JP3834345B2 - 電極式水処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、水管等の水の通路を通る水の改質を行う電極式水処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、水中にはカルシウムやマグネシウム等の物質が含まれ、これらのカルシウムやマグネシウム等がスケールとして析出し、この析出したスケールが通水管の内壁面に付着成長し、水の流れが悪くなる等、様々な問題が生じる。
【０００３】
このようなスケール析出を防止するものとして、図11に示すような電極式水処理装置が提案されている。この装置は、アルミニウム等の筒体１の内部に絶縁性の固定板２を配置し、この固定板２の中心部に炭素棒３を取り付けたもので、筒体１は給水管に介設され、筒体１内を通る水に、アルミニウムと炭素のイオン化傾向の違いを利用してアルミニウムと炭素間に電流を流し、この電流エネルギーにより通水する水を活性化して水の溶解度を増し、スケールの析出を防止しようとするものである。
【０００４】
しかしながら、イオン化傾向の違いによって生じる電流は非常に微弱であり、水の活性化の効果の上ではまだ不十分であり、図11に示した装置を長期間使用すると、筒体１と炭素棒３の電極面に汚れや酸化膜が付着し、水の活性化作用が弱められて、水の改質効果が失われてしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、その問題を解決するために、本出願人は、図７に示すように、ステンレスのハウジング４の内部に一対のステンレス電極５，６を間隔を介して対向配置し、この電極５，６に矩形の極性反転電圧を印加することにより、電極５，６表面に汚れや酸化膜が付き難く、水に十分な活性化エネルギーを与え、スケールの析出を長期に渡って防止することができる電極式水処理装置を提案している。
【０００６】
なお、同図において、各電極５，６には棒状の導伝体７が接続固定されており、この導伝体７は図示されていない絶縁部材を介してハウジング４に気密に取り付けられており、各電極５，６の導伝体７が制御装置８に接続され、この制御装置８に形成される極性反転駆動手段によって電極５，６に矩形の極性反転電圧が印加されるようになっている。また、図８には、図７の電極式水処理装置の外観図が示されているが、図７，８に示すように、ハウジング４の両端側には水管等に接続する接続部16が形成されている。
【０００７】
図９は制御装置８の回路を示したもので、制御装置８は電圧印加手段として機能する極性反転駆動手段９を有し、この極性反転駆動手段９は電源回路10、矩形パルス発振回路11とを有して構成されている。電源回路10は商用電源の電源電圧を降圧し、必要に応じ直流電圧に変換して電圧を矩形パルス発振回路11に加えるようになっており、矩形パルス発振回路11は、図10に示すような矩形のプラスとマイナスが反転するパルス電圧を作り出し、電極５，６に極性の反転した電圧を印加する。そうすると、電極５，６間に流れる電流は図10に示すように、時間ｔに対して周期的に変化する矩形のパルス電流となる。
【０００８】
この装置によれば、電極５，６間に流れる電流が、図10に示したような矩形状の極性反転パルス電流として与えられるために、対向した電極の極性反転切り換えが瞬間的に急激に行われることにより、スケールが電極の極性反転切り換えにより反転するときの瞬間的な慣性エネルギーにより、スケールの分子と分子の結合が切れることにより、スケールが非常に小さくなって水中に溶けるために、スケールの発生がより効果的に抑制されると考えられており、実際に、この装置を給水管に介設すれば、図11に示した装置を設けたときに比べてスケールの析出防止を長期に渡って防止できることが立証されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７の装置において、電極５，６が配設されているステンレスのハウジング４は電気伝導体であるために、電極５，６のハウジング４との距離が電極５，６同士の電極間距離以下に形成されていると、電極５，６に印加した電圧による電流が、例えば、図７の（ａ）の破線矢印に示すように、ハウジング４側に流れてしまい、電極５と電極６との間に電流が流れなくなってしまうといった問題があった。そうなると、せっかく電極５，６間に矩形の極性反転電圧を印加してもスケール析出防止効果が果たせないのである。
【００１０】
そのため、この装置においては、例えば、図７の（ｂ）に示すように、電極５，６の幅を理想的な電極幅よりもかなり小さくして電極５，６をハウジング４から遠ざけなくてはならず、そうすると、スケール防止のための水処理を行える水の割合がどうしても小さくなってしまった。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電極間に十分に電流を流すことが可能であり、それにより水に十分な活性化エネルギーを与え、スケールの析出を長期に渡って防止することができる電極式水処理装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、次のように構成されている。すなわち、本第１の発明は、ハウジング内の通水通路に間隔を介して電極を対向配置し、この電極に矩形パルス発振回路により作り出される矩形発振パルスの極性反転電圧を印加する極性反転駆動手段を設け、前記ハウジングの通路内壁を絶縁コーティングにより絶縁し、前記対向配置された両電極はその電極両端がハウジングの両端の内側近傍位置まで伸長した形態で配置され、前記ハウジング内通水通路の両端とその近傍の電極端との最短距離をいずれも電極同士の電極間距離よりも大きく形成したことを特徴として構成されている。
【００１３】
また、本第２の発明は、ハウジング内の通水通路に間隔を介して電極を対向配置し、この電極に矩形パルス発振回路により作り出される矩形発振パルスの極性反転電圧を印加する極性反転駆動手段を設け、前記ハウジングを絶縁体により形成し、前記対向配置された両電極はその電極両端がハウジングの両端の内側近傍位置まで伸長した形態で配置され、ハウジングの通水通路両端とその近傍の電極端との最短距離をいずれも電極同士の電極間距離よりも大きく形成したことを特徴として構成されている。
【００１４】
さらに、本第３の発明は、水の通路内に間隔を介して電極を対向配置し、この電極に矩形パルス発振回路により作り出される矩形発振パルスの極性反転電圧を印加する極性反転駆動手段を設け、前記電極が配設されている領域の水の通路の内壁を絶縁コーティングにより絶縁し、前記対向配置された両電極はその電極両端が前記絶縁コーティングの形成領域の両端の内側近傍位置まで伸長した形態で配置され、この絶縁コーティングされている部分と絶縁コーティングされていない部分との絶縁コーティング形成領域における両端の境界位置と、その近傍の電極端との最短距離をいずれも電極同士の電極間距離よりも大きく形成したことを特徴として構成されている。
【００１５】
【作用】
上記構成の本発明において、電極が配設されている例えばハウジング等の領域の水の通路はその内壁が絶縁されており、さらに、水の通路の内壁の絶縁コーティングされている部分と絶縁コーティングされていない部分との境界位置と、電極との最短距離が電極同士の電極間距離よりも大きく形成されているために、電極から水の通路側へ電流が流れることはなく、電極に印加された極性反転電圧による電流は確実に電極間に流れる。そして、この電流エネルギーにより水が活性化して溶解度が増し、しかも、極性反転電圧が印加されることで、水中に流れる電流の向きが反転して水中のイオンの偏在がなくなり、スケールの析出が効果的に抑制される。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、本実施例の説明において、図７，８に示した電極式水処理装置と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。図１には、本発明に係る電極式水処理装置の第１の実施例の要部構成が示されている。本実施例が図７に示した電極式水処理装置と異なる特徴的なことは、ハウジング４の通水通路内壁を絶縁膜13により絶縁コーティングして絶縁したことと、ハウジング４内通路の両端と電極５，６との最短距離（Ｂ）を電極５，６の電極間距離（Ａ）よりも大きく形成したことであり（Ａ＜Ｂ）、それ以外の構成は図７の電極式水処理装置と同様に構成されている。なお、前記絶縁膜13は、エポキシやテフロン等の絶縁体の塗料等をハウジング４内に塗装することにより形成される。
【００１７】
本実施例は以上のように構成されており、本実施例でも、図７に示した電極式水処理装置と同様に、制御装置８の極性反転駆動手段９により電極５，６に極性反転電圧が印加され、そうすると、図10に示したような矩形のパルス電流が電極５，６間に流れるが、本実施例では、ハウジング４の通水通路内壁は絶縁コーティングにより絶縁されているために、電極５，６からハウジング４に電流が流れることはない。
【００１８】
また、ハウジング４と接続される通水管25は、一般に、金属により形成されており、電気伝導体であるために、ハウジング４の通水通路内壁が絶縁されていても、ハウジング４の通水通路両端と電極５，６との最短距離（Ｂ）が電極５，６同士の電極間距離（Ａ）以下の長さだとすると、電極５，６から通水管25側に電流が流れてしまうが、本実施例では、ハウジング４内通路の両端と電極５，６との最短距離（Ｂ）が電極間距離（Ａ）よりも大きく形成されているために、電極５，６側からハウジング４の両端に接続される通水管に電流が流れるようなことはなく、前記パルス電流は確実に電極５，６間に流れる。
【００１９】
そのため、本実施例では、ハウジング４内通路を流れる水に電極５，６からの十分な電流エネルギーが加えられ、それにより、水に十分な活性化エネルギーが与えられ、水の溶解度が増し、しかも、極性反転電圧が印加されることで、水中に流れる電流の向きが反転して水中のイオンの偏在がなくなり、スケールの析出を効果的に抑制することができる。
【００２０】
図４には、本実施例の電極式水処理装置によるスケール析出抑制効果を確認するための実験装置の一例が示されており、本出願人は、このような実験装置を用いて次のような実験を行った。まず、容器20に未処理の水を入れ、容器21には、図７に示した電極式水処理装置を用いて一定時間水処理を行った水を入れ、容器22には、本実施例の電極式水処理装置を用いて一定時間水処理を行った水を入れる。なお、本実施例の電極式水処理装置による水処理の時間と前記図７の電極式水処理装置による水処理の時間とは同一時間とし、また、各容器20，21，22に入れる水の容量はいずれも等しくする。
【００２１】
次に、各容器20〜22の水に、それぞれ同じ大きさの銅板23（23ａ〜23ｃ）を入れて沈め、これらの各容器20〜22をウォーターバス24内入れ、このウォーターバス24内の水の温度を80℃として各容器20〜22の水を濃縮し、それにより、各容器20〜22の水に入れた銅板23ａ〜23ｃの表面にスケールを析出させ、そのスケールをＨの鉛筆で引っ掻いて、銅板23ａ〜23ｃへのスケールの付着の度合を確認した。その結果、容器20内の未処理の水に沈めた銅板23ａと、容器21内の、図７の電極式水処理装置により処理した水に沈めた銅板23ｂには、いずれもスケールが強固に付着し、Ｈの鉛筆で引っ掻いても殆ど傷が付かなかったが、容器22内の、本実施例の電極式水処理装置により処理した水に沈めた銅板23ｃの表面に付着したスケールは、Ｈの鉛筆により容易に銅板23ｃから剥がれ、銅板23ｃの表面が現れた。
【００２２】
図５には、図４の実験によりスケールが付着した銅板23の表面の顕微鏡写真を模写した図が示されており、同図の（ａ）は銅板23ａおよび23ｂの表面が、同図の（ｂ）には銅板23ｃの表面が示されている。これらの図から分かるように、前記未処理の水や図７の電極式水処理装置により処理した水を濃縮させたときには、銅板23の表面に針状のスケールが析出し、この針状のスケールが核となってどんどん析出成長していくが、本実施例の電極式水処理装置により処理した水を濃縮させても、針状スケールの発生は殆ど見られず、スケールの析出量も少なく、析出したスケールも球状の結晶構造のものが殆どである。このような球状のスケールは、壁面への付着力が弱く、かつ、スケールの分子と分子の結合力も弱いために、すぐに破壊して水中に溶けるので、スケールが大きく成長するということもなくなり、このように、本実施例の電極式水処理装置を用いて水処理を行えば、極めて良好にスケールの析出を抑制できることが確認された。
【００２３】
図２には、本発明に係る電極式水処理装置の第２の実施例の要部構成が示されている。本実施例が上記第１の実施例と異なる特徴的なことは、ハウジング４をエポキシ等の絶縁体14により形成し、絶縁膜13を省略したことであり、それ以外の構成は上記第１の実施例と同様に構成されている。
【００２４】
本実施例は以上のように構成されており、本実施例でも、ハウジング４の通水通路両端と電極５，６との最短距離（Ｂ）が電極５，６の電極間距離（Ａ）よりも形成されている（Ａ＜Ｂ）ために、電極５，６に印加される極性反転電圧による電流が電極５，６からハウジング４やハウジング４と接続される通水管側に流れることが抑制され、上記第１の実施例と同様の動作により同様の効果を奏することができる。
【００２５】
図３には、本発明に係る電極式水処理装置の第３の実施例の要部構成が示されている。第３の実施例が上記第１の実施例と異なる特徴的なことは、ハウジング４を設けずに、電極５，６を水の通路としての通水管25内に間隔を介して対向配置したことである。本実施例では電極５，６が配設されている領域の通水管25の内壁を、エポキシやテフロン等により絶縁コーティングし、この絶縁コーティングされている部分と絶縁コーティングされていない部分との境界位置（図のＣ）と、電極５，６との最短距離（Ｂ）が電極５，６同士の電極間距離（Ａ）よりも大きく形成されている。
【００２６】
本実施例は以上のように構成されており、本実施例でも上記第１の実施例と同様の動作により同様の効果を奏することができる。
【００２７】
なお、本発明は上記実施例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記実施例では、第１、第３の実施例の絶縁膜13を形成する絶縁体や、上記第２の実施例のハウジング４の絶縁体14をエポキシやテフロンとしたが、絶縁膜13や絶縁体14はエポキシやテフロン以外の他の絶縁材料を採用することもできる。
【００２８】
また、上記実施例では、いずれも、矩形パルス発振回路１１を有する極性反転駆動手段９を設け、電極５，６に矩形の極性反転電圧を印加するようにしたが、参考例としては、矩形パルス発振回路１１の代わりに、矩形以外の極性反転電圧を印加する極性反転駆動手段を設け、この極性反転駆動手段により電極５，６に電圧を印加して、例えば、図６に示すような滑らかな波形を有する極性反転パルス電流が流れるようにすることもできる。ただし、上記実施例のように、矩形の極性反転電圧を印加すると、極性反転が急激に行われ、この極性反転時のスケールの急激な反転慣性エネルギーにより、スケールの分子間結合が切れて、水に溶け易くなり、スケールの析出抑制効果を非常に高めることが可能となるために、矩形の極性反転電圧を電極５，６間に印加することが望ましい。
【００２９】
さらに、上記実施例では、本実施例の装置を給水管に介設する使用例で説明したが、本実施例の装置は水の改質が要求される様々な用途に使用できるものであり、例えば、上記第１，第２の実施例のように、ハウジング４を有するユニット化した電極式水処理装置を各種のタンク内等に装着し、タンク内の水の改質を行うことができる。このように、水が収容されるタンク等に浸漬して使用する場合等には、図１，２に示すように、ハウジング４に流通孔12を設け、電極配置領域に水を流通し易くする構成にしたりして、ハウジング４の形態を任意に可変設計できる。
【００３０】
さらに、上記実施例では、電源回路10に商用電源を接続したが、商用電源の代わりに電池を電源として用いてもよい。
【００３１】
さらに、本実施例では、電極５，６はステンレスを用いて形成したが、これら電極５，６の材料はステンレスに限定されるものではなく、他の材料を用いて構成することができる。これら電極５，６は水回り部分に使用されるので、水に対する耐蝕性を備えた材料により構成することが望ましい。
【００３２】
さらに、上記第１の実施例では、ハウジング４はステンレスを用いて形成したが、ハウジング４の材料はステンレスに限定されるものではなく、他の材料を用いて構成することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、電極が配設されている領域の水の通路の内壁を絶縁コーティングにより絶縁し、この絶縁コーティングされている部分と絶縁コーティングされていない部分との境界位置と、前記電極の最短距離を電極同士の電極間距離よりも大きく形成することにより、電極に極性反転電圧が印加されたときに、電極から水の通路の絶縁コーティングされていない部分へ電流が流れることを防止して、確実に電極間に極性反転電流を流すことが可能となり、この電流エネルギーにより通路内の水を活性化して水の溶解度を高め、さらに、水中のイオンの偏在をなくし、スケールの析出を長期に渡って防止することができる。
【００３４】
また、通水可能にしたハウジング内に間隔を介して電極を対向配置し、この電極に極性反転電圧を印加する極性反転駆動手段を設け、ハウジングの通路内壁を絶縁コーティングにより絶縁したり、ハウジングを絶縁体により形成した本発明においても、ハウジング内の通水通路両端と電極との最短距離を電極同士の電極間距離よりも大きく形成することにより、前記と同様に、電極からハウジングやハウジングと接続される通水管等へ電流が流れることはなく、確実に電極間に極性反転電流を流すことが可能となるために、上記と同様の効果によりスケールの析出を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電極式水処理装置の第１の実施例を示す要部構成図である。
【図２】本発明に係る電極式水処理装置の第２の実施例を示す要部構成図である。
【図３】本発明に係る電極式水処理装置の第３の実施例を示す要部構成図である。
【図４】上記第１の実施例によるスケール析出抑制効果を確認するための実験装置の一例を示す説明図である。
【図５】上記第１の実施例の装置の効果確認の実験効果を示すスケール析出結晶構造の顕微鏡写真の模式図である。
【図６】 矩形以外の滑らかな波形を有する極性反転電流を参考例としてを示す説明図である。
【図７】本出願人が以前に提案している電極式水処理装置の一例を示す断面説明図である。
【図８】図７に示した装置の外観説明図である。
【図９】図７に示した電極式水処理装置の制御回路を示すブロック図である。
【図１０】図９の回路により電極に印加される矩形の極性反転電圧を示す説明図である。
【図１１】従来の電極式水処理装置の説明図である。
【符号の説明】
４ ハウジング
５，６ 電極
８ 制御装置
９ 極性反転駆動手段
11 矩形パルス発振回路
13 絶縁膜
14 絶縁体

Claims (3)

1. ハウジング内の通水通路に間隔を介して電極を対向配置し、この電極に矩形パルス発振回路により作り出される矩形発振パルスの極性反転電圧を印加する極性反転駆動手段を設け、前記ハウジングの通路内壁を絶縁コーティングにより絶縁し、前記対向配置された両電極はその電極両端がハウジングの両端の内側近傍位置まで伸長した形態で配置され、前記ハウジング内通水通路の両端とその近傍の電極端との最短距離をいずれも電極同士の電極間距離よりも大きく形成したことを特徴とする電極式水処理装置。
2. ハウジング内の通水通路に間隔を介して電極を対向配置し、この電極に矩形パルス発振回路により作り出される矩形発振パルスの極性反転電圧を印加する極性反転駆動手段を設け、前記ハウジングを絶縁体により形成し、前記対向配置された両電極はその電極両端がハウジングの両端の内側近傍位置まで伸長した形態で配置され、ハウジングの通水通路両端とその近傍の電極端との最短距離をいずれも電極同士の電極間距離よりも大きく形成したことを特徴とする電極式水処理装置。
3. 水の通路内に間隔を介して電極を対向配置し、この電極に矩形パルス発振回路により作り出される矩形発振パルスの極性反転電圧を印加する極性反転駆動手段を設け、前記電極が配設されている領域の水の通路の内壁を絶縁コーティングにより絶縁し、前記対向配置された両電極はその電極両端が前記絶縁コーティングの形成領域の両端の内側近傍位置まで伸長した形態で配置され、この絶縁コーティングされている部分と絶縁コーティングされていない部分との絶縁コーティング形成領域における両端の境界位置と、その近傍の電極端との最短距離をいずれも電極同士の電極間距離よりも大きく形成したことを特徴とする電極式水処理装置。

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