(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を有する処理槽と、該処理槽内に通電可能に設けられている陰極及び陽極とを備え、前記被処理水を電解して該被処理水に含まれるスケールを析出させる水質改善装置において、
前記陰極は金属材料とフッ化ピッチとを含む材料からなる溶射皮膜を表面に有することを特徴とする水質改善装置。
【請求項２】
前記溶射皮膜が凹凸の形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の水質改善装置。
【請求項３】
前記凹凸の形状は前記フッ化ピッチが前記溶射皮膜の表面から１〜１００μｍ突出して形成されていることを特徴とする請求項２に記載の水質改善装置。
【請求項４】
前記フッ化ピッチが粒状物であることを特徴とする請求項１に記載の水質改善装置。
【請求項５】
前記フッ化ピッチの径が３０〜１５０μｍであることを特徴とする請求項４に記載の水質改善装置。
【請求項６】
前記フッ化ピッチは該フッ化ピッチの表面間の相互の距離が１〜３００μｍを有して前記溶射皮膜に分散していることを特徴とする請求項１に記載の水質改善装置。
【請求項７】
前記フッ化ピッチの前記溶射皮膜に対する含有量が１〜３０．０重量％であることを特徴とする請求項１に記載の水質改善装置。
【請求項８】
前記溶射皮膜の厚みが２０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の水質改善装置。
【請求項９】
被処理水を有する処理槽と、該処理槽内に通電可能に設けられている陰極及び陽極とを備え、前記被処理水を電解して該被処理水に含まれるスケールを析出させる前記陰極は金属材料とフッ化ピッチとを含む材料からなる溶射皮膜を表面に有する水質改善装置と、
循環水を有する温浴槽とを備え、
前記温浴槽から前記処理槽へ通水して前記循環水を前記処理槽の前記被処理水とするよう構成されていることを特徴とする水系循環システム。
【請求項１０】
前記溶射皮膜が凹凸の形状を有していることを特徴とする請求項９に記載の水系循環システム。
【請求項１１】
前記凹凸の形状は前記フッ化ピッチが前記溶射皮膜の表面から１〜１００μｍ突出して形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の水系循環システム。
【請求項１２】
前記フッ化ピッチが粒状物であることを特徴とする請求項９に記載の水系循環システム。
【請求項１３】
前記フッ化ピッチの径が３０〜１５０μｍであることを特徴とする請求項１２に記載の水系循環システム。
【請求項１４】
前記フッ化ピッチは該フッ化ピッチの表面間の相互の距離が１〜３００μｍを有して前記溶射皮膜に分散していることを特徴とする請求項９に記載の水系循環システム。
【請求項１５】
前記フッ化ピッチの前記溶射皮膜に対する含有量が１〜３０．０重量％であることを特徴とする請求項９に記載の水系循環システム。
【請求項１６】
前記溶射皮膜の厚みが２０〜１００μｍであることを特徴とする請求項９に記載の水系循環システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中に生ずるスケールを除去する水質改善装置およびこの水質改善装置を用いた水系循環システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
プール、温浴施設、冷却用水を用いる冷房設備など水を扱う設備においては、カルシウムやシリカなどを主成分とするスケールが発生する。例えばプールや温浴施設のボイラでは、水中のスケールの成分が濃縮や昇温などで析出する。また冷房設備の冷却用水は屋外に設置される冷却塔に供給されて空気と接触し一部が蒸発して気化熱により冷却されるが、このときスケールの成分は、水の一部が蒸発することにより濃縮され、析出する。析出したスケールの成分は、次第に装置の配管や器壁に蓄積することにより、水の通路やフィルタの詰まりの原因となることが問題となっている。【０００３】
そこで、水を電極を有する電解装置に通水して電解し、水中のスケール成分を電極の表面に析出させ除去することが行われている。しかし、スケール成分が電極に析出し、電極表面に蓄積してゆくと、電極が肥大して装置内で物理的な支障を生じたり、電極の電解性能の低下を招く。【０００４】
電極の表面でのスケール成分の蓄積を防ぐため、特許文献１では、炭酸ガスを電解装置に供給することで水を弱酸性とし、電極に析出したスケール成分を溶かして除去するという技術を採用している。【０００５】
特許文献２には、フッ化ピッチを分散含有する複合メッキ皮膜を電極の表面に形成した水電解用電極について開示されている。この水電解用電極は、フッ化ピッチがフッ素元素による撥水性を持つ。そのため水電解用電極の表面への異物の付着が抑制されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−９８００３号公報
【特許文献２】特開２０００−２９０７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の電極に付着したスケールを化学的に溶かす技術は、多量のスケール成分を溶かす場合に多大な時間がかかる。大規模なプールや冷房設備におけるスケール成分の存在量は多量であり、特に時間を要する。さらに、この技術は使用する化学物質分だけコストが増大し、水の成分条件や温度等によって溶かす効率が左右されるという問題を有している。そのため、電極に付着するスケールに関してより有効な対策が求められている。【０００８】
スケールの成分であるカルシウムやシリカは、電極の表面に対しては、一様な金属表面に対して隙間無く結晶が充填された状態で成長し硬質の塊状となっているので、そのスケールの硬質の塊の表面と電極の金属表面とがいわば接合した状態となっている。そのため、スケールは電極からは極めて剥がれにくくなっており、スケールをこすり取る、剥がし取るなどの物理的な洗浄手段では除去には非常な手間がかかる。さらに、この手段ではまた電極に接合した部分について完全に除去することは困難である。【０００９】
その結果として、付着したスケールを除去する有効な技術が開発されるには至っていない。そのため、多くはスケールが付着した電極そのものを交換するという対策をとらざるを得ず、多大なコストと手間を要していた。【００１０】
特許文献２の技術では、スケールが電極に付着または保持されることはない。すなわち、電解によりスケール成分を析出させた場合、スケールは電極に付着することがないため微細な結晶などの固体をとって水中に遊離する。水中に遊離したスケールは、水質を変化させ、微細な固体であるため水中から除去することも困難である。その結果、遊離したスケールが移動して装置の器壁や配管へ蓄積し、これらの機器に除去が困難な状態で接合することが起こる。【００１１】
本願発明者らは上記した問題点に鑑み、スケールを水中に遊離させずに電極の表面に析出させた状態で保持させることができ、かつそのスケールは電極に強固に付着せず、容易に除去することができる電極を備えた水質改善装置を開発すべく、鋭意研究を進めた。【００１２】
特許文献２の技術について、スケールが電極の表面に保持されない機序を考察すると、複合メッキではフッ化ピッチをメッキ液に混合してメッキ処理するため、フッ化ピッチが金属材料のメッキ皮膜に一様に分散し、滑らかな表面が形成されている。このメッキ皮膜は表面全体が一様に撥水性が高く、さらに滑らかな表面は接触した物質が保持されにくいため、スケールが表面に接触し保持され成長することがないと認められた。本願発明者らは、電極の表面が一様にフッ化されておらず、一部が撥水性を有さないようにすることで、その一部にスケールが接触可能で保持させることが可能であると考察した。【００１３】
さらに、電極で成長したスケールを容易に除去できるためには、スケールが電極の表面に接合しないことが求められる。本願発明者らは、金属材料が電極の表面に一様に分布しておらずある程度粗に分散していれば、スケールの固形の塊が電極の表面の一部に対しては接触して保持され、一部に対しては接触しないので、スケールが電極に保持されつつ容易に除去することができると考察した。【００１４】
本願発明者らはこれらの考察にかんがみ、金属材料の表面とフッ化ピッチが一様に分布せず、互いに粗に分散したむらのある表面とし、さらにある程度の凹凸を有する表面とすることで、スケールが表面に接触し成長しやすく保持可能で、かつ容易に除去が可能な電極が得られることを見出した。そして、金属材料とフッ化ピッチについてこれらの条件を備えた皮膜を得るために、さらに研究を進めていった。【００１５】
本発明は上述した背景に基づいて完成されたものであり、その目的は、電極へのスケールの付着による装置のトラブルを防止でき、メンテナンスの手間やコストを削減することのできる水質改善装置およびこの水質改善装置を用いた水系循環システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によれば、被処理水を有する処理槽と、処理槽内に通電可能に設けられている陰極及び陽極とを備え、被処理水を電解して該被処理水に含まれるスケールを析出させる水質改善装置において、陰極は金属材料とフッ化ピッチとを含む材料からなる溶射皮膜を表面に有する。【００１７】
溶射皮膜に含まれるフッ化ピッチによって陰極の表面には物質が強固に付着しにくい状態となっている。被処理水内の陰極と陽極との間に電流が流れると、スケールの主な成分であるカルシウムやシリカのイオンは陰極に引き寄せられ、水中のスケールの成分がこの陰極表面に析出して被処理水の水質が改善するが、スケールの成分は陰極に強固には付着しない。即ち、陰極の表面は金属材料とフッ化ピッチとを含む材料からなる溶射皮膜であるため金属材料とフッ素元素が一様に分布せずある程度粗に分散していることで、スケールが金属には保持されフッ素元素には接触しない状態で成長する。また成長したスケールは溶射皮膜の表面に接合状態で密着することがない。したがって、析出したスケールは、塊状に成長するが、塊状の一部の分子のみが陰極に固着した、剥がれやすい状態で保持されるので、放水洗浄による水圧やブラッシングなどで容易に除去することができる。これにより、被処理水の水質を改善しつつ陰極のスケールを容易に除去でき、スケールの蓄積による装置のトラブルを防止でき、メンテナンスの手間やコストを削減することができる。【００１８】
溶射皮膜が凹凸の形状を有していることが好ましい。スケールが接触して保持され成長しやすく、また成長したスケールは溶射皮膜の表面に接合状態で密着することがないのでスケールを除去するにあたって剥がしやすい。【００１９】
凹凸の形状はフッ化ピッチが前記溶射皮膜の表面から１〜１００μｍ突出して形成されていることが好ましい。フッ化ピッチの突出によって、被膜の面積あたりの表面に露出するフッ素元素の表面積が大きくなり、金属材料とフッ素元素の両方の面積が大きくなるので、スケールを金属材料に保持しやすくフッ化ピッチの撥水性のため剥がしやすい。【００２０】
フッ化ピッチが粒状物であることが好ましい。粒状物のフッ化ピッチは表面が金属材料の膜から突出しやすく、凹凸を形成しやすい。フッ化ピッチが溶射皮膜中に分散しやすく、金属材料との間にむらができやすい。溶射皮膜の表面において、金属材料とフッ素元素がむらのある状態で分布するため、スケール成分が金属に付着する部分としない部分が生じ、スケールを成長させやすく、かつ剥がしやすくすることができる。【００２１】
フッ化ピッチの径は３０〜１５０μｍであることが好ましい。この径で含有されることにより、フッ化ピッチの表面が溶射皮膜の表面に露出しやすく、フッ化ピッチの相互の間に隙間ができその隙間を金属材料が占めているので、溶射皮膜の表面ではフッ化物と金属材料の表面がそれぞれある程度の面積をもってむらのある状態で分布し、表面の凹凸が多い。そのため、特にスケールが成長しやすくかつ除去する際には剥がれやすくすることができる。【００２２】
フッ化ピッチは表面間の相互の距離が１〜３００μｍを有して溶射皮膜に分散していることが好ましい。フッ化ピッチの相互の間の隙間によって、隙間の金属材料にスケールが成長しやすい。【００２３】
フッ化ピッチは溶射皮膜に対する含有量が１〜３０．０重量％であることが好ましい。金属材料とフッ化ピッチの量の比によって、溶射皮膜における金属とフッ素元素の表面積の比が、スケールが成長しやすく剥がすことも容易な表面積の比となる。【００２４】
溶射皮膜の厚みが２０〜１００μｍであることが好ましい。フッ化ピッチが溶射皮膜の表面から突出しやすく、溶射皮膜に分散しやすく、脱落しにくい。【００２５】
水系循環システムは、被処理水を有する処理槽と、処理槽内に通電可能に設けられている陰極及び陽極とを備え、被処理水を電解して被処理水に含まれるスケールを析出させる陰極は金属材料とフッ化ピッチとを含む材料からなる溶射皮膜を表面に有する水質改善装置と、循環水を有する温浴槽とを備え、温浴槽から処理槽へ通水して循環水を処理槽の被処理水とするよう構成されている。【００２６】
温浴槽の循環水が処理槽の被処理水となり、水質改善装置でスケールの成分が除去される。温浴施設の入浴用水で温泉の水などの金属その他の成分が多量に含まれている温浴槽の温水に対して、効果的にスケールの除去を行うことができる。そのためシステムの循環系にスケールの成分の濃度の高い循環水が循環することはなく、スケールの成分が蓄積することがない。【００２７】
水系循環システムは、溶射皮膜が凹凸の形状を有していることが好ましい。
凹凸の形状はフッ化ピッチが前記溶射皮膜の表面から１〜１００μｍ突出して形成されていることが好ましい。
フッ化ピッチが粒状物であることが好ましい。
フッ化ピッチの径は３０〜１５０μｍであることが好ましい。
フッ化ピッチは表面間の相互の距離が１〜３００μｍを有して溶射皮膜に分散していることが好ましい。
フッ化ピッチは溶射皮膜に対する含有量が１〜３０．０重量％であることが好ましい。
溶射皮膜の厚みが２０〜１００μｍであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、  溶射皮膜に含まれるフッ化ピッチによって陰極の表面には物質が強固に付着しにくい状態となっている。被処理水内の陰極と陽極との間に電流が流れると、スケールの主な成分であるカルシウムやシリカのイオンは陰極に引き寄せられ、水中のスケールの成分がこの陰極表面に析出して被処理水の水質が改善するが、スケールの成分は陰極に強固には付着しない。即ち、陰極の表面は金属材料とフッ化ピッチとを含む材料からなる溶射皮膜であるため金属材料とフッ素元素が一様に分布せずある程度粗に分散していることで、スケールが金属には保持されフッ素元素には接触しない状態で成長する。また成長したスケールは溶射皮膜の表面に接合状態で密着することがない。したがって、析出したスケールは、塊状に成長するが、塊状の一部の分子のみが陰極に固着した、剥がれやすい状態で保持されるので、放水洗浄による水圧やブラッシングなどで容易に除去することができる。これにより、被処理水の水質を改善しつつ陰極のスケールを容易に除去でき、スケールの蓄積による装置のトラブルを防止でき、メンテナンスの手間やコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る水質循環装置を用いた水系循環システムとして、温浴槽システムの概略的な構成を示す図である。
【図２】図１の水質改善装置の陰極と陽極への通電状態を説明する図である。
【図３】図１の陰極からのスケールの除去を説明する図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る水質循環装置を用いた水系循環システムとして、温浴槽システムの概略的な構成を示す図である。
【図５】実施例１の水質変化を示すグラフである。
【図６】比較例１の水面浮遊スケールを示す図である。
【図７】比較例１のヒーター付着スケールを示す図である。
【図８】実施例２の陰極保持スラッジを示す図である。
【図９】実施例２のヒーター保持スラッジを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の水質改善装置および水系循環システムについて図面を参照して説明する。
【００３１】
図１は本発明の一実施形態に係る水質改善装置を用いた水系循環システムとして、温浴槽システムの概略的な構成を示しており、図２は図１の水質改善装置の陰極と陽極への通電状態を説明しており、図３は図１の陰極からのスケールの除去を示している。
【００３２】
温浴槽システム１００は、図１に示すように、水質改善装置１０と、温浴槽７０とを備えている。被処理水である循環水４４は、温浴槽７０と水質改善装置１０との間を循環することにより、その水質が改善される。温浴槽７０と水質改善装置１０とは、配管７１によって接続され、ポンプ８０によって循環水４４が駆動されて循環するようになっている。ポンプ８０と水質改善装置１０との間には、循環水４４に含まれる固形物を除去するためのフィルタなどを備えたろ過器８１が設けられている。
【００３３】
水質改善装置１０は、処理槽４０と、処理槽４０内に設けられており、金属材料とフッ化ピッチとを含む材料からなる溶射皮膜を表面に有する陰極３０と、処理槽４０内に設けられている陽極３１と、陰極３０および陽極３１間に電流を流す手段である直流安定化電源５０とを備えている。
【００３４】
陰極３０は、処理槽４０内に陽極３１と互いに平行に対向して設けられている。この陰極３０は、図２に示すように、溶射皮膜２０を表裏の両面上に有している。溶射皮膜２０は、金属材料２１とフッ化ピッチ２２とを含む材料からなる。
【００３５】
陰極３０は、ＳＵＳ３０４から形成されており１９５ｍｍ×２４０ｍｍ、厚み３〜３０ｍｍの寸法を有する矩形形状の電極本体３３の両表面上に、溶射皮膜２０を積層して形成される。陰極３０の一辺の端部には、電極端子部３４が形成されており、この電極端子部３４に一端が電源５０に接続された導線３７の他端が接続されている。
【００３６】
溶射皮膜２０は、金属材料２１によって形成された皮膜の中にフッ化ピッチ２２が分散された構成となっている。溶射被膜とは、燃焼または電気エネルギーを用いて溶射材料を加熱し、溶融またはそれに近い状態にした粒子を素地に吹き付けて形成された被膜（日本工業規格  ＪＩＳ  Ｈ８２００）である。溶射皮膜２０は、金属材料２１内にフッ化ピッチ２２が分散する形をとることで、皮膜の表面が金属材料２１の金属およびフッ化物によるフッ素元素からなっている。金属材料２１の一部が、溶射の過程で分解したフッ化ピッチ２２の一部と反応しフッ素化されている場合もある。金属材料２１は、ここでは通電性の高いニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、カドミウム（Ｃｄ）、鉄（Ｆｅ）又はクロム（Ｃｒ）などのいずれか又は複数を含有するもので、本実施形態では、ニッケルを用いている。
【００３７】
フッ化ピッチ２２は、炭素ピッチをフッ素化して得られる物質である。具体的には、炭素ピッチは芳香族の縮合六員環平面が脂肪族炭化水素の架橋によって積層された構造を主とするものであり、ガス製造過程の副産物として生成される石油系の炭素ピッチである。この炭素ピッチをフッ素ガス雰囲気下で直接反応させてフッ化ピッチ２２が得られる。フッ化ピッチ２２の組成として好ましいのはフッ素と炭素の元素比が０．５〜１．８程度のものである。こうして得られたフッ化ピッチ２２は多くが形状としては粉末状、すなわち細かい粒状となっているものである。フッ化ピッチ２２の径は、１０〜２００μｍであり、比重は２．０である。フッ化ピッチ２２の径が２００μｍをこえて大きすぎる場合や、含有量が３０％をこえて多すぎる場合は、フッ化ピッチ２２の溶射皮膜２０からの脱落が起こりやすい。
【００３８】
フッ化ピッチ２２と金属材料２１とが溶射皮膜２０を形成することで、溶射皮膜２０にはスケールが成長しやすい金属とスケールが剥がれやすいフッ素元素の表面とが、それぞれある程度の面積をもってむらのある状態で、数μｍ〜数十μｍ（およそ１μｍ〜３００μｍ前後）の間隔を隔てて分布した、いわゆるまだら状の分布になっている。平滑な金属材料２１の表面から粒状のフッ化ピッチ２２が突出した分布のために、表面が粗い。特に、フッ化ピッチが３０μｍ以上であると、金属とフッ素元素の表面の面積、表面の粗さが確保され、スケールを特に剥がれやすくすることができるので好ましい。また、溶射皮膜の厚みの形成から、フッ化ピッチの径は１５０μｍ未満であることが好ましい。さらに、溶射皮膜の表面の凹凸によってスケール成分と表面の接触が起こりやすくなりスケールを剥がす際にさらに剥がれやすくなるので、５０μｍ以上１００μｍ未満であると特に好ましい。
【００３９】
フッ化ピッチの溶射皮膜２０に対する含有量は１〜３０重量％が望ましく、ここの実施形態では約１５重量％である。溶射皮膜２０の厚みはフッ化ピッチ２２の安定性から考えると２０〜１００μｍが好ましい。このようなフッ化ピッチの径および含有量の場合、溶射皮膜２０の表面において、フッ化ピッチ２２やフッ素化された金属元素によるフッ素元素が表面積に占める割合は、０．００１〜０．２％である。
【００４０】
溶射皮膜２０からはフッ化ピッチが皮膜の表面から１〜１００μｍ突出して、溶射皮膜２０の表面に凹凸が形成されていることが望ましい。フッ化ピッチが突出していることで、被膜の面積あたりの表面に露出するフッ素元素の表面積が大きくなり、金属材料とフッ素元素の両方の面積が大きくなるので、スケールを金属材料に保持しやすくフッ化ピッチの撥水性のため剥がしやすい。また凹凸が多いことでスケールが接触しやすく析出したスケールの塊が成長しやすい。突出しすぎるとフッ化ピッチが溶射皮膜２０から剥離しやすくなるが、突出した表面積は大きい方がよいので、１０〜５０μｍの範囲で突出していることが特に望ましい。
【００４１】
本実施形態において、溶射皮膜２０は、粉末状のＮｉとフッ化ピッチ２２とから製造された溶射材料を用いた溶線式（ワイヤガス）溶射法によって形成されている。変更態様として、金属材料２１からなるワイヤ状、コイル状、棒状などの溶射に適した形状の成形体中にフッ化ピッチ２２が一体に含まれたワイヤ状の溶射材料を用いることもできる。溶線式溶射法の他の一般的な溶射法、例えばフレーム溶射法、ガス式溶射法、アーク溶射法、プラズマ溶射法、爆発溶射法なども溶射皮膜２０の形成に用いることができる。
溶射法によって、径が２０μｍ以上や３０μｍ以上といった大きな径のフッ化ピッチ２２を、金属材料２１に分散することができる。溶射法は、溶射の際に溶解してプラズマ状になった金属材料が空気中で冷えて溶射対象に付着して溶射皮膜２０を形成するため、溶射や冷却の条件によって溶射被膜２０の表面の状態を設計することが可能である。したがって、溶射被膜２０の表面は滑らかな表面だけでなく、凹凸の状態の形成が可能である。
【００４２】
陰極３０と電極端子部３４との接続部や、電極端子部３４の導線３７の露出部は、被処理水４１による錆びや電解による破損から防止できるよう保護剤３５で保護されている。本実施形態において、保護剤３５は、エポキシ樹脂製のコーキング材料からなる。
【００４３】
陽極３１は、処理槽４０内に、距離Ｌを介して陰極３０と平行に対向して配置されている。距離Ｌは５０ｍｍである。距離Ｌが小さすぎると、互いの電極で成長したスケールが接触し短絡などの事故の原因となるおそれがあるので、例えば本実施形態の電極の表面積では、２５ｍｍを下回るのは望ましくない。距離Ｌが大きくなると両極間の電気抵抗が大きくなり電解の効率が低下するので、特に１００ｍｍを上回るのは望ましくない。本実施形態においては、耐久性や電力効率が高いものとしてチタン基体に酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）／酸化チタン（ＴｉＯ）を主体とする貴金属酸化物を担持した多孔性電極であるＤＳＥ（登録商標、ペルメレック電極（株）製）電極を用いている。しかしながら、陽極３１を陰極３０と同じ構成としても、任意の他の電極構成としても良い。陽極３１は陰極３０と同様に、直流安定化電源５０と接続する電極端子部３６と、この電極端子部３６を保護するための保護剤３５を備えている。
【００４４】
処理槽４０内には、被処理水４１が満たされている。処理槽４０の上部近傍および下部近傍は配管７１を介して、温浴設備やプール等の水系循環システムの循環水としての被処理水４１が適宜循環できるようになっている。
【００４５】
直流安定化電源５０は電極端子部３４および３６並びに導線３７を介して陰極３０および陽極３１にそれぞれ接続されている。本実施形態では、この電源５０として、１アンペアの直流安定化電源を使用している。
【００４６】
温浴槽７０は温浴施設の浴槽などであり、このような温浴槽システムにおいては、循環水４４の供給、廃棄、温度制御などが行われる。この温浴槽７０に供給される循環水４４は、温泉から供給され金属などの鉱物の成分を高い濃度で含む。また入浴剤成分など、その他の水以外の成分も多く含んでいる可能性がある。温浴槽７０の循環水４４の水温は常温以上のもので、２５〜９５℃といったものに応用できるが、プールや入浴施設などに用いられるものは多くが３０〜６０℃である。
【００４７】
次に、この水質改善装置１０の作用について説明する。図２に示すように、溶射皮膜２０は、その表面の一部をフッ化ピッチ２２とフッ素化した金属材料２１に由来するフッ素とが占めることによって、水に対する接触角が大きく、表面に液体が接触しにくい性質を有している。本実施形態における水質改善装置１０の溶射皮膜２０では、フッ化ピッチ２２の径と含有量によって、水に対する接触角が１２０〜１４０°となっており、高い撥水性を有している。
【００４８】
まず、陰極３０および陽極３１間に通電する。陰極３０に保持されたスケールや被処理水４１内のイオンの条件によって電気抵抗が変化するため、電圧値に関わらず定電流をこれら陰極３０および陽極３１間に流す。図２に示した例では１アンペアの定電流を供給している。通電が行われると、被処理水４１に含まれるスケールの成分６０は、陽極３１側から陰極３０に向かって電気泳動する。これによりスケールの成分６０が固形となって析出し、すでに固形となったスケールに対してさらに保持されることでスケールが成長し、固体スケール６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃとなって陰極３０の表面、裏面に保持されてゆく。陰極３０の、陽極３１と対向する下面には固体スケール６１Ａ、６１Ｂが特に多量に成長する。上面には、下面よりも少ないが固体スケール６１Ｃが成長する。
【００４９】
溶射皮膜２０のうち、むらのある状態でまだら状に分布しているフッ化ピッチ２２の表面はフッ素元素によって撥水性が高く、液体が接触しにくい。フッ化ピッチ２２の表面は、処理槽４０の中で被処理水４１に接している状態でも、被処理水４１の分子と接触することが少ない状態にあるといえる。それに対して、むらのある状態で分布している金属材料２１の表面は、被処理水４１の分子と接触することができる接触表面２５となっている。したがって、溶射皮膜２０の表面のうちむらのある状態で分布したごく一部である接触表面２５に対して、析出したスケールが保持され成長することができる。塊状の固体スケール６１Ａ、６１Ｂおよび６１Ｃは、溶射皮膜２０と互いにごく一部の接触表面２５のみで保持された状態で成長してゆくことになり、小型の固体スケール６１Ａおよび６１Ｃや、または膜状に成長しているがごく一部でしか溶射皮膜２０と接触していない固体スケール６１Ｂなどが成長することになる。
【００５０】
次に、陰極３０に析出したスケールの成分を除去する操作について、図３を用いて説明する。陰極３０を水槽４０から取り出し、水道用ホースからの放水洗浄で、水圧Ｐを加える。小型の固体スケール６１Ａ、膜状の固体スケール６０Ｂは、いずれも接触表面２５のごく一部の小さい面積でしか溶射皮膜２０と接触していないので、水圧Ｐによって容易に剥がれ、流れ落ちる。そのため、陰極３０からはこれらの操作によって容易に固体スケール６０の塊を除去することができる。なお、陰極３０を水槽４０に入れたままで配管７１から循環水４４を高速で循環させることで、陰極３０の表面に水圧Ｐをかけることもできる。またブラッシングなどで軽く擦る力でスケールを剥がすこともできる。これらと水圧とを併用してもよい。
【００５１】
変更態様においては、温浴槽７０に循環水４４中のスケールの成分の濃度などを検知するための電位計などを設け、この電位計の検出結果に応じて直流安定化電源５０の電流を制御する制御装置を設けるようにしても良い。即ち、制御装置はスケール成分の濃度に応じて、水質改善装置１０によるスケール成分の除去量を制御する。
【００５２】
陰極３０と陽極３１とは、それぞれ２つ以上設けることができ、例えば陰極３０と陽極３１とを交互に対向するよう配置することもできる。このように構成することにより、小さいスペースに多くの電極を配置でき、水質改善の高い効果が得られる。
【００５３】
陰極３０と陽極３１とをそれぞれ平板状に構成する代わりに、例えば管状の陰極３０と陽極３１とを設け、水系循環装置の配管の一部とすることもできる。具体的には、陽極３１を管状、陰極３０を陽極３１に挿通された棒状または細い管状とすることもできる。この場合、電流を流した際には管を流れる循環水４４が被処理水４１となり水質が浄化される。陰極３０に析出したスケールを除去する際には、陰極３０を管状の陽極３１から引き抜いて洗浄することもでき、または循環水４４にかえて高圧の水などの洗浄用液を流すことで、スケールを容易に洗い流すことができる。
【００５４】
以上、水質改善装置１０と温浴槽システム１００の一実施形態について説明したが、他の実施形態として水質改善装置１０を、配管７１を介してさまざまな水系に接続し、循環水を処理槽４０に通水して被処理水とするシステムを構成することができる。各種のプールや水系循環システムの水、クーリングタワーや冷房システムの冷却水を被処理水４１として用いる他にも、各種のイオンが含まれる水からイオンを除去する目的、産業排水や自然水を被処理水４１として、これらを浄化するなどの目的に幅広く用いることが可能である。
【００５５】
図４は本発明の他の実施形態に係る水質循環装置を用いた水系循環システムとして、温浴槽システムの概略的な構成を示している。この温浴槽システム１０１では、温浴槽７０のそれぞれ上流と下流との配管７１にバルブ８２を介して別の配管７１が接続され、水質改善装置１０が接続されている。この温浴槽システム１０１では、循環水４４に含まれるスケール成分の濃度に応じて、または定期的に、バルブ８２を開くことによって水質改善装置１０に循環水４４を導入し、循環水４４の水質の改善を行うことができ、水質改善装置１０に通電するエネルギーの節約や水質に応じたスケール成分の除去を行うことができる。
【実施例】
【００５６】
［試験１］
４６８平方ｃｍ（１９５×２４０ｃｍ）のＳＵＳ３０４の電極本体の表面に、径が２０〜１００μｍのフッ化ピッチを１５重量％担持させた厚み５０μｍのＮｉ溶射皮膜を形成し、陰極とした。溶射皮膜の形成は、フッ化ピッチ入りニッケルワイヤー（ワイヤ粉末充填率１４．５重量％）を用い、１４Ｅ形溶射ガンガスフレーム溶射を行った。溶射皮膜の膜厚は８０〜１００μｍであった。【００５７】
陽極は４６８平方ｃｍのＤＳＥ（登録商標）電極（ペルメレック電極（株）製）を用いた。この陰極と陽極とを直流安定化電源（日本スタビライザー（株）製屋内仕様電源）に接続した。水槽に、井水処理水をＲＯにて４倍濃縮しスケール成分を高濃度で含んだ循環水を２０Ｌ満たし、陰極と陽極を水中に漬かるようそれぞれ水平に配置し、水質改善装置とした。【００５８】
この水槽の水（実施例１）に電源から１アンペアの直流電流を流し続け、平成２１年７月２７〜３０日の４日間の毎日２回、水槽内の水質を測定した。測定した水質を表１、表２に示す。また、表２の結果をグラフにしたものを図５に示す。【００５９】
【表１】
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【００６０】
【表２】
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【００６１】
この水質改善装置により実施例１の全硬度やカルシウム（Ｃａ）硬度、マグネシウム（Ｍｇ）、シリカ（二酸化ケイ素、ＳｉＯ２）、マンガン（Ｍｎ）の硬度が低下し、スケールの原因となるイオンが除去されて水質の改善が行われることが示された。【００６２】
７日間電流を流し続けた後には、陰極の上と水槽の底には焦げ茶色のスラッジが堆積していた。水槽の底のスラッジの成分を分析すると、うち２．４重量％が酸化カルシウム（ＣａＯ）、２８．８重量％が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、４５．５重量％は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）であった。陰極に堆積したスラッジは強く密着はしておらず洗浄すると水圧で流れるものであり、水槽の底のスラッジも、陰極から剥がれ落ちたものと推測された。陰極にスケールが強固に付着することなく、スケールの成分を水から有効に析出できることが示された。【００６３】
［試験２］
井水処理水をＲＯにて３倍濃縮しスケール成分を高濃度で含んだ循環水を満たした４０Ｌの水槽に、ヒータのみを配置したものを比較例１、試験１と同じ電極を配置したものを実施例２とした。試験は実施例１の電極には電源から１アンペアの直流電流を流し続けた。【００６４】
この比較例１及び実施例２を、水温についてはヒータを用いて最初の３日間は３０℃、３日目の後半から４日間は５０℃に維持した。処理水については日ごとの各成分等の数値の測定後に、最初の３日は１日ごとに処理水の半量を取替え、３日目の後半から４日間は処理水を補給して濃縮倍率（スケール成分の濃度）を調節した。これらの条件は比較例１を表３、実施例２を表４に示す。【００６５】
【表３】
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【００６６】
【表４】
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【００６７】
３日後の水槽の状態について、比較例１は変化が見られず、実施例２は陰極に若干のスラッジが保持されていた。実施例２の結果から、循環システムなどで想定される水が循環している状態で、水からスラッジを析出させることで水質を改善していると思われた。【００６８】
４日後、ＲＯ水の濃縮倍率が３．７５倍で５０℃の状態では、比較例１は処理水が析出した微細なスケール成分で白く濁っていた。実施例２は処理水に濁りはなく、陰極にスラッジが成長し、また底に固形のスラッジが堆積していた。比較例１の結果からは、恒温水槽などが想定される長期間温水が維持される状態において、スケール成分が析出した微細な固体が水中に遊離し機器への付着や混入などが起こる可能性が考えられる。対して実施例２からは水質改善装置が多量のスケール成分を水中から固形のスラッジとして非遊離状態で析出させ、スケール成分の分離も容易であると思われた。【００６９】
７日後、ＲＯ水の濃縮倍率が６倍で５０℃の状態では、比較例１は水中が析出したスケールで白く濁り、ヒーターの表面には硬質のスケール成分が付着していた。実施例２は水中の濁りはなく、ヒーターの表面のスケール成分の付着はなく、陰極にスラッジが若干見られ、また水槽の底に固形のスラッジが堆積していた。比較例１の結果からは、温泉などのきわめてスケール成分の多い温水を用いる設備において、機器へのスケールの付着が起こり、スケールの除去も困難なことが考えられる。対して実施例２からは、水質改善装置が多量のスケール成分を水中から固形のスラッジとして析出させ、機器への付着も起こらず、スケール成分の分離も容易であると思われた。【００７０】
ＳＩ値（リズナー指数）は、６を大きく下回るとスケールの析出が多くなると言われているが、比較例１では試験開始１日後からおよそ４．９〜５．５の範囲にありスケールが析出しやすい状態にあった。実施例２では、５．７〜８．５となっており、水質の改善によって、電極にスラッジとして析出する以外の水中への遊離のスケールの析出が抑えられた状態にあった。遊離塩素の濃度は、実施例２では９〜１５ｐｐｍが維持されていた。【００７１】
比較例１、実施例２のスケール成分について、成分の分析を行った結果を表５に示す。【００７２】
【表５】
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【００７３】
図６に比較例１の水面浮遊スケール６２、図７にヒーター付着スケール６３、図８に実施例２のヒーター保持スラッジ６４、図９に陰極保持スラッジ６５を示す。図６の比較例１の水面浮遊スケール６２は針状結晶であり、図７のヒーター付着スケール６３はこの針状結晶が集合しており硬質で機器などの金属表面に付着した場合に剥離させることは困難なものである。これはスケール成分が水中または機器の滑らかな金属表面などで正常に均一に成長することで針状の結晶になり、集合して硬質になるためと思われる。対して、実施例２の図８のヒーター保持スラッジ６４、図９の陰極保持スラッジ６５は、丸みをおびた粒状の結晶が集合しており軟質で脆く、剥がれやすいものである。これは実施例２の陰極の溶射皮膜のむらがある粗い表面に対して、不均一にまばらにスケール成分が分布して成長し、粒状となるものと考えられる。【００７４】
本発明は、上記の実施形態および実施例に限定されるものでなく、請求の範囲に記載された発明の要旨を逸脱しない範囲内での種々、設計変更した形態を技術的範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、空調や水温調整の冷却水のみならず、生活水や産業水の水質浄化にも幅広く役立ち、生活や産業に貢献するのみならず環境問題にも貢献できるものである。
【符号の説明】
【００７６】
１０  水質改善装置
２０  溶射皮膜
２１  金属材料
２２  フッ化ピッチ
２５  接触表面
３０  陰極
３１  陽極
３３  電極本体
３４、３６  電極端子部
３５  保護剤
３７  導線
４０  処理槽
４１  被処理水
４４  循環水
５０  直流安定化電源
６０  スケールの成分
６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ  固体スケール
６２  水面浮遊スケール
６３  ヒーター付着スケール
６４  ヒーター保持スラッジ
６５  陰極保持スラッジ
７０  温浴槽
７１  配管
８０  ポンプ
８１  ろ過器
８２  バルブ
１００、１０１  温浴槽システム
Ｐ  水圧
【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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