(57)【要約】      （修正有）【課題】  銅管内での酸化銅の発生を抑制し、装置の保守点検を容易にするとともに、装置の高寿命化を図ることができる冷却水装置を提供する。【解決手段】  冷却水装置１が構成する冷却水系統は、加熱コイル、鉄心等からなる誘導加熱装置２の冷却手段として用いるものであり、ポンプ５の下流側から純水タンク４へ向けて循環するようにイオン交換部６が設けられている。このイオン交換部６は、冷却水系統における銅管中における冷却水中に溶存する銅イオンを除去するためのものであり、２基並列に設けられ、それぞれについて、上流側からプレフィルタ６ａ，６ａ'、イオン交換器６ｂ，６ｂ'、ポストフィルタ６ｃ，６ｃ'とによって構成されている。【選択図】  図１
2006312154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導加熱装置の冷却に使用する冷却水を管理する装置であって、前記冷却水中に溶存する銅イオンを除去するイオン交換器を備えたことを特徴とする冷却水装置。
【請求項２】
前記冷却水中に溶存する銅イオンの濃度を導電率値を指標として測定する導電率計を備えることを特徴とする請求項１記載の冷却水装置。
【請求項３】
前記冷却水中に溶存する銅イオン以外の外来イオンの混入を抑制する閉回路からなる冷却水回路を備えることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の冷却水装置。
【請求項４】
前記イオン交換器は、純水精製と導電率維持に使用されるイオン交換樹脂を備え、このイオン交換樹脂は、強酸性陽イオン樹脂と強塩基性陰イオンを１：１で混合したものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の冷却水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延ラインにおける圧延材その他の被加熱材料を加熱する誘導加熱装置の冷却手段に用いる装置に関するものであり、特に、被加熱材料を冷却する冷却水配管の高寿命化を図る冷却水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に熱間圧延ラインでは、被加熱材（圧延材）を加熱炉で圧延可能な温度にまで加熱し、粗圧延機にて粗圧延バーと呼ばれる状態に成形する。さらに、粗バーを仕上圧延機にかけることで、所望の板圧や板幅を有する製品を得ている。
【０００３】
このような誘導加熱装置においては、冷却水を用いて誘導加熱コイル等を冷却するが、この冷却水には、電気絶縁を目的として純水を使用することが多い。また、冷却水として純水を使用することにより、銅管の内部の冷却水中に含まれる不純物が堆積することを防止することを目的としたものもある（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−２９９０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、純水はいわゆる高純度の水であり、腐食に影響のあるイオン量は少ないが、銅管内において銅材から銅イオンを溶出して飽和状態になろうとする。この銅イオンは、図８に概念図を示すように、純水内の溶存酸素と結合して酸化銅を析出させ、この酸化銅が皮膜となって銅管内面に付着することにより、冷却効果の低減を招来する。
【０００５】
その結果、冷却銅管の局部加熱、クリープ破壊、熱疲労破壊を発生させる。磁束密度が小さい誘導加熱装置の場合には、その影響も少ないものの、大容量の誘導加熱装置になるにしたがって影響も大きくなる。磁束密度の小さい装置として、設置台数を増やす手段があるが、設置スペースの制約により、装置の大きさと台数制限がある場合には、結果的に高磁束密度の装置となり、設備化するには困難であった。
【０００６】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、銅管内での酸化銅の発生を抑制し、装置の保守点検を容易にするとともに、冷却効果を維持しつつ装置の高寿命化を図ることができる冷却水装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、誘導加熱装置の冷却に使用する冷却水を管理する装置であって、前記冷却水中に溶存する銅イオンを除去するイオン交換器を備えたことを特徴とする。
【０００８】
以上のような請求項１記載の発明によれば、冷却水装置の冷却水中に溶存する銅イオンは、冷却水内の溶存酸素と結合して酸化銅を析出させ、この酸化銅が皮膜となって銅管内面等に付着することにより、冷却効果を低減させ、これにより、冷却銅管の局部加熱、クリープ破壊、熱疲労破壊を発生させることとなるが、この銅イオンをイオン交換器によって除去することによって、冷却効果を毀損せず、また、冷却水装置の長寿命化を図ることが可能となる。また、従来、銅管内面等の酸化銅除去は、フラッシングによって行うしかなかったが、本発明では、これをイオン交換器によって行うことができるので、簡易な保守点検が可能となる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、前記冷却水中に溶存する銅イオンの濃度を、導電率値を指標として測定する導電率計を備えることを特徴とする。
【００１０】
以上のような請求項２記載の発明によれば、冷却水中の溶存銅濃度と導電率とは線形の相関関係を有するから、冷却水中の導電率を測定しこれを指標とすることで、冷却水中の溶存銅濃度を把握することができる。これにより、冷却水中の銅濃度の管理が可能となり、冷却装置の冷却効果を維持することができるとともに、装置の長寿命化を図ることができるようになる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２のいずれか１項に記載の発明において、前記冷却水中に溶存する銅イオン以外の外来イオンの混入を抑制する閉回路からなる冷却水路を備えることを特徴とする。
【００１２】
以上のような請求項３記載の発明によれば、外来イオンの混入により、導電率が上昇する等の、冷却水中の溶存銅濃度と導電率との相関関係を毀損する要因を除去することにより、溶存銅濃度の正確に把握することができるようになる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の前記イオン交換器は、純水精製と導電率維持に使用されるイオン交換樹脂を備え、このイオン交換樹脂は、強酸性陽イオン樹脂と強塩基性陰イオン樹脂を１対１で混合したものであることを特徴とする。
【００１４】
以上のような請求項４記載の発明によれば、強酸性陽イオン樹脂によって冷却水中の銅イオンを捕捉するとともに、強塩基性陰イオンによって冷却水中に浸入した外部からの汚染成分等、例えば、空気中の二酸化炭素の溶込みによる生成される炭酸水素イオン等の除去が可能となる。また、これらのイオン交換樹脂を１対１の割合で混合したことにより、冷却水の水質をほぼ中性に保つことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、銅管内での酸化銅の発生を抑制し、装置の保守点検を容易にするとともに、冷却効果を維持しつつ装置の高寿命化を図ることができる冷却水装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」と呼ぶ）について図面を参照して具体的に説明する。
【００１７】
〔１．基本構成〕
図１には、本実施形態の冷却水装置の適用例を示す。同図に示すように、冷却水装置１が構成する冷却水系統は、加熱コイル、鉄心等からなる誘導加熱装置２の冷却手段として用いるものであり、誘導加熱装置２の下流側において、一次工業用水を用いて誘導加熱装置２から送られる冷却水を冷却する熱交換器３と、熱交換器３によって冷却された冷却水（ここでは、純水）を貯留する純水タンク４と、この貯留された純水を誘導加熱装置２へ送り出すポンプ５とから構成される。また、本実施形態の冷却水回路は、系統への外来イオンの混入を防止するため、上記のように閉回路で構成されている。
【００１８】
このような構成の冷却水系統において、ポンプ５の下流側から純水タンク４へ向けて循環するように、本実施形態の特徴点であるイオン交換部６が設けられている。このイオン交換部６は、冷却水系統における銅管中における冷却水中に溶存する銅イオンを除去するためのものであり、図に示すように、２基並列に設けられ、それぞれについて、上流側からプレフィルタ６ａ，６ａ'、イオン交換器６ｂ，６ｂ'、ポストフィルタ６ｃ，６ｃ'とによって構成されている。
【００１９】
また、このイオン交換器６ｂ，６ｂ'には、銅イオンを捕捉及び除去することを目的とした陽イオン交換樹脂と、主に空気中の二酸化炭素の溶け込みにより生成する炭酸水素イオンの除去を目的とする陰イオン交換樹脂とを備える。この陽イオン交換樹脂としては、冷却水のｐＨがほぼ中性であることに鑑みて、このｐＨ領域でイオン交換能力の高い強酸性陽イオン交換樹脂を用いるのが適当である。また、陰イオン交換樹脂としては、炭酸水素イオンのような弱酸成分を除去することに鑑みて、強塩基陰イオン交換樹脂を用いるのが適当である。
【００２０】
純水タンク４には、冷却水中の導電率を測定する導電率計７が設けられ、この導電率計７にはアナログ出力と警報出力機能が備えられている。したがって、この導電率はモニタ８により随時モニタリングできるとともに所定の導電率に達した場合に警報を発するように構成されている。
【００２１】
また、この導電率計７の管理基準は、冷却水中の溶存銅濃度を、酸化銅析出を抑制するための許容範囲に保つことと、この範囲を超えた場合には溶存銅濃度の溶解量は増加することに鑑みて、導電率を指標とし、その範囲を０．１〜１．０μＳ／ｃｍとすることで、銅管内における酸化銅の析出を効果的に防止することができる。
【００２２】
〔２．基本作用〕
上記のような基本構成を有する本実施形態は、具体的に次のように作用するものである。すなわち、導電率計７において、純水タンク４内の冷却水における導電率について、０．１〜１．０μＳ／ｃｍの範囲を管理基準としてモニタリングし、管理範囲を超えた場合には、モニタ８を通じて警報を出力する。
【００２３】
この警報の出力に応じて、保守点検員がモニタ８を通じて、イオン交換部６の系統に通水するように制御し、イオン交換部６において銅イオン及び炭酸水素イオンが除去する。なお、この場合、保守点検員の指示を必要とすることなく、導電率計７の監視により、自動制御で導電率を常に０．１〜１．０μＳ／ｃｍの範囲に保つようにしてもよい。
【００２４】
このように、導電率を０．１〜１．０μＳ／ｃｍの範囲で維持することによって、冷却水中に溶存する銅イオン及び炭酸水素イオンをイオン交換部６において適宜除去することができるので、銅管内における酸化銅の析出を効果的に防止することができる。
【００２５】
〔２．酸化銅の析出・冷却水中の銅イオン溶存濃度のコントロール〕
上述のように、本発明は、冷却水系統において銅管中に析出する酸化銅を抑制することを目的とするものであるが、以下では、この酸化銅析出のメカニズムを説明するとともに、冷却水中の銅イオン溶存濃度のコントロールという観点から、イオン交換部６による銅イオン及び炭酸水素イオンの除去の必要性、ならびに冷却水中の銅イオン濃度と導電率との関係について説明する。
【００２６】
〔２−１．酸化銅析出のメカニズム〕
本発明者らは、銅管内における酸化銅析出のメカニズムが「温度差電池作用」、「冷却水中の溶存銅イオン濃度」及び「銅イオンの溶出量と銅管温度及び酸化銅膜圧」のいずれか又は複数の要因によるものであると想定し、図２（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示す構成からなる実験装置を用いるとともに、下記の条件の下、実験と分析を行った。
（条件）
(1) 純水タンクは温度を一定に保つために恒温水槽にて冷却してある。
(2) 回路中には導電率または銅イオン濃度を安定させるイオン交換樹脂を設置する。
(3) 銅管サンプルには銅管温度測定用熱電対と電位を測定するプローブを接続する。
(4) 溶出した銅イオン量を測定する実験のために、銅イオン捕集カラム（イオン交換樹脂）と吸引す
る定量ポンプを設置する。
(5) 加熱するための実験ユニットは２０Ｎのコイルと１Ｎのサンプルを閉回路鉄心で構成してある
（Ｔｒの一次/二次巻線の関係にあるもの）。
(6) 実験サンプルは温度差電池作用の検証のため、高温部が多いタイプＡと、高音部と低温部が混在
するタイプＢの二種類とする。
【００２７】
〔２−１−１．温度差電池作用の検証〕
温度差電池作用の確認は、銅管内部にて温度差が生じた場合に発生すると想定する事から、２つのサンプルを用いて比較評価を行った。サンプルＡはサンプル材の排水部４（図２（ｃ）参照）における温度条件が１０５℃で、純水内の銅イオン濃度条件が０、試験時間７２時間あり、サンプルＢは排水部４（図２（ｃ）参照）における温度条件が１０５℃、純水内の銅イオン濃度条件が０ｐｐｍ、試験時間７０時間である。
【００２８】
その結果、酸化銅の膜厚は、サンプルＡで４．０μｍ、Ｂで４．６μｍの測定結果が得られた。高温部と低温部が混在するサンプルＢの膜厚の差は０．６μｍで僅かではあるが、温度差電池作用による酸化銅の析出が確認された。
【００２９】
誘導加熱装置として構成する銅管にて、温度差を無くすことは不可能であり、膜厚生成には温度差電池作用(アノード(+)）で溶出した銅イオンがその場で析出する量はゼロでは無い。しかしながら、実際の誘導過熱装置では、高温部と低温部は離れた場所に存在し、その間は抵抗を持った純水を介して回路が形成されることから、実際に流れる電流は僅かとなり影響は少なく、粗バーヒータ設備としては影響無しと判断する。また、温度差電池作用によって銅管内部に付着した酸化銅を除去する手法は「フラッシング」となる。
【００３０】
〔２−１−２．冷却水中の溶存銅イオン濃度作用の検証〕
純水中の溶存銅イオン濃度による酸化銅皮膜生成量の差異を検証する手段として、サンプルＡを用いて、純水中の溶存銅濃度を０ｐｐｍ、０．４ｐｐｍ、２ｐｐｍの３種を条件に比較評価を行った。
【００３１】
その結果、図３に示すように、溶存銅イオン濃度に対して、直線状に酸化銅膜厚が増加する測定結果が得られた。この結果から酸化銅皮膜生成は純水中の溶存銅イオン濃度による影響を受けることが確認できる。
【００３２】
〔２−１−３．銅管温度及び酸化銅膜圧の検証と銅イオンの溶出量〕
銅管自身の温度による酸化銅皮膜生成量の差異を検証する手段として、サンプルＡを用いて排水部温度を７０℃、１０５℃及び１２０℃の３種を条件に比較評価を行った。
【００３３】
その結果、図４に示すように、温度に対して放物線上に酸化銅膜厚が増加する測定結果が得られた。この結果から酸化銅皮膜生成は銅管温度による影響を受けることが確認できる。
【００３４】
以上より、酸化銅の析出は、冷却水中の溶存銅濃度と銅管温度に起因することがわかる。なお、銅管温度については、高温部を低減すれば酸化銅抑制に繋がることと１０５℃を超える温度領域では酸化銅皮膜量が著しく増える傾向にあることに注目し、１００℃を越えず、電流集中を抑えるコイル、ブスバー等の構造設計を行う必要があるが、ブスバー平面布設を基本に１００℃を越えない構造設計を既に実施しているため、問題とならない。
【００３５】
次に、銅イオンの溶出量の見極めと銅管温度及び酸化銅膜厚の相関を把握する為に、実験装置に取り付けた銅イオン捕集カラムにて捕捉した銅イオン量を分析した。
【００３６】
その結果を表１に示す。
【表１】
2006312154.tif 000003
【００３７】
さらに、上記表１で求めたカラムで捕捉された銅量、及びカラム通過水量から、銅配管を通過した冷却水の銅イオン濃度を計算した結果を表２に示す。
【表２】
2006312154.tif 000004
【００３８】
これによると、温度作用の影響は、サンプルＡのうち排水部温度７０℃のものと、排水部温度１０５℃のものを比べた場合、低温の方がカラムでの銅捕集量が大きいことがわかる（表３参照）。
【表３】
2006312154.tif 000005
【００３９】
また、温度差電池作用の影響は、サンプルＡのうち排水部温度１０５℃のものとサンプルＢの排水部温度１０５℃のものを比較すると、僅かではあるが影響が伺える（表４参照）。
【表４】
2006312154.tif 000006
【００４０】
〔２−１−４．酸化銅析出メカニズムのまとめ〕
上記のような実験と分析結果から酸化銅析出メカニズムは下記の順で反応が進行することがわかる。
［銅の腐食反応］
（式１）
Ｃｕ  →  Ｃｕ2+  ＋  ２ｅ‐
（式２）
１／２ＣＯ2  ＋  Ｈ2Ｏ  ＋  ２ｅ‐  →  ２ＯＨ‐
［酸化銅の析出］
（式３）
Ｃｕ2+  ＋  ２ＯＨ‐  →  ＣｕＯ  ＋  Ｈ2Ｏ
【００４１】
式１で溶出した銅イオンのうち、一部はその場で式３に示す反応により、酸化銅として析出し、一部は銅イオンとして配管から排出され、イオン交換樹脂カラムにより捕集されることとなる。
【００４２】
ここで、分析前には、酸化銅皮膜とカラム捕集される銅イオンは比例すると考えていたが、実際には比例せず、温度とともに酸化銅皮膜が厚くなるのに対し、捕集される銅イオンは低下したことがわかった。酸化銅として析出した量と、下流側へ溶出した量とを比較した結果を表５に示す。
【表５】
2006312154.tif 000007
【００４３】
酸化銅の膜厚の分布が不明ではあるが、概ね酸化銅として析出した量の方が多いといえる。ここで、式１の反応による銅の析出量は、カラムでの捕集量と酸化銅中の銅重量の和になることから、温度が高くなることにより酸化銅の析出は促進されると言える。
【００４４】
また、酸化銅の析出に関する式３の反応も化学反応であることから、温度が高くなるとともに反応速度が大きくなると考えられる。そのため、溶出した銅イオンが高温状態では、直ちに酸化銅として析出する、また水中に溶解した状態の銅イオン量が低下するものと考えられる。
【００４５】
以上の事項から、酸化銅の析出については実験結果から銅管内における酸化銅析出のメカニズムをまとめると下記の通りであることがわかる。
(1) 銅の溶解反応そのものは、温度の上昇とともに速く進行する。
(2) 溶解した銅イオンは、高温部では直ちに酸化銅として析出する。
(3) 冷却水に予め銅イオンが含まれている場合、高温部での析出が促進される。
【００４６】
〔２−２．冷却水中の銅イオン溶存濃度のコントロール〕
上記の評価実験と分析から、酸化銅の析出は、冷却水中の溶存銅イオン濃度と銅管温度に起因する結果と基礎データが得られた。その結果から冷却水装置の実設備としては冷却水中の溶存銅濃度のコントロールを行うことにより、酸化銅の析出を抑制できると考えられる。その知見からさらに実機の純水分析と評価を行うものとする。
【００４７】
［実機純水（採取水）の分析結果］
実際に、設備Ａ〜Ｆにて純水を採取して、溶存物質の分析を行った。その結果を表６に示す。
【表６】
2006312154.tif 000008
【００４８】
［銅イオン濃度と導電度の相関関係の実験と分析］
硫酸銅五水和物（ＣｕＳＯ4・５Ｈ2Ｏ）を純水に溶解させたそれぞれのサンプルの導電率及びｐＨを測定した。図５に示すグラフは、純水に硫酸銅を溶解させたときの相関図で、銅イオン濃度と導電率はほぼ線形の測定結果が得られ、これ以上、他の外来イオンの混入を防止できれば管理方法の推定が容易であると言える。
【００４９】
次に、表６における「設備Ｄ」から採取した冷却水に銅イオンを溶解させた場合の導電率を測定した。その時の冷却水導電率は１．２８（μＳ／ｃｍ）であり、銅イオン濃度は約０．２（ｍｇ／Ｌ）であった。
【００５０】
そこで、図６に「設備Ｄ」の冷却水原液の銅イオン濃度を０．２（ｍｇ／Ｌ）として実験した銅イオン濃度と導電率の相関図を示す。「設備Ｄ」における冷却水での銅イオン濃度と導電率の検量線は、純水ベースでの検量線に非常に良く一致した。上述の「実機純水（採取水）の分析結果」に示すように他のイオンの量が少なく、これ以上、他の外来イオンの混入を防止できれば、導電率から銅イオン濃度を推定できると言える。
【００５１】
次に、図７に示すように、現地各設備の冷却水分析結果から銅イオン濃度−導電率の検量線にプロットした。「設備Ｃ」を除き銅以外の外来因子成分は観測されておらず、比較的直線に近い結果を示している。「設備Ｃ」では銅イオン濃度０．２（ｍｇ／Ｌ）に対して導電率が非常に大きくなっている。この原因として、図７に示す銅以外の成分が検出されており、炭酸ガスの混入、塩粒子の混入が主原因であると推定される。
【００５２】
［導電率による冷却水中の溶存銅濃度のコントロール］
上述のように、銅イオン濃度と導電率はほぼ線形の関係があり、且つ他のイオンの量が少なく、これ以上、他の外来イオンの混入を防止できれば、導電率から銅イオン濃度を推定することが可能であること管理指針として、この条件を満たす場合の導電率の管理指針値は以下のようにまとめることができる。
(1) 酸化銅付着試験より、許容溶存銅濃度を０〜０．１（ｍｇ／Ｌ）までと評価する。
(2) 現地導電率で銅濃度０．１（ｍｇ／Ｌ）は導電率１（μＳ／ｃｍ）に相当する。０．１（μＳ／ｃｍ）以下では逆に腐食量が上昇することから、酸化銅での観点による導電率の指針は「０．１以上１．０（μＳ／ｃｍ）以下」とする。
【００５３】
〔２−３．イオン交換樹脂選定について〕
［選定条件］
上述の通り、銅イオン濃度と導電率はほぼ線形の関係にあるから、導電率の維持が酸化銅析出の抑制に繋がる。そして、導電率の維持は、銅イオン溶出量とイオン交換樹脂交換能力に委ねられるから、以下では、イオン交換樹脂選定について説明する。
【００５４】
ここで、冷却水中に溶存するイオンのうち除去対象となるものは、樹脂劣化要因となる陽イオン成分として銅イオン（Ｃｕ2+）、陰イオン成分として炭酸水素イオン（ＨＣＯ3−）であることは、上述の純水分析結果から明らかである。その他にも純水導入時の残留成分、外部からの汚染成分等の原因による微量成分として、例えば、陽イオン成分としてナトリウムイオン（Ｎａ+）、カルシウムイオン（Ｃａ2+）が、陰イオン成分として塩化物イオン（Ｃｌ−）、硫酸イオン（ＳＯ42−）、硝酸イオン（ＮＯ3−）が存在しているものと考えられる。
【００５５】
酸化銅の析出を低減させるには銅イオン濃度を低いレベルに維持することが重要であり、また、低電導度を維持するためには上記外部からの混入が想定されるイオンを除去する必要がある。
【００５６】
［樹脂選定結果］
(1) 陽イオン交換樹脂
陽イオン交換樹脂は、銅管から溶出する銅イオンを捕捉・除去することが第一の目的となる。冷却水のｐＨはほぼ中性であり、このｐＨ域でイオン交換能力のある強酸性陽イオン交換樹脂（イオン交換基がスルホン酸基（Ｒ−ＳＯ3Ｈ）となっているもの）を使用するのが適切と言える。
【００５７】
強酸性陽イオン交換樹脂は下記式４に示される反応で、銅イオンを捕捉すると共に水素イオン（Ｈ+）を放出する。その他の微量成分であるイオンも強酸性陽イオン交換樹脂により除去が可能である。
（式４）
Ｒ−ＳＯ3（Ｈ）2  ＋  Ｃｕ2＋  →  Ｒ−（ＳＯ3）２Ｃｕ  ＋  ２Ｈ+
【００５８】
(2) 陰イオン交換樹脂
陰イオン交換樹脂は、主に空気中の二酸化炭素の溶込みにより生成する炭酸水素イオンの除去が第一の目的となる。炭酸水素イオンのような弱酸成分の除去には強塩基性陰イオン交換樹脂（イオン交換基が四級アンモニウム塩基（Ｒ−Ｎ（ＣＨ3）3ＯＨとなっているもの）を使用する必要がある。
【００５９】
強塩基性陰イオン交換樹脂は、下記式５に示される反応で、炭酸水素イオンを捕捉するとともに、水酸イオン（ＯＨ-）を放出する。強塩基陰イオン交換樹脂を使用する事により、塩化物イオン等の外部からの汚染成分も除去する事が可能である。
（式５）
Ｒ−Ｎ（ＣＨ3）3ＯＨ  ＋  ＨＣＯ3  →  Ｒ−Ｎ（ＣＨ3）3ＨＣＯ3  ＋  ＯＨ−
【００６０】
(3) 配合比
冷却水の水質は、ほぼ中性（pH７）で保つことが望ましい。この前提においては除去対象イオンである銅イオンと炭酸水素イオンは、イオンの価数がバランスした状態で共存していることになる。よって低電導度を維持し、且つ冷却水の水質を良好に維持するためには、陽イオンと陰イオン交換樹脂の交換容量（除去可能なイオンの価数の総量）比は１：１の配合とすることが有効である。
【００６１】
また、上記式４及び５に示したイオン交換反応の結果、水素イオンもしくは水酸イオンが放出されることから、どちらかのイオン交換樹脂が過多になるとｐＨのバランスが崩れ、冷却水は酸性もしくはアルカリ性になり、電導度、銅の腐食等に悪影響を及ぼすことが懸念される。この観点からも陽イオンと陰イオン交換樹脂の配合比率は、「１：１（交換容量比）」とするのが適切と言える。
【００６２】
このように、強酸性陽イオン交換樹脂と強塩基性陰イオン交換樹脂を１：１の交換容量比で混合したものである。混合した状態で使用することから樹脂塔が一つで良く設備投資が少なくてすむこと、また、樹脂塔内で上記式４及び５のイオン交換反応を無数に繰り返すことになるので、きわめて高純度の純水を得ることができる。
【００６３】
〔３．効果〕
以上のような本実施形態によれば、冷却水内の溶存酸素と結合して酸化銅を析出させ、この酸化銅が皮膜となって銅管内面等に付着することにより、冷却効果を低減させ、これにより、冷却銅管の局部加熱、クリープ破壊、熱疲労破壊を発生させることとなる銅イオンを、イオン交換器によって除去することによって、冷却効果を毀損せず、また、冷却水装置の長寿命化を図ることが可能となる。また、従来、銅管内面等の酸化銅除去は、フラッシングによって行うしかなかったが、本発明では、これをイオン交換器によって行うことができるので、簡易な保守点検が可能となる。
【００６４】
冷却水中の溶存銅濃度と導電率とは線形の相関関係を有するから、冷却水中の導電率を測定しこれを指標とすることで、冷却水中の溶存銅濃度を把握することができる。これにより、冷却水中の銅濃度の管理が可能となり、冷却装置の冷却効果を維持することができるとともに、装置の長寿命化を図ることができるようになる。
【００６５】
冷却水系統を閉回路とすることにより、外来イオンの混入により、導電率が上昇する等の、冷却水中の溶存銅濃度と導電率との相関関係を毀損する要因を除去することにより、溶存銅濃度の正確に把握することができるようになる。
【００６６】
強酸性陽イオン樹脂によって冷却水中の銅イオンを捕捉するとともに、強塩基性陰イオンによって冷却水中に浸入した外部からの汚染成分等、例えば、空気中の二酸化炭素の溶込みによる生成される炭酸水素イオン等の除去が可能となる。また、これらのイオン交換樹脂を１対１の割合で混合したことにより、冷却水の水質をほぼ中性に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施形態に係る冷却水装置の基本構成を示す図。
【図２】本発明の実施形態における実験装置の構成を示す図。
【図３】本発明の実施形態における溶存銅イオン濃度に対する酸化銅膜厚の増加量を示すグラフ。
【図４】本発明の実施形態における温度に対する酸化銅膜厚の増加量を示すグラフ。
【図５】本発明の実施形態における純水に硫酸銅を溶解させたときの銅イオン濃度と導電率の相関図。
【図６】本発明の実施形態における冷却水の銅イオン濃度を０．２（ｍｇ／Ｌ）としたときの銅イオン濃度と導電率の相関図。
【図７】本発明の実施形態における各設備の冷却水における銅イオン濃度と導電率との関係を示すグラフ。
【図８】銅管内の酸化銅析出の概念図。
【符号の説明】
【００６８】
１…冷却水装置
２…誘導加熱装置
３…熱交換器
４…純水タンク
５…ポンプ
６…交換手段
６ａ，６ａ'…プレフィルタ
６ｂ，６ｂ'…イオン交換器
６ｃ，６ｃ'…ポストフィルタ
７…導電率計
８…モニタ
【図１】
2006312154.tif 000009
【図２】
2006312154.tif 000010
【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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