(57)【要約】【課題】循環冷却水ラインやボイラーライン等における流速が遅い箇所でもスケール成長が確実に防止されるスケール防止装置を提供する。【解決手段】第１電解部１１にあっては、陽極４の近傍に隔膜８で囲まれたゾーンが形成され、このゾーン内にポリマー粒子６が充填されている。第２電解部１２にあっては、電極４，５間は粒子が全く充填されていない通水スペースとなっている。第１電解部１１及び第２電解部１２のいずれにおいても、陰極側でスケールが微粒子状に生成し、この微粒子が冷却水に混ざったまま循環冷却水ラインを流れる。ポリマー粒子６から溶出したり、あるいはポリマー粒子が分解して生じた有機成分が微粒子に吸着され、微粒子の成長点（キンク）の活性が低下し、微粒子が過剰に成長することが防止される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極間に水が通水されるスケール生成傾向低減用電解装置を備えてなるスケール防止装置において、
該電解装置は、電極間の少なくとも陽極側にポリマー粒子を充填してなる第１電解部と、
電極間にポリマー粒子を充填していない第２電解部と
を備えたことを特徴とするスケール防止装置。
【請求項２】
請求項１において、ポリマー粒子の粒径が１〜１０ｍｍであることを特徴とするスケール防止装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、該第１電解部が第２電解部の上流側に配置されていることを特徴とするスケール防止装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、該ポリマー粒子は電気分解性を有することを特徴とするスケール防止装置。
【請求項５】
請求項４において、該ポリマー粒子はｐＨ感応性ポリマー及び／又は生分解性ポリマーよりなることを特徴とするスケール防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷却水系やボイラーライン等におけるスケール付着を防止するためのスケール防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却水系では、熱交換器で冷却を行って昇温した冷却水（循環水）を冷却塔に送って、一部を蒸発させることにより冷却し、冷却した冷却水を熱交換器に循環させて冷却を繰り返している。このような冷却水系では、循環水は冷却塔における蒸発により濃縮される。冷却水系やボイラーライン等の補給水または濃縮された循環水中に含まれるカルシウム、マグネシウム等の硬度成分その他のスケール成分は、伝熱面や配管内面等で析出してスケール化し、熱伝導率の低下、配管の閉塞などを引き起こす。
【０００３】
スケールを防止するための方法として、リン酸等の薬剤を添加する方法が行われているが、薬剤コストがかかる。薬剤を用いることが不要な冷却水の水処理方法として、特開２００３−１９０９８８号公報には、冷却水系の補給水または循環水を、極性が変わるバイポーラ電極を有する電解装置に通水し、補給水または循環水に含まれるスケール成分を微小な結晶として析出させることにより、冷却水系におけるスケール付着、特に伝熱面におけるスケール付着を防止する方法が記載されている。
【０００４】
この電解装置においては、カルシウムイオン、マグネシウムイオン等の陽イオンは導電性粒子の陰極側に集まり、炭酸イオン、シリカなどは陽極側に集まる。陰極付近が高ｐＨのため、陰極付近で非常に微細なスケール成分の結晶が析出する。また、陽イオンが陰極に向って移動し、陰イオンがこれとは反対方向に陽極に向って移動することにより、陽イオンと陰イオンとの衝突の確率が高くなり、水中にてスケール成分の微粒子が生成する。これらの微粒子が通水される補給水または循環水中に分散し、核となってスケール成分が析出する。極性を変換しながら電解を継続することにより、被処理水中のスケール成分がこの微粒子上に析出することにより、循環水のスケール傾向が低減され、伝熱面等へのスケール付着が防止される。
【０００５】
即ち、上記特開２００３−１９０９８８号公報の電解装置を備えた冷却水系において、電解装置で生じた微粒子を含んだ冷却水は熱交換部やクーリングタワーへ送り込まれ、その部位において熱交換部では水温が上昇することにより、またクーリングタワーでは冷却水が蒸発濃縮されることにより、溶解度が過飽和状態になる。過飽和状態において新たに結晶核を生成するために必要なエネルギーと、既に存在する結晶を元に結晶成長するために必要なエネルギーでは、既に存在する結晶を元に成長する方がはるかに必要なエネルギーが小さいので、流れてきたスケール成分の微粒子を種晶としてその上にスケール成分が析出する。
【０００６】
特表２００１−５０２２２９号公報には、円筒形容器内に黒鉛よりなる１対の電極を配置すると共に、該電極間に黒鉛等の炭素質材料よりなる導電性の粒子と、シリカ、ガラス、プラスチック等の非導電性の粒子とを混合充填し、この電極間に通電しつつ円筒形容器に水を通水させてスケール生成を低減する方法が記載されている。同号の記載によると、この通電処理によりアルカリが生成し、このアルカリによって結晶核が生成し（第１２頁第１７〜１８行）、スケール生成傾向が低下する（第７頁第５〜６行）。
【特許文献１】特開２００３−１９０９８８号公報
【特許文献２】特表２００１−５０２２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
冷却水系等の循環水は、スケール成分が過飽和状態となる程に多量に溶解しているので、上記のスケール成分の微粒子は循環冷却水ラインを流れる間に成長し粗大化する。粗大化したスケール成分の粒子は循環冷却水ライン中の流速が遅い箇所、例えばクーリングタワーの充填材上や熱交換部にスラッジ状に堆積し、これがスケールへと成長する。
【０００８】
本発明は、循環冷却水ラインやボイラーライン等における流速が遅い箇所でもスケール成長が確実に防止されるスケール防止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】
本発明のスケール防止装置は、電極間に水が通水されるスケール生成傾向低減用電解装置を備えてなるスケール防止装置において、該電解装置は、電極間の少なくとも陽極側にポリマー粒子を充填してなる第１電解部と、電極間にポリマー粒子を充填していない第２電解部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
かかる本発明のスケール防止装置によると、電解装置において冷却水は以下のように電解される。  
陽極：２Ｈ２Ｏ→４Ｈ＋＋Ｏ２＋４ｅ−
陰極：４Ｈ２Ｏ→４ＯＨ−＋２Ｈ２
【００１１】
この反応により陽極近傍ではＯＨが不足して酸性になり、陰極近傍ではＨ＋が不足してアルカリ性となる。このため、陰極近傍でＣａイオン及びＭｇイオンがスケール微粒子となって析出することからスケール化傾向が低減される。
【００１２】
また、このスケール微粒子を含んだ水が冷却水系のうち熱交換器等のスケール成分の過飽和領域を流れる場合、溶存スケール成分が該スケール微粒子上に析出するので、熱交換器等の機器表面へのスケール付着が著しく抑制される。従って、循環冷却水又は補給水あるいはボイラー水をこの電解装置に通水することにより、循環冷却水やボイラー水などのスケール化傾向が低下する。
【００１３】
本発明では、電解装置の電極間にポリマー粒子を充填した場合において、このポリマー粒子を構成するｐＨ感応性ポリマー及び／又は生分解性ポリマーなど電気分解性を有するものであると、ポリマー粒子から溶出したもしくはポリマー粒子の分解により生じたポリマー由来有機成分がスケール成分の微粒子に吸着され、特にその成長点（キンク）の活性を低下させる。活性が低くなった微粒子は、過飽和域を通過しても微粒子はそれ程成長せず、流れの遅い箇所でもスケールの堆積が防止される。
【００１４】
なお、ポリマー粒子の粒径が１〜１０ｍｍであると、陽極との接触効率が高くなる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のスケール防止装置によると、冷却循環水のスケール化傾向を下げることができるため、熱交換部や冷却塔等にスケールが析出することが防止ないし抑制される。また、本発明によると、スケール微粒子の堆積によるスケール成長が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明のスケール防止装置について説明する。図１は実施の形態に係るスケール防止装置の電解装置の概略的な断面図である。
【００１７】
冷却水用配管１の途中にスケール防止装置１０が設置されている。このスケール防止装置１０は、第１電解部１１と第２電解部１２とを備えており、第１電解部１１が第２電解部１２の上流側に配置されている。
【００１８】
各電解部１１，１２は筒状のケーシング３と、該ケーシング３内に対面配置された電極４，５（陽極４，陰極５）を備えている。
【００１９】
第１電解部１１にあっては、陽極４の近傍に隔膜８で囲まれたゾーンが形成され、このゾーン内にポリマー粒子６が充填されている。このポリマー粒子６はｐＨ感応性ポリマー及び／又は生分解性ポリマーよりなり、その粒径は１〜１０ｍｍである。ｐＨ感応性ポリマーとしては、Cellulose  acetate  phthalate（ＣＡＰ）、アニオンアクリルポリマー、カチオンアクリルポリマー、ＨＥＡ−ＤＥＡ−ＴＭＳ共重合体等を用いることができ、生分解性ポリマーとしては、ポリエステル系、ポリ乳酸系、デンプン系等を用いることができる。
【００２０】
このゾーンの体積は、第１電解部１１の電極４，５間の体積の全体であってもよいが、１０〜５０％特に１０〜２０％程度が好ましい。隔膜の材質は特に限定されないが、耐酸、耐アルカリ性の材質が好ましい。隔膜の有する孔径は１ｍｍ以下ならば良いが、約１０μｍ以下では浸透圧を生じるため０．０５ｍｍから１ｍｍの範囲が望ましい。
【００２１】
第２電解部１２にあっては、電極４，５間は粒子が全く充填されていない通水スペースとなっている。各ケーシング３同士及びケーシング３と配管１とはフランジ１ａ，３ａを介して結合されている。
【００２２】
このように構成されたスケール防止装置に通水し、電源装置（図示略）から電極４，５に電圧を印加すると、第１電解部１１及び第２電解部１２のいずれにおいても、陰極側でスケールが微粒子状に生成し、この微粒子が冷却水に混ざったまま循環冷却水ラインを流れる。このスケール微粒子を含んだ水が熱交換器などのスケール成分の過飽和域を通過する場合、このスケール微粒子上にスケールが析出するので、熱交換器等の機器表面にスケール成分が付着することが抑制される。また、この実施の形態では、第１電解部１１においては、ポリマー粒子６から溶出したり、あるいはポリマー粒子が分解することにより生じた有機成分が微粒子、特に微粒子の成長点（キンク）に吸着されることにより該成長点の活性が低下し、微粒子が過剰に成長することが防止される。このため、流れの遅い箇所でもスケール微粒子の堆積が防止され、堆積物に由来したスケール成長が防止される。
【００２３】
このようなことから、このスケール防止装置１０を設けることにより、循環冷却水のスケール傾向が著しく低減される。
【００２４】
なお、図１では、第１，第２電解部において陽極及び陰極を同一サイドに配置しているが、第１電解部と第２電解部とで陽極と陰極の配置を異ならせてもよい。
【００２５】
上記のスケール防止装置１０は、冷却水の循環ライン（図２のライン５４）やボイラーラインの任意の位置に組み込むことができる。また、図２のように、クーリングタワー５０の貯水槽５１の水をポンプ５２及び配管１を介してスケール防止装置１０に導入して処理するように設置されてもよい。なお、図２の符号５３は二重管式熱交換器、５４は循環ライン、５５は循環ポンプを示している。
【００２６】
スケール防止装置１０への通水速度は、第２電解部１２で乱流となるように設定するのが好ましい。
【実施例】
【００２７】
［実施例１］
図２に示す開放系循環冷却水ラインにおいて図１の本発明のスケール防止装置１０を図示の位置に設置した。この循環水のカルシウム硬度（ＣａＨ）及び酸消費量（ｐＨ４．８／ＭＡ）はそれぞれ３００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ、熱交換部表面温度は８０℃であり、無処理である対照ラインでは確実に熱交換面にＣａＣＯ３が析出する条件である。この循環冷却水系を循環水の滞留時間２４時間で９６時間運転した。水質分解結果を表１に示し、熱交換部に析出したスケール付着量を測定した結果を表２に示す。
【００２８】
【表１】
2005238024.tif 000003
【００２９】
【表２】
2005238024.tif 000004
【００３０】
［比較例１］
比較例として、図２においてポンプ５２を停止して冷却水系の運転を行った。その水質分析結果を表１に示し、スケール付着量を表２に示す。
【００３１】
表１，２より明らかな通り、本発明によると、被処理中に溶解しているカルシウム、マグネシウムイオンなど金属イオンスケール成分を飽和濃度以下に除去し、冷却水系内のスケール析出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施の形態に係るスケール防止装置の系統図である。
【図２】図１のスケール防止装置を組み込んだ冷却水循環システムの系統図である。
【符号の説明】
【００３３】
４，５  電極
６  ポリマー粒子
１０  スケール防止装置
１１  第１電解部
１２  第２電解部
【図１】
2005238024.tif 000005
【図２】
2005238024.tif 000006