JP3157438B2 - 電場印加水処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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等の循環水系
では、長時間の使用によってスケールが徐々に発生し、
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。例えば、循環水系の配管等に組み込まれて
いる熱交換器内の伝熱面や配管に付着し、熱交換効率の
低下や配管の閉塞、錆の発生等を引き起こす。このた
め、水処理装置によって循環水に電場や磁場を作用させ
てスケールの発生を未然に防止する方法が開発されてい
る。

【０００３】具体的には、水通路を挟むようにして電気
化学ポテンシャルの異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たり（特開昭６３−３９６９０
号公報等）、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を作用
させたりする方法が提案されている（特開平５−５７２
８６号公報等）。循環水に含まれるスケール成分は、上
記のようにして電場や磁場の作用を受けるとスケールに
なる代わりに結晶として成長し、循環水とともに浮遊状
態で移動する。この結晶は、循環水系にあるタンクの底
部等にスラッジとして堆積するので、これを回収するこ
とによってスケールの発生が防止される。

【０００４】また、本願発明者達の研究によれば、電場
の印加に際しては電極間に外部抵抗体を接続して電極間
に微弱電流を流すのが有効であることが判明しており、
さらには、磁場の力を併用するのが一層望ましいことも
明らかになっている。なお、電極間に流れる電流値は、
異種電極の電気化学的ポテンシャル差と外部抵抗の抵抗
値により決定され、これに基づいてほぼ一定の電流が電
極間に流れることになる。ただし、一般に電極の種別の
組み合わせはそれほど多くはないので、所定の電流値を
得る方法としては、所定の抵抗値を有する外部抵抗体を
使用することによって対応している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、循環水
系のスケール成分は、常に一定濃度に保たれているわけ
ではなく、水質や循環水系装置の作動状況、水処理の経
過時間等によって変動する。また、既存の循環水系に、
稼働後、相当期間を経て水処理装置を取り付ける場合も
少なくなく、このような場合、循環水系には既に相当の
量のスケール成分が蓄積している。ところが、上記した
ように電極間に流れる電流値は一定であり、所定濃度の
スケール成分を想定して電流値を定めざるを得ない。し
かし、スケール成分濃度がこの想定値を越えている場合
には、処理能力が不足しており、このためスケール成分
が徐々に蓄積してスケールの防止効果が十分に得られな
いという問題がある。また、上記想定値を上げて、電極
間に大きな電流を流して水処理を行うことも可能である
が、電流値を上げるとアノードの溶出が促進されて装置
の寿命が大幅に短くなるという問題がある。

【０００６】 本発明は以上のような課題を解決するた
めになされたものであり、水通路における電気伝導度を
検知する電気伝導度測定手段を設けた上で、異種材料よ
りなる一対の電極間に可変抵抗器を接続することによ
り、水中に含まれる硬質のカルシウムやマグネシウム、
シリカ等の濃度に応じて、電極間の抵抗を変化させ、で
きるだけアノードの溶出を少なくして、効率よくスケー
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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の電場印加水処理装置のうち第１の発明は、
水通路に面し、かつこれを挟むように、互いに電気化学
ポテンシャルの異なる異種の電極が対向配置されている
とともに、該電極間に微弱電流を流し、かつ該電流値を
調整できるように、該電極間が抵抗値を可変とした外部
抵抗器で接続されており、さらに、前記水通路における
電気伝導度を検知する電気伝導度測定手段が設けられて
いることを特徴とする。第２の発明は、第１の発明にお
いて、水通路を挟み、かつ前記電極の対向方向と交差す
る方向に、互いに異極の磁極を対向設置したことを特徴
とする。第３の発明は、第１または第２の発明におい
て、電気伝導度測定手段の出力に基づいて外部抵抗器の
抵抗値を調節する抵抗器制御手段を有することを特徴と
する。

【０００８】なお、本発明に用いられる電極は、互いに
電気化学ポテンシャルが異なることにより相対的に卑と
貴になる導電性のものが用いられる。したがって、その
材質や組み合わせが特定のものに限定されるものではな
い。例えば、卑の電極としてはＡｌ、Ｔｉ、Ｎｉ等を使
用することができ、貴の電極としては、炭素、ステンレ
ス鋼、Ｐｔ等を使用することができる。また、上記電極
に加え、水通路を挟んで対極となる磁極を配置するのが
望ましい。この磁極は、永久磁石や電磁石の配置によっ
て出現させることができる。磁極は電極の対向方向と交
差する方向に対向配置することにより、磁場の作用およ
び水流によるホール電位が生じ、電極間電場と同方向ま
たは逆方向に誘起電流を生じさせて、電場の強さを相乗
的または相殺的に変えることができる。上記した磁極と
電極は単独で設置してもよいがスラッジを効率よく生成
するために併設するのが望ましい。また、磁極と電極
は、対となるものを単数だけでなく複数設置してもよ
く、複数設置に際しては水通路に対し並列または直列に
設置することができる。また、これら磁極または電極
は、通常は管路に設けられるが、本発明ではその設置箇
所は特に限定されない。

【０００９】 上記電極間に接続される外部抵抗器とし
ては、抵抗値を連続的に変えることができる可変抵抗器
や複数の抵抗体を切り替えるなどして不連続的に抵抗値
を変えることができる抵抗器を例示することができ、要
は、抵抗値を随意に変更できる抵抗器であればよい。ま
た、水処理装置には、処理水の電気伝導度を測定する電
気伝導度測定手段を設ける。この測定手段は、処理水の
伝導度を測定できれば、設置箇所は特に限定されない
が、できるだけ電極や磁極に近い位置が望ましい。この
測定手段により処理水中のスケール成分の濃度を間接的
に知ることができる。測定手段には、電気伝導度を表示
する手段を設けることができ、これにより目視により電
気伝導度、すなわち、スケール成分濃度を知ることがで
きる。

【００１０】さらに、所望により使用する抵抗器制御手
段は、上記測定手段の出力やタイムテーブル等に基づい
て外部抵抗器の抵抗値を制御するものであり、通常は、
外部抵抗器を制御するモータやソレノイド等のアクチュ
エータを有している。上記制御手段は、タイマを用いて
アクチュエータ等を操作することも可能であるが、通常
は、判定部と操作部とを有し、これらの機能に基づいて
アクチュエータ等を操作する。判定部では、予め電気伝
導度データや経過時間データを設定してこれらを判定基
準として記憶しておき、これらの記憶データと電気伝導
度や経過時間等の実測データとを比較して、判定基準に
基づいて外部抵抗器の操作が必要かどうかを判定し、必
要と判定した場合に操作部に所定の操作指示を与える。
この操作指示は、前記判定基準とともに予め判定部に与
えておく。操作部では、この操作指示に従ってアクチュ
エータ等を操作し、外部抵抗器の抵抗値を変更する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の一形態を
添付図面に基づき説明する。冷却用循環水が流れる配管
１の内部に水処理装置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板状の永久磁石３…
３で構成されている。永久磁石３、３は、対向する永久
磁石と対向面が互いに異極になるように配置されてお
り、この実施例では図示（図２）左方磁石の内面がＳ
極、右方磁石の内面がＮ極になっている。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、上側に配置した下向き電極はアルミ
ニウム電極４ａで構成され、下側に配置した上向き電極
は炭素電極４ｂで構成されている。なお、水処理装置２
の縦壁および横壁の外方には、配管１との隙間を塞ぐ隔
壁２ａが設けられており、処理水は、水処理装置２の内
部のみを通過するようにしてある。

【００１２】また、上記両電極間には外部において、可
変抵抗器５が直列に接続されている。この可変抵抗器５
は、配管１の外部に設置されており、回転つまみ５ａの
操作で抵抗値を変更することができる。さらに、上記配
管１内には、配管１内を流れる処理水の電気伝導度を測
定する伝導度測定器６が設置されており、該測定器６の
測定結果は、配管１の外部に設けたメータ６ａに表示さ
れるようになっている。上記測定器６とメータ６ａとに
よって電気伝導度測定手段が構成されている。

【００１３】上記水処理装置２を設置して配管１内に循
環水を流すと、アルミニウム電極４ａと炭素電極４ｂ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４ａをアノード、炭素電極４ｂをカソードとして両電
極間に微弱電流が流れ、電場が生じる。また、永久磁石
３、３間には磁場が生じ、水流によるホール効果によっ
て上記電極間電場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る。

【００１４】また、処理水の電気伝導度が測定器６で測
定され、その値がメータ６ａに表示される。上記したス
ケール成分濃度と電気伝導度とは良い相関関係を有して
おり、例えば、処理水中のカルシウム硬度（ｐｐｍ）と
電気伝導度との関係を図４に示すと、ほぼ比例した関係
を有している。したがって、メータ６ａの表示を目途に
して処理水中のスケール成分濃度を知ることができる。
また、上記相関関係を基にメータ６ａの目盛りに予めス
ケール成分濃度を表示しておくことも可能である。

【００１５】なお、水処理装置２の稼働初期には、処理
水中には比較的多くのスケール成分が含まれている場合
が多く、この場合には可変抵抗器５の抵抗値を小さくし
て電極間に流れる電流値を大きくすることができる。電
流値を大きくすると、電場の作用が増し、各電極近傍の
ｐＨ値をより大きく変化させる。例えば、カソードでは
ｐＨを上げ、アノードではｐＨを下げる。その一例を図
５で示すと、電流値の増加に伴い、カソード近傍のｐＨ
が大幅に増加しており、このｐＨ値がスケール成分の結
晶化に大きく寄与することになる。図６は、電流値によ
るスケール成分低減効果の実例を示すものであり、水処
理開始後、１２０時間経過した時点におけるスケール成
分濃度を電流値との関係で示している。図６から明らか
なように電流値を増大させる程、スケール成分がより多
く低減されており、ほぼ電流値に比例して効果が増大し
ている。

【００１６】したがって、スケール成分が多く含まれる
場合（稼働初期やスケール成分濃度が増大したとき等）
には、可変抵抗器５の抵抗値を下げて電流値を上げるこ
とにより処理能力を上げる。一方、スケール成分濃度が
減ったりして多く含まれない場合には、抵抗値を大きく
してスケール成分濃度に合った最適な電流値にすること
により、アノードの溶出をできるだけ抑えて効率的に水
処理を行うことができる。これによりスケールの発生を
効果的に防止できるとともに、水処理装置の寿命を大幅
に延ばすことができる。なお、上記実施形態では、処理
水の電気伝導度に基づいて可変抵抗器の抵抗値を調整す
るものとしたが、電気伝導度によらず、水処理装置の設
置経過期間等に基づいて可変抵抗器の抵抗値を調整する
こともできる。

【００１７】次に、図７は他の実施形態の外部抵抗器１
０を示すものであり、該外部抵抗器１０は、アルミニウ
ム電極４ａと炭素電極４ｂ間に直列に接続されている。
外部抵抗器１０は、切り替えスイッチ１０１とそれぞれ
抵抗値が異なる抵抗体１０ａ、１０ｂ、１０ｃで構成さ
れており、切り替えスイッチ１０１の操作によって抵抗
値を変更するように構成されている。この実施形態で
も、前記実施形態と同様に、処理水の電気伝導度に基づ
いて抵抗値を変えたり、処理装置の設置経過後の期間等
に基づいて抵抗値を変えたりすることができる。

【００１８】図８は、さらに他の実施形態を示すもので
あり、その一部は第一に説明した実施の形態と構成を共
通しており、共通の構成については同一符号を付して説
明を省略する。伝導度測定手段６は、その出力を伝える
ように抵抗器制御手段１５に接続されており、該抵抗器
制御手段１５は判定部１５ａと操作部１５ｂとアクチュ
エータ１５ｃとによって構成されており、アクチュエー
タ１５ｃは外部抵抗器１６を操作して外部抵抗器１６の
抵抗値を変更する構成からなっている。上記判定部１５
ａには、予め判定基準となる電気伝導度データが記憶さ
れており、さらに操作指令データが合わせて記憶されて
いる。この判定部では、一義的に判定基準として電気伝
導度データを使用する他に、経過時間データと関連付け
た電気伝導度データ等を判定基準とすることもでき、例
えば、経過時間データによっては基準となる電気伝導度
データを異なるものとする。これにより経時的に変化す
るスケール成分濃度に応じて効率的な水処理を行うこと
を可能にする。操作部１５ｂでは、判定部１５ａからの
指令に従ってアクチュエータ１５ｃを作動させる。アク
チュエータ１５ｃは、外部抵抗器１６を操作して所定の
抵抗値が得られるようにする。

【００１９】水処理の開始に際しては、外部抵抗器１６
の抵抗値は初期値に設定されており、水処理開始後は処
理水の電気伝導度が電気伝導度測定手段６で逐次測定さ
れ、その出力は抵抗器制御手段１５へと送られる。抵抗
器制御手段１５では、判定部１５ａでこの伝導度データ
と基準データとを比較し、外部抵抗器１６の操作が必要
かどうかを判定する。この判定に際し、例えば、測定伝
導度データが基準データよりも数値が高いと処理水中の
スケール成分濃度が多くなっており、その乖離の程度が
小さい場合には変更は不要であるが、乖離程度が大きい
場合には処理能力の向上が必要である。したがって、判
定部１５ａでは抵抗値を低くする必要ありとの判定がな
され、測定データと基準データの乖離程度等から判定
し、目標値を定める。判定部１５ａでは、この判定結果
から操作部１５ｂへと操作指令を送る。操作部１５ｂで
は、この操作指令に従って、アクチュエータ１５ｃに所
定の操作内容を送る。アクチュエータ１５ｃは、この操
作内容に従って作動し、外部抵抗器１６の抵抗値を目標
値に調整する。これにより、水処理装置では、処理水中
のスケール成分濃度に適した電流値で水処理を行うこと
ができる。

【００２０】一方、前記した判定部１５ａの判定におい
て測定データが基準データよりも低い場合には、処理水
中のスケール成分濃度は小さくなっており、両データの
乖離の程度に従って操作命令を発する。例えば、乖離の
程度が小さく、外部抵抗器１６の操作が必要ない場合に
は、何らの操作指令を発することなく同条件で処理を続
行する。他方、両データの乖離の程度が大きい場合に
は、必要以上の電流が電極間に流れており、アノードの
溶出が必要以上に進行しているので、電極間の電流値を
下げる必要がある。判定部１５ａでは、上記と同様にし
て測定データと基準データの乖離程度等から目標値を定
め、判定部１５ａから操作部１５ｂへ操作指令を送る。
操作部１５ｂはアクチュエータ１５ｃを作動させ、外部
抵抗器１６の抵抗値を目標値にまで下げる。以上の制御
により、伝導度の測定によって自動的に外部抵抗器の抵
抗値を制御することができ、アノードの溶出をできるだ
け抑えて効率的に水処理を行うことが可能になる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の電場印加水
処理装置によれば、水通路に面し、かつこれを挟むよう
に、互いに電気化学ポテンシャルの異なる異種の電極が
対向配置されているとともに、該電極間に微弱電流を流
し、かつ該電流値を調整できるように、該電極間が抵抗
値を可変とした外部抵抗器で接続されており、さらに、
前記水通路における電気伝導度を検知する電気伝導度測
定手段が設けられているので、伝導度の測定によって処
理水中のスケール成分濃度を容易に知ることができ、該
スケール成分濃度等に合わせて電極間に流れる電流値を
容易に変更することができ、効率的な水処理を可能にす
る。さらに、外部抵抗器の抵抗値を調節する抵抗器制御
手段を設ければ、伝導度等のデータに基づいて外部抵抗
器の制御を行うことが可能になり、より的確かつ効率的
な水処理を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明の一実施形態を示す側面断面
図である。

【図２】 図２は、同じく正面断面図である。

【図３】 図３は、同じく側面図である。

【図４】 図４は、同じく電気伝導度とスケール成分濃
度との関係を示すグラフである。

【図５】 図５は、同じく電極間電流値が電極部近傍の
ｐＨに及ぼす影響を示すグラフである。

【図６】 図６は、同じく電極間電流値がスケール成分
減少に及ぼす影響を示すグラフである。

【図７】 図７は、他の実施形態における外部抵抗器を
示す概略図である。

【図８】 図８は、さらに他の実施形態における伝導度
測定手段から外部抵抗器に至る制御関係を示すブロック
図である。

【符号の説明】

２ 水処理装置 ３ 永久磁石 ４ａ アルミニウム電極 ４ｂ 炭素電極 ５ 可変抵抗器 ６ 伝導度測定器 ６ａ メータ １０ 外部抵抗器 １５ 抵抗器制御手段 １５ａ 判定部 １５ｂ 操作部 １５ｃ アクチュエータ １６ 外部抵抗器

───────────────────────────────────────────────────── 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 特開 平７−185560（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−109697（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 5/00 610 C02F 1/46 - 1/48

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水通路に面し、かつこれを挟むように、
   互いに電気化学ポテンシャルの異なる異種の電極が対向
   配置されているとともに、該電極間に微弱電流を流し、
   かつ該電流値を調整できるように、該電極間が抵抗値を
   可変とした外部抵抗器で接続されており、さらに、前記
   水通路における電気伝導度を検知する電気伝導度測定手
   段が設けられていることを特徴とする電場印加水処理装
   置
2. 【請求項２】 水通路を挟み、かつ前記電極の対向方向
   と交差する方向に、互いに異極の磁極を対向設置したこ
   とを特徴とする請求項１記載の電場印加水処理装置
3. 【請求項３】 電気伝導度測定手段の出力に基づいて外
   部抵抗器の抵抗値を調節する抵抗器制御手段を有するこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の電場印加水処
   理装置