, so dass als Ergebnis weniger gelöstes KCl in der Salzlösung vorhanden ist. Der Weg den Effekt auszugleichen, ist es mehr Wasser während des Befüllschrittes hinzuzufügen, indem die Füllzeit erhöht wird. Üblicherweise ist eine 1%-ige Zunahme in der Befüllzeit alles was erforderlich ist.

Wenn die Füllzeit angepasst wird, muss die Zeit zum Abziehen/Entfernen der Salzlösung ebenfalls angepasst werden, um sicherzustellen, dass die erforderliche Menge an Salzlösung aus dem Salzlösungstank 34 entfernt wird. Üblicherweise ist das Verhältnis der Zeit zum Entfernen der Salzlösung zur Füllzeit eine festgelegte Größe, so dass die Zeit zum Entfernen der Salzlösung die Füllzeit sein kann, die mit dieser Größe multipliziert wird. Die Zeit für das langsame Spülen ist üblicherweise festgelegt. Vorzugsweise berechnet die Regelvorrichtung 48 die zum Entfernen der Salzlösung notwendige Zeit auf der Basis der tatsächlich verwendeten Befüllzeit. Die gesamte "Salzlösungszeit" ist dann die Summe dieser notwendigen Salzlösungszeit und der Zeit zum langsamen Spülen. Die Regelvorrichtung 48 lässt das Regelventil 24 in der Salzlösungsentfernungs-/langsames Spülen-Schaltung für diese "Salzlösungszeit" um sicherzustellen, dass die erforderliche Menge an Salzlösung entfernt wird. In dem Fall, bei dem die Füllzeit für KCl um 25% bezogen auf NaCl für KCl erhöht wird, ist gefunden worden, dass eine entsprechende Zunahme in der "Salzlösungszeit" für KCl von ungefähr 12,5% relativ zu NaCl ausreichend ist.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich für die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung veranschaulichend. Andere Anordnungen und Vorteile können vom Fachmann durchgeführt werden, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Folglich sollte die Erfindung nicht auf die detaillierte obige Beschreibung imitiert verstanden werden, sondern lediglich durch die nachfolgenden Ansprüche.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Wasserenthärters mit einem Harzbett und einem Salzlösungstank, wobei der Wasserenthärter mit einer Wasserquelle verbunden ist, um einen ersten Betriebsmodus bereitzustellen, bei dem eine erste Salzart zur Regeneration verwendet wird, und einen zweiten Betriebsmodus, bei dem eine zweite Salzart zur Regeneration verwendet wird, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

a) Auswählen einer Salzart;
b) Hinzugeben einer Menge eines Salzes zu dem Salzlösungstank, wobei das Salz eine ausgewählte Salzart ist;
c) Hinzugeben einer ersten Wassermenge zu dem Salzlösungstank, falls die ausgewählte Salzart die erste Salzart ist, wobei die erste Wassermenge durch die Löslichkeit der ausgewählten Salzart bestimmt wird, wodurch das Wasser eine Salzlösung einer gewünschten Konzentration ausbildet;
d) Hinzugeben einer zweiten Wassermenge zu dem Salzlösungstank, falls die ausgewählte Salzart die zweite Salzart ist, wobei die zweite Wassermenge zusätzlich zu der ersten Wassermenge hinzugegeben wird und bestimmt wird durch die Löslichkeit der zweiten Salzart, wobei die zweite Wassermenge eine Salzlösung einer gewünschten Konzentration ausbildet; und
e) Aussetzen des Harzbettes der Salzlösung, um das Harzbett zu regenerieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die gewünschte Konzentration eine gesättigte Salzlösung mit einer zuvor bestimmten Menge eines ausgewählten Salzes in Lösung ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Salzart Natriumchlorid ist und die zweite Salzart Kaliumchlorid ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Wassermenge ungefähr 25% der ersten Wassermenge beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner die Schritte umfasst:

a) Bestimmen der Temperatur der Salzlösung;
b) Berechnen der zweiten Wassermenge auf Basis dieser Temperatur.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die zweite Salzart Kaliumchlorid ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner die Schritte umfasst:

a) Messen der Wassertemperatur des Quellwassers; und
b) Berechnen der zweiten Wassermenge auf Basis dieser Wassertemperatur.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die zweite Salzart Kaliumchlorid ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner die Schritte umfasst:

a) Messen der Temperatur der Salzlösung; und
b) Berechnen der zweiten Wassermenge auf Basis dieser Temperatur.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die zweite Salzart Kaliumchlorid ist.

11. Verfahren zur Regenerierung eines Wasserenthärters, der ein Harzbett und einen Salzlösungstank aufweist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

a) Beginnen eines Wasserflusses in den Salzlösungstank hinein, wobei der Salzlösungstank eine Menge eines Regenerierungssalzes enthält, wodurch sich das Regenerierungssalz auflöst, um eine Salzlösung zu bilden;
b) Messen der Temperatur dieser Salzlösung;
c) Berechnen einer theoretisch notwendigen Wassermenge, um eine zuvor bestimmte Menge des Regenerierungssalzes auf Basis dieser Temperatur aufzulösen;
d) Beibehalten und Messen dieses Wasserflusses, bis die gemessene Menge an Wasser in dem Salzlösungstank der theoretischen Wassermenge entspricht;
e) Aussetzen des Harzbetts einer Salzlösung, um das Harzbett zu regenerieren.

12. Verfahren nach Anspruch 11, das ferner die Schritte umfasst:

a) Messen der Temperatur der Salzlösung in regelmäßigen Zeitintervallen;
b) Erneutes Berechnen einer theoretischen Wassermenge auf der Basis der aktuellsten gemessenen Salzlösungstemperatur und des ausgewählten Regenerierungssalzes; und
c) Beibehalten dieses Wasserflusses, so dass die gemessene Menge von Wasser mindestens so groß ist wie die aktuellste erneut berechnete theoretische Wassermenge.

13. Wasserenthärter, der mit einer Wasserquelle verbunden ist, der aufweist:

a) einen Salzlösungstank;
b) einen Harztank;
c) ein Harzbett, das in diesem Harztank angeordnet ist;
d) ein Leitungssystem, das den Salzlösungstank mit dem Harztank verbindet;
e) Salzauswahlmittel zum Auswählen einer Salzart aus einer Vielzahl von Salzarten;
f) Wassermengenmittel zum Berechnen und Messen einer Wassermenge auf der Basis der ausgewählten Salzart; und
g) Mittel zum Verbinden des Salzlösungstanks mit der Wasserquelle,
h) wodurch der Salztank mit dieser Wassermenge befüllt wird, um eine Salzlösung auszubilden, und diese Salzlösung durch dieses Leitungssystem zu dem Harztank zur Regenerierung des Harzbettes transferiert werden kann.

14. Wasserenthärter nach Anspruch 13, der einschließt:

a) einen Temperatursensor, der in dem Salzlösungstank zur Messung der Temperatur der darin befindlichen Salzlösung angeordnet ist;
b) das Wassermengenmittel Mittel einschließt zum Berechnen einer theoretischen Füllzeit auf der Basis dieser Temperatur; und
c) Mittel zum Befüllen des Salzlösungstanks mit Wasser für eine Zeitdauer, die mindestens so groß ist wie die theoretische Füllzeit.

15. Wasserenthärter, der aufweist:

a) einen Harztank;
b) ein Harzbett, das in dem Harztank angeordnet ist;
c) einen Salzlösungstank zum Herstellen einer Salzlösung für die Regenerierung des Harzbettes;
d) ein Leitungssystem, das den Salzlösungstank mit dem Harztank verbindet;
e) Salzauswahlmittel zum Auswählen einer regenerativen Salzart aus einer Vielzahl von Salzarten;
f) Wasserabgabemittel zum Messen und Einführen entweder einer ersten Wassermenge in den Salzlösungstank, wenn eine erste Salzart ausgewählt wird, oder einer zweiten Wassermenge in den Salzlösungstank, wenn eine zweite Salzart ausgewählt wird, wobei die zweite Wassermenge größer ist als die erste Wassermenge; wobei das Wasser mit einem Salz in dem Salzlösungstank interagiert, um eine Salzlösung auszubilden;
g) Mittel zum Verbinden des Salzlösungstanks mit einer Wasserquelle;
h) Salzlösungsentfernungsmittel zum Entfernen von Salzlösung aus dem Salzlösungstank und zum Zuführen der Salzlösung zum Harztank und durch das Harzbett, wodurch das Harzbett mit einer ersten Menge an Salzlösung gewaschen wird, die ein Volumen aufweist, das im wesentlichen gleich der ersten Wassermenge ist, falls die erste Salzart gewählt wird, und einer zweiten Menge an Salzlösung, die ein Volumen aufweist, das im wesentlichen gleich der zweiten Wassermenge ist, falls die zweite Salzart ausgewählt wird.

16. In einem Wasserenthärter mit einem Harztank, einem Harzbett, das in dem Harztank angeordnet ist, einem Salzlösungstank, der ein Salz zum Regenerieren des Harzbettes enthalten soll, wobei die Verbesserung umfasst:
ein Salzlösungszufuhr-Wasserauswahlmittel zum Auswählen entweder einer zuvor bestimmten ersten Wassermenge oder einer variablen zweiten Wassermenge;
wobei jede dieser Mengen zu dem Salzlösungstank während der Regeneration zugeführt werden soll,
wobei die erste Wassermenge mit einer ersten Salzart assoziiert ist, die zweite Wassermenge mit einer zweiten Salzart assoziiert ist,
wobei die zweite Wassermenge größer als die erste Wassermenge ist.

17. Wasserenthärter nach Anspruch 16, wobei die zweite Wassermenge zwischen 10,2% und 27, 2% größer als die erste Wassermenge ist.

18. Wasserenthärter nach Anspruch 16, wobei die zweite Wassermenge ungefähr 25% größer als die erste Wassermenge ist.

19. Wasserenthärter nach Anspruch 15, und einschließlich eines Temperaturerfassungsmittels zum Bestimmen der Temperatur der Salzlösung; und wobei das Wasserabgabemittel die Menge von Wasser für die zweite Wassermenge anpasst, wodurch diese im wesentlichen gleich ist zu 2Q = 1Q + 1QRT, worin 2Q der zweiten Wassermenge entspricht und 1Q der ersten Wassermenge entspricht, und R einer Anpassungsrate pro Grad Fahrenheit der Salzlösung unterhalb 80°F entspricht, und T der Temperatur der Salzlösung in Grad Fahrenheit entspricht, und die Anpassungsrate im Bereich von 0,0054 bis 0,0058 liegt.

20. In einem Wasserenthärter mit einem Harztank, einem in dem Harztank angeordneten Harzbett und einem Salzlösungstank zum Herstellen einer Salzlösung zur Regenerierung des Harzbettes, wobei die Verbesserung umfasst:

a) ein Salzlösungs-Zuführwassermittel zum Befüllen des Salzlösungstanks mit Wasser zur Herstellung einer Salzlösung;
b) ein Temperaturerfassungsmittel zum Bestimmen der Temperatur der Salzlösung; und
c) ein Anpassungsmittel, das mit dem wasserzuführenden Mittel und dem Temperaturerfassungsmittel verbunden ist zum Verändern der Menge des in den Salzlösungstank zugeführten Wassers gemäß der Temperatur, die durch das Temperaturerfassungsmittel gemessen wird.

21. Wasserenthärter nach Anspruch 20, wobei das Anpassungsmittel die Wassermenge mit einer Rate anpasst, die im wesentlichen gleich zu -0,0029mal der gemessenen Temperatur ist.

22. Wasserenthärter nach Anspruch 20, wobei das Salzlösungszuführ-Wasseranpassungsmittel die Wassermenge im wesentlichen gemäß zu -0,0077mal der gemessenen Temperatur anpasst.

23. Wasserenthärter nach Anspruch 20, der ein Salzauswahlmittel einschließt, wobei das Salzauswahlmittel mit dem Anpassungsmittel verbunden ist, wobei das Anpassungsmittel die Wassermenge mit einer Rate pro Grad Veränderung in dem gemessenen Temperaturbereich anpasst; wobei diese Rate im wesentlichen in Übereinstimmung ist mit (der Löslichkeitsquotient-1) geteilt durch 40, wobei der Lösungsmittelquotient der Löslichkeit bei 80°F für das ausgewählte Salz entspricht, geteilt durch die Löslichkeit des ausgewählten Salzes bei 40°F.

24. Verfahren zur Regenerierung eines Wasserenthärters mit einem Harzbett und einem Salzlösungstank, wobei der Wasserenthärter mit einer Wasserquelle verbunden ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

a) Auswählen einer Salzart aus der Gruppe, die aus Natriumchlorid und Kaliumchlorid besteht;
b) Hinzufügen einer Salzmenge der ausgewählten Salzart zu dem Salzlösungstank;
c) Hinzufügen einer ersten Wassermenge zu dem Salzlösungstank, um eine Salzlösung zu bilden, wobei die erste Wassermenge durch die Menge des für die Regeneration gewünschten Salzes bei einer Standardlöslichkeit bestimmt wird;
d) Bestimmen der Löslichkeit des Salzes in der Salzlösung;
e) Hinzufügen einer zusätzlichen Wassermenge zu dem Salzlösungstank, falls bestimmt wird, dass die Löslichkeit der Salzlösung sich von der Standardlöslichkeit unterscheidet; und
f) Aussetzen des Harzbetts dieser Salzlösung, um das Harzbett zu regenerieren.

25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Standardlöslichkeit ungefähr 2,99 Pfund pro Gallone beträgt und die zusätzliche Wassermenge mindestens 16% der ersten Wassermenge beträgt.

26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die zusätzliche Wassermenge ungefähr 25% der ersten Wassermenge beträgt.

27. Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Standardlöslichkeit ungefähr 2,99 Pfund pro Gallone beträgt, und das ferner die Schritte aufweist:

a) Auswählen eines Temperaturparameters; und
b) Berechnen der zusätzlichen Wassermenge als im wesentlichen gleich zu (6,91-[0,029 Temperatur der Salzlösung])10^-1(80-Temperatur der Salzlösung) als ein Prozent (a percent).

28. Verfahren nach Anspruch 24, das ferner die Schritte umfasst:

a) Messen der Temperatur des Quellwassers; und
b) Berechnen der zusätzlichen Wassermenge als im wesentlichen gleich zu (74,9 + 0,0029mal die Wasserquellentemperatur hoch zwei -1,309mal die Wasserquellentemperatur) als ein Prozent.

29. Verfahren nach Anspruch 24, das ferner die Schritte umfasst:

a) Bestimmen der Temperatur der Salzlösung; und
b) Berechnen der zusätzlichen Wassermenge als eine Funktion von (die Menge des in der Salzlösung gewünschten Salzes ÷ Löslichkeit des Salzes bei 80°F)([Löslichkeit des Salzes bei 80°F ÷ Löslichkeit des Salzes bei dieser ermittelten Temperatur]-1).

30. Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Regenerierungssalz Kaliumchlorid ist, und das ferner die Schritte umfasst:

a) Messen der Temperatur der Salzlösung;
b) Berechnen der zusätzlichen Wassermenge als im wesentlichen gleich zu (6,91-[0,029 Temperatur der Salzlösung])10^-1(80-Temperatur der Salzlösung) als ein Prozent (as a percent).

31. Verfahren zur Regenerierung eines Wasserenthärters mit einem Salz, das eine Löslichkeit besitzt, die sich gemäß der Temperatur der Salzlösung verändert, wobei der Wasserenthärter ein Harzbett und einen Salzlösungstank aufweist und mit einer Wasserquelle verbunden ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

a) Hinzugeben des Salzes zu dem Tank der Salzlösung;
b) Bestimmen der Menge des für die Regeneration gewünschten Salzes;
c) Hinzugeben einer ersten Wassermenge zu dem Salzlösungstank, um eine Salzlösung auszubilden, wobei die erste Wassermenge annähernd gleich einer theoretischen Menge ist, als wenn sich die Salzlösung bei Raumtemperatur befände, wobei diese theoretische Menge eine Menge des für die Regenerierung gewünschten Salzes geteilt durch die Löslichkeit des Salzes bei Raumtemperatur ist;
d) Bestimmen der Temperatur der Salzlösung;
e) Bestimmen der Löslichkeit der Salzlösung bei der bestimmten Temperatur;
f) Hinzugeben einer zusätzlichen Wassermenge zu dem Salzlösungstank, wobei die zusätzliche Menge bestimmt wird als eine Funktion der Löslichkeit des Salzes an der bestimmten Temperatur;
g) Aussetzen des Harzbettes dieser Salzlösung, um das Harzbett zu regenerieren.

32. Verfahren nach Anspruch 31, wobei die Funktion im wesentlichen gleich ist der Löslichkeitsdifferenz geteilt durch das Löslichkeitsprodukt, wobei die Löslichkeitsdifferenz bestimmt wird, indem die Löslichkeit bei einer bestimmten Temperatur von der Löslichkeit der Raumtemperatur subtrahiert wird, und das Löslichkeitsprodukt durch Multiplikation der beiden Löslichkeiten bestimmt wird.

33. Verfahren nach Anspruch 31, wobei die zusätzliche Menge im wesentlichen gleich ist zu (die Menge des für die Regeneration gewünschten Salzes ÷ die Löslichkeit des Salzes bei der bestimmten Temperatur) minus (die Menge des für die Regeneration gewünschten Salzes ÷ die Löslichkeit des Salzes bei Raumtemperatur).