DE3533098A1 - Apparatus for water softening - Google Patents
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Abstract
Description
Die gebräuchlichste Methode Wasser zu enthärten ist heute die Verwendung eines Behälters, der mit einer Ionenaustauschermasse gefüllt ist und durch den das zu enthärtete Wasser geleitet wird. Dabei werden die Kalzium-Ionen, welche die Härte des Wassers bestimmen von der Ionen austauschermasse gebunden und dadurch wird das Wasser enthärtet.The most common method of softening water today is Use of a container filled with an ion exchange mass and through which the water to be softened is passed. In doing so the calcium ions which determine the hardness of the water from the ions exchange mass bound and this softens the water.
Da die Fähigkeit Kalzium-Ionen zu binden nicht unbegrenzt ist, erschöpft sich ein solcher Ionenaustauscher nach einiger Zeit. Um weiter Wasser enthärten zu können, muß die Ionenaustauschermasse regeneriert werden. Dies geschieht im einfachsten Fall durch Spülen mit einer Koch salzlösung, wobei die gebundenen Kalzium-Ionen frei werden und durch Natrium-Ionen des Kochsalzes ersetzt werden.Since the ability to bind calcium ions is not unlimited, Such an ion exchanger is exhausted after some time. To continue To be able to soften water, the ion exchange mass must be regenerated will. In the simplest case, this is done by rinsing with a cook saline solution, whereby the bound calcium ions are released and by Sodium ions of the table salt are replaced.
Große Bedeutung kommt der Frage zu, den Zeitpunkt der Erschöpfung festzustellen, um die Regenerierung einzuleiten.Of great importance is the question of when the exhaustion occurs to initiate regeneration.
Die zur Regenerierung erforderliche Kochsalzmenge bzw. Salzlösung wird meist aus einem Behälter (2), über Ventile (6) und Verbindungs leitungen (7) dem eigentlichen Ionenaustauscher-Behälter (1) zugeführt. Während des Regenerierens ist naturgemäß die Funktion als Wasserenthärter unterbrochen.The amount of sodium chloride or salt solution required for regeneration is usually supplied from a container ( 2 ), via valves ( 6 ) and connecting lines ( 7 ) to the actual ion exchanger container ( 1 ). The function as a water softener is naturally interrupted during regeneration.
Um die Wasserenthärter einfach zu gestalten, verzichtet man bisher auf eine meßtechnische Erfassung und Dosierung der erforderlichen Salzmenge zur Regenerierung und führt in bestimmten Folgen eine reichliche Überdosis an Salzlösung zu.In order to make the water softener simple, one has so far done without a measurement and metering of the required amount of salt for regeneration and leads in certain episodes to an ample overdose of saline.
Da die Härtegrade des Wassers in verschiedenen Gebieten sehr unter schiedlich sind, müssen solche Anlagen auch für das härteste Wasser aus gelegt werden, was häufig zu enormer Verschwendung von Salzlösung führt. Neben der Kostenfrage, spielt aber auch die Verseuchung der Umwelt durch die Versalzung der Abwässer eine große Rolle. Es besteht somit ein be deutendes Interesse den Salzverbrauch auf ein Minimum zu bringen. Because the degrees of hardness of water in different areas are very below are different, such systems also have to withstand the hardest water be placed, which often leads to enormous waste of saline. In addition to the cost issue, the environmental contamination also plays out the salinization of wastewater plays a major role. There is therefore a be significant interest to keep salt consumption to a minimum.
Es muß auch gesichert sein, daß eine ausreichende Menge Salzsole im Regeneriermittelbehälter vorhanden ist. Aufwendige "Salzanzeige-Geräte" meist mit Schwimmer und elektro-magnetischer Ablesung sind üblich.It must also be ensured that there is a sufficient amount of brine is present in the regenerant tank. Elaborate "salt indicator devices" mostly with floats and electro-magnetic readings are common.
Es sind auch elektronische Leitwert-Meßgeräte bekannt, die eine Veränderung des Wasser-Leitwertes bei abnehmender Enthärtung, d. h. bei Erschöpfung des Ionenaustauschermateriales feststellen und damit den Zeitpunkt für die nächste Regenerierung anzeigen. Da die Änderung des Wasserleitwertes nur sehr gering und überdies von der jeweiligen Wasserversorgung abhängig ist, sind solche teuren Steuergeräte wenig verbreitet.There are also known electronic conductance measuring devices, the one Change in the water conductance with decreasing softening, d. H. determine when the ion exchange material is exhausted and thus display the time for the next regeneration. Because the change of the water conductivity only very low and moreover from the respective Depending on the water supply, such expensive control units are little spread.
Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, im Bereich des Zulaufes (6) und/oder im Bereich des Auslaufes (7) des Behälters (1), der die Ionenaustauschermasse enthält, Sonden (8) bzw. (9), die gegen das Regeneriermittel - also nicht gegen das zu enthärtende Medium Wasser - sensibel sind, anzuordnen.According to the invention, it is therefore proposed, in the area of the inlet ( 6 ) and / or in the area of the outlet ( 7 ) of the container ( 1 ) which contains the ion exchange mass, probes ( 8 ) and ( 9 ) which act against the regeneration agent - ie not are sensitive to the medium to be softened.
Unter Umständen ist es vorteilhaft den Sensor (8), welcher das zufließende Regeneriermittel überwacht, im Bereich des Behälters (2) anzuordnen und damit laufend das Regeneriermittel zu kontrollieren. Auch die Anordnung direkt im Behälter (2) ist möglich und aus räumlichen Gründen in vielen Fällen vorteilhaft.Under certain circumstances, it is advantageous to arrange the sensor ( 8 ), which monitors the replenishing agent flowing in, in the region of the container ( 2 ) and thus to continuously monitor the replenisher. The arrangement directly in the container ( 2 ) is also possible and is advantageous in many cases for spatial reasons.
Besonders vorteilhaft ist die Anwendung von elektrischen Leitwert messern als Sensoren im Falle Kochsalz als Regeneriermittel verwendet wird, da sich der Leitwert einer Salzlösung stark mit der Konzentration verändert. Leitungswasser hat einen Leitwert bis etwa 0.4 mSiemens/cm und eine gesättigte Kochsalzlösung etwa 130 mSiemens/cm, wobei sich der Leitwert nahezu linear mit der Konzentration ändert.The use of electrical conductance is particularly advantageous knives used as sensors in the case of table salt as a regenerant is because the conductance of a saline solution varies greatly with concentration changed. Tap water has a conductivity up to about 0.4 msiemens / cm and a saturated saline solution of about 130 mSiemens / cm the conductance changes almost linearly with the concentration.
Zweckmäßigerweise sind die Sensoren mit Einstellvorrichtungen zu versehen, die es gestatten, die Empfindlichkeit nach Bedarf einzustellen.The sensors are expediently to be provided with setting devices, which allow the sensitivity to be adjusted as required.
Um die von den Sensoren angezeigten Konzentrationswerte verarbeiten zu können und mit ihrer Hilfe ein Regenerier- bzw. Enthärtungsprogramm auf zubauen, wird empfohlen, die elektronischen Datenauswertungsgeräte der Sensoren mit einer Programmsteuerung zu verbinden. To process the concentration values displayed by the sensors can and with their help a regeneration or softening program to build, it is recommended to use the electronic data evaluation devices from Connect sensors to a program control.
Da auch die Konzentration der Regeneriermittel am Eingang des Ionenaus tauschers variieren kann, wird für einen solchen Fall die Anordnung einer Vergleichsschaltung empfohlen, welche die Daten der Sensoren miteinander vergleicht und daraus Schaltkriterien ableitet.Since the concentration of the regenerating agent at the entrance of the ion outlet can vary in such a case, the arrangement of a Comparison circuit recommended that the data of the sensors with each other compares and derives switching criteria.
Die beschriebene Anordnung von Sensoren, die gegen das Regeneriermittel sensibel sind, im Eingangs- und Ausgangsbereich des Ionenaustausch- Behälters, gestattet vollkommen neue Programmierverfahren.The described arrangement of sensors against the regenerant are sensitive, in the entrance and exit area of the ion exchange Container, allows completely new programming methods.
Bisher wurde in erster Linie darauf geachtet, festzustellen, ob der Enthärtungsvorgang einwandfrei abläuft und ob noch einwandfrei enthärtet wird. Das folgende Beispiel zeigt den Unterschied:So far, the main focus has been on determining whether the The softening process runs perfectly and whether it is still perfectly softened becomes. The following example shows the difference:
Das neue Verfahren besteht darin, eine ausreichende aber nicht übermäßige Regenerierung zu sichern, wobei man davon ausgeht, daß die vorhandene Menge Ionenaustauschermasse auch bei härtestem Wasser in der Lage ist, z. B. den Bedarf an enthärtetem Wasser für ein bestimmtes Waschprogramm einer Geschirrspülmaschine zu liefern und daß nach jedem Programmablauf eine Regenerierung eingeleitet wird.The new procedure is adequate but not excessive To secure regeneration, assuming that the existing Amount of ion exchange mass is able even with the hardest water e.g. B. the need for softened water for a specific washing program a dishwasher and that after each program regeneration is initiated.
Bekanntlich werden beim Regenerieren eines erschöpften Wasserenthärters Natrium-Ionen in Form einer Salzwasserlösung zugeführt. Diese Natrium- Ionen werden gegen die gebundenen Kalzium-Ionen ausgetauscht und am Aus gang des Wasserenthärters wird also eine relativ geringe Anzahl Natrium- Ionen vorhanden sein. Sobald alle Kalzium-Ionen ausgetauscht sind, steigt am Ausgang des Ionenaustauscherbehälters die Konzentration an Natrium, d. h. die Leitfähigkeit des austretenden Regeneriermediums. Sobald diese Erhöhung eintritt, kann man auf ein ausreichendes Regenerieren schließen und den Regeneriervorgang beenden.As is known, when regenerating an exhausted water softener Sodium ions supplied in the form of a salt water solution. This sodium Ions are exchanged for the bound calcium ions and at the end water softener, a relatively small number of sodium Ions are present. As soon as all calcium ions are exchanged, increases the concentration of sodium at the outlet of the ion exchanger container, d. H. the conductivity of the emerging regeneration medium. Once this If there is an increase, sufficient regeneration can be concluded and finish the regeneration process.
Ein weiterer Vorteil derartiger Sensoren, die gegen das Regeneriermittel sensibel sind, am Eingang des Behälters mit Ionenaustauschermasse, oder direkt im Regeneriermittel-Behälter (2), oder in der Verbindungsleitung zwischen dem Behälter (1) und Behälter (2) anzuordnen, besteht darin, daß einfach geprüft werden kann, ob überhaupt noch Salzlösung mit entsprechender Konzentration vorhanden ist. Bei einer konzentrierten Salzlösung, wie sie üblicherweise in dem Salzvorratsbehälter vorhanden ist, herrscht eine Leitfähigkeit von etwa 130 m Siemens/cm. Dieser Wert sinkt steil bei abnehmender Konzentration, praktisch linear, bis unter 1 mSiemens/cm ab. Es ist also ein ausreichender Unterschied vorhanden, um bei abnehmender Salzkonzentration ein Signal zu setzen, welches auf diesen Mangelzustand hinweist. Diese "Salzanzeige" kann nicht nur zur optischen Anzeige des Mangels benutzt werden, sondern überdies z. B. dazu um das Programm stillzusetzen oder den Regeneriervorgang zu überbrücken, so daß die Geschirrspülmaschine nicht in ihrer Funktion lahmgelegt wird.Another advantage of such sensors, which are sensitive to the regenerating agent, is to be arranged at the entrance of the container with ion exchange mass, or directly in the regenerating agent container ( 2 ), or in the connecting line between the container ( 1 ) and container ( 2 ). that it can easily be checked whether there is still any salt solution with the appropriate concentration. In the case of a concentrated salt solution, as is usually present in the salt storage container, there is a conductivity of approximately 130 m Siemens / cm. This value drops steeply with decreasing concentration, practically linear, to below 1 mSiemens / cm. There is therefore a sufficient difference to set a signal when the salt concentration decreases, which indicates this deficiency state. This "salt indicator" can not only be used for the visual display of the defect, but also z. B. to stop the program or to bridge the regeneration process so that the dishwasher is not disabled in its function.
Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß diese Sensoren nicht von der ursprünglichen Härte des Wassers abhängig sind, da sie ja nur die Leitfähigkeit des Regeneriermittels messen, aber andererseits der Ionenaustauschermasse immer die notwendige Menge Salzsole zugeführt wird, um alle gebundenen Kalzium-Ionen wieder frei zu machen.A particular advantage is that these sensors are not of depend on the original hardness of the water, since it is only the Measure the conductivity of the regenerant, but on the other hand, the Ion exchange mass always the necessary amount of brine is added, to release all bound calcium ions.
Über diese beschriebene Funktion hinaus, gestattet die Anordnung von zwei Sensoren im Zulauf und im Auslauf des Ionenaustausch-Behälters (1) aber auch einen Rückschluß auf die Betriebstüchtigkeit der Ionenaus tauschermasse. Vergleicht man beim Betriebszustand, d. h. beim Enthärten die ursprüngliche Leitfähigkeit des Wassers im Zulauf (6) mit der Leit fähigkeit am Auslauf (7) des Behälters (1), so wird ein gewisser Unter schied festzustellen sein, der mit allmählicher Erschöpfung der Ionenaus tauschermasse kleiner wird. Aus der Differenz kann man die Notwendigkeit einer Regenerierung erkennen, bzw. über eine Programmsteuerung (13) einen Regeneriervorgang einleiten. Diese Differenzmessung erfolgt am besten direkt in einer Vergleichsschaltung (14) der Datenauswertungsgeräte (10, bzw. 11). Da der Vergleich im Prinzip von den absoluten Werten unabhängig ist, erübrigt sich auch eine Einstellung auf die regional, oder sogar zeitlich unterschiedlichen Härtegrade des Wassers.In addition to this function described, the arrangement of two sensors in the inlet and outlet of the ion exchange container ( 1 ) also allows conclusions to be drawn about the operational efficiency of the ion exchange mass. If you compare the operating state, ie when softening, the original conductivity of the water in the inlet ( 6 ) with the conductivity at the outlet ( 7 ) of the container ( 1 ), a certain difference will be found, the smaller with gradual exhaustion of the ion exchanger mass becomes. The difference can be used to recognize the need for regeneration or to initiate a regeneration process via a program control ( 13 ). This difference measurement is best carried out directly in a comparison circuit ( 14 ) of the data evaluation devices ( 10 or 11 ). Since the comparison is in principle independent of the absolute values, there is no need to adjust to the regional or even temporally different degrees of hardness of the water.
Fig. 1 zeigt eine schematische Anordnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die lediglich als ein Beispiel ohne jede Beschränkung in bezug auf Gestaltung oder Ausbau einer solchen Anordnung aufzufassen ist. Der Behälter (1) ist mit Ionenaustauscherharz (15) gefüllt und hat an seinem Zulauf (6) eine Sonde (8) angeordnet, wobei die gezeichnete Darstellung ebenfalls nur schematisch aufzufassen ist und keine Fest legung über Art oder Ausführung der Sonde vorwegnimmt. Fig. 1 shows a schematic arrangement of a device according to the invention which is to be interpreted merely as an example without any limitation with respect to design or development of such an arrangement. The container ( 1 ) is filled with ion exchange resin ( 15 ) and has a probe ( 8 ) arranged at its inlet ( 6 ), the drawing shown also only to be understood schematically and does not anticipate any definition of the type or design of the probe.
Während der Phase "Enthärtung" strömt das zu enthärtende Wasser vom Anschluß (16) durch die Verbindungsleitung (17) und durch das, in diesem Fall geöffnete Ventil (3) in den Zulauf (6), passiert die Sonde (8) und die Ionenaustauschermasse (15) im Behälter (1). Durch die Siebe (21) schließlich läuft das enthärtete Wasser durch den Auslauf (7) an der Sonde (9) vorbei z. B. in den Behälter einer Geschirrspülmaschine.During the "softening" phase, the water to be softened flows from the connection ( 16 ) through the connecting line ( 17 ) and through the, in this case, open valve ( 3 ) into the inlet ( 6 ), passes through the probe ( 8 ) and the ion exchange mass ( 15 ) in the container ( 1 ). Through the sieves ( 21 ) finally the softened water runs through the outlet ( 7 ) past the probe ( 9 ) z. B. in the container of a dishwasher.
Falls die Sonden (8) und (9) als Leitwertmesser ausgebildet sind, werden sie über die Datenauswertgeräte (11) und (12) bestimmte Leit werte anzeigen, die bei funktionstüchtiger Ionenaustauschermasse ver schiedene Werte, bei erschöpfter Masse nahezu gleiche Werte ergeben.If the probes ( 8 ) and ( 9 ) are designed as conductance meters, they will display certain conductance values via the data evaluation devices ( 11 ) and ( 12 ) which, when the ion exchange mass is functional, give different values, and when the mass is exhausted, give almost the same values.
Die Vergleichsschaltung gibt bei einer kritischen minimalen Differenz, die einer Erschöpfung der Ionenaustauschermasse (15) entspricht und die am einfachsten empirisch zu bestimmen ist, eine Mitteilung an die Programmsteuerung, welche ein Regenerierprogramm startet.In the case of a critical minimum difference, which corresponds to a depletion of the ion exchange mass ( 15 ) and which is the easiest to determine empirically, the comparison circuit gives a message to the program controller which starts a regeneration program.
Das Regenerierprogramm beginnt damit, daß das Ventil (3) geschlossen und das Ventil (4) geöffnet wird. Eine Drossel sorgt für ein langsames Nachströmen von Frischwasser in den mit Grobsalz gefüllten Behälter (2) durch die Siebe (22). Das Grobsalz sorgt für eine gesättigte Salzsole lösung (18), die solange gesättigt bleibt als ungelöstes Salz vorhanden ist. Das Frischwasser drückt nun Salzsole durch die Leitung (19) in der zweckmäßigerweise ein Rückschlagventil (20) vorgesehen wird.The regeneration program begins by closing the valve ( 3 ) and opening the valve ( 4 ). A throttle ensures that fresh water flows slowly into the container ( 2 ) filled with coarse salt through the sieves ( 22 ). The coarse salt provides a saturated brine solution ( 18 ) that remains saturated as long as undissolved salt is present. The fresh water now presses brine through the line ( 19 ) in which a check valve ( 20 ) is expediently provided.
Nun stellt die Sonde (8) fest, daß eine gut leitende Salzsole in den Behälter (1) einströmt. Sollte keine gutleitende Salzsole fest gestellt werden, wird über das Datenauswertgerät (11) oder über die Programmsteuerung (13) ein Alarmsignal gegeben oder z. B. zusätzlich das Spülprogramm unterbrochen.Now the probe ( 8 ) detects that a highly conductive brine flows into the container ( 1 ). If no good salt brine is found, an alarm signal is given via the data evaluation device ( 11 ) or the program control ( 13 ) or e.g. B. additionally interrupted the washing program.
Elektrische Verbindungen sind in Fig. 1 mit (5) bezeichnet. Im Falle, daß gutleitende Salzsole von der Sonde (8) gemeldet wird, wartet die Sonde (9) darauf, daß sich auch am Auslauf (7) ein bestimm ter Leitwert einstellt, welcher einer vollständigen Füllung des Be hälters (1) mit Salzsole, bzw. einer Regenerierung der Ionenaustauscher masse (15) entspricht. Über das Datenauswertgerät (12) oder wieder über die Programmsteuerung (13) wird nun das Ventil (4) geschlossen.Electrical connections are designated in Fig. 1 with ( 5 ). In the event that well-conducting brine is reported by the probe ( 8 ), the probe ( 9 ) waits for a certain conductivity to be obtained at the outlet ( 7 ), which means that the container ( 1 ) is completely filled with brine, or a regeneration of the ion exchanger mass ( 15 ) corresponds. The valve ( 4 ) is now closed via the data evaluation device ( 12 ) or again via the program control ( 13 ).
Wie bekannt schließt sich eine gewisse Ruhezeit (Verweilzeit) im Programmablauf an, die den vollständigen Ionenaustausch begünstigt. As is known, there is a certain rest period (dwell time) in the Program sequence that favors the complete ion exchange.
Je nach den gestellten Ansprüchen, folgt anschließend ein Ausspülen der Salzsole aus dem Behälter (1) oder direkt ein Füllen der Geschirr spülmaschine, falls die Solereste den Spülvorgang nicht stören.Depending on the requirements, rinsing of the brine from the container ( 1 ) or directly filling the dishwasher follows if the brine residues do not interfere with the washing process.
Eine andere Programmvariante geht, wie erwähnt, davon aus, daß z. B. bei einer Geschirrspülmaschine nach jeder Weichwasserentnahme ein Regeneriervorgang anschließt. In einem solchen Fall erübrigt sich die Prüfung, ob die Ionenaustauschermasse erschöpft ist oder nicht. Diese Variante hat überdies den Vorteil, daß man mit einem sehr geringen Volumen Ionenaustauschermasse auskommt, da nach jeder Entnahme regene riert wird.Another program variant, as mentioned, assumes that e.g. B. in a dishwasher after each soft water withdrawal Regeneration process follows. In such a case, there is no need Check whether the ion exchange mass is exhausted or not. These Variant also has the advantage that you can with a very low Volume of ion exchange mass needs, because after each withdrawal rain is riert.
Die Sonde (8) dient in diesem Fall lediglich dazu, den richtigen Salz gehalt der Sole zu prüfen und gegebenenfalls anzuzeigen. Die Sonde (9) bestimmt das Ende des Regeneriervorganges.In this case, the probe ( 8 ) only serves to check the correct salt content of the brine and, if necessary, to display it. The probe ( 9 ) determines the end of the regeneration process.
Für diese Programmvariante kann es vorteilhaft sein, anstelle der Sonde (8), die in Fig. 1 dargestellte Sonde (10) direkt im Salzsole-Behäl ter (2) anzuordnen, um die Konzentration der Salzsole, bzw. den Mangel an Salz dauernd, also auch während der anderen Programmphasen, anzuzeigen.For this program variant, it may be advantageous to arrange the probe ( 10 ) shown in FIG. 1 directly in the salt brine container ( 2 ) instead of the probe ( 8 ) in order to continuously maintain the concentration of the brine or the lack of salt, also during the other phases of the program.
Die beiden Programmvarianten lassen sich leicht an alle sonstigen Bedingungen anpassen und erweitern. Von großer Bedeutung ist, gegen über den gebräuchlichen Programmen, daß wesentliche Programmphasen echt funktionsfähig und nicht nur behelfsweise zeitabhängig gesteuert werden. Zum Beispiel entfällt das zeitliche Regenerieren, wo man bisher mit einer nur ungenau zu dosierenden Durchflußmengenregelung, versuchte mit 30 Sekunden-Impulsen, eine genau bestimmte Menge Salz in den Ionenaustauschbehälter zu bringen.The two program variants can be easily connected to all others Adjust and expand conditions. Is of great importance against above the usual programs that essential program phases are real functional and not only temporarily controlled depending on time will. For example, there is no time regeneration where you have been with a flow control that can only be metered imprecisely, tried with 30 second pulses, a precisely defined amount of salt in the Bring ion exchange containers.
Besonders sinnfällig werden die Vorteile einer erfindungsgemäßen Kombination mit einer Differential-Leitwertmessung des Wassers, die mit einfachsten Mitteln unabhängig von der jeweiligen Ausganghärte arbeitet.The advantages of an inventive are particularly obvious Combination with a differential conductance measurement of the water with simplest means works regardless of the initial hardness.
Obwohl die Beispiele nur mit Leitwertmessungen beschrieben sind, ist auch die Verwendung von anderen Ionen- bzw. Anionensonden möglich, die für bestimmte Aufgaben, z. B. bei Vollentsalzung und ähnliches nach den gleichen Grundlagen eingesetzt werden können.Although the examples are only described with conductance measurements, it is also possible to use other ion or anion probes, for certain tasks, e.g. B. with demineralization and the like can be used according to the same principles.
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