JP2010032453A - 電解液の濃度測定装置及び軟水化システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単かつ安価な回路構成で電気伝導度の高い塩水の濃度測定ができる電解液の濃度測定装置を提供するとともに、コンパクトな構成でイオン交換樹脂の再生処理を効率よく行うことができる軟水化システムを提供する。
【解決手段】一対の水位電極２に正弦波電圧を入力し、水位電極間に存在する電解液の濃度に応じて変化する出力正弦波電圧の振幅を制御部１で測定するように構成する。その際、水位電極２の出力正弦波電圧をオペアンプ５で増幅するとともにかさ上げしてコンパレータ６に入力し、コンパレータ６で出力正弦波電圧の下半分の振幅を測定することで、小さい振幅を精度よく測定できるようにする。そして、軟水化システムにおいては、イオン交換樹脂の再生用の塩水を生成する際にこの濃度測定装置で塩分濃度を監視しつつ所望の濃度の塩水を生成する。
【選択図】 図１

Description

この発明は電解液の濃度測定装置及び軟水化システムに関し、より詳細には、イオン交換樹脂により原水（硬水）に含まれる硬度成分を除去する軟水化システムにおいて、硬度成分の除去能力を失ったイオン交換樹脂を再生するための塩水の濃度を測定するための電解液の濃度測定装置と、当該濃度測定装置を備えた軟水化システムに関する。

イオン交換樹脂を用いた軟水化システムにおいては、イオン交換樹脂にカルシウムなどの硬度成分が吸着することによって硬度成分の除去能力が失われた場合、イオン交換樹脂が充填された樹脂筒（カラム）内に塩水を通すことによりイオン交換樹脂の再生が行われている（たとえば、特許文献１参照）。

ところで、このようなイオン交換樹脂の再生に使用する塩水としては、塩分濃度が１０パーセントの塩水を用いるのが好ましいとされている。そのため、従来の軟水化システムでは、濃度１０パーセントの塩水を作るために、たとえば、飽和食塩水（２８パーセント）と原水（真水）とを混合することにより濃度１０パーセントの塩水を作るか、あるいは、所定量の補水を行った後に、工業塩が溶け出して１０パーセントの濃度の塩水が得られるのに要する一定時間の経過を待って１０パーセントの濃度の塩水を生成していた。

しかしながら、飽和食塩水に原水を混合する方法では、飽和食塩水を収容するタンクと原水を収容するタンクとが必要になることから装置が大型化するとともに、飽和食塩水を作り置きしておく必要があることからタンク内に雑菌が発生するなど衛生面で問題があった。

一方、補水後に一定時間の経過を待つ方法では、工業塩の補充忘れなどによりタンク内の塩が不足しているときでも一定時間の経過により自動的にイオン交換樹脂の再生処理が行われることとなり、十分な再生効率が得られない場合が生じるという問題があった。また、所定の工業塩以外の塩（すなわち、所定の工業塩とは水との接触面積が異なる塩、たとえば食塩など）が使用された場合にも十分な濃度が得られないことがあり、再生効率が不十分となっていた。つまり、一定時間の経過を待って再生処理を開始する構成では塩水の濃度が安定しないまま再生処理が行われるという問題があった。

なお、安定した塩分濃度を得るために、いわゆる水位電極方式で塩分濃度を測定することも考えられるが、その場合、水位電極に直流電圧を印加すると電極に気泡が発生し正確な電流測定ができない。また、交流電圧を印加する場合でも、たとえば、特許文献２に記載の濃度測定装置のように、矩形波を印加する構成では実際の出力波形が微分波形となってしまい振幅が安定せず、正確な測定が困難である。

そこで、水位電極に正弦波電圧を印加することが考えられるが、塩水は電気伝導度が高いので通常の電圧を印加すると電極間に大きな電流が流れてしまうことから微少な電圧を用いなければならず、そのために、水位電極方式で塩分濃度を測定するには電流検出のための回路が複雑・高価なものとなるという問題があった。

特開平９−１７４０５０号公報 特開２００２−５８６２号公報

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、簡単かつ安価な回路構成で電気伝導度の高い塩水の濃度測定ができる電解液の濃度測定装置を提供するとともに、コンパクトな構成でイオン交換樹脂の再生処理を効率よく行うことができる軟水化システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る電解液の濃度測定装置は、抵抗と一対の水位電極の直列回路に対して正弦波電圧を入力し、上記水位電極間に存在する電解液の濃度に応じて変化する出力正弦波電圧の振幅を制御部で測定するように構成された電解液の濃度測定装置であって、上記出力正弦波電圧と制御部のアナログ出力電圧とを比較するコンパレータを備え、このコンパレータの前段において、オフセット電圧が上記制御部のアナログ出力電圧の最大値の近傍値に設定されたオペアンプにより上記出力正弦波電圧を増幅するように構成されたことを特徴とする。

すなわち、この電解液の濃度測定装置は、電気伝導度の高い電解液の濃度を測定するにあたり、抵抗と水位電極の直列回路を介して印加される正弦波電圧に応じて出力される出力正弦波電圧の振幅に基づいて電解液の濃度を測定する。従来のように水位電極とグランド間に設けられた抵抗に流れる電流を検出する構成では、水位電極間に大きな電流を流すか、あるいは、微少な交流電圧を印加して検出側に利得の大きな（たとえば利得が１００倍以上）の増幅回路を設けることが必要になるが、この請求項１に係る濃度測定装置では出力電圧の変化を捉えるように構成されるので、微少な入力電圧で（大きな交流電源を必要とせずに）、しかも、利得が大きな増幅回路を用いることなく電解液の濃度測定を行うことができる。特に、入力する正弦波電圧の周波数が高くなると利得が大きな増幅回路（オペアンプ）を用いることは困難になることから、大きな利得の増幅回路を使用せずに濃度測定が行える回路構成を採用することの利点は大きい。

そして、水位電極に微少電圧を印加する構成を採用すると、それに伴って出力正弦波電圧の振幅が小さくなるので、請求項１の濃度測定装置では、出力正弦波電圧をオペアンプで増幅することによって振幅の検出を容易にしている。なお、このときのオペアンプの利得としては、たとえば数十倍（具体的には３０〜４０倍程度）のものが使用される。またその際、オペアンプには制御部のアナログ出力電圧の最大値に近い値（近傍値）のオフセット電圧を印加するので、コンパレータにおいて制御部のアナログ出力電圧と比較される波形は、このオフセット電圧を中心に上下に振幅をもった波形となる。つまり、増幅された出力正弦波電圧の振幅のうちの下半分（谷側）の波形をコンパレータでの比較対象としている。そのため、振幅全体を測定する場合に比べて分解能を向上させることができ、精度の良い測定ができる。なお、このように出力正弦波電圧をオフセット電圧でかさ上げすることにより、オペアンプにマイナスの電源を設ける必要がなく、安価に回路を組むことが可能になる。

また、請求項２に係る電解液の濃度測定装置は、請求項１に記載の電解液の濃度測定装置において、上記制御部のアナログ出力電圧は上記正弦波電圧の周期よりも長い周期で段階的に変化するように設定されており、上記コンパレータの出力電圧を平滑し、その平滑された出力電圧と所定の電圧値とを比較する第２のコンパレータを備え、この第２のコンパレータの比較結果を上記制御部に入力する構成を備えたことを特徴とする。

すなわち、この請求項２に係る濃度測定装置では、コンパレータに入力する制御部のアナログ出力電圧を上記正弦波電圧の周期よりも長い一定の周期で段階的に変化させながら、上記正弦波電圧の振幅を測定する。具体的には、たとえば、上記アナログ出力電圧を低い電圧値（零に近い値）から始めて比較的大きな変動幅で段階的に上げていく。そして、アナログ出力電圧が出力正弦波電圧の振幅の下端（下限値）を上回ってコンパレータの出力が反転すると、今度はアナログ出力電圧を上昇させるときよりも小さな変動幅で段階的に下げてゆき、コンパレータの出力が再び反転したときに正弦波電圧の振幅の下端を検出するように構成される。ここで、このようにアナログ出力電圧を上げ幅と下げ幅に差を設けているのは、最初から小さい変動幅で正弦波電圧の振幅の下限値を探すようにすると検出に長時間を要するおそれがあるので、はじめはアナログ出力電圧を大きく上昇させながら振幅の下端付近を大雑把に探し、その後に振幅の下端値を正確に検出するようにすることで、検出に要する時間を短縮するためである。なお、最初は零に近い値から始めるのは、電解液の濃度が不明な状態で検出を始めるので、最初は振幅の下端値よりも低いところで始める必要があるからである。

その際、上記コンパレータの出力電圧を平滑し、その平滑された出力電圧と所定の電圧値とを比較する第２のコンパレータを備えさせ、この第２のコンパレータの比較結果を制御部に入力する構成を備えたことにより、制御部では上記コンパレータの出力（パルスの有無）を直接検出するのではなく、平滑され第２のコンパレータでＨｉ／Ｌｏの信号に変換された出力に基づいて濃度を判定すればよいので、制御部の処理が軽減される。すなわち、上記正弦波電圧として高周波を用いた場合でも、制御部は高速で処理を行わなくて済み、制御上の負担が軽減される。

また、請求項３に係る電解液の濃度測定装置は、請求項１または２に記載の電解液の濃度測定装置において、上記正弦波電圧は、上記制御部から出力される矩形のパルス電圧に基づいて生成される高周波が用いられることを特徴とする。

すなわち、この請求項３に係る濃度測定装置では、水位電極に印加する正弦波電圧として制御部（具体的には、マイコンのパルス出力）から出力される矩形のパルスに基づいて生成される正弦波が用いられるので、周波数にバラツキが少ない。また、高周波を用いるので、矩形波を正弦波に変換するＬＣ共振回路に使用するコイルやコンデンサとして小型のものを使用することができる。なお、上記正弦波電圧として高周波を用いる場合、上記コンパレータの前段に用いられるオペアンプには高速オペアンプが使用される。

また、請求項４に係る電解液の濃度測定装置は、請求項１から３のいずれかに記載の電解液の濃度測定装置において、上記直列回路に対し、さらに直列に抵抗を備え、上記水位電極間が短絡故障した場合にはこれを検出可能としたことを特徴とする。

すなわち、請求項４に係る濃度測定装置では、上記直列回路に対してさらに直列に抵抗が備えられ、この抵抗に基づいて水位電極間が短絡故障した場合にはその検出が行われるので、水位電極間の短絡故障を早期に発見することができる。

また、請求項５に係る軟水化システムは、請求項１から４のいずれかに記載の電解液の濃度測定装置の水位電極がイオン交換樹脂の再生用の塩水を生成する塩水タンクに配設され、上記濃度測定装置による測定結果に基づいて上記塩水タンクの塩水濃度が所望の濃度となるように制御されるように構成されたことを特徴とする。

すなわち、この軟水化システムでは、イオン交換樹脂の再生用の塩水生成タンクに上述した請求項１から４のいずれかに記載の濃度測定装置が備えられているので、イオン交換樹脂再生用の塩水を生成するにあたり塩水の濃度を正確に測定することができる。そのため、塩水タンクへの補水動作の終了後は、濃度測定装置により塩水タンク内の塩水の濃度を監視し、所望の濃度になったときに塩水による再生運転（通薬運転）を開始させることができ、イオン交換樹脂の再生処理を効率よく行うことができる。

本発明に係る電解液の濃度測定装置によれば、電解液の濃度が、抵抗と水位電極の直列回路に印加される正弦波電圧に応じて得られる出力正弦波電圧の振幅に基づいて測定されるので、大きな交流電源を必要とせずに微少な入力電圧で、しかも、検出側に利得が大きな増幅回路を用いることなく測定でき、簡単かつ安価な回路構成で電気伝導度の高い電解液の濃度測定を行うことができる。

また、本発明に係る濃度測定装置を、イオン交換樹脂の再生用の塩水を生成する塩水タンクに用いてイオン交換樹脂の再生用の塩水の濃度を測定・制御することにより、コンパクトでイオン交換樹脂の再生処理効率の高い軟水化システムを提供できる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る電解液の濃度測定装置の概略構成を示す回路図である。また、図２は図１においてＸ印を付した各部の電圧波形を示す説明図である。

図１に示す濃度測定装置は、制御部１と、一対の水位電極２（２ａ，２ｂ）と、この水位電極２と直列に接続された抵抗３と、これら抵抗３と水位電極２の直列回路に対して印加する正弦波電圧を出力する交流電源４と、上記水位電極２ａ，２ｂ間に存在する電解液の濃度に応じて変化する出力正弦波電圧を増幅するオペアンプ５と、このオペアンプ５で増幅された出力正弦波電圧を所定の基準電圧Ｖ_Ref と比較するコンパレータ６と、コンパレータ６の出力電圧を平滑するコンデンサ７と、該コンデンサ７で平滑されたコンパレータ６の出力電圧を制御部１に入力するための前処理を行う第２のコンパレータ８とを主要部として備えて構成される。

具体的には、 制御部１は、出力正弦波電圧の振幅に基づいて電解液の濃度を算出するプログラムを備えたマイコンであって、少なくとも、このマイコンには、矩形パルスを出力する矩形パルス出力端子と、所定のアナログ電圧を出力する端子（Ｄ／Ａ出力端子）と、上記第２のコンパレータ８の出力電圧（Ｈｉ／Ｌｏ信号）の入力端子とが備えられている（これら各端子の作用については後述する）。

上記水位電極２は、電解液の濃度を測定するための測定電極を構成する電極であって、金属製の電極を電解液中に所定の間隔（たとえば、２ｃｍ程度）を設けて配設される。一方、この水位電極２に印加する交流正弦波電圧は、上記交流電源４において、上記マイコンの矩形パルス出力端子から出力される矩形波パルスを２段のＬＣ共振回路などを用いて正弦波に変換している。具体的には、本実施形態では、この交流電源４として、周波数３１．４ｋＨｚ、出力電圧２Ｖの正弦波電圧が用いられている。

そして、この正弦波電圧が、スイッチ９を介して上記抵抗３と水位電極２の直列回路に印加可能とされている。スイッチ９は上記制御部１によって短絡／開放の切換が可能に構成されており、具体的にはこのスイッチ９としてはトランジスタ等の半導体素子が好適に用いられる。一方、抵抗３と水位電極２の直列回路には、さらに直列に抵抗１０が配されており、水位電極２に正弦波電圧を印加する際にはこれら抵抗１０，３を介して電圧が印加されるように構成されている。ここで上記抵抗１０は水位電極２が短絡したときに過電流が流れるのを防止するための制限抵抗である。

オペアンプ５は、上記水位電極２ａ，２ｂ間に存在する電解液の濃度に応じて変化する出力正弦波電圧を増幅する増幅回路を構成するもので、上記出力正弦波電圧がコンデンサ１１および抵抗１２を介して反転端子に入力されている。本実施形態では、このオペアンプ５の利得は３９倍とされる。すなわち、上記電解液が濃度１０パーセントの塩水の場合、その抵抗値は１０オーム程度であることから、上記交流電源４から２Ｖの正弦波電圧を印加した場合、出力正弦波電圧として取り出される電圧の振幅は極めて小さいものとなる。そのため、このオペアンプ５で振幅の検出が容易にるように増幅している。

また、このオペアンプ５には出力正弦波電圧をかさ上げするためのオフセット電圧が非反転端子に入力されている。すなわち、後述するように、このオペアンプ５で増幅された出力正弦波電圧はコンパレータ６によって所定の基準電圧Ｖ_Refと比較されるが、その際に、増幅した振幅の下半分（谷側）の波形が比較対象となるようにしている。なお、このオフセット電圧としては、上記制御部１のＤ／Ａ出力端子から出力されるアナログ電圧の最大値に近い値が使用される。本実施形態では最大５ＶのＤ／Ａ出力に対してオフセット電圧としてＤＣ４．５５Ｖが用いられている。

コンパレータ６は、オペアンプ５で増幅及びかさ上げされた出力正弦波電圧（図２のＡ部波形参照）を所定の基準電圧Ｖ_Ref（図２のＢ部波形参照）と比較する比較器であって、上記オペアンプ５の出力が反転端子に入力されるとともに、非反転端子に基準電圧Ｖ_Refが入力されている。ここで、この基準電圧Ｖ_Refは、マイコンのＤ／Ａ出力端子から与えられるように構成されており、図２のＢ部波形に示すように、正弦波電圧の周期（換言すれば、出力正弦波電圧波形の１周期）よりも長い周期で段階的（換言すれば階段状）に変化するように設定されている。つまり、マイコンは基準電圧Ｖ_Refを出力しながら、後述する第２のコンパレータ８から入力される信号に基づいて出力正弦波の下端を測定するように構成されている。

より詳細には、このマイコンから出力される基準電圧Ｖ_Refは、図２のＢ部波形に示すように、零に近い低い電圧値から始まり、一定期間（図示例では０．１秒）ごとに一定の上げ幅（図示例では、５ＶのＤ／Ａ出力に対して３２／２５５（２０(hex)／０．１秒、すなわち、１００ｍ秒ごとにＤＣ５Ｖ×３２／２５５≒０．６３Ｖ）の上げ幅）で段階的に上げていくように設定され、基準電圧Ｖ_Refが出力正弦波電圧の振幅の下端（下限値）を超えると（第２のコンパレータ８からの出力が反転すると）、今度は、上記上げ幅よりも小さい一定の下げ幅（図示例では、１(hex)／０．１秒、すなわち、１００ｍ秒ごとにＤＣ５Ｖ×１／２５５≒０．０２Ｖ）の下げ幅）で段階的に下げながら振幅の下端を探すように構成されている。なお、ここで、基準電圧Ｖ_Refの上げ幅と下げ幅に差を設けているのは、最初から小さい変動幅で正弦波電圧の振幅の下限値を探すようにすると検出に長時間を要するおそれがあるので、検出に要する時間を短縮するためである。また、最初は零に近い値から始めるのは、電解液の濃度が不明な状態で検出を始めるので、最初は振幅の下端値よりも明らかに低いところ始める必要があるからである。

このようにして、オペアンプ５で増幅・かさ上げされた出力正弦波電圧の下半分の波形と基準電圧Ｖ_Refとをコンパレータ６で比較した結果は、抵抗１３を介して第２のコンパレータ８の非反転端子に入力される。その際、このコンパレータ６の出力電圧はコンデンサ７により平滑され、第２のコンパレータ８に入力されるように構成されている。この第２のコンパレータ８は、上記コンパレータ６において基準電圧Ｖ_Refが出力正弦波電圧の下端を超えたときにＨｉ、基準電圧Ｖ_Refが出力正弦波電圧の下端よりも低いときにＬｏの信号を出力するように構成されており、この第２のコンパレータ８によるＨｉ／Ｌｏの信号がマイコンに入力されている。

これにより、マイコンは上記基準電圧Ｖ_Refの値と、第２のコンパレータ８から与えられるＨｉ／Ｌｏの信号が反転するタイミングにより上記出力正弦波電圧の振幅を検出することができるようになる。

具体的には、電解液の濃度検出の開始時に、その都度、水位電極２の短絡故障の検出を兼ねてオフセット電圧を測定する。すなわち、スイッチ９を開放にして正弦波電圧の印加を停止し、この状態で上述したように基準電圧Ｖ_Refを上げていき第２のコンパレータ８の出力がＨｉになったら今度は基準電圧Ｖ_Refを下げていき第２のコンパレータ８の出力がＬｏになった時点の基準電圧Ｖ_Refをオフセット電圧ＤＡoffsetとして記憶し、このオフセット電圧がＤＡoffset≦Ｅ０(hex)またはＤＡoffset≧Ｆ０(hex)となった場合には濃度測定装置の異常（水位電極２の異常）と判定する。なお、この判定は所定回数（たとえば３回）繰り返し同様の結果が出た場合に濃度測定装置の故障と判定するように構成することもできる。

そして、濃度測定装置が正常である場合には、次に、上記スイッチ９を短絡させて水位電極２に正弦波電圧を印加し、この状態で、上述したのと同様の手順で基準電圧Ｖ_Refを上げていき第２のコンパレータ８の出力がＨｉになったら今度は基準電圧Ｖ_Refを下げていき第２のコンパレータ８の出力がＬｏになった時点の基準電圧Ｖ_Refを検出電圧ＤＡrefとし、上記オフセット電圧ＤＡoffsetからこの検出電圧ＤＡrefを減算して得られる値を増幅後の出力正弦波の振幅として検出する。なお、この振幅の検出は、電解液の濃度測定中は繰り返し行われ、濃度の変化があった場合にはその変化に応じた振幅の値がマイコンに取り込まれる。

制御部１（マイコン）は、このようにして電解液の濃度に応じて変化する出力正弦波の振幅を取り込むと、その後は、マイコンに記憶された濃度算出プログラムに基づいて電解液の濃度を算出する。具体的には、上記マイコンのメモリには、振幅と電解液濃度との対応関係を記憶させておき、この対応関係に基づいて電解液の濃度を算出する。なお、その際、必要に応じて温度補償を行う。つまり、電解液の温度による補正データを予め備えさせておき、当該補正データに基づいて温度補償を行うように構成される。

このように、本発明の濃度測定装置によれば、電解液の濃度が、水位電極２に印加される正弦波電圧に応じて得られる出力正弦波電圧の振幅に基づいて測定されるので、大きな交流電源を必要とせずに微少な入力電圧で、しかも、検出側に利得が大きな増幅回路を用いることなく測定することができ、簡単かつ安価な回路構成で電気伝導度の高い電解液の濃度測定を行うことができる。

次に、本発明に係る濃度測定装置を適用した軟水化システムについて説明する。図３はかかる軟水化システムの概略構成を示す説明図である。

図３は、いわゆる家庭用の小型の軟水器（軟水化システム）１００を示しており、イオン交換樹脂（図示せず）を収容するイオン交換樹脂筒１０１と、上水道などの水源から供給される原水（未処理水）をイオン交換樹脂筒１０１に取り込むための入水流路１０２と、イオン交換樹脂筒１０１を経由して軟水化処理された被処理水（軟水）を機外へ出力するための出水流路１０３と、上記入水流路１０２と出水流路１０３との間で上記イオン交換樹脂筒１０１をバイパスするバイパス流路１０４と、軟水器１００の各部を制御する制御手段１０５とを主要部として備えるとともに、上記イオン交換樹脂筒１０１内に収容されたイオン交換樹脂の再生に用いる薬液（塩水）を生成する塩水タンク１０６を備えている。

上記イオン交換樹脂筒１０１は、イオン交換樹脂及び軟水化処理を行う原水を収容するための内部空間を有する有底筒型の容器で構成されている。なお、このイオン交換樹脂筒１０１は、イオン交換樹脂の再生処理の際に薬液（塩水）が通されるので、少なくともその内面は耐薬液性を有する材質、たとえばステンレスやプラスチック樹脂などによって構成されている。

このイオン交換樹脂筒１０１は、内部にイオン交換樹脂が収容された状態で、上部フィルタ１０７を介して上記入水流路１０２から原水を導入し、この原水をイオン交換樹脂筒１０１内に収容・堆積されたイオン交換樹脂層を通して軟水化処理し、軟水化処理された被処理水（軟水）がイオン交換樹脂筒１０１の下部（イオン交換樹脂層の下層付近）に設けられた下部フィルタ１０８を介して出水流路１０３に取り出されるように構成されている。

上記入水流路１０２は、その一端に上記水源からの給水を受けるための入水口１０９を備えており、他端が上記上部フィルタ１０７に接続されている。この入水流路１０２には、図示のように、入水口１０９側から順に、水源からの給水圧を調整するための減圧弁１１０、水源側への逆流を防止するための逆流防止機構１１１及びイオン交換樹脂筒１０１への入水を制御する一対の入水弁１１２、１１２が設けられている。ここで、図において、逆流防止機構１１１を構成する逆止弁１１３及び入水弁１１２がそれぞれ並列に設けられているのは入水流路１０２の流路抵抗が高くなるのを防止するためである。

一方、出水流路１０３は、その一端に軟水を出水するための出水口１１４が備えられ、他端が上記下部フィルタ１０８に接続されている。この出水流路１０３には、上記下部フィルタ１０８側から順に、軟水の出水を制御する一対の採水弁１１５と上記出水口１１４からの出水の流量を検出するための出水流量センサ１１６が備えられている。ここで、図において、上記採水弁１１５が並列に設けられているのは上記入水流路１０２における入水弁１１２と同様に、出水流路１０３の流路抵抗が高くなるのを防止するためである。

上記バイパス流路１０４は、上記入水流路１０２の入水弁１１２の上流側かつ逆流防止機構１１１の下流側の部位と、上記出水流路１０３の採水弁１１５の下流側かつ出水流量センサ１１６の上流側の部位とを接続する配管で構成されている。このバイパス流路１０４には、入水流路１０２側から順に、バイパス流路１０４の通水流量を検出するためのバイパス流量センサ１１７とバイパス流路１０４の流路を開閉するバイパス弁１１８とが設けられている。

そして、上記入水管路１０２には入水管路１０２を流れる原水の温度を検出するための温度検出手段としてサーミスタ１１９が設けられている。

この他、図３において、上記入水流路１０２の上記入水弁１１２と上部フィルタ１０７との間に配設されている排水管１２０は、イオン交換樹脂筒１０１の逆洗時等においてイオン交換樹脂筒１０１から流出する水を機外に排水するための排水管であり、この排水管１２０の先端には機外に通じる排水口１２１が設けられている。また、この排水管１２０には、逆洗時など排水が必要な場合にのみ開弁する排水弁１２２が備えられている。

上記塩水タンク１０６は、イオン交換樹脂の再生処理を行うための薬液（塩水）を生成・貯留するためのタンクであって、この塩水タンク１０６には薬液の元となる工業塩を収容する塩投入かご１２３が備えられている。また、この塩水タンク１０６内には該タンク内の水位を検出する水位センサ１２４と、タンク内の塩水の塩分濃度を測定するための測定電極を構成する水位電極２とが備えられている。すなわち、この軟水器１００においては、上述した電解液の濃度測定装置の水位電極２が塩水タンク１０６に配設されており、その余の回路が上記制御手段１０５に内蔵され、制御手段１０５により塩水タンク１０６内の塩水の濃度が測定できるように構成されている。なお、この水位電極２は塩水タンク１０６の下部に好適に設けられる。

そして、この塩水タンク１０６には、一端が上記出水流路１０３（具体的には下部フィルタ１０８の近傍）に接続され、他端が塩水タンク１０６の下部に接続された薬液管１２５と、一端が上記バイパス流路１０４のバイパス弁１１８の下流側に接続され、他端が塩水タンク１０６の上部に接続された補水管１２６とが接続されている。そして、上記薬液管１２５にはイオン交換樹脂の再生処理時（通薬運転時）などに開弁する薬液弁１２７が設けられ、また、上記補水管１２６には塩水タンク１０６への補水運転時に開弁する補水弁１２８が設けられている。

そして、これに関連して、上記排水管１２０には上記薬液を機外に排出するための薬液排出管１２９が接続されており、上記薬液弁１２７とこの薬液排出管１２９に設けられた薬液排出弁１３０とを開弁させることによって塩水タンク１０６内の薬液を機外に排出できるように構成されている。

また、図において上記バイパス流路１０４と並行して配設されている第２のバイパス流路１３１は、上記バイパス弁１１８、入水弁１１２、採水弁１１５などが閉弁状態で固着（閉故障）したような場合に手動でバイパス流路を設定できるようにするための予備配管であって、この第２のバイパス流路には手動で開弁可能な開閉弁１３２が設けられている。

なお、図１において符号１３３ａ〜１３３ｃで示すものは、いずれも水源からの給水圧を利用した流出防止機構である。

上記制御手段１０５は、軟水器１００の各部を制御するためのマイコン（図示せず）やデータ等を記憶する記憶手段（図示せず）を備えた制御基板で構成される。そして、この制御手段１０５には、上記出水流量センサ１１６、バイパス流量センサ１１７及びサーミスタ１１９などの各種のセンサ類が電気的に接続され、これらセンサ類で検出される各種情報が制御手段１０５に取り込み可能に構成されている。また、この制御手段１０５は、上記入水弁１１２、採水弁１１５、バイパス弁１１８、排水弁１２２、薬液弁１２７、補水弁１２８などの各種弁装置とも電気的に接続され、これら各種弁装置に対して弁の開閉制御や開度制御用の制御信号を出力できるように構成されている。

しかして、このように構成された軟水器１００の動作について以下に説明する。
本実施形態に示す軟水器１００は、制御手段１０５による制御によって以下の３つの運転モードを備えており、各運転モードに応じて制御手段１０５は以下のような制御を実行するように構成されている。

Ａ：通常運転モード
通常運転モードは、水源から供給される原水をイオン交換樹脂筒１０１内で軟水化処理して出水口１１４から出水させるための運転モードであって、制御手段１０５が後述する再生運転モードまたはブロー運転モードにあるとき以外はこの通常運転モードとされている。

通常運転を行う場合、制御手段１０５は、上記入水弁１１２及び採水弁１１５を開弁（全開）させるとともに、その他のバイパス弁１１８、排水弁１２２、薬液弁１２７、補水弁１２８、及び薬液排出弁１３０を閉弁状態とする。

そのため、この通常運転モードにあるときは、出水口１１４に接続される屋内配管側でカランが開かれるなどして通水が生じると、これに伴って水源から供給される原水が入水流路１０２を経由して上部フィルタ１０７からイオン交換樹脂筒１０１内に下方流として通水される。そして、この原水がイオン交換樹脂筒１０１内のイオン交換樹脂層で軟水化処理された後、下部フィルタ１０８及び出水流路１０３を介して出水口１１４から屋内配管側に供給される。

Ｂ：再生運転モード
再生運転モードは、軟水器１００の継続的な使用によって性能が劣化したイオン交換樹脂に対して薬液（塩水）を通すなどしてイオン交換樹脂の性能を再生することを目的として定期的に実行される運転モードである。

この再生運転モードになると、制御手段１０５は逆洗運転、補水運転、通薬運転、押出・洗浄運転の順で以下のような処理を実行する。

ａ：逆洗運転
逆洗運転は、イオン交換樹脂筒１０１に対して上方流で通水することにより、通常運転によって圧密化したイオン交換樹脂を解きほぐし、イオン交換樹脂筒１０１内に蓄積されたゴミなどを排出するために行う運転である。

逆洗運転を行う場合、制御手段１０５は、上記入水弁１１２を閉弁させるとともに、バイパス弁１１８及び採水弁１１５を開弁させて、水源から供給される原水が下部フィルタ１０８を通ってイオン交換樹脂筒１０１内に供給されるようにして、イオン交換樹脂筒１０１内に上方流を生じさせる。また、これと並行して、排水弁１２２を開弁させて、上記上方流によって上部フィルタ１０７から入水流路１０２側に逆流する水やゴミ等を排水管１２０を介して機外に排出させる。

ｂ．補水運転
補水運転は、塩水タンク１０６に原水を導入し、薬液（塩水）を生成するために行う運転である。

補水運転を行う場合、制御手段１０５は、上記入水弁１１２、採水弁１１５および薬液弁１２７を閉じるとともに、バイパス弁１１８及び補水弁１２８を開弁させて、水源から供給される原水が補水管１２６を通って塩水タンク１０６内に導入されるようにする。そして、このときに制御手段１０５は、内蔵された濃度測定装置により塩水タンク１０６内の塩水がイオン交換樹脂の再生に適した濃度になったか否かを監視する。

そして、塩水タンク１０６内の塩分濃度が再生処理に適した濃度になると、補水運転を停止させて通薬運転を開始する。

ｃ．通薬運転
通薬運転は、塩水タンク１０６で生成された薬液をイオン交換樹脂筒１０１に通すために行う運転である。

この通薬運転を行う場合、制御部１０５は、上記入水弁１１２及び採水弁１１５を閉じるとともに、薬液弁１２７及び排水弁１２２を開弁させて、塩水タンク１０６から供給される薬液が薬液管１２５から下部フィルタ１０８を通ってイオン交換樹脂筒１０１内に導入されるようにして、イオン交換樹脂筒１０１内に上方流を生じさせる。これによって、イオン交換樹脂筒１０１内のイオン交換樹脂が薬液に浸されイオン交換樹脂の再生が行われる。なお、本実施形態に示す軟水器１００では上述したように、薬液（塩水）の濃度を監視しながら通薬が行われるので、イオン交換樹脂の再生処理を効率よく行わせることができる。そして、この上方流によって上部フィルタ１０７から流出する薬液は排水管１２０から機外に排出される。

また、この通薬運転の際には、上記制御部１０５はバイパス弁１１８を開弁させておき、屋内配管側でカランが開かれるなどして通水が生じた場合には、水源から供給される原水がバイパス流路１０４を介して出水口１１４に導入されるようにしている。

ｄ．押出・洗浄運転
押出・洗浄運転は、上記通薬運転によってイオン交換樹脂筒１０１や配管内に溜まった薬液を原水で押出排出し、イオン交換樹脂筒１０１内等を洗浄するために行う運転である。

この押出・洗浄運転においては、はじめに上述した逆洗運転と同様の逆方向の通水が生じる運転を行った後に順方向の通水が生じる洗浄運転が行われる。そのため、まず、逆洗運転と同様に、上記入水弁１１２を閉弁させるとともに、バイパス弁１１８、採水弁１１５及び排水弁１２２を開弁させて、水源から供給される原水を下部フィルタ１０８を介してイオン交換樹脂筒１０１内に導入して、上方流による押出しによって上部フィルタ１０７から流出する水などを排水管１２０から機外に排出する。そして、その後に、上記入水弁１１２及び薬液排出弁１３０を開弁させるとともに、その他のバイパス弁１１８、排水弁１２２、薬液弁１２７及び補水弁１２８を閉弁状態として、入水口１０９から導入される原水が入水弁１１２、上部フィルタ１０７、下部フィルタ１０８及び薬液排出弁１３０を経由して薬液排出管１２９から排出管１２０に排水する。なお、この順方向の洗浄運転により、上記通薬運転の際に下部フィルタ１０８の内側に捕捉されていた異物（塩水タンク１０６への塩投入時等に混入するゴミなど）が外部に排出される。

そして、この押出・洗浄運転が終了すると再生運転モードが解除されて通常運転モードに復帰する。

Ｃ：ブロー運転モード
ブロー運転モードは、軟水器１００の未使用の状態（出水口１１４からの出水がない状態）が所定時間（たとえば、２４時間）継続した場合に、イオン交換樹脂筒１０１内を洗浄してイオン交換樹脂筒１０１内の水を新しいものに交換するために実行される運転モードである。この運転モードの内容は上述した逆洗運転と同様であり、この場合も逆洗運転時におけるのと同様の流量制御を行うように構成することも可能である。

なお、上述した実施形態はあくまでも本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなくその範囲内で種々の設計変更が可能である。

たとえば、上述した実施形態では、本発明の濃度測定装置を塩水の濃度測定に用いた場合を示したが、本発明は電解液の濃度測定であれば、たとえば糖度の測定などの用途にも用いることができる。

また、上述した実施形態では、軟水化システムとして家庭用の軟水器１００を用いた場合を示したが、本発明の軟水化システムはイオン交換樹脂の再生用の塩水を生成する構成を備えていれば、家庭用に限らず工業用の軟水化システムにも適用可能である。

また、上述した実施形態では、塩水タンク１０６の水位を検出する水位１２４の測定電極とタンク内の塩分濃度を測定する水位電極２とを別個に設けた場合を示したが、たとえば、濃度測定装置のグランド側の水位電極２ｂを水位検出用の測定電極と共用するように構成することもできる。

本発明に係る電解液の濃度測定装置の概略構成を示す回路図である。 図１においてＸ印を付した各部の電圧波形を示す説明図である。 本発明に係る濃度測定装置を適用した軟水化システムの概略構成を示す説明図である。

符号の説明

１ 制御部
２ 水位電極
３，１０ 抵抗
５ オペアンプ
６ コンパレータ
７ コンデンサ
８ 第２のコンパレータ
１００ 軟水器
１０１ イオン交換樹脂筒
１０５ 制御手段
１０６ 塩水タンク

Claims (5)

1. 抵抗と一対の水位電極の直列回路に対して正弦波電圧を入力し、前記水位電極間に存在する電解液の濃度に応じて変化する出力正弦波電圧の振幅を制御部で測定するように構成された電解液の濃度測定装置であって、
   前記出力正弦波電圧と制御部のアナログ出力電圧とを比較するコンパレータを備え、
   このコンパレータの前段において、オフセット電圧が前記制御部のアナログ出力電圧の最大値の近傍値に設定されたオペアンプにより、前記出力正弦波電圧を増幅するように構成されたことを特徴とする電解液の濃度測定装置。
2. 前記制御部のアナログ出力電圧は前記正弦波電圧の周期よりも長い周期で段階的に変化するように設定されており、
   前記コンパレータの出力電圧を平滑し、その平滑された出力電圧と所定の電圧値とを比較する第２のコンパレータを備え、
   この第２のコンパレータの比較結果を前記制御部に入力する構成を備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載の電解液の濃度測定装置。
3. 前記正弦波電圧は、前記制御部から出力される矩形のパルス電圧に基づいて生成される高周波が用いられることを特徴とする請求項１または２に記載の電解液の濃度測定装置。
4. 前記直列回路に対し、さらに直列に抵抗を備え、前記水位電極間が短絡故障した場合にはこれを検出可能としたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電解液の濃度測定装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の電解液の濃度測定装置の水位電極がイオン交換樹脂の再生用の塩水を生成する塩水タンクに配設され、前記濃度測定装置による測定結果に基づいて前記塩水タンクの塩水濃度が所望の濃度となるように制御されるように構成されたことを特徴とする軟水化システム。

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