(57)【要約】  【課題】  水の含有成分を基本的に変化させることなくカルシウム系スケールの析出を抑制し、防止し、また析出したスケールを除去することができるスケール防止方法及びその装置を提供する。  【解決手段】  浴槽１の中の温水は配管１０を通じて循環する。配管１０には水循環ポンプ１２、開閉弁４２、ろ過器４０、熱交換器４１、及び流量調整弁１５が配置されている。流量調整弁１５と開閉弁４２を閉め切り、給水弁４４を開くと、給水管４３の水圧でろ過器４０の内圧が上昇する。ここでろ過器４０に二酸化炭素を投入すると、二酸化炭素は水中に溶解し、ろ過器４０の内部のカルシウム系スケールも水中に溶解する。排水管４５の排水弁４６を開けば、スケールの溶解した水を水循環システム系外に排出することができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管中に圧力付与区間を設け、この圧力付与区間において水中に二酸化炭素を溶解させることを特徴とするスケール抑制・除去方法。
【請求項２】
配管中に圧力付与区間を形成する手段と、前記圧力付与区間内の圧力を所定値に高める圧力付与手段と、前記圧力付与区間内の水に二酸化炭素を投入する二酸化炭素投入手段とを備えることを特徴とするスケール抑制・除去装置。
【請求項３】
前記圧力付与区間内の圧力を測定し、その測定結果に基づき前記二酸化炭素投入手段による二酸化炭素投入量を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項２に記載のスケール抑制・除去装置。
【請求項４】
前記圧力付与区間は水循環システム又は水置換システムの配管中に設定されることを特徴とする請求項２又は３に記載のスケール抑制・除去装置。
【請求項５】
前記圧力付与区間は水循環システムの配管中に設定されるものであり、水循環ポンプが前記圧力付与手段を構成することを特徴とする請求項２又は３に記載のスケール抑制・除去装置。
【請求項６】
前記圧力付与区間に接続された給水管が圧力付与手段を構成することを特徴とする請求項２又は３に記載のスケール抑制・除去装置。
【請求項７】
前記圧力付与区間は水循環システムの配管中に設定されるものであり、循環水をろ過するろ過器をその中に含み、このろ過器の上流側に接続された給水管が圧力付与手段を構成するとともに、ろ過器の下流側にはろ過器を通った水を水循環システム系外に排出可能な排水管が接続されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のスケール抑制・除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は配管中のスケールを抑制・除去を行う方法及びその装置に関する。なお本明細書において「配管」の語は、水を通すパイプだけでなく、そのパイプが接続された機器も含めた、水の流路を構成する要素全般を指すものとする。
【背景技術】
【０００２】
温浴施設やプール・水系設備など、温水や水を扱うシステムにおいては、スケール、特にカルシウムを主成分とするスケールの発生を避けることができない。地下水には地中の圧力でカルシウムが二酸化炭素と共に重炭酸カルシウムとして溶け込み、カルシウムイオン、炭酸水素イオンとして存在する。この水が地上に出ると、二酸化炭素が大気中に放出され、残ったカルシウムは炭酸カルシウムとして析出する。また温浴施設やボイラでは水中のカルシウムが濃縮や昇温などで析出し、パイプ内部、浴槽、熱交換器、ポンプ、ろ過器などにスケールとして付着する。日本に多い炭酸泉や炭酸水素塩泉ではとりわけカルシウムのスケールが生じやすく、深刻な問題となる。
【０００３】
システムの機能がスケールによって損なわれないよう、スケールの析出を防止し、また析出したスケールを除去する必要がある。伝統的なスケール除去方法は、スケールを物理的にこそぎ取ったり、酸で溶解する（酸洗）といったものであったが、これ以外にも様々なスケール対策の方法及び装置が開発されている。その例を特許文献１、２に見ることができる。
【０００４】
特許文献１には石灰質や鉄質を含む温泉水に永久磁石による磁気処理とイオン封鎖剤（塊状のポリリン酸ナトリウム）による処理を施してスケール防除をする方法及び装置が開示されている。
【０００５】
特許文献２には泉源から取り出した温泉水に電場印加処理を施してスケール化傾向を低減する温泉水系のスケール防止装置及びスケール防止方法が開示されている。
【特許文献１】特開平６−２３３９３号公報（第３頁−第４頁、図１−図２）
【特許文献２】特開２００２−２１９４９０号公報（第２頁−第５頁、図１−図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された方法及び装置はスケールを処理するのに磁化器とイオン封鎖液注入手段が必要であり、処理内容と装置構成が複雑である。またイオン封鎖剤のコストがかかる他、イオン封鎖剤が温泉水に混入するため温泉成分が変化するという問題がある。
【０００７】
特許文献２に開示された装置及び方法は電場によって温泉水を処理するというものであり、薬剤の使用を伴わないので温泉成分が変化しない。ただ、その処理によってもたらされるものはスケール化傾向の低減に留まり、スケールの析出をゼロにすることは難しいうえ、一旦析出してしまったスケールをこの手法で除去することはできない。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、水の含有成分を基本的に変化させることなくカルシウム系スケールの析出を抑制し、防止し、また析出したスケールを除去することができるスケール抑制・除去方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記目的を達成するため、本発明のスケール抑制・除去方法は、配管中に圧力付与区間を設け、この圧力付与区間において水中に二酸化炭素を溶解させることを特徴としている。
【００１０】
この構成によると、水中に二酸化炭素を投入することにより、水中のカルシウムをイオンの状態にとどめ、炭酸カルシウムとして析出させないようにすることができる。また、一旦析出した炭酸カルシウムを溶解してイオンの状態に戻すことができる。これによりカルシウム系スケールの析出を抑制し、防止し、析出したスケールを除去できる。そして、二酸化炭素の投入を圧力付与区間で行うことにより、二酸化炭素の溶解量を上記作用の現出に足るものとすることができる。
【００１１】
（２）上記目的を達成するため、本発明のスケール抑制・除去装置は、配管中に圧力付与区間を形成する手段と、前記圧力付与区間内の圧力を所定値に高める圧力付与手段と、前記圧力付与区間内の水に二酸化炭素を投入する二酸化炭素投入手段とを備えることを特徴としている。
【００１２】
この構成によると、圧力付与区間の水中に二酸化炭素投入手段が二酸化炭素を投入することにより、水中のカルシウムをイオンの状態にとどめ、炭酸カルシウムとして析出させないようにすることができる。また、一旦析出した炭酸カルシウムを溶解してイオンの状態に戻すことができる。そして、圧力付与手段が圧力付与区間の圧力を所定値に高めることにより、二酸化炭素の溶解量を上記作用の現出に足るものとすることができる。
【００１３】
（３）また本発明は、上記構成のスケール抑制・除去装置において、前記圧力付与区間内の圧力を測定し、その測定結果に基づき前記二酸化炭素投入手段による二酸化炭素投入量を制御する制御装置を備えることを特徴としている。
【００１４】
この構成によると、制御装置に圧力測定結果に基づき二酸化炭素の投入量制御を行わせ、二酸化炭素の溶解量がその圧力下における適正値となるように調整することができる。
【００１５】
（４）また本発明は、上記構成のスケール抑制・除去装置において、前記圧力付与区間は水循環システム又は水置換システムの配管中に設定されることを特徴としている。
【００１６】
この構成によると、水を循環させるための配管、あるいは新しい水を注いで水を置換するための配管に対しスケール析出の抑制、防止機能を働かせ、析出してしまったスケールはこれを除去して、配管の機能を長期にわたり維持できる。
【００１７】
（５）また本発明は、上記構成のスケール抑制・除去装置において、前記圧力付与区間は水循環システムの配管中に設定されるものであり、水循環ポンプが前記圧力付与手段を構成することを特徴としている。
【００１８】
この構成によると、水循環システムに不可欠な水循環ポンプをそのまま圧力付与手段とすることができ、別途圧力付与手段を設ける必要がなく、構成の簡素化及び装置コスト低減を図ることができる。
【００１９】
（６）また本発明は、上記構成のスケール抑制・除去装置において、前記圧力付与区間に接続された給水管が圧力付与手段を構成することを特徴としている。
【００２０】
この構成によると、給水圧により圧力を得るから、圧力付与手段としてポンプなどを設ける必要がなく、構成が簡素化され、装置コストも低減できる。
【００２１】
（７）また本発明は、上記構成のスケール抑制・除去装置において、前記圧力付与区間は水循環システムの配管中に設定されるものであり、循環水をろ過するろ過器をその中に含み、このろ過器の上流側に接続された給水管が圧力付与手段を構成するとともに、ろ過器の下流側にはろ過器を通った水を水循環システム系外に排出可能な排水管が接続されていることを特徴としている。
【００２２】
この構成によると、スケールが特に析出しやすいろ過器に対しスケール析出の抑制、防止機能を働かせ、析出してしまったスケールはこれを除去して、水循環システム中のろ過器の機能を長期にわたり維持できる。しかもろ過器に圧力を与えるのは給水管であり、ポンプを使用していないので構成が簡素化され、装置コストも低減できる。またろ過器からスケールを除去した水は排水管を通じて水循環システム系外に排出可能なので、水循環システム内の水に含まれるカルシウムの量そのものを低減することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、圧力を加えた水の中に人為的に二酸化炭素を投入することにより、水中のカルシウムのイオンの状態に保ち、炭酸カルシウムとして析出させないようにすることができる。またスケールとして析出してしまった炭酸カルシウムはこれを溶解してイオンの状態に戻すことができる。このように二酸化炭素という自然界に普遍的に存在する物質を用いてカルシウム系スケールの抑制、防止、除去を行うものであるから、環境に悪影響を与えることがない。また水に通常含まれる以上の二酸化炭素は、水が大気圧に戻ればそこから抜け出すので、水中の温泉成分を変化させることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の第１実施形態を図１に基づき説明する。図１は循環式温浴システムのシステム構成図である。
【００２５】
第１実施形態の温浴システムは浴槽１を備える。浴槽１には内部の温水が少なくなったり温度が下がったときに足し湯をする給水栓２と、給水栓２に温水を供給する給水管３が付属している。浴槽１内の温水はループ状の配管１０を通じて循環する。すなわち浴槽１と配管１０は１個の水循環システムを構成する。
【００２６】
配管１０の中には、循環流の流れに沿って、開閉弁１１、ストレーナ１２、水循環ポンプ１３、投入槽１４、及び流量調整弁１５が配置されている。水循環ポンプ１３から流量調整弁１５までの区間が圧力付与区間１６となる。すなわち水循環ポンプ１３と流量調整弁１５は配管１０の中に圧力付与区間１６を形成する手段として機能する。
【００２７】
圧力付与区間１６の中の温水に、二酸化炭素投入手段２０により人為的に二酸化炭素を投入する。二酸化炭素投入手段２０の基幹をなすのは二酸化炭素供給源である二酸化炭素ボンベ２０である。二酸化炭素ボンベ２０には投入槽１４に二酸化炭素を供給するための二酸化炭素供給配管２１が接続されている。二酸化炭素供給配管２１の中には上流側より順に減圧弁２２、流量計２３、流量調整弁２４、及び逆止弁２５が配置されている。
【００２８】
投入槽１４は循環水の入口及び出口と二酸化炭素の入口を除き密閉されており、内圧を高められる構造になっている。その内圧を測定するため、投入槽１４には圧力計２６が設置される。他方二酸化炭素ボンベ２０にも、二酸化炭素の供給圧を測定するための圧力計２７が設置される。
【００２９】
減圧弁２２は開度を電動で調整可能であり、圧力計２６は測定結果を電気信号として出力可能である。圧力計２６からの信号を受け、制御装置３０が減圧弁２２の開度を調整する。
【００３０】
第１実施形態の温浴システムは次のように運転される。開閉弁１１を開き、水循環ポンプ１３を運転すると、配管１０に矢印のような温水の循環が生じる。この時、流量調整弁１５が抵抗となるので、水循環ポンプ１３が圧力付与手段として働き、圧力付与区間１６の圧力が上昇する。投入槽１４の内圧も上昇する。所定の内圧に到達したところで、圧力計２６からの信号を受け、制御装置３０が減圧弁２２の開度を調整して二酸化炭素を投入槽１４の中の温水に投入する。
【００３１】
水中のカルシウムイオン（Ｃａ2+）は、水酸イオン（ＯＨ-）と結合することにより、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）となって析出する。
Ｃａ2+  ＋  ２ＯＨ-  ＋  ＣＯ2  →  ＣａＣＯ3  ＋  Ｈ2Ｏ
ここに二酸化炭素（ＣＯ2）が投入されると、次の反応が生じる。
ＣａＣＯ3  ＋  ＣＯ2  ＋  Ｈ2Ｏ  →  Ｃａ2+  ＋  ２ＨＣＯ-3
すなわち炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）がイオンの状態に戻った訳である。このようにカルシウムがイオンの形にとどまる限り、炭酸カルシウムとなって析出することはない。
【００３２】
カルシウムがイオンの形で存在する水から二酸化炭素が放出されると、次の反応が生じる。
Ｃａ2+  ＋  ２ＨＣＯ-3  →  ＣａＣＯ3  ＋  ＣＯ2↑  ＋  Ｈ2Ｏ
水中の炭酸カルシウムと遊離炭酸（二酸化炭素ＣＯ2）は、次式のように炭酸水素カルシウム（Ｃａ（ＨＣＯ3）2）と平衡する。
【数１】
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すなわち炭酸水素カルシウム（Ｃａ（ＨＣＯ3）2）の溶存に足る二酸化炭素（ＣＯ2）を人為的に投入することにより、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）を溶解することができる。
【００３３】
大気圧では、炭酸カルシウムの溶解量が０．２ｇ／Ｌ程度になったところで飽和してしまう。圧力を増せば二酸化炭素の溶解量が増し、炭酸カルシウムの溶解も飛躍的に向上する。これにより、カルシウム系スケールの抑制、防止、除去という、目的とする作用を現出させることができる。
【００３４】
二酸化炭素の溶解度はヘンリーの法則（一定の温度で一定量の液体に溶解する気体の量はその気体の圧力（分圧）に比例する）に従う。すなわち圧力が判明すれば二酸化炭素の溶解量も判明する。この原理を応用し、制御装置３０は圧力計２６の測定値に基づき減圧弁２２を制御して、二酸化炭素の溶解量がその圧力下における適正値となるように調整する。なお投入槽１４の限界内圧は、例えば０．２Ｍｐａといった値に設定できる。
【００３５】
圧力下で二酸化炭素を溶解し、カルシウムをイオン化した水を浴槽１に噴き込んでやると、大気圧への減圧により水から二酸化炭素が抜け、水中に炭酸カルシウムが析出する。析出した炭酸カルシウムは石灰華となり、温水は白濁する。これにより、いかにも温泉らしい雰囲気を醸し出すことができる。
【００３６】
なお圧力とは別に、水中のｐＨを測定することができれば、そのｐＨ値から水中の遊離炭酸の量を推定し、二酸化炭素投入の成果を評価することができる。
【００３７】
続いて、本発明の第２実施形態を図２に基づき説明する。図２は循環式温浴システムのシステム構成図である。
【００３８】
第１実施形態は、発明の基礎原理を説明するのに必要な要素によりシステムが構成されていた。第２実施形態ではより現実的なシステム構成となっている。説明の重複を避けるため、第１実施形態と共通する構成要素には第１実施形態の説明で付したのと同じ符号を付し、説明は省略する。なお、第３実施形態においても同様の説明省略を行う。
【００３９】
第１実施形態で投入槽１４のあった場所に第２実施形態ではろ過器４０が置かれている。ろ過器４０は珪砂やセラミック粒などのろ材により水中の夾雑物をろ過する。また第１実施形態では足し湯により浴槽１内の温水温度を調整するものとしていたが、第２実施形態ではろ過器４０と流量調整弁１５の間に熱交換器４１を設け、ボイラ等と熱交換を行って循環する温水の温度を高めるようにしている。給水栓２は浴槽１に冷水を注いで温水の温度をさますのに使う。
【００４０】
第２実施形態の温浴システムは、第１実施形態の温浴システムにはなかった、次の構成を備えている。まず、水循環ポンプ１３とろ過器４０の間に開閉弁４２が配置される。開閉弁４２の下流側と、給水栓２に給水する給水管３とを給水管４３で連結する。給水管４３には給水弁４４が配置される。またろ過器４０の下流側と熱交換器４１の間には排水管４５を接続する。排水管４５には排水弁４６と排水量調整弁４７が接続されている。
【００４１】
第２実施形態の温浴システムは次のように運転される。開閉弁１１、４２を開き、水循環ポンプ１３を運転すると、配管１０に矢印のような温水の循環が生じる。熱交換器４１による循環水の加熱と、給水栓２からの差し水により、浴槽１内の温水温度を入浴に適するレベルに保つ。この時は制御装置３０は減圧弁２２を閉じており、二酸化炭素の投入を行わない。給水弁４４も閉じている。
【００４２】
この温浴システムにおいて、カルシウム系スケールが析出し、沈着するのは、圧倒的にろ過器４０の中のろ材に対してである。そこで、適当なタイミングを見計らってろ過器４０の内部のスケール除去を実施する。これは次のようにして行う。
【００４３】
温浴施設の営業時間が終わり、水循環ポンプ１３の運転を停止したところで、開閉弁４２と流量調整弁１５を閉め切る。第２実施形態では、開閉弁４２と流量調整弁１５が配管１０内に圧力付与区間１６を形成する。ここで給水弁４４を開くと、給水管４３の水圧が圧力付与区間１６に伝わり、圧力付与区間１６の圧力が上昇する。すなわち給水管４３と給水弁４４がこの場合の圧力付与手段ということになる。
【００４４】
ろ過器４０の内圧が高まったところで、制御装置３０が減圧弁２２を開き、ろ過器４０に二酸化炭素を投入する。ろ過器４０の中の水に二酸化炭素が溶解すると、析出していた炭酸カルシウムも溶解する。
【００４５】
ここで排水弁４６を開く。すると、炭酸カルシウムを溶解した水が排水管４５を通って循環システムの系外に排出される。排水量調整弁４７の絞り度を調整することにより、ろ過器４０の内圧を所定値にまで上昇させることができる。ろ過器４０の内部のスケールが十分に除去されるまで、流量調整弁１５及び開閉弁４２の閉弁、給水弁４４及び排水弁４６の開弁、及び減圧弁２２の開弁を続ける。
【００４６】
この構成によると、ろ過器４０に圧力を与えるのは給水管４３なので、簡素でコスト安のシステムとすることができる。またろ過器４０からスケールを除去した水は排水管４５を通じて循環システム系外に排出できるので、水循環システム内の水に含まれる水に含まれるカルシウムの量そのものを低減することができる。
【００４７】
次に本発明の第３実施形態を図３に基づき説明する。図３は掛け流し式温浴システム、すなわち水を循環させるのでなく新しい水を注いで水を置換する水置換方式温浴システムの構成図である。
【００４８】
第３実施形態の温浴システムは、循環用の配管に代え、源泉から投入槽１４まで温泉水を汲み上げる配管５０と、投入槽１４から浴槽１の給水栓２に置換用の温泉水を給水する配管５１を備えている。配管５０には開閉弁１１、ストレーナ１２及び吸水ポンプ５２が配置される。配管５１には流量調整弁１５が配置される。給水栓２から出た温泉水は循環されることなく掛け流される。汲み上げた温泉水の温度が低い場合には、配管５０又は配管５１に熱交換器を配置して温泉水を加熱する。
【００４９】
第３実施形態では吸水ポンプ５１から流量調整弁１５までの区間が圧力付与区間１６となる。この圧力付与区間１６の中で投入槽１４に二酸化炭素を投入することにより、スケールの抑制、防止、除去が行われる。またカルシウムをイオン化した温泉水を浴槽１に注いで浴槽１の温水を白濁化することができる。なお流量調整弁１５をわざわざ設けることなく、給水栓２をもって流量調整弁１５の役割をさせてもよい。
【００５０】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。例えば、上記実施形態はいずれも温浴システムに係るものであったが、発電用蒸気発生装置などの熱水システム、あるいはプールなどの冷水システムでも本発明は効果を発揮する。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、温水、熱水、又は冷水を扱うシステムのスケール防止に広く利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る温浴システムのシステム構成図
【図２】本発明の第２実施形態に係る温浴システムのシステム構成図
【図３】本発明の第３実施形態に係る温浴システムのシステム構成図
【符号の説明】
【００５３】
１    浴槽
３    給水管
１０  配管
１３  水循環ポンプ
１５  流量調整弁
１６  圧力付与区間
２０  二酸化炭素ボンベ
２２  減圧弁
２６  圧力計
３０  制御装置
４０  ろ過器
４１  熱交換器
４２  開閉弁
４３  給水管
４４  給水弁
４５  排水管
４６  排水弁
【図１】
2006167669.tif 000004
【図２】
2006167669.tif 000005
【図３】
2006167669.tif 000006