(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を水槽へ導入する原水送水管と水槽内の水を外部へ排出する排水管を有する水槽において、前記原水送水管は第１流路と第２流路に分岐されていて、第１流路と第２流路には通水／閉止弁が設けられ、前記水槽内には少なくとも中レベル及び低レベルの水位検出手段を有し、該水位検出手段によって得られる水位情報信号に基づいて通水／閉止弁を自動制御する手段を有する装置であって、
該装置は、不等式［第２流路の弁のみを開にしたときの流量＜第１流路の弁のみを開にしたときの流量＜水槽から排出される流量＜第１流路及び第２流路の弁を開にしたときの流量］を満足する流量の第１流路と第２流路の弁を有し、
前記通水／閉止手段を自動制御する手段は、水槽内の水位が前記低レベルの水位検出手段の水位より低くなったときには水位を上昇させるため第１流路の弁及び第２流路の弁を開にし、水槽内の水位が前記中レベルの水位検出手段の水位に達したときには水位を下降させるため第２流路の弁のみを閉にする手段であることを特徴とする水槽水位の制御装置。
【請求項２】
水槽が、脱炭酸塔又は脱気塔の下部水槽である請求項１記載の水槽水位の制御装置。
【請求項３】
原水送水管を２流路に分岐する手段によって分岐された第１流路と第２流路に、それぞれ流量調節手段を設けてなる請求項１又は２記載の水槽水位の制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか記載の水槽水位の制御装置において、
水槽内の水位が低レベルの水位検出手段の水位より低くなったときに第１流路の弁及び第２流路の弁を開にして水槽の水位を上昇させ、水槽内の水位が上昇して前記中レベルの水位検出手段の水位に達したときに、第２流路の弁のみを閉にして水位を下降させることによって、水槽の水位を、前記２段階の水位検出手段の水位の間に維持する水槽水位の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水槽水位の制御装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、簡単な手段により、水槽水位の制御を安定して低コストで行うことができる水槽水位の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水槽水位の制御は、制御の対象となる水槽の後段の水処理に安定して被処理水を供給する手段として多く用いられている。例えば、純水を製造する装置の脱炭酸塔の下部水槽の水位を安定化させることは、脱炭酸塔より後段にあるイオン交換設備を安定して運転するために必要であり、脱炭酸塔からイオン交換設備へ水を移送するポンプの起動／停止を頻繁に繰り返させないためにも重要な役割を担っている。
図１は、従来の水槽水位の制御系統図の一例である。本例の制御系統においては、原水を水槽１へ導入する原水送水管２と、水槽内の水を外部へ排出する手段３を有する水槽において、原水送水管に配置される流量調節弁４と、水槽水位を計測する水位計５と、水位計によって得られる水位情報をもとに流量制御手段を制御するＰＩＤコントローラ６などの制御手段を有する水槽水位の制御装置により制御されている。流量調節弁としては、外部からの４〜２０ｍＡの信号により、弁開度を０〜１００％に調節することができるような調節弁が用いられる。
しかし、水位計測手段として使用される水位計や、流量調節手段として使用される調節弁は高価なものであり、４〜２０ｍＡ電流信号のようなアナログ信号を用いるために、電気工事コストもかかり、装置コストを上げる一因となっている。また、制御手段として用いられるＰＩＤコントローラは、内部パラメータの設定が難しく、その知識を有する技術者にしか設定できないという問題もあった。
このために、高価な水位計測手段及び流量制御手段と、特別な設定知識が必要なＰＩＤコントローラを用いることなく、安定した制御を可能とする水槽水位の制御装置が求められていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、簡単な手段により、水槽水位の制御を安定して低コストで行うことができる水槽水位の制御装置を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、原水送水管を大小２つの流路に分岐し、水槽内の水位情報に基づいて各流路の通水／閉止を制御することにより、容易に安定して水槽水位を制御することが可能となることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）原水を水槽へ導入する原水送水管と水槽内の水を外部へ排出する排水管を有する水槽において、前記原水送水管は第１流路と第２流路に分岐されていて、第１流路と第２流路には通水／閉止弁が設けられ、前記水槽内には少なくとも中レベル及び低レベルの水位検出手段を有し、該水位検出手段によって得られる水位情報信号に基づいて通水／閉止弁を自動制御する手段を有する装置であって、
該装置は、不等式［第２流路の弁のみを開にしたときの流量＜第１流路の弁のみを開にしたときの流量＜水槽から排出される流量＜第１流路及び第２流路の弁を開にしたときの流量］を満足する流量の第１流路と第２流路の弁を有し、
前記通水／閉止手段を自動制御する手段は、水槽内の水位が前記低レベルの水位検出手段の水位より低くなったときには水位を上昇させるため第１流路の弁及び第２流路の弁を開にし、水槽内の水位が前記中レベルの水位検出手段の水位に達したときには水位を下降させるため第２流路の弁のみを閉にする手段であることを特徴とする水槽水位の制御装置、
（２）水槽が、脱炭酸塔又は脱気塔の下部水槽である第１項記載の水槽水位の制御装置、
（３）原水送水管を２流路に分岐する手段によって分岐された第１流路と第２流路に、それぞれ流量調節手段を設けてなる第１項又は第２項記載の水槽水位の制御装置、及び、
（４）第１〜３項のいずれか記載の水槽水位の制御装置において、
水槽内の水位が低レベルの水位検出手段の水位より低くなったときに第１流路の弁及び第２流路の弁を開にして水槽の水位を上昇させ、水槽内の水位が上昇して前記中レベルの水位検出手段の水位に達したときに、第２流路の弁のみを閉にして水位を下降させることによって、水槽の水位を、前記２段階の水位検出手段の水位の間に維持する水槽水位の制御方法、
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の水槽水位の制御装置は、原水を水槽へ導入する原水送水管と水槽内の水を外部へ排出する手段を有する水槽において、原水送水管を２流路に分岐する手段、各流路に１つずつ配置される通水／閉止制御手段、水槽内において３点以上の水位検出を行うことができる水位検出手段及び水位検出手段によって得られる水位情報に基づいて通水／閉止制御手段を制御する装置を有する。
図２は、本発明の水槽水位の制御装置の一態様の制御系統図である。原水が、原水送水管７、原水送水管を分岐した第１流路８と第２流路９を経由して、水槽内の水を外部へ排出する手段１０を有する水槽１１に導入される。本態様においては、分岐した第１流路と第２流路は、ふたたび合流して水槽に接続されているが、第１流路と第２流路を分岐したまま、それぞれを水槽に接続することもできる。第１流路と第２流路には、それぞれ外部からの信号により開閉することができる弁１２と弁１３を設置している。水槽１１には、Ｈレベル、Ｍレベル、Ｌレベルの３点の水位を検出することができるレベルスイッチ１４を設置している。設置するレベルスイッチに特に制限はなく、例えば、フリクト形、リード形、電極形などのレベルスイッチを、水質条件などを考慮して選定し、用いることができる。弁１２、弁１３及びレベルスイッチ１４は、信号用の配線によって制御装置１５と接続されている。
【０００６】
第１流路と第２流路の配管口径は、原水流量、水槽の容量、水槽から排出される水の流量によって定めることができるが、基本的には下記の式［１］の条件を満足するように設定する。
弁１２のみ開にした時の流量 ＜ 水槽１１から排出される流量
＜ 弁１２と弁１３を開にした時の流量     …［１］
式［１］の条件を満足するためには、第１流路と第２流路の配管口径比が５５：４５〜９５：５であることが好ましく、６０：４０〜７０：３０であることがより好ましい。第１流路と第２流路の配管口径比が５５：４５〜９５：５であると、第１流路と第２流路の配管断面積比は６０：４０〜９９.７：０.３となるので、流量に関する式［１］の条件を満足することができる。
本態様において、制御装置１５には、図３に示したインターロックブロック線図の制御ロジックを記憶させ、実行させることができる。図３の制御ロジックによれば、下記の(１)、(２)、(３)の制御動作と水位状態が繰り返される。
(１)水槽１１が空（水位Ｌ以下）であれば、弁１２、弁１３ともに開となり、式［１］から水槽１１の水量バランスは排出量より導入量が多くなるために、水槽水位は上昇する。
(２)この状態を継続すると、水位はＭレベルに達し、弁１３は開指令が解除されて閉止する。すると、弁１２のみが開状態になるために、式［１］から水槽１１の導入量より排出量が多くなり、水槽水位は下降する。
(３)この状態を継続すると、水位はＬレベル以下となるために、ふたたび弁１３の開指令が発行されて開状態となり、水槽水位が上昇する。
【０００７】
すなわち、本発明装置によれば、水槽水位はＭレベルからＬレベルの範囲で上昇、下降を繰り返す。よって、水槽水位を調節したい目標レベルをＭレベルからＬレベルの範囲となるように、レベルスイッチの水位検出ポイントを定めることにより、所望の水位制御が可能となる。なお、水位Ｈレベルは、水槽１１より後段の水処理装置に何らかの不適合が発生し、水槽１１からの排出量がなくなるか、あるいは、式［１］の条件を満足しなくなる程度に減少した場合に対応するための水位検出ポイントであって、図３の制御ロジックでは、水位がＨレベル以上になったときは、弁１２と弁１３の両方の開指令を解除し、全閉状態にする。この動作によって、水漏れ事故などの二次災害を防護することができる。
本発明装置においては、原水送水管より分岐された第１流路と第２流路に、それぞれ流量調節手段を設けることができる。第１流路と第２流路には、それぞれ開状態又は閉状態とすることができる自動弁などが設けられるが、さらに流量調節手段を設けて、自動弁などが開状態になったときの流量を調節することにより、水槽水位をより安定化することができる。第１流路と第２流路に設ける流量調節手段に特に制限はなく、例えば、第１流路と第２流路の自動弁などの下流側に、手動弁などを設けることができる。
本発明の水槽水位の制御装置によれば、調節弁やＰＩＤコントローラなどの高価な装置を用いることなく、簡単な装置で容易に水槽水位を制御して安定化することができる。本発明装置は、純水製造装置の脱炭酸塔、脱気塔などの下部水槽の水位の制御に好適に用いることができる。
【０００８】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
実施例１
本発明装置により、純水製造装置で使用される脱炭酸塔の下部水槽水位の制御を行った。図４は、その制御系統図である。
原水は、原水送水管１６より第１流路１７又は第２流路１８を通って、脱炭酸塔１９へ導入される。脱炭酸塔において脱炭酸された処理水は、下部の水槽２０に導入され、ポンプ２１により後段のイオン交換塔へ排出される。本装置に導入される原水流量は、最大８０ｍ3／ｈであり、ポンプ２１は最大７０ｍ3／ｈに設計されている。また、第１流路の配管の口径は１２５mmであり、第２流路の配管の口径は８０mmである。
第１流路には、自動弁（空気作動弁）２２と第１流路の流量を調節するための手動弁２３が設置されている。第２流路には、自動弁（空気作動弁）２４と第２流路の流量を調節するための手動弁２５が設置されている。なお、第１流路と第２流路は、脱炭酸塔前で合流し、合流配管に流量０〜１００ｍ3／ｈに対応する流量指示計２６を設置している。
脱炭酸塔の下部水槽には、水位検出器２７が設置され、ＨＨレベル、Ｈレベル、Ｍレベル、Ｌレベル及びＬＬレベルの５点の水位検出を行う。本装置においては、水の純度が比較的高く、水槽も小型であるために、リード形の水位検出器を用いている。水位検出器の信号は、制御装置２８に送られる。制御装置２８には、図５に示すインターロックブロック線図の制御ロジックを記憶させ、実行させる。本装置においては、水位制御はＭレベルからＬレベルの間で行うが、本装置の前後段において不適合が発生した場合の安全対策用に、水位検出器は５点の水位を検出できるようにして、ポンプ２１の空運転の防止をはかるとともに、図５の制御ロジックのとおり、異常通知用に警報通知装置２９を設置し、脱炭酸塔下部水槽の水位高警報と水位低警報を通知できるようにしている。
本装置の試運転時に、弁２２を開、弁２４を閉にした状態、すなわち第１流路１７のみに水を流し、流量指示計２６の指示値が６３ｍ3／ｈになるよう第１流路の手動弁２３の開度を調節した。次いで、弁２４も開にして、第１流路１７及び第２流路１８に水を流し、流量指示計２６の指示値が７７ｍ3／ｈになるように第２流路の手動弁２５の開度を調節した。この状態で２４時間連続運転を行った。４時間ごとに測定した脱炭酸塔入口の流量指示系の指示値、原水の炭酸ガス濃度及び処理水の炭酸ガス濃度を第１表に示す。
【０００９】
【表１】
0004423653.tif 000002
【００１０】
第１表に見られるように、脱炭酸塔入口の流量は６３〜７７ｍ3／ｈの間で変動し、脱炭酸塔の下部水槽の水位を安定した状態に保持しながら運転することができた。また、原水の炭酸ガス濃度は４１〜４８mg／Ｌの間で変動したが、処理水の炭酸ガス濃度は４.３〜６.２mg／Ｌであり、脱炭酸塔の能力も良好な状態で運転できた。
【００１１】
【発明の効果】
本発明の水槽水位の制御装置は、設定が難しいコントローラを使用しないために、装置の調整が容易である。また、高価な水位計、調節弁、コントローラなどを使用しないので、設備費用を大幅に低減することができる。ＰＩＤコントローラを用いると、外乱によりいったん水位が目標値から大きく外れると、ハンチングなどが発生して、水位が安定するまでに時間がかかるが、本発明装置によればその懸念は全くなく、必ずＬレベルからＭレベルの間に水位が存在する。さらに、原水送水管を大小の２つの流路に分岐し、各流路の弁を制御することにより、開閉制御でありながら水位がゆるやかに変動し、高価な流量調節弁による制御と同等の制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来の水槽水位の制御系統図の一例である。
【図２】図２は、本発明装置の一態様の制御系統図である。
【図３】図３は、制御ロジックのインターロックブロック線図である。
【図４】図４は、実施例に用いた装置の制御系統図である。
【図５】図５は、制御ロジックのインターロックブロック線図である。
【符号の説明】
１  水槽
２  原水送水管
３  水槽内の水を外部へ排出する手段
４  流量調節弁
５  水位計
６  ＰＩＤコントローラ
７  原水送水管
８  第１流路
９  第２流路
１０  水槽内の水を外部へ排出する手段
１１  水槽
１２  弁
１３  弁
１４  レベルスイッチ
１５  制御装置
１６  原水送水管
１７  第１流路
１８  第２流路
１９  脱炭酸塔
２０  水槽
２１  ポンプ
２２  自動弁（空気作動弁）
２３  手動弁
２４  自動弁（空気作動弁）
２５  手動弁
２６  流量指示計
２７  水位検出器
２８  制御装置
２９  警報通知装置
【図１】
0004423653.tif 000003
【図２】
0004423653.tif 000004
【図３】
0004423653.tif 000005
【図４】
0004423653.tif 000006
【図５】
0004423653.tif 000007