(57)【要約】【課題】比重の異なる粒状物層の間に形成される界面を精度よく検出することができる界面検出方法を提供する。【解決手段】カチオン再生塔２内での上向流通水によりカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが比重差で分離される。上層のアニオン交換樹脂は、樹脂引抜部５及び樹脂移送管６を介してアニオン交換樹脂再生塔３に移送され苛性ソーダで再生される。カチオン再生塔２内で樹脂を逆洗分離した状態で逆洗しながらアニオン再生塔３にアニオン交換樹脂を移送する場合、樹脂引抜部５に対して適切な位置に樹脂界面（アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との界面）があるように逆洗流量を調整する。カチオン再生塔２の樹脂界面を磁歪式センサ１０によって検出する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
比重の異なる粒状物層の間に形成される界面を検出する界面検出方法において、
界面に位置するフロートを有したフロート式センサによって界面を検出することを特徴とする界面検出方法。
【請求項２】
前記フロート式センサは磁歪式センサであることを特徴とする請求項１に記載のスラリー界面の検出方法。
【請求項３】
前記フロートの比重は、上層の粒状物の比重よりも大きく、下層の粒状物の比重よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の界面検出方法。
【請求項４】
上層の粒状物がアニオン交換樹脂であり、下層の粒状物がカチオン交換樹脂であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の界面検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種の粒状物を含む液体において、比重の異なる粒状物層の間に形成される界面を検出する方法に係り、特に火力発電所および原子力発電所の復水脱塩装置におけるカチオン再生塔においてアニオン交換樹脂層とカチオン交換樹脂層との界面を検出する場合に好適な界面検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所および原子力発電所における復水脱塩塔で使用された混床樹脂（アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合樹脂）は、図３に示されるように、復水脱塩塔１からカチオン再生塔２に移送され、逆洗法（上向流通水）によりカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂に比重差で分離される。即ち、比重の小さなアニオン交換樹脂が上層になり、比重の大きなカチオン交換樹脂が下層になるように分離される。上層のアニオン交換樹脂は、樹脂引抜部５及び樹脂移送管６を介してアニオン交換樹脂再生塔３に移送され苛性ソーダで再生される。
【０００３】
アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の分離境界近傍の樹脂は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂が混合された状態となっている。この樹脂は、混合状態のまま樹脂貯槽４に移送され、次回再生時に混床樹脂と混合されるか、未再生のまま脱塩塔１に戻される。カチオン再生塔２に残ったカチオン交換樹脂は酸で再生される。
【０００４】
カチオン再生塔２内で樹脂を逆洗分離した状態で逆洗しながらアニオン再生塔３にアニオン交換樹脂を移送する場合、樹脂引抜部５に対して適切な位置に樹脂分離境界（アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との界面）があるように逆洗流量を調整する必要がある。このためには、樹脂界面位置を検出しながら逆洗流量調整弁７の開度調節を行う。
【０００５】
樹脂の界面を検出する方法として、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の赤色光と赤外光の反射率の違いに着目して行う方法、ＣＣＤカメラによる画像処理により、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の色調の違いに着目して行う方法がある（特許文献１，２）。
【０００６】
復水脱塩装置中のイオン交換樹脂に通水される復水は、発電所の系統配管から生じた鉄クラッドを含む。鉄クラッドは通常荷電を帯びているためイオン交換樹脂に吸着して、その色調や光に対する反射率が変化する。鉄汚染が過度に進むと従来技術ではアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の識別ができなくなる。そのため、汚染された樹脂でも安定して分離境界面を識別する方法が望まれている。
【０００７】
従来より、物体の機械的変位や液面の変位を検出するための位置検出装置として、強磁性体に特有の磁歪現象を利用した磁歪式センサが知られている（たとえば特許文献３〜６参照）。
【０００８】
この種の磁歪式センサにおいては、強磁性体よりなる磁歪線を非磁性のパイプ内に張設し、非磁性パイプの外周に長手方向に摺動可能に挿通された円環状の永久磁石の位置で磁歪線に捩り弾性波（超音波）を発生させ、この捩り弾性波の磁歪線の特定部位までの伝搬時間を計測することにより永久磁石の位置を検出する。
【０００９】
特許文献７には、パイプ内に磁気感応スイッチを等間隔で並べ、該パイプに摺動自在にマグネット付きフロートを外嵌させたフロート式液面計が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４３５５８８９号公報
【特許文献２】特許第４３７１０６１号公報
【特許文献３】特開２０００−１８０２４９号公報
【特許文献４】特開昭６３−２１７２２４号公報
【特許文献５】特開平２−１２４４２４号公報
【特許文献６】特開２００７−３０９７４９号公報
【特許文献７】特開平７−２６０５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、複数種の粒状物を含む液体において、比重の異なる粒状物層の間に形成される界面を精度よく検出することができる粒状物層の界面の検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の界面検出方法は、比重の異なる粒状物層同士の間に形成される界面を検出する粒状物層の界面検出方法において、界面に位置するフロートを有したフロート式センサによって界面を検出することを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様では、前記フロート式センサは磁歪式センサである。
【００１４】
本発明の一態様では、前記フロートの比重は、上層の粒状物の比重よりも大きく、下層の粒状物の比重よりも小さい。
【００１５】
本発明の一態様では、上層の粒状物がアニオン交換樹脂であり、下層の粒状物がカチオン交換樹脂である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、フロート式センサを用いることにより、比重の異なる粒状物層の間に形成される界面を精度よく検出することができる。特に、フロート式センサとして磁歪式センサを用いることにより、界面を高精度に検出することができる。
【００１７】
本発明方法は、比重という変化しない固有の物性に着目した分離界面の検出方法であるので、従来技術で問題であったイオン交換樹脂の着色汚染による誤検知の問題が生じない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】磁歪式センサの側面図である。
【図２】フロートの側面図である。
【図３】火力発電所および原子力発電所における復水脱塩装置の構成図である。
【図４】実験結果を示すグラフである。
【図５】塔内の樹脂の挙動を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１は、本発明で用いられる磁歪式センサ１０の一例を示す側面図である。
【００２０】
磁歪式センサ１０は磁歪線が内部に軸心線方向に配置されているセンサパイプ１１と、リング形マグネット（環状永久磁石）を備えたフロート１２と、センサパイプ１１の上部及び下部にそれぞれ設けられたフランジ１４，１５等を備えている。センサパイプ１１の上部及び下部はフランジ１４，１５を介して連結されたエルボパイプ１６，１７を介して塔２の側壁に取り付けられている。エルボパイプ１６は、塔外のヘッドボックス１３に連結されている。
【００２１】
磁歪線は、強磁性体よりなり、センサパイプ１１内に張力調整部によって所定の張力が与えられた状態で設置されている。ヘッドボックス１３内には、検出コイル、歪検出回路部、電流パルス発生部および吸振材等が設置されている。
【００２２】
フロート１２は、図２の通り、上下に貫通する孔１２ａを有しており、この孔１２ａにセンサパイプ１１が挿通されている。フロート１２は、センサパイプ１１に沿って上下方向に摺動自在となっている。フロート１２に保持されたリング形マグネットは、該孔１２ａを取り巻く環形となっている。フロート１２は、比重の異なる粒状物の中間の比重を有しており、リング形マグネットが粒状物層の間の界面に位置する。
【００２３】
フロート１２（特にそのリング状マグネット）の位置の検出にあたっては、電流パルス発生回路によって電流パルスが磁歪線に与えられる。これにより、マグネットに近接する磁歪線の部位でねじり弾性波が発生し、そのねじり弾性波による歪が検出コイルを通じて歪検出回路部により検出される。この検出回路部は、入力された信号を波形整形するとともに演算処理してマグネットの位置を算出する。
【００２４】
この磁歪式センサ１０が、図３の通り、カチオン交換樹脂再生塔２におけるアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との界面付近に設置されている。
【００２５】
この実施の形態では、フロート１２の上部と下部を円錐形あるいは半球形とすることで、樹脂内での動きをスムーズにし、かつ樹脂のフロート１２への堆積を防止する。また、フロート下面にあたった逆洗流の縮流影響を軽減する。フロート１２は好ましくは俵形とされる。
【００２６】
なお、仮にフロート上部に平面あるいは緩斜面があると、小粒径の樹脂粒子がフロートの上面に載ってしまい、高精度の界面検出が阻害される。
【００２７】
フロート１２の直径は、４０〜１００ｍｍとし、フロート下部での急激な縮流発生を防ぎ、樹脂見かけ密度の局所的な低下がおきないようにし、フロート１２への安定的な浮力を確保するのが好ましい。フロート１２の長さに制限はないが、５０〜１５０ｍｍ程度が好ましい。
【００２８】
フロート１２は、逆洗展開による樹脂層の粒子密度の低下による浮力変化に対応した比重を有することが好ましい。イオン交換樹脂の場合は、フロートの比重は、１．０７〜１．１５とし、望ましくは１．０７〜１．１０とする。
【００２９】
本発明では、センサパイプ１１とフロート１２の孔１２ａ内周面とのクリアランスを、イオン交換樹脂閉塞を防止し、なおかつセンシングに影響しない範囲となるようにする。センサパイプ１１の直径に制限はないが、好ましくは５〜２０ｍｍ、特に望ましくは８〜１５ｍｍとする。フロート１２の孔１２ａの直径はパイプ径に対し、＋３〜１０ｍｍとし、望ましくは＋５〜８ｍｍとし、クリアランスを設ける。このクリアランスを設けたことによるフロートのガタツキを防止する構造をフロート１２の上下両端にそれぞれ設けるのが好ましい。
【００３０】
フロート１２の比重を上記範囲とすることにより、フロート１２はアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との界面に位置する。逆洗展開率の変化により樹脂見かけ密度が変化すると、浮力も変化し、フロート位置が変化する。図４は、逆洗展開率を変化させた時のフロート中央位置（上下方向中間位置）と界面との位置のずれの測定結果を示すグラフである。図４の通り、逆洗展開率が大きくなると、フルートは沈む傾向にある。
【００３１】
カチオン交換樹脂沈降高さ（静置高さ）が１，４００ｍｍで、アニオン交換樹脂移送時のカチオン交換樹脂層高が１，７００ｍｍ、中間樹脂移送時のカチオン交換樹脂層高を１，７５０ｍｍとすると、展開率はそれぞれ、２１％と２５％である。図４の関係式で計算すると、前者ではカチオン交換樹脂面との乖離幅が１１ｍｍ、後者では１３ｍｍとなり、２ｍｍのずれが生じる。要求分離精度に応じて、読み値をそのまま制御に使用することもでき、ＰＬＣ（プログラマグルロジックコントローラ）で補正を行うこともできる。
樹脂の層分離アニオン樹脂と中間樹脂の順次排出と、本発明のセンサの使用方法について、図５を用いて説明する。
（ａ）の通り、塔２内に樹脂引抜部５が設置され、塔２内に上向流通水されることにより、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とが混合状態で存在している。上向流通水（逆洗）を停止すると、比重差で、（ｂ）の通り、アニオン交換樹脂が上層となり、カチオン交換樹脂が下層となるように分離する。この際、５０ｍｍ≦ｄ１≦１５０ｍｍとなるように予め試運転で逆洗ＬＶを決定する。これは、５０ｍｍ≦ｄ１≦１５０ｍｍとするためのＬＶが塔径、樹脂量、水温に応じ変動するためである。
なお、（ｂ）及び後述の（ｅ）において、樹脂を分離させると共に、樹脂界面センサのフロートを分離界面の高さに正しく配置するために、逆洗ＬＶは５〜２０ｍ／ｈｒ程度である必要がある。
ＬＶが過度に小さいと、樹脂やフロートの流動性が小さすぎ、また過度に大きいと、分離界面が対流により均一になりにくい。
次いで、（ｃ）の通り、樹脂引抜部５からアニオン交換樹脂を引き抜く。樹脂引抜部５とカチオン交換樹脂との間は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混在層である。次いで、（ｄ）の通り、上向流通水してカチオン交換樹脂層を膨張させ、混在層を樹脂引抜部５よりも上方にまで押し上げた後、（ｅ）の通り、樹脂引抜部５が混合層内に位置するようになるまで樹脂引抜部５からカチオン交換樹脂を引き抜く。この際、０ｍｍ≦ｄ１≦２０ｍｍとなるように予め試運転で逆洗ＬＶを決定する。これは、塔径、樹脂量、水温に応じ０ｍｍ≦ｄ１≦２０ｍｍとするためのＬＶが変動するためである。
次いで、（ｆ）の通り、樹脂引抜部５から樹脂を引き抜く。
【実施例】
【００３２】
［実施例１］
＜実験条件＞
直径２００ｍｍの分離用カラムに磁歪センサを取り付けた。カラム底部には０．１ｍｍ目幅のメッシュを配し、樹脂は流出しないがカラム下部全面から通水による逆洗ができるようにした。このカラムは、カラム底部からの高さが６５０ｍｍ〜８００ｍｍの範囲のカラム内を視認できる覗き窓部が設けられている。この覗き窓部に、色調差に基づく樹脂分離境界面検知センサを取り付けた。また、磁歪センサを、高さ６５０ｍｍ〜８００ｍｍの界面を検出できるように設置した。フロートの比重は１．０８である。磁歪センサに、４〜２０ｍＡの電気信号を割り付けた。
【００３３】
カチオン交換樹脂（銘柄  ダイヤイオンＵＢＫ１４Ｈ  三菱ケミカル株式会社製）１７Ｌをカラムに入れた。次に、アニオン交換樹脂（銘柄  ダイヤイオンＰＡ３１２ＬＯＨ  三菱ケミカル株式会社製）６Ｌをカラムに入れた。なお、アニオン交換樹脂には事前に酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の粉末を１０ｇ添加し、カチオン交換樹脂との分離性を改善する前処理を施した。
【００３４】
ＬＶ１０ｍ／Ｈｒでの逆洗（上向流通水）を３０分間行い、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の分離を行った。いったん逆洗を止めて樹脂を沈降させた。逆洗流量を上げながら、樹脂分離面高さを目視で測定するとともに、取り付けたセンサの信号をデータロガに取り込んだ。逆洗流量を段階的に増加させた後、段階的に減少させ、界面高さを測定した。一段階の逆洗をそれぞれ２０分間行った。水温は２１℃であった。データロガーで１分間に一回記録した。目視測定は樹脂分離面が安定したと実験者が判断した時に測定し、センサはＬＶ一定期間（各段階）での記録値の平均値とした。
【００３５】
各逆洗流量における界面高さ測定値を表１に示す。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
＜結果・考察＞
磁歪式センサのフロートはイオン交換樹脂内に埋没しており、その位置は目視で確認できないが、電気信号からの読み値は、目視測定結果、樹脂分離境界検知センサの読み値とほぼ一致していた。この結果、磁歪式センサがアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との界面を検知していることが認められた。
【符号の説明】
【００３８】
１  混床塔
２  カチオン再生塔
３  アニオン再生塔
１０  磁歪式センサ
１１  センサパイプ
１２  フロート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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