(57)【要約】【課題】スケール生成傾向低減用電解装置のスケール析出を効率的に行うと共にスケール除去洗浄を十分に且つ低コストにて行う。【解決手段】冷却水用配管１にスケール生成傾向低減用の主電解装置２が設けられている。主電解装置２は、ケーシング３内に陽極と多孔体よりなる陰極５ａ，５ｂを対置させたものである。この主電解装置２を酸洗浄するための酸性水を生成させるために副電解装置１１が設置されている。この副電解装置１１は、内部が隔膜１６によって陽極室１２と陰極室１３とに区画されており、陽極室１２内に陽極１４が設置され、陰極室１３内に陰極１５が設置されている。主電解装置２の運転を継続すると、その中の陰極にスケールが付着してくるので、定期的にあるいは電極間の通電抵抗が所定以上になった場合には、主電解装置２を酸洗浄する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極との間に循環冷却水系の補給水又は循環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冷却水処理装置において、
該陰極が多孔体よりなることを特徴とする冷却水処理装置。
【請求項２】
請求項１において、該多孔体の空隙率が３０〜９７％であることを特徴とする冷却水処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、該電解装置を酸洗浄するための酸を生成させる酸生成用電解装置を備えたことを特徴とする冷却水処理装置。
【請求項４】
請求項３の冷却水処理装置を運転する方法において、スケール生成傾向低減用運転工程と、該酸生成用電解装置で生成した酸を該スケール生成傾向低減用電解装置に供給して酸洗浄する酸洗浄工程とを交互に行うことを特徴とする冷却水処理装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷却水系におけるスケール付着を防止するための冷却水処理装置及びその運転方法に関する。
【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、熱交換器の伝熱面で析出してスケール化し、熱伝導率の低下などを引き起こす。
【０００３】
スケールを防止するための方法として、ポリリン酸、低分子量ポリマー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、陰極付近でスケールが析出する。正負の極性を逆に変換すると陰極は陽極となり、電極表面のｐＨが低下する。このため、析出したスケールは電極近傍で溶解して溶液中へ流れ出る。この結果、非常に微細な結晶が冷却水中に分散したものとなる。この微細結晶が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細結晶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、スケール生成傾向が低下する。
【０００７】
このスケール防止方法では、アルカリ領域でスケール微細結晶の生成と共に電極へのスケール付着も起こり、定期的な洗浄が必要となる。この洗浄方法として、一定時間で電極を極性転換し、アルカリ側でスケール付着した電極が酸性領域となりスケールを剥離・溶解させる技術がある。しかしながら、この方法では、極性転換によって陽極と陰極が反転するために電極自体の酸化・還元が繰り返され、電極が劣化し易い。例えば、グラファイト電極の場合、陽極で電極自身が酸化され、グラファイト粉末が流出して劣化する。不溶性電極として良く使用される白金酸化物やイリジウム酸化物を被覆したチタン電極は、陽極での酸化には耐性を有するが、陰極では酸化物が剥離して劣化が進み易い。
【０００８】
特開２０００−１４０８４９号公報には、凹凸の金属電極ユニットを備えた電解装置に被処理水を通してスケール成分を陰極面に析出させ、さらに極性反転して析出したスケール成分を系外へ除去する装置および方法が記載されている。この方法の問題点は、極性転換により電極が劣化し易いこと、及び、極性転換のみでは、付着したスケールの除去性が不十分なことである。即ち、一定量のスケールが電極に付着してから極性転換したときには、スケールが付着した部分が非導電性となり、電流に分布が生じる。従って、スケールが溶解する酸性領域が形成されるのはスケールが付着していない部分からとなり、スケールの剥離・溶解に時間がかかる。
【特許文献１】特開２００３−１９０９８８号公報
【特許文献２】特表２００１−５０２２２９号公報
【特許文献３】特開２０００−１４０８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように水の電解処理により陰極にスケール成分を析出させてスケール生成傾向を低減する冷却水処理装置にあっては、特に平板対向型では短時間で運転の経過に伴って電解装置内にスケールが付着し、被処理水の流路を狭め閉塞してしまう。また、これを除去する必要があるが、電極の劣化を回避しながらスケールを効率良く十分に除去することはできなかった。
【００１０】
本発明は、このスケール生成傾向低減用電解装置のスケール除去洗浄を十分に且つ低コストにて行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の冷却水処理装置は、陽極と陰極との間に循環冷却水系の補給水又は循環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冷却水処理装置において、該陰極が多孔体よりなることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の冷却水処理装置の運転方法は、本発明の冷却水処理装置が酸洗浄用の酸を生成させる酸生成用電解装置を備えている場合、この冷却水処理装置を運転する方法において、スケール生成傾向低減用運転工程と、該酸生成用電解装置で生成した酸を該スケール生成傾向低減用電解装置に供給して酸洗浄する酸洗浄工程とを交互に行うことを特徴とするものである。
【００１３】
かかる本発明の冷却水処理装置及びその運転方法によると、スケール生成傾向低減用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→Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ＯＨ−
陰極：４Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−＋２Ｈ２
【００１４】
この反応により陰極近傍では水素が発生してアルカリ性となる。このため、陰極近傍で重炭酸イオンが炭酸イオンに解離し、Ｃａイオン及びＭｇイオンより炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムが生成し、これら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。
【００１５】
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をこの電解装置に通水することにより、循環冷却水のスケール生成傾向が低下する。
【００１６】
本発明では、陰極を多孔体としているため、陰極と水との接触面積が大きく、この陰極の表面及び陰極中に水中の溶存スケール成分が析出し、水のスケール生成傾向が十分に低減される。
【００１７】
多孔体の空隙率を３０〜９７％とすることにより、このスケール生成傾向低下が一層顕著となる。
【００１８】
このスケール生成傾向低減用電解装置の陰極にスケールが蓄積してきた場合、酸洗浄を行ってスケール除去を行うのであるが、このためには、酸生成用電解装置から酸を該スケール生成傾向低減用電解装置に導入して酸洗浄するのが好ましい。この酸生成用電解装置を設けたことにより、酸洗浄のための酸を購入・保管することが不要となり、処理コストが低減される。また、陰極が多孔体よりなり、その表面積が大きいため、スケールの付着厚みは薄いものとなる。このため、酸洗浄によりスケールを十分に除去することができる。この冷却水処理装置の運転方法においては、運転工程と、この酸洗浄工程とを交互に行うことにより、スケールを確実に除去することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の冷却水処理装置及びその運転方法によると、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、このスケール生成傾向低減用電解装置が十分に酸洗浄されると共に、この酸洗浄コストが低減される。
【００２０】
本発明では、スケール生成傾向低減用電解装置の陰極を構成する多孔体電極に一定量のスケールを付着させてから、別に設けた酸生成用副電解装置から電解酸性水を該スケール生成傾向低減用電解装置に供給してスケールを酸洗浄して排出する。この酸生成用電解装置を備えたことにより、酸洗浄用薬品の購入や危険な搬入作業が無くなり、薬品コスト、安全性の向上の低減が図れる。さらに、空隙率の高い多孔体電極を用いることでスケールの付着面積が広がり、電解酸性水とスケールとの接触効率が向上するため洗浄時間が短縮される。また、酸洗浄を電解酸性水によって行うことで極性転換が不要となり、電極の劣化が大幅に抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の冷却水処理装置について説明する。図１は実施の形態に係る冷却水処理装置の電解装置の概略的な断面図である。
【００２２】
冷却水用配管１の途中にスケール生成傾向低減用の主電解装置２が設置されている。なお、配管１のうちこの主電解装置２よりも上流側を１ａとし、下流側を１ｂ，１ｃとする。
【００２３】
主電解装置２は、ケーシング３内に陽極４と多孔体よりなる陰極５ａ，５ｂを配置したものである。この実施の形態では、板状の陽極４の両板面に対面するようにして２枚の板状の陰極５ａ，５ｂが配置されている。配管１ａからの冷却水は、入口３ａから陽極４と陰極５ａとの間に流入し、陽極４の先端側を回り込んで陽極４と陰極５ｂとの間を流れ、出口３ｂから配管１ｂへ流出する。陽極４の先端側に対峙するようにして、ブロー水出口３ｃが設けられ、ブロー配管６が接続されている。このブロー配管６には弁６ａが設けられている。
【００２４】
配管１ａには弁７が設けられ、配管１ｂ，１ｃ間には三方弁８が設けられている。この三方弁８と、配管１ａのうち弁７よりも主電解装置入口３ａ側との間が配管９で接続されている。
【００２５】
この酸洗浄用の酸性水を生成させるために副電解装置１１が設置されている。この副電解装置１１は、内部が隔膜１６によって陽極室１２と陰極室１３とに区画されており、陽極室１２内に陽極１４が設置され、陰極室１３内に陰極１５が設置されている。
【００２６】
水道水などよりなる電解用給水が副電解装置１１に導入され、酸性水がポンプ１７ａ付きの配管１７を介して陽極室１２から流出し、前記配管１ａ（弁７よりも入口３ａ側）に供給可能とされている。陰極室１３には排出ライン１８が接続されている。
【００２７】
このように構成された冷却水処理装置は、冷却システムの冷却水循環ラインや、クーリングタワー等に設置される。この冷却システムに設けられた冷却水処理装置においては、定常時には、副電解装置１１を停止（通電及び通水停止）状態とし、弁７を開、三方弁８を配管１ｂ，１ｃ連通とし、冷却水を主電解装置２にのみ通水する。この主電解装置２の電極４，５に電圧を印加すると、陰極側５ａ，５ｂ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。
【００２８】
なお、冷却水の脱スケール処理を全く施していない系では冷却水中カルシウム硬度は１２０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ程度であることから、循環している冷却水のカルシウム硬度が１００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌを超えないように主電解装置２を運転することが望ましい。主電解装置２でのスケール析出量はその直流電源の電流値によって制御することが可能である。
【００２９】
この主電解装置２の運転を継続すると、その中の陰極５ａ，５ｂの表面にスケールが付着してくるので、定期的にあるいは電極間の通電抵抗が所定以上になった場合には、主電解装置２を酸洗浄する。
【００３０】
この酸洗浄を行うには、弁６ａを開、弁７を閉、三方弁８を配管１ｂ，９連通とし、副電解装置１１に通水し、陽極１４と陰極１５との間に電圧を印加する。これにより、陽極室１２において酸性水が生成する。この酸性水が配管１７を介して主電解装置２内に導入され、付着していたスケール成分を溶解させる。この酸洗浄排液はブロー配管６を介して排出される。
【００３１】
なお、副電解装置１１の陰極室１３で生成したアルカリ水は排出ライン１８から排出される。この排出ライン１８からのアルカリ水と前記ブロー配管６からの酸性排水とを混合して中和することが望ましい。
【００３２】
酸洗浄終了後は、必要に応じ、冷却水を主電解装置２に流通させてリンスを行う。
【００３３】
その後、定常運転に復帰させる。
【００３４】
この実施の形態では、このように、主電解装置２の陰極５ａ，５ｂを構成する多孔体電極に所定量のスケールを付着させてから、酸生成用副電解装置１１から電解酸性水を該主電解装置２に供給してスケールを酸洗浄して排出する。この酸生成用副電解装置１１を備えたことにより、酸洗浄用薬品の購入や危険な搬入作業が無くなり、薬品コスト、安全性の向上の低減が図れる。さらに、空隙率の高い多孔体電極を用いることでスケールの付着面積が広がり、電解酸性水とスケールとの接触効率が向上するため、洗浄時間が短縮される。また、酸洗浄を電解酸性水によって行うことで極性転換が不要となり、電極の劣化が大幅に抑えられる。
【００３５】
上記の主電解装置２は、冷却水の循環ライン（図２のライン５４）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を介して主電解装置２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。
【００３６】
主電解装置２の陰極５ａ，５ｂを構成する多孔体電極の材質は導電性を有して、酸に不溶な電極が好ましく、ガラス質炭素、不溶性金属、金属酸化物、ＳＵＳなどの金属複合物が好適である。なお、多孔体電極の空隙率は３０〜９７％の範囲が好ましく、さらには８０〜９７％が好適である。
【００３７】
電解装置２，１１の他の電極４，１２，１３の電極材料としては、電解により溶出することがないものが用いられ、特に、白金、イリジウムを被覆したチタン電極や白金メッキ電極が好適である。
【実施例】
【００３８】
［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の本発明装置を設置した。この循環水ラインは、厚木市水５倍濃縮で３００冷凍トンの開放系循環冷却水ラインである。補給水カルシウム硬度が４０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌから５倍濃縮理論カルシウム硬度は２００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌとなるが、主電解装置２において、冷却水循環溶液の炭酸カルシウムスケール析出速度が２０ｇＣａＣＯ３／ｍ３／ｈｒとなるように電解条件を設定したところ、冷却水循環溶液中のカルシウム硬度は１００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ前後で安定運転が可能となり、開放点検時の熱交換器へのスケール付着は見られなかった。
【００３９】
［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。その結果、循環冷却水中のカルシウム硬度は１２０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌで安定し、８０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ分は熱交換器及びクーリングタワーへ析出していた。
【００４０】
なお、実施例１及び比較例１での熱交換器へのスケール析出速度を計測したところ、１ヶ月当り、１ｃｍ２に付着した炭酸カルシウムスケール量（ｍｇ）として次の通りであった。  
実施例１  １〜２（ｍｇ／ｃｍ２／月）
比較例１  ５０（ｍｇ／ｃｍ２／月）
【００４１】
以上の実施例及び比較例より明らかな通り、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】
【００４２】
【図１】実施の形態に係る冷却水処理装置の系統図である。
【図２】図１の冷却水処理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】
【００４３】
２  主電解装置（スケール生成傾向低減用電解装置）
４  陽極
５ａ，５ｂ  陰極
１１  副電解装置（酸洗浄用酸性水生成用電解装置）
１２  陽極室
１３  陰極室
【図１】
2005288238.tif 000003
【図２】
2005288238.tif 000004