JP2005262114A - 水質改質装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 腐食防止や省スペース化や省エネ運転に寄与する水質改質装置を提供する。
【解決手段】 水質改質装置２８は、給水を流す給水ラインに接続され、非不動態化金属体の腐食を引き起こす腐食促進成分を捕捉するとともに、腐食の抑制に寄与する腐食抑制成分を透過する濾過処理部３５と、濾過処理部３５の上流側に接続され、給水を濾過処理部３５に対して供給するポンプ３６と、濾過処理部３５の下流側に接続され、給水に含まれる溶存気体を除去する溶存気体除去処理部３７と、濾過処理部３５、ポンプ３６、及び溶存気体除去処理部３７を組込収納する装置筐体と、を備えて構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ボイラ等の熱機器に供給するための給水の水質を改質する水質改質装置に関する。

図７及び図８において、引用符号２０１は貫流ボイラ２０２を含んで構成されるボイラシステムを示している。そのボイラシステム２０１には、貫流ボイラ２０２の他に給水装置２０３が備えられている。貫流ボイラ２０２は、日本工業規格（ＪＩＳ）に規定された特殊循環ボイラの範疇に属するボイラであって、貫流ボイラ２０２の下流側に備えられる上記給水装置２０３から供給される給水を貯留する給水貯留部２０４と、給水貯留部２０４に対して立設される複数本の伝熱管２０５と、伝熱管２０５の上端部に設けられるヘッダ２０６と、給水を加熱して蒸気を生成するためのバーナ等の加熱装置２０７とを備えて構成されている。

給水貯留部２０４及びヘッダ２０６は、平面視の形状が環状となるように形成されている。給水貯留部２０４には、その内部に貯留された給水（図８中のＷ参照）を排出することが可能な排出路２０８が形成されている。伝熱管２０５は、非不動態化金属を用いて形成されている（伝熱管２０５は非不動態化金属体である。尚、非不動態化金属については後述する）。このような構成の貫流ボイラ２０２により生成された蒸気は、ヘッダ２０６に設けられる蒸気供給路２０９を介して図示しない負荷装置に供給されるようになっている。

給水装置２０３は、貫流ボイラ２０２に給水を供給するためのものであって、軟水化装置２１０と、脱酸素装置２１１と、給水タンク２１２と、給水ライン２１３とを備えて構成されている。軟水化装置２１０は、給水中に含まれる各種の硬度分等をナトリウムイオンに置換して軟水に変換するように構成されている。また、脱酸素装置２１１は、給水中に含まれる溶存酸素を機械的に除去するように構成されている。尚、給水タンク２１２に一定流量で処理水を流すために、脱酸素装置２１１の下流側の給水ライン２１３には、定流量弁（図示省略）が設けられている。

給水ライン２１３を通じて貫流ボイラ２０２に供給される給水は、給水貯留部２０４に貯留された後、加熱装置２０７により加熱されながら伝熱管２０５内を上昇し、徐々に蒸気になる。そして、その蒸気はヘッダ２０６に集められた後に、蒸気供給路２０９を介して図示しない負荷装置に供給される。

上記非不動態化金属は、中性水溶液中において自然には不動態化しない金属を言い、通常は、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、クロム、ニッケル、及びジルコニウム等を除く金属である。具体的には、炭素鋼、鋳鉄、銅、及び銅合金等である。尚、炭素鋼は、中性水溶液中においても、高濃度のクロム酸イオンの存在下では不動態化する場合があるが、この不動態化はクロム酸イオンの影響によるものであって中性水溶液中での自然な不動態化とは言い難い。従って、炭素鋼は、ここでの非不動態化金属の範疇に属する。また、銅及び銅合金は、電気化学列（ｅｍｆ ｓｅｒｉｅｓ）が貴な位置にあるため、通常は水分の影響による腐食が生じ難い金属と考えられているが、中性水溶液中において自然に不動態化するものではないので、ここでの非不動態化金属の範疇に属する。

上記構成において、複数の伝熱管２０５は、図８中の一点鎖線で囲んだ円Ｘ内の部分、すなわち給水貯留部２０４に連続する部分となる下端部分が給水と継続的に接触するようになっている。そのため、上記下端部分は、給水の影響を受けて腐食し易くなっている（上記下端部分の内周面の減肉的な腐食や、肉厚方向に発生する微少な孔状の孔食が発生する）。

尚、腐食を引き起こす主な要因としては、給水の溶存酸素濃度が高い、塩化物イオンや硫酸イオン等の有害イオン濃度が高い、などが一般的に知られているが、本願出願人の会社の研究者等は、長年にわたって研究を続けた結果、次のようなことを確認している。すなわち、本願出願人の会社の研究者等は、給水中に含まれる硫酸イオンが腐食促進成分となって伝熱管２０５等に作用することを確認している（例えば特許文献１参照）。また、本願出願人の会社の研究者等は、給水中に含まれるシリカ（二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２））が腐食を抑制する腐食抑制成分となって伝熱管２０５等に作用することを確認している（例えば特許文献２参照）。
特開２００３−１２９６２３号公報 特開２００１−３３６７０１号公報

本願出願人の会社の研究者等は、長年の研究の結果から、給水中の腐食促進成分を捕捉し且つ給水中の腐食抑制成分を残す濾過部材（液体分離膜（ＮＦ膜））を用いて濾過処理を行えるような、また、給水中の溶存気体の除去を行えるような従来に無いシステムの提供が必要であると考えている。

尚、薬剤を添加して対処する腐食防止方法も数多く提案されているが、衛生上の観点からそのまま利用するのは困難であると本願出願人は考えている。

ところで、上記の濾過処理や溶存気体の除去を行うための装置を個々に設置しようとすると、かなり大きな設置スペースが必要になるとともに、イニシャルコストや現地施工費も増大する。尚、コストに関しては、溶存気体の除去で例えば水封式真空ポンプを用いる場合には、その水封式真空ポンプに対して供給するための封水にもコストがかかる。

一方、上記濾過部材にあっては、水温変動による粘性があるために濾過処理水量が大きく変化してしまう。濾過処理水量は、水温が低くなるほど低下するため、給水ラインに上記図示しない定流量弁を設ける場合には、低温時でも定格流量を確保することができるように、図示しない加圧ポンプの運転圧力を予め高く設定する必要がある。従って、年間を通じると、ほとんどがエネルギーロスになっている（高温時には過剰な運転圧力になるため）。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされるもので、腐食防止や省スペース化やコスト低減に寄与し、また、省エネ運転にも寄与する水質改質装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の本発明の水質改質装置は、熱機器に供給するための給水の水質を改質する水質改質装置であって、前記給水を流す給水ラインに接続され、非不動態化金属体の腐食を引き起こす腐食促進成分を捕捉するとともに、前記腐食の抑制に寄与する腐食抑制成分を透過する濾過処理部と、該濾過処理部の上流側に接続され、前記給水を前記濾過処理部に対して供給するポンプと、前記濾過処理部の下流側に接続され、前記濾過処理部を通過した透過水に含まれる溶存気体を除去する溶存気体除去処理部と、前記濾過処理部、前記ポンプ、及び前記溶存気体除去処理部を組込収納する装置筐体と、を備えて構成することを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、給水ラインを流れる給水がポンプにより送り出されて濾過処理部に供給される。濾過処理部に供給された給水は、その中に含まれる腐食促進成分が捕捉される。また、給水中に含まれる腐食抑制成分が透過する。濾過処理部を透過した腐食抑制成分を含む給水は、溶存気体除去処理部に供給され、そこで溶存気体が除去される。これにより、腐食促進成分と溶存気体とを除去し且つ腐食抑制成分を含む給水が生成される。以上の濾過処理や溶存気体除去処理は、装置筐体内で一括して行われる。言い換えれば、一つの装置で濾過処理や溶存気体除去処理が行われる。尚、熱機器としては、蒸気ボイラ、温水ボイラ、クーリングタワー、給湯器等が挙げられる。

請求項２記載の本発明の水質改質装置は、請求項１に記載の水質改質装置において、前記溶存気体除去処理部は、前記溶存気体を吸引するための水封式真空ポンプと、該水封式真空ポンプに供給する封水を貯留するための封水タンクとを備え、該封水タンクには、前記濾過処理部から回収した濃縮水を流すための濃縮水ラインを接続することを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、濾過処理部で透過されずに回収された濃縮水が水封式真空ポンプの封水として用いられる。尚、封水の全てが濃縮水で賄われることが好ましい。

請求項３記載の本発明の水質改質装置は、請求項２に記載の水質改質装置において、前記封水タンクは一定水量を超える前記封水を排出するための排水ラインを有し、前記濃縮水ラインはその排出口を前記一定水量位置にある前記排水ラインの排出口よりも前記封水タンクの底側となる位置に配置することを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、封水タンクに既に貯留された封水と、濃縮水ラインからの濃縮水とが封水タンク内で混じり合い攪拌作用を引き起こす。これにより、封水と吸引した気体との混合流体を封水タンクに戻すような排出を行っても、封水タンクにおける部分的な封水の水温上昇が抑制される。

請求項４記載の本発明の水質改質装置は、請求項１ないし請求項３いずれか記載の水質改質装置において、前記濾過処理部又は前記溶存気体除去処理部の下流側に前記透過水又は前記溶存気体除去処理部を通過した脱気処理水の流量を検知する流量センサを接続するとともに、前記ポンプの回転数を出力周波数に応じて可変させるインバータを前記ポンプに接続し、さらには、前記流量センサからの流量検知信号に基づいて前記インバータに指令信号を出力する制御部を備えることを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、ポンプの運転がインバータにより行われる。インバータには、流量センサからの流量検知信号が制御部を介して指令信号の形でフィードバックされる。これにより、水温変動等で処理水量が変化するような場合であっても、ポンプの回転数が自動的に調整されて常に最適となる運転が行われる。

請求項５記載の本発明の水質改質装置は、請求項４に記載の水質改質装置において、前記制御部は前記流量センサの異常有無を監視し、前記流量センサに異常があった場合は、前記制御部に接続される通報手段を介して前記流量センサの異常を通報することを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、流量センサに異常があった場合に、その流量センサの異常が通報される。

請求項１に記載された本発明によれば、腐食防止や省スペース化やコスト低減に寄与する水質改質装置を提供することができるという効果を奏する。また、請求項２に記載された本発明によれば、節水に寄与することができ、その結果、より一層コスト低減を図ることができるという効果を奏する。また、請求項３に記載された本発明によれば、封水の水温上昇に伴う真空度悪化（脱気度低下）を抑制することができるという効果を奏する。また、請求項４に記載された本発明によれば、省エネ運転に寄与することができるという効果を奏する。また、請求項５に記載された本発明によれば、異常となった流量センサを早い段階で復旧させることができるという効果を奏する。

以下、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の水質改質装置を含むシステムの一実施の形態を示す構成図である。また、図２は本発明の水質改質装置の装置筐体の上蓋を取って見たときの図、図３（ａ）は本発明の水質改質装置の構成図、（ｂ）は圧力センサに関する補足説明図、図４はポンプの制御に係る説明図、図５は省エネ効果の説明用のグラフ、図６は制御部の一処理を示すフローチャートである。

図１において、引用符号２１で示される水質改質システムは、熱機器２２に供給する給水の水質を改質するためのシステムであって、熱機器２２に給水を供給する給水ライン２３と、給水ライン２３に接続される各種装置２４と、給水ライン２３に接続されるとともに熱機器２２に供給する給水を貯留する給水タンク２５とを備えて構成されている。各種装置２４は、特に限定しないが、活性炭濾過装置２６と、軟水装置２７と、本発明の水質改質装置２８と、複数の測定装置２９（２９ａ〜２９ｈ）とを備えて構成されている。本発明の水質改質装置２８は、後述する装置筐体３４に組み込まれる装置主要部３０により構成されている。そして、装置筐体３４の上流側には、プレフィルタ３１が設けられている。

上記各構成の配置についてもう少し詳しく説明すると、原水側であって図示しない被処理水タンクから続く給水ライン２３には、原水硬度を測定するための測定装置２９ａと、原水の残留塩素濃度を測定するための測定装置２９ｂとが接続されている。そして、これらの下流側には、活性炭濾過装置２６が接続されている。活性炭濾過装置２６の下流側には、軟水装置２７が接続されている。軟水装置２７の下流側の給水ライン２３には、給水の硬度を測定するための測定装置２９ｃが接続されている。

測定装置２９ｃの下流側には、プレフィルタ３１と本発明の水質改質装置２８の装置主要部３０とが順に接続されている。プレフィルタ３１と装置主要部３０との間には、濁度を測定するための測定装置２９ｄと、給水の残留塩素濃度を測定するための測定装置２９ｅとが接続されている。また、装置主要部３０からの排水ライン（後述する排水ライン４３に相当）には、排水の硬度を測定するための測定装置２９ｆが接続されている。本発明の水質改質装置２８の下流側の給水ライン２３には、水質改質後の給水のシリカ濃度を測定するための測定装置２９ｇと、水質改質後の給水の溶存酸素濃度を測定するための測定装置２９ｈが接続されている。そして、これらの下流側には、給水タンク２５が接続されている。

尚、上記図示しない被処理水タンクには、水道水、工業用水、地下水等の水源から供給される被処理水が貯留されている。被処理水は、上記水質改質システム、特に本発明の水質改質装置２８によりその水質が改質され、熱機器２２に供給されるようになっている。

熱機器２２は、蒸気ボイラ、温水ボイラ、クーリングタワー、給湯器等であって、ここでは水管ボイラと称される多管式の貫流ボイラを例に挙げて説明する。その貫流ボイラの缶体構造は背景技術の欄で説明した貫流ボイラ２０２（図８参照）と同様に構成されている。すなわち、ここでは特に図示しないが、熱機器２２の一例としてのボイラは、所定の間隔で上下に配置される環状の下部ヘッダ及び環状の上部ヘッダと、これらの間に配置される複数の伝熱管と、複数の伝熱管により区画形成される燃焼室と、燃焼室の上方に配置され、各伝熱管内の給水を加熱して蒸気を発生させるバーナ等の加熱装置とを備えて構成されている。

下部ヘッダには、給水タンク２５からの給水ライン２３が接続されている。また、下部ヘッダには、缶水の濃縮水を排出する（ブローする）ための排出管が設けられている。上部ヘッダには、生成された蒸気を図示しない負荷装置に供給するための蒸気供給路が設けられている。複数の伝熱管等は、非不動態化金属を用いて形成されている（非不動態化金属については背景技術の欄を参照）。

活性炭濾過装置２６は、給水中に溶存する次亜塩素酸ソーダ等の酸化剤を吸着除去するための装置として構成されている。上記酸化剤、すなわち残留塩素は、活性炭濾過装置２６の下流側に配置される軟水装置２７のイオン交換樹脂（図示省略）を酸化させてイオン交換能力を早期に劣化させるおそれがあり、また、さらに下流に配置された本発明の水質改質装置２８の後述するナノろ過膜（図示省略）を酸化させて濾過能力を早期に劣化させるおそれがある。そこで、このような酸化による早期の能力劣化を防止するために、上記残留塩素を活性炭で吸着して除去することにより、上記イオン交換能力の早期劣化を防止するとともに上記濾過能力の早期劣化を防止し、給水の処理効率の向上、安定化等を図るようにしている。

活性炭濾過装置２６のような給水中の残留塩素を除去する他の装置としては、特に図示しないが、重亜硫酸ナトリウム（ＳＢＳ）を添加する薬注装置等もあり、これを活性炭濾過装置２６の替わりに適用してもよいものとする。

軟水装置２７は、上記残留塩素が除去された給水中に含まれるカルシウム、マグネシウム等の硬度成分をイオン交換樹脂（図示省略）により除去する装置として構成されている。すなわち、軟水装置２７は、給水中に含まれる各種の硬度成分をナトリウムイオンに置換して、軟水となる給水に変換するための装置として構成されている。

本発明の水質改質装置２８は、図２に示される如く、前面にコントロールパネル３２を有するとともに、そのコントロールパネル３２の裏側に制御ボックス３３を有する装置筐体３４の内部に、装置主要部３０が収納されるような装置として構成されている（特に限定するものではない）。プレフィルタ３１は、給水中のゴミ等を除去するためのものである。尚、図２は後述する濾過処理部３５を３個連結した形態を概略的に図示している。

図３（ａ）において、装置主要部３０は、濾過処理部３５と、濾過処理部３５の上流側に接続されるポンプ３６と、濾過処理部３５の下流側に接続される溶存気体除去処理部３７と、濾過処理部３５又は溶存気体除去処理部３７の下流側（バルーンＡ参照）に接続される流量センサ３８と、ポンプ３６に接続されるインバータ３９と、インバータ３９を介してのポンプ３６の制御、及び装置全体の制御を行う制御部４０と、バルーンＢのいずれかの位置に接続される温度センサ４１と、バルーンＣの位置に接続される圧力センサ４２とを備えて構成されている。以下、上記各構成とその周辺部材とについて説明する。

濾過処理部３５は、濾過部材を備えており、具体的には、ナノろ過膜（ＮＦ膜、ＮＦ：Ｎａｎｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）を備えて構成されている。ここで、ナノろ過膜について説明すると、そのナノろ過膜は、ポリアミド系、ポリエーテル系等の合成高分子膜であり、２ｎｍ程度より小さい粒子や高分子（分子量が最大数百程度のもの）の透過を阻止することができる液体分離膜として提供されている。また、ナノろ過膜は、その濾過機能の点において、限外ろ過膜（分子量が１，０００〜３００，０００程度のものをろ別可能な膜（ＵＦ膜））と、逆浸透膜（分子量が数十程度のものをろ別可能な膜（ＲＯ膜））との中間に位置する機能を有する液体分離膜として提供されている（ナノろ過膜は、各社から市販されており、容易に入手することができる）。尚、ナノろ過膜は、通常、濾過膜モジュールとして構成されている。濾過膜モジュールの形態としては、スパイラルモジュール、中空糸モジュール、平膜モジュール等に構成されている。

濾過処理部３５の一端には、ポンプ３６から送り出された給水が流入するようになっている。流入した給水は、濾過処理部３５の内部において、ナノろ過膜により、腐食促進成分が捕捉されるとともに腐食抑制成分が透過されるようになっている。濾過処理部３５の他端からは、透過水と濃縮水とが流出するようになっている。その透過水は、溶存気体除去処理部３７に供給されるようになっている。一方、濃縮水は、排水ライン４３と循環水ライン４４と濃縮水ライン４５の三つのラインを流れるようになっている。排水ライン４３は、濃縮水の排水に用いられ、循環水ライン４４は、濃縮水をポンプ３６の上流側に供給するようになっている。また、濃縮水ライン４５は、濃縮水を溶存気体除去処理部３７の後述する封水タンク４９に供給するようになっている。

ここで、上記腐食促進成分と上記腐食抑制成分とについて説明する。先ず、腐食促進成分とは、熱機器２２の一例としてのボイラの上記各伝熱管（図示省略）の腐食が発生し易い部位、特に、内側に水分（ここでは缶水）が付着し、且つ外側から加熱される各伝熱管（図示省略）の内面に作用してその腐食を促進するものを言い、通常、硫酸イオン（ＳＯ_４ ^２−）、塩化物イオン（Ｃｌ⁻）、及びその他の成分を含んでいる。ちなみに、腐食促進成分として重要なものは、硫酸イオン、塩化物イオンの両者である。尚、日本工業規格ＪＩＳ Ｂ ８２２３：１９９９は、貫流ボイラを含む特殊循環ボイラの腐食を抑制する観点から、当該ボイラの缶水の水質に関する各種の管理項目及び推奨基準を規定しており、塩化物イオン濃度の規制値を設けている。しかしながら、缶水の硫酸イオン濃度については言及していない（言い換えれば、硫酸イオンが腐食に関与するものとは認識していない）。ところで、本願出願人の会社の研究者等は、背景技術の欄でも説明したように、缶水の水質と腐食との関係を長年にわたって研究した成果として、缶水に含まれる硫酸イオンが腐食促進成分として上記各伝熱管（図示省略）等に作用していることを確認している。

次に、腐食を抑制する成分である腐食抑制成分とは、上記ボイラの上記各伝熱管（図示省略）の腐食が発生し易い部位、特に、各伝熱管（図示省略）の内面に作用し、そこに生じる腐食を抑制可能なものを言い、通常、シリカ（すなわち、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２））を含んでいる。ところで、給水に含まれるシリカは、通常、各伝熱管（図示省略）におけるスケール発生成分と認識されており、通常は可能な限りその濃度を抑制することが好ましいと考えられている。しかし、本願出願人の会社の研究者等は、背景技術の欄でも説明したように、缶水の水質と腐食との関係を長年にわたって研究した成果として、缶水に含まれるシリカが腐食抑制成分として上記各伝熱管（図示省略）等に作用していることを確認している。尚、シリカは、給水として用いる水道水、工業用水、地下水等において、通常、含有されている成分である。

装置主要部３０の構成説明に戻る。
ポンプ３６は、プレフィルタ３１の下流側の給水ライン２３を流れる、ゴミ等が除去された給水を濾過処理部３５に供給するためのものであって、その回転数は、ポンプ３６に接続されるインバータ３９から出力される出力周波数に応じて可変するように構成されている（定流量制御がなされる。定流量制御については後述する）。インバータ３９は、制御部４０に接続されている。また、インバータ３９は、制御部４０からの指令信号により作動するように構成されている。

溶存気体除去処理部３７は、給水に含まれる溶存気体を除去することができるように構成されている。もう少し詳しく説明すると、例えば、気体濾過膜を複数備えた筒状の部材となる脱気モジュール４６と、水封式真空ポンプ４７と、脱気モジュール４６及び水封式真空ポンプ４７を繋ぐ真空ライン４８と、濾過処理部３５から回収した上記濃縮水を貯留する封水タンク４９と、水封式真空ポンプ４７及び封水タンク４９を繋ぐ封水循環ライン５０と、封水タンク４９に接続される排水ライン５１とを備えて構成されている。

脱気モジュール４６には、濾過処理部３５からの透過水が供給されるようになっている。また、脱気モジュール４６には、真空ライン４８が接続されている。水封式真空ポンプ４７は、脱気モジュール４６から溶存気体を吸引するためのものであって、真空ライン４８と封水循環ライン５０とが接続されている。封水循環ライン５０は、封水タンク４９から水封式真空ポンプ４７に封水を供給するとともに、吸引した気体と封水との混合流体を封水タンク４９に排出することができるように構成されている。従って、脱気モジュール４６に流入した透過水は、その内部において、水封式真空ポンプ４７の作用により脱気処理され、脱気モジュール４６から脱気処理水として流出する。その脱気処理水は、給水ライン２３を流れて給水タンク２５に貯留されるようになっている。

封水タンク４９には、濃縮水ライン４５と排水ライン５１とが接続されている。排水ライン５１は、封水タンク４９において一定水量を超える封水を排出することができるように配置されている。濃縮水ライン４５の排出口は、上記一定水量位置よりも封水タンク４９の底側となる位置に配置されている。尚、本発明においては、このような配置にすることにより、封水タンク４９内での攪拌作用をねらっている（封水の水温を部分的に上昇させないようにする。これにより、真空度悪化（脱気度低下）を抑制する）。封水タンク４９には、濾過処理部３５から回収した上記濃縮水が貯留されており、本発明においては、その貯留水を水封式真空ポンプ４７の封水として使用していることから、水の使用量の削減に寄与する構造になっている。

流量センサ３８は、濾過処理部３５を通過した透過水又は溶存気体除去処理部３７を通過した脱気処理水の流量を検知して流量検知信号を制御部４０に出力するように構成されている。流量センサ３８からの流量検知信号は、上記指令信号の生成に用いられるようになっている。

濾過処理部３５の上流側の給水ライン２３、濾過処理部３５の下流側の給水ライン２３、排水ライン４３に接続されるバルーンＢは、温度センサ４１の位置を示している。温度センサ４１は、これら三つの位置のいずれかに接続されており、給水の温度を検知して温度検知信号を制御部４０に出力するように構成されている。

濾過処理部３５の上流側の給水ライン２３に接続されるバルーンＣは、圧力センサ（運転圧力センサ）４２の位置を示している。圧力センサ４２は、給水の圧力を検知して圧力検知信号を制御部４０に出力するように構成されている。尚、圧力センサ４３は上記位置に限らないものとする。すなわち、図３（ｂ）に示されるように、上記給水の圧力を検知する圧力センサ４２と、濾過処理部３５を通過した濃縮水の圧力を検知する圧力センサ４２′（バルーンＣ′参照）とを設けてもよいものとする。そして、これらから出力される圧力検知信号に基づいて、制御部４０で平均圧力［（給水の圧力＋濃縮水の圧力）／２］を求めて利用してもよいものとする。また他には、濾過処理部３５を通過した透過水の圧力を検知する圧力センサ４２″（バルーンＣ″参照）を、上記圧力センサ４２及び圧力センサ４２′の他に更に設けるようにしてもよいものとする。そして、上記平均圧力から透過水の圧力を差し引いて、濾過処理部３５の上記濾過部材の有効圧力［｛（給水の圧力＋濃縮水の圧力）／２｝−透過水の圧力］を求め、これを利用してもよいものとする。さらに他には、上記圧力センサ４２及び圧力センサ４２″を設け、給水の圧力から透過水の圧力を差し引いて濾過処理部３５の上記濾過部材の有効圧力［給水の圧力−透過水の圧力］を求め、これを利用してもよいものとする。

温度センサ４１及び圧力センサ４２は、流量センサ３８に異常があった場合に、その流量センサ３８に代わってバックアップ対応をする重要な役割を有している（これについては後述する）。

制御部４０は、所謂マイクロコンピュータであって、制御ボックス３３（図２参照）の内部に備えられている。具体的には、特に図示しないが、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭとインターフェースとを備えて構成されている。上記ＲＯＭには、プログラムや固定データ等が格納されている。上記ＣＰＵは、中央演算処理装置であり、上記ＲＯＭに予め格納された制御プログラムに従って作動するようになっている。上記ＲＡＭは、上記ＣＰＵの処理の過程で利用する各種のデータを格納するデータエリアと、処理の際に使用するワークエリア等とを有している。その他、各種の設定値情報等が格納される電気的消去／書き換え可能な読み出し専用のメモリも備えられている。

上記インターフェースには、流量センサ３８、インバータ３９、温度センサ４１、圧力センサ４２がそれぞれ接続されている。また、上記インターフェースには、装置筐体３４（図２参照）の前面に配置されるコントロールパネル３２（図２参照）も接続されている。さらに、上記インターフェースには、異常を通報するための通報手段５２や、警報を発する警報手段（図示省略）も接続されている。その他、上記インターフェースには、活性炭濾過装置２６からの通信線なども接続されている。

次に、図４を参照しながら上記定流量制御（インバータ３９によるＰＩＤフィードバック制御）について説明する。本制御は、インバータ３９のＰＩＤ制御機能（Ｐ制御：比例制御、Ｉ制御：積分制御、Ｄ制御：微分制御）を使用し、実処理水量が目標値となるようにインバータ周波数を制御する機能である。上記ナノろ過膜は、水温変動による粘性のために処理水量が大きく変化する。水温が低くなるほど処理水量は低下（約２．５％／１℃）するため、冬場など水温が１０℃まで低下してしまうと、処理水量は定格時（２５℃）の場合と比べ６０％程度となる。処理水量と操作圧力はほぼ比例関係があり、水温による低下分に応じて圧力を上げる（この場合、１．７倍程度の圧力）ことで定格処理水量を得ることが可能になる。尚、低温時に定格処理水量を得るように予め運転圧力を高く設定しておき、透過水の流れる側には定流量弁を設けることで一定流量を確保する方法が考えられる。しかしながら、この方法は冬場以外、過剰な運転となるためエネルギー的に非常にロスが大きくなる。そこで、本発明においては、設定した目標処理水量となるようにＰＩＤ制御にて周波数を可変することで、常に理想的な運転を行い省エネを図っている。

ＰＩＤ制御は、図５に示されるように、流量センサ３８からの流量検知信号を受けて制御部４０が指令信号（例えば４−２０ｍＡ（又は１−５Ｖ））をインバータ３９に出力する。インバータ３９は、その指令信号をフィードバック値として目標値と比較を行い、その間に偏差があると、偏差をゼロにするように動作する。

本発明によれば、図５のグラフに示されるような省エネ効果が得られる。すなわち、上記したような予め運転圧力を高く設定し、透過水の流れる側には定流量弁を設ける場合を１（一点鎖線）とすると、本発明では実線で示される結果が得られる。例えば１５℃のところで判断すると、３５％の省エネ効果が得られる。

ところで、常に理想的な運転を行うために、制御部４０は次のような制御を行う必要がある。図６において、制御部４０は通常の制御を行いつつ（ステップＳ１）、流量センサ３８の異常有無を監視する（ステップＳ２）。その監視は流量センサ３８からの信号有無で判断する。流量センサ３８からの信号があれば、断線等の異常がないものと判断（ステップＳ２でＮ）し、通常制御を続ける。一方、流量センサ３８からの信号が途絶えた場合には、断線等の異常があるものと判断（ステップＳ２でＹ）し、ステップＳ３の処理に移行する。この時、異常があった旨を上記通報手段５２を介して通報する（この時点で通報することにより復旧の作業が早まる）。ステップＳ３の処理では、温度センサ４１からの温度検知信号に基づき（又は圧力センサ４２及び温度センサ４１からの圧力検知信号及び温度検知信号に基づき）予め定めた、例えば温度に対応する電流値（又は温度及び圧力に対応する電流値）を指令信号として出力する。これは、流量センサ３８の故障等の異常時におけるバックアップ制御である。

続いて、上記構成に基づきながら熱機器２２の一例としてのボイラの運転時の流れについて説明する。上記ボイラを運転する場合には、図示しない被処理水タンクから供給される被処理水（水質改質前の給水）の水質を改質して給水を生成し、その給水を給水タンク２５に貯留する必要がある。ここまでの過程について説明すると、給水ライン２３を流れる給水は、図示しない被処理水タンクから所定の吐出圧を有する給水ポンプ（図示省略）により所定の圧力で流出する。その流出する給水の圧力は、下流側に配置された各種装置２４における圧損等を考慮して設定される。そして、図示しない被処理水タンクから流出した給水は、先ず、活性炭濾過装置２６を通過し、残留塩素が除去された状態の給水となる。次に、その給水は、軟水装置２７を通過して軟水となる。続いて、その軟水である給水は、本発明の水質改質装置２８において濾過処理及び溶存気体除去処理（脱気処理）がなされて上記ボイラに供給可能な給水となる。具体的には、軟水である給水が本発明の水質改質装置２８の濾過処理部３５において、ナノろ過膜を通過する際に、硫酸イオン、塩化物イオン等の腐食促進成分がナノろ過膜により捕捉される。すなわち、腐食促進成分が軟水から除去される。一方、軟水に含まれるシリカ、すなわち腐食抑制成分は、軟水と共にナノろ過膜を透過する。濾過処理後の腐食抑制成分を含む軟水となる給水は、本発明の水質改質装置２８の溶存気体除去処理部３７において溶存気体が脱気処理される。脱気処理後の腐食抑制成分を含む軟水となる給水は、上記ボイラに供給可能な給水として給水タンク２５に貯留される。

給水タンク２５に貯留された給水は、給水タンク２５及び上記ボイラの間に配置される給水ポンプ（図示省略）を介して上記ボイラへ供給され、下部ヘッダ内において缶水として貯留される。貯留された缶水は、加熱装置により加熱されながら各伝熱管内を上昇し、徐々に蒸気になる。そして、各伝熱管内において生成された蒸気は、上部ヘッダにおいて集められ、蒸気供給路から負荷装置へと供給される。

ところで、上記ボイラの運転中において、各伝熱管は、その下端部分、すなわち下部ヘッダとの連結部分が缶水と継続的に接触することになる。そのため、各伝熱管は、上記下端部分において、通常、缶水の影響を受け腐食し易くなる。特に、各伝熱管は、下端部分において、内周面の減肉的な腐食に加えて局部的な腐食が生じ易く、それが原因で微少な穴開きを起こして破損する場合がある。

上記局部的な腐食とは、各伝熱管の缶水との接触面側から厚さ方向の反対側へ向かう孔状の腐食、すなわち各伝熱管の厚さ（肉厚）方向に発生する孔状の腐食を言う。以下、このような局部的腐食の発生現象を「孔食」と言い、この孔食により生じた孔状の腐食を「食孔」と言う。ちなみに、孔食は、通常、缶水中の溶存酸素の影響により発生するものと理解されている。

しかしながら、本発明によれば、上記ボイラの運転中において、各伝熱管に対し、腐食抑制成分を含む軟水が缶水として供給されることになるので、缶水に含まれる腐食抑制成分が各伝熱管の下端部分に作用し、当該部分の腐食を抑制するようになる。より具体的には、腐食抑制成分は、各伝熱管の缶水との接触部分における減肉的な腐食を抑制するとともに、食孔の発生及び成長も抑制し、腐食（特に食孔）による伝熱管の破損を抑制する。この際、缶水は、本発明の水質改質装置２８により腐食促進成分が除去されるため、腐食抑制成分による上記のような腐食抑制作用は、腐食促進成分により阻害され難く、効果的に発揮されるようになる。

さて、缶水に含まれる腐食抑制成分により、各伝熱管の腐食が抑制されるのは、缶水に含まれる溶存酸素等（各伝熱管の腐食促進成分）の影響により、各伝熱管から溶出する成分に腐食抑制成分（特にシリカ）が作用し、各伝熱管の内面に耐食性の皮膜（防食皮膜）が形成されるためと考えられる。特に、溶存酸素は、各伝熱管に局部的なアノードを発現させ、これにより孔食を進行させる場合があるが、缶水に含まれる腐食抑制成分（シリカ）は、アニオン又は負電荷のミセルとして存在するため、上記のようなアノードに吸着し易く、当該部分で選択的に防食皮膜を形成し易い。そのため、缶水に含まれる腐食抑制成分（シリカ）は、各伝熱管における孔食の進行を特に効果的に抑制することができるものと考えられる。

以上、図１ないし図６を参照しながら説明してきたように、本発明の水質改質装置２８は、薬剤を用いずに腐食を抑制することができる。また、本発明の水質改質装置２８は、濾過処理や溶存気体除去処理を装置筐体３４内で一括して行うことから、省スペース化やコスト低減（イニシャルコストや現地施工費等の低減）を図ることができる。さらに、本発明の水質改質装置２８は、濾過処理部３５から回収した濃縮水を貯留して水封式真空ポンプ４７の封水として使用していることから、水の使用量の削減に寄与することができる。さらにまた、本発明の水質改質装置２８は、濃縮水ライン４５や排水ライン５１の配置により、封水の水温上昇に伴う真空度悪化（脱気度低下）を抑制することができる。さらに、本発明の水質改質装置２８は、インバータ３９のＰＩＤ制御機能を使用し、実処理水量が目標値となるようにインバータ周波数を制御することから、省エネ運転に寄与することができる。さらにまた、本発明の水質改質装置２８は、異常となった流量センサ３８を早い段階で復旧させることができる。さらにまた、本発明の水質改質装置２８は、熱機器２２用給水の処理効率を向上させることができるとともに、その処理の安定化を図ることができる。

その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。

本発明の水質改質装置を含むシステムの一実施の形態を示す構成図である。 本発明の水質改質装置の装置筐体の上蓋を取って見たときの図である。 （ａ）は本発明の水質改質装置の構成図、（ｂ）は圧力センサに関する補足説明図である。 ポンプの制御に係る説明図である。 省エネ効果の説明用のグラフである。 制御部の一処理を示すフローチャートである。 従来例のボイラシステムの構成図である。 従来例のボイラの構成図である。

符号の説明

２１ 水質改質システム
２２ 熱機器
２３ 給水ライン
２４ 各種装置
２５ 給水タンク
２６ 活性炭濾過装置
２７ 軟水装置
２８ 水質改質装置
２９ 測定装置
３０ 装置主要部
３１ プレフィルタ
３２ コントロールパネル
３３ 制御ボックス
３４ 装置筐体
３５ 濾過処理部
３６ ポンプ
３７ 溶存気体除去処理部
３８ 流量センサ
３９ インバータ
４０ 制御部
４１ 温度センサ
４２ 圧力センサ
４３ 排水ライン
４４ 循環水ライン
４５ 濃縮水ライン
４６ 脱気モジュール
４７ 水封式真空ポンプ
４８ 真空ライン
４９ 封水タンク
５０ 封水循環ライン
５１ 排水ライン
５２ 通報手段

Claims (5)

1. 熱機器に供給するための給水の水質を改質する水質改質装置であって、
   前記給水を流す給水ラインに接続され、非不動態化金属体の腐食を引き起こす腐食促進成分を捕捉するとともに、前記腐食の抑制に寄与する腐食抑制成分を透過する濾過処理部と、
   該濾過処理部の上流側に接続され、前記給水を前記濾過処理部に対して供給するポンプと、
   前記濾過処理部の下流側に接続され、前記濾過処理部を通過した透過水に含まれる溶存気体を除去する溶存気体除去処理部と、
   前記濾過処理部、前記ポンプ、及び前記溶存気体除去処理部を組込収納する装置筐体と、
   を備えて構成する
   ことを特徴とする水質改質装置。
2. 請求項１に記載の水質改質装置において、
   前記溶存気体除去処理部は、前記溶存気体を吸引するための水封式真空ポンプと、該水封式真空ポンプに供給する封水を貯留するための封水タンクとを備え、該封水タンクには、前記濾過処理部から回収した濃縮水を流すための濃縮水ラインを接続する
   ことを特徴とする水質改質装置。
3. 請求項２に記載の水質改質装置において、
   前記封水タンクは一定水量を超える前記封水を排出するための排水ラインを有し、前記濃縮水ラインはその排出口を前記一定水量位置にある前記排水ラインの排出口よりも前記封水タンクの底側となる位置に配置する
   ことを特徴とする水質改質装置。
4. 請求項１ないし請求項３いずれか記載の水質改質装置において、
   前記濾過処理部又は前記溶存気体除去処理部の下流側に前記透過水又は前記溶存気体除去処理部を通過した脱気処理水の流量を検知する流量センサを接続するとともに、前記ポンプの回転数を出力周波数に応じて可変させるインバータを前記ポンプに接続し、さらには、前記流量センサからの流量検知信号に基づいて前記インバータに指令信号を出力する制御部を備える
   ことを特徴とする水質改質装置。
5. 請求項４に記載の水質改質装置において、
   前記制御部は前記流量センサの異常有無を監視し、前記流量センサに異常があった場合は、前記制御部に接続される通報手段を介して前記流量センサの異常を通報する
   ことを特徴とする水質改質装置。

Images