(57)【要約】【課題】  簡単な構造で、クーリングタワーの、スケール障害、スライム障害を抑制し得る装置を提供すること。【解決手段】  鉄、アルミニウム、珪素、チタン、ジルコニウム、コバルト、カリウム、マグネシウムの酸化物と、モリブデン、マンガン、ニッケル、銅、亜鉛、カドミウムの酸化物から選ばれる少なくとも１種を含む多孔質セラミック球体３を、内径側に担持したコイル４を、フロート２の周囲に巻き付け固定してなる構成単位１を、フロートの体積のほぼ５０％以上が、クーリングタワー内の水に浸漬されるように、バネ定数と長さを調整したバネを用いてクーリングタワー内部吊り下げ、一定量の次亜塩素酸塩を加えながら用いる。また、前記構成単位１を複数箇用いることも可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄、アルミニウム、珪素、チタン、ジルコニウム、コバルト、カリウム、マグネシウムの酸化物と、モリブデン、マンガン、ニッケル、銅、亜鉛、カドミウムの酸化物から選ばれる少なくとも１種を含む多孔質セラミック球体を内径側に担持したコイルを、フロートの周囲に巻き付け固定した構成単位を有することを特徴とする水質浄化装置。
【請求項２】
前記フロートに設けられた接合部材を介して複数箇の前記構成単位を接合してなる複合体が、前記フロートの体積のほぼ５０％以上が水中に浸漬されるように、バネ定数と長さを調整したバネにより吊り下げられてなることを特徴とする、請求項１に記載の水質浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、多孔質セラミックスを利用した水質浄化装置に関わり、特に処理の対象となる水の中に、前記多孔質セラミックを吊り下げた状態で使用する水質浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  地球温暖化への対処のため、省エネルギーのための技術開発が急務となっている。エネルギー源として重要な役割を占めている電力分野においては、供給側では、風力発電や太陽光発電などを利用することによる、低炭素社会の実現に向けての努力がなされている。一方、消費側では、例えば白熱灯を蛍光灯に置き換えるなどの、省エネルギー対策が実行され、個々の電気機器についても、省エネルギーに関する技術開発がなされている。【０００３】  ここで、電力の消費量に着目すると、電気は貯めておくことができないため、電力消費量の最大値に合わせて発電設備を整備する必要がある。そして一般に、電力需要が最大となるのは、夏季の空調機の稼働率が高い時期である。従って空調機の省エネルギーは、電力消費量低減と設備費の低減の両方に寄与することになる。【０００４】  クーリングタワーは、建物の空調システムの構成要素として必要不可欠であり、その機能は、空調システムのコンデンサの冷却のために、熱交換して温度が上昇した冷却水を、水の気化熱を利用して冷却することである。開放型のクーリングタワーにおいては、送風機により内部に送られた外気との接触により、気化熱を奪われて温度が低下した冷却水が、再度コンデンサに送られ、循環して使用される。【０００５】  このような構成のクーリングタワーにおいては、冷却水がクーリングタワーを通過する際に、外部から塵埃や雑菌が混入することが不可避であり、冷却水においては雑菌の他に藻類なども繁殖する。このために、スケール障害、スライム障害が発生し、クーリングタワーの冷却効率を低下させる要因となっている。また、肺炎などの感染症の原因となるレジオネラ菌が繁殖して、冷却水の飛沫とともに周囲に飛散し、環境問題となることもある。【０００６】  このような冷却効率の低下は、夏季の消費電力増加を助長することになり、冷却水の水質保全は、省エネルギーや環境保全の面から重要であり、これに対処する技術として薬剤を投入したり、オゾン発生器を用いて殺菌を行ったりする技術の他に、種々の技術が開発されている。【０００７】  例えば特許文献１には、光触媒による殺菌作用を利用して、クーリングタワーの冷却水の殺菌を行う技術が開示されている。この技術においては、薬剤やオゾンによって配管などを損傷することなく、効率的な殺菌が行えるとしているが、光触媒の他に紫外線ランプが必要になるなど、装置や運転のコストの低減が困難であるという問題がある。【０００８】  また、特許文献２には、電解水生成器を用いて生成した強酸性電解水と強アルカリ性電解水を混合して、クーリングタワー内に噴霧することにより、雑菌や藻類の繁殖を抑制する技術が開示されている。しかしながら、この技術においても、装置がやや複雑で、運転のコスト低減が困難であるという問題がある。また、これらの技術では塵埃などの混入に起因するスケール障害には、必ずしも十分似対応できないという問題もある。【０００９】
【特許文献１】  特開２００７−２８５６６３号公報
【特許文献２】  特開２００８−１２８５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】  従って、本発明の課題は、簡単な構造で、クーリングタワーの、スケール障害、スライム障害を抑制し得る装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  本発明は、前記課題の解決のため、本発明者らが先に出願している、触媒作用を有する機能性セラミックを、クーリングタワーに応用するための形態を検討した結果なされたものである。【００１２】  即ち、本発明は、鉄、アルミニウム、珪素、チタン、ジルコニウム、コバルト、カリウム、マグネシウムの酸化物と、モリブデン、マンガン、ニッケル、銅、亜鉛、カドミウムの酸化物から選ばれる少なくとも１種を含む多孔質セラミック球体を内径側に担持したコイルを、フロートの周囲に巻き付け固定した構成単位を有することを特徴とする水質浄化装置である。【００１３】  また、本発明は、前記フロートに設けられた接合部材を介して複数箇の前記構成単位を接合してなる複合体が、前記フロートの体積のほぼ５０％以上が水中に浸漬されるように、バネ定数と長さを調整したバネにより吊り下げられてなることを特徴とする、前記の水質浄化装置である。
【発明の効果】
【００１４】  本発明者らは、先に特許第３５３７０８５号において、鉄、アルミニウム、珪素、チタン、ジルコニウム、コバルト、カリウム、マグネシウムの酸化物と、モリブデンまたはマンガンの酸化物を含む機能性セラミック、即ち、本発明に用いられるセラミック球体と同じ組成の機能性セラミックを用いることにより、極めて反応性の高いラジカルを発生させ、油脂を始めとする有機物を分解して排水の浄化に繋げることができることを示した。【００１５】  さらに詳しくは、処理の対象となる排水に、次亜塩素酸ナトリウムのような次亜塩素酸塩を添加すると、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）と水（Ｈ２Ｏ）との反応により、次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）が生成し、排水がアルカリ性なる。この反応速度は通常の状態では極めて低速であるが、第一のセラミック粒体は触媒として機能し、この反応を促進する。次亜塩素酸は、その不安定さのために分解して発生期の酸素、即ち活性酸素を与える。【００１６】  また、塩素は紫外線によって活性化され、反応性が極めて高いラジカルを生成することがあり、これらの化学種に起因するヒドロキシラジカルが発生することが考えられ、実際に次亜塩素酸ナトリウムの希薄水溶液中において、ヒドロキシラジカルの存在が、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）によって確認されたとの報告がある。【００１７】  また、本発明に用いられるセラミック球体に含まれる酸化第二鉄の表面に、ヒドロキシラジカルが接触することにより、電子が励起されて正孔が生成し、励起された電子は酸素分子（Ｏ２）を還元してスーパーオキサイドイオンラジカル（Ｏ２−）を生成するとともに、正孔は水分子を酸化してヒドロキシラジカルを生成する。【００１８】  このようにして生成した個々のラジカルに着目すると、その高活性、言い換えれば不安定性のため、存在し得る時間が短いが、一組のラジカルが再結合反応や不均化反応により安定化するまでは、連鎖反応により、有機物の分解反応が継続的に起こる。このために、添加する次亜塩素酸塩や塩素の量が少ない状態でも、効果的な排水処理が可能となる。【００１９】  このような機能性セラミックを水処理に用いるには、例えば前記特許に開示されているように、棚を有する塔状構造物に充填しておくか、処理の対象となる水に沈めておく必要がある。しかし、本発明のようにクーリングタワーに用いるには、別途に塔状構造物を設置する必要があり、水に沈めた場合では、容器の底部の方には攪拌作用が働き難いため処理効率が低下し、適用が困難である。【００２０】  しかし、本発明においては、処理の対象となる水の水面近傍に、セラミック球体を吊り下げて用いることにより、特別な構造物を別途に設置しなくとも、十分にセラミック球体の機能を利用し得るので、次のような効果が得られる。【００２１】  （１）スケールが付着した場合でも、セラミックの酸化作用により簡単に剥離するので、清掃に要する工数の削減できる。（２）水質改善のための薬剤の費用が削減できる。（３）配管などの耐用年数延長により、維持費が削減できる。（４）レジオネラ菌などの雑菌の除菌効果により衛生環境が向上する。【００２２】  そして、前記の事項に起因する設備の運転費削減や維持費削減の他に、冷却効率を当該クーリングタワーの最高に近い状態に維持できるので、必要以上に電力を消費することがなくなるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】  次に、具体的な例を図示しながら、本発明の実施の形態について説明する。【００２４】  図１は、本発明に係る水質浄化装置に用いられる、構成単位の一例を示す図である。また、図２は、図１に示したフロートに取り付けられる、多孔質セラミック球体がコイルの内径側に担持された状態を示す図である。図１及び図２において、１は構成単位、２はフロート、３は多孔質セラミック球体、４はコイル、５は結束バンド、６は接合部材である。【００２５】  フロート２は、外径が２００ｍｍで、内部が中空のプラスチック製の球で、多孔質セラミック球体３は、外径が２５ｍｍで、１箇のフロート２あたり８８箇取り付けられている。多孔質セラミック球体３を担持するためのコイル４は、表面にエナメル塗装を施した鋼線を成形したものである。結束バンド５は、やはり表面にエナメル塗装を施した、鋼線からなるコイルであり、多孔質セラミック球体３を担持したコイル４が、フロート２から脱離しないように抑える機能を有する。【００２６】  ここで用いた多孔質セラミック球体３は、次のようにして作製した。まず重量比で、酸化チタン（ＴｉＯ２）を２０％、酸化カルシウム（ＣａＯ）を１０％、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）を１０％、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を１０％、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を１０％、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を２０％、塩化鉄（ＦｅＣｌ２）を１０％、ゼオライトを１０％の比率で秤量し、湿式で混合し、造粒した後、８０℃×１２時間の条件で乾燥して、原料の顆粒を得た。この原料顆粒を１０ＭＰａの圧力で球状にプレス成形して圧粉体とし、この圧粉体を１１５０〜１６００℃×２４時間の条件で焼成した。【００２７】  使用に際し、多孔質セラミック球体３には、西野徳三他により発見された、コラーゲンを高効率で分解し、耐熱性プロテアーゼを生産する好熱性菌「ＮＴＡＰ−１」（日刊工業新聞１９９９年９月６日「耐熱性プロテアーゼ生産−新種の細菌を発見−東北大  高温コンポスト化有望」の発表記事参照）を含浸させた。【００２８】  図３は、構成単位１をフロート２に設けられた接合部材６を用いて３箇接合して複合体を形成した例を示す図で、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図である。図３において、７は吊下用ワイヤ、８は吊下用スプリングである。構成単位１の接合は、接合部材６の先端に設けられた貫通孔にボルトを挿通してナットを用いて行う。接合部材６は、フロート１のそれぞれに２箇設けられているので、接合に用いられていない側の接合部材６に、吊下用ワイヤ７を取り付け、図に示したように吊下用スプリング８に接合する。【００２９】  吊下用スプリング８のバネ定数は、使用する構成単位１の数によって決定されるが、１本のスプリングによって、複合体を支えることができない場合は、複数のスプリングを組み合わせて用いることも可能である。【００３０】  図４は、本発明に係る水質浄化装置を、クーリングタワーに設置した例を示す図である。図４において、９はコンデンサ、１０は水補給管、１１は排水管、１２はストレーナー、１３は水位検出フロート、１４は送風機、１５はルーバーである。【００３１】  前記のようにクーリングタワーにおいては、コンデンサ９の冷却水が内部を循環していて、冷却水自体が外気との接触で気化熱を奪われることで、温度を一定以下に保持する機構となっている。このため、クーリングタワーの運転により、冷却水が減少するので、その水位を水位検出フロート１３で検出し、水補給管１０から水を適宜補給する必要がある。【００３２】  従って、クーリングタワー内の水位は絶えず変動することから、本発明のように、冷却水の適当な位置に保持可能な機構を有する水質浄化装置は、その効果を十分に発現し得る。【００３３】  ここでは、前記の次亜塩素酸塩として、２５冷凍トンあたりで、１００ｇの次亜塩素酸カルシウムの錠剤を１週間毎に投入し、図３に示した複合体からなる水質浄化装置を、冷却水表面に浮かべた状態で、クーリングタワーを運転し、その効果を調べた。具体的には、クーリングタワーを清浄な状態から運転を開始し、３０日経過後、水質浄化装置と次亜塩素酸カルシウム錠剤を用い、運転開始から１０日毎に、冷却水の、ｐＨ、ＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳ、窒素含有量、リン含有量を測定した。なお、次亜塩素酸塩として、次亜塩素酸ナトリウムを、０．３〜１．０ｐｐｍの濃度となるように点滴してもよい。【００３４】  図５はｐＨの測定値、図６はＢＯＤの測定値、図７はＣＯＤの測定値、図８はＳＳの測定値、図９は窒素含有量の測定値、図１０はリン含有量の測定値を示すグラフである。図５ないし図１０によると、それぞれの数値が運転開始時より、増加する傾向が見受けられるが、水質浄化装置を用い始めると、徐々に低下し、運転を開始した時点と同等以下のレベルになることが明らかである。【００３５】  なお、図８に示したＳＳの数値が、水質浄化装置を用い始めた直後に大きく増加する現象が見られたが、これは、水質浄化装置の効果により、スケールが剥離したためである。またその後はスケールの付着は見られず、スケール障害やスライム障害が極めて少なくなることが確認できた。【００３６】  以上に説明したように、本発明によれば、例えばクーリングタワーの水質を清浄に維持することが可能となり、クーリングタワーの冷却効率維持、ひいては、冷却効率の低下が生じないことによる電力の消費量増加がなく、本発明は、省エネルギーの観点から非常に有用であることが明らかである。また、同様の設備であればクーリングタワー以外の水質浄化にも応用可能であることは勿論である。【００３７】  なお、本発明は、前記具体例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれる。即ち、本技術分野における通常の知識を有する者であれば想到し得る、各種変形、修正を含むことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】  本発明に係る水質浄化装置に用いられる構成単位の一例を示す図。
【図２】  多孔質セラミック球体がコイルの内径側に担持された状態を示す図。
【図３】  構成単位を３箇接合して複合体を形成した例を示す図、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図。
【図４】  本発明に係る水質浄化装置をクーリングタワーに設置した例を示す図。
【図５】  ｐＨの測定値を示すグラフ
【図６】  ＢＯＤの測定値を示すグラフ
【図７】  ＣＯＤの測定値を示すグラフ
【図８】  ＳＳの測定値を示すグラフ
【図９】  窒素含有量の測定値を示すグラフ
【図１０】  はリン含有量の測定値を示すグラフ
【符号の説明】
【００３９】    １    構成単位
２    フロート
３    多孔質セラミック球体
４    コイル
５    結束バンド
６    接合部材
７    吊下用ワイヤ
８    吊下用スプリング
９    コンデンサ
１０    水補給管
１１    排水管
１２    ストレーナー
１３    水位検出フロート
１４    送風機
１５    ルーバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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