JPH07501746A - 水処理システムの再生を制御する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は水を軟水化するための装置に、特に軟水装置の樹脂の再生を制御する システムに関係している。

井戸から汲み出される水が、地中の鉱物埋蔵物から浸出した二価及び時には三価 の陽イオンを含んでいるために「硬質」と考えられることはまれではない。その ようなイオンは普通の洗剤及び石鹸と共に不溶性の塩を形成して、洗浄目的のた めに洗剤又は石鹸の品質の増進を必要とする沈殿物を生成する。硬水がボイラに 使用されると蒸発の結果、不溶性残留物の沈殿が生じて、これが湯あかとして累 積する傾向がある。

硬水の供給を受ける建物の配管システムに軟水装置を設置することは普通に行わ れている。最も普通の形式の軟水装置は望ましくない鉱物及びその他の不純物を 除去するために硬水が通される樹脂のベッドを保持したタンクを有するイオン交 換樹脂膨軟水装置である。樹脂ベッドにおける最初の結合場所は陽イオン、普通 は一価の陽のナトリウム又はカリウムイオンを含んでいる。硬水が樹脂に入ると 、結合場所の奪い合いが生じる。硬水における二価及び三価の陽イオンはそのよ り高い電荷密度のために有利であって一価の陽イオンを置換する。二つ又は三つ の一価陽イオンはそれぞれ−っの二価又は三価陽イオンと置換される。

鉱物及び不純物を吸収するべき樹脂ベッドの容量は有限であり、究極的には結合 場所の大部分か二価及び三価陽イオンで占められたときに水の軟化をやめる。

これが生じると、樹脂ベッドを再生剤、典型的には塩化ナトリウム又は塩化カリ ウムの溶液で洗い流すことによって樹脂を可児てんする又は再生することが必要 になる。再生剤における一価陽イオンの濃度は十分に高くて不利な静電争奪を相 殺し、従って結合場所は一価陽イオンによって取り戻される。軟水化が行われる 再生期間の間の時間間隔は「サービスサイクル」と呼ばれる。

初期の形式の軟水装置の再生は樹脂ベッドの処理容量が限度を超えられてそれを 流れる水がもはや軟水でないことが発見された後においてだけ手動で行われた。

手動再生の必要性を除去するための努力の結果として、周期的方式で軟水装置の 再生を開始させる機械式時計を利用して軟水装置制御システムが開発された。そ のような再生の頻度は樹脂ベッドの既知の容量及び軟水の予想１日当り使用量に 従って設定されていた。機械式時計膨軟水装置制御器は、樹脂ベッドを手動で再 生する必要性を軽減したが、固定間隔で再生を行うことによって再生が水使用量 に依存して頻繁にすぎたり遅すぎたりすることがあるという欠点が生じる。水を 処理するための十分な容量がまだ存在しているときに軟水装置樹脂ベッドを再生 することは再生剤及び再生に使用される水の浪費である。逆に、樹脂ベッド容量 が硬水を処理するために必要とされる容量より下の点まで減少した後に軟水装置 の再生に失敗すると、硬水が軟水装置から出ることになる。

軟水装置樹脂ベッド再生の頻度をより良く調整するための努力の結果として、水 を軟水化するための軟水装置樹脂ベッドの残りの容量を決定する需要形軟水装置 制御ユニットが開発された。そのような改良形制御器の一形式のものが米国特許 第４４２６２９４号に開示されており、これにおいては流量計は処理されている 水の容量を測定して、指定容量の水が前の再生以後軟水装置を流れたときに樹脂 ベッドを再生させる。この形式のシステムは多（の設備においては適当であるが 、自治都市のシステムは異なった硬度を有する水を収容している数個の井戸から 交互に水を汲み出すことがある。この場合には、樹脂ベッドの消耗は前の再生以 後処理された水の量又は直接の関数ではない。

樹脂ベッドの消耗を直接測定しようと試みた他の形式の制御システムが開発され た。例えば、米国特許第４３２００１０号は樹脂ベッドにより発生された電圧を 検出するために樹脂ベッドに電極を配置した。その電圧は樹脂ベッドが消耗状態 になったときに変化し、従って再生が必要とされる時を制御器が決定することの できる機構を与えた。別の制御技法は樹脂ベッドに異なった高さで配置された２ 対の電極間の導電率を測定するものであった。樹脂ベッドにおける二つの場所間 の導電率の差は軟水装置の消耗が生じた時を決定するために使用された。二の形 式のシステムは米国特許第４２９９６９８号に開示されている。類似の技法が米 国特許第３６１８７６９号に開示されており、これにおいては再生が行われるべ き時を決定するために樹脂ベッドにおける二つの場所の導電率の比が使用されて いる。

発明の要約 水処理装置は入口及び出口を備えたタンクを有するとともに樹脂ベッドを収容し ており、これを通じて水が入口から出口へと流れる。樹脂ベッドには入口と出口 との間の水の流れの経路に沿って隔置された二つの場所に第１及び第２の導電率 センサが配置されている。ある手段が二つのセンサがらの導電率測定値の比に対 応する値を周期的に発生する。比値は消耗前線（フロント）が第１の導電率セン サを通過した確率を計算するために、続いて消耗前線が第２の導電率センサを通 過した別の確率を計算するために使用される。樹脂ベッド消耗の確率は又導電率 比から計算され、そしてこの後者の確率カルきい値を越えたときに、ある機構が 樹脂ベッドを再生するために活動化される。

採択実施例においては、樹脂ベッドの二つの場所における導電率は再生剤がタン クに入ったかどうかを決定するために再生中監視される。入ってなければ、警報 信号が使用者に送られる。現在の比が動作範囲の値内にあるがどうかを決定する ために検査が行われる。比がこの動作範囲の外側にあるときには、導電率セルの 一方又は両方が故障しており、信号が使用者に送られて制御器についての問題を 知らせる。

この発明の目的は樹脂ベッドの再生をベッドの導電率に基づいて制御する水処理 システムを提供することである。この技法は消耗度を検出するが、これは水を処 理する樹脂ベッドの能力を示している。

別の目的は樹脂ベッドの二つの場所における導電率を測定することによってその ような制御機能を提供し且つ再生が行われるべき時を決定する際に二つの導電率 の比を使用することである。

この発明の更なる目的は導電率の比を特定の水処理システム及び処理されている 水の特性に適合したしきい値と比較することである。

図面の簡単な説明 図１はこの発明による軟水装置を再生するためのシステム概略図であり、図２は 図工における制御器の概略的構成図であり、図３は図２の制御器と共に使用され る導電率検出用プローブを図解しており、図４は軟水装置制御器の動作の状態図 であり、図５は軟水装置樹脂ベッドの二つの場所における導電率を周期的に標本 化するために軟水装置制御器のマイクロコンピュータにより実行されるルーチン のフローチャートであり、又 図６は樹脂ベッドにおける二つの導電率プローブを流れる電流の比の図表である 。

発明の詳細な説明 最初に図１に言及すると、軟水装置１０はイオン交換樹脂粒子のベッド１４を収 容している軟水化タンク１２を含んでいる。出口管１６はベッド１４の底部に近 接した点からベッドを通って延びている。入口管１８は軟水装置タンク１２へと 延びており、樹脂ベッド１４の高さの上方に放出開口部を持っている。硬水が人 口ライン２０を通じて供給され、そして処理水が配水ライン２２を通じて供給さ れる。入口ライン及び配水ラインは平常時閉鎖式弁２４を通して接続されている 。第２の配水弁２６が出口管１６と配水ライン２２との間に挿入されている。

平常時閉鎖式第１排出弁３０を含む排水ライン２８も又出口管１６から延びてい る。

硬水は配水人口弁３２を通して入口管へ供給されることができる。又は、入口ラ イン２０に入る硬水は塩水人口弁３８が開かれ且つ配水人口弁３２が閉じられて いるときには塩水（プライン）タンク３６から再生剤溶液を汲み出すためにイン ジェクタ３４を通過することができる。塩水タンク３６は普通の塩、例えば塩化 ナトリウム又は塩化カリウムを収容している。汲み出された塩水はライン３５を 通して軟水装置の人口管１８へ供給される。入口管１８は又平常時閉鎖式第２排 出弁３９を通して排出管に接続可能である。

配水動作中、排出弁３０及び３９、第１配水弁２４並びに塩水人口弁３８はすべ て閉じられている。この動作モードにおいては、第２配水弁２６及び配水人口弁 ３２は開いていて硬水が入口ライン２０から入口管１８を通って樹脂ベッド１４ の上部へ流れるのを可能にする。硬水はベッド１４を通過し、そして処理された 水はベッド１４の底部から出口管１６を通して配水ライン２２へと汲み出される 。

樹脂ベッド１４は究極的には消耗状態になる。典型的な軟水化過程においては、 これは樹脂ベッドがナトリウムからカルシウム／マグネシウム状態に変化したこ とを意味する。樹脂ベッド１４の典型的な再生は逆流洗浄段階から始まる。この 段階においては、諸弁に機械的に接続されている制御装置４０は配水人口弁３２ 及び塩水人口弁３８を閉じ且つ第１配水弁２４及び第２排出弁３９を開く。入口 ２０からの硬水は出口管１６を通り樹脂ベッド■４を上方へ通つて供給され、最 後に入口管１８及び現在開いている第２排出弁３９を通って出る。水は処理され ていないにしてもこの時点では配水ライン２２へ供給され続りる。

逆流洗浄の次にはプライニング及び水洗（リンス）が行われる。この動作のため に、第２配水弁２６及び第２排出弁３９が閉じられ且つ塩水人口弁３８及び第１ 排出弁３０が開かれる。この状態において、硬水はインジェクタ３４を通して押 しやられ、塩水はタンク３６から塩水ライン３５を通して引き出される。引き出 された塩水は入口管１８を通して軟水装置タンク１２へ排出される。塩水は樹脂 ベッドを通過しそして出口管１６及び現在開いている第１排出弁３０を通って排 出される。濃縮塩水溶液は樹脂中の二価及び三価の陽イオンを一価陽イオンで置 換してベッドを可児てんする。塩水タンク２２の内容が空にされたときに、空気 阻止弁３７が閉じて空気がシステムへ射出されるのを阻止し、従って水は塩水の ないインジェクタ３４を通って流れ続けることになる。この水は塩水溶液をタン クから押し出して、次にベッド１４を水洗し残留塩水を除去する。未処理の水が この動作段階中開放弁２４を通して配水ライン２２に供給される。

次の動作段階中、塩水タンク３６は再び満たされ且つ軟水装置樹脂へラド１４は 清浄化される。これは配水人口弁３２及び第２配水弁２６を開くことによって行 われる。硬水はそこで開いた塩水弁３８を通して塩水タンク３６に入ることがで き又入口管１８を通してタンク１２に入ることができる。樹脂ベッド１４を通過 した水は開いた入口管１８を通して出る。この装置は第１配水弁２４、第１排出 弁３０及び塩水人口弁３８を閉じることによって配水状態に戻される。

図２に言及すると、図１に図示された種々の弁を動作させる制御装置４０はマイ クロコンピュータ４２の周りに構成されている。このマイクロコンピュータは幾 つかの市販で入手可能なデバイスの任意の一つ、例えばモトローラ社（Ｍｏｔｏ ｒ−ｏｌａ、　Ｉｎｃ、）により製造されたモデルＭＣ６８ＨＣ７０５Ｐ９から なることができるが、これらのデバイスは内部アナログ−ディジタル変換器、ラ ンダム・アクセス・メモリ、リードオンリ・メモリ、及びクロック回路を含んで いる。電気的消去可能なプログラム可能リードオンリ・メモリ　（ＥＥＰＲＯＭ ）４４がデータの記憶及び検索のためにマイクロコンピュータ４２に接続されて いる。

マイクロコンピュータ４２の他の出力は、この明細書に参照文献として組み込ま れる、「バイト−ｖガジン（Ｂｙｔｅ　Ｍａｇａｚｉｎｅ）Ｊ　１９７７年９月 号、１９０〜１９８ページに現れた「ウオルシュ関数：ディジタルフーリエ級数 （ｆａｌｓｈ　Ｆｕｎｃｔ−ｉｏｎｓ　：　Ａ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｆｏｕｒｉｅ ｒ　５ｅｒｉｅｓ）Ｊと題する記事に記載されたようなウオルシュ（ｌｌａｌｓ ｈ）正弦波加算器４６に接続されている。ウオルシュ正弦波加算器４６の出力は 低域フィルタされて高次の高周波が除去され、約１００ｍＶ−ｐｋの振幅を持っ た約１０００Ｈｚの周波数の実質上純粋な正弦波が残る。この低い励起電圧は樹 脂ベッドの電極において化学的還元が生じるのを阻止するために選択されている 。比較的高い励起電圧が、電極二重層キャパシタンスの効果を低減するために選 択された。

ウオルシュ加算器４６からの出力信号に樹脂ベッド１４内に配置された二つの導 電率プローブ、又はセル４７及び４８の共通の電極に加えられる。下方のプロー ブ４８は出口管１６の底部にある最上端入口開口部と樹脂ベッドの上部との間の 距離であるベッドの有効高（Ｘ）のほぼ３８パーセントの所に配置されている。

この位置は樹脂ベッドの容量のほぼ２０パーセントが水を処理するために残存し ているときに下方の導電率プローブ４８が導電率変化の表示を発生するように選 ばれた。樹脂ベッドの消耗部分と未消耗部分との間の界面が樹脂ベッドの有効高 の約３０パーセントに低下したときに樹脂の水を処理する能力の８０パーセント が消耗されたことが発見された。これは８０パーセントの消耗が樹脂ベッドの有 効高のほぼ２０パーセントのレベルに対応するであろうことを示すような直観的 推理に反している。上方導電率プローブは下方プローブ４８の上方約６インチの 樹脂ベッド中に配置されている。

図３に言及すると、導電率プローブ４７及び４８のそれぞれはプラスチックブロ ックｅａ＋ｉ埋め込まれた一対の電極棒６１及び６２を含んでいる。このブロッ クの内部には電極６１及び６２のそれぞれが制御器４０まで延びた二つのワイヤ ６５及び６６に接続している。電極６１及び６２は金めっきされたステンレス鋼 で製作されている。電極構造物のステンレス鋼が腐食に耐えるのに対し、金めつ きは表面を化学的に不活性にする。しかしながら、金はタンク１２内の水による 湿潤に抵抗する。湿潤を改善するために、イオン交換材料、例えば「ナフィオン （Ｎａｆｉｏｎ）　Ｊ　（デュポン社（Ｅ、１．　ｄｕ　Ｐｏｎｔ　ｄｅ　Ｎｅ ｕｍｏｕｒｓ　＆　Ｃｏ、、　Ｉｎｃ″、）の商標）のスリーブ６８がＵ形に曲 げられて電極のそれぞれをおおって挿入されている。

Ｕ形スリーブの端部はプラスチックブロック６３に固定されている。スリーブ６ ８は疎水性の全表面を「湿潤させ」で、高分子を電極表面から離して保持し、こ れによって電極表面を更に安定化する。スリーブ６８は又比較釣果かい全表面を 摩耗から保護する。別の方法として、イオン交換材料の別個のスリーブが各電極 ６１及び６２上に配置されることもできる。更に別の方法として、腐食に対して 不活性である別の貴金属が電極をめっきするために金の代わりに使用されること ができる。加えて、黒鉛棒が電極として使用されてもよく、これはめっきを必要 としないであろう。

もう一度図１及び２に言及すると、導電率プローブ４７及び４８のそれぞれの非 共通電極はそれぞれ別々の電流−電圧変換器５０及び５１に接続されている。

これらの変換器５０及び５１のそれぞれは関連のプローブ４７又は４８を流れる 電流の大きさを対応する電圧レベルに変換する。電流−電圧変換器５０及び５１ からの電圧出力は内部アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器が接続されている マイクロコンピュータ４２の入力に加えられる。後で説明されるように、マイク ロコンピュータは対応する電流−電圧変換器により発生された電圧の大きさを読 み取るために各Ａ／Ｄ変換器を周期的に可能化する。

マイクロコンピュータ４２への別の入力ラインが配水スイッチ５２に接続されて おり、このスイッチは軟水装置１０の再生が行われているときには必ず閉じられ ている。−組の表示ランプ５９が、塩水タンク３６内の塩の消耗及びプローブ故 障のような事象についての使用者への表示を与えるために、後述されるようにマ イクロコンピュータ４２によって活動化される。他の形成の信号装置、例えば可 聴警報器も使用されることができる。

マイクロコンピュータ４２は導電率プローブを流れる電流を検出して樹脂ベッド １４が再生を必要とする時を決定する制御プログラムを実行する。マイクロコン ピュータ４２からの制御プログラムが再生の必要とされることを決定すると、制 御信号がライン５４を経て通常の弁制御クロック・タイマ５６に送られる。この 後者の構成部分５６は、周期的間隔で水使用量が最少である時刻（例えば午前２ 時）に樹脂ベッドを再生した、以前の軟水装置において使用されたものに類似し ている。しかしながら、弁制御クロック・タイマ５６は制御信号がライン５４に より受信されている時刻においてだけ樹脂へラド１４の再生を開始する。これら の条件が満たされるならば、弁制御クロック・タイマ５６は樹脂ベッドを再生す るために前に説明された順序で図１に図示された種々の弁を開閉するカム軸５８ を回転させる。これらの弁及び弁制御クロック・タイマ５６は、米国ウィスコン シン州グレンディルのオートトロール社（Ａｕｔｏｔｒｏｌ　Ｃｏｒｐｏｒａｔ ｉｏｎ、　Ｇｌｅｎｄａｌｅ。

＋１１ｉｓｃｏｎｓｉｎ）により部品番号２４Ｎの下に製造され且つ米国特許第 ４４２６２９４号に示された弁モジュールに類似している。

制御装置４０の動作中、そのマイクロコンピュータ４２は図５のフローチャート により示された導電率標本化ルーチンを実行するために時間法めされた割込みに よって周期的に割り込まれる。このルーチンの最初の段階７０において、マイク ロコンピュータ４２はディジタルフーリエ環をウオルシュ正弦波加算器４６に送 る。八つのディジタルフーリエ環が各正弦波サイクルについて送られる。ウオル シュ正弦波加算器４６は例えばピーク・ピーク値１００ミリボルトの振幅を有す る１０００Ｈｚ正弦波の近似信号を発生することによって応答する。マイクロコ ンピュータ４２によって正弦波加算器４６に方形波が供給されるので、出力には 高次の奇数高調波だけが存在するが、これは加算器内の低域フィルタによって容 易に除去されて実質上純粋の正弦波出力を与えることができる。正弦波加算器４ ６の出力は１００オーム抵抗４９を通して供給されるが、この抵抗は正弦波加算 器の出力と二つの導電率プローブ４７及び４８の共通電極との間に直列に接続さ れている。抵抗４９は電極に加えられる電圧が電流の増大と共に減少するので導 電率信号のダイナミックレンジを増大する。

プローブ４７及び４８の共通電極は又、そうしなければ検出のダイナミックレン ジを減少させ且つ虚偽の読みを生じさせることのあるような交流供給周波数の任 意の漂遊電流を除去するために接地に接続されている。二つの導電率プローブ４ ７及び４８の共通電極に加えられた信号はスリーブ６８及び樹脂ベッドを通して 他方の電極に導かれる。比較的低い励起電圧は電極の化学的還元を促進せず、又 比較的高い周波数は二重層キャパシタンスの効果を減小させ、従って電極は短絡 として現れるようになる。プローブ４７及び４８を流れる電流は樹脂の導電率に 正比例しており、従ってこの導電率の表示子として使用されることができる。

電流−電圧交換器５０及び５１は関連のプローブを流れる電流の大きさに対応す る電圧レベルを有する出力信号を発生し、そしてこの出力信号はマイクロコンピ ュータ４２のＡ／Ｄ変換器入力に加えられる。電流−電圧変換器５０及び５１は 適当なディジタル信号処理のためにナイキスト周波数より上の周波数を除去する ように低域フィルタを含んでいる。

図５における段階７２において、マイクロコンピュータは電流−電圧変換器５０ 及び５１から受信した入力信号をウオルシュ正弦波加算器４６により発生された 信号を周期的にディジタル化することによって各導電率プローブ４７及び４８か らの信号を標本化する。標本化率（レート）は１０００Ｈｚ励起信号の各サイク ル中に導電率プローブ電流の８標本（サンプル）を獲得するように選択されてい る。信号発生及び標本化は位相コヒーレントであるのでマイクロコンピュータ４ ２はウオルシュ正弦波加算器４６によって発生されなかったスプリアス信号の標 本を排除する傾向がある。標本化された電流データは段階７４において加算器４ ６からの出力信号の位相角の正弦及び余弦によって乗算される。結果として正弦 及び余弦項は適当な導電率プローブに対する実電流（Ｉ、、、ｌ）及び虚電流（ Ｉ、、、、）値をめてマイクロコンピュータ４２のレジスタへと加え合わされる 。

次に段階７６について、この配水サイクル中に、３２０００の導電率標本（４０ ００信号サイクル）が加え合わされて、両プローブ４７及び４８からの電流に対 する複素フーリエ係数になったかどうかの決定がマイクロコンピュータ４２によ って行われる。加え合わされていなければ、標本化ルーチンは次の定時割込みま で終了している。

導電率プローブの全電流（Ｉ）は　Ｉ＝ｋ　Ｉ、、、＋”＋Ｌ、、、”　によっ て与えられ、プローブの位置における樹脂ベッドの導電率に正比例している。ｋ は電流−電圧増幅器の利得を表す基準化係数（スケーリング　ファクタ）、アナ ログ−ディジタル基準化係数及びフーリエ係数基準化である。各導電率プローブ ４７及び４８からの少なくとも３２０００の標本が獲得されたときには、標本化 ルーチンの実行は段階７８に進み、ここで各プローブについての実及び虚電流和 の比が次式に従って計算される。

ここで、Ｌは、例えば、下方プローブ４７からの電流であり且つＩ、は上方プロ ーブ４８からの電流である。ＩＲ２の値はは電流の比の二乗に正比例しており、 従って二つの導電率プローブの導電率の比の二乗に正比例している。比の二乗を 用いることによって、マイクロコンピュータ４２は平方根を計算するという複雑 な過程を行う必要がない。結果として生じる電流比Ｉ−は段階８０においてマイ クロコンピュータ４２によってディジタル的に低域フィルタされて、比較的高速 に変化する因子、例えば温力中樹脂タンクへ流れ込む冷たい水がより引き起こさ れるプローブにおける差分温度変化が除去される。フィルタされた比は段階８０ においてマイクロコンピュータの記憶装置内に記憶される。

次に、新しい電流比１１′の値が現在の配水サイクル中に発生した最大値である か又は最小値であるかの決定が行われる。明確には、段階８２において新しい電 流比の値がマイクロコンピュータの記憶装置に記憶された前の最大比値と比較さ れる。新しい電流比値の方が大きいときには、これは段階８４において記憶装置 における前の最大比値に取って代わる。次に、新しい電流比Ｉ−の値は、段階８ ６において前の最小比値と比較され、そして新しい電流比の方が大きさにおいて 小さい場合には段階８８において前の値に取って代わる。

二つの導電率センサにおける電流の比は軟水装置制御器４０についての動作状態 を決定する。この動作を理解するために、数日の典型的な軟水装置配水サイクル にわたる二つの導電率プローブ４７及び４８からの電流の比を示している図６に ついて言及する。導電率プローブはこれの腐食に対する感受性及び水中の鉱物と の化学的反応を最小化するように設計されているけれども、プローブのある程度 の汚染が時間の経過により発生する。二つのプローブの汚染は大抵の場合等しく ないので、それらの電流の比は二つのプローブ位置における樹脂ベッドの導電率 が同じであるときでさえも１ではないかもしれない。これは時点Ｔｌの前の例示 的図表において図解されている。

未処理の水は軟水化タンク１２の上部に入るので、水を軟水化するための樹脂ベ ッド１４の上方部分の能力は最初に消耗する。消耗が続（と、消耗樹脂と未消耗 樹脂との間の界面、すなわち前線が時間の経過によりベッド中を下方へ移動する 。結局時点Ｔ１において、消耗前線は上方導電率プローブ４７を通過して移動す る。図６の図表に示されたように、このプローブの導電率は変化し、これによっ て二つのプローブ４７及び４８を流れる電流の比における劇的な増大が生じる。

この増大はほぼ時点Ｔ１において比波形における前縁部を生じさせる。この比が 増大する程度は多くの要因、例えば陽イオンを引き付ける樹脂の容量に依存して 変化し、図表に示された値は単に例示的なものである。消耗前線は樹脂ベッド１ ４中を下方へ移動し続けて、時点Ｔ２において下方プローブ４８に達する。その 結果、このプローブの導電率は変化し、従つてプローブ電流の比ＩＩ”は減小す る。後述されるように、樹脂ベッド１４の再生を引き起こすのは、比波形の後縁 部と呼ばれる、電流比におけるこの減小である。それゆえに、Ｔ２の短時間後に 樹脂ベッド１４は可児てんされており、二つの導電率プローブの比は再びｌに近 づく。

二つの導電率プローブ４７及び４８を流れる電流の比の使用は単に二つの電流の 間の差を利用した従来のシステムよりも望ましい。この比は、自治都市の給水が 浅井戸と深井戸の間で切り換わるときに生じることのあるような、軟水化タンク １２に入る水の導電率の変化に起因する影響を最小化する。この比の方法は又二 つのプローブによる導電率測定に及ぼす温度変化の影響を低減する。水がある期 間の間必要とされない場合には、軟水装置内の水は比較的温かくなっている。

その後多量の水が使用されると、井戸から直接の冷たい水が軟水化タンク１２に 入って導電率プローブの温度における変化を生じさせることがある。そのような 温度変動は絶対導電率測定に影響を及ぼすけれども、それの影響は比処理過程に よって相殺される。周知のことであるが、各プローブ４７及び４８の導電率も又 セルの電極の間隔及び長さにより決定される「セル定数」の関数である。これら の物理的特性及び汚染の程度が導電率プローブ間で変化するので、各導電率プロ ーブ４７及び４８はわずかに異なったセル定数を有することがある。異なったセ ル定数により発生される影響はこの方法によって低減される。

導電率プローブ４７及び４８からの電流信号の標本化を行う割込みルーチンの外 に、マイクロコンピュータ４２は軟水装置再生の制御を行う状態機械（ステート ・マシン）として動作する。二の状態機械は図２４に図解されたように六つの状 態を持っている。軟水装置は最近再生されていて導電比は１に近いと仮定する。

この時点では、樹脂ベッド消耗前線はやがては上方導電率プローブ４７に達しな ければならず、状態機械は時点ＴＩで生じる電流比パルスの前縁を待つている状 態９０にある。

前縁が生じた時を検出するために、マイクロコンピュータ４２は次の方程式を用 いて前縁が生じた確率Ｐ（ｌｅ）を決定する。

Ｐ（ｌｅ）の値が１より大きければこの値はｌに等しく設定され、又Ｐａ１ｅ） が前縁しきい値（例えば０．３５）より小さいときにはそれはＯに等しく設定さ れる。この前縁しきい値（ＬＥＴ）は図６において点線によって描かれている。

別の方法として、最小比値を用いてＰａ１ｅ）を決定する代わりに、最後の樹脂 ベッド再生以後計算された比の平均値を使用することができる。比平均値の使用 は電流比波形におけるスパイクが再生開始点に有意に影響を及ぼすのを阻止する 。

最小の比値に対する現在の電流比ｌ　、２の比は二つのプローブ４７及び４８の 異なったセル定数に比較的鈍感であることが判明している。導電率セル定数差は 電流比に対する乗算係数である。しかしながら、プローブ電流比の比を用いて前 縁確率Ｐ（ｌｅ）を定義することによって、異なった導電率セル定数の影響は計 算から相殺される。

もう一度、図４の状態機械図に言及すると、マイクロコンピュータ４２は状態９ ０において、前縁しきい値が越えられたときに生じるように前縁確率Ｐａ１ｅ） の値がＯを超えるのを待つ。この時点まで、マイクロコンピュータは状態９０に とどまって、電流比１８′の各新値を用いてＰ（ｌｅ）を計算し直す。

前縁確率Ｐ（Ｉｅ）が非零であることをマイクロコンピュータ４２が決定すると 、状態９０から状態９１への遷移が生じる。この新しい状態においては、マイク ロコンピュータ４２は所与の期間、例えばｌ又は２時間、の間Ｐａ１ｅ）を計算 し続ける。この期間中にＰａ１ｅ）の値が前縁しきい値（Ｐ　（ｌ　ｅ〕＝Ｏ） より下に低下したならば、マイクロコンピュータ４２は再び状態９０に遷移して 、もう一度前縁を待つ。Ｐ（ｌｅ）がある期間の同前縁しきい値より上にとどま ることを保証するために状態９１において待つことによって、電流比Ｉ、１２に おける擬似の短期間増大が軟水装置１０の時期尚早の再生には帰着しない。例え ば、消耗前線は多くの場合タンク１２において水使用中に低下し、そのあと流れ が止まったときに上昇することが判明している。

一つの状態から他の状態へ遷移が行われるたびに、マイクロコンピュータ４２は 新しい状態の名称をＥＥＰＲＯＭ４４内の場所に記憶する。電力障害が発生する と、ＥＥＰＲＯＭ４４により準備された不揮発性記憶装置がこの状態名称を保持 する。電力の回復時に、マイクロコンピュータ４２は、このＥＥＰＲＯＭ記憶場 所を検査して動作を開始するとき状態を決定するパワーアップ順序を実行する。

この過程は停電が軟水装置制御器の正常な循環過程に影響を及ぼさないことを保 証する。それゆえに、再生が行われるべきであるという決定が停電の前に行われ ていたならば、再生はなお電力の回復時に行われることになる。後述されるよう に、制御プログラムの実行の際使用される他の重要な変数の値も又この理由のた めにＥＥＰＲＯＭ４４に記憶される。

前縁確率Ｐａ１ｅ）が規定の期間の同前縁しきい値より大きくとどまっていると きには、マイクロコンピュータ４２によって実現される状態機械は状態９２への 遷移を行う。この遷移時に、導電率比の最小値はＥＥＰＲＯＭ４４に記憶される 。状態９２の間、マイクロコンピュータ４２は電流比ＩＲ”の各新値を用いて電 流比パルスの高さの確率Ｐ（ｒｈ〕、後縁の確率ＰＣｔｅ）及び消耗の確率Ｐ　 Ｃｅｘ）を次のように計算する。

Ｐ　（ｔｅ）＝Ｐ　［ｒｈ］Ｐ　（ｔｅ）Ｐ（ｒｈ）の値はｌより大きければ１ に等しく設定され、又ＰＣｒｈ〕は高さしきい値（例えば０．４５）より小さい ときにはＯに等しく設定される。電流比パルス高確率Ｐ（ｒｈ）及び後縁確率Ｐ （ｔｅ）は両方共最後の再生以後に測定された最小及び最大電流比値を使用して いる。最大比値を用いてＰ（ｒｈ）及びＰ（ｔｅ）を計算する代わりに、樹脂ベ ッド再生以後に計算された移動平均値を使用することができる。移動平均値の使 用は比波形における擬似のスパイクが再生開始点に有意に影響を及ぼすのを阻止 する。

消耗の確率Ｐ（ｅｘ）が消耗しきい値（例えば０．３８）を超えたときには硬度 前線は多分下部導電率プローブ４８を通過している。Ｐ［ｅｘ）はＰ　（ｒｈ） 及びＰａｔｅ）を乗算することによって計算されるので、電流比パルス高確率Ｐ ｌ：ｒｈ〕の値が大きいほど、消耗しきい値より上の消耗確率Ｐ［ｅｃ）の値を 得るために後縁確率Ｐ（ｔｅ）が小さくなければならないことは明らかである。

これは比に小さい増大があった場合に後縁を検出する不確定性に対応している。

Ｐ（ｅｘ）の値が消耗しきい値（ＥＴ）を越える点は図６において破線で示され ている。

マイクロコンピュータ４２は消耗の確率Ｐ　（ｅｘ）が消耗しきい値を越える（ 例えばＰ　Ｃａｘ〕＞０．３８）まで状８９２において待つ。この時点において 、図４の状態機械は状態９３への遷移を行い、ここでマイクロコンピュータはＰ ［ｅｘ）が指定の期間、例えば４時間、の間消耗しきい値より上にとどまること を保証するために待つ。状態９３は擬似の事象のためにＰ（ｅｘ）が瞬間的に消 耗しきい値を越えて樹脂へラド１４の再生を開始させることを保証する。消耗の 確率Ｐ　［ｅｘ）の値がこの待ち期間中に消耗しきい値より下に低下したならば 、状態９２へ戻る遷移が行われる。Ｐ［ｅｘ）が段階９３において指定の期間の 間消耗しきい値より上にとどまるときには、状態機械は状態９４への遷移を行う 。

この遷移時に、現在の最大電流比値はＥＥＰＲＯＭ４４に保管される。

状態９４への遷移を行う前に、マイクロコンピュータ４２は最後の４配水サイク ルの間の電流比パルス高確率Ｐ（ｒｈｌの移動平均値を計算する。マイクロコン ピュータはこの平均値を現在の配水サイクルのＰ（ｒｈ）の最新値と比較する。

現在の配水サイクルのＰ（ｒｈ）か移動平均値の所与の百分率（例えば２２．５ ％）より小さければ、マイクロコンピュータ４２は減小した容量の表示ランプ５ ９を照明する。このランプは、塩水タンク３６における塩水が低い塩濃度を持っ ている、樹脂１４が減小した軟水化能力を持っている、又は十分な濃度の塩水が 軟水化タンク１４に入るのを阻止する障害が存在するという視覚的表示を使用者 に与える。減小容量表示ランプ５９は又、現在の配水サイクルについての電流比 パルス高確率Ｐ（ｒｈ）の確率が例えば０．５５より小さければ照明される。

状態９４の間、マイクロコンピュータ４２は図２における線５４上の有効信号を 弁制御クロック・タイマ５６に送る。この信号は、樹脂ベッドの水を軟水化する 容量の約２０パーセントが残存している点まで樹脂ベッドが消耗された状態にな っており、従って再生が直ちに行われるべきであることを示している。しかしな がら、制御弁クロ７り・タイマ５６はライン５４上の有効信号の受信時に直ちに は再生を開始せず、それどころか、最小の水消費量が通常化じる指定の時刻（例 えば午前２時）まで待つ。最小消費量のそのような時刻まで待つことは、再生過 程が第１配水弁２４を開いて硬水入口線を直接出口線に接続し、平常時軟水化さ れた水を利用している下流の装置に直接未処理の硬水を送るので、望ましい。

弁制御クロック・タイマ５６は、内部クロックにより適当な時刻に再生を開始す ることを可能にするラッチを動作させることによりライン５４上の信号に応答す るソレノイドを準備することによってこのシステムのために変更された通常の機 械的装置、例えば前述のオートトロール社によって供給されたそれ、でよい。そ れゆえ、再生は導電率測定値が樹脂ベッドの消耗接近を示した後の所望の時刻に 行われる。

これらの事象の両方が生じると、弁制御クロ７り・タイマ５６は前に記述された 再生過程の諸段階を通して図１に図示された弁２４．　２６．　３０．　３２． 　３８及び３９で動作させるカム軸５８を回転させ始める。弁制御クロック・タ イマ５６による再生過程の開始は平常時開放配水スイッチ５２の閉路を生じさせ て入力信号をマイクロコンピュータ４２に供給し、再生が進行中であることを示 す。弁制御クロック・タイマ５６は又、使用者により再生サイクルを手動で開始 させるように動作可能である機構を持っている。弁制御クロック・タイマ５６の そのような手動による活動化は又配水スイッチ５２の閉路を生じる。手動操作は マイクロコンピュータ４２が図４に示された六つの状態のうちの任意の一つにあ るときに行われ得るので、配水スイッチ５２の閉路によりマイクロコンピュータ ４２は強制的に段階９５への遷移を行って、再生が進行中である間この段階にと どまる。

再生サイクル中、マイクロコンピュータが状態９５にある間、二つの導電率プロ ーブ４７及び４８からの信号は図５に示された割込みルーチンによって標本化さ れ続ける。この状態にある間導電率比を使用する代わりに、マイクロコンピュー タ４２は割込みルーチンの段ＷＩ８２において決定されたようなプローブの一つ からの全電流の二乗を利用する。二つの導電率プローブ４７及び４８のどちらか からの電流をこの時点において使用してもよい。標本化割込ルーチンの各実行後 に、マイクロコンピュータは選択されたプローブからの電流が状態９５中に発生 する電流の最大又は最小値のいずれであるかを決定する。これは新しい電流標本 を前に記憶された再生状態９５中の最小及び最大値と比較することによって行わ れる。新しい値が電流最小値より小さいか又は前に記憶された最大値より大きけ れば、適切な記憶場所が新しい値で更新される。二つの値の一方が更新されるた びに、マイクロコンピュータは最小値に対する最大値の比（１，、、／１．、。

）を計算する。状態９５における再生サイクルの開始時には、この比は、樹脂ベ ッド及びタンク１２内の水の導電率がそれ程は変化しないので、１に等しいか又 はｌに非常に近い。しかしながら、濃縮塩水がタンク３６から取り出されて軟水 装置タンク１２に入るので、軟水装置タンク内の導電率は劇的に上昇する。電流 比か例えば１．９の値を超えると、マイクロコンピュータ４２の記憶装置内のフ ラグが設定されて、塩水が軟水タンクに入ったことが示される。

再生サイクルの完了時に、弁制御クロック・タイマ回路５６は配水スイッチ５２ を機械的に開いて、再生が完了したという信号をマイクロコンピュータに与える 。この時点において、マイクロコンピュータはフラグ記憶場所を検査して塩水か 再生過程中にタンクに入ったかどうかを決定する。このフラグが設定されていな い、すなわち再生中の導電率が顕著に上昇していないことが示される、ならばマ イクロコンピュータ４２は有効信号を塩無表示ランプ５９に送り、このランプは 塩水タンク３６内の塩３３が使用され尽くされたか又は塩水溶液が軟水タンク１ ２に入るのを阻止する障害が存在するという視覚的表示を使用者に与える。

再生過程は所与の期間の間樹脂ベッドＩ４を通してタンク３Ｇから塩水を流すこ と及び次に別の期間の間樹脂ベッドを通してゆすぎの水を流して塩水を除去する ことを含んでいる。上述のシステムにおいては、これらの期間は弁制御クロック ・タイマ５６によって通常の方法で決定される。別の方法としては樹脂ベッドの 検出導電率を用いてゆすぎを終らせるべき時を決定することができる。塩水が樹 脂ベッド１４へ流れ込むと、導電率プローブ４７及び４８を通る電流は劇的に上 昇して、塩水が軟水化タンク１２から洗い流されるまで高レベルにとどまる。

それゆえに、プローブの一方、好ましくは下方プローブ４８、からの電流はゆす ぎ過程中に検出させることができる。プローブからの電流が所与のレベルより下 に低下すると、使用されているプローブ（例えば４８）の下のベッド１４の部分 から塩水が洗い流されてしまうことを保証する短い遅延期間の後にすすぎが終了 される。この後者の技法は純粋にタイマに準拠した技法に比べて軟水化タンク１ ２をゆすぐために使用される水の量を減少させ且つ又軟水装置をより速やかに配 水へ復帰させる。

再生過程が終了したときに、マイクロコンピュータは直ちには再生状態９５から の遷移を行わない。たとえ樹脂へラドＩ４が再生過程中に長い期間の間ゆすぎ洗 いされたとしても、濃縮塩水の袋が樹脂ベッド１４内にとどまることがあり、こ れはプローブ４７及び４８による導電率測定値に悪影響を及ぼすことがある。

それゆえに、マイクロコンピュータ４２は配水スイッチ５２が開いた後４時間以 上の間再生状態９５にとどまる。この遅延は任意の残存する塩水のポケットが軟 水装置タンク１２を通る正常な水の流れによって且つ又軟水装置タンク内の分布 によって除去されることを可能にする。マイクロコンピュータ４２が配水スイッ チの開放後この期間の間状態９５において待った後、状態９０への遷移が行われ て、ここで循環過程は導電率波形における別の前縁を待ってマイクロコンピュー タによって繰り返される。

軟水装置制御器４０の動作中、導電率比が０．７８より下に低下するか又はｌＯ Ｏを超えると、二つの導電率プローブの一方が故障したか又は極度の汚染状態に なったという決定か行われる。そのようなことの発生時には、マイクロコンピュ ータ４２は組の表示ランプ５９の一つに信号を送って、これによりこの故障につ いての使用者への視覚的表示を与える。プローブがこの方法で故障したときには 、比が上昇したり低下したりしないので導電率に基づいて再生が開始されること は決してない。それゆえに、導電率測定が再生を生じさせない場合に再生が周期 的に（例えば４０目ごとに）行われるようにオーバライドが準備されている。

一つの状態から別の状態への状態機械の遷移はあるパラメータが指定のしきい値 を通過したときに生じるものとして説明された。ここで与えられたしきい値は軟 水装置制御器の採択実施例において使用されている。しかしながら、これらのし きい値の別の値もこの発明の発明概念から外れることなく制御器の満足な動作を 生じさせる。

ＦＩＧ、　１ ＦＩＧ、　５ フロントページの続き 、　ＮＬ、　Ｎｏ、　ＮＺ、　Ｐ　Ｌ、　Ｐ　Ｔ、　ＲＯ，ＲＵ、　ＳＤ。

ＳＥ、ＳＫ、ＵＡ （７２）発明者　バスビー、マイケル・ジーアメリカ合衆国ライスコンシン州５ ３７１１゜マディソン、サラ・ロード　２６１７

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．水処理システムにおける粒子ベッドの再生を制御する方法であって、一つの 場所における粒子ベッドの導電率を時折測定して第１導電率測定値を生成するス テップ、 別の場所における粒子ベッドの導電率を時折測定して第２導電率測定値を生成す るステップ、 第１及び第２導電率測定値の比を導出するステップ、この比を最小比値で除算す ることによって第１確率を生成するステップ、前記の比、前記の最小比値、及び 最大比値の関数である第２確率を生成するステップ、及び 第１確率が第１しきい値より大きくなり続いて第２確率が第２しきい値より小さ くなることに応答して粒子ベッドを再生するステップ、を含む方法。
2. ２．ある比が粒子ベッドの前の再生以後計算されたすべての比の中の最小値を持 っているかどうかを決定して、最小値であるならぼその比を最小比値として保持 するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
3. ３．ある比が粒子ベッドの前の再生以後計算されたすべての比の中の最大値を持 っているかどうかを決定して、最大値であるならばその比を最大比値として保持 するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
4. ４．第１及び第２導電率測定値の一つから再生剤が粒子ベッドに加えられたかど うかを決定するステップ、及び再生剤が粒子ベッドに加えられなかったという決 定が行われたときに使用者に表示をするステップを更に含む、請求項１に記載の 方法。
5. ５．粒子ベッドを再生するステップが、粒子ベッドの再生を開始するのを所定の 時刻まで待つことを含む、請求項１に記載の方法。
6. ６．粒子ベッドを再生するステップが、粒子ベッドを水でゆすぎ洗いし、その際 このゆすぎが第１及び第２導電率の一つに応答して終了されることを含む、請求 項１に記載の方法。
7. ７．粒子ベッドを再生するステップが、塩水が粒子ベンドに入ったかどうかを導 電率測定値に応答して決定することを含む、請求項１に記載の方法。
8. ８．第１確率Ｐ〔１〕を生成するステップが、Ｋを非零定数として、Ｐ〔１〕＝ （比／ｋ（最小比値）） の式に従って行われる、請求項１に記載の方法。
9. ９．第２確率Ｐ〔２〕を生成するステップが、Ｋを非零係数、ＲＡＴＩＯｍｌｎ を最小比値、且つＲＡＴＩＯｍａｘを最大比値とした場合、Ｐ〔２〕＝（ＲＡＴ ＩＯｍａｘ／ｋ（ＲＡＴＩＯｍｉｎ））（ＲＡＴＩＯｍａｘ−比／ＲＡＴＩＯｍ ａｘ−ＲＡＴＩＯｍｉｎ）の式によって定義される、請求項１に記載の方法。