(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯ２：４５〜７５重量％、Ａｌ２Ｏ３：７．５〜２０重量％およびＦｅ：３〜１５重量％を含有すると共にＣａとＮａとＭｇとＫを合計量で５〜２２重量％含有してなるセラミック材と、金属銅および／または金属銀との双方に処理水を接触させるように構成され、
上記処理水を流通させる流路が金属銅および／または金属銀の壁によって構成され、上記流路内に粒状に形成された上記セラミック材が充填され、上記流路の内径は上記セラミック材の外径の２.５倍以上に設定され、上記流路の長さは上記セラミック材の外径の５０倍以上に設定されていることを特徴とする循環水の浄化装置。
【請求項２】
ＳｉＯ２：４５〜７５重量％、Ａｌ２Ｏ３：７．５〜２０重量％およびＦｅ：３〜１５重量％を含有すると共にＣａとＮａとＭｇとＫを合計量で５〜２２重量％含有してなるセラミック材と、金属銅および／または金属銀との双方に処理水を接触させる際に、
上記処理水を流通させる流路を金属銅および／または金属銀の壁によって構成し、上記流路内に粒状に形成された上記セラミック材を充填し、上記流路の内径を上記セラミック材の外径の２.５倍以上に設定し、上記流路の長さを上記セラミック材の外径の５０倍以上に設定することを特徴とする循環水の浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クーリングタワー水、工業用水等の循環浄化等に有効な循環水の浄化装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、クーリングタワー等の循環水は、下記の特許文献１に開示されたように、次亜塩素酸等の薬剤の投入等により浄化することが行われているほか、濾過や沈殿による浄化が行われていた。また、トルマリンやセラミックスをステンレスのケースに詰め、ケース内に処理水を通過させるもの等が用いられていた。
【特許文献１】特開２００３−１７０１７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、薬剤投入による浄化では、薬剤の濃度が低下すると浄化効果も比例して低下するため、安定した浄化効果を得難い。浄化効果を安定させるためには、定期的な薬剤投入をしなければならず、薬剤費やメンテナンス費等のランニングコストがかかる。また、濾過や沈殿では、有機物の除去や殺菌が充分に行われず、配管内壁に有機物の被膜が付着して熱交換効率が低下するという問題がある。さらに、屋外設置のクーリングタワーでは、砂や埃等に含まれるシリカが循環水中に混入し、循環槽や配管の内壁にスケールとなって付着するという問題があり、従来の薬剤投入や濾過・沈殿等の方法では、スケール付着の問題が解決されるものはなかった。
【０００４】
本発明は、上記のような事情に鑑みなされたもので、安定した殺菌効果により薬剤投入を不要とし、有機物膜やスケールの付着を防止しうる循環水の浄化装置および方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の循環水の浄化装置は、ＳｉＯ２：４５〜７５重量％、Ａｌ２Ｏ３：７．５〜２０重量％およびＦｅ：３〜１５重量％を含有すると共にＣａとＮａとＭｇとＫを合計量で５〜２２重量％含有してなるセラミック材と、金属銅および／または金属銀との双方に処理水を接触させるように構成され、
上記処理水を流通させる流路が金属銅および／または金属銀の壁によって構成され、上記流路内に粒状に形成された上記セラミック材が充填され、上記流路の内径は上記セラミック材の外径の２.５倍以上に設定され、上記流路の長さは上記セラミック材の外径の５０倍以上に設定されていることを要旨とする。
【０００６】
また、上記目的を達成するため、本発明の循環水の浄化方法は、ＳｉＯ２：４５〜７５重量％、Ａｌ２Ｏ３：７．５〜２０重量％およびＦｅ：３〜１５重量％を含有すると共にＣａとＮａとＭｇとＫを合計量で５〜２２重量％含有してなるセラミック材と、金属銅および／または金属銀との双方に処理水を接触させる際に、
上記処理水を流通させる流路を金属銅および／または金属銀の壁によって構成し、上記流路内に粒状に形成された上記セラミック材を充填し、上記流路の内径を上記セラミック材の外径の２.５倍以上に設定し、上記流路の長さを上記セラミック材の外径の５０倍以上に設定することを要旨とする。
【発明の効果】
【０００７】
すなわち、本発明は、上述したセラミック材に処理水を接触させることにより、循環槽や配管の内壁に付着するシリカや炭酸カルシウム等からなる無機スケールや錆びを大幅に抑制することが可能となる。この理由については必ずしも明らかではないが、処理水が還元水に変化して溶解能力が高くなる結果、砂や埃等に含まれるシリカの溶解度も高くなってスケールの付着が抑制されるものと考えられる。しかも、処理水が還元水に変化する結果好気性菌の繁殖も抑制されるうえ、金属銅および／または金属銀に処理水を接触させることにより、銅イオンおよび／または銀イオンの溶出があるため殺菌能力も付与され、薬剤投入を行わなくても安定した浄化効果が得られ、配管内壁への有機物被膜の付着も大幅に低減できる。したがって、薬剤投入によるランニングコストが不要になり、有機物被膜による熱交換効率の低下も大幅に改善し、電力費も大幅な節減が可能となる。
【０００８】
本発明において、上記処理水を流通させる流路が金属銅および／または金属銀の壁によって構成され、上記流路内に粒状に形成された上記セラミック材が充填され、上記流路の内径は上記セラミック材の外径の２.５倍以上に設定され、上記流路の長さは上記セラミック材の外径の５０倍以上に設定されている場合には、上述したスケール付着の抑制や殺菌効果を効率的に得ることが可能となる。すなわち、充分な銅イオンを溶出させて殺菌効果を得るためには、金属銅および／または金属銀との接触面積をある程度大きなものにしなければならない。また、充分にスケール付着を抑制するためには、セラミック材との接触時間を確保しなければならない。そこで、金属銅および／または金属銀の壁で構成した流路にセラミック材を充填して、その流路に処理水を通過させることで、金属銅および／または金属銀ならびにセラミック材と処理水との接触を確保することができる。また、上記流路の内径をセラミック材の外径の２.５倍以上に設定し、上記流路の長さをセラミック材の外径の５０倍以上に設定することにより、金属銅および／または金属銀と処理水との接触面積を充分に確保でき、かつ、セラミック材と処理水との接触時間を充分に確保することが可能となる。
【０００９】
本発明において、上記処理水が冷却装置用の循環水であり、上記冷却装置１０冷却トンあたり、処理水と接触するセラミック材の表面積を９００ｃｍ２以上、処理水と接触する金属銅および／または金属銀の表面積を６００ｃｍ２以上に設定した場合には、上述したスケール付着の抑制や殺菌効果を効率的に得ることが可能となる。すなわち、充分な銅イオンを溶出させて殺菌効果を得るためには、金属銅および／または金属銀との接触面積をある程度大きなものにしなければならない。また、充分にスケール付着を抑制するためには、セラミック材との接触時間を確保しなければならない。そこで、処理水と接触するセラミック材の表面積を９００ｃｍ２以上、処理水と接触する金属銅および／または金属銀の表面積を６００ｃｍ２以上に設定することにより、スケール付着の抑制や殺菌効果を効率的に得ることが可能となるのである。
【００１０】
ここで、１冷却トン（ＲＴ）とは、１冷凍トンの冷凍機を運転するために必要な冷却塔（冷却装置）の能力すなわち、空調用（圧縮冷凍機対象）として日本冷却塔工業会が決定しているもので、標準温度条件として、入口水度３７℃、出口水温３２℃、入口空気湿球温度２７℃、循環水量１３リットル／分のときに下記の式で表されるものである。
１ＲＴ＝（３７−３２）×１３×１×６０＝３９００（Ｋｃａｌ／時間．Ｒｔ）
【００１１】
なお、冷凍トンとは０℃、１ＴＯＮの水を２４時間で０℃、１ＴＯＮの氷にするために熱を奪う能力であり（日本冷凍トン）、下記の式で表されるものである。
１冷凍トン＝７９．７（Ｋｃａｌ／Ｋｇ）×１０００／２４（時間）
＝３３２０（Ｋｃａｓｌ／時間）
※７９．７（Ｋｃａｌ／Ｋｇ）は凝固熱
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
つぎに、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１３】
図１は、本発明が適用された循環水の浄化装置の第１実施形態を示す図である。
【００１４】
この装置は、流路構成ユニット２の内部に形成された流路３内にセラミック材１が充填されて構成されている。そして、クーリングタワー等の循環水を処理水として流入口４から導入し、処理済みの浄化水を流出口５から排出して再び循環させるものである。
【００１５】
上記セラミック材１は、ＳｉＯ２：４５〜７５重量％、Ａｌ２Ｏ３：７．５〜２０重量％およびＦｅ：３〜１５重量％を含有すると共にＣａとＮａとＭｇとＫを合計量で５〜２２重量％含有してなるものである。
【００１６】
上記セラミック材１は均質に一体成形しても良いが、少なくとも表面がこのようなセラミックで形成されていればよいので、高温に耐える種々の基材の表面に釉薬（上薬）を塗布し、これを焼成することによって少なくとも表面を所定のセラミックで形成することができる。
【００１７】
このようなセラミック組成物の例として、具体的には花崗岩を主成分とするものを採用できる。花崗岩の組成は、例えばＮａ２Ｏ：１.０〜２.５重量％、ＭｇＯ：１.０〜２.５重量％、Ａｌ２Ｏ３：１３〜２０重量％、ＳｉＯ２：５５〜７０重量％、ＳＯ３：１.０〜２.０重量％、Ｋ２Ｏ：３〜４重量％、ＣａＯ：２〜４重量％、ＴｉＯ２：０.５〜１.２重量％および鉄酸化物：７〜１５重量％である。
【００１８】
上記セラミック材１は、球状等の粒状に形成するのが好ましい。球状のセラミック材１に形成するには、例えば直径３〜１２ｍｍ程度の球状粒に形成したものを採用できる。また、無機質の発泡体や焼結体を基材として用いる場合は、通気孔２０μｍ〜１ｍｍ程度の連通気孔を有する多孔質材であることが好ましい。
【００１９】
また、上記セラミック材１は、釉薬として、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓ、Ｋ、Ｃａ、ＴｉおよびＦｅを主成分として酸化物換算で９５重量％以上含有する鉱物微粉１００重量部、リン化チタン（ＴｉＰ）１〜４重量部、酸化マンガン３〜５重量部および磁鉄鉱１〜２重量部を含んだ表面層を形成したセラミック組成物を採用することができる。
【００２０】
図２は流路構成ユニット２を示す分解斜視図である。
【００２１】
上記流路構成ユニット２は、円筒状のケース部材７と、上記ケース部材７の両端開口にそれぞれ取り付けられる蓋部材８，９と、上記ケース部材７内に収容される第１〜第５仕切板１１，１２，１３，１４，１５とから構成されている。上記流路構成ユニット２を構成するケース部材７、蓋部材８，９、第１〜第５仕切板１１，１２，１３，１４，１５は、それぞれ金属銅および／または金属銀から形成されたものである。
【００２２】
上記流路構成ユニット２は、第１〜第５仕切板１１，１２，１３，１４，１５を組み合わせた仕切板ユニット６がケース部材７内に収容され、両端の開口に蓋部材８，９が取り付けられて構成される。上記蓋部材８，９には、それぞれ流入口４と流出口５が形成されている。このとき、第１〜第５仕切板１１，１２，１３，１４，１５およびケース部材７で内部に形成される流路空間内にセラミック材１が充填される。そして、流入口４から流入した処理水が内部の流路空間内を通過して流出口５から排出される。
【００２３】
図３は、第１〜第５仕切板１１，１２，１３，１４，１５が組み合わさってなる仕切板ユニット６を示す図である。中央の図は正面図、右の図は右側面図、左の図は左側面図、上の図は平面図、下の図は底面図である。
【００２４】
上記第１〜第４仕切板１１，１２，１３，１４は、それぞれケース部材７と同じ長さの長方形状を呈しており、長手方向の両端部を揃えた状態で長手方向に延びる５つの空間をつくるように組み合わされている。第１仕切板１１の板面の幅方向の略中央部に第２仕切板１２の一端辺が固着され、その第２仕切板１２の板面の幅方向の略中央部に第３仕切板１３の一端辺が固着され、その第３仕切板１３の板面の幅方向の略中央部に第４仕切板１４の一端辺が固着され、その第４仕切板１４の板面の幅方向の略中央部に上記第１仕切板１１の一端辺が固着されている。
【００２５】
そして、４枚の第１〜第４仕切板１１，１２，１３，１４が組み合わさって中央に形成された長手方向に延びる四角形の空間の流入口４寄りの箇所に、第５仕切板１５が取り付けられている。そして、上記第１〜第５仕切板１１，１２，１３，１４，１５およびケース部材７により、中央空間の流入口４側に形成された第１流路Ａ、第４および第１仕切板１４，１１区画された第２流路Ｂ、第１および第２仕切板１１，１２で区画された第３流路Ｃ、第２および第３仕切板１２，１３で区画された第４流路Ｄ、第３および第４仕切板１３，１４で区画された第５流路Ｅ、中央空間の流出口５側に形成された第６流路Ｆの６つの流路が形成されている。
【００２６】
そして、上記第１仕切り板１１には、第１流路Ａと第２流路Ｂを連通させる第１開口２１が流入口４側に形成されるとともに、第２流路Ｂと第３流路Ｃを連通させる第２開口２２が流出口５側に形成されている。また、第２仕切板１２には、第３流路Ｃと第４流路Ｄを連通させる第３開口２３が流入口４側に形成され、第３仕切板１３には、第４流路Ｄと第５流路Ｅを連通させる第４開口２４が流出口５側に形成されている。さらに、上記第４仕切板１４には、第５仕切板１５の近傍に、第５流路Ｅと第６流路Ｆとを連通させる第５開口２５が形成されている。
【００２７】
これにより、流入口４から第１流路Ａに流入した処理水は、第１開口２１を通って第２流路Ｂに流入し、流出端側まで流れて第２開口２２を通り第３流路Ｃに流入する。ついで、第３流路Ｃを流入端側まで流れて第３開口２３を通って第４流路Ｄに流入し、流出端側まで流れて第４開口２４を通り第５流路Ｅに流入する。そして、第５流路Ｅを流入端近傍まで流れて第５開口２５を通って第６流路Ｆに流入し、第６流路を流出端まで流れ、流出開口５から排出されるのである。
【００２８】
このように、上記装置内は、セラミック材１と金属銅および／または金属銀が共存した環境であり、各流路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを流れる間に、流路空間に充填されたセラミック材１と処理水が接触するとともに、流路の内壁を構成する金属銅および／または金属銀と処理水が接触するのである。
【００２９】
ここで、上記各流路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの内径は、上記粒状のセラミック材１の外径の２.５倍以上に設定される。また、上記各流路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを合わせた流路の長さは上記セラミック材１の外径の５０倍以上に設定される。流路内径がセラミック材１外形の１．５倍未満であると、粒状のセラミック材１の流路内での充填率が低くなって必要以上に流路を長くしなければならず、装置自体が大型化してしまうからである。また、流路長さがセラミック材１外形の５０倍未満では、処理水を充分に還元水化するだけのセラミック材との接触が確保できないうえ、金属銅および／または金属銀である流路内壁との接触面積も充分に確保できないからである。なお、流路長さがセラミック材１径の５００倍を越えると、通水抵抗が増加して製造速度が低下して実用性が損なわれることがある。
【００３０】
上記装置により、例えば、処理水の通過速度を１０ｃｍ／秒以上、接触時間を１０秒以上、圧力０．２ＭＰａ以上に調整すれば、少量のセラミック材１で効率よく処理水を還元水化することができ、銅イオンを充分に溶出することができる。
【００３１】
また、上記処理水が冷却装置用の循環水であり、上記冷却装置１０冷却トンあたり、処理水と接触するセラミック材の表面積を９００ｃｍ２以上、処理水と接触する金属銅および／または金属銀の表面積を６００ｃｍ２以上に設定した場合には、上述したスケール付着の抑制や殺菌効果を効率的に得ることが可能となる。すなわち、充分な銅イオンを溶出させて殺菌効果を得るためには、金属銅および／または金属銀との接触面積をある程度大きなものにしなければならない。また、充分にスケール付着を抑制するためには、セラミック材との接触時間を確保しなければならない。そこで、処理水と接触するセラミック材の表面積を９００ｃｍ２以上、処理水と接触する金属銅および／または金属銀の表面積を６００ｃｍ２以上に設定することにより、スケール付着の抑制や殺菌効果を効率的に得ることが可能となるのである。
【００３２】
ここで、上記処理水と接触するセラミック材の表面積を９００ｃｍ２未満では、充分なスケール付着の抑制効果が得られない。また、処理水と接触する金属銅および／または金属銀の表面積を６００ｃｍ２未満では、充分な殺菌効果を得ることができない。
【００３３】
また、上記セラミック材の表面積は、スケール抑制効果からみれば大きい方がよいのであるが、あまりに大きく設定すると、セラミック材の粒径を小さくせなばならず、製造時のハンドリング設計時のパッケージングに支障をきたすほか、処理水を通過させるときの圧力損失も大きくなるので、９６００ｃｍ２以下程度に設定するのが好ましい。また。金属銅および／または金属銀の表面積も、殺菌効果からみれば大きい方がよいのであるが、あまりに大きくとりすぎると、ケーシング等が大型化してしまうため、２４００ｃｍ２以下程度に設定するのが好ましい。
【００３４】
図４は、本発明の循環水の浄化装置の第２例を示す。
【００３５】
この例は、流路構成ユニット２が、外筒３１と内筒３０の二重管構造を呈している。すなわち、円筒状の外筒３１内に同じく円筒状の内筒３０が同心状に配置され、流入口３２および流出口３３が形成された蓋部に内筒３０の一端部が固着されている。この状態で、上記内筒３０の他端部は、外筒３１の他端を塞ぐ蓋部との間に隙間が形成され、流入口３２から流入した処理水は、内筒３０内を通過して他端側で折り返し、外筒３１と内筒３０の間の通路を通って流出口３３から排出されるようになっている。なお、図において他端側には、セラミック材１を充填するための投入用開口３６が形成され、キャップ３５で塞がれている。
【実施例】
【００３６】
図１の装置によりクーリングタワーの循環水を浄化し、一般細菌数の測定と、スケールの付着状態の観察を行った。次亜塩素酸の薬剤投入による浄化と比較した。一般細菌数の測定結果を図５に示し、５ヶ月使用後のスケールの付着状態を図６に示す。
【００３７】
図５からわかるように、比較例では細菌数の増減が激しく、殺菌効果が安定していないのに対し、本発明では細菌数が低く安定しており、安定した殺菌効果が得られていることがわかる。図６からわかるように、比較例に比べて実施例は白いスケールの付着量が大幅に少ないことがわかる。
【００３８】
以上のように、本発明では、上述したセラミック材１に処理水を接触させることにより、循環槽や配管の内壁に付着するスケールを大幅に抑制することが可能となる。この理由については必ずしも明らかではないが、処理水が還元水に変化して溶解能力が高くなる結果、砂や埃等に含まれるシリカの溶解度も高くなってスケールの付着が抑制されるものと考えられる。しかも、処理水が還元水に変化する結果好気性菌の繁殖も抑制されるうえ、金属銅および／または金属銀に処理水を接触させることにより、銅イオンの溶出があるため殺菌能力も付与され、薬剤投入を行わなくても安定した浄化効果が得られ、配管内壁への有機物被膜の付着も大幅に低減できる。したがって、薬剤投入によるランニングコストが不要になり、有機物被膜による熱交換効率の低下も大幅に低下し、電力費も大幅な節減が可能となる。
【００３９】
また、上記処理水を流通させる流路が金属銅および／または金属銀の壁によって構成され、上記流路内に粒状に形成された上記セラミック材１が充填され、上記流路の内径は上記セラミック材１の外径の２.５倍以上に設定され、上記流路の長さは上記セラミック材１の外径の５０倍以上に設定したため、上述したスケール付着の抑制や殺菌効果を効率的に得ることが可能となる。すなわち、充分な銅イオンを溶出させて殺菌効果を得るためには、金属銅および／または金属銀との接触面積をある程度大きなものにしなければならない。また、充分にスケール付着を抑制するためには、セラミック材との接触時間を確保しなければならない。そこで、金属銅および／または金属銀の壁で構成した流路にセラミック材を充填して、その流路に処理水を通過させることで、金属銅および／または金属銀およびセラミック材と処理水との接触を確保することができる。また、上記流路の内径をセラミック材の外径の２.５倍以上に設定し、上記流路の長さをセラミック材の外径の５０倍以上に設定することにより、金属銅および／または金属銀と処理水との接触面積を充分に確保でき、かつ、セラミック材と処理水との接触時間を充分に確保することが可能となる。
【００４０】
なお、上述した説明では、処理水を流路構成ユニット２内に導入して内部の流路空間に充填されたセラミック材１および流路壁を構成する金属銅および／または金属銀と処理水を接触させるようにしたが、これに限定するものではなく、金属銅および／または金属銀から形成された板材やパイプ材等およびセラミック材１を内部に存在させた所定の貯留槽内に処理水を一時的に貯留して、この貯留の間に金属銅および／または金属銀とセラミック材１と処理水を接触させるようにしてもよい。
【００４１】
また、上述した説明では、流路構成ユニット２の流路壁を金属銅および／または金属銀で構成し、内部の流路にセラミック材１を充填し、上記流路に処理水を導入してセラミック材１および金属銅および／または金属銀と処理水を接触させるようにしたが、セラミックス１が充填されてセラミック材１と処理水を接触させるセラミック槽と、金属粒等を充填させて金属銅および／または金属銀と処理水とを接触させる金属槽とを別個に設けるようにすることもできる。
【００４２】
さらに、上述した説明では、金属銅および／または金属銀で流路壁を構成することにより金属銅および／または金属銀と処理水とを接触させるようにしたが、金属銅および／または金属銀を粉末状にし、金属銅および／または金属銀を混入して焼結したセラミック材を形成し、金属銅および／または金属銅ならびにセラミック材と処理水とを接触させるようにすることもできる。特に金属銀は高価であるため、有効な手段である。
【００４３】
また、上述した説明では、本発明をクーリングタワーの循環水の浄化に適用した例を示したが、これに限定するものではなく、ボイラや工業用冷却水等、各種の熱交換用循環水の浄化に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の循環水の浄化装置の第１例を示す断面図である。
【図２】上記循環水の浄化装置の流路構成ユニットを示す分解斜視図である。
【図３】上記循環水の浄化装置の流路構造を説明する図である。
【図４】本発明の循環水の浄化装置の第２例を示す断面図である。
【図５】一般細菌数の測定結果を示す図である。
【図６】スケールの付着状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  セラミック材
２  流路構成ユニット
３  流路
４  流入口
５  流出口
６  仕切板ユニット
７  ケース部材
８  蓋部材
９  蓋部材
１１  第１仕切板
１２  第２仕切板
１３  第３仕切板
１４  第４仕切板
１５  第５仕切板
２１  第１開口
２２  第２開口
２３  第３開口
２４  第４開口
２５  第５開口
３０  内筒
３１  外筒
３２  流入口
３３  流出口
３５  キャップ
３６  投入用開口
【図１】
0004660317.tif 000002
【図２】
0004660317.tif 000003
【図３】
0004660317.tif 000004
【図４】
0004660317.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004660317.tif 000007