JP4924999B2 - 電解槽のスケール付着防止方法、及びそれを用いた電解処理水生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、塩素系酸化剤を含む電解処理水を生成する電解処理水生成装置において、電解槽にスケールが付着することを防止した電解槽のスケール付着防止方法、及びそれを用いた電解処理水生成装置に関する。

発電所、工場、船舶等では、海水を引き入れてエンジンやその他の装置を冷却することが行なわれている。この場合海水を引き入れる通水路や冷却装置の内部に、イガイ、フジツボ、藻類などの海洋生物が付着すると、水路内部が閉塞されたり、生物の付着により金属部分に腐食を発生させることがある。そこで、冷却水に塩素系酸化剤を混合させ、塩素系酸化剤によって海洋生物を忌避させたり死滅させて、内部に海洋生物が付着することを防止することが知られている。例えば電解槽で海水を電気分解して塩素系酸化剤を含む電解処理水を生成し、生成した電解処理水を冷却水に混合するようにしていた。

電解槽による塩素系酸化剤の生成原理を、以下に説明する。

海水を電気分解すると、海水に１５０００〜２００００ｐｐｍ含まれている塩素イオンにより、式１に示すように陽極で塩素が発生する。

（式１）２Ｃｌ⁻ → Ｃｌ_２＋２ｅ⁻
一方陰極では、水素ガスが式２に示すように発生し、かつ式３に示すように水酸化ナトリウムが生成される。

（式２）２Ｈ_２０＋２ｅ⁻ → ２０Ｈ⁻＋Ｈ_２
（式３）２Ｎａ^＋＋２０Ｈ⁻ → ２ＮａＯＨ
陽極で発生した塩素と陰極で生成された水酸化ナトリウムが式４に示すように反応して、塩素系酸化剤としての次亜塩素酸ナトリウムが生成される。

（式４）Ｃｌ_２＋２ＮａＯＨ → ＮａＯＣｌ＋ＮａＣｌ＋Ｈ_２０
この次亜塩素酸ナトリウムは殺菌作用を有しているので、冷却水に投入することにより、冷却装置での海洋生物の付着、成長が抑制される。

ところが海水を電気分解して陰極で生成されたアルカリは、海水に含まれるカルシウムやマグネシウムと反応し、水酸化カルシウムや水酸化マグネシウム等からなるスケール発生させる。発生したスケールは、電解槽の内面や電極付近に付着し、海水の流れを阻害したり、電気分解の効率低下を引き起こすことがあった。

そのため例えば、付着したスケールを一定期間ごとに人力で除去したり、海水の流速を早めてスケールの付着を防止していた。また電解槽セルの底部に管体を配置し、管体から空気などを吹き出させて電解槽の内部にスケールが付着することを防止した例も知られている。
特開２００３−１５４３６６号公報

しかしながら電解槽に付着したスケールを人力で除去するには、多大の労力と費用を必要とし、またスケールを除去している間は電解槽の運転を止めるため、その間に通水路や冷却装置の内部に海洋生物が付着してしまうという問題があった。

また海水の流れを早くした場合は、大型の流水ポンプを設置し、またポンプの作動には非常に大きな電力が必要とされるという問題があった。更に海水の流れを早くすると電解槽にかかる水圧が高くなるため、電解槽の耐圧性能を向上させるなど、設備費用や運転費用がかかるという問題があった。

また管体から気体を電極に吹き上げる方法では、ポンプやコンプレッサなど、気体を送出する装置が新たに必要となる。更に管体から吹き上げられた気体は、比較的大きな気泡となって急速に上昇することから電解層の表面全体に均一に気体を供給することが難しかった。

また電解槽には、単極式と複極式が知られている。現在は、複極式電解槽が単極式電解槽に比べて電流の漏洩が多く、またスケールの蓄積も単極式電解槽より多いという問題があるため、冷却装置の生物付着防止装置には単極式電解槽が多く採用されている。

ところが単極式電解槽は、電解処理に大電流を必要とし、電源装置の小型化と、設備のコストダウンを図ることができる点から電流量が小さくてすむ複極式電解槽を用いる要望がある。

本発明は、海水から塩素系酸化剤を含む電解処理水を生成する電解処理水生成装置において、電解槽へのスケール付着を防止する電解槽のスケール付着防止方法、及びそれを用いた電解処理水生成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、電解槽のスケール付着防止方法及びそれを用いた電解処理水生成装置を次のように構成した。

１、海水を導入し、電気分解により海水から塩素系酸化剤を含む電解処理水を生成する電解槽において、生成された電解処理水の一部を電解槽に戻し、電解槽内に電解処理水に含まれる水素ガスを送り込むこととした。

２、電解槽に送り込まれる冷却水の水素ガス濃度を３ｐｐｍ以上とした。

戻し量を増加させて水素ガス濃度を増加させると電解槽内部でのスケールの付着量が急激に低下するが、海水中の水素ガス濃度が３ｐｐｍ付近で付着量の低下がほとんど見られなくなる。一方海水中の水素ガス濃度が５０ｐｐｍ以上では、海水中に含まれる水素ガスの影響で、ポンプの機能低下が見られるので、含有水素ガス濃度の値は３ｐｐｍから５０ｐｐｍとする。

３、電解槽への海水の導入方向を切り替え、電解槽内への海水の導入方向を逆転させることとした。導入方向を逆転させる時期は適宜設定する。

４ 電気分解により海水から塩素系酸化剤を含む電解処理水を生成する電解槽と、海水を電解槽に導入させる導入管と、電解処理水を電解槽から送出する供給管とを具えた電解処理水生成装置において、導入管と供給管とを連結する戻り管を具え、戻り管を通して電解処理水の一部を電解槽に戻すこととした。

５、導入管、および供給管の中間位置に四方弁のそれぞれの接続口を接続させ、四方弁を作動させることにより電解槽への海水の導入方向を適宜逆転させることとした。
６、電解槽に導入される海水の水素ガスが微小な気泡となるように構成した。さらには、当該気泡が均一に含まれるように構成した。

本発明にかかる電解槽のスケール付着防止方法及びそれを用いた電解処理水生成装置によれば、電解処理水が海水とともに電解槽に導入されるので、電解処理水に含まれる水素ガスの気泡が電解槽の内面に当接し、電解槽内にスケールが付着しない。特に電解処理水には水素ガスが微小な気泡でしかも均一に含まれることから、電解処理水を含む海水が電解槽に導入されると気泡が電解槽の全体に行き渡り、スケールの付着を防止し、かつスケールを効率よく除去する。

導入管と供給管の間に戻り管を配設して形成でき、多大な設備の追加を必要としない。

電解槽に逆方向から海水を導入でき、方向を変更する前に付着したスケールを逆方向から送り込まれた気泡で除去し、スケールの付着蓄積を防止できる。四方弁を設けることにより、電解槽への海水の導入方向を逆転させる機構を簡易に構成できる。

本発明にかかる電解処理水生成装置を、冷却装置に備えられた海洋生物付着防止装置を例にして説明する。

図５に、海洋生物付着防止装置１を具えた冷却装置の一部を示す。

冷却装置は図５に示すように、冷却水である海水を通水させる通水通路５０と、冷却機器を冷却した後の冷却水を海に戻す排水通路及びポンプ（いずれも図示せず。）などを具えている。冷却装置は、例えば発電施設などに設置されている熱交換器など、従来から知られている構成であり、通水通路５０、排水通路、及び冷却機器類は特に限定しない。

海洋生物付着防止装置１は図１に示すように、電解槽２と、通水通路５０から海水を取水して電解槽２に導入させる導入管４と、電解槽２で生成した電解処理水を通水通路５０に供給する供給管６等から構成してあり、通水通路５０に電解処理水を供給して冷却装置に海洋生物が付着することを防止している。

導入管４は、通水通路５０に開口し、流量調節弁８と、ポンプ９と、流量計１０とを具え、電解槽２の流入口１３に接続している。供給管６は、電解槽２の流出口１５に接続し、流量調節弁１７を介して通水通路５０に接続している。供給管６は、通水通路５０内で複数の流出口を具えている。

更に導入管４と、供給管６には電解槽２をまたいで戻り管３が接続してある。戻り管３は、供給管６の流出口１５の近傍に接続し、循環ポンプ１９と、流量調節弁２０と、流量計２１とを具え、導入管４の流入口１３の近傍に接続している。

電解槽２の内部には、複数の電極１２が、電解槽２内を流れる冷却水の流れと平行に配置してある。電極１２は、金属酸化物被覆製、や白金メッキ製などからなり、各電極１２の前後端部に電気絶縁板１４が設けられている。電気絶縁板１４は、電極１２を電解槽２の内部で所定位置に保持し、かつ電極１２からの電流の漏洩を防止している。

電解槽２は、図１に示すように複極式電解槽で、外側に配置された電極１２の一方に、直流電源装置１６（図５参照）の正極が接続してあり、電極１２の他方に、負極が接続してある。したがって両端の電極１２間に電圧を印加すると、中間に配された電極１２の正極に対向した面が負極となり、負極の裏面が正極となって、電極１２の全体に順次正極と負極とが対向して形成される。

流量調節弁８やポンプ９、流量計１０などには制御装置（図示せず。）が接続してあり、流量計１０などからの計測値に基づいて、制御装置は全体の流量を制御する。

次に、海洋生物付着防止装置１の作用について説明する。

ポンプ９を作動させ、流量調節弁８を開いて冷却水（海水）を電解槽２に導入する。電極１２には、電極１枚当り２５Ａの電流が流れるように直流電源装置１６から電圧を印加し、電気分解により海水から塩素系酸化物（次亜塩素酸ナトリウム）を含む電解処理水を生成する。電解処理水は、供給管６を通して通水通路５０に供給し、供給管６に形成された複数の流出口から放出して、通水通路５０を通って冷却装置に送り込む。電解処理水は、取水通路５０を通る冷却水に混合され、冷却装置の内部における海洋生物の付着、生育を防止する。

また、供給管６を通る海水の一部が、循環ポンプ１９で戻り管３を通り、導入管４に戻される。冷却水が戻る量は、流量計２１の計測値に基づいて循環ポンプ１９の作動、流量調節弁２０の開閉等によって調整する。

電解処理水には陰極面から式２に示すごとく発生した水素ガスが微小な気泡となって含まれているので、電解処理水が混合された海水が電解槽２に導入されることにより水素ガスが電解槽２の内部表面を冷却水とともに流れる。水素ガス濃度を３ｐｐｍ以上となるように調整することにより、電解処理でアルカリ成分が生じていても、アルカリ成分を原因とするスケールが電解槽２の内部に付着しない。

図３にスケール付着防止の実験結果のグラフを示す。かかる実験の条件は以下の通りである。

幅６０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さ３ｍｍの金属酸化物被覆製（または白金メッキ製）の電極板を６枚、３ｍｍの間隔で平行に配置して電極を形成し、かかる電極を直径１００ｍｍ、長さ７００ｍｍの電解槽に収納した。

電解槽には、導入管と供給管を長手方向の端部に取り付けるとともに、導入管と供給管の間に戻り管を連結し、循環ポンプで海水の循環量（戻り量）を任意に設定できるようにした。

実験は、ポンプで電解槽内に海水を２ｍ／秒で流し、かかる状態で循環ポンプを作動させて海水の循環割合を変更し、それぞれの含有水素ガス濃度でのスケールの付着量を計測した。グラフの値は、それぞれの条件で３０日継続して海水を流し、電解槽内に付着したスケールの量を計測した結果である。

図３に示す結果から、含有水素ガス濃度を３ｐｐｍ以上に設定すると、スケールの付着が十分に防止されることがわかる。

また電解槽２に電解処理水を循環させる割合は、４０％以上が好ましい。それ以下では、付着するスケールの量が増加することがある。

図２に、海洋生物付着防止装置１の他の例を示す。

この海洋生物付着防止装置１は、上述したと同様に流量調節弁８、ポンプ９、流量計１０などを具え、更に通水通路５０に接続した導入管４と供給管６に四方弁７を設けて構成している。

四方弁７は、ａ、ｂ、ｃ、ｄの接続口を時計周りに４箇所に具え、内部の弁の操作により、対向する２つのａとｃの接続口を、それぞれｂとｄの２つの接続口のいずれかに接続するように切り替える弁である。

導入管４は、四方弁７のａの接続口に接続してあり、導入管４は、四方弁７のｂの接続口から出て、電解槽２の流入口１３に接続している。電解槽２の流出口１５には供給管６が接続してあり、四方弁７のｄの接続口に入って、ｃの接続口から出て流量調節弁１７を介して通水通路５０に接続している。

更に導入管４と供給管６との間には、戻り管３が接続してある。戻り管３は四方弁７より通水通路５０に近く配管してあり、循環ポンプ１９と、流量調節弁２０と、流量計２１が設けられている。

このように構成することにより、海洋生物付着防止装置１は、実線の矢印で示すように通水通路５０から海水を取水して、導入管４、四方弁７を通って流入口１３より電解槽２に送り、電解処理水を供給管６、四方弁７を通って通水通路５０に送り出す。そして戻り管３を介して電解処理水の一部を導入管４に送り、電解槽２に戻すことができる。

そして四方弁７の弁を点線のように切り替えると、導入管４からの海水が四方弁７から供給管６を通って電解槽２に流出口１５から点線の矢印のように流入する。電解処理水は、電解槽２の流入口１３から導入管４を通り、四方弁７、供給管６を介して通水通路５０に流入する。このときも、戻り管３を介して電解処理水は導入管４に戻る。

したがって四方弁７を切り替えることにより電解槽２内の流れ方向を切り替え、逆方向から海水を導入させることができる。海水の導入方向を変更させることにより、変更前に付着したスケールを逆向きの流れを当てることにより除去できる。更にいずれの方向の流れであっても、戻り管３を用いて海水に電解処理水を混合させることにより、スケールの付着を防止できる。

尚上記例では、通水通路５０において導入管４を供給管６の下流側に開口させているが、供給管６を導入管４より上流側に開口させてもよい。また、電解槽２は、図４に示すように単極式電解槽でもよい。

上記例では電解処理水生成装置を、冷却装置に備えられた海洋生物付着防止装置１を例に説明したが、本発明の電解処理水生成装置は、海洋生物付着防止装置に限らず、海水など塩分を含有する水から電解処理水を生成する装置であれば水産物の洗浄水生成装置など他の装置に適用できる。

更に上記のいずれの例においても、電解槽２に冷却水、つまり海水を循環させるので、電解処理水の塩素系酸化剤濃度が上昇し、供給管６から取水通路５０に供給する電解処理水の量を少なくすることができるという効果も有している。

海洋生物付着防止装置の一実施形態を示す図である。 海洋生物付着防止装置の他の例を示す図である。 海水中の水素ガス濃度とスケール付着量を示すグラフである。 電解槽の他の例を示す図である。 冷却装置の一部を示す図である。

符号の説明

１ 海洋生物付着防止装置
２ 電解槽
３ 戻り管
４ 導入管
６ 供給管
７ 四方弁
８、１７、２０ 流量調節弁
９ ポンプ
１０、２１ 流量計
１２ 電極
１３ 流入口
１４ 絶縁板
１５ 流出口
１６ 直流電源装置
１９ 循環ポンプ
５０ 冷却通路

Claims (5)

1. 海水を導入し、電気分解により該海水から塩素系酸化剤を含む電解処理水を生成する電解槽において、
   生成された電解処理水の一部を該電解槽に戻し、前記電解処理水に含まれる水素ガスを該電解槽内に送り込み、
   電解槽へ導入する海水の導入方向を所定時間毎に切り替えることを特徴とした電解槽のスケール付着防止方法。
2. 電解槽に導入される海水の水素ガス濃度を３ｐｐｍ以上とした請求項１に記載の電解槽のスケール付着防止方法。
3. 電解槽に導入される海水の水素ガスを微小な気泡にした請求項１あるいは２に記載の電解槽のスケール付着防止方法。
4. 電解槽に導入される海水の水素ガスの微小な気泡を均一にした請求項３に記載の電解槽のスケール付着防止方法。
5. 電気分解により海水から塩素系酸化剤を含む電解処理水を生成する電解槽と、海水を該電解槽に導入させる導入管と、前記電解処理水を前記電解槽から送出する供給管とを具えた電解処理水生成装置において、
   前記導入管と前記供給管とを連結する戻り管を具え、前記電解処理水の一部を該戻り管を通して前記電解槽に戻し、
   導入管、および供給管の中間位置に四方弁のそれぞれの接続口を接続させ、該四方弁を操作して電解槽への海水の導入方向を切り替えることを特徴とした電解処理水生成装置。
   

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