JP4625884B2 - スケール析出抑制装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、内部に水が流れる配管や装置内にスケールが析出するのを抑制するスケール析出抑制装置および方法に関する。

水中にはカルシウムやマグネシウム等の成分が含まれているため、クーリングタワー、熱交換器、ボイラー等の水循環系においては、水中に含まれるカルシウムやマグネシウム等の成分がスケールとして析出することが知られている。また、循環系に限らず、浴場、プールなどの給水系の配管などにもスケールが析出することがある。このスケールが管壁の内面や各種機器の内壁に付着すると、水の流れが悪くなるなどの問題が生じる。

スケールが析出することを抑制する装置としては、たとえば、特許文献１、２に記載されているような電極式のスケール析出抑制装置が知られている。電極式のスケール析出抑制装置は、通水管内に対向配置した１対の電極に電圧を印加することによって、その１対の電極間を通過する水に溶解しているカルシウム等を微細な多面体結晶へと成長させるものである。多面体結晶となると、結晶同士の結合力が弱くなるので、大きなスケールへと成長することが抑制されるのである。

また、電極式以外のスケール析出抑制装置としては、磁気式などの他の物理的方式のものが知られており、さらに、薬剤を投入して化学的にスケール析出を抑制するものも知られている。

そして、これらのスケール析出抑制装置においては、スケールを生成する物質が電荷を帯びていることを利用して、水中の導電率を測定して水中のスケール濃度を監視するようになっているものがある。特許文献１および２の装置も導電率を測定しており、また、特許文献１および２の装置の場合には、測定した導電率が高くなると、すなわち、水中のスケール濃度が高くなると、水を自動的に補給してスケール濃度を低下させる機能をも備えている。

ところで、特許文献１の装置の場合、導電率は水処理用の一対の電極を用いて測定している。しかし、そのように、水処理用の電極を用いて導電率を測定するようにすると、水処理用の電極に異常が生じている場合には、導電率の測定誤差が大きくなってしまい、その結果、水の補給が適切に行われないなどの問題が生じる可能性がある。そこで、特許文献２の装置は、水処理用の電極とは別に導電率センサを備えている。このようにすることにより、水処理用の電極が異常であっても精度の良い導電率を測定することができ、また、導電率センサを用いて測定した導電率と、水処理用の電極を用いて測定した導電率との差から、水処理用の電極の異常を診断することもできるようになる。
特開平８−２９９９８９号公報 特開２００２−３３６８６１号公報

しかし、導電率センサを用いて水の導電率を測定する場合にも、導電率センサのカソードにスケールが付着してしまうという問題が生じることがあった。そして、導電率センサのカソードにスケールが付着してしまうと、やはり、精度のよい導電率測定できなくなってしまう。

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、所定の水処理を行って水中のスケール析出を抑制している装置または方法において、水中のスケール濃度を測定するための導電率センサのカソードにスケールが付着することを抑制することにある。

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を見出した。すなわち、導電率センサのカソードにスケールが付着するのは、カソードがグランドに接続されているため、カソードと金属部（金属配管や電極式の装置である場合には水処理用の電極等）との間に電位差が生じ、その電位差によって、プラス電荷を帯びているスケールを生成する成分がカソードに引き寄せられることが原因であることを見出した。

なお、本出願人が導電率センサのカソードにスケールが付着することを確認したのは、電極式のスケール析出抑制装置のみであるが、上述の考えに従えば、その他の物理式の装置や、化学的方法によってスケール析出を抑制する装置および方法にも、本発明は適用できる。本発明は、かかる知見に基づいて為されたものである。

すなわち、前記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、スケール析出抑制装置として電極式の装置を用いた発明である。すなわち、請求項１記載の発明は、処理される水が通水される通水管内に間隔を隔てて対向配置され、電圧が印加されることによりその通水管内の水を活性化させてスケールが析出することを抑制する一対の水処理用電極と、その通水管内に対向配置されるアノードおよびカソードを備え、その通水管内の水の導電率を測定する導電率センサとを有する電極式のスケール析出抑制装置であって、前記導電率センサのカソードとグランドとの間を切断する第１スイッチと、前記導電率センサのアノードと電源との間を切断する第２スイッチとを備えていることを特徴とする。

この請求項１記載の発明は、導電率センサのカソードとグランドとの間を切断する第１スイッチと、導電率センサのアノードと電源との間を切断する第２スイッチとを備えており、第１スイッチをオフにすることにより、導電率センサのカソードを含む電気回路が切断されることから、カソードには電流が流れない。そのため、第１スイッチをオフにすれば、水中にプラス電荷を帯びた状態で溶存しているカルシウムイオンやマグネシウムイオンなどのスケールを生成する物質がカソードに引き寄せられることがなくなるので、カソードにスケールが付着することを抑制できる。また、水処理用電極に電圧が印加されているときに、第１スイッチおよび第２スイッチをオフにすれば、水処理中に、導電率センサの一対の電極が水処理用電極と干渉してしまうことも防止できる。

請求項２記載の方法は、請求項１記載の発明のように、導電率センサの一対の電極に対してそれぞれスイッチが設けられている装置に適用できる発明である。

すなわち、請求項２記載の発明は、処理される水が通水される通水管内に対向配置された一対の水処理用電極に電圧を印加することによって、通水管内の水を活性化させてスケールの析出を抑制しつつ、通水される水中のスケール濃度を判断するために、前記通水管内に配置される一対のアノードおよびカソードを有する導電率センサを用いてその通水管内の導電率を逐次測定するスケール析出抑制方法であって、前記水処理用電極に電圧が印加されているときは、前記導電率センサのカソードとグランドとの間に設けられた第１スイッチ、および、その導電率センサのアノードと電源との間に設けられた第２スイッチをオフにすることを特徴とする。このようにすれば、導電率測定時以外は、カソードにスケールが付着することが抑制され、また、水処理中に、導電率センサの一対の電極が水処理用電極と干渉してしまうことも防止される。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。図１は、本発明が適用された電極式スケール析出抑制装置１０の要部構成を示す図である。

電極式スケール析出抑制装置１０は、クーリングタワー、熱交換器、ボイラー等の水循環系の配管が両側に接続される円管状の通水管１２を有している。通水管１２は、円管状の亜鉛めっき鋼管であり、両端が開口しており、また、長手方向の両端にはフランジ部１２ａが形成されている。

この通水管１２内には、一対の水処理用電極１４、１４が対向配置されている。水処理用電極１４は矩形平板状であり、その幅方向および長手方向の中央に導電棒１６の一方の端が固定されている。この導電棒１６は、通水管１２を垂直に貫通して他方の端が通水管１２から突き出している。なお、導電棒１６は図示しない絶縁部材を介して通水管１２に固定されており、また、その絶縁部材により通水管１２の液密状態が保持されている。

通水管１２には、さらに、上記一対の水処理用電極１４の一方に隣接する位置に導電率センサ２０が取り付けられている。導電率センサ２０は、周知構造のものであり、通水管１２に固定される絶縁性のハウジング２２と、そのハウジング２２に固定されているアノード２４およびカソード２６を備えている。このアノード２４およびカソード２６の材質はＳＵＳ３０４である。

上記カソード２６は、第１スイッチとして機能している第１リレー３０を介して接地されており、アノード２４は、第２スイッチとして機能している第２リレー３２を介して制御装置４０と接続されている。また、前述の一対の水処理用電極１４は、それぞれ、第３リレー３４および第４リレー３６を介して制御装置４０と接続されている。

制御装置４０は、上記第１乃至第４リレー３０、３２、３４、３６の開閉状態を制御するとともに、商用電源５０から供給される電圧を降圧して一対の水処理用電極１４に所定の交流矩形波を印加したり、導電率センサ２０へ所定の電圧を印加して、そのときの電流値から通水管１２内を流れる水の導電率を測定したりする。

また、制御装置４０は、水補給弁５２および排水用ブロー弁５４を開閉制御できるようになっており、導電率センサ２０を用いて測定された導電率が所定の値よりも高くなった場合には、水中のスケール濃度が高くなったことを意味することから、希釈によりスケール濃度を低下させるために、水補給弁５２を開いて水を補給し、また、水を補給するだけでは希釈が不十分である場合には、排水用ブロー弁５４を開いて循環系内の水を排水するとともに、水補給弁５２を開いて新しい水を補給する。

パソコン５６は、制御装置４０と接続および切り離し可能とされており、水処理用電極１４に印加する出力電圧および出力電流の設定し、また、導電率センサ２０によって測定された導電率が表示される。

図２は、上記制御装置４０の内部構成を示すブロック部である。制御装置４０は、電源回路４１、矩形パルス発振回路４２、導電率決定回路４３、リレー制御回路４４、弁制御回路４５、およびタイマ回路４６を備えている。

電源回路４１は、商用電源５０の電圧を所定の電圧値に降圧し、且つ、直流に変換する。この電源回路４１で直流に変換された電流は、第２リレー３２を介して導電率センサ２０のアノード２４へ供給される。

矩形パルス発振回路４２は、商用電源５０から、図３に示すような所定周期毎にプラスとマイナスが反転するパルス電圧を作り、一対の水処理用電極１４に印加する。一対の水処理用電極１４にこのパルス電圧が印加されることにより、一対の水処理用電極１４の間の水が活性化され、水中に溶存するカルシウム等は多面体の微結晶へと短時間で成長する。しかし、多面体結晶であるため、結晶同士が結合して大きな結晶すなわち大きなスケールへと成長したり、管内壁に付着したりすることが抑制されるのである。

なお、スケールは負極に向けて移動するが、このように、一対の水処理用電極１４に印加される電圧の極性が所定周期毎に反転させられる場合、スケールの移動方向も所定周期毎に反転させられるようになるので、水処理用電極１４へスケールが付着することが抑制される。

導電率決定回路４３は、アノード２４の電位およびアノード２４とカソード２６との間の電流を検出し、さらに、それらに基づいて、アノード２４とカソード２６との間の抵抗値の逆数である導電率を決定する。

弁制御回路４５は、上記導電率決定回路４３で決定された導電率が所定値よりも高い場合には、水補給弁５２および排水用ブロー弁５４を開いて水の補給または入れ替えを行って、水中のスケール濃度を低下させる。

タイマ回路４６は、所定の水処理期間が経過したときにリレー制御回路４４に切り替え信号を出力し、また、その切り替え信号を出力してから所定の導電率測定期間が経過したときにも切り替え信号をリレー制御回路４４に出力する。上記水処理期間および導電率測定期間は、パソコン５６によって設定されるようになっており、たとえば、水処理期間は１４分、導電率測定期間は１分に設定される。

リレー制御回路４４は、タイマ回路４６から切り替え信号が供給される毎に、第１リレー３０および第２リレー３２はオンであり第３リレー３４および第４リレー３６はオフの状態と、反対に、第１リレー３０および第２リレー３２はオフであり第３リレー３４および第４リレー３６はオンの状態とを切り替える。

従って、１対の水処理用電極１４に極性が周期的に反転する矩形波が印加されているときは、第１リレー３０および第２リレー３２はオフとなっているので、その状態では、アノード２４およびカソード２６に電流が流れず、また、導電率が測定されているときは、反対に、第３リレー３４および第４リレー３６がオフとなっているので、一対の水処理用電極１４には電流が流れない。従って、水処理用電極１４および導電率センサ２０の電極２４、２６が互いに干渉してしまうことが防止される。

なお、水処理中の電極の干渉を防止するためだけであれば、アノード２４側の第２リレー３２をオフにするだけでもよいのであるが、カソード２６をグランドと接続したままとすると、水処理用電極１４や亜鉛めっき鋼管製の通水管１２との間に大きな電位差が生じ、その電位差によってプラス電荷を帯びているスケールを生成する物質がカソード２６に引き寄せられてしまい、その結果、カソード２６にスケールが析出する恐れがある。しかし、本実施形態では、カソード２６とグランドとの間に設けた第１リレー３０もオフにしていることから、カソード２６と水処理用電極１４や通水管１２との間の電位差は極めて小さくなるので、カソード２６にスケールが析出することが抑制される。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

たとえば、前述の実施形態では、水処理中の電極間の干渉を防止するために、アノード２４と電源５０との間に第２リレー３２を設けており、水処理用電極１４に電圧を印加しているときは、その第２リレー３２をオフにしていたが、水処理用電極１４と導電率センサ２０を干渉しない程度に離して設置する場合には、この第２リレー３２を設ける必要はない。なお、スケールを生成する成分はプラス電荷を帯びているため、第２リレー３２を設けなくても、アノード２４にスケールが付着することはないので、第２リレー３２を設けないことによって、導電率測定の精度が低下することはない。

本発明が適用された電極式スケール析出抑制装置１０の要部構成を示す図である。 図１の制御装置４０の内部構成を示すブロック部である。 図２の矩形パルス発振回路４２で生成されるパルス波を示す図である。

符号の説明

１０：電極式スケール析出抑制装置
１２：通水管
１４：水処理用電極
２０：導電率センサ
２４：アノード
２６：カソード
３０：第１リレー（第１スイッチ）
３２：第２リレー（第２スイッチ）
５０：商用電源

Claims (2)

1. 処理される水が通水される通水管内に間隔を隔てて対向配置され、電圧が印加されることによりその通水管内の水を活性化させてスケールが析出することを抑制する一対の水処理用電極と、
   その通水管内に対向配置されるアノードおよびカソードを備え、その通水管内の水の導電率を測定する導電率センサと
   を有する電極式のスケール析出抑制装置であって、
   前記導電率センサのカソードとグランドとの間を切断する第１スイッチと、
   前記導電率センサのアノードと電源との間を切断する第２スイッチと
   を備えていることを特徴とするスケール析出抑制装置。
2. 処理される水が通水される通水管内に対向配置された一対の水処理用電極に電圧を印加することによって、通水管内の水を活性化させてスケールの析出を抑制しつつ、
   通水される水中のスケール濃度を判断するために、前記通水管内に配置される一対のアノードおよびカソードを有する導電率センサを用いてその通水管内の導電率を逐次測定するスケール析出抑制方法であって、
   前記水処理用電極に電圧が印加されているときは、前記導電率センサのカソードとグランドとの間に設けられた第１スイッチ、および、その導電率センサのアノードと電源との間に設けられた第２スイッチをオフにすることを特徴とするスケール析出抑制方法。

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