(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒の下部が円錐状をした液体サイクロンの内部に電極を設置した硬度成分除去装置に、被処理水を通水し、前記電極にプラス電圧を、液体サイクロンの内壁にマイナス電圧を印加、該内壁内に被処理水中の硬度成分を付着させ、次いで、直流電圧の極性を反転させて付着物を剥離させ、該剥離物を液体サイクロンの下部排出口より排出することを特徴とする水系のスケール防止方法。
【請求項２】
被熱交換体と熱交換を行う冷却水が、熱交換器と開放型冷却塔との間を循環する循環水系に、円筒の下部が円錐状をした液体サイクロンの内部に電極を設置した硬度成分除去装置を設置し、該硬度成分除去装置に前記循環水又は補給水を通水し、前記電極にプラス電圧を、液体サイクロンの内壁にマイナス電圧を印加、該内壁面に循環水又は補給水中の硬度成分を付着させ、次いで、直流電圧の極性を反転させて付着物を剥離させ、該剥離物を液体サイクロンの下部排出口より排出し、液体サイクロンの上部排出口より導出される硬度成分濃度が低減された循環水又は、補給水を前記循環水系へ戻す事を特徴とする水系のスケール防止方法。
【請求項３】
硬度成分の除去量を、被処理水の硬度成分濃度の3％以上とする。請求項１又は、請求項2記載の水系のスケール防止方法。
【請求項４】
熱交換器が、下記の冷却管の内部を洗浄する洗浄システムを備えている請求項2又は、請求項3記載の水系のスケール防止方法。
(1)  冷却水に随伴させる複数のボール
(2)  冷却管の下流で冷却水からボールを分離するボール分離装置
(3)  分離されたボールを洗浄、貯蔵するボール貯蔵装置
(4)  ボール貯蔵装置内のボールを冷却管の上流へ注入するボール注入装置
(5)  これらの動作を制御する制御装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水系のスケール防止方法に関する。
さらに詳しくは、本発明は、スケール防止剤や系内の洗浄液による環境への負荷がなく、簡便かつ容易に水系より硬度成分を除去して、冷却水系における熱交換器、開放型冷却塔あるいは配管内などのスケール障害や、その他の水系スケール障害を防止する事が出来る、水系のスケール防止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機械設置、空気、液体などの被熱交換体を冷却する熱交換器は、各種工場、研究所などの多方面の分野において使用されている。そして熱交換器の冷却媒体としては、通常工業用水、井戸水などの水が用いられ、熱交換により温度の上昇した冷却水は、開放型冷却塔で空気と接触させて、水の蒸発熱により水温を低下させ、再び熱交換器へ戻し反復使用されている。従って冷却水は開放型冷却塔で一部蒸発すると共に、飛沫となって冷却水系外に放出される。この為、循環冷却水系には工業用水又は井戸水などの補給水が供給されている。
しかし、このままでは補給水中の硬度成分が循環冷却水系に蓄積して硬度成分濃度が高くなり、この水と接触する開放型冷却塔、熱交換器の伝熱面あるいは配管内にスケール障害が発生するので、開放型冷却塔の塔底からいわゆるブロー水として循環水の一部が系外へ廃棄されている。しかし、省資源省エネルギーの立場からはブロー水の量を少なくする事が望ましい。ところがブロー水の量を少なくすると、溶解している塩類が濃縮されて伝熱面が腐食しやすくなると共に、難溶性の塩となってスケール化する。生成したスケールは、熱効率の低下、配管の閉塞、水質の計測機器センサー部への障害など、熱交換やボイラーの運転に重大な障害を引き起こす。
スケール防止方法としては、冷却水に種々のスケール防止剤を添加する方法があるが、これらを用いるとブロー水にこれらの薬剤が含まれるので、ブロー水の処理が必要となる。そこで、スケール防止剤を使用しない方法として、水中に浸漬した1対の電極に直流電力を印加し、水中に含まれる硬度成分を電極の表面に固体として付着させ、次いで、電極の極性を反転させて付着物を剥離させ、沈降槽又は濾過器で回収除去する方法が提案されている（例えば特開2001−259690）。
しかし、この方法では装置が大型となり、経費も増大するという難点があり、改善策が望まれていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、スケール防止剤を使用することなく、簡便かつ容易に冷却水系より硬度成分を除去して、冷却水系における熱交換器、開放型冷却塔及び配管内などのスケール障害や、その他の水系スケール障害を防止することができる水系のスケール防止方法を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決する為の手段】
本発明者等は、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、円筒の下部が円錐状をした液体サイクロンの内部に電極を設置した特定構造の硬度成分除去装置を用いる事により、スケールの原因となる被処理水中の硬度成分が効率よく除去される事を見出し、この知見に基づいて本発明を完成した。
【０００５】
すなわち、本発明は、(1)円筒の下部が円錐状をした液体サイクロンの内部に電極を設置した硬度成分除去装置に、被処理水を通水し、前記電極にプラス電圧を、液体サイクロンの内壁にマイナス電圧を印加、該内壁内に被処理水中の硬度成分を付着させ、次いで直流電圧の極性を反転させて付着物を剥離させ、該剥離物を液体サイクロンの下部排出口より排出することを特徴とする水系のスケール防止方法を提供するものである。
【０００６】
また、本発明は、(2)被熱交換体と熱交換を行う冷却水が、熱交換器と開放型冷却塔との間を循環する循環水系に、円筒の下部が円錐状をした液体サイクロンの内部に電極を設置した硬度成分除去装置を設置し、該硬度成分除去装置に前記循環水又は補給水を通水し、前記電極にプラス電圧を、液体サイクロンの内壁にマイナス電圧を印加、該内壁面に循環水又は補給水中の硬度成分を付着させ、次いで直流電圧の極性を反転させて付着物を剥離させ、該剥離物を液体サイクロンの下部排出口より排出し、液体サイクロンの上部排出口より導出される硬度成分濃度が低減された循環水又は補給水を前記循環水系へ戻す事を特徴とする水系のスケール防止方法を提供するものである。
【０００７】
また、本発明は、(3)硬度成分の除去量を、被処理水の硬度成分濃度の3％以上、好ましくは4〜15％とする請求項１又は請求項２記載の水系のスケール防止方法を提供するものである。
【０００８】
また、本発明は、(4)熱交換器が下記の冷却管の内部を洗浄する洗浄システムを備えている請求項２又は請求項３記載の水系のスケール防止方法。
(1)  冷却水に随伴させる複数のボール
(2)  冷却管の下流で冷却水からボールを分離するボール分離装置
(3)  分離されたボールを洗浄、貯蔵するボール貯蔵装置
(4)  ボール貯蔵装置内のボールを冷却管の上流へ注入するボール注入装置
(5)  これらの動作を制御する制御装置
を、提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1は本発明に用いる硬度成分除去装置の一例の構成を示す図であり、図2は図1に示す液体サイクロンの内部を示す平面説明図である。図中2は制御装置、3は硬度成分除去装置、4a、4bは電極、10は液体サイクロンである。
硬度成分除去装置3は、円筒9の下部を円錐状8とした液体サイクロン10と、その内部に設置した2枚の電極4a、4b及び制御装置より構成される。
電極4a、4bは、何れも液体サイクロン10の内壁上部の電極取付台11に、絶縁材（図示せず）を介して液体サイクロン10の内壁と所定間隔を保って縦方向に設置される。この間隔は、通常3〜10cmの範囲から選定される。電極4a、4b及び液体サイクロン内壁は、それぞれプラスの直流電圧又はマイナスの直流電圧を印加するため、制御装置2へ接続される。
電極4a、4bの材質は導電性のものであれば特に制限はなく、例えば、銅、ニッケル、鉄、アルミニウム、モリブテン、クローム、チタン、炭素、ステンレス鋼などが挙げられる。
電極4a、4bの大きさや形状は、液体サイクロン10の大きさや形状に応じて適宜選定されるが、例えば幅4〜16cm、長さ30〜100cm、厚さ2〜10mmの範囲から選定された板状、網状、格子状のもので、その表面は平滑なものや多孔質なものが用いられる。図2には両端を曲げたものを示したが、平板上ないしは円筒9との間隔が同じ長さとなる円弧状のものを使用する事も出来る。電極4a、4bの設置枚数は偶数枚が好ましく、通常2又は4枚であるが、1〜10枚の範囲から選定する事が出来る。液体サイクロンの内壁の材質は、導電性のものである事が必要であり、通常、電極4a、4bの材料と同一の材料を使用するが、電極4a、4bと異なる材料にしてもよい。
印加する直流電圧は、特に制限はないが、人体に対する安全性を考慮すると40V以下である事が望ましく、通常3〜30V、好ましくは6〜24Vの範囲から選定される。設定する電流値は、目標の硬度成分の除去速度に対応するもので、処理水の電気伝導度が目標値となるよう設定するが、通常2〜100A、好ましくは3〜20Aの範囲から選定される。
【００１０】
本発明においては、前述の硬度成分除去装置3の入口導管1より被処理水を連続的に供給した後、制御装置2より、プラスの直流電圧を電極4a、4bに、マイナスの直流電圧を液体サイクロン10の内壁に印加する。すると陰極である液体サイクロン10の内壁表面に、被処理水中の硬度成分が固体として付着し、硬度成分の減少した被処理水は、液体サイクロン10の上部導管13より連続的に導出される。
次いで、制御装置2において直流電圧の極性を反転させ、電極4a、4bにマイナスの直流電圧を、液体サイクロン10の内壁にプラスの直流電圧を印加することにより、液体サイクロン10の内壁表面の付着物を剥離することが出来る。
直流電圧の極性を反転させる間隔は、被処理水中の硬度成分の濃度と処理水中の濃度によって異なるが、正常な通電時間は5〜60分の範囲から選定し、反転する時間は3〜60秒の範囲から選定する。
極性の反転により剥離した剥離物は、水の渦巻流により液体サイクロン10の下部出口7近くへ容易に沈降する。沈降物は、極性の反転回数5〜30回に1回の割合で排出弁5を開くことにより、下部排出導管6より排出される。
これらの一連の操作は、制御装置2を開いて自動制御することが望ましい。
なお、液体サイクロン10の下部の円錐状8は、沈降物を液体サイクロン10の下部出口7方向へ導く作用のあるものであればよく、図1に示す円錐形のもの以外に、例えば図6に示す（1）円錐形の斜面が湾曲しているもの、（2）円錐形の後段に小型の円筒と円錐が2段に連結されているもの、（3）円筒の下端が円弧状に絞られ、その下に下端が円弧状に絞られた小型の円筒が2枚に連結されたものなども含まれるものである。
【００１１】
図3は、本発明方法実施の一態様の工程系統図である。図中3は硬度成分除去装置、14は熱交換器、16は開放型冷却塔である。
熱交換器14で温度の上昇した冷却水は、配管15より開放型冷却塔16へ送られ、空気との接触により冷却された冷水は、配管21より熱交換器14へ送られ循環水系を形成する。
一方、開放型冷却塔16における蒸発した水と飛沫となった水を補う為の補給水は、配管18より硬度成分除去装置3へ通水され、硬度成分濃度が低減された後、配管17より開放型冷却塔16へ供給され、循環水系の硬度成分濃度が目標の範囲内に保持される。
前記硬度成分除去装置3においては、図1について前述した通り、電極4a、4bと液体サイクロン10の内壁とに印加する直流電圧の極性を反転させる事により、補給水中の硬度成分が沈降分離され、沈降物は配管19より排出される。
【００１２】
図4は、本発明方法の他の実施態様の工程系統図である。図3の実施態様と異なる点は、硬度成分除去装置3の設置位置が補給水の配管18から循環水の配管21のバイパス管22へ変更された事である。すなわち、配管21を流れる循環水の一部がバイパス管22より硬度成分除去装置3へ導入され、ここで硬度成分濃度が低減された後、配管23より配管21へ戻される。戻された水は循環水と合体して熱交換器14へ送られる。補給水は配管18から直接開放型冷却塔16へ供給される。一方、硬度成分除去装置3で生じた硬度成分の沈降物は配管19より排出される。
以上、硬度成分除去装置3を補給水の配管18に設置した場合と、開放型冷却塔16から熱交換器14へ冷却水を送る配管21のバイパス管22に設けた場合について説明したが、循環水を系外へ排出するブロー管20へ設置する事も出来る。また、硬度成分除去装置3は、補給水の水質や開放型冷却塔16の能力に応じて複数箇所に設置したり、あるいは複数個を直列又は並列に設置する事も出来る。
【００１３】
図5は、熱交換器の洗浄システムの構成を示す説明図である。この洗浄システムは公知のものである（例えば特表平9−509244）が、本発明2の方法、特に図3に示す態様と組み合わせて実施する事により、冷却水系における熱交換器、開放型冷却塔及び配管内に、長期間に亙りスケール障害を生ずることなく、補給水の使用量を少なくする事ができ、本発明の効果を更に増大させる事が出来る。
図中14は熱交換器、26は制御装置、29はボール注入装置、34はボール貯蔵装置、35はボール、41はボール分離装置である。ボール分離装置41は、ボール35を伴って流れる冷却水からボール35を分離する為のもので、熱交換器14の下流に設置される。ボール分離装置41は、内部に円筒状の篩39を有し、該篩39の一端よりボール35を伴った冷却水が導入され、他端より少量の水とボール35が導出され、篩39を通過した冷却水が配管15へ送られる構造になっている。
ボール貯蔵装置34は、ボール分離装置41から送られるボール35を次に使用するまで貯蔵しておく為のもので、一端に水を伴ったボール35の入出口36、他端に篩を介した水の入出口33を備えた構造である。ボールの入出口36は、弁38を介してボール分離装置へ、弁37を介して熱交換器14の上流側配管21へそれぞれ連結される。また水の入出口33には水を導入する為の導管30が結合される。
ボール注入装置29は、ボール貯蔵装置34内のボール35を熱交換器14の上流側の配管21内へ注入する為のもので、多量の水が貯留されるタンク構造となっている。そして、該タンク内に前記導管30の下端が位置するようボール貯蔵34と連結される。
【００１４】
このように構成された洗浄システムによる熱交換器14の洗浄は次のようにして実施される。
まず熱交換器14の熱交換管24の内面を清掃するボール35は、表面が多孔質なスポンジなどで覆われたものである。このボール35は、ボール貯蔵装置34内に貯蔵されており、ボール注入装置29内には水が充満される。
次に、制御装置26の信号でコック31が開にされると配管32より圧縮空気がボール注入装置29内へ導入され、該装置内に貯留されている水を導管30の下端よりボール貯蔵装置34内へ押出し、ボール35を配管25を経て熱交換器14の上流側の冷却水配管21内へ注入する。注入されたボール35は、熱交換管24内を清掃しながら通過した後、ボール分離装置41内の円筒状の篩39で水の流れから分離される。分離されたボール35は、導管40よりボール貯蔵装置34へ送られ、ここでボールの汚れが洗浄され、貯蔵される。ボール35が分離された冷却水は配管15より次の工程へ送られる。
このようにして熱交換器14の1回の洗浄が終了する。洗浄の頻度は、所定時間毎に行う。
【００１５】
【実施例】
次に実施例を挙げて本発明にさらに具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００１６】実施例1
下記仕様の装置を図3に示す統計図のように配置し、6ヶ月間連続運転を行った。運転方法は、配管18から補給水を連続的に導入した後、硬度成分除去装置3の電極4a、4bに、24Vの直流電圧のプラス電極を印加し、液体サイクロン10の内壁（陰極）にマイナス電圧を印加した。次いで、20分後に直流電圧の極性を10秒間反転させた。この操作を順次繰返して行った。電極へ流す電流値は、5アンペアとなるよう制御した、液体サイクロンに生じる硬度成分の沈降物は、極性の反転20回に1回の割合で配管19より系外へ排出した。
毎月１回、開放型冷却塔16内及び熱交換器14の伝熱面上のスケールの付着状況を観察したが、運転に支障をきたすようなスケールの付着は認められなかった。開放型冷却塔内においても，試験片として装着した銅板に新たなスケールの付着も認められなかった。
（1）熱交換器14：直径550mm、長さ3700mmの銅の熱交換器を備えた全伝熱面積38m3の多管式熱交換器
（2）開放型冷却塔16：換気ファン付、循環水量300m3/Hｒ、温度差5℃
（3）硬度成分除去装置3：液体サイクロン10：高さ1.1m、直径30cm、内壁表面積  9650cm2、電極4a、4b：幅5.8cm、長さ70cm、厚さ2mmの鉄系金属で作った板2枚をサイクロン壁との間隔が5cmとなるよう対称の位置に設置した。（図1参照）
（4）補給水の硬度成分濃度：140mgCaCO3/ｌ
（5）循環水系の全保有水量：60ｍ3
【００１７】実施例2
実施例1と同じ使用の装置を図4に示す統計図に示すように配置し、バイパス管22を閉にした状態で連続運転を行った。約6ヵ月後、開放型冷却塔16内にスケールが広がった。
そこで、バイパス管22を開にして循環水の一部、10m3/Hｒを硬度成分除去装置3へ導入した後、電極4a、4bに24Vの直流電圧のプラス電圧を印加し、液体サイクロン10の内壁（陰極）にマイナス電圧を印加した。次いで、20分後に直流電圧の極性を10秒間反転させた。この操作を順次繰返して行った。電極へ流す電流値は、5アンペアとなるよう制御した。液体サイクロン10に生じる硬度成分の沈降物は、極性の反転20回に1回の割合で配管19より系外へ排出した。
開放型冷却塔16内のスケールは、1ヶ月後頃から減少を始め、6ヵ月後には付着が認められなくなった。
【００１８】実施例3
実施例1の運転終了後、熱交換器14に図5に示すボール洗浄システムを設置し、熱交換器14の熱交換管24の洗浄を行いながら実施例1と同じ条件で6ヶ月間連続運転を行った。
6ヶ月後における開放型冷却塔16内のスケールの付着状況は、ボール洗浄システム使用前と特に異差は認められず、熱交換器14の伝熱面上にはスケールの沈着は全く認められなかった、補給水の量とパージ水の量の減少及び電気の使用量の20%減少が認められた。
そこで、電気の使用量の変化をグラフに示す。
【表１】
0003673808.tif 000002
【００１９】
【発明の効果】
本発明方法によれば、スケール防止剤を用いることなく、長期間簡便かつ安全に水系のスケールを防止する事ができる。
また、本発明方法を、図5に示す熱交換器の洗浄システムと組み合わせて実施する場合は、さらに長期間スケール障害を生ずることなく補給水の使用量を少なくする事ができ、またブロー水も少なくする事が出来るので、コスト削減に寄与するところが大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる硬度成分除去装置の一例の構成を示す図である。
【図２】図1に示す液体サイクロンの内部を示す平面説明図である。
【図３】本発明の一実施態様の工程統計図である。
【図４】本発明の他の実施態様の工程統計図である。
【図５】本発明と組み合わせる熱交換器の洗浄システムの構成を示す説明図である。
【図６】図1に示す液体サイクロンの下部形状の他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
2,26  ：制御装置
3     ：硬度成分除去装置
4a、4b：電極
10    ：液体サイクロン
14    ：熱交換器
16    ：開放型冷却塔
29    ：ボール注入装置
34    ：ボール貯蔵装置
41    ：ボール分離装置
【図１】
0003673808.tif 000003
【図２】
0003673808.tif 000004
【図３】
0003673808.tif 000005
【図４】
0003673808.tif 000006
【図５】
0003673808.tif 000007
【図６】
0003673808.tif 000008