２つの較正特性を有する硬水軟化システムを動作させる方法および関連する硬水軟化システム

专利摘要:
要約すると、本発明は、流入する原水の体積流量Ｖ（ｔ）ｒａｗを２つの部分体積流量Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ１ｓｏｆｔ、Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ２ｒａｗに分割し、部分体積流量Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ１ｓｏｆｔを完全な軟化工程にかけ、その後、２つの部分体積流量を再び統合して混合水の体積流量Ｖ（ｔ）ａｄｍｉｘｅｄにする硬水軟化装置（１）に、原水の伝導率に基づいて水硬度を決定するための２つの異なる変換モードを提供することを提案するものである。第１の較正曲線（Ｆ１）を用いる変換は控え目で、様々な伝導率で見出される最大の水硬度を反映しており、この変換モードは、イオン交換樹脂の容量が分かっている場合に、イオン交換樹脂（５）の再生を自動的に制御するために用いられる。第２の較正曲線（Ｆ２）を用いる変換は実態に近く、様々な伝導率における平均の水硬度（すなわち、最小の統計上の誤差を受ける硬度）を反映しており、この変換モードは、混合装置（すなわち、混合水中の２つの部分体積流量の割合）を制御するために用いられる。本発明に基づいて、実験で見出される水の組成のばらつき（したがって、伝導率と水硬度の間の様々な相関関係）を考慮に入れ、再生の最適な時点を決定し、設定値に対する混合水の硬度の許容値を最小限に抑えることができる。
公开号:JP2011505243A
申请号:JP2010536320
申请日:2008-12-04
公开日:2011-02-24
发明作者:ラルフ ソークニック；クラウス ナイトハルト；アレクサンダー ハウグ；ジークフリート マーサー
申请人:ユード ヴァッサーアオフベライトゥング ゲー・エム・ベー・ハーＪｕｄｏ Ｗａｓｓｅｒａｕｆｂｅｒｅｉｔｕｎｇ ＧｍｂＨ；
IPC主号:C02F1-42

专利说明:

[0001] 本発明は、イオン交換装置を有する硬水軟化システムであって、イオン交換樹脂と、イオン交換樹脂を再生する再生溶液を供給するための供給容器と、混合装置と、少なくとも１つの流量計とを備えるシステムを動作させる方法であって、
硬水軟化システムへ向かう原水の流入体積流量Ｖ（ｔ）ｒａｗが、硬水軟化システムの上流または内部で第１の部分体積流量と第２の部分体積流量に分割され、第１の部分体積流量がイオン交換樹脂を通して導かれ、その軟化された部分体積流量Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ１ｓｏｆｔが原水を含む第２の部分体積流量Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ２ｒａｗに混合され、それによって、硬水軟化システムの内部または下流で混合水の流出体積流量Ｖ（ｔ）ａｄｍｉｘｅｄが形成され、
混合水の流出体積流量Ｖ（ｔ）ａｄｍｉｘｅｄにおける第１の部分流量と第２の部分流量の間の割合を、混合装置によって調節することが可能であり、
−伝導率センサによって原水の伝導率を決定し、これから制御ユニットに記憶された較正特性を用いて原水の全硬度を決定するステップと、
−少なくとも１つの流量計を用いて、第１の部分体積Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ１ｓｏｆｔを直接的または間接的に決定するステップと、
を含む方法に関する。]
背景技術

[0002] こうした種類の方法は、欧州特許第０９００７６５Ｂ１号によって知られている。]
[0003] 技術的な理由または便宜的な理由によって、軟化されたまたは部分的に軟化された水に対する要件が存在する場合、硬水軟化システムが様々な利用法で用いられる。イオン交換法による軟化では、硬度を形成するイオン、すなわちカルシウムイオンおよびマグネシウムイオンが、ナトリウムイオンに交換される。これは、ナトリウムイオンで満たされた樹脂（イオン交換樹脂）によって行われる。樹脂が消耗した場合には、再び軟化工程に利用することができるように、ナトリウム塩水を用いて樹脂を再生しなければならない。]
[0004] イオン交換樹脂が十分に消耗し、再生が差し迫った状態になる時点は、硬水軟化システムの公称容量、水質（すなわち原水の質）および水の消費量に依存する。主な課題は、水質に関係なく再生の適切な時点を自動的かつ明確に決定することである。再生の開始が早すぎる場合には、塩の消費量が増大して環境が汚染され、再生の開始が遅すぎる場合には、硬度のブレイクスルー（ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ）が生じる。]
[0005] 硬水軟化装置の再生の時点を決定する１つの方法が、例えばＤＥ１９８４１５６８Ａ１によって知られている。ここでは、軟化装置の上流および下流で電気伝導率が測定され、これから伝導率の差が確かめられる。しかし、この方法の欠点は、カルシウム／ナトリウムの交換によって伝導率はわずかな変化しか受けず、結果として、再生の時点を正確に決定することができないことである。また不完全な軟化が既に起こっていた場合、すなわち硬度のブレイクスルーが始まっていた場合のみ、再生を開始することができる。]
[0006] 米国特許第６，８１４，８７２Ｂ２号は、硬水軟化装置の再生を制御するための装置および方法について記載している。このために、伝導率センサまたはイオン選択電極、および水量計によって水硬度および軟化する水の体積が決定され、信号が電子制御装置に出力される。その時点までに水から除かれた硬度の全体的なレベルと硬水軟化装置の容量とを比較することによって、再生の時点が決定される。しかし、イオン選択電極は破損しやすく、定期的なメンテナンス作業を必要とする。さらに、こうした電極は高価である。]
[0007] 技術的または経済的な理由によって、部分的に軟化された水のみを用いることが必要になる、または望まれることがしばしばある。下流の配管設備では、もはや保護コーティングを形成することができないときにはいつも、完全に軟化された水によって腐食の問題が引き起こされる可能性がある。さらに、完全な軟化の場合には軟化装置の容量が急速に消耗し、したがって早く再生を行う必要がある。これは塩の高消費と共に進行し、高支出を伴うものである。部分的な軟化を実施するために、（純水または軟水としても知られる）軟化された水と原水を混合するための装置（混合装置）が必要になる。通常は、混合水、すなわち軟化された水と原水の混合物における水硬度を調節および制御することが望まれている。]
[0008] 混合装置を用いたイオン交換法による硬水軟化用の装置が、欧州特許第０９００７６５Ｂ１号に記載されている。イオン交換装置の再生工程を制御し、原水と純水を混合するために、流入する原水の硬度がコンダクタンスセンサによって決定される。さらに純水用および原水用の流量計に加えて、追加のコンダクタンスセンサがイオン交換材料内で用いられ、その信号が電子評価・制御ユニットによって処理される。しかし、この周知の装置は、多数の電極を必要とするために比較的複雑な構成を有し、したがって高価である。さらに、この装置を用いた混合水の硬度調節はかなり不正確である。]
発明が解決しようとする課題

[0009] 本発明の目的は、イオン交換樹脂の再生の時点および混合水の硬度の調節を、高い精度で費用効果的に決定することを可能にする、序文において言及した種類の方法を提供することである。]
課題を解決するための手段

[0010] この目的は、
イオン交換樹脂の再生工程を制御するために用いられる原水の全硬度Ｉが、測定された伝導率から第１の較正特性によって得られること、および
混合装置を制御するために用いられる原水の全硬度ＩＩが、測定された伝導率から第２の較正特性によって得られること
を特徴とする、最初に言及した種類の方法によって達成される。]
[0011] 再生および混合を正確に制御するためには、流入する原水の水硬度を決定しなければならない。しかし、電気コンダクタンスまたは伝導率はそれぞれ、水硬度、すなわち水のカルシウムおよびマグネシウムの含有量に条件付きで対応するだけである。むしろコンダクタンスは、水中に溶解したイオンの合計を扱う総括的なパラメータである。比伝導率の場合に存在する実際の水硬度は、数°ｄＨだけ変化することがある（訳者注：°ｄＨはドイツの度数、１°ｄＨ＝１．２５３°ｅ（イギリスの度数）または１．７８°ｆＨ（フランスの度数））。コンダクタンスから推測される水硬度が実際の水硬度を上回る場合には、再生の開始が早くなりすぎ、その結果、塩の消費量が増加し、一方、計算された水硬度が実際の水硬度より低いと、再生の開始が遅くなりすぎ、したがって硬度のブレイクスルーをまねく。硬度のブレイクスルーを防止するために、最新技術では通常、実際の水硬度を上回る水硬度を用いて再生工程を制御する。この値を混合工程の制御にも用いた場合には、所望される実際の混合水の硬度に関する標準偏差が増大する。欧州特許第０９００７６５Ｂ１号でも、イオン交換装置の再生の制御と原水および純水の混合の制御の両方にただ１つの硬度コンダクタンスが用いられ、混合水の硬度の前記不正確をもたらす。]
[0012] 本発明による方法では、再生工程の制御に利用される水硬度は、測定された伝導率から、多数の水分析から経験的に得られた第１の較正特性によって決定される。この第１の較正特性（較正曲線）は、前記曲線から決められた水硬度が、少なくとも適切な近似によってこの伝導率で見出される最大の水硬度に対応するように定められる。これによって再生工程の開始が遅くなりすぎるのを防止し、硬度のブレイクスルーが確実に回避される。さらに再生塩の消費量は、（高い消費量を伴うときのみ正確に決定することができる）存在する実際の水硬度を考えたときよりわずかに高くなるだけである。]
[0013] この第１の較正特性を混合装置（または混合水中の原水および軟水の部分）の制御にも用いると、ほとんどの場合に原水の水硬度が過大評価され、制御によって、混合水の実際の水硬度はあらかじめ定められたものより小さくなる。換言すれば、混合水の実際の水硬度の目標値からの逸脱は、コンダクタンスが同じで組成が異なる飲料水における水硬度のばらつきによって予想されるものよりずっと大きくなる。]
[0014] したがって、本発明による方法では、第２の較正特性（較正曲線）が用いられる。第２の較正曲線から決定される水硬度は、多数の水のデータセットから、（少なくとも適切な近似によって）この伝導率で見出される水の全硬度の平均値として得られる。この第２の曲線によって、伝導率から決定される原水の硬度と実際の原水の水硬度との間により高い適合性を得ることが可能になる。このため、混合水の水硬度の調節または制御それぞれにおいて、より高い精度を得ることが可能になる。混合制御の目標値として設定された水硬度からの実際の水硬度の標準偏差は、原則的に電気コンダクタンスが等しく、タイプが異なる水で生じ得る水硬度から得られるばらつきにのみ対応している。]
[0015] 従来技術と比べると、両方の較正曲線を使用することによってはるかに高い精度の混合動作が保証され、また同時に、硬度のブレイクスルーが確実に防止される。本発明の範囲内では、混合水の硬度に関してあらかじめ定められた許容値を容易に守ることができる。高価なイオン選択電極を使用する必要がなく、本発明による方法は、従来の総括的なコンダクタンスのみを必要とする。]
[0016] 特に、規格Ｅ ＤＩＮ １９６３６−１００、２００６−０７に規定される許容値には、複雑でない費用効果的な方法で準拠することができる。前記規格は、「混合水中のアルカリ土類イオンの合計が、任意の設定値から＋０．４ｍｏｌ／ｍ３および−０．２ｍｏｌ／ｍ３より大きく逸脱してはならない」ことを定めている。第１の較正曲線のみを使用すると、（原水の組成の変動範囲に依存する）ほとんどの場合、この規格に準拠することができない。]
[0017] 第１の部分体積流量Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ１ｓｏｆｔは、（この部分体積流量に関する流量計によって）直接的に、または（その測定から第１の部分体積流量を得ることができる他の体積流量に関する流量計によって）間接的に決定することができる。本発明の範囲内において、少なくとも（再生の時点を決定する）第１の部分体積流量が、および好ましくは（混合水の組成をより正確に制御するための）第２の部分体積流量も決定される。２つの部分体積流量Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ１ｓｏｆｔおよびＶ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ２ｒａｗを決定するには、２つの部分体積流量の一方を直接決定し（第１の部分体積流量Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ１ｓｏｆｔについては、軟化工程の前と後の両方で行うことができる）、さらに流入する（上流の）原水の体積流量Ｖ（ｔ）ｒａｗまたは流出する（下流の）混合水の体積流量Ｖ（ｔ）ａｄｍｉｘｅｄを決定すれば十分であり、硬水軟化システムの通常の動作中、Ｖ（ｔ）ｒａｗ＝Ｖ（ｔ）ａｄｍｉｘｅｄ＝Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ１ｓｏｆｔ＋Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ２ｒａｗが適用されることに留意すべきである。次いで、直接決定されない部分体積流量を、引き算によって計算する（部分体積流量を間接的に決定する）ことができる。文字ｔは、時間を表している。]
[0018] 本発明は、特に飲料水を軟化するために、特に家庭給水システムに使用することが可能である。本発明に従って動作させる硬水軟化システムは、大規模な設置作業なしに家庭給水システムに接続し、すぐに動作させることができる。硬水軟化システムは、伝導率の測定によって局所的な水の成分に対する自動調節を行い、２つの較正特性によって、再生を自動的に制御する場合にも混合装置を自動的に制御する場合にも、硬度の適切な評価が得られる。（例えば較正のための）手動による追加設定は不要である。]
[0019] （本発明の好ましい変形形態）
本発明による方法の特に好ましい変形形態では、第１の較正特性から得られる全硬度Ｉが、少なくとも部分的には（ｓｅｃｔｉｏｎ−ｗｉｓｅ）、第２の較正特性から得られる全硬度ＩＩより大きいようになっている。この一群の較正特性によって、イオン交換樹脂再生の目的における原水の硬度の過小評価と、混合制御のための硬度の体系的な過大評価の両方が回避される。換言すれば、一方では適時の再生が保証され、他方では任意の原水に対して、所望の混合水の硬度を厳しい許容値の範囲内により簡単に維持することができる。２つの異なる全硬度ＩおよびＩＩの使用は、再生および混合工程に対してあらかじめ定められた異なる許容値を考慮したものである。混合工程では、設定値を下回るおよび上回る逸脱が許容される一方、再生が引き起こされるときには、開始が早すぎる場合のみ許容されるが、開始が遅れた場合は許容されない。]
[0020] 第１の較正特性が、１°ｄＨあたり２８〜３５μＳ／ｃｍ、特に１°ｄＨあたり３０〜３３μＳ／ｃｍの変換係数を用いる当該方法の変形形態も好ましい。これらの値に基づいて、局所的な飲料水の組成に多くのばらつきがある場合にも、安全かつ等しく塩を保ちながらコンダクタンスの水硬度への変換が行われる。異なる約３００種類の飲料水の分析の評価により、１°ｄＨ＊あたり２８〜３５μＳ／ｃｍ、特に１°ｄＨあたり３０〜３３μＳ／ｃｍの変換係数を用いると、計算される水硬度が、そのコンダクタンスで実際に見出される水硬度の範囲の上限に相当することが明らかにされている。したがって、一方では適時の再生工程の開始が保証され、他方では、早すぎる再生は行われなくなり、ＤＩＮ ＥＮ １４７４３規格に規定される、使用する再生塩１キログラムあたり４モル（４００ｇのＣａＣＯ３）の最小交換容量を容易にしのぐようになる。]
[0021] 第２の較正特性が１°ｄＨあたり３５〜４４μＳ／ｃｍ、特に１°ｄＨあたり３８〜４１μＳ／ｃｍの変換係数を用いることによる、当該方法の変形形態も好ましい。これらの値に基づいて、局所的な飲料水の組成に多くのばらつきがある場合も、きわめて正確なコンダクタンスの水硬度への変換が行われる。前記異なる約３００種類の飲料水の分析の評価により、この第２の変換係数をベースに用いて計算された水硬度が、そのコンダクタンスで実際に見出される水硬度の範囲の平均的な領域内になることが示される。こうして計算された原水の硬度を、原水と軟化された水の混合を制御するために用いるときはいつも、実際の混合水の硬度が、容易にＥ ＤＩＮ １９６３６−１００、２００６−０７規格によって規定される許容値の範囲内になる。]
[0022] 当該方法の特に好ましい変形形態では、電子制御ユニットが、第１の較正特性から得られる原水の全硬度Ｉ、イオン交換樹脂を通って流れた原水の量（すなわち、全体的な部分体積流量Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ１ｓｏｆｔの軟化された水の量）、および制御ユニットに記憶されたイオン交換樹脂の容量に基づいて、再生工程のトリガを開始することが提案される。特定のシステム容量の場合に原水の硬度および量から推測される、交換された硬度形成体（ｈａｒｄｎｅｓｓ ｆｏｒｍｅｒ）の数を比較することによって、消耗した樹脂の再生の適時かつ自動的な開始がもたらされる。]
[0023] 当該方法の好ましい変形形態では、混合装置の制御が、第２の較正特性から得られる原水の全硬度ＩＩ、およびあらかじめ定められた混合水の硬度のみに基づいて行われるようになっている。この変形形態では、硬水軟化システムの通常動作の間、混合水中の２つの部分体積流量の割合は混合装置の設定のみに基づいて推測され（このために、混合装置の異なる設定によって生じる部分体積流量の割合をあらかじめ決定し、電子制御ユニットに記憶させなければならない）、また通常動作中に両方の部分体積流量を決定することにより、混合装置の設定に関するフィードバックは存在しない。これによって、混合工程の制御がかなり簡易化される。硬水軟化システムの流入側および流出側での圧力条件が一定である場合には、混合工程は、ほとんどの用途に対して十分正確なものになる。この制御の変形形態は、硬水軟化システムの動作の開始時に、フィードバックを行うために両方の部分体積流量の測定値をまだ利用することができない間、過渡的に用いることもできる。]
[0024] 当該方法の特に好ましい別の変形形態では、硬水軟化システムが少なくとも２つの流量計を有し、第１の部分体積流量Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ１ｓｏｆｔおよび第２の部分体積流量Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ２ｒａｗが、少なくとも２つの流量計（１３、１４、１７）を用いて直接的または間接的に決定され、ならびに混合装置が、特定の部分体積流量Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ１ｓｏｆｔおよびＶ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ２ｒａｗを用いるフィードバック工程において、第２の較正特性から得られた原水の全硬度ＩＩ、およびあらかじめ定められた混合水の硬度に基づいて制御されるようになっている。この変形形態では、硬水軟化装置の通常動作中の部分体積流量を絶えず監視（測定／決定）し、また混合装置の調節設定を自動的に追跡して、混合水中の部分体積流量の割合が、（全硬度ＩＩによる）測定された原水の硬度およびあらかじめ定められた混合水の硬度から得られる規格値に常に従うようにする。これにより、外的な制約（流入する原水の圧力、または流出する混合水の体積流量の大きさなど）による変動のために生じる可能性がある混合水中の部分体積流量の割合の変動を補償し、混合装置の設定を同じにすることが可能になり、通常動作における混合水の硬度は、高度な正確さで設定値に準拠するようになる。原水の硬度が分かっている場合には、軟化された水および混合された原水の体積流量を制御することによって、０°ｄＨと原水の硬度の間で任意の混合水の硬度を設定することができる。例えば原水は、バイパス管を介して軟化された水に混合することができる。混合水の硬度を正確に設定するには、原水の硬度を正確に知らなければならない。実際の原水の硬度は、第２の較正特性から得られる原水の全硬度ＩＩからきわめて小さい範囲でしか逸脱せず、したがって、混合水の硬度は設定値からほとんど逸脱しない。]
[0025] 当該方法の好ましい変形形態では、再生溶液の伝導率が他の伝導率センサによって決定される。これは、例えば再生工程中に樹脂床への再生溶液の供給管内で行うことができる。これによって、再生用の再生溶液中の塩の濃度の妥当性を確認することが可能になる。例えば塩が不足しているために、または塩が塩水中に完全に溶解していないときなど、必要な塩の濃度が得られない場合には、樹脂の不完全な再生しか行われない。伝導率の測定によって塩水の濃度を監視することによって、不完全な再生、および結果的に後に続く硬度のブレイクスルーが防止される。光または音による信号装置によって、不十分な塩濃度を知らせることが好ましい。]
[0026] 本発明はまた、イオン交換装置を有する硬水軟化システムであって、イオン交換樹脂と、イオン交換樹脂を再生する再生溶液を供給するための供給容器と、原水と軟化された水を混合するための混合装置と、原水の伝導率を測定するための伝導率センサと、少なくとも１つ、好ましくは２つの流量計と、および電子制御ユニットとを備えるシステムにおいて、電子制御ユニットが、原水の全硬度をその伝導率から決定するために、複数の較正特性を内部に記憶したメモリを有することを特徴とする硬水軟化システムを包含する。複数の較正特性が記憶されているとき、伝導率は水中に溶解させたすべてのイオンを扱う総括的なパラメータに相当するものと説明されるが、水の硬度は単に、例えばカルシウムイオンとマグネシウムイオンの合計によって決まるものである。したがって、特定の水硬度において存在する伝導率は、カルシウムイオンおよびマグネシウムイオン以外の水中に存在するイオンによって異なる。例えばナトリウムまたはカリウムなどのモノイオンの割合が高い場合には、それに伴って伝導率も高くなるが、全硬度、すなわちカルシウムイオンおよびマグネシウムイオンの含有量は低い可能性がある。他方では、カルシウムイオンおよびマグネシウムの含有量が高く、ナトリウムの含有量が低い水は、伝導率が比較的低いにもかかわらず、十分に高い水硬度を有する可能性がある。これは、特定の伝導率において存在する水硬度が特定の間隔内にあることを意味している。この間隔は２つの較正特性によって考慮される。これによって、再生および混合を正確に制御することが可能になる。本発明による硬水軟化装置は、先に参照した本発明の動作方法に特に適している。]
[0027] 本発明による硬水軟化システムの好ましい実施形態では、伝導率センサ、少なくとも１つの流量計、および／または混合装置が、硬水軟化システムを水の網状配管に取り付けるための取り付けアダプタの中に配置されるようになっている。取り付けアダプタは、流入する原水全体および流出する（部分的に）軟化された混合水のためのダクトを含み、既に利用可能な任意のアダプタに接続することができる。別の取り付け具は不要である。このため、設置が省スペース、簡単かつ費用効果的なものになる。]
[0028] 他の好ましい実施形態では、伝導率センサ、少なくとも１つの流量計、および／または混合装置が、硬水軟化システムの制御ヘッドの中に配置されるようになっている。この実施形態によって、とりわけ小型で費用効果的な構造が可能になる。]
[0029] 混合装置、および混合に使用される原水の第２の部分体積流量Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ２ｒａｗのための流量計が内部に配置されたバイパス管を設ける実施形態も好ましい。この種類のバイパス管によって、軟化システムを単純な方式で構成することが可能になる。さらにバイパス管を介して、他の水処理用の腐食保護剤などの物質を加えることが可能になる。バイパス管は、イオン交換装置を内部に収容するパイプラインに平行に延びる。]
[0030] 特に好ましい実施形態では、混合装置が、混合弁、特にバイパス弁、および電子制御ユニットによって駆動される作動モータを備えるようになっている。作動モータによって、混合弁の適切な自動駆動が可能になる。バイパス弁を含む混合装置は、簡単な手段により、バイパス弁をそれぞれ部分的に開くまたは閉じることによって原水と軟化された水の任意の混合比を得ることができる。]
[0031] 他の好ましい実施形態では、他の伝導率センサが再生溶液に接触するように配置される。例えばこれを、樹脂床の上流の再生溶液供給ラインまたは塩水容器自体の中で行うことができる。これによって、イオン交換装置の再生中の塩水の濃度を監視することが可能になる。例えば塩の不足による、または溶解時間が短すぎることによる塩濃度のときはいつも、イオン交換樹脂を完全に再生することができず、したがって早すぎる硬度のブレイクスルーが生じる。このことが、伝導率センサで塩水の濃度を監視することによって防止される。さらに、再生溶液の濃度が低すぎることを知らせる、音または光による信号装置を設けることが好ましい。]
[0032] 本発明の他の利点は、説明および（１つまたは複数の）図面から明らかになるであろう。さらに、これまでに言及し、またさらに詳しく説明する本発明による特徴は、本発明に従って個々にまたは任意の所望の組み合わせで実施することができる。説明され示される実施形態は限定的なものと考えるべきではなく、むしろ本発明を説明するための模範的なものであることを理解すべきである。]
[0033] 本発明を図面に示し、例示的な実施形態を用いて詳しく説明する。]
図面の簡単な説明

[0034] 様々な飲料水に関する、測定された伝導率に依存する滴定によって決定された全硬度の図である。
本発明による硬水軟化システムの第１の実施形態の概略的な構造を示す図である。
本発明による硬水軟化システムの第２の実施形態の概略的な構造を示す図である。]
実施例

[0035] 本発明は、一方ではイオン交換装置の再生が、他方では硬水軟化システムにおける混合水（原水と軟化された水の混合物）中の水硬度の調節が高い精度で実施されるように、水、特に飲料水または家庭用水について水硬度を決定する問題に関するものである。原水の硬度を推定するための簡単な選択肢は、原水の電気伝導率を測定することである。]
[0036] 図１の実例に関しては、ドイツ連邦共和国内の約３００の異なる飲料水を分析し、この伝導率ならびに全硬度を決定したものである。伝導率は伝導率測定器を用いて測定し、全硬度は滴定によって決定した。] 図１
[0037] 滴定による決定方法に比べて、伝導率測定に基づく全硬度の決定は、迅速かつ容易に実施することが可能であり、したがって、硬水軟化システムを制御するのに広く用いられている。しかし図１では、例えば６２５μＳ／ｃｍの伝導率を有することが分かった水は、ほぼ１４°ｄＨ〜２０°ｄＨの全硬度を示すことが認められる。一般的には、水の電気伝導率から正確な硬度値を推論することはできず、実際に水硬度が見出されるであろう領域を推論することしかできない。伝導率に依存する水硬度のばらつきは、サンプルを取ることによって決定することができる。本発明の範囲内では、硬水軟化システムの使用が提案される地域（後者の場合にはドイツ連邦共和国など）について、通常、このばらつきがあらかじめ決定される。] 図１
[0038] 硬水軟化システムで硬度のブレイクスルーが起こるのを防止するには、消耗したイオン交換樹脂の再生工程を適当な時間に開始しなければならない。したがって、再生工程の制御に利用される、測定伝導率から推測される全硬度Ｉは、この伝導率のとき滴定によって決定される最大の全硬度、すなわち実際に見出される最大の全硬度より小さくてはならない。この方法によってのみ、再生が水の任意の組成に対して適切な時間に開始されることを保証することができる。これが、再生を制御するための全硬度Ｉが測定された伝導率から第１の較正特性Ｆ１によって決定される理由である。（少なくとも適切な近似による）この第１の較正特性Ｆ１は、伝導率に依存して見出される最大の全硬度を反映しており、ここ（図１）では、Ｆ１は約３１μＳ／ｃｍ°ｄＨの傾きを有し、原点を通る直線である。] 図１
[0039] 硬度のブレイクスルーを防止するために、Ｆ１よりさらに低い傾きを有する較正特性を用いることが可能であるが、この場合には再生塩が無駄になる。軟化装置に適用可能な規格は、ＤＩＮ ＥＮ １４７４３であり、この規格は、再生に使用する塩に対して１キログラムあたり少なくとも４モル（４００ｇのＣａＣＯ３）の交換容量が得られなければならいことを規定しており、したがって塩の消費量を制限する。したがって、本発明の範囲内では、全硬度を決定するために、その傾きがＦ１より著しく低い較正特性を使用しないことが好ましい。これによって、塩処理に関するＤＩＮ ＥＮ １４７４２の要件を厳密に満たすことが可能であることが保証される。]
[0040] 健康、技術または経済上の理由によって、一部のみ軟化された水を使用することがしばしば必要になる。このため、軟化された水を原水と混合するための装置が必要になる。使
用者は通常、混合水にあてはまるある許容値によって水硬度に関する特定の目標値に準拠することを望む。Ｅ ＤＥＮ １９６３６−１００、２００６−０７はさらに、最大の許容値について、例えば体積流量が異なり目標値が８°ｄＨの場合、混合水中のアルカリ土類イオンの合計が、それから＋０．４ｍｏｌ／ｍ３および−０．２ｍｏｌ／ｍ３より大きく逸脱してはならないことを規定している。この８°ｄＨという設定値の場合、混合水中の実際の値は６．９°ｄＨ〜１０．２°ｄＨにならなければならない。]
[0041] 混合水の硬度における許容値にできるだけ厳密に準拠することを可能にするために、本発明は、測定された原水の伝導率から第２の較正特性Ｆ２によって混合装置を制御するための全硬度ＩＩを決定することを可能にする。第２の較正特性Ｆ２は、（少なくとも適切な近似による）伝導率に依存する平均化された全硬度を反映している。ここ（図１）では、較正特性Ｆ２は約３９μＳ／ｃｍ°ｄＨの傾きを有し、やはり原点を通る直線である。] 図１
[0042] 測定された伝導率が６２５μＳ／ｃｍである場合には、第２の較正特性Ｆ２に基づいて１６°ｄＨという全硬度ＩＩが決定される。図１は、その伝導率が６２５μＳ／ｃｍに決定された水が、約１４°ｄＨ〜２０°ｄＨの全硬度を示すことを表している。下限は、約４６μＳ／ｃｍ°ｄＨの傾きを有する直線Ｆ３によって定められ、較正特性Ｆ１は、伝導率に依存する最大の全硬度Ｉを反映している。例えば８°ｄＨという混合水の所与の硬度を得るには、原水を軟化された水と１：１の割合で混合しなければならない。１４°ｄＨを有する原水の場合には、同じ混合によって７°ｄＨの混合水の硬度がもたらされ、原水の硬度が２０°ｄＨである場合には、こうした原水と軟化された水の混合工程によって、混合水の硬度は１０°ｄＨになる。混合水の硬度が８°ｄＨになるように設定された場合、有効な混合水の硬度は７°ｄＨ〜１０°ｄＨである。したがって、伝導率から全硬度ＩＩを決定するために較正特性Ｆ２を利用する場合、いずれの場合にも、混合装置に関する規格Ｅ ＤＩＮ １９６３６−１００、２００６−０７の規定が準拠される。] 図１
[0043] 混合工程の制御に較正特性Ｆ１に基づいて６２５μＳ／ｃｍで決定された２０°ｄＨという全硬度Ｉを用いた場合、８°ｄＨの混合水の硬度を得るためには、原水を軟化された水と１：１．５の割合で混合すべきである。原水の硬度が１４°ｄＨである場合には、同じ混合比によって５．６°ｄＨの混合水の硬度がもたらされる。これは、あらかじめ定められた許容値を超えている。これが、再生の制御に用いられる較正特性Ｆ１が混合装置の制御に適していない理由である。]
[0044] ２つの異なる全硬度ＩおよびＩＩの使用は、再生工程および混合工程の制御においてあらかじめ定められた異なる許容値を考慮したものである。混合工程に関する限り、設定値から上への逸脱も下への逸脱も許容されるが、再生のトリガポイントを決定する際には、開始が早すぎる場合のみ許容されるが、開始が遅れた場合は許容されない。]
[0045] 全硬度ＩおよびＩＩの値は仮定的なものであり、様々な水の中のナトリウムおよびカリウムなどのモノイオンの異なる部分による誤差を含む。２つの較正特性Ｆ１およびＦ２に関連して、本質的に異なる耐障害性が許容／使用される。]
[0046] 示される例では、較正特性Ｆ１およびＦ２は、較正特性の数学的記述が容易になるように直線として記載されていることを考慮されたい。原則としては、本発明に従って、例えば多項関数として近似される全硬度ＩおよびＩＩを決定するための非線形の較正特性も考えられる。]
[0047] 図２は、流入する原水のための入口２、および流出する軟化されたまたは部分的に軟化された水のための出口３、イオン交換樹脂５で満たされたイオン交換装置６を水の網状配管に取り付けるための取り付けアダプタ４、ならびに消耗したイオン交換樹脂５を再生するための塩水（再生溶液）７で満たされた容器８を有する、本発明による硬水軟化システム１の第１の実施形態の概略的な構成を示している。原水と軟化された水を混合することによって得られる部分的に軟化された水は、作動モータ１０で駆動される混合弁９によって提供される。電子制御装置１１が、取り付けアダプタ４内の原水区域に配置された伝導率センサ１２によって送られる信号を受け取り、流入する原水の総体積流量Ｖ（ｔ）ｒａｗに関して、同様にそこに配置された水量計（流量計）１３よって送られる信号を受け取り、水量計１４によって、軟化された水の体積流量（第１の部分体積流量）Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ１ｓｏｆｔを測定する。水量計１３、１４は、（時間ｔに存在する）現在の体積流量を測定し、電子制御装置によって水の体積を加える。電子制御装置１１には較正特性Ｆ１およびＦ２の両方が記憶され、これらをそれぞれ用いて、原水の全硬度を示す値を決定する。] 図２
[0048] イオン交換樹脂５の再生を制御するために、較正特性Ｆ１、およびイオン交換装置６を通って流れ、水量計１４によって測定された水の量に基づいて計算された全硬度Ｉが使用される。この工程では、イオン交換樹脂５の消耗状態に達すると、モータ１６によって弁１５が駆動され、その結果、塩水がイオン交換装置６に流入することが可能になり、イオン交換樹脂５が再生される（再生中、イオン交換樹脂を通る通常の水の流れを停止すべきであるが、この間、水の流れはイオン交換樹脂で満たされた追加の容器を通して導くことができる（いわゆる「スイング動作（ｓｗｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）」）。本発明の範囲内では、前記スイング動作のために、イオン交換装置６がイオン交換樹脂５で満たされた２つの容器を有することが好ましい）。]
[0049] 混合を制御するために、全硬度ＩＩが電子制御装置に記憶された較正特性Ｆ２を用いて計算される。混合水の体積流量Ｖ（ｔ）ａｄｍｉｘｅｄに供給される、軟化されていない原水を有する現在の第２の部分体積流量Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ２ｒａｗが、制御装置１１において現在の体積流量Ｖ（ｔ）ｒａｗとＶ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ１ｓｏｆｔとの差を決定することによって計算される。混合水のＶ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ２ｒａｗとＶ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ１ｓｏｆｔの割合は、原水の硬度および混合水の硬度によってあらかじめ定められ、電子制御装置１１に記憶されるか、または後者によって計算される。混合弁９は、混合水の所望の硬度に従って作動モータ１０によって駆動される。原水領域中の水量計１３、および軟化された水の部分体積流量を測定する水量計１４は、監視（特にフィードバック）用である。第１の部分体積流量Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ１ｓｏｆｔを導く配管部分２０には、原水がイオン交換装置６の出口に流入するのを防止するために、逆止め弁（図示せず）を設けることができる。]
[0050] 図１の本発明の実施形態では、伝導率センサ１２および水量計１３などの個々の構成要素が、取り付けアダプタ４の中に配置されている。このタイプの取り付けアダプタ４は、既に適所に位置する任意のアダプタに接続することができる。別の接続は不要である。このため、本発明のシステム１への設置は、省スペース、簡単かつ費用効果的なものである。] 図１
[0051] 硬水軟化システム１の個々の構成要素を異なる形で配置することも可能である。]
[0052] 図３は、本発明による硬水軟化システムの他の実施形態を示している。説明は図を用いて、前述の実施形態と比べて重要な変更についてのみ行う。] 図３
[0053] 図３による実施形態では、混合弁９および１つの水量計（流量計）１７が、イオン交換装置６に通じるバイパス管１８の中に配置される。水量計１７は、軟化された水Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ１ｓｏｆｔに混合される部分体積流量Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ２ｒａｗを直接登録する。あらかじめ定められた混合水の硬度に従って、作動モータ１０を介して混合弁９を駆動する電子制御装置１１に信号が送られる。電子制御装置１１は、イオン交換装置６の制御ヘッド１９に組み込むこと、または外部に配置することができる。この例示の実施形態では、原水の伝導率を測定する伝導率センサ１２、および軟化された水の量（すなわちＶ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ１ｓｏｆｔ）を測定する水量計１４も、制御ヘッド１９の中に配置される（伝導率の測定は軟化の前に行われる）。さらに電子制御装置１１には、感度センサ１２によって測定された伝導率から原水の全硬度を決定するために、２つの異なる較正特性Ｆ１およびＦ２が記憶される。] 図３
[0054] 要約すると、本発明は、流入する原水の体積流量Ｖ（ｔ）ｒａｗを２つの部分体積流量Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ１ｓｏｆｔ、Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ２ｒａｗに分割し、部分体積流量Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ１ｓｏｆｔを完全な軟化工程にかけ、その後、２つの部分体積流量を再び統合して混合水の体積流量Ｖ（ｔ）ａｄｍｉｘｅｄにする硬水軟化装置（１）に、原水の伝導率に基づいて水硬度を決定するための２つの異なる変換モードを提供することを提案するものである。第１の較正曲線（Ｆ１）を用いる変換は控え目で、様々な伝導率で見出される最大の水硬度を反映しており、この変換モードは、イオン交換樹脂の容量が分かっている場合に、イオン交換樹脂（５）の再生を自動的に制御するために用いられる。第２の較正曲線（Ｆ２）を用いる変換は実態に近く、様々な伝導率における平均の水硬度（すなわち、最小の統計上の誤差を受ける硬度）を反映しており、この変換モードは、混合装置（すなわち、混合水中の２つの部分体積流量の割合）を制御するために用いられる。本発明に基づいて、実験で見出される水の組成のばらつき（したがって、伝導率と水硬度の間の様々な相関関係）を考慮に入れ、再生の最適な時点を決定し、設定値に対する混合水の硬度の許容値を最小限に抑えることができる。]
[0055] １硬水軟化システム
２原水の入口
３ （部分的に）軟化された混合水の出口
４取り付けアダプタ
５イオン交換樹脂
６イオン交換装置
７ 塩水（再生溶液）
８ 塩水容器（供給容器）
９混合弁
１０作動モータ
１１電子制御装置
１２伝導率センサ
１３ 原水（流入する原水の合計）のための水量計
１４ 軟化された水（第１の部分体積流量）の水量計
１５ 弁
１６ 作動モータ
１７ 原水（第２の部分体積流量）の水量計
１８バイパス管
１９制御ヘッド
２０ 配管部分]

权利要求:

請求項1
イオン交換装置（６）を有する硬水軟化システムであって、イオン交換樹脂（５）と、前記イオン交換樹脂（５）を再生する再生溶液（７）を供給するための供給容器（８）と、混合装置と、少なくとも１つの流量計（１３、１４、１７）とを備えるシステム（１）を動作させる方法であって、前記硬水軟化システム（１）へ向かう原水の流入体積流量Ｖ（ｔ）ｒａｗが、前記硬水軟化システム（１）の上流または内部で第１の部分体積流量と第２の部分体積流量に分割され、前記第１の部分体積流量が前記イオン交換樹脂（５）を通して導かれ、その軟化された部分体積流量Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ１ｓｏｆｔが原水を含む前記第２の部分体積流量Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ２ｒａｗに混合され、それによって、前記硬水軟化システム（１）の内部または下流で混合水の流出体積流量Ｖ（ｔ）ａｄｍｉｘｅｄが形成され、前記混合水の前記流出体積流量Ｖ（ｔ）ａｄｍｉｘｅｄにおける前記第１の部分流量と前記第２の部分流量の間の割合を、前記混合装置によって調節することが可能であり、伝導率センサ（１２）によって前記原水の伝導率を決定し、これから電子制御ユニット（１１）に記憶された較正特性を用いて前記原水の全硬度を決定するステップと、前記少なくとも１つの流量計（１３、１４、１７）を用いて、前記第１の部分体積流量Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ１ｓｏｆｔを直接的または間接的に決定するステップと、を含み、前記イオン交換樹脂（５）の再生工程を制御するために用いられる前記原水の全硬度Ｉが、前記測定された伝導率から第１の較正特性（Ｆ１）によって得られ、前記混合装置を制御するために用いられる前記原水の全硬度ＩＩが、前記測定された伝導率から第２の較正特性（Ｆ２）によって得られることを特徴とする方法。
請求項2
前記第１の較正特性（Ｆ１）から得られる前記全硬度Ｉが、少なくとも部分的には前記第２の較正特性（Ｆ２）から得られる前記全硬度ＩＩより大きいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
請求項3
前記第１の較正特性（Ｆ１）が、１°ｄＨ＊あたり２８〜３５μＳ／ｃｍ、特に１°ｄＨあたり３０〜３３μＳ／ｃｍの変換係数を用いることを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の方法。
請求項4
前記第２の較正特性（Ｆ２）が、１°ｄＨあたり３５〜４４μＳ／ｃｍ、特に１°ｄＨあたり３８〜４１μＳ／ｃｍの変換係数を用いることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
請求項5
前記電子制御ユニット（１１）が、前記第１の較正特性（Ｆ１）から得られる前記原水の全硬度Ｉ、前記イオン交換樹脂（５）を通過した原水の量、および前記制御ユニット（１１）に記憶された前記イオン交換樹脂（５）の容量に基づいて、前記再生工程のトリガを開始することを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
請求項6
前記混合装置の制御が、前記第２の較正特性（Ｆ２）から得られる前記原水の前記全硬度ＩＩ、およびあらかじめ定められた混合水の硬度のみに基づいて行われることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
請求項7
前記硬水軟化システム（１）が少なくとも２つの流量計（１３、１４、１７）を有すること、前記第１の部分体積流量Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ１ｓｏｆｔおよび前記第２の部分体積流量Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ２ｒａｗが、前記少なくとも２つの流量計（１３、１４、１７）を用いて直接的または間接的に決定されること、ならびに前記混合装置が、前記特定の部分体積流量Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ１ｓｏｆｔおよびＶ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ２ｒａｗを用いるフィードバック工程において、前記第２の較正特性（Ｆ２）から得られる前記原水の前記全硬度ＩＩ、およびあらかじめ定められた混合水の硬度に基づいて制御されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
請求項8
前記再生溶液（７）の伝導率が、他の伝導率センサによって決定されることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
請求項9
イオン交換装置（６）を有する硬水軟化システムであって、イオン交換樹脂（５）と、前記イオン交換樹脂（５）を再生する再生溶液（７）を供給するための供給容器（８）と、原水と軟化された水を混合するための混合装置と、前記原水の伝導率を測定するための伝導率センサ（１２）と、少なくとも１つ、好ましくは２つの流量計（１３、１４、１７）と、および電子制御ユニット（１１）とを備えるシステム（１）において、前記電子制御ユニット（１１）が、前記原水の全硬度をその伝導率から決定するために、複数の較正特性（Ｆ１、Ｆ２）を内部に記憶したメモリを有することを特徴とする硬水軟化システム（１）。
請求項10
前記伝導率センサ（１２）、少なくとも１つの流量計（１３、１４、１７）、および／または前記混合装置が、前記硬水軟化システム（１）を水の網状配管に取り付けるための取り付けアダプタ（４）の中に配置されることを特徴とする請求項９に記載の硬水軟化システム（１）。
請求項11
前記伝導率センサ（１２）、少なくとも１つの流量計（１３、１４、１７）、および／または前記混合装置が、前記硬水軟化システム（１）の制御ヘッドの中に配置されることを特徴とする請求項９または１０に記載の硬水軟化システム（１）。
請求項12
前記混合装置、および混合に使用される前記原水の前記第２の部分体積流量Ｖ（ｔ）ｐａｒｔｉａｌ２ｒａｗのための流量計（１７）が内部に配置された、バイパス管（１８）が設けられることを特徴とする請求項９から１１の一項に記載の硬水軟化システム（１）。
請求項13
前記混合装置が、混合弁（９）、特にバイパス弁、および前記電子制御ユニット（１１）によって駆動される作動モータ（１０）を備えることを特徴とする請求項９から１２の一項に記載の硬水軟化システム（１）。
請求項14
他の伝導率センサが、前記再生溶液（７）に接触するように配置されることを特徴とする請求項９から１３の一項に記載の硬水軟化システム（１）。