JP2024002398A - 軟水化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電解槽の送出先を切り替え可能な構成とすることで、電解槽の各電極の陽極使用時間を同程度に制御することが可能な軟水化装置を提供すること。【解決手段】軟水化装置1は、軟水槽3と、中和槽4と、電解槽9と、制御部15と、を備える。電解槽9は正運転時に酸性電解水が生成される第一室81と、正運転時にアルカリ性電解水が生成される第二室82と、を備え、再生工程時の運転状態として、正運転と、正運転とは電極の極性を反転した状態で運転する反転運転の少なくとも2種の運転状態を有する。制御部15は、再生工程時に電解槽9の運転状態に基づいて、第一室81から送出される電解水及び第二室82から送出される電解水の送出先を決定する。【選択図】図1

Description

本発明は、軟水化装置に関するものである。
従来の軟水化装置では、弱酸性陽イオン交換樹脂は、官能基の末端に水素イオンを有しており、原水中の硬度成分(例えば、カルシウムイオン、マグネシウムイオン)を水素イオンに交換して原水を軟水化している。食塩を使用しない陽イオン交換樹脂の再生方法として、電気分解で生成した酸性電解水により陽イオン交換樹脂を再生する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
弱酸性陽イオン交換樹脂により軟水化された水は、硬度成分の代わりに水素イオンが放出されるために酸性となる。これを中和するために、弱酸性陽イオン交換樹脂に弱塩基性陰イオン交換樹脂を組み合わせて利用されることがある。弱塩基性陰イオン交換樹脂の再生方法として、電気分解で生成したアルカリ性電解水を用いる方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開2011-30973号公報 特開2010-142674号公報
このような軟水化装置では、弱酸性陽イオン交換樹脂を再生する水素イオンと、弱塩基性陰イオン交換樹脂を再生する水酸化物イオンとを、水の電気分解により生成する電解槽が用いられている。電解槽の運転時には、陰極で生成された水酸化物イオンが水中のカルシウムイオンあるいはマグネシウムイオンと反応し、主に陰極上に固体(スケール)が析出する。電解槽内で析出したスケールは、電解槽の運転電圧を上昇させるため、軟水化装置の消費電力上昇を引き起こす。そこで、前述の運転時とは電解槽の電極に印加する電圧を反転させた状態で運転する転極運転を行い、固体を除去する必要がある。しかし電極は、主に陽極として使用される際に劣化が進行するため、通常運転と転極運転の2つの運転を繰り返す中で、陽極として使用される時間が長い電極の方が早く劣化してしまうという課題がある。
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、電解槽の各電極が陽極として使用される時間を均等化し、電極の寿命を長寿命化することが可能な軟水化装置を提供することを目的とする。
そして、この目的を達成するために、本発明に係る軟水化装置は、硬度成分を含む原水を弱酸性陽イオン交換樹脂により軟水化して酸性軟水を生成する軟水槽と、軟水槽を通過した酸性軟水のpHを弱塩基性陰イオン交換樹脂により中和して中和軟水を生成する中和槽と、酸性電解水とアルカリ性電解水とを生成する電解槽と、弱酸性陽イオン交換樹脂及び/又は弱塩基性陰イオン交換樹脂の再生を行う工程である再生工程を制御する制御部と、を備え、電解槽は正電解時に酸性電解水が生成される第一室と、正運転時にアルカリ性電解水が生成される第二室と、を備え、再生工程時の運転状態として、正運転と、正運転とは電極の極性を反転した状態で運転する反転運転との少なくとも2種の運転状態を有し、制御部は再生工程時に、電解槽の運転状態に基づいて、第一室から送出される電解水及び第二室から送出される電解水の送出先を決定する。これにより所期の目的を達成するものである。
本発明によれば、電解槽の各電極が陽極として使用される時間を均等化し、電極の寿命を長寿命化することが可能な軟水化装置を提供することができる。
図1は、実施の形態1に係る軟水化装置の構成を示す概念図である。 図2は、実施の形態1に係る軟水化装置の軟水化流路を示す構成図である。 図3は、実施の形態1に係る軟水化装置の軟水槽再生循環流路及び中和槽再生循環流路を示す構成図である。 図4は、実施の形態1に係る軟水化装置の軟水槽再生循環流路及び中和槽再生循環流路を示す構成図である。 図5は、実施の形態1に係る軟水化装置の貯水流路を示す構成図である。 図6は、実施の形態1に係る軟水化装置の貯水流路を示す構成図である。 図7は、実施の形態1に係る軟水化装置の再生流路洗浄流路を示す構成図である。 図8は、実施の形態1に係る軟水化装置の再生流路洗浄流路を示す構成図である。 図9は、実施の形態1に係る軟水化装置の電解槽洗浄流路を示す構成図である。 図10は、実施の形態1に係る軟水化装置の電解槽洗浄流路を示す構成図である。 図11は、実施の形態1に係る軟水化装置の捕捉部洗浄流路を示す構成図である。 図12は、実施の形態1に係る軟水化装置の原水導入流路及び供給流路を示す構成図である。 図13は、実施の形態1に係る軟水化装置の原水導入流路及び供給流路を示す構成図である。 図14は、実施の形態1に係る軟水化装置の制御方法を示す図である。 図15は、実施の形態1に係る軟水化装置の制御方法を示す図である。 図16は、実施の形態1に係る軟水化装置の機能ブロック図である。 図17は、実施の形態2に係る軟水化装置の構成を示す概念図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例で合って、本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、実施形態において説明する各図は、模式的な図であり、各図中の構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。
(実施の形態1)
図1を参照して、本発明の実施の形態1に係る軟水化装置1について説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る軟水化装置1の構成を示す概念図である。なお、図1では、軟水化装置1の各要素を概念的に示している。
(全体構成)
軟水化装置1は、外部から供給される硬度成分を含む原水から、中性の軟水を生成する装置である。なお、原水とは、流入口2から装置内に導入された水(処理対象水)であり、例えば市水や井戸水である。原水は、硬度成分(例えばカルシウムイオンまたはマグネシウムイオン)を含む。軟水化装置1を用いて軟水化処理を行うことにより、硬度の低減した中性の軟水が得られ、原水の硬度が高い地域であっても、軟水を利用することができる。
具体的には、図1に示すように、軟水化装置1は、流入口2と、軟水槽3(第一軟水槽3a及び第二軟水槽3b)と、中和槽4(第一中和槽4a及び第二中和槽4b)と、取水口7と、再生装置8と、制御部15と、混合部60を備えている。
また、軟水化装置1は、排水口13と、複数の開閉弁(開閉弁18~開閉弁23、及び、開閉弁63)と、複数の流路切換えバルブ(流路切換えバルブ24~27)と、複数の切換え弁(第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第二流入切換え弁94、及び、第一流入切換え弁93)と、複数の流路(流路28~32、流路53、第一供給流路35、第二供給流路36、第一回収流路37、第二回収流路38、中和槽バイパス流路42、軟水槽バイパス流路44、排水流路54、及び流路101~108)を備えており、詳細は後述する。なお、複数の流路(流路28~32、流路53、第一供給流路35、第二供給流路36、第一回収流路37、第二回収流路38、中和槽バイパス流路42、軟水槽バイパス流路44、排水流路54、及び流路101~108)として、例えばパイプ等の管が用いられる。
((流入口及び取水口))
流入口2は、原水の供給元に接続されている。流入口2は、原水を軟水化装置1内に導入する開口である。
取水口7は、軟水化装置1内を流通し、軟水化処理された水を装置外に供給する開口である。軟水化装置1は、流入口2から流入する原水の圧力により、取水口7から軟水化処理後の水を取り出すことができる。
軟水化装置1では、軟水化処理を行う軟水化工程において、外部から供給される原水が、流入口2、流路28、第一軟水槽3a、流路29、第一中和槽4a、流路30、第二軟水槽3b、流路31、第二中和槽4b、流路32、取水口7の順に流通して、中性の軟水として排出される。
((軟水槽))
軟水槽3は、内部に充填された弱酸性陽イオン交換樹脂33の作用により、硬度成分を含む原水を軟水化する。具体的には、軟水槽3は、流通する水(原水)に含まれる硬度成分である陽イオン(カルシウムイオン、マグネシウムイオン)を水素イオンと交換するため、原水の硬度が下がり、原水を軟水化する。軟水槽3は、官能基の末端に水素イオンを有する弱酸性陽イオン交換樹脂33を備えている。
軟水槽3は、例えば円筒状の容器に弱酸性陽イオン交換樹脂33が充填されて構成されている。軟水槽3は、第一軟水槽3aと第二軟水槽3bとを含んで構成される。
第一軟水槽3aは、第一弱酸性陽イオン交換樹脂33aが充填されて構成されている。第一軟水槽3aは、流入口2から流入した原水の軟水化を行う。第一軟水槽3aは、流路切換えバルブ24を備える。流路切換えバルブについての詳細はまとめて後述する。
第二軟水槽3bは、第二弱酸性陽イオン交換樹脂33bが充填されて構成されている。第二軟水槽3bは、後述する第一中和槽4aを流通した水の軟水化を行う。第二軟水槽3bは、流路切換えバルブ26を備える。
なお、以下では、第一弱酸性陽イオン交換樹脂33a及び第二弱酸性陽イオン交換樹脂33bに関しては、特に両者を区別する必要がない場合には、弱酸性陽イオン交換樹脂33として説明する。
弱酸性陽イオン交換樹脂33は、官能基の末端に水素イオンを有するイオン交換樹脂である。弱酸性陽イオン交換樹脂33は、通水される原水に含まれる硬度成分である陽イオン(カルシウムイオン、マグネシウムイオン)を吸着し、水素イオンを放出する。弱酸性陽イオン交換樹脂33で処理された軟水は、硬度成分と交換されて出てきた水素イオンを多く含む。つまり、第一軟水槽3a及び第二軟水槽3bから流出する軟水は、水素イオンを多く含んで酸性化した軟水(酸性軟水)である。
弱酸性陽イオン交換樹脂33の官能基の末端が水素イオンであるため、後述する再生処理において、酸性電解水を用いて弱酸性陽イオン交換樹脂33の再生を行うことができる。この際、弱酸性陽イオン交換樹脂33からは、軟水化処理の際に取り込んだ硬度成分である陽イオンが放出される。
弱酸性陽イオン交換樹脂33として、特に制限はなく、汎用的なものを使用することができ、例えば、カルボキシル基(-COOH)を交換基とするものが挙げられる。また、弱酸性陽イオン交換樹脂33として、カルボキシル基の対イオンである水素イオン(H+)が、金属イオン、アンモニウムイオン(NH4+)等の陽イオンとなっている樹脂を用いてもよい。
((中和槽))
中和槽4は、弱塩基性陰イオン交換樹脂34の作用により、軟水槽3から出てきた水素イオンを含む軟水(酸性化した軟水)のpHを中和し、中性の軟水とする。具体的には、中和槽4は、軟水槽3から流入する軟水に含まれる水素イオンを陰イオンとともに吸着するため、軟水のpHが上がり、中性の軟水とすることができる。
中和槽4は、弱塩基性陰イオン交換樹脂34を備えている。
中和槽4は、例えば円筒状の容器に弱塩基性陰イオン交換樹脂34が充填されて構成されている。また、中和槽4は、第一中和槽4aと第二中和槽4bとを含んで構成される。
第一中和槽4aは、第一弱塩基性陰イオン交換樹脂34aが充填されて構成されている。第一中和槽4aは、第一軟水槽3aを流通した酸性軟水の中和を行う。第一中和槽4aは、流路切換えバルブ25を備える。
第二中和槽4bは、第二弱塩基性陰イオン交換樹脂34bが充填されて構成されている。第二中和槽4bは、第二軟水槽3bを流通した酸性軟水の中和を行う。第二中和槽4bは、流路切換えバルブ27を備える。
なお、以下では、第一弱塩基性陰イオン交換樹脂34a及び第二弱塩基性陰イオン交換樹脂34bに関しては、特に両者を区別する必要がない場合には、弱塩基性陰イオン交換樹脂34として説明する。
弱塩基性陰イオン交換樹脂34は、通水される水に含まれる水素イオンを中和し、中性の水を生成する。弱塩基性陰イオン交換樹脂34は、後述する再生処理において、アルカリ性電解水を用いて再生される。
弱塩基性陰イオン交換樹脂34としては、特に制限はなく、汎用的なものを使用することができ、例えば、遊離塩基型の陰イオン交換樹脂が挙げられる。
((再生装置))
再生装置8は、軟水槽3の弱酸性陽イオン交換樹脂33を再生させ、且つ、中和槽4の弱塩基性陰イオン交換樹脂34を再生させる機器である。
具体的には、再生装置8は、電解槽9と、捕捉部10と、第一送水ポンプ11と、第二送水ポンプ12と、混合部60と、再生後水貯留槽64とを含んで構成される。そして、再生装置8は、第二軟水槽3b、第二中和槽4b、流路28、流路29に対して、混合部60を介して第一供給流路35、捕捉部10を介して第二供給流路36、第一回収流路37、第二回収流路38、がそれぞれ接続されている。各流路の詳細は後述する。なお、第一供給流路35、第二供給流路36、第一回収流路37、第二回収流路38、中和槽バイパス流路42、軟水槽バイパス流路44により、後述する軟水槽再生循環流路39と中和槽再生循環流路40が形成される。
((電解槽))
電解槽9は、第一室81、第二室82、及び、隔膜83を備える。電解槽9は、内部に設けられた隔膜83により、第一室81と第二室82とに隔てられている。
第一室81は、第一室電極84、第一流入口86、及び第一吐出口87を備える。
第二室82は、第二室電極85、第二流入口88、及び第二吐出口89を備える。
第一流入口86は、流路101と流路103と接続されている。
第一吐出口87は、流路105と流路107と接続されている。
第二流入口88は、流路102と流路104と接続されている。
第二吐出口89は、流路106と流路108と接続されている。
電解槽9は、第一室電極84及び第二室電極85を用いて、流入した水を電気分解することによって、酸性電解水とアルカリ性電解水とを生成して排出する。より詳細には、再生工程での電気分解の際には、第一室電極84及び第二室電極85のどちらか一方が陽極となる。陽極となった電極付近では、電気分解により水素イオンが生成され、酸性電解水が生成する。また、第一室電極84及び第二室電極85のうち陽極として使用されていない他方の電極は陰極となる。陰極となった電極付近では、電気分解により水酸化物イオンが生成され、アルカリ性電解水が生成する。なお、電解槽9は、後述する制御部15によって、第一室電極84及び第二室電極85への通電状態を制御できるように構成されている。
第一室電極84及び第二室電極85として、例えば白金電極を用いることができる。
隔膜83は、第一室81内の液体と、第二室82内の液体を隔てる多孔質膜であり、対流による各室間の液体の混合を抑制しながら、泳動による各室間でのイオン移動を可能とするものである。隔膜83は、電解槽9内に設けられる膜であり、第一室電極84付近で生成する酸性電解水と第二室電極85付近で生成するアルカリ性電解水との混合を抑制する。これにより、酸性電解水中の水素イオン及びアルカリ性電解水中の水酸化物イオンが中和反応により消費されることが抑制できるため、弱酸性陽イオン交換樹脂33及び弱塩基性陰イオン交換樹脂34の再生効率低下を抑制できる。
また、隔膜83により、一方のイオン交換樹脂の再生が先に終わった場合の他方のイオン交換樹脂の再生効率低下についても抑制することができる。具体的には、隔膜83がない場合、酸性電解水とアルカリ性電解水とが混合しやすい環境となる。例えば、弱塩基性陰イオン交換樹脂34の再生に対して、弱酸性陽イオン交換樹脂33の再生が先に完了すると、弱酸性陽イオン交換樹脂33の再生に供されていた酸性電解水中の水素イオンが、アルカリ性電解水中の水酸化物イオンと反応し、中和により水酸化物イオンが消費されてしまう。つまり、隔膜83を有さない場合には、一方のイオン交換樹脂の再生が先に完了すると、他方のイオン交換樹脂の再生効率が低下しやすい。しかし、隔膜83により、電解槽9の内部を第一室81と第二室82とに隔てることで、一方のイオン交換樹脂の再生が完了した場合においても、他方のイオン交換樹脂の再生に供される電解水との混合を抑制可能となる。したがって、隔膜83により、一方のイオン交換樹脂の再生が先に終わった場合の他方のイオン交換樹脂の再生効率低下についても抑制可能となる。
隔膜83として、例えばフッ素系の多孔質膜を用いることができる。なお、隔膜83に用いる多孔質膜として、フッ素系の他に、炭化水素系の多孔質膜等、一般的に用いられる多孔質膜を用いてもよいが、フッ素系の多孔質膜は耐久性に優れるため、軟水化装置1では、フッ素系の多孔質膜を用いている。
((送水ポンプ))
第一送水ポンプ11は、再生装置8による再生処理の際に、軟水槽再生循環流路39に酸性電解水を流通させる機器である。第一送水ポンプ11は、第一軟水槽3aと電解槽9との間を連通接続する第一回収流路37に設けられている。このような配置とするのは、第一送水ポンプ11だけで、軟水槽再生循環流路39に酸性電解水を循環させやすくなるためである。
第二送水ポンプ12は、中和槽再生循環流路40にアルカリ性電解水を流通させる機器である。第二送水ポンプ12は、第一中和槽4aと電解槽9との間を連通接続する第二回収流路38に設けられている。このような配置とするのは、第二送水ポンプ12だけで、中和槽再生循環流路40にアルカリ性電解水を循環させやすくなるからである。
また、第一送水ポンプ11及び第二送水ポンプ12は、後述する制御部15と無線または有線により通信可能に接続されている。
((捕捉部))
捕捉部10は、電解槽9と第二中和槽4bとを連通接続する第二供給流路36に設けられている。
捕捉部10は、電解槽9から送出されたアルカリ性電解水に含まれる析出物を捕捉する。析出物とは、電解槽9内において、再生処理の際に第一軟水槽3a及び第二軟水槽3bから放出された陽イオンである硬度成分がアルカリ性電解水と反応することにより生じる反応生成物である。より詳細には、電解槽9で水の電気分解が行われている間、再生処理時の第一軟水槽3aと第二軟水槽3bから放出される硬度成分(例えば、カルシウムイオン、マグネシウムイオン)は、隔膜83を介して陰極側に移動する。陰極側ではアルカリ性電解水が生成しているため、硬度成分とアルカリ性電解水が反応し、析出物となる。例えば、硬度成分がカルシウムイオンの場合、アルカリ性電解水と混合されることにより、炭酸カルシウムが生じる反応が起こったり、水酸化カルシウムが生じる反応が起こったりする。そして、硬度成分に由来する析出物は、第二供給流路36に設けられた捕捉部10で析出物として捕捉される。そして、硬度成分に由来する析出物を捕捉部10で捕捉することにより、析出物が第二中和槽4bに流入し、堆積することを抑制できる。したがって、再生処理の終了後に軟水化処理を再開する場合には、第二中和槽4bに堆積した析出物が第一軟水槽3a及び第二軟水槽3bから放出された水素イオンと反応してイオン化することを原因とした、第二中和槽4bから送出される軟水の硬度上昇を抑制できる。
また、再生処理の際に、硬度成分に由来する析出物が捕捉部10を通過したアルカリ性電解水は、第二中和槽4bと第一中和槽4aを流通した後、電解槽9で再度電気分解され、再度アルカリ性電解水として、弱塩基性陰イオン交換樹脂34の再生に供される。この時、酸性電解水は、捕捉部10を備えない場合と比較し、含有する硬度成分が減少している。つまり、捕捉部10で析出物を捕捉することにより、酸性電解水の硬度が低下するため、第一軟水槽3aと第二軟水槽3bに流入する硬度成分を減少させることができ、弱酸性陽イオン交換樹脂33の再生効率の低下を抑制できる。
なお、「硬度成分が反応する」とは、硬度成分すべてが反応することのみならず、反応しない成分もしくは溶解度積を超えない成分が含まれている状態も含むものとする。
捕捉部10は、硬度成分とアルカリ性電解水との反応により生じる析出物を分離可能であればその形態は問わない。例えば、カートリッジタイプのフィルター、粒状ろ材を用いたろ過層、サイクロン型の固液分離機、中空糸膜等を用いる形態が挙げられる。
捕捉部10の形態として一般的に使用される手段としては、カートリッジタイプのフィルターが挙げられる。カートリッジタイプのフィルターとして、糸巻きフィルターのような深層ろ過型、プリーツフィルター及びメンブレンフィルターのような表面ろ過型、またはこれらを組み合わせて使用することができる。
捕捉部10は、開閉弁22及び捕捉部排水口14を備える。
開閉弁22は、捕捉部10の下部に設けられる弁であり、捕捉部10内の排水を制御する弁である。開閉弁22を開放することにより、捕捉部10内の水を捕捉部排水口14から装置外に排出できる。
捕捉部排水口14は、捕捉部10内の水を装置外に排出する開口である。捕捉部排水口14の上流に設けられる開閉弁22を開放することにより、捕捉部排水口14から捕捉部10内の水を装置外に排出できる。
((再生後水貯留槽))
再生後水貯留槽64は、再生工程後に軟水槽再生循環流路39に残留する高硬度水(再生後水)を貯留する槽である。詳細は後述するが、再生工程後の軟水槽再生循環流路39には、軟水槽3から放出された硬度成分を大量に含む水である再生後水が存在する。この再生後水を貯留し、原水と混合させ混合水とすることで、次回の再生工程時に電解槽9には電気伝導度の高い混合水を充填することができる。
再生後水貯留槽64は、再生後水導入流路62により、混合部60と連通接続されており、槽内の再生後水を混合部60へと送出することが可能である。
再生後水貯留槽64は、軟水槽再生循環流路39内であれば、設置場所は問わないが、軟水槽再生循環流路39における電解槽9を起点として、電解槽9の下流側、且つ、第二軟水槽3bの上流側に設けられることが好ましい。このように設けることで、再生後水による軟水化工程への影響を抑制しつつ、貯水することができる。また、酸性である再生後水を貯留することができるため、下流の弱酸性陽イオン交換樹脂33への吸着を防ぐことができるとともに、中性の水から電解するときと比較して、電解時の第一室電極84及び第二室電極85の負担を低減できる。
((混合部))
混合部60は、原水と後述する再生工程の際に生じる再生後水とを混合し、混合水とする。混合部60により、原水よりも電気伝導度の高い混合水を得ることができる。生じた混合水は、供給流路72により電解槽9へと供給される。
混合部60は、再生後水導入流路62により、再生後水貯留槽64と連通接続される。
混合部60は、軟水槽再生循環流路39内であれば、設置場所は問わないが、軟水槽再生循環流路39における電解槽9を起点として、電解槽9の下流側、且つ、第二軟水槽3bの上流側に設けられることが好ましい。
((開閉弁、流路切替えバルブ、及び切換え弁))
複数の開閉弁(開閉弁18~開閉弁23及び開閉弁63)は、各流路にそれぞれ設けられ、各流路において「開放」した状態と、「閉止」した状態とを切り替える。
複数の開閉弁(開閉弁18、開閉弁19、開閉弁21、開閉弁23、及び開閉弁63)は、弁の開閉により、各流路への水の流通を開始あるいは停止する。
開閉弁20及び開閉弁22は、後述する再生流路洗浄工程、電解槽洗浄工程、捕捉部洗浄工程の際に、開放した状態となり、再生循環水を装置外に排出する。
複数の流路切替えバルブ(流路切替えバルブ24~流路切替えバルブ27)は、第一軟水槽3a、第二軟水槽3b、第一中和槽4a、及び第二中和槽4bにそれぞれ設けられる。複数の流路切替えバルブはいずれも、3つの開口を備え、1つ目の開口は水の流入及び流出が可能な流入流出口、2つ目の開口は流出口としては機能せず流入口として機能する流入口、3つ目の開口は流入口としては機能せず流出口として機能する流出口である。複数の流路切替えバルブはいずれも、流入流出口は常に「開放」しており、通水方向により、流入口か流出口のうちどちらか一方が「開放」している時には、他方の流入口か流出口は「閉止」している。流路切替えバルブ24~27を備えることにより、軟水化装置1内の各流路に必要な開閉弁の数を減少でき、軟水化装置1のコストの低減ができる。
複数の切換え弁(第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切換え弁93、及び、第二流入切換え弁94)は、各流路にそれぞれ設けられ、3つの開口を備えている。3つの開口のうち、1つの開口は常に「開放」状態であり、残り2つの開口は、どちらか一方が「開放」しているときには、他方の開口は「閉止」している。
第一吐出切換え弁91の常に「開放」状態である1つの開口は第一吐出口87と接続されており、電解槽9の第一室81から吐出される水が流入する。また、残り2つの開口のうち一方の開口は、流路105と接続されており、他方の開口は流路107と接続されている。
第二吐出切換え弁92の常に「開放」状態である1つの開口は第二吐出口89と接続されており、電解槽9の第二室82から吐出される水が流入する。また、残り2つの開口のうち一方の開口は、流路106と接続されており、他方の開口は流路108と接続されている。
第一流入切換え弁93の常に「開放」状態である1つの開口は第一送水ポンプ11と接続されており、第一送水ポンプ11より吐出された水が流入する。また、残り2つの開口のうち一方の開口は、流路101と接続されており、他方の開口は流路102と接続されている。
第二流入切換え弁94の常に「開放」状態である1つの開口は第二送水ポンプ12と接続されており、第二送水ポンプ12より吐出された水が流入する。また、残り2つの開口のうち一方の開口は、流路103と接続されており、他方の開口は流路104と接続されている。
また、複数の開閉弁(開閉弁18~開閉弁23及び開閉弁63)と複数の流路切替えバルブ(流路切替えバルブ24~流路切替えバルブ27)と複数の切換え弁(第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切換え弁93、及び、第二室流入切換え弁93)はそれぞれ、後述する制御部15と無線または有線により通信可能に接続されている。
((排水口))
排水口13は、排水流路54の端部に設けられる開口であり、再生経路洗浄工程及び電解槽洗浄工程において装置内の水を装置外に排出する開口である。排水口13の上流には開閉弁20が設けられており、開閉弁20を開放することにより、排水口13から排水を行うことができる。
((制御部))
図16を参照して、制御部15について説明する。図16は、実施の形態1に係る軟水化装置の機能ブロック図である。
制御部15は、軟水化工程、混合工程、再生工程、貯水工程、再生流路洗浄工程、電解槽洗浄工程、捕捉部洗浄工程の各工程の実行及び各工程間の切替えを制御する。
具体的には、制御部15は、軟水化工程から混合工程への切替え、混合工程から再生工程への切替え、再生工程から貯水工程への切替え、貯水工程から再生流路洗浄工程への切替え、再生流路洗浄工程から電解槽洗浄工程への切替え、電解槽洗浄工程から捕捉部洗浄工程への切替え、及び捕捉部洗浄工程から軟水化工程への切替えを制御する。
また、制御部15は、開閉弁20と開閉弁22を制御し、再生流路洗浄工程と、電解槽洗浄工程と、捕捉部洗浄工程の際の排水を制御する。
制御部15は、流路切替えバルブ24~流路切替えバルブ27、開閉弁18、開閉弁19、開閉弁21、開閉弁23、開閉弁63、第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切換え弁93、及び、第二流入切換え弁94を制御し、流路の切替えを実行する。
制御部15は、切替部111と、経過時間記憶部112と、経過時間比較部113と、正運転時間記憶部114と、反転運転時間記憶部115と、運転状態記憶部116と、運転時間比較部117を備える。
切替部111は、再生工程時の電解槽9の運転状態を切替える。具体的には、切替部111は、電解槽9の運転状態を正運転から反転運転に切り替える切替えと、反転運転から正運転に切り替える切替えを行う。つまり、切替部111により、第一室電極84及び第二室電極85は、陽極と陰極とに交互に切り替えられる。
経過時間記憶部112は、切替部111による電解槽9の運転状態の切替えが実行されてからの経過時間を記憶する。具体的には、例えば電解槽が正運転から反転運転に切り替わった場合、反転運転を開始してからの経過時間を記憶する。
経過時間比較部113は、経過時間記憶部112が記憶した経過時間と、所定の基準時間と、を比較する。
なお、所定の基準時間とは、例えば6時間であり、再生運転時に陰極として使用される電極に析出する固体量によって決定される。陰極上に固体が析出した状態で運転を行うと、電解槽9の消費電力が増加する。そのため、電解槽9の運転を開始してから電極上への固体の析出または堆積が起こる時間、あるいは、電極上に固体が大量に析出する(例えば、陰極表面を全面的に被覆する状態)までの時間を所定の基準時間とすることが好ましい。これにより、電解槽9の消費電力の抑制や、電極上にスケールが堆積したまま電解槽9が継続的に使用される可能性を低減でき、電解槽9の耐用期間を長期化することができる。
正運転時間記憶部114は、正運転の実行時間である正運転時間を記憶する。なお、正運転時間とは、第一室電極84が陽極、第二室電極85が陰極として使用される時間である。
反転運転時間記憶部115は、反転運転の実行時間である反転運転時間を記憶する。なお、反転運転時間とは、第一室電極84が陰極、第二室電極85が陽極として使用される時間である。
運転状態記憶部116は、再生工程終了時における電解槽9の運転状態を記憶する。
運転時間比較部117は、所定の基準時間と正運転時間または反転運転時間とを比較する。
なお、制御部15は、プロセッサ及びメモリを有するコンピュータシステムを有している。そして、プロセッサがメモリに格納されているプログラムを実行することにより、コンピュータシステムが制御部として機能する。プロセッサが実行するプログラムは、ここではコンピュータシステムのメモリに予め記録されているとしたが、メモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通じて提供されてもよい。
(各流路)
((流路))
流路53は、流入口2と取水口7とを連通接続する流路であり、流路上には開閉弁18が設けられている。流路53により、再生工程、再生流路洗浄工程、電解槽洗浄工程、捕捉部洗浄工程のいずれかを実施している場合でも、軟水化装置1の利用者は、取水口7から原水を得ることができる。
((再生後水導入流路))
再生後水導入流路62は、再生工程終了後には、再生後水貯留槽64に再生後水を供給し、後述する混合工程時には、混合部60に再生後水を供給する流路である。
再生後水導入流路62は、第一供給流路35と接続している混合部60と、再生後水貯留槽64と、を連通接続する流路であり、その流路上に開閉弁63を備える。再生後水導入流路62は、再生工程終了後には、開閉弁63の開放に伴い、軟水槽再生循環流路39、特に第一供給流路35に残存する再生後水を再生後水貯留槽64に導入する。また、再生後水導入流路62は、混合工程時には、開閉弁63の開放に伴い、再生後水貯留槽64に貯留された再生後水を混合部60に導入する。
((軟水化流路))
図2を参照して、軟水化装置1の軟水化工程の際に形成される軟水化流路43について説明する。図2は軟水化装置1の軟水化流路43を示す構成図である。
軟水化流路43(図2の斜線矢印)は、原水の軟水化を行う流路であり、軟水化流路43を流通した原水は中性の軟水となり、取水口7から装置外に排出される。
軟水化流路43は、流入口2、流路28、第一軟水槽3a、流路29、第一中和槽4a、流路30、第二軟水槽3b、流路31、第二中和槽4b、流路32、取水口7により形成される。
流路28は、流入口2から第一軟水槽3aまでを接続する流路である。つまり、流路28は、硬度成分を含む原水を流入口2から第一軟水槽3aへ導く流路である。
流路29は、第一軟水槽3aから第一中和槽4aまでを接続する流路である。つまり、流路29は、第一軟水槽3aで軟水化された水を第一中和槽4aに導く流路である。
流路30は、第一中和槽4aから第二軟水槽3bまでを接続する流路である。つまり、流路30は、第一中和槽4aで中和された水を第二軟水槽3bへ導く流路である。
流路31は、第二軟水槽3bから第二中和槽4bまでを接続する流路である。つまり、流路31は、第二軟水槽3bで軟水化された水を第二中和槽4bに導く流路である。
流路32は、第二中和槽から取水口7までを接続する流路である。つまり、流路32は、軟水化された原水を第二中和槽4bから取水口7に導く流路である。
図2に示すように、流入口2の下流側且つ第一軟水槽3aの上流側の流路28上に開閉弁19が設置されている。また、後述する流路53には、開閉弁18が設置されている。そして、開閉弁18を閉止して、開閉弁19を開放することにより、第一軟水槽3aと流入口2が連通接続される。また、流路切替えバルブ24を第一軟水槽3aと第一中和槽4aとが連通接続するように切替え、流路切替えバルブ25を第二軟水槽3bと第二中和槽4bが連通接続するように切り替え、流路切替えバルブ26を第一中和槽4aと第二軟水槽3bが連通接続するように切り替え、流路切替えバルブ27を第二軟水槽3bと第二中和槽4bが連通接続するように切り替える。これにより、流入口2から流路28、第一軟水槽3a、流路29、第一中和槽4a、流路30、第二軟水槽3b、流路31、第二中和槽4b、流路32、取水口7までを連通接続する軟水化流路43が形成される。この時、開閉弁20、開閉弁21、開閉弁23は閉止している。
((再生循環流路))
次に、図3、図4、及び図15を参照して、軟水化装置1の再生工程の際に形成される軟水槽再生循環流路39と中和槽再生循環流路40について説明する。図3は、軟水化装置1の軟水槽再生循環流路39aと中和槽再生循環流路40aを示す構成図である。図4は、軟水化装置1の軟水槽再生循環流路39bと中和槽再生循環流路40bを示す構成図である。図15は、軟水化装置1の第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切換え弁93、第二流入切換え弁94、第一室電極84、及び第二室電極85の動作時の状態について説明した図である。図15に示す「再生終了時a」とは、第一吐出切換え弁91は、第一吐出口87から流路105へ、第二吐出切換え弁92は、第二吐出口89から流路108へ、第一流入切換え弁93は、第一送水ポンプ11から流路101へ、第二流入切換え弁94は、第二送水ポンプ12から流路104へと送水可能となるように各流路を接続している状態であり、かつ第一室電極84及び第二室電極85は通電していない状態である。図15に示す「再生終了時b」とは、第一吐出切換え弁91は、第一吐出口87から流路106へ、第二吐出切換え弁92は、第二吐出口89から流路107へ、第一流入切換え弁93は、第一送水ポンプ11から流路102へ、第二流入切換え弁94は、第二送水ポンプ12から流路103へと送水可能となるように各流路を接続している状態であり、かつ第一室電極84及び第二室電極85は通電していない状態である。図3に示す軟水槽再生循環流路39aと中和槽再生循環流路40aは、前回の再生終了時に第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切換え弁93、第二流入切換え弁94、第一室電極84、及び第二室電極85の状態が前述した図15に示す「再生終了時a」である場合に構成される再生循環流路である。また、図4に示す軟水槽再生循環流路39bと中和槽再生循環流路40bは、前回の再生終了時に第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切換え弁93、第二流入切換え弁94、第一室電極84、及び第二室電極85の状態が前述した図15に示す「再生終了時b」である場合に構成される再生循環流路である。なお、図15に示す「再生時a」及び「再生時b」では、第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切換え弁93、及び第二流入切換え弁94の送水方向についてはそれぞれ「再生終了時a」及び「再生終了時b」と同一であり、第一室電極84及び第二室電極85への通電状態が異なる。「再生時a」では、第一室電極84は陽極として作用し、第二室電極85は陰極として作用する。つまり「再生時a」は電解槽9が正運転する場合を示している。一方、「再生時b」では、第一室電極84は陰極として作用し、第二室電極85は陽極として作用する。つまり「再生時b」は電解槽9が反転運転する場合を示している。
まず、軟水槽再生循環流路39について説明する。
軟水槽再生循環流路39は、再生工程時に酸性電解水が流通することにより、第一軟水槽3a及び第二軟水槽3bの再生を行う流路である。
軟水槽再生循環流路39aは第一室81で生成した酸性電解水を第一軟水槽3a及び第二軟水槽3bへ流通させることにより再生を行う流路である。
具体的には、軟水槽再生循環流路39aは、第一送水ポンプ11、流路101、第一流入口86、第一室81、第一吐出口87、流路105、混合部60、第一供給流路35、第二軟水槽3b、中和槽バイパス流路42、第一軟水槽3a、第一回収流路37によって構成される。
第一供給流路35は、流路105、流路106、第二軟水槽3bの軟水化処理時の流入口2を起点とした下流側までを連通接続する流路であり、第二軟水槽3bへ電解槽9より生成された酸性電解水を供給する流路である。
中和槽バイパス流路42は、第一中和槽4aを迂回して第二軟水槽3bの上流側から第一軟水槽3aの下流側までを連通接続する流路であり、第二軟水槽3bから第一軟水槽3aへ酸性電解水を供給する流路である。
第一回収流路37は、第一軟水槽3aの上流側から第一送水ポンプ11までを連通接続する流路である。
軟水槽再生循環流路39bは第二室82で生成した酸性電解水を第一軟水槽3a及び第二軟水槽3bへ流通させることにより再生を行う流路である。
具体的には、軟水槽再生循環流路39bは、第一送水ポンプ11、流路102、第二流入口88、第二室82、第二吐出口89、混合部60、流路106、第一供給流路35、第二軟水槽3b、中和槽バイパス流路42、第一軟水槽3a、第一回収流路37によって構成される。
また、軟水槽再生循環流路39は、電解槽9から送出された酸性電解水を、第一軟水槽3a及び第二軟水槽3bの下流側から第一軟水槽3a及び第二軟水槽3bに導入し、軟水槽の軟水化処理時の流入口2を起点とした下流側に比べて硬度成分の吸着量が多い上流側から流出させる流路である。
次に、中和槽再生循環流路40について説明する。
中和槽再生循環流路40は、再生工程時にアルカリ性電解水が流通することにより、第一中和槽4a及び第二中和槽4bの再生を行う流路である。
中和槽再生循環流路40aは、第二室82で生成したアルカリ性電解水を第一中和槽4a及び第二中和槽4bへ流通させることにより再生を行う流路である。
具体的には、中和槽再生循環流路40aは、第二送水ポンプ12、流路104、第二流入口88、第二室82、第二吐出口89、流路108、捕捉部10、第二供給流路36、第二中和槽4b、軟水槽バイパス流路44、第一中和槽4a、第二回収流路38によって構成される。
第二供給流路36は、捕捉部10、第二軟水槽3bの下流側までを連通接続する流路であり、第二軟水槽3bへアルカリ性電解水を供給する流路である。
軟水槽バイパス流路44は、第二軟水槽3bを迂回して第二中和槽4bの上流側から第一中和槽4aの下流側までを連通接続する流路であり、第二中和槽4bから第一中和槽4aへアルカリ性電解水を供給する流路である。
第二回収流路38は、第一中和槽4aの上流側から第二送水ポンプ12までを連通接続する流路である。
((貯水流路))
次に、図5、6、15を参照して、軟水化装置1の貯水工程の際に形成される貯水流路66について説明する。図5は、軟水化装置1の貯水流路66aを示す構成図である。図6は、軟水化装置1の貯水流路66bを示す構成図である。図5に示す貯水流路66aは、前回の再生終了時に第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切換え弁93、及び第二流入切換え弁94の状態が前述した図15に示す「再生終了時a」である場合に構成される再生循環流路である。また、図6に示す貯水流路66bは、前回の再生終了時に第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切換え弁93、及び第二流入切換え弁94の状態が前述した図15に示す「再生終了時b」である場合に構成される再生循環流路である。
貯水流路66は、後述する貯水工程の際に、流路内に残存する高硬度水である再生後水を再生後水貯留槽64に送水する流路である。
貯水流路66aは、図5(黒矢印)に示すように、第一供給流路35、第二軟水槽3b、中和槽バイパス流路42、第一軟水槽3a、第一回収流路37、第一送水ポンプ11、流路101、第一室81、流路105、混合部60内の再生後水を、再生後水導入流路62を介して再生後水貯留槽64に送水する流路である。
貯水流路66bは、図6(黒矢印)に示すように、第一供給流路35、第二軟水槽3b、中和槽バイパス流路42、第一軟水槽3a、第一回収流路37、第一送水ポンプ11、流路102、第一室81、流路106、混合部60内の再生後水を、再生後水導入流路62を介して再生後水貯留槽64に送水する流路である。
((再生流路洗浄流路))
次に、図7、8、15を参照して、軟水化装置1の再生流路洗浄工程の際に形成される再生流路洗浄流路45について説明する。図7は、軟水化装置1の再生流路洗浄流路45aを示す構成図である。図8は、軟水化装置1の再生流路洗浄流路45bを示す構成図である。図7に示す再生流路洗浄流路45aは、前回の再生終了時に第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切換え弁93、及び第二流入切換え弁94の状態が前述した図15に示す「再生終了時a」である場合に構成される再生循環流路である。また、図8に示す再生流路洗浄流路45bは、前回の再生終了時に第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切換え弁93、及び第二流入切換え弁94の状態が前述した図15に示す「再生終了時b」である場合に構成される再生循環流路である。
再生流路洗浄流路45は、後述する再生流路洗浄工程の際に、流路内に残存する高硬度水を第一中和槽4a及び第二中和槽4bを迂回させ、装置外に排出する流路である。
再生流路洗浄流路45aは、第一排水流路46a及び第二排水流路47を含んで構成される。
第一排水流路46aは、図7(白矢印)に示すように、流入口2から、第一送水ポンプ11、流路101、第一流入口86、第一室81、第一吐出口87、流路105、開閉弁20、排水口13を接続する各流路によって構成される。具体的には、第一排水流路46aは、流入口2から流入した原水を、流路28、第一回収流路37、第一送水ポンプ11、流路101、第一流入口86、第一室81,第一吐出口87、流路105、排水流路54、開閉弁20、排水口13の順に流通させる流路である。
排水流路54は、一端部で混合部60と接続する流路であり、他端部で排水口13と接続する流路である。排水流路54には開閉弁20が設けられており、開閉弁20を開放することで流路内の水を装置外に排水し、開閉弁20を閉止することで排水口13からの排水を停止可能である。
第二排水流路47は、図7(黒矢印)に示すように、流入口2から、第一軟水槽3a、第二軟水槽3b、混合部60、開閉弁20、排水口13までを連通接続する各流路によって構成される。具体的には、第二排水流路47は、流入口2から流入した原水を、流路28、第一軟水槽3a、中和槽バイパス流路42、第二軟水槽3b、第一供給流路35、開閉弁20、排水口13の順に流通させる流路である。
なお、第二排水流路47を流通する水の流量は、第一排水流路46aを流通する水の流量よりも大きくなるよう制御されることが好ましい。これにより、軟水化工程時に使用される軟水槽を含む流路である第二排水流路内の高硬度水を優先的に原水に置換することができる。したがって、軟水化工程を開始した際の高硬度水の影響を抑制できる。
再生流路洗浄流路45bは、第一排水流路46a及び第二排水流路47を含んで構成される。
第一排水流路46bは、図8(白矢印)に示すように、流入口2から、第一送水ポンプ11、流路102、第二流入口88、第二室82、第二吐出口89、流路106、開閉弁20、排水口13を接続する各流路によって構成される。具体的には、第一排水流路46bは、流入口2から流入した原水を、流路28、第一回収流路37、第一送水ポンプ11、流路101、第一流入口86、第一室81,第一吐出口87、流路106、排水流路54、開閉弁20、排水口13の順に流通させる流路である。
なお、第二排水流路47を流通する水の流量は、第一排水流路46bを流通する水の流量よりも大きくなるよう制御されることが好ましい。これにより、軟水化工程時に使用される軟水槽を含む流路である第二排水流路内の高硬度水を優先的に原水に置換することができる。したがって、軟水化工程を開始した際の高硬度水の影響を抑制できる。
((電解槽洗浄流路))
次に、図9、10、15を参照して、軟水化装置1の電解槽洗浄工程の際に形成される電解槽洗浄流路49について説明する。図9は、軟水化装置1の電解槽洗浄流路49aを示す構成図である。図10は、軟水化装置1の電解槽洗浄流路49bを示す構成図である。図9に示す電解槽洗浄流路49aは、前回の再生終了時に第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切換え弁93、及び第二流入切換え弁94の状態が前述した図15に示す「再生終了時a」である場合に構成される再生循環流路である。また、図10に示す電解槽洗浄流路49bは、前回の再生終了時に第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切換え弁93、及び第二流入切換え弁94の状態が前述した図15に示す「再生終了時b」である場合に構成される再生循環流路である。
電解槽洗浄流路49は、後述する電解槽洗浄工程の際に、電解槽9内及び中和槽再生循環流路40内の硬度成分に起因する析出物を除去する流路である。
電解槽洗浄流路49aは、第一排水流路46a及び第三排水流路50aを含んで構成される。
第三排水流路50aは、図9(黒矢印)に示すように、流入口2から、第一軟水槽3a、第二送水ポンプ12、流路104、第二流入口88、第二室82、第二吐出口89、流路108、開閉弁21、捕捉部10、開閉弁22、捕捉部排水口14までを連通接続する各流路によって構成される。具体的には、第三排水流路50aは、流入口2から流入した原水を、流路28、第一軟水槽3a、第二回収流路38、第二送水ポンプ12、流路104、第二流入口88、第二室82、第二吐出口89、流路108、開閉弁21、捕捉部10、開閉弁22の順に流通させ、捕捉部排水口14から装置外に排出する流路である。より具体的には、第三排水流路50aでは、流入口2から流入した原水を、流路28を介して第一軟水槽3aに流入させ、酸性軟水とする。生成した酸性軟水を、第二回収流路38により第二送水ポンプ12を介して、第二室82に流入させる。その後、酸性軟水を、流路108を介して、開閉弁21、捕捉部10、開閉弁22の順に流通させ、捕捉部10の析出物を溶解させ、捕捉部排水口14から装置外に排出する。
電解槽洗浄流路49bは、第一排水流路46b及び第三排水流路50bを含んで構成される。
第三排水流路50bは、図10(黒矢印)に示すように、流入口2から、第一軟水槽3a、第二送水ポンプ12、流路103、第一流入口86、第一室81、第一吐出口87、流路107、開閉弁21、捕捉部10、開閉弁22、捕捉部排水口14までを連通接続する各流路によって構成される。具体的には、第三排水流路50bは、流入口2から流入した原水を、流路28、第一軟水槽3a、第二回収流路38、第二送水ポンプ12、流路103、第一流入口86、第一室81、第一吐出口87、流路107、開閉弁21、捕捉部10、開閉弁22の順に流通させ、捕捉部排水口14から装置外に排出する流路である。より具体的には、第三排水流路50bでは、流入口2から流入した原水を、流路28を介して第一軟水槽3aに流入させ、酸性軟水とする。生成した酸性軟水を、第二回収流路38により第二送水ポンプ12を介して、第一室81に流入させる。その後、酸性軟水を、流路107を介して、開閉弁21、捕捉部10、開閉弁22の順に流通させ、捕捉部10の析出物を溶解させ、捕捉部排水口14から装置外に排出する。
((捕捉部洗浄流路))
次に、図11を参照して、軟水化装置1の捕捉部洗浄工程の際に形成される捕捉部洗浄流路51について説明する。図11は、軟水化装置1の捕捉部洗浄流路51を示す構成図である。
捕捉部洗浄流路51は、後述する捕捉部洗浄工程の際に、捕捉部10に析出した硬度成分由来の析出物を除去する流路である。捕捉部洗浄流路51は、第四排水流路52を含んで構成される。
図11に示すように、捕捉部洗浄流路51は、流入口2から、第一軟水槽3a、第一中和槽4a、第二軟水槽3b、第二中和槽4b、捕捉部10、捕捉部排水口14までを連通接続する各流路によって構成される。具体的には、捕捉部洗浄流路51は、流入口2から流入した原水を、流路28、第一軟水槽3a、流路29、第一中和槽4a、流路30、第二軟水槽3b、流路31、第二中和槽4b、第二供給流路36、開閉弁23、捕捉部10、開閉弁22の順に流通させ、捕捉部排水口14から装置外に排出する流路である。
((原水導入流路及び供給流路))
次に、図12、図13、及び図15を参照して、後述する混合工程の際に形成される原水導入流路70及び供給流路72について説明する。図12は、軟水化装置1の原水導入流路70a及び供給流路72aを示す構成図である。図13は、軟水化装置1の原水導入流路70b及び供給流路72bを示す構成図である。図12に示す原水導入流路70a及び供給流路72aは、前回の再生終了時に第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切換え弁93、及び第二流入切換え弁94の状態が図15に示す「再生終了時a」である場合に構成される再生循環流路である。また、図13に示す原水導入流路70b及び供給流路72bは、前回の再生終了時に第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切換え弁93、及び第二流入切換え弁94の状態が図15に示す「再生終了時b」である場合に構成される再生循環流路である。
原水導入流路70aは、後述する混合工程時に、混合部60に原水を供給する流路である。
図12(白矢印)に示すように、原水導入流路70aは、流入口2から混合部60までを連通接続する流路であり、具体的には、実施の形態1では、流入口2から流入した原水を、流路28、第一回収流路37、第一送水ポンプ11、流路101、第一流入口86、第一室81、第一吐出口87、流路105、第一供給流路35の順に流通させ、混合部60に流入させる流路である。
供給流路72aは、後述する混合工程時に、混合部60により生成した混合水を電解槽9に供給する流路である。
図12(黒矢印)に示すように、供給流路72aは、混合部60と電解槽9とを連通接続する流路であり、具体的には、実施の形態1では、混合部60により生成した混合水を、第一供給流路35、第二軟水槽3b、中和槽バイパス流路42、第一軟水槽3a、第一回収流路37、第一送水ポンプ11、流路101、第一流入口86の順に流通させ、電解槽9に流入させる流路である。
原水導入流路70bは、後述する混合工程時に、混合部60に原水を供給する流路である。
図13(白矢印)に示すように、原水導入流路70bは、流入口2から混合部60までを連通接続する流路であり、具体的には、実施の形態1では、流入口2から流入した原水を、流路28、第一回収流路37、第一送水ポンプ11、流路102、第二流入口88、第二室82、第二吐出口89、流路106、第一供給流路35の順に流通させ、混合部60に流入させる流路である。
供給流路72bは、後述する混合工程時に、混合部60により生成した混合水を電解槽9に供給する流路である。
図13(黒矢印)に示すように、供給流路72bは、混合部60と電解槽9とを連通接続する流路であり、具体的には、実施の形態1では、混合部60により生成した混合水を、第一供給流路35、第二軟水槽3b、中和槽バイパス流路42、第一軟水槽3a、第一回収流路37、第一送水ポンプ11、流路102、第二流入口88の順に流通させ、電解槽9に流入させる流路である。
以上が軟水化装置1の構成である。
次に、軟水化装置1の動作について説明する。
(軟水化工程、混合工程、再生工程、貯水工程、再生流路洗浄工程、電解槽洗浄工程、及び捕捉部洗浄工程)
次に、図14を参照して、軟水化装置1の軟水化工程、混合工程、再生工程、貯水工程、再生流路洗浄工程、電解槽洗浄工程、及び捕捉部洗浄工程について説明する。図14は、軟水化装置1の動作時の状態を示す図である。なお、以下では、軟水化工程、混合工程、再生工程、貯水工程、再生流路洗浄工程、電解槽洗浄工程、及び捕捉部洗浄工程の一連の流れを軟化再生処理と称することがある。
軟水化工程、混合工程、再生工程、貯水工程、再生流路洗浄工程、電解槽洗浄工程、及び捕捉部洗浄工程では、制御部15は、図14に示すように、開閉弁18~開閉弁23、開閉弁63、流路切替えバルブ24~流路切替えバルブ27、第一送水ポンプ11及び第二送水ポンプ12を切り替えてそれぞれの流通状態となるように制御する。
ここで、図14中の「ON」は、該当の開閉弁が「開放」した状態及び該当の送水ポンプが動作している状態をそれぞれ示す。空欄は、該当の開閉弁が「閉止」した状態、該当の送水ポンプが停止している状態をそれぞれ示す。
また、図14中の「(構成要素の番号)から(構成要素の番号)へ」は、該当の流路切替えバルブが該当の構成要素から該当の構成要素へと送水される方向へと流路を接続している状態を示す。例えば、軟水化工程の流路切替えバルブ24は、流路28から流路29へと送水可能となるように各流路を接続している。
また、図14中の「(構成要素の番号)へ」は、該当の流路切替えバルブが、該当の構成要素へ送水される可能性のある方向へと流路を接続している状態を示す。この際には、流路は接続されているものの、該当の流路切替えバルブが設けられた軟水槽あるいは中和槽への水の流出入が発生しづらい環境下にあるため、該当の流路切替えバルブからの送水は極めて起こりづらい。
また、各工程における第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切替え弁94、第二流入切替え弁93の状態、第一室電極84、第二室電極85の通電状態については各工程にて図15を参照して後述する。
図15中の「(構成要素の番号)から(構成要素の番号)へ」は、該当の流路切替えバルブが該当の構成要素から該当の構成要素へと送水される方向へと流路を接続している状態を示す。例えば、再生時aの第一吐出切換え弁91は、第一吐出口87から流路105へと送水可能となるように各流路を接続している。
((軟水化工程))
まず、軟水化装置1による軟水化工程時の動作について、図2、図14の「軟水化時」の欄及び図15の「再生終了時a」、「再生終了時b」の欄を参照して説明する。
軟水化装置1では、図14に示すように、軟水化工程において、開閉弁18を閉止した状態で流路28に設けた開閉弁19を開放する。これにより、外部から硬度成分を含む原水が流入する。流入した原水は、第一軟水槽3a、第一中和槽4a、第二軟水槽3b、及び第二中和槽4bの順で流通するので、軟水化装置1は、取水口7から軟水化した水(中性の軟水)を取り出すことができる。このとき、流路切替えバルブ24は流路28から流路29へ送水可能な接続状態、流路切替えバルブ25は流路29から流路30へ送水可能な接続状態、流路切替えバルブ26は流路30から流路31へ送水可能な接続状態、流路切替えバルブ27は流路31から流路32へ送水可能な接続状態になっている。開閉弁20~開閉弁23は、いずれも閉止した状態になっている。また、電解槽9の第一室電極84、第二室電極85、第一送水ポンプ11、及び第二送水ポンプ12の動作も停止した状態である。また、第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切替え弁94、第二流入切替え弁94の状態は前回の再生工程終了時と同じ状態である。すなわち、図15に示すように、前回の再生工程終了時の第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切替え弁94、第二流入切替え弁93の状態が前述した「再生終了時a」の状態であった場合は、軟水化工程においても「再生終了時a」の状態であり、前述した「再生終了時b」の状態であった場合は、軟水化工程においても「再生終了時b」の状態である。
具体的には、図2に示すように、軟水化工程では、外部から流入する原水の圧力によって、原水は、流入口2から流路28を通って、第一軟水槽3aに供給される。そして、第一軟水槽3aに供給された原水は、第一軟水槽3a内に備えられた弱酸性陽イオン交換樹脂33を流通する。このとき、原水中の硬度成分である陽イオンは弱酸性陽イオン交換樹脂33の作用により吸着され、水素イオンが放出される(イオン交換が行われる)。そして、原水から陽イオンが除去されることで原水が軟水化される。軟水化された水は、硬度成分と交換されて流出した水素イオンを多く含むため、酸性化してpHが低い酸性水(第一軟水)となっている。ここで、硬度成分として永久硬度成分(例えば、硫酸カルシウム等の硫酸塩もしくは塩化マグネシウム等の塩化物)を多く含有する水は、軟水化を行う際、一時硬度成分(例えば、炭酸カルシウム等の炭酸塩)を多く含有する水よりpHが低下しやすい。pHが低下した状態では軟水化が進行しにくくなるため、第一軟水槽3aを流通した水を、第一中和槽4aへ通水させ、中和を行う。
軟水化された水は、第一軟水槽3aに設けられた流路切替えバルブ24を介して流路29を流通し、第一中和槽4aへ流入する。第一中和槽4aでは、弱塩基性陰イオン交換樹脂34の作用によって、軟水化された水に含まれる水素イオンが吸着される。つまり、第一軟水槽3aにより軟水化された水から水素イオンが除去されるので、低下したpHが上昇して中和される。そのため、第一軟水槽3aにおいて軟水化した水をそのまま第二軟水槽3bで軟水化する場合と比較して、第二軟水槽3bでの軟水化処理が進行しやすくなる。
第一中和槽4aにより中和された水(中和第一軟水)は、第一中和槽4aに設けられた流路切替えバルブ25を介して流路30を流通し、第二軟水槽3bに流入する。第二軟水槽3bでは、弱酸性陽イオン交換樹脂33の作用により、硬度成分である陽イオンが吸着され、水素イオンが放出される。第二軟水槽3bは、第一軟水槽3aで除去できなかった硬度成分を、弱酸性陽イオン交換樹脂33の有する水素イオンと交換する。つまり、第二軟水槽3bに流入した水がさらに軟水化され、軟水(第二軟水)となる。
第二軟水は、第二軟水槽3bに設けられた流路切替えバルブ26を介して流路31を流通し、第二中和槽4bに流入する。第二中和槽4bでは、弱塩基性陰イオン交換樹脂34の作用により、流入した第二軟水に含まれる水素イオンが吸着される。つまり、第二軟水から水素イオンが除去されるので、低下したpHが上昇し、生活用水として使用可能な中性の軟水(中和第二軟水)となる。中和第二軟水は、第二中和槽4bに設けられた流路切替えバルブ27を介して流路32を流通し、取水口7から取り出すことができる。
つまり、軟水化処理では、原水は、第一軟水槽3a、第一中和槽4a、第二軟水槽3b、及び第二中和槽4bの順に流通する。これにより、硬度成分を含む原水は、第一軟水槽3aでの軟水化処理によって原水のpHの低下が進行する前に第一軟水槽3aを流出し、第一中和槽4aにおいて中和され、第二軟水槽3bで軟水化され、第二中和槽4bにおいて中和されるようになる。そのため、軟水槽及び中和槽をそれぞれ単体で構成する場合と比較して、軟水槽内を流通する水のpHの低下すなわち酸性化を抑制できるので、硬度成分と軟水槽(特に第二軟水槽5)の弱酸性陽イオン交換樹脂33が保持する水素イオンとの交換が起こりやすくなる。したがって、軟水化性能を向上させることが可能となる。
そして、軟水化装置1では、制御部15で特定された時間帯になった場合もしくは軟水化工程での処理水量が一定水量を超えた場合に軟水化工程を終了し、混合工程を実行する。
((混合工程))
次に、軟水化装置1による混合工程時の動作について、図12、図13、図14の「混合時」の欄、及び図15の「再生終了時a」、「再生終了時b」の欄を参照して説明する。
軟水化装置1において、弱酸性陽イオン交換樹脂33を充填した第一軟水槽3a及び第二軟水槽3bは、使用を続けると陽イオン交換能力が低下または消失する。したがって、後述する再生工程により、軟水槽3及び中和槽4の再生を行う必要が生じる。
再生工程の際には、電解槽9で水の電気分解を行い、生じた酸性電解水及びアルカリ性電解水を用いて再生を行うが、電気分解時に原水等の導電率が低い水を使用した場合には、導電率が高い水を電気分解する場合と比較し、同じ電流値を加える場合に生じる抵抗が大きくなるため電解槽9の第一室電極84、及び第二室電極85間に印加される電圧が上がり、電解槽9を運転時の消費電力が上昇してしまう。これを防止する手段として、原水に硫酸ナトリウム等の薬剤を加えて導電率を上げる方法が考えられるが、薬剤の供給が必要となってしまう。
そのため、本実施の形態1では、原水よりも導電率の高い水を調製するために混合工程を行う。混合工程では、前回の再生工程により生じた再生後水を利用する。
再生工程では、弱酸性陽イオン交換樹脂および弱塩基性陰イオン交換樹脂の再生工程が進行するにつれ、軟水槽から放出される硬度成分(例えば、カルシウムイオン、マグネシウムイオン)により、酸性電解水の硬度が上昇する。そのため、硬度が上昇した酸性電解水を再度電解して、再生工程に再利用するようなシステムにおいては、再生処理開始からの時間が経過するにつれ、酸性電解水の硬度が上昇していき、高硬度水となる。再生工程終了後の高硬度水(再生後水)の硬度成分濃度は、例えば1500~2000ppm程度となる。つまり、再生後水は、電解質である硬度成分を大量に含んでいるため、原水と混合することで導電率を上昇させることができる。したがって、再生後水を利用することで、硫酸ナトリウム等の薬剤を添加することなく、電解槽9に供給される液体の導電率を上昇させることができ、第一室電極84、及び第二室電極85への印加電圧の上昇を抑制可能である。
また、再生工程で発生した高硬度水が装置内に残存したままの状態で軟水化工程を開始すると、軟水化工程初期には原水よりも硬度の高い水が取水口7から排出されてしまうため、再生後水はその全量を排水する必要があった。しかし、再生後水を混合工程に利用すれば、再生後水の排水量を低減することができる。
混合工程では、具体的には、前回の再生工程の際に生じた水であり、硬度成分を含み原水よりも導電率の上昇した高硬度水(再生後水)を、原水と混合することにより、混合水とする。言い換えると、n回目の再生工程により生じた再生後水を、n+1回目の混合工程時に原水と混合することにより混合水とする。なお、nは1以上の整数である。
より具体的には、図14に示すように、開閉弁18及び開閉弁20~開閉弁23を閉止して、開閉弁19を開放する。また、第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切替え弁94、第二流入切替え弁93の状態は前回の再生工程終了時と同じ状態である。すなわち、図15に示すように、前回の再生工程終了時の第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切替え弁94、第二流入切替え弁94の状態が前述した「再生終了時a」の状態であった場合は、混合工程においても「再生終了時a」の状態であり、また前述した「再生終了時b」の状態であった場合は、混合工程においても「再生終了時b」の状態である。これにより、第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切替え弁94、第二流入切替え弁93の状態が「再生終了時a」の場合は、図12に示すように原水導入流路70aが形成され、「再生終了時b」の場合は、図13に示すように原水導入流路70bが形成される。
混合工程において、開閉弁19を開放することにより、外部から原水が原水導入流路70に流入する。
原水導入流路70aでは、流入した原水の圧力により、流路28、第一回収流路37、第一送水ポンプ11、第一流入切換え弁93、流路101、第一流入口86、第一室81、第一吐出口87、第一吐出切換え弁91、流路105、第一供給流路35の順に流通し、混合部60に流入する。
原水導入流路70bでは、流入した原水の圧力により、流路28、第一回収流路37、第一送水ポンプ11、第一流入切換え弁93、流路102、第二流入口88、第二室82、第二吐出口89、第二吐出切換え弁92、流路106、第一供給流路35の順に流通し、混合部60に流入する。
また、開閉弁63が開放されているため、再生後水貯留槽64に貯留されている再生後水が、再生後水導入流路62を介して混合部60に流入する。したがって、混合部60では、原水と再生後水とが混合され、原水よりも導電率の高い混合水が生成する。
なお、原水の導電率は、採水地や水質により変化するが、30~600μs/cmであり、再生後水の導電率は1000~3000μs/cmである。
ここで、流路切替えバルブ24は中和槽バイパス流路42から第一回収流路37へ送水可能な接続状態とされ、流路切替えバルブ25は流路29から軟水槽バイパス流路44へ送水可能な接続状態とされている。また、流路切替えバルブ26は第一供給流路35から中和槽バイパス流路42へ送水可能な接続状態とされ、流路切替えバルブ27は軟水槽バイパス流路44から第二供給流路36へ送水可能な接続状態とされている。つまり、第一軟水槽3aと第二軟水槽3bとが連通接続する状態とされている。また加えて、第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切替え弁94、第二流入切替え弁93の再生終了時の状態により、図12、13に示すように、供給流路72aもしくは供給流路72bが形成されている。なお、この時、第一室電極84第二室電極85、第一送水ポンプ11、及び第二送水ポンプ12の動作は停止している。
そのため、生成した混合水は、混合部60から放出され、第一供給流路35、第二軟水槽3b、中和槽バイパス流路42、第一軟水槽3a、第一回収流路37、第一送水ポンプ11、を流通し、供給流路72aを形成している場合は、第一流入切換え弁93、流路101、第一流入口86を介して電解槽9へと流入し、供給流路72bを形成している場合は、第一流入切換え弁93、流路102、第二流入口88を介して電解槽9へと流入する。
このようにして、混合工程により、原水を再生後水と混合し混合水を生成させ、生成した混合水を電解槽9に供給することが可能となる。したがって、後述する再生工程時に電解槽9の印加電圧を低減することができ、消費電力の上昇を抑制することができる。
なお、混合水に占める再生後水の割合は、15%以上であることが好ましく、言い換えると、混合水に占める原水の割合は、85%以下であることが好ましい。このようにすることで、混合水中のイオン濃度を高めることができるため、混合水の導電率が上昇し、1000μs/cm以上の導電率とすることができる。したがって、再生工程の電解時における電極41への印加電圧の上昇を抑制することができる。
また、混合水に占める再生後水の割合は、25%以下であることが好ましく、言い換えると、混合水に占める原水の割合は75%以上であることが好ましい。このようにすることで、混合水中の硬度成分濃度が著しく上昇することを抑制できる。したがって、混合水が高硬度になることを原因とした、炭酸カルシウムなどの固体が析出しやすくなる状態の発生を抑制することができる。なお、この場合の混合水の導電率は、3000μs/cm以下であることが好ましい。
つまり、混合水に占める再生後水の割合を15%以上25%以下とすることで、混合水の導電率を1000~3000μs/cmとすることができ、再生工程の電解時における電極41への印加電圧の上昇を抑制することができるとともに、再生後水が高硬度になり、炭酸カルシウムなどの固体が析出しやすくなる状態を抑制することができる。
そして、軟水化装置1では、制御部15で特定された時間帯になった場合もしくは混合工程の時間が一定時間(例えば、5分)を超えた場合に混合工程を終了し、再生工程を実行する。
((再生工程))
次に、軟水化装置1の再生装置8による再生工程時の動作について、図3、図4、図14の「再生時」の欄及び図15を参照して順に説明する。
軟水化装置1において、弱酸性陽イオン交換樹脂33を充填した第一軟水槽3a及び第二軟水槽3bは、使用を続けると陽イオン交換能力が低下または消失する。すなわち、陽イオン交換樹脂の官能基である水素イオンすべてが、硬度成分であるカルシウムイオンあるいはマグネシウムイオンと交換された後は、イオン交換ができなくなる。水素イオンすべてが硬度成分と交換される前であっても、水素イオンが減少するにしたがってイオン交換反応が起こりにくくなるため、軟水化性能が低下する。このような状態になると、硬度成分が処理水中に含まれるようになる。このため、軟水化装置1では、再生装置8による第一軟水槽3a、第二軟水槽3b、第一中和槽4a、及び第二中和槽4bの再生処理を行う必要が生じる。
再生工程時においては、図3に示す軟水槽再生循環流路39a及び中和槽再生循環流路40aからなる状態と、図4に示す軟水槽再生循環流路39b及び中和槽再生循環流路40bからなる状態の2つの状態を制御部15によって切替えながら運転を行う。制御部15による切替えについては後述する。
まず、図3に示す軟水槽再生循環流路39a及び中和槽再生循環流路40aについて説明する。軟水槽再生循環流路39a及び中和槽再生循環流路40aでは、開閉弁19、開閉弁20、開閉弁22を閉止して、開閉弁18、開閉弁21、開閉弁23を開放し、流路切替えバルブ24は中和槽バイパス流路42から第一回収流路37へ送水可能な接続状態とし、流路切替えバルブ25は軟水槽バイパス流路44から第二回収流路38へ送水可能な接続状態とし、流路切替えバルブ26は第一供給流路35から中和槽バイパス流路42へ送水可能な接続状態とし、流路切替えバルブ27は第二供給流路36から軟水槽バイパス流路44へ送水可能な接続状態とし、第一吐出切換え弁91は、第一吐出口87から流路105へ送水可能な接続状態とし、第二吐出切換え弁92は、第二吐出口89から流路108へ送水可能な接続状態とし、第一流入切換え弁93は、第一送水ポンプ11から流路101へ送水可能な接続状態とし、第二流入切換え弁94は、第二送水ポンプ12から流路104へ送水可能な接続状態とする。つまり、第一軟水槽3aと第二軟水槽3bとが連通接続する状態、第一中和槽4aと第二中和槽4bとが連通接続する状態、排水口13及び捕捉部排水口14の排水を停止した状態とする。これにより、図3に示すように、軟水槽再生循環流路39a及び中和槽再生循環流路40aがそれぞれ形成される。
そして、第一送水ポンプ11及び第二送水ポンプ12を動作させると、電解槽9内の酸性電解水及びアルカリ性電解水が軟水槽再生循環流路39a及び中和槽再生循環流路40aのそれぞれを循環する。
また、図3に示すように、軟水槽再生循環流路39a及び中和槽再生循環流路40aがそれぞれ形成されている状態では、第一室電極84が第二室電極85に対して高電位となるように通電する(正運転)。すなわち、第一室電極84が陽極、第二室電極85が陰極として機能する。これにより、電気分解の際に、第一室電極84(陽極)では水素イオンが生じ、第一室81では、酸性電解水が生成する。一方、第二室電極85(陰極)では水酸化物イオンが生じ、第二室82ではアルカリ性電解水が生成する。
次に、図4に示す軟水化再生循環流路39b及び中和槽再生循環流路40bについて説明する。軟水槽再生循環流路39b及び中和槽再生循環流路40bでは、開閉弁19、開閉弁20、開閉弁22を閉止して、開閉弁18、開閉弁21、開閉弁23を開放し、流路切替えバルブ24は中和槽バイパス流路42から第一回収流路37へ送水可能な接続状態とし、流路切替えバルブ25は軟水槽バイパス流路44から第二回収流路38へ送水可能な接続状態とし、流路切替えバルブ26は第一供給流路35から中和槽バイパス流路42へ送水可能な接続状態とし、流路切替えバルブ27は第二供給流路36から軟水槽バイパス流路44へ送水可能な接続状態とし、第一吐出切換え弁91は、第一吐出口87から流路107へ送水可能な接続状態とし、第二吐出切換え弁は、第二吐出口89から流路106へ送水可能な接続状態とし、第一流入切換え弁93は、第一送水ポンプ11から流路102へ送水可能な接続状態とし、第二流入切換え弁94は、第二送水ポンプ12から流路103へ送水可能な接続状態とする。つまり、第一軟水槽3aと第二軟水槽3bとが連通接続する状態、第一中和槽4aと第二中和槽4bとが連通接続する状態、排水口13及び捕捉部排水口14の排水を停止した状態とする。これにより、図3に示すように、軟水槽再生循環流路39b及び中和槽再生循環流路40bがそれぞれ形成される。
そして、第一送水ポンプ11及び第二送水ポンプ12を動作させると、電解槽9内の酸性電解水及びアルカリ性電解水が軟水槽再生循環流路39b及び中和槽再生循環流路40bのそれぞれを循環する。
また、図4に示すように、軟水槽再生循環流路39b及び中和槽再生循環流路40bがそれぞれ形成されている状態では、第二室電極85が第一室電極84に対して高電位となるように通電する(反転運転)。すなわち、第一室電極84が陰極、第二室電極85が陽極として機能する。これにより、電気分解の際に、第二室電極85(陽極)では水素イオンが生じ、第二室82では、酸性電解水が生成する。一方、第一室電極84(陰極)では水酸化物イオンが生じ、第一室81ではアルカリ性電解水が生成する。
電解槽9で生成した酸性電解水は、第一供給流路35を流通し流路切替えバルブ26を介して第二軟水槽3b内に送水され、内部の弱酸性陽イオン交換樹脂33を流通する。そして、第二軟水槽3bを流通した酸性電解水は、中和槽バイパス流路42を流通し流路切替えバルブ24を介して、第一軟水槽3a内に送水され、内部の弱酸性陽イオン交換樹脂33を流通する。すなわち、酸性電解水を弱酸性陽イオン交換樹脂33に通水することで、弱酸性陽イオン交換樹脂33に吸着されている陽イオン(硬度成分)が、酸性電解水に含まれる水素イオンとイオン交換反応を起こす。これにより、弱酸性陽イオン交換樹脂33が再生される。
その後、第一軟水槽3aを流通した酸性電解水は、陽イオンを含み、第一回収流路37へ流入する。すなわち、弱酸性陽イオン交換樹脂33を流通した陽イオンを含む酸性電解水は、第一回収流路37を介して電解槽9に回収される。
このように、軟水槽再生循環流路39は、酸性電解水を、原水の流入口から最も下流に位置する軟水槽であり、上流側の軟水槽より硬度成分の吸着量が少ない弱酸性陽イオン交換樹脂33を有する軟水槽である第二軟水槽3bの下流側から流通させ、上流に位置しており第二軟水槽3bに比べて硬度成分がより多く吸着している弱酸性陽イオン交換樹脂33を有する第一軟水槽3aの下流側へと流入させるように構成される。つまり、軟水槽再生循環流路39は、電解槽9から送出された酸性電解水を、第二軟水槽3bに流通させた後、中和槽バイパス流路42によって第一軟水槽3aへと送出し、第一軟水槽3aを流通させ、第一回収流路37を介して電解槽9へ流入させる流路である。これにより、再生工程の際には、第一軟水槽3aと比べて硬度成分の吸着量が少ない第二軟水槽3bに、電解槽9から吐出された酸性電解水が流入し、硬度成分を含んだ酸性電解水が第二軟水槽3bから第一軟水槽3aへと吐出される。第二軟水槽3bの弱酸性陽イオン交換樹脂33の再生では、第一軟水槽3aと比較し、酸性電解水中の水素イオンの消費が少ないため、第一軟水槽3aの再生と比べ、水素イオン濃度の低減を抑制できる。そのため、水素イオンを多く含有する酸性電解水が第一軟水槽3aに流入し、硬度成分が第一軟水槽3aにおいて再吸着するのを抑制することができる。したがって、再生処理効率の低下を抑制でき、再生時間が短縮できる。
一方、電解槽9の陰極付近で生成したアルカリ性電解水は、第二供給流路36、捕捉部10を流通し流路切替えバルブ27を介して第二中和槽4b内に送水され、内部の弱塩基性陰イオン交換樹脂34を流通する。そして、第二中和槽4bを流通したアルカリ性電解水は、軟水槽バイパス流路44を流通し、流路切替えバルブ25を介して第一中和槽4a内に送水され、内部の弱塩基性陰イオン交換樹脂34を流通する。すなわち、アルカリ性電解水を弱塩基性陰イオン交換樹脂34に通水させることで、弱塩基性陰イオン交換樹脂34に吸着されている陰イオンが、アルカリ性電解水に含まれる水酸化物イオンとイオン交換反応を起こす。これにより、弱塩基性陰イオン交換樹脂34が再生される。
その後、第一中和槽4aを流通したアルカリ性電解水は、陰イオンを含み、第二回収流路38へ流入する。すなわち、弱塩基性陰イオン交換樹脂34を流通した陰イオンを含むアルカリ性電解水は、第二回収流路38を介して電解槽9に回収される。
このように、中和槽再生循環流路40は、アルカリ性電解水を、原水の流入口から最も下流に位置する中和槽であり、上流側の中和槽と比較して陰イオンの吸着量が少ない弱塩基性陰イオン交換樹脂34を有する第二中和槽4bの下流側から流通させ、上流に位置しており第二中和槽4bに比べて陰イオンがより多く吸着している弱塩基性陰イオン交換樹脂34を有する第一中和槽4aの下流側へと流入させるように構成した。つまり、中和槽再生循環流路40は、電解槽9から送出されたアルカリ性電解水を、第二中和槽4bに流通させた後、軟水槽バイパス流路44によって第一中和槽4aへと送出し、第一中和槽4aを流通させ、第二回収流路38を介して電解槽9へ流入させる流路である。これにより、再生工程時には、第一中和槽4aと比べて陰イオンの吸着量が少ない第二中和槽4bに、アルカリ性電解水が流入し、陰イオンを含んだアルカリ性電解水が第二中和槽4bから第一中和槽4aへと吐出される。第二中和槽4bの弱塩基性陰イオン交換樹脂34の再生では、第一中和槽4aと比較し、アルカリ性電解水中の水酸化物イオンの消費が少ないため、第一中和槽4aの再生と比べ、水酸化物イオン濃度の低減を抑制できる。そのため、水酸化物イオンを多く含有するアルカリ性電解水が第一中和槽4aに流入し、陰イオンが第一中和槽4aにおいて再吸着するのを抑制することができる。したがって、再生処理効率の低下を抑制でき、再生時間が短縮できる。
また、中和槽再生循環流路40は、電解槽9から送出されたアルカリ性電解水を、第一中和槽4a及び第二中和槽4bの下流側から第一中和槽4a及び第二中和槽4bに導入し、各中和槽の下流側に比べて陰イオンの吸着量が多い上流側から流出させる。これにより、より陰イオン成分の吸着量が少ない下流側からアルカリ性電解水が流入し、中和槽の再生を行う。下流側の弱塩基性陰イオン交換樹脂34の再生では、上流側と比較し、アルカリ性電解水中の水酸化物イオンの消費が少ないため、アルカリ性電解水の水酸化物イオン濃度の低減を抑制できる。そのため、下流側からのアルカリ性電解水に含まれる陰イオンが上流側において再吸着するのを抑制することができる。したがって、中和槽の再生処理効率の低下を抑制でき、再生時間が短縮できる。なお、下流側とは、軟水化処理時の流路における下流側を指す。
以降では、制御部15による再生工程時における軟水槽再生循環流路39a及び中和槽再生循環流路40aの流路状態と軟水槽再生循環流路39b及び中和槽再生循環流路40bとの流路状態の切替えと、第一室電極84と第二室電極の運転状態(正運転と反転運転)の切替えについて説明する。
まず、軟水化装置1は、軟水槽再生循環流路39a及び中和槽再生循環流路40aの流路状態で、第一送水ポンプ11及び第二送水ポンプ12を動作させ図15の「再生時a」の欄に示すように第一室電極84が陽極、第二室電極85が陰極となるように通電する。つまり、電解槽9を正運転させることで、第一室81で酸性電解水を生成させ、第二室82でアルカリ性電解水を生成させ、生成した酸性電解水を軟水槽再生循環流路39aに循環させ、生成したアルカリ性電解水を中和槽再生循環流路40aに循環させる。このとき、経過時間記憶部112は、正運転の開始と同時に正運転の実行時間である正運転時間を記憶し始める。制御部15では、所定の基準時間(例えば6時間)が設定されており、経過時間比較部113は、経過時間記憶部112が記憶した正運転時間と所定の基準時間とを比較する。
経過時間比較部113が比較した結果、正運転時間が所定の基準時間未満である場合には、制御部15は、正運転時間が所定の基準時間に達するまで、正運転の状態で再生工程を実施する。また、正運転時間が所定の基準時間以上となる場合には、制御部15は、再生運転を反転運転にて実施する。具体的には、切替部111は、各種弁を切替えることにより軟水槽再生循環流路39b及び中和槽再生循環流路40bの流路状態とし、第一室電極84が陰極、第二室電極85が陽極となるように通電し、反転運転となるように切替えを行う。
このように、制御部15によって、再生運転状態が正運転から反転運転に切替えられた時には、経過時間記憶部112に記憶されていた正運転時間はリセットされ、0に戻る。またこのとき、経過時間記憶部112は、反転運転の開始と同時に反転運転の実行時間である反転運転時間を記憶し始める。制御部15は、その後、正運転の時と同様に、経過時間比較部113にて反転運転時間と所定の基準時間とを比較しながら再生運転を実施する。
経過時間比較部113が比較した結果、反転運転時間が所定の基準時間未満である場合には、制御部15は、反転運転時間が所定の基準時間に達するまで、反転運転の状態で再生工程を実施する。また、反転運転時間が所定の基準時間以上となる場合には、制御部15は、再生運転を反転運転にて実施する。具体的には、切替部111は、各種弁を切替えることにより軟水槽再生循環流路39a及び中和槽再生循環流路40aの流路状態とし、第一室電極84が陽極、第二室電極85が陰極となるように通電し、正運転となるように切替えを行う。
そして、再生運転状態が反転運転から正運転に切替えられた時には、経過時間記憶部112に記憶されていた反転運転時間はリセットされ0に戻り、経過時間記憶部112は正運転時間を記憶し始める。
そして、軟水化装置1では、制御部15で特定された時間帯になった場合もしくは再生工程が一定時間(例えば4時間)を超えた場合に再生工程を終了し、貯水工程を実行する。
なお、再生工程が終了する場合に経過時間記憶部112が記憶していた正運転時間または反転運転時間が所定の基準時間未満である場合には、制御部15は、流路状態の切替えを行わずに第一室電極84及び第二室電極85への通電を停止する。このとき、運転状態記憶部116は、再生工程終了時の運転状態が正運転であったか反転運転であったかを記憶する。そして、次回の再生工程の開始時には、運転状態記憶部116の記憶した運転状態で再生工程が開始される。また、経過時間記憶部112が記憶していた正運転時間または反転運転時間についても、次回の再生工程まで記憶され、次回の再生工程が開始されたときに引き続き運転時間の記憶が実施される。例えば、正運転状態で再生工程の終了を迎え、正運転時間が所定の基準時間未満である場合には、図15に示す「再生時a」から「再生終了時a」の状態となり、制御部15においては、運転状態として正運転状態が記憶され、正運転時間は記憶されたままの状態である。そして、次回の再生工程は、正運転で開始され、記憶されていた正運転時間に引き続いて正運転時間が記憶されていく。
また、再生工程が終了する時に制御部15において記憶されていた正運転時間または反転運転時間が所定の基準時間以上である場合は、流路状態が切替えられ、第一室電極84及び第二室電極85の通電状態が停止する。このとき、制御部15においては、切替え後の運転状態(正運転または反転運転)が記憶され、次回の再生工程はこの記憶された運転状態で開始される。また、経過時間記憶部112が記憶していた正運転時間または反転運転時間についてはリセットされ0に戻り、次回の再生工程では切替え後の運転について運転時間の記憶が実施される。例えば、正運転状態で再生工程の終了を迎え、正運転時間が所定の基準時間以上である場合には、図15に示す「再生時a」から「再生終了時b」の状態となり、制御部15においては、運転状態として反転運転状態が記憶され、正運転時間は0に戻る。そして、次回の再生工程は、反転運転で開始され、反転運転時間が記憶されていく。
なお、再生工程中に利用者が水を得たい場合には、軟水化装置1と接続された蛇口(不図示)等を開放することにより、原水が流入口2から流路53を通り、取水口7から流出するため、再生工程の終了を待たずとも、原水を利用することができる。
((貯水工程))
次に、軟水化装置1の貯水工程時の動作について、図5、図6、図14の「貯水時」の欄及び図15の「再生終了時a」、「再生終了時b」の欄を参照して順に説明する。
再生工程から軟水化工程までの間には、後述する再生流路洗浄工程、電解槽洗浄工程、捕捉部洗浄工程を実行する。これらの工程ではいずれも、軟水槽再生循環流路39に原水を流入させるため、前述の混合工程における再生後水を確保するために、貯水工程を行う。
貯水工程時において、開閉弁19~開閉弁23を閉止して、開閉弁63を開放し、流路切替えバルブ24は中和槽バイパス流路42から第一回収流路37へ送水可能な接続状態とされ、流路切替えバルブ25は流路29から軟水槽バイパス流路44へ送水可能な接続状態とされている。また、流路切替えバルブ26は第一供給流路35から中和槽バイパス流路42へ送水可能な接続状態とされ、流路切替えバルブ27は軟水槽バイパス流路44から第二供給流路36へ送水可能な接続状態とされる。また、第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切換え弁93、第二流入切換え弁94の状態については、再生終了時の前述した図15に示す「再生終了時a」、「再生終了時b」のいずれかの状態であり、「再生終了時a」の状態であれば、図5、黒矢印に示す貯水流路66aが形成され、「再生終了時b」の状態であれば、図6、黒矢印に示す貯水流路66bが形成される。なお、この時、第一室電極84、第二室電極85、第一送水ポンプ11、及び第二送水ポンプ12の動作は停止している。
そのため、軟水槽再生循環流路39に残存する再生後水は、軟水槽再生循環流路39内を流通し、再生後水導入流路62を介して再生後水貯留槽64に流入する。
このようにして、貯水工程により、再生工程後の軟水槽再生循環流路39内の再生後水を、再生後水貯留槽64に貯留することができる。したがって、再生工程と軟水化工程の間に、流路洗浄や電解槽9の洗浄を行う場合においても、次回の混合工程時に、再生後水を利用することができる。
そして、軟水化装置1では、制御部15で特定された時間帯になった場合、もしくは貯水工程が一定時間(例えば5分)を超えた場合、あるいは再生後水貯留槽64の貯水量が一定値を超えた場合に貯水工程を終了し、再生流路洗浄工程を実行する。
なお、貯水工程中に利用者が水を得たい場合には、軟水化装置1と接続された蛇口(不図示)等を開放することにより、原水が流入口2から流路53を通り、取水口7から流出するため、貯水工程の終了を待たずとも、原水を利用することができる。
((再生流路洗浄工程))
次に、軟水化装置1の再生流路洗浄工程時の動作について、図7、図8、及び図14の「再生流路洗浄時」の欄及び図15の「再生終了時a」、「再生終了時b」の欄を参照して順に説明する。
軟水化装置1において、再生工程中には、第一軟水槽3a及び第二軟水槽3bから硬度成分が酸性電解水中に放出され、酸性電解水は軟水槽再生循環流路39から排出されることなく流路内を循環する。したがって、再生工程終了後の軟水槽再生循環流路39内には、第一軟水槽3a及び第二軟水槽3bから放出された硬度成分を含む高硬度水で満たされている。この高硬度水の硬度は、原水の硬度(例えば450ppm)よりも著しく高くなっており、例えば2000ppm程度まで上昇する場合がある。この高硬度水が軟水化装置1内に残存した状態で軟水化工程に移行すると、取水口7からは高硬度水もしくは原水と高硬度水が混合した水が排出される。したがって、軟水化装置1の利用者は、再生工程終了後に軟水化工程を実行した場合には、軟水化工程開始直後には軟水を得られないどころか原水よりも硬度の高い水を得ることになるという問題が生じる。これらの問題を解決するために、軟水槽再生循環流路39内の高硬度水を排水する再生流路洗浄工程を行う。
なお、再生流路洗浄工程の前に行われる貯水工程において、流路内の再生後水の一部は再生後水貯留槽64に流入するが、貯水工程後にも流路内に残存する再生後水を排出するために、再生流路洗浄工程を行う。
再生流路洗浄工程時において、開閉弁21~開閉弁23を閉止して、開閉弁18~開閉弁20を開放し、流路切替えバルブ24は流路28から中和槽バイパス流路42へ送水可能な接続状態とし、流路切替えバルブ25は軟水槽バイパス流路44へ送水可能な接続状態とし、流路切替えバルブ26は中和槽バイパス流路42から第一供給流路35へ送水可能な接続状態とし、流路切替えバルブ27は第二供給流路36へ送水可能な接続状態とする。つまり、第一軟水槽3aと第二軟水槽3bとが連通接続する状態、第二軟水槽3bと排水口13とが連通接続する状態、電解槽9と排水口13とが連通接続する状態、及び捕捉部排水口14の排水を停止した状態とする。また、第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切換え弁93、第二流入切換え弁94の状態については、再生終了時の前述した図15に示す「再生終了時a」、「再生終了時b」のいずれかの状態であり、「再生終了時a」の状態であれば、図7に示すように、第一排水流路46a及び第二排水流路47がそれぞれ形成され、「再生終了時b」の状態であれば、図8に示すように、第一排水流路46b及び第二排水流路47がそれぞれ形成される。なお、この時、第一室電極84、第二室電極85、第一送水ポンプ11、及び第二送水ポンプ12の動作は停止している。
再生流路洗浄工程において、具体的には、開閉弁19を開放することにより、外部から原水が第一排水流路46及び第二排水流路47に流入する。
第一排水流路46では、流入した原水の圧力により、流路28、第一回収流路37、第一送水ポンプ11、電解槽9、第一供給流路35内の高硬度水が押し流され、排水流路54へと流入する。排水流路54へ流入した高硬度水は、排水口13から装置外に排出される。
第二排水流路47では、流入した原水の圧力により、流路28、第一軟水槽3a、中和槽バイパス流路42、第二軟水槽3b、第一供給流路35内の高硬度水が押し流され、排水流路54へと流入する。排水流路54へ流入した高硬度水は、排水口13から装置外に排出される。
このようにして、再生流路洗浄工程により、再生工程後の主な高硬度水の残留箇所である第一排水流路46及び第二排水流路47内の高硬度水を、中和槽4への流通を抑制しつつ原水に置換可能である。したがって、再生流路洗浄工程において、中和槽4内の弱塩基性陰イオン交換樹脂34への水素イオンの吸着を抑制可能なため、充填された水酸化物イオンの消費を抑制でき、中和性能を保つことができる。したがって、高硬度水を原因とする軟水化性能の低下を抑制できる。
そして、軟水化装置1では、制御部15で特定された時間帯になった場合、もしくは再生流路洗浄工程が一定時間(例えば1分)を超えた場合、あるいは再生流路洗浄工程での通水量が一定値を超えた場合に再生流路洗浄工程を終了し、電解槽洗浄工程を実行する。
なお、再生流路洗浄工程中に利用者が水を得たい場合には、軟水化装置1と接続された蛇口(不図示)等を開放することにより、原水が流入口2から流路53を通り、取水口7から流出するため、再生流路洗浄工程の終了を待たずとも、原水を利用することができる。
((電解槽洗浄工程))
次に、軟水化装置1の電解槽洗浄工程時の動作について、図9、図10、図14の「電解槽洗浄時」の欄及び図15の「再生終了時a」、「再生終了時b」の欄を参照して順に説明する。
再生工程において、電解槽9が動作していると、陰極には水中の硬度成分(カルシウムイオンあるいはマグネシウムイオン)が固体(スケール)として析出する。陰極へ析出した析出物は不導体であるため、電解槽9の運転電圧を上昇させ、再生工程時の消費電力を上昇させてしまう。そこで、陰極に析出した析出物を除去する電解槽洗浄工程を行う必要がある。
電解槽洗浄工程において、開閉弁18~開閉弁22を開放し、開閉弁23を閉止する。また、流路切替えバルブ24は流路28から流路29へ送水可能な接続状態とし、流路切替えバルブ25は軟水槽バイパス流路44へと送水可能な接続状態とし、流路切替えバルブ26は第一供給流路35へ送水可能な接続状態とし、流路切替えバルブ27は第二供給流路36へ送水可能な接続状態とする。つまり、第一軟水槽3aと電解槽9とが連通接続する状態、電解槽9と排水口13とが連通接続する状態、電解槽9と捕捉部排水口14とが連通接続する状態とする。また、第一吐出切換え弁91、第二吐出切換え弁92、第一流入切換え弁93、第二流入切換え弁94の状態については、前述した図15に示す「再生終了時a」、「再生終了時b」のいずれかの状態であり、「再生終了時a」の状態であれば、図9に示すように、第一排水流路46a及び第三排水流路50aがそれぞれ形成され、「再生終了時b」の状態であれば、図10に示すように、第一排水流路46a及び第三排水流路50aがそれぞれ形成される。
電解槽洗浄工程において、具体的には、開閉弁19を開放することにより、外部から原水が第一排水流路46及び第三排水流路50に流入する。
第一排水流路46では、流入した原水は、流路28、第一回収流路37、第一送水ポンプ11を流通し、電解槽9に流入する。
一方、第三排水流路50では、流入した原水は、流路28、第一軟水槽3a、第二回収流路38、第二送水ポンプ12を流通し、電解槽9に流入する。
電解槽洗浄工程では、制御部15で記憶されている正運転時間または反転運転時間のいずれかが0ではない場合、かつ、記憶されている再生運転状態が正運転の場合には、第一室電極84に対して第二室電極85が高電位となるように通電する。制御部15で記憶されている正運転時間または反転運転時間のいずれかが0ではない場合、かつ、記憶されている再生運転状態が反転運転の場合には第二室電極85に対して第一室電極84が高電位となるように通電する。また、制御部15で記憶されている正運転時間または反転運転時間のいずれもが0であり、かつ、記憶されている再生運転状態が正運転の場合には、第二室電極85に対して第一室電極84が高電位となるように通電する。制御部15で記憶されている正運転時間または反転運転時間のいずれもが0であり、かつ、記憶されている再生運転状態が反転運転の場合には第一室電極84に対して第二室電極85が高電位となるように通電する。
このとき、電解槽9は、電解槽9内に流入した原水を電気分解し、低電位側ではアルカリ性電解水を生成し、高電位側では酸性電解水を生成する。
この際、第一室電極84または第二室電極85で生成された酸性電解水により、電極上に析出した析出物を溶解させることができる。したがって、第一室電極84または第二室電極85の表面への析出物の付着を原因とした電解性能の低下を抑制できる。
第一室電極84または第二室電極85で生成されたアルカリ性電解水は、第一供給流路35を流通して排水流路54に流入し、排水口13から装置外に排出される。
一方、第一室電極84または第二室電極85で生成された酸性電解水は、陰極に析出した析出物を溶解し、第二供給流路36を流通して捕捉部10に流入する。捕捉部10に流入した酸性電解水は、捕捉部10に固着した析出物を溶解させることができ、捕捉部10を予備的に洗浄できる。したがって、次の工程である捕捉部洗浄工程に要する時間を短縮することができる。そして酸性電解水は、捕捉部10の下部に設けられた捕捉部排水口14から装置外に排出される。
つまり、電解槽洗浄工程では、電解槽9内の析出物の除去と捕捉部10内の析出物の除去を同時に行うことができ、再生工程終了から軟水化工程開始までに要する時間を短縮することができる。
そして、軟水化装置1では、制御部15で特定された時間帯になった場合もしくは電解槽洗浄工程が一定時間(例えば5分)を超えた場合に電解槽洗浄工程を終了し、捕捉部洗浄工程を実行する。
なお、第三排水流路50において、原水が第一軟水槽3aを通過するため、酸性になった水が捕捉部10を通過する。そのため、捕捉部10が酸性下になり、捕捉部10に固着した析出物が酸性水により溶解する。したがって、捕捉部10を予備的に洗浄できるため、次の工程である捕捉部洗浄工程に要する時間を短縮することができる。つまり、電解槽9内の析出物の除去と捕捉部10内の析出物の除去を同時に行うことができ、再生工程終了から軟水化工程開始までに要する時間を短縮することができる。
なお、電解槽洗浄工程中に利用者が水を得たい場合には、軟水化装置1と接続された蛇口(不図示)等を開放することにより、原水が流入口2から流路53を通り、取水口7から流出するため、電解槽洗浄工程の終了を待たずとも、原水を利用することができる。
((捕捉部洗浄工程))
次に、軟水化装置1の捕捉部洗浄工程時の動作について、図11及び図14の「捕捉部洗浄時」の欄を参照して順に説明する。
再生工程において、電解槽9には第一軟水槽3a及び第二軟水槽3bから放出された硬度成分を含む高硬度水が流入する。硬度成分は、電気分解の際に陰極側へと移動し、陰極で生成される水酸化物イオンと反応し、析出物となる。析出した析出物の一部は、電解槽9から放出されるアルカリ性電解水に含まれ、第二供給流路36を流通し、捕捉部10によって捕捉される。したがって、再生工程中の捕捉部10には、析出物が徐々に堆積するため、捕捉部10を原因とした圧力損失が徐々に増大し、中和槽再生循環流路40を流通するアルカリ性電解水の流量が徐々に低下する。したがって、析出物を放置すると、第一中和槽4a及び第二中和槽4bの弱塩基性陰イオン交換樹脂34の再生に要する時間が延び、最終的には弱塩基性陰イオン交換樹脂34への水酸化物イオンの充填が完了しなくなる恐れがある。そのため、捕捉部10に固着あるいは析出した析出物を除去する捕捉部洗浄工程を行う必要がある。
捕捉部洗浄工程において、開閉弁18、開閉弁19、開閉弁22、及び開閉弁23を開放し、開閉弁20及び開閉弁21を閉止する。また、流路切替えバルブ24は流路28から流路29へ送水可能な接続状態とし、流路切替えバルブ25は流路29から流路30へ送水可能な接続状態とし、流路切替えバルブ26は流路30から流路31へ送水可能な接続状態とし、流路切替えバルブ27は流路31から第二供給流路36へ送水可能な接続状態とする。つまり、第一軟水槽3aと第一中和槽4aとが連通接続する状態、第一中和槽4aと第二軟水槽3bとが連通接続する状態、第二軟水槽3bと第二中和槽4bとが連通接続する状態、第二中和槽4bと捕捉部排水口14とが連通接続する状態とする。これにより、図11に示すように、第四排水流路52が形成される。
捕捉部洗浄工程において、具体的には、開閉弁19を開放することにより、外部から原水が流路28に流入する。流入した原水は、流路28、第一軟水槽3a、流路29、第一中和槽4a、流路30、第二軟水槽3b、流路31、第二中和槽4b、第二供給流路36を流通し、捕捉部10に流入する。
捕捉部10では、再生工程の通水方向とは反対側から中性軟水が流入する。つまり、流入した中性軟水により、捕捉部10の逆洗浄が行われる。この時、電解槽洗浄工程によって捕捉部10に固着あるいは析出した析出物の一部が予め溶解しているため、中性軟水による捕捉部10の洗浄を容易に行うことができる。析出物を含む中性軟水は、捕捉部10の下部に設けられた捕捉部排水口14から装置外に排出される。
このようにして、捕捉部10を逆洗浄することができるため、捕捉部10に残留する析出物を除去できる。したがって、捕捉部10の閉塞を抑制でき、再び再生工程を行う際に、捕捉部10に起因する圧力損失を低減できる。その結果、捕捉部10を含む再生流路である中和槽再生循環流路40の流量低減を抑制でき、アルカリ性電解水の流量を担保できるため、再生性能を確保できる。
そして、軟水化装置1では、制御部15で特定された時間帯になった場合もしくは捕捉部洗浄工程が一定時間(例えば5分)を超えた場合に捕捉部洗浄工程を終了し、軟水化工程を実行する。
なお、流入口2から第二中和槽4bまでの流路は、軟水化工程時の流路と同様の流路である。つまり、第四排水流路52を使用することにより、軟水化工程における最後段の中和槽である第二中和槽4bは軟水化された水で充填された状態となる。したがって、第四排水流路52を用いて捕捉部洗浄工程を行った後に軟水化工程を行うことにより、軟水化装置1の利用者は、軟水化工程開始直後から軟水化処理され硬度の低減した軟水を取水口7から得ることができる。
なお、捕捉部洗浄工程中に利用者が水を得たい場合には、軟水化装置1と接続された蛇口(不図示)等を開放することにより、原水が流入口2から流路53を通り、取水口7から流出するため、捕捉部洗浄工程の終了を待たずとも、原水を利用することができる。
以上のようにして、軟水化装置1では、軟水化工程、混合工程、再生工程、貯水工程、再生流路洗浄工程、電解槽洗浄工程、捕捉部洗浄工程がこの順で繰り返し実行される。軟水化工程の直前に捕捉部洗浄工程を実施することで、軟水化工程における最後段の中和槽は、軟水化された水で充填された状態になる。したがって、軟水化装置1の利用者が蛇口を開けた際に、取水口7からの高硬度水の排出を抑制でき、軟水化工程開始直後から硬度の安定した軟水を提供することができる。
また、再生流路洗浄工程を行ってから電解槽洗浄工程を行うことにより、電解槽洗浄工程での転極時には、高硬度水が既に装置外に排水されており、高硬度水を電解する可能性を抑制できる。したがって、硬度の高い水の電解を抑制でき、転極時にアルカリ性電解水が送水される流路における多量のスケール発生を抑制できる。
以上、本実施の形態1に係る軟水化装置1によれば、以下の効果を享受することができる。
(1)軟水化装置1は、硬度成分を含む原水を弱酸性陽イオン交換樹脂33により軟水化して酸性軟水を生成する軟水槽3と、軟水槽3を通過した酸性軟水のpHを弱塩基性陰イオン交換樹脂34により中和して中和軟水を生成する中和槽4と、酸性電解水とアルカリ性電解水とを生成する電解槽9と、弱酸性陽イオン交換樹脂33及び/又は弱塩基性陰イオン交換樹脂34の再生を行う工程である再生工程を制御する制御部15と、を備え、電解槽9は、正運転時に酸性電解水が生成される第一室81と、正運転時にアルカリ性電解水が生成される第二室82と、を備え、再生工程時の運転状態として、正運転と、正運転とは電極の極性を反転した状態で運転する反転運転との少なくとも2種の運転状態を有し、制御部15は、再生工程時に、電解槽9の運転状態に基づいて、第一室81から送出される電解水及び第二室82から送出される電解水の送出先を決定する。
こうした構成によれば、再生工程時の運転状態に応じて、電解槽9から送出される電解水の送出先を決定できる。したがって、正運転を行うか、反転運転を行うかに関わらず、弱酸性陽イオン交換樹脂33及び弱塩基性陰イオン交換樹脂34の再生を行うことができる。そのため、電極の極性を反転させた状態でも再生工程を実施することができるため、電極上に析出するスケールを溶解させつつ樹脂の再生を行うことができる。
(2)軟水化装置1は、正運転時には、第一室81から送出される電解水を軟水槽3へ送出し、第二室82から送出される電解水を中和槽へ送出する。
これにより、正運転時には、第一室81から送出される酸性電解水により軟水槽3の弱酸性陽イオン交換樹脂33を再生し、第二室82から送出されるアルカリ性電解水により中和槽4の弱塩基性陰イオン交換樹脂34を再生することができる。
(3)軟水化装置1は、反転運転時には、第一室81から送出される電解水を中和槽4へ送出し、第二室82から送出される電解水を軟水槽3へ送出する。
これにより、反転運転時には、第一室81から送出されるアルカリ性電解水により中和槽4の弱塩基性陰イオン交換樹脂34を再生し、第二室82から送出される酸性電解水により軟水槽3の弱酸性陽イオン交換樹脂33を再生することができる。
(4)軟水化装置1に備えられる制御部15は、電解槽9の運転状態を切替える切替部111と、運転状態の切替えが実行されてからの経過時間を記憶する経過時間記憶部112と、所定の基準時間と前記経過時間とを比較する経過時間比較部113と、を備え、経過時間が前記所定の基準時間を超過した場合に、切替部111による電解槽9の運転状態の切替えを実行する。
こうした構成によれば、第一室電極84または第二室電極85の運転時間を所定の基準時間と比較し、正運転と反転運転とを切替えることができる。したがって、第一室電極84及び第二室電極85が陽極として使用される時間を略同一にすることができる。一般に電極は陽極として使用されるときに触媒層の溶解が生じ、消耗するため、陽極として使用される時間を略同一にすることで、一方の電極のみが消耗していくことを抑制できる。したがって、電解槽9の耐用期間を長期化できる。
(5)軟水化装置1に備えられる制御部15は、正運転の実行時間である正運転時間を記憶する正運転時間記憶部114と、反転運転の実行時間である反転運転時間を記憶する反転運転時間記憶部115と、前回の再生工程終了時における電解槽9の運転状態を記憶する運転状態記憶部116と、所定の基準時間と、正運転時間または反転運転時間とを比較する運転時間比較部117と、を備え、運転状態記憶部116の記憶した運転状態と運転時間比較部117の比較結果に基づいて、電解槽9の運転状態を決定する。
こうした構成によれば、第一室電極84または第二室電極85の陽極使用時間を所定の基準時間と比較し、正運転と反転運転とを切替えることができる。したがって、第一室電極84及び第二室電極85が陽極として使用される時間を略同一にすることができるため、電解槽9の耐用期間を長期化できる。
(6)軟水化装置1は、再生工程を複数回実行する場合に、運転状態記憶部116が記憶する運転状態が正運転の場合には、所定の基準時間と正運転時間とを比較し、正運転時間が所定の基準時間未満の場合には、所定の基準時間に達するまで正運転を行い、正運転時間が所定の基準時間以上の場合には、切替部111による運転状態の切替えを行い、運転状態記憶部116が記憶する運転状態が反転運転の場合には、所定の基準時間と反転運転時間とを比較し、反転運転時間が所定の基準時間未満の場合には、所定の基準時間に達するまで反転運転を行い、反転運転時間が所定の基準時間以上の場合には、切替部111による運転状態の切替えを行う。
こうした構成によれば、再生工程の途中においても、第一室電極84及び第二室電極85の陽極使用時間が所定の基準時間以上にならないように運転することが可能になる。したがって、第一室電極84及び第二室電極85が陽極として使用される時間を同程度にすることができるため、電解槽9の耐用期間を長期化できる。
(7)軟水化装置1に備えられる電解槽9は、正運転時に酸性電解水が吐出される第一吐出口87と、正運転時に酸性電解水が流入する第一流入口86と、正運転時にアルカリ性電解水が吐出される第二吐出口89と、正運転時にアルカリ性電解水が流入する第二流入口88と、を備え、第一吐出口87から吐出される電解水の送水方向を切替える第一吐出切替え弁91と、第二吐出口89から吐出される電解水の送水方向を切替える第二吐出切替え弁92と、第一流入口86へ流入する電解水の送水元を切替える第一流入切替え弁94と、第二流入口88へ流入する電解水の送水元を切替える第二流入切替え弁93と、
を備え、制御部15は、正運転時には、第一吐出切替え弁91を、第一吐出口87と軟水槽3が連通接続する方向へ切替え、第二吐出切替え弁92を、第二吐出口89と中和槽4が連通接続する方向へ切替え、第一流入切替え弁94を、軟水槽3と第一流入口86が連通接続する方向へ切替え、第二流入切替え弁93を、中和槽4と第二流入口88が連通接続する方向へ切替え、反転運転時には、第一吐出切替え弁91を、第一吐出口87と中和槽4が連通接続する方向へ切替え、第二吐出切替え弁92を、第二吐出口89と軟水槽3が連通接続する方向へ切替え、第一流入切替え弁94を、中和槽4と第一流入口86が連通接続する方向へ切替え、第二流入切替え弁93を、軟水槽3と第二流入口88が連通接続する方向へ切替える。
こうした構成によれば、流路を切替えても酸性電解水を軟水槽3、アルカリ性電解水を中和槽4に通水することが可能であり、第一室電極84及び第二室電極85の陽極使用時間が所定の基準時間以上にならないように運転することが可能になる。したがって、第一室電極84及び第二室電極85の陽極使用時間を同程度にすることができるため、電解槽9の耐用期間を長期化できる。
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2に係る軟水化装置1aは、電解槽の電圧を検知部121により検知し、検知部121が検知した電圧により、再生工程時の運転状態を制御する点で実施の形態1と異なる。これ以外の構成は実施の形態1に係る軟水化装置1と同様である。以下、実施の形態1で説明済みの内容は再度の説明を適宜省略し、実施の形態1と異なる点を主に説明する。図17を参照して、本発明の実施の形態2に係る軟水化装置1aについて説明する。図17は、本発明の実施の形態2に係る軟水化装置1aの構成を示す概念図である。なお、図17では、軟水化装置1aの各要素を概念的に示している。
((検知部))
検知部121は、再生工程時に電解槽9の電圧を検知する。また、検知部121は、制御部15に接続されている。つまり、検知部121で検知された電圧をもとに、制御部15では、再生工程時の運転状態の切り替えを判断することができる。
((再生工程))
再生工程時には、検知部121が電解槽9の電圧を検知する。また、制御部15では電解槽9で検知した電圧と所定の第一基準値を比較する。
検知部121が検知した電圧が所定の第一基準値未満である場合は、再生工程時の運転状態は継続される。例えば、正運転状態であれば、正運転が継続される。
また、検知部121が検知した電圧が所定の第一基準値以上である場合は、再生工程時の運転状態は制御部15により切替えられる。このとき、正運転時間記憶部114または反転運転時間記憶部115によって記憶される運転時間はリセットされ0に戻る。例えば、正運転状態であれば、反転運転状態に切替えられ、正運転時間記憶部114によって記憶される正運転時間は0になる。
以上、本実施の形態2に係る軟水化装置1aによれば、以下の効果を享受することができる。
(8)軟水化装置1aは電解槽9の電圧を検知する検知部121を備え、制御部15は、再生工程時に、検知部121が検知した電圧が第一基準値未満の場合には、電解槽9の運転状態を継続して再生工程を実行し、検知部121が検知した電圧が第一基準値以上の場合には、電解槽9の運転状態を切替えて再生工程を実行する。
こうした構成によれば、陰極として使用されていた第一室電極84または第二室電極85へのスケール析出により電圧上昇を検知することができ、運転状態の切替えを実施可能である。したがって、より適切なタイミングで運転状態を切替えることができ、スケール析出による電解槽9の消費電力増加を抑制することができる。また、電極上にスケールが堆積したまま電解槽9が継続的に使用される可能性を低減でき、電解槽9の耐用期間を長期化できる。
以上、本発明に関して実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組み合わせに様々な変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されているところである。
本実施の形態1に係る軟水化装置1では、混合工程の際には、再生後水貯留槽64に貯留した再生後水を原水と混合するようにしたが、これに限らない。例えば、軟水槽再生循環流路39内に原水を流入させ、流路内の再生後水と混合するようにしても良い。この場合であっても、原水は原水導入流路70により流入し、再生後水は再生後水導入流路によって流通する。ただし、この場合の再生後水導入流路は、軟水槽再生循環流路39に相当する流路である。また、このようにして混合水を得る場合、再生流路洗浄工程、電解槽洗浄工程、捕捉部洗浄工程を実行すると、再生後水あるいは混合水が装置外に排水または原水によって希釈されてしまうため、軟水化工程、混合工程、再生工程の3工程を繰り返すことが好ましい。
本実施の形態1に係る軟水化装置1では、再生工程終了後に、再生流路洗浄工程、電解槽洗浄工程、捕捉部洗浄工程の順に実行するようにしたが、これに限らない。例えば、電解槽洗浄工程を行ってから再生流路洗浄工程を行ってもよく、軟水化工程の前工程に捕捉部洗浄工程が実行されればよい。このような順番で装置内の洗浄を行っても、電解槽9及び捕捉部10の析出物を除去でき、軟水化工程直前の第二中和槽4b内に軟水を充填することができる。
本実施の形態1に係る軟水化装置1では、軟水化工程、混合工程、再生工程、貯水工程、再生流路洗浄工程、電解槽洗浄工程、捕捉部洗浄工程がこの順で繰り返し実行されるとしたが、これに限らない。必ずしも全ての工程を行う必要はなく、例えば、基本的には軟水化工程と再生工程を交互に実行し、必要に応じて他の工程を行うようにしても良い。このようにしても、繰り返し原水の軟水化を行うことができる軟水化装置とすることができる。
本発明に係る軟水化装置は、使用場所設置型浄水装置(POU:Point of Use)あるいは建物入口設置型浄水装置(POE: Point of Entry)等に適用することが可能である。
1、1a 軟水化装置
2 流入口
3 軟水槽
3a 第一軟水槽
3b 第二軟水槽
4 中和槽
4a 第一中和槽
4b 第二中和槽
7 取水口
8 再生装置
9 電解槽
10 捕捉部
11 第一送水ポンプ
12 第二送水ポンプ
13 排水口
14 捕捉部排水口
15 制御部
18、19、20、21、22、23、63 開閉弁
24、25、26、27 流路切替えバルブ
28、29、30、31、32 流路
33 弱酸性陽イオン交換樹脂
33a 第一弱酸性陽イオン交換樹脂
33b 第二弱酸性陽イオン交換樹脂
34 弱塩基性陰イオン交換樹脂
34a 第一弱塩基性陰イオン交換樹脂
34b 第二弱塩基性陰イオン交換樹脂
35 第一供給流路
36 第二供給流路
37 第一回収流路
38 第二回収流路
39 軟水槽再生循環流路
39a 軟水槽再生循環流路
39b 軟水槽再生循環流路
40 中和槽再生循環流路
40a 中和槽再生循環流路
40b 中和槽再生循環流路
42 中和槽バイパス流路
43 軟水化流路
44 軟水槽バイパス流路
45 再生流路洗浄流路
45a 再生流路洗浄流路
45b 再生流路洗浄流路
46 第一排水流路
46a 第一排水流路
46b 第一排水流路
47 第二排水流路
49 電解槽洗浄流路
49a 電解槽洗浄流路
49b 電解槽洗浄流路
50 第三排水流路
50a 第三排水流路
50b 第三排水流路
51 捕捉部洗浄流路
52 第四排水流路
53 流路
54 排水流路
60 混合部
62 再生後水導入流路
64 再生後水貯留槽
66 貯水流路
66a 貯水流路
66b 貯水流路
70 原水導入流路
70a 原水導入流路
70b 原水導入流路
72 供給流路
72a 供給流路
72b 供給流路
81 第一室
82 第二室
83 隔膜
84 第一室電極
85 第二室電極
86 第一流入口
87 第一吐出口
88 第二流入口
89 第二吐出口
91 第一吐出切換え弁
92 第二吐出切換え弁
93 第一流入切換え弁
94 第二流入切換え弁
101、102、103、104、105、106、107、108 流路
111 切替部
112 経過時間記憶部
113 経過時間比較部
114 正運転時間記憶部
115 反転運転時間記憶部
116 運転状態記憶部
117 運転時間比較部
121 検知部

Claims (8)

  1. 硬度成分を含む原水を弱酸性陽イオン交換樹脂により軟水化して酸性軟水を生成する軟水槽と、
    前記軟水槽を通過した酸性軟水のpHを弱塩基性陰イオン交換樹脂により中和して中和軟水を生成する中和槽と、
    酸性電解水とアルカリ性電解水とを生成する電解槽と、
    前記弱酸性陽イオン交換樹脂及び/又は前記弱塩基性陰イオン交換樹脂の再生を行う工程である再生工程を制御する制御部と、
    を備え、
    前記電解槽は、
    正運転時に前記酸性電解水が生成される第一室と、
    前記正運転時に前記アルカリ性電解水が生成される第二室と、を備え、
    前記再生工程時の運転状態として、前記正運転と、前記正運転とは電極の極性を反転した状態で運転する反転運転との少なくとも2種の運転状態を有し、
    前記制御部は、
    前記再生工程時に、前記電解槽の前記運転状態に基づいて、前記第一室から送出される電解水及び前記第二室から送出される電解水の送出先を決定する軟水化装置。
  2. 前記正運転時には、
    前記第一室から送出される電解水を前記軟水槽へ送出し、
    前記第二室から送出される電解水を前記中和槽へ送出する請求項1に記載の軟水化装置。
  3. 前記反転運転時には、
    前記第一室から送出される電解水を前記中和槽へ送出し、
    前記第二室から送出される電解水を前記軟水槽へ送出する請求項1または2に記載の軟水化装置。
  4. 前記制御部は、
    前記電解槽の前記運転状態を切替える切替部と、
    前記運転状態の切替えが実行されてからの経過時間を記憶する経過時間記憶部と、
    所定の基準時間と前記経過時間とを比較する経過時間比較部と、を備え、
    前記経過時間が前記所定の基準時間を超過した場合に、前記切替部による前記電解槽の前記運転状態の切替えを実行する請求項1から3のいずれか一項に記載の軟水化装置。
  5. 前記制御部は、
    前記正運転の実行時間である正運転時間を記憶する正運転時間記憶部と、
    前記反転運転の実行時間である反転運転時間を記憶する反転運転時間記憶部と、
    前回の再生工程終了時における前記電解槽の前記運転状態を記憶する運転状態記憶部と、
    前記所定の基準時間と、前記正運転時間または前記反転運転時間とを比較する運転時間比較部と、
    を備え、
    前記運転状態記憶部の記憶した運転状態と前記運転時間比較部の比較結果に基づいて、前記電解槽の運転状態を決定する請求項4に記載の軟水化装置。
  6. 前記再生工程を複数回実行する場合に、
    前記運転状態記憶部が記憶する前記運転状態が前記正運転の場合には、前記所定の基準時間と前記正運転時間とを比較し、
    前記正運転時間が前記所定の基準時間未満の場合には、前記所定の基準時間に達するまで正運転を行い、
    前記正運転時間が前記所定の基準時間以上の場合には、前記切替部による前記運転状態の切替えを行い、
    前記運転状態記憶部が記憶する前記運転状態が前記反転運転の場合には、前記所定の基準時間と前記反転運転時間とを比較し、
    前記反転運転時間が前記所定の基準時間未満の場合には、前記所定の基準時間に達するまで反転運転を行い、
    前記反転運転時間が前記所定の基準時間以上の場合には、前記切替部による前記運転状態の切替えを行う請求項5に記載の軟水化装置。
  7. 前記電解槽の電圧を検知する検知部を備え、
    前記制御部は、
    前記再生工程時に、
    前記検知部が検知した前記電圧が第一基準値未満の場合には、前記電解槽の前記運転状態を継続して前記再生工程を実行し、
    前記検知部が検知した前記電圧が第一基準値以上の場合には、前記電解槽の前記運転状態を切替えて前記再生工程を実行する請求項1から3のいずれか一項に記載の軟水化装置。
  8. 前記電解槽は、
    前記正運転時に前記酸性電解水が吐出される第一吐出口と、
    前記正運転時に前記酸性電解水が流入する第一流入口と、
    前記正運転時に前記アルカリ性電解水が吐出される第二吐出口と、
    前記正運転時に前記アルカリ性電解水が流入する第二流入口と、
    を備え、
    前記第一吐出口から吐出される電解水の送水方向を切替える第一吐出切替え弁と、
    前記第二吐出口から吐出される電解水の送水方向を切替える第二吐出切替え弁と、
    前記第一流入口へ流入する電解水の送水元を切替える第一流入切替え弁と、
    前記第二流入口へ流入する電解水の送水元を切替える第二流入切替え弁と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記正運転時には、
    前記第一吐出切替え弁を、前記第一吐出口と前記軟水槽が連通接続する方向へ切替え、
    前記第二吐出切替え弁を、前記第二吐出口と前記中和槽が連通接続する方向へ切替え、
    前記第一流入切替え弁を、前記軟水槽と前記第一流入口が連通接続する方向へ切替え、
    前記第二流入切替え弁を、前記中和槽と前記第二流入口が連通接続する方向へ切替え、
    前記反転運転時には、
    前記第一吐出切替え弁を、前記第一吐出口と前記中和槽が連通接続する方向へ切替え、
    前記第二吐出切替え弁を、前記第二吐出口と前記軟水槽が連通接続する方向へ切替え、
    前記第一流入切替え弁を、前記中和槽と前記第一流入口が連通接続する方向へ切替え、
    前記第二流入切替え弁を、前記軟水槽と前記第二流入口が連通接続する方向へ切替える請求項1に記載の軟水化装置。
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