JP4320551B2

JP4320551B2 - 軟水化装置の再生制御方法

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Publication number: JP4320551B2
Application number: JP2003028980A
Authority: JP
Inventors: 剛米田; 元安部; 康一野口; 拡至角田
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2003-02-06
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2023-02-06
Also published as: JP2004237209A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、硬度を含む被処理水を軟水にイオン交換処理する軟水化装置の再生制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、ボイラ，温水器あるいは冷却器等の冷熱機器類への供給水ラインには、前記冷熱機器内でのスケール付着を防止する必要から、供給水に含まれる硬度（以下、「被処理水硬度」と云う。）を除去するための装置が接続されており、なかでもイオン交換樹脂を用いて硬度を除去する方式の自動再生式軟水化装置が広く普及している。この場合、軟水の純度は、漏れ硬度がほぼ１．０ppm以下であることが要求される。
【０００３】
この種の軟水化装置は、Ｎa⁺ 型イオン交換樹脂を用い、被処理水硬度の成分のうちのＣa²⁺あるいはＭg²⁺等の金属陽イオンをＮa⁺ と置換させ、硬度を取り除き、軟水とするものである。そして、前記イオン交換樹脂は、前記金属陽イオンと置換して飽和状態になり、硬度の除去能力を失う状態（以下、「破過状態」と云う。）となる。そこで、この破過状態となる前に再生塩を水に溶かした塩水に含まれるＮa⁺ イオンと、吸着したＣa²⁺イオン等とを逆に置換させて能力を再生する再生動作を行うようにしている。
【０００４】
この再生動作のとき、前記冷熱機器の設置場所の被処理水硬度を測定し、この測定値に基づいて、最大除去硬度質量に対応した軟水化処理水量，すなわち採水可能量を演算により求め、前記冷熱機器へ軟水を通水することができる運転可能時間を決定し、この運転可能時間を経過する以前に前記軟水化装置の再生動作を開始するようにしている。あるいは、前記冷熱機器への軟水の通水量を計測し、前記算出した採水可能量に到達する通水量となる以前に前記再生動作を開始するようにしている。すなわち、いずれの場合も再生動作を開始する時期を制御している。
【０００５】
前記被処理水硬度，とくに水道水や地下水等に含まれる硬度は、地理的、季節的な要因で変動するので、前記イオン交換樹脂が前記破過状態にならないように、前記採水可能量の設定は、被処理水硬度に基づいて破過状態にならない，すなわち安全側となるような採水可能量としてあらかじめ設定されている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００６】
この出願の発明者らは、被処理水硬度に基づいて、この安全側となるような採水可能量に設定している軟水化装置をユーザーに設置して運転した場合でも、前記破過状態が発生したり、この安全側となるように設定した採水可能量が、場合により不適切で再生用の塩が無駄となることがあることを見出した。
【０００７】
【特許文献１】
特許番号第２５２０５９４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決しようとする課題は、被処理水の硬度漏れを防止するとともに、イオン交換樹脂の再生に用いる塩を節約することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
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、イオン交換樹脂を樹脂筒内へ充填した軟水化装置の再生制御方法であって、再生動作を行うか否かの判断時刻になったとき、被処理水硬度と、前回再生からの被処理水が前記樹脂筒内を通水中の瞬間流量の要素，被処理水中の陽イオン総数の要素，被処理水中の全陽イオンの内でＮａ ⁺ イオンが占める比率の要素のいずれか一つ以上の要素とに基づいて軟水の採水可能量を演算し、この演算した採水可能量が、前回再生からの積算通水量とつぎの判断時刻までに予測される最大通水量を加算した量より少ないとき再生動作を行うことを特徴としている。
【００１０】
さらに、請求項２に記載の発明は、前記最大通水量が過去の所定時間内における各判断時刻間で検出された最大通水量であることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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、冷熱機器類，特にこの冷熱機器類への供給水（以下、「被処理水」と云う。）が軟水化されていることが望ましい機器（以下、「軟水使用機器」と云う。）へ装備する軟水化装置の再生制御方法において好適に実施する。
【００１３】
この発明を適用する軟水化装置は、軟水使用機器が軟水を使用して運転するに際し、被処理水硬度と、前回再生からの被処理水が前記樹脂筒内を通水中の瞬間流量の要素，被処理水の温度の要素，被処理水中の陽イオン総数の要素，被処理水中の全陽イオンの内でＮａ⁺イオンが占める比率の要素のいずれか一つ以上の要素とに基づいて再生時期を調節するように構成されている。
【００１４】
前記再生時期の調節は、好ましくはあらかじめ定めた間隔で前記軟水使用機器が運転を休止している時間帯に設定されている再生時刻（以下、「判断時刻」と云う。）になったとき、再生動作を行うか否かを制御器が判断するように構成されている。そして、この軟水化装置は、前回の再生動作の後、継続して被処理水を軟水化処理をしており、次回の判断時刻までの予測される最大通水量（軟水採水量）をさらに継続して供給できないと判断したとき、再生動作を行い、供給できるときは、再生動作を行わず継続して軟水を供給し、次回の判断時刻で再度判断するものである。
【００１５】
前記軟水化装置は、所定量のイオン交換樹脂を樹脂筒内へ充填している。前記軟水化装置は、前記樹脂筒と、再生動作を行うコントロールバルブと、前記樹脂筒内を通過する被処理水量を検出する通水量検出手段と、前記イオン交換樹脂を再生するための塩水を前記樹脂筒内へ供給する塩水供給手段と、前記コントロールバルブの再生動作を制御する前記制御器と、前記樹脂筒へ供給される被処理水の水質情報を前記制御器へ入力する入口水質入力手段とを備えている。
【００１６】
前記コントロールバルブは、前記制御器からの指令により再生動作として、たとえば逆洗，塩水導入，水洗，急速水洗，補水，通水のそれぞれの工程を自動的に行うように構成されている。
【００１７】
前記通水量検出手段は、たとえば所定量の被処理水が前記樹脂筒内を通過すると所定数のパルス信号を前記制御器へ出力するように構成されており、前記樹脂筒の前段の給水ラインあるいは後段の軟水ラインに設けられている。前記通水量検出手段は、このような流量計形式のものが好ましいが、圧力計による検出圧力値の流量への換算や差圧による流量への換算により通水量を検出することもできる。
【００１８】
前記制御器は、この制御器が再生動作を行うか否かの判断時刻を検知したとき、前記通水量検出手段の検出値に基づいて、まず前回再生からの積算通水量を求める。つぎに、次の判断時刻までに予測される最大通水量を求める。そして、積算通水量と最大通水量とを加算するように構成されている。また、前記制御器は、前記通水量検出手段の検出値に基づいて、前回再生からの被処理水が前記樹脂筒内を通水中の瞬間流量の要素を演算するように構成する。
【００１９】
前記樹脂筒内を通水中の瞬間流量の要素としては、通水中の瞬間流量の平均値が好ましいが、通水中の瞬間流量の最大値も好適である。
【００２０】
この場合、前記通水中の瞬間流量の平均値は、通水していない時間または通水量が少ない時間を測定対象から除いた前記通水量検出手段の検出値に基づいて求めるのが好ましいが、実施に応じて、相関関係にある被処理水が前記樹脂筒内を通過する際の樹脂筒軸方向の通過速度，いわゆる「通水ＬＶ（Line Verocity）」の平均値、あるいは被処理水が前記樹脂筒内を通過する際のイオン交換樹脂単位容積当たりの通過速度，いわゆる「通水ＳＶ（Space Verocity）」の平均値に基づいて演算することも好適である。また、前記通水中の瞬間流量の最大値は、前記通水ＬＶの最大値、あるいは前記通水ＳＶの最大値に基づいて演算することも好適である。
【００２１】
前記入口水質入力手段は、たとえば被処理水硬度を測定する硬度センサが好適であるが、あらかじめ分析した被処理水硬度の分析値を入力することもできる。また、前記入口水質入力手段は、被処理水の温度の要素，被処理水中の陽イオン総数の要素，被処理水中の全陽イオンの内でＮａ⁺イオンが占める比率の要素のいずれか一つ以上の要素を前記制御器へ入力できる構成とするのが好ましい。
【００２２】
そして、前記制御器は、被処理水硬度と前記瞬間流量の要素とに基づいた軟水の採水可能量と、前記加算した量とを比較し、前記採水可能量の方が少ないと再生動作を行う信号を前記コントロールバルブへ出力するように構成されている。
【００２３】
また、前記制御器は、被処理水硬度と、前記瞬間流量の要素とに基づいて、軟水の採水可能量を演算するだけでなく、被処理水硬度と、前記瞬間流量の要素，被処理水の温度の要素，被処理水中の陽イオン総数の要素，被処理水中の全陽イオンの内でＮａ⁺イオンが占める比率の要素のいずれか一つ以上の要素とに対応した軟水の採水可能量を演算するように構成することも好適である。
【００２４】
つぎに、前記軟水化装置の再生制御方法の第一の実施の形態について説明する。前記制御器は、被処理水硬度と、前回再生からの被処理水が前記樹脂筒内を通水中の瞬間流量の要素とに基づいて、再生時期を調節する。すなわち、前記瞬間流量の要素たとえば、前記平均値が大きいときは、被処理水硬度と前記平均値とで想定している採水可能量より早く破過状態となるので、早めに再生動作を行う。これにより、予期せぬ瞬間流量に伴なう硬度漏れを未然に防止することができる。また、前記瞬間流量の平均値に代えて前記瞬間流量の最大値に基づいて演算することも好適である。
【００２５】
つぎに、前記第一の実施の形態の変形例である第二の実施の形態について説明する。前記制御器は、再生動作を行うか否かの判断時刻になったとき、被処理水硬度と、前回再生からの被処理水が前記樹脂筒内を通水中の瞬間流量の要素とに基づいて、再生時期を調節する。すなわち、前記判断時刻になったとき、直ちに再生動作を行うかあるいは次回の判断時刻へ繰り延べるかを調節するものである。具体的に説明すると、前記瞬間流量の要素たとえば、前記平均値が大きいときは、被処理水硬度と前記平均値とで想定している採水可能量より早く破過状態となるので、直ちに再生動作を行う。一方、前記平均値が想定とほぼ同じか小さいときは、次回の判断時刻へ繰り延べる。これにより、予期せぬ瞬間流量に伴なう硬度漏れを未然に防止することができる。また、前記瞬間流量の平均値に代えて前記瞬間流量の最大値に基づいて演算することも好適である。
【００２６】
つぎに、さらなる変形例である第三の実施の形態について説明する。この第三の実施の形態においては、被処理水硬度と前記瞬間流量の要素とに基づいた軟水の採水可能量を演算する。具体的に説明すると、たとえば前記平均値が大きいときは、被処理水硬度と前記平均値とで想定している採水可能量より早く破過状態となるので、前記採水可能量をあらかじめ設定した値より小さく演算する。一方、前記平均値が小さいときは、前記破過状態が遅れるので、前記採水可能量をあらかじめ設定した値より大きく演算する。
【００２７】
すなわち、採水可能量を被処理水硬度と前記平均値とに基づいて演算することで、再生動作を行うか否かの判断時刻になったとき、この演算した採水可能量が、前回再生からの積算通水量と次の判断時刻までに予測される最大通水量を加算した量より少ないとき再生動作を行い、一方多いと再生動作を行わないように再生制御する。
【００２８】
これにより、予期せぬ硬度漏れを未然に防止することができる。さらに、再生回数を減らすことができ、再生塩水消費量を節約できる。
【００２９】
この場合、前記最大通水量は、過去の所定期間内における各判断時刻間で検出された最大通水量とするのが好ましい。たとえば、過去３０日間における２４時間毎の判断時刻（午前２時）とし、前記軟水使用機器の１日当たりの最大通水量（最大軟水消費量）とする。これにより、所定期間内毎に見直した最大通水量とするので、各ユーザー毎にそれぞれ季節変動に対応する最適な再生動作を行うことができる。
【００３０】
さらに、第四の実施の形態として、前記採水可能量の演算に際し、被処理水硬度と、被処理水の温度の要素とに基づいて、再生時期を調節する。すなわち、被処理水硬度と前記温度とに基づいた軟水の採水可能量とする。具体的に説明すると、前記温度が低いときは、被処理水硬度と想定温度とで想定している採水可能量より早く破過状態となるので、前記採水可能量をあらかじめ設定した値より小さく演算する。一方、前記温度が高いときは、前記破過状態が遅れるので、前記採水可能量をあらかじめ設定した値より大きく演算する。これにより、水温の変化に対応して木目細かく再生動作を行うことができる。
【００３１】
ここにおいて、前記被処理水の温度が前記樹脂筒通過後，すなわち軟水化処理された温度と大きな変化がなければ、処理水の温度を検出して前記被処理水の温度の代わりとすることも好適である。
【００３２】
つぎに、第五の実施の形態として、前記採水可能量の演算に際し、被処理水硬度と、被処理水中の陽イオン総数の要素とに基づいて再生時期を調節する。すなわち、被処理水硬度と前記陽イオン総数とに基づいた軟水の採水可能量とする。具体的に説明すると、前記陽イオン総数が多いときは、被処理水硬度と想定総数とで想定している採水可能量より早く破過状態となるので、前記採水可能量をあらかじめ設定した値より小さく演算する。一方、前記陽イオン総数が少ないときは、前記破過状態が遅れるので、前記採水可能量をあらかじめ設定した値より大きく演算する。これにより、陽イオン総数の変化に対応して木目細かく再生動作を行うことができる。
【００３３】
つぎに、第六の実施の形態として、前記採水可能量の演算に際し、被処理水硬度と、被処理水中の全陽イオンの内でＮａ⁺イオンが占める比率の要素とに基づいて再生時期を調節する。すなわち、被処理水硬度と前記比率とに基づいた軟水の採水可能量とする。具体的に説明すると、前記比率が高いときは、被処理水硬度と想定比率とで想定している採水可能量より早く破過状態となるので、前記採水可能量をあらかじめ設定した値より小さく演算する。一方、前記比率が小さいときは、前記破過状態が遅れるので、前記採水可能量をあらかじめ設定した値より大きく演算する。これにより、Ｎａ⁺イオンが占める比率の変化に対応して木目細かく再生動作を行うことができる。
【００３４】
さらに、第七の実施の形態として、前記採水可能量の演算に際し、被処理水硬度と、前記瞬間流量の要素，たとえば前記平均値の要素，被処理水の温度の要素，被処理水中の陽イオン総数の要素，被処理水中の全陽イオンの内でＮａ⁺イオンが占める比率の要素のいずれか二つ以上の要素の組合せとに基づいて、再生時期を調節することも好適である。これにより、予期せぬ硬度漏れを未然に防止することができ、再生回数を減らすこともでき再生塩水消費量を節約できる。
【００３５】
以上のように、これらの実施の形態によれば、被処理水の硬度漏れを防止するとともに、イオン交換樹脂の再生に用いる塩を節約することができる。
【００３６】
【実施例】
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、この発明を適用する第一実施例の軟水化装置を概略的に示す説明図である。
【００３７】
まず、図１において、この発明を適用する軟水化装置１は、Ｎａ⁺型のイオン交換樹脂（図示省略）を充填した樹脂筒２と、再生動作を行うコントロールバルブ３と、この軟水化装置１を制御する制御器４と、前記樹脂筒２内を通過する被処理水量を検出する通水量検出手段である流量センサ５と、前記イオン交換樹脂を再生するための塩水を前記樹脂筒２内へ供給する塩水供給手段であるポンプ６と、前記樹脂筒２へ供給される被処理水の水質情報を前記制御器４へ入力する入口水質入力手段である水質センサ７とを備えている。
【００３８】
前記コントロールバルブ３は、前記制御器４からの指令により再生動作として、逆洗，塩水導入，水洗，急速水洗，補水，通水のそれぞれの工程を自動的に行うように構成されている。前記コントロールバルブ３には、前記樹脂筒２へ水を供給する給水ライン８と、前記樹脂筒２からの処理水を軟水使用機器（図示省略）へ供給する軟水ライン９が接続されている。また、前記コントロールバルブ３には、前記イオン交換樹脂を再生するための塩水を貯留した塩水タンク１０が塩水ライン１１を介して接続されており、この塩水ライン１１には、塩水を供給するための前記ポンプ６が設けられている。さらに、前記コントロールバルブ３には、再生時の排水等を排出するドレンライン１２が接続されている。
【００３９】
前記制御器４は、前記コントロールバルブ３と、前記流量センサ５と、前記ポンプ６および前記水質センサ７と回線（符号省略）を介して接続されている。前記制御器４は、再生動作を行うか否かの判断時刻を検知したとき、前記流量センサ５の検出値に基づいて、前回再生からの被処理水が前記樹脂筒２内を通水中の瞬間流量の平均値を求める。つぎに、前回再生からの積算通水量を求め、次の判断時刻までに予測される最大通水量を求める。そして、積算通水量と最大通水量とを加算するように構成されている。
【００４０】
そして、前記制御器４は、前記水質センサ７で検出された被処理水硬度と前記平均値とに基づいた軟水の採水可能量と、前記加算した量とを比較し、前記採水可能量の方が少ないと再生動作を行う信号を前記コントロールバルブ３へ出力するように構成されている。
【００４１】
前記流量センサ５は、所定量（２５ミリリットル）の被処理水が前記樹脂筒２内を通過すると１つのパルス信号を前記制御器４へ出力するように構成されている。
【００４２】
前記水質センサ７は、被処理水硬度を検出できるように構成されている。また、前記水質センサ７は、被処理水硬度の分析値をサービスマンが入力するように構成することも実施に応じ、好適である。
【００４３】
さて、前記構成の第一実施例における軟水化装置１の再生制御方法について図２および図３に基づいて説明する。図２は、被処理水が前記樹脂筒内を通水中の瞬間流量の平均値を演算する説明図である。図３は、採水可能量を演算するグラフである。
【００４４】
図２において、横軸が時間の経過を示し、縦軸が前記流量センサ５により検出した時間当たりの流量である。前記制御器４は、再生動作を行うか否かの判断時刻Ａ（午前２時）になったとき、前記水質センサ７で検出する被処理水硬度と、前回の再生判断時刻Ｂ（前日の午前２時）からの被処理水が前記樹脂筒２内を通水中の瞬間流量の平均値とに基づいて、再生時期を調節する。
【００４５】
この場合、前記平均値の演算方法について図２に基づいて説明すると、１．５m³/hで２時間の通水量と、２．０m³/hで３時間の通水量と、１．０m³/hで１時間の通水量とを合計する。そして、合計した１０．０m³を、通水していた６時間で割り算する。すなわち、平均値は１．６７m³/hであり約２７．８Ｌ/minと演算される。
【００４６】
つぎに、図３において、横軸が採水可能量であり縦軸が前記平均値であり、被処理水硬度（たとえば、１００ ppm）に対応した実線に対して、基準平均値Ｃと対応する基準採水可能量Ｄが２点鎖線で示すように設定されている。そして、演算された平均値が基準平均値Ｃより大きい（図３で値Ｅで示す）のとき、想定しているより早く破過状態となるので、前記平均値に基づく前記採水可能量を前記値Ｅに対応する前記基準採水可能量Ｄより少ない採水可能量Ｆと演算する。一方、演算された平均値が基準平均値Ｃより小さい（図３で値Ｇで示す）のとき、想定しているより遅く破過状態となるので、前記採水可能量を前記値Ｇに対応する前記基準採水可能量Ｄより多い採水可能量Ｈと演算する。
【００４７】
そして、採水可能量を被処理水硬度と前記平均値とに基づいて演算することで、図２において、再生動作を行うか否かの前記判断時刻Ａになったとき、演算した採水可能量が、前回再生判断時刻Ｂ（前日の午前２時）からの積算通水量（１０．０m³）と次の判断時刻（翌日の午前２時、図示省略）までに予測される最大通水量を加算した量より少ないとき再生動作を行い、一方多いと再生動作を行わないように再生制御する。
【００４８】
この場合、前記最大通水量は、過去３０日間における２４時間毎の判断時刻（午前２時）毎に測定した前記軟水使用機器の１日当たりの最大通水量（最大軟水消費量）とする。これにより、３０日毎に見直した最大通水量を予測最大通水量として演算するので、各ユーザー毎にそれぞれ季節変動に対応する最適な再生動作を行うことができる。
【００４９】
以上のように、前記第一実施例によれば、前記平均値が大きいときに発生する予期せぬ硬度漏れを未然に防止することができる。さらに、前記平均値が小さいときは、再生回数を減らすことができるので、再生塩水消費量を節約することができる。
【００５０】
つぎに、前記第一実施例の変形例として、他の形態例について、図４に基づいて説明する。図４は、この発明の他の形態例としての第一形態例の軟水化装置を概略的に示す説明図である。図４において、前記第一実施例と同じ構成のものは同じ符号とし、その詳細な説明は省略する。この第一形態例における前記軟水化装置１は、前記給水ライン８に被処理水の温度センサ１３を追加して設けたものである。
【００５１】
この第一形態例における前記制御器４は、被処理水硬度と、被処理水の温度の要素とに基づいた軟水の採水可能量を演算するように構成されている。
【００５２】
そして、前記採水可能量の演算に際し、被処理水硬度と、前記温度センサ１３で測定した被処理水の温度の要素とに基づいて、再生時期を調節する。具体的には被処理水硬度と前記温度とに基づいた軟水の採水可能量として再生時期を調節する。具体的に説明すると、前記温度が低いときは、被処理水硬度と想定温度とで想定している採水可能量より早く破過状態となるので、前記採水可能量をあらかじめ設定した値より小さく演算する。一方、前記温度が高いときは、前記破過状態が遅れるので、前記採水可能量をあらかじめ設定した値より大きく演算する。これにより、瞬間流量と水温の変化に対応して木目細かく再生動作を行うことができる。
【００５３】
さらに、前記第一実施例のさらなる変形例として、第二形態例について、図４に基づいて説明する。前記採水可能量の演算に際し、前記水質センサ７で検出した被処理水硬度と、前記流量センサ５で検出した前記平均値と、前記温度センサ１３で測定した被処理水の温度の要素とに基づいて、再生時期を調節する。具体的には、被処理水硬度と前記平均値と前記温度とに基づいた軟水の採水可能量として再生時期を調節する。具体的に説明すると、前記平均値が高く、前記温度が低いときは、想定している採水可能量より一層早く破過状態となるので、前記採水可能量をあらかじめ設定した値より一層小さく演算する。一方、前記平均値が低く、前記温度が高いときは、前記破過状態が一層遅れるので、前記採水可能量をあらかじめ設定した値より一層大きく演算する。これにより、瞬間流量と水温の変化とに対応して木目細かく再生動作を行うことができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、被処理水の硬度漏れを防止するとともに、イオン交換樹脂の再生に用いる塩を節約することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を適用する第一実施例の軟水化装置を概略的に示す説明図である。
【図２】被処理水が樹脂筒内を通水中の瞬間流量の平均値を演算する説明図である。
【図３】採水可能量を演算するグラフである。
【図４】この発明の他の形態例の軟水化装置を概略的に示す説明図である。

Claims

イオン交換樹脂を樹脂筒２内へ充填した軟水化装置１の再生制御方法であって、再生動作を行うか否かの判断時刻になったとき、被処理水硬度と、前回再生からの被処理水が前記樹脂筒２内を通水中の瞬間流量の要素，被処理水中の陽イオン総数の要素，被処理水中の全陽イオンの内でＮａ ⁺ イオンが占める比率の要素のいずれか一つ以上の要素とに基づいて軟水の採水可能量を演算し、この演算した採水可能量が、前回再生からの積算通水量とつぎの判断時刻までに予測される最大通水量を加算した量より少ないとき再生動作を行うことを特徴とする軟水化装置の再生制御方法。
前記最大通水量が過去の所定時間内における各判断時刻間で検出された最大通水量であることを特徴とする請求項１に記載の軟水化装置の再生制御方法。