JP2016172199A - 水処理剤および水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水処理だけでは防ぎきれない循環流路の汚れを洗浄によって除去する場合に、当該洗浄にかかる時間とコストを大幅に削減することができる技術を提供する。【解決手段】本発明では、循環流路を循環する冷却水に投入して使用される水処理剤４０の形態を、粉末の水処理薬品を固形状に固めて粒状に形成した形態とした。この水処理剤４０は、水に投入した場合に、循環流路を固形物の状態で水とともに循環するとともに、当該循環中において、水に溶解する前は循環流路内を物理的に洗浄する作用をなし、水に溶解した後は循環流路内で水処理の作用をなす。【選択図】図１

Description

本発明は、水処理に用いて好適な水処理剤とその製造方法、および水処理方法に関する。

たとえば、冷却水等の循環システムでは、冷却媒体としての水（冷却水）を循環流路に沿って循環させている。循環システムが備える循環流路の途中には、たとえば熱交換器（復水器、凝縮器などを含む）が設置され、この熱交換器内を循環流路の一部として冷却水が循環される。このような循環システムでは、冷却媒体としての水に対し、必要に応じて水処理薬品が投入される。水処理薬品は、循環流路を構成する配管類や各種の機器類に対して、たとえば、スケール防止、スライム抑制、防食、除菌（レジオネラ菌の除菌）などを目的に使用されるものである。

実際に水処理薬品を使用する場合は、循環流路を循環している水に水処理薬品を投入する。水に投入する前の水処理薬品は、液体や粉末になっている。この水処理薬品を水に投入すると、水を溶媒として水処理薬品が溶解する。水処理薬品は、水に溶解した状態で循環流路を循環し、スケール防止などの効果を発揮する（特許文献１を参照）。

特開２０１４−２０５９２３号公報

ところで、冷却水等の循環システムにおいては、冷却塔で所定の温度に調整した水（冷却水）を、配管を通して冷却塔から熱交換器に供給し、この熱交換器内で熱交換された水を再び冷却塔に戻すことにより、当該循環システム内で水を循環させている。その場合、当該循環システム内の循環流路を流れる水に水処理薬品を投入して所望の水処理効果を得るには、水処理薬品の濃度を適正に維持する必要がある。

しかしながら、たとえ水処理薬品の濃度を適正に維持したとしても、スケールの析出などを完全に抑制することはできない。このため、循環流路の内壁には、長時間の使用によって徐々にスケール等が蓄積され、これによって流路内が汚染されていく。この汚染が進むと、循環流路を水がスムーズに流れなくなるため、たとえば、熱交換効率の低下などの弊害を招いてしまう。したがって、冷却水等の循環システムを稼働する場合は、水処理だけで防ぎきれない循環流路の汚れを別途、洗浄によって除去する必要がある。

そこで、循環流路の一部である、熱交換器の導管を洗浄する方法としては、たとえば、熱交換器を分解して洗浄する方法が知られている。しかし、このような洗浄方法では、循環システムの稼働を一旦停止させる必要がある。また、洗浄作業も非常に煩雑で時間がかかる。このため、循環システムの稼働率が低下し、かつ、コストも多く費やされるという問題があった。

本発明の主な目的は、水処理だけでは防ぎきれない循環流路の汚れを洗浄によって除去する場合に、当該洗浄にかかる時間とコストを大幅に削減することができる技術を提供することにある。

本発明の第１の態様は、
循環流路を循環する水に投入して使用される水処理剤であって、
前記水処理剤は、前記水に投入した場合に、前記循環流路を固形物の状態で前記水とともに循環するとともに、当該循環中において、前記水に溶解する前は前記循環流路内を物理的に洗浄する作用をなし、前記水に溶解した後は前記循環流路内で水処理の作用をなすように構成されている
ことを特徴とする水処理剤である。
本発明の第２の態様は、
前記水処理剤は、粉末または液体の水処理薬品を固形状に固めて粒状に形成したものである
ことを特徴とする上記第１の態様に記載の水処理剤である。
本発明の第３の態様は、
前記水処理剤の粒の形状は、球形である
ことを特徴とする上記第１または第２の態様に記載の水処理剤である。
本発明の第４の態様は、
前記水処理剤の粒の大きさは、１ｍｍ以上３ｍｍ以下である
ことを特徴とする上記第１〜第３の態様のいずれか一態様に記載の水処理剤である。
本発明の第５の態様は、
前記水処理剤は、コア部と、このコア部を被覆する被覆部と、を有する
ことを特徴とする上記第１〜第４の態様のいずれか一態様に記載の水処理剤である。
本発明の第６の態様は、
前記被覆部は、前記コア部よりも水に溶けにくい性質を有する
ことを特徴とする上記第５の態様に記載の水処理剤である。
本発明の第７の態様は、
前記被覆部は、前記コア部よりも硬く形成されている
ことを特徴とする上記第５または第６の態様に記載の水処理剤である。
本発明の第８の態様は、
前記被覆部は、前記コア部よりも高い密度で形成されている
ことを特徴とする上記第５〜第７の態様のいずれか一態様に記載の水処理剤である。
本発明の第９に態様は、
前記水処理剤の比重は、前記循環流路を循環する水の比重と実質的に同一である
ことを特徴とする上記第１〜第８の態様のいずれか一態様に記載の水処理剤である。
本発明の第１０の態様は、
前記水処理剤の表面に複数の突起が形成されている
ことを特徴とする上記第１〜第９の態様のいずれか一態様に記載の水処理剤である。

本発明の第１１の態様は、
粉末または液体の水処理薬品をバインダと混合して造粒する工程を経て、
前記水処理薬品を固形状に固めて粒状に形成した水処理剤を得る
ことを特徴とする水処理剤の製造方法である。
本発明の第１２の態様は、
粉末または液体の水処理薬品をバインダと混合して造粒することによりコア部を形成する工程と、
前記コア部の表面をコーティングすることにより被覆部を形成する工程と、を経て、
前記水処理薬品を固形状に固めて粒状に形成した水処理剤を得る
ことを特徴とする水処理剤の製造方法である。

本発明の第１３の態様は、
循環流路を循環する水に水処理剤を投入して水処理を行う水処理方法であって、
前記水処理剤として、上記第１〜第１０の態様のいずれか一態様に記載の水処理剤を用いる
ことを特徴とする水処理方法である。

本発明によれば、水処理だけでは防ぎきれない循環流路の汚れを洗浄によって除去する場合に、当該洗浄にかかる時間とコストを大幅に削減することができる。

本発明の第１実施形態に係る循環システムを説明する図である。 プレート式熱交換器の内部構造を説明する図である。 プレート式熱交換器の第１プレートを説明する図である。 プレート式熱交換器の第１プレートを説明する図である。 プレート式熱交換器の要部を説明する図である。 本発明の第１実施形態にかかる水処理剤を示すもので、図中（Ａ）は当該水処理剤の形状を示す外観図、（Ｂ）は当該水処理剤の内部構造を示す断面図である。 水処理剤の比重と流れ方の関係を模式的に示す図である。 水処理剤の他の構造例を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る循環システムを説明する図である。 多管式熱交換器の内部構造を説明する図である。 本発明の変形例を説明する図である。 本発明の他の変形例を説明する図であり、図中（Ａ）は大粒の水処理剤、（Ｂ）は中粒の水処理剤、（Ｃ）は小粒の水処理剤を示している。

＜第１実施形態＞
（循環システム）
図１は本発明の第１実施形態に係る循環システムを説明する図である。
図示した循環システムは、冷却水を循環させる循環流路を備えるシステムである。この循環システムは、大きくは、プレート式熱交換器１０と、冷却塔２０と、これらをつなぐ配管３１，３２と、を用いて構成され、これらの構成要素によって冷却水の循環流路が形成されている。

（プレート式熱交換器）
プレート式熱交換器１０は、凹凸をつけてプレス成形された金属のプレートを複数枚重ね合わせた構成を有し、それらのプレート間に形成される隙間（流路）に交互に温度差にある流体（低温流体および高温流体）を流すことにより、プレートを介して熱交換を行うものである。プレート式熱交換器１０は、低温流体用の配管３１，３２を介して冷却塔２０に接続されている。また、プレート式熱交換器１０は、図示しない高温流体用の配管を介して熱交換対象の外部機器に接続されている。

プレート式熱交換器１０には、上述した金属製のプレートからなる第１プレート１１および第２プレート１２のほかに、４つの導管３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂが設けられている。導管３３ａ，３３ｂは低温流体用の導管であり、導管３４ａ，３４ｂは高温流体用の導管である。導管３３ａには低温流体用の配管３１が接続され、導管３３ｂには低温流体用の配管３２が接続されている。また、配管３１の途中にはポンプ３１ａが設けられている。ポンプ３１ａは冷却水を圧送するものである。一方、導管３４ａ，３４ｂには、それぞれ図示しない高温流体用の配管が接続されるようになっている。

プレート式熱交換器１０には、導管３３ａを通して低温流体が導入されるとともに、導管３３ｂを通して低温流体が導出される。また、プレート式熱交換器１０には、導管３４ａを通して高温流体が導入されるとともに、導管３４ｂを通して高温流体が導出される。その際、導管３３ａを通して導入された低温流体は、プレート式熱交換器１０内の流路を流れた後、導管３３ｂを通して導出される。また、導管３４ａを通して導入された高温流体は、プレート式熱交換器１０内の流路を流れた後、導管３４ｂを通して導出される。

プレート式熱交換器１０の内部には、図２に示すように、第１プレート１１と第２プレート１２とが交互に重ねて配置され、これによって低温流体用の流路と高温流体用の流路が形成されている。そして、これら複数の流路に低温流体と高温流体が交互に流れることで、熱交換が行われる。以下に、各プレートの構成について説明する。

（第１プレート）
第１プレート１１には、図３に示すように、４つの流通孔（貫通孔）１１１，１１２，１１３，１１４が設けられている。これら４つの流通孔１１１〜１１４は、プレート式熱交換器１０内で流体を流通させるために、第１プレート１１の各コーナー部の近傍に一つずつ形成されている。このうち、図の左上の隅と右下の隅に形成されているのがバイパス用の流通孔１１１，１１２であり、図の右上の隅と左下の隅に形成されているのが循環用の流通孔１１３，１１４である。

第１プレート１１の表面および裏面には、それぞれ凹凸のパターンが形成されている。この凹凸のパターンは、プレート式熱交換器１０の熱交換効率を高めるために形成されるものである。第１プレート１１の表面には、シール材としてのガスケット１１５，１１６，１１７が取り付けられている。これらのガスケット１１５〜１１７は、互いにつながった状態で形成することが可能である。ガスケット１１５は、流通孔１１１の開口を囲むように取り付けられ、ガスケット１１６は、流通孔１１２の開口を囲むように取り付けられている。また、ガスケット１１７は、図中矢印で示すように流通孔１１４から流通孔１１３に向かう循環用の流路を形成すべく、流通孔１１３、１１４の各開口の一部と図示しない凹凸のパターン部分とを囲むように取り付けられている。

（第２プレート）
第２プレート１２には、図４に示すように、４つの流通孔（貫通孔）１２１，１２２，１２３，１２４が設けられている。これら４つの流通孔１２１〜１２４は、プレート式熱交換器１０内で流体を流通させるために、第２プレート１２の各コーナー部の近傍に一つずつ形成されている。このうち、図の右上の隅と左下の隅に形成されているのがバイパス用の流通孔１２３，１２４であり、図の左上の隅と右下の隅に形成されているのが循環用の流通孔１２１，１２２である。

第２プレート１２の表面および裏面には、上記同様の目的で、それぞれ図示しない凹凸のパターンが形成されている。また、第２プレート１２の表面には、シール材としてのガスケット１２５，１２６，１２７が取り付けられている。これらのガスケット１２５〜１２７は、互いにつながった状態で形成することが可能である。ガスケット１２５は、流通孔１２３の開口を囲むように取り付けられ、ガスケット１２６は、流通孔１２４の開口を囲むように取り付けられている。また、ガスケット１２７は、図中矢印で示すように流通孔１２１から流通孔１２２に向かう循環用の流路を形成すべく、流通孔１２１、１２２の各開口の一部と図示しない凹凸のパターン部分とを囲むように取り付けられている。

上述した第１プレート１１と第２プレート１２は、流通孔１１１と流通孔１２１、流通孔１１２と流通孔１２２、流通孔１１３と流通孔１２３、および、流通孔１１４と流通孔１２４を、それぞれ位置合わせした状態で、互いに重ね合わせられる。これにより、図５に示すように、第１プレート１１と第２プレート１２を交互に複数枚にわたって重ね合わせた状態では、第１プレート１１の表面側にガスケット１１７によって流体（たとえば、低温流体）の流路が形成され、その裏面側となる第２プレート１２の表面側にガスケット１２７によって流体（たとえば、高温流体）の流路が形成される。

また、第１プレート１１の表面側に形成される流路には、各々のプレート１１，１２に形成された流通孔１１３，１２３および流通孔１１４，１２４が連通した状態となり、第２プレート１２の表面側に形成される流路には、各々のプレート１１，１２に形成された流通孔１１１，１２１および流通孔１１２，１２２が連通した状態になる。このため、第１プレート１１の表面側に形成される循環用の流路には、第２プレート１２に形成された流通孔１２３，１２４を通して流体がバイパスされ、第２プレート１２の表面側に形成される循環用の流路には、第１プレート１１に形成された流通孔１１１，１１２を通して流体がバイパスされる。

（冷却塔）
冷却塔２０は、冷却水を冷却するものである。冷却塔２０内で冷却された冷却水は、配管３１を通してプレート式熱交換器１０に送り込まれる。また、プレート式熱交換器１０から排出された冷却水は、配管３２を通して冷却塔２０に取り込まれる。冷却塔２０の側部には、水処理剤投入装置が設置されている。

（水処理剤投入装置）
水処理剤投入装置は、上記図１に示すように、ホッパー２１と、供給パイプ２２と、電動ボール弁２３と、制御盤２４と、を備えている。ホッパー２１は、投入前の水処理剤４０を収容するものである。ホッパー２１は、取付ブラケット２５を用いて冷却塔２０の側部に固定されている。供給パイプ２２は、ホッパー２１の下部に連結されている。供給パイプ２２は、ホッパー２１に収容された水処理剤４０を冷却塔２０内に投入すべく、ホッパー２１の下部から冷却塔２０内に延出している。

電動ボール弁２３は、ホッパー２１と供給パイプ２２の連結部分に取り付けられている。電動ボール弁２３は、水処理剤４０の投入を開始または停止すべく開閉動作するものである。具体的には、水処理剤４０の投入を開始する場合は、電動ボール弁２３を閉状態から開状態に切り替え、水処理剤４０の投入を停止する場合は、電動ボール弁２３を開状態から閉状態に切り替える。また、電動ボール弁２３の開度を変えることで、単位時間あたりの水処理剤４０の投入量を調整することも可能である。制御盤２４は、電動ボール弁２３の開閉動作を制御するものである。制御盤２４は、ホッパー２１の側方に取り付けられている。

（水処理剤）
続いて、本発明の実施形態に係る水処理剤について説明する。
まず、従来使用されている水処理薬品は、水に溶解して循環流路を循環することにより、初めて水処理の効果を発揮するものである。このため、従来では、水に投入した水処理薬品がすぐに水処理の機能を発揮するように、水に溶解しやすい粉末または液体の状態で水処理薬品を使用している。また、従来においては、水処理薬品を徐々に溶解させて水処理の効果を長く維持するために、水処理薬品を大きなブロックの塊に成形し、これを循環流路に循環させることなく水中に沈めて使用することも行われている。いずれにしても、従来の水処理薬品は、水処理という単一の機能だけを果たすものとなっている。

これに対して、本発明の実施形態においては、水処理剤４０に対して、水処理という本来的な機能のほかに、物理的な洗浄という新たな機能を付加している。以下に、水処理剤４０の構成について詳しく説明する。

図６は本発明の第１実施形態にかかる水処理剤を示すもので、図中（Ａ）は当該水処理剤の形状を示す外観図、（Ｂ）は当該水処理剤の内部構造を示す断面図である。
図示した水処理剤４０は、上述した循環システムにおいて、循環流路を循環する水に投入して使用されるものである。具体的には、水処理剤４０は、上記の循環システムに付設された水処理剤投入装置のホッパー２１に収容され、このホッパー２１から電動ボール弁２３の開閉動作により供給パイプ２２を通して冷却塔２０内に投入されるものである。ホッパー２１の内部には多数の粒が水処理剤４０として収容され、そこから所定量の水処理剤４０がザラザラした粒（固形状）の状態で投入される。上記水処理剤投入装置において、所定量の水処理剤４０の投入は、１回にまとめて行ってもよいし、数回にわけて行ってもよい。

水処理剤４０は、粉末の水処理薬品を固形状に固めて所定の大きさの粒状に形成したものである。水処理剤４０をどのような成分の水処理薬品で構成するかは、水処理の主たる目的が、たとえば、スケールの防止にあるのか、スライムの抑制にあるのか、あるいはその両方にあるのか、などによって変わる。ほかにも、防食、除菌などの使用目的の違いにより、水処理に使用する水処理薬品の成分が変わる可能性がある。

（水処理剤の形状および寸法）
水処理剤４０は、一つの粒でみると、球状に形成されている。水処理剤４０の粒の大きさは、好ましくは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以上５ｍｍ以下、さらに好ましくは１ｍｍ以上３ｍｍ以下とするのがよい。水処理剤４０の粒の大きさは、水処理剤４０の最も外側の部分で規定するものとする。このため、水処理剤４０の粒の形状が球形であれば、その大きさは直径で規定されることになる。なお、水処理剤４０の最小単位は「粒」であるが、循環システムの水処理に水処理剤４０を使用する場合は、多数の粒の水処理剤４０が適量ずつ投入されることになる。

水処理剤４０は、循環流路を循環する水に水処理剤４０を投入した場合に、循環流路を固形物の状態で水とともに循環するものである。ここで記述する「固形物の状態」とは、水処理剤４０が水に完全には溶けていない状態をいう。水処理剤４０を固形物の状態で循環流路を循環させるためには、循環流路の途中で水処理剤４０が詰まらないように、水処理剤４０の粒の大きさを設定する必要がある。具体的には、冷却塔２０から配管３１、プレート式熱交換器１０および配管３２を通して冷却塔２０に戻る循環流路のなかで、最も狭い流路の部分でも水処理剤４０が通過できるように、水処理剤４０の粒の大きさを設定する必要がある。

上記の循環システムにおいて、たとえばプレート式熱交換器１０内で第１プレート１１と第２プレート１２との間（隙間）に形成される流路の部分が最も狭い部分であるとすると、この流路の部分を通過し得るように水処理剤４０の大きさを規定するよい。また一般的に、プレート式熱交換器１０には、当該プレート式熱交換器１０への異物混入防止等を目的にストレーナーが設置され、このストレーナーの部分が、最も狭い流路部分となる。この場合、水処理剤４０の粒の大きさは、ストレーナーを通過し得る大きさに設定する必要がある。具体例として、パンチングメタルタイプのストレーナーであれば、パンチング孔の部分を通過し得るように水処理剤４０の粒の大きさを設定する必要がある。

（水処理剤の作用）
また、水処理剤４０は、循環流路を循環中において、水に溶解する前は循環流路内を物理的に洗浄する作用をなし、水に溶解した後は循環流路内で水処理の作用をなすように構成されている。ここで記述する「水に溶解する前」とは、水処理剤４０が水に完全に溶けてなくなる前という意味である。また、「水に溶解した後」とは、水処理剤４０が水に溶け始めた後という意味である。水処理剤４０による物理的な洗浄作用（以下、「洗浄効果」ともいう。）は、循環流路の内壁部に水処理剤４０が衝突することにより得られるものであるため、水処理剤４０が水に完全に溶けてなくなった後は得られなくなる。これに対して、水処理剤４０による水処理の作用（以下、「水処理効果」ともいう。）は、水処理剤４０を構成する水処理薬品の化学的な作用であるため、水処理剤４０が水に完全にとけてなくなった後も持続的に得られる。

ちなみに、水処理剤４０の粒の大きさを、好ましくは１ｍｍ以上と規定した理由は、粒の大きさが小さすぎると、循環流路の内壁部に水処理剤４０が衝突したときの衝撃力が弱すぎたり、水処理剤４０を投入してから、水処理剤４０が完全に水に溶解するまでの時間（以下、「溶解時間」という。）が短すぎたりするおそれがあるためである。このため、水処理剤４０の構造や製造方法などの工夫により、適度な衝撃力や溶解時間を確保できるようであれば、水処理剤４０の粒の大きさは１ｍｍ未満であってもかまわない。

（水処理剤の比重）
水処理剤４０の比重は、水処理剤４０の物理的な洗浄効果を考慮すると、循環流路を流れる水の比重と等しいことが好ましい。その理由は、次のとおりである。すなわち、図７に示すように、循環流路を矢印方向に流れる水に所定量（多数の粒）の水処理剤４０を投入した場合に、水の比重に対して、水処理剤４０の比重が等しい場合は、同図（Ａ）に示すように、投入した水処理剤４０の粒が水中に均一に分散しながら水と一緒に循環する。このため、水処理剤４０の物理的な洗浄効果によって循環流路内を隅々まで洗浄することができる。

これに対して、水の比重よりも水処理剤４０の比重が小さい場合は、水処理剤４０を水に投入したときに、同図（Ｂ）に示すように、投入した水処理剤４０の粒が浮力で浮き上がろうとする。このため、水処理剤４０の粒は、水中の上層部分に偏って分散する。したがって、循環流路の下層部分では、十分に洗浄効果が得られないおそれがある。また、水の比重よりも水処理剤４０の比重が大きい場合は、水処理剤４０を水に投入したときに、同図（Ｃ）に示すように、投入した水処理剤４０の粒が水中に沈み込もうとする。このため、水処理剤４０の粒は、水中の下層部分に偏って分散する。したがって、循環流路の上層部分では、十分に洗浄効果が得られないおそれがある。以上の理由により、水処理剤４０の比重は、循環流路を流れる水の比重と等しいことが好ましい。

本明細書においては、循環流路を流れる水の比重を「１．０」としたときに、水処理剤４０の比重が、０．９以上１．１以内（水の比重の±１０％以内）であれば、水処理剤４０の比重は水の比重と実質的に同一であるとみなす。また、水処理剤４０の比重が、１．２超（水の比重の１．２倍超）であれば、水処理剤４０の比重は水の比重よりも大きいとみなし、水処理剤４０の比重が、０．８未満（水の比重の０．８倍未満）であれば、水処理剤４０の比重は水の比重よりも小さいとみなす。

ただし、水処理剤４０の比重は、物理的に洗浄しようとする循環流路内のどの部分に多く汚れが付着しているか、あるいはどの部分に付着している汚れを集中的に取り除きたいか、などに応じて適宜、水の比重と格差をもたせてもよい。以下に、水処理剤４０の比重が、水の比重と異なる場合の具体例について説明する。

まず、水平に配置された循環流路の下側の部分に、より多くの汚れ（スケール、スライムなど）が付着し、この汚れを水処理剤４０の物理的な洗浄作用で取り除きたい場合は、水処理剤４０の比重を水の比重よりも大きくする。これにより、水に投入された水処理剤４０の多くは、水の下層部分を流れる。このため、循環流路の下側の部分に付着した汚れを効果的に取り除くことができる。ただし、水処理剤４０の比重を過度に大きくすると、水処理剤４０が循環流路の途中に滞留してスムーズに循環しなくなるおそれがある。このため、水処理剤４０の比重を大きくする場合は、そのような滞留が起こらない範囲にとどめる。

これに対して、水平に配置された循環流路の上側の部分に、より多くの汚れが付着し、この汚れを水処理剤４０の物理的な洗浄作用で取り除きたい場合は、水処理剤４０の比重を水の比重よりも実質的に小さくする。これにより、水に投入された水処理剤４０の多くは、水の上層部分を流れる。このため、循環流路の上側に部分に付着した汚れを効果的に取り除くことができる。

また、水処理剤４０の比重は、必ずしも一様である必要はなく、循環のために許容される範囲内で適度にバラツキをもたせてもよい。また、水と実質同一の比重を有する水処理剤４０と、水よりも小さい比重を有する水処理剤４０と、水よりも大きい比重を有する水処理剤４０のうち、少なくとも比重の異なる２種類の水処理剤４０を所定の割合で混ぜて使用してもよい。

（水処理剤の硬度および密度）
水処理剤４０の粒の硬さ（以下、「硬度」ともいう。）は、水処理剤４０の物理的な洗浄効果を考慮すると、循環流路に損傷を与えない範囲で、できるだけ硬いことが好ましい。水処理剤４０の硬度は、水に投入する前（固形物の状態）の水処理剤４０に一定の方向から荷重を加え、水処理剤４０が破壊したときの荷重で規定することが可能である。水処理剤４０の硬度は、水処理剤４０の溶解のしやすさ（溶解度）とも関連する。すなわち、水処理剤４０の硬度を高くするには、水処理剤４０を構成する水処理薬品の粉末を高い密度で固形状に固める必要があるが、そうすると水処理剤４０を水に投入したときに、水処理剤４０に水が浸透しにくくなる。その結果、水処理剤４０が水に溶解しにくくなる。

水処理剤４０の溶解度（溶けやすさや溶けにくさの程度）や溶解時間は、水処理剤４０の構造的な工夫により、ある程度の範囲で調整することが可能である。具体的には、図８に示すように、水処理剤４０の粒を、コア部４０ａと、このコア部４０ａの表面（外面）を被覆する被覆部４０ｂと、によって構成することにより、たとえば、水処理剤４０に適度な難溶性を付与することができる。コア部４０ａは、中実構造の球形に形成されている。被覆部４０ｂは、コア部４０ａの表面全体を覆っている。この構成では、コア部４０ａと被覆部４０ｂが、いずれも水溶性を有する。また、コア部４０ａと被覆部４０ｂのうち、少なくともコア部４０ａは、粉末の水処理薬品を固形状に固めたものとなっている。また、被覆部４０ｂは、コア部４０ａよりも水に溶けにくい性質を有する。被覆部４０ｂをコア部４０ａよりも水に溶けにくくするには、たとえば、コア部４０ａと被覆部４０ｂで構成物質の成分を変えたり、各部を構成する粉末（水処理薬品）の密度を変えたりすることが考えられる。また、被覆部４０ｂの物質成分や厚さなどをパラメータとして水処理剤４０の溶解時間を調整することが可能である。

上記の循環システムでは、水処理剤４０はホッパー２１から適量ずつ供給されるが、その際に水処理剤４０の循環によって物理的な洗浄効果を得るには、水処理剤４０の溶解時間をある程度長く確保し、その溶解時間内に水処理剤４０を固形物のまま何度も循環流路を循環させることが肝要である。その場合、循環中の水を媒体とした水処理剤４０の溶解度を溶解時間で規定すると、好ましくは１０分以上、より好ましくは３０分以上、さらに好ましくは１時間以上確保するのがよい。ただし、水処理剤４０の溶解時間があまり長くなると、水処理の効果が現れるまでの時間も長くなる。このため、水処理剤４０の溶解時間については、好ましくは、４時間以下、より好ましくは２時間以下とするのがよい。

また、水処理剤４０が固形物の粒のまま循環流路を循環する回数で水処理剤４０の溶解度を規定すると、好ましくは３回以上、より好ましくは１０回以上、さらに好ましくは２０回以上にわたって循環し得るように、水処理剤４０を構成するとよい。

（水処理剤の製造方法）
上記図６に示す水処理剤４０は、造粒法を利用して製造することができる。具体的には、まず、造粒の原料として用いる粉末の水処理薬品を用意する。その際、水処理薬品が均一かつ所望の細かさの粉末になるように、必要に応じて、水処理薬品を粉砕したり分級したりしてもよい。次に、粉末の水処理薬品にバインダを混合し、この混合物を造粒することにより、当該水処理薬品を固形状に固めて粒状に形成した水処理剤４０を得る。これにより、水処理剤４０を構成する多数の粒が同時に得られる。この場合、水処理剤４０の粒をどの程度の大きさで形成するか、あるいは水処理剤４０をどのような物質で構成するか、などにより、水処理剤４０の溶解時間を調整することが可能である。

これに対して、上記図８示す水処理剤４０は、コア部４０ａを形成する第１の工程と、被覆部４０ｂを形成する第２の工程とを経て製造される。第１の工程では、上記同様に粉末の水処理薬品にバインダを混合し、この混合物を造粒することにより、当該水処理薬品を固形状に固めて粒状に形成したコア部４０ａを形成する。第２の工程では、第１の工程で得られたコア部４０ａの表面をコーティングすることにより被覆部４０ｂを形成する。被覆部４０ｂによるコーティングは、たとえば、錠剤などのコーティングと同様の方法で行うことができる。また、被覆部４０ｂの構成物質を粉末とし、この粉末にバインダを混ぜて、コア部４０ａの表面に均一に付着させてもよい。この場合は、水処理剤４０の粒をどの程度の大きさで形成するか、コア部４０ａおよび被覆部４０ｂをそれぞれどのような構成物質で構成するか、あるいは被覆部４０ｂをどの程度の厚みで形成するか、などにより、水処理剤４０の溶解時間を調整することが可能である。また、コア部４０ａおよび水処理剤４０のうち、少なくともいずれか一方は水処理薬品で構成する必要があるが、たとえば、コア部４０ａを水処理薬品で構成した場合は、被覆部４０ｂを水処理薬品以外の物質で構成してもよい。ただし、その場合でも、被覆部４０ｂを構成する物質は、水溶性であって、コア部４０ａによる水処理効果を阻害しないものとする。

（水処理方法）
続いて、本発明の実施形態に係る水処理方法について説明する。
この水処理方法は、循環流路を循環する水に水処理剤を投入して水処理を行うものであって、当該水処理剤として、上述した水処理剤４０を用いる。

以下に、上記構成の循環システムにおいて水処理を行う場合を例に挙げて説明する。
まず、冷却塔２０で冷却された冷却水は、ポンプ３０ａの駆動によって圧送されることにより、次のような経路を辿って循環する。まず、冷却塔２０を循環流路の始点および終点とすると、冷却塔２０で冷却された冷却水（低温流体）は、配管３１を通してプレート式熱交換器１０に供給される。次に、冷却水は、導管３３ａを通してプレート式熱交換器１０に導入される。次に、冷却水は、プレート式熱交換器１０内で高温流体と熱交換される。次に、冷却水は、導管３３ｂを通してプレート式熱交換器１０から導出される。次に、冷却水は、配管３２を通して冷却塔２０に戻される。以降は、同様の経路を辿って冷却水が循環する。

一方、温水などの高温流体は、図示しない外部機器から導管３４ａを通してプレート式熱交換器１０に導入される。次に、高温流体は、プレート式熱交換器１０内で低温流体と熱交換される。このため、高温流体は、プレート式熱交換器１０内で冷やされる。次に、高温流体は、導管３４ｂから導出され、元の外部機器へと戻される。

この循環システムにおいては、循環流路の一部を構成する冷却塔２０内の水に水処理剤投入装置によって水処理剤４０が投入される。具体的には、制御盤２４からの制御指令にしたがって電動ボール弁２３が開閉動作することにより、ホッパー２１内の水処理剤４０が、供給タイプ２２を通して冷却塔２０内に投入される。このとき、水処理剤４０の投入タイミングや投入量などは、制御盤２４によって制御される。

水処理剤４０の投入タイミングに関しては、制御盤２４に時計機能やタイマー機能を持たせることで制御可能となる。制御盤２４に時計機能を持たせた場合は、循環システムの稼働中に、制御盤２４が予め決められた時間で電動ボール弁２３を開閉動作させることにより、水処理剤４０の投入タイミングを制御可能となる。また、制御盤２４にタイマー機能を持たせた場合は、循環システムの稼働中に、制御盤２４が予め決められた長さの時間が経過するごとに電動ボール弁２３を開閉動作させることにより、水処理剤４０の投入タイミングを制御可能となる。ほかにも、循環流路に水を補給する際に、この補給と連動したタイミング（たとえば、水の補給タイミングと同時、またはその前後のタイミング）で水処理剤４０を投入してもよい。

水処理剤４０の投入量に関しては、制御盤２４が電動ボール弁２３を閉状態から開状態に切り替えた後、再び閉状態に戻すまでの時間の長さを変えることにより制御可能となる。また、制御盤２４が電動ボール弁２３の開度を変えることによっても、水処理剤４０の投入量を制御可能となる。

なお、水処理剤４０の投入タイミングや投入量は、オペレータの手動操作で制御することも可能である。また、あるタイミングで水処理剤４０を投入するときの投入量は、たとえば、プレート式熱交換器１０の能力や、水処理薬品の必要濃度などに応じて調整すればよい。

上述のように電動ボール弁２３の開閉動作によって冷却塔２０内に投入された水処理剤４０は、その後、循環システム内の循環流路を冷却水とともに流れる。また、投入された水処理剤４０は、すぐには溶解せずに、少なくとも循環流路を一巡するあいだは固形物の粒の状態で流れる。そして、水処理剤４０は、冷却水を溶媒として時間の経過とともに徐々に溶解していく。

その過程において、水処理剤４０の粒は、冷却水と一緒に循環流路を流れながら、循環流路の内壁部などに衝突する。特に、プレート式熱交換器１０内の流路は部分的に狭くなっているため、そのような流路の内壁部には集中的に水処理剤４０の粒が衝突する。また、それ以外の部分、たとえば、配管３１，３２の内壁などにも水処理剤４０が衝突する。このため、循環流路の内壁部にスケールやスライムなどの汚れが付着していた場合は、この汚れが水処理剤４０の衝突にともなう物理的な洗浄作用よって取り除かれる。また、水処理剤４０の粒は、循環流路を循環しながら冷却水の中に徐々に溶けていく。このため、冷却水における水処理薬品の濃度は、水処理剤４０の溶解によって徐々に上昇する。したがって、水に溶けた水処理剤４０は、スケール防止やスライム抑制などの水処理効果を発揮するようになる。

（実施形態の効果）
本発明の実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果が得られる。

本実施形態においては、循環システムの循環流路を流れる水に水処理剤４０を投入した際に、水処理剤４０が化学的な水処理効果だけでなく物理的な洗浄効果も発揮する。このため、従来の水処理薬品による水処理だけでは防ぎ切れない循環流路の汚れを、水処理剤４０の物理的な洗浄効果によって取り除くことができる。これにより、循環流路の汚れが及ぼす熱交換器の効率の低下を低減することができる。また、熱交換器を分解して洗浄する必要がなくなる。また、熱交換器を分解して洗浄するとしても、その洗浄の頻度を低減することができる。その結果、循環流路を長期にわたって洗浄な状態に維持し、循環システムの稼働率を向上させることが可能となる。また、従来では循環流路の洗浄のために必要とされていた時間とコストを削減することが可能となる。

また、本実施形態に係る水処理剤４０は水溶性であるため、たとえコア部４０ａを被覆部４０ｂでコーティングした構造にしても、これを水に投入すれば、いずれは水に溶解し、固形物として存在しなくなる。このため、水処理剤４０を水に投入した後、水処理剤４０を回収する必要がない。したがって、水処理剤４０の使用に際して、余計な手間が一切かからない。

また、本実施形態においては、水処理剤４０をコア部４０ａと被覆部４０ｂによって構成している。このため、たとえば、被覆部４０ｂをコア部４０ａよりも水に溶けにくい性質にすれば、水処理剤４０を水に投入した際に、水処理剤４０がすぐに溶けてしまうことがないよう、水処理剤４０に適度な難溶性を付与することができる。また、水処理剤４０の溶解時間を、被覆部４０ｂの厚みなどによって調整することができる。また、被覆部４０ｂをコア部４０ａよりも硬く形成した場合は、相対的に硬い被覆部４０ｂが循環流路の内壁部に衝突することになるため、水処理剤４０の物理的な洗浄効果を高めることができる。

また、循環流路を流れる水に対して、水処理剤４０の比重を、当該水の比重と実質的に同一とすれば、循環流路を流れる水の中に水処理剤４０の粒を均一に分散させ、循環流路内を隅々まで洗浄することができる。

＜第２実施形態＞
図９は本発明の第２実施形態に係る循環システムを説明する図である。本第２実施形態は、多管式熱交換器５０を用いた場合の例である。上記第１実施形態と異なる点は、第１実施形態におけるプレート式熱交換器１０の代わりに多管式熱交換器５０を用いた点にあり、その他の内容は、水処理剤の構成や製造方法、水処理方法などを含めて、上記第１実施形態と同様である。このため、本第２実施形態においては、上記第１実施形態と重複する説明を省略し、異なる点のみを重点的に説明する。

多管式熱交換器５０は、図１０にも示すように、筒状の胴体５１の内部に筒の中心軸と平行に多数の両端開口の下部伝熱管５２ａおよび上部伝熱管５２ｂが設けられたものである。多管式熱交換器５０は、胴体５１の両側が蓋体５３および５４によって塞がれている。冷却塔２０からポンプ３１ａにより送られた冷却水は、配管３１および蓋体５３を通して多管式熱交換器５０内に取り込まれる。取り込まれた冷却水は、下部伝熱管５２ａに沿って流れた後、蓋体５３に流入し、そこで折り返される。折り返された冷却水は、上部伝熱管５２ｂを沿って流れた後、蓋体５４および配管３２を通して冷却塔２０に戻される。

熱交換の対象となる高温流体は、胴体５１の中腹部に接続された高温流体導入管５５を通じて胴体５１の内部に導入され、下部伝熱管５２ａおよび上部伝熱管５２ｂと接触して熱交換した後、胴体５１に接続された高温流体排出管５６を通じて外部機器に送られるようになっている。このような多管式熱交換器５０を用いる場合には、ホッパー２１から冷却塔２０内に投入された水処理剤４０は、配管３１、下部伝熱管５２ａ、上部伝熱管５２ｂおよび配管３２を順に流れて冷却塔２０に戻り、以後同様の経路で循環する。そして、この循環中に、水処理剤４０は、上記第１実施形態の場合と同様に物理的な洗浄作用および化学的な水処理作用をなす。その際、水処理剤４０は、特に、下部伝熱管５２ａおよび上部伝熱管５２ｂに付着したスケール等を除去するなどの洗浄効果を発揮する。

上記の多管式熱交換器５０を用いて冷却水の循環システムを構成した場合は、循環流路において最も狭い流路の部分が、たとえば伝熱管５２ａ，５２ｂの部分になる。そうした場合は、冷却塔２０内の水に投入した水処理剤４０がこの伝熱管５２ａ，５２ｂを通り抜けられるように、水処理剤４０の粒の大きさは、伝熱管５２ａ，５２ｂの内径未満であればよい。一般的に、多管式熱交換器５０の伝熱管５２ａ，５２ｂの内径は１０〜２０ｍｍ程度であるため、上述したプレート式熱交換器１０に比べて、循環のために許容される水処理剤４０の粒の大きさが大きくなる。したがって、水処理剤４０による物理的な洗浄効果を長く維持させることができる。また、より大きな洗浄効果を得ることが可能となる。ただし、多管式熱交換器５０にストレーナーが設置されている場合は、このストレーナーの部分が最も狭い流路部分となるため、そこを通過し得るように水処理剤４０の大きさを設定する必要がある。

（変形例等）
本発明の技術的範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。

たとえば、上記実施形態では、水処理剤４０の形状（外観）を球状としたが、本発明はこれに限らず、たとえば、立方体、直方体、楕円形など、あらゆる立体形状を採用することが可能である。また、水処理剤４０による物理的な洗浄効果をより高めるために、たとえば図１１に示すように、表面（外表面）に複数の突起（角状）４０ｃが形成された粒状の水処理剤４０としてもよい。図示した水処理剤４０を用いた場合は、たとえば、プレート式熱交換器１０の内部において、より細かい溝などにも衝突して洗浄効果を発揮することが期待される。

また、水処理に使用する水処理剤４０の粒の大きさは、必ずしも一様な大きさで揃える必要はなく、循環のための許容される範囲内で適度にバラツキをもたせてもよい。また、水処理に使用する水処理剤４０を、図１２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、相対的に粒が大きい「大粒」、相対的に粒が小さい「小粒」、それらの中間的な大きさの「中粒」といった３種類の大きさに区分し、その中から、所望の大きさの水処理剤４０を選んで使用してもよい。また、大きさの異なる水処理剤４０を適宜選んで使用してもよい。具体的には、たとえば、「大粒」と「中粒」の組み合わせ、「中粒」と「小粒」の組み合わせ、「大粒」と「小粒」の組み合わせ、あるいは「大粒」と「中粒」と「小粒」の組み合わせといった具合に、粒の大きさが異なる水処理剤４０を組み合わせて（混在させて）投入してもよい。その場合は、粒の大きさの違いによって、各々の水処理剤４０の溶解時間に差が生じる。また、水処理剤４０の粒が循環流路の内壁部に衝突した際の衝撃力にも、粒の大きさによって差が生じる。あるいは、循環流路において、相対的に粒の小さい水処理剤４０が衝突しやすい箇所や、相対的に粒の大きい水処理剤４０が衝突しやすい箇所などが存在する場合は、粒の大きさが異なる水処理剤４０を混在させて投入することにより、循環流路をくまなく洗浄することができる。また、粒の大きさが異なる水処理剤４０の混在させる場合の割合は、均一の割合にしてもよいし、特定の大きさの水処理剤４０の割合を相対的に多く（または少なく）してもよい。この割合は、水処理剤４０を投入後、水処理効果が現れるまでの時間や、物理的な洗浄効果が持続する時間などを調整するパラメータの一つとなり得る。

また、上記実施形態においては、被覆部４０ｂを一つの層で構成したが、これに限らず、被覆部４０ｂを複数の層で構成してもよい。

また、上記実施形態においては、コア部４０ａおよび被覆部４０ｂによって水処理剤４０を構成する場合に、コア部４０ａよりも被覆部４０ｂのほうを水に溶けにくい性質としたが、これに限らず、被覆部４０ｂよりもコア部４０ａのほうを水に溶けにくい性質としてもよいし、どちらも同じ程度に水に溶けにくい性質としてもよい。

また、水処理剤の製造方法として、粉末状の水処理薬品と水とを所定の割合で混合した混合液を作製し、この混合液を所定の大きさの氷の粒に凍らせてもよい。こうして得られる水処理剤は、冷凍容器などに冷凍保存しておき、冷凍状態のまま、循環流路を流れる水に投入して使用する。これにより、循環流路への水の補給と水処理薬品の補給を、水処理剤４０の投入により、まとめて行うことができる。

また、本発明は、冷却水の循環システムだけではなく、たとえば温水の循環システムなど、水を循環させる循環システム全般に広く適用することが可能である。

また、本発明に係る水処理方法は、水処理剤４０のみを用いて水処理するだけでなく、液状や粉末の水処理薬品を併用してもよい。

また、上記実施形態においては、粉末の水処理薬品を固形状に固めて粒状に形成した水処理剤４０を例示したが、本発明はこれに限らず、液体の水処理薬品を用いて水処理剤４０を形成してもよい。具体的には、たとえば、液体の水処理薬品を粉末のバインダと混合して造粒する工程を経て、上記図６に示す水処理剤４０や、上記図８に示す水処理剤４０を得てもよい。

１０…プレート式熱交換器
１１…第１プレート
１２…第２プレート
２０…冷却塔
２１…ホッパー
４０…水処理剤
４０ａ…コア部
４０ｂ…被覆部
５０…多管式熱交換器

Claims (13)

1. 循環流路を循環する水に投入して使用される水処理剤であって、
   前記水処理剤は、前記水に投入した場合に、前記循環流路を固形物の状態で前記水とともに循環するとともに、当該循環中において、前記水に溶解する前は前記循環流路内を物理的に洗浄する作用をなし、前記水に溶解した後は前記循環流路内で水処理の作用をなすように構成されている
   ことを特徴とする水処理剤。
2. 前記水処理剤は、粉末または液体の水処理薬品を固形状に固めて粒状に形成したものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の水処理剤。
3. 前記水処理剤の粒の形状は、球形である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の水処理剤。
4. 前記水処理剤の粒の大きさは、１ｍｍ以上３ｍｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の水処理剤。
5. 前記水処理剤は、コア部と、このコア部を被覆する被覆部と、を有する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理剤。
6. 前記被覆部は、前記コア部よりも水に溶けにくい性質を有する
   ことを特徴とする請求項５に記載の水処理剤。
7. 前記被覆部は、前記コア部よりも硬く形成されている
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の水処理剤。
8. 前記被覆部は、前記コア部よりも高い密度で形成されている
   ことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の水処理剤。
9. 前記水処理剤の比重は、前記循環流路を循環する水の比重と実質的に同一である
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の水処理剤。
10. 前記水処理剤の表面に複数の突起が形成されている
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の水処理剤。
11. 粉末または液体の水処理薬品をバインダと混合して造粒する工程を経て、
    前記水処理薬品を固形状に固めて粒状に形成した水処理剤を得る
    ことを特徴とする水処理剤の製造方法。
12. 粉末または液体の水処理薬品をバインダと混合して造粒することによりコア部を形成する工程と、
    前記コア部の表面をコーティングすることにより被覆部を形成する工程と、を経て、
    前記水処理薬品を固形状に固めて粒状に形成した水処理剤を得る
    ことを特徴とする水処理剤の製造方法。
13. 循環流路を循環する水に水処理剤を投入して水処理を行う水処理方法であって、
    前記水処理剤として、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の水処理剤を用いる
    ことを特徴とする水処理方法。

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