JP2007260574A - イオン交換装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 再生作動の信頼性を高めることのできるイオン交換装置を実現する。また、塩水供給装置の構成を簡単化することのできるイオン交換装置を実現する。
【解決手段】 イオン交換樹脂５を充填した樹脂収容部２と、通水作動および再生作動を切り換える流路制御バルブ３と、再生に用いる塩水を貯留する塩水タンク４０とを備え、前記流路制御バルブ３を前記塩水タンク４０と塩水供給ライン３１で接続したイオン交換装置１であって、前記塩水供給ライン３１に塩水供給方向の流量および補給水供給方向の流量を検出する流量検出手段４８を設ける。
【選択図】 図１

Description

この発明は、再生作動の信頼性を高め、また塩水供給装置の構成を簡単化したイオン交換装置およびその制御方法に関する。

水道水や地下水などの原水に含まれる硬度分（カルシウムイオンおよびマグネシウムイオン）や硝酸性窒素（硝酸イオンおよび亜硝酸イオン）などをイオン交換樹脂により吸着除去するイオン交換装置が知られている。これらのイオン交換装置のうち、陽イオン交換樹脂を使用して水中の硬度分をナトリウムイオンやカリウムイオンへ置換するものは、通常、軟水装置と呼ばれる。一方、前記イオン交換装置のうち、陰イオン交換樹脂を使用して硝酸性窒素を塩化物イオンへ置換するものは、通常、硝酸性窒素除去装置と呼ばれる。

前記イオン交換樹脂は、除去対象とする特定イオン（硬度分や硝酸性窒素など）の吸着量が所定の交換能力に達すると、この特定イオンが処理水中へ漏洩するようになる。そこで、前記イオン交換装置は、前記特定イオンの吸着量が所定の交換能力に達する前に、前記イオン交換樹脂に塩水（具体的には、塩化ナトリウム水溶液）を接触させる再生を行い、交換能力を回復させるようにしている。

前記イオン交換装置の一般的な構成は、たとえば特許文献１に開示されている。前記イオン交換樹脂は、上部が開口するボンベ形状の樹脂収容部に充填されており、この樹脂筒の頭頂部には、通水作動および再生作動を切り換える流路制御バルブが装着されている。また、前記イオン交換装置は、前記イオン交換樹脂への塩水供給装置として、塩水を貯留した塩水タンクと、この塩水タンク内に配置された塩水バルブとを備えている。そして、この塩水バルブは、前記流路制御バルブと塩水供給ラインで接続されている。前記塩水タンクへは、使用者が定期的に再生塩を補給し、塩水を生成させる。

前記再生作動は、通常、逆洗工程，再生工程，押出工程，洗浄工程および補水工程をこの順で行うようになっており、前記塩水バルブは、これらの各工程に応じて動作するように構成されている。前記再生工程は、前記流路制御バルブに内蔵されたエゼクタに原水を流通させ、このエゼクタで発生する負圧を利用して前記塩水タンク内の塩水を前記イオン交換樹脂へ供給する。このとき、前記塩水バルブは、前記塩水タンク内から前記流路制御バルブへ塩水を供給するように動作するとともに、所定水位まで塩水が消費されると、フロートボールの作用により空気の吸引を遮断するように動作する。そして、前記塩水バルブが閉状態となると、そのまま前記押出工程へ移行する。すなわち、前記イオン交換装置では、前記再生工程から前記押出工程への移行は、前記塩水バルブの動作に委ねられており、前記再生工程および前記押出工程の処理時間は、両者の合計時間のみが設定されている。

また、前記補水工程では、前記流路制御バルブから前記塩水タンク内へ補給水が供給される。このとき、前記塩水バルブは、前記流路制御バルブから前記塩水タンク内への流路を開放するように動作するとともに、所定水位まで補給水水が供給されると、フロートバルブの作用により補給水の流れを遮断するように動作する。このような前記塩水バルブは、腐食のおそれのない合成樹脂材料を使用した成型部品により量産が可能であることから、前記イオン交換装置では、標準的な機構として採用されている。

特公平６−５１１８３号公報

ところで、前記イオン交換装置では、前記塩水バルブにより補給水の供給量を制御しているため、たとえば前記フロートバルブが結晶塩により固着した場合、所定量の補給水が供給されず、所定量の塩水が生成されないことになる。また、前記イオン交換装置では、前記塩水バルブにより塩水の消費量を制御しているため、たとえば使用者が再生塩の補給を忘れた場合、所定濃度の塩水が生成されないことになる。さらに、前記イオン交換装置では、前記再生工程から前記押出工程への移行は、前記塩水バルブの動作に委ねられているため、たとえば前記エゼクタへの原水圧力が低下した場合や前記塩水供給ラインに詰まりが生じた場合、塩水の供給量および押出量が不足することになる。これらの不具合は、前記イオン交換樹脂の再生不良や押出不良を引き起こし、しばしば水質の悪い処理水が供給される原因となっていた。

さらに、前記塩水バルブは、部品の点数が非常に多く、前記塩水供給装置の構成が複雑なものとなっている。したがって、前記塩水バルブの使用は、組立やメンテナンスに多くの時間を費やし、製造や保守に係るコストを上昇させる原因となっていた。

この発明は、前記の事情に鑑みてなされたもので、その解決しようとする第一の課題は、再生作動の信頼性を高めることのできるイオン交換装置を実現することである。また、この発明が解決しようとする第二の課題は、塩水供給装置の構成を簡単化することのできるイオン交換装置を実現することである。

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、イオン交換樹脂を充填した樹脂収容部と、通水作動および再生作動を切り換える流路制御バルブと、再生に用いる塩水を貯留する塩水タンクとを備え、前記流路制御バルブを前記塩水タンクと塩水供給ラインで接続したイオン交換装置であって、前記塩水供給ラインに塩水供給方向の流量および補給水供給方向の流量を検出する流量検出手段を設けたことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、補水工程時には、補給水供給方向の積算流量に基づいて、所定量の補給水が前記塩水タンクへ供給される。したがって、構成部品の点数が多い塩水バルブを用いることなく、補給水の供給量が制御され、塩水供給装置の構成が簡単化される。また、再生工程時には、塩水供給方向の瞬間流量に基づいて、再生の異常が報知される。したがって、塩水供給系統の詰まりが早期に発見され、前記再生作動の信頼性が高められる。また、前記再生工程時には、塩水供給方向の瞬間流量に基づいて、前記再生工程の終了と押出工程への移行が行われる。したがって、前記押出工程の開始時点から所定の押出量が確保され、前記再生作動の信頼性が高められる。さらに、前記再生工程時には、塩水供給方向の積算流量と、前回補水工程時における補給水供給方向の積算流量とに基づいて、再生塩の不足が報知される。したがって、再生塩の補給忘れに対して早期に対応することができ、前記再生作動の信頼性が高められる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のイオン交換装置の制御方法であって、補水工程時、前記流量検出手段により補給水供給方向の積算流量を検出し、この検出値が所定量に達したとき、前記補水工程を終了することを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、前記補水工程時には、補給水供給方向の積算流量に基づいて、所定量の補給水が前記塩水タンクへ供給される。したがって、構成部品の多い塩水バルブを用いることなく、補給水の供給量が制御され、塩水供給装置の構成が簡単化される。

請求項３に記載の発明は、請求項２において、再生工程時、前記流量検出手段により塩水供給方向の瞬間流量を検出し、この検出値がゼロを超え，かつ所定流量未満のとき、再生の異常を報知することを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、前記再生工程時には、塩水供給方向の瞬間流量に基づいて、再生の異常が報知される。したがって、塩水供給系統の詰まりが早期に発見され、再生作動の信頼性が高められる。

請求項４に記載の発明は、請求項２において、再生工程時、前記流量検出手段により塩水供給方向の瞬間流量を検出し、この検出値がゼロになったとき、前記再生工程を終了するとともに、押出工程へ移行することを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、前記再生工程時には、塩水供給方向の瞬間流量に基づいて、前記再生工程の終了と前記押出工程への移行が行われる。したがって、前記押出工程の開始時点から所定の押出量が確保され、再生作動の信頼性が高められる。

さらに、請求項５に記載の発明は、請求項３または請求項４において、前記再生工程時、前記流量検出手段により塩水供給方向の積算流量を検出し、この検出値が前回補水工程時の検出値よりも所定量以上増加していないとき、再生塩の不足を報知することを特徴としている。

請求項５に記載の発明によれば、前記再生工程時には、塩水供給方向の積算流量と、前回補水工程時における補給水供給方向の積算流量とに基づいて、再生塩の不足が報知される。したがって、再生塩の補給忘れに対して早期に対応することができ、再生作動の信頼性が高められる。

この発明によれば、再生作動の信頼性を高めることのできるイオン交換装置を実現することができる。この結果、イオン交換樹脂の再生不良や押出不良を効果的に防止し、所定の水質に調整された処理水を安定して供給することができる。また、この発明によれば、塩水供給装置の構成を簡単化することのできるイオン交換装置を実現することができる。この結果、イオン交換装置の組立やメンテナンスにおける時間を短縮し、製造や保守に係るコストを抑制することができる。

（第一実施形態）
以下、この発明の第一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この第一実施形態に係るイオン交換装置の全体構成図を示している。第一実施形態に係るイオン交換装置は、いわゆる軟水装置であって、水道水，地下水，工業用水などの原水中に含まれる硬度分をナトリウムイオンへ置換して軟水を生成し、この軟水を各種の用水として需要箇所へ供給する目的で使用される。このため、前記軟水装置は、家屋やマンション等の居住建物，ホテルや大衆浴場等の集客施設，ボイラやクーリングタワー等の冷熱機器，食品加工装置や洗浄装置等の水使用機器などの給水元と接続される。

図１において、イオン交換装置１は、樹脂収容部２と、流路制御バルブ３と、塩水供給装置４とを主に備えている。前記樹脂収容部２は、処理材である陽イオン交換樹脂５が充填された有底の樹脂筒６を備えており、この樹脂筒６の開口部は、蓋部材７で閉鎖されている。この蓋部材７には、前記流路制御バルブ３が一体的に装着されており（図示省略）、前記イオン交換装置１の通水作動の流路と再生作動の流路とを制御器（図示省略）から
の指令信号によって切り換えることができるように構成されている。

前記蓋部材７には、流体の供給および排出を行う第一流路８，第二流路９および第三流路１０がそれぞれ形成されている。これらの各流路８，９，１０は、後述するように、前記流路制御バルブ３を構成する各種ラインとそれぞれ接続されている。

前記樹脂収容部２内において、前記第一流路８には、前記樹脂筒６の底部付近へ延びる第一集水管１１が接続されている。そして、前記第一集水管１１の先端部には、前記陽イオン交換樹脂５の流出を防止する第一スクリーン部材１２が装着されている。すなわち、前記第一集水管１１内は、前記第一流路８と連通されるとともに、前記第一スクリーン部材１２による集水位置が前記樹脂筒６の底部付近に設定されている。

また、前記樹脂収容部２内において、前記第二流路９には、前記イオン交換樹脂５の充填層高さの中央部付近へ延びる第二集水管１３が接続されている。そして、前記第二集水管１３の先端部には、前記陽イオン交換樹脂５の流出を防止する第二スクリーン部材１４が装着されている。すなわち、前記第二集水管１３内は、前記第二流路９と連通されるとともに、前記第二スクリーン部材１４による集水位置が前記陽イオン交換樹脂５の充填層高さの中央部付近に設定されている。

ここにおいて、前記第二集水管１３の内径は、前記第一集水管１１の外径よりも大径に設定されており、前記両集水管１１，１３の軸芯は、ともに前記樹脂収容部２の軸芯と同軸上に設定されている。すなわち、前記両集水管１１，１３は、前記第一集水管１１が内管に設定され、また前記第二集水管１３が外管に設定された二重管構造の集水装置として、前記樹脂収容部２に装着されている。

さらに、前記樹脂収容部２内において、前記蓋部材７の下面側には、前記陽イオン交換樹脂５の流出を防止する第三スクリーン部材１５が装着されている。すなわち、前記第三流路１０は、前記第三スクリーン部材１５を介して前記樹脂収容部２内と連通されている。

さて、前記第三流路１０には、前記流路制御バルブ３を介して原水ライン１６が接続されている。また、前記第一流路８には、前記流路制御バルブ３を介して処理水ライン１７が接続されている。すなわち、前記原水ライン１６および前記処理水ライン１７の一部は、それぞれ前記流路制御バルブ３内に形成されている。

前記原水ライン１６には、上流側から順に圧力スイッチ１８および第一開閉弁１９が設けられている。ここにおいて、前記圧力スイッチ１８は、後述する再生作動において、原水圧力の有無を検出するために設けられており、たとえば前記再生作動を正常に行うために必要な０．１MPa前後の圧力にてオンオフするタイプのものである。一方、前記処理水ライン１７には、第二開閉弁２０が設けられている。前記圧力スイッチ１８，前記第一開閉弁１９および前記第二開閉弁２０は、それぞれ前記流路制御バルブ３を構成している。

ここで、前記流路制御バルブ３の構成について、さらに詳細に説明する。前記流路制御バルブ３内において、前記第一開閉弁１９の上流側の前記原水ライン１６は、前記第二開閉弁２０の下流側の前記処理水ライン１７とバイパスライン２１で接続されている。このバイパスライン２１には、第三開閉弁２２が設けられている。

また、前記第一開閉弁１９の上流側の前記原水ライン１６は、前記第二開閉弁２０の上流側の前記処理水ライン１７と第一再生ライン２３で接続されている。この第一再生ライン２３には、前記原水ライン１６側から順にストレーナ２４，第一定流量弁２５，エゼク
タ２６，第四開閉弁２７および第一オリフィス２８が設けられている。ここにおいて、前記ストレーナ２４は、原水中に含まれる懸濁物質を除去し、前記第一定流量弁２５および前記エゼクタ２６の詰まりを防止するためのものである。また、前記第一定流量弁２５は、前記エゼクタ２６へ供給する原水を所定範囲の流量に調節するためのものである。

前記エゼクタ２６と前記第四開閉弁２７の間の前記第一再生ライン２３は、前記第一開閉弁１９の下流側の前記原水ライン１６と第二再生ライン２９で接続されている。この第二再生ライン２９には、第二オリフィス３０が設けられている。ここにおいて、前記第一オリフィス２８および前記第二オリフィス３０は、後述する再生工程および押出工程において、前記第一流路８および前記第三流路１０に対して再生液または原水を均等に分配するためのものである。

前記エゼクタ２６には、ノズル部（符号省略）の吐出側において、前記塩水供給装置４から延設された塩水供給ライン３１が接続されており、この塩水供給ライン３１には、第五開閉弁３２が設けられている。すなわち、前記エゼクタ２６は、原水が前記ノズル部から吐出されるときに発生する負圧を利用して、前記塩水供給装置４から塩水（たとえば、塩化ナトリウムの飽和水溶液）を吸引可能に構成されている。そして、前記エゼクタ２６において、前記塩水供給装置４からの塩水は、原水で所定濃度（たとえば、８〜１２重量％）にまで希釈されるようになっている。

前記第二開閉弁２０の上流側の前記処理水ライン１７には、前記流路制御バルブ３の外部へ延びる第一排水ライン３３が接続されている。この第一排水ライン３３には、前記処理水ライン１７側から順に第六開閉弁３４および第二定流量弁３５が設けられている。また、前記第二オリフィス３０の下流側の前記第二再生ライン２９は、前記第六開閉弁３４の下流側の前記第一排水ライン３３と第二排水ライン３６で接続されている。この第二排水ライン３６には、第七開閉弁３７が設けられている。さらに、前記第二流路９は、前記第六開閉弁３４の下流側の前記第一排水ライン３３と第三排水ライン３８で接続されている。この第三排水ライン３８には、第八開閉弁３９が設けられている。ここにおいて、前記第二定流量弁３５は、前記樹脂収容部２からの排水量を所定範囲の流量に調節するためのものである。

前記流路制御バルブ３において、前記各開閉弁１９，２０，２２，２７，３２，３４，３７，３９は、種々の作動機構および弁構造を採用することができる。具体的には、カム機構により作動されるリフト式またはダイアフラム式の流路開閉弁や、リンク機構により作動されるスライドピストン式の流路開閉弁などがとくに好適である。

つぎに、前記塩水供給装置４の構成について、詳細に説明する。前記塩水供給装置４は、塩水タンク４０を備えており、この塩水タンク４０内には、筒状の塩水ウェル４１と、塩水の貯留部および再生塩４２（たとえば、粒状やペレット状の塩化ナトリウム）の貯蔵部を区画する透水性の塩水プレート４３とが配置されている。ここにおいて、前記塩水ウェル４１の下方の側壁には、連通孔４４が設けられており、塩水または補給水が自在に流通できるようになっている。

前記塩水ウェル４１内には、塩水ストレーナ４５が収容されている。この塩水ストレーナ４５には、エアチェックボール４６と、このエアチェックボール４６が当接または離反する弁座部４７とが内蔵されており、この弁座部４７は、前記塩水供給ライン３１と接続されている。すなわち、前記流路制御バルブ３は、前記塩水タンク４０と前記塩水供給ライン３１で接続されている。

そして、前記塩水供給ライン３１には、塩水供給方向の流量および補給水供給方向の流
量を検出する流量検出手段４８が設けられている。そして、この流量検出手段４８からの検出信号は、前記制御部へ入力されるようになっている。前記流量検出手段４８は、双方向の瞬間流量および積算流量を検出可能に構成された流量センサであって、たとえば接線式流量センサや軸流式流量センサを好適に利用することができる。また、前記流量検出手段４８は、単一方向の瞬間流量および積算流量を検出可能に構成された流量センサを２個使用してもよく、この場合、前記接線式流量センサおよび前記軸流式流量センサ以外にも、カルマン渦式流量センサや電磁式流量センサなどを利用することができる。

以下、この第一実施形態に係る前記イオン交換装置１の通水作動および再生作動について、図２〜図７を参照して詳細に説明する。

前記通水作動では、図２に示すように、前記制御器（図示省略）からの指令信号により、前記第一開閉弁１９および前記第二開閉弁２０は、それぞれ開状態に設定される。一方、前記第三開閉弁２２，前記第四開閉弁２７，前記第五開閉弁３２，前記第六開閉弁３４，前記第七開閉弁３７および前記第八開閉弁３９は、それぞれ閉状態に設定される。前記原水ライン１６を流れる水道水，地下水，工業用水などの原水は、前記第三流路１０を介して供給されたのち、前記樹脂収容部２の上部で前記第三スクリーン部材１５から配水される。

前記第三スクリーン部材１５から配水された原水は、前記陽イオン交換樹脂５の充填層を下降流で流れる過程で硬度分がナトリウムイオンへ置換され、軟水化される。前記陽イオン交換樹脂５の充填層を通過した軟水は、前記樹脂収容部２の底部で前記第一スクリーン部材１２へ集水されたのち、前記第一集水管１１，前記第一流路８および前記処理水ライン１７を介して流通し、需要箇所へ供給される。そして、所定量の軟水を採取することにより、前記陽イオン交換樹脂５が硬度分を置換できなくなると、前記再生作動を実施する。

前記再生作動は、前記陽イオン交換樹脂５の硬度分除去能力を回復させるために、逆洗工程，再生工程，押出工程，洗浄工程および補水工程をこの順で行う。ちなみに、前記再生作動は、通常、軟水を使用しない深夜に実施するように設定されているが、夜間も軟水を必要とする需要箇所においては、前記イオン交換装置１の複数台を並列または直列に設置し、前記通水作動を交互に行うように設定する。

前記逆洗工程では、図３に示すように、前記制御器からの指令信号により、前記第二開閉弁２０，前記第三開閉弁２２および前記第七開閉弁３７は、それぞれ開状態に設定される。一方、前記第一開閉弁１９，前記第四開閉弁２７，前記第五開閉弁３２，前記第六開閉弁３４および前記第八開閉弁３９は、それぞれ閉状態に設定される。前記原水ライン１６を流れる原水は、前記バイパスライン２１，前記処理水ライン１７，前記第一流路８および前記第一集水管１１を介して供給されたのち、前記樹脂収容部２の底部で前記第一スクリーン部材１２から配水される。

前記第一スクリーン部材１２から配水された原水は、前記樹脂収容部２内を上昇流で流れ、前記陽イオン交換樹脂５の充填層を展開させながら、堆積した懸濁物質や破砕などによって生じた微細樹脂を洗い流す。そして、前記陽イオン交換樹脂５の充填層を通過した原水は、前記樹脂収容部２の上部で前記第三スクリーン部材１５へ集水されたのち、前記第三流路１０，前記原水ライン１６，前記第二再生ライン２９および前記第二排水ライン３６を介して前記第一排水ライン３３から系外へ排出される。前記逆洗工程を開始後、前記圧力スイッチ１８がオン状態，すなわち原水圧有りの状態の積算時間が所定時間に達し、所定量の逆洗量が確保されると、前記再生工程へ移行する。

前記再生工程では、図４に示すように、前記制御器からの指令信号により、前記第三開閉弁２２，前記第四開閉弁２７，前記第五開閉弁３２および前記第八開閉弁３９は、それぞれ開状態に設定される。一方、前記第一開閉弁１９，前記第二開閉弁２０，前記第六開閉弁３４および前記第七開閉弁３７は、それぞれ閉状態に設定される。前記原水ライン１６を流れる原水は、希釈水として、前記第一再生ライン２３を介して前記エゼクタ２６の一次側へ供給される。この際、原水中の懸濁物質は、前記ストレーナ２４により除去され、また原水の流量は、前記第一定流量弁２５により所定範囲に調節される。

前記エゼクタ２６において、原水の通過によって前記ノズル部（符号省略）の吐出側で負圧が発生すると、前記塩水供給ライン３１内も負圧となる。この結果、前記塩水タンク４０内の塩水は、前記再生剤供給ライン３１を介して前記エゼクタ２６へ吸引される。前記エゼクタ２６内では、塩水が原水で所定濃度まで希釈され、再生液が調製される。

前記エゼクタ２６からの再生液の一部は、前記第一再生ライン２３，前記処理水ライン１７，前記第一流路８および前記第一集水管１１を介して供給されたのち、前記樹脂収容部２の底部で前記第一スクリーン部材１２から配水される。一方、前記エゼクタ２６からの再生液の残部は、前記第二再生ライン２９，前記原水ライン１６および前記第三流路１０を介して供給されたのち、前記樹脂収容部２の上部で前記第三スクリーン部材１５から配水される。この際、前記エゼクタ２６からの再生液は、前記第一オリフィス２８および前記第二オリフィス３０によって均等に分配される。

前記第一スクリーン部材１２から配水された再生液は、前記陽イオン交換樹脂５の充填層を上昇流で通過し、前記陽イオン交換樹脂５の下層部を再生させる。一方、前記第三スクリーン部材１５から配水された再生液は、前記陽イオン交換樹脂５の充填層を下降流で通過し、前記陽イオン交換樹脂５の上層部を再生させる。すなわち、この第一実施形態では、前記陽イオン交換樹脂５の充填層に対して分流再生（split-flow regeneration）が行われる。この際、下降流の再生液は、前記陽イオン交換樹脂５の充填層を下向きに押圧し、上昇流の再生液によって前記陽イオン交換樹脂５が展開および流動することを抑制する。そして、前記陽イオン交換樹脂５の充填層を通過した再生液は、前記陽イオン交換樹脂５の充填層高さの中央部付近で前記第二スクリーン部材１４へ集水されたのち、前記第二集水管１３，前記第二流路９および前記第三排水ライン３８を介して前記第一排水ライン３３から系外へ排出される。

前記塩水タンク４０内では、前記再生工程の進行とともに塩水が消費され、経時的に水位が下降する。一方、前記塩水ストレーナ４５内では、水位の下降にともなって前記エアチェックボール４６が下降する。そして、前記弁座部４７の位置まで塩水が消費されると、前記エアチェックボール４６が前記弁座部４７と当接し、塩水の流出と空気の吸引とを遮断する（図５参照）。

前記再生工程時には、前記流量検出手段４８により塩水供給方向の瞬間流量，すなわち前記塩水供給ライン３１を介して前記塩水タンク４０から前記エゼクタ２６へ流れる塩水の瞬間流量が検出される。そして、この検出値がゼロを超え，かつ所定流量未満のとき、再生の異常を報知する。ここで、前記所定流量は、たとえば前記再生工程を正常に行うために必要な０．１MPaの原水圧力のとき、前記塩水供給ライン３１を流れる塩水の瞬間流量に基づいて設定される。

前記イオン交換装置１では、塩水供給系統，たとえば前記エゼクタ２６や前記塩水ストレーナ４５に詰まりが発生している場合、前記再生工程で所定量の塩水が消費されず、再生不良によって処理水の水質悪化を引き起こす。このため、第一実施形態では、塩水供給方向の瞬間流量に基づいて、再生の異常を報知することによって、早期のメンテナンスを
促し、前記再生作動の信頼性を高めるようにしている。ここにおいて、再生の異常の報知は、たとえば前記制御器に接続されたブザー，液晶表示，あるいはランプなどによって行い、使用者にメンテナンス拠点への連絡を要請する。また、再生の異常の報知は、たとえば前記制御器からメンテナンス拠点へ通信回線を利用して、直接行ってもよい。

また、前記再生工程時には、前記瞬間流量の検出値がゼロになったとき、前記再生工程を終了するとともに、前記押出工程へ移行する。前記したように、所定量の塩水が消費され、前記エアチェックボール４６が前記弁座部４７と当接すると、塩水の流出が遮断される。すると、前記塩水供給ライン３１を流れる塩水の瞬間流量もゼロになるため、前記押出工程への移行時期を検出することが可能になる。

ここで、従来のイオン交換装置は、前記再生工程および前記押出工程を両者の合計時間のみで制御していた。この場合、たとえば前記エゼクタ２６への原水圧力が低下すると、塩水の消費に時間がかかり、前記押出工程の時間が少なくなることによって押出量が減少する。そして、押出不良によって処理水の水質悪化を引き起こす。このため、第一実施形態では、塩水供給方向の瞬間流量に基づいて、前記押出工程への移行時期を検出することによって、前記押出工程の開始時点から所定の押出量を確保し、前記再生作動の信頼性を高めるようにしている。

さらに、前記再生工程時には、前記流量検出手段４８により塩水供給方向の積算流量，すなわち前記再生工程の開始時点から前記瞬間流量の検出値がゼロとなるまでの積算流量が検出される。そして、この検出値が前回補水工程時の検出値，すなわち前記塩水タンク４０への補給水の供給量よりも所定量以上増加していないとき、前記再生塩４２の不足を報知する。前記補水工程における積算流量の検出については、後述する。

前記補水工程において、一定量の補給水を供給し、この補給水に前記再生塩４２である塩化ナトリウムが溶解して飽和塩水が生成すると、このときの飽和塩水の容量は、補給水の供給量に対して、１２〜１３％増加する。この増加割合は、温度によらず、ほぼ一定である。一方、前記再生塩４２がなくなり、飽和塩水が生成できなくなると、前記増加割合は、１２％未満となる。したがって、たとえば前記補水工程時に毎回１０リットルの補給水を供給するように設定されている場合、前記再生工程時の塩水消費量が１１．２リットル未満であったときには、前記再生塩４２が不足していると判断することができる。

前記イオン交換装置１では、前記再生塩４２が不足している場合、再生不良によって処理水の水質悪化を引き起こす。このため、この第一実施形態では、塩水供給方向の積算流量と、前回補水工程時における補給水供給方向の積算流量とに基づいて、前記再生塩４２の不足を報知することによって、早期の補給を促し、前記再生作動の信頼性を高めるようにしている。ここにおいて、前記再生塩４２の不足の報知は、使用者に対し、たとえば前記制御器に接続されたブザー，液晶表示，あるいはランプなどによって行う。

前記押出工程では、図５に示すように、前記制御器からの指令信号により、前記第三開閉弁２２，前記第四開閉弁２７および前記第八開閉弁３９は、それぞれ開状態に設定される。一方、前記第一開閉弁１９，前記第二開閉弁２０，前記第五開閉弁３２，前記第六開閉弁３４および前記第七開閉弁３７は、それぞれ閉状態に設定される。前記原水ライン１６を流れる原水は、押出水として、前記第一再生ライン２３を介して前記エゼクタ２６の一次側へ供給される。この際、原水中の懸濁物質は、前記ストレーナ２４により除去され、また原水の流量は、前記第一定流量弁２５により所定範囲に調節される。また、前記エゼクタ２６への塩水の供給は、停止されている。

前記エゼクタ２６からの原水の一部は、前記第一再生ライン２３，前記処理水ライン１
７，前記第一流路８および前記第一集水管１１を介して供給されたのち、前記樹脂収容部２の底部で前記第一スクリーン部材１２から配水される。一方、前記エゼクタ２６からの原水の残部は、前記第二再生ライン２９，前記原水ライン１６および前記第三流路１０を介して供給されたのち、前記樹脂収容部２の上部で前記第三スクリーン部材１５から配水される。この際、前記エゼクタ２６からの原水は、前記第一オリフィス２８および前記第二オリフィス３０によって均等に分配される。

前記第一スクリーン部材１２から配水された原水は、再生液を押し出しながら前記陽イオン交換樹脂５の充填層を上昇流で通過し、前記陽イオン交換樹脂５の下層部を引き続き再生させる。一方、前記第三スクリーン部材１５から配水された原水は、再生液を押し出しながら前記陽イオン交換樹脂５の充填層を下降流で通過し、前記陽イオン交換樹脂５の上層部を引き続き再生させる。この際、下降流の原水は、前記陽イオン交換樹脂５の充填層を下向きに押圧し、上昇流の原水によって前記陽イオン交換樹脂５が展開および流動することを抑制する。そして、前記陽イオン交換樹脂５の充填層を通過した再生液および原水は、前記陽イオン交換樹脂５の充填層高さの中央部付近で前記第二スクリーン部材１４へ集水されたのち、前記第二集水管１３，前記第二流路９および前記第三排水ライン３８を介して前記第一排水ライン３３から系外へ排出される。前記押出工程を開始後、前記圧力スイッチ１８がオン状態，すなわち原水圧有りの状態の積算時間が所定時間に達し、所定量の押出量が確保されると、前記洗浄工程へ移行する。

前記洗浄工程では、図６に示すように、前記制御器からの指令信号により、前記第一開閉弁１９，前記第三開閉弁２２および前記第六開閉弁３４は、それぞれ開状態に設定される。一方、前記第二開閉弁２０，前記第四開閉弁２７，前記第五開閉弁３２，前記第七開閉弁３７および前記第八開閉弁３９は、それぞれ閉状態に設定される。前記原水ライン１６を流れる原水は、洗浄水として、前記第三流路１０を介して供給されたのち、前記樹脂収容部２の上部で前記第三スクリーン部材１５から配水される。

前記第三スクリーン部材１５から配水された原水は、前記樹脂収容部２内に残留している再生液を洗い流しながら、前記陽イオン交換樹脂５の充填層を下降流で通過する。そして、前記陽イオン交換樹脂５の充填層を通過した原水は、前記樹脂収容部２の底部で前記第一スクリーン部材１２へ集水されたのち、前記第一集水管１１，前記第一流路８，前記処理水ライン１７および前記第一排水ライン３３を介して系外へ排出される。前記洗浄工程を開始後、前記圧力スイッチ１８がオン状態，すなわち原水圧有りの状態の積算時間が所定時間に達し、所定量の洗浄量が確保されると、前記補水工程へ移行する。

前記補水工程では、図７に示すように、前記制御器からの指令信号により、前記第三開閉弁２２および前記第五開閉弁３２は、それぞれ開状態に設定される。一方、前記第一開閉弁１９，前記第二開閉弁２０，前記第四開閉弁２７，前記第六開閉弁３４，前記第七開閉弁３７および前記第八開閉弁３９は、それぞれ閉状態に設定される。前記原水ライン１６を流れる原水は、補給水として、前記第一再生ライン２３を介して前記エゼクタ２６の一次側へ供給される。この際、原水中の懸濁物質は、前記ストレーナ２４により除去され、また原水の流量は、前記第一定流量弁２５により所定範囲に調節される。

前記エゼクタ２６からの補給水は、前記再生剤供給ライン３１を介して前記塩水タンク４０内へ供給される。この際、前記エアチェックボール４６は、補給水の圧力によって前記弁座部４７から離反される。この結果、前記塩水タンク４０内へ補給水が流入可能になる。そして、前記塩水タンク４０内では、前記補水工程の進行とともに補給水が供給され、経時的に水位が上昇する。

前記補水工程時には、前記流量検出手段４８により補給水供給方向の積算流量，すなわ
ち前記塩水供給ライン３１を介して前記エゼクタ２６から前記塩水タンク３９へ流れる補給水の積算流量が検出される。そして、この検出値が所定量に達したとき、前記補水工程を終了する。前記補水工程を終了すると、再び前記通水作動を実施する。前記塩水タンク４０内へ供給された補給水は、前記通水作動中に前記再生塩４２を溶解させ、飽和塩水を生成する。

ここで、補給水の供給量は、前記陽イオン交換樹脂５の交換能力を所定値まで回復させることのできる前記再生塩４２の必要量に基づいて設定され、この必要量から飽和塩水を生成することのできる量に設定される。また、前記補水工程の開始時点から終了時点までの積算流量の検出値，すなわち補給水の供給量は、次回再生工程において、前記再生塩４２の不足を判断するために利用される。

ここで、従来のイオン交換装置は、構成の複雑な塩水バルブにより補給水の供給量を制御していた。この場合、補水停止位置を決めるフロートバルブが結晶塩により固着すると、所定量の補給水が供給されず、塩水量が不足する。そして、再生不良によって処理水の水質悪化を引き起こす。このため、第一実施形態では、補給水供給方向の積算流量に基づいて、一定量の補給水を供給することによって、前記塩水供給装置４の構成を簡単化するようにしている。

ところで、前記再生作動中は、前記樹脂収容部２を迂回した原水が需要箇所の要求に応じて供給される。前記再生作動中には、前記第三開閉弁２２が常に開状態に設定されているので、前記第一開閉弁１９の上流側の前記原水ライン１６を流れる原水は、前記バイパスライン２１を介して前記第二開閉弁２０の下流側の前記処理水ライン１７へ供給される。したがって、前記再生作動中においても、需要箇所では水を使用することが可能になっている。とくに、前記イオン交換装置１を直列に設置している場合には、上流側が前記再生作動中のときには、下流側の前記通水作動によって軟水が供給される。一方、下流側が前記再生作動中のときには、上流側の前記通水作動によって軟水が供給される。

以上の第一実施形態によれば、再生作動の信頼性を高めることのできるイオン交換装置を実現することができる。この結果、イオン交換樹脂の再生不良や押出不良を効果的に防止し、所定の水質に調整された処理水を安定して供給することができる。また、この発明によれば、塩水供給装置の構成が簡単化することのできるイオン交換装置を実現することができる。この結果、イオン交換装置の組立やメンテナンスにおける時間を短縮し、製造や保守に係るコストを抑制することができる。

（第二実施形態）
前記第一実施形態では、前記陽イオン交換樹脂５の交換能力を分流再生により回復させているが、他の再生方式を利用することもできる。たとえば、一般的に行われている並流再生（co-flow regeneration）や向流再生（counter-flow regeneration）によって、前記陽イオン交換樹脂５の交換能力を回復させてもよい。

（第三実施形態）
前記第一実施形態および前記第二実施形態では、前記塩水タンク４０内の塩水を前記エゼクタ２６を利用して供給しているが、他の手段を利用することもできる。たとえば、前記塩水供給ライン３１にポンプ（図示省略）を設け、このポンプによって、前記塩水タンク４０内の塩水を前記第一再生ライン２３へ供給するように構成してもよい。この場合、前記ポンプは、前記再生工程の開始時点で駆動し、前記流量検出手段４８により検出される塩水供給方向の瞬間流量がゼロになったとき、停止するように制御する。

（第四実施形態）
前記第一実施形態，前記第二実施形態および前記第三実施形態では、前記イオン交換装
置１を軟水装置として使用する場合について説明したが、他のイオン交換装置として使用することもできる。たとえば、前記イオン交換装置１において、前記陽イオン交換樹脂５を陰イオン交換樹脂へ置換すれば、硝酸性窒素除去装置として使用することが可能になる。

第一実施形態に係るイオン交換装置の全体構成図。 第一実施形態に係るイオン交換装置の通水作動を示す説明図。 第一実施形態に係るイオン交換装置の逆洗工程を示す説明図。 第一実施形態に係るイオン交換装置の再生工程を示す説明図。 第一実施形態に係るイオン交換装置の押出工程を示す説明図。 第一実施形態に係るイオン交換装置の洗浄工程を示す説明図。 第一実施形態に係るイオン交換装置の補水工程を示す説明図。

符号の説明

１ イオン交換装置
２ 樹脂収容部
３ 流路制御バルブ
５ 陽イオン交換樹脂（イオン交換樹脂）
３１ 塩水供給ライン
４０ 塩水タンク
４８ 流量検出手段

Claims (5)

1. イオン交換樹脂を充填した樹脂収容部と、通水作動および再生作動を切り換える流路制御バルブと、再生に用いる塩水を貯留する塩水タンクとを備え、前記流路制御バルブを前記塩水タンクと塩水供給ラインで接続したイオン交換装置であって、
   前記塩水供給ラインに塩水供給方向の流量および補給水供給方向の流量を検出する流量検出手段を設けたことを特徴とするイオン交換装置。
2. 請求項１に記載のイオン交換装置の制御方法であって、
   補水工程時、前記流量検出手段により補給水供給方向の積算流量を検出し、この検出値が所定量に達したとき、前記補水工程を終了することを特徴とするイオン交換装置の制御方法。
3. 再生工程時、前記流量検出手段により塩水供給方向の瞬間流量を検出し、この検出値がゼロを超え，かつ所定流量未満のとき、再生の異常を報知することを特徴とする請求項２に記載のイオン交換装置の制御方法。
4. 再生工程時、前記流量検出手段により塩水供給方向の瞬間流量を検出し、この検出値がゼロになったとき、前記再生工程を終了するとともに、押出工程へ移行することを特徴とする請求項２に記載のイオン交換装置の制御方法。
5. 前記再生工程時、前記流量検出手段により塩水供給方向の積算流量を検出し、この検出値が前回補水工程時の検出値よりも所定量以上増加していないとき、再生塩の不足を報知することを特徴とする請求項３または請求項４に記載のイオン交換装置の制御方法。

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