JPH10323671A

JPH10323671A - 脱酸素装置

Info

Publication number: JPH10323671A
Application number: JP6584198A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Mitsumoto; 誠一光本; Takashi Masuda; 尚増田; Tetsuo Mitani; 徹男三谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 1998-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】導電率が小さな水道水あるいはイオン交換水
を対象とし、脱酸素効率がよく、かつ継続的に機能する
脱酸素装置を得る。【解決手段】水の流入および流出する入口３ａおよび
出口３ｂと蓋２を有する容器１内に、酸化還元電位が酸
素よりも卑な金属Ａと金属Ａよりも貴な金属Ｂを対向さ
せ、かつ金属Ａと金属Ｂとを電気的に接続する水と接し
ない接続部を有する異種金属対１８を備えた脱酸素装置
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気機器の冷却器
や空調機等、冷却水が使用される技術分野に関する。さ
らに具体的には、水冷式ヒートポンプ、ファンコイルユ
ニット、エアハンドリングユニット等の空調機、また、
サイリスタ、インバータ等の電力変換器、さらには、半
導体製造用の超純水製造装置等を対象とし、これらに使
用される冷却水によって金属部品が腐食するのを防止す
るために、水中の溶存酸素を除去する脱酸素装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電気化学反応を利用した脱酸
素装置は存在する。例えば、特開昭５２−２３５６８号
公報には、入口と出口を持ち、水の流れを可能としたケ
ーシング内に、マグネシウムよりイオン化傾向の小なる
金属からなる金網間に塊状のマグネシウムを、上記金網
と接するごとく内装したことを特徴とする脱酸素装置が
記載されている。

【０００３】図２０は、特開昭５２−２３５６８号公報
に開示された従来の脱酸素装置の断面図である。図にお
いて、１は容器であり、その両端にはフランジ１１、１
２を取り付けている。２は、フランジ１１、１２にパッ
キン１３、１４を介してボルト、ナット４により固定す
る蓋であり、これら蓋２、２の中心部には容器１の内部
より小径な所定長さの筒型継手を取り付け、入口および
出口３をを形成している。容器１内には、鉄などの金網
５、金網５を保持する固定棒、マグネシウム塊７、取り
付け棒９を介して固定された抵抗板８を備える。

【０００４】次に、この脱酸素装置の動作について説明
する。水が入口３より容器１に流入し、マグネシウム塊
７と金網５の積層部を通過する際に、酸素は金網表面で
電子を取り込み、水と反応して水酸イオンが生成すると
同時に、マグネシウム塊表面でマグネシウムがイオン化
し、電子を放出する。この電気化学反応の結果、以下の
式で表されるように水酸化マグネシウムが生成し、水中
の溶存酸素は除去される。（カソード反応）１／２Ｏ₂＋Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^-→２ＯＨ^- （アノード反応）Ｍｇ→Ｍｇ²⁺＋２ｅ^- （全反応）Ｍｇ＋１／２Ｏ₂＋Ｈ₂Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）₂ 上記のカソード反応は、マグネシウム表面でも起こりう
るが、マグネシウムと黄銅製の金網との接触による電池
作用により、全反応を円滑に進むようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のような脱酸素装
置では、金網と接触するマグネシウム塊が溶解すると、
金網とマグネシウム塊の接触が悪くなり、異種金属接触
による脱酸素促進作用がなくなる。また、電気抵抗の大
きな水、例えば水道水あるいはイオン交換水などの溶存
酸素を除去しようとする場合、脱酸素促進作用が十分現
れない、脱酸素効率が低下する等の問題点があった。

【０００６】本発明は、電気抵抗の大きな水道水、イオ
ン交換水等を対象とし、上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、脱酸素反応を促進し、強力に酸
素が除去できるとともに、脱酸素効率が低下しない脱酸
素装置を提供することを目的としている。

【０００７】さらには、脱酸素能力自体は、マグネシウ
ム、亜鉛、アルミニウムよりもナトリウムやカリウムと
いったアルカリ金属の方が強力であるが、アルカリ金属
は空気中でも容易に酸化され、水中では爆発的に反応す
るなど、取り扱いが不便であり、また、これらの金属を
含有する合金を製造することも容易ではない。このた
め、本発明では、取り扱い、材料加工とも容易で、安価
に製作でき、しかもメンテナンスも容易な脱酸素装置を
提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
水が流入および流出する入口および出口を有する容器、
この容器内に、酸化還元電位が酸素よりも卑である金属
Ａの面と、この金属Ａより貴な金属Ｂの面とを対向させ
てなり、かつ上記金属Ａと金属Ｂとを水と接しない箇所
で電気的に接続する接続部を有する異種金属対を備え
た、脱酸素装置である。

【０００９】請求項２に係る発明は、請求項１記載の脱
酸素装置において、金属Ａと金属Ｂとの間に所定の間隙
が設けられているものである。

【００１０】請求項３に係る発明は、請求項２記載の脱
酸素装置において、所定の間隔が１００ｍｍ以下である
ものである。

【００１１】請求項４に係る発明は、請求項２記載の脱
酸素装置において、金属Ａおよび金属Ｂが板状であるも
のである。

【００１２】請求項５に係る発明は、請求項１ないし４
のいずれかに記載の脱酸素装置において、異種金属対に
穴があけられているものである。

【００１３】請求項６に係る発明は、請求項１記載の脱
酸素装置において、異種金属対は、金属Ａおよび金属Ｂ
の面が接触し、この接触部の端面が形成されているもの
である。

【００１４】請求項７に係る発明は、請求項６記載の脱
酸素装置において、異種金属対が、鋼からなる金属Ｂに
亜鉛からなる金属Ａをめっきした亜鉛めっき鋼を用いて
形成されているものである。

【００１５】請求項８に係る発明は、請求項７記載の脱
酸素装置において、亜鉛めっき鋼が板状であるものであ
る。

【００１６】請求項９に係る発明は、請求項７記載の脱
酸素装置において、亜鉛めっき鋼がパイプ状であるもの
である。

【００１７】請求項１０に係る発明は、請求項６ないし
９のいずれかに記載の脱酸素装置において、異種金属対
が複数の小片に分割されているものである。

【００１８】請求項１１に係る発明は、請求項６ないし
１０のいずれかに記載の脱酸素装置において、異種金属
対に穴があけられているものである。

【００１９】請求項１２に係る発明は、請求項６ないし
１１のいずれかに記載の脱酸素装置において、端面の長
さの合計をＬｍｍ、金属Ａと金属Ｂの体積の合計をＶｍ
ｍ³としたときに、Ｌ／Ｖが０．１以上であるものであ
る。

【００２０】請求項１３に係る発明は、請求項１記載の
脱酸素装置において、異種金属対の金属Ａにマグネシウ
ムを用いたものである。

【００２１】請求項１４に係る発明は、請求項１３記載
の脱酸素装置において、マグネシムからなる金属Ａに金
属Ｂからなるカソードを電気的に接続したものである。

【００２２】請求項１５に係る発明は、請求項１４記載
の脱酸素装置において、カソードが容器であるものであ
る。

【００２３】請求項１６に係る発明は、請求項１記載の
脱酸素装置において、容器が大気に開放され、水面に大
気を遮蔽する空気遮蔽板が設けられるものである。

【００２４】請求項１７に係る発明は、請求項１記載の
脱酸素装置において、撹拌機構を備えたことを特徴とす
る請求項１記載の脱酸素装置。

【００２５】請求項１８に係る発明は、請求項１記載の
脱酸素装置において、水が流出する出口にイオン交換器
を備えものである。

【００２６】請求項１９に係る発明は、請求項１記載の
脱酸素装置において、水が流出する出口側に水に溶出し
た金属の結晶核となる金属塩を充填したろ過器を備えた
ものである。

【００２７】請求項２０に係る発明は、請求項１記載の
脱酸素装置において、水が流入する入口側に、塊状の石
膏を充填した容器を備えたものである。

【００２８】

【発明の実施の形態】図を用いて、この発明の実施の形
態を説明する。酸化還元電位が酸素より卑な金属、例え
ばマグネシウムを溶存酸素を含む水中に浸漬すると、以
下のアノード反応とカソード反応によりマグネシウムの
溶解と溶存酸素の還元が起こる。アノード反応：Ｍｇ→Ｍｇ²⁺＋２ｅ^- カソード反応：Ｏ₂＋２Ｈ₂Ｏ＋４ｅ^-→４ＯＨ^- アノード反応によって生じた電子は必ずカソード反応に
よって消費され、電子の過不足は生じないように平衡を
保ちながら進行する。結果として、物質の変化は次式の
ような全反応として表される。全反応：２Ｍｇ＋Ｏ₂＋２Ｈ₂Ｏ→２Ｍｇ²⁺＋４ＯＨ^-→
２Ｍｇ（ＯＨ）₂ このような電気化学反応により溶存酸素は消費されるた
め、その結果、水の腐食性は弱まる。しかし、この場
合、アノード反応とカソード反応が同一場所で起こるた
め、全体の反応の速度はあまり大きくない。また、マグ
ネシウム表面上におけるＭｇ²⁺イオンとＯＨ^-イオンの
濃度が高くなると水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）₂の
沈殿を生じ、これが反応の進行を妨害する。

【００２９】次に、酸化還元電位が酸素より卑な金属、
例えばマグネシウムと、これより貴な金属、例えば鉄と
を接触させて水中に浸漬した場合を考える。この場合、
マグネシウム表面ではアノード反応のみが起こり、生じ
た電子は鉄に移動し、鉄表面ではカソード反応のみが起
こるようになる。すると、マグネシウム単独で浸漬させ
た場合より、反応速度は大きくなり、また、水酸化マグ
ネシウムの沈殿をつくりにくいので、反応速度の低下が
起こりにくい。

【００３０】図２１は、上の電気化学反応と水の導電率
との関係を説明する断面図である。図２１（ａ）は、酸
化還元電位が酸素より卑な金属Ａ２０の板と、金属Ａ２
０より貴な金属Ｂ２１の板とを接触させた異種金属対１
８を示すものである。

【００３１】図２１（ｂ）および（ｃ）に示すように、
金属Ａ２０は溶解（酸化）し、金属Ｂ上で酸素の還元反
応が起こり、流水中では沈澱が生じにくい。しかし、金
属Ａの溶解が進行すると金属Ａ２０と金属Ｂ２１の対が
壊れ、金属Ａ２０上に前述のように沈澱が生じ脱酸素効
率が低下する。

【００３２】また、水の導電率が水道水あるいはイオン
交換水のように小さい場合、金属Ａ２０と金属Ｂ２１が
接する極近傍で、溶存酸素の還元が起こる。従って、金
属Ａ２０と金属Ｂ２１とが対向する長さ（紙面に垂直方
向）が長いほど、脱酸素効率が向上する。

【００３３】さらに、水道水のようにイオン交換水より
も導電率の高い水に浸漬した場合、図２１（ｂ）のよう
に、接触部からかなり離れたところまで電流回路を形成
し、溶存酸素を除去するために利用されうるマグネシウ
ムの量は多い。ところが、イオン交換水のように導電率
の小さい水に異種金属対を浸漬させた場合には、図２１
（ｃ）のように、接触部近傍しか電流回路を形成せず、
利用されうるマグネシウムの量は少ない。すなわち、水
の導電率と金属Ａ２０と金属Ｂ２１との間隔が脱酸素効
率に影響する。

【００３４】本発明による脱酸素装置では、異種金属対
を形成し、自発的に起こる電気化学反応を継続的、かつ
安定に利用して脱酸素を促進しようとするものであり、
その手段として、金属Ａ２０および金属Ｂ２１を対向す
るように配置し、水と接しない部分に上記金属Ａ２０と
金属Ｂ２１を電気的に接続する接続部を有する異種金属
対を用いるものである。

【００３５】図１は、本発明の脱酸素装置の断面図であ
る。１は容器で、その上部には蓋２を備え、密閉できる
構造になっており、下部に水の入口３ａを、上部には水
の出口３ｂを備えている。さらに、入口３ａおよび出口
３ｂにはそれぞれバルブ１５および１６を取り付け、容
器１内の水を流さずに保持できるようにしている。容器
１内には、支持枠１７と、支持枠１７に支持された金属
Ａと金属Ｂを電気的に接続した複数の異種金属対１８が
収納されている。１９は、蓋２に取り付けられた溶存酸
素検出素子で、図示しない溶存酸素計に接続して水の溶
存酸素を測定する。

【００３６】金属Ａは酸化還元電位が酸素よりも卑であ
り、金属Ｂは金属Ａより貴である。異種金属対１８は、
図２または図３に示すように、金属Ａ２０と金属Ｂ２１
を対向させてなり、かつ両者を水と接しない箇所で電気
的に接続する接続部を有する。

【００３７】金属Ａと金属Ｂを対向させた異種金属対１
８とすることによって対向部（反応部）を長くすること
ができ、しかも両者を水と接しない箇所で電気的に接続
する接続部を有するので、金属Ａが溶解しても継続的に
異種金属対１８の機能を保つことができる。

【００３８】例えば、異種金属対１８として、図２の側
面図（ａ）およびＡ−Ａ断面図（ｂ）に示すように薄板
状の金属Ａ２０および金属Ｂ２１を重ね合わせて、接触
した構造とする。異種金属対１８の酸化還元反応は、端
面で起こり金属Ａ２０の溶解が端面から進行するが、異
種金属対１８の内部は水と接触しないので金属Ａが全て
溶解するまで継続的に機能する。また、異種金属対１８
の作製を容易ならしめ、加えて脱酸素装置の構造を簡易
型とすることができる。両者を接触させる方法として
は、機械的に接触させる方法、圧延により圧着する方法
等がある。また、金属Ｂ２１上に金属Ａ２０の薄膜をめ
っき、蒸着、スパッタリング等の方法により形成したも
のを用いてもよい。

【００３９】この異種金属対１８の具体的な例として、
鋼からなる金属Ｂに亜鉛からなる金属Ａをめっきした亜
鉛めっき鋼を用いることができる。この亜鉛めっき鋼
は、構造物等に使用されるものを用いることができ、容
易に入手できる汎用性のあるものである。

【００４０】特に、亜鉛めっき鋼板のように、亜鉛めっ
き鋼が板状であるものを用い、図１に示したように、こ
の亜鉛めっき鋼板を所定の間隔で多量積層することによ
って酸化還元反応の面積を大きくし脱酸素効率を向上す
ることができる。

【００４１】また、亜鉛めっき鋼管のように、亜鉛めっ
き鋼がパイプ状であるものを用いることによって、支持
枠１７を必要とせず、流水抵抗が比較的少なく、酸化還
元反応の反応面と流水との効率的な接触が行われ、効率
の良い脱酸素ができる。

【００４２】また、亜鉛めっき鋼を複数の小片に分割す
ることによって、酸化還元反応の反応面を大きくし、脱
酸素の効率を向上することができる。特に、亜鉛めっき
鋼板あるいは亜鉛めっき鋼管を用いた場合は、この効果
が大きく、さらにスクラップを利用できるので経済的で
ある。

【００４３】また、図４および図５に示すように、亜鉛
めっき鋼板あるいは亜鉛めっき鋼管のような亜鉛めっき
鋼からなる異種金属対１８に穴２５を設けることによっ
て、同一体積の異種金属対１８でも、金属Ａ２０と金属
Ｂ２１の対向する反応部の長さを長くすることができ、
脱酸素効率が向上する。

【００４４】図２に示したような金属Ａ２０および金属
Ｂ２１が接触した構造の異種金属対１８においては、端
面が反応に寄与し、端面の長さ（２Ｌ＋２Ｗ）ｍｍと異
種金属対の体積（Ｌ×Ｗ×（ｔ１＋ｔ２））ｍｍ³との
比を０．１以上とすることによって脱酸素効率を向上す
る上で好ましい。

【００４５】上記実施の形態では、金属Ａに亜鉛を用い
た場合を示したが、図６に示すように、異種金属対１８
として、金属Ａ２０に、亜鉛よりもイオン化傾向の大き
なマグネシウムを使用することにより、簡易で高性能な
脱酸素装置が構成できる。例えば、鋼を芯金とし、この
芯金の周囲にマグネシウムを鋳造で鋳込んだ電気防食用
マグネシウムを使用し、鉄製の容器にこの電気防食用マ
グネシウムを取り付ける。この場合、鉄製の容器がカソ
ードとして作用する。

【００４６】容器が鉄製でない場合には、図７に示すよ
うに、上記電気防食用マグネシムの芯金にマグネシウム
より貴な、例えば鉄製のカソード２１ａを電気的に接続
したものを使用することによって脱酸素効率を向上させ
ることができる。

【００４７】薄板状の金属Ａと金属Ｂとを重ね合わせた
構造を持つ材料として、上記亜鉛めっき鋼板などのめっ
き鋼板の他、アルミニウム−鉄などのクラッド鋼板は非
常に安価に入手できることから好適であるが、これらに
限定されるものではなく、上記のように金属Ｂより卑な
金属Ａとの組み合わせのものであればよい。

【００４８】上記実施の形態は、金属Ａと金属Ｂとが接
触した異種金属対１８を示したが、図３の側面図（ａ）
およびＡ−Ａ断面図（ｂ）に示したように金属Ａ２０と
金属Ｂ２１を所定の間隔で対向させ、両者を接続導体２
２により電気的に接続したものをプラスチック枠２３に
保持し、絶縁性樹脂などの絶縁物２４で接続導体２２を
外水と絶縁するようにしたものでもよい。この場合、異
種金属対１８に穴を設け、反応部の長さを長くすること
によって、脱酸素効率を向上することができる効果が得
られる。

【００４９】また、この場合、金属Ａ２０と金属Ｂ２１
の対向間隔ｌが１００ｍｍ以下になるように配置するこ
とにより、導電率が１００μＳ／ｃｍ程度と小さな補給
水（溶存酸素濃度８ｐｐｍ）の脱酸素（溶存酸素濃度１
ｐｐｍ）を１０時間（１サイクル）以内で行うことがで
きる。

【００５０】金属Ａとして使用可能な材料として、マグ
ネシウム、アルミニウム、亜鉛、およびこれらの金属を
含有する合金が利用できる。

【００５１】また、金属Ｂとして用いられる材料は、基
本的には金属Ａより貴な金属であれば使用できる。具体
的には金、白金、銀等の貴金属類、銅、ニッケル、クロ
ム、鉄等の遷移金属類、およびこれらを含む合金は好適
である。もちろん、金属Ａとして例えばマグネシウムを
用いる場合、金属Ｂとしてはアルミニウムや亜鉛等も使
用できる。ただし、溶存酸素の還元反応を円滑に起こさ
せるという意味では、水中で容易に溶出してしまう金属
よりも不溶性の金属の方が望ましく、また、表面に絶縁
性の皮膜を形成しにくい金属であることが望ましい。

【００５２】金属Ａ２０の板と金属Ｂ２１の板を直接は
接触させず、対向して配置した異種金属対１８を形成す
る場合には、容器１内の水を流さずに脱酸素を行なう
と、２枚の金属板２０、２１の間に停滞した水が容器１
内に拡散するのに時間を要するという問題を生ずる。こ
のような使用法にも対応できるように、水を撹拌するた
めの撹拌機構を備えることによって脱酸素の効率を向上
させることができる。撹拌の方法は特に限定しないが、
例えば機械的なプロペラを用いる方法や磁気式回転子を
使用する方法が挙げられる。

【００５３】自発的に起こる電気化学反応、すなわち、
金属Ａの溶解反応と、金属Ｂ表面上での溶存酸素の還元
反応を利用して脱酸素を行うと、必ず金属Ａのイオンが
溶出する。図１に示した脱酸素装置の出口３ｂ側にイオ
ン交換器を設けることによって、脱イオンを行い水の導
電率を低くすることができる。水の導電率を低くするこ
とによって、例えば、水中への漏れ電流を抑える、ある
いは半導体製造装置等におけるイオンのコンタミネーシ
ョンを防止するなどの目的に対応することができる。

【００５４】また、溶出した金属Ａのイオンは水酸化
物、炭酸塩として沈澱物になる。酸素が継続して混入す
る水循環系では、上記沈澱物が固形浮遊物として循環
し、循環経路の閉塞あるいは腐食といった問題を引き起
こす場合がある。そこで、脱酸素装置の流水の出口側
に、ろ過器を設ける。この、ろ過器に水に対する溶解度
の小さな、例えば炭酸亜鉛、炭酸マグネシウムなどの結
晶を充填しておくことによって、この結晶を核としてイ
オン化した金属を析出させることができ、流水中の固形
浮遊物の量を低減することができる。

【００５５】また、水質によっては、異種金属対の金属
が不動態化し、酸化還元反応が妨害されることがある。
特に、炭酸イオンが多い水では、鉄と亜鉛の酸化還元電
位が逆転するといわれている。この場合、脱酸素装置の
流水の入り口側に塊状または粒状の石膏を充填した処理
容器を設け、この処理容器内を通して脱酸素装置に通水
することにより、亜鉛の不動態化を防止することができ
る。

【００５６】また、脱酸素装置の容器が大気に解放され
ている場合には、容器内の水面を大気から遮蔽する遮蔽
板を設けることによって、大気からの酸素の混入を少な
くすることができる。この遮蔽板は水面の上下に追随で
きるように、発泡スチロールのような水より比重が小さ
いものを使用する。

【００５７】

【実施例】以下、図を用いてこの発明の実施例を詳しく
説明する。まず、異種金属対の酸素除去効果を評価する
ために行なった実験の方法について説明する。図１に示
した容器１は内容積１リットルのプラスチック製容器と
した。評価すべき異種金属対１８の接合端面、対向面な
ど必要な部分はエメリー紙を用いて４００番まで研磨
し、不要な部分は樹脂コーティングを施し、接合端面の
長さおよび面積、対向面の面積を規制した。この異種金
属対１８を支持枠１７に支持し、容器１内に設置し蓋２
で密閉した後、容器１内に水道水を満たし、バルブ１５
および１６を閉じ、溶存酸素検出素子１９に接続した図
示しない溶存酸素計により容器内の水道水の溶存酸素濃
度の変化を追跡した。

【００５８】実施例１〜６．異種金属対１８として溶融
亜鉛めっき鋼板を用いた。図８に示すように、厚さｔ２
＝１ｍｍの鋼板（金属Ｂ）の片面にｔ１＝５０μｍの厚
さの溶融亜鉛めっき（金属Ａ）を施した厚さ１ｍｍの亜
鉛めっき鋼板を、長さＬ１＝１００ｍｍと一定にし、幅
Ｗを６種類に変化させた。Ｗの値は、０．５ｍｍ、１ｍ
ｍ、２ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、１００ｍｍとした。
本実施例において使用する亜鉛めっき鋼板の体積が等し
くなるように、使用する枚数は（１００ｍｍ／Ｗ）枚と
した。各異種金属対１８の端面のうち短辺２ヶ所は電気
化学反応が起こらないように樹脂コーティング２６を施
し、長辺２ヶ所はエメリー紙でバリがなくなるように研
磨した。これら異種金属対１８を、支持枠１７上に並
べ、前述のように容器１内に水道水を満たした後、バル
ブ１５および１６を閉じ、溶存酸素検出素子１９により
容器１内の水道水の溶存酸素濃度の変化を追跡した。

【００５９】図９はその結果を示す図である。これらの
実施例では、異種金属対１８として亜鉛めっき鋼板を用
いたが、使用した鋼板の量、言い換えれば体積が同一で
あったにもかかわらず、溶存酸素濃度の経時変化には違
いが現れた。幅Ｗ＝１００ｍｍの鋼板１枚より幅Ｗ＝２
０ｍｍの鋼板５枚、さらに、幅Ｗ＝１０ｍｍの鋼板１０
枚を設置した方が脱酸素速度が大きくなった。すなわ
ち、接触部の電池作用で脱酸素反応が加速されているた
めと考えられ、端面（異種金属対の亜鉛と鋼板との対向
部）の長さが長いほど、脱酸素速度はより大きくなると
推測される。

【００６０】そこで、次のような指標を導入する。すな
わち、異種金属対１８の反応に寄与する端面の長さをＬ
ｍｍで、異種金属対１８の全体積をＶｍｍ³で表し、Ｌ
／Ｖ（ｍｍ／ｍｍ³）を求める。例えば、実施例１で
は、Ｌ＝２００枚×２×１００ｍｍ＝４００００ｍｍ、
Ｖ＝１００００ｍｍ³であり、Ｌ／Ｖ＝４（ｍｍ／ｍ
ｍ³）となる。

【００６１】また、空気飽和の状態における溶存酸素濃
度（８ｐｐｍ）が１ｐｐｍに低下するまでの時間を脱酸
素時間と定義し、この値を、脱酸素能力を表す指標とし
て用いる。表１は、Ｌ／Ｖと脱酸素時間を示す。

【００６２】

【表１】

【００６３】図１０は、表１のＬ／Ｖと脱酸素時間の関
係をしめしたものである。この結果からわかるように、
Ｌ／Ｖが大きいほど脱酸素時間は短くなる傾向を示し、
特に、０．１以上にすると脱酸素時間が短縮する効果が
大きいことがわかった。

【００６４】Ｌ／Ｖを大きくするためには、できるだけ
金属Ａ２０と金属Ｂ２１との接合部端面の長さを長くし
なければならない。そのためには、異種金属対１８を小
さく切断する必要がある。したがって、加工に手間取る
ことになり、脱酸素装置内に設置するにも手間取る。ま
た、Ｌ／Ｖを大きくするために、異種金属対１８を小さ
くすると脱酸素時間は小さくなるが、それだけ金属Ａ２
０の消耗が早くなり、材料の交換が必要になってくる。
このような不都合を考えるとＬ／Ｖは４以下に抑えるこ
とが現実的であり、好ましい。

【００６５】実施例７．実施例７では１枚の亜鉛めっき
鋼板に穴をあけることによって端面を形成し、その効果
を実施例１〜６と同様にＬ／Ｖと脱酸素時間で評価し
た。実施例１〜６で用いたのと同質の亜鉛めっき鋼板を
長さｌ＝１００ｍｍ、幅ｗ＝１００ｍｍに切断し、さら
に、１０ｍｍ角の穴を２０個あけた。周囲の端面４ヶ所
は樹脂でコーティングし、穴の周囲に生じた端面はエメ
リー紙を用いてバリがなくなるように研磨した。この亜
鉛めっき鋼板を実施例１〜６と同様、容器１内に設置
し、溶存酸素濃度の変化を測定した。この結果を表２に
示す。この場合のＬとＶは次のようになる。Ｌ＝２０×４×１０＝８００（ｍｍ）Ｖ＝１００×１００−２０×１０×１０＝８０００（ｍ
ｍ³）

【００６６】

【表２】

【００６７】この結果からわかるように、異種金属対１
８に穴をあけ、この穴に形成された断面で水と接触させ
る方法も有効であり、亜鉛めっき鋼板の周囲の端面の長
さに穴の端面の長さが加わり、全体の長さＬを長くする
ことができるので、脱酸素効率が向上する。

【００６８】実施例８〜１８．実施例８〜１８では亜鉛
めっき鋼板以外の金属板の脱酸素能力を調べた。酸素よ
り卑な酸化還元電位を持つ厚さ０．５ｍｍの金属Ａと、
この金属Ａより貴な酸化還元電位を持つ厚さ０．５ｍｍ
の金属Ｂを重ね合わせ、圧延することにより圧着したも
のを長さ１００ｍｍ、幅２０ｍｍの大きさに切断した異
種金属対を使用した。実施例５と比較するために、枚数
はそれぞれ５枚を用意し、実施例５と同じ方法で脱酸素
時間を測定した。使用した金属Ａと金属Ｂの組み合わ
せ、および測定結果を表３に示す。なお、比較例１とし
て、厚さ０．５ｍｍのマグネシウムを重ね合わせ、圧延
することにより圧着したものを長さ１００ｍｍ、幅２０
ｍｍの大きさに切断して使用した場合の結果も合わせて
示している。

【００６９】

【表３】

【００７０】表３の結果からわかるように、比較例１と
比べて、金属Ａとして亜鉛、亜鉛合金、アルミニウム、
アルミニウム合金、マグネシウムあるいはマグネシウム
合金と鉄、炭素鋼とをクラッドした異種金属対のいずれ
もが実施例５と同様、良好な脱酸素作用を示した。

【００７１】実施例１９〜２４．金属Ａとして１００ｍ
ｍ×１００ｍｍ、厚さ１ｍｍの亜鉛板と金属Ｂとして同
寸法の鉄板Ｂとを図３に示したように間隔ｌで対向させ
て電気的に接続した異種金属対１８を作製した。間隔ｌ
は、１０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍとした。この異種
金属対を用いて実施例１〜６と同様の測定を行った。な
お、容器１の底に磁気式の回転子を入れておき、外部か
ら回転磁界を与えることにより、回転子を回転させ、容
器内の水を撹拌できるようにして、攪拌した場合と撹拌
を行なわない場合での脱酸素時間を比較した。その結果
を表４に示す。

【００７２】

【表４】

【００７３】表４に示した結果から、以下のようなこと
が推測される。金属板の間隔が狭い方が電気化学反応を
起こす際の電流の回路が形成されやすいという点で有利
である。間隔が５０ｍｍの場合、間隔が１００ｍｍの場
合に比べて、脱酸素時間は短い。これは特に水の導電率
が小さい水道水やイオン交換水、さらには純水の脱酸素
を行なう場合には重要なことである。

【００７４】ところが、撹拌や対流といった水の動きが
無い場合、金属板の間隔が狭すぎると、金属板に挟まれ
た部分の水はほとんど動かず、容器内のすべての水に脱
酸素作用は行き渡らない。このため、金属板の間隔は狭
すぎても脱酸素効果が減少するが、撹拌することによっ
て脱酸素効率を向上することができる。この撹拌は、実
用上、例えば、補給水用の脱酸素装置に有効である。

【００７５】図１１は、水の電導率に対する、水の溶存
酸素を８ｐｐｍ（飽和状態）から１ｐｐｍにするための
金属Ａと金属Ｂの間隔（破線は所要時間：１時間、実線
は所要時間１０時間）との関係を示すものである。

【００７６】図１１に示したように、補給水のように１
サイクル１０時間程度の場合、１００μＳ／ｃｍ程度の
小さな導電率の水に対して、金属Ａと金属Ｂの間隙ｌを
１００ｍｍ以下とすれば目的とする脱酸素状態の水が得
られる。

【００７７】当然ながら、金属板Ａと金属板Ｂとを一定
の間隔をおいて何枚も設置すれば、脱酸素時間は減少
し、金属板の交換時間を伸ばすことが可能である。

【００７８】実施例２５．図１２（ａ）に示した容器１
は、内容積５リットルのプラスチック製容器とした。図
１２（ｂ）に示した異種金属対１８は、直径１２０ｍ
ｍ、厚さ０．５ｍｍの亜鉛めっき鋼板であり、図に示す
ように、幅１ｍｍ、長さ１０ｍｍの細孔２７を１８４個
有している。この異種金属対１８を、取付孔２８を用い
て支持枠１７に２．５ｍｍ間隔で１８０枚積層して容器
１内に納め、蓋２に取り付けた支持棒２９で支持枠を固
定した。入口３ａから水道水を２リットル／ｍｉｎの流
量で流し、出口３ｂから流出する水の溶存酸素濃度を測
定したところ、１ｐｐｍの値を示した。

【００７９】実施例２６．実施例２５に示した異種金属
対の代わりに、切断した亜鉛めっき鋼板を直径１２０ｍ
ｍ、長さ５００ｍｍの金網製の容器に詰め込み、これを
容器１内に納め、容器１に水道水を０．８リットル／ｍ
ｉｎの流量で流し、流出する水の溶存酸素濃度を測定し
たところ１ｐｐｍの値を示した。亜鉛めっき鋼板の切断
端面の長さは、実施例２５とほぼ同等とした。

【００８０】実施例２７．実施例２５に示した異種金属
対の代わりに、外径１７．３ｍｍの厚さ２．３ｍｍの亜
鉛めっき鋼管を長さ１５ｍｍに切断したリングを直径１
１０ｍｍ、長さ５００ｍｍの金網製の容器内に７４０個
詰め込み、これを容器１にいれ、この容器内に水道水を
０．７リットル／ｍｉｎの流量で流し、流出する水の溶
存酸素濃度を測定したところ１ｐｐｍ以下であった。

【００８１】実施例２８．図１３に示すように容器１を
外径４２．７ｍｍ長さ１．２ｍの鋼管とし、容器１内
に、鉄を芯金としてこの芯金の周囲にマグネシウムを鋳
込んだ、直径１８ｍｍ、長さ１ｍの電気防食用マグネシ
ウム棒３０を取り付け、容器１と電気的に接続した。こ
の容器１内に、入口３ａから水道水を０．５４リットル
／ｍｉｎの流量で流し、出口３ｂから流出する水の溶存
酸素濃度を測定たところ１ｐｐｍ以下であった。

【００８２】実施例２９．図１４（ａ）に示すように、
脱酸素装置３１を、圧力開放タンク３２を備え、熱交換
器３４を介してポンプ３３で循環させる開放循環系で使
用する場合には、継続して酸素が混入する。このような
場合、活性金属(亜鉛、マグネシウム等)のイオン濃度が
上昇し、水酸化物あるいは炭酸塩が析出し、浮遊固形物
として系内を循環し、悪影響の生ずる恐れがある。そこ
で、図１４（ｂ）に示すように、活性金属の水酸化物ま
たは炭酸塩の塊を充填したフィルター３５を脱酸素装置
３１の出口側に設けると、循環水中の浮遊固形物を減少
させることができる。本実施例では、図１４（ｂ）に示
した解放循環系に、実施例２５に示した脱酸素装置を適
用し、フィルター３５に炭酸亜鉛を充填した。この循環
系のフィルター３５側に浮遊固形物測定装置を設け、循
環水中にある５μ以上の浮遊固形物を計測したところ、
１００個／ｃｃ以下になった。

【００８３】実施例３０．硫酸塩および塩化物イオンが
少なく、酸消費量（ｐＨ＝４．８）の多い水では、亜鉛
の電位が上昇して、脱酸素能力が低下した。図１５に示
すように、平均粒径３０ｍｍの塊状の石膏を充填した石
膏処理器３６を用いたところ、脱酸素能力の低下を防止
できた。

【００８４】実施例３１．図１６は、本実施例における
脱酸素装置の断面図であり、圧力を大気に開放した例で
ある。電気防食用亜鉛３７を鋼板３８（長さ１ｍ、幅２
５ｃｍ、厚さ１ｍｍ）に取付けたものを支持枠１７に５
ｃｍ間隔で対向させて固定し、大気に開放された注入穴
４０を有する蓋２を備えた容器１（１ｍ角，深さ１．２
ｍ）に４８枚入れ、容器１の水１ｍ³をポンプ３３で循
環して、溶存酸素計により溶存酸素（ＤＯ）濃度を測定
した。その結果は、表５に示すように溶存酸素濃度が低
下するとともに、亜鉛の溶出により水のｐＨは８〜９と
なるので、配管および熱交換器の腐食防止には効果的で
ある。

【００８５】

【表５】

【００８６】実施例３２．図１７は、実施例３１におい
て、容器１の水面３９に発泡スチロールからなる空気遮
蔽板４１を設け、気液接触面積を減少させている。この
実施例では、空気遮蔽板４１の大きさを変え、気液接触
面積を変化させて溶存酸素濃度を測定した。その結果は
表６に示すように、気液接触面積は出来るだけ小さくす
ることにより、脱酸素効率を向上させることができると
ともに、亜鉛の寿命を延長することができる。

【００８７】

【表６】

【００８８】実施例３３．図１８は、容器１をプラスチ
ック製とし、圧力を大気に開放した脱酸素装置の他の実
施例の断面図であり、図１８（ｂ）は図１８（ａ）のＡ
−Ａ断面を示している。直径３ｃｍ、長さ１ｍの電気防
食用マグネシウム棒４２と鋼板４３（長さ１ｍ、幅２５
ｃｍ、厚さ１ｍｍ）を、邪魔板４５を備えた鉄製の支持
枠１７にそれぞれ２４個取り付け、電気的に接続したブ
ロックを、容器１（１ｍ角、深さ１．２ｍ）内で３個連
結し、容器１の水１ｍ³をポンプ３３で循環して、溶存
酸素計によりＤＯ濃度を測定した。その結果、表７に示
すように大気解放系でも脱酸素効果があることがわかっ
た。

【００８９】

【表７】

【００９０】実施例３４．図１９は、実施例３３の電気
防食用マグネシウム棒を、亜鉛めっき鋼板４４（長さ１
ｍ、幅３０ｃｍ、厚さ１ｍｍ）と鋼板４３（長さ１ｍ、
幅３０ｃｍ、厚さ１ｍｍ）を鉄製の支持枠１７に２．５
ｃｍ間隔で対向させて交互に固定し、電気的に接続した
ブロックを、容器１（１ｍ角、深さ１．２ｍ）で３個連
結し、容器の水１ｍ³をポンプで循環して、溶存酸素計
により溶存酸素濃度を測定した。その結果、表８に示す
ように大気解放系でも脱酸素効果があることがわかっ
た。

【００９１】

【表８】

【００９２】

【発明の効果】請求項１、２、３、４、７、８および９
に係る発明によれば、金属Ａと金属Ｂを対向させた異種
金属対とすることによって対向部（反応部）を長くする
ことができるので脱酸素効率を向上させることができ、
しかも、上記金属Ａおよび金属Ｂを水と接しない箇所で
電気的に接続する接続部を有するので、金属Ａが溶解し
ても継続的に上記異種金属対の機能を保つことができ
る。

【００９３】請求項５および１１に係る発明によれば、
異種金属対に穴をあけることによって、反応部の長さを
長くすることができるので、脱酸素効率が向上する。

【００９４】請求項６ないし８に係る発明によれば、異
種金属対の作製を容易ならしめ、加えて脱酸素装置の構
造を簡易型とすることができる。

【００９５】請求項７に係る発明によれば、請求項１記
載の脱酸素装置において、金属Ａと金属Ｂの間隔を１０
０ｍｍ以下とすることによって、導電率の小さな水に対
しても脱酸素効率を向上させることができる。

【００９６】請求項８に係る発明によれば、亜鉛めっき
鋼板を所定の間隔で多量積層することによって、酸化還
元反応の面積を大きくし、脱酸素効率を向上することが
できる。

【００９７】請求項９に係る発明によれば、支持枠１７
を必要とせず、流水抵抗が比較的少なく、酸化還元反応
の反応面と流水との効率的な接触が行われ、効率の良い
脱酸素ができる。

【００９８】請求項１０に係る発明によれば、酸化還元
反応の反応面を大きくし、脱酸素の効率を向上すること
ができる。特に、亜鉛めっき鋼板あるいは亜鉛めっき鋼
管を用いた場合は、この効果が大きく、さらにスクラッ
プを利用できるので経済的である。

【００９９】請求項１２に係る発明によれば、端面の長
さの合計をＬｍｍと、金属Ａと金属Ｂの体積の合計Ｖｍ
ｍ³との比を０．１以上にすることによって、特に、脱
酸素効率のよい脱酸素装置が得られる。

【０１００】請求項１３ないし１５に係る発明によれ
ば、亜鉛よりもイオン化傾向の大きなマグネシウムを使
用することにより、マグネシウムより貴な、例えば鋼製
の容器をカソードとして用いて、簡易で高性能な脱酸素
装置が構成できる。

【０１０１】請求項１４に係る発明によれば、容器がプ
ラスチック製のものに対しても、亜鉛よりもイオン化傾
向の大きなマグネシウムを設けた電気防食用マグネシウ
ムを使用することができ、簡易で高性能な脱酸素装置が
構成できる。

【０１０２】請求項１６に係る発明によれば、大気開放
型の脱酸素装置において、水面に大気を遮蔽する遮蔽板
が設けられているので、大気からの酸素の混入を防止し
できる。

【０１０３】請求項１７に係る発明によれば、撹拌機構
を備えた脱酸素装置によって、水が滞留している場合に
おいても、脱酸素効率を向上させることができる。

【０１０４】請求項１８に係る発明によれば、水が流出
する出口にイオン交換器を備えた脱酸素装置であるの
で、導電率と溶存酸素濃度がともに小さい水が得られ
る。

【０１０５】請求項１９に係る発明によれば、水に溶出
した金属の結晶核となる金属塩を充填したろ過器を備え
るので、流水中の固形浮遊物を効率よくトラップするこ
とができる。

【０１０６】請求項２０に係る発明によれば、炭酸イオ
ンが多い水などのように酸性の水に対して、異種金属対
の酸化還元電位の逆転を防止し、脱酸素効率の低下を防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の脱酸素装置の一実施の形態を示す図
である。

【図２】本発明の脱酸素装置に用いる異種金属対の一
実施の形態を示す図である。

【図３】本発明の脱酸素装置に用いる異種金属対の他
の実施の形態を示す図である。

【図４】本発明の脱酸素装置に用いる異種金属対の他
の実施の形態を示す図である。

【図５】本発明の脱酸素装置に用いる異種金属対の他
の実施の形態を示す図である。

【図６】本発明の脱酸素装置に用いる異種金属対の他
の実施の形態を示す図である。

【図７】本発明の脱酸素装置に用いる異種金属対の他
の実施の形態を示す図である。

【図８】本発明の脱酸素装置の実施例に用いた、異種
金属対を示す図である。

【図９】本発明の脱酸素装置の実施例における溶存酸
素の経時変化を示す図である。

【図１０】脱酸素時間と反応端面の長さＬ／異種金属
対の体積Ｖとの関係を示す図である。

【図１１】脱酸素時間に対する水の導電率と金属Ａお
よびＢの間隔との関係を示す図である。

【図１２】本発明の脱酸素装置の他の実施例を示す断
面図（ａ）および平面図（ｂ）である。

【図１３】本発明の脱酸素装置の他の実施例を示す断
面図である。

【図１４】本発明の脱酸素装置の他の実施例を説明す
る開放循環系の系統図である。

【図１５】本発明の脱酸素装置の他の実施例を説明す
る開放循環系の系統図である。

【図１６】本発明の脱酸素装置の他の実施例を示す断
面図である。

【図１７】本発明の脱酸素装置の他の実施例を示す断
面図である。

【図１８】本発明の脱酸素装置の他の実施例を示す断
面図である。

【図１９】本発明の脱酸素装置の他の実施例を示す断
面図である。

【図２０】従来の脱酸素装置を示す断面図である。

【図２１】電気化学反応と水の導電率との関係を説明
する断面図である。

【符号の説明】

１容器、２蓋、３および３ａ入口、３および３ｂ
出口、４ボルトナット、５金網、６、７マグネ
シウム塊、８、９、１１、１２フランジ、１３、１４
パッキン、１５、１６バルブ、１７支持枠、１８
脱酸素素子、１９溶存酸素検出素子、２０金属
Ａ、２１金属Ｂ、２１ａカソード２２接続導体、２
３プラスチック枠、２４絶縁物、２５穴、２６
樹脂コーティング、２７細孔、２８取付孔、２９
支持棒、３０、４２電気防食用マグネシウム棒、３１
脱酸素装置、３２圧力開放タンク、３３ポンプ、
３４熱交換器、３５フィルタ、３６石膏処理器、３
７電気防食用亜鉛、３８、４３鋼板、３９水面、
４０注入口、４１空気遮蔽板、４４亜鉛めっき鋼
板、４５邪魔板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水が流入および流出する入口および出口
を有する容器、この容器内に、酸化還元電位が酸素より
も卑である金属Ａの面と、この金属Ａより貴な金属Ｂの
面とを対向させてなり、かつ上記金属Ａと金属Ｂとを水
と接しない箇所で電気的に接続する接続部を有する異種
金属対を備えたことを特徴とする脱酸素装置。
【請求項２】金属Ａと金属Ｂとの間に所定の間隙が設
けられていることを特徴とする請求項１記載の脱酸素装
置。
【請求項３】所定の間隔が１００ｍｍ以下であること
を特徴とする請求項２記載の脱酸素装置。
【請求項４】金属Ａおよび金属Ｂが板状であることを
特徴とする請求項２記載の脱酸素装置。
【請求項５】異種金属対に穴があけられていることを
特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の脱酸素
装置。
【請求項６】異種金属対は、金属Ａおよび金属Ｂの面
が接触し、この接触部の端面が形成されていることを特
徴とする請求項１記載の脱酸素装置。
【請求項７】異種金属対が、鋼からなる金属Ｂに亜鉛
からなる金属Ａをめっきした亜鉛めっき鋼を用いて形成
されていることを特徴とする請求項６記載の脱酸素装
置。
【請求項８】亜鉛めっき鋼が板状であることを特徴と
する請求項７記載の脱酸素装置。
【請求項９】亜鉛めっき鋼がパイプ状であることを特
徴とする請求項７記載の脱酸素装置。
【請求項１０】異種金属対が複数の小片に分割されて
いることを特徴とする請求項６ないし９のいずれかに記
載の脱酸素装置。
【請求項１１】異種金属対に穴があけられていること
を特徴とする請求項６ないし１０のいずれかに記載の脱
酸素装置。
【請求項１２】端面の長さの合計をＬｍｍ、金属Ａと
金属Ｂの体積の合計をＶｍｍ³としたときに、Ｌ／Ｖが
０．１以上であることを特徴とする請求項６ないし１１
のいずれかに記載の脱酸素装置。
【請求項１３】異種金属対の金属Ａにマグネシウムを
用いたことを特徴とする請求項１記載の脱酸素装置。
【請求項１４】マグネシムからなる金属Ａに金属Ｂか
らなるカソードを電気的に接続したことを特徴とする請
求項１３記載の脱酸素装置。
【請求項１５】カソードが容器であることを特徴とす
る請求項１４記載の脱酸素装置。
【請求項１６】容器が大気に開放され、水面に大気を
遮蔽する空気遮蔽板が設けられることを特徴とする請求
項１記載の脱酸素装置。
【請求項１７】撹拌機構を備えたことを特徴とする請
求項１記載の脱酸素装置。
【請求項１８】水が流出する出口にイオン交換器を備
えたことを特徴とする請求項１記載の脱酸素装置。
【請求項１９】水が流出する出口側に水に溶出した金
属の結晶核となる金属塩を充填したろ過器を備えたこと
を特徴とする請求項１記載の脱酸素装置。
【請求項２０】水が流入する入口側に、塊状の石膏を
充填した容器を備えたことを特徴とする請求項１記載の
脱酸素装置。