WO2011114452A1

WO2011114452A1 - スケール析出方法及び給湯器及びスケール析出装置

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Publication number: WO2011114452A1
Application number: PCT/JP2010/054533
Authority: WO
Inventors: 俊行神谷; 隆文中井; 誠司古川
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2011-09-22
Also published as: JPWO2011114452A1; JP5393873B2

Abstract

　コントローラ３１はバルブ７、９を閉め、バルブ４、１２を開け、導入ポンプ３で被処理水を真空脱気槽１に導入する。次に真空脱気槽１の水位が所定位置になると、コントローラ３１は導入ポンプ３を停止し、バルブ４、１２を閉じる。次にコントローラ３１は、バルブ９を開け、真空ポンプ１０で被処理水の「真空脱気」を行う。次にコントローラ３１は真空ポンプ１０を停止し、バルブ９を閉め、バルブ１２を開け真空脱気槽１を「大気圧開放」にする。次にコントローラ３１はバルブ１２を閉めると共にバルブ９を開け、真空ポンプ１０を運転して、再び被処理水の真空脱気を行う。以降、コントローラ３１は、「大気圧開放」、「真空脱気」を交互に所定回数繰り返した後、最後に真空脱気を実施し、処理を終了する。

Description

スケール析出方法及び給湯器及びスケール析出装置

　この発明は、水中の硬度成分の不溶化を促進する方法、及びその方法を用いた給湯器及びその方法を実施する装置に関するものである。

　浴室や台所に温水を供給する給湯器には電気給湯器、ガス給湯器などがあるが、いずれも熱を水に伝えるための熱交換器を持つ。熱交換器では、水に熱を伝えるため熱伝達面を清浄な状態に保つことが重要である。熱交換器の壁面が汚れると、熱伝達面積の減少、熱伝導の悪化が起こり、熱伝達性能の低下を招く。さらに汚れが蓄積すると流路の閉塞に至る場合もある。

　水中の硬度成分（カルシウムイオンやマグネシウムイオン、スケール成分とも呼ばれる）が高い地域では、加熱によりスケールと呼ばれるカルシウムやマグネシウムなどの炭酸塩結晶が熱交換器内部に付着し、熱伝達性能の低下のような不具合が生じる。硬度成分は水中ではイオン状態で存在する。イオン状態の硬度成分がスケールとして付着する機構については、全てが解明されているわけではない。しかし、機構の一つとして、熱交換器の壁面などの高温部の表面で炭酸カルシウムなどの分子が析出し、この高温部の表面に形成された分子を核としてスケールの成長が進むことがあげられる。このように、高温部表面での炭酸カルシウムなどの分子の析出が、スケール付着の起点となる。このため、スケール成分を含む水を高温にする前に、予め水中で炭酸カルシウムなどの分子を析出させておけば、高温にした際に高温部表面で分子が析出する機会を減少させることができる。その結果、高温部表面でのスケール付着を防止できると考えられる。

　スケールの主要因である炭酸カルシウムは、水中では、次の（１）式の平衡にもとづいて析出量が変化する。
　ＣａＣＯ_３↓＋ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ⇔Ｃａ（ＨＣＯ_３）_２　　　・・・（１）
　ここで、ＣＯ_２（水中に存在する二酸化炭素であり、遊離炭酸と呼ばれる）を水中から除去すれば、平衡は（１）式で左向きに進行し、炭酸カルシウム分子の析出が進む。したがって、水中での炭酸カルシウム分子の析出を促進するには、いかに遊離炭酸を除去するかが重要である。よって効率的な遊離炭酸除去法が求められる。

　また、水中に分子が析出した直後は、個々の分子が分散して存在する。析出をさらに促進させるには、分散した分子を集中させ結晶化を促進するための「結晶の核」というべきものを存在させることが非常に有効となる。

　遊離炭酸の除去技術としては、たとえば特許文献１がある。特許文献１では、水に凝集剤とアルカリとを添加してｐＨを１０以上とした後に、この水をポンプで図１４に示すようなアスピレータ式の気液混合手段２１０に送り込み、入口１１２から出口１１３に水を流す。これによって、空気導入口１１４近傍で圧力を低下させて、空気導入口１１４から空気を吸入する。そして、水と空気とを混合することによって、水中の硬度成分を不溶化させ、析出したカルシウム塩、マグネシウム塩を凝集剤に付着させて除去することが開示されている。

特開平５－９２１９８号公報

　特許文献１では、遊離炭酸を除去しやすくするために予め、対象とする水をアルカリ性にしている。このようにｐＨを高めることは遊離炭酸の除去には有効であるが、処理前のアルカリと、処理後の酸（水のｐＨを調整するために必要）との注入設備が不可欠となる。このため、コスト高となる。また、人が直接触れる給湯水にこのようなアルカリや酸を注入することはきわめて困難である。また、遊離炭酸の除去法としては、減圧下で空気を混入しており、空気の気曝作用によって遊離炭酸を除去している。しかし、遊離炭酸除去によって析出するカルシウム塩、マグネシウム塩については、凝集剤を用いて集合させることによって析出を促進している。この凝集剤も注入機構が必要な上、人が直接触れる給湯水に凝集剤のような薬剤を加えることは現実的ではない。

　したがって、特許文献１では、遊離炭酸除去、析出促進の効果は得られるものの、それぞれに薬剤を投入する必要があり、コスト高となるとともに、人が直接触れる給湯水には適用しがたいという課題があった。

　本発明は、アルカリ、酸、凝集剤などの薬剤投入が不要であり、遊離炭酸の除去、カルシウム塩、マグネシウム塩の析出促進を実現し、低コスト、かつ人体にも悪影響のないスケール析出方法およびスケール析出装置の提供を目的とする。

　この発明のスケール析出方法は、
　スケール成分を含む液体の液体中にスケールを析出させるスケール析出方法において、
　スケール析出の対象となる液体に対する減圧状態と、前記減圧状態の液圧よりも高い液圧にする加圧状態とを時間の経過とともに繰り返し発生させ、前記減圧状態と前記加圧状態との繰り返しにより液体中にスケールを析出させる液圧変化ステップを備えたことを特徴とする。

　本発明は、液圧を低い状態からいったん高い状態とし、その後再び液圧を低下させるという操作によって、スケール析出の核となる微細気泡を形成させることができる。したがって本発明によれば、アルカリや、凝集剤などの薬剤の添加を行うことなく、炭酸カルシウムなどのスケールの液体中への析出を促進できる。したがって、本発明を用いれば、給湯器など、人が直接触れる水（液体）を扱うシステムにおいて、熱交換器や配管内部などへのスケール付着を防止、抑制できる。よって、本発明によれば、熱交換器の熱伝達性能の低下を防ぎ、給湯システム全体を良好な状態に維持できる。

実施の形態１における、処理１、処理２の脱気条件を示す図。実施の形態１における、処理時間と遊離炭酸残存率との関係を示す特性図。実施の形態１における、処理時間と炭酸カルシウム析出率との関係を示す特性図。実施の形態２における、真空脱気時間の比率ｒと遊離炭酸残存率、炭酸カルシウム析出率の関係を示す特性図。実施の形態３における、スケール析出装置１１０の構成図。実施の形態３における、コントローラ３１により制御される各ポンプ、各バルブの状態を示す図。実施の形態４における、スケール析出装置１２０の構成図。実施の形態５における、スケール析出装置１３０の構成図。実施の形態６における、スケール析出装置１４０の構成図。実施の形態６における、コントローラ３１により制御される各ポンプ、各バルブの状態を示す図。実施の形態７におけるスケール析出装置１５０の構成図。実施の形態７における、コントローラ３１により制御される各ポンプの状態を示す図。実施の形態８における、スケール析出装置１６０の構成図。従来技術のアスピレータ式気液混合手段の構成図。

　実施の形態１．
　図１～図３を参照して、実施の形態１のスケール析出方法を説明する。実施の形態１は、スケール析出方法に関する実験を説明する。実施の形態１のスケール析出方法は、スケール析出の対象となる液体（例えば水）に対する減圧状態（脱気による減圧）と、この減圧状態の液圧よりも高い液圧にする加圧状態（大気圧開放による加圧）とを時間の経過とともに繰り返し発生させ、減圧状態と加圧状態との繰り返しにより液体中にスケールを析出させる液圧変化ステップを有する。以下に、実施の形態１の実験方法、実験結果を説明する。析出するスケールとしては、例えば炭酸カルシウムである。

（実験方法）
　「硬度３００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７．８、容積１．０Ｌ」
の水に対して、
（処理１）真空脱気１（連続脱気）、
（処理２）真空脱気２（間欠脱気）、
（処理３）「アスピレータ＋空気導入」、
の各処理を行った。

（処理１、処理２）
　真空脱気１（連続脱気）、真空脱気２（間欠脱気）では、容積１．５Ｌの真空容器に１．０Ｌの試料水を投入し、気相の真空脱気時の圧力を０．０２ＭＰａ（１５０Ｔｏｒｒ）とした。

（脱気条件）
　図１は処理１、処理２の脱気条件を示す図である。図１（ａ）は真空脱気１（連続脱気）を示し、図１（ｂ）は真空脱気２（間欠脱気）を示す。真空脱気１（連続脱気）では、大気圧（０．１ＭＰａ）の状態から、真空脱気時の圧力を０．０２ＭＰａに維持する。真空脱気２（間欠脱気）では、「２分間の真空脱気を行った後に、８分間の真空脱気停止」の運転を繰り返した。真空脱気停止時は気相に空気を導入して圧力を大気圧（０．１ＭＰａ）まで戻した。すなわち図１（ｂ）の「ｒ」が２分に相当し、「１－ｒ」の期間が８分に相当する。図１（ｂ）に示すように、減圧状態（脱気期間ｒ）と加圧状態（大気圧開放期間「１－ｒ」）とを１周期として、周期的に減圧状態と加圧状態とを発生させる。

（処理３）
　処理３の「アスピレータ＋空気導入」は、先行技術の再現試験である。この処理３では、１．５Ｌの容器に注いだ試料水１．０Ｌに、アルカリとして水酸化ナトリウムを添加してｐＨを１０とした。そして、凝集剤として硫酸アルミニウムを１ｍｇ／Ｌとなるよう加えた。この試料を容器からポンプで引き抜き、アスピレータ式の気液混合器を通した後、容器に返送する循環ラインを設け、ポンプを運転して処理を行った。

（遊離炭酸残存率）
　図２は、本実験における処理時間と遊離炭酸残存率（残存濃度／初期濃度）との関係を、処理１～処理３に関して示す図である。図２のように、処理３の「アスピレータ＋空気導入」では、運転直後から遊離炭酸残存率は急速に低下し、その後、徐々に速度が鈍化する傾向がみられた。これに対し、真空脱気では、真空脱気１（連続脱気）、真空脱気２（間欠脱気）ともに、処理初期の遊離炭酸残存率の低下は同傾向であったが、時間経過につれて、真空脱気１の連続脱気では残存率の鈍化が顕著であった。
　一方、真空脱気２の間欠脱気では、遊離炭酸の低下速度は維持され、遊離炭酸濃度がほぼゼロとなる処理時間は、処理３の「のアスピレータ＋空気導入」と大差がなかった。

（炭酸カルシウム析出率）
　図３は、本実験における処理時間と炭酸カルシウム析出率（析出した炭酸カルシウム濃度／初期のカルシウムイオン濃度から想定される析出可能な最大炭酸カルシウム濃度）の関係を、処理１～処理３に関して示す図である。図３のように、処理３の「アスピレータ＋空気導入」では、運転直後から炭酸カルシウム析出率は増加したが、約５０％で一定となった。これは、主に添加した凝集剤の量に起因するものであり、本実験での添加量では、約５０％に析出限界があったことを示している。
　真空脱気では真空脱気１（連続脱気）、真空脱気２（間欠脱気）で傾向は大きく異なっている。真空脱気１の連続脱気では析出率の増加が小さいのに対し、真空脱気２の間欠脱気では、析出率は顕著に増加し、析出率は約９５％に到達した。

　本実験結果から、真空脱気２の間欠脱気は、処理３の「アスピレータ＋空気導入」に対し、遊離炭酸の除去については処理開始の初期でやや劣るものの、遊離炭酸をほぼ完全に除去するために必要な時間は同等であることが判明した。
　また、真空脱気２の間欠脱気は、炭酸カルシウム析出率については、「アスピレータ＋空気導入」でみられたような凝集剤量の制約を受けずに、１００％近く炭酸カルシウムを析出させることができることが明らかになった。
　これより、真空脱気２の間欠脱気は、「アスピレータ＋空気導入」で添加した水酸化ナトリウム、硫酸アルミニウムの添加なしで、「アスピレータ＋空気導入」と同等、もしくはそれ以上の効果のあることが判明した。よって、真空脱気２の間欠脱気は、遊離炭酸除去、炭酸カルシウム析出に極めて有効な方法であることが判明した。

　図１（ｂ）の間欠脱気では、容積１．５Ｌに被処理水１．０Ｌを入れた。そして、差分の空間（容積０．５Ｌ）に存在する体積０．５Ｌの大気を脱気し、そして大気圧開放した。脱気期間（比率ｒの期間）では０．０２ＭＰａ（１５０Ｔｏｒｒ）としたが、脱気期間の気圧は０．０６７ＭＰａ（５００Ｔｏｒｒ）未満、「１－ｒ」に対応する期間の圧力は０．０６７ＭＰａ以上、大気圧（０．１ＭＰａ）以下であってもよい。例えば、脱気期間の気圧は０．０６７ＭＰａ未満かつ０．０６７ＭＰａの近傍の値とし、「１－ｒ」に対応する期間の圧力は大気圧としてもよい。

　以上のように、図１（ｂ）に示した、水圧を低い状態からいったん高い状態とし、その後再び水圧を低下させるという操作によって、アルカリや、凝集剤などの薬剤の添加を行うことなく、炭酸カルシウムなどのスケールの液体中への析出を促進できる。

　実施の形態２．
　図４を参照して、実施の形態２のスケール析出方法（液圧変化ステップ）を説明する。実施の形態２のスケール析出方法は、図１（ｂ）において１周期を「１」とした場合に、減圧状態の期間の比率である「比率ｒ」を０．１≦ｒ≦０．３の範囲とすることが、スケール析出に好ましいことを説明する。

（実験方法）
　実施の形態２では、
　「硬度３００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７．８、容積１．０Ｌ」
の水に対して、連続脱気（処理１）および間欠脱気（処理２）を２４時間行った。脱気時の気相の圧力は０．０２ＭＰａ（１５０Ｔｏｒｒ）とした。間欠脱気は図１（ｂ）のように、真空脱気を行った後に真空脱気を停止し真空気相に空気を導入して圧力を大気圧まで戻す運転を繰り返した。

（間欠脱気の条件：比率ｒ）
　間欠脱気の条件は、間欠脱気時間と大気圧開放時間の和を１０分間（図１（ｂ）の「１」に対応する）とし、この１０分での真空脱気時間の比率（図１（ｂ）の「ｒ」に対応する）を変えた。すなわち、間欠脱気時間３０秒（大気圧開放時間９分３０秒）の場合は、真空脱気時間の比率ｒ（時間比率ｒともいう）は０．０５である。間欠脱気時間２分（大気圧開放時間８分）の場合は、真空脱気時間の比率ｒは０．２である。間欠脱気時間１０分（大気圧開放時間０分）、すなわち連続脱気の場合は、真空脱気時間の比率ｒは１．０である。

（比率ｒと炭酸カルシウム析出率）
　図４は、本実験における真空脱気時間の比率ｒと遊離炭酸残存率、炭酸カルシウム析出率との関係を示す図である。図４のように、遊離炭酸残存率は、比率ｒが０．２以上で２０％以下となる。一方、炭酸カルシウム析出率は、比率ｒが０．１で８０％を超え、０．２で最大となった後、０．３以上では低下する傾向であった。

　この結果は、真空脱気時間が短すぎる場合は遊離炭酸の除去が進まず、一方、真空脱気時間が長すぎる場合は空気中のガス成分の溶解が不十分で再真空脱気時に析出の核である微細気泡の生成が進まなかったことを示している。これに対し、時間比率ｒが０．１～０．３では、遊離炭酸の除去と、ガス成分の溶解とが適切にバランスした結果、８０％以上の高い炭酸カルシウムの析出率を確保することができたと考えられる。図４に示す実験結果から、間欠脱気の処理条件としては、間欠脱気時間と大気圧開放時間との和（和を１とした場合）に対する真空脱気時間の時間比率ｒを、
　「０．１≦ｒ≦０．３」
とすることが有効である。

　以上のように、時間比率ｒを０．１～０．３の範囲とすることで、より効果的にスケール析出を促進できる。

　実施の形態３．
　以下の実施の形態３～８では、実施の形態２で述べたスケール析出方法を実施するスケール析出装置を説明する。液体加圧ステップを含むスケール析出方法は、以下に説明する液圧可変機構３２、コントローラ３１などによって実現される。

　図５は、実施の形態３のスケール析出装置１１０の概略構成図である。図５を参照してスケール析出装置１１０を説明する。スケール析出装置１１０は、コントローラ３１（制御部）、液圧可変機構３２、供給機構３３、真空脱気槽１等を備えている。コントローラ３１は各ポンプ、各バルブを制御する。コントローラ３１と各ポンプ、各バルブとは、信号線３１１で接続されている。なお、実施の形態４以降のスケール析出装置１２０～１６０では、信号線３１１を省略した。液圧可変機構３２は、真空ポンプ１０、バルブ９、バルブ１２を備えている。液圧可変機構３２は、コントローラ３１により制御されることにより、スケール析出の対象となる水（液体の一例）の液圧を変化させる。供給機構３３は、導出ポンプ６、バルブ７を備えている。供給機構３３は、スケール析出処理後の水を他の装置に供給する供給ステップを実行する。真空脱気槽１には、被処理水と、被処理水との間で界面を形成する大気（気体の一例）とが閉じ込められる。

（スケール析出装置１１０の構成）
　図５のように、真空脱気槽１には、被処理水導入配管２、処理水導出配管５、真空配管８、空気導入配管１１が接続されている。また、被処理水導入配管２には、導入ポンプ３、バルブ４が接続されている。処理水導出配管５には、導出ポンプ６、バルブ７が接続されている。真空配管８には、真空ポンプ１０とバルブ９が接続されている。空気導入配管１１にはバルブ１２が接続されている。

（動作）
　図６は、コントローラ３１により制御される各ポンプ、各バルブの状態を示している。図６の「丸印」は、ポンプの稼動中あるいはバルブのオープン状態を示す。また「Ｐ３」とは導入ポンプ３を示し、Ｖ４とはバルブ４を示す。図６を参照してスケール析出装置１１０の動作を説明する。

（ステップ１）
　ステップ１では、コントローラ３１はバルブ７、バルブ９を閉め、バルブ４、バルブ１２を開けた状態にする。この状態で、水道水などのスケール析出の対象となる被処理水が、導入ポンプ３を用いて被処理水導入配管２から真空脱気槽１に送られる。
（ステップ２）
　ステップ２では、真空脱気槽１の水位が所定の位置になった時点で、コントローラ３１は、導入ポンプ３を停止し、バルブ４、バルブ１２を閉じる。
（ステップ３）
　ステップ３では、コントローラ３１は、バルブ９を開け、真空ポンプ１０を運転して被処理水の真空脱気を行う。
（ステップ４）
　ステップ４では、所定時間経過後、コントローラ３１は、真空ポンプ１０を停止し、バルブ９を閉めるとともに、バルブ１２を開け真空脱気槽１を大気圧開放とする。
（ステップ５）
　ステップ５では、所定時間経過後、コントローラ３１は、バルブ１２を閉めるとともに、バルブ９を開け、真空ポンプ１０を運転して、再び被処理水の真空脱気を行う。

（ステップ６：繰り返し処理）
　ステップ６では、コントローラ３１は、「大気圧開放、真空脱気」（ステップ４、ステップ５）を所定回数繰り返した後、最後に真空脱気（ステップ５）を実施し、終了する。コントローラ３１が繰り返し実行する「大気圧開放、真空脱気」（ステップ４、ステップ５）は、実施の形態１、実施の形態２で述べた内容である。すなわちコントローラ３１は、図１（ｂ）となるように、ステップ４、ステップ５の繰り返しによる間欠脱気を行う。この場合、実施の形態２で述べたように、時間比率ｒは０．１～０．３の範囲である。
　さらに具体的に説明する。ステップ３及びステップ５の真空脱気では、液圧可変機構３２は、コントローラ３１から制御を受けて、真空脱気槽１の大気を吸引することにより大気の存在する空間４１の圧力を減圧する。またステップ４の大気圧開放では、液圧可変機構３２は、コントローラ３１から制御を受けて、空間４１に空気導入配管１１から大気を供給することにより空間４１の圧力を増圧する。コントローラ３１は、液圧可変機構３２に対する空間４１における大気の減圧制御と増圧制御とにより、被処理水の減圧状態（真空脱気）と加圧状態（大気圧開放）とを発生させる。コントローラ３１は、液圧可変機構３２の制御により、被処理水の上部の空間４１の気圧を増減することで、被処理水の水圧を周期的に上げ下げする。

（ステップ７）
　ステップ７では、その後、コントローラ３１は、バルブ９を閉め真空ポンプ１０を停止し、バルブ１２、バルブ７を開け、導出ポンプ６を運転し、処理後の水を処理水導出配管５を通して導出し、給湯器などに供給する。

　このように、真空脱気を行い、その後いったん大気圧まで水圧を上げ、さらにその後に再び真空脱気を行い、これを繰り返すことで、水中に含まれる遊離炭酸を除去する。また同時に、再度、真空脱気を行う際に微細気泡が形成するので、微細気泡を炭酸カルシウムなどのスケール析出の核として活用することができるため、スケールの水中析出を促進することができる。

　実施の形態４．
　図７は、実施の形態４のスケール析出装置１２０の構成図である。スケール析出装置１２０は、実施の形態３のスケール析出装置１１０に対して空気導入配管１１を被処理水の中までいれ、さらに、空気導入配管１１の被処理水側の端部に散気管１３を備えた構成である。それ以外は、スケール析出装置１１０と同じである。

　次に、図７を参照してスケール析出装置１２０の動作を説明する。実施の形態３のスケール析出装置１１０と同様に、スケール析出装置１２０は被処理水を導入し、真空脱気と大気圧開放とを所定回数繰り返し行った後、処理水を導出する。以上の操作手順は実施の形態３と同じであるので説明を省略する。

　スケール析出装置１２０の特徴は、大気圧開放の工程（図６のステップ４）で、空気を空気導入配管１１及びその下部先端に接続した散気管１３を介して導入する点である。

　液圧可変機構３２は、被処理水の中に配置された散気管１３を介して空気を導入（散気）することで、被処理水の上部の空間４１の気圧を高めることができ、また、空気中のガス成分の被処理水への溶解を促進でき、再度、真空脱気を行う際の微細気泡、すなわちスケール析出の核の量を増大できる。よって、スケールの水中析出をさらに促進することができる。

　実施の形態５．
　図８は、実施の形態５のスケール析出装置１３０の構成図である。図８のように、スケール析出装置１３０は、実施の形態４のスケール析出装置１２０に対して、空気導入配管１１の空気側の先端にエアポンプ１４が接続されている。また、真空脱気槽１には、空気排出配管１５が接続されており、空気排出配管１５にはバルブ１６が接続されている。これら以外は、図７のスケール析出装置１２０と同じである。

　次に、図８を参照して、スケール析出装置１３０の動作を説明する。実施の形態４のスケール析出装置１２０と同様に、スケール析出装置１３０は、被処理水を導入し、真空脱気と大気圧開放とを所定回数繰り返し行った後、処理水を導出する。操作の手順はスケール析出装置１２０と同じであるので省略する。

　スケール析出装置１３０は、大気圧開放の工程（図６のステップ４）で空気を空気導入配管１１及びその下部先端に接続した散気管１３を介して導入する際に、バルブ１２、バルブ１６を開けるとともにエアポンプ１４を運転して、空気をエアポンプ１４から散気管１３を介して被処理水の中に導入し、導入した空気を空気排出配管１５から排出する。所定時間後、真空脱気を行う際は、スケール析出装置１３０（コントローラ３１）は、エアポンプ１４を停止し、バルブ１２、バルブ１６を閉じた後に、実施の形態３と同様の処理を行う。

（スケール析出装置１３０の特徴）
　スケール析出装置１３０の特徴は、このように大気圧開放時にエアポンプ１４、散気管１３を用いて空気を被処理水の中に導入する点である。

　このように、エアポンプ１４と散気管１３とを用いて強制的に空気を導入することで、空気中のガス成分の被処理水への溶解をさらに促進でき、再度真空脱気を行う際の微細気泡、すなわちスケール析出の核の量をさらに増大でき、スケールの水中析出をよりいっそう促進できる。

　実施の形態６．
　図９は、実施の形態６のスケール析出装置１４０の構成図である。まず、図９を参照して、スケール析出装置１４０の構成を説明する。なお、スケール析出装置１４０では、図９において、液圧可変機構３２は、各ポンプ、各バルブ及び各配管により構成される。後述のように液圧可変機構３２による脱気及び大気圧開放と、処理水導出配管５（供給機構３３）から他の装置への処理水の供給動作とが一体になっている。従って、スケール析出装置１４０では、液圧可変機構３２が供給機構３３を兼ねている。

　図９のように、真空脱気槽１、開放槽１９、真空脱気槽２２が直列に配置されている。真空脱気槽１と開放槽１９とは配管１７で連結され、開放槽１９と真空脱気槽２２とは配管２０で連結されている。さらに、配管１７にはバルブ１８が接続され、配管２０にはバルブ２１が接続されている。また、真空脱気槽１には、被処理水導入配管２、真空配管８が接続されている。被処理水導入配管２には導入ポンプ３とバルブ４とが接続され、真空配管８にはバルブ９と真空ポンプ１０とが接続されている。開放槽１９には、空気導入配管１１、空気排出配管１５が接続されている。空気導入配管１１には散気管１３とエアポンプ１４とが接続されている。真空脱気槽２２には、処理水導出配管５と真空配管２３とが接続されている。処理水導出配管５にはバルブ７が接続され、真空配管２３にはバルブ２４と真空ポンプ１０とが接続されている。

　図１０は、コントローラ３１により制御される各ポンプ、各バルブの状態を示している。図１０は、図６と同様の図である。次に、図１０を参照して、スケール析出装置１４０の動作を説明する。

（操作１）
　まず操作１を説明する。操作１とは、以下のように、真空ポンプ１０が停止、及びバルブ９、バルブ２４が閉じた状態である。具体的に説明する。図１０に示すように、コントローラ３１は、バルブ４、バルブ１８、バルブ２１、バルブ７を開け、バルブ９、バルブ２４を閉め、エアポンプ１４を運転した状態で、導入ポンプ３を運転し、水道水などの被処理水を被処理水導入配管２を介して真空脱気槽１に送る。
　この操作を「操作１」とする。コントローラ３１は操作１の状態を維持することで、真空脱気槽１の水を配管１７を通して開放槽１９に導く。次いで、開放槽１９の水は配管２０を通して真空脱気槽２２に流れ、最終的に真空脱気槽２２から処理水導出配管５を介して処理水が導出し、給湯器などに供給される。なお、実施の形態６の冒頭で述べたように、スケール析出装置１４０では、液圧可変機構３２が供給機構３３を兼ねている。

（操作２）
　この過程で、コントローラ３１は、図１０に示すように、導入ポンプ３を停止し、バルブ４、バルブ７、バルブ１８、バルブ２１を閉め、バルブ９、バルブ２４を開け、真空ポンプ１０を運転する。エアポンプ１４は、引き続き稼動とする。
　この操作を「操作２」とする。操作２により、被処理水の停止状態でコントローラ３１は、真空脱気槽１および真空脱気槽２２内の水の真空脱気を行う。
　一方、開放槽１９では、コントローラ３１は、エアポンプ１４により空気を導入して、空気成分の溶解を行う。所定時間経過後、コントローラ３１は真空ポンプ１０を停止し、処理を操作１に切り替え、真空脱気槽１に新たな被処理水を導入するとともに、真空脱気槽２２の水を導出させる。コントローラ３１は所定の時間、操作１を実施して真空脱気槽１の水を開放槽１９に、開放槽１９の水を真空脱気槽２２にそれぞれ移行させる。その後、コントローラ３１は操作１を停止して操作２を行い、真空脱気槽１、真空脱気槽２２内の水の真空脱気を行う。コントローラ３１は、操作１と操作２を繰り返し行い、処理を行う。

　このように、スケール析出装置１４０では水を順に送ることによって、はじめに被処理水の真空脱気を行うことで水中に含まれる遊離炭酸を除去し、その後、大気圧開放しながら空気を導入することで空気成分を溶解させ、さらにその後に再び真空脱気を行うことで溶解した空気成分から微細気泡を形成することができる。よって、微細気泡を炭酸カルシウムなどのスケールの析出の核として活用して析出を促進することが可能となる。

　実施の形態７．
　図１１は、実施の形態７のスケール析出装置１５０の構成図である。まず、図１１を参照して、スケール析出装置１５０の構成を説明する。なお、スケール析出装置１５０では、スケール析出装置１４０と同様に、液圧可変機構３２が供給機構３３を兼ねている。図１１において、液圧可変機構３２は、各ポンプ及び各配管により構成される。

　図１１を参照してスケール析出装置１５０の構成を説明する。スケール析出装置１５０の構成の特徴は、バルブを持たない点である。

　図１１のように、スケール析出装置１５０では、真空脱気槽１、開放槽１９、真空脱気槽２２が直列に配置されている。真空脱気槽１と開放槽１９とは、配管１７で接続され、開放槽１９と真空脱気槽２２とは配管２０で接続されている。配管１７には送液ポンプ２５が接続され、配管２０には送液ポンプ２６が接続されている。真空脱気槽１には被処理水導入配管２、真空配管８が接続されている。被処理水導入配管２には導入ポンプ３が接続され、真空配管８には真空ポンプ１０が接続されている。開放槽１９には空気導入配管１１、空気排出配管１５が接続されている。空気導入配管１１にはエアポンプ１４が接続されている。真空脱気槽２２には処理水導出配管５と真空配管２３が接続されている。処理水導出配管５には導出ポンプ６が接続され、真空配管２３には真空ポンプ１０が接続されている。

　図１２は、コントローラ３１により制御される各ポンプの稼動状態を示している。図１２は、図６と同様の図である。次いで、図１２を参照してスケール析出装置１５０の動作を説明する。

（ステップ１：被処理水の導入）
　コントローラ３１は、図１２に示すように、導入ポンプ３、送液ポンプ２５、送液ポンプ２６、導出ポンプ６を運転し、水道水などの被処理水を被処理水導入配管２を介して真空脱気槽１に送り、開放槽１９、真空脱気槽２２を経て処理水導出配管から処理水を導出し、これを給湯器などの他の装置に供給する。

（ステップ２：連続運転）
　この過程で、コントローラ３１は、真空ポンプ１０を運転し真空脱気槽１、真空脱気槽２２を流れる水の脱気を行うとともに、エアポンプ１４を運転し開放槽１９を流れる水に空気を導入して空気成分を溶解させる。ステップ２では真空脱気を行う工程である。コントローラ３１は、ステップ２は全てのポンプを稼動させる。

　このようにスケール析出装置１５０では、水を順に送ることによって、はじめに被処理水の真空脱気を行うことで水中に含まれる遊離炭酸を除去し、その後、大気圧開放しながら空気を導入することで空気成分を溶解させ、さらにその後に再び真空脱気を行うことで溶解した空気成分から微細気泡を形成することができる。よって、微細気泡を炭酸カルシウムなどのスケールの析出の核として活用して析出を促進することができる。

　実施の形態８．
　図１３は、実施の形態８のスケール析出装置１６０の構成図である。まず、図１３を参照して、スケール析出装置１６０の構成を説明する。スケール析出装置１６０は、「経路Ａ」と「経路Ｂ」とに、実施の形態６のスケール析出装置１４０を２台並列接続した構成である。

　実施の形態３～６のスケール析出装置１１０～１４０では、いずれも、導入ポンプ３を運転して被処理水の導入および処理水の導出を行う「送液工程」と、導入ポンプ３を停止し水の真空脱気および大気圧開放や空気導入による空気成分の溶解を行う「脱気工程」とがある。従って、実施の形態３～６に示したように、１経路のみの処理では、脱気工程における処理水を得られない期間が存在する。

　このため連続的に処理水を供給可能とするには、処理系を複数経路設けることが考えられる。図１３は、処理系を２つ設けた場合を示している。２系統とすることで一方が送液工程の場合、他方を脱気工程とし、逆に一方が脱気工程の場合、他方を送液工程とする。２系統を互いに補完するように運転することで、連続処理が可能となる。

　図１３のスケール析出装置１６０は、実施の形態６のスケール析出装置１４０を、経路Ａ、経路Ｂの２経路に設けた構成である。

　図１３では、コントローラ３１は、経路Ａでバルブ４、バルブ１８、バルブ２１、バルブ７を開け、バルブ９、バルブ２４を閉めた状態で導入ポンプ３を運転して送液工程を行う際、経路Ｂでは、バルブ４、バルブ１８、バルブ２１、バルブ７を閉め、バルブ９、バルブ２４を開けた状態で、真空ポンプ１０を運転して脱気工程を行う。所定時間経過後、それぞれの工程を切り替え、これを順次繰り返す。このように、送液工程、脱気工程を交互に実施することで、連続的に処理水を得ることが可能となる。

　実施の形態９．
（１）実施の形態６、７では、真空脱気槽が２槽、開放槽が１槽の場合を示したが、真空脱気槽、開放槽の数はこれに限るものではなく、真空脱気槽が３槽、開放槽が２槽、あるいは、真空脱気槽が４槽、開放槽が３槽のように、これらが交互に配置され、最初と最後に真空脱気槽を配置するように構成してもよい。
（２）また、実施の形態５、６、７では、開放槽に空気を導入する手段として、エアポンプを用いたが、導入手段はエアポンプに限るものではない。エアポンプの他、空気成分を溶解させることができればよく、撹拌機構を設ける、開放槽底部から水を引き抜き上部から噴霧する機構を設けるなどの構成でも構わない。
（３）さらに、本実施の形態３、４、５では真空脱気槽に大気圧開放の際に空気を導入する場合を示し、実施の形態６、７では開放槽に空気を導入する場合を示した。しかし、導入する気体は空気に限るものではなく、空気の代わりに二酸化炭素を含まない、もしくは二酸化炭素を除去した気体を導入するようにしてもよい。このような空気に代替する気体を用いた場合でも、同等または同等以上の効果が得られる。このように、液圧可変機構３２は、空気に限らず、二酸化炭素を含まない気体を供給してもよい。

　以上、実施の形態１～９では、スケール析出方法及びスケール析出方法を説明した。これらは、例えば、スケール析出方法を用いた給湯器、あるいは、スケール析出装置を備えた給湯器として、給湯器に適当できる。

　１　真空脱気槽、２　被処理水導入配管、３　導入ポンプ、４　バルブ、５　処理水導出配管、６　導出ポンプ、７　バルブ、８　真空配管、９　バルブ、１０　真空ポンプ、１１　空気導入配管、１２　バルブ、１３　散気管、１４　エアポンプ、１５　空気排出配管、１６　バルブ、１７　配管、１８　バルブ、１９　開放槽、２０　配管、２１　バルブ、２２　真空脱気槽、２３　真空配管、２４　バルブ、２５　送液ポンプ、２６　送液ポンプ、３１　コントローラ、３１１　信号線、３２　液圧可変機構、３３　供給機構、４１　空間、１１０～１６０　スケール析出装置。

Claims

　スケール成分を含む液体の液体中にスケールを析出させるスケール析出方法において、
　スケール析出の対象となる液体に対する減圧状態と、前記減圧状態の液圧よりも高い液圧にする加圧状態とを時間の経過とともに繰り返し発生させ、前記減圧状態と前記加圧状態との繰り返しにより液体中にスケールを析出させる液圧変化ステップを備えたことを特徴とするスケール析出方法。
　前記液圧変化ステップは、
　前記減圧状態と前記加圧状態とを１周期として、周期的に前記減圧状態と前記加圧状態とを発生させることを特徴とする請求項２記載のスケール析出方法。
　前記液圧変化ステップは、
　前記１周期を１とした場合に前記減圧状態の期間を０．１以上、０．３以下の範囲で、周期的に前記減圧状態と前記加圧状態とを発生させることを特徴とする請求項２記載のスケール析出方法。
　前記液圧変化ステップは、
　前記液体と前記液体との間で界面を形成する気体とが閉じ込められる脱気槽の前記気体を吸引することにより前記気体の圧力の減圧を実行すると共に前記気体の存在する空間に所定の気体を供給することにより前記空間の圧力の増圧を実行し、前記減圧の実行と前記増圧の実行とにより、前記液体の前記減圧状態と前記加圧状態とを発生させることを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載のスケール析出方法。
　前記液圧変化ステップは、
　前記液体中に配置された散気管から前記気体を散気することにより、前記散気管と前記液体とを介して、前記気体の存在する空間に前記所定の気体を供給することを特徴とする請求項４記載のスケール析出方法。
　前記脱気槽は、
　前記気体として、大気を閉じ込め、
　前記液圧変化ステップは、
　前記所定の気体として大気を供給すると共に、前記減圧の実行と前記増圧の実行とにより、前記気体が閉じ込められた前記空間の圧力を、前記１周期のうち前記加圧状態では０．０６７ＭＰａ以上かつ大気圧以下の圧力とし、前記１周期のうち前記減圧状態では０．０６７ＭＰａ未満の圧力とすることを特徴とする請求項４または５記載のスケール析出方法。
　前記液圧変化ステップは、
　前記所定の気体として、二酸化炭素を含まない気体を供給することを特徴とする請求項４または５記載のスケール析出方法。
　前記スケール析出方法は、さらに、
　前記液圧変化ステップによって前記スケールが析出された液体を、他の装置に供給する液体供給ステップを備えたことを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載のスケール析出方法。
　請求項１～８のいずれかに記載のスケール析出方法を用いたことを特徴とする給湯器。
　スケール成分を含む液体の液体中にスケールを析出させるスケール析出装置において、
　スケール析出の対象となる液体の液圧を変化させる液圧可変機構を制御することにより、前記液体に対する減圧状態と、前記減圧状態の液圧よりも高い液圧にする加圧状態とを時間の経過とともに繰り返し発生させ、前記減圧状態と前記加圧状態との繰り返しにより液体中にスケールを析出させる制御部を備えたスケール析出装置。
　前記制御部は、
　前記液圧可変機構を制御することにより前記減圧状態と前記加圧状態とを１周期として周期的に前記減圧状態と前記加圧状態とを発生させることを特徴とする請求項１０記載のスケール析出装置。
　前記制御部は、
　前記１周期を１とした場合に前記減圧状態の期間を０．１以上、０．３以下の範囲で、周期的に前記減圧状態と前記加圧状態とを発生させることを特徴とする請求項１１記載のスケール析出装置。