CN101511740A

CN101511740A - 水软化方法及其装置

Info

Publication number: CN101511740A
Application number: CNA2007800290549A
Authority: CN
Inventors: 仲野崇行
Original assignee: K K KOGANEI
Current assignee: K K KOGANEI; Koganei Corp
Priority date: 2006-08-08
Filing date: 2007-07-31
Publication date: 2009-08-19
Also published as: KR20090038445A; JPWO2008018316A1; EP2050721A1; US20090288959A1; EP2050721A4; WO2008018316A1

Abstract

本发明提供一种无需将电极板从电解槽取出并清扫、除去电解槽中的水锈的费力的清扫作业、尽量不花费维护管理费用的被处理水的水软化方法及其装置。一种被处理水流动在相对设置的电极板之间、向该电极板之间施加直流电压、使被处理水中的金属离子在负极侧的电极板上电解析出从而将该被处理水软化的方法，该电极板使用钛板，提高施加在该电极板中的正极侧电极板表面所生成的阳极氧化膜上的电压从而强制性地绝缘破坏该阳极氧化膜，同时使所需量的电流流通。

Description

水软化方法及其装置

技术领域

本发明涉及通过电分解对被处理水进行水软化的水软化方法及其装置，更详细而言，涉及在通过电分解进行水软化时使堆积在电极板表面的水锈自动剥落、保持为进行水软化所需量的电流一直流通的水软化方法及其装置。

背景技术

已知的水软化方法或水软化装置是，例如，通过向电极板相对设置的电解槽内供给被处理水，在电极板之间施加直流电压，使被处理水中的阳离子及阴离子在电极板的表面被氧化或还原而除去，对被处理水进行水软化。

但是，这样的水软化方法或水软化装置在长时间使用后，被处理水中的水锈成分(碱金属)在负极侧的电极板的表面析出、堆积，使电流渐渐难以流通，使得不能实现被处理水的水软化。

因此，历来，在堆积在负极侧的电极板表面的水锈达到一定程度以上，电流变得难以流动的情况下，要将电极板从电解槽中取出，通过物理方法将水锈从电极板表面除去，再将电极板安装回电解槽。

但是，将电极板从电解槽中取出，通过物理方法将水锈从电极板表面除去，再将电极板安装回电解槽的作业非常麻烦，在水软化装置的维持管理方面产生相当的费用，这是一个问题。

为了解决这个问题，提出了一种通过定期地逆转施加在电极板的极性，使附着在负极侧电极板表面的水锈自动地剥落的水软化装置。

但是，即使对电极板的极性进行极性的定期逆转，强固地固着在电极板表面的水锈也不会完全剥落，该强固地固着在电极板表面的水锈渐渐在电极板表面残留，导致电流渐渐难以流通的问题。

专利文献1：日本特开平8-299990号公报

专利文献2：日本特公昭63-38440号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明的目的是提供一种即使长期间连续进行被处理水的水软化处理也能抑制电极板表面的水锈的堆积、被处理水的水软化能力不发生降低的水软化方法及其装置。

课题的解决方案

本发明的水软化方法是在相对设置的电极板之间流动要进行水软化处理的被处理水，在该电极板间施加直流电压，被处理水中的金属离子在负极侧电极板表面电解析出，从而将该被处理水软化。

在此，相对的电极板的正极侧和负极侧都使用钛板。另外，通过向电极板间施加直流电压使电流流通，在正极侧的电极板表面生成阳极氧化膜，使得电极板之间的电流渐渐难以流通。但是在本发明中，通过提高施加在该阳极氧化膜的电压，对阳极氧化膜进行绝缘破坏，通过将该阳极氧化膜从电极表面剥离下来，保持所需量的电流一直流通。

另外，向前述电极板间施加的电压的极性可以每隔一定时间进行切换。另外，也可以通过流通一定的电流，提高施加电压，对抗阳极氧化膜的生成。这种情况下，在前述电极板间流通的电流最好每正极侧的电极板单位面积(1m²)0.1～20A。电流不足0.1A/m²时不能对被处理水进行充分水软化，超过20A/m²时则会使电极板过早腐蚀而不能使用。

另外，前述被处理水的电导率高于一定值A时，增加流通在前述电极板之间的电流，当前述处理水的电导率低于一定值B时，减小流通在前述电极板之间的电流，该一定值A和该一定值B的关系可以是A≧B。前述被处理水的电导率的前述一定值A最好为100～3000μS/cm，前述一定值B最好为100～3000μS/cm。

另外，当前述被处理水的氧化还原电位高于一定值C时，增加流通在前述电极板之间的电流，当前述被处理水的氧化还原电位低于一定值D时，减少流通在前述电极板之间的电流，该一定值C和该一定值D的关系可以是C≧D。前述被处理水的氧化还原电位的前述一定值C最好为+100～-100mV，前述一定值D最好为+100～-100mV。

另外，本发明的水软化装置具有接受和排出要进行水软化处理的被处理水的电解槽、设置在该电解槽内的1或2个以上的第一电极板、与该第一电极板相隔一定间隔设置在该电解槽内的1或2个以上的第二电极板、向该第一电极板和该第二电极板之间施加直流电压的直流电源装置。

在此，该第一电极板以及该第二电极板皆由钛板制成，该直流电源装置是能够输出对该第一电极板或该第二电极板的表面生成的阳极氧化膜进行绝缘破坏而将其剥离、除去的电压的直流电源装置。

另外，该被处理水的水软化装置可进一步具有将前述直流电源装置施加于前述该第一电极板及前述第二电极板的电压的极性每隔一定时间进行切换的极性切换装置。

另外，该被处理水的水软化装置可以将稳定电流电源装置作为前述直流电源装置使用。稳定电流电源装置最好具有使前述第一电极板和第二电极板之中成为正极的任何一个电极板的每个单位面积(1m²)流通0.1～20A的稳定电流的能力。

另外，该被处理水的水软化装置可具有测量前述被处理水的电导率的电导率计，以及当由该电导率计测得的电导率高于一定值A时提高前述直流电源装置的输出电压而增加流通在前述电极板之间的电流、当由该电导率计测得的电导率低于一定值B时降低前述直流电源装置的输出电压而减少流通在前述电极板之间的电流、该一定值A和该一定值B的关系为A≧B的电流控制装置。

在此，前述被处理水的电导率的前述一定值A最好采用100～3000μS/cm，前述一定值B最好采用100～3000μS/cm。

另外，该被处理水的水软化装置可具有测量前述被处理水的氧化还原电位的氧化还原电位计，以及当由该氧化还原电位计测得的氧化还原电位高于一定值C时提高前述直流电源装置的输出电压而增加前述电极板之间的电流、当由该氧化还原电位计测得的电导率低于一定值D时降低前述直流电源装置的输出电压而减少前述电极板之间的电流、该一定值C和该一定值D的关系为C≧D的电流控制装置。

在此，前述被处理水的氧化还原电位的前述一定值C最好采用+100～-100mV，前述一定值D最好采用+100～-100mV。因此，前述被处理水的氧化还原电位的前述一定值C更最好-50～0mV，前述一定值D更最好-50～0mV。

发明的效果

根据本发明，由于强制地绝缘破坏了正极侧电极板表面生成的阳极氧化膜，除去水锈成分而流通的所需量的电流对抗了阳极氧化膜的生成并流通在被处理水中，因此具有能高效除去被处理水中的水锈成分，将被处理水水软化，使被处理水维持在所需的电导率范围中的效果。

另外，根据本发明，在具备每隔一定时间对施加在电极板的电压的极性进行切换的极性切换装置的情况下，由于无需通过工作人员的除去作业即可免维护地将附着生成在电极板表面的水锈成分除去，因此只需较少的维护管理费用即可达到满意的效果。

另外，根据本发明，在每隔一定时间切换施加在电极板的电压极性的情况下，不使相对设置的电极板的单独一方的一侧受到消耗，而是使得相对设置的两方的电极板受到同样的消耗，因此能够达到有效使用高价值钛板的效果。

另外，根据本发明，当被处理水的电导率高于一定值时增加流通在前述电极板之间的电流，就能强制性地绝缘破坏正极侧电极板表面生成的而阳极氧化膜，为了除去水锈成分而流通的所需量的电流对抗了阳极氧化膜的生成并流通在被处理水中，高效地除去了被处理水中的水锈成分，另外，当被处理水的电导率低于一定值时减少流通在前述电极板之间的电流，就具有抑制电极板消耗的效果。

另外，根据本发明，当前述被处理水氧化还原电位高于一定值时增加流通在前述电极板之间的电流，就能强制性地绝缘破坏正极侧电极板表面生成的阳极氧化膜，为了除去水锈成分而流通的所需量的电流对抗了阳极氧化膜的生成并流通在被处理水中，高效地将被处理水中的水锈成分除去，另外，当被处理水的氧化还原电位低于一定值时减少流通在前述电极板之间的电流，就能达到抑制电极板消耗的效果。

附图的简要说明

图1是本发明的一实施方式的水软化装置的说明图。

图2是图1的水软化装置中使用的电极板单元的说明图。

图3是本发明的一实施方式的水软化装置的控制机构的说明图。

图4是表示施加在电极板之间的电压、电导率以及氧化还原电位的关系的图表。

图5是表示电压的增减引起的电导率和氧化还原电位的变化的图表。

图6是表示电流密度(A/m²)的大小和电导率(μS/cm)的减少率的关系的图表。

图7是表示电流的增减引起的电导率和氧化还原电位的变化的图表。

附图标记说明

10 水软化装置

12 电解槽

14 电极板单元

16 直流电源装置

18 底部

20 给水泵

22 给水口

24 第一电极板

26 第二电极板

28 侧部

30 溢出隔板

32 流出口

34 电导率计

36 浮子开关

38 警报装置

40 警报灯

42 警报蜂鸣器

44 接受罐

46 排出管

48 排出泵

50 浮子开关

52 排出口

54 排出装置

58 开闭用计时器

60 过滤部

具体实施方式

图1是本发明的一种实施方式的水软化装置的说明图，图2是图1的水软化装置中使用的电极板单元的说明图。

在这些图中，10是水软化装置，水软化装置10具有电解槽12、收容在电解槽内的电极板单元14、向电极板单元14供给直流电流的直流电源装置16。

电解槽12由箱状的容器组成，在电解槽12的底部18的靠近电解槽12侧部的位置处设置有接收原水(被处理水)的给水口22。电解槽12以及给水泵20的大小(容量)根据要处理的原水的容量进行制造。

电极板单元14由多张第一电极板24和多张第二电极板26所构成，第一电极板24和第二电极板26按一定间隔相互平行地配置。电极板单元14的大小(面积)根据要处理的原水的容量进行制造。

电极板单元14的第一电极板24连接在直流电源装置16的正极侧的输出端，第二电极板26连接在直流电源装置16的负极侧的输出端。直流电源装置16是由能够保持每单位面积[m²]的第一电极板24上流通的电流为0.1～20A左右的直流稳定化电源构成的。

电解槽12的侧部28和电极板单元14之间，2张平行的溢出隔板30呈上下稍微错开的状态大致垂直地按照一定间隔设置在给水口22的相翻一侧的部位。电解槽12的侧部28中，在设置有溢出隔板30的一侧的上部位置设有水软化处理后的处理水的流出用的流出口32。

电解槽12的侧部28和溢出隔板30之间，在接近流出口32的地方设置有测定被处理水的电导率的电导率计34，电导率计34与警报装置38相连接，被处理水的电导率达到一定值以上时，警报灯40灯亮，警报蜂鸣器42鸣叫。

电解槽12的上部设置有浮子开关36，浮子开关36是当接受罐44的过滤部60中积累的水锈阻碍了处理水的流动，妨碍了其从电解槽12的排出之时，就会引起警报灯40的灯亮和警报蜂鸣器42的鸣叫。

电解槽12的下方设有暂时存储在电解槽12中进行水软化处理后的处理水的接受罐44，流出口32通过流出管46与接受罐44相连接。

接受罐44的近旁设置有将接受管44中的处理水(软水)排出的排出泵48，以及当接受罐44内所接受的处理水达到一定高度后起动排出泵48从而将接受罐44中的处理水排出的浮子开关50。

电解槽12的底部18的中央附近设置有将剥离后的水锈排出的排出口52，电解槽12的底部18朝排出口52向低处倾斜，该倾斜角度在25～35度的范围内。

在电解槽12的底部18的内侧，在排出口52设置的部位处，排出装置54朝下方设置。排出装置54设有作为开闭装置的排出阀56，排出阀56通过排出用计时器58控制开闭的时机和时间。

排出装置54的出口侧没有连接其它管子，处于开放状态，在排出管54的垂直下方，接受罐44的上方，设置有将与处理水一起排出的水锈分离出来的过滤部60。

排出装置54的排出能力设为，在电解槽12中的水未达到一定高度而且排出阀56为全开状态时的排出水的最大流量为30升/分钟。

接着，参照图3对本水软化装置的工作进行说明。在此，图3是本发明的一实施方式的水软化装置的控制机构的说明图。

首先，起动给水泵20时，原水(被处理水)由电解槽12的给水口22供给入电解槽12的内部。

被供给的原水将电极板单元14浸渍，通过溢出隔板30，从流出口32溢出到电解槽12的外部，进入接受罐44。

接受罐44的浮子开关50被设定为达到一定高度后开启。当接受罐44的处理水(软水)的量达到设定高度时，浮子开关50开启，排出泵48起动，通过排出泵48将进入接受罐44的处理水排出。

在电解槽12内的被处理水达到水满的状态下，开启直流电源装置16后，向第一电极板24上施加正电压，向第二电极板上施加负电压，被处理水中所含的钙离子、镁离子以及溶解硅等金属离子被吸引到第二电极板26附近，并在第二电极板26的表面被还原，在第二电极板26的表面或表面附近作为水锈析出，被处理水中的这些阳离子渐渐减少。

在此，电流电源装置16采用直流稳定电流装置，当第一电极板24和第二电极板26之间流通着一定的电流时，在成为正极侧的第一电极板24的表面生成了阳极氧化膜，第一电极板24的表面的电阻值上升。电阻值上升后，施加在第一电极板24表面的阳极氧化膜的电压随着该电阻值成比例上升，从而第一电极板24的表面的阳极氧化膜被绝缘破坏，该阳极氧化膜从第一电极板24上剥离下来，第一电极板24表面的电阻值降低。

因此，通过这样的电分解，被处理水的水软化继续进行，在第二电极板26的表面或表面附近就会有水锈析出，在电解槽12的底部18逐渐蓄积有泥状物质。

接下来，排出用计时器58的起动时间和保持时间已经预先设定，在经过预设的起动时间后，通过排出用计时器58将排出阀56开启，电解槽12内的处理水(软水)与堆积在底部18处的水锈一起通过排出装置排出。

排出的处理水(软水)中的水锈经过过滤部60被过滤除去，处理水进入接受罐44。经过预设的保持时间后，排出阀56关闭，电解槽12内再次开始蓄积被处理水。过滤部60残存的水锈在积累到一定的程度后被依次搬出、除去。

另外，设置于电解槽12的流出口附近的电导率计34对被处理水的电导率随时进行测量，被处理水的电导率达到设定值以上时，警报装置38起动，警报灯40灯亮，警报蜂鸣器42鸣叫。

电解槽12的上部的浮子开关36监视着接受罐44的过滤部60处蓄积的水锈阻碍处理水的流动情况，当该阻碍达到一定值以上时，水位上升，浮子开关36便会感应，从而引发警报灯40灯亮，警报蜂鸣器42鸣叫。

实施例1

通过本发明装置将含有碱成分的原水(被处理水)水软化。

本发明装置的电极板单元14使用72张宽300mm×高600mm×厚1mm的钛板，以各36张、间隔24mm的相对设置的方式使用。另外，直流电源装置16使用直流稳定电流电源装置，从直流电源装置16向电极板单元14供给6A的稳定电流。

通过直流稳定电流电源装置使电极板间流通着稳定的电流，因此如图4所示，电极板之间的电压最初为0.5V，但是由于正极侧的电极板表面上生成了阳极氧化膜而导致其电阻值上升，电压慢慢上升到18V左右。上升到该电压后，该阳极氧化膜被绝缘破坏并剥离下来，于是电阻值下降，电极板之间的电压也降低到15V左右。电极板之间的电阻值不会继续下降，阳极氧化膜再次开始生成，重复进行着阳极氧化膜的生成和破坏、剥离。

这时的被处理水的导电率如图5所示，初时为1000μS/cm，但是逐渐降低，稳定于700～850μS/cm。另外，氧化还原电位也如图6所示，初时为470V，但是逐渐降低，稳定于-60mV。再者，电解槽的底部沉积有泥状物质，对其分析后，其主成分为硅、钙、镁以及绝缘破坏后得到的氧化钛。

实施例2

电极板单元中流通的电流密度在0.7A/m²，1.4A/m²，2.1A/m²这三个值之间进行变换，进行和实施例1相同的实验之后，被处理水的导电率如图6所示。从该实验可知，电流密度越大，被处理水的导电率在更短的时间内降低。

实施例3

在实施例1的条件下进行连续一周的运作后，将正负的极性逆转后进行运作后，经过约6小时正极(之前是负极)表面固着的水锈被剥离，沉积到电解槽的底部。

其后，在次此状态下进行连续一周的运作后，与当初的工作情况一样在负极表面固着有水锈。但是，如这样继续下去水锈一直固着在负极上，使得水锈的回收作业变得困难，可预测到由于电解抵抗使得水锈固着效率降低。因此，每一周对正负的极性进行交互切换进行运作后，至此为止固着在负极的水锈被高效地剥离下来，与通过绝缘破坏而被剥离下来的阳极氧化膜一起沉积到电解槽12的底部。通过重复进行这样的正负极性的反转，使附着在负极的水锈被剥离下来并能够被高效地回收。另外，能够保持负极始终不被水锈所固着且电解效率不降低的状态。

实施例4

使用稳定电流电源装置，在实施例1的条件下，根据由电导率计34测得的电导率的高低，对从直流电源装置16供给于电极板单元14的电流值进行增减。即，电导率超过1000μS/cm时电流增加到约2倍，当电导率不足700μS/cm时电流回到原值。结果表明，如图7所示，增加到约2倍时1040μS/cm变为690μS/cm，电流回到原值时690μS/cm增加到810μS/cm。从该结果可知，通过增减向电极板单元14供给的电流，能够获得控制性能的目的。

即，被处理水中的水锈成分被高效地除去了。另外，由于电导率在容许范围内时可以不需要流通着无用的电流，因此在节约电费的同时可以防止电极板的无用的腐蚀和消耗。

实施例5

和实施例4同样，使用测量被处理水的氧化还原电位的氧化还原电位计和稳定电流电源装置，根据由氧化还原电位计测得的氧化还原电位的高低增加向电极板单元14供给的电流的量。即，氧化还原电位超过200mV时电流增加100％。其结果，如图7所示，增加100％时280mV减少到-60mV。从该结果可知，通过增减向电极板单元14供给的电流，能够获得控制性能的目的。

即，被处理水中的水锈成分被高效地除去了。另外，由于氧化还原电位在容许范围内时可以不需要流通着无用的电流，因此在节约电费的同时可以防止电极板的无用的腐蚀。

再者，上述实施例中直流电源装置虽然使用的是直流稳定电流电源装置，直流电源装置也可使用直流稳定电压电源装置。在此情况下，通过未图示的电流计对流通在电极板之间的电流值进行监视，当电流值低于一定值时，将电源电压变更为较高值。电源电压变更为较高值后，电极板表面的阳极氧化膜就会被绝缘破坏而剥离，电极板之间的电阻就会降低。电极板之间的电阻值降低后，为了使一定值的电流进行流通，就将此时的电源装置的电压恢复到原来的电压。通过将电源装置的电压恢复到原来的电压，避免电极间的电流流量过大，从而防止电极板的过早腐蚀。

产业利用可能性

本发明适用于对饮料水，锅炉等蒸汽产生装置中的水，挤压成形机等模型冷却用水，电热水器、加湿器、诱导加热炉等电加热系统中使用的水，供给纯水制造装置的水(原水)，冷却塔用的循环水，冷热水器用的循环水，热泵式热水器的补给水，液化气、石油热水器的补给水，24小时洗澡水，水池的水，人工池的水等的水软化。

Claims

1.一种水软化方法，被处理水流动在相对向设置的电极板之间，向该电极板之间施加直流电压，该被处理水中的金属离子在负极侧的电极板上电解析出从而将该被处理水软化，其特征在于，正极侧的电极板使用钛板，在该电极板之间流通足以施加能够绝缘破坏在该正极侧的电极板表面生成的阳极氧化膜的电压的电流。

2.根据权利要求1所述的水软化方法，其特征在于施加在上述电极板之间的电压的极性每隔一定时间进行切换。

3.根据权利要求1或2所述的水软化方法，其特征在流通于在上述电极板之间的电流是稳定电流。

4.根据权利要求3所述的水软化方法，其特征在于流通在上述电极板之间的电流为正极侧的电极板每单位面积(1m²)0.1～20A。

5.根据权利要求1或2所述的水软化方法，其特征在于，施加在上述电极板的电压设为一定，当流通在电极板之间的电流值低于一定值时提高施加在上述电极板之间的电压，当流通在该电极板之间的电流值高于一定值时将施加在上述电极板之间的电压恢复到原值。

6.根据权利要求1或2所述的水软化方法，其特征在于，当上述被处理水的电导率高于一定值A时增加流通在上述电极板之间的电流，当上述被处理水的电导率低于一定值B时减少流通在上述电极板之间的电流，该一定值A与该一定值B的关系为A≧B。

7.根据权利要求6所述的水软化方法，其特征在于上述被处理水的电导率的上述一定值A为100～3000μS/cm，上述一定值B为100～3000μS/cm。

8.根据权利要求项1或2所述的水软化方法，其特征在于，当上述被处理水的氧化还原电位高于一定值C时增加流通在上述电极板之间的电流，当上述被处理水的氧化还原电位低于一定值D时减少流通在上述电极板之间的电流，该一定值C与该一定值D的关系为C≧D。

9.根据权利要求8所述的水软化方法，其特征在于上述被处理水的氧化还原电位的上述一定值C为+100～-100mV，上述一定值D为+100～-100mV。

10.一种水软化装置，其特征在于，具有接受和排出要进行水软化处理的被处理水的电解槽、设置在该电解槽内的1个或2个以上的第一电极板、设置在该电解槽内的与该第一电极板相隔一定间隔的1个或2个以上的第二电极板、向该第一电极板和该第二电极板之间施加直流电压的直流电源装置；该第一电极板和该第二电极板皆由钛板构成，该直流电源装置是输出通过绝缘破坏而剥离、除去在该第一电极板和该第二电极板的表面所生成的阳极氧化膜的电压的直流稳定化电源。

11.根据权利要求10所述的水软化装置，其特征在于具有将上述直流电源装置施加于上述该第一电极板及上述第二电极板的电压的极性每隔一定时间进行切换的极性切换装置。

12.根据权利要求10或11所述的水软化装置，其特征在于，上述直流电源装置是使上述第一电极板和上述第二电极板中成为正极的任一方的每单位面积(1m²)电极板上流通0.1～20A的稳定电流的稳定电流电源装置。

13.根据权利要求10或11所述的水软化装置，其特征在于，上述直流电源装置由直流稳定电压电源装置构成，具有测量流通在电极板之间的电流的值的电流计，具有当由该电流计测定的电流值低于一定值时提高上述直流电源装置的输出电压、当由该电流计测定的电流值高于一定值时降低上述直流电源装置的输出电压的电压控制装置。

14.根据权利要求10或11所述的水软化装置，其特征在于，具有测量被处理水的电导率的电导率计，以及具有当由该电导率计测定的电导率高于一定值A时提高上述直流电源装置的输出电压从而增加流通在上述电极板之间的电流、当由该电导率计测定的电导率低于一定值B时降低上述直流电源装置的输出电压从而减少流通在上述电极板之间的电流、该一定值A与该一定值B的关系为A≧B的电流控制装置。

15.根据权利要求14所述的水软化装置，其特征是上述被处理水的电导率的上述一定值A为100～3000μS/cm，上述一定值B为100～3000μS/cm。

16.根据权利要求10或11所述的水软化装置，其特征在于，具有测量上述被处理水的氧化还原电位的氧化还原电位计，以及具有当由该氧化还原电位计测定的氧化还原电位高于一定值C时提高上述直流电源装置的输出电压从而增加流通在上述电极板之间的电流、当由该氧化还原电位计测定的氧化还原电位低于一定值D时降低上述直流电源装置的输出电压从而减少流通在上述电极板之间的电流、该一定值C和该一定值D的关系为C≧D的电流控制装置。

17.根据权利要求16所述的水软化装置，其特征在于上述被处理水的氧化还原电位的上述一定值C为+100～-100mV，上述一定值D为+100～-100mV。