JP5698771B2 - スケール除去・付着発生防止装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体の流れる管内に付着したスケールを除去し、かつスケールの発生・付着を防止する装置に関し、特に、直流電源を用いて電流の向きを急峻に変更する制御が出来るスケール除去・付着発生防止装置に関する。

従来より、スケール除去には様々な方法があり、用途や除去対象に応じて使い分けられている。例えば、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸等の無機酸や、クエン酸等の有機酸を主成分とするスケール除去剤を利用する方法があり、これによると、スケールが付着した部位を上記スケール除去剤で洗浄することにより、スケールを除去することが可能となる。

また、電気的にスケールを除去する装置としては、液体を流す筒体に導線をコイル状に巻き付け、該コイルに双方向の電流を交互に流すことにより電磁界が誘起され、この電気的なエネルギーを利用することによりカルシウム、マンガン、マグネシウム系のスケールを除去する方法がある。また、これらの処置を定期的に行うことにより、スケールの付着を防止することが可能となる。

この電気を用いたスケール除去・防止に関する技術として、様々な技術が開発されている。例えば、特開２００１−３８３６２号公報に開示された技術によると、流体流路を構成する管体内面へのスケールの付着防止や付着スケールの除去、管体内面の腐食防止を可能とする装置として、流体流路を構成する管体の外側にコイルを装着し、電源部から供給される電流を流すことによりスケールを除去する装置であって、特に、電源部の供給する電流を特定周波数帯域で周波数が時間的に変化する特定波形の電磁界誘起電流に変換してコイルに供給する電流制御部を設けた装置に関する技術が開示されている。

ここでは、管に捲回されるコイルに流す電流を変更することにより、スケール除去・防止効果が高くなるという技術が利用されている。確かに開示した技術によれば、一定のスケール除去・防止効果が得られるが、周波数や波形を変更することについては言及されているものの、電流の向きを急峻に変更する手段については開示がなく、ただ方形波に近い非正弦波の交流とすることが望ましいと言及されているに過ぎない。電流の波形の変更によるスケール除去・防止効果の増大という観点の開示はあったが、急峻に波形を変更する具体的手段についての開示・示唆はなかった。

また、特開２０１１−２５５３４５号公報では、変調電磁波でなく、周波数を特定することで変調電磁波と同じように被処理流体のスケール成分の除去を可能とする技術として、管に捲回されたコイルに４ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域内で、単一周波数を持つ交流電流、または、互いに周波数の異なる複数の周波数を持つ交流電流を流す電磁波発生器を備えた電磁波処理装置を用いて被処理流体を処理することで、スケール付着防止、スケール除去を行う技術が開示されている。ここでは、電磁波処理装置として、プッシュプル回路を用いた交流の生成方法が採用されている。

しかし、プッシュプル回路では、理論上単一の電源とはならないため、電源回路部分に無駄が多く煩雑な回路とならざるを得ないという問題点があった。また、電流の向きの制御は発振回路が担うことになるため、電流の向きの急峻な変更という重要な点が特段重視された回路とは言えず、こちらも電流の向きの急峻な変更によるスケール除去・防止効果の増大という観点からは、充分な技術とは言えなかった。

スケールの除去および付着を防止する装置は、その効果を高めるためには、従来技術では、機器が複雑化し、大型化するという実情があった。また、電気を使用する以上、使用時の安全性の確保は必須の条件とされることになる。
そこで、構造が複雑になり過ぎず、かつ、省電力でより高い効果が得られ、安全性が確保されたスケール除去・付着発生防止装置の開発が望まれていた。
特開２００１−３８３６２号公報 特開２０１１−２５５３４５号公報

本発明は上記問題を解決するために、スケール除去・付着発生防止装置であって、特に、構造が複雑になり過ぎず低コストであり、省電力で高効果を得ることを可能とし、さらに使用時の安全性を確保したスケール除去・付着発生防止装置を提供する。

上記の目的を達成するために本発明に係るスケール除去・付着発生防止装置は、液体の流れる管に捲回して形成した励磁コイルから生ずる電磁気力によって、捲回された管内のスケールの除去および／またはスケールの付着発生防止を行うスケール除去・付着発生防止装置であって、前記スケール除去・付着発生防止装置は、１つの直流電源と、コイルと、前記コイルを励磁するコイル励磁回路と、前記コイル励磁回路を流れる電流を制御する制御装置と、電流の漏洩・逆流を制御する電流安定化装置と、からなり、前記コイル励磁回路は、２個の電界効果トランジスタが直列に接続された２本の通電線が並列接続され、各通電線における２個の電界効果トランジスタ間が前記コイルで接続されたＨブリッジ回路に構成するとともに、前記制御装置は、電気信号発生手段を装備した構成からなり、前記制御装置の電気信号発生手段が、前記コイル励磁回路の所定の電界効果トランジスタに電圧を印加することで電気信号を送信することによって、前記制御装置が前記コイル励磁回路内のコイルを流れる電流の向きを制御することにより、直流電流を任意の周波数からなる方形波に変換した交流電流をコイルに流して励磁する構成である。

また、電流安定化装置は、コイル励磁回路から制御装置に電流が逆流することを防ぐとともに、コイル励磁回路内に流れる電流を制御するため、制御装置が送信する電気信号を電流安定化装置を介してコイル励磁回路に送信する構成であって、制御装置からの信号を受信する信号入力部と、信号入力部が受信した電気信号に応じて電流を導通する前記信号入力部から絶縁された信号出力部とからなる構成である。

また、前記電流安定化装置は、制御装置とコイル励磁回路との遮断手段としてのフォトカプラからなる構成である。
また、前記制御装置は、前記電気信号発生手段による電気信号の発生を制御するスケジューリング手段を設けた構成である。
さらに、前記直流電源は、４８Ｖ乃至６０Ｖの電圧を印加する構成でもある。

本発明は、上記詳述した通りの構成であるので、以下のような効果がある。
１．コイルに電流を流して励磁するためのコイル励磁回路を、Ｈブリッジ回路としたため、急峻な電流の向きの変更が可能となるとともに、コイルへの電源を一元化することが可能となる。また、電気信号発生手段からなるＨブリッジ回路の制御装置によりコイルを流れる電流の向きを制御出来る構成であるので、容易に電流の向きを制御して、任意の周波数からなる方形波を発生させることにより、より効率的なスケール付着防止および除去が可能となる。
２．また、電流安定化装置を、制御信号を受信する信号入力部と、電流を導通する信号出力部に分け、双方の回路を絶縁したため、コイル励磁回路から制御装置に電流が逆流することを防ぎ安全性を高めることが可能となる。

３．電流安定化装置をフォトカプラとしたため、制御装置とコイル励磁回路を容易に絶縁することが可能となる。
４．制御装置にスケジューリング手段を設けたため、任意の周波数の方形波を電気信号発生手段によって制御することが可能となる。
５．直流電源を、４８Ｖ乃至６０Ｖの電圧を印加することしたため、省電力で高効果を得ることができ、さらに使用時の安全性を確保することが可能となる。

以下、本発明に係るスケール除去・付着発生防止装置を、図面に示す実施例に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係るスケール除去・付着発生防止装置の概略図であり、図２は、スケール除去・付着発生防止装置の基本回路図である。図３は、コイル励磁回路の回路図であり、図４ａおよび図４ｂは、スケール除去・付着発生防止装置の通電の例を示す図である。図５は、制御装置が生成する方形波の例を示す図である。
本発明のスケール除去・付着発生防止装置１００は、コイル１１０と、直流電源１２０と、コイル励磁回路１３０と、制御装置１４０と、電流安定化装置１５０とからなり、主に、直流電源を用いて電流の向きの変更を急峻とするように制御することができるスケール除去・付着発生防止装置である。

スケール除去・付着発生防止装置１００は、図１に示すように、装置本体からコイル１１０がケーブルを介して接続されており、該コイル１１０は、スケールを除去する対象である管２００に捲回して設置される構成となっている。

管２００には液体が流れており、長期間使用すると、その内面には炭酸カルシウム等のスケールが付着する。このスケールを除去する方法としては、本発明のように、電気の性質を利用して除去する方法がある。これは、液体を流す筒体に導線をコイル状に巻き付けて、該コイルに双方向に電流を流すことにより電磁界が誘起され、この電気的なエネルギーを利用することにより管内に付着したスケールを剥離処理または付着を防ぐものであり、この方法により付着したスケールを容易に剥離除去し、またはスケールの付着を防止することが出来る。

直流電源１２０は、コイル１１０に電流を流すための直流からなる電源である。直流電源１２０は、図２および図３に示すように、コイル励磁回路１３０に単一電源として設置される。

コイル１１０は、銅線等の導線を螺旋状に巻いてソレノイド状に構成したものであり、図１に示すように、管２００の外周に巻装される。コイル１１０は、導線表面が絶縁処理されていることが望ましい。また、コイルの巻数は任意とすることが可能であるが、過巻装である場合にはインダクタンスの過渡現象により急峻な電流の向きの変更が困難となることが考えられるため、電流の向きを急峻に変更可能な範囲でコイル１１０を巻装するのが望ましい。

コイル励磁回路１３０は、前記コイル１１０に電流を流して励磁して、電磁界を生じさせるための回路である。コイル励磁回路１３０は、本発明では、図２および図３に示すように、Ｈブリッジ回路によって構成される。すなわち、コイル励磁回路１３０は、２個の電界効果トランジスタ１３２ａ・１３２ｃ（および１３２ｂ・１３２ｄ）を直列に接続した、銅線からなる一対の通電線１３４ａ・１３４ｂを並列に接続し、更に、通電線１３４ａ・１３４ｂに設けられる２個の電界効果トランジスタ１３２ａ・１３２ｃ（１３２ｂ・１３２ｄ）の間をコイル１１０で接続することにより、Ｈブリッジ回路を構成している。

電界効果トランジスタ１３２ａ・１３２ｂ・１３２ｃ・１３２ｄは、後述の制御装置によって制御され、スイッチングが行われる。これにより、コイル１１０に流れる電流の向きを容易に変更するよう制御可能となり、かつ急峻な電流の向きの変更が可能となる。なお、電界効果トランジスタ１３２ａ・１３２ｂ・１３２ｃ・１３２ｄは、本発明の実施例ではＭＯＳ−ＦＥＴを用いているが、これに限定されるものではなく、接合型を用いることも可能であり、また別の実施例として、バイポーラ型トランジスタを用いることも可能である。

制御装置１４０は、コイル励磁回路１３０を流れる電流を制御する電気信号発生手段１４２とスケジューリング手段１４４とを備えた装置である。図２に示すように、電気信号発生手段１４２のポートをコイル励磁回路１３０の電界効果トランジスタ１３２ａ乃至１３２ｄに接続して、電気信号の送信により電流の方向を制御する構成を取っている。制御装置１４０には、電気信号発生手段１４２が設けられ、電気信号発生手段１４２は、電界効果トランジスタ１３２ａ乃至１３２ｄに電気信号を送信することによって電界効果トランジスタのスイッチングにより制御を行う。

制御装置１４０の動作を、以下説明する。制御装置１４０は、電気信号発生手段１４２により、コイル励磁回路１３０に設けられた所定の電界効果トランジスタに電圧を印加することで電気信号を送信する。なお、本実施例では、図３に示すように、電界効果トランジスタ１３２ａと１３２ｂは、Ｐ型ＦＥＴであり、電界効果トランジスタ１３２ｃと１３２ｄはＮ型ＦＥＴとなっている。電界効果トランジスタ１３２ａと１３２ｄが一組となり、電界効果トランジスタ１３２ｂと１３２ｃが一組として制御される。

制御装置１４０は、電気信号発生手段１４２によって、電界効果トランジスタのゲート・ソース間に電圧を印加することでスイッチングを行い、電流の流れる方向を決定する。例えば、図４ａに示すように、電界効果トランジスタ１３２ａと１３２ｄのゲート・ソース間に電圧を印加し、同時に電界効果トランジスタ１３２ｂと１３２ｃをＯＦＦの状態とする。これにより、コイル１１０には、図４ａに示す方向の電流が流れる。

次に、図４ｂに示すように、前述とは逆に、電界効果トランジスタ１３２ｂと１３２ｃのゲート・ソース間に電圧を印加し、同時に電界効果トランジスタ１３２ａと１３２ｄをＯＦＦの状態とする。これにより、コイル１１０には、図４ｂに示す逆向きの電流が流れることとなる。
なお、上記電界効果トランジスタのスイッチング処理は、任意のタイミングで行うことが可能である。

制御装置１４０による上記電界効果トランジスタの制御を繰り返すことにより、コイル１１０に方形波からなる交流電流が流れることになる。すなわち、制御装置１４０によってコイル励磁回路１３０内のコイル１１０を流れる電流の向きを容易に制御することが可能となり、また、直流電流が任意の周波数からなる方形波の交流電流に変換されてコイル１１０に流れ、励磁することが可能となる。

従来技術によれば、例えばプッシュプル回路を用いた方形波の生成の場合、確かに方形波が発振されることになるが、方形波の立ち上がり（立ち下がり）に鈍りが生ずる可能性があり、必ずしも急峻な電流の向きの変更が可能とはならないという問題があった。
本発明によれば、Ｈブリッジ回路を用いて電界効果トランジスタのスイッチング処理を行うため、急峻な電流の向きの変更が容易に実現でき、方形波の立ち上がり（立ち下がり）の鈍りの問題を解決することができた。更に、Ｈブリッジ回路を採用することにより電源を単一とすることが可能となり、回路の構成やメンテナンスが容易となり、製造コストの削減という点でも十分な効果を奏することができる。

電流安定化装置１５０は、電流の漏洩・逆流を制御する装置であり、図３に示すように、コイル励磁回路１３０と制御装置１４０の間に設置されるものであって、電気信号発生手段１４２から電界効果トランジスタに対する電気信号の送信路上に設けられる。

電流安定化装置１５０は、より詳しくは、制御装置１４０の電気信号発生手段１４２から発信される信号を受信する信号入力部１５２と、信号入力部１５２が受信した信号を電気信号に応じて区分けして電流を振り分け導通する信号出力部１５４とからなる構成である。信号入力部１５２と信号出力部１５４は絶縁されており、相互に直接的に電流が流れることのない構成となっている。絶縁構成とすることにより、制御装置１４０から送信される電気信号が電流安定化装置１５０によってコントロールされてコイル励磁回路１３０に送信されるので、コイル励磁回路１３０に流入する電流を制御することが可能となる。更に、絶縁されているために、コイル励磁回路１３０から制御装置１４０に電流が逆流することもぐことが可能となり、電流の逆流による機器の破損を防止でき、安全なスケール除去・付着発生防止装置を提供することが可能となった。

電流安定化装置１５０は、本実施例では、フォトカプラを使用している。これにより、コイル励磁回路１３０と制御装置１４０を絶縁することが可能となる。なお、電流安定化装置１５０は、上記フォトカプラに限らず、任意の装置を選択することができ、例えば、トランジスタ、ダイオード等の半導体素子を用いることが可能である。

本発明の制御装置１４０には、電気信号発生手段１４２による電気信号の発生を制御するスケジューリング手段１４４が設けられている。スケジューリング手段１４４は、電気信号発生手段１４２からコイル励磁回路１３０の電界効果トランジスタ１３２ａ乃至１３２ｄへの電気信号送信タイミングを管理・制御する手段である。これにより、任意の周波数の方形波の交流電流を生成し、任意の方向を選択してコイル１１０に通電することが可能となる。

例えば、時間に応じて、電界効果トランジスタのスイッチング処理のタイミングを変更するように制御することが可能となるので、図５に示すような方形波交流電流をコイル１１０に流すことが可能となり、スケール除去の効果を向上させることが可能となる。また、パルス波のような電流を流すことも可能となり、さまざまな波形による異質のスケール除去効果を得ることが可能となる。

スケジューリング手段１４４は、本実施例では、制御装置１４０のＣＰＵ（図示せず）がその制御を行う構成となっているが、ＣＰＵに限定されることはなく、別途専用のマイクロプロセッサ等を組み込んで制御することも可能である。

直流電源１２０は、本実施例では、４８Ｖ乃至６０Ｖの電圧を印加する構成としている。本発明では、Ｈブリッジ回路を用いて異なる方向の電流を生成し、コイル１１０に流す構成であるため、急峻な電流の向きの変更が可能となるため、上記の低電圧であっても十分なスケール除去・付着防止効果が得られる。すなわち、省電力で高効果が得ることが可能となる。更に、低電圧であるため、仮にコイル励磁回路１３０から制御装置１４０に電流が逆流しても、機器が破損し難いため、安全性が確保された装置とすることが可能となっている。

本発明に係るスケール除去・付着発生防止装置の概略図 スケール除去・付着発生防止装置の基本回路図 コイル励磁回路の回路図 スケール除去・付着発生防止装置の通電の例を示す図 スケール除去・付着発生防止装置の通電の例を示す図 制御装置が生成する方形波の例を示す図

１００ スケール除去・付着発生防止装置
１１０ コイル
１２０ 直流電源
１３０ コイル励磁回路
１３２ａ〜１３２ｄ 電界効果トランジスタ
１３４ａ・１３４ｂ 通電線
１４０ 制御装置
１４２ 電気信号発生手段
１４４ スケジューリング手段
１５０ 電流安定化装置
１５２ 信号入力部
１５４ 信号出力部
２００ 管

Claims (5)

1. 液体の流れる管に捲回して形成した励磁コイルから生ずる電磁気力によって、捲回された管内のスケールの除去および／またはスケールの付着発生防止を行うスケール除去・付着発生防止装置において、
   前記スケール除去・付着発生防止装置は、１つの直流電源と、コイルと、前記コイルを励磁するコイル励磁回路と、前記コイル励磁回路を流れる電流を制御する制御装置と、電流の漏洩・逆流を制御する電流安定化装置と、からなり、
   前記コイル励磁回路は、２個の電界効果トランジスタが直列に接続された２本の通電線が並列接続され、各通電線における２個の電界効果トランジスタ間が前記コイルで接続されたＨブリッジ回路に構成するとともに、前記制御装置は、電気信号発生手段を装備した構成からなり、
   前記制御装置の電気信号発生手段が、前記コイル励磁回路の所定の電界効果トランジスタに電圧を印加することで電気信号を送信することによって、前記制御装置が前記コイル励磁回路内のコイルを流れる電流の向きを制御することにより、直流電流を任意の周波数からなる方形波に変換した交流電流をコイルに流して励磁することを特徴とするスケール除去・付着発生防止装置。
2. 前記電流安定化装置は、コイル励磁回路から制御装置に電流が逆流することを防ぐとともに、コイル励磁回路内に流れる電流を制御するため、制御装置が送信する電気信号を電流安定化装置を介してコイル励磁回路に送信する構成であって、
   制御装置からの信号を受信する信号入力部と、信号入力部が受信した電気信号に応じて電流を導通する前記信号入力部から絶縁された信号出力部とからなることを特徴とする請求項１記載のスケール除去・付着発生防止装置。
3. 前記電流安定化装置は、制御装置とコイル励磁回路との遮断手段としてのフォトカプラからなることを特徴とする請求項１または請求項２記載のスケール除去・付着発生防止装置。
4. 前記制御装置は、前記電気信号発生手段による電気信号の発生を制御するスケジューリング手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のスケール除去・付着発生防止装置。
5. 前記直流電源は、４８Ｖ乃至６０Ｖの電圧を印加することを特徴とする請求項１乃至請求項４記載のスケール除去・付着発生防止装置。

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