JP4107256B2 - イオン交換装置 - Google Patents

Description

この発明は、軟水装置などのイオン交換装置，とくに設置現場でのイオン交換樹脂の交換が容易なイオン交換装置に関する。

イオン交換樹脂を用いて水中の特定イオンの除去や回収を行うイオン交換装置は、産業界において広く利用されている。たとえば、工場の各種熱源に利用される蒸気ボイラへの供給水の軟化，電子部品の洗浄に使用する純水の製造，工場排水中の有害イオンの除去や有価金属イオンの回収などの用途がある。

周知のように、イオン交換樹脂の交換能力には上限があるため、所定量のイオンを交換させると、イオン交換樹脂に薬液を接触させて再生が行われる。この再生操作は、イオン交換装置が再生手段を備えている場合には、イオン交換装置の設置現場で行われる。一方、イオン交換装置が再生手段を備えていない場合には、使用済みのイオン交換樹脂は、新品のイオン交換樹脂または再生処理済みのイオン交換樹脂と交換される。

また、イオン交換樹脂の交換能力は、定期的に再生を行っていても、水質や使用年数により低下する場合がある。この低下は、酸化性物質によるイオン交換基の切断，汚染性物質のイオン交換基への不可逆吸着，イオン交換樹脂の破砕による流失など、種々の原因によって起こる可能性がある。このため、イオン交換装置は、再生手段を備えている場合であっても、数年ごとにイオン交換樹脂の全量，もしくは部分交換を行って性能を維持している。

イオン交換樹脂の交換作業は、一般的に、工場のラインの休止に合わせて短時間，かつ効率よく行う必要がある。ラインを休止できない負荷の高い工場では、交換作業は、イオン交換装置後段に設置された処理水タンクのバッファ分を使い切らない間に終えなくてはならない。また、イオン交換装置の設置現場では、十分な作業スペースを確保できないことも多い。このため、従来、交換作業を改善する構成のイオン交換装置や、交換作業を容易化するための器具が提案されている。

たとえば、特許文献１には、イオン交換樹脂を収容する容器の上部に樹脂供給口を設けるとともに、この容器の下部に樹脂取出口を設けた構成のイオン交換装置が記載されている。イオン交換樹脂を外部へ取り出す場合は、樹脂取出口を開放すると、イオン交換樹脂の自重により排出される。この構成の場合、イオン交換樹脂量が数リットル程度の小型イオン交換装置ならば交換作業が簡単である。しかしながら、イオン交換樹脂量が多くなるにしたがって、多量のイオン交換樹脂を外部で受ける必要が生じるので、床面から樹脂取出口までの高さを確保しないと円滑な排出が行えない。床面から樹脂取出口までの高さを高くすると、無駄なスペースが増えるばかりでなく、樹脂供給口からイオン交換樹脂を供給する作業が困難となる。

また、特許文献２には、真空ポンプを利用したイオン交換樹脂の移動用器具が記載されている。イオン交換樹脂の取出しは、イオン交換塔から真空状態の容器へイオン交換樹脂を吸引して移動させる。一方、イオン交換樹脂の供給は、容器から真空状態のイオン交換塔へイオン交換樹脂を吸引して移動させる。この移動用器具を用いた場合、イオン交換樹脂量が多くてもイオン交換樹脂の取出しと供給を短時間で行える。しかしながら、この移動用器具は、構成する部材が大型であるため、イオン交換装置の設置場所への搬送や、交換作業前後の準備および片付けに時間を要する。また、真空ポンプのメンテナンスも必要
になる。

さらに、特許文献３には、流路の切換えを行うためのコントロールバルブを樹脂筒に取り付けたままでイオン交換樹脂の交換を行うことのできる軟水装置（イオン交換装置の一用途）が記載されている。コントロールバルブには、イオン交換樹脂の供給および排出を行うための流路が設けられており、この流路の一端には、樹脂筒の底部へ延びたパイプが接続されている。この構成の軟水装置は、パイプを使用することによってイオン交換樹脂を極力残留させずに抜き取ることができる。一方、イオン交換樹脂を供給する場合、イオン交換樹脂は、パイプをを通じて樹脂筒の底部へ供給されるため、先行して樹脂筒に入ったイオン交換樹脂の抵抗を受ける。このため、イオン交換樹脂をポンプなどで加圧供給する必要があるが、イオン交換樹脂量が多いほど高い圧力が必要となり、交換作業時の安全性を損なう可能性がある。

特開平８−１０３６７０号公報 特開２００２−６６３４１号公報 特開平７−２９９４５３号公報

この発明が解決しようとする課題は、イオン交換装置の設置現場において、短時間，かつ簡単にイオン交換樹脂の交換作業ができるようにすることである。また、特別な器具を使用することなく、安全にイオン交換樹脂の交換作業ができるようにすることである。

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、樹脂収容部の蓋部材に貫通路を設け、前記貫通路へ樹脂抜取り管を着脱自在に装着したことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、前記樹脂抜取り管を着脱自在に構成したので、前記蓋部材を取り外すことなく、イオン交換樹脂の交換作業を行うことができる。前記貫通路へ前記樹脂抜取り管を装着した状態にすれば、イオン交換樹脂をほとんど残留させることなく、効率よく，かつ短時間で抜き取ることができる。また、前記貫通路から前記樹脂抜取り管を取り外した状態にすれば、ポンプなどを使用することなく、前記貫通路を通じてイオン交換樹脂を円滑に供給することができる。

さらに、請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記蓋部材に前記貫通路へのイオン交換樹脂の流入を案内する漏斗を備えたことを特徴としている

請求項２の発明によれば、イオン交換樹脂の流入を案内する漏斗を備えたので、周囲にイオン交換樹脂を飛散させることなく、効率よく，かつ短時間で供給することができる。

この発明によれば、樹脂収容部の蓋部材を取り外すことなく、イオン交換樹脂の抜取りおよび供給ができるように構成しているため、イオン交換装置の設置現場において、短時間，かつ簡単にイオン交換樹脂の交換作業を行うことができる。また、特殊な器具を使用する必要がないため、交換作業の準備や片付けが容易であるとともに、作業者の安全が確保される。

つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明は、冷熱機器への供給水中
に含まれる硬度成分を除去するための軟水装置などに適用される。

この発明のイオン交換装置は、樹脂収容部と、この樹脂収容部の蓋部材とを備えている。そして、前記蓋部材には、前記樹脂収容部内と連通する貫通路が設けられている。

前記樹脂収容部は、たとえば一端が閉鎖され，かつ他端が開口した円筒形状の容器であり、内部にイオン交換樹脂が収容されている。前記樹脂収容部の開口部には、前記蓋部材が装着されている。

前記蓋部材には、供給水を前記樹脂収容部内へ導入するための流入路と、処理水を前記樹脂収容部内から導出するための流出路が形成されている。前記流入路は、通常、前記樹脂収容部内へ開口している側に、供給水中のゴミや濁質の流入を防止するためのフィルタを備えている。前記流出路は、前記樹脂収容部内へ開口している側に、イオン交換樹脂層を通過した水を集合させるための集水管が接続されている。この集水管は、前記樹脂収容部の底部へ向かって延びており、端部にイオン交換樹脂の流出を防止するためのフィルタが装着されている。

また、前記蓋部材は、イオン交換装置の通水状態の流路と再生の状態の流路とを切り換えるためのコントロールバルブと接続されていてもよい。さらに、このコントロールバルブは、再生薬液を貯留する薬液タンクと接続されていてもよい。イオン交換装置が前記コントロールバルブと前記薬液タンクを備えていると、イオン交換装置の設置現場において、イオン交換樹脂の再生を行うことができる。

前記貫通路には、イオン交換樹脂を抜き取るための樹脂抜取り管が着脱自在に装着されている。ここで、この着脱自在の構成について、詳細に説明する。

前記貫通路は、外部と通じる側の開口部には雌ネジが形成されている。この雌ネジ部には、概ね筒状の継手が接続されている。この継手の中空部は、前記貫通路との接続側とは反対側の開口部には雌ネジが形成されている。そして、この雌ネジ部には、前記中空部を塞ぐプラグが接続されている。すなわち、前記蓋部材は、前記継手および前記プラグで封止できるように構成されている。一方、前記継手の中空部において、前記樹脂収容部側の開口部には、樹脂抜取り管が装着されている。この樹脂抜取り管は、前記樹脂収容部の底部へ向かって延びている。

前記継手および前記樹脂抜取り管は、内径を１０〜２０mmに設定しておくと、イオン交換樹脂を抜き取る際に詰まりにくい。また、前記樹脂抜取り管は、イオン交換樹脂の最下層から１０〜３０mmの高さに端部が位置するように長さを設定すると、イオン交換樹脂のほぼ全量を抜き取ることができる。前記継手は、ホースなどが接続できるように、外周に複数の凹凸の段差を設けておくともに、胴部の一部分を外側へ向かって膨出させておき、前記蓋部材に対する取付けや取外しの際に摘みやすい形状としておくことが好ましい。

さらに、この発明のイオン交換装置は、前記貫通路へのイオン交換樹脂の流入を案内するための漏斗を備えている。具体的には、前記貫通路は、前記漏斗の縮小側と接続されている。したがって、前記漏斗へイオン交換樹脂を供給すると、イオン交換樹脂が前記貫通路へ向かって流下するようになっている。因みに、前記漏斗は、１〜１０リットル程度のイオン交換樹脂を受けることができる大きさに設定しておくと、イオン交換樹脂の供給が容易になるとともに、イオン交換装置の大型化を抑制することができる。

以下、この発明のイオン交換装置におけるイオン交換樹脂の交換手順について説明する。イオン交換樹脂を抜き取る場合、まずイオン交換装置への通水を止める。続いて、前記
継手に接続されている前記プラグを回して緩めながら前記樹脂収容部内の圧力を抜いた後、前記プラグを取り外す。そして、前記継手にホースの一端を接続する。このホースの他端は、ポリバケツやポリタンクなどの受け容器へ入れる。

ついで、前記流入路または前記流出路のいずれかへ所定の水圧（たとえば、０．０９８〜０．４９MPa）で水を供給する。前記樹脂収容部へ流入した水は、前記樹脂抜取り管，前記継手および前記ホースをこの順で流れ、前記受け容器へ流出する。このとき、前記樹脂収容部内のイオン交換樹脂は、水に随伴して前記樹脂抜取り管，前記継手および前記ホースをこの順で流れ、前記受け容器へ排出される。イオン交換樹脂の所定量を抜き取ると、水の供給を停止し、抜取り操作を終了する。

つぎに、イオン交換樹脂を供給する場合、前記ホースを取り外した後、前記継手を前記蓋部材から取り外して前記樹脂抜取り管が前記継手に装着された状態のままで引き抜く。そして、供給しようとする新品のイオン交換樹脂，あるいは再生済みイオン交換樹脂をプラスチックビーカーなどの容器に入れ、前記漏斗へ移し入れる。

前記漏斗へ供給されたイオン交換樹脂は、前記漏斗の縮小部で案内され、前記貫通路を通って前記樹脂収容部内へ流入する。所定量のイオン交換樹脂を供給した後、供給操作を終了する。因みに、イオン交換樹脂は、水分含有量や表面性状により流動性が変わるため、前記容器に入れたときに水を添加してスラリー状にしておくと、円滑に供給作業を行うことができる。

前記の供給操作が終了すると、前記蓋部材に前記樹脂抜取り管が装着された状態の前記継手を接続する。そして、前記継手に前記プラグを接続して封止すると、イオン交換樹脂の交換作業が完了する。

以上説明したように、この実施の形態では、樹脂収容部の蓋部材を取り外すことなく、イオン交換樹脂の抜取りおよび供給ができるように構成しているため、イオン交換装置を設置現場において、短時間，かつ簡単にイオン交換樹脂の交換作業を行うことができる。また、特別な器具を使用しないため、イオン交換樹脂の交換作業は安全であり、準備や片付けも簡単である。

以下、この発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、イオン交換装置の使用状態を示す概略的な説明図である。

図１に示すイオン交換装置１は、イオン交換樹脂（図示省略）を収容した樹脂収容部２と、前記樹脂収容部２の蓋部材３とを備えている。この蓋部材３には、通水状態の流路と再生状態の流路とを切り換えるためのコントロールバルブ４が接続されている。

前記コントロールバルブ４には、供給水ライン５が接続されており、この供給水ライン５は、第一開閉弁６を備えている。また、前記コントロールバルブ４は、処理水タンク７と処理水ライン８で接続されており、この処理水ライン８は、第二開閉弁９を備えている。さらに、前記コントロールバルブ４は、再生薬液を貯留する薬液タンク１０と薬液供給ライン１１で接続されている。

前記第一開閉弁６の上流側および前記第二開閉弁９の下流側は、前記コントロールバルブ４の故障時などに水を確保するためのバイパスライン１２で接続されており、このバイパスライン１２は、第三開閉弁１３を備えている。

前記処理水タンク７は、各種生産設備などの水使用機器１４と送水ライン１５で接続されている。処理水を前記水使用機器１４へ送るため、前記送水ライン１５は、送水ポンプ１６を備えている。

前記イオン交換装置１を使用して処理水を得る場合、前記第一開閉弁６および前記第二開閉弁９を開状態にするとともに、前記第三開閉弁１３を閉状態にする。そして、前記コントロールバルブ４の流路を切り換え、通水状態にする。前記供給水ライン５を流れる供給水は、前記コントロールバルブ４と前記蓋部材３をこの順で流れて前記樹脂収容部２内へ流入する。この流入した供給水は、イオン交換樹脂層（図示省略）を下降流で通過し、イオン交換される。供給水がイオン交換された処理水は、前記樹脂収容部２内の下部で集められ、前記蓋部材３と前記コントロールバルブ４をこの順で流れて前記処理水ライン８へ流出する。

前記処理水ライン８を流れる処理水は、一旦、前記処理水タンク７内に貯留される。この貯留された処理水は、前記水使用機器１４の稼働状況に応じて、前記送水ライン１５および前記送水ポンプ１６で送られる。

処理水を所定量採水すると、前記コントロールバルブ４の流路を切り換え、再生状態にする。再生状態においては、再生薬液が前記薬液タンク１０から前記薬液供給ライン１１を通じて前記樹脂収容部２へ送られる。そして、イオン交換樹脂層（図示省略）に再生薬液を通液することにより、イオン交換樹脂の再生が行われる。

つぎに、図２および図３を用いて、前記イオン交換装置１の構成を詳細に説明する。図２は、前記蓋部材３の構成を示す概略的な説明図である。前記蓋部材３は、前記樹脂収容部２の頭頂部に装着されており、前記蓋部材３に形成した雄ネジと前記樹脂収容部２の開口部に形成した雌ネジとで結合されている。前記蓋部材３には、供給水を前記樹脂収容部２内へ導入するための流入路１７と、処理水を前記樹脂収容部２から導出するための流出路１８とが形成されている。

また、前記蓋部材３には、前記蓋部材３の上面側から前記樹脂収容部２内へ向かってほぼ垂直の貫通路１９が形成されている。この貫通路１９は、外部と通じる側の開口部には雌ネジ（符号省略）が形成されている。この雌ネジ部には、胴部が外側へ膨出した筒状の継手２０が着脱自在に装着されている。したがって、前記樹脂収容部２内は、前記貫通路１９および前記継手２０の中空部（符号省略）と連通している。さらに、前記蓋部材３の上面側には、前記貫通路１９へ後述するイオン交換樹脂の流入を案内する漏斗２１が接続されている。

図３は、前記イオン交換装置１の組立状態を示す概略的な説明図である。前記樹脂収容部２内には、底部より珪石２２とイオン交換樹脂２３とがこの順で収容されている。前記樹脂収容部２内において、前記流出路１８には集水管２４が接続されている。前記集水管２４は、前記樹脂収容部２の底部へ向かって延びており、フィルタ２５を備えた先端部が前記珪石２２内へ差し込まれている。因みに、前記珪石２２は、前記イオン交換樹脂２３を支持し，かつ通水時に前記フィルタ２５に前記イオン交換樹脂２３が侵入して目詰まりを起こすことを防止する目的で使用されている。

さて、前記継手２０の中空部において、その前記樹脂収容部２側の開口部には、樹脂抜取り管２６が装着されている。この樹脂抜取り管２６は、前記貫通路１９を通って前記樹脂収容部２の底部へ向かって延び、先端部が前記珪石２２の最上層から１０〜３０mmの高さに位置している。また、前記継手２０の中空部において、前記貫通路１９との接続側とは反対側の開口部には、雌ネジ（符号省略）が形成されており、雄ネジ（符号省略）を有
するプラグ２７が接続されている。このプラグ２７は、前記継手２０が接続された状態において、前記蓋部材３を封止するために使用する以外に、後述するイオン交換樹脂の抜取り操作の際に、前記樹脂収容部２内の圧力抜き弁としても使用される。このため、前記プラグ２７のネジ山と直交する方向に溝（図示省略）が設けられている。

さて、図４および図５を用いて、イオン交換樹脂の交換作業について具体的に説明する。図４は、イオン交換樹脂の抜取り操作状態を示す概略的な説明図である。イオン交換樹脂の抜取り操作は、以下に記載する手順で行う。

まず、前記イオン交換装置１が通水状態であることを確認し、前記第一開閉弁６および前記第二開閉弁９を閉状態にして水の流れを止める。もし、前記処理水タンク７に対して水の供給が必要であれば、同時に前記第三開閉弁１３を開状態にしてバイパス流路を形成させてもよい。

つぎに、前記プラグ２７を緩め、前記樹脂収容部２内の圧力を抜く。前記プラグ２７と前記継手２０の間から水が出なくなれば圧力が抜けたと判断できるので、前記プラグ２７を取り外す。そして、前記継手２０にホース２８の一端を接続し、このホース２８の他端をポリバケツやポリタンクなどの受け容器２９へ挿入する。この受け容器２９は、抜き取ったイオン交換樹脂を計量できるように、目盛りを有しているものが好適である。

前記イオン交換樹脂２３の抜取りは、前記樹脂収容部２内へ所定の水圧で水を供給することにより行う。水の供給は、前記第一開閉弁６を開状態にするか、あるいは前記第二開閉弁９および前記第三開閉弁１３を同時に開状態にするか、いずれの手段でもよい。水の供給中は、前記受け容器２９の周囲に水やイオン交換樹脂が飛散しないように、前記ホース２８から排出される水の流量が毎分１〜２０リットル程度になるように、前記第一開閉弁６（または、前記第二開閉弁９）の開度を調節する。

前記樹脂収容部２内へ水を供給すると、前記イオン交換樹脂２３は、水流に随伴して前記樹脂抜取り管２６，前記継手２０および前記ホース２８をこの順で流れ、前記受け器２９内へ排出される。そして、前記イオン交換樹脂２３のほぼ全量，あるいは所定量が排出されると、前記第一開閉弁６（または、前記第二開閉弁９）を閉状態にして水の供給を停止し、イオン交換樹脂の抜取り操作を終了する。

続いて、イオン交換樹脂の供給操作について説明する。図５は、イオン交換樹脂の供給操作状態を示す概略的な説明図である。イオン交換樹脂の供給操作は、以下に記載する手順で行う。

まず、イオン交換樹脂の抜取り操作を終了した状態で、前記継手２０から前記ホース２８を取り外し、さらに前記蓋部材３から前記継手２０を前記樹脂抜取り管２６ごと取り外す。そして、予め用意しておいた新品，あるいは再生済みのイオン交換樹脂２３をポリビーカーなどの容器３０に入れ、水を添加してスラリー状にする。

前記のスラリー状にした前記イオン交換樹脂２３を前記漏斗２１へ供給すると、前記イオン交換樹脂２３は、前記貫通路１９を通って前記樹脂収容部２内へ収容される。このとき、前記樹脂収容部２内は、前記のイオン交換樹脂の抜取り操作にて水で満たされているため、前記イオン交換樹脂２３は、水中を抵抗なく流下する。この操作を繰り返して所定量のイオン交換樹脂が収容されると、イオン交換樹脂の供給操作を終了する。

イオン交換樹脂の供給操作が終了すると、再び前記樹脂抜取り管２６が装着された状態の前記継手２０を前記蓋部材３に接続する。そして、前記継手２０を前記プラグ２７で封
止して、再び図３に示す状態にする。前記第一開閉弁６および前記第二開閉弁９を開状態にすると、新たに処理水の採取を行うことができる。

イオン交換装置の使用状態を示す概略的な説明図である。 イオン交換装置の蓋部材の構成を示す概略的な説明図である。 イオン交換装置の組立状態を示す概略的な説明図である。 イオン交換樹脂の抜取り操作状態を示す概略的な説明図である。 イオン交換樹脂の供給操作状態を示す概略的な説明図である。

符号の説明

２ 樹脂収容部
３ 蓋部材
１９ 貫通路
２１ 漏斗
２６ 樹脂抜取り管

Claims (2)

1. 樹脂収容部２の蓋部材３に貫通路１９を設け、
   前記貫通路１９へ樹脂抜取り管２６を着脱自在に装着したことを特徴とするイオン交換装置。
2. 前記蓋部材３に前記貫通路１９へのイオン交換樹脂２３の流入を案内する漏斗２１を備えたことを特徴とする請求項１に記載のイオン交換装置。

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