JP6210545B2

JP6210545B2 - 水改質効果判定装置及び水改質効果判定方法

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Publication number: JP6210545B2
Application number: JP2013223159A
Authority: JP
Inventors: 惠保田尻; 石川　光男; 光男石川
Original assignee: TOSHIKOGYO CO., LTD.
Current assignee: TOSHIKOGYO CO., LTD.
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2017-10-11
Anticipated expiration: 2033-10-28
Also published as: JP2015087117A

Description

この発明は水改質効果判定装置及び水改質効果判定方法に関し、更に詳しくは、水道水を防錆効果のある水質に改質するという水質の改質が維持されていることを容易に判定することのできる水改質効果判定装置及び水改質効果判定方法に関する。

遠赤外線を放射するセラミックスによって水を浄化するなどによって水を改質する水処理装置として、各種の処理装置が用いられている。これらの水処理装置における水改質の状況を把握し、水処理装置の水改質機能が低下することを発見した場合には、迅速にその水処理装置の機能回復措置を取らねばならない。

ハイブリッドセラミックを水改質材として使用する水処理装置がある。この水処理装置は、例えば「ザ・バイオウォーター」（登録商標）の名称にて都市拡業株式会社から市販されている。ハイブリッドセラミックは、１３００℃以上の焼成温度にて焼成処理され、その硬度が７以上であり、しかも４．４〜１５．４μｍの遠赤外線の積分放射率が９２％以上である特殊セラミックである。「ザ・バイオウォーター」で水を処理して得られる処理水は、「水道水から何らかの成分を取ったり加えたりせずに、水そのものの物性を変化させ高機能にした」ものとされている（http://www.biowater.co.jp/product/index.html）。このように高機能にされた処理水を工場並びに住宅用ビルおよび商業ビル等に使用すると、「１．赤錆劣化対策が安価にできる２．スケール（機器に付着したカルシウムやシリカの固まり）が取れるので、ボイラー等設備の維持管理が楽になり、設備自体も長持ちする」等々の効果が奏される。

水処理装置における水改質機能を測定する装置として特許文献１には、「水処理装置の運転状態を把握する装置において、水処理装置で処理された水を導入する処理液室と水処理装置で処理する前の水を導入する処理前液室とが中性膜を設けた結合部によって区画されて結合され、処理液室の入口には開閉自在な入口液栓が設けられ、処理室の出口には開閉自在な出口液栓が設けられ、また処理前液室の入口には、開閉自在な入口液栓が設けられ、処理前液室の出口には開閉自在な出口液栓が設けられ、処理液室には検出電極が、処理前液室には比較電極がそれぞれ設けられた測定セルを有し、検出電極と比較電極には、両電極間の電位差を測定する電圧電流測定手段が接続されたことを特徴とする水処理装置の運転状態を把握する装置」（特許文献１の請求項１参照）が、開示されている。

特許文献１に記載の測定装置では、「測定セル２を有し、測定セルは、ホウケイ酸ガラス等のガラス材料等によって構成され、処理液室３と処理前液室４は、結合部５によって結合されている。結合部５には、中性膜６が取りつけられており、処理液７が処理前液８と混合することを防止するとともに両室間の電気化学的測定を可能」（特許文献１の段落番号００１０参照）とするために、「処理液室３には検出電極１１が設けられており、処理前液室４には、比較電極１２が設けられており、検出電極１１、および比較電極１２には電圧電流測定手段１３に結合」（特許文献１の段落番号００１３参照）される構成を有する。この検出電極１１及び比較電極１２の具体例として「直径２ｍｍ、接液部の長さ３０ｍｍの炭素棒」（特許文献１の段落番号００２１参照）が示される。

特許第３８３５７６１号公報

この発明の課題は、前記特許文献１に記載された装置とは別の構成を有するとともに、水処理装置で改質された処理水が有する防錆機能又は防錆効果の改質効果が維持されていることを容易に判定することのできる水改質効果判定装置及び水改質効果判定方法を提供することにある。

前記課題を解決するための手段は、
（１）ステンレス鋼で形成されたカソード電極と鉄で形成されたアノード電極とを有し、水処理装置に供給する水処理前の水に浸漬される第１腐食センサと、
ステンレス鋼で形成されたカソード電極と鉄で形成されたアノード電極とを有し、水処理装置から排出される水処理後の水に浸漬される第２腐食センサと、
第１腐食センサから出力される腐食電流値Ａと第２腐食センサから出力される腐食電流値Ｂとを比較する比較手段と、
腐食電流値Ａが腐食電流値Ｂよりも大きい期間が継続することを判別することにより水の改質効果が維持されていると判定する判定手段とを有することを特徴とする水改質効果判定装置であり、
（２）前記水処理装置は、４．４〜１５．４μｍの遠赤外線を９２％以上の積分放射率で放射するハイブリッドセラミックに処理前の水を接触させて、水を改質する装置である前記（１）に記載の水改質効果判定装置であり、
（３）水処理装置に供給する水処理前の水に、ステンレス鋼で形成されたカソード電極と鉄で形成されたアノード電極とを有する第１腐食センサを浸漬し、
水処理装置から排出される水処理後の水に、ステンレス鋼で形成されたカソード電極と鉄で形成されたアノード電極とを有する第２腐食センサを浸漬し、
第１腐食センサから出力される腐食電流値Ａが第２腐食センサから出力される腐食電流値Ｂよりも大きい期間が継続することを判別することにより水の改質効果が維持されていると判定する水改質効果判定方法である。

この発明によると、第１腐食センサから出力される腐食電流Ａと第２腐食センサから出力される腐食電流Ｂとを比較することにより、水道水を防錆機能を有する水に改質する水処理装置により処理された水の改質効果の維持されていることを容易に判定することのできる水改質効果判定装置及び水改質効果判定方法を提供することができる。

図１は第１腐食センサ及び第２腐食センサを示す原理的説明図である。図２は腐食センサの一具体例を示す縦断面図である。図３は腐食センサの先端部底面を示す底面図である。図４は腐食センサを取り付ける取付ソケットを示す概略説明図である。図５はこの発明の一例である水改質効果判定装置を示す概略ブロック図である。図６は腐食センサを取り付ける位置を示す概略説明図である。図７は実施例で使用される腐食センサを示す説明図であり、（ａ）は腐食センサの上端面を示す上面図、（ｂ）は腐食センサをその軸線を通る切断したときに現れる縦断面図であり、（ｃ）は腐食センサの底面を示す底面図である。図８は腐食センサで検出される腐食電流の経時変化を示すグラフである。

この発明に係る水改質効果判定装置及び水改質効果判定方法は、第１腐食センサ及び第２腐食センサを利用する。

第１腐食センサ及び第２腐食センサは共に同じ構造を有する。第１腐食センサ及び第２腐食センサは、図１に示されるように、ステンレス鋼で形成されたカソード電極５Ａと鉄で形成されたアノード電極４Ａとを有する。このカソード電極５Ａとアノード電極４Ａとは電流計１２Ａに接続される。

カソード電極を形成するステンレス鋼として、例えばマルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、オーステナイト・フェライト二相ステンレス鋼及び析出硬化ステンレス鋼を挙げることができ、また、SUS201、202、SUS301〜305、316、317、SUS329J1、SUS403、405、420、430、430LX、SUS630を挙げることができる。

アノード電極を形成する鉄として、例えばダクタイル鋳鉄管又は水道配管用炭素鋼鋼管と同じ材質の鉄を使用することができる。ダクタイル鋳鉄又は水道配管用炭素鋼は、水道管に好適に使用される。したがって、水道管内で発生する錆を検知するアノード電極をダクタイル鋳鉄又は水道配管用炭素鋼で形成するのが好ましい。

水道管中で発生する腐食反応は、多くの場合、局部反応である。水道管内のある部位がアノードになり、そのアノードに近接した部位がカソードとなり、アノードとなる部位において腐食が進行する。水道管内で一度アノードとなる部位が生じるとその部位に錆コブが発生し、時間の経過と共に腐食が進行して水道管に貫通孔が生じることがある。

腐食に伴って以下の電気化学反応が進行する（http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%8C%86）。

アノード部位：Ｆｅ→Ｆｅ^２＋＋２ｅ⁻ ・・・・(1)
カソード部位：Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻ ・・・(2)
第１腐食センサ及び第２腐食センサのいずれにおいても、水道水中に第１腐食センサ及び第２腐食センサを浸漬すると、鉄であるアノード電極において上記（１）の反応が進行し、ステンレス鋼であるカソード電極において上記（２）の反応が進行し、電流が、アノード電極から水道水へ、水道水からカソード電極へ、カソード電極から電線を通じて電流計に、電流計から電線を通じてアノード電極へと流れる。

水道水が防錆効果を奏するように処理された処理水にあっては水道管の腐食を抑制する。ところで、腐食電流は腐食量つまり腐食の程度と比例関係にあるので、測定される腐食電流が小さいことは腐食量が少ないことを意味する。したがって、水道管における腐食が抑制されているならば、測定される電流量が小さくなる。水道管における腐食が進行しているのであるならば、測定される電流量が大きくなる。

この傾向を利用するのが本願発明である。

第１腐食センサ及び第２腐食センサ（両者を合わせて「腐食センサ」と称することがある。）の具体例を図２に示す。

腐食センサ１は、両端を開口するケース例えば合成樹脂製例えば塩化ビニル樹脂製のパイプ２の内部に、スペーサ３を間に挟むようにして配置されたアノード電極である鉄板４とカソード電極であるステンレス板５とを、配設し、ステンレス板５とパイプ２の内壁面との間に照合電極６が配設される。パイプ２の内部における空間には合成樹脂８が充填されており、パイプ２の内部に配設された鉄板４とステンレス板５と照合電極６とが固定される。

図３に示されるように、腐食センサ１においては、パイプ２の一端開口部において、前記鉄板４とステンレス板５と照合電極６とのそれぞれの端面が露出している。

図２において、７で示すのはリード線であり、また前記鉄板４とステンレス板５のそれぞれの他端は、パイプ２の他端開口部から突出しており、図示しないリード線が結合されている。リード線７及び図示しない前記リード線は、電流計に接続される。

なお、この例におけるパイプ２の外径が３２ｍｍ、内径が２５ｍｍ、軸線長さが４０ｍｍに設計され、鉄板４及びステンレス板５がパイプ２の他端から５ｍｍ突出している。これらの寸法は一例を示すのであって、この発明における腐食センサ１の各寸法はこれらの値に限定されるものではなく、適宜に設計変更し得る。

この発明における腐食センサ１は、例えば、防錆効果の検査を必要とする水の流通する流通管例えば水道管に直接に設置してもよく、また、前記水道管から分岐する分岐配管に装着された給水栓ソケットに装着される装着ソケットに取り付けても良い。

図４に示されるように、給水栓ソケット９は、塩ビ管１０Ａの一端部を挿入することのできる一端開口部９Ａと他の塩ビ管１０Ｂの一端部を挿入することのできる他端開口部９Ｂとを有する管状本体９Ｃと、その管状本体９Ｃの略中央部に設けられた貫通孔９Ｄの端縁部から筒状に立ち上がり、一端を開口する円筒部９Ｅとを備える。

装着ソケット１１は、前記腐食センサ１を内部に取り付ける装着貫通孔１１Ａを有する円筒体１１Ｂと、前記円筒体１１Ｂよりも大きな直径を有するフランジ部１１Ｃと、そのフランジ部１１Ｃの前記円筒体１１Ｂとは反対側に延在形成された挿入円筒体１１Ｄとを有する。円筒体１１Ｂに設けられた装着貫通孔１１Ａは、腐食センサ１のパイプ２を液密に収容することができるように、装着貫通孔１１Ａの外径が設計される。挿入円筒体１１Ｄは、円筒部９Ｅに嵌合することができるように、前記挿入円筒体１１Ｄの外径が決定されることができる。

図５に示されるように、この発明に係る水改質効果判定装置１５は、水処理装置に供給される水処理前の水に浸漬される第１の腐食センサ１Ａと、水処理装置から排出される水処理後の水に浸漬される第２の腐食センサ１Ｂと、第１の腐食センサ１Ａに通電される電流すなわち腐食電流を測定して腐食電流値Ａとして出力する電流計１２Ａと、第２の腐食センサ１Ｂに通電される電流すなわち腐食電流を測定して腐食電流値Ｂとして出力する電流計１２Ｂと、前記電流計１２Ａ及び前記電流計１２Ｂから出力される腐食電流値を比較してその比較結果を出力する比較手段である比較器１４と、この比較器１４から出力される出力値に基づいて水質の変化を判断する判定手段の判定部１３とを有する。

判定部１５は、腐食電流値Ｂが腐食電流値Ａよりも大きい期間が経過した後に腐食電流値Ａが腐食電流値Ｂよりも大きい期間が存在することを判別することにより水質が維持されていると判定する。

腐食電流値Ｂが腐食電流値Ａよりも大きい期間が発生するのは、鉄の表面状態のバラつきで腐食電流にバラつきが生じること、及び安定した錆皮膜すなわち黒錆等が鋼材表面に形成されるまでに４８時間程度の時間がかかること、といった理由による。発明者らが鉄の表面を観察した結果、次のような知見が得られた。研磨されて金属光沢を有する鉄の表面に水が接触すると、水接触の初期においては極めて小さなミクロの腐食が局部的に発生して小さな斑点状の赤錆が観察される。水接触の時間が経過すると新たな赤錆の斑点が増加し、また既に発生している斑点の面積が大きくなる。このように発生する斑点の数及び斑点の面積が腐食電流値に影響を与える。斑点の総面積が大きい程腐食電流値が大きくなる。しかしながら、赤錆による腐食部分の面積が大きくなり、ある程度赤錆を主成分とした皮膜が付着してくると腐食反応に伴う物質の移動がその腐食部分において妨げられる。もっとも、水道水中におかれた鉄の腐食皮膜は緻密性がなくてヒビや亀裂がある。腐食皮膜におけるヒビや亀裂を通って水道水が浸透して赤錆が更に発生する。ところが、防錆処理のなされた処理後の水道水は鉄表面における赤錆を黒錆化し、また錆の緻密化を促して腐食反応が抑制される。したがって、赤錆発生により経時的増加していた腐食電流値が黒錆等の発生により減少に転じる。
腐食電流値Ｂが腐食電流値Ａよりも大きい期間（１）は、５〜２４時間継続する。また、腐食電流値Ｂが腐食電流値Ａよりも大きい期間（１）が経過してから２９時間から４８時間迄の期間（２）は腐食電流値Ｂと腐食電流値Ａとがほぼ同じ値になることがある。腐食電流値Ｂが腐食電流値Ａよりも大きい期間（１）が経過してから、又は前記期間（２）が経過してから、腐食電流値Ｂよりも腐食電流値Ａが大きくなる期間（Ｃ）が発生する。

この期間（Ｃ）の発生を判定部１５が検知することにより、水処理装置から排出される水処理後の水は防錆効果を発揮していると判定部１５が判定する。

図６に示されるように、この発明に係る水改質効果判定装置１５における第１の腐食センサ１Ａは、例えば水道水を流通させる水道配管１７に装着された水処理装置１８の上流側に装着され、第２の腐食センサ１Ｂは水道配管１７における水処理装置１８の下流側に装着される。水道配管１７に装着される第１の腐食センサ１Ａは一基であってもよく、また複数基であっても良い。同様に水道配管１７に装着される第２の腐食センサ１Ｂは一基であってもよく、また複数基であっても良い。

水処理装置としては、水流通路内に配設されたハイブリッドセラミックを有する装置を挙げることができ、都市拡業株式会社製の「ザ・バイオウォーター（登録商標）」（http://www.biowater.co.jp/）を使用することができる。

前記ハイブリッドセラミックは４．４〜１５．４μｍの遠赤外線を９２％以上の積分放射率で放射するセラミックであり、水道水をこのハイブリッドセラミックで処理すると、「生命活性力」、「制菌力」、「抗酸化力」、「洗浄力」、「環境浄化力」及び「改質持続力」の６つの改質効果の一つ以上が奏される（http://www.biowater.co.jp/）。

（実験例１）
１０００ｍLのビーカに１０００ｍLの水道水と「ザ・バイオウォーター」に装填されるのと同じハイブリッドセラミック（１３．５φ×１９ｍｍ）を６個入れ、腐食センサをその水道水に浸漬した。ハイブリッドセラミックで処理した水道水を処理水と称する。

腐食センサ１Ａは、図７に示されるように、硬質塩ビで形成されたパイプ２０と、そのパイプ２０の中心軸線と同じ中心軸線を有する外周面２１、そのパイプ２０の中心軸線と同じ中心軸線を有する内周面２２、及び前記内周面２２により形成される内部貫通空間２３を有して前記パイプ２０の内部に配置されるステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製の環状円柱体２４と、前記内部貫通空間２３内に配置され、前記内周面２２の内径よりも小さな外形を有する円柱状の鋼（ＳＳ４００）２５と、前記パイプ２０の内周面と前記環状円柱体２４の外周面との間、前記内部貫通空間２３内であって、管状円柱体２４の内周面と前記鋼（ＳＳ４００）２５の外周面との間、及び、パイプ２０の上端開口部内に、前記環状円柱体２４及び鋼（ＳＳ４００）２５とを埋設するように充填された絶縁用樹脂２６とからなる構造を有し、前記鋼（ＳＳ４００）２５はその上端においてリード線２７に電気的に接続され、また、管状円柱体２４はその上端においてリード線２８に電気的に接続された構造を有する。
この腐食センサ１Ａにおける各部の寸法は図７（ｂ）に示される。主要な寸法として、パイプ２０の外直径が２６ｍｍ、パイプ２０の内直径が２０ｍｍ、パイプ２０の軸線方向長さが１６ｍｍ、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で形成されたカソード電極における下端面の外直径が１６ｍｍ及び内直径が３ｍｍ、鋼（ＳＳ４００）で形成されたアノード電極における下端面の外直径が２ｍｍであり、アノード電極及びカソード電極が電流計に接続されている。

ビーカ内にハイブリッドセラミックと腐食センサとを浸漬してから電流計で測定される電流値の経時変化を図８に示した。図８では、この電流値を三角印でプロットした。

１０００ｍLのビーカに入れた１０００ｍLの水道水に前記腐食センサを浸漬した。この水道水はハイブリッドセラミックで処理されていないので未処理水と称する。未処理水に浸漬された腐食センサから出力される腐食電流値を電流計で測定した。その腐食電流値の経時変化を図７に示した。図８では、この電流値を菱形印でプロットした。

図８に示されるように、処理水である水道水は、測定開始から５時間くらいまでは腐食電流値が上昇した。この腐食電流値の上昇はアノード電極の表面で赤錆が発生したものと考えられる。測定開始から５時間から１０時間で腐食電流値が低下し、その後から８０時間近く迄は腐食電流値が１５μＡと２０μＡとの間に収まった。

一方、未処理水である水道水にあっては、測定開始後から５０時間が経過すると、腐食電流値が上昇し、処理水である水道水における腐食電流値よりも大きくなった。

このように、ハイブリッドセラミックに接触した水道水における腐食電流値が、測定開始後１０時間を経過してから後はほぼ一定の値になる一方、ハイブリッドセラミックに接触させていない水道水における腐食電流値が、測定開始後５０時間を経過してから上昇傾向を示し、測定開始後５０時間を経過してからは、未処理水の腐食電流値が処理水の腐食電流値よりも大きくなることは、未処理水ではアノード電極の表面で錆の発生が進行し続け、処理水ではアノード電極の表面に黒錆等が形成されて腐食の進行が防止されたものと考えられる。

この実験結果から、水処理装置に流入させる水つまり未処理水の腐食電流値Ａと、水処理装置から排出される水つまり処理水の腐食電流値Ｂとを比較し、腐食電流値Ａが腐食電流値Ｂよりも大きくなる期間が継続することを検出することにより、水処理装置による水処理効果が維持されていると判定することができる。
なお、この発明に係る水改質効果判定装置においては、「腐食電流値Ａが腐食電流値Ｂよりも大きくなる期間が継続」することの判定は、単純な電流値の大小関係を観察することのみならず、電流値の積分値の比較によっても実現することができる。

１腐食センサ
１Ａ第１の腐食センサ
１Ｂ第２の腐食センサ
２パイプ
３スペーサ
４鉄板
４Ａアノード電極
５ステンレス板
５Ａカソード電極
６照合電極
７リード線
８合成樹脂
９給水栓ソケット
９Ａ一端開口部
９Ｂ他端開口部
９Ｃ管状本体
９Ｄ貫通孔
９Ｅ円筒部
１０Ａ塩ビ管
１０Ｂ塩ビ管
１１装着ソケット
１１Ａ装着貫通孔
１１Ｂ円筒体
１１Ｃフランジ部
１１Ｄ挿入円筒体１１Ｄ
１２Ａ電流計
１２Ｂ電流計
１３判定部
１４比較器
１５水改質効果判定装置
１７水道配管
１８水処理装置
２０パイプ
２１外周面
２２内周面
２３内部貫通空間
２４環状円柱体
２５鉄（ＳＳ４００）
２６絶縁用樹脂
２７、２８リード線

Claims

ステンレス鋼で形成されたカソード電極と鉄で形成されたアノード電極とを有し、水処理装置に供給する水処理前の水に浸漬される第１腐食センサと、
ステンレス鋼で形成されたカソード電極と鉄で形成されたアノード電極とを有し、水処理装置から排出される水処理後の水に浸漬される第２腐食センサと、
第１腐食センサから出力される腐食電流値Ａと第２腐食センサから出力される腐食電流値Ｂとを比較する比較手段と、
腐食電流値Ａが腐食電流値Ｂよりも大きい期間が継続することを判別することにより水の防錆効果が維持されていると判定する判定手段とを有することを特徴とする水改質効果判定装置。
前記水処理装置は、４．４〜１５．４μｍの遠赤外線を９２％以上の積分放射率で放射するハイブリッドセラミックに処理前の水を接触させて、水を改質する装置である前記請求項１に記載の水改質効果判定装置。
水処理装置に供給する水処理前の水に、ステンレス鋼で形成されたカソード電極と鉄で形成されたアノード電極とを有する第１腐食センサを浸漬し、
水処理装置から排出される水処理後の水に、ステンレス鋼で形成されたカソード電極と鉄で形成されたアノード電極とを有する第２腐食センサを浸漬し、
第１腐食センサから出力される腐食電流値Ａが第２腐食センサから出力される腐食電流値Ｂよりも大きい期間が継続することを判別することにより水の防錆効果が維持されていると判定する水改質効果判定方法。