JP5781774B2 - 水軟化システムおよび水処理システムのコントロール方法 - Google Patents

Description

本発明は、水軟化を含む水処理システムなど流体処理システムに関し、特に、大きさの異なる複数の水軟化タンクをコントロールするシステムおよび方法に関するものである。本発明の多くの態様は、ろ過や脱イオンを行う他のタイプの流体処理システムにも適用できる。

水の軟化は知られており、典型的には、水源、イオン交換樹脂の入った処理タンク、ブライン水の入ったブラインタンク、および水源、タンク類、排水管またはその他排出口との間の流れの行先を指示するコントロールバルブでなっている。

水の軟化は、水中のカルシウムおよびマグネシウムカチオンをナトリウムカチオンで置き換えるイオン交換樹脂を通して行われる。イオン交換プロセスを続けていくと、樹脂は最終的に水軟化能力を失い、ナトリウムカチオンを補充しなければならなくなる。カルシウムおよびマグネシウムイオンが除かれ、水軟化のイオン交換樹脂能力が回復し、ナトリウムイオンが補充されるプロセスは、再生として知られている。

家庭内の水処理システムは、典型的に、比較的低水流量を処理する１つの処理タンクと１つのブラインタンクでなっている。それより大きな商業用の処理システムは、システムを通る大容量の水を処理するために複数の水軟化ユニット（少なくとも１つの処理タンクとブラインタンク）でなっている。

水軟化ユニットは、独立したシステムそれぞれの配管が、他のシステムの配管と平行になって互いに接続される。配管通路それぞれにはコントロールバルブがあり、特定の部分または流路を選択的に“オン”または“オフ”としている。このようにして、ユーザーは、水の需要に基づいて所定時間で操作されている多くの水軟化ユニットをコントロールすることができる。

商業規模の処理システムは、典型的に水要求量を連続的にモニターし、その時の需要に応えるように、“オン”または“オフ”にする流路の適切な数を決定する集中コントローラーを有している。

“トリップ”レベル流量は、システムが、流路それぞれで処理することを意図した最大流量である。コントローラーは、全流量をモニターし、トリップレベル流量で割算することによって、“オン”にするユニットの正確な数を決定する。典型的に、このようなシステムでの処理タンクは、それぞれのタンクが同じ“トリップ”レベルの水流量を処理することができるように、同じ大きさであるように設計されている。

比較的低水流量であるときに、このシステムでは問題が起きる。特に、ブラインタンク中の樹脂ベッドを水が長時間非常にゆっくり流れるときに、“チャンネリング“が起きることがある。チャンネリングは、水が樹脂ベッドを不均一に分散して流れるのが原因であり、樹脂の一部のみが水流に接し、残りの部分がバイパスしてしまう。その結果、チャンネルに沿った樹脂は消耗され、未処理の水が処理システムを通り抜けてしまう。

本発明の水軟化システムは、水の流量が指定流量より多いとき、水を一つまたはそれ以上の大きい処理タンクに流し、水の流量が指定流量と同じかまたはそれより少ないとき、水を一つの小さい処理タンクに流すようにする。

特に、本発明の水軟化システムは、第１水容量をもつ第１処理タンクと、第１処理タンクと平行し、第１水容量より小さい第２水容量をもつ第２処理タンクと、第１処理タンクと第２処理タンクに接続され、システムに流入する要求流量を決定するフローメーターと、フローメーターと通信して、要求流量が指定流量より大きいとき、水を第１処理タンクに流し、要求流量が指定流量と同じまたはそれより小さいとき、水を第２処理タンクに流すようにするコントローラーとを有している。

本発明の水軟化システムの別の実施形態は、それぞれ第１水容量をもつ複数の第１処理タンクと、第１水容量より小さい第２水容量をもつ１つの第２処理タンクと、第１処理タンクの少なくとも１つと第２処理タンクに接続され、システムに流入する要求流量を決定するフローメーターと、フローメーターと通信して、要求流量が第１指定流量より大きいとき、水を第１処理タンクの１つに流し、要求流量が第１指定流量と同じかまたはそれより小さいとき、水を第２処理タンクに流し、要求流量が第１指定流量よりさらに大きい第２指定流量より大きいとき、水を複数の第１処理タンクに流すようにするコントローラーと、を有している。

さらに別の実施形態は、第１水容量をもつ第１処理タンクと、第１水容量より小さい第２水容量をもつ第２処理タンクを用意し、要求流量が指定流量より大きいとき、水を第１処理タンクに流し、要求流量が指定流量と同じまたはそれより小さいとき、水を第２処理タンクに流すようにする水処理システムのコントロール方法である。

大きさの異なる複数の水軟化タンクをコントロールする本発明のシステムを用いた水軟化システムの概念図である。 それぞれの水処理タンクにフローメーターを付けた大きさの異なる複数の水軟化タンクをコントロールする本発明のシステムを用いた水軟化システムの概念図である。 それぞれ比較的大きな水処理タンクをもつ２つの水処理系と、比較的小さな水処理タンクをもつ１つの水処理系でなる本発明のシステムの実施形態を示す概念図である。

図１と２を参照すると、符号２０を付した本発明の水軟化システムは、大きさの異なる複数の水軟化タンクをコントロールするのに使用され、少なくとも１つの第１処理タンク２４と、１つの第２処理タンク２６を有し、それぞれ独立にパイプ３０でブラインタンク２８に接続されている水軟化装置２２を有している。従来技術で知られているように、第１処理タンク２４と第２処理タンク２６には、それぞれイオン交換樹脂３２が充填され、ブラインタンク２８は、水３６と粒状塩３８を含むブライン水３４で満たされている。

第１処理タンク２４は、第１水容量であり、第１原水入口４２、第１処理タンク入口４４、第１処理タンク出口４６、第１ブラインタンク入口／出口４８、居住場所または商業設備に水を供給する第１バイパス出口５０、および第１ドレン５２の間で水の流れをコントロールする第１バルブアセンブリ４０を有している。

第２処理タンク２６は、第１処理タンク２４の第１水容量より小さい第２水容量であり、第２原水入口５６、第２処理タンク入口５８、第２処理タンク出口６０、第２ブラインタンク入口／出口６２、居住場所または商業設備に水を供給する第２バイパス出口６４、および第２ドレン６６の間で水の流れをコントロールする第２バルブアセンブリ５４を有している。

バルブアセンブリの特別の操作は、２００８年９月３０日に一緒に出願した名称“流体処理システムのコントロールバルブ”の米国出願番号１２／２４２，２８７番に記載しており、ここに参照文献として挙げる。

少なくとも１つのフローメーター７４が、第１処理タンク２４と第２処理タンク２６に通じる配管に接続され、水軟化システム２０を流れる単位時間あたりのガロン数を測定する。このフローメーター７４は、システムからコントローラー７０に流れる単位時間あたりの水のガロン数を測定し、通信するようにされている。

また別に、第１フローメーター７６を第１処理タンク２４に設け、第２フローメーター７８を第２処理タンク２６に設けることができる。このとき、第１フローメーター７６が第１処理タンク２４を流れる水の単位時間あたりのガロン数を測定し、第２フローメーター７８が第２処理タンク２６を流れる水の単位時間あたりのガロン数を測定する。この実施形態では、第１フローメーター７６と第２フローメーター７８それぞれが、コントローラー７０と通信するようにする。

図１に示すように、コントローラー７０はフローメーター７４と通信できる回路基板８０を有していて、回路基板８０が、第１処理タンク２４と第２処理タンク２６に接続されている。第１バルブアッセンブリ４０と第２バルブアッセンブリ５４も、コントローラー７０に電気的に接続され、従って回路基板８０と通信できる。

水軟化システム２０を運転しているとき、フローメーター７４は、要求流量であるシステムを流れる単位時間あたりのガロン数を決定する。
２９） 要求流量は、コントローラー７０に通信され、コントローラー７０が、流入する水を、大水容量で、大容量の水を処理できる第１処理タンク２４に流すか、あるいは、第１処理タンク２４の水容量より小さい第２水容量で、少ない水流量を処理する第２処理タンクに流すかを決定する。

特に、コントローラー７０は、少なくとも“高トリップポイント”と“低トリップポイント”をもつようにプログラムされている。“高トリップポイント”は、第１処理タンク２４を流れることを意図した最大水流量として決められる指定水流量である。“低トリップポイント”は、第２処理タンク２４を流れることを意図した最大水流量として決められる指定水流量である。従って、コントローラー７０は、要求水流量が低トリップポイントより大きいとき、水を第１処理タンク２４に流し、要求水流量が低トリップポイントと同じまたはそれより小さいとき、水を第２処理タンク２６に流す。

実際では、要求水流量が低トリップポイントを超えるとき、コントローラーは、第１処理タンク２４を“オン”にし、第２処理タンク２６を“オフ”にする。
さらに、要求水流量が低トリップポイントと同じまたはそれより小さいとき、コントローラー７０は、第１処理タンク２４を“オフ”にし、第２処理タンク２６を“オン”にする。これにより、水軟化システム２０を効率的に運転し、大容量の未処理水がシステムを通り抜ける水のチャンネリングを防ぐことが可能にできる。

図３を参照すると、水軟化システムの別の実施形態を符号８６で示しており、それぞれが１つの処理タンクを持つ第１処理系８８、第２処理系９０、第３処理系９２のように、複数の水処理通路または水処理系を有している。この水処理系は、水軟化システム８６を、水の大要求量、あるいは高水流量と低水流量の間で変動する水要求量に対応できるようにしている。

図３に示したシステムでは、コントローラー９４が、３つの異なる水処理系８８、９０および９２のそれぞれと電気的に接続されている。 第１処理系８８は、比較的大きな第１水処理タンク９６を有し、第２処理系９０は、第１水処理タンク９６と同じ水容量の比較的大きな第２水処理タンク９８を有している。第３処理系９２は、第１処理系８８と第２処理系９０における第１処理タンク９６と第２処理タンク９８より小さな水容量である比較的小さな水処理タンク１００を有している。第１処理系８８と第２処理系９０における第１処理タンク９６と第２処理タンク９８は、容量サイズが同じであっても異なっていてもよい。

さらに、本発明の水処理システムは、それぞれ比較的大きな水処理タンクをもつ１つあるいは複数の水処理系を有している。好ましくは、図３に示すように、水処理系８８、９０、９２それぞれの処理タンクは、互いにそれぞれの水処理系の配管が他の水処理系の配管と平行するように接続される。平行に配管された水処理系８８、９０、９２のそれぞれは、スイッチ付きコントロールバルブ、またはブロッキング装置１０２、１０４、１０６が設けられて、個々の水処理系を“オン”または“オフ”にすることができる。

コントローラー９４は、システムに流入する水要求水流量を連続的にモニターし、“オン”または“オフ”する水処理系の数を決めて、現在の水要求レベルに応えるようにする。

例えば、第３水処理系９２における小さい処理タンク１００の水流量または水容量を超える比較的大きな水要求量があるとき、コントローラー９４は、水を第１水処理系８８、第２水処理系９０、または第１水処理系８８と第２水処理系９０の両方に流すようにする。このシステムでは、水軟化システム８６が、第１水処理系８８と第２水処理系９０のいずれか１つで処理することを意図した最大水流量に基いて、“トリップレベル”または指定水流量が決定される。

コントローラー９４は、現在の水流量をトリップレベル量で割算して、このレベルを処理するのに“オン”にすることが必要な水処理系の正確な数を決める。このように、第１水処理系８８と第２水処理系９０それぞれは、同じトリップレベルの水流量を処理できるようにされている。

要求水流量が、トリップレベル（すなわち、指定水流量）と同じあるいはそれより小さいとき、コントローラーは、水を第３水処理系９２にある小さい処理タンク１００に流すようにする。特に、コントローラー９４は、小さい水処理タンク１００と関連したブロッキング装置１０６に信号を送って水処理タンク９８を“オン”にし、水処理系８８、９０と関連したブロッキング装置１０２，１０４に信号を送ってそれら水処理系を“オフ”、すなわち、水がこれらの系にある水処理タンクに流れないようにする。このように、水は、低い水流量を処理する第３水処理系９２に流される。

また別に、要求水流量が、“トリップレベル”を超えるとき、コントローラー９４は、水を、第１水処理系８８と第２水処理系９０の少なくとも１つに流れるようにする。
それ故、コントローラー９４は、第１および第２水処理系のブロッキング装置１０２、１０４に信号を送ってこれらの水処理系を“オン”にして水をこれらの水系の水処理タンク９６、９８の１以上に流し、使用しない水処理系、すなわち第３水処理系を“オフ”にしてこの水処理系に水が流れないようにする。これで、水を、高水流量または大水流量を処理する第１水処理系８８および／または第２水処理系９０に流すようになる。

実施形態では、コントローラーは、“高トリップポイント”と“低トリップポイント”の両方でプログラムされている。高トリップポイントは、第１水処理系８８と第２水処理系９０の少なくとも１方を通ることを意図した最大指定水流量である。低トリップポイントは、第３水処理系９２にある小さい処理タンク１００を通ることを意図した最大指定水流量である。

水軟化システム８６に接続され、コントローラー９４に通信できるフローメーター１０８によって測定された要求水流量が、低トリップポイントと同じまたはそれより小さいとき、水の流れの全てを、第３水処理系９２にある小さい処理タンク１００に行くようにする。

要求水流量が、低トリップポイントを超える場合には、コントローラー９４は、小さい処理タンク１００と関連したブロッキング装置１０６に信号を送り、それを“オフ”とし、水の流れの全てを、比較的大きい処理タンク９６、９８を持っている第１および／または第２水処理系に行くようにする。

上の実施形態で、コントローラー７０、９４を、１つまたはそれ以上の水処理タンクが、再生モードにあって一時的に水を処理するに使えない時を決めるようにプログラムすることができる。この状況では、コントローラー７０、９４は、水の流れを、別の水処理系に行くようにする。このようにして、コントローラー７０、９４は、処理タンクが再生モードであるときに、水処理の停止時間または遅れを最小にする。

さらに、水軟化システム２０、８６は、１つ以上の小さい処理タンクあるいは第２処理タンクを持つことができ、小さい処理タンクの１つ以上のが再生モードであるとき、別の同じ大きさの処理タンクが水の流れを処理することができる、と考えられる。本発明のシステムは、処理タンクを適切な数持つことができると考えることができる。

本発明の硬水軟化システムの特別の実施形態を記載してきたが、これは、当業者が本発明に逸脱することなく広く変更および修正できるものである。

Claims (12)

1. 水軟化システムであって、
   イオン交換樹脂が充填され、第１水容量をもつ第１処理タンクと、
   イオン交換樹脂が充填され、前記第１処理タンクと平行し、前記第１水容量より小さい第２水容量をもつ第２処理タンクと、
   前記第１処理タンクおよび前記第２処理タンクに接続され、前記システムに流入する単位時間あたりの水量を測定し、要求水流量を決定するフローメーターと、
   前記フローメーターと通信して、前記要求水流量に基づいて前記システムに流入する水を前記第１処理タンクに流すか、あるいは、前記第２処理タンクに流すようにするコントローラーと、を有し、
   前記コントローラーは、
   前記第２処理タンクを流れることを意図した最大水流量として決められた第１指定水流量を有するようにプログラムされ、
   水のチャンネリングを防止するために、前記要求水流量が前記第１指定水流量より大きいとき、水を前記第１処理タンクに流し、前記要求水流量が前記第１指定水流量と同じまたはそれより小さいとき、水を前記第２処理タンクに流すようにすることを特徴とする水軟化システム。
2. さらに、前記第１処理タンクと同じ水容量をもつ少なくとも１つの追加の処理タンクを有し、
   前記コントローラーが、前記要求水流量が前記第１指定水流量より大きいとき、水を、前記第１処理タンクと前記追加の処理タンクの少なくとも１つに流すようにすることを特徴とする請求項１に記載の水軟化システム。
3. さらに、前記第１処理タンクと同じ水容量をもつ少なくとも１つの追加の処理タンクを有し、
   前記コントローラーが、
   前記要求水流量が前記第１指定水流量より大きく、前記追加の処理タンクが再生モードのとき、水を前記第１処理タンクに流し、
   前記要求水流量が前記第１指定水流量より大きく、前記第１処理タンクが再生モードのとき、水を前記追加の処理タンクに流すようにする、ことを特徴とする請求項１に記載の水軟化システム。
4. 水軟化システムであって、
   イオン交換樹脂が充填され、それぞれ第１容量をもつ複数の第１処理タンクと、
   イオン交換樹脂が充填され、第１水容量より小さい第２水容量をもつ第２処理タンクと、
   前記第１処理タンクおよび前記第２処理タンクに接続され、前記システムに流入する単位時間あたりの水量を測定し、要求水流量を決定するフローメーターと、
   前記フローメーターと通信して、前記要求水流量に基づいてシステムに流入する水を前記第１処理タンクに流すか、あるいは、前記第２処理タンクに流すようにするコントローラーと、を有し、
   前記コントローラーは、
   前記第２処理タンクを流れることを意図した最大水流量として決められた第１指定水流量と前記第１処理タンクを流れることを意図した最大水流量として決められた第２指定水流量を有するようにプログラムされ、
   水のチャンネリングを防止するために、前記要求水流量が前記第１指定水流量より大きいとき、水を前記第１処理タンクの１つに流し、前記要求水流量が前記第１指定水流量と同じかまたはそれより小さいとき、水を前記第２処理タンクに流し、前記要求水流量が前記第１指定水流量より大きい第２指定水流量よりさらに大きいとき、水を複数の前記第１処理タンクに流すようにすることを特徴とする水軟化システム。
5. さらに、前記複数の第１処理タンクに接続された第１フローメーターと、前記第２処理タンクに接続された第２フローメーターを有し、
   前記コントローラーが、前記第１フローメーターと前記第２フローメーターと通信でき、前記第１フローメーターによって測定された水流量が要求水流量より大きいとき、水を前記第１処理タンクの少なくとも１つに流し、前記第２フローメーターによって測定された水流量が要求水流量より小さいとき、水を前記第２処理タンクに流すことを特徴とする請求項４に記載の水軟化システム。
6. 前記コントローラーが、前記第１処理タンクのいずれかが再生モードにあるかどうかを決定し、前記要求水流量が前記第１指定水流量より大きく、かつ前記第１処理タンクが再生モードでないとき、水を前記第１処理タンクの少なくとも一つに流すことを特徴とする請求項４に記載の水軟化システム。
7. 少なくとも２つの前記第１処理タンクが、異なる前記第１水容量をもつことを特徴とする請求項４に記載の水軟化システム。
8. 前記コントローラーが、前記要求水流量を前記第２指定水流量で割算して、前記第１処理タンクを“オン”にする数を決定することを特徴とする請求項４に記載の水軟化システム。
9. イオン交換樹脂が充填され、第１水容量をもつ第１処理タンクと、
   イオン交換樹脂が充填され、第１水容量より小さい第２水容量をもつ第２処理タンクと、
   前記第１処理タンクおよび前記第２処理タンクに接続され、前記システムに流入する単位時間あたりの水量を測定し、要求水流量を決定するフローメーターと、
   前記フローメーターと通信して、前記要求水流量に基づいてシステムに流入する水を前記第１処理タンクに流すか、あるいは、前記第２処理タンクに流すようにするコントローラーと、を用意し、
   前記第２処理タンクを流れることを意図した最大水流量として決められた指定水流量を設定し、
   水のチャンネリングを防止するために、前記要求水流量が前記指定水流量より大きいとき、水を前記第１処理タンクに流し、前記要求水流量が前記指定水流量と同じかまたはそれより小さいとき、水を前記第２処理タンクに流すことを特徴とする水処理システムのコントロール方法。
10. さらに、それぞれ前記第１処理タンクと同じ水容量をもつ少なくとも１つの追加の第１処理タンクを有することを特徴とする請求項９に記載の水処理システムのコントロール方法。
11. 前記水流量が、前記指定水流量より大きく、かつ前記第１処理タンクの少なくとも１つが再生モードでないとき、水を前記第１処理タンクの少なくとも１つに流すことを特徴とする請求項１０に記載の水処理システムのコントロール方法。
12. さらに、少なくとも１つの追加の第１処理タンクを用意し、少なくとも２つの前記第１処理タンクが、異なる前記第１水容量をもつことを特徴とする請求項９に記載の水処理システムのコントロール方法。

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