JP5918762B2 - 温水器の加熱素子上の湯垢の防止又は低減 - Google Patents
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Description
Ca(HCO3)2→CaCO3+H2O+CO2
2H2O+O2+4e―→4OH―
2H2O→O2+4H++4e―
a.前記加熱素子が水性液体と接触して、前記加熱素子で前記温水器内の水性液体を加熱するステップと、
b.前記加熱素子と対抗電極との間に第1のAC電圧を付与し、前記加熱素子と前記対抗電極との間にDC電圧を付与するステップとを有し、ここで、DC電圧は少なくとも0.5Vであり、特に少なくとも1.0Vであり、前記加熱素子は正の電極として選択される、方法を提供する。
交流電流(AC)が電極へ供給されるとき、交番する酸及び塩基が電極に形成される。沸騰中湯垢が形成される間、湯垢は絶えず溶かされて、電極表面に再沈殿するので、湯垢は電極壁に実質的には付着しない。当該方法は、すでに石灰化された表面を脱石灰させるためにも使用できる。特に低い周波数で湯垢の粘着力が非常に低くなるので、湯垢は表面から自発的に解放される。酸が生成されるとき石灰化された表面が正のモードであることが長いほど、湯垢は、よく解放される。金属の腐食も、この期間中に発生するかもしれない。金属電極の腐食に対する感度は、DC湯垢除去と同様に使用できる電流及び周波数の選択の制限因子である。しかしながら、全体として、DCの代わりにACを使用するとき、金属が酸化されることよりも、湯垢のほぐしが、より容易に発生することが分かった。更に、より高い電圧及びより高い電流が、DCにおいてよりACにおいて使用でき、DCにおいてよりACにおいて電気化学的処置の脱石灰効果をずっと効率的にできる。
a.前記加熱素子が水性液体と接触して、前記加熱素子で前記温水器内の水性液体を加熱するステップと、
b.前記加熱素子と対抗電極との間に第1のAC電圧(及びDC電圧)を付与する、方法を提供する。
a.(好ましくは加熱素子で)水性液体を好ましくは加熱する間、水性液体と加熱素子を接触させるステップと、
b.加熱素子と対向電極との間に第1のAC電圧(及びDC電圧)を付与するステップとを有する。
上述されたように、驚くべきことに、ACにより湯垢が除去される際の効率の更なる増大が、追加のDCオフセットをACへ付与することにより達成できることが分かった。これは、石灰化された表面(例えば浸漬されたらせん状の加熱素子又はフロースルー(流水式)ヒーターの壁)が、負の対向電極で正電圧に設定されることを意味する。ここで、スタンドアローンのDCとしてより、ACと組み合わされるとき、非常に高い(DC)電圧が付与できる。DC電圧は、表面を脱石灰させるためには、腐食のため通常使用できないが、ここでは使用できる。湯垢放出効果がAC脱石灰に加わる一方、AC電流はDCの腐食効果を和らげている。
a.前記加熱素子が水性液体と接触して、前記加熱素子で前記温水器内の水性液体を加熱するステップと、
b.前記加熱素子と対抗電極との間に第1のAC電圧を付与し、前記加熱素子と対抗電極との間にDC電圧を付与するステップとを有し、ここで、DC電圧は好ましくは少なくとも0.5Vであり、より好ましくは少なくとも1.0Vであり、特に少なくとも1.2Vであり、前記加熱素子は正の電極として選択される、方法を提供する。
a.(好ましくは加熱素子で)水性液体を好ましくは加熱する間、水性液体と加熱素子を接触させるステップと、
b.前記加熱素子と対抗電極との間に第1のAC電圧を付与し、前記加熱素子と対抗電極との間にDC電圧を付与するステップとを有し、ここで、DC電圧は好ましくは少なくとも0.5Vであり、より好ましくは少なくとも1.0Vであり、特に少なくとも1.2Vであり、前記加熱素子は正の電極として選択される、方法を提供する。
AC/DCの組合せ自体が湯垢防止に効率的ではあるが、効果は水性液体の導電率に幾分依存する。使用される水性液体の導電率が比較的低いとき、ACの効率は減少し、DCによる腐食が発生し始める。この効果に対抗するために、ACの周波数は、ACをより効率的にし、DCの腐食に対抗するために低くできる。しかしながら、これは、AC/DC設定が水性液体の導電率に依存することを意味する。よって、存在する水性液体の導電率の事前測定は、しかるべくAC/DCパラメータを設定する前に有益である。
a.前記加熱素子が水性液体と接触して、前記加熱素子で前記温水器内の水を加熱するステップと、
b.前記加熱素子と対抗電極との間に第1のAC電圧を付与し、前記加熱素子と対抗電極との間に第2のAC電圧(及びオプションで一つ以上の他のAC電圧)を付与し、前記加熱素子と対抗電極との間にDC電圧を付与するステップとを有し、ここで、第2のAC電圧は0.02Hz−5Hz、特に0.1Hz−2.5Hzの範囲から好ましくは選択される第2のAC周波数を持ち、ここで、第1のAC周波数と第2のAC周波数との比は好ましくは2以上、例えば2−1000、特に少なくとも5、例えば5−1000の範囲内にあり、ここで、DC電圧は少なくとも0.5Vであり、より好ましくは少なくとも1.0Vであり、特に少なくとも1.2Vであり、前記加熱素子は正の電極として選択される、方法を提供する。
a.(好ましくは加熱素子で)水性液体を好ましくは加熱する間、水性液体と加熱素子を接触させるステップと、
b.前記加熱素子と対抗電極との間に第1のAC電圧を付与し、前記加熱素子と対抗電極との間に第2のAC電圧(及びオプションで一つ以上の他のAC電圧)を付与し、前記加熱素子と対抗電極との間にDC電圧を付与するステップとを有し、ここで、第2のAC電圧は0.02Hz−5Hz、特に0.1Hz−2Hzの範囲から好ましくは選択される第2のAC周波数を持ち、ここで、第1のAC周波数と第2のAC周波数との比は好ましくは2以上、例えば2−1000、特に少なくとも5、例えば5−1000の範囲内にあり、ここで、DC電圧は少なくとも0.5Vであり、より好ましくは少なくとも1.0Vであり、特に少なくとも1.2Vであり、前記加熱素子は正の電極として選択される、方法を提供する。
ここで、水性液体は特に水である。当該方法は、硬水及び軟水に対して用いられ、特に好ましくは少なくとも100μS/cmの水導電率を持つ水に対して用いられる。
水の準備
CaCl2.2H2O(65.6gr/ltr)、 MgSO4.7H2O(38gr/ltr)及びNaHCO3(76.2gr/ltr)の貯蔵液が作られた。50グラムの各ストック溶液を9リットルの脱イオン化水に混合し、10リットルまで加えることにより、標準硬水が作られた。結果として出来た水は、(約)16.80DH(硬さのドイツ硬度)のトータルの硬さ及び(約)11.20DHの一時的な硬さを持った。
石灰化された12mmのステンレススチール管及び6mm幅のMMO被覆されたチタニウムの小さなストリップが電源に接続された。6.8VppACが100Hzの周波数で付与され、結果的に40mA電流となった(電源としてファンクションジェネレータが50オームインピーダンスで用いられた)。95℃で30分間加熱後、管(電極)の外側が調べられた。自発的な湯垢除去は観察されなかった。柔らかなラビングで水道水の下の洗浄は、湯垢の貧弱な除去を示した。腐食が観察されなかった。
石灰化された12mmのステンレススチール管及び6mm幅のMMO被覆されたチタニウムの小さなストリップが電源に接続された。6.8VppACが10Hzの周波数で付与され、結果的に40mA電流となった。95℃で30分間加熱後、電極が調べられた。自発的な湯垢除去は観察されなかった。柔らかなラビングで水道水の下の洗浄は、湯垢の良好な除去を示した。腐食が観察されなかった。
石灰化された12mmのステンレススチール管及び6mm幅のMMO被覆されたチタニウムの小さなストリップが電源に接続された。6.8VppACが5Hzの周波数で付与され、結果的に40mA電流となった。95℃で30分間加熱後、電極が調べられた。湯垢が金属管から自発的に解放した。柔らかなラビングで水道水の下の洗浄は、自発的にきれいになった領域を越えて湯垢の非常に良好な湯垢の除去を示した。腐食が観察されなかった。
石灰化された12mmのステンレススチール管及び6mm幅のMMO被覆されたチタニウムの小さなストリップが電源に接続された。6.8VppACが2.5Hzの周波数で付与され、結果的に40mA電流となった。95℃で30分間加熱後、電極が調べられた。湯垢が金属管から自発的に解放された。柔らかなラビングで水道水の下の洗浄は、自発的にきれいになった領域を越えて湯垢の非常に良好な湯垢の除去を示した。わずかに黄色が管上に観察され、腐食の始まりを示した。
石灰化された12mmのステンレススチール管及び6mm幅のMMO被覆されたチタニウムの小さなストリップが電源に接続された。4.8VppACが2.5Hzの周波数で付与され、結果的に20mA電流となった。95℃で30分間加熱後、電極が調べられた。湯垢が金属管から自発的に解放した。柔らかなラビングで水道水の下の洗浄は、自発的にきれいになった領域を越えて湯垢の非常に良好な湯垢の除去を示した。腐食が観察されなかった。
石灰化された12mmのステンレススチール管及び6mm幅のMMO被覆されたチタニウムの小さなストリップが電源に接続された。0.3VDCが付与され、結果的に0.1mA電流となった。95℃で30分間加熱後、電極が調べられた。柔らかなラビングで水道水の下の洗浄は、湯垢の貧弱な除去を示した。湯垢の自発的な除去はなかった。腐食が観察されなかった。
石灰化された12mmのステンレススチール管及び6mm幅のMMO被覆されたチタニウムの小さなストリップが電源に接続された。0.6VDCが付与され、結果的に0.3mA電流となった。95℃で30分間加熱後、電極が調べられた。柔らかなラビングで水道水の下の洗浄は、湯垢の限定的な除去を示した。湯垢の自発的な除去はなかった。腐食が観察されなかった。
石灰化された12mmのステンレススチール管及び6mm幅のMMO被覆されたチタニウムの小さなストリップが電源に接続された。ステンレススチール管は正電極であって、1.0VDCが付与された。即座に、孔食が、ステンレススチール管で観察された。2分後に実験がストップされた。柔らかなラビングで水道水の下の洗浄は、湯垢の貧弱な除去を示した。湯垢の自発的な除去はなかった。
石灰化された12mmのステンレススチール管及び6mm幅のMMO被覆されたチタニウムの小さなストリップが電源に接続された。4.8VppACが5Hzの周波数で付与され、結果的に20mA電流となった。管は正電極であって、1.0VDCがオフセットとして付与された。95℃で30分間加熱後、電極が調べられた。湯垢が金属管から自発的に解放された。柔らかなラビングで水道水の下の洗浄は、自発的にきれいになった領域を越えて湯垢の非常に良好な湯垢の除去を示した。腐食が観察されなかった。
石灰化された12mmのステンレススチール管及び6mm幅のMMO被覆されたチタニウムの小さなストリップが電源に接続された。4.8VppACが5Hzの周波数で付与され、結果的に20mA電流となった。管は正電極であって、1.5VDCがオフセットとして付与された。95℃で30分間加熱後、電極が調べられた。湯垢が金属管から自発的に解放された。柔らかなラビングで水道水の下の洗浄は、自発的にきれいになった領域を越えて湯垢の非常に良好な湯垢の除去を示した。腐食が観察されなかった。
石灰化された12mmのステンレススチール管及び1mm幅のステンレススチールロッドが、電源に接続された。4.8VppACが5Hzの周波数で付与され、結果的に20mA電流となった。95℃で30分間加熱後、電極が調べられた。湯垢が金属管から自発的に解放されなかった。柔らかなラビングで水道水の下の洗浄は、自発的にきれいになった領域を越えて湯垢の非常に良好な湯垢の除去を示した。しかしながら、直径1mmの対抗電極は腐食の兆候を示した。
石灰化された12mmのステンレススチール管及び1mm幅のステンレススチールロッドが、電源に接続された。4.8VppACが5Hzの周波数で付与され、結果的に20mA電流となった。1.5VDCがオフセットとして付与された。95℃で30分間加熱後、電極が調べられた。湯垢が金属管から自発的に解放されなかった。柔らかなラビングで水道水の下の洗浄は、自発的にきれいになった領域を越えて湯垢の非常に良好な湯垢の除去を示した。事前に石灰化された管及び小さな対抗電極両方で腐食が観察されなかった。
典型的な実験では、硬水が600mlビーカーガラスに加えられた。らせん状の加熱素子が、水に浸けられた。水が沸騰され、30分間95℃に保たれた。加熱中、12mm直径及び10mm内径のステンレススチール管が水に浸けられた。1mmの金属酸化物(MOX)被覆されたチタニウム電極が、管の中心に位置付けられた。両方の電極が、負電極として設定されたステンレススチールで、3.5VDCで電気的に接続された。湯垢が管の内部に堆積し、しっかりと付着した。
(内部が)石灰化された12mmのステンレススチール管及び内部中央にステンレススチールがある6mmの直径ロッドが、900μS/cm導電率の標準硬水に浸けられた後、電源に接続された。(正電極として加熱素子及び負対抗電極としてロッドを持って)95℃で40mAの電流が、0.5Hzの周波数及び−1.5VDCのオフセットで、測定2.6Vppで付与された。30分間加熱後、管及びロッドが調べられた。腐食の幾つかの兆候が観察されたが、全ての湯垢が除去された。
実験12と同じ実験が300μS/cm導電率の水(比較的低い硬質を持つ水)で繰り返された。3.8Vの電圧が同じ電流を得るために付与された。95℃で30分間加熱後、管及びロッドが調べられた。全ての湯垢が除去され、腐食が検出されなかった。
石灰化された12mmのステンレススチール管及び内部中央にステンレススチールがある6mmの直径ロッドが、900μS/cm導電率の水に浸けられた後、電源に接続された。40mAの電流が、0.5Hzの周波数及び−1.5VDCのオフセットで付与された。この信号が、同じ振幅であるがゼロオフセット及び2.5Hzを持つ信号が重畳されて加えられた。95℃で30分間加熱後、管及びロッドが調べられた。全ての湯垢が除去され、腐食が検出されず、追加のAC電流の利益を示した。
石灰化された12mmのステンレススチール管及び内部中央にステンレススチールがある6mmの直径ロッドが、900μS/cm導電率の水に浸けられた後、電源に接続された。95℃で40mAの電流が、0.5Hzの周波数及び−1.5VDCのオフセットで付与された。この信号が、同じ振幅であるがゼロオフセット及び1000Hzを持つ信号が重畳されて加えられた。95℃で30分間加熱後、管及びロッドが調べられた。全ての湯垢が除去され、腐食が検出されず、追加のAC電流の利益を示した。
典型的な実験では、硬水が600mlビーカーガラスに加えられた。らせん状の加熱素子(ステンレススチール)が、水を加熱するために水に浸けられた。水は、30分間95℃に保たれた。加熱中、L字型MOX被覆されたTi電極が、加熱素子内に位置付けられた。加熱素子及び対抗電極が、3.5VDCの電極に接続され、加熱素子は負電極として接続された。湯垢が加熱素子に堆積し、しっかりと付着した。
石灰化された加熱素子が、900μS/cm導電率の標準硬水に浸けられた。6mmの直径のL字型ステンレススチール電極が、加熱素子内に位置付けられた。(正電極としてらせん状の加熱素子及び負対抗電極としてL字型ステンレススチール電極を持って)−2.5VDCのオフセット、0.25Hz及び2.5Hzそれぞれの2ランプ形状のAC信号を使用して、40mAの電流がシステムに付与された。30分間加熱後、加熱素子及び電極が調べられた。湯垢が除去され、腐食は検出されなかった。オフセットが−4.0VDCまで増大されたとき、同じ結果が得られた。
2mmの直径の混合酸化金属(MMO)被覆されたチタニウムロッドが、内径12mm及び18cm長を持つ加熱管を通る流れの中間に位置付けられた。30分間、硬水が、140ml/minでヒーターを通ってポンピングされた。95℃の温度で水が管に残った。負の電極として加熱器と正の電極として対抗電極とで加熱中、3.5VのDC電圧が付与された。
平坦な底部の外部に接続された加熱素子を持つステンレススチールの柱状カップが硬水で満たされた。底部の半径は、5.25cmであった。底部から3mm離れたところで、2mmワイヤ厚さのステンレススチールのらせん状の電極が位置づけられた。1Hz及び1000Hzの2つの重畳されたAC信号(三角形形状)が付与されている間、水が加熱された。1.5Vのオフセットが、正電極としてのカップに用いられた。底部にのみ0.9mA/cm2を考慮して電流密度を与えて、78mAの電流が測定された。全体のカップに3cmの水レベルを考慮して、カップの壁の電流密度は0.4mA/cm2であった。20分加熱後、カップが空になった。湯垢は全く壁に付着しなかった。56mA(0.3mA/cm2)で、同様の結果が得られた。
Claims (16)
- 温水器内の水性液体を加熱するための加熱素子を有する水性液体を加熱するための温水器を使用する方法であって、
前記加熱素子が水性液体と接触して、前記加熱素子で前記温水器内の水性液体を加熱するステップと、
前記加熱素子と対抗電極との間に第1のAC電圧を付与し、前記加熱素子と前記対抗電極との間にDC電圧を付与するステップとを有し、ここで、DC電圧は少なくとも0.5Vであり、前記加熱素子は正の電極として選択されている、方法。 - 第1のAC電圧は少なくとも0.1Hzの第1のAC周波数を持つ、請求項1に記載の方法。
- 前記加熱素子と前記対抗電極との間に第2のAC電圧、オプションで一つ以上他のAC電圧を付与するステップを更に有し、ここで、第2のAC電圧は0.02Hzから5Hzの範囲から選択される第2のAC周波数を持ち、第1のAC周波数と第2のAC周波数との間の比が2以上である、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記対抗電極は複数の対抗電極を有し、第1のAC電圧は前記加熱素子と第1の対抗電極との間に付与され、DC電圧が前記加熱素子と他の対抗電極との間に付与されるか又は第2のAC電圧が前記加熱素子と他の対抗電極との間に付与される、請求項3に記載の方法。
- 前記電圧は、前記加熱素子で前記温水器内の水性液体を加熱する間、付与される、請求項1乃至4の何れか一項に記載の方法。
- 少なくとも85℃の温度まで前記温水器内の水性液体を加熱するステップを有する、請求項1乃至5の何れか一項に記載の方法。
- 第1のAC電圧は三角波形状を持ち、三角波形状は対称形である、請求項1乃至6の何れか一項に記載の方法。
- 第1のAC電圧は三角波形状を持ち、第2のAC電圧は三角波形状を持ち、三角波形状は対称形である、請求項3に従属する請求項4乃至7の何れか一項に記載の方法。
- 水性液体の導電率の測定ステップを含み、前記導電率、第1のAC電圧、第2のAC電圧及びDC電圧の一つ以上の間の事前に規定された関係と水性液体の導電率の測定とに依存して、第1のAC電圧と、第2のAC電圧及びDC電圧の一つ以上とを制御するステップを更に含む、請求項3に従属する請求項4乃至8の何れか一項に記載の方法。
- 水性液体の導電率の測定と、水性液体の温度、水性液体のpH、前記加熱素子と前記対抗電極との間に流れる電流、前記加熱素子と前記対抗電極とを接続するときの電圧降下から成るグループから選択される他のパラメータの測定との測定ステップと、前記導電率、前記他のパラメータ、第1のAC電圧、第2のAC電圧及びDC電圧の一つ以上の間の事前に規定された関係とこれらの測定とに依存して、第1のAC電圧と、第2のAC電圧及びDC電圧の一つ以上とを制御するステップとを更に含む、請求項3に従属する請求項4乃至9の何れか一項に記載の方法。
- 温水器内の水性液体を加熱するための水性液体と接触するように設けられる加熱素子を有する水性液体を加熱するために設けられる温水器と、前記加熱素子と対抗電極との間に第1のAC電圧を付与するように設けられた電源とを有し、前記電源は、前記加熱素子と前記対抗電極との間にDC電圧を付与し、DC電圧は少なくとも0.5Vであり、前記加熱素子は正の電極として設けられる、温水器装置。
- 第1のAC電圧は少なくとも1Hzの第1のAC周波数を持つ、請求項11に記載の温水器装置。
- 前記電源は、前記加熱素子と前記対抗電極との間に第2のAC電圧とオプションで一つ以上の他のAC電圧とを付与し、ここで、第2のAC電圧は0.02Hzから5Hzの範囲から選択される第2のAC周波数を持ち、第1のAC周波数と第2のAC周波数との間の比が2以上である、請求項11又は12に記載の温水器装置。
- 前記対抗電極は、複数の対抗電極を有し、前記電源は、前記加熱素子と第1の対抗電極との間に第1のAC電圧を付与し、前記加熱素子と他の対抗電極との間にDC電圧を付与するか又は前記加熱素子と他の対抗電極との間に第2のAC電圧を付与する、請求項13に記載の温水器装置。
- 加熱された水及び/又は蒸気を作るための請求項11乃至14の何れか一項に記載の温水器装置を有する、電子装置。
- アイロン、加圧蒸気発生器、非加圧蒸気発生器、熱い飲物の自動販売機、電気ケトル、コーヒーメーカー、エスプレッソマシン、洗濯機、食器洗浄機、温水ベースの雑草除去装置から成るグループから選択される、請求項15に記載の電子装置。
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