浄水装置及びその制御方法
【課題】機器及び各部品類に対する多大なストレスを軽減させ、ひいては各部のみならず、機器全体の寿命を延ばすことによって、経済性を増すことができる浄水装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】原水供給路11に密閉式のバッファタンクBTを接続する。バッファタンクBTと逆浸透膜ROとの間の混合水供給路(兼原水供給路)12にポンプPを設ける。バッファタンクBT内に酸化チタンを塗布し、UV紫外線殺菌灯を内蔵する。バッファタンクBTの外部に、金属製フィンが取り付けられ、冷却装置Cが備えられている。逆浸透膜ROには、膜を通過した透過水を逆浸透膜の取水側に循環させるように、バッファタンクBTに接続された透過水循環路22b、濃縮水を逆浸透膜ROの取水側に循環させるように、バッファタンクBTに接続された濃縮水循環路32bが設けられている。
【解決手段】原水供給路11に密閉式のバッファタンクBTを接続する。バッファタンクBTと逆浸透膜ROとの間の混合水供給路(兼原水供給路)12にポンプPを設ける。バッファタンクBT内に酸化チタンを塗布し、UV紫外線殺菌灯を内蔵する。バッファタンクBTの外部に、金属製フィンが取り付けられ、冷却装置Cが備えられている。逆浸透膜ROには、膜を通過した透過水を逆浸透膜の取水側に循環させるように、バッファタンクBTに接続された透過水循環路22b、濃縮水を逆浸透膜ROの取水側に循環させるように、バッファタンクBTに接続された濃縮水循環路32bが設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、原水を処理して生成した浄水を供給する浄水装置及び浄水方法に係り、特に、逆浸透膜を利用して高品質な水を提供する浄水装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、海水淡水化装置として開発された逆浸透膜(ReverseOsmosis、ROとも呼ばれている)による浄水法は、技術開発の進歩に伴い、多岐にわたる利用方法がとられるようになってきた。例えば、医療施設や食品加工施設、半導体の洗浄を行う工場など、高度な衛生管理が要求される施設のみならず、現在、普及しつつある飲料水の販売機においても、高品質で安全な浄水を提供できるものとして、活用されている。
【0003】
逆浸透膜は、0.0001〜0.0005ミクロンという超微細孔を有する人工的な半透膜であり、水分子だけを選択的に透過させることができる。このため、原水に溶解しているダイオキシンや重金属、ウィルスといった非常に微細な不純物までも、高い除去率で除去することができ、極めて安全性の高い純水を作り出すことが可能である。
【0004】
ところで、従来の逆浸透膜による浄水法では、供給された原水をその都度浄化して、濃縮水は廃棄し、透過水だけを吐水供給するという単純ろ過方法をとっていた。また、濃縮排水の一部、もしくは、透過水の一部を原水側に循環させ、「線流束」を増加させる方法によって、逆浸透膜の性能を向上させるという方法もとられていたが、これは運転中の改善方法であり、浄化システム休止中における水質改善方法ではなかった。
【0005】
その結果、以下のような不都合が生じていた。
(a)逆浸透膜システムを一旦停止させると、再起動時の初期において、透過水にROクリープと呼ばれる水質悪化が生じていた。
(b)ROクリープによる初期水質悪化を改善するために、初動運転において「捨て水」が必要となるので、水質が改善されるまで、透過水を供給せず、廃棄するオペレーションがとられ、結果的に所定水質の透過水の供給を遅らせることとなり、顧客満足度に問題が発生した。
【0006】
このROクリープといわれる現象は、膜の内外において圧力が平衛状態となった時、イオン領域での物質移動が原因で発生するといわれている。この現象によって、逆浸透膜により透過された浄水側に、濃縮排水が移動し、透過された水質の悪化という事態が生じることになる。
【0007】
そこで、出願人は機器運転により、原水から分離製造される「透過水」と「濃縮水」を、浄水の供給休止中においても、閉鎖配管により原水側に循環させる以下の装置を、ROクリープ対策として開発した。これは、下記の装置により、原水を逆浸透膜に透過させ、透過水と濃縮水とに分離し、この透過水を供給すると共に、装置の停止時において、再度これらの水を混合させ、逆浸透膜の取水側に配管再送し、又は配管再送した後に混合させ、当該混合水を逆浸透膜に対して透過させる方法である。
【0008】
平成12年10月13日、株式会社環境向学設計申請完了
株式会社寺岡岩手製作所製造
形式:ASDWS−6TECN−2
(平成12年10月25日、東京都生活衛生局食品保健課 係長 渋谷 剛 氏を経由し、厚生省へ申請、同省にて規格基準適合の了解を得る。東京都の食品監視課規格基準係から、平成14年8月12日に、各保健所 食品衛生担当者に対する事務連絡があり、その中に、水自動販売機の規格基準に適合している型式として、上記形式が列挙されている。)
【0009】
また、上記の方法を基本としつつ、循環する水の濃縮水濃度が高くなるのを防止すべく、分離された濃縮水のみ少量ずつ排水し、その分原水を供給するという方法もある。
【0010】
このように、濃縮水をそのまま排水せず、再度逆浸透膜の入水側に配管、再送し、線流速を上げ、逆浸透膜を透過させる水を確保するという制御方法は、以前より行なわれてきた技術である。そして、この技術によって、膜表面に付着・固着化しそうな物質を洗い落としたりすることにより、膜寿命の長寿命化に寄与してきた。
【0011】
なお、透過水と濃縮水とを再循環させる装置において、循環・停止を繰り返すという方法が、下記の特許文献1に開示されている。これは、透過水と濃縮水を再循環させる上記の従来技術と比べて、新たな構造上の特徴もなく、単に運転と停止を繰り返すというものに過ぎず、当業者のみならず一般人の工夫で実現できるような周知慣用技術である。このことは、水処理装置において、循環・停止を繰り返す技術が、特許文献2にも記載されていることからも明らかである。
【特許文献1】特許第3420202号公報
【特許文献2】特開平7−136468号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
さらに、上記のように循環停止を繰り返す従来技術には、次のような問題があった。
(1)循環と停止を繰り返すため、ポンプ各部に断続運転による金属疲労が現れ、漏水を引きおこしたり、寿命の短縮化を招いた。
(2)瞬時の高圧と急停止を繰り返すため、逆浸透膜をはじめ、逆浸透膜の収納容器(通称:ベッセル)、配管、継手、機器同士の接合部、圧力計、電磁弁などに、寿命短縮の影響が出た。
(3)透過水・濃縮水を短時間にしかも断続的に単純循環させる方法は、ポンプからの発熱を循環水に転写させることとなり、水温上昇を促し、熱に弱い逆浸透膜に多大な悪影響を与えることとなる。
【0013】
そもそも、逆浸透膜技術は、連続的な注水運転をもって、浄化された高品質の水を得ることが出来る仕組みであり、循環と停止のためにON―OFFを断続的に繰り返すことは、全ての部品に対し、物理的に極めて不利に働く。当然の結果として、各部品の寿命短縮化から引き起こる交換頻度の増加につながり、経済性も損なわれる結果を引き起こすため、極めて稀な例を見るに過ぎなかった。
【0014】
また、断続的にしかも頻繁にON−OFFをくりかえす動作によって、一時的に過度な圧力が各部にかかり、漏水を引き起こし、重大な事故に繋がりかねないことも懸念されている。
【0015】
本発明は、上記のような従来の問題点を解決するために提案されたものであり、その主たる目的は、安全で品質の高い水を、常時しかも瞬時に供給することによって、顧客の心理的ストレスを排除するとともに、機器及び各部品類に対する多大なストレスをも軽減させ、ひいては各部のみならず、機器全体の寿命を延ばし、経済性を増すことができる浄水装置及びその制御方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、消費電力の低減が図れ、さらなる経済性を生む浄水装置及びその方法を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、逆浸透膜に加えて、格段に菌類への安全性が向上する浄水装置及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0016】
上記の目的を達成するため、請求項1の発明は、逆浸透膜を備えた浄水手段により、原水供給路を介して供給された原水から透過水と濃縮水とを分離生成し、そのうちの透過水を透過水供給路を介して供給する浄水装置において、前記原水供給路には、原水が経由するバッファタンクと、原水を前記浄水手段へ送り出すポンプとが設けられ、前記浄水手段には、透過水を前記バッファタンクに還流させることにより逆浸透膜に透過水を循環させる透過水循環路と、濃縮水を前記バッファタンクに還流させることにより逆浸透膜に濃縮水を循環させる濃縮水循環路とが接続され、前記バッファタンクには、冷却手段が設けられていることを特徴とする。
【0017】
請求項7の発明は、請求項1の発明を方法の観点から捉えたものであり、逆浸透膜を備えた浄水手段により、原水供給路を介して供給された原水から透過水と濃縮水とを分離生成し、そのうちの透過水を透過水供給路を介して供給する浄水装置の制御方法において、透過水の供給時に、原水供給路に設けられたバッファタンクを経由させた原水を、ポンプにより浄水手段へ送り出し、透過水の供給休止時に、浄水手段に接続された透過水循環路により、前記バッファタンクに透過水を還流させて逆浸透膜に循環させるとともに、浄水手段に接続された濃縮水循環路により、前記バッファタンクに濃縮水を還流させて逆浸透膜に循環させ、前記バッファタンク内の水を冷却装置により冷却することを特徴とする。
【0018】
以上のような請求項1または7の発明では、透過水の供給停止時において、透過水と濃縮水を原水側に循環させることにより、ROクリープによる水質悪化を防ぐとともに、バッファタンクにおいて合流水を冷却することにより、水温の上昇を抑えて、逆浸透膜及び各部の長寿命化を実現できる。
【0019】
請求項2の発明は、請求項1の浄水装置において、透過水の供給休止時に、前記ポンプを、水質劣化が生じないように継続的に作動させることにより、前記逆浸透膜へ透過水及び濃縮水を常時循環させることを特徴とする。
【0020】
請求項8の発明は、請求項2の発明を方法の観点から捉えたものであり、請求項7の浄水装置の制御方法において、透過水の供給休止時に、水質劣化が生じない程度にポンプを継続的に作動させることを特徴とする。
【0021】
以上のような請求項2または8の発明によれば、逆浸透膜へ透過水及び濃縮水を常時循環させる際に、ポンプの作動状況を水質劣化が生じない最低限のものに抑えることにより、消費電力を低減できるので、経済性に優れる。
【0022】
請求項3の発明は、請求項1の浄水装置において、前記バッファタンクには、内部の水の殺菌手段が設けられていることを特徴とする。
以上のような請求項3の発明では、バッファタンク内で合流する水が、殺菌手段により殺菌されるため、単に逆浸透膜内を循環させる場合に比べて、衛生的に優れている。
【0023】
請求項4の発明は、請求項3の浄水装置において、前記殺菌手段は、紫外線照射装置であり、前記バッファタンクの内部には、水との接触部分に酸化チタンが用いられていることを特徴とする。
以上のような請求項4の発明では、紫外線照射によって、有機物を分解できるため、塩素等で対応できない微生物にも対応できる。つまり、逆浸透膜にとって致命的な欠点となる膜入口部分の微生物による閉塞を、未然に防ぐことが可能となる。
【0024】
請求項5の発明は、請求項1〜4のいずれか1項の浄水装置において、前記バッファタンクは、密閉型であることを特徴とする。
以上のような請求項5の発明では、バッファタンクが密閉型であるため、流入空気による汚染が防止される。
【0025】
請求項6の発明は、請求項1〜4のいずれか1項の浄水装置において、前記バッファタンクは、開放型であることを特徴とする。
以上のような請求項6の発明では、バッファタンクが開放型であるため、タンク内圧力の変動が吸収され、機器システムの故障時、例えば、電磁弁の異常時やウォーターハンマー時などにおけるタンク自体の破壊が防止される。
【発明の効果】
【0026】
以上説明したように、本発明によれば、安全で品質の高い水を、常時しかも瞬時に供給することによって、顧客の心理的ストレスを排除するとともに、機器及び各部品類に対する多大なストレスをも軽減させ、ひいては各部のみならず、機器全体の寿命を延ばし、経済性を増すことが可能な浄水装置及びその制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0027】
本発明を実施するための最良の形態(以下、実施形態という)について、図面を参照して具体的に説明する。
[実施形態の概要]
本実施形態は、図1に示すように、流路内に設けられた逆浸透膜ROにより原水を透過水と濃縮水に分離生成し、生成した透過水を容器に給水して販売する水の自動販売機(以下、「本機」という)及びその制御方法に関するものであり、以下のような点に特徴を有している。
(1)逆浸透膜用のポンプPの前に、バッファタンクBTを設置した
(2)給水休止時には、逆浸透膜に対して常時循環状態とし、循環の「動作と停止」を繰り返さない
(3)バッファタンクBTに冷却機能を持たせ、水温を上昇させない構造とした
(4)供給原水中に存在する可能性のある微生物を分解し、逆浸透膜ROの入り口部分を閉塞させない構造とした
【0028】
[実施形態の構成]
[全体構成]
まず、本実施形態の構成を説明する。本機は、図1に示すように、主として、浄水手段である逆浸透膜ROへの水の供給流路に配設されたポンプPと、各流路に配設された複数の電磁弁である開閉弁SV(SV1〜SV6)とを備え、このポンプP及び各開閉弁SV等は、図示しない制御装置によってその運転あるいは開閉が制御されている。本機は、このようなポンプPあるいは開閉弁SVを制御装置によって運転制御することにより、逆浸透膜のための液流を発生させるように構成されている。
【0029】
[各部の構成]
より具体的には、図1に示すように、水道水等の原水を逆浸透膜ROに供給する原水供給路11は、原水の供給又は遮断を行う原水供給弁SV1、機器が待機状態のときに混入物を取除くマイクロフィルタMF、カーボンフィルタCFを備え、密閉式のバッファタンクBTに接続されている。そして、バッファタンクBTと逆浸透膜ROとの間の混合水供給路(兼原水供給路)12には、原水を送り出すポンプPが設けられている。なお、原水供給路11におけるマイクロフィルタMFとカーボンフィルタCFとの間には、後述する透過水供給路22aに合流するバイパス回路40が接続されている。
【0030】
バッファタンクBTは、チタン等の構成物質が水に溶出しない金属類で構成されている。原水からは、クリプトスポルジュームと呼ばれる原虫や、殺菌用塩素に耐性のあるメチロバクテリウムと呼ばれる微生物などの混入も予測されるため、バッファタンクBT内の内側部分は、紫外線等の照射によって、有機物を分解できる酸化チタン等が塗布された構造とする。酸化チタンを金属表面に固着させるにはバインダー等が必要であり、バインダーからの人体影響物質の溶出も懸念されるため、水に溶出しない性質の樹脂等に練りこみ、板状に整形し、バッファタンクBT内に複数設置する構造とすることもできる。そして、バッファタンクBTの内部は、酸化チタンの有機物分解効果を効率よく発揮させるため、紫外線殺菌灯を内蔵した構造となっている。
【0031】
バッファタンクBTの外部は、チタン等の金属製フィン等が取り付けられているか若しくは放熱に適した凹凸状を呈していることにより、ポンプPの循環動作で加温された水を自然放熱する機能が付加されている。さらに、バッファタンクBTには、冷却装置Cが備えられ、温度検出センサーによって検出される水温が、タンクからの自然放熱では処理しきれない状況(後述する制御装置等にあらかじめ設定された一定温度より上)になったときに、自動的に冷却機能が働く構造となっている。なお、バッファタンクBTには、内部の圧力上昇に応じて作動する自動空気抜弁Vが設置されている。
【0032】
逆浸透膜ROの出水側には、透過水出口21と、濃縮水出口31が設けられている。この透過水出口21には、透過水供給配管22が接続されている。この透過水供給配管22は、透過水をボトルに供給するための透過水供給路22aと、逆浸透膜ROを通過した透過水を逆浸透膜ROの取水側に循環させるように、バッファタンクBTに接続された透過水循環路22b、透過水を排水タンクに排水させる透過水排水路22cに分岐している。透過水供給路22aには透過水供給弁SV3が設けられ、透過水循環路22bには透過水循環弁SV5が設けられ、透過水排水路22cには透過水排水弁SV4が設けられている。
【0033】
一方、濃縮水出口31には、濃縮水排水管32が接続されている。この濃縮水排水管32は、濃縮水を排水タンクに排水させる濃縮水排水路32aと、濃縮水を逆浸透膜ROの取水側に循環させるように、バッファタンクBTに接続された濃縮水循環路32bとに分岐している。濃縮水排水路32aには濃縮水排出弁SV2が設けられ、濃縮水循環路32bには濃縮水循環弁SV6が設けられている。
【0034】
また、制御装置に接続される計測器として、原水供給路11には、圧力計PI、積算指示流量計FIQ、低圧警報スイッチLPSが設けられ、混合水供給路12には、圧力計PI、高圧警報スイッチHPSが設けられている。濃縮水排水管32には、サンプルの採取部Sが設けられ、水質を分析、数値化して制御装置に入力可能に構成されている。これにより、制御装置は、検出水圧、待機循環時間(内蔵タイマによる)、水温上昇(バッファタンク内温度検出器による)、水質の劣化状況等に合わせて、各部を制御することにより、水量、水圧を変化させることができる。
【0035】
但し、本実施形態では、後述する実験で示すように、導電率で判定できる水質が、所定の値以下となるようなポンプPの周波数のうち、最も低い値が維持されるようにインバータ制御することにより、消費電力を抑えることが考えられる。なお、図中、Y型ストレーナ、逆止弁付ストップ弁、ストップ弁、ボール弁、ニードル弁、定流量弁、逆止弁等は、一般的なものであり、説明を省略する。
【0036】
[実施形態の作用]
以上のような本実施形態の作用を説明する。本機は、概略的には、次のような手順で動作する。
(1)原水はポンプPの前段階でバッファタンクBTを経由した後、逆浸透膜ROに供給される。
(2)顧客への水供給(販売)時は、逆浸透膜ROに供給された原水が透過水と濃縮水に分離され、透過水は吐水から顧客へ供給され、濃縮水のほとんどは廃棄される。
(3)顧客への供給停止時には、逆浸透膜ROを通過した透過水と濃縮水の両方を、バッファタンクBTに戻し、戻された水は、ポンプPによって、再度逆浸透膜ROへ送られる。この循環動作を停止しないで行う。
【0037】
但し、単に常時循環動作をするのであれば、循環・停止を繰り返す場合と同様に、水温の上昇が生じる。そこで、本機では、以下のような動作を行う。
【0038】
[水供給時]
まず、顧客の求めに応じて水を供給する場合、供給源から供給された原水は、マイクロフィルタMF、カーボンフィルタCFを経由して混入物が除去された後、バッファタンクBTに入り、ポンプPによって逆浸透膜ROに送り出される。当初は、透過水排水弁SV4を一時的に開とすることにより、既に逆浸透膜RO内に残留していた既透過水が、厚生労働省の定める規格基準に則って排水される。そして、逆浸透膜ROにおいて分離され不純物を除去された浄水は、透過水供給弁SV3を経由して、顧客のボトル等に供給される。
【0039】
一方、逆浸透膜ROにおいて分離され濃縮された汚水は、濃縮水排水弁SV2を経由して排水される。このように、顧客の求めに応じて透過水が供給されるときは、濃縮水はほとんどが廃棄されるが、その一部は濃縮水循環弁SV6を経由して循環し、バッファタンクBTにおいて原水と合流することで、「線流束」の増加を促す。また、バッファタンクBTには、供給された水に見合う量(透過水と濃縮排水の合計)の原水が供給される。
【0040】
さらに、バッファタンクBTを通過する水は、金属製フィン等の自然放熱構造により、冷却されることによって、水温の上昇が防止される。なお、温度検出センサーによって検出される水温が、タンクからの自然放熱では処理しきれない状況になったときには、冷却装置Cが作動して、強制冷却が行われる。そして、バッファタンクBT内の水は、紫外線殺菌灯から照射される紫外線と、紫外線に効率良く反応する酸化チタンとにより、効率良く殺菌される。
【0041】
[供給休止時(低速循環状態)]
次に、顧客への水の供給がない場合、濃縮水排水弁SV2、透過水供給弁SV3、透過水排水弁SV4を閉とすることにより、逆浸透膜ROを通過した透過水は、透過水循環弁SV5を経由して、バッファタンクBTに戻って循環する。また、上記のように、濃縮水の一部もバッファタンクBTに戻って循環する。この状態は、ポンプPにより、透過水・濃縮水を逆浸透膜ROに常に循環させている状態であり、『低速循環状態』と呼ぶ。
【0042】
このように、顧客の求めが無く、機器が待機状態となったとき、循環動作と循環停止を繰り返すこと無く、常に循環動作させる低速循環状態においては、ポンプPを作動させる電流値を変化させ、循環水量・循環水圧を制御する。つまり、ポンプPの周波数を下げ、水質が急激な変化傾向を示す限界近くの周波数で常時運転とし、発熱量を限界まで低減し、経済性も考慮した運転状況とする。具体的には、導電率が急激に上昇する前の周波数のうち、最低の周波数で運転する。
【0043】
また、循環動作時においても、バッファタンクBTにおいて、上記の自然放熱若しくは強制冷却が行われるため、水温の上昇が防止される。同時に、紫外線殺菌灯による殺菌も行われる。さらに、マイクロフィルタMFにより混入物を取り除き、溶解塩素は残留したままの水を、バイパス回路40を介して一定時間毎に供給し、吐水口から排出させることにより、逆浸透膜ROの透過水出口21側と濃縮水出口31側の吐水口は、塩素による化学的殺菌と水流による付着物流下という2種類の方法により、衛生状態が保持される。
【0044】
[再供給時(高速調理状態)]
上記のような低速循環状態から、顧客の求めに応じて、再び水の供給動作に移行すると、ポンプPを全速作動し、逆浸透膜RO内の圧力を上昇させることにより、『高速調理状態』へと移行する。この時点においては、一定秒数の間、濃縮水排水弁SV2、透過水供給弁SV3、透過水排水弁SV4を閉としたままの状態で、逆浸透膜ROへの内圧を高め、新しい透過水の水質向上に寄与する。
【0045】
そして、透過水排水弁SV4を一時的に開とすることにより、不純物を除去され、一時的に逆浸透膜RO内に滞留していた既浄化水が、厚生労働省の規格基準に則り排水される。このような既浄化水の排水の後、透過水排水弁SV4を閉、濃縮水排水弁SV2、透過水供給弁SV3を開とすると、新たに逆浸透膜ROにおいて分離され不純物を除去して高い水質となった透過水は、顧客へ供給される。透過水供給中、濃縮排水は濃縮水排水弁SV−2を通過して、排水される。この時、濃縮水循環弁SV6も開とし、濃縮水の一部が原水側に循環する。バッファタンクBTには、供給された水に見合う量の原水が供給される。
【0046】
[実施形態の効果]
以上のように作用する本実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
(1)逆浸透膜の長寿命化
供給時においても供給休止時においても、原水や循環水がバッファタンクBTにおいて冷却されるので、ポンプPによる水温の上昇を抑え、熱に弱い逆浸透膜ROへの影響を防ぐことができる。特に、供給休止時には、逆浸透膜ROに透過水・濃縮水を常時循環させることにより、断続的に且つ頻繁に循環と停止を繰り返す場合のような過度の圧力が膜に加わることが防止される。従って、膜寿命が延びて、交換頻度が低減され、経済性に優れている。
【0047】
(2)各部の長寿命化
上記の効果は、逆浸透膜RO自体には限られない。一定水温を維持しながら常時循環させることにより、ポンプPの断続運転による金属疲労、漏水等が防止され、長寿命化を実現できる。逆浸透膜ROの収納容器(ベッセル)、配管、継手、機器同士の接合部、圧力計、電磁弁などにおいても、瞬時の運転開始と停止の繰り返しによる過度の圧力を受けないので、長寿命化が可能となる。
【0048】
(3)消費電力の低減
また、給水の休止時には、ポンプPを常時運転させるが、その場合に、水質が低下しない最低限の周波数で運転させることにより、電力消費の軽減を図ることができる。
【0049】
(4)安全性の確保
バッファタンクBT内の水が殺菌されるので、衛生的に優れるとともに、循環時に、溶解塩素の残留した水を逆浸透膜ROを経由せずバイパス回路40にて吐水口に供給することにより、吐水口の衛生状態が保持される。さらに、バッファタンクBTを密閉式とすることにより、外気の流入による汚染が防止される。
【0050】
[他の実施形態]
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、循環異常や供給異常によって、バッファタンクBT内圧力が異常に高低する場合で、タンク自体が破壊される可能性を想定して、図2に示すように、バッファタンクBTを開放型としてもよい。図中UVは紫外線殺菌灯、Cは冷却装置であり、基本的には上記の密閉型のバッファタンクBTと同様の作用効果を奏する。但し、開放型の場合は、流入空気による汚染が懸念されるので、エアフィルタFを付加した構造とする。また、開放型の場合は、水量調節を可能とする構造としてもよく、そのために、レベルセンサー(HH,H,L,LL)を付加した構造とする。
【0051】
また、循環時のポンプPの制御も、後述するような実験等により、あらかじめ得られたデータ値に基づいて、デフォルトで最適な周波数を設定し、これにより循環動作させることも可能である。また、水圧が、水質低下が生じない最低の値となるように、ポンプPを制御してもよい。
【0052】
[実験]
[目的]
上記のような原因で発生するROクリープについて、各種の条件設定を変化させ、ROクリープによる水質変化過程を観察することにより、ROクリープを最小値に抑える方法を検証する。まず、実験1は、停止時間の長さと、稼動後に水質改善するまでの長さとの関係を調べ、停止時間が長いほど水質改善までに時間がかかり、停止時間が短いほど水質改善までの時間が短いことを示すものである。実験2、実験3は、上記実施形態における循環動作時のポンプ周波数として、最適なものを決定する基準を明確に示すものである。
【0053】
[方法]
[実験1]
逆浸透膜浄水装置について、装置を一定時間停止した後、再び稼動させ、経過時間に伴う導電率の変化を記録した。
[実験2]
ポンプ用モータのインバーター周波数を変化させ、水圧、導電率、透過水量及びポンプ電流値の変化を記録した。
[実験3]
ポンプ用モータのインバーター周波数を変化させ、水圧と透過水量の変化を記録した。
【0054】
[実験用機材]
環境向学設計による従来型の逆浸透膜RO浄水装置(インバーター・圧力計・流量計・導電率計、装着機)、導電率値計測用ビデオカメラ
【0055】
[実験1の手順]
まず、装置を所定時間(本装置の場合、およそ10分間)作動させることにより、装置を通常運行状況におく。そして、装置を5分間停止させ、その後、5分間再稼動させ、装置を停止させた。その際に、ビデオカメラにて導電率計を撮影して導電率の変動を記録した。次に、装置を10分間停止させた後、5分間稼動、15分間停止させた後、5分間稼動、20分間停止させた後、5分間稼動、25分間停止させた後、5分間稼動、30分間停止させた後、5分間稼動させて、それぞれ5分間運転時に導電率計をビデオカメラにて撮影して、導電率の変動を記録した。かかる方法によって、装置停止時間の長さによるROクリープ値の変化と、再稼動を始めてからの運転時間の時間経過によるROクリープ値の変化を読み取った。
【0056】
[実験2の手順]
まず、装置を所定時間(およそ10分間程度)作動させることにより、装置を通常運行状況におく。その後、5分間運転した後、5分間停止させた後再び5分間運転し、その際に、ビデオカメラにて導電率計を撮影して導電率、水圧、透過水量、ポンプ電流値の変動を記録した。そして、ポンプ周波数を6ずつ減少させて設定しなおし、5分間運転し、導電率、水圧、透過水量、ポンプ電流値の変化を撮影し、周波数を減少させていくと、導電率、水圧、透過水量、ポンプ電流値がどのように変化していくかを記録した。
【0057】
[実験3の手順]
まず、装置を所定時間(およそ10分間程度)作動させることにより、装置を通常運行状況におく。その後、5分間運転した後、5分間停止させた後再び5分間運転し、その際に、ビデオカメラにて導電率計を撮影して導電率、水圧の変動を記録した。そして、ポンプ周波数を3ずつ減少させて設定しなおし、5分間運転し、導電率、水圧の変化を撮影し、周波数を減少させていくと、導電率、水圧がどのように変化していくかを記録した。
【0058】
[実験1の結果]
実験1の結果、得られた数値データを図3〜図5に示し、これをグラフ化したものを図6に示す。この結果から明らかな通り、停止時間が長いほど水質改善までに時間がかかり、停止時間が短いほど水質改善までの時間が短い。これは、従来技術のように、運転と停止を短時間に繰り返せば、ある程度の水質低下は抑えられるが、本実施形態のように、継続的に運転を続ければ、水質の低下をより完全に抑えられることを示している。また、運転停止を繰り返す方法においては、結果からも明らかなように、停止時間の長短とは別に約120秒以上の再運転がなければ、良質な水質まで戻らない。
【0059】
[実験2,3の結果]
実験2の結果、得られた数値データを図7に示し、これをグラフ化したものを図8、図9に示す。また、実験3の結果、得られた数値データを図10に示し、これをグラフ化したものを図11に示す。上記の方法により、ポンプPの周波数を下げてゆくと、水圧・水量が減少し始め、結果的に導電率は上昇を始め、透過水質は徐々に悪化を始めることがわかる。従って、水質悪化が急激に増加を始めるポイントを特定し、機器の制御から導かれる水質と経済性との、合理的クロスポイントを求めることができる。例えば、図8、図9及び図11から、導電率を1.50ms/m以下に抑えたい場合には、ポンプPの周波数を26Hzまで低下させることができる。また、導電率を1.20ms/m以下に抑えたい場合には、ポンプPの周波数を32Hz、電流値を1.10Aまで低下させることができる。なお、本発明は、これらの実験結果に示されたいかなる値による制御も選択できるものとする。
【図面の簡単な説明】
【0060】
【図1】本発明の実施形態の概略構成を示す配管図である。
【図2】本発明の他の実施形態の概略構成を示す配管図である。
【図3】実験1の数値データを示す図である。
【図4】実験1の数値データを示す図である。
【図5】実験1の数値データを示す図である。
【図6】実験1の数値データをグラフ化した図である。
【図7】実験2の数値データを示す図である。
【図8】実験2の数値データをグラフ化した図である。
【図9】実験2の数値データをグラフ化した図である。
【図10】実験3の数値データを示す図である。
【図11】実験3の数値データをグラフ化した図である。
【符号の説明】
【0061】
11…原水供給路
12…混合水供給路
21…透過水出口
22…透過水供給配管
22a…透過水供給路
22b…透過水循環路
22c…透過水排水路
31…濃縮水出口
32…濃縮水排水管
32a…濃縮水排水路
32b…濃縮水循環路
P…ポンプ
BT…バッファタンク
RO…逆浸透膜
【技術分野】
【0001】
本発明は、原水を処理して生成した浄水を供給する浄水装置及び浄水方法に係り、特に、逆浸透膜を利用して高品質な水を提供する浄水装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、海水淡水化装置として開発された逆浸透膜(ReverseOsmosis、ROとも呼ばれている)による浄水法は、技術開発の進歩に伴い、多岐にわたる利用方法がとられるようになってきた。例えば、医療施設や食品加工施設、半導体の洗浄を行う工場など、高度な衛生管理が要求される施設のみならず、現在、普及しつつある飲料水の販売機においても、高品質で安全な浄水を提供できるものとして、活用されている。
【0003】
逆浸透膜は、0.0001〜0.0005ミクロンという超微細孔を有する人工的な半透膜であり、水分子だけを選択的に透過させることができる。このため、原水に溶解しているダイオキシンや重金属、ウィルスといった非常に微細な不純物までも、高い除去率で除去することができ、極めて安全性の高い純水を作り出すことが可能である。
【0004】
ところで、従来の逆浸透膜による浄水法では、供給された原水をその都度浄化して、濃縮水は廃棄し、透過水だけを吐水供給するという単純ろ過方法をとっていた。また、濃縮排水の一部、もしくは、透過水の一部を原水側に循環させ、「線流束」を増加させる方法によって、逆浸透膜の性能を向上させるという方法もとられていたが、これは運転中の改善方法であり、浄化システム休止中における水質改善方法ではなかった。
【0005】
その結果、以下のような不都合が生じていた。
(a)逆浸透膜システムを一旦停止させると、再起動時の初期において、透過水にROクリープと呼ばれる水質悪化が生じていた。
(b)ROクリープによる初期水質悪化を改善するために、初動運転において「捨て水」が必要となるので、水質が改善されるまで、透過水を供給せず、廃棄するオペレーションがとられ、結果的に所定水質の透過水の供給を遅らせることとなり、顧客満足度に問題が発生した。
【0006】
このROクリープといわれる現象は、膜の内外において圧力が平衛状態となった時、イオン領域での物質移動が原因で発生するといわれている。この現象によって、逆浸透膜により透過された浄水側に、濃縮排水が移動し、透過された水質の悪化という事態が生じることになる。
【0007】
そこで、出願人は機器運転により、原水から分離製造される「透過水」と「濃縮水」を、浄水の供給休止中においても、閉鎖配管により原水側に循環させる以下の装置を、ROクリープ対策として開発した。これは、下記の装置により、原水を逆浸透膜に透過させ、透過水と濃縮水とに分離し、この透過水を供給すると共に、装置の停止時において、再度これらの水を混合させ、逆浸透膜の取水側に配管再送し、又は配管再送した後に混合させ、当該混合水を逆浸透膜に対して透過させる方法である。
【0008】
平成12年10月13日、株式会社環境向学設計申請完了
株式会社寺岡岩手製作所製造
形式:ASDWS−6TECN−2
(平成12年10月25日、東京都生活衛生局食品保健課 係長 渋谷 剛 氏を経由し、厚生省へ申請、同省にて規格基準適合の了解を得る。東京都の食品監視課規格基準係から、平成14年8月12日に、各保健所 食品衛生担当者に対する事務連絡があり、その中に、水自動販売機の規格基準に適合している型式として、上記形式が列挙されている。)
【0009】
また、上記の方法を基本としつつ、循環する水の濃縮水濃度が高くなるのを防止すべく、分離された濃縮水のみ少量ずつ排水し、その分原水を供給するという方法もある。
【0010】
このように、濃縮水をそのまま排水せず、再度逆浸透膜の入水側に配管、再送し、線流速を上げ、逆浸透膜を透過させる水を確保するという制御方法は、以前より行なわれてきた技術である。そして、この技術によって、膜表面に付着・固着化しそうな物質を洗い落としたりすることにより、膜寿命の長寿命化に寄与してきた。
【0011】
なお、透過水と濃縮水とを再循環させる装置において、循環・停止を繰り返すという方法が、下記の特許文献1に開示されている。これは、透過水と濃縮水を再循環させる上記の従来技術と比べて、新たな構造上の特徴もなく、単に運転と停止を繰り返すというものに過ぎず、当業者のみならず一般人の工夫で実現できるような周知慣用技術である。このことは、水処理装置において、循環・停止を繰り返す技術が、特許文献2にも記載されていることからも明らかである。
【特許文献1】特許第3420202号公報
【特許文献2】特開平7−136468号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
さらに、上記のように循環停止を繰り返す従来技術には、次のような問題があった。
(1)循環と停止を繰り返すため、ポンプ各部に断続運転による金属疲労が現れ、漏水を引きおこしたり、寿命の短縮化を招いた。
(2)瞬時の高圧と急停止を繰り返すため、逆浸透膜をはじめ、逆浸透膜の収納容器(通称:ベッセル)、配管、継手、機器同士の接合部、圧力計、電磁弁などに、寿命短縮の影響が出た。
(3)透過水・濃縮水を短時間にしかも断続的に単純循環させる方法は、ポンプからの発熱を循環水に転写させることとなり、水温上昇を促し、熱に弱い逆浸透膜に多大な悪影響を与えることとなる。
【0013】
そもそも、逆浸透膜技術は、連続的な注水運転をもって、浄化された高品質の水を得ることが出来る仕組みであり、循環と停止のためにON―OFFを断続的に繰り返すことは、全ての部品に対し、物理的に極めて不利に働く。当然の結果として、各部品の寿命短縮化から引き起こる交換頻度の増加につながり、経済性も損なわれる結果を引き起こすため、極めて稀な例を見るに過ぎなかった。
【0014】
また、断続的にしかも頻繁にON−OFFをくりかえす動作によって、一時的に過度な圧力が各部にかかり、漏水を引き起こし、重大な事故に繋がりかねないことも懸念されている。
【0015】
本発明は、上記のような従来の問題点を解決するために提案されたものであり、その主たる目的は、安全で品質の高い水を、常時しかも瞬時に供給することによって、顧客の心理的ストレスを排除するとともに、機器及び各部品類に対する多大なストレスをも軽減させ、ひいては各部のみならず、機器全体の寿命を延ばし、経済性を増すことができる浄水装置及びその制御方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、消費電力の低減が図れ、さらなる経済性を生む浄水装置及びその方法を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、逆浸透膜に加えて、格段に菌類への安全性が向上する浄水装置及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0016】
上記の目的を達成するため、請求項1の発明は、逆浸透膜を備えた浄水手段により、原水供給路を介して供給された原水から透過水と濃縮水とを分離生成し、そのうちの透過水を透過水供給路を介して供給する浄水装置において、前記原水供給路には、原水が経由するバッファタンクと、原水を前記浄水手段へ送り出すポンプとが設けられ、前記浄水手段には、透過水を前記バッファタンクに還流させることにより逆浸透膜に透過水を循環させる透過水循環路と、濃縮水を前記バッファタンクに還流させることにより逆浸透膜に濃縮水を循環させる濃縮水循環路とが接続され、前記バッファタンクには、冷却手段が設けられていることを特徴とする。
【0017】
請求項7の発明は、請求項1の発明を方法の観点から捉えたものであり、逆浸透膜を備えた浄水手段により、原水供給路を介して供給された原水から透過水と濃縮水とを分離生成し、そのうちの透過水を透過水供給路を介して供給する浄水装置の制御方法において、透過水の供給時に、原水供給路に設けられたバッファタンクを経由させた原水を、ポンプにより浄水手段へ送り出し、透過水の供給休止時に、浄水手段に接続された透過水循環路により、前記バッファタンクに透過水を還流させて逆浸透膜に循環させるとともに、浄水手段に接続された濃縮水循環路により、前記バッファタンクに濃縮水を還流させて逆浸透膜に循環させ、前記バッファタンク内の水を冷却装置により冷却することを特徴とする。
【0018】
以上のような請求項1または7の発明では、透過水の供給停止時において、透過水と濃縮水を原水側に循環させることにより、ROクリープによる水質悪化を防ぐとともに、バッファタンクにおいて合流水を冷却することにより、水温の上昇を抑えて、逆浸透膜及び各部の長寿命化を実現できる。
【0019】
請求項2の発明は、請求項1の浄水装置において、透過水の供給休止時に、前記ポンプを、水質劣化が生じないように継続的に作動させることにより、前記逆浸透膜へ透過水及び濃縮水を常時循環させることを特徴とする。
【0020】
請求項8の発明は、請求項2の発明を方法の観点から捉えたものであり、請求項7の浄水装置の制御方法において、透過水の供給休止時に、水質劣化が生じない程度にポンプを継続的に作動させることを特徴とする。
【0021】
以上のような請求項2または8の発明によれば、逆浸透膜へ透過水及び濃縮水を常時循環させる際に、ポンプの作動状況を水質劣化が生じない最低限のものに抑えることにより、消費電力を低減できるので、経済性に優れる。
【0022】
請求項3の発明は、請求項1の浄水装置において、前記バッファタンクには、内部の水の殺菌手段が設けられていることを特徴とする。
以上のような請求項3の発明では、バッファタンク内で合流する水が、殺菌手段により殺菌されるため、単に逆浸透膜内を循環させる場合に比べて、衛生的に優れている。
【0023】
請求項4の発明は、請求項3の浄水装置において、前記殺菌手段は、紫外線照射装置であり、前記バッファタンクの内部には、水との接触部分に酸化チタンが用いられていることを特徴とする。
以上のような請求項4の発明では、紫外線照射によって、有機物を分解できるため、塩素等で対応できない微生物にも対応できる。つまり、逆浸透膜にとって致命的な欠点となる膜入口部分の微生物による閉塞を、未然に防ぐことが可能となる。
【0024】
請求項5の発明は、請求項1〜4のいずれか1項の浄水装置において、前記バッファタンクは、密閉型であることを特徴とする。
以上のような請求項5の発明では、バッファタンクが密閉型であるため、流入空気による汚染が防止される。
【0025】
請求項6の発明は、請求項1〜4のいずれか1項の浄水装置において、前記バッファタンクは、開放型であることを特徴とする。
以上のような請求項6の発明では、バッファタンクが開放型であるため、タンク内圧力の変動が吸収され、機器システムの故障時、例えば、電磁弁の異常時やウォーターハンマー時などにおけるタンク自体の破壊が防止される。
【発明の効果】
【0026】
以上説明したように、本発明によれば、安全で品質の高い水を、常時しかも瞬時に供給することによって、顧客の心理的ストレスを排除するとともに、機器及び各部品類に対する多大なストレスをも軽減させ、ひいては各部のみならず、機器全体の寿命を延ばし、経済性を増すことが可能な浄水装置及びその制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0027】
本発明を実施するための最良の形態(以下、実施形態という)について、図面を参照して具体的に説明する。
[実施形態の概要]
本実施形態は、図1に示すように、流路内に設けられた逆浸透膜ROにより原水を透過水と濃縮水に分離生成し、生成した透過水を容器に給水して販売する水の自動販売機(以下、「本機」という)及びその制御方法に関するものであり、以下のような点に特徴を有している。
(1)逆浸透膜用のポンプPの前に、バッファタンクBTを設置した
(2)給水休止時には、逆浸透膜に対して常時循環状態とし、循環の「動作と停止」を繰り返さない
(3)バッファタンクBTに冷却機能を持たせ、水温を上昇させない構造とした
(4)供給原水中に存在する可能性のある微生物を分解し、逆浸透膜ROの入り口部分を閉塞させない構造とした
【0028】
[実施形態の構成]
[全体構成]
まず、本実施形態の構成を説明する。本機は、図1に示すように、主として、浄水手段である逆浸透膜ROへの水の供給流路に配設されたポンプPと、各流路に配設された複数の電磁弁である開閉弁SV(SV1〜SV6)とを備え、このポンプP及び各開閉弁SV等は、図示しない制御装置によってその運転あるいは開閉が制御されている。本機は、このようなポンプPあるいは開閉弁SVを制御装置によって運転制御することにより、逆浸透膜のための液流を発生させるように構成されている。
【0029】
[各部の構成]
より具体的には、図1に示すように、水道水等の原水を逆浸透膜ROに供給する原水供給路11は、原水の供給又は遮断を行う原水供給弁SV1、機器が待機状態のときに混入物を取除くマイクロフィルタMF、カーボンフィルタCFを備え、密閉式のバッファタンクBTに接続されている。そして、バッファタンクBTと逆浸透膜ROとの間の混合水供給路(兼原水供給路)12には、原水を送り出すポンプPが設けられている。なお、原水供給路11におけるマイクロフィルタMFとカーボンフィルタCFとの間には、後述する透過水供給路22aに合流するバイパス回路40が接続されている。
【0030】
バッファタンクBTは、チタン等の構成物質が水に溶出しない金属類で構成されている。原水からは、クリプトスポルジュームと呼ばれる原虫や、殺菌用塩素に耐性のあるメチロバクテリウムと呼ばれる微生物などの混入も予測されるため、バッファタンクBT内の内側部分は、紫外線等の照射によって、有機物を分解できる酸化チタン等が塗布された構造とする。酸化チタンを金属表面に固着させるにはバインダー等が必要であり、バインダーからの人体影響物質の溶出も懸念されるため、水に溶出しない性質の樹脂等に練りこみ、板状に整形し、バッファタンクBT内に複数設置する構造とすることもできる。そして、バッファタンクBTの内部は、酸化チタンの有機物分解効果を効率よく発揮させるため、紫外線殺菌灯を内蔵した構造となっている。
【0031】
バッファタンクBTの外部は、チタン等の金属製フィン等が取り付けられているか若しくは放熱に適した凹凸状を呈していることにより、ポンプPの循環動作で加温された水を自然放熱する機能が付加されている。さらに、バッファタンクBTには、冷却装置Cが備えられ、温度検出センサーによって検出される水温が、タンクからの自然放熱では処理しきれない状況(後述する制御装置等にあらかじめ設定された一定温度より上)になったときに、自動的に冷却機能が働く構造となっている。なお、バッファタンクBTには、内部の圧力上昇に応じて作動する自動空気抜弁Vが設置されている。
【0032】
逆浸透膜ROの出水側には、透過水出口21と、濃縮水出口31が設けられている。この透過水出口21には、透過水供給配管22が接続されている。この透過水供給配管22は、透過水をボトルに供給するための透過水供給路22aと、逆浸透膜ROを通過した透過水を逆浸透膜ROの取水側に循環させるように、バッファタンクBTに接続された透過水循環路22b、透過水を排水タンクに排水させる透過水排水路22cに分岐している。透過水供給路22aには透過水供給弁SV3が設けられ、透過水循環路22bには透過水循環弁SV5が設けられ、透過水排水路22cには透過水排水弁SV4が設けられている。
【0033】
一方、濃縮水出口31には、濃縮水排水管32が接続されている。この濃縮水排水管32は、濃縮水を排水タンクに排水させる濃縮水排水路32aと、濃縮水を逆浸透膜ROの取水側に循環させるように、バッファタンクBTに接続された濃縮水循環路32bとに分岐している。濃縮水排水路32aには濃縮水排出弁SV2が設けられ、濃縮水循環路32bには濃縮水循環弁SV6が設けられている。
【0034】
また、制御装置に接続される計測器として、原水供給路11には、圧力計PI、積算指示流量計FIQ、低圧警報スイッチLPSが設けられ、混合水供給路12には、圧力計PI、高圧警報スイッチHPSが設けられている。濃縮水排水管32には、サンプルの採取部Sが設けられ、水質を分析、数値化して制御装置に入力可能に構成されている。これにより、制御装置は、検出水圧、待機循環時間(内蔵タイマによる)、水温上昇(バッファタンク内温度検出器による)、水質の劣化状況等に合わせて、各部を制御することにより、水量、水圧を変化させることができる。
【0035】
但し、本実施形態では、後述する実験で示すように、導電率で判定できる水質が、所定の値以下となるようなポンプPの周波数のうち、最も低い値が維持されるようにインバータ制御することにより、消費電力を抑えることが考えられる。なお、図中、Y型ストレーナ、逆止弁付ストップ弁、ストップ弁、ボール弁、ニードル弁、定流量弁、逆止弁等は、一般的なものであり、説明を省略する。
【0036】
[実施形態の作用]
以上のような本実施形態の作用を説明する。本機は、概略的には、次のような手順で動作する。
(1)原水はポンプPの前段階でバッファタンクBTを経由した後、逆浸透膜ROに供給される。
(2)顧客への水供給(販売)時は、逆浸透膜ROに供給された原水が透過水と濃縮水に分離され、透過水は吐水から顧客へ供給され、濃縮水のほとんどは廃棄される。
(3)顧客への供給停止時には、逆浸透膜ROを通過した透過水と濃縮水の両方を、バッファタンクBTに戻し、戻された水は、ポンプPによって、再度逆浸透膜ROへ送られる。この循環動作を停止しないで行う。
【0037】
但し、単に常時循環動作をするのであれば、循環・停止を繰り返す場合と同様に、水温の上昇が生じる。そこで、本機では、以下のような動作を行う。
【0038】
[水供給時]
まず、顧客の求めに応じて水を供給する場合、供給源から供給された原水は、マイクロフィルタMF、カーボンフィルタCFを経由して混入物が除去された後、バッファタンクBTに入り、ポンプPによって逆浸透膜ROに送り出される。当初は、透過水排水弁SV4を一時的に開とすることにより、既に逆浸透膜RO内に残留していた既透過水が、厚生労働省の定める規格基準に則って排水される。そして、逆浸透膜ROにおいて分離され不純物を除去された浄水は、透過水供給弁SV3を経由して、顧客のボトル等に供給される。
【0039】
一方、逆浸透膜ROにおいて分離され濃縮された汚水は、濃縮水排水弁SV2を経由して排水される。このように、顧客の求めに応じて透過水が供給されるときは、濃縮水はほとんどが廃棄されるが、その一部は濃縮水循環弁SV6を経由して循環し、バッファタンクBTにおいて原水と合流することで、「線流束」の増加を促す。また、バッファタンクBTには、供給された水に見合う量(透過水と濃縮排水の合計)の原水が供給される。
【0040】
さらに、バッファタンクBTを通過する水は、金属製フィン等の自然放熱構造により、冷却されることによって、水温の上昇が防止される。なお、温度検出センサーによって検出される水温が、タンクからの自然放熱では処理しきれない状況になったときには、冷却装置Cが作動して、強制冷却が行われる。そして、バッファタンクBT内の水は、紫外線殺菌灯から照射される紫外線と、紫外線に効率良く反応する酸化チタンとにより、効率良く殺菌される。
【0041】
[供給休止時(低速循環状態)]
次に、顧客への水の供給がない場合、濃縮水排水弁SV2、透過水供給弁SV3、透過水排水弁SV4を閉とすることにより、逆浸透膜ROを通過した透過水は、透過水循環弁SV5を経由して、バッファタンクBTに戻って循環する。また、上記のように、濃縮水の一部もバッファタンクBTに戻って循環する。この状態は、ポンプPにより、透過水・濃縮水を逆浸透膜ROに常に循環させている状態であり、『低速循環状態』と呼ぶ。
【0042】
このように、顧客の求めが無く、機器が待機状態となったとき、循環動作と循環停止を繰り返すこと無く、常に循環動作させる低速循環状態においては、ポンプPを作動させる電流値を変化させ、循環水量・循環水圧を制御する。つまり、ポンプPの周波数を下げ、水質が急激な変化傾向を示す限界近くの周波数で常時運転とし、発熱量を限界まで低減し、経済性も考慮した運転状況とする。具体的には、導電率が急激に上昇する前の周波数のうち、最低の周波数で運転する。
【0043】
また、循環動作時においても、バッファタンクBTにおいて、上記の自然放熱若しくは強制冷却が行われるため、水温の上昇が防止される。同時に、紫外線殺菌灯による殺菌も行われる。さらに、マイクロフィルタMFにより混入物を取り除き、溶解塩素は残留したままの水を、バイパス回路40を介して一定時間毎に供給し、吐水口から排出させることにより、逆浸透膜ROの透過水出口21側と濃縮水出口31側の吐水口は、塩素による化学的殺菌と水流による付着物流下という2種類の方法により、衛生状態が保持される。
【0044】
[再供給時(高速調理状態)]
上記のような低速循環状態から、顧客の求めに応じて、再び水の供給動作に移行すると、ポンプPを全速作動し、逆浸透膜RO内の圧力を上昇させることにより、『高速調理状態』へと移行する。この時点においては、一定秒数の間、濃縮水排水弁SV2、透過水供給弁SV3、透過水排水弁SV4を閉としたままの状態で、逆浸透膜ROへの内圧を高め、新しい透過水の水質向上に寄与する。
【0045】
そして、透過水排水弁SV4を一時的に開とすることにより、不純物を除去され、一時的に逆浸透膜RO内に滞留していた既浄化水が、厚生労働省の規格基準に則り排水される。このような既浄化水の排水の後、透過水排水弁SV4を閉、濃縮水排水弁SV2、透過水供給弁SV3を開とすると、新たに逆浸透膜ROにおいて分離され不純物を除去して高い水質となった透過水は、顧客へ供給される。透過水供給中、濃縮排水は濃縮水排水弁SV−2を通過して、排水される。この時、濃縮水循環弁SV6も開とし、濃縮水の一部が原水側に循環する。バッファタンクBTには、供給された水に見合う量の原水が供給される。
【0046】
[実施形態の効果]
以上のように作用する本実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
(1)逆浸透膜の長寿命化
供給時においても供給休止時においても、原水や循環水がバッファタンクBTにおいて冷却されるので、ポンプPによる水温の上昇を抑え、熱に弱い逆浸透膜ROへの影響を防ぐことができる。特に、供給休止時には、逆浸透膜ROに透過水・濃縮水を常時循環させることにより、断続的に且つ頻繁に循環と停止を繰り返す場合のような過度の圧力が膜に加わることが防止される。従って、膜寿命が延びて、交換頻度が低減され、経済性に優れている。
【0047】
(2)各部の長寿命化
上記の効果は、逆浸透膜RO自体には限られない。一定水温を維持しながら常時循環させることにより、ポンプPの断続運転による金属疲労、漏水等が防止され、長寿命化を実現できる。逆浸透膜ROの収納容器(ベッセル)、配管、継手、機器同士の接合部、圧力計、電磁弁などにおいても、瞬時の運転開始と停止の繰り返しによる過度の圧力を受けないので、長寿命化が可能となる。
【0048】
(3)消費電力の低減
また、給水の休止時には、ポンプPを常時運転させるが、その場合に、水質が低下しない最低限の周波数で運転させることにより、電力消費の軽減を図ることができる。
【0049】
(4)安全性の確保
バッファタンクBT内の水が殺菌されるので、衛生的に優れるとともに、循環時に、溶解塩素の残留した水を逆浸透膜ROを経由せずバイパス回路40にて吐水口に供給することにより、吐水口の衛生状態が保持される。さらに、バッファタンクBTを密閉式とすることにより、外気の流入による汚染が防止される。
【0050】
[他の実施形態]
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、循環異常や供給異常によって、バッファタンクBT内圧力が異常に高低する場合で、タンク自体が破壊される可能性を想定して、図2に示すように、バッファタンクBTを開放型としてもよい。図中UVは紫外線殺菌灯、Cは冷却装置であり、基本的には上記の密閉型のバッファタンクBTと同様の作用効果を奏する。但し、開放型の場合は、流入空気による汚染が懸念されるので、エアフィルタFを付加した構造とする。また、開放型の場合は、水量調節を可能とする構造としてもよく、そのために、レベルセンサー(HH,H,L,LL)を付加した構造とする。
【0051】
また、循環時のポンプPの制御も、後述するような実験等により、あらかじめ得られたデータ値に基づいて、デフォルトで最適な周波数を設定し、これにより循環動作させることも可能である。また、水圧が、水質低下が生じない最低の値となるように、ポンプPを制御してもよい。
【0052】
[実験]
[目的]
上記のような原因で発生するROクリープについて、各種の条件設定を変化させ、ROクリープによる水質変化過程を観察することにより、ROクリープを最小値に抑える方法を検証する。まず、実験1は、停止時間の長さと、稼動後に水質改善するまでの長さとの関係を調べ、停止時間が長いほど水質改善までに時間がかかり、停止時間が短いほど水質改善までの時間が短いことを示すものである。実験2、実験3は、上記実施形態における循環動作時のポンプ周波数として、最適なものを決定する基準を明確に示すものである。
【0053】
[方法]
[実験1]
逆浸透膜浄水装置について、装置を一定時間停止した後、再び稼動させ、経過時間に伴う導電率の変化を記録した。
[実験2]
ポンプ用モータのインバーター周波数を変化させ、水圧、導電率、透過水量及びポンプ電流値の変化を記録した。
[実験3]
ポンプ用モータのインバーター周波数を変化させ、水圧と透過水量の変化を記録した。
【0054】
[実験用機材]
環境向学設計による従来型の逆浸透膜RO浄水装置(インバーター・圧力計・流量計・導電率計、装着機)、導電率値計測用ビデオカメラ
【0055】
[実験1の手順]
まず、装置を所定時間(本装置の場合、およそ10分間)作動させることにより、装置を通常運行状況におく。そして、装置を5分間停止させ、その後、5分間再稼動させ、装置を停止させた。その際に、ビデオカメラにて導電率計を撮影して導電率の変動を記録した。次に、装置を10分間停止させた後、5分間稼動、15分間停止させた後、5分間稼動、20分間停止させた後、5分間稼動、25分間停止させた後、5分間稼動、30分間停止させた後、5分間稼動させて、それぞれ5分間運転時に導電率計をビデオカメラにて撮影して、導電率の変動を記録した。かかる方法によって、装置停止時間の長さによるROクリープ値の変化と、再稼動を始めてからの運転時間の時間経過によるROクリープ値の変化を読み取った。
【0056】
[実験2の手順]
まず、装置を所定時間(およそ10分間程度)作動させることにより、装置を通常運行状況におく。その後、5分間運転した後、5分間停止させた後再び5分間運転し、その際に、ビデオカメラにて導電率計を撮影して導電率、水圧、透過水量、ポンプ電流値の変動を記録した。そして、ポンプ周波数を6ずつ減少させて設定しなおし、5分間運転し、導電率、水圧、透過水量、ポンプ電流値の変化を撮影し、周波数を減少させていくと、導電率、水圧、透過水量、ポンプ電流値がどのように変化していくかを記録した。
【0057】
[実験3の手順]
まず、装置を所定時間(およそ10分間程度)作動させることにより、装置を通常運行状況におく。その後、5分間運転した後、5分間停止させた後再び5分間運転し、その際に、ビデオカメラにて導電率計を撮影して導電率、水圧の変動を記録した。そして、ポンプ周波数を3ずつ減少させて設定しなおし、5分間運転し、導電率、水圧の変化を撮影し、周波数を減少させていくと、導電率、水圧がどのように変化していくかを記録した。
【0058】
[実験1の結果]
実験1の結果、得られた数値データを図3〜図5に示し、これをグラフ化したものを図6に示す。この結果から明らかな通り、停止時間が長いほど水質改善までに時間がかかり、停止時間が短いほど水質改善までの時間が短い。これは、従来技術のように、運転と停止を短時間に繰り返せば、ある程度の水質低下は抑えられるが、本実施形態のように、継続的に運転を続ければ、水質の低下をより完全に抑えられることを示している。また、運転停止を繰り返す方法においては、結果からも明らかなように、停止時間の長短とは別に約120秒以上の再運転がなければ、良質な水質まで戻らない。
【0059】
[実験2,3の結果]
実験2の結果、得られた数値データを図7に示し、これをグラフ化したものを図8、図9に示す。また、実験3の結果、得られた数値データを図10に示し、これをグラフ化したものを図11に示す。上記の方法により、ポンプPの周波数を下げてゆくと、水圧・水量が減少し始め、結果的に導電率は上昇を始め、透過水質は徐々に悪化を始めることがわかる。従って、水質悪化が急激に増加を始めるポイントを特定し、機器の制御から導かれる水質と経済性との、合理的クロスポイントを求めることができる。例えば、図8、図9及び図11から、導電率を1.50ms/m以下に抑えたい場合には、ポンプPの周波数を26Hzまで低下させることができる。また、導電率を1.20ms/m以下に抑えたい場合には、ポンプPの周波数を32Hz、電流値を1.10Aまで低下させることができる。なお、本発明は、これらの実験結果に示されたいかなる値による制御も選択できるものとする。
【図面の簡単な説明】
【0060】
【図1】本発明の実施形態の概略構成を示す配管図である。
【図2】本発明の他の実施形態の概略構成を示す配管図である。
【図3】実験1の数値データを示す図である。
【図4】実験1の数値データを示す図である。
【図5】実験1の数値データを示す図である。
【図6】実験1の数値データをグラフ化した図である。
【図7】実験2の数値データを示す図である。
【図8】実験2の数値データをグラフ化した図である。
【図9】実験2の数値データをグラフ化した図である。
【図10】実験3の数値データを示す図である。
【図11】実験3の数値データをグラフ化した図である。
【符号の説明】
【0061】
11…原水供給路
12…混合水供給路
21…透過水出口
22…透過水供給配管
22a…透過水供給路
22b…透過水循環路
22c…透過水排水路
31…濃縮水出口
32…濃縮水排水管
32a…濃縮水排水路
32b…濃縮水循環路
P…ポンプ
BT…バッファタンク
RO…逆浸透膜
【特許請求の範囲】
【請求項1】
逆浸透膜を備えた浄水手段により、原水供給路を介して供給された原水から透過水と濃縮水とを分離生成し、そのうちの透過水を透過水供給路を介して供給する浄水装置において、
前記原水供給路には、原水が経由するバッファタンクと、原水を前記浄水手段へ送り出すポンプとが設けられ、
前記浄水手段には、透過水を前記バッファタンクに還流させることにより逆浸透膜に透過水を循環させる透過水循環路と、濃縮水を前記バッファタンクに還流させることにより逆浸透膜に濃縮水を循環させる濃縮水循環路とが接続され、
前記バッファタンクには、冷却手段が設けられていることを特徴とする浄水装置。
【請求項2】
透過水の供給休止時に、前記ポンプを、水質劣化が生じないように継続的に作動させることにより、前記逆浸透膜へ透過水及び濃縮水を常時循環させることを特徴とする請求項1記載の浄水装置。
【請求項3】
前記バッファタンクには、内部の水の殺菌手段が設けられていることを特徴とする請求項1記載の浄水装置。
【請求項4】
前記殺菌手段は、紫外線照射装置であり、
前記バッファタンクの内部には、水との接触部分に酸化チタンが用いられていることを特徴とする請求項3記載の浄水装置。
【請求項5】
前記バッファタンクは、密閉型であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の浄水装置。
【請求項6】
前記バッファタンクは、開放型であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の浄水装置。
【請求項7】
逆浸透膜を備えた浄水手段により、原水供給路を介して供給された原水から透過水と濃縮水とを分離生成し、そのうちの透過水を透過水供給路を介して供給する浄水装置の制御方法において、
透過水の供給時に、
原水供給路に設けられたバッファタンクを経由させた原水を、ポンプにより浄水手段へ送り出し、
透過水の供給休止時に、
浄水手段に接続された透過水循環路により、バッファタンクに透過水を還流させて逆浸透膜に循環させるとともに、浄水手段に接続された濃縮水循環路により、前記バッファタンクに濃縮水を還流させて逆浸透膜に循環させ、前記バッファタンク内の水を冷却手段により冷却することを特徴とする浄水装置の制御方法。
【請求項8】
透過水の供給休止時に、水質劣化が生じない程度にポンプを継続的に作動させることを特徴とする浄水装置の制御方法。
【請求項1】
逆浸透膜を備えた浄水手段により、原水供給路を介して供給された原水から透過水と濃縮水とを分離生成し、そのうちの透過水を透過水供給路を介して供給する浄水装置において、
前記原水供給路には、原水が経由するバッファタンクと、原水を前記浄水手段へ送り出すポンプとが設けられ、
前記浄水手段には、透過水を前記バッファタンクに還流させることにより逆浸透膜に透過水を循環させる透過水循環路と、濃縮水を前記バッファタンクに還流させることにより逆浸透膜に濃縮水を循環させる濃縮水循環路とが接続され、
前記バッファタンクには、冷却手段が設けられていることを特徴とする浄水装置。
【請求項2】
透過水の供給休止時に、前記ポンプを、水質劣化が生じないように継続的に作動させることにより、前記逆浸透膜へ透過水及び濃縮水を常時循環させることを特徴とする請求項1記載の浄水装置。
【請求項3】
前記バッファタンクには、内部の水の殺菌手段が設けられていることを特徴とする請求項1記載の浄水装置。
【請求項4】
前記殺菌手段は、紫外線照射装置であり、
前記バッファタンクの内部には、水との接触部分に酸化チタンが用いられていることを特徴とする請求項3記載の浄水装置。
【請求項5】
前記バッファタンクは、密閉型であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の浄水装置。
【請求項6】
前記バッファタンクは、開放型であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の浄水装置。
【請求項7】
逆浸透膜を備えた浄水手段により、原水供給路を介して供給された原水から透過水と濃縮水とを分離生成し、そのうちの透過水を透過水供給路を介して供給する浄水装置の制御方法において、
透過水の供給時に、
原水供給路に設けられたバッファタンクを経由させた原水を、ポンプにより浄水手段へ送り出し、
透過水の供給休止時に、
浄水手段に接続された透過水循環路により、バッファタンクに透過水を還流させて逆浸透膜に循環させるとともに、浄水手段に接続された濃縮水循環路により、前記バッファタンクに濃縮水を還流させて逆浸透膜に循環させ、前記バッファタンク内の水を冷却手段により冷却することを特徴とする浄水装置の制御方法。
【請求項8】
透過水の供給休止時に、水質劣化が生じない程度にポンプを継続的に作動させることを特徴とする浄水装置の制御方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2007−125493(P2007−125493A)
【公開日】平成19年5月24日(2007.5.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−320076(P2005−320076)
【出願日】平成17年11月2日(2005.11.2)
【出願人】(500161443)株式会社環境向学 (8)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成19年5月24日(2007.5.24)
【国際特許分類】
【出願日】平成17年11月2日(2005.11.2)
【出願人】(500161443)株式会社環境向学 (8)
【Fターム(参考)】
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