特許 7154213 軟水化装置及び軟水化装置の操作方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-06

(45)【発行日】2022-10-17

(54)【発明の名称】軟水化装置及び軟水化装置の操作方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/42 20060101AFI20221007BHJP

【ＦＩ】

C02F1/42 A

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2019531462

(86)(22)【出願日】2018-02-01

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-03-05

(86)【国際出願番号】 EP2018052571

(87)【国際公開番号】W WO2018146002

(87)【国際公開日】2018-08-16

【審査請求日】2020-10-21

(31)【優先権主張番号】17155008.0

(32)【優先日】2017-02-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】513021578

【氏名又は名称】ビーダブリューティー アクティエンゲゼルシャフト

(74)【代理人】

【識別番号】100103816

【弁理士】

【氏名又は名称】風早 信昭

(74)【代理人】

【識別番号】100120927

【弁理士】

【氏名又は名称】浅野 典子

(72)【発明者】

【氏名】バリダス， ピエール

(72)【発明者】

【氏名】ブランド， クリスチャン

(72)【発明者】

【氏名】ヨハン， ユルゲン

(72)【発明者】

【氏名】パヴァン， アンドレア

【審査官】小久保 勝伊

(56)【参考文献】

【文献】特表２００８－５３５６４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－１７２３９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１０００３６３６（ＤＥ，Ａ１）

【文献】欧州特許出願公開第０２４８１７１３（ＥＰ，Ａ１）

【文献】特開平０９－２７１７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５０５８３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２８１２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－２１８６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６０－０４６１９５（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ １／２８、１／４２

Ｂ０１Ｊ ３９／００－４９／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

（ａ）原水の第一流の硬度を低下させ、低下した硬度を持つ水の第二流を生成するように構成されるフィルター（１０５）、
（ｂ）第一流の電気特性を測定するための第一センサー（１０９）、
（ｃ）第二流の電気特性を測定するための第二センサー（１１０）、及び
（ｄ）任意選択的に、フィルター（１０５）を通る水流を検出するための第三センサー（１０８）
を含み、第一流の測定された電気特性と第二流の測定された電気特性の間の比率をフィルター（１０５）の消耗状態のためのインディケーターとして使用する軟水化装置（１００）であって：
（ｅ）フィルター（１０５）が、Ｈ^＋モードで操作されるイオン交換樹脂（１０５ｄ）を含み、
（ｆ）Ｈ^＋モードで操作されるイオン交換樹脂（１０５ｄ）が、カリウム塩（Ｋ^＋）、ナトリウム塩（Ｎａ^＋）、及びリチウム塩（Ｌｉ^＋）からなる群から選択される少なくとも一種の塩で緩衝されている、弱酸性カチオンイオン交換樹脂である、
特徴を有する軟水化装置。

【請求項2】

以下の追加の特徴の少なくとも一つを有する、請求項１に記載の軟水化装置：
（ａ）装置（１００）が、ベースユニット（１１５）を含む、
（ｂ）第一センサー（１０９）、第二センサー（１１０）、及び第三センサー（１０８）が、ベースユニット（１１５）の一体化部分である、
（ｃ）フィルター（１０５）が、ベースユニット（１１５）に脱着自在に接続可能である交換可能なフィルターとして構成される。

【請求項3】

以下の追加の特徴の少なくとも一つを有する、請求項１又は２に記載の軟水化装置：
（ａ）ベースユニット（１１５）とフィルター（１０５）が、ねじ接続によって接続されている、
（ｂ）フィルター（１０５）が、第一流のための入口（１０５ａ）、及び第二流のための出口（１０５ｂ）を含む、
（ｃ）ベースユニット（１１５）が、第一流のための入口ライン（１０１）、及び第二流のための出口ライン（１０７）を含む、
（ｄ）ベースユニット（１１５）の入口ライン（１０１）が、フィルター（１０５）の入口（１０５ａ）に結合され、ベースユニット（１１５）の出口ライン（１０７）が、フィルター（１０５）の出口（１０５ｂ）に結合されている。

【請求項4】

以下の追加の特徴の少なくとも一つを有する、請求項１～３のいずれかに記載の軟水化装置：
（ａ）第一センサー（１０９）及び／又は第二センサー（１１０）が、電気伝導性及び／又は電気抵抗を測定するように構成されている、
（ｂ）第一センサー（１０９）が、第一流に電流を付与することができる電解槽として構成されている、
（ｃ）第二センサー（１１０）が、第二流に電流を付与することができる電解槽として構成されている、
（ｄ）第一センサー（１０９）が、ベースユニット（１１５）の入口ライン（１０１）内に又はベースユニット（１１５）の入口ライン（１０１）の入口に配置されている、
（ｅ）第二センサー（１１０）が、ベースユニット（１１５）の出口ライン（１０７）内に又はベースユニット（１１５）の出口ライン（１０７）の入口に配置されている。

【請求項5】

以下の追加の特徴の少なくとも一つを有する、請求項１～４のいずれかに記載の軟水化装置：
（ａ）装置（１００）が、第一センサー（１０９）、第二センサー（１１０）、及び第三センサー（１０８）に接続される電子制御ユニット（１１１）を含む、
（ｂ）電子制御ユニット（１１１）が、内部データメモリー及びデータ処理ユニットを含む、
（ｃ）電子制御ユニット（１１１）が、ベースユニット（１１５）の一体化部分である。

【請求項6】

以下の追加の特徴の少なくとも一つを有する、請求項１～５のいずれかに記載の軟水化装置：
（ａ）イオン交換樹脂（１０５ｄ）が、カートリッジ（１０５ｃ）に含まれる、
（ｂ）イオン交換樹脂（１０５ｄ）が、弱酸カチオンイオン交換樹脂（ＷＡＣ樹脂）である。

【請求項7】

以下の追加の特徴の少なくとも一つを有する、請求項１～６のいずれかに記載の軟水化装置：
（ａ）装置（１００）が、第一流の水と第二流を混合させるためのバイパスライン（１０３）を含む、
（ｂ）バイパスライン（１０３）が、ベースユニット（１１５）の入口ライン（１０１）をベースユニット（１１５）の出口ライン（１０７）と接続する、
（ｃ）バイパスライン（１０３）が、第二流に混合される第一流の水の量を調整するための弁（１１２）を含む、
（ｄ）バイパスライン（１０３）が、ベースユニット（１１５）に一体化されている。

【請求項8】

以下の追加の特徴の少なくとも一つを有する、請求項１～７のいずれかに記載の軟水化装置：
（ａ）装置（１００）が、フィルター（１０５）がその寿命の終わりに到達したか又はその寿命の終わりの近くであることを示すように構成されたフィルター交換インディケーター（１１６）を含む、
（ｂ）フィルター交換インディケーター（１１６）が、光学信号装置及び／又は音響機である、
（ｃ）フィルター交換インディケーター（１１６）が、ベースユニット（１１５）の一体化部分である、
（ｄ）フィルター交換インディケーター（１１６）が、電子制御ユニット（１１１）に接続されている、
（ｅ）電子制御ユニット（１１１）が、フィルター交換インディケーター（１１６）が第一センサー（１０９）及び第二センサー（１１０）によって測定された第一及び第二流の電気特性に依存して警告信号を発するようにフィルター交換インディケーター（１１６）を起動するように構成されている。

【請求項9】

以下の追加の特徴の少なくとも一つを有する、請求項１～８のいずれかに記載の軟水化装置：
（ａ）装置（１００）が、ベースユニット（１１５）の固定設置のためのマウントを含む、
（ｂ）マウントが、一つ以上の穴を含み、かつベースユニット（１１５）に接続されているかもしくは接続可能である。

【請求項10】

（ａ）第一流の硬度を低下させ、低下した硬度を有する第二流の水を生成するように構成されるフィルター（１０５）に原水の第一流を通過させる、
（ｂ）第一センサー（１０９）で第一流の電気特性を測定する、
（ｃ）第二センサー（１１０）で第二流の電気特性を測定する、
（ｄ）第一流の測定された電気特性と第二流の測定された電気特性の間の比率を決定する、
（ｅ）フィルター（１０５）の消耗状態のためのインディケーターとして比率を使用する、
工程を含む、軟水化装置、特に請求項１に記載の軟水化装置（１００）の操作方法であって：
（ｆ）フィルター（１０５）が、Ｈ^＋モードで操作されるイオン交換樹脂（１０５ｄ）を含み、
（ｇ）Ｈ^＋モードで操作されるイオン交換樹脂（１０５ｄ）が、カリウム塩（Ｋ^＋）、ナトリウム塩（Ｎａ^＋）、及びリチウム塩（Ｌｉ^＋）からなる群から選択される少なくとも一種の塩で緩衝されている、弱酸性カチオンイオン交換樹脂である、
特徴を有する方法。

【請求項11】

以下の追加の工程又は特徴の少なくとも一つを有する、請求項１０に記載の方法：
（ａ）測定された電気特性が、第一及び第二流の電気伝導性又は電気抵抗である、
（ｂ）比率が、第一流の電気伝導性と第二流の電気伝導性の間の比率である。

【請求項12】

以下の追加の工程又は特徴の少なくとも一つを有する、請求項１０又は１１に記載の方法：
（ａ）第一及び第二流の電気伝導性の一連の測定が行なわれる、
（ｂ）測定の各々の結果から第一流の電気伝導性と第二流の電気伝導性の間の比率が決定され、それによって一連の比率を得る、
（ｃ）最も低い比率（ｒａｔｉｏ＿ｍｉｎ）が決定される、
（ｄ）フィルターが交換される必要があるｐＨ値に相当するしきい値（ｒａｔｉｏ＿ｅｘｈａｕｓｔ）がｒａｔｉｏ＿ｍｉｎの関数として決定される。

【請求項13】

以下の追加の工程のいずれか一つを有する、請求項１２に記載の方法：
（ａ）しきい値（ｒａｔｉｏ＿ｅｘｈａｕｓｔ）が以下の式に従って計算される：

式中、ａ及びｂは、緩衝されるイオン交換樹脂のタイプ、製造法、及び量、並びに原水の第一流の特性に依存する変数である、
（ｂ）しきい値（ｒａｔｉｏ＿ｅｘｈａｕｓｔ）が以下の式に従って計算される：

式中、ａ及びｂ及びｃは、緩衝されるイオン交換樹脂のタイプ、製造法、及び量、並びに原水の第一流の特性に依存する変数である。

【請求項14】

以下の追加の工程又は特徴を有する、請求項１０に記載の方法：
（ａ）第一流の測定された電気特性と第二流の測定された電気特性の間の比率がしきい値（ｒａｔｉｏ＿ｗａｒｎｉｎｇ）に交差するときに警告信号が発せられる、
（ｂ）しきい値（ｒａｔｉｏ＿ｗａｒｎｉｎｇ）は、予め決められた値である、
（ｃ）しきい値（ｒａｔｉｏ＿ｗａｒｎｉｎｇ）は、第一及び第二流の電気特性の測定によって得られたデータから計算される、
（ｄ）しきい値（ｒａｔｉｏ＿ｗａｒｎｉｎｇ）は、第一流の電気伝導性と第二流の電気伝導性の間の比率から計算される、
（ｅ）しきい値（ｒａｔｉｏ＿ｗａｒｎｉｎｇ）は、ｒａｔｉｏ＿ｅｘｈａｕｓｔの関数として決定される。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軟水化装置及び軟水化装置の操作方法に関する。

【背景技術】

【0002】

軟水化法は、良く知られており、一般的に加圧水処理を伴ない、そこではカチオン交換材料（無機又は有機）を含むフィルターを水流が通り、それによって洗濯、入浴、及び皿洗いのような家庭用途、コーヒーマシンのような装置、特に蒸気生成を伴なうもの、並びに多くの産業用途に対して望ましい軟水を生成する。

【0003】

軟水化の主な目的は、水垢から装置を保護することである。これは、水流中のカルシウム及びマグネシウムイオン（いわゆる硬度成分（ｈａｒｄｎｅｓｓ））を例えばナトリウム又はカリウムイオンと交換することによって達成される。

【0004】

他のフィルターは、カチオン交換材料として弱酸カチオンイオン交換樹脂（ＷＡＣ）を含有する。かかるフィルターは、プロトンに対して硬度成分を交換する。これは、軟水化が処理水のｐＨの低下によって達成されることを意味する。

【0005】

各イオン交換材料は、硬度成分に対して交換されることができるカチオンの量に相当する規定された容量を持つ。フィルターが消耗され、交換されることが必要になる前にフィルターによって処理されることができる水の容積は、処理水の組成に依存する。明確さの理由のため、フィルターの消耗状態のためのインディケーターを持つことが有利である。

【0006】

伝統的に、フィルターの消耗状態を決定するために使用される基準は、カチオン交換材料を含むフィルターによる処理の後の水流のｐＨ値である。通常、６．８のｐＨ値より下では、水垢に対する保護が確実になる。フィルターの消耗率が、ｐＨが６．８の値を越える数値に進むとき、フィルターは、交換されることが必要である。

【0007】

複数の理由のため、処理後の水流のｐＨ値の直接決定は、消耗状態を決定するために最適な選択ではない。ｐＨ測定にかかる費用は、一側面である。ｐＨセンサーが頻繁な校正を必要とすることは、別の側面である。最適な解決策は、コスト効果的であり、かつ自律的であるべきである。

【発明の概要】

【0008】

本発明は、軟水化法のためのフィルターの消耗状態を示す前述の問題に対して技術的解決策を提供するという目的に基づく。

【0009】

この目的は、請求項１の特徴を有する軟水化装置によって、そして請求項１０の特徴を有する軟水化装置を操作する方法によって達成される。装置の好ましい実施形態は、従属請求項２～９に特定される。方法の好ましい実施形態は、従属請求項１１～１４と特定される。

【0010】

本発明は、カチオン交換材料を含むフィルターを通過する水の電気特性の測定の結果がフィルターの消耗状態のためのインディケーターとして役立ちうるという理解に基づく。ｐＨ値の直決決定とは対照的に、電気伝導性の測定が有利である。電気特性の測定のためのセンサーのコストは、それらを操作するために必要とされる電子部品を含めて、ｐＨ測定のために必要とされる装備に対してより低いと考えられる。さらに、電気特性の測定のためのセンサーは、通常、一回の校正しか要求しない。

【0011】

本発明による軟水化装置は、以下のものを含む：
・ 原水の第一流の硬度を低下させ、低下した硬度を持つ水の第二流を生成するように構成されるフィルター、
・ 第一流の電気特性を測定するための第一センサー、
・ 第二流の電気特性を測定するための第二センサー。

【0012】

軟水化装置は、フィルターを通る水流を検出するための第三センサーをさらに含むことができる。しかしながら、この特徴は任意である。

【0013】

好ましい実施形態では、軟水化装置は、以下の追加の特徴の少なくとも一つを含む：
・ 装置が、ベースユニットを含む、
・ 第一センサー、第二センサー、及び第三センサー（もし装置が第三センサーを含むなら）が、ベースユニットの一体化部分である、
・ フィルターが、ベースユニットに脱着自在に接続可能である交換可能なフィルターとして構成される。

【0014】

従って、装置は、モジュラー設計を有することが好ましい。ベースユニットは、操作時に消耗しない全ての構成要素を含むことができる。フィルターは、装置の操作時に消耗を受けるカチオン交換材料のみを含んでもよい。消耗が起こるとき、フィルターは、交換されることができる。これとは対照的に、ベースユニットは、再使用可能である。

【0015】

さらに好ましい実施形態では、軟水化装置は、以下の追加の特徴の少なくとも一つを含むことができる：
・ ベースユニットとフィルターが、ねじ接続によって接続されている、
・ フィルターが、第一流のための入口、及び第二流のための出口を含む、
・ ベースユニットが、第一流のための入口ライン、及び第二流のための出口ラインを含む、
・ ベースユニットの入口ラインが、フィルターの入口に結合され、ベースユニットの出口ラインが、フィルターの出口に結合されている。

【0016】

ねじ接続は、ベースユニットとフィルターの間に極めて信頼性のある漏れ防止接続を与えることができる。フィルターは、雄ねじを有する開口部を含むが、ベースユニットは、雌ねじを有するフィルターのための受け器を含み、そこではねじの形態及び寸法は、互いに整合されることが好ましい。開口は、第一流のためのフィルターの入口及び第二流のための出口へのアクセスを与える。受け器は、ベースユニットの出口ラインへの入口を含む。さらに、ベースラインの入口ラインは、受け器中に開口する。好ましくは、開口及び受け器は、雄ねじを有する開口部が受け器にねじ込まれるとき、ベースユニットの入口ラインがフィルターの入口に結合され、ベースユニットの出口ラインがフィルターの出口に結合されるように互いに関連づけられ、調整される。

【0017】

漏れ防止を与えるため、一つ以上の封止化合物、特に一つ以上の封止リングがフィルターとベースユニットの間の界面に配置されることが好ましい。

【0018】

もちろん、他の技術手段によって、例えば簡単なスナップ接続によってベースユニットとフィルターを接続することが可能であるだろう。

【0019】

さらに好ましい実施形態では、軟水化装置は、以下の追加の特徴の少なくとも一つによって特徴づけられることができる：
・ 第一センサー及び／又は第二センサーが、電気伝導性及び／又は電気抵抗を測定するように構成されている、
・ 第一センサーが、第一流に電流を付与することができる電解槽として構成されている、
・ 第二センサーが、第二流に電流を付与することができる電解槽として構成されている、
・ 第一センサーが、ベースユニットの入口ライン内に又はベースユニットの入口ラインの入口に配置されている、
・ 第二センサーが、ベースユニットの出口ライン内に又はベースユニットの出口ラインの入口に配置されている。
・ 任意の第三センサー（もし存在するなら）が、ベースユニットの入口ライン内に又はベースユニットの入口ラインの入口に又はベースユニットの出口ライン内に又はベースユニットの出口ラインの入口に配置されている。

【0020】

一般的に、第一センサー及び第二センサーが電気伝導性を測定するように構成されることが好ましい。水の電気伝導性を測定するために好適なセンサー、特に水の電気伝導性を測定するために好適な電解槽が当業者に知られており、さらなる説明を必要としない。

【0021】

さらに好ましい実施形態では、軟水化装置は、以下の追加の特徴の少なくとも一つによって特徴づけられることができる：
・ 装置が、第一センサー、第二センサー、及び第三センサー（もし装置が第三センサーを含むなら）に接続される電子制御ユニットを含む、
・ 電子制御ユニットが、内部データメモリー及びデータ処理ユニットを含む、
・ 電子制御ユニットが、ベースユニットの一体化部分である。

【0022】

装置は、これらの特徴の全ての組み合わせによって特徴づけられることが好ましい。好ましくは、電子制御ユニット及び全てのセンサーは、ベースユニットの一体化部分である。

【0023】

さらに好ましい実施形態では、軟水化装置は、以下の追加の特徴の少なくとも一つによって特徴づけられることができる：
・ フィルターが、イオン交換樹脂を含む、
・ フィルターが、イオン交換樹脂が含まれるカートリッジを含み、カートリッジは、プラスチックからなることが好ましい、
・ イオン交換樹脂が、弱酸カチオンイオン交換樹脂（ＷＡＣ樹脂）である、
・ イオン交換樹脂が、Ｈ^＋モードで操作される、
・ イオン交換樹脂が、緩衝される、
・ イオン交換樹脂が、少なくとも一種の塩、特にカリウム塩（Ｋ^＋）、ナトリウム塩（Ｎａ^＋）、及びリチウム塩（Ｌｉ^＋）からなる群から選択される少なくとも一種の塩で緩衝される。

【0024】

本発明による方法の好ましい実施形態（以下参照）では、イオン交換樹脂の緩衝は、極めて重要である。イオン交換樹脂は、緩衝されたＷＡＣ樹脂、特にカリウム塩（Ｋ^＋）、ナトリウム塩（Ｎａ^＋）、及びリチウム塩（Ｌｉ^＋）の群から選択される少なくとも一種の塩で緩衝されたＷＡＣ樹脂であることが特に好ましい。もしＷＡＣ樹脂が緩衝されるなら、それは、Ｈ^＋イオンに加えて、ある量の金属カチオン、特にＫ^＋、Ｎａ^＋、及びＬｉ^＋を含む。

【0025】

さらに好ましい実施形態では、軟水化装置は、以下の追加の特徴の少なくとも一つによって特徴づけられることができる：
・ 装置が、第一流の水と第二流を混合させるためのバイパスラインを含む、
・ バイパスラインが、ベースユニットの入口ラインをベースユニットの出口ラインと接続する、
・ バイパスラインが、第二流に混合される第一流の水の量を調整するための弁を含む、
・ バイパスラインが、ベースユニットに一体化されている。

【0026】

バイパスラインを介して第二流が、第一流の水とブレンドされることができる。これは、もし例えば軟水化装置での処理の結果として第二流のｐＨが著しく低下するなら有用になりうる。

【0027】

さらに好ましい実施形態では、軟水化装置は、以下の追加の特徴の少なくとも一つによって特徴づけられることができる：
・ 装置が、フィルターがその寿命の終わりに到達したか又はその寿命の終わりの近くであることを示すように構成されたフィルター交換インディケーターを含む、
・ フィルター交換インディケーターが、光学信号装置及び／又は音響機である、
・ フィルター交換インディケーターが、ベースユニットの一体化部分である、
・ フィルター交換インディケーターが、電子制御ユニットに接続されている、
・ 電子制御ユニットが、フィルター交換インディケーターが第一センサー及び第二センサーによって測定された第一及び第二流の電気特性に依存して警告信号を発するようにフィルター交換インディケーターを起動するように構成されている。

【0028】

装置は、これらの特徴の全ての組み合わせによって特徴づけられることが好ましい。かかる装置は、フィルターの消耗状態を決定することができるだけでなく、さらにフィルターがその寿命の終わりに来ており、すぐに交換される必要があるという情報を操作者に与える警告信号を発することができる。

【0029】

さらに好ましい実施形態では、軟水化装置は、以下の追加の特徴の少なくとも一つによって特徴づけられることができる：
・ 装置が、ベースユニットの固定設置のためのマウントを含む、
・ マウントが、一つ以上の穴を含み、かつベースユニットに接続されているかもしくは接続可能である。

【0030】

マウントを介して固定した静止位置にベースユニットを配置することが可能である。操作中、フィルターだけが交換されなければならない。

【0031】

本発明による方法は、軟水化装置を操作する方法である。好ましくは、この方法に従って操作される装置は、上記のもののような装置である。それは、以下の工程を含む：
・ 第一流の硬度を低下させ、低下した硬度を有する第二流の水を生成するように構成されるフィルターに原水の第一流を通過させる、
・ 第一センサーで第一流の電気特性を測定する、
・ 第二センサーで第二流の電気特性を測定する、
・ 第一流の測定された電気特性と第二流の測定された電気特性の間の比率を決定する、
・ フィルターの消耗状態のためのインディケーターとして比率を使用する。

【0032】

好ましくは、第一及び第二流の電気特性の測定は、同時に又は規定された遅れで達成される。

【0033】

好ましい実施形態では、前記方法は、以下の追加の特徴の少なくとも一つによって特徴づけられることができる：
・ 測定された電気特性が、第一及び第二流の電気伝導性又は電気抵抗である、
・ 比率が、第一流の電気伝導性と第二流の電気伝導性の間の比率である。

【0034】

実際には、第一流の電気伝導性と第二流の電気伝導性の比率（及びその逆、即ち第二流の電気伝導性と第一流の電気伝導性の比率）を形成することが可能であるだろう。実際には、両ケースにおいて、比率が得られ、それは、フィルターの消耗状態のためのインディケーターとして使用されることができる。

【0035】

さらに好ましい実施形態では、前記方法は、以下の追加の特徴の少なくとも一つによって特徴づけられることができる：
・ フィルター（１０５）が、緩衝されるイオン交換樹脂を含む、
・ 第一及び第二流の電気伝導性の一連の測定が行なわれる、
・ 測定の各々の結果から第一流の電気伝導性と第二流の電気伝導性の間の比率が決定され、それによって一連の比率を得る、
・ 最も低い比率（ｒａｔｉｏ＿ｍｉｎ）が決定される、
・ しきい値（ｒａｔｉｏ＿ｅｘｈａｕｓｔ）がｒａｔｉｏ＿ｍｉｎの関数として決定される。

【0036】

しきい値（ｒａｔｉｏ＿ｅｘｈａｕｓｔ）は、フィルターが交換される必要があるｐＨ値に相当する。最初に述べたように、通常、これは、６．８のｐＨ値の場合のケースである。従って、この場合において、ｒａｔｉｏ＿ｅｘｈａｕｓｔはまた、ｒａｔｉｏ＿６．８と称することができる。

【0037】

さらに好ましい実施形態では、前記方法は、以下の追加の特徴の少なくとも一つによって特徴づけられることができる：
・ しきい値（ｒａｔｉｏ＿ｅｘｈａｕｓｔ）が以下の式に従って計算される：

式中、ａ及びｂは、緩衝されるイオン交換樹脂のタイプ、製造法、及び量、並びに原水の第一流の特性に依存する変数である、
・ しきい値（ｒａｔｉｏ＿ｅｘｈａｕｓｔ）が以下の式に従って計算される：

式中、ａ及びｂ及びｃは、緩衝されるイオン交換樹脂のタイプ、製造法、及び量、並びに原水の第一流の特性に依存する変数である。

【0038】

さらに好ましい実施形態では、前記方法は、以下の追加の特徴の少なくとも一つによって特徴づけられることができる：
・ しきい値（ｒａｔｉｏ＿ｗａｒｎｉｎｇ）は、予め決められた値である、
・ しきい値（ｒａｔｉｏ＿ｗａｒｎｉｎｇ）は、第一及び第二流の電気特性の測定によって得られたデータから計算される、
・ しきい値（ｒａｔｉｏ＿ｗａｒｎｉｎｇ）は、第一流の電気伝導性と第二流の電気伝導性の間の比率から計算される、
・ しきい値（ｒａｔｉｏ＿ｗａｒｎｉｎｇ）は、ｒａｔｉｏ＿ｅｘｈａｕｓｔの関数として決定される。

【図面の簡単な説明】

【0039】

本発明のさらなる特徴及び利点は、図面及び好ましい実施形態の以下の記載から導かれることができる。記載された好ましい実施形態は、説明目的のため、及び本発明のより良い理解を与えるためにすぎず、いかなる場合でも限定と解釈されるべきできない。

【0040】

【図1】図１は、緩衝されていないＷＡＣ樹脂を含むフィルターを含有する軟水化装置の操作時のイオン交換の一般的な方法を示す。

【0041】

【図2】図２は、本発明による軟水化装置の好ましい実施形態の最も重要な特徴を概略的に示す。

【0042】

【図3】図３は、フィルターを通過した容積の関数としてナトリウム塩で緩衝されたＷＡＣ樹脂を含有するフィルターを通過した水流中のイオン種Ｃａ^２＋、Ｎａ^＋、及びＨＣＯ_３ ^－の濃度の変化を示す。

【0043】

【図4】図４は、フィルターを通過した容積の関数としてナトリウム塩で緩衝されたＷＡＣ樹脂を含有するフィルターを通過した水のｐＨの変化を示す。

【0044】

【図5】図５は、フィルターを通過した容積の関数としてナトリウム塩で緩衝されたＷＡＣ樹脂を含有するフィルターを通過した水の電気伝導性の変化を示す。

【0045】

【図6】図６は、比率ＴＨ／Ａｌｋ．の関数としてｒａｔｉｏ＿ｍｉｎ及びｒａｔｉｏ＿６．８の変化を示す。

【0046】

【図7】図７は、ｒａｔｉｏ＿ｍｉｎとｒａｔｉｏ＿６．８の間の直線関係を示す。

【0047】

【図8】図８は、ｒａｔｉｏ＿ｍｉｎ、ｒａｔｉｏｎ＿ｗａｒｎｉｎｇ、及びｒａｔｉｏ＿６．８の間の関係を示す。

【0048】

【図9】図９は、本発明による軟水化装置のさらに好ましい実施形態の断面図（概略図）を示す。

【発明を実施するための形態】

【0049】

（１）ＷＡＣ樹脂でのイオン交換の一般的な方法
遭遇されるほとんどの天然水について、全硬度ＴＨ（ＴＨは、水中のＣａ^２＋とＭｇ^２＋のイオンの濃度の合計に相当する：ＴＨ＝［Ｃａ^２＋］＋［Ｍｇ^２＋］）は、アルカリ度Ａｌｋ．（アルカリ度は、ＨＣＯ_３ ^－イオンの濃度に比例する：Ａｌｋ．～［ＨＣＯ_３ ^－］）より高く、従って比率ＴＨ／Ａｌｋ．＞１である。Ｈ^＋形態の下で操作されたＷＡＣ樹脂床で処理されたかかる水は、以下のように反応するだろう。

【0050】

ＷＡＣ樹脂で固定されたＨ^＋イオンは、硬度成分（Ｃａ^２＋及びＭｇ^２＋）に対して交換される。樹脂によって与えられたＨ^＋イオンは、次いでアルカリ成分（ＨＣＯ_３ ^－）と反応し、ＣＯ_２（Ｈ_２ＣＯ_３）に変換されるだろう。換言すれば、硬度成分は、アルカリ成分濃度まで交換されるだろう。

【0051】

脱アルカリ法としても知られる方法が図１において定量的に示されている。それは、Ａｌｋ．に対するＴＨの比率によって支配される。処理水のｐＨが低すぎる値に低下することを避けるために、ときには勧められるが、原水の規定された百分率割合（例えば１０～７０％）と処理水を混合することが可能である。バイパス設定は、通常、ＷＡＣ樹脂反応を支配する原水組成、及び処理水の組成の結果である。

【0052】

（２）本発明による装置の好ましい実施形態
図２に示された装置１００は、原水の第一流のための入口ライン１０１を含む。接合点１０２で、原水の第一流は、二つの部分流に分割される。部分流の一つは、ライン１０４を介してフィルター１０５に導かれる。他の部分流は、バイパスライン１０３を通って流れる。二つの部分流の間の比率は、弁１１２によって調整される。

【0053】

フィルター１０５は、Ｈ^＋形態の下で操作されるＷＡＣ樹脂床を含む。水がフィルター１０５を通って流れるとき、ＷＡＣ樹脂上に固定されたＨ^＋イオンは、硬度成分に対して交換される。接合点１０６で、フィルター１０５から出た水は、バイパスライン１０３からの原水とブレンドされることができる。出口ライン１０７を介して、水は、装置１００から出ていくことができる。

【0054】

装置１００は、装置を通って流れる水の電気伝導性を測定するための二つのセンサー１０９及び１１０を含む。センサー１０９は、入口ライン１０１に位置される。センサー１１０は、出口ライン１０７に位置される。これに加えて、装置１００は、フィルター１０５を通る水流を検出するためのセンサー１０８を含む。センサー１０８は、フィルター１０５を通る水の存在についての情報を与える。センサー１０８～１１０は、電子制御ユニット１１１に接続されている。

【0055】

センサー１０９及び１１０の助けにより、フィルター１０５において少なくとも部分的に処理された軟水化された水の電気伝導性と原水の電気伝導性の比率を決定することが可能である。フィルター１０５の各交換後、電気伝導性の測定値を安定させるために特定の時間が必要とされる。次いで、比率が決定される。この比率を監視することによって、特定のｐＨ値に対応する電気伝導性比率の値を同定することが可能であることが見出された（以下参照）。通常、ＷＡＣ樹脂を含有するフィルターは、処理水のｐＨ値が６．８に達するときに交換されなければならない。

【0056】

フィルター１０５の寿命の始めには、もしフィルター１０５が緩衝されたＷＡＣ樹脂を含むなら、電気伝導性の比率は、減少し、最小値に到達するだろう。この最小値の後、電気伝導性の比率は、フィルター１０５の寿命の終わりまで増加しはじめるだろう。

【0057】

（３）原水の電気伝導性と軟水化された水の電気伝導性の間の比率の決定の例
Ｈ^＋形態の下で操作されたＷＡＣ樹脂床の操作原理は、図１によって示された。処理された水のｐＨが特にサイクルの始めに低すぎる値まで低下することを避けるために、バイパスに加えて、イオン交換樹脂は、交換されるイオンより低い選択性を持ついずれかのイオンであることができる追加の塩で緩衝されることができる。通常、Ｋ^＋、Ｎａ^＋、及び／又はＬｉ^＋が好ましい。本ケースでは、好ましくは、Ｎａ^＋で緩衝されたイオン交換樹脂が使用される。この用途のためのナトリウム量は、イオン交換樹脂の１リットルあたり０．１ｍｏｌ～１．０ｍｏｌの範囲に位置されることができる。

【0058】

イオン交換樹脂は、溶液中に存在する異なるイオンに対して異なる選択性を示す。ＷＡＣ樹脂について、選択性は、通常、以下のようである。

【0059】

これは、交換されるイオンより低い選択性を有するいずれかの追加の塩で緩衝され（例えば、Ｃａ^２＋及びＭｇ^２＋除去に対してＮａ^＋緩衝）かつＨ^＋形態の下で再生されたＷＡＣ樹脂について、硬度成分は、樹脂選択性のため、緩衝イオンＮａ^＋に対して好ましく交換されることを意味する。利用可能な緩衝イオンＮａ^＋が交換されるとき、通常の脱アルカリ工程が行なわれる。Ｃａ^２＋及びＭｇ^２＋は、Ｈ^＋に対して交換され、それは、アルカリ成分と反応してＣＯ_２に交換されるだろう。緩衝イオン（例えばＮａ^＋）の放出は、ｐＨを低い値に低下することを避けることに寄与するサイクルの始めにおいて滑らかなＨ^＋放出に導く。

【0060】

サイクルの始めにおいて、ＷＡＣ樹脂は、Ｃａ^２＋及びＭｇ^２＋に対して、しかし上記のようにＨ^＋に対しても緩衝イオン（例えばＮａ^＋）をほとんど交換するだろう。フィルターを通過した水の量が増加する限り、Ｃａ^２＋及びＭｇ^２＋に対して交換される緩衝イオン（例えばＮａ^＋）の量は減少し、Ｈ^＋の量は増加するだろう。これは、緩衝イオン放出によって制限された、サイクルの始めにおけるｐＨの減少に導くだろう。アルカリ成分の一部がＣＯ_２に変換されるので、ＨＣＯ_３ ^－濃度もまた、減少するだろう。同時に、硬度成分の漏れがそれに従って増加しはじめるだろう。

【0061】

いったん全ての充填された緩衝イオンが放出されると、曲線の屈曲が起こる。ｐＨは、フィルターの完全消耗まで増加しはじめるだろう。それは、サイクルの始めにおいて、ｐＨが最小値（ｒａｔｉｏ＿ｍｉｎ）を通りすぎ、次いで６．８のｐＨに対応する比率（ｒａｔｉｏ＿６．８又はｒａｔｉｏ＿ｅｘｃｈａｎｇｅ、上で比較）、即ちフィルター交換のための基準に到達するように増加することを意味する。

【0062】

実験は、樹脂１リットルあたり０．１～１．０ｍｏｌのＮａ^＋で緩衝されたＷＡＣ樹脂を含むフィルターで行なわれた。原水流は、フィルターを通過された。フィルター入口の原水の組成が分析された：

【0063】

実験では、フィルターは、完全消耗にもたらされた。水流は、出口水組成が入口組成と同様になるまでフィルターを通過された。水流の電気伝導性は、フィルターの入口及び出口で連続的に監視された。

【0064】

図３は、フィルターを通過した水流におけるイオン種Ｃａ^２＋、Ｎａ^＋、及びＨＣＯ_３ ^－の濃度の変化を示す。図４は、フィルターを通過した水のｐＨの変化を示す。図５は、フィルターを通過した水の電気伝導性と原水の電気伝導性の比率の変化を示す。

【0065】

図３～５の三つの曲線から、ＨＣＯ_３ ^－濃度、ｐＨ、及び電気伝導性比率が同じ進展に従っていることが明らかになる。実際、ＨＣＯ_３ ^－濃度、ｐＨ、及び電気伝導性比率は、一緒に関係される。実験では、原水の電気伝導性は、安定していた。結果として、電気伝導性比率は、出口の電気伝導性の進展に従う。電気伝導性は、ＨＣＯ_３ ^－濃度に比例し、それは、炭素平衡に従ってｐＨ及びアルカリ度に直接関係される。

【0066】

図４の曲線によれば、６．８のｐＨに相当する容積は、約７５０リットルである。図５の曲線によれば、７５０リットルの容積に相当する比率は、約０．８５である。この情報を組み合わせると、６．８のｐＨが０．８５の比率に相当するという結論に導く。これは、この比率がｒａｔｉｏ＿６．８と称される理由である。さらに、図５の曲線から最も低い比率ｒａｔｉｏ＿ｍｉｎを抽出することが可能であり、それは、この場合には０．６４の値を有する。

【0067】

ｒａｔｉｏ＿ｍｉｎとｒａｔｉｏ＿６．８の間には直接的な関係がある。両方の間の関係を証明するため、フィルターは、異なる水組成（比率ＴＨ／Ａｌｋ．）について試験された。試験のために使用されたフィルターは、ＷＡＣイオン交換樹脂の固定された所定量を有していた。樹脂は、樹脂の１リットルあたり０．１～１．０ｍｏｌのＮａ^＋にある同じ量を常に有するＮａ^＋を緩衝剤として使用して、同じようにして常に状態調整された。バイパスは、水アルカリ度に従って１０～７０％に調整された。

【0068】

結果が図６に示され、それは、比率ＴＨ／Ａｌｋ．の関数として与えられる、異なる水組成についてｒａｔｉｏ＿ｍｉｎ及びｒａｔｉｏ＿６．８の値を有する。試験された異なる水組成について、ｒａｔｉｏ＿ｍｉｎ及びｒａｔｉｏ＿６．８は、比率ＴＨ／Ａｌｋ．の関数として直線関係であった。ｒａｔｉｏ＿ｍｉｎ及びｒａｔｉｏ＿６．８は、使用されるＷＡＣイオン交換樹脂、その容量、及び充填される緩衝剤（ここではＮａ^＋）の量、並びに原水組成、特に比率ＴＨ／Ａｌｋ．に依存する。

【0069】

これは、主な再生剤Ｈ^＋と比較した樹脂に充填される同じ量の緩衝剤及び同じ水組成を有する所定のＷＡＣ樹脂タイプについて、ｒａｔｉｏ＿ｍｉｎ及びｒａｔｉｏ＿６．８は、常に同じ値を通りすぎることを意味する。

【0070】

ｒａｔｉｏ＿ｍｉｎ及びｒａｔｉｏ＿６．８がともに、考えられる範囲で比率ＴＨ／Ａｌｋ．と直線関係にあるということは、ｒａｔｉｏ＿ｍｉｎとｒａｔｉｏ＿６．８の間にも直線関係があるという結論に導く。これは、図７に示された曲線によって示される。

【0071】

結論：所定のフィルターサイズに対して、同じように状態調整されたＷＡＣイオン交換樹脂の同じ量を常に使用して、消耗点に相当するｒａｔｉｏ＿６．８は、ｒａｔｉｏ＿ｍｉｎに対して直線関係にある。この曲線は、規定されたフィルタータイプに対する特徴であり、消耗基準として使用されることができる。本ケースでは、消耗基準は、以下の通りである。

【0072】

従って、ｒａｔｉｏ＿ｍｉｎがわかると、方程式からｒａｔｉｏ＿６．８の値を計算することが可能であり、それは、フィルターが交換される必要がある点に相当する。消耗基準は、交換される必要があるフィルターの出口ｐＨと入口に対する出口の電気伝導性比率の間の相関を作ることを可能にする。

【0073】

図５の曲線について、記載された例を考えると、比率は、０．６４の値でその最小値に到達し、それゆえｒａｔｉｏ＿ｍｉｎ＝０．６４である。ｒａｔｉｏ＿６．８は、以下のように決定されることができる：

【0074】

この例では、電気伝導性比率が０．８５の値に到達するとき、出口ｐＨは６．８であり、フィルターは交換される必要があることを意味する。

【0075】

（４）警告信号の発生
いったんｒａｔｉｏ＿ｍｉｎ及びｒａｔｉｏ＿６．８がわかると、本発明による装置は、フィルターがその寿命の終わりに来ており、すぐに交換される必要があるという情報を装置の使用者に与えるために警告比率（ｒａｔｉｏ＿ｗａｒｎｉｎｇ）を決定するように構成されることができる。ｒａｔｉｏ＿ｗａｒｎｉｎｇは、ｒａｔｉｏ＿６．８とｒａｔｉｏ＿ｍｉｎの間のΔ比率から以下のように計算される：

【0076】

上で記載された例を考えると、ｒａｔｉｏ＿ｗａｒｎｉｎｇは、以下の通りである：

【0077】

好ましい実施形態では、本発明による装置は、光学信号装置として三つのＬＥＤ（緑、オレンジ、及び赤）を含む。ＬＥＤの発光は、以下のように制御される：

【0078】

ＬＥＤにより、フィルターがその寿命の終わりにあることを使用者に知らせるためにフィルター消耗の前に警告を与えることが可能である。

【0079】

ｒａｔｉｏ＿ｍｉｎ，ｒａｔｉｏｎ＿ｗａｒｎｉｎｇ、及びｒａｔｉｏ＿６．８の間の関係が図８に示される。

【0080】

（５）本発明による軟水化装置のさらに好ましい実施形態
図９に示された装置１００は、ベースユニット１１５及び交換可能なフィルター１０５を含む。ベースユニット１１５及びフィルター１０５は、ねじ接続によって接続される。この目的のため、フィルターは、雄ねじ１１７を含み、ベースユニットは、雌ねじ１１８を含む。漏れ防止を与えるために、封止リング１１３及び１１４がフィルター１０５とベースユニット１１５の間の界面に配置されている。

【0081】

ベースユニットは、原水の第一流のための入口ライン１０１、フィルター１０５から出る低下した硬度を持つ水の第二流のための出口ライン１０７、及びバイパスライン１０３を含む。接合点１０２では、原水の第一流は、二つの部分流に分割される。部分流の一つは、ライン１０４を介してフィルター１０５に導かれる。他の部分流は、バイパスライン１０３を通って流れる。二つの部分流の間の比率は、弁１１２によって調整されることができる。接合点１０６では、フィルター１０５から出た水は、バイパスライン１０３からの原水とブレンドされることができる。出口ライン１０７を介して、水は、装置１００から出ることができる。水流が装置内で流れる方向を示すために矢印が使用される。

【0082】

フィルター１０５は、原水の第一流のための入口１０５ａ、及び低下した硬度を有する水の第二流のための出口１０５ｂを含む。ベースユニット１１５の入口ライン１０１は、フィルター１０５の入口１０５ａに結合され、ベースユニット１１５の出口ライン１０７は、フィルター１０５の出口１０５ｂに結合される。

【0083】

フィルター１０５は、Ｎａ^＋で緩衝されかつＨ^＋形態の下で操作されるＷＡＣ樹脂１０５ｄを含む。ＷＡＣ樹脂１０５ｄは、カートリッジ１０５に含まれる。水がフィルター１０５を通って流れるとき、ＷＡＣ樹脂１０５上に固定されたＮａ^＋イオン及びＨ^＋イオンは、硬度成分に対して交換される。最初にまずＮａ^＋イオンが交換される。後で、Ｈ^＋イオンの産出量が増加し、Ｎａ^＋イオンの産出量が減少する。

【0084】

装置１００は、装置を通って流れる水の電気伝導性を測定するための二つのセンサー１０９及び１１０を含む。センサー１０９は、出口ライン１０７に位置される。センサー１１０は、入口ライン１０１に位置される。これに加えて、装置１００は、フィルター１０５を通る水流を検出するためのセンサー１０８を含む。センサー１０８は、フィルター１０５を通る水流の存在についての情報を与える。センサー１０８～１１０は、図２に示されるように、電子制御ユニット１１１に接続される。電子制御ユニットは、図９に示された断面図では見ることはできない。

【0085】

装置１００は、フィルター交換インディケーターとして三つのＬＥＤ１１６をさらに含む。ＬＥＤ１１６の助けにより、上で既に記載したように、フィルターがその寿命の終わりであることを使用者に知らせるためのフィルター消耗前の第一警告、及びフィルターが消耗されたときの第二警告を与えることが可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】