JP5193534B2

JP5193534B2 - 電極ブロックと該ブロックを使用した流体改質処理装置

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Publication number: JP5193534B2
Application number: JP2007229403A
Authority: JP
Inventors: 政武千葉; 英雄早川; 郁雄千葉; 久憲高橋
Original assignee: Sanko Kogyo Co Ltd
Current assignee: Sanko Kogyo Co Ltd
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2027-09-04
Also published as: JP2009061366A

Description

本発明は、上水道水は勿論、不純物である電解質物質や有機物を含む汚染の進んだ水(例えば、船舶のバラストとして用いられる水生生物を含んだ海水、貝類などの海産物を洗浄した細菌含有先浄水、牧場の子牛に与えたミルクなどの脂肪分や有機物を含む洗浄排水)を始めとする各種流体(例えば、中・下水その他)の改質処理装置に関し、更に詳しくは、工場内を循環する空調用冷却水(温水も含む)やボイラに供給される水、工場に供給される工業用水、水道水、室内の加湿用の水等の上水道水、中水道水(水洗トイレ水、産業廃水再生水、雨水等)、工業用排水や河川の水の下水道水は勿論、温泉や２４時間風呂の風呂湯或いは井戸水、硬水から軟水、更には養殖用として循環して使用する汚物を含む海水や繰り返して使用する油類なども改質する事ができる流体の流体改質処理装置に係る。

例えば、従来例の１つである工場内の空調用冷却水は、循環して使用されているが、その間にごみやホコリその他が混入する。不溶性のものは循環中に濾過器などで濾過・除去されるが、その中の水溶性物質が循環水中に溶け込み、特にＣａやＭｇのような物は時間の経過と共に酸化されて配管中にスケールとして析出・堆積して配管やポンプ類などの機器類を詰まらせてしまうという問題があった。また、種々の雑菌(例えば大腸菌やレジオネラ菌、肺炎や気管支炎を発生させる呼吸器系の細菌)も循環水中で繁殖し、これらが空調口から室内に吹き出され、これらが原因となる病気(下痢や腹痛、肺炎)も発生した。その他バラスト水による海洋汚染(バラスト水は船舶のバラストとして用いられる海水のことで、無積載で出航する時、その出航地で港の海水をバラストタンクに積み込み、立ち寄り港で荷物を積載する代わりにその等量を船外に排出する。この排出海水の中に出航地の水生生物が含まれており、外来種として立ち寄り港にばら撒かれ、立ち寄り港の生態系に影響を与えるという問題)、海産物の洗浄水による汚染、脂肪分や有機物を含む洗浄水による汚染などがあげられる。

同様に２４時間風呂や都市型温泉も水道水や温泉を循環して使用するものであり、本来、水(特に温泉水)に含まれているミネラル分や入浴者の汗に含まれている電解質物質(Ｎａのような金属イオン)或いは有機物、更には落下細菌や入浴者から排出される雑菌が繁殖し、水質が急速に低下していくという問題があった。また、養殖用として循環して使用する海水も同様で、水槽中に飼われている魚の排泄物や繁殖する雑菌、混入する不純物により次第に水質が悪化し、養殖魚の生存数が悪くなるというような問題もあった。

そこで、工場排水や大浴場の風呂湯などの改質などでは、薬品(次亜塩素酸や過マンガン酸カリウムのような強力な殺菌剤[酸化剤])等を加えることや大規模な曝気装置などを用いて行っていたが、このやり方ではコスト高、大スペースが必要となるというような問題点があり、手軽に使用することができなかった。特に、都市型温泉のような大型浴槽を循環する湯、或いは家庭用２４時間風呂のような施設・設備には強力な殺菌剤[酸化剤]等を加えることは不可能であるし、大型処理設備を導入することも困難であった。

大型処理設備に代わるこのような用途に用いられる装置として、特許２６２３２０４号、第２６１１０８０号、第２６１５３０８号に記載されるような装置が提供され、これら施設・設備にも手軽に適用することができるようになった。この処理によって水中の有機化合物のあるものはガス化して抜け、他のものは沈殿し、上澄み流体は殺菌された清浄水となり、再利用する事が出来ることが実証された。

しかしながらこの方式は、水中に設置された交流印加電極に定電圧を印加して電気分解を行うものであったため、被処理水の性質によって通電する電流量が変化し、それ故、被処理水の性質に合わせた電流設定或いは処理の進行に合わせてその電流設定を変更する必要があった。例えば、汚濁の進んだ被処理水は電解質を多量に含むため電気が流れやすいが、改質が進むと電解質が減少して次第に電気が流れにくくなり、処理に合わせて印加電圧を徐々に上昇させ、所定電流量が流れるようにしていかねばならない。また、被処理水が硬水の場合、軟水に比べて電解質を多量に含むため通電しやすいので、水質に合わせて電流量を調整しなければならない。このように先行文献記載の発明では定電圧方式であったため、被処理水に合わせた電流調整が必要である。このことは、施工現場が僅かであればともかく、施工現場が全国各地に散らばる場合には、設置状況にあわせて個別に電流調整をしなければならず、従来設備では施工に非常に手間が掛かり過ぎ、大量生産・広域施工に適しないという問題があった。

更に上記のように水質改質のための電気分解を進めると、発生した酸化物が徐々に電極表面に付着して次第に通電状態を悪くするので、電極表面状態をクリーンに保つための制御をしていたため、堆積・付着物発生の主原因であるＣａやＭｇが水中に溶け込んでしまい、これが循環配管内に酸化物(スケール)として徐々に堆積し、前述のように配管や機器類を詰まらせてしまうという問題があった。
特許第２６２３２０４号特許第２６１１０８０号特許第２６１５３０８号

そこでこのような雑菌問題、設置場所の問題の他、特に配管や機器詰まりの解消及び大量生産・広域設置における設置条件の調整などの諸問題を一挙に解決すべくなされたものが本発明であり、本発明は設置場所も小さくてすみ、配管詰まりもなく、現場調整も画一的に行うことができ、しかも薬品の使用を零或は使用するとしてもこれを最小限とし、雑菌処理も可能であり、水を始めとするあらゆる流体の浄化・改質(酸化還元電位の低下)を行うことができる画期的な流体改質処理装置を提供することをその技術課題とする。

「請求項１」は、被改質処理用の流体に浸漬されて使用される本発明にかかる流体改質処理用の電極ブロック(30)の実施例１（図１(d)参照）で、
(a)３以上で１組とされ、く字状に折曲された交流印加電極を同周円上に点対称にて配置され、被改質処理用の流体中に設置された交流印加電極(3a)(3b)(3c)と、
(b)前記交流印加電極(3a)(3b)(3c)の外周を囲むように配置された接地電極(3d)と、
(c)交流印加電極(3a)(3b)(3c)に接続され、電極(3a)(3b)(3c)の極性を切り替える極性切替スイッチング回路(2)と、
(d)流体処理中の交流印加電極(3a)(3b)(3c)間に流れる電流を検出する電流検出部(SR)を有し、該電流検出部(SR)にて検出された電流値を一定に保つ定電流電源(1)とで構成されていることを特徴とする。これにより、交流印加電極(3a)(3b)(3c)内の隣接する２つを順次選択して通電することにより、電極表面がクリーンに保たれ、電解性能を長期間保つことができる。

「請求項２」は、本発明にかかる上記電極ブロック(30)に関し、請求項１に記載の交流印加電極は、３枚１組で、そのいずれか１がプラス極、他の１がマイナス極、残る１が接地極となるように切り替えられるようになっていることを特徴とする。

「請求項３」は、本発明にかかる実施例１の電極ブロック(30)を流体浄化用容器(10)に収納して使用する場合であり（図２〜１１参照）、
(a)浄化前の流体を導入する導入口(14)及び浄化後の流体を流出させる流出口(15)とを備えた流体浄化用容器(10)内に請求項１又は２の電極ブロック(30)を収納したことを特徴とする。

「請求項４」は電極(3a)(3b)(3c)(3d)の構造に関し、「電極(3a)(3b)(3c)(3d)が多孔質体で形成されている」ことで、容器(10)内の流体の流通が円滑に行われ、且つ電極(3a)(3b)(3c)(3d)との接触もスムーズに行われ、高い電解性能を維持することができる。

請求項１又は２に記載された本発明の電極ブロック(30)によれば、通流状態の被処理流体(請求項３にあっては容器(10)内を流れる被処理流体)、又はバッチ式にて容器(10)内に溜められた被処理流体(図６参照)は、非接地電極である交流印加電極(3a)(3b)、(3b)(3c)又は(3c)(3a)に接触して電気分解され、流体中に溶存している不純物電解質(主としてＣａその他としてＭｇ、Ｓｉ)で、これらが後述のように流体中で酸化され、その酸化物が接地電極(3d)の表面に析出・付着堆積する。これにより、特に空調用冷却水のような循環流体が循環している間に溶け込んだ電解質不純物物質が配管内で析出する量を著しく減少させることになり、これによる配管詰まりを解消或いは著しく遅らすことができるようになるし、バッチ式にて容器(10)の場合も胴体部(11)の内壁その他に析出することが抑制される。接地電極(3d)は表面の汚れ具合によって適宜取り替えられる。

また、前記電解によって当該被処理流体の酸化還元電位が低下するが、前記電気分解により発生した活性酸素と活性水素の一部が被処理流体中に溶存酸素や溶存水素となって被処理流体中に溶け込み、被処理流体中に溶け込んだこの溶存酸素は被処理流体中の不純物電解質や有機物(雑菌を含む)を酸化反応させてこれらを無害化する。

一方、被処理流体中の活性水素は容器(10)の胴体部(11)の表面や隅(特に、被処理流体が循環しない底部の角隅)に付着形成されているネバネバ・ヌルヌルした有機付着物(蛋白脂質)を分解し、容器(10)の内部を清浄にする。そしてこのネバネバした有機付着物が分解・除去されると、前記有機付着物内や有機付着物の裏側に潜んでいた雑菌(特に、レジオネラ菌)は前記活性溶存酸素により分解されて死滅する。

本発明では、流体処理中の交流印加電極間に流れる電流が一定に保たれるため、処理される流体の種類は限定されない。即ち、汚濁が進んだ流体、即ち、汚濁水や硬水は不純物やミネラル分が多いため電気が通りやすく電気分解が進行し易いが、処理が進み、被処理流体の純度が高くなると次第に電気が通りにくくなり、電気分解が進まないが、定電流にしておけば被処理流体の種類にかかわらず、常に一定の電気分解による浄化が行われる。従って、従来例のような設置場所に合わせた電流調整が不要のため、大量生産・広域設置に有利である。これに加えて、流体中の不純物(主としてＣａ)を接地電極に析出・堆積して除去されるため、前記不純物が配管やポンプのような機器類内或いは容器内に堆積するというようなことがない。更に、電気分解による改質のため、各種汚染水、汚濁水、バラスト水などの雑菌を始めとする有害有機物を除去することもできる。

以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。図１は本発明に係る電極ブロック(30)を被処理流体中に直接設置して、処理を行う場合であり、図２〜４は本発明に係る電極ブロック(30)を内蔵した流体改質処理装置の設置例である。図１の場合は、養殖池やクーリングタワーの下部水槽或は受水槽などの水槽類、船舶のバラスト水槽、ミルクの脂肪分離槽のように凹所(70)に被処理流体が溜められており、この被処理流体を浄化・改質するために本発明の電極ブロック(30)だけを浸漬する。図２の場合は、被処理水の水源(70)である工場廃水、水道水或は井戸水、中水槽などの改質例で、改質浄水はそのまま供給又は排出される。流体改質処理装置(A)は配管(51)(52)間に設置され、交流発生装置(90)にて流体浄化用の容器(10)内部の電極に高周波交流電圧が印加され、一定の電流が被処理流体中を流れるようになっている。図３は代表的には空調用循環配管系統であり、エアコン機器(70)と屋外に設置されたクーリングタワー(60)[或はチラー]との間を水が循環し、その途中の配管(52)に本発明に係る流体改質処理装置(A)が設置されている。その他、浴槽(70)と熱源(60)であるボイラの組み合わせもある。図４は２４時間風呂や都市型温泉で、湯船(70)の湯とボイラ(60)で加熱された熱水とが熱交換器(80)を介して熱交換され、湯船(70)の配管(52)に本発明に係る流体改質処理装置(A)が設置されている例である。(53)はボイラ配管である。なお、図２，３のような場合で、図１に示す電極ブロック(30)だけを投入して使用することも可能である。

以下、本発明の代表例である図３に示す例(工場内の空調用冷却水循環系統)を中心に本発明を説明する。図７は本発明装置(A)の容器(10)部分の断面図で、容器(10)内部に本明細書に示されている各種本発明電極ブロック(30)が収納されるようになっている。容器(10)は、円筒状の胴体部(11)、胴体部(11)に続く半球状の底部(13)および上蓋(12)とで構成されている。胴体部(11)の上面開口外周にはフランジ(11a)が設けられており、前記フランジ(11a)に上蓋(12)の外周部分がボルト止めにより固着されている。そして、胴体部(11)の上部側面には内部に連通する配管構造の導入口(14)が、その反対側の下部側面には内部に連通する配管構造の流出口(15)がそれぞれ設けられている。流体浄化用容器(10)は特に限定されるものではないが、樹脂、陶器、金属(ステンレスを含む)など用途に最適のものが使用される。ここでは一応ステンレスを用いたものをその代表例として説明する。

胴体部(11)に続く底部(13)の中央最下部にはドレン配管(17)が設置されており、前記ドレン配管(17)にはドレン弁(17a)が設置され、底部(13)に貯まった堆積物(主としてＣａ、Ｍｇ又はＳｉの酸化物或はその他の固形物)を適時排出するようになっている。容器(10)内の中段には胴体部(11)内を横切って交差するように電極支持枠(19)が配置され、その端部が容器(10)の内周面に溶接により固定されている。更に容器(10)の底部(13)は支持脚(16)上に固定されている。

本発明の最もシンプルな電極関係は図５、１２に示す通りで、本発明に係る流体改質処理装置の電極ブロック(30)は、容器(10)より１回り小さい直径の上下一対の、４フッ化エチレンのような化学的非反応性安定樹脂で形成された樹脂リング(35)(36)と、該樹脂リング(35)(36)が上下に取り付けられている円筒状接地電極(3d)と、円筒状接地電極(3d)内に互いに平行に対向して配設された１対の平板状の交流印加電極(3a)(3b)と(交流印加電極(3a)(3b)・・・を複数対設けてもよい。)、上部樹脂リング(35)に脱着可能に嵌め込まれた蓋(35a)とで構成され、交流印加電極(3a)(3b)及び円筒状接地電極(3d)には導線(31a)(31b)(31d)がそれぞれ接続されており、導線(31a)(31b)は前記蓋(35a)を貫通するように設けられている。(図６の場合は、蓋(12)内に設けられている。) 図５では、更に上・下部樹脂リング(35)(36)には交流印加電極(3a)(3b)を固定する固定部材(37)(38)が設けられており、交流印加電極(3a)(3b)が固定されている。

前記電極(3a)(3b)(3d)［後述する電極(3a)(3b)(3c)(3d)も同様］はいずれも多孔質体、例えば金網やパンチチングメタル或はラス網状のものが使用され、または平板状体のものが使用され、特に交流印加電極(3a)(3b)［後述する交流印加電極(3a)(3b)(3c)も同様］はプラチナメッキが施されている。また、交流印加電極(3a)(3b)［後述する交流印加電極(3a)(3b)(3c)も同様］のいずれか一方の対向面には４フッ化エチレンのような化学的非反応性安定樹脂の固定部材(41)を介して矩形厚板状のＭｇブロック(40)が固定されている。Ｍｇブロック(40)の固定方法の１例を示すと、図５の円内の拡大図(イ)に示すように、固定部材(41)に形成した溝(41a)にその端部を嵌め込み、絶縁パイプ(41c)にてＭｇブロック(40)と電極(3a)[又は(3b)(3c)]とを絶縁した状態でビス(41d)による固定が行われている。他の固定方法は併記した拡大図(ロ)のとおりで両側から４フッ化エチレンのような化学的非反応性安定樹脂の固定部材(41イ)(41ロ)で挟持し、前述同様絶縁パイプ(41c)にてＭｇブロック(40)と電極(3a)[又は(3b)(3c)]とを絶縁した状態でビス(41d)による固定が行われている。なお、Ｍｇブロック(40)は、被処理流体の電解質溶存量が少ない場合に溶け出して初期の電気分解を促進させるものである。また、接地電極(3d)は電蝕を避けるため材質としてチタン又はステンレス(例えば、板材、パンチチングメタル或は多孔質板)が使用されている。このように構成された電極ブロック(30)が容器(10)の電極支持枠(19)上に載置されるようになっている。

交流印加電極(3a)(3b)［後述する交流印加電極(3a)(3b)(3c)も同様］は、図１２に示すように極性切替スイッチング回路(2)に接続されるが、接地電極(3d)はアース(GND)される。

図１２は、図５に示す実施例１の交流発生装置(90)の具体的制御回路の一例、図１５は該回路の定電流電源(1)の一例である。まず、図１２の制御回路について説明する。図１２の本発明制御回路は、発振回路(6)、分周器(5)、動作設定回路(4)、ゲート駆動回路(7a)(7b)、極性切替スイッチング回路(2)および定電流電源(1)で構成され、発振回路(6)及び動作設定回路(4)は分周器(5)に接続されている。分周器(5)は一対のゲート駆動回路(7a)(7b)を介して極性切替スイッチング回路(2)の開閉素子(W1)〜(W4)のゲートにそれぞれ接続されている。ここでは開閉素子(W1)〜(W4)としてＦＥＴが使用されている。これはゲート電位がソース電位より高ければドレイン−ソース間が通電するFETである。

前記開閉素子(W1)〜(W4)の内、(Ｗ1、Ｗ2)、(Ｗ3、Ｗ4)というように2個づつが直列接続されて一対の切替回路部(2a)(2b)を形成し、更にこの二対の切替回路部(2a)(2b)が並列接続されて極性切替スイッチング回路(2)［(＝FETブリッジ回路)］を構成している。即ち、開閉素子(W1)(W3)のソースが開閉素子(W2)(W4)のドレーンに接続されて切替回路部(2a)(2b)が形成され、この切替回路部(2a)(2b)の開閉素子(W1)(W3)のドレーンが接続され、開閉素子(W2)(W4)のソースが接続されている。そして、各開閉素子(W1)〜(W4)のゲートがゲート駆動回路(7a)(7b)に接続されている。

そして、開閉素子(W1)(W2)及び開閉素子(W3)(W4)の接続点(P1)(P2)から導出された導線(31a)(31b)は交流印加電極(3a)(3b)にそれぞれ接続されている。また、直流定電流電源(1)の(＋)極は開閉素子(W1)(W3)のドレンに、(−)極は開閉素子(W2)(W4)のソース並びに接地電極(3d)に接続され、更に導線(31d)にて接地(GND)されている。

本実施例では発振回路(6)は、１．３０８MHｚ(勿論、これ以外の周波数でも良いことは言うまでもない。)の水晶振動子を使用しており、このパルスを源発振としてこの発振回路(6)に接続している分周器(5)で分周してゲート駆動回路用信号を合成している。分周条件は次の動作設定回路(4)の設定による。

動作設定回路(4)は、電極仕様にあわせて回路駆動を設定するためのもので、電極が２極２相駆動方式(図１２)、３極３相駆動方式(図１３、１４)に対応するモードを操作スイッチで指定し、分周器(5)の動作を設定する。即ち、電極(3a)(3b)又は(3a)(3b)(3c)に印加する交流波形のプラス側とマイナス側の波高値，波数，デュティ比(対称または非対称)を指定する。本実施例では交流波形のプラス側とマイナス側の波高値，波数，デュティ比(対称または非対称)は対称としているが、勿論、これに限られるものではない。

分周器(5)は、発振回路(6)からのパルスを基準信号にし、動作設定回路(4)からの信号によりこれを分周してゲート駆動回路用パルス信号を生成している。即ち、まず前記発振回路(6)からの基準信号を動作設定回路(4)の動作モード指令に基づいて分周し、必要とされるタイミングパルスを生成する。分周比を変えることで電極(3a)(3b)［又は後述する３極駆動の場合には電極(3a)(3b)(3c)］の極性変換周期(前記電極の＋・−切り替え周期)やパルス幅(電流の通電時間)を変えることができる。図５の実施例の場合は、交流電極(3a)(3b)が２極２相駆動であるから、ゲート駆動回路(7a)(7b)へは互いに反転したパルスを出力する。［後述する三極駆動である交流電極(3a)(3b)(3c)の場合は１２０°位相のずれたパルス(勿論、これ以外の位相でもよいことは言うまでもなく、位相ズレによっても同様の効果を奏する。この点は明細書全体を通じて共通する。)をゲート駆動回路(7a)(7b)(7c)に出力する。］

ゲート駆動回路(7a)(7b)は、分周器(5)からの信号を切替回路部(2a)(2b)の開閉素子(W1)(W2)、(W3)(W4)のゲート信号に変える。前述のように２極２相駆動方式の場合は、１８０°反転した二つのパルスを生成し、切替回路部(2a)(2b)を構成する開閉素子(W1)(W2)、(W3)(W4)のゲートに所定のタイミングにて出力する。(反転パルスは前記１８０°である必要はなく、これ以外の位相でもよいことは言うまでもなく、位相ズレによっても同様の効果を奏する。この点は前述同様明細書全体を通じて共通する。）

定電流電源(1)は図１５に示す通りである。即ち、商用電源(S)に接続されているダイオードブリッジ構成の整流回路(1a)、整流回路(1a)の出力端子にその一次側の一方の端子が接続されているトランス(T1)、該トランス(T1)の他方の端子にそのコレクタが接続され、そのエミッタが前記整流回路(1a)の入力端子に接続されているチョッピング素子(Tr1)、整流回路(1a)の出・入力端子間に設けられたコンデンサ(C1)、チョッピング素子(Tr1)のベースに接続された前記チョッピング素子(Tr1)駆動用のドライバ回路(DV)、ドライバ回路(DV)をチョッピング制御するパルス幅制御回路(PWC)、トランス(T1)の２次側の(＋)ライン側に設けられたダイオード(Do1)と同２次側(＋)(−)ライン間に設けられた平滑コンデンサ(C2)とで構成された平滑回路(H1)、前記２次側(＋)(−)ライン間に設けられた分圧抵抗(R1)(R2)、前記分圧抵抗(R1)(R2)の接続点(P3)は電圧制御用比較器(OP2)の入力端子に接続され、電圧制御用比較器(OP2)の他の入力端子である基準電位入力端子には印加電圧基準電位出力部(V2)が接続されている。そして電圧制御用比較器(OP2)の出力端子はパルス幅制御回路(PWC)に接続されている。前記印加電圧基準電位出力部(V2)は可変抵抗器が用いられており、必要に応じて電極(3a)(3b)［又は後述する電極(3a)(3b)(3c)］に印加される最高電圧を調整できるようになっている。

また、電流検出部(SR)の出力電圧は増幅器(Z1)を介して電流制御用比較器(OP1)の入力端子に接続されており、他の入力端子である基準電位入力端子には電流制御用基準電位出力部(V1)が接続されている。そして電流制御用比較器(OP1)の出力端子もパルス幅制御回路(PWC)に接続されている。電流制御用基準電位出力部(V1)も前記同様可変抵抗器が用いられ、必要に応じて基準電圧(即ち、電極間電流)が調整できるようになっている。これら基準電位出力部(V1)(V2)は動作設定回路(4)に設けられており、必要に応じて作業者が操作できるようになっている。定電流電源(1)の入・出力端子(−)(＋)は極性変換スイッチング回路(2)に接続され、常時、所定の定電流を電極(3a)(3b)[又は後述する電極(3a)(3b)(3c)]に供給するようになっている。図１２の実施例では電極(3a)(3b)である。（図１３の３極式では電極(3a)(3b)(3c)である。）

次に図５の実施例(２極式)の作用を図３の空調冷却水配管系統を例にとって説明する。なお、図８の実施例(３極式)も使用されるがこの点は後述する。容器(10)は空調機器(70)とクーリングタワー(60)をつなぐ配管(52)に取り付けられており、容器本体である胴体部(11)内を水が通流している。本装置をオンにすると動作設定回路(4)にて設定された周期で分周器(5)からゲート駆動回路(7a)(7b)に１８０°位相のずれたゲート駆動信号が出力される。即ち、一方のゲート駆動回路(7a)にゲート駆動信号が入力されると、該ゲート駆動回路(7a)から開閉素子(W1)のゲートに信号が出力され、開閉素子(W1)がオンになる。対となっている他方の開閉素子(W2)には信号が出力されずオフになっている。その結果、電流は開閉素子(W1)から接続点(P1)を通って電極(3a)に流れる。

他方のゲート駆動回路(7b)には１８０°位相のずれたゲート駆動信号が出力され、開閉素子(W4)のゲートに信号が出力され開閉素子(W4)がオンになる。そしてこれと対になる開閉素子(W3)には信号が出力されずオフになっており、その結果、電極(3a)から電極(3b)へ電流が流れ、接続点(P2)から開閉素子(W4)を通って定電流電源(1)のマイナス極に戻る。

電極(3a)(3b)を取り巻くように配置されている接地電極(3d)は、常時、接地されており且つ前記電極のマイナス極(3b)も接地されているので両者同電位であり、プラス電極(3a)から接地電極(3d)へも電流が流れる。この状態が動作設定回路(4)のタイマ(T)に設定された時間だけ続き、設定時間が過ぎるとゲート駆動回路(7a)(7b)からの開閉素子(W1)〜(W4)への信号が逆転し、電流の方向を逆転させる。即ち、ゲート駆動回路(7b)の信号が開閉素子(W3)に入力し、開閉素子(W4)へ入力しない。そうすると、定電流電源(1)からの電流は開閉素子(W3)から接続点(P2)を通って先程までマイナス極であり、極性の切り替わった電極(3b→3a)に流れる。一方、ゲート駆動回路(7a)の信号は開閉素子(W2)に入力し、開閉素子(W1)へ入力しない。その結果、先程までプラス電極(3a)であった電極はマイナス極に切り替わり、電流は電極(3b→3a)から電極(3a→3b)に流れ、接続点(P1)から開閉素子(W2)を通って定電流電源(1)に戻る。また、前述同様電極(3b→3a)からの電流の一部は接地電極(3d)にも流れる。このような操作を動作設定回路(4)の極性切替周期に合わせて電極(3a)(3b)の切り替えが行われ、流体の電気分解が行われる。

前記電気分解により流体中の電解質は電気分解にあわせて(−)側の電極及び接地電極(3d)に析出してくるが、電極(3a)(3b)は高速で切り替えられているため、電極表面に析出した析出物は、電極が(＋)側となったときに離脱し、結果として接地電極(3d)のみに堆積して電極(3a)(3b)には堆積しない。それ故、堆積物により接地電極(3d)側に電流が流れないようになるまで電気分解を長期間にわたって連続して継続することができる。堆積物が所定量だけ接地電極(3d)に堆積すると本装置を停止させ、接地電極(3d)を交換する。

前述のように電解質を含む流体を電気分解するのであるが、流体によっては含有電解質量が相違したり、電気分解の進行によって含有電解質量が減少して流体内を流れる電流量が変化する。このような電流量の変化は、すでに述べたように本装置の大量生産・広域設置に大きな問題となる。そこで、定電流電源(1)では電流検出部(SR)により電極(3a)(3b)間を流れる電流量を検出し、常に一定の電流が流れるようにしている。

即ち、電極(3a)(3b)間を流れる電流検出は電流検出部(SR)行われる。即ち、抵抗で形成されている電流検出部(SR)に電極(3a)(3b)間を流れる電流が流れると電圧(以下、センス電圧という。)が生成され、これが増幅器(Z1)［センス電圧が十分大きければ不要である。］にて増幅された後、電流制御用比較器(OP1)の入力端子に入力し、電流制御用基準電圧出力部(V1)の電位と比較される。両者が同電位の場合は、動作設定回路(4)にて設定された電流量が電極(3a)(3b)間に流れていることになる。

処が、電流検出部(SR)からの電流制御用比較器(OP1)の入力端子に入力した電位が電流制御用基準電圧出力部(V1)の電位より低い場合、電極(3a)(3b)間を流れる電流量が動作設定回路(4)にて設定された電流量より低いと判断され、電流制御用比較器(OP1)の出力から電流量増加信号がパルス幅制御回路(PWC)に入力される。

パルス幅制御回路(PWC)はこの信号を受けて、ドライバ回路(DV)に対してチョッピング素子(Tr1)のオン時を長くするためにそのパルス幅を長くするように指令する。これによりチョッピング素子(Tr1)のオン時間が長くなり、トランス(T1)の一次側に流れる電流が増加する。トランス(T1)の一次側に流れる電流が増加すると、トランス(T1)の二次側に流れる電流もこれに比例して増加し、前述のように電流制御用基準電圧出力部(V1)の基準電位に等しくなるまで電流増加操作が行われる。

流体が容器(10)内を一定速度で流れている場合は、電解質量は大きく変動しないが、バッチ式で容器(10)内の流体が流れない場合、電解の進行に連れて電解質量が減少して電流が次第に流れ難くなり、トランス(T1)の二次側の電位がこれに伴って次第に高くなる。トランス(T1)の二次側の電位を(Vcc)とすると、電圧制御用比較器(OP2)の電圧制御用入力端子に加わる分圧電位(Vs)は[Ｖcc×R2/(R1＋R2)]となり、印加電圧基準電位出力部(V2)の基準電圧と比較され、電圧制御用入力端子に加わる電位(Vs)が印加電圧基準電位出力部(V2)の基準電圧に等しくなるまで電圧上昇信号がパルス幅制御回路(PWC)に送られ、電流をより多く流そうとする。但し、電圧制御用入力端子に加わる電位(Vs)は印加電圧基準電位出力部(V2)の基準電圧を超えることが出来ない。

逆に流体内の電解質量が過剰の場合、電極(3a)(3b)間を流れる電流が過剰になり、電流検出部(SR)からの電流制御用比較器(OP1)の入力端子に入力した電位が電流制御用基準電圧出力部(V1)の電位より高くなり、パルス幅制御回路(PWC)に入力する電流制御用比較器(OP1)の出力が電流量減少信号となる。

パルス幅制御回路(PWC)はこの信号を受けて、ドライバ回路(DV)に対してチョッピング素子(Tr1)のオン時間が短くなるようにそのパルス幅を短くするよう指令する。これによりチョッピング素子(Tr1)のオン時間が短くなり、トランス(T1)の一次側に流れる電流が減少する。トランス(T1)の一次側に流れる電流が減少すると、トランス(T1)の二次側に流れる電流も比例して減少し、前記同様、電流制御用基準電圧出力部(V1)の基準電位に等しくなるまで電流減少操作が行われる。同時にトランス(T1)の二次側の電位がこれに伴って次第に低くなり、電圧低減信号がパルス幅制御回路(PWC)に送られ、電流を流れにくくする。

以上のようにして流体の電気分解による改質、即ち、流体内に含有されている電解質不純物を接地電極(3d)に析出させて流体が循環している配管内に析出するのを抑制する。そして、前記電解を定電流制御で行っているので、流体内の電解質含有量の多寡或いはそれが変化しても電極(3a)(3b)間を流れる電流は一定しているので、どのような流体(水は勿論、海水や油)でも１つの電流設定で対応でき、一種類の装置で全国の処理現場に対応する事が出来るようになる。しかも、電気分解による改質と並行して流体内の不純物も接地電極に析出・堆積させて除去することができ、配管系統の詰まりもなくす或いは大幅に減らすことができ、メンテナンス性を大幅に向上させることができる。

図１は既に述べたように魚の養殖池(70)或はクーリングタワーの下部水槽(70)のようなものに電極ブロック(30)だけを養殖池(70)内の流体中に浸漬する場合で、電極ブロック(30)内には交流印加電極(3a)(3b)[または、交流印加電極(3a)(3b)(3c)]および接地電極(3d)が設置されている。前者の場合は、交流印加電極(3a)(3b)の間に接地電極(3d)が設置され、この接地電極(3d)に不純物が析出・堆積するようになっており、この接地電極(3d)を交換するようにすればよい。後者の多極(3a)(3b)(3c)の場合は、その周囲を囲む多孔質筒体(勿論、多孔質筒体でなく中実体あるいはプレートでもよい。)あるいはその中心に設けられた多孔質筒体(勿論、多孔質筒体でなく中実体あるいはプレートでもよい。)が接地電極(3d)である。図１の丸内の右側の図面は、多孔質筒体を用いた例である。なお、多極(3a)(3b)(3c)の場合の駆動の説明は後述する。２極駆動の場合は前述の通りであり、その場合、図１の丸内の(c)は、電極(3a)(3b)(3c)を取り囲む部材(K)である。勿論、後述する多極(3a)(3b)(3c)の場合、前記電極(3a)(3b)(3c)を取り囲む部材は接地電極(3d)となる。従って、後者の場合には図中の符号は(K)でなく(3d)である。

図２は例えば、工場排水やバラスト海水、海産物洗浄汚水、脂肪分含有汚水などの浄化に使用される場合で、図７〜９示すように用途に応じて電極ブロック(30)を設置する場合である。使用される電極ブロック(30)の種類は図１で示したとおりである。また、図４は都市型温泉あるいは２４時間風呂のようなもので、湯船(70)とボイラ(60)とが熱交換器(80)で接続されている例である。

図６は被処理流体をバッチ式で処理する場合で、例えば、家庭用の浄水器として使用される。構造的には図５の場合と同じであり、蓋(12)内に交流印加電極(3a)(3b)[図示していないが交流印加電極(3a)(3b)(3c)]が支持されている。また、蓋(12)の中央には支持棒(12a)が垂下しており、その下端にアースバー(39a)が架設され円筒型接地電極(3d)に接続されている。更にこのアースバー(39a)は下側の樹脂リング(36)に嵌め込まれた下面接地電極(3d1)と共に支持棒(12a)の下端にビス止めされている。

つぎに、図８〜１１の多極の場合について説明する。実施例１と同じ部分は図面に同じ符号を記載し、実施例１の説明を援用してその説明を省略する。なお、図１０、１１は円筒状の接地電極(3d)内にく字状の交流印加電極(3a)(3b)(3c)を１組配置した例であり、図８はその他の実施例［平行平板の電極(3a)(3b)(3c)を用いた例］である。なお、図８は中央の電極を接地電極(3d)とすれば、円筒型接地電極(3d)と中央の平板接地電極(3d)とを併用した２極２相駆動方式となる。

以下、図８、１０、１１及び図１３について説明する。図８の場合は前述のように平行平板の電極(3a)(3b)(3c)を用いた例で、図１０、１１はく字状の電極(3a)(3b)(3c)を用いた例である。実施例２の交流印加電極(3a)(3b)(3c)は３枚１組で、いずれか１がプラス極、他の１がマイナス極、残る１が接地極となるように切り替えられるようになっており、これら交流印加電極(3a)(3b)(3c)は実施例１と同様、円筒状の接地電極(3d)内に収納されている。この場合、該印加電極(3a)(3b)(3c)に対応して分周器(5)から３のゲート駆動回路(7a)(7b)(7c)が導出され、交流印加電極(3a)(3b)(3c)の極性を切り替える極性切替スイッチング回路(2)の開閉素子(W1)〜(W6)のゲート接続されている。そして、１２０°の位相を以ってゲート駆動信号が分周器(5)から３のゲート駆動回路(7a)(7b)(7c)に出力され、実施例１に記載したようにタイマ(T)によって設定されたタイミングで三つの交流印加電極(3a)(3b)(3c)の内の二つが対となって交流印加され、残る一つが接地される。このように所定のタイミングで交流印加電極(3a)(3b)(3c)の組を切り替えていくので、交流印加電極(3a)(3b)(3c)は常にクリーンに保たれ、常時接地されている接地電極(3d)に不純物が析出・堆積して行き、前述同様、配管内の不純物析出・堆積による詰まりを防止することができる。

図１０、１１の場合、前記交流印加電極(3a)(3b)(3c)は、実施例１と同様、パンチングメタルやエキスパンドメタルのような多孔質板状体を横断面く字状に曲成されており、隣接する交流印加電極(3a)(3b)(3c)の板状部分(3a1)(3b1)(3c1)がそれぞれ対向するように配置され、その周囲全体を接地電極(3d)が取り囲んでいる。そして、絶縁部材(42)を介して板状部分(3a1)(3b1)(3c1)がビス固定されている。そして前記板状部分(3a1)(3b1)(3c1)間の距離、及び板状部分(3a1)(3b1)(3c1)と接地電極(3d)間の距離(Ha)〜(Hf)は等距離に設置される。また、図１０の破線で示すように、交流印加電極(3a)(3b)(3c)の外周を取り巻くように覆う接地電極(3d)に代えて、交流印加電極(3a)(3b)(3c)の中央に接地電極(3d)の筒体(勿論、中実多孔質体でもよい。)を設置してもよい。図１１の円筒型接地電極(3d)［円筒型に限らず接地電極(3d)は全てそうである。］の表面には不純析出物(g)の堆積が見られる。

なお、本発明では定電流電源(1)を使用しているので、交流印加電極(3a)(3b)(3c)間同士の距離及びこれらと接地電極(3d)との間の距離(Ha)〜(Hf)が同じでなくとも電極間では設定された定電流が流れることになり、電極を３極としても簡単に設定することができる。換言すれば、電極を３極以上とすることも可能であり、また、３極以上の電極を１組とし、これを複数組組み合わせて１つの接地電極(3d)内に配置することも可能である。こうすることにより大型の装置にすることができる。また、図面に関し、図５、７〜１０の通水方向は図の方向に限られず、逆方向に流される場合もある。

本装置を養殖池等に適用した場合の模式図本装置を工場排水処理等に適用した場合の模式図本装置を空調用冷却水配管系等に適用した場合の模式図本装置を２４時間風呂等に適用した場合の模式図本装置の第１実施例の連続式処理用の容器部分の断面図本装置の第１実施例のバッチ式容器の断面図本装置の平行平板型電極使用例の断面図図７の断面図本装置の配管接続型容器の断面図本装置の実施例２の一部要部切欠斜視図図１０の横断面図本装置の実施例１のブロック図本装置の実施例２のブロック図本装置の実施例２の変形例のブロック図本装置の定電流電源のブロック図

符号の説明

(1)定電流電源
(2)切替スイッチング回路
(3a)(3b)(3c)交流印加電極
(3d)接地電極
(10)容器
(14)導入口
(15)流出口
(51)往路循環配管
(52)復路循環配管
(60)ボイラ
(70)浴槽
(80)熱交換器
(SR)電流検出部

Claims

(a)３以上で１組とされ、く字状に折曲された交流印加電極を同周円上に点対称にて配置され、被改質処理用の流体中に設置された交流印加電極と、
(b)前記交流印加電極の外周を囲むように配置された接地電極と、
(c)交流印加電極に接続され、電極の極性を切り替える極性切替スイッチング回路と、
(d)流体処理中の交流印加電極間に流れる電流を検出する電流検出部を有し、該電流検出部にて検出された電流値を一定に保つ定電流電源とで構成されていることを特徴とする電極ブロック。
請求項１に記載の交流印加電極は、３枚１組で、そのいずれか１がプラス極、他の１がマイナス極、残る１が接地極となるように切り替えられるようになっていることを特徴とする電極ブロック。
浄化前の流体を導入する導入口及び浄化後の流体を流出させる流出口とを備えた流体浄化用容器内に請求項１又は２の電極ブロックを収納したことを特徴とする流体改質処理装置。
電極が多孔質体で形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電極ブロック又は流体改質処理装置。