JPH11197670A

JPH11197670A - 物理的水処理装置

Info

Publication number: JPH11197670A
Application number: JP10018225A
Authority: JP
Inventors: Toru Mashita; 徹真下; Tomohisa Oguchi; 智久小口; Tatsuo Nagai; 達夫永井; Shoichi Matsuda; 正一松田
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1998-01-12
Filing date: 1998-01-12
Publication date: 1999-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】循環水系等の水から効果的にイオン成分
を除去する。【解決手段】水の配管に電場と磁場の一方又は両方を
作用させる電磁場印加装置１００と、配管内の水を加熱
または冷却する水温調整装置１０とを設ける。【効果】水に含まれているカルシウムイオン等の
成分が確実にスラッジ化される。これを除去することに
より水からイオン成分を取り除くことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水循環系または水
供給系の水に電場、磁場の一方または両方を作用させて
主に水を軟水化させる目的で利用される物理的水処理装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従
来、河川や水道水から得られる原水を軟水化する方法と
して、塩を用いた軟水器や、逆浸透膜、イオン交換膜を
使用する方法が知られている。これらの装置では、水に
含まれるカルシウムイオンやマグネシウムイオン、ケイ
酸イオン等を除去して水を軟水化する。軟水化された水
は、工業的に各種製造分野等で利用することができる。
しかし、上記の軟水化方法では、処理剤の供給や膜の交
換等の作業、費用が多大に発生するため、軟水の製造コ
ストとしては高価なものとなり、これを利用する分野で
のランニングコストを増大させてしまう。本発明は、上
記事情を背景としてなされたものであり、低コストで水
中のイオン成分を低減して軟水化したり錆の発生を防止
したりすることができる物理的水処理装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の物理的水処理装置のうち第１の発明は、水循環
系または水供給系における水に電場と磁場の少なくとも
一方を作用させる電磁場印加装置と、前記水を加熱また
は冷却する水温調整装置とを有することを特徴とする。
第２の発明の物理的水処理装置は、第１の発明におい
て、水温調整装置が、電磁場印加装置の下流側に配置さ
れていることを特徴とする。第３の発明の物理的水処理
装置は、第１または第２の発明において、水温調整装置
が加熱器と冷却器とを有しているとともに、該加熱器と
冷却器とは、それぞれ異なる場所で水温を調整するよう
に設置されており、さらに該加熱器および冷却器の下流
域にそれぞれ析出物回収部が設けられていることを特徴
とする。第４の発明の物理的水処理装置は、第１〜第３
の発明において、電磁場印加装置が、水通路に面するよ
うに互いに対向して配置され、かつ互いに電気化学的ポ
テンシャルが異なる異種材料からなる対の電極を備えて
いることを特徴とする。第５の発明の物理的水処理装置
は、第１〜第４の発明において、電磁場印加装置が、水
通路内の水に磁束が流れるように着磁された永久磁石を
備えていることを特徴とする。

【０００４】本発明の水処理装置は、前記したように、
軟水化装置として使用できるが、その他に、スケールの
発生を防止する装置として用いることもできる。また、
本発明の水処理装置は、冷却用循環水路やボイラ等の循
環水系に適用することができる他に、循環系でなく、順
次、新たな水が供給される供給水系にも適用することが
できる。本発明によれば、処理の対象となる水は、電磁
場印加装置によって電場または磁場の一方または両方の
作用を受け、水に含まれるイオン成分が結晶の核として
析出する。この結晶核は、そのまま水内を流れることに
よっても凝集して徐々に成長する。この結晶はスラッジ
化するので、水を所望箇所に供給するまでに回収するこ
とによりイオン成分を除去することができる。しかし、
イオン成分を十分に結晶化する迄には相当の水路長が必
要であり、水系によっては、この水路長を確保すること
が困難になる。

【０００５】ところが、本発明では、上記結晶核を含む
水の温度を水温調整手段により調整することにより、前
記成長を飛躍的に促進させることができる。例えば、カ
ルシウム、マグネシウム等は、加熱によって上記成長が
促進され、ケイ酸等は冷却によって成長が促進される。
したがって、水温の調整を適当に行うことにより電磁場
印加装置以降の水路長が十分でない場合にも効果的にイ
オン成分を除去することが可能になる。水温調整は、電
磁場印加装置の上流側、下流側または電磁場印加装置近
傍のいずれの位置で行ってもよい。また、水温調整は、
除去したいイオン成分によって加熱または冷却の何れか
を選択することができ、また、加熱と冷却の両方を採用
することもできる。加熱と冷却の両方を採用する場合に
は、加熱または冷却後に異なる温度調整を受ける前に析
出物回収部で析出物を回収するのが望ましい。これは、
加熱または冷却によって結晶核となった成分が逆に冷却
または加熱を受けると再溶解しやすく、また凝集が抑制
されて結晶化が阻害されるためである。なお、本発明で
は水温調整装置の加熱器や冷却器の構造は、特に限定さ
れるものではなく、ヒートポンプ等の適宜の装置を用い
ることができる。要は、対象となる水を汚染することな
く加熱または冷却できるものであればよい。

【０００６】本発明の電磁場印加装置は、電場と磁場の
一方または両方を水に作用させるものであり、電場を作
用させるものとしては、水通路に面するように互いに対
向して配置され、かつ互いに電気化学的ポテンシャルが
異なる異種材料からなる対の電極を備えるものが挙げら
れる。また、磁場を作用させるものとしては、水通路内
の水に磁束が流れるよう磁場を発生させる電磁石や、前
記磁束が流れるように着磁された永久磁石の一方または
両方を備えたものが挙げられる。なお、上記の電極を構
成する異種材料としては、互いに電気化学的ポテンシャ
ルが異なることにより相対的に卑と貴になる導電性のも
のが用いられる。したがって、その材質や組み合わせが
特定のものに限定されるものではない。例えば、卑の電
極としてはＡｌ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｍｇ等を使用することが
でき、貴の電極としては、炭素、Ｐｔ、ステンレス鋼、
Ｔｉ等を使用することができる。上記電極は互いに直接
または抵抗体を介して導通させるか、外部電源を接続す
ることによって水通路内の水を介して電流が流れる。こ
の電流は、電極間に接続する上記抵抗体の抵抗値を変え
るか、外部電源の電圧を変えることによって調整でき
る。

【０００７】また磁場の発生は、Ｎ、Ｓ極を出現させた
永久磁石を配置することにより行うことができる。この
永久磁石の磁極の出現位置は特に限定されるものではな
く、適宜選択することができる。例えば、板状の強磁性
体の表裏面に互いに異極となる磁極を出現させたもの
や、両側端部に磁極を出現させたものを用いることがで
きる。この永久磁石は、他の永久磁石との間で、異極の
磁極が対向するように配置したり、また、同極の磁極が
対向するように配置したりすることができる。要は、水
通路に所望の磁束を生じさせることができるものであれ
ばよい。なお、電場と磁場の両方を作用させる場合に
は、同一の空間に電場と磁場の両方が作用するようにす
るのが望ましく、これにより、水のイオン成分をより効
果的に析出させることができる。この場合には、電極と
交差する方向に、互いに磁極が対向する永久磁石を配置
することより同一空間に電場と磁場を作用させることが
できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】（実施形態１）以下に、図１、２
に基づいて本発明の一実施形態を説明する。原水の供給
配管１内に、ステンレス鋼板２ａ、２ｂを距離を隔てて
上下に配置するとともに、左右には、同じく距離を隔て
て永久磁石３ａ、３ｂを配置して、これらで囲まれた水
通路４を確保する。また、上記ステンレス鋼板２ａ、２
ｂの内面側には、それぞれ絶縁フィルム６を介設して互
いに異種金属からなる電極７ａ、７ｂが表面を水通路に
露出した状態で埋設されている。なお、この実施形態で
は、上方側の電極７ａがアルミニウム合金で構成され、
下方側の電極７ｂが炭素で構成されており、電極７ａ、
７ｂ同士は、外部において結線されている（図示しな
い）。なお、電極同士は、上記のように直接結線する他
に、外部抵抗を介在させてもよく、また電極間に外部電
圧を印加することも可能である。なお、上記ステンレス
鋼板２ａ、２ｂ間に配置された永久磁石３ａ、３ｂは、
その表裏面に互いに異極となる磁極を有しており、永久
磁石３ａの内面がＮ極、永久磁石３ｂの内面がＳ極とな
っている。上記により電磁場印加装置１００が構成され
ており、該電磁場印加装置外壁と配管１の内壁との間に
は遮蔽板８…８（一部図示省略）が配置されている。

【０００９】上記電磁場印加装置１００が配置された配
管１の下流側には、配管１内の水を加熱するために加熱
器１０が配置されている。この加熱器１０は、熱交換部
１０ａと加熱源１０ｂと、図示しない熱媒体とによって
構成されている。さらに、上記加熱器１０が設けられた
配管１の下流側には、析出物を回収するための析出物回
収部１１が配置されている。この析出物回収部１１は、
配管１の底部に凹部１１ａを設け、この凹部１１ａにス
ラッジを堆積させるとともに、凹部１１ａに設けたドレ
イン１１ｂから随時、スラッジを除去するものである。

【００１０】上記により構成された水処理装置に図示前
方から後方に向けて水を流すと、水は、アルミニウム電
極７ａと炭素電極７ｂとの間を通過する。このアルミニ
ウム電極７ａと炭素電極７ｂとの間では、電気化学的ポ
テンシャルの相違から、アルミニウム電極７ａをアノー
ド、炭素電極７ｂをカソードとして水を介して両電極間
に微弱電流が流れ、電場が生じる。また、永久磁石３
ａ、３ｂで発生した磁束は、水通路３内を図示左方から
右方に向けて流れる。上記磁束により、水流に一方向の
磁場が作用するとともに、ローレンツ電場によって上記
電極間電場と同方向に誘起電流を生じさせて、相乗効果
によって電極間に印加される電場の強さを高める。

【００１１】上記磁場及び電場の作用によってカルシウ
ム、マグネシウム、ケイ酸等のイオン成分は析出して結
晶の核になり、浮遊状態で、配管１内を移動する。この
水には、下流側の加熱器１０により、加熱源１０ｂの熱
が熱交換部１０ａを通して加えられ、所望の温度（例え
ば４０〜９９℃）に加熱される。この加熱により、上記
イオン成分の中でカルシウム、マグネシウムの凝集が顕
著に促進され、スラッジ化する。微小なスラッジは、さ
らに配管１内を下流側に移動して、析出物回収部１１の
凹部１１ａに徐々に堆積する。この堆積物は適宜ドレイ
ン１１ｂから取り出される。上記により、イオン成分が
効果的に除かれた水は、熱交換器等の冷却水等などして
所望の水利用部で使用される。なお、上記実施形態で
は、水温調整部として加熱器を設けたものについて説明
したが、この加熱器に変えて冷却器を設け、その結果、
ケイ酸等の成分のスラッジ化を促進させることもでき
る。また、上記実施形態では、水温調整部および析出物
回収部を通過した後、直接水利用部に水を供給している
が、水温調整部から析出物回収部に至る間を、適宜環流
させてスラッジの回収を確実に行った後に、水利用部に
送ることも可能である。

【００１２】（実施形態２）この実施形態では、電磁場
印加装置１００の下流側に、水温調整装置として加熱器
と冷却器とを直列に配置したものである。すなわち、電
磁場印加装置１００の下流側の配管１に上記実施形態１
と同様に、順次、加熱器１０と析出物回収部１１とを配
置し、さらに下流側に熱交換部２０ａと圧縮機２０ｂと
図示しない熱媒体とで構成した冷却器２０と析出物回収
部２１とを配置したものである。この実施形態では、実
施形態１と同様に加熱器１０と析出物回収部１１とによ
り、カルシウムおよびマグネシウムイオンがスラッジと
して効果的に除去される。そして、これら成分が除去さ
れた水は、冷却器２０によって所望の温度（例えば１〜
１０℃）に冷却されることにより、前段（加熱器１０及
び析出部回収部１１）では有効に除去されなかったケイ
酸等の成分の凝集が顕著に促進されてスラッジ化され
る。このスラッジは配管１内を移動して析出物回収部２
１で回収される。なお、この析出物回収部２１は、上記
実施形態１の析出物回収部１１と同様の構造とすること
もできるが、例えばフィルターによってスラッジを除去
する構造としたり沈殿槽としたりすることもできる。こ
の水処理装置によれば、加熱または冷却の一方の作用に
よっては凝集が十分に促進されない成分についても確実
に除去することができるので、イオン成分の除去がより
効果的になる。なお、この実施形態では、加熱器を前段
に設け、冷却器を後段に設けたが、これと逆に冷却器を
前段、加熱器を後段に配置することもできる。

【００１３】（実施形態３）この実施形態３は、前記実
施形態１，２と異なり、水温調整装置を電磁場印加装置
の近傍に配置したものである。具体的には、電磁場印加
装置１００は、実施形態１、２と同様の構成からなり、
その構成の一部である電極７ａ、７ｂの裏面側であって
上流側の遮蔽板８と下流側の遮蔽板８との間の空間に、
加熱器１０の熱交換部１０ａを配置したものである。な
お、加熱器１０は、実施形態１と同様に、その他に、加
熱源１０ｂを備えている。この実施形態によれば、電磁
場印加装置１００によって電場および磁場が作用するの
と同時に水温が所望の温度に調整され、効率的にスケー
ル成分が析出する。析出物は、上記実施形態１、２と同
様に析出物回収部を設けて回収することができる。

【００１４】なお、上記実施形態では、電磁場印加装置
の近傍として、電極の裏面側に配置したが、磁場を発生
させる装置の裏面側や電磁場印加装置の上流側、下流側
にずらした位置に配置したものであってもよい。また、
上記実施形態と異なり、水温調整装置として冷却器を配
置したものであってもよい。さらに、共通する電磁場印
加装置の近傍に加熱器と冷却器とを併設するものであっ
てもよい。例えば、図５に示すように、カソードとなる
炭素電極７ｂ側ではカルシウムおよびマグネシウムイオ
ンが優先的に析出作用を受けるので、炭素電極７ｂに近
い側（裏面側）に加熱器１０の熱交換部１０ａを配置
し、一方、アノードとなるアルミニウム電極７ａ側では
ケイ酸等が優先的に析出作用を受けるので、アルミニウ
ム電極７ａに近い側（裏面側）に冷却器２０の熱交換部
２０ａを配置して、スケール成分を効率的に析出させる
ことも可能である。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の物理的水
処理装置によれば、水循環系または水供給系における水
に電場と磁場の少なくとも一方を作用させる電磁場印加
装置と、該系の電磁場印加装置の下流域で、前記作用を
受けた水を加熱または冷却する水温調整装置段とを有す
るので、水中のイオン成分を確実かつ早期にスラッジ化
させることができる。また、水温調整装置を、加熱器と
冷却器とを有するものとし、該加熱器と冷却器とは、そ
れぞれ異なる場所で水温を調整するように設置して、加
熱器および冷却器の下流域にそれぞれ析出物回収部を設
ければ、加熱と冷却によってスラッジ化現象が異なる成
分について確実にスラッジ化して除去することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の電磁場印加装置を示す
斜視図である。

【図２】同じく装置全体の概略図である。

【図３】本発明の他の実施形態を示す装置全体の概略
図である。

【図４】同じくさらに他の実施形態を示す装置の概略
断面図である。

【図５】同じくさらに他の実施形態を示す装置の概略
断面図である。

【符号の説明】

１配管３ａ永久磁石３ｂ永久磁石４水通路７ａ電極７ｂ電極１０加熱器１１析出物回収部２０冷却器２１析出物回収部１００電磁場印加装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ０２Ｆ 5/00 ６２０Ｃ０２Ｆ 5/00 ６２０Ｂ (72)発明者松田正一東京都府中市日鋼町１番１株式会社日本製鋼所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水循環系または水供給系における水に電
場と磁場の少なくとも一方を作用させる電磁場印加装置
と、前記水を加熱または冷却する水温調整装置とを有す
ることを特徴とする物理的水処理装置
【請求項２】水温調整装置は、電磁場印加装置の下流
側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の物
理的水処理装置
【請求項３】水温調整装置は加熱器と冷却器とを有し
ているとともに、該加熱器と冷却器とは、それぞれ異な
る場所で水温を調整するように設置されており、さらに
該加熱器および冷却器の下流域にそれぞれ析出物回収部
が設けられていることを特徴とする請求項１または２に
記載の物理的水処理装置
【請求項４】電磁場印加装置は、水通路に面するよう
に互いに対向して配置され、かつ互いに電気化学的ポテ
ンシャルが異なる異種材料からなる対の電極を備えてい
ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の物
理的水処理装置
【請求項５】電磁場印加装置は、水通路内の水に磁束
が流れるように着磁された永久磁石を備えていることを
特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の物理的水処
理装置