TWI537216B - 控制多尺寸軟水槽的系統與方法 - Google Patents

Description

控制多尺寸軟水槽的系統與方法

本發明係關於一種液體處理系統，例如含有軟水器(water softeners)之水處理系統；特定言之，係關於一種控制多尺寸軟水槽的系統與方法。應了解，本發明許多方面皆可應用於其他型態之液體處理系統，例如過濾或去離子系統。

軟水器係為人所熟知且通常包含一原水(raw water)來源；一包含一離子交換樹脂之處理槽；一包含鹽水溶液之鹽水槽；及一用於在該來源、該槽及一洩流口(drain)或其他輸出口(output)之間引導液體的控制閥。

水軟化係經由將水流經該離子交換樹脂來進行，其係以鈉陽離子取代水中的鈣及鎂陽離子。當離子交換程序持續進行，該樹脂最終會失去其軟水能力而必須補充鈉陽離子。經由將鈣及鎂陽離子去除之程序，可恢復該離子交換樹脂之軟水能力，且該鈉離子之補充稱為再生(regeneration)。

家中的水處理系統通常包含一處理槽及一鹽水槽以控管相對低的水流量。較大的商業處理系統包含多個軟水單元(至少　槽及一鹽水槽)以控管通過這些系統之較大體積的水。該等軟水單元係連接在一起，以使得通過每一系統之管路(plumbing)係與其他系統之管路並聯(parallel)。每一管路路徑皆包含一閥，用以選擇性地將特定的分支或路徑「開啟」或「關使得使用者可基於對水的需求而控制在一給定的時間內進行運作之軟水單元的數量。

商業尺寸之處理系統通常包含一持續監控水流量需求及測定「開啟」或「關閉」之路徑之適當數量的中央控制器，以服務當下的需求。一「跳脫(trip)」等級之流量率係一所設計之系統所能控管通過各個路徑的最大流量。該控制器經由監控總流量率及將之除以跳脫等級之流量率，來測定需要「開啟」之單元的確切數量。通常，這種系統中的處理槽係設計成相同尺寸，以使得每一槽皆可控管相同之水流量的跳脫等級量。

當水流量相對低時，這種系統會發生一個問題。特定言之，若水流量在相當長的一段時間內太緩慢地流經鹽水槽中的樹脂槽，可能會發生「溝道效應(channeling)」。溝道效應造成水流量不均勻地分布於整個樹脂床，導致只有一部分樹脂暴露於該水流量，其餘部分則繞道(bypassed)。因此，沿著該溝道(channel)之樹脂會耗盡(exhausted)且接著使得未經處理之水通過處理系統。

本發明之軟水系統在水之流量率大於一指定流量率時，引導該水進入一或多個較大之處理槽，且在水之流量率等於或小於該指定流量率時，引導該水進入一較小之處理槽。

特定言之，本發明之軟水系統包含一具有一第一水容量之第一處理槽；一與該第一處理槽並聯之第二處理槽，其具有一小於該第一水容量之第二水容量；一連接至該第一及第二處理槽之流量計，該流量計係經配置以測定進入該系統之水的需求流量率；及一與該流量計聯繫之控制器，該控制器係經配置以在該需求流量率大於一指定流量率時，引導該水進入該第一處理槽，以及在該需求流量率等於或小於該指定流量率時，引導該水進入該第二處理槽。

本發明之軟水系統的另一實施態樣包含複數個第一處理槽，每一個皆具有一第一水容量；一第二處理槽，具有一第二水容量，該第二水容量係小於該第一水容量；一連接至該等第一處理槽之至少一者及該第二處理槽之流量計，該流量計係經配置以測定進入該系統之水的需求流量率；以及一與該流量計聯繫之控制器，該控制器係經配置以在該需求流量率大於一第一指定流量率時，引導該水進入該等第一處理槽之一者、在該需求流量率等於或小於該第一指定流量率時，引導該水進入該第二處理槽、以及在該需求流量率大於一第二指定流量率時，引導該水進入該等複數個第一處理槽，其中該第二指定流量率係大於該第一指定流量率。

又一實施態樣係提供一種控制水處理系統的方法，包含提供一具有一第一水容量之第一處理槽，及一具有一第二水容量之第二處理槽，其中，該第二水容量係小於該第一水容量；在水之流量率大於一指定流量率時，引導該水進入該第一處理槽，且在需求流量率等於或小於該指定流量率時，引導該水進入該第二處理槽。

參見第1及第2圖，本發明之軟水系統係用以控制多尺寸軟水槽，概括地標示為20並經配置與一軟水器22一起使用，該軟水器包含至少一第一處理槽24及一第二處理槽26，且每一處理槽皆利用管道(piping)30獨立地連接至一鹽水槽28。如同本技術領域中所習知，第一及第二處理槽24、26係各別以離子交換樹脂32填充，且鹽水槽28係以一包含水36及鹽顆粒38之鹽水溶液34填充。

第一處理槽24具有一第一水容量且包含一第一閥總成(valve assembly)40，該閥總成係經配置以控制在第一原水入口42、第一處理槽入口44、第一處理槽出口46、第一鹽水槽入口/出口48、用以將水提供至居住或商業結構之第一繞道出口50及第一洩流口52之間流動的水。

第二處理槽26包含一小於第一處理槽24之第一水容量的第二水容量，且包含一第二閥總成54，該閥總成係經配置以控制在第二原水入口56、第二處理槽入口58、第二處理槽出口60、第二鹽水槽入口/出口62、用以將水提供至居住或商業結構之第二繞道出口64及第二洩流口66之間流動的水。該閥總成之特殊操作係描述並廣泛知悉於美國共同申請案第12/242,287號中，標題為「Control Valve for a Fluid Treatment System」，申請日為2008年9月30日，該文獻全文併於此處以供參考。

至少一流量計74係連接至該通往第一及第二處理槽24、26的管道，並測量每單位時間內流經軟水系統20的加侖數。流量計74係經配置以測量及聯繫每單位時間內流經該系統至控制器70之水的加侖數。或者，可在第一處理槽24上提供一第一流量計76，並在第二處理槽26上提供一第二流量計78，其中，第一流量計76測量每單位時間內流經第一處理槽24之加侖數，且第二流量計78測量每單位時間內流經第二處理槽26的加侖數。於此實施態樣中，第一及第二流量計76、78皆經配置與控制器70相聯繫。

如第1圖所示，控制器70包含一與流量計74聯繫之主要電路板80，接著連接至第一及第二處理槽24、26。第一及第二閥總成40、54亦電性連接至控制器70，因此亦與主要電路板80聯繫。

在操作軟水系統20期間，流量計74測定每單位時間內流經該系統的加侖數，此即需求流量率。該需求流量率係與控制器70聯繫，從而測定是否引導進入水(incoming water)進入具有較大水容量因而可處理較大水流量率的第一處理槽24，或進入第二處理槽26，其具有一小於第一處理槽24之水容量的第二水容量並控管較小的水流量率。特定言之，控制器70係經編程(programmed)以包含至少一「高跳脫點(high trip point)」及一「低跳脫點(low trip point)」。該「高跳脫點」係一經制訂為意圖通過第一處理槽24之最高流量率的指定流量率。該「低跳脫點」係一經制訂為意圖通過第二處理槽26之最高流量率的指定流量率。因此，在該需求流量率大於該低跳脫點時，控制器70引導該進入水通過第一處理槽24，而在該需求流量率等於或低於該低跳脫點時，引導該進入水通過第二處理槽26。實際上，在該需求流量率超過該低跳脫點時，該控制器將第一處理槽24「開啟」並將第二處理槽26「關閉」。此外，在該需求流量率等於或低超過該低跳脫點時，控制器70將第一處理槽24「關閉」並將第二處理槽26「開啟」。這使得軟水系統20能有效地操作且有助於防止水溝道效應，該效應可導致大量加侖數之未經處理的水通過該系統。

參考第3圖，另一軟水系統之實施態樣標示為86，其包含水處理路徑或分支，例如第一水處理分支88、第二水處理分支90及第三水處理分支92，每一分支皆具有一處理槽。該水處理分支使得軟水系統86可適用於大的水需求或一在高與低流量率之間波動的水需求。在第3圖所示的系統中，控制器94係電性連接(electronically connected)至三個不同水處理分支88、90及92的每一者。第一分支88包含一相對較大的水處理槽96，第二分支90包含一具有與第一處理槽96相同之水容量之相對較大的水處理槽98，第三分支92包含一相對較小的第二水處理槽100，其具有一小於第一及第二分支88、90之處理槽96及98之水容量的水容量。第一及第二分支88、90中的水處理槽96、98可為相同容積尺寸或不相同尺寸。此外，本發明之水處理系統可具有一或複數個分支，每一分支皆包含一相對較大的水處理槽。

較佳地，如第3圖所示，各分支80、90、92中的個別處理槽係連接在一起，使得通過各該分支之管路(plumbing)係與其他分支之管路並聯(parallel)。各該並聯的管路分支80、90及92係與一轉換控制閥或封閉裝置102、104及106一起建造，其可用以將各別的分支「開啟」或「關閉」。控制器94持續地監控需要流入該系統的水流量及測定「開啟」或「關閉」之分支之適當數量，以服務當下的水需求等級。例如，當一相對較高的水需求流量率超過第三水處理分支92中的較小處理槽100之流量率或水容量時，控制器94引導該水通過第一分支88、第二分支90或第一及第二分支二者。

在本系統中，一「跳脫等級」或指定流量率係基於軟水系統86所設計能控管通過第一或第二水處理分支88、90之任一者之最大流量率所測定。控制器94經由將當前水需求等級除以跳脫等級量而測定需要「開啟」之水處理分支的確切數目，以控管該等級。因此各該水處理分支88、90係設計為控管相同跳脫等級量之水流量。當該需求流量率等於或小於該「跳脫等級」(即指定流量率)時，該控制器引導該水通過第三水處理分支92中較小的處理槽100。更特定言之，控制器94傳送一訊息至與較小處理槽100相連之封閉裝置106而將水處理槽98「開啟」，並傳送訊息至與分支88、90相連之封閉裝置102、104而將該等分支「關閉」(即防止在該等分支中的水流經該水處理槽)。藉此，該水係經引導而通過第三水處理分支92，其控管較低的水流量率。

或者，若該需求流量率超過該「跳脫等級」，控制器94引導該水通過第一及第二水處理槽88、90之至少一者。控制器94因而傳送訊息至第一及第二分支之封閉裝置102、104以將該等分支「開啟」(即允許水流經該等分支中之水處理槽96、98的一或多者)，並將未使用的分支(即該第三水處理槽)「關閉」而封閉或防止水流經該分支。這將引導水流經第一及/或第二分支88、90，每一者皆控管較高或較大的水流量率。

在一實施態樣中，該控制器係經由一「高跳脫點」及一「低跳脫點」而編程。該高跳脫點係一意圖通過處理槽88、90之任一者之指定最大流量率。該低跳脫點係一意圖通過第三水處理分支92之較小處理槽100之最大指定流量率。當該連接至軟水系統86且與控制器94聯繫之流量計108所測量之需求流量率等於或小於該低跳脫點時，所有水流量皆經引導而通過第三水處理分支92中之較小的處理槽100。當該需求流量率超過該低跳脫點，控制器94傳送訊息使該與較小處理槽100相連之封閉裝置106「關閉」，並引導所有水流量通過具有相對較大之處理槽96、98的第一及/或第二分支88、90。

在上述實施態樣中，控制器70、94亦可經編程以測定該等處理槽之一或多者何時係處於再生模式，並暫時無法加工水。在這種情況下，控制器70、94引導水流經另一分支。藉此，當一處理槽係處於一再生模式時，控制器70、94可將關於處理水的任何停機或延遲最小化。

軟水系統20、86亦可考慮具有一或多個較小的處理槽或第二處理槽100，因此當一較小水處理槽係處於一再生模式時，另一相似尺寸之處理槽可用以控管水流量。應理解本發明之系統可具有任何合宜數量之處理槽。

雖然此處已描述本發明之軟水系統之特定的實施態樣，但本技術領域中具有通常知識者應可理解在不背離本發明之廣義概念下，可對本發明進行變化及修飾。

20、86．．．軟水系統

22．．．軟水器

24、26．．．處理槽

28．．．鹽水槽

30．．．管道

32．．．離子交換樹脂

34．．．鹽水溶液

36．．．水

38．．．鹽顆粒

40、54．．．閥總成

42、56．．．原水入口

44、58．．．處理槽入口

46、60．．．處理槽出口

48、62．．．鹽水槽入口/出口

50、64．．．繞道出口

52、66．．．洩流口

70、94．．．控制器

74、76、78．．．流量計

80．．．主要電路板

88、90、92．．．水處理分支

96、98．．．相對較大的水處理槽

100．．．相對較小的處理槽

102、104、106．．．封閉裝置

第1圖所示為一使用本發明之系統以控制多尺寸之軟水槽之軟水系統的示意圖；

第2圖所示為一使用本發明之系統以控制多尺寸之軟水槽(每一水處理槽皆包含一流量計)之軟水系統的示意圖；以及

第3圖所示為本發明之系統之一實施的示意圖，其包含二個各自包含一相對較大的水處理槽的水處理分支，以及一包含一相對較小的水處理槽的水處理分支。

20．．．軟水系統

22．．．軟水器

24、26．．．處理槽

28．．．鹽水槽

30．．．管道

32．．．離子交換樹脂

34．．．鹽水溶液

36．．．水

38．．．鹽顆粒

40、54．．．閥總成

42、56．．．原水入口

44、58．．．處理槽入口

46、60．．．處理槽出口

48、62．．．鹽水槽入口/出口

50、64．．．繞道出口

52、66．．．洩流口

70．．．控制器

74．．．流量計

80．．．主要電路板

Claims (13)

1. 一種軟水系統，其係包含：一第一處理槽，其以一離子交換樹脂填充，具有一第一水容量；一第二處理槽，其以一離子交換樹脂填充，與該第一處理槽並聯並具有一第二水容量，其中，該第二水容量係小於該第一水容量；一連接至該第一及第二處理槽之流量計，該流量計係經配置以測量每單位時間內進入該系統的水的加侖數，以測定進入該系統之水的需求流量率；以及一與該流量計聯繫之控制器，該控制器係經配置以基於該水的需求流量率而引導該水進入該第一處理槽或該第二處理槽，其中該控制器係經配置以在該水的需求流量率大於水的第一指定流量率時，引導該水進入該第一處理槽，以及在該水的需求流量率等於或小於該水的第一指定流量率時，引導該水進入該第二處理槽。
2. 如請求項1之軟水系統，進一步包含至少一額外的處理槽，其具有一與該第一處理槽相等之水容量，其中該控制器係經配置以在該水的需求流量率大於該水的第一指定流量率時，引導該水進入該第一處理槽與該額外的處理槽之至少一者。
3. 如請求項1之軟水系統，進一步包含至少一額外的處理槽，其具有一與該第一處理槽相等之水容量，其中，該控制器係經配 置以在該水的需求流量率大於該水的第一指定流量率且該額外的處理槽處於一再生模式時，引導該水進入該第一處理槽，以及在該水的需求流量率大於該水的第一指定流量率且該第一處理槽處於一再生模式時，引導該水進入該額外的處理槽。
4. 如請求項1至3中任一項之軟水系統，其中，該水的第一指定流量率係一意圖流經該第二處理槽之最大流量率。
5. 一種軟水系統，其係包含：複數個第一處理槽，各以一離子交換樹脂填充且各具有一第一水容量；一第二處理槽，其以一離子交換樹脂填充，與各該複數個第一處理槽並聯，並具有一第二水容量，該第二水容量係小於該第一水容量；一連接至該等第一處理槽及該第二處理槽之至少一者之流量計，該流量計係經配置以測量每單位時間內進入該系統的水的加侖數，並測定進入該系統之水的需求流量率；一與該流量計聯繫之控制器，該控制器係經配置以基於該水的需求流量率而引導該水進入該第一處理槽或該第二處理槽；該控制器係經編程以包含一水的第一指定流量率，其係作為意圖通過該第二處理槽之水的最高流量率；以及其中該控制器係經配置以在該水的需求流量率大於該水的第一指定流量率時，引導該水進入該等第一處理槽之一者；且在該水的需求流量率等於或小於該水的第一指定流量率時，引 導該水進入該第二處理槽，以及在該水的需求流量率大於一水的第二指定流量率時，引導該水進入該等複數個第一處理槽，其中該水的第二指定流量率係大於該水的第一指定流量率。
6. 如請求項5之軟水系統，進一步包含一連接至該等複數個第一處理槽之第一流量計及一連接至該第二處理槽之第二流量計，其中，該控制器係與該第一流量計及該第二流量計聯繫，並在由該第一流量計所測定之流量率大於一需求流量率時，引導該水進入該等第一處理槽之至少一者，以及在由該第二流量計所測定之流量率小於該需求流量率時，引導該水進入該第二處理槽。
7. 如請求項5之軟水系統，其中，該控制器係經配置以測定該等第一處理槽之任一者是否處於一再生模式，以及在該水的需求流量率大於該指定流量率且該等第一處理槽之至少一者並非處於一再生模式時，引導該水進入該等第一處理槽之該至少一者。
8. 如請求項5至7中任一項之軟水系統，其中，該等第一處理槽之至少二者之第一水容量係不相同。
9. 如請求項5至7中任一項之軟水系統，其中，該控制器係經配置，以經由將該水的需求流量率除以該水的第二指定流量率，而決定所「開啟」之該等第一處理槽的數目。
10. 一種控制一水處理系統的方法，包含：提供一以一離子交換樹脂填充且具有一第一水容量之第一 處理槽，及一以一離子交換樹脂填充並與該第一處理槽並聯且具有一第二水容量之第二處理槽，其中，該第二水容量係小於該第一水容量；在進入該系統之水的需求流量率大於一水的指定流量率時，引導該水進入該第一處理槽；以及在該水的需求流量率等於或小於該水的指定流量率時，引導該水進入該第二處理槽。
11. 如請求項10之方法，進一步提供至少一額外的第一處理槽，每一該額外的第一處理槽皆具有該第一水容量。
12. 如請求項11之方法，其係包含在該水的需求流量率大於該指定流量率且該等第一處理槽之至少一者並非處於一再生模式時，引導該水進入該等第一處理槽之至少一者。
13. 如請求項10至12中任一項之方法，進一步提供至少一額外的第一處理槽，每一該額外的第一處理槽皆具有該第一水容量，其中該等第一處理槽之至少二者的第一水容量係不相同。