JP5030026B2 - イオン交換システム - Google Patents

Description

この発明は、イオン交換装置と、塩水を貯留する塩水タンクを有する塩水生成貯留装置と備えるイオン交換システムに関する。

この種イオン交換システムとして、特許文献１に記載のものが知られている。この特許文献１のイオン交換システムは、イオン交換装置と塩水タンクとが塩水供給ラインで接続されている。この塩水供給ラインは、再生作動時に塩水タンクに貯留されている塩水をイオン交換装置の樹脂収容部内へ供給するための流通路であるとともに、補給水を塩水タンクへ供給するための流通路である。そして、塩水供給ラインには、塩水生成貯留装置がイオン交換装置から離間して設置されても塩水の供給を支障なく行うためにポンプと再生作動時に塩水供給流量を調節するためのオリフィスとを備えている。

この特許文献１のイオン交換システムにおいては、補水時に塩水供給ラインを通して塩水タンクへ供給されるので、オリフィスにより流量を絞られ、補水に時間を要するという課題がある。この課題を解決するためには、補水ラインを塩水供給ラインと別に設けることが考えられるが、補水制御のためのバルブを別個に必要とし、システム構成を簡易にすることができないという課題がある。

特開２００５−２７９５１２号公報

この発明の解決しようとする課題は、簡易な構成で補水を短時間で行うことである。

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、樹脂を充填した樹脂収容部および通水作動と補水工程を含む再生作動とを切り換える流路制御バルブを有するイオン交換装置と、再生に用いる塩水を貯留する塩水タンクを有する塩水生成貯留装置とを備え、前記塩水タンクを前記樹脂収容部に前記流路制御バルブを介して塩水供給ラインで接続したイオン交換システムであって、
前記塩水供給ラインにポンプおよび流量調整手段を塩水供給方向にこの順で設け、
前記塩水タンク内に保持された塩に散水する散水器と、
前記塩水供給ラインの前記ポンプおよび前記流量調整手段の間から分岐し、前記塩水タンクの塩水貯留部と前記散水器とを接続する循環ラインと、
前記塩水供給ラインの前記流量調整手段および前記流路制御バルブ間と前記塩水タンク
とを接続し、前記塩水タンク内水位が所定水位となると閉じて補水を終了させる補水制御バルブを先端に備え、前記塩水供給ラインから分岐して形成した補水ラインと、
前記塩水供給ラインの前記補水ラインの分岐部と前記塩水供給ラインの前記循環ラインの分岐部との間に設けられ前記ポンプ方向への流れを阻止する逆止弁とを備え、
前記流路制御バルブによる補水工程時前記補水ラインを通して前記塩水タンクへ原水を供給して補水することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、補水工程時前記流量調整手段により流量制限されることなく、補水が行われるので、短時間で補水を行うことができる。また、前記流路制御バルブと別に補水制御のための弁を必要としないので、システム構成を簡素化できる。さらに、補水工程時前記ポンプに原水圧がかからないので、耐圧性の低いポンプを使用することができるという効果を奏する。

この発明によれば、簡易な構成で補水を短時間で行うことができると共に、補水工程時ポンプに原水圧がかからないので、耐圧性の低いポンプを使用することができるという効果を奏する。

この発明の実施の形態は、イオン交換装置と、再生に用いる塩水を貯留する塩水タンクを有する塩水生成貯留装置とからなるイオン交換システムに適用される。

この発明の実施の形態は、イオン交換装置と塩水生成貯留装置と含むイオン交換システムである。前記イオン交換装置は、樹脂を充填した樹脂収容部と、通水作動と補水工程を含む再生作動とを切り換える流路制御バルブとを含んで構成される。前記塩水生成貯留装置は、再生に用いる塩水を貯留する塩水タンクを含んで構成される。前記塩水タンクを前記流路制御バルブと塩水供給ラインで接続している。こうした構成において、前記塩水供給ラインにポンプおよび流量調整手段を塩水供給方向にこの順で設け、前記塩水供給ラインの流量調整手段および前記流路制御バルブ間と前記塩水タンクとを接続して補水ラインを形成している。そして、前記流路制御バルブにより制御される補水工程時に、前記補水ラインを通して前記塩水タンクへ原水を供給して補水するように構成している。前記塩水生成貯留装置は、塩水供給装置と称することもできる。

この実施の形態においては、再生作動時には前記塩水タンク内の塩水が前記塩水供給ライン，前記流路制御バルブを通して前記樹脂収容部へ送水されて、前記樹脂の再生が行われる。この塩水送水時、前記ポンプを用いて送水するので、前記塩水生成貯留装置が前記イオン交換装置から離れて設置されても支障なく塩水を前記イオン交換装置へ供給する。また、前記流量調整手段により、前記塩水生成貯留装置がどの程度前記イオン交換装置から離れて設置されている遠隔の程度や前記イオン交換装置との設置の高低差を調整して、ほぼ等しい性能で塩水を前記イオン交換装置へ供給する。

そして、再生作動における補水工程時には、前記流路制御バルブ，前記補水ラインを通して前記塩水タンク内へ原水が供給（補水）される。この補水は、前記流量調整手段により、流量の制限を受けないので、速やかに行われる。

ここで、この実施の形態の構成要素について説明する。

前記イオン交換樹脂は、除去対象とする特定イオン（硬度分や硝酸性窒素など）の吸着量が所定の交換能力に達すると、この特定イオンが処理水中へ漏洩するようになる。そこで、前記イオン交換装置は、前記特定イオンの吸着量が所定の交換能力に達する前に、前記イオン交換樹脂に前記塩水生成貯留装置から塩水（具体的には、塩化ナトリウム水溶液）を供給して接触させる再生を行い、交換能力を回復させるようにしている。

前記再生作動は、好ましくは、逆洗工程，再生（塩水導入）工程，押出工程，洗浄工程および補水工程をこの順で行う。

前記再生工程における塩水供給は、前記塩水供給ラインを通して行う。また、前記塩水生成貯留装置を前記イオン交換装置から離して設置（遠隔設置）した場合、原水圧を利用するエゼクタ方式のものと比較して送水能力を低下することなく、塩水を供給できる。

なお、前記再生工程における塩水供給は、前記ポンプのみでも行うが、前記ポンプとエゼクタとを組み合わせて行うことができる。前記エゼクタは、内蔵のノズルに原水を流通させ、このノズルで発生する負圧を利用して前記塩水タンク内の塩水を前記イオン交換樹
脂へ供給するように構成したものである。

前記流量調整手段は、好ましくは、流通抵抗が可変の流量調整バルブとするが、これに限定されるものではなく、オリフィスなどの流通抵抗が固定式のものとすることができる。

前記補水ラインは、前記塩水供給ラインの流量調整手段および前記流路制御バルブ間と前記塩水タンクとを接続して形成される。こうした構成を採用することにより、補水が流量調整手段により制限されないので、速やかに補水を行うことができる。また、こうした構成の補水手段において、前記塩水供給ラインの前記補水ラインの分岐部と前記流量調整手段との間に前記ポンプ方向への流れを阻止する逆止弁を備えることが望ましい。この構成により、補水時ポンプに原水圧がかからないので、耐圧性の低いマグネットポンプ等のポンプを使用することができる。

ここで、前記塩水生成貯留装置について説明する。この塩水生成貯留装置は、好ましくは、塩を保持する塩保持手段および保持された塩の一部を水に浸漬して塩水を生成して貯留する塩水タンクを備えたものとする。

前記塩水タンクは、塩水を貯留するための周知の容器であり、塩（再生塩と称することもできる。）により腐食しない材質にて形成され、形状は特に限定されないが、塩の補給が可能なように構成される。前記塩保持手段は、前記塩水タンク内を塩の貯留部と塩水の貯留部とに区画する透水性の部材から構成され、好ましくは、前記塩水タンク内を上下に区画し、水を通すための微小な多数の孔を有する周知の塩水プレートから構成される。塩は、前記塩保持手段の上に貯留され、前記塩水タンク内に前記塩保持手段よりも上方に所定水位まで水を供給（補水）すると、貯留された塩の下部が水に浸漬され、塩が水に溶解することで、塩水が生成される。

前記塩水生成貯留装置には、好ましくは、塩水濃度上昇手段を備える。この塩水上昇手段は、好ましくは、前記保持された塩に前記塩水タンク内の塩水を散水する散水器と、前記塩水タンクの塩水貯留部と前記散水器とを接続する循環ラインと、前記循環ラインに設けたポンプとを含む塩水濃度上昇手段を備えている。この場合、好ましくは、前記塩水供給ラインの一部を前記循環ラインの一部として共用し、塩水供給用の前記ポンプを塩水循環ポンプとしても利用するように構成する。こうした構成を採用することにより、前記塩水生成貯留装置およびこれと前記イオン交換装置との組合せからなるイオン交換システムの構成を簡素化できる。

前記散水器は、好ましくは、前記塩水タンクの塩貯留部の上方に設けられ、前記循環ラインを通して供給される前記塩水タンク内の塩水を前記塩保持手段上に貯留された塩に振りかける（好ましくは、シャワー状に散水する）ように構成される。この散水器は、好ましくは、前記塩水タンク内壁に沿って配置され、散水孔を有するリング状のパイプから構成される。

前記散水器は、さらに好ましくは、前記塩水タンクの内壁面に向けて散水するように構成される。こうした構成とすることにより、つぎの作用効果を奏する。すなわち、塩を保持する塩保持手段および保持された塩の一部を水に浸漬して塩水を生成して貯留する塩水タンクを備えるタイプの塩水生成貯留装置においては、前記塩保持手段に山状に保持された塩の内側部分のみが溶解し、結果としてブリッジ状の塩（塩橋と称する。）ができると、塩が残っているにも拘わらず、その塩が溶解しないということがある。しかしながら、前記散水器から塩水が前記塩水タンクの内壁へ向けて散水するように構成することで、塩橋の形成を抑えることができる。前記散水器を前記リング状のパイプとした場合、前記散
水孔は、このパイプの前記塩水タンク内壁側の下部において散水が直接塩に到達することなく、前記内壁に到達するように、斜め下方に向けて形成される。

前記塩水濃度上昇手段の制御は、前記イオン交換装置に設けた制御手段，前記イオン交換装置の制御手段と別個に前記塩水生成貯留手段に設けた制御手段または前記イオン交換装置および前記塩水生成貯留手段に共通の一の制御手段により行うように構成することができる。

前記塩水濃度上昇手段のポンプを駆動する方法については、前記制御手段によりタイマーを用いて所定時間だけ行う方法、または前記塩水タンク内の塩水濃度を検出する塩水濃度検出手段を設け、塩水濃度が設定値以下となると前記ポンプを駆動する方法のいいずれかを採用することができる。また、前記ポンプの駆動のタイミングは、前記塩水タンク内への補水工程終了後とすることができる。また、塩水の循環と塩水の送水とを同じポンプで行う場合は、塩水送水時は前記ポンプが駆動されるので、塩水濃度上昇動作が行われるので、これに加えて補水工程終了後に前記ポンプを駆動するように構成することが望ましい。

以下、この発明を実施したイオン交換システムの実施例１を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、同実施例１のイオン交換システムの全体構成図であり、図２は、前記塩水生成貯留装置１の要部拡大断面の説明図であり、図３は、同実施例１の制御フローの概略説明図であり、図４は、通水工程，逆洗工程，押出工程および洗浄工程時における前記塩水生成貯留装置１の水の流れを説明する図であり、図５は、再生工程時における前記塩水生成貯留装置１の水の流れを説明する図であり、図６は、補水工程時における前記塩水生成貯留装置１の水の流れを説明する図であり、図７は、通水待機工程時における前記塩水生成貯留装置１の水の流れを説明する図である。

図１を参照して、実施例１のイオン交換システムは、再生に用いる塩水を貯留する塩水タンク４を有する塩水生成貯留装置１と、樹脂を充填した樹脂収容部１３と、通水作動と補水工程を含む再生作動とを切り換える流路制御バルブ１４とを有するイオン交換装置２とを備えている。そして、前記塩水タンク４を前記流路制御バルブ１４を介して塩水供給ライン１５で接続し、前記塩水供給ライン１５にポンプ８および流量調整手段としての流量調整バルブ１４を塩水供給方向にこの順で設けている。そして、前記塩水供給ライン１５の流量調整バルブ１７および前記流路制御バルブ１４間と前記塩水タンク４とを接続して補水ライン１９を形成していることにより、前記流路制御バルブ１４による補水工程時、前記補水ライン１９を通して前記塩水タンク４へ原水を供給して補水するように構成している。

前記塩水供給ライン１５には、前記流量調整バルブ１７の塩水流通方向の下流側に前記ポンプ８方向への流れを阻止する逆止弁１８を塩水供給方向にこの順で設けている。前記流量調整バルブ１７は、開度を変えることで、流通抵抗を可変とすることができる構造のものである。

前記イオン交換装置２は、陽イオン交換樹脂（図示省略で、以下、イオン交換樹脂という。）を使用して水中の硬度分をナトリウムイオンやカリウムイオンへ置換する軟水装置としている。前記イオン交換装置２は、前記特定イオンの吸着量が所定の交換能力に達する前に、前記イオン交換樹脂に前記塩水生成貯留装置１から塩水を供給して接触させる再生を行い、交換能力を回復させるようにしている。

前記補水ライン１９は、前記塩水供給ライン１５の前記逆止弁１８下流側から分岐して
形成することで、前記塩水供給ライン１５の一部を補水ラインとして利用している。この補水ライン１９の先端には、公知のフロート式の第一補水制御バルブ２０を備えている。この第一補水制御バルブ２０は、前記塩水タンク４内水位が所定水位Ｈとなるとこの第一補水制御バルブ２０が閉じて補水を終了し、前記水位が所定水位以下となると前記第一補水制御バルブ２０が開き補水を可能とする構成のものである。前記第一補水制御バルブ２０は、塩水が流入可能な開口（図示省略）を備えた筒状体２１内に設けている。この筒状体２１内には塩水濃度を検出する塩水濃度センサ２２を設けている。

前記塩水生成貯留装置１は、塩を保持する塩保持手段としての塩プレート３および保持された塩の一部を水に浸漬して塩水を生成して貯留する塩水タンク４を備えている。そして、前記塩水供給ライン１５の前記ポンプ８と前記流量調整バルブ１７との間から分岐して散水器５に接続される循環ライン７を設けている。前記保持された塩に前記塩水タンク４内の塩水を散水する散水器５と、前記塩水タンク４の塩水貯留部６と前記散水器５とを接続する前記塩水供給ライン１５および前記循環ライン７と、前記塩水供給ライン１５に設けたポンプ８とで塩水濃度上昇手段（塩水濃度調整手段と称することもできる。）１０を構成している。９は、前記塩水供給ライン１５の前記ポンプ８の上流側に設けたフィルタである。この塩水生成貯留装置１は、図１の一点鎖線で示すように、その構成要素を箱体（図示省略）内に収めてユニット化している。

前記塩水タンク４は、開閉自在の蓋（図示省略）を備え、合成樹脂製であって、塩の補給が可能なように上端開放の容器としている。前記塩プレート３は、前記塩水タンク４内を塩水貯留部６と塩貯留部１１とに区画し、水を通すための微小な多数の孔（図示省略）を有するプレートから構成している。

図２を参照して、前記散水器５は、前記塩貯留部１１の上方部に設けられ、前記循環ライン７を通して供給される前記塩水タンク４内の塩水を前記塩プレート３上に貯留された塩に振りかけるリング状のパイプから構成している。前記パイプは、前記塩水タンク４内壁に沿って配置され、多数の散水孔１２，１２、…を形成している。この各散水孔１２は、前記パイプの前記塩水タンク４内壁側の下部において散水が直接塩に到達することなく、前記内壁に振りかけられるように、斜め下方に向けて形成している。

前記流路制御バルブ１４は、つぎの通水作動と、逆洗工程，再生工程，押出工程，洗浄工程および補水工程からなる再生作動とを行うように構成され、通水作動時、塩水循環により塩水が前記イオン交換装置２本体へ入らない動作を行うものであれば、特定の構造、構成のバルブに限定されない（例えば、特許文献１の開閉弁（７），（８），（１０），（１２），（１４），（１６）の組合せからなるバルブとすることができる）。この流路制御バルブ１４には、前記塩水供給ライン１５に加えて、原水ライン２５，処理水ライン２６，排水ライン２７が接続されている

前記通水作動では、前記原水ライン２５を流れる原水は、前記樹脂収容部１３内を下降流で流れ、その過程で硬度分がナトリウムイオンへ置換され、軟水化され、前記処理水ライン２６を介して軟水の需要箇所へ供給される。前記再生作動の逆洗工程では、前記原水ライン２５を流れる原水は前記樹脂収容部１３内を上昇流で流れ、堆積した懸濁物質や破砕などによって生じた微細樹脂を洗い流し、前記排水ライン２７から系外へ排出される。前記再生工程では、前記塩水供給ライン１５から供給された塩水が前記樹脂収容部１３内を流れてイオン交換樹脂の再生を行い、前記排水ライン２７から系外へ排出される。前記押出工程では、前記原水ライン２５を流れる原水は、押出水として、前記樹脂収容部１３を流れ、塩水を押し出しながら前記排水ライン２７から系外へ排出される。前記洗浄工程では、前記原水ライン２５を流れる原水は、洗浄水として、前記樹脂収容部１３内に残留している塩水を洗い流しながら、前記樹脂収容部１３を下降流で通過し、前記排水ライン
２７を介して系外へ排出される。前記補水工程では、前記原水ライン２５を流れる原水は、補給水として、前記塩水供給ライン１５および前記補水ライン１９を介して前記塩水タンク４へ供給される。

前記ポンプ８および前記流路制御バルブ１４は、前記塩水濃度センサ２２，前記塩水供給ライン１５の端部に設けた塩水流量計２３からの信号を入力する制御器２４により制御される。前記制御器２４は、マイクロプロセッサおよびメモリ（いずれも図示省略）等を備え、前記流路制御バルブ１４を制御することにより前記イオン交換装置２の通水作動および再生作動を制御する第一プログラムと、前記ポンプ８を制御することにより前記塩水濃度上昇手段１１を制御して塩水濃度を上昇させる第二プログラムを前記メモリに記憶している。前記制御器２４は、前記塩水濃度センサ２２からの信号に基づき、塩水濃度が設定値以下のとき、表示器（図示省略）にて警報を行うように構成している。

前記第一プログラムは、前記制御器２４からの指令信号により、前記流路制御バルブ１４が制御され、図３に示すように、通水作動と、逆洗工程，再生工程，押出工程，洗浄工程および補水工程からなりこれらの工程をこの順で実施する再生作動とを行うプログラムである。

また、前記第二プログラムは、前記補水工程終了後の通水待機工程時所定時間（たとえば、５〜６時間程度）だけ前記ポンプ８を駆動し、塩水濃度を上昇するように構成している。

ここで、上記構成の実施例１の塩水生成貯留装置１の動作を中心に図に基づき説明する。図４から図７において、実線矢視は水の流れおよび方向を示している。

（通水作動，逆洗工程，押出工程，洗浄工程）
前記通水作動，前記逆洗工程，前記押出工程および前記洗浄工程においては、図４に示すように、前記制御器２４により前記ポンプ８が駆動停止状態にあるので、前記塩水濃度上昇手段１０は作動停止状態にある。

（再生工程）
前記再生工程においては、図５に示すように、前記ポンプ８が駆動され、前記塩水供給ライン１５を通して前記イオン交換装置２へ塩水が供給され、イオン交換樹脂の再生が行われる。

また、前記ポンプ８の駆動により、前記塩水タンク４内の塩水は、前記塩水供給ライン１５および循環ライン７を通して、前記散水器５へ供給される。そして、塩水は、この散水器５から前記塩水タンク４の内壁へ向けて散水され、塩貯留部１１の前記塩水タンク４の内壁に接している塩に振りかけられる。その結果、塩の一部が塩水中に溶解し塩水濃度が上昇する。この散水による塩水濃度の上昇は、前記塩水供給ライン１５の一部および前記循環ライン７を塩水が循環しながら行われ、前記塩水タンク４の塩水貯留部６において塩水の流れが形成され、塩水濃度が短時間で効果的に上昇する。

この実施例１では、前記塩水タンク４の内壁面に向けて散水するように構成しているので、塩橋の形成を抑えることができる。前記ポンプ８により供給される塩水の一部は、前記補水ライン１９を通しても流れるが、前記イオン交換装置１への塩水供給、前記散水器５への塩水供給に大きな影響を与えることはない。

また、前記塩水供給ライン１５の一部は、前記塩水循環ラインの一部として共用され、前記ポンプ８が塩水循環ポンプとしても利用されるので、イオン交換システムの構成を簡
素化できる。また、前記ポンプ８を用いて前記イオン交換装置２へ塩水を供給するようにしているので、前記塩水生成貯留装置１を前記イオン交換装置２から離して設置（遠隔設置）した場合、原水圧を利用するエゼクタ方式のものと比較して送水能力を低下することなく、塩水を供給できる。

（補水工程）
つぎに、前記補水工程では、図６を参照して、前記原水ライン２５の原水が前記流路制御バルブ１４、前記塩水供給ライン１５の一部，前記補水ライン１９を通して前記塩水タンク４内へ供給される。この補水工程において、補水が前記流量調整バルブ１７により制限されないので、速やかに補水を行うことができる。この補水は、前記第一補水制御バルブ２０が閉じることで終了する。また、前記塩水供給ライン１５の前記補水ラインの分岐部と前記流量調整バルブ１７との間に前記逆止弁１８を備えているので、補水時前記ポンプ８に原水圧がかからず、耐圧性の低いポンプを使用することができる。

（通水待機工程）
この補水工程の終了は、前記制御器２４によって制御され、通水要求があり前記制御器２４が通水工程へ制御を切替えるまで行われる通水待機工程（図３参照）へ移行する。この通水待機工程において、前記ポンプ８が駆動され、前記塩水濃度上昇手段１０が作動される。

これを説明するに、図７を参照して、図４の再生工程と同様に前記塩水濃度上昇手段１０により塩水濃度の上昇作用が行われる。前記再生工程と異なるのは、前記ポンプ８により送水される塩水が前記イオン交換装置２へは送水されない点である。このため再生工程と比較して、塩水の循環量が増大し、早期に塩水濃度を上昇させることができる。

前記ポンプ８の駆動開始から設定時間が経過すると、前記ポンプ８を停止し、塩水濃度調整動作を終了する。

この発明の実施例１に係るイオン交換システムの全体構成図。 同実施例１の要部拡大断面の説明図。 同実施例１の制御手順を説明するフローチャート図。 同実施例１の通水，逆洗，押出，洗浄工程を示す説明図。 同実施例１の再生工程を示す説明図。 同実施例１の補水工程を示す説明図。 同実施例１の通水待機工程を示す説明図。

符号の説明

１ 塩水生成貯留装置
２ イオン交換装置
４ 塩水タンク
８ ポンプ
１５ 塩水供給ライン
１９ 補水ライン

Claims (1)

1. 樹脂を充填した樹脂収容部および通水作動と補水工程を含む再生作動とを切り換える流路制御バルブを有するイオン交換装置と、再生に用いる塩水を貯留する塩水タンクを有する塩水生成貯留装置とを備え、前記塩水タンクを前記樹脂収容部に前記流路制御バルブを介して塩水供給ラインで接続したイオン交換システムであって、
   前記塩水供給ラインにポンプおよび流量調整手段を塩水供給方向にこの順で設け、
   前記塩水タンク内に保持された塩に散水する散水器と、
   前記塩水供給ラインの前記ポンプおよび前記流量調整手段の間から分岐し、前記塩水タンクの塩水貯留部と前記散水器とを接続する循環ラインと、
   前記塩水供給ラインの前記流量調整手段および前記流路制御バルブ間と前記塩水タンクとを接続し、前記塩水タンク内水位が所定水位となると閉じて補水を終了させる補水制御バルブを先端に備え、前記塩水供給ラインから分岐して形成した補水ラインと、
   前記塩水供給ラインの前記補水ラインの分岐部と前記塩水供給ラインの前記循環ラインの分岐部との間に設けられ前記ポンプ方向への流れを阻止する逆止弁とを備え、
   前記流路制御バルブによる補水工程時前記補水ラインを通して前記塩水タンクへ原水を供給して補水することを特徴とするイオン交換システム。

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