JP3140351B2 - 電場印加水処理装置 - Google Patents

電場印加水処理装置

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JP3140351B2
JP3140351B2 JP07290604A JP29060495A JP3140351B2 JP 3140351 B2 JP3140351 B2 JP 3140351B2 JP 07290604 A JP07290604 A JP 07290604A JP 29060495 A JP29060495 A JP 29060495A JP 3140351 B2 JP3140351 B2 JP 3140351B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、冷却に用いる循環水路
やボイラ等において水路管の内壁等に付着して種々のト
ラブルを引き起こすスケールや錆の発生を未然に防止す
る電場印加水処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】冷却用の循環水路やボイラにおいては、
長時間の使用によってスケールや錆が徐々に発生し、こ
れが水路の内壁面に付着する等して種々のトラブルを引
き起こすことが知られており、これを防止するためにこ
れらの水系に化学薬品を注入してスケールや錆を化学的
に除去する方法が一般的に採用されている。しかし、こ
のように薬品を使用する方法では、薬品による二次弊害
が生じる問題があるため、これに代わる方法として特開
昭63−39690号公報や特開平5−57286号公
報に開示されているように物理的な現象を利用した水処
理装置が開発され、利用されている。具体的には、水流
路を挟むようにして異種材料からなる電極を対向設置
し、この電極間の水路に電場を印加してスケール等のイ
オン化を図ったり(特開昭63−39690号)、対向
設置した電極と永久磁石とを併用し、これら電極による
電場と永久磁石による磁場の力によってスケール等の発
生を防止したりしている(特開平5−57286号公
報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、異種材料の
電極を用いて電場の力でスケール等の発生を防止する従
来の物理的な水処理装置では、水中に含まれる硬質のカ
ルシウムやマグネシウム、シリカ等は、一方の電極の近
傍では析出する作用を受け、他方の電極の近傍では溶解
する作用を受けており、より作用の大きな析出作用によ
ってこれら成分は析出凝集して結晶成長する。この結晶
は水流路内で浮遊した状態に保持されつつ流体とともに
流れ、所望の場所で沈殿堆積することによって前記成分
のスケール化が阻止される。なお、水中の成分がいずれ
の側の電極によって析出作用を受けるかは、その成分の
種別によって異なり、例えば、炭酸カルシウムを生成す
るCa2+イオンはpH値の高いカソード側で析出作用を
受け、シリカを生成するSiO2-イオンはpH値の低い
アノード側で析出作用を受ける。
【0004】しかし、水処理装置の適用箇所によっては
特定の成分系をより確実に、また優先的に沈殿堆積させ
たい場合があり、この場合には電極間に設けた抵抗をよ
り抵抗値の少ないものに代え、電極間に流れる電流値を
上げる方法が考えられる。しかし、このような方法によ
れば、該成分を析出させる側の電極の電流値が増大する
ものの、該成分の溶解を促進させる側の電極の電流値も
増大するため、電流値の増大の割には析出作用の増大は
多くない。しかも、電流値を増大させるとアノード側の
溶解速度を高めるため、装置の寿命を縮めるという問題
があり、上記方法の採用は現実的ではない。
【0005】本発明は、上記事情を背景としてなされた
ものであり、それぞれ異種の材料からなる電極の面積を
大小に設定し、水中に含まれる硬質のカルシウムやマグ
ネシウム、またはシリカの濃度に応じて、特定の成分系
を優先的に沈殿堆積させて、適用箇所に応じて最適な条
件でスケールや錆の発生を防止することができる電場印
加水処理装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の電場印加水処理装置のうち、第1の発明
は、互いに異種の材料からなる電極を水流路を挟んで対
向配置するとともに、該水流路を挟み、前記電極対向方
向と交差する方向に磁場発生手段を対向設置し、前記各
電極の対向面積に大小を設け、この面積の相違に従って
各電極近傍の電流密度を異なるものとしたことを特徴と
する。
【0007】第2の発明の電場印加処理装置は、第1の
発明において、対向する電極の対向面積比が1:1.5
〜1:6の範囲内にあることを特徴とする
【0008】なお、本発明において、アノード、カソー
ドのいずれの電極を大にし、いずれを小にするかは、優
先的に処理をしたい成分等によって定めることができ
る。例えば、使用している水中の炭酸カルシウム硬度が
一般的な水中の炭酸カルシウム硬度よりも高いものや、
水温、pHが高い水を用いている場合にはカソード面積
をアノードよりも小さくしてカソード側の作用を強める
ことができる。また、使用している水中のシリカ濃度が
一般的な水中のシリカ濃度よりも高いものや、水温、p
Hが低い水を用いている場合にはアノード面積をカソー
ドよりも小さくしてアノード側の作用を強めることがで
きる。
【0009】また、電極を大小に設定するとともに、電
極間に接続する抵抗の抵抗値を変えるなどして電極間に
流れる電流値を調整することも可能であり、これにより
アノード、カソードでそれぞれ所望の電流密度を得るこ
とができる。なお、本発明では、第2の発明のように電
場の印加に加えて磁場をかけるのが望ましい。また、電
極面積の大小は、対向面積比で1:1.5〜1:6の範
囲内に設定するのが望ましく、さらに1:2〜1:4に
設定するのが一層望ましい。
【0010】
【作用】すなわち、本発明によれば、電極の対向面積に
大小を設けることにより面積を小とした側の電極におい
ては相対的に電流密度が大になる。この電極がカソード
である場合には、カソード近傍のpHが上昇し、通常状
態よりもpHの高い層がカソード近傍に厚く形成される
ようになり、カソード側で析出作用を受ける成分、例え
ばCa2+イオンをより強く析出させる。一方、面積を小
とした電極がアノードである場合には、アノード近傍の
pHが低下し、通常状態よりもpHの低い層がアノード
近傍に厚く形成されるようになり、アノード側で析出作
用を受ける成分、例えばSiO3 2-イオンをより強く析
出させる。一方、対向面積が大となった電極側では相対
的には電流密度が小さくなっており、他方の電極側で析
出作用を受けた成分に対する溶解作用は減少する。ま
た、この電極側では不要に電流密度が上昇することはな
いので、電極の溶解が必要以上に進行することもない。
【0011】電流密度の増大とpHの変化をカソード側
(カソード面積<アノード面積)を例とすれば、図5に
示すように、面積比が大きくなるに連れて、カソード側
の電流密度が上がり、pHも高くなっており、pHの高
い層がより厚くなっている。一方、図6は、アノード面
積<カソード面積とした場合のアノード側のpH変化を
示すグラフであり、面積比が大きくなるに連れて、アノ
ード側の電流密度が上がり、pHも低くなっており、p
Hの低い層がより厚くなっている。
【0012】以上のようにして、電場により優先的に析
出された結晶核にスケール成分が析出し結晶として成長
したり、また結晶核同士が凝集し結晶として成長する。
この結晶は処理水中で浮遊状態にあり、スケールスラッ
ジとして水流路の所望の箇所で沈殿堆積する。上記作用
により処理水中の成分がスケールとして水路壁に付着等
するのを効率的に防止することができる。
【0013】また、上記電場の印加に磁場が加わってい
るので、誘起電流を最適値に設定して、アノードおよび
カソードの電流密度を最適にすることができ、選択した
スケールをより効率的に除去することが可能になる。な
お、磁場は、ともに厚さ同方向に着磁した永久磁石を対
向設置することにより発生させることができ、この永久
磁石の使用はランニングコストの点で有利である。
【0014】次に、電極の対向面積比で望ましいとした
範囲の理由を説明する。対向面積比(1:1.5〜1:
6)は、面積を小さくした側の電極でより効率的にスケ
ール成分の析出を行わせるために設定される。ここで面
積比が1:1.5よりも小さいと、面積の大小による析
出作用の増大効果が小さく、一方、面積比が1:6より
も大きいと、pHの影響域は深くなるものの、有効作用
面積が小さくなり、かえって処理能力が低下する。した
がって、電極の対向面積比は1:1.5〜1:6が望ま
しい。また、同様の理由で、面積比の下限を1:2、上
限を1:4に限定するのが一層望ましい。
【0015】
【実施例】以下に、本発明の一実施例を図1および図2
に基づいて説明する。冷却用の循環水が流れる配管1の
内部に4つの水流路に分割する水処理装置2が配置され
ており、該水処理装置2の縦壁は、厚さ方向に着磁した
永久磁石3で構成されている。また、水処理装置2の横
壁には、表面が水流路に露出するように電極が埋設され
ており、下向きの電極5はアルミニウム合金電極で構成
され、上向きの電極6は炭素電極で構成されている。ま
た、炭素電極6は、アルミニウム電極5よりも表面積が
小さく、その対向面積比は1:4である。なお、両電極
は外部において図示しない抵抗体を介して連結されてい
る。
【0016】上記水処理装置2を設置して配管内に循環
水を流したところ、アルミニウム電極5と炭素電極6と
の電気化学的ポテンシャルの相違から、アルミニウム電
極5をアノード、炭素電極6をカソードとして両電極間
に微弱電流が流れた。また、永久磁石間に生じた磁場に
よって上記電極間と同方向に誘起電流が生じ、相乗効果
によって電極間に印加される電場の強さを高めた。な
お、この実施例では磁場を相乗的に加えるものとした
が、相殺的に加えることも可能である。
【0017】この水処理装置2では、カソード側すなわ
ち炭素電極6の表面積が小さいため、カソード側での電
流密度が大きくなっており、アノード側の電流密度が
5.7μA/cm2であるのに対し、カソード側の電流
密度は17.1μA/cm2であった。これにより通常
においてもpHが高いカソード側は、さらにpHが上が
り、pHの高い層が厚く形成された。例えば、カソード
から0.07mm離れた位置でのpHは、約8.0であ
り、カソード面積をアノードと同じにした場合のpH
7.65よりも高い値を示していた。一方、アノード側
のpHの変化は小さく、pHの低い層が薄く形成されて
いた。
【0018】この水処理装置2を長期に亘って使用した
ところ、配管1内でのスケールの発生や付着は殆ど認め
られず、一方、図示しない循環路中の水槽底部にスケー
ルスラッジの堆積が認められた。この装置によれば、従
来の装置(アノード、カソード面積が同一)に比べ炭酸
カルシウムのスケール生成が極めて少なく、スケールの
付着においても顕著な防止効果が得られた。また、アノ
ードの溶解量の増大もなく、装置寿命にも優れている。
【0019】次に、図3、4は他の実施例における水処
理装置10を示すものであり、上記実施例と異なり、ア
ノード側(アルミニウム合金電極11)の対向面積をカ
ソード側(炭素電極12)よりも小さくしたものであ
る。この装置を、シリカがスケールとして発生しやすい
ボイラに対する水処理装置として使用したところ、アノ
ード側の電流密度が増大しアノード側のpHはより低下
していた。そして、シリカのスケールの生成が確実に防
止されており、管壁へのシリカの付着も殆ど認められな
かった。なお、シリカ成分はスケールスラッジとしてブ
ロー水と共にボイラ外へ排出されていることが認められ
た。なお、この実施例では、アノード側の電流密度が増
大することによりアノードの溶解が促進されるので、電
極間に連結した抵抗の抵抗値を上げて全体の電流値を下
げることもできる。また、前記各実施例では、電極とし
て炭素電極とアルミニウム合金電極とを組合わせたもの
について説明したが、本発明としては、電気化学的ポテ
ンシャルの異なる異種の材料の組合わせであればよく、
例えば炭素電極とチタン電極とを組合わせて使用するこ
ともできる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電場印加
装置によれば、互いに異種の材料からなる電極を水流路
を挟んで対向配置するとともに、該水流路を挟み、前記
電極対向方向と交差する方向に磁場発生手段を対向設置
し、前記各電極の対向面積に大小を設け、この面積の相
違に従って各電極近傍の電流密度を異なるものとしたの
で、装置の寿命を損なうことなく、一方の電極側の電流
密度を上げて特定の成分に対する処理能力を向上させる
ことができる。また、電場の印加に加えて磁場発生手段
で磁場が与えられているので、水流路に流れる微弱電流
を最適値に調整することが容易にでき、スケールの防止
効果をより効率的にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の使用例を示す斜視図であ
る。
【図2】 同じく実施例の一部側面断面図である。
【図3】 本発明の他の実施例を示す斜視図である。
【図4】 同じく側面断面図である。
【図5】 本発明による小面積の電極(カソード)近傍
のpH変化を示すグラフである。
【図6】 本発明による小面積の電極(アノード)近傍
のpH変化を示すグラフである。
【符号の説明】
2 水処理装置 3 永久磁石 5 アルミニウム合金電極 6 炭素電極 10 水処理装置 11 アルミニウム合金電極 12 炭素電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 昇 千葉県四街道市鷹の台1丁目3番 株式 会社日本製鋼所内 (72)発明者 小田 吉昭 東京都府中市日鋼町1番1 株式会社日 本製鋼所内 (72)発明者 松田 正一 東京都府中市日鋼町1番1 株式会社日 本製鋼所内 (56)参考文献 特公 平3−4279(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C02F 5/00 610 C02F 1/46 - 1/48

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに異種の材料からなる電極を水流路
    を挟んで対向配置するとともに、該水流路を挟み、前記
    電極対向方向と交差する方向に磁場発生手段を対向設置
    し、前記各電極の対向面積に大小を設け、この面積の相
    違に従って各電極近傍の電流密度を異なるものとしたこ
    とを特徴とする電場印加水処理装置
  2. 【請求項2】 対向する電極の対向面積比が1:1.5
    〜1:6の範囲内にあることを特徴とする請求項1記
    の電場印加水処理装置
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014014964A (ja) * 2012-07-06 2014-01-30 Recycle Factory Co Ltd 軽量樹脂製フィルムの洗浄装置
KR101900006B1 (ko) * 2016-12-27 2018-09-18 (주)유성 연소로의 재 배출장치

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