特許 7463924 ＥＤＩ装置及び水処理システム

(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】2024-04-01

(45)【発行日】2024-04-09

(54)【発明の名称】ＥＤＩ装置及び水処理システム

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/469 20230101AFI20240402BHJP

   B01D 61/54 20060101ALI20240402BHJP

【ＦＩ】

C02F1/469

B01D61/54

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020154543

(22)【出願日】2020-09-15

(65)【公開番号】P2022048628

(43)【公開日】2022-03-28

【審査請求日】2023-06-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000175272

【氏名又は名称】三浦工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(72)【発明者】

【氏名】田中 聖二

【審査官】相田 元

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０６０６３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１１５８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－２８４８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２２３６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－３３５６８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ １／４６－ １／４８

Ｂ０１Ｄ ５３／２２

Ｂ０１Ｄ ６１／００－７１／８２

Ｃ０２Ｆ １／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気再生式脱塩により原水をイオンを除去した処理水とイオン濃度が高い濃縮水とに分離するＥＤＩユニットと、
前記ＥＤＩユニットに電力を供給する電源と、
前記ＥＤＩユニットに供給される前記原水の流量又は前記ＥＤＩユニットから流出する前記処理水若しくは前記濃縮水の流量を検出する流量検出器と、
ハードウェアにより構成され、外部から入力される制御信号の値が前記ＥＤＩユニットへの電力供給を要求し、且つ前記流量検出器の検出値が所定の流量基準値以上である場合に、前記電源に対して電力供給を行わせる設定信号を出力する設定回路と、
を備える、ＥＤＩ装置。

【請求項2】

前記設定回路は、
前記流量検出器の検出値が前記流量基準値以上であるか否かで値が変化する流量確認信号を出力する流量判定回路部と、
前記制御信号により開閉する第１接点、及び前記流量確認信号により開閉する第２接点を有する出力回路部と、
を有する、請求項１に記載のＥＤＩ装置。

【請求項3】

前記第１接点は、前記制御信号の値が前記ＥＤＩユニットへの電力供給を要求する場合に閉じ、
前記第２接点は、前記流量確認信号の値が前記流量検出器の検出値が前記流量基準値以上であることを示す場合に閉じ、
前記出力回路部は、前記第１接点及び前記第２接点を直列に接続し、前記第１接点及び前記第２接点を介して前記設定信号を出力する、請求項２に記載のＥＤＩ装置。

【請求項4】

前記出力回路部は、前記設定信号の状態を検出する設定検出要素をさらに有する、請求項３に記載のＥＤＩ装置。

【請求項5】

請求項４に記載のＥＤＩ装置と、前記制御信号を出力する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記ＥＤＩユニットへの電力供給の要否を判断する電力供給判定部と、
前記制御信号及び前記流量確認信号並びに前記設定検出要素の検出結果に基づいて、前記第１接点及び前記第２接点の故障を検知する故障検知部と、
を有する、水処理システム。

【請求項6】

前記故障検知部は、前記流量確認信号の値が前記流量検出器の検出値が前記流量基準値以上でないことを示すときに、前記第１接点を短時間だけ閉じさせるよう前記制御信号の値を変化させる試験出力要素を有する、請求項５に記載の水処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＥＤＩ装置及び水処理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

原水からイオンを除去して純水を製造するために、ＥＤＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ：電気脱イオン）装置が利用されている。ＥＤＩ装置は、イオン交換膜によって区画された空間に充填されたイオン交換体によって原水中のイオンを吸着すると共に、イオン交換膜を介してイオン交換体に直流電圧を印加することによってイオン交換体が吸着したイオンをイオン交換膜を通して排出する（例えば特許文献１参照）。このように、ＥＤＩ装置は、電圧の印加によりイオン交換体を再生するため、電気再生式脱塩装置とも呼ばれる。ＥＤＩ装置では、運転中、上述のイオン交換膜、イオン交換体及び電極を有するＥＤＩユニットに、直流電源から例えば数十ボルトから数百ボルトの直流電圧を印加し続けることにより常時イオン交換体を再生することで、連続して純水を製造できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－２５５６５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＥＤＩ装置では、ＥＤＩユニットに原水が供給されていない状態で電源からＥＤＩユニットに電圧を印加する空運転を行うと、ＥＤＩユニットが過熱したり、ＥＤＩユニットの内部に残留する水が電気分解されて水素ガスが発生したりするおそれがある。

【0005】

ＥＤＩ装置を備える水処理システムにおいて、ＥＤＩ装置は、コンピュータ等を備えるプログラム可能な制御装置によって、ＥＤＩユニットに原水を供給するポンプ、原水の前処理を行う逆浸透膜装置等の周辺機器と共に制御されることが多い。このため、通常であれば原水が供給されていないＥＤＩユニットに電圧が印加されることはないが、稀にではあるが、制御装置のプログラムの実行エラー、ポンプの故障等により、原水が供給されていないＥＤＩユニットに電圧が印加される空運転が行われるおそれがある。

【0006】

そこで、本発明は、ＥＤＩユニットの空運転を防止できるＥＤＩ装置及び水処理システムを提供すること目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様に係るＥＤＩ装置は、電気再生式脱塩により原水をイオンを除去した処理水とイオン濃度が高い濃縮水とに分離するＥＤＩユニットと、前記ＥＤＩユニットに電力を供給する電源と、前記ＥＤＩユニットに供給される前記原水の流量又は前記ＥＤＩユニットから流出する前記処理水若しくは前記濃縮水の流量を検出する流量検出器と、ハードウェアにより構成され、外部から入力される制御信号の値が前記ＥＤＩユニットへの電力供給を要求し、且つ前記流量検出器の検出値が所定の流量基準値以上である場合に、前記電源に対して電力供給を行わせる設定信号を出力する設定回路と、を備える。

【0008】

上述のＥＤＩ装置において、前記設定回路は、前記流量検出器の検出値が前記流量基準値以上であるか否かで値が変化する流量確認信号を出力する流量判定回路部と、前記制御信号により開閉する第１接点、及び前記流量確認信号により開閉する第２接点を有する出力回路部と、を有してもよい。

【0009】

上述のＥＤＩ装置において、前記第１接点は、前記制御信号の値が前記ＥＤＩユニットへの電力供給を要求する場合に閉じ、前記第２接点は、前記流量確認信号の値が前記流量検出器の検出値が前記流量基準値以上であることを示す場合に閉じ、前記出力回路部は、前記第１接点及び前記第２接点を直列に接続し、前記第１接点及び前記第２接点を介して前記設定信号を出力してもよい。

【0010】

上述のＥＤＩ装置において、前記出力回路部は、前記設定信号の状態を検出する設定検出要素をさらに有してもよい。

【0011】

本発明の一態様に係る水処理システムは、上述ＥＤＩ装置と、前記制御信号を出力する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記ＥＤＩユニットへの電力供給の要否を判断する電力供給判定部と、前記制御信号及び前記流量確認信号並びに前記設定検出要素の検出結果に基づいて、前記第１接点及び前記第２接点の故障を検知する故障検知部と、を有する。

【0012】

供述の水処理システムにおいて、前記故障検知部は、前記流量確認信号の値が前記流量検出器の検出値が前記流量基準値以上でないときに、前記第１接点を短時間だけ閉じさせるよう前記制御信号の値を変化させる試験出力要素を有してもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、ＥＤＩユニットの空運転を防止できるＥＤＩ装置及び水処理システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１実施形態に係る水処理システムの構成を示す模式図である。

【図2】本発明の第２実施形態に係る水処理システムの構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明に係る水処理システムの各実施形態について、図面を参照しながら説明をする。なお、以下の説明において、後から説明する実施形態の先に説明した実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。

【0016】

図１は、本発明の第１実施形態に係る水処理システム１の構成を示す模式図である。水処理システム１は、ＥＤＩ装置１０と、ＥＤＩ装置１０に運転を指示する制御信号を入力する制御装置２０と、を備える。

【0017】

ＥＤＩ装置１０は、ＥＤＩユニット１１と、電源１２と、流量検出器１３と、設定回路１４と、を備える。

【0018】

ＥＤＩユニット１１は、電気再生式脱塩により原水を、イオンを除去した処理水とイオン濃度が高い濃縮水とに分離する。ＥＤＩユニットは、交互に配置される陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜によって区分される層状に形成され、並列して水が通過する複数の空間を有する。最も外側の一対の空間は、電極が配設される電極室とされ、内側の空間は、イオン交換体が充填されることにより交互に形成される処理室及び濃縮室とされる。処理室、濃縮室及び電極室には原水が供給され、濃縮室に供給された原水中のイオンはイオン交換体に吸着され、イオン交換体に吸着されたイオンは電極間に印加される電流により濃縮室に移動する。このため、処理室では原水からイオンを除去した処理水が生成され、濃縮室では原水に処理室から取り出したイオンが加えられた濃縮水が生成される。電極室を通過した水は、濃縮室から流出する濃縮水に混合して排出される。このように、ＥＤＩユニット１１は、電流の印加によりイオン交換体が再生されるため、連続して原水を処理水と濃縮水とに分離できる。

【0019】

電源１２は、ＥＤＩユニット１１の一対の電極に直流電力を供給する。電源１２は、直流電力の出力を指示する設定信号が入力される一対の設定端子１２１を有する。設定端子１２１は、電流信号又は電圧信号を受け付けるよう構成されてもよいが、導通状態により値を示す接点信号を受け付けるよう構成され得る。本実施形態では、電源１２は、一対の設定端子１２１の間の電路を閉じた場合にＥＤＩユニット１１に対して直流電流を出力し、設定端子１２１の間の電路を開いた場合にＥＤＩユニット１１への直流電流の出力を停止する。

【0020】

流量検出器１３は、ＥＤＩユニット１１に供給される原水の流量又はＥＤＩユニット１１から流出する処理水若しくは濃縮水の流量を検出する。図１に示す実施形態において、流量検出器１３は、ＥＤＩユニット１１から流出する処理水の流量を検出するよう配設されている。

【0021】

流量検出器１３は、検出した流量を示す流量検出信号を設定回路１４に入力する。流量検出信号としては、一定の流量ごとに出力されるパルス信号、流量に応じて電流値が変化する電流信号、流量に応じて電圧が変化する電圧信号、流量をディジタル値で示すディジタル信号等とすることができる。流量検出信号としてパルス信号を出力する流量検出器１３を使用すれば、安価で保守が容易となる。

【0022】

設定回路１４は、全体的にハードウェアによって構成される。つまり、設定回路１４は、プログラム制御要素を用いずに構成される。設定回路１４は、ＥＤＩ装置１０の外部の制御装置２０から入力される制御信号の値がＥＤＩユニット１１への電力供給を要求し、且つ流量検出器１３の検出値が所定の流量基準値以上である場合に、電源１２に対して電力供給を行わせる設定信号を出力する。

【0023】

設定回路１４は、流量検出器１３の検出値が流量基準値以上であるか否かで値が変化する流量確認信号を出力する流量判定回路部１４１と、制御装置２０から入力される制御信号及び流量判定回路部１４１から入力される流量確認信号に応じて設定信号を出力する出力回路部１４２と、を有する構成とすることができる。

【0024】

流量判定回路部１４１は、流量検出器１３の検出値が流量基準値未満である場合には電圧及び電流を出力せず、流量検出器１３の検出値が流量基準値以上である場合に流量確認信号が有値となるよう構成されることが好ましい。比較的安価に構成できる例として、流量検出器１３が出力する流量検出信号が一定の流量ごとに出力されるパルス信号である場合、流量検出信号を平滑化した電圧が可変抵抗等によって設定される基準電圧よりも大きい場合にスイッチング素子がオンして流量確認信号がオンの状態となるよう構成することができる。流量判定回路部１４１は、演算素子等を用いて流量検出信号の値を判別するものであってもよい。

【0025】

出力回路部１４２は、設定端子１２１に接続される一対の接続端子１４２１と、一対の接続端子１４２１の間に直列に接続される第１接点１４２２及び第２接点１４２３とを有する構成とすることができる。第１接点１４２２は、制御装置２０から入力される制御信号により開閉し、第２接点１４２３は、流量判定回路部１４１から入力される流量確認信号により開閉する。本実施形態では、第１接点１４２２は、制御信号がオンである場合に閉じるＡ接点であり、第２接点１４２３も、流量確認信号がオンである場合に閉じるＡ接点である。第１接点１４２２及び第２接点１４２３としては、例えばメカニカルリレー、ＦＥＴリレー、ソリッドステートリレー等の継電器を用いることができる。

【0026】

制御装置２０は、電源１２によるＥＤＩユニットへの電力供給を要求、つまりＥＤＩ装置１０に運転を指示する制御信号を入力する。制御装置２０は、例えばＣＰＵ、メモリ等を有するプログラム可能なコンピュータ装置によって構成され得る。制御装置２０Ａは、ＥＤＩユニット１１への電力供給の要否、つまりＥＤＩ装置１０の運転及び停止の必要性を判断し、対応する制御信号を出力する電力供給判定部２１を有する。

【0027】

また、制御装置２０は、水処理システム１の他の構成要素の動作を制御する構成要素を有する。図示しないが、例として、制御装置２０は、ＥＤＩ装置１０に原水を供給する不図示のポンプの動作等を制御することが想定される。なお、制御装置２０Ａの構成要素は、その機能を類別したものであって、物理構造及びプログラム構造において明確区分されるものでなくてもよい。

【0028】

ＥＤＩ装置１０は、上述のように、外部から入力される制御信号がＥＤＩユニット１１への電力供給を要求するものであり、且つ流量検出器１３の検出値が所定の流量基準値以上である場合に、電源１２に電力供給を行わせる設定信号を出力する設定回路１４を備える。このため、コンピュータ装置からなる制御装置２０に例えば停電等に起因してプログラムが暴走するなどのトラブルが発生し、誤って原水を供給するポンプが停止している状態でＥＤＩ装置１０に運転を指示する制御信号が入力されたとしても、ＥＤＩ装置１０は、流量検出器１３の検出値に応じて電源１２の出力の有無を設定するので、ＥＤＩユニット１１に原水が供給されていないときに電源１２がＥＤＩユニット１１に電力供給することを防止できる。また、例えば原水の不足、原水を供給するラインの閉塞、ポンプの故障等の他の要因によりＥＤＩ装置１０に原水が供給されない場合も、同様に設定回路１４が電源１２によるＥＤＩユニット１１への電力供給を停止させる。これにより、ＥＤＩ装置１０では、ＥＤＩユニット１１の空運転に起因する水の電気分解による水素の発生や熱によるイオン交換膜の損傷が防止される。

【0029】

本実施形態では、設定回路１４を、制御信号により開閉する第１接点１４２２と、流量確認信号により開閉する第２接点１４２３とを有する構成としたことで、比較的簡単な回路構成でＥＤＩユニット１１の空運転を防止できる。特に、出力回路部１４２を直列に接続した第１接点１４２２及び第２接点１４２３を介して設定信号を出力するよう構成したことで、より簡単で誤動作が少ない。これにより、ＥＤＩ装置１０は、より確実にＥＤＩユニット１１の空運転を防止できる。

【0030】

図２は、本発明の第２実施形態に係る水処理システム１Ａの構成を示す模式図である。水処理システム１Ａは、ＥＤＩ装置１０Ａと、ＥＤＩ装置１０Ａに運転を指示する制御信号を入力する制御装置２０Ａと、を備える。

【0031】

ＥＤＩ装置１０Ａは、ＥＤＩユニット１１と、電源１２と、流量検出器１３と、設定回路１４Ａと、を備える。

【0032】

設定回路１４Ａは、全体的にハードウェアによって構成される。設定回路１４Ａは、外部から入力される制御信号の値がＥＤＩユニット１１への電力供給を要求し、且つ流量検出器１３の検出値が所定の流量基準値以上である場合に、電源１２に電力供給を行わせる設定信号を出力する。

【0033】

設定回路１４Ａは、流量検出器１３の検出値が流量基準値以上であるか否かで値が変化する流量確認信号を出力する流量判定回路部１４１と、制御装置２０から入力される制御信号及び流量判定回路部１４１から入力される流量確認信号に応じて設定信号を出力する出力回路部１４２Ａと、を有する構成とすることができる。

【0034】

出力回路部１４２Ａは、設定端子１２１に接続される一対の接続端子１４２１と、一対の接続端子１４２１の間に直列に接続される第１接点１４２２及び第２接点１４２３と、設定信号の状態を検出する設定検出要素１４２４と、を有する構成とすることができる。

【0035】

設定検出要素１４２４は、例えば設定信号の微弱な電流を検出して設定信号の値を判定するよう構成することができる。設定検出要素１４２４は、例えば電流センサ、ソリッドステートリレー等によって構成されてもよいが、図示する実施形態では、第１接点１４２２及び第２接点１４２３に直列に配設されるフォトダイオード１４２５と、フォトダイオード１４２５が発生する光を検出するフォトトランジスタ１４２６とを有するフォトカプラである。フォトトランジスタ１４２６は、設定回路１４Ａに別途設けられる不図示の制御電源、又は制御装置２０の電源から供給される電流を流すか遮断するかによって設定信号の値を表す信号を出力する。

【0036】

制御装置２０Ａは、ＥＤＩユニット１１への電力供給の要否を判断する電力供給判定部２１と、制御信号及び流量確認信号並びに設定検出要素１４２４の検出結果に基づいて、第１接点１４２２及び第２接点１４２３の故障を検知する故障検知部２２と、を有する。

【0037】

故障検知部２２は、制御信号が第１接点１４２２を開く値であり、かつ流量確認信号が第２接点１４２３を閉じる値であるときに、設定検出要素１４２４の検出結果が電力出力を要求する値となった場合には、第１接点１４２２が故障していると判断、つまり第１接点１４２２が閉じた状態で固着していると判断する。また、故障検知部２２は、制御信号が第１接点１４２２を閉じる値であり、かつ流量確認信号が第２接点１４２３を開く値であるときに、設定検出要素１４２４の検出結果が電力出力を要求する値となった場合には、第２接点１４２３が閉じた状態で固着していると判断する。

【0038】

故障検知部２２は、流量判定回路部から出力される流量確認信号の値が流量検出器１３の検出値が流量基準値以上でないことを示すときに、第１接点１４２２を短時間だけ閉じさせるよう制御信号を変化、本実施形態では短時間だけオンにすることが好ましい。試験出力要素２２１は、流量検出器１３の検出値を流量検出器１３から取得してもよく、流量判定回路部１４１から出力される流量確認信号によって確認してもよい。これにより、制御信号が第１接点１４２２を閉じる値となり、かつ流量確認信号が第２接点１４２３を開く値となる時間を確実に得ることができるため、第２接点１４２３の固着を正確に検出できる。

【0039】

一方、一般的にＥＤＩ装置を備える水処理システムでは、起動原水の供給が安定してからＥＤＩ装置の運転を開始するために、原水のポンプを起動してから間をおいてＥＤＩ装置を起動することが多い。このため、図２の水処理システム１Ａにおいても、特別な制御を加えなくても、制御信号が第１接点１４２２を開く値となり、かつ流量確認信号が第２接点１４２３を閉じる値となることがあるので、第１接点１４２２の動作を確認することができる。

【0040】

以上のように、本実施形態の水処理システム１Ａでは、制御装置２０Ａが、制御信号、流量確認信号及び設定検出信号に基いて第１接点１４２２及び第２接点１４２３の故障を検知する故障検知部２２を有するので、第１接点１４２２及び第２接点１４２３の固着に起因するＥＤＩユニット１１の空運転を防止できる。

【0041】

以上、本発明の水処理システムの好ましい各実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。

【符号の説明】

【0042】

１，１Ａ 水処理システム
１０，１０Ａ ＥＤＩ装置
１１ ＥＤＩユニット
１２ 電源
１２１ 設定端子
１３ 流量検出器
１４，１４Ａ 設定回路
１４１ 流量判定回路部
１４２ 出力回路部
１４２１ 接続端子
１４２２ 第１接点
１４２３ 第２接点
１４２４ 設定検出要素
２０，２０Ａ 制御装置
２１ 電力供給判定部
２２ 故障検知部
２２１ 試験出力要素

【図1】

【図2】