JPS5880039A - 水質管理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はタンク内の水の水質が低下した時にこれを検出
して給水を行なう水質管理装置に関する。

例えば蒸気発生器は、水鵞入れるタンクに電気ヒータを
設け、タンク内に給水を行なう給水装置を設けたもので
、電気ヒータにより水を加熱して蒸気を発生するもので
ある。

しかして、この蒸気発生器には水が蒸発することによシ
水に含まれる成分がスケールとして析出し水質が低下す
る問題があシ、このため電気ヒータ表面にスケールが付
着してヒータの放熱を悪化させ破損を招いたシ、給水機
構にプールタップが用いられている場合にフロートにス
ケールが付着すると動作せず給水が不可能になるという
不具合を生じている。

従来、このようなスケール発生による水質低下に対する
対策として、タイマーによシ定期的にタンク内の水を交
換する方法が行なわれているが、この方法は不経済であ
るだけでなく、水とともに排出されたスケールが配管中
で固形化して目詰シを生じる原因となる欠点がある。

これに対して本発明の発明者は種々研究を重ねた結果、
水がスケール発生状態になシ水質が低下すると水の比抵
抗が低下することに着目し、この水の比抵抗の低下を検
出することによシ、水がスケール発生状態になったこと
を知る方法を見出した。すなわち、タンク内の水を介し
て直流電流を流すようにタンクに設けた一対の電極間に
比抵抗検出用の回路を接続し、タンク内の水がスケール
発生状態になシ水の比抵抗が低下して電気導通匿が増大
した時に、検出回路がこれに応じた電極の抵抗変化をと
らえて水の比抵抗変化を検出し、給水機構によシタンク
へ給水してタンク内の水を更新しスケールが発生しない
清浄な状態にするものである。

この方法は簡単な電気的手段によシタンク内の水のスケ
ール発生状態を容易に知ることができる優れたものであ
る。そして、本発明者らはさらにこの方法における水の
比抵抗検出の信頼性を高めるべく、この信頼性を高める
上で障害となる問題点を解決するために研究を重ねた。

以下に水の比抵抗検出の信頼性を高める上での問題点に
ついて説明する。

前記したように本発明の発明者らが見出したところの、
タンク内の水の比抵抗の低下を検出して水のスケール発
生状態を知る方法において重要なことは、水゛がスケー
ル発生状態となった時の水の比抵抗変化を精密且つ容易
に検出することである。このためには、これを阻害する
要因を取シ除き、検出回路を水の比抵抗変化を精密且つ
容易に検出できるようにすることが必要である。

この検出方法における検出用電極に接続する検出回路す
なわち電極回路の等価回路は第７図で示すものとなる。

すなわち、タンク１に設けた検出用の電極８と電源用の
電極９とを内部抵抗Ｔｉを介して直流電源Ｅに接続した
ものである。

こζで、発明者はこの回路において、電極８゜９間６の
電圧・（をパラメータとして、水の電気伝導度（１／比
抵抗）ｐに対する電極８の抵抗ｒｉの変化を測定する実
験を行なった。この結果を第５図の線図で示す。なお、
電極電圧は０１〜ｅｓＫ区分し、電圧はｅ！１１＜　８
２　＜　ｅｓである。この実験の結果によシ次のような
ことが判った。すなわち、電極８の電極抵抗ｒｚは水の
比抵抗に比例し、水の電気伝導度に反比例する。電極抵
抗ｒＸは電極電圧ｅ４に反比例する。また、電極抵抗ｒ
ｚは水の比抵抗がある値よシ小さくなると（電気伝導度
が大きくなると）、電極回路に内部抵抗Ｔｉがあること
により、抵抗変化が大幅に小さくなり殆んど変化しない
。

このことを第７図で示す等価回路に基づいて説明する。

電極電圧ｅ＜は次の式で示される。

なお、Ｅは電極回路の電源電圧である。ζこで、第５図
の線図から電極電圧ｅ（が下ると電極抵抗ｒｘが増大す
ることが判るから、電極抵抗ｒｚはｒｚ　−／　（１／
ｅ７　）　　　　　　　　　　　　・・・（２）となシ
、この（２）式に（１）式を代入すると、１ ｒｘ＝／（τ＋１） となる。従って、水の比抵抗が小さくなる（電気伝導度
が増大する）と、これに応じて電極抵抗ｒｚは小さくな
り零に近づくが、前記の（２）式にる。このために電極
抵抗ｒｌは水の比抵抗が小さい領域では、電極回路に内
部抵抗・ｒ（があると）ある一定の値に収束することが
判る。すなわち、水の比抵抗の小さい（電気伝導度の大
なる）領域においては、水の比抵抗に対する電極抵抗の
変化は零に近づくことになる。仮に電極回路の内部抵抗
ｒ（が零であれば、（２）式からｒＸ＝ｆ（７）で電源
電圧Ｅに反比例することになる。

従って、水の比抵抗が小さい領域では、電極抵抗の変化
が殆んどなくその検出が困難であった。

さらに、発明者は水の比抵抗を／々ラメータとして電極
電圧ｅ（と電極回路の電流の変化を測定する実験を行な
った。この実験の結果を第６図にて示す。なお、水の比
抵抗は複数段階に変えた。比抵抗ｘ１は水が清浄な状態
での最も大きなものであシ、以下比抵抗Ｘ２　＃　Ｘ３
の順で小さく蟲抵抗Ｘ４が水のスケール発生状態での相
対的に最も小さなものである。この結果において、電極
電圧ｅ（が低下すると、例えば動作点イは内部抵抗ｒｉ
と水の比抵、抗Ｘ５との交点で決定され、その時の電極
抵抗ｒｘは零点（原点）と動作点イを結ぶ直線の勾配と
なるから、電極抵抗ｒｚは非常に大きな値となることが
判る。仁の領域では電極８に流れる電流は内部抵抗ｒｉ
で決定され、電極抵抗ｒｘは非常に不安定な値を示すこ
とになる。

このように水の比抵抗を検出する電極回路に内部抵抗ｒ
（があると、水がスケール発生状態となり水の比抵抗が
小さくなった時に、検出用電極８の抵抗変化が殆んどな
くなシ゛、水の比抵抗変化の検出が困難となっていた。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、水の比抵抗
の変化を検出することによシ、水がスケール発生可能な
水質となった仁とを察知し、水を更新して良好な水質を
保持するとともにスケール発生およびこれに伴う事故発
生を良好に防止でき、特に水の比抵抗変化を容易且つ精
密環が行なえる水質管理装置を提供するものである。

すなわち、本発明の水質管理装置は、水の比抵抗を検出
する電極に接続する検出回路における内部抵抗を小さく
して定電圧化することにょシ、水の比抵抗が小さな領域
での電極の抵抗変化を大きな電流変化に変換して検出す
るようにスケール発生を良好に防止することができるも
のである。

以下本実１１について説明する。

本発明の基本的な考え方について説明する。

第６図で示すように発明者が行なった水の比抵抗を一ダ
ラメータとして電極電圧と電極回路の電流の変化を測定
する実験の結果によシ示される特性から、検出回路の内
部抵抗がｒｌで示すように大である定電流的な検出回路
であると、例えば水の比抵抗Ｘ４とＸ５の判別が困難で
ある。このため、検出回路の内部抵抗をｒ２で示すよう
に小さくすることによシ、水の比抵抗Ｘ４とＸ５の判別
が明瞭になる。すなわち、第６図で示される特性から電
極電圧ｅ４を一定電圧とすることによシ、水の比抵抗Ｘ
１〜Ｘ４の変化に対して大きな電流！の変化を得ること
ができる。このことによシ、微少な電極抵抗の変化を判
別可能な大きな電流変化に変換できることが判った。そ
して、比抵抗検出回路を、その内部抵抗を小さくして定
電圧化し、すなわち出力インピーダンスを小さくして、
水の比抵抗を大きな電流変化として検出するものとした
ものである。

以下本発明を図面で示す実施例について説明する。

本発明の水質管理装置を蒸気発生器（パン型加湿器）に
適用した実施例について説明する。

第１図は蒸気発生器の構成を、第２図および第３図は電
気回路を夫々示゛している。

第１図において、１は水２を入れるタンクである。タン
ク１の内部下側には例えばシーズヒータからなる電気ヒ
ータ３が設けてあシ、この電気ヒータ３はヒータ取付ソ
ケット４にょシタンク１側壁に取付けられ、交流電源１
４に接続する導＠ＳＫ＠続されている。この電気ヒータ
３は通電によシ発熱して、タンクｌ内の水２を沸点まで
加熱して蒸発させるものである。タン久１の上方には水
道などの給水源に接続してタンク１に水２を供給する給
水管６が設けてあシ、この給水管σには給水弁すなわち
給水機構として例えば電磁弁７が設けである。この電磁
弁７は開閉動作によシ給水管６を介してタンク１への給
水、停止を制御するものである。すなわち、電磁弁１は
タンク１内の水２がスケール発生可能な状態となった時
にタンク１へ給水を行なうことに加えて、通常時にタン
ク１内の水位に応じて給水を行ない水位調節も行なうも
のである。

タンク１内部には水２の比抵抗を検出するための一対の
電極８．９が配設してあシ、一方の電極８は電気ヒータ
３の上方に位置して設けられ、他方の電極９は電極８と
同一高さ位置で間隔を存して設けられ、あるいは電極８
よシ下方に間隔を存して設けられる。これら電極８，９
はタンクＩ内の水２を介して両者に電流を流し、例えば
一方の電極８に比抵抗検出回路ＩＣを接続して水２の比
抵抗変化を検出する、すなわち水２のスケール発生可能
状態を検出するために用いられる。タンク１内部には一
対の電極８．＃のうち電極８と同一高さ位置あるいは上
方位置に電極１０が設けてあり、この電極１ａは例えば
他方の電極９との間に水２を介して電磁を流してタンク
Ｉの通常水位を検出して調節するために用いられる。こ
れら電極８〜１０はタンク１の側壁にねじ止めによシタ
ンク１と電気的に一縁して取付けられ、タンク１の外部
に設けた導線（図示せず）を介して直流電源回路１７゜
１８に接続されている。また、タンク１の内部には電気
ヒータ３と電極８〜１０との間を仕切る仕切板１ノが設
けてあシ、辷れは電極８〜１０の接水抵抗の変化を防止
するためのものである。

タンクＩの内部にはタンク１外部の排水管（図示せず）
と接続されるオーバ７０−管１２−ＡＥＦ＆けてあシ、
タンクｌの水２が設定最上水位を越えた場合にオー・曽
フロー管１２から外部へ排出するようにしである。

電磁弁ｒと電極８〜１０に関連する電気回路を第２図に
ついて述べる。電磁弁２は電磁接触器ＩＪの接点Ｊｊｍ
を介して交流電源１４に接続され、電磁接触１ｘｚｚ（
のコイル）はタイマリレー１５の接点１５畠とともに交
流電源１４に対し直列に接続されている。電極８は比抵
抗検出回路！＃に接続され、この比抵抗検出回路１６は
タイマリレー１５と制御用直流電源回路ＩＴ、１ｇに接
続されてｈる。電極１ｏは給水付検出器１＃に接続され
、この給水付検出器１９はタイマリレー１５とプラス側
の直流電源回路１７に接続されている。電極９はマイナ
ス側の直流電源回路１１ＦＩＣ接続されている。なお、
図中２０は変圧器である。

比抵抗検出回路１ｇはタンク１内部の水２の比抵抗を針
側ルで予め設定し九下限値になった場合にこれを検出し
て信号を出方するもので、回路は定電圧化されておυ、
例えば第３図で示す回路構成をなしている。すなわち、
１に３図で示す検出回路は定電圧化を図るためにツェナ
ダイオードｚＤを組込んだものである。第３図において
ツェナダイオードｚＤと検出回路の内部抵抗を設定する
可変抵抗Ｖ、と抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とで構成されるブリ
、２回路が電源間に接続されている。ツェナダイオード
ｚ５は検出用の電極８に接続されている。オペレータ、
ナルアンプｏＰは差動増幅器からなるもので、このオペ
レージ。

ナルアンｆＯＰは基準電圧入力端として抵抗Ｒ１と抵抗
Ｒ２との接続点ＢＫ＊続されるとともに、測定信号入力
端として可変抵抗ｖＩＥとツェナダイオードＺ、との接
続点ＡＫ接続されている。オペレージ、ナルアンｆＯＰ
の出力端はタイマリレー１５に接続されている。また、
帰還抵抗ＲＦがオペレージ、ナルアンプＯＰに並列接続
されている。

このように構成した蒸気発生器においては、電気ヒータ
３に通電して発熱させることによシ、タンク１内部の水
２を加熱して蒸発させるものである。

タンク１における通常の水位調節について述べる。電極
１０，１）の間には直流電源回路１７゜ＪＩＶＣよルミ
圧が印加され、電極１ｏ、９がタンク１の水ｚ内にある
場合には水２を介して両者間に電流が流れる。タンク１
内部の水２が蒸発して水位が電極１０より低くなると、
両電極１０．９関に電流が流れない。そこで給水付検出
器１９が働き、これに連動するタイマリレー１５が動作
して接点１６ａを閉じさせることによって、電磁接触器
１３（のコイル）が交流電源１４と接続されて接点１３
ａが閉じる。このため、電磁弁１が開放して、給水管６
よりタンク１へ給水が行なわれる。一方、給水によシタ
ンク１内部の水位が電極１０よシ上方に上昇して電極１
０．９間に電流が流れると、給水付検出器１９が働き、
タイマリレー１５が接点１６１Ｌを一定時間後に開くこ
とによって、電磁接触器１３社交流電源１４からの通電
が断たれて接点１３４を開放する。このため電磁弁７は
閉じてりｙり１への給水が停止する。

さらに、タンクｌ内部の水２の比抵抗変化検出によシ水
のスケール発生可能状態を知シ、タンク１へ絵本を行な
う場合について述べる。電極８，９はタンク１の水２内
部にあ）水２を介して両者間に電流が流れている。比抵
抗検出回路１６は水２の抵抗値に応じて両電極８，９間
に流れる電流値によシ水２の比抵抗を計測している。そ
して、前述のように水位調節を繰シ返している間に、タ
ンク１内部の水２は濃縮されてくるので、水２の比抵抗
値が減少する。このため、定電圧下において電極８，９
間に水２を介して流れる電流が増大する。水２の比抵抗
値が予じめ設定した範囲の下限値に達しスケール発生可
能な状態になると、比抵抗検出回路１６が働いて信号を
出力し、これによシタイマリレ−１５が動作して接点１
５畠を閉じるので、電磁弁７が開放しタンク１への給水
が行なわれる。

この給水によシタンク１内部の水２の量が増大すると、
水２の比抵抗値が増加する。水２の比抵抗値が予じめ設
定し九上限値に達すると、比抵抗検出回路１６が働いて
、タイマリレー１５が一定時間（例えば５〜６秒）後に
接点１５ａを開放させるので、電磁弁７が閉じてタンク
１への給水が停止される。この場合、タンク１内部の水
２が上限水位を越えると、オーバーフロー管１２からタ
ンク１外部へ排出される。このようにタンク１内部の水
２がスケール発生可能な水質状態になると、すなわちス
ケール発生直前になると、比抵抗検出回路１６が電極８
を介して比抵抗値の変化として検出し、電磁弁７が動作
して給水を行ない水２をスケールが発生しない状態にす
る。従って、タンク１内部の水は常にスケールが発生し
ない状態に自動的にコントロールでき、水２にスケール
が析出することを防止できる。この比抵抗検出方法のよ
うに比□ｈ 抵抗値に幅をもたせないで、ある比抵抗値の前後で制御
することもできる。なお、電極８〜１０は例えば長さ４
０■、直径１．５簡の白金メッキ３図で示す検出回路を
等価回路として示すと第８図で示すようになる。ここで
、可変抵抗ｖｌの抵抗設定によシツェナｌイオードｚＤ
に対する電圧を分配する。電極抵抗ｒｚの抵抗が大であ
る場合にはツェナダイオードｚＤが動作して“ツェナ電
圧Ｅ工が確保され、電極８が定電圧に保たれる。

すなわち、 ６ｓ−Ｅ・□〉Ｅｚ Ｖ冨＋ｒｘ である場合に電極電圧ｅ４はツェナ電圧Ｅ２で保たれる
。

検出回路の動作にＱいて説明する。可変抵抗Ｖ、は内部
抵抗として大変低い抵抗値に設定する。

そして、タンク１内の水が清浄で水の比抵抗が大である
場合には、これに応じて電磁８の電極抵抗ｒｚも大きい
。このため′、可変抵抗ｖｌとツェナダイオードｚＤの
接続点Ａの電位が高くなシ、ツェナダイオードｚＤが導
通する。この場合、ツェナダイオ−ＰＺＤの電圧りは高
く、電極８の電圧ｅ（はツェナ電圧Ｅｓにょシ高い一定
電圧に保たれる。水がスケール発生状態となシ水の比抵
抗が低下すると、これに応じて電極８の抵抗ｒｚも低下
する。このため、可変抵抗ｖＲとツェナダイオ−ＰｚＤ
の接続点Ａの電位が低下する。

また、オ（レージ、ナルアングｏＰは、可変抵抗Ｖ翼と
ツェナダイオードｚＤとの接続点Ａの電圧を抵抗ｒ１と
抵抗ｒ２との接続点Ｂの電圧を基準電圧として比較測定
する。そして、水がスケール発生状態となシ水の比抵抗
が低下することにＸ＞接続点ムでの電圧が低下すると、
オペレージ、ナルアン７’ＯＰが動作して給水指令であ
る信浄な状態ではツェナダイオードｚＤにょシミ極８に
接続する部分を定電圧に保持し、水がスケール発生状態
になシ比抵抗が低下した時に検出回路の内部抵抗が小さ
いことにょ夛水質の変化が電極８の抵抗変化として検出
される。すなわち、水の比抵抗が低下した時の電極８の
抵抗変化を大きな電流変化として検出することができる
。

例えば第６図において水の比抵抗Ｘ４の時に内部抵抗ｒ
２との交差する点を動作点として抵抗変化を検出するの
で、抵抗変化を大きな電流変化に変換できる。従って、
水のスケール発生状態になった時の水の比抵抗変化を容
易且つ精密に検出でき、水のスケール発生を確実に防止
できる。

比抵抗検出回路１６は前述した回路構成に限定されるも
のではなく、賛は内部抵抗を小さくして定電圧化し、電
極８の抵抗変化を大きな電流変化とするものであれば良
い。

例えば第４図はトランジスタをエミ、り７オロア接合し
た検出回路の構成を示している。なお、第３図と同一部
分は同一符号を付して説明を省略する。第４図において
、ＮＰＮ形のトランジスタＴｒのベースを、電源間に接
続された抵抗５（抵抗７と。接続点。に接続し、トラン
ジスタＴｒのコレクタを可変抵抗ｖｉＬに接続するとと
もに、エミ、りを負電源に接続した抵抗Ｒ５に接続し、
さらにトランジスタＴｒのエミッタ接続点りを電極８に
接続しである。そして、この検出回路において水の比抵
抗検出を行なう場合について述べる。電極８に接続され
たＤ点の電位ＥＤは、この回路がペース接地回路となっ
ておシ、０点の電位Ｅ０かもトランジスタＴｒのペース
エミッタ間電圧マｂ、を除いた電圧ＥＤは ＥＤｗｔ　７．、−　ｖｂ。

となる。しかるにコレクタ電流Ｉｃの変化に対して電圧
マｂ０はほぼ一定となるのでＥＤは一定の値となる。従
って、第５図に示す電圧ｅ１ｔ　ｅ２ｚｅ３のカーブ上
で電極８の電極抵抗ｒｚが変化することになる。従って
、電極８に流れる電流をｌｘとすると、 ＥＤ ■８票□ ｚ となシ、トランジスタＴｒのエミッタ電流Ｉ露はとなる
。

トランジスタのコレクタ電流を！。、電流増幅率をβと
すると、 Ｉｅ−（Ｉ。−Ｉｂ）寥１．（１−７）β〉００時、１
１．′４：１０となシ、従って、可変抵抗Ｖ！での電圧
降下”Ｖｌは、 従って、トランジスタＴｒのコレクタと可変抵抗ｖｌと
の接続点Ｆでの電位Ｅ、は、 となシ、ｒｘ（Ｒ５であれば、 １１ ｇ、＝Ｅ−ＥＤ＠− ｒ）（ となる。比抵抗が下れｄ電極抵抗ｒ８が小となシ、電圧
Ｅνが下る。これに対して抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点
Ｇの電位Ｅｏを基準電圧とし、接続点Ｆの電圧を比較測
定する。そして、水がスケール発生状態とな〕水の比抵
抗が低下することにより接続点ｙでの電圧が低下すると
、オベレ、−シ、ナルアンプＯＰが動作してタイマリレ
ー１５の信号を出力する。

なお、本発明の蒸気発生器における給水弁は、比抵抗検
出用電極と比抵抗検出器によシタンクの水がスケール発
生可能状態になったことを検出した時に、タンクへ給水
を行なうことを基本的役割とするものである。前述した
実施例にあっては給水位検出用電極と給水位検出器を設
け、タンクの給水位を電気的に検出するとともに給水弁
に通常水位調節用の給水を行なう機能をもたせている。

しかし、これＫは限定されずに、例えば給水弁とは別に
＆−ルタップなどの水位調節器を設けて機械的に通常水
位制御を行なうようにしても良い。給水弁は電磁弁に限
らず比抵抗検出器からの信号によ多動作するものであれ
ば良い。また、タンクに給水を行なう機構としては給水
弁に限らず、例えば給水ポンプを用いてこれを駆動する
ことによシ給水を行なうようにしても良い。さらに、マ
イナス側の電極として専用の電極を設けずに、タンクを
マイナス側電極として利用することも可能である。

さらにまた、本発明は蒸気発生器に適用することに限定
されずに１がイラにおけるタンク内の水の水質管理、ク
ーリングタワーにおける水の水質管理、その他工業用水
の水質管理用などに、水の比抵抗変化を利用してスケー
ル発生可能な状態を検出し、水を更新することによシ水
を常に良好な状態に保持してスケール発生を防止する装
置として広く適用できる。

本発明の水質管理装置は以上説明したように、水の比抵
抗変化を利用した簡単な電気的手段によシ、水のスケー
ル発生を防止して常に良好な水質に保つことができ、し
かもタンクやタンク内部に設けた器具のスケール付着に
よる機能低下 下を防止できる。また、タンク内の水を一定期間毎に交
換してスケールを除去する場合のような不経済性や配管
の目詰シなどの問題もない。

％に水の比抵抗を検出する比抵抗検出回路の内部抵抗を
小さくして定電圧化することによシ、検出電極からの信
号電流の変化量を大きくするようＫしたので、水がスケ
ール発生状態となシ比抵抗が低下した時に、水の比抵抗
を容易且つ精密に検出でき、とれによシ水の更新を確実
且つ安定なものとして、水質管理を良好に行なうことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である蒸気発生器を示す縦断
正面図、第２図は同実施例における電気回路図、第３図
および第４図は夫々異なる比抵抗検出回路の実施例を示
す電気回路図、第５図は電極電圧をΔラメータとした電
極抵抗と水の電気伝導度との関係を示す線図、第６図は
水の比抵抗を／９ラメータとした電極電圧と電流との関
係を示す線図、第７図および第８図は夫未検出回路の等
価回路を示す回路図である。 １−タンク、２・−水、３・・・電気ヒータ、４・・・
給水管、７・−電磁弁（給水機構）、８，９，１０・・
・電極、１６・・・比抵抗検出回路、１９・・・給水位
検出器。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第麿図 第２図 １５ 第３図 １５図 Ｊ１６ｒＩ！Ｊ ｔ接電圧（ｅｊ） 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水を入れるタンクと、このタンクの内部に入れられた水
   を介して電流を流す一対の電極と、これらの電極の一方
   に接続され前記タンク内部の水の比抵抗を計測するとと
   もにこの水の比抵抗が設定値に達した時に信号を出力し
   且つ前記電極における水の比抵抗変化を内部抵抗を小さ
   くして大きな電流変化として検出する比抵抗検出回路と
   、この比抵抗検出回路からの信号によシ動作して前記タ
   ンクに給水を行なう給水機構とを具備してなる水質管理
   装置。