JPS63302987A - 水質調整装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は温水流通系において温水と接する機器内面のア
ルミニウムや鉄が温水中の各種成分の影響で孔食、腐食
により劣化を受けるのを可能な限り防ぐことによって、
機器寿命の延長をはからせる如くした水質調整装置の構
成に関する。

（従来の技術） 水用熱交換器や水用配管などの淡水と接する機器表面が
使用中に腐食を受けることは一般に知られており、この
場合の腐食が淡水中の塩素イオン。

硫酸イオン、炭酸カルシウムの各濃度によって影響を受
けるものであるのも知られている。

かかる点から従来は、特開昭６０−１３２６３７号公報
に開示される如き薬液注入装置によって汁液を行い水質
調節をしていた。

（発明が解決しようとする問題点） このような水質調整手段は、定濃度、定容量の薬液を間
欠的に投入する方式であって、一時的に測定した水質分
析にもとづいて補給水量に対応して薬液投入を行うもの
であるから、連続的に温水が変量消費されることにより
これに見合った原水補給が成される如き温水流通系の場
合などでは変化を来す水質に対応した調整は簡単には行
い難く適正な水質制御になっていないのが問題であった
。

本発明はかかる問題点に対処して成されたものであって
温水の消費に見合って定量的に原水補給が行われる毎に
水質を自動測定して最適な注入薬液種別及び注入量を算
出し、この算出結果にもとづいて必要薬液を必要量汁液
することによって、常時水質の高純度保持を可能ならし
め、もって温水流通系におけるアルミニウム、鉄の孔食
進行速度を低下させることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） しかし・て本発明は添付図面の実施例によっても明らか
な如く、温水用原水を貯溜するタンク（１）、前記タン
ク（１）内の貯溜水位を高水位と低水位との間に保持せ
しめる原水自動補給装置（５）を備えた給水系に設けら
れてなり、タンク（１）に接続させて貯溜水中の成分濃
度の分析可能に設けた水質分析２ｇ（６）と、硫酸イオ
ン液、塩素イオン液及び炭酸カルシウム液を個別に夫々
貯溜する第１乃至第３液槽（７１，（８）、　（９１と
、それ等３つの液槽（７１，＋８１．　（９１内の各貯
溜液を選択的、かつ定量的に前記タンク（１）に注液可
能に設けた定量汁液装置ＱＯ）と、前記定量注液装置α
０）を作動せしめてタンク（１）内貯溜水の水質を基準
値よりも高く保持せしめる制御系０．！ｌとを備えてい
て、前記制御系（２）は、タンク（１）内水位が前記原
水自動補給装置（５）の作動によって上界し高水位に達
する毎に水質分析器による分析結果を検出する水質入力
部（２１）と、この水質入力部（２１）による分析結果
からに値（孔食進行速度）を演算して基準値と比較する
に値判定部（２２）と、このに値判定部（２２）による
比較結果が基準値に比して実際値の方が高い場合に定量
汁液装置α０）の選択注液作動を行わせる出力部（２３
）とにより形成せしめた水質調整装置を特徴とする。

（作用） 本発明は後記するに値の演算を行うことによって、水質
の理論的な解析が可能であり、また、水質の悪化の場合
には、塩素イオン、硫酸イオン。

炭酸カルシウムの少なくとも一種を定量的に注入するこ
とによって水質の改善を果たし得る。

さらに温水の消費がタンク（１）内における所定量の減
少に見合って成される度毎に水質の測定及び調整をタン
ク（１）側で行うことにより常に高水質の状態で原水を
貯溜し得る。

なお、Ｋ値の算出は、下記式すなわち、Ｋ□Ｏ，２０５
（Ｃｅ　−）２＋　　（−０，４３０（ＳＯ４”−）−
０，１７４（ＣａＣＯ＋）＋１６．３４１　）　（Ｃβ
−）＋０．２３８（ＳＯ４”　−）２−６．８５０（５
０４”−）−０，２１４（ＳｉＯｚ）２＋１）．８８５
（ＳｉＯｚ）　＋０．０２１（ＣａＣＯ＊）２−１０７
．２６１但し、ＣＸ−：塩素イオン濃度（ＰＰＭ）ｓｏ
４”−：硫酸イオン？二度（ＰＰＭ）ＣａＣＯｚ　　：
全硬度（ＰＰＭ） ＳｉＯ□　ニジリカ濃度（ＰＰＭ） にもとづいて行われるものである。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明する
。

第１図は本発明の１実施例に係る給水系であって、（１
）はタンクで図示しない温水ボイラに供給する原水を貯
溜する容器であって、勿論温水ボイラ自体の缶体も対象
となるものであり、孔食、腐食を比較的骨は易いアルミ
ニウム、鉄の金属層を内壁に露出した構造のタンクであ
る。

上記タンクｆｉｌの側壁下部には、第１電（イ番弁θ３
）を有する給水管（２）例えば水道水管を接続しており
、さらに、この側壁下部と対向する反対側の側壁下部に
は第２電磁弁Ｏａを有する送水管（３）を接続しており
、この送水管（３）を負荷側の例えば温水ボイラに連結
せしめている。

さらにタンク＋１）は、モータ（２０）によ回転駆動さ
れる攪拌装置０υを器内にしｎませて有すると共に、内
壁の高位置個所に貯溜水位の高水位を設定する高水位検
知器０ωを、また、低位置個所に低水位を設定する低水
位検知器０υを夫々配設してとり、一方、水質分析器（
６）を付設せしめていて、その抽水管が器内に臨まされ
ている。

かかる構造を有するタンク（１）は器内の原水が送水管
（３）を介し負荷側に送られることにより一＄ｉ量して
きて低水位検知器ＯＱの低水位レベルまで低下すると、
後述する制御系０乃の作動によって第１電磁弁０蜀が開
弁じて給水管（２）を経、原水の供給が行われ、この給
水により増量して高水位検知器αりの高水位レベルまで
上昇すると第１電磁弁Ｑ３が閉弁することにより、器内
の貯溜水位が高水位と低水位との間に常時保持されるよ
うになっており、従って両検知器α９．０６）と第１電
磁弁Ｑ３）とによって原水自動補給装置（５）が構成さ
れるものである。

前記タンク（１）には、さらに第１乃至第３液槽（７）
。

＋８１．　（９１と、定量汁液装置００）と、制御系α
乃とが並設されていて、前記水質分析器（６）と併せて
それ等機器が本発明を特徴づける水質調整装置の構成要
素を成している。

水質分析器（６）は、前述した如く抽水管をタンク（１
）内の水相に臨ませていて、抽水管を介し少量の貯溜原
水を測定試料として抽出して原水中の塩素イオン（Ｃ１
−）、硫酸イオン（５０４”つ及びシリカ（ＳｉＯ□）
の各濃度と全硬度（ＣａＣＯｚ）とをＰＰＭ単位で分析
測定し得るようになっている。

なお、この水質分析器（６）は、イオン濃度測定器、例
えばイオン交換クロマトグラフィと、濃度測定器例えば
比色計及びメチルレッド滴定装置とを備えていて、前者
のイオン濃度測定器により、測定試料の水中に含まれる
塩素イオン及び硫酸イオンの濃度を吸収の時間差で測定
することが可能であり、一方、後者の濃度測定器により
、前記水の中に含まれる炭酸カルシウム濃度（全硬度）
及びシリカ濃度を交互に測定可能なようにしたものが例
として挙げられる。

第１乃至第３液槽（７）〜（９）は硫酸イオン液、塩素
イオン液、炭酸カルシウム液を個別に夫々所要量貯溜し
得る容器に形成していて、タンク（１）の近傍に設置せ
しめている。

次に定量注液装置００）は、前記３つの液槽（７１，（
８１゜（９）の各成敗り出し口とタンク（１）の器内と
の間に亘らせて設けていて、図示例は各成敗り出し口に
接続した各配管中に夫々介設した第３乃至第５電磁弁０
η、　Ｑ８１．　Ｑ９）と、それ等電磁弁αη、０の、
Ｑ９の各出口に対し吸込側を一括接続すると共に、吐出
側をタンク（１）の器内に配管を介し臨ませてなる定容
積形のポンプ（２４）、例えばダイアフラムポンプとに
より定量注液装置（１０）を構成している。

この装置は前記制御系（２）からの指令を受けて、第１
乃至第３液槽（７）〜（９）内の各貯溜液を選択して、
すなわち各電磁０η〜ａΦのうちいずれかを選択し開弁
させると共に、ポンプ（２４）を付勢して、タンク（１
）に対し指定する液槽内の液を定量的に汁液するように
なっている。

一方、前記制御系（ロ）は、水質分析器（６）により分
析して得た各濃度情報にもとづいて、定量注液装置（１
０１等に制御出力を与える装置であって、第１図に示す
如く、必要時に発せられる指令に応じて水質分析器（６
）の分析結果を検出する水質入力部（２１）と、この水
質入力部（２１）による水質分析器（６）の分析結果か
らに値（孔食進行速度）を演算して、これを基準値と比
較するに値判定部（２２）と、このに値判定部（２２）
による比較結果が基準値に比し実際値の方が高い場合に
出力を発する出力部（２３）とにより構成している。

上述の制御系（２）はマイクロコンピュータを構成部材
とするものであって、第２図に示すように、主として中
央処理装置（ＣＰＬＩ）　（２５）と、Ｉ’＋０１’ｌ
及びＲＡ門を要素とするストアードプログラム部（２６
）と、オペレーションシステム部（２７）と、バッファ
メモリ（２８）と、水質入力部としてデータ入力部（２
１）と、出力部（２３）とを備えている。

しかして前記ＣＰＵ　（２５）では、水質分析器（６）
から入力される４種の濃度信号にもとづき所定の演算を
行い、実際のに値が基準値よりも低いか高いかを判定す
ると共に、高い場合にはさらに各液槽（７）２ｆ８）、
　ｔ９）のうちのどの液槽から液を補給することによっ
てに値を下げ得るかの判定をも行わせて、対応する出力
を出力部（２３）から発生させるように形成している。

ところでＣＰＵ　（２５）で行わせる演算の基礎となる
に値の内容について概要説明すると、日本全国から設定
した１９地域における淡水についてのに値、成分及び緒
特性を測定した結果は、Ｋ値が大きい順に整理して示し
てものとして下記第１表の通りであって、ＰＨ平均値は
６．４〜７．５の範囲におさまっていて、かかる比較的
狭い範囲の間での腐食速度の変化は少ないと考えられる
。

また、温度及びリン酸イオン濃度の変化幅も表示してい
ないが極めて小さいために、これらが腐食速度に与える
影響は小さいと思料する。

従って、残りのＣＩ−、Ｓｏ、　ｚ−、ｓｔｏ！及びＣ
ａＣＯ３の各濃度とに値との関係を検討するに、Ｋ値は
概して水中の上記各成分の増加に伴って増加する傾向が
あるが、それでも両者の間の関係は明確とは云い難い。

なお、同様の傾向が腐食重量減少と上記各種成分との間
にも認められた。

特に注目されるのは種別Ｐ−Ｈでは、水質が比較的良好
であるにもかかわらずに値は大きく、種別Ｌ−Ｎでは逆
の傾向を示していることであった。

以下余白 第　　１　　表 以上の点を参考にしてＣＩ！−？Ｈ度を５　ＰＰＭ毎に
区分すると、他の成分とに値の間には明らかに特定の傾
向が見られ、その傾向は各０７！−Ｃ度について共通で
あるように思われる。

すなわち、種々の解析を行ってみたところ、５Ｏａ−−
濃度に関しては、各Ｃ１一’４度区分について種別Ｇ、
Ｍ、に、Ｊを谷とする２次式的傾向が認められ、Ｓｉｎ
ｇ濃度及びＣａＣＯ３濃度については、各ＣＺ−濃度区
分でそれら成分の増加に比例して孔食が促進される傾向
が明らかとなっている。

以上の分析結果から１９地区でのデータをもとに孔食進
行速度を前記４種水性成分で回帰した。

その際、回帰式は変数の数の制限と前述の検討結果から
４種成分はそれぞれ独立に２次式的に作用すると考え、
さらにｃｅ−９７，度は他の成分と１次式的な相互作用
を持つものとの前提で次のように定めた。

Ｙ−ａＣＣＩ−−）２　＋　　　（ｂ（Ｓｏ４　２−）
＋Ｃ（ＳｉＯｚ）＋ｄ（ＣａＣＯ：＋）＋ｅ）　ｘ（（
Ｊ−）　＋ｆ（ＳＯ４”−）２＋ｇ（Ｓｏ４”−）＋ｈ
（Ｓｉｎｇ）２＋１（ＳｉＯｚ）＋ｊ（ＣａＣＯ３）２
　＋ｋ（ＣａＣＯｚ）＋　　Ｉ！　　・　・　・　（八
）ここでＹ＝孔食進行速度（Ｋ）（μｍ　／：４１Ｔｎ
；ｆ、　）であり、また、各成分濃度の単位は全て（Ｐ
ＰＭ）である。

回帰式の導出は（Ａ）式をもとに各独立変数の導入及び
棄却の基準をＦ（φ１．φＮ　、　０．０１）とする変
数増減法により、不必要な変数を排除した。

その結果得られた式は下記の通りである。

Ｋ＝０．２０５　（ＣＩ−）”　＋　　（−０，４３０
（ＳＯａ”−）−０，１７４（ＣａＣＯｓ）＋１６．３
４１　）　（（Ｊ−）＋０．２３８（ＳＯ４”　−）”
−６，８５０（Ｓ０４．”−）−０，２１４（ＳｉＯｚ
）”＋１）．８８５（ＳｉＯｚ）　＋０．０２１（Ｃａ
ＣＯｓ）”−１０７，２６１・・・（Ｂ） ところで前記（Ｂ）式にもとづいてＣａＣＯ５を５４Ｐ
ＰＭ一定とし、かつ（ＳｉＯｚ）濃度を１５．１０．５
ＰＰＭの３種に夫々定めた条件で（＋４−）濃度を５Ｐ
ＰＭ差で異なるパラメータとして（ＳＯ−−）濃度とに
値との関係を画いてみたところ、第５図（イ）〜（ハ）
に示す如くなり、Ｋ値が実用許容値であるしきい値（Ｋ
ａ）としての例えば５０を基準として、５０以下の適合
値となるためには（５０４”−）を増減調節させればよ
いことがわかる。

なお、（（Ｊ−）濃度、　（Ｓｉｎｇ）濃度、　（Ｃａ
ＣＯ３）濃度が決まっている場合のに値の判定値は前記
（Ｂ）式を（ｓｏ、”−）について微分することにより
容易にもとめられる。

より、 ０．４７６　（Ｓ０４ｚ−）　　＝０．４３（ＣＩ　−
）＋　６．８５、’、　　（ＳＯ４”−）＝０．９０３
　（（Ｊ−）＋　１４．３９が得られるので、この値と
現在溶存する（ＳＯ４”−）との差を増減調節すれば、
最低のに値を示す淡水に改質することが可能である。

特にに値が減少するｓ　ｏ　、　２−　濃度の領域（す
なわち前記微分値が負の場合）では、Ｓ０４”−ｆｍ度
を単に増大させる如き手段のみでこの改質が可能である
。

同様な考え方によって、（ＳＯ４”−）　濃度をパラメ
ータとした場合に（Ｃ１−）？ｆｆｉ度をに値が最低値
となるための値を調節することも可能である。

よって、上述の演算・判定機能をＣＰＵ　（２５）に備
えさせることにより、水質改善のためのデータ及びこれ
に対応した出力を発せしめることが可能である。

次に第１図乃至第４図を参照しながら水質調整装置の作
動を説明すると、負荷側の温水ボイラの運転に応動させ
て水質調整装置を起動させる。

（ステップ■）。

温水ボイラに所定量の給水が成されると、タンク（１）
内の水位は低水位まで下がるので、第２電磁弁Ｑ４）が
閉弁され、第１電磁弁ａ１が開弁される。

（ステップ■）。

その結果、タンク（１）内の貯溜水は、温水ボイラ側へ
の供給によって水位低下していたのが、第１電磁弁０３
１の開弁により給水が成される（ステップ■）ことによ
り漸次水位上昇を来し、高水位検知器Ｑ５１が高水位ま
で上昇したことを検知して出力を発すると（ステップ■
）、第１電磁弁Ｑ３を閉じさせて（ステップ■）、タン
ク（１）への原水供給は終了する。

タンク＋１）内水位が上昇により高水位に達したところ
で、その際発する信号により水質分析器（６）を同時に
作動させることによってタンク（１）内反水中の成分濃
度（ＣＩ　−＋　ＳＯａ　”−＋　５Ｉ０２　＋　Ｃａ
ＣＯ３各濃度）全濃度及び分析させて（ステップ■）、
この測定分析した濃度情報をＣＩ’Ｕ　（２５）に送り
込ませる。

ＣＰＵ　（２５）ではに値判定部（２２）によりに値の
演算につづいて基準値との比較による判定を行わせる（
ステップ■）。

ＣＰＵ　（２５）のに値の判定は、前記（Ｂ）式にもと
づく実際値の演算を行って基準値（Ｋｏ）例えば５０（
第５図参照）と比較する手順により行うものであり、Ｋ
〉５０であるとする結果が出された場合は、さらにに値
を５０に下げるために必要な注入液の種別。

液量の算出を行うと共に、第３〜第５電磁弁０η〜Ｑｇ
１のいずれかの開弁が必要かを判定させる（ステップ■
）。

なお、Ｋ値が５０以下であること、また、所定周期で測
定分析したに値の最終値が極少値により近付き例えば（
極少値＋５）以下になったことの２つの判断基準をＣＰ
Ｕ　（２５）が備えている場合には液剤の供給が可能か
否かの判断（ステップ■）に置換え得る。

ＣＰＵ　（２５）によるに値の判定が所定値以下である
との結果になり、そして液剤の供給が必要であると判断
するとくステップ■）、各電磁弁α１〜０嘩中の対応す
るものの開弁による液剤の供給が成される（ステップ■
）。

また、このステップ■に合わせて攪拌機（２０）を作動
させる（ステップ＠ｌ）。

この液剤供給の１例を第５図（ロ）により説明すると、
Ｋ値かに、　＝　６５であったとすると、原水のＣｅ−
濃度が２０　ＰＰＭである場合にはｓｏｎ”−？ａ度を
高めることによってＫＩ＃４０まで下げることが可能で
あることを示しているところから、第３電磁弁０７）を
開弁じ、かつポンプ（２４）を運転して第１液槽（７）
からｓｏ、！−液を必要量送り込ませればよいことがわ
かる。

また、Ｃ１−？ｆ４度が低（、かつＳＯ４，”−濃度が
高くてに値かに３と高い場合には第４電磁弁０榎を開弁
し、ポンプ（２４）を運転し第２液槽（８）からＣβ−
液を必要量送り込ませることによりＣ７！−？３度を１
０　ＰＰＭから２０　ＰＰＭまで高めてに３をに、まで
下げさせることが可能である。

このときの供給すべき液剤の量は水質分析器（６）の測
定結果及びに値算出式（Ｂ）から算出可能であって、所
定量の供給によりに値が５０以下になったことを判定す
ると（ステップ■）、温水ボイラ側への給水が必要な場
合は第２電磁弁圓を開弁させてに値の低い水を供給せし
める（ステップ０）。

この給水によってタンク（１）内水位が低下するので、
低水位検知器θＱによりこれを検知しくステップ＠）、
所定の低水位まで下った場合はステップ■に移行させる
が、所定低水位まで下り切らないときは第２電磁弁００
が開弁じている時間を計測し所定時間例えば数時間経過
することをチェックするとくステップ０）、前述するス
テップ■に移行させ水質分析を行わせる。

なお、このステップ０は水質が急激に変化することが通
常者えられないことから不必要な動作を排するために行
わせる行程である。

しかして、定量注液装置００）のステップ■に関するサ
ブルーチンは第４図に示す通りであって、タンク（１）
内の原水のに値を（Ｂ）式にもとづき計算しくステップ
ｏ）、シリカ濃度が所定値以下になるようシリカ濃度の
調節（ステップ■［相］）を行った後に、塩素イオン液
の供給によってに値を下げ得るかを判断（ステップＯ）
し、下げ得る状態（第５図（日）のに３状態）であれば
塩素イオン液を補給する（ステップ＠））。

一方、塩素イオン液の補給では下げ得なくて、硫酸イオ
ン液の補給によってに値を下げ得る状態（第５図（ロ）
のに、状態）であると判断するとくステップ［相］）、
硫酸イオン液を補給する（ステップ［相］）。

かくして水質調節が円滑に行われる。

（発明の効果） つづいて本発明の効果を述べると下記の通りである。

（１）本発明は理論的根拠にもとづく正確なに値（孔食
進行速度）を求めて、このに値が基準値よりも低く水質
が良好な状態になるように、タンク（１）内の原水を補
給する度毎にチェック及び汁液による水質保持をはから
せているので、アルミニウム、鉄の孔食、腐食を防止し
て温水流通系統の機器長寿命化を果たし得る。

（ｎ）運転で消費された原水を、その消費分に見合って
補給し貯溜せしめた直後において水質の測定及び改善を
行わせているので、水質は常に安定した値を維持し得る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る装置回路図、第２図は本
発明の例に係る制御系のブロック示構造図、第３図及び
第４図は同じ（制御系の作動態様を示すフローチャート
、第５図（イ）〜（ハ）は０１″濃度をパラメータとし
たに値−５ｏｎ”−濃度関係線図である。 （１）・・・タンク、　（５）・・・原水自動補給装置
、（６）・・・水質分析器、　（７）・・・第１液槽、
（８）・・・第２液槽、　（９）・・・第３液槽、００
・・・定量注液装置、　＠・・・制御系、（２１）・・
・水質入力部、（２２）・・・Ｋ値判定部、（２３）・
・・出力部。 第１図 第２図 ｚ２にイ［’Ｊ足１目（ 第３図 第４図 第５０ （イン ｏ４ Ｏａ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、温水用原水を貯溜するタンク（１）、前記タンク（
   １）内の貯溜水位を高水位と低水位との間に保持せしめ
   る原水自動補給装置（５）を備えた給水系に設けられて
   なり、タンク（１）に接続させて貯溜水中の成分濃度の
   分析可能に設けた水質分析器（６）と、硫酸イオン液、
   塩素イオン液及び炭酸カルシウム液を個別に夫々貯溜す
   る第１乃至第３液槽（７）、（８）、（９）と、それ等
   ３つの液槽（７）、（８）、（９）内の各貯溜液を選択
   的、かつ定量的に前記タンク（１）に注液可能に設けた
   定量注液装置（１０）と、前記定量注液装置（１０）を
   作動せしめてタンク（１）内貯溜水の水質を基準値より
   も高く保持せしめる制御系（１２）とを備えていて、前
   記制御系（１２）は、タンク（１）内水位が前記原水自
   動補給装置（５）の作動によって上昇し高水位に達する
   毎に水質分析器による分析結果を検出する水質入力部（
   ２１）と、この水質入力部（２１）による分析結果から
   Ｋ値（孔食進行速度）を演算して基準値と比較するＫ値
   判定部（２２）と、このに値判定部（２２）による比較
   結果が基準値に比して実際値の方が高い場合に定量注液
   装置（１０）の選択注液作動を行わせる出力部（２３）
   とにより形成せしめたことを特徴とする水質調整装置。