JP2001058189A

JP2001058189A - 銅イオン発生装置および銅イオン発生方法

Info

Publication number: JP2001058189A
Application number: JP11236338A
Authority: JP
Inventors: Tomohisa Oguchi; 智久小口; Toru Mashita; 徹真下; Katsuyuki Araki; 克之荒木
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2001-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】銅イオン発生装置の銅電極に付着する生
成物をメンテナンスを必要とすることなく効率的に除去
する。【解決手段】水中に互いに距離を隔てて配置する対の
銅電極６、７と、電極間に正負の電位を与える外部電源
９と、前記電位の正負を所定時間間隔（１〜５分）で繰
り返し逆転させる極性変更装置８を備えた銅イオン発生
装置。好適には、気泡発生装置１５、１６で気泡を発生
させて気泡を電極６、７にぶつける。【効果】電極でのアノード、カソードの切り換え
により、電極表面への付着物の堆積が極力抑えられる。
切り換え時間を最適化（１〜５分）すれば、銅イオンの
溶出を損なうことなく堆積物量を顕著に少なくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水循環系や水供給
系等で生じるスライム、藻等の発生を有効に防止する銅
イオンを水中に溶出させる銅イオン発生装置および銅イ
オン発生方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、冷却系循環ライン等で生じるスラ
イム、藻の障害は主として薬液を用いた水処理によって
防止策が採られている。しかし、上記方法では薬液を定
期的にラインに供給する必要があるため、材料コスト及
び作業コストが多大に発生して、ランニングコストが嵩
むという問題点がある。このため水路内で銅を電解し、
その結果生じる銅イオンによって上記スライムや藻を除
去する殺菌装置が提案され、実用化されている（例え
ば、特開昭６１−１０１２９６号公報、特開昭６１−２
０４０８５号公報、特開昭６３−５９３９０号公報、特
開平４−９０８８６号公報等）。

【０００３】上記の銅イオンによる殺菌装置では、処理
する水を銅イオン溶出器内に通水し、該溶出器で電気化
学反応により所定割合の銅イオンを定量的に発生させ、
これを水に混入させて、瞬時にしかも簡便且つ能率的に
殺菌、殺藻をなし、その繁殖防除を図っている。銅イオ
ンの発生は、イオン溶出器に設置した対の電極間に直流
電圧を印加して、アノードとした銅電極から水中に銅イ
オンを溶出させることにより行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の銅イオ
ン殺菌装置は銅電極の電解を利用しているので、溶出し
た銅が銅電極表面でＣｕ(ＯＨ)_２やＣｕ_２Ｏ、ＣｕＣｌ
などの反応物を生成し、これに起因して長期間の運転で
銅電極表面に堆積物が発生して銅イオンの溶出の妨げに
なるという問題がある。これについては定期的なメンテ
ナンス（掃除）が必要になるが、手間が掛かって効率が
悪いという問題がある。また、このメンテナンスを不要
とするために、電極の極性を変えて堆積物の除去を行う
装置も提案されているが（特開昭６１−２０４０８５号
等）、この装置によっても堆積物を十分に除去すること
は困難である。

【０００５】本発明は上記事情を背景としてなされたも
のであり、銅電極からの銅イオンの溶出が効率的になさ
れるとともに、該電極への堆積物を効果的的に除去する
ことができる銅イオン発生装置および銅イオン発生方法
を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の銅イオン発生装置のうち第１の発明は、水中に
互いに距離を隔てて配置される対の銅電極と、各電極間
に正負の電位を与える外部電源と、各電極に与える前記
電位の正負を所定時間間隔で繰り返し逆転させる極性変
更装置とを備えていることを特徴とする。

【０００７】第２の発明の銅イオン発生装置は、第１の
発明において、電極が配置されている水中に気泡を生じ
させる気泡発生装置を備えていることを特徴とする。

【０００８】第３の発明の銅イオン発生装置は、第２の
発明において、気泡発生装置は水中での気泡発生を間欠
的に行わせる間欠機能を有していることを特徴とする。

【０００９】また、本発明の銅イオン発生方法は、水中
に互いに距離を隔てて配置される対の銅電極間に正負の
電位を与えるとともに該電位の正負を１〜５分の間隔で
繰り返し逆転させることによって各電極から交互に水中
へ銅イオンを溶出させることを特徴とする。

【００１０】本発明の装置および方法は、水中での殺菌
を必要とする用途に適用される。その適用においては、
水循環系や水供給系の通水路に電極を配置することがで
きるが、本発明としては通水路への電極配置が必須とな
るものではなく、水が滞留している貯水槽等への設置も
可能である。また、電極として用いる銅電極は、電気分
解によって銅が溶出するものであればよく、純銅、銅合
金等の材料を適宜選定することができる。この電極の形
状は、対となる電極間に処理すべき水が在るように配置
できるものであればよく、その形状は特に限定されない
が、通常は、電極同士の対向面が大きくなるように平板
状とする。また、電極の配置も電極間に処理すべき水が
在る状態が得られればよく、配置状態が特に限定される
ものではない。さらに、電極は、対となる電極が存在し
ていればその数は特に限定されるものではなく、数対の
電極を有するものであってもよい。

【００１１】さらに、対となる電極間に電位を与える外
部電源は、所望の電圧もしくは電流を電極に加えること
ができればよく、特にその構成が限定されるものではな
い。本発明装置では、上記電位の付与においては、電極
への正負の電位を所定時間間隔で繰り返し逆転させる極
性変更装置を備えている。この極性変更装置は、外部電
源と対となる電極の間に介在させてもよく、また、外部
電源の構成の一部として含まれるものであってもよい。
なお、極性変更装置の構成は、所定時間間隔で対の電極
に付与する電位の極性を繰り返し逆転できるものであれ
ばよく、その構成は特に限定されない。例えば機械的に
スイッチを動作させて極性を逆転させるものでもよく、
また電気的な回路によってスイッチ操作を行うものであ
ってもよい。

【００１２】また、極性の逆転は１〜５分の間隔で行う
のが望ましい。これは以下の理由による。銅電極でアノ
ード溶解をし続けると、電極近傍では、主としてＣｕ
^２＋＋２ＯＨ⁻→Ｃｕ(ＯＨ)_２の反応が起こり、Ｃｕ
(ＯＨ)_２が生成される。このＣｕ(ＯＨ)_２は電極表面に
固着するものではないが、その他の反応によって電極表
面に次のような生成物ができ、これが表面に固着する
（但し、生成物はアノード電圧量に依存する）。１）アノード電圧０．５Ｖ vs ＮＨＥ以下の場合２Ｃｕ＋Ｈ_２Ｏ→Ｃｕ_２Ｏ＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ ２）アノード電圧０．５Ｖ vs ＮＨＥ以上の場合Ｃｕ＋Ｃｌ⁻→ＣｕＣｌ＋ｅ⁻ ２Ｃｕ＋Ｈ_２Ｏ→Ｃｕ_２Ｏ＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ この際、アノード電圧が低い方が付着力は強い。一方、
一定時間アノード電圧を印加した後、カソード電圧を印
加するとＣｕ_２Ｏ＋Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻→２Ｃｕ＋２ＯＨ⁻ ＣｕＣｌ＋ｅ⁻→Ｃｕ＋Ｃｌ⁻ の還元が生じる。しかし、電極表面はＣｕとなるが、電
極近傍では堆積物は表面に乗ったまま堆積した状態が維
持される。

【００１３】しかし、我々の実験（アノード電圧０．５
Ｖ vs ＮＨＥ）では、図３に示すように、アノード、カ
ソード電位の切換え時間を短くするに伴い、堆積物量が
小さくなることを発見した。これは、堆積が進行しない
状態で還元作用を与えることにより、堆積物の再溶解が
円滑になされるためと考えられる。一方、図４は、切換
え時間に対する銅の溶解量変化を示すものである。この
図から明らかなように、切換え時間が短くなって１分未
満になることで急激に銅溶解量が減少していくことが分
かる。これは銅の溶解が以下の反応で進むことから、銅
が溶解するまでに時間遅れがあり、切り換え時間が短く
なると銅が溶解する途中の反応までしか進行しないから
と考えられる。一方、図から分かるように切換え時間を
５分を越えて長くしても溶解量の増大はそれほど見込め
ない。すなわち、銅の溶解を十分に行わせることと、電
極への堆積を効果的に防止することとを勘案すれば、切
換え時間は１〜５分の範囲内が望ましいことになる。２Ｃｕ＋Ｈ_２Ｏ＝Ｃｕ_２Ｏ＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ Ｃｕ_２Ｏ＋Ｈ_２Ｏ＝２ＣｕＯ＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ ＣｕＯ＋２Ｈ^＋＝Ｃｕ^２＋＋Ｈ_２Ｏまた、上記で説明したように、電極への電位付与では、
生成物の電極への付着力を大きくしないために、電解に
おいては定常状態でアノード電圧が０．５Ｖ vs ＮＨＥ
以下になるように設定するのが望ましい。

【００１４】上記のようにアノード、カソード反応を交
互に行っても電極表面には付着力が弱くなった堆積物が
多少なりとも残存する。このために、気泡発生装置を設
け、電極を配置した水中に気泡を発生させるのが望まし
い。この気泡は電極にぶつかり、電極表面の付着物を除
去する。このとき、電極の表面では、上記したように電
極への電位極性が繰り返し変更されているので、反応物
の付着力は極めて弱くなっており、気泡の接触によって
容易に除去することができる。なお、気泡は、水に流れ
がある場合には、水の流れに沿って移動させて電極に接
触させればよく、また水に流れがないような場合には、
電極に向けて気泡を放出するようにすればよい。気泡の
発生は公知の構成により達成するものであればよく、本
発明としてはその構成については特に限定しない。通常
は、エアポンプを用いて大気より空気を取り込み、これ
を水中に供給することで気泡を発生させることができ
る。

【００１５】また、気泡は、連続的に水中に生じさせる
こともできるが、間欠的に生じるように気泡発生装置に
間欠機能を持たせるのが望ましい。気泡が間欠的に水中
に生じることにより気泡の流れに変化が生じ、よって電
極表面の一部に偏ることなく電極全体に満遍なく気泡を
接触させることが可能になり、また接触状態の変化によ
って除去能力が向上する。さらに、電極の周囲に常に気
泡が生じていると、電解への影響があり、したがって間
欠的な気泡発生が電解面からも望ましい。水中に気泡を
間欠的に生じさせるためには、例えば水中への気体供給
を間欠的に行うようにすればよいが、本発明としては、
電強を配置した水中での気泡の発生が間欠的になればよ
く、その達成手段は特に限定されない。その一例として
は、エアポンプから水中への気体移動路の中途に切換弁
を設け、この切換弁を制御して水中への気体移動を調整
したり、エアポンプの動作自体を間欠に行ったりするこ
とによって水中に気泡を間欠的に発生させることができ
る。なお、気泡の発生時間、停止時間は適宜設定するこ
とができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施例を図
１、２に基づいて説明する。保有水タンク等１に配管２
が接続され、該配管２の中途に送液ポンプ３が接続され
て水循環水路が構成されている。上記配管２の中途に
は、イオン発生器５が接続されている。該イオン発生器
５は、内部が中空になって配管２に沿った水路が確保さ
れている。該水路には水流方向に沿い、かつ該水路を挟
むように互いに間隙をもって対となる銅電極６、７が配
置されている。該銅電極６、７は、イオン発生器５の外
部に配置した極性変更装置８と配線６ａ、７ａによって
接続されており、極性変更装置８には外部直流電源９が
接続されている。該極性変更装置８は、図２に示すよう
に、上記電極６、７と外部直流電源９との間に設けられ
た有極リレー１０、１１と、該有極リレー１０、１１の
接極子の動作を所定時間間隔で制御するタイマ式リレー
制御装置１２とで構成されている。

【００１７】また、液送ポンプ３とイオン発生器５との
間の配管２には、散気管１５が接続されており、その先
端は配管２内に臨ませてある。さらに散気管１５の他端
側にはエアポンプ１６が接続されており、該エアポンプ
１６には、エアポンプ１６の動作を制御するエアポンプ
間欠動作器１８が接続されている。上記した銅電極６、
７を含むイオン発生器５、極性変更装置８、外部直流電
源９、散気管１５、エアポンプ１６、エアポンプ間欠動
作器１８によって銅イオン発生装置が構成されている。

【００１８】次に、上記装置の動作について説明する。
水循環水路では、送液ポンプ３によってタンク等１内の
水が配管２を介して循環している。一方、極性変更装置
８では、タイマ式リレー制御装置１２での制御に従って
有極リレー１０、１１が動作して、外部直流電源９から
銅電極６、７の一方に正の電位が加えられ、他方に負の
電位が加えられる。この電位により、アノードとなった
銅電極６または７では、銅イオンが水中に溶出し、水の
殺菌、殺藻等に寄与する。この際に、銅イオンの溶出に
伴って、アノードとなった銅電極表面には次第に銅反応
物が付着する。一方、カソードとなった銅電極７または
６では、既に電極表面に付着している銅反応物の還元反
応が起こり、電極表面から次第に銅反応物が除去される
とともに、付着物の付着力を大幅に弱める。極性変更装
置８では、予め設定した時間間隔（１〜５分）に基づい
てタイマ式リレー制御装置１２によって有極リレー１
０、１１が制御されており、銅電極６、７に付加される
電位が上記所定の時間間隔で正負が繰り返し変更され
る。これにより、アノードになって銅イオンの溶出が起
こるとともに反応物等の堆積が生じた側の電極では、次
の切換でカソードとなって上記反応物が還元されるの
で、反応物をできるだけ除去するとともに堆積が累積し
て強固になされるのを防止する。

【００１９】また、この際には、エアポンプ１６が、エ
アポンプ間欠動作器１８によって間欠動作しており、大
気中から空気を取り込んで、散気管１５を通して配管２
内に空気を間欠的に導入する。配管２内に送り込まれた
空気は気泡となって水の流れに従って移動し、上記した
電極６、７にぶつかり、その表面に付着している銅反応
物等の付着物を取り去る。この際には、電極６、７で正
負が繰り返し逆転されることにより、堆積物の付着力が
大幅に弱くなっており、気泡によって確実に取り除くこ
とができる。なお、気泡は間欠的に発生しているので、
電極間の電解は円滑になされている。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
水中に互いに距離を隔てて配置される対の銅電極と、各
電極間に正負の電位を与える外部電源と、各電極に与え
る前記電位の正負を所定時間間隔で繰り返し逆転させる
極性変更装置とを備えているので、アノード、カソード
の切り換えにしたがって、電極表面への付着物の堆積を
極力抑えるとともに、電極表面に付着してしまった堆積
物の付着力を大幅に減少させ。また、切り換え時間を最
適化（１〜５分）することで、銅イオンの溶出を損なう
ことなく堆積物量を顕著に少なくすることができる。

【００２１】また、電極が配置されている水中に気泡を
生じさせる気泡発生装置を設ければ、上記のようにアノ
ード、カソードの切換によって付着力が弱くなった電極
表面の堆積物を気泡によって容易に取り除くことができ
る。通水路で、この気泡を電極の上流側で発生させれ
ば、水の流れとともに気泡が電極にぶつかるので、電極
表面の洗浄が一層効果的になされる。

【００２２】さらに、気泡発生装置に、水中での気泡発
生を間欠的に行わせる間欠機能を持たせれば、堆積物の
除去が一層効率的になるとともに、銅イオンの溶出効率
も良好に保たれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を水路に組み込んだ状態
を示す概略図である

【図２】同じく極性変更装置の詳細図である。

【図３】銅イオン溶出時の電極への正負電位切換時間
と付着物量との関係を示すグラフである。

【図４】同じく正負電位切換時間と銅イオン溶出量と
の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１保有水タンク等２配管３送液ポンプ５イオン発生器６銅電極７銅電極８極性変更装置９外部直流電源１０有極リレー１１有極リレー１２タイマ式リレー制御装置１５散気管１６エアポンプ１８エアポンプ間欠動作器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水中に互いに距離を隔てて配置される対
の銅電極と、各電極間に正負の電位を与える外部電源
と、各電極に与える前記電位の正負を所定時間間隔で繰
り返し逆転させる極性変更装置とを備えていることを特
徴とする銅イオン発生装置
【請求項２】電極が配置されている水中に気泡を生じ
させる気泡発生装置を備えていることを特徴とする請求
項１記載の銅イオン発生装置
【請求項３】気泡発生装置は水中での気泡発生を間欠
的に行わせる間欠機能を有していることを特徴とする請
求項２記載の銅イオン発生装置
【請求項４】水中に互いに距離を隔てて配置される対
の銅電極間に正負の電位を与えるとともに該電位の正負
を１〜５分の間隔で繰り返し逆転させることを特徴とす
る銅イオン発生方法