JPH105604A - イオン交換樹脂の界面または樹脂量計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光・受光素子を密に配列しても、イオン交
換樹脂の界面を精度よく計測でき、また検出された界面
を利用して樹脂量を高精度で計測できるイオン交換樹脂
の界面または樹脂量計測装置を得る。 【解決手段】 イオン交換樹脂を収容する計測槽１内の
樹脂層２の界面４を横切るように透光壁５を設け、この
透光壁５に対向して発光部および受光部を有する複数の
発光・受光素子１１、１２…を上下方向に間隔をおいて
配置してグループ分けし、制御演算装置６により個々の
発光・受光素子１１、１２…に対して任意の順序で順次
駆動信号を送って駆動させ、かつ駆動中の発光・受光素
子１１、１２…から計測信号を取得して界面４の位置を
演算し、または得られた界面の高さから樹脂量を演算す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はイオン交換装置等に
おけるイオン交換樹脂の界面または樹脂量を計測するた
めの装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】イオン交換装置ではカチオン交換樹脂と
アニオン交換樹脂を分離する際、樹脂界面を正確に計測
することが必要になる。またイオン交換樹脂を利用する
純水製造装置や復水脱塩装置において、それらの装置よ
りサンプリングしたイオン交換樹脂のイオン組成や交換
能力などの性能計測または評価をする際、樹脂量が重要
なパラメータであり、これを正確に計測できる技術が望
まれている。

【０００３】従来、イオン交換装置における界面計測装
置として、樹脂層に投光する発光部および反射光を検出
する受光部を有する発光・受光素子を樹脂層の高さ方向
に複数個一列に並べて配置したものが提案されている。
この装置は一列に配列された全部の投光・受光素子から
投光し、反射光を各素子で受光するように構成されてい
るが、高精度で界面を計測することはできなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】その原因を調べたとこ
ろ、反射光を利用すると、隣接する素子の光同士が干渉
し合って受光を妨害するためであることがわかった。こ
の傾向は隣接する素子の間隔を小さくして密に配列する
ほど顕著であり、その結果計測精度が低くなるという問
題点があった。

【０００５】本発明の目的は、上記の問題点を解決する
ため、発光・受光素子を密に配列しても、イオン交換樹
脂の界面を精度よく計測でき、また検出された界面を利
用して樹脂量を高精度で計測できるイオン交換樹脂の界
面または樹脂量計測装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、イオン交換樹
脂を収容する計測槽と、計測槽内に形成される樹脂層の
界面を横切るように設けられる透光壁と、前記透光壁に
対向して上下方向に間隔をおいて配置され、かつ透光壁
側に投光する発光部および反射光を検出する受光部を有
する複数の発光・受光素子と、個々の発光・受光素子に
対して任意の順序で順次駆動信号を送って駆動させ、か
つ駆動中の発光・受光素子から計測信号を取得して界面
の位置を演算し、または得られた界面の高さから樹脂量
を演算する制御演算装置とを備えていることを特徴とす
るイオン交換樹脂の界面または樹脂量計測装置である。

【０００７】本発明において計測の対象となるイオン交
換樹脂は、イオン交換装置等において使用されているイ
オン交換樹脂（以下、単に樹脂という）であり、この樹
脂は使用されている状態で計測することができるほか、
これらの装置から取出した樹脂を計測することもでき
る。使用状態で計測する場合はイオン交換装置等におけ
る計測を行う部分を計測槽として利用する。また取出し
て計測する場合は別の計測槽を設ける。

【０００８】上記の計測対象となる樹脂はカチオン交換
樹脂、アニオン交換樹脂、これらの混合物、これらと他
の樹脂等との混合物など、任意のものが対象となる。上
記の混合物を計測する場合、混合状態で計測の対象とな
るほか、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂に分離す
る段階で両樹脂の界面を計測する場合もある。いずれの
場合も樹脂が密に充填された静止状態のほか、逆洗展開
状態での計測も行われる。

【０００９】計測槽は前述のように、イオン交換装置な
どの樹脂を使用している装置を、使用状態で計測槽とす
ることができるほか、専用の計測槽を設けることができ
る。いずれの場合も計測しようとする界面を横切るよう
に透光壁を形成する。計測槽が透光性の材質からなると
きは、さらに透光壁を形成する必要はない。透光壁は形
成される界面を横切って上下方向に伸びている必要があ
り、計測時の界面が変動するときは、変動する界面より
さらに広く形成されている必要がある。

【００１０】発光・受光素子は、透光壁を通して計測槽
内に投光できる発光ダイオード等の発光部と、投光され
た光が樹脂層に反射する反射光を受光して信号として取
出せるフォトトランジスタ等の受光部を有するもので、
これらが一体化したフォトインタラプタ等が好ましい
が、発光部と受光部が別の素子からなるものでもよい。
樹脂層と水層との界面のように樹脂層の有無を検出する
だけの場合は反射光の有無を検出できるものであればよ
いが、異なる樹脂層の界面を検出する場合は、Ｒ、Ｇ、
Ｂの組合せにより色判別できるものを用いることができ
る。

【００１１】このような発光・受光素子は、形成される
樹脂界面を横切るように透光壁に対向して、上下方向に
ほぼ等間隔で配置される。この場合上下に一直線状に配
列できるほか、傾斜状ないしラセン状に配置してもよ
い。また上下方向にほぼ等間隔である限り、アットラン
ダムに配置してもよい。

【００１２】検出精度を上げるためには間隔を小さくし
て、密に発光・受光素子を配置するのが好ましいが、小
さい間隔で上下方向に一列に配置する場合は精度が低く
なりやすいので、このような場合には、傾斜方向ないし
はアットランダムに配置するのが好ましい。

【００１３】制御演算装置は、個々の発光・受光素子に
対して任意の順序で順次駆動信号を送って順次駆動さ
せ、これにより駆動された素子から計測信号を取得して
界面の位置を演算し、あるいはここで得られた界面の高
さから計測槽に収容された樹脂量を演算するように構成
される。このような演算制御装置としてはコンピュータ
を用いるのが好ましいが、電気または電子回路により構
成してもよい。

【００１４】上記の装置における計測方法は、計測槽に
樹脂を収容して界面を形成し、演算制御装置から個々の
発光・受光素子に順次駆動信号を送って順次駆動させ
る。これにより単一の発光・受光素子が駆動され、発光
部から光が透光壁側に投光される。投光部分に樹脂層が
存在するときは反射光が受光部に検出され、「樹脂層あ
り」の信号を出す。樹脂層が存在しない場合は、光が透
過して受光部に検出されないため、「樹脂層なし」の信
号を出す。

【００１５】このような検出信号は演算制御装置に入力
される。その後演算制御装置は次の駆動信号を出して次
の発光・受光素子を駆動し、検出信号を取得する。この
ような操作を繰返し、「樹脂層あり」と「樹脂層なし」
の境界が樹脂層と水層との界面とするように演算が行わ
れる。異なる樹脂層の界面は前述の通り色判別により行
われる。

【００１６】樹脂量の演算は、上記により界面の位置が
演算された後、その高さと水平断面積の積の演算が行わ
れ、その値が樹脂量（容積）とされる。このような樹脂
量は計測槽内に樹脂が密の状態に充填されている状態で
計測される。

【００１７】上記の樹脂界面の計測は、混床式イオン交
換装置の再生に際してカチオン交換樹脂とアニオン交換
樹脂の分離を行う場合に有用であり、両樹脂の界面検出
により両樹脂を正確に分離して、再生効率を上げること
ができる。また樹脂量の計測はイオン組成や交換能力等
の性能計測や評価のために有用である。

【００１８】上記の操作では、個々の発光・受光素子を
順次駆動するため隣接する素子の干渉がなく、計測精度
が高くなる。このため素子の間隔を小さくでき、これに
より計測精度はさらに高くなる。上記の操作は常に単一
の素子のみを駆動することを意味せず、干渉が生じない
だけの距離が保たれているもの同士は同時に駆動するこ
とが可能である。

【００１９】上記の複数の発光・受光素子は高さ順に複
数のグループに分割しておくと、グループ毎に操作を行
うことができる。その場合、各グループからそれぞれ干
渉を生じない距離の素子を選んで同時に順次駆動するこ
ともできるが、各グループの第１の素子が干渉を生じな
い場合、これらを同時に駆動することにより、界面がど
のグループに属するかを決め、その後界面が属する特定
のグループについて個々の素子を順次駆動して界面を計
測することにより、効率のよい計測を行うことができ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態による
計測装置を示すブロック図である。図１において、計測
槽１内にはイオン交換樹脂が収容された樹脂層２が形成
され、その上面が水層３との界面４となっている。計測
槽１の片側には界面４を横切るように透光壁５が設けら
れており、これに対向して複数の発光・受光素子１１、
１２…が等間隔で一列に配置されている。

【００２１】発光・受光素子１１、１２…は反射式のフ
ォトインタラプタからなり、その発光部（発光ダイオー
ド）から光を透光壁５側に投光し、受光部（フォトトラ
ンジスタ）が反射光を受光して電気信号に変換するよう
に構成されており、反射光を受光したときは「樹脂層あ
り」１の出力を、反射光を受光しないときは「樹脂層な
し」０の出力を制御演算装置６に送るように接続してい
る。

【００２２】発光・受光素子１１、１２…はグループＧ
１、Ｇ２…ＧＮに分けられ、グループＧ１は素子１１、
１２…１ｋ、グループＧ２は素子２１、２２…２ｋ、グ
ループＧＮは素子Ｎ１、Ｎ２…Ｎｋからなる。各グルー
プＧ１、Ｇ２…の１番目の素子１１、２１…Ｎ１は光の
干渉が生じない距離離れるようにグループ分けされる。

【００２３】制御演算装置６は発光・受光素子１１、１
２…が受光量を信号に変換した結果を読取り、ＲＡＭな
どの記憶装置に記録するように構成される。そして最初
に各グループＧ１、Ｇ２…ＧＮの１番目の素子１１、２
１…Ｎ１を同時にまたは順次に駆動して、界面がどのグ
ループの位置にあるかを演算し、その後そのグループの
素子を順次駆動して界面の位置を演算し、さらに界面の
位置から樹脂量を演算するように構成されている。

【００２４】具体的な演算方法のフローチャートは図２
に示される。ここでは図１における上から数えてｉ番目
（ｉ＝１、２…Ｎ）のグループをＧｉ、グループＧｉの
上からｊ番目（ｊ＝１、２…ｋ）の素子をＦ〔ｉ，ｊ〕
で表す。この場合Ｆ〔ｉ，１〕とＦ〔ｉ＋１，１〕とは
干渉しない距離に位置し、またＦ〔ｉ，ｊ〕の位置から
界面４の位置がわかるものとする。

【００２５】まず、樹脂の界面の計測方法を図２に従っ
て説明する。図２において、スタート後、図２（ａ）に
示すように、各グループＧ１、Ｇ２…ＧＮの１番目の素
子１１、２１…Ｎ１を駆動する。そしてＦ〔ｉ，１〕の
素子が反射光を受光しないため「樹脂層なし」０の信号
を出力し、Ｆ〔ｉ＋１，１〕の素子が反射光を受光して
「樹脂層あり」１の信号を出力するようなｉを探す。

【００２６】このとき（ｃ）ではｉがあったかどうかを
判断し、ｉがあった場合は（ｄ）に示すようにｘ＝ｉと
する。そして（ｃ）においてｉがない場合は（ｅ）に示
すように、Ｆ〔１，１〕の素子が反射光を受光して「樹
脂層あり」１の信号を出力するかどうかを判断する。
（ｅ）でＦ〔１，１〕＝０の場合は（ｆ）に示すように
ｘ＝Ｎとする。またＦ〔１，１〕＝１の場合は（ｇ）に
示すように、界面がＦ〔１，１〕の位置、すなわちグル
ープＧ１の１番上の素子１１の位置にあるとし、ＥＮＤ
に至る。

【００２７】（ｄ）、（ｆ）においてｘが決まった場合
は、そのグループ内に界面があるから、（ｈ）において
パネルｘの各素子を２番目から順次駆動し、Ｆ〔ｘ，
ｊ〕＝０（樹脂層なし）でＦ〔ｘ，ｊ＋１〕＝１（樹脂
層あり）となるようなｊを探す。そして（ｌ）でｊがあ
ったかどうかを判断し、あった場合は（ｍ）に示すよう
に界面がＦ〔ｘ，ｊ〕の位置にあると判断し、なかった
場合は（ｎ）に示すように、界面がＦ〔ｘ，ｋ〕の位置
にあると判定し、ＥＮＤに至る。

【００２８】上記の操作により界面４の位置の演算が終
る。界面４の位置が決まると、その高さ×水平断面積か
ら樹脂量を演算する。上記の演算結果は記憶装置に記憶
され、表示装置に表示される。

【００２９】計測槽１として内径２０ｍｍ、高さ５００
ｍｍの透明樹脂カラムを使用し、発光・受光素子１１、
１２…として１０１個のフォトインタラプタを上下方向
に等間隔に配置し、各１０個ずつをグループＧ１、Ｇ２
…に分けた。このときグループＧＮは１１個のインタラ
プタを設けた。演算の結果Ｆ〔３，１〕に界面があると
判定される場合、樹脂高＝５００−３０×５ｍｍ＝３５
０ｍｍとなり、樹脂量＝１０ｍｍ×１０ｍｍ×π×３５
０ｍｍ＝１０９９００＝０．１０９９ liter−Ｒと演算
される。

【００３０】上記の実施例ではグループ分けしてグルー
プ毎に演算を行っているが、グループ分けしないで全体
を上または下から順次駆動していってもよい。また異な
る樹脂層の界面を計測する場合は、フォトインタラプタ
として色識別能力を有するものを用いて色の変化を判定
することができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、イオン交換樹脂を収容
する計測槽に対向して複数の発光・受光装置を上下方向
に配置し、これを制御演算装置により順次駆動して反射
光の有無から界面の位置を演算し、または樹脂量を演算
するようにしたので、発光・受光素子を密に配列して
も、イオン交換樹脂の界面を精度よく計測でき、また検
出された界面を利用して樹脂量を高精度で計測できるイ
オン交換樹脂の界面または樹脂量計測装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態による計測装置のブロック図であ
る。

【図２】制御演算装置の演算方法を示すフローチャート
である。

【符号の説明】

１ 計測槽 ２ 樹脂層 ３ 水層 ４ 界面 ５ 透光壁 ６ 制御演算装置 １１、１２…発光・受光素子 Ｇ１、Ｇ２…ＧＮ グループ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン交換樹脂を収容する計測槽と、 計測槽内に形成される樹脂層の界面を横切るように設け
   られる透光壁と、 前記透光壁に対向して上下方向に間隔をおいて配置さ
   れ、かつ透光壁側に投光する発光部および反射光を検出
   する受光部を有する複数の発光・受光素子と、 個々の発光・受光素子に対して任意の順序で順次駆動信
   号を送って駆動させ、かつ駆動中の発光・受光素子から
   計測信号を取得して界面の位置を演算し、または得られ
   た界面の高さから樹脂量を演算する制御演算装置とを備
   えていることを特徴とするイオン交換樹脂の界面または
   樹脂量計測装置。