JP2005169330A - スケール付着防止装置及びスケール付着防止方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 利便性に優れたスケール付着防止装置を提供する。
【解決手段】 本発明に係るスケール付着防止装置は、スケールの発生原因となる溶存成分を含有している水に金属イオンを溶出させる金属イオン溶出ユニット３を備えることを特徴としている。本発明に係るスケール付着防止装置は、例えば熱交換器１及び冷却塔２を有する開放型循環冷却水系の給水経路中に設けられる。
【選択図】 図１
【解決手段】 本発明に係るスケール付着防止装置は、スケールの発生原因となる溶存成分を含有している水に金属イオンを溶出させる金属イオン溶出ユニット３を備えることを特徴としている。本発明に係るスケール付着防止装置は、例えば熱交換器１及び冷却塔２を有する開放型循環冷却水系の給水経路中に設けられる。
【選択図】 図１
Description
本発明は、スケール付着防止技術に関する。さらに詳しくは、本発明は、開放型循環冷却水系の配管内壁や蒸気発生装置内などにスケールが付着することを防止する技術に関する。
開放型循環冷却水系や蒸気発生器などでは、水分の蒸発などにより水の溶存成分が濃縮されると、スケールが発生しやすい状態となる。そこで、濃縮率を下げるために、水道水や工業用水などの補給水を開放型循環冷却水系や蒸気発生器などに注入し、その代わりに溶存成分が濃縮された水をブロー水或いはドレイン水として開放型循環冷却水系や蒸気発生器などから排出することが一般に行われている。
例えば、一般的な従来の開放型循環冷却水系の概略構成は図７に示すようになる。熱交換器１は、冷却塔２から送出される冷却水に工場の生産設備などから発生する熱を吸収させる。これにより、冷却水は温められる。熱交換器１は、この温められた冷却水を冷却塔２に送出する。冷却塔２では、気液接触材などで大気と水との接触面積を増やしたり、水に対してファンなどで送風したりして、水の蒸発を促進する。冷却水中の水分の一部が蒸発することによって、冷却水は熱を失い冷却される。冷却塔２は、この冷却された冷却水を熱交換器１に送出する。冷却塔２における冷却水中の水分の一部の蒸発にともない、冷却水の溶存成分の濃縮が起こる。この濃縮を抑制するため、冷却水の一部を系外に排出するブローが行われる。そして、蒸発により失われた水分やブローにより減少した冷却水を補うために、水道水や工業用水などの補給水が系内に注入される。
ところが、開放型循環冷却水系や蒸気発生器などにおいて低濃縮率で運転を行うためには補給水が非常に多く必要となるため、現実には低濃縮率での運転を維持することができず、溶存成分が濃縮して析出するスケールの発生は避けられなかった。スケールが配管の内壁や熱交換器などの装置の壁面で生成して付着すると、詰まりが生じるなどして流水抵抗が増すなどの問題が生じる。また、スケールが伝熱部に付着した場合は熱伝導率が低下するなどの問題も生じる。
このため、従来から種々のスケール付着防止技術が提案されており、その中の一つに循環水に種晶（種結晶）となる無機物を添加し、種晶の表面でスケールの結晶を析出させ、配管内壁や装置の壁面での析出を抑制するというスケール付着防止方法がある（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。なお、特許文献１ではケイ酸カルシウムの種晶を循環水に添加し、次いでリン酸カルシウムの種晶を添加するというスケール付着防止方法が開示されており、特許文献２では付着防止対象のスケール物質の種晶を循環水に添加するスケール付着防止方法が開示されている。
特開２００３−１７２５９３号公報
特開２０００−７０９９３号公報
しかしながら、上記スケール付着防止方法において種晶を外部から添加する場合は、種晶は粒径が非常に小さい固形物であるため、種晶をそのまま粉末の状態で循環水に添加すると、種晶の一部が大気中に飛散するなどの問題があり添加が困難であった。また、種晶を液に分散させたスラリー状態で循環水に添加すれば添加作業自体は容易になるが、種晶を液に分散させたスラリー状態にするのに手間がかかるという問題があった。
一方、上記スケール付着防止方法において初期から一定量の種晶物質が循環経路内に固定されている場合、添加の手間はないが、種晶物質の表面に析出物が付着して表面積が減少してスケール付着防止効果が低下したり流水抵抗が大きくなったりしたときには、メンテナンスが必要となるという問題があった。加えて、炭酸カルシウムは水温が高くなると溶解度が低下するため、スケールは熱交換器付近などの高温部で発生しやすい。しかし、熱交換器は複雑な構造をしているため、固定式の種晶物質を熱交換器付近に設置するのは難しく、効果的な場所に設置できないという問題があった。
本発明は、上記の問題点に鑑み、利便性に優れたスケール付着防止装置並びにこれを備えた開放型循環冷却水系及び蒸気発生装置を提供することを目的とする。また、本発明は、上記の問題点に鑑み、利便性に優れたスケール付着防止方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明に係るスケール付着防止装置においては、スケールの発生原因となる溶存成分を含有している水に金属イオンを溶出させる金属イオン溶出部を備える構成としている。
スケールの発生原因となる溶存成分を含有している水（例えば、水道水や工業用水など）には一般に塩化物イオンが含まれている。このため、前記金属イオンの一部又は全部を塩化物イオンとの溶解度積が低い金属イオン（例えば、銀イオンなど）にすると、前記水の濃縮度が上昇して塩化物イオン濃度が高くなったときに、金属イオンと塩化物イオンが反応し、金属塩化物が析出する。前記水の濃縮度がさらに上昇すると、その金属塩化物が種晶となり、その種晶の周囲に他の溶存成分から構成されるスケール(炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムなど)が生成される。この場合、水中に浮遊する種晶である金属塩化物に付着する形でスケールが生成することになるので、前記水を用いている水系の配管内壁や装置内壁などにスケールが付着することを防止することができる。また、水中に浮遊したスケールをブロー水或いはドレイン水と共に系外へ排出することによって、メンテナンスを不要にすることができる。なお、前記水が一般の水に比べて塩化物イオン以外のイオン濃度が高い水である場合、前記金属イオンの一部又は全部を塩化物イオンとの溶解度積が低い金属イオン以外の金属イオンにしてもよい。例えば、前記水が硫化物イオン濃度の高い水である場合は、前記金属イオンの一部又は全部を硫化物イオンとの溶解度積が低い金属イオンにするとよい。
さらに、前記水の導電率を検出する導電率検出手段と、前記導電率検出手段によって検出された導電率に応じて前記金属イオン溶出部から溶出する金属イオン量を制御する制御手段と、を備えてもよい。
このような構成によると、導電率が小さい場合に金属イオンが溶出しないようにすることができるので、金属の使用量を削減することができる。導電率が大きい場合に金属イオンが溶出するようにすることで、瞬間的に金属塩化物等の結晶が生成する。これにより、微細で表面積が大きい結晶が生成しやすく、また、金属塩化物等自体が前記水を用いている水系の配管内壁や装置内壁などに付着する可能性を低くすることができる。
また、前記金属イオン溶出部が少なくとも一対の電極を有し、前記電極間に電圧が印加されることによって前記水に金属イオンが溶出するようにしてもよい。
このような構成によると、金属イオンの溶出量が電極を流れる電気量に比例するため、金属イオン濃度の制御が容易である。また、構造が単純であるので、前記水に直接接する形態であっても生成した金属塩化物等やスケールで詰まる可能性がないという利点を有する。なお、前記電極は一対であってもよいし二対など複数対であってもよい。また、一方の極性となる電極が２枚で、もう一方の極性となる電極が１枚というように異なる枚数であってもよい。
また、前記金属イオン溶出部が少なくとも一対の電極を有し、前記導電率検出手段が前記電極間に印加される電圧と前記電極を流れる電流値に基づいて導電率を検出し、前記制御手段が、前記導電率検出手段によって検出された導電率に応じて前記電極間に印加される電圧を制御し、前記電極間に電圧が印加されることによって前記水に金属イオンが溶出するようにしてもよい。
このような構成によると、導電率が小さい場合に金属イオンが溶出しないようにすることができるので、金属の使用量を削減することができる。導電率が大きい場合に金属イオンが溶出するようにすることで、瞬間的に金属塩化物等の結晶が生成する。これにより、微細で表面積が大きい結晶が生成しやすく、また、金属塩化物等自体が前記水を用いている水系の配管内壁や装置内壁などに付着する可能性を低くすることができる。さらに、金属イオンの溶出量が電極を流れる電気量に比例するため、金属イオン濃度の制御が容易である。また、構造が単純であるので、前記水に直接接する形態であっても生成した金属塩化物等やスケールで詰まる可能性がないという利点を有する。
また、前記電極の少なくとも一つが銅及び／又は亜鉛を含有するようにしてもよい。
前記水の濃縮度が上昇して塩化物イオン濃度が高くなっても、銅イオンや亜鉛イオンは濃度がほとんど低下しないため濃縮された水の中でも殺菌作用を発揮することができる。
また、前記電極間に印加される電圧の極性が反転するようにしてもよい。
陰極側の電極表面にはスケールなどが付着しやすいが、極性を反転させ、陰極だった電極を陽極にすることで付着したスケールなどを除去することができる。
また、上述した少なくとも一対の電極を有している金属イオン溶出部を備えたスケール付着防止装置が、さらに軟水機を備えてよい。
このような構成によれば、例えばイオン交換型の軟水機を使用した場合、給水中のカルシウムやマグネシウムをナトリウムに交換することができる。金属イオン溶出部が少なくとも一対の電極を有している場合、カルシウムのスケールに比べナトリウムのスケールは付着しにくいので、電極へのスケール付着が低減される。
また、前記金属イオンの一部又は全部を銀イオンとしてもよい。
塩化物イオンとの溶解度積が低い金属イオンとしては、銀イオン、鉛イオン、水銀イオンなどがあるが、安全性の面で銀イオンが好適である。また、銀イオンの殺菌作用によって、水中で菌などの微生物が繁殖することを防ぐこともできる。
また、上記いずれかの構成のスケール付着防止装置において、前記水に浮遊する固形物を前記水から分離する固液分離装置を備えるようにしてもよい。
このような構成によると、固液分離装置が水に浮遊しているスケールを水から分離してスケールを除去することができるので、水に浮遊しているスケール分をブロー水或いはドレイン水と共に系外へ排出することでしかスケールを除去することができない場合に比べて、ブロー水或いはドレイン水の量を少なくすることができるので補給水も少なくすることができる。
また、上記目的を達成するために本発明に係る開放型循環冷却水系は、上記いずれかの構成のスケール付着防止装置を備えている。
また、上記目的を達成するために本発明に係る蒸気発生装置は、上記いずれかの構成のスケール付着防止装置を備えている。
また、上記目的を達成するために本発明に係るスケール付着防止方法においては、スケールの発生原因となる溶存成分を含有している水に金属イオンを添加することを特徴としている。本発明に係るスケール付着防止方法には、上述したスケール付着防止装置を用いる方法のみならず、例えばスケールの発生原因となる溶存成分を含有している水を用いている水系に作業者が定期的に金属イオンを含有する水を補充する方法等も含まれる。
本発明によると、利便性に優れたスケール付着防止装置並びにこれを備えた開放型循環冷却水系及び蒸気発生装置を実現することができる。また、本発明によると、利便性に優れたスケール付着防止方法を実現することができる。
本発明の一実施形態について図面を参照して以下に説明する。まず、本発明の第一実施形態について説明する。本発明の第一実施形態に係る開放型循環冷却水系の概略構成を図１に示す。なお、図１において図７と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図１に示す本発明の第一実施形態に係る開放型循環冷却水系は、図７に示す従来の開放型循環冷却水系に金属イオン溶出ユニット３を新たに設けた構成である。
金属イオン溶出ユニット３は補給水の給水経路中に設けられ、補給水に銀イオンを溶出させる。これにより、補給水が系内に注入されると循環冷却水が銀イオンを含有することになる。銀イオンを溶出させる金属イオン溶出ユニット３の一実施態様としては、例えば銀を担持したゼオライト或いは銀を含む水溶性のガラスなどから成る除放式金属イオン溶出ユニットや少なくとも一方が銀電極或いは銀を含有する電極である一対の電極を具備する電極方式金属イオン溶出ユニットが挙げられる。
開放型循環冷却水系では一般に水道水や工業用水などが循環冷却水として用いられる。一般に存在する水（ただし、純水などは除く）には塩化物イオンが含まれている。上記水道水や工業用水や地下水にも塩化物イオンが含まれており、通常10〜20mg/L以上の塩化物イオンが含まれている。
一般に、難溶性物質の飽和水溶液においてその難溶性物質を構成する各イオンの濃度の積（溶解度積）は一定であり、それより高濃度になった場合に析出物が生じる。銀イオンと塩化物イオンの溶解度積は、約1×10-10 mol2/L2である。この値は、極めて低いため、他の溶存成分がスケールとして析出する濃縮度より低い濃縮度で塩化銀結晶が生成される。また、溶解度積が極めて低いため、銀イオンの添加量も少量でよい。
開放型循環冷却水系では、冷却塔での冷却水の一部の蒸発に伴って冷却水中の溶存成分が濃縮されるので、溶存成分の一種である塩化物イオン濃度も高くなっていく。塩化物イオン濃度が高くなれば、より低い銀イオン濃度で塩化銀の析出が起こる。溶解度積からの計算では、銀イオン濃度が30μg/Lになるように銀イオンを添加した場合、塩化物イオン濃度が20mg/L以下では塩化銀の析出がほとんど起こらないが、塩化物イオン濃度が20mg/Lを超えると、塩化物イオン濃度が上昇するにつれて塩化銀の析出が起こることになる。したがって、一定量の銀イオンを添加することで、濃縮度がある一定値になった時すなわち塩化物イオン濃度がある所定値に達した時に塩化銀を析出させることが可能である。
ただし、上記計算が適用可能なのは、塩化物イオンと銀イオンと水由来のイオンのみが水溶液中に存在する場合であるので、水道水や工業用水などの実際に冷却水として使用される水では値が異なる。水道水や工業用水などに含まれる他のイオン、特に硝酸イオンや硫酸イオンなどの陰イオンは、銀イオンの水中での安定化に寄与するので、実際の銀イオン濃度と塩化物イオン濃度の積は上記計算に用いた溶解度積（約1×10-10 mol2/L2）より大きくなる。つまり両イオンの濃度は高くなる。一般の水道水や工業用水レベルのイオン種及びイオン濃度では、塩化物イオン濃度50〜300mg/Lで塩化銀の析出反応を起こしたい場合、銀イオン濃度が100〜500μg/L程度になるように銀イオンを添加することが適当である。
そして、冷却塔２での冷却水の一部の蒸発により、塩化銀結晶が生成する濃縮度からさらに冷却水の濃縮度が上昇すると、塩化銀結晶の周囲に他の溶存成分から構成されるスケール(炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムなど)が生成される。この場合、水中に浮遊する塩化銀結晶に付着する形でスケールが生成することになるので、配管の内壁や熱交換器１の壁面などにスケールが付着することを防止することができる。冷却水中に浮遊したスケールはいずれブロー水と共に系外へ排出されるので、メンテナンスは不要である。
また、銀イオンの殺菌作用によって、冷却水中で菌などの微生物が繁殖することを防ぐこともできる。たとえ補給水に殺菌作用がある残留塩素を含む水道水を使用している場合でも、残留塩素は揮発しやすいため、冷却塔２で揮発してしまい、微生物の繁殖を防ぐことができない。これに対して、銀イオンは揮発しないため、開放型循環冷却水系でしばしば問題となるレジオネラ菌の繁殖や、バイオフィルムやスライムの生成による管の詰まりや腐食などを抑制することができる。
銀イオン以外に塩化物イオンとの溶解度積が低い金属イオンとしては、鉛イオン、水銀イオンなどがあり、これらの金属イオンが金属イオン溶出ユニット３から溶出するようにしても構わないが、安全性の面で銀イオンが好適である。
また、一般の水に比べて塩化物イオン以外のイオン濃度が高い水を循環冷却水として用いて塩化物イオン以外のイオンと金属イオンとを反応させて析出物を生成させたい場合、銀イオン以外の金属イオンが金属イオン溶出ユニット３から溶出するようにしてもよい。例えば、温泉地の地下水などのように一般の水に比べて硫化物イオン濃度が高い水を冷却水として用いる場合、硫化物イオンとの溶解度積が低い金属イオン（アルミニウムイオン、マンガンイオン、亜鉛イオン、鉄イオン、ニッケルイオン、カドミウムイオン、錫イオン、鉛イオン、銅イオン、水銀イオン、銀イオンなど）が金属イオン溶出ユニット３から溶出するようにしてもよい。
次に本発明の第二実施形態について説明する。本発明の第二実施形態に係る開放型循環冷却水系の概略構成を図２に示す。なお、図２において図１と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図２に示す本発明の第二実施形態に係る開放型循環冷却水系は、図１に示す本発明の第一実施形態に係る開放型循環冷却水系に、導電率センサ４とその導電率センサ４によって検出された導電率に応じて金属イオン溶出ユニット３から溶出する金属イオン量を制御する制御部（図示せず）とを新たに設けた構成である。導電率センサ４は循環経路中に設けられる。
導電率センサ４によって検知される導電率は、循環冷却水の一部が蒸発し、循環冷却水中の溶存成分が濃縮されるにつれて高くなるので、濃縮度の指標となる。
前記制御部は、導電率センサ４によって検出された導電率が基準値未満であれば銀イオンが溶出しないように金属イオン溶出ユニット３を制御し、導電率センサ４によって検出された導電率が基準値以上であれば銀イオンが溶出するように金属イオン溶出ユニット３を制御する。なお、前記基準値は試験によって求めてもよく、日本冷凍空調工業会のガイドラインJRA-GL-02-1994に規定されている冷却水系循環水の上限値（80mS/m）などを参考にして決定してもよい。
本実施形態では、導電率センサ４によって検出された導電率が基準値未満であれば銀イオンが溶出しないので、銀の使用量を削減することができる。また、循環冷却水の塩化物イオン濃度が十分に高い状態で銀イオンを含有する補給水が循環冷却水に注入されるので、補給水と循環冷却水が混合する場所で瞬間的に塩化銀結晶が生成する。これにより、微細で表面積が大きい結晶が生成しやすく、また、塩化銀自体が管壁に付着する可能性が低くなるという利点がある。
図２に示す第二実施形態の開放型循環冷却水系は、例えば定期的に運転を中断するなどの理由で循環冷却水を定期的に入れ換えるような使用形態において、特に顕著な効果を奏する。
ここで、前記制御部の一実施態様について説明する。金属イオン溶出ユニット３が少なくとも一方が銀電極或いは銀を含有する電極である一対の電極を具備する電極方式金属イオン溶出ユニットである場合、導電率センサ４の出力信号を入力し導電率センサ４によって検出された導電率が基準値未満であれば前記一対の電極間に電圧を印加せず、導電率センサ４によって検出された導電率が基準値以上であれば前記一対の電極間に電圧を印加する電圧印加回路を前記制御部として用いるとよい。なお、前記電圧印加回路は、導電率センサ４によって検出された導電率が基準値以上であるとき、その導電率に応じて前記一対の電極間に印加する電圧の値を調整する構成であることが好ましい。また、金属イオン溶出ユニット３が銀を担持したゼオライト或いは銀を含む水溶性のガラスなどから成る除放式金属イオン溶出ユニットである場合、金属イオン溶出ユニット３に対するバイパス経路と、補給水が金属イオン溶出ユニット３経由して系内に注入されるかバイパス経路を経由して系内に注入されるかを切り換える経路切り換え弁と、導電率センサ４の出力信号を入力し導電率センサ４によって検出された導電率が基準値未満であれば補給水がバイパス経路を経由して系内に注入されるように前記経路切り換え弁を制御する経路切り換え弁制御装置とによって前記制御部が構成されるようにするとよい。
なお、銀イオン以外に塩化物イオンとの溶解度積が低い金属イオンとしては、鉛イオン、水銀イオンなどがあり、これらの金属イオンが金属イオン溶出ユニット３から溶出するようにしても構わないが、安全性の面で銀イオンが好適である。
また、一般の水に比べて塩化物イオン以外のイオン濃度が高い水を循環冷却水として用いて塩化物イオン以外のイオンと金属イオンとを反応させて析出物を生成させたい場合、銀イオン以外の金属イオンが金属イオン溶出ユニット３から溶出するようにしてもよい。例えば、温泉地の地下水などのように一般の水に比べて硫化物イオン濃度が高い水を冷却水として用いる場合、硫化物イオンとの溶解度積が低い金属イオン（アルミニウムイオン、マンガンイオン、亜鉛イオン、鉄イオン、ニッケルイオン、カドミウムイオン、錫イオン、鉛イオン、銅イオン、水銀イオン、銀イオンなど）が金属イオン溶出ユニット３から溶出するようにしてもよい。
次に本発明の第三実施形態について説明する。本発明の第三実施形態に係る開放型循環冷却水系の概略構成を図３に示す。なお、図３において図１と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図３に示す本発明の第三実施形態に係る開放型循環冷却水系は、金属イオン溶出ユニット３を循環経路中に設けた構成である。このような構成により、銀イオンが直接循環冷却水に溶出する。また、図４に示す電極方式金属イオン溶出ユニットを金属イオン溶出ユニット３として用いる。
図４に示す電極方式金属イオン溶出ユニットは、電極３ａ及び３ｂを具備している。電極３ａ及び３ｂは、平板形状であって、筐体３ｃ内で所定間隔をおいて平行に配置されている。なお、筐体３ｃは絶縁部材によって構成されている。電極３ａ及び３ｂの少なくとも一つは銀と銅及び／又は亜鉛とから成る電極或いは銀と銅及び／又は亜鉛とを含有する電極である。銀と銅及び／又は亜鉛とから成る電極或いは銀と銅及び／又は亜鉛とを含有する電極が陽極になるように端子３ｄ及び３ｅを介して外部から電極３ａと電極３ｂの間に電圧が印加される。
図４に示す電極方式金属イオン溶出ユニットを金属イオン溶出ユニット３として用いると、銀イオンの溶出量が電極３ａ及び３ｂを流れる電気量に比例するため、銀を担持したゼオライト或いは銀を含む水溶性のガラスなどから成る除放式金属イオン溶出ユニットを金属イオン溶出ユニット３として用いる場合に比べて銀イオン濃度の制御が容易である。また、除放式金属イオン溶出ユニットは、一般に銀担持体と水との接触面積大きくするために細く入り組んだ構造であるため、循環経路中に設けた場合生成した塩化銀やスケールで詰まる可能性があるが、電極方式金属イオン溶出ユニットは構造が単純なのでそのようなおそれがない。
また、電極間に印加される電圧の極性（つまり電極間を流れる電流の方向）を、反転するようにしてもよい。陰極側の電極表面にはスケールなどが付着しやすいが、極性を反転させ、陰極だった電極を陽極にすることで付着したスケールなどを除去することができる。電極へのスケールなどの付着は、電極間を短絡させる可能性があり、好ましくない。このような極性の反転は、補給水の経路中に金属イオン溶出ユニットを設けた場合でも効果的であるが、本実施形態のように金属イオン溶出ユニット３を循環経路中に設けた構成の場合には、電極表面にスケールが付着しやすいので、特に効果的である。極性の反転は、例えば５分ごとに反転するなど周期的に行ってもよいし、起動のたびごとに反転するなどのように不定期であってもよい。また、ユーザーが不具合を察知した時に反転のタイミングを指示できるようにしてもよい。
ところで、循環冷却水の濃縮度が高くなり、塩化物イオン濃度が高くなると、銀を含有する電極の表面で難陽性の塩化銀皮膜が形成され、銀イオン溶出量が低下することがある。本実施形態では銀と銅及び／又は亜鉛とから成る電極或いは銀と銅及び／又は亜鉛とを含有する電極を用いているので、銅や亜鉛の塩化物も生成する。この銅や亜鉛の塩化物は易溶性であるため、銀を含有する電極の表面で難溶性の塩化銀皮膜が形成され場合でも、銅や亜鉛を含む部分にスポットが生じ、そこから銀が溶け出すため、銀イオン溶出量の低下を低減することができる。
また、塩化物イオン濃度が高くなると、塩化銀が析出して銀イオン濃度が低くなるため銀イオンによる殺菌作用が低減するが、銅イオンや亜鉛イオンは濃度がほとんど低下しないため濃縮された水の中でも殺菌作用を発揮することができる。また、銅イオンは、銀イオンや亜鉛イオンに比べて殺カビ・殺藻効果に優れるため、本実施形態のように銅を含有する電極を用いた場合には、カビ・藻の繁殖防止やカビ臭発生防止に特に効果がある。
また、金属イオン溶出ユニット３の端子３ｄ及び３ｅ間に電圧を印加する電圧出力回路と、その電圧出力回路の出力電圧を検出する電圧検出回路と、電極３ａ及び３ｂを流れる電流を検出する電流検出回路と、前記電圧検出回路によって検出された電圧と前記電流検出回路によって検出された電流に基づいて循環冷却水の導電率を求めその導電率に応じた値の電圧を前記電圧出力回路が出力するように前記電圧出力回路を制御する制御回路とによって構成される電源装置（図示せず）を設けても良い。かかる電源装置を設けることで、別途導電率センサを設けなくても、循環冷却水の導電率が基準値未満であれば銀イオンが溶出せず、循環冷却水の導電率が基準値以上であれば銀イオンが溶出するようにすることができる。
なお、銀イオン以外に塩化物イオンとの溶解度積が低い金属イオンとしては、鉛イオン、水銀イオンなどがあり、これらの金属イオンが金属イオン溶出ユニット３から溶出するようにしても構わないが、安全性の面で銀イオンが好適である。
また、一般の水に比べて塩化物イオン以外のイオン濃度が高い水を循環冷却水として用いて塩化物イオン以外のイオンと金属イオンとを反応させて析出物を生成させたい場合、銀イオン以外の金属イオンが金属イオン溶出ユニット３から溶出するようにしてもよい。例えば、温泉地の地下水などのように一般の水に比べて硫化物イオン濃度が高い水を冷却水として用いる場合、硫化物イオンとの溶解度積が低い金属イオン（アルミニウムイオン、マンガンイオン、亜鉛イオン、鉄イオン、ニッケルイオン、カドミウムイオン、錫イオン、鉛イオン、銅イオン、水銀イオン、銀イオンなど）が金属イオン溶出ユニット３から溶出するようにしてもよい。
次に本発明の第四実施形態について説明する。本発明の第四実施形態に係る開放型循環冷却水系の概略構成を図５に示す。なお、図５において図１と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図５に示す本発明の第四実施形態に係る開放型循環冷却水系は、図１に示す本発明の第一実施形態に係る開放型循環冷却水系に固液分離装置５を新たに設けた構成である。固液分離装置５は循環経路中に設けられる。
固液分離装置５は、塩化銀結晶を種晶として生成した水に浮遊したスケールを、循環冷却水から分離し、水は循環系に戻し、スケールのみを循環系から除去する。これにより、水に浮遊したスケール分をブロー水と共に系外へ排出することでしかスケールを除去することができない発明の第一〜三実施形態に係る開放型循環冷却水系に比べて、ブロー水の量を少なくすることができ、補給水も少なくすることができる。
なお、銀イオン以外に塩化物イオンとの溶解度積が低い金属イオンとしては、鉛イオン、水銀イオンなどがあり、これらの金属イオンが金属イオン溶出ユニット３から溶出するようにしても構わないが、安全性の面で銀イオンが好適である。
また、一般の水に比べて塩化物イオン以外のイオン濃度が高い水を循環冷却水として用いて塩化物イオン以外のイオンと金属イオンとを反応させて析出物を生成させたい場合、銀イオン以外の金属イオンが金属イオン溶出ユニット３から溶出するようにしてもよい。例えば、温泉地の地下水などのように一般の水に比べて硫化物イオン濃度が高い水を冷却水として用いる場合、硫化物イオンとの溶解度積が低い金属イオン（アルミニウムイオン、マンガンイオン、亜鉛イオン、鉄イオン、ニッケルイオン、カドミウムイオン、錫イオン、鉛イオン、銅イオン、水銀イオン、銀イオンなど）が金属イオン溶出ユニット３から溶出するようにしてもよい。
次に本発明の第五実施形態について説明する。本発明の第五実施形態に係る蒸気発生装置の概略構成を図６に示す。なお、図６において図１と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。
本発明の第五実施形態に係る蒸気発生装置は、金属イオン発生ユニット３と、蒸気発生部６とによって構成されている。蒸気発生部６は水を気化させて蒸気を発生させる。この蒸気発生に伴い、水の溶存成分が濃縮される。この濃縮を抑制するため、水の一部をドレイン水として排出する。そして、蒸気の発生により失われた水分やドレイン水の排出により減少した水を補うために、水道水や工業用水などが蒸気発生部６に給水される。
ところが、蒸気発生器などにおいて低濃縮率で運転を行うためには給水量を非常に多くする必要があるため、現実には低濃縮率での運転を維持することができず、溶存成分が濃縮して析出するスケールの発生は避けられなかった。
そこで、本発明の第五実施形態に係る蒸気発生装置では、給水経路中に金属イオン発生ユニット３を設け、蒸気発生部６に注入される水に銀イオンを溶出させる。これにより、蒸気発生部６で用いられる水に銀イオンを含有させることができる。
蒸気の発生により、蒸気発生部６で用いられる水の濃縮度が上昇すると塩化銀の結晶が析出し、蒸気発生部６で用いられる水の濃縮度がさらに上昇すると塩化銀結晶の周囲に他の溶存成分から構成されるスケール(炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムなど)が生成される。この場合、水中に浮遊する塩化銀結晶に付着してスケールが生成することになるので、装置内壁にスケールが付着することを防止することができる。水中に浮遊したスケールはいずれドレイン水と共に排出されるので、メンテナンスは不要である。
また、銀イオンの殺菌作用によって、水中で菌などの微生物が繁殖することを防ぐこともできる。たとえ蒸気発生部６に給水される水に殺菌作用がある残留塩素を含む水道水を使用している場合でも、残留塩素は揮発しやすいため、蒸気の発生に伴って揮発してしまい、微生物の繁殖を防ぐことができない。これに対して、銀イオンは揮発しないため、蒸気発生装置でしばしば問題となるレジオネラ菌の繁殖や、バイオフィルムやスライムの生成による管の詰まりや腐食などを抑制することができる。
蒸気発生部６は、加熱により水分を蒸発させるものでもよいし、風を送ったり、水を液滴にしたり、複雑な形状の物体の表面を流したりして水と空気との接触を増やして気化を促進させるものなどでもよい。ドレイン水の態様としては、強制的に排水するものや一定量を排水するものに限らず、例えば、ユーザーが使用の都度、使用後の残った水を捨てるようなものであっても構わない。この場合、ユーザーが水を捨て忘れることが想定されるが、たとえユーザーが水を捨て忘れても銀イオンによる殺菌作用で菌の繁殖を防止することができる。
また、給水の経路中などに軟水機を設けてもよい。例えばイオン交換型の軟水機を使用した場合、給水中のカルシウムやマグネシウムをナトリウムに交換することができる。金属イオン溶出ユニットが電極方式である場合、カルシウムのスケールに比べナトリウムのスケールは付着しにくいので、電極へのスケール付着が低減される。一方、配管内壁や装置内壁へのスケール付着も低減されるが、溶存物質がなくなったわけではないので、水分の蒸発に伴い、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、塩化ナトリウムなどのスケールが発生するが、これらのスケールが配管内壁や装置内壁に付着するのを、本発明のスケール付着防止装置で防止することができる。
なお、銀イオン以外に塩化物イオンとの溶解度積が低い金属イオンとしては、鉛イオン、水銀イオンなどがあり、これらの金属イオンが金属イオン溶出ユニット３から溶出するようにしても構わないが、安全性の面で銀イオンが好適である。
また、一般の水に比べて塩化物イオン以外のイオン濃度が高い水を循環冷却水として用いて塩化物イオン以外のイオンと金属イオンとを反応させて析出物を生成させたい場合、銀イオン以外の金属イオンが金属イオン溶出ユニット３から溶出するようにしてもよい。例えば、温泉地の地下水などのように一般の水に比べて硫化物イオン濃度が高い水を冷却水として用いる場合、硫化物イオンとの溶解度積が低い金属イオン（アルミニウムイオン、マンガンイオン、亜鉛イオン、鉄イオン、ニッケルイオン、カドミウムイオン、錫イオン、鉛イオン、銅イオン、水銀イオン、銀イオンなど）が金属イオン溶出ユニット３から溶出するようにしてもよい。
なお、本発明は、上述した第一〜第五実施形態に限らず、水の揮発や蒸発による濃縮が起こり、スケールの発生が問題となる水系に適用することができ、特に水の一部を排出して低濃縮化を図っている水系に好適である。このような水系の例として、装置や設備などの冷却に用いられる冷却水系の他に、水冷式のヒートポンプや、ボイラー、加湿装置、スチーム暖房機、スチーム調理器、スチームサウナ、スチームアイロン、スチームクリーナー、スチームを使用した滅菌・消毒装置などが挙げられる。
１ 熱交換器
２ 冷却塔
３ 金属イオン溶出ユニット
３ａ、３ｂ 電極
４ 導電率センサ
５ 固液分離装置
６ 蒸気発生部
２ 冷却塔
３ 金属イオン溶出ユニット
３ａ、３ｂ 電極
４ 導電率センサ
５ 固液分離装置
６ 蒸気発生部
Claims (12)
- スケールの発生原因となる溶存成分を含有している水に金属イオンを溶出させる金属イオン溶出部を備えることを特徴とするスケール付着防止装置。
- 前記水の導電率を検出する導電率検出手段と、
前記導電率検出手段によって検出された導電率に応じて前記金属イオン溶出部から溶出する金属イオン量を制御する制御手段と、
を備える請求項１に記載のスケール付着防止装置。 - 前記金属イオン溶出部が少なくとも一対の電極を有し、前記電極間に電圧が印加されることによって前記水に金属イオンが溶出する請求項１又は請求項２に記載のスケール付着防止装置。
- 前記金属イオン溶出部が少なくとも一対の電極を有し、
前記導電率検出手段が前記電極間に印加される電圧と前記電極を流れる電流値に基づいて導電率を検出し、
前記制御手段が、前記導電率検出手段によって検出された導電率に応じて前記電極間に印加される電圧を制御し、
前記電極間に電圧が印加されることによって前記水に金属イオンが溶出する請求項２に記載のスケール付着防止装置。 - 前記電極の少なくとも一つが銅及び／又は亜鉛を含有する請求項３又は請求項４に記載のスケール付着防止装置。
- 前記電極間に印加される電圧の極性が反転する請求項３〜５のいずれかに記載のスケール付着防止装置。
- 軟水機を備える請求項３〜６のいずれかに記載のスケール付着防止装置。
- 前記金属イオンの一部又は全部が銀イオンである請求項１〜７のいずれかに記載のスケール付着防止装置。
- 前記水に浮遊する固形物を前記水から分離する固液分離装置を備える請求項１〜８のいずれかに記載のスケール付着防止装置。
- 請求項１〜９のいずれかに記載のスケール付着防止装置を備えることを特徴とする開放型循環冷却水系。
- 請求項１〜９のいずれかに記載のスケール付着防止装置を備えることを特徴とする蒸気発生装置。
- スケールの発生原因となる溶存成分を含有している水に金属イオンを添加することを特徴とするスケール付着防止方法。
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