(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気分解チャンバー内に少なくとも２つの電極（６）と該電極間に更にバイポーラ電極（７）を備え、スケールを生成する傾向のある水溶液のスケール生成を低減し又は防止するための電気分解装置を使用する方法であって、前記電気分解チャンバーにスケールを生成する傾向のある前記水溶液を供給し、前記電極にＤＣ電位を与えて少なくとも１つの電極を陽極として作用させるとともに、少なくとも１つの電極を陰極として作用させ、前記水溶液の組成が基本的に変化しない時間間隔で前記電極の極性を反転するか、前記電極にＡＣ電位が与えられるように操作し、前記水溶液が前記電気分解チャンバーを通過した後、処理後の水溶液がスケール生成の傾向を顕著に低減させる使用方法。
【請求項２】
カルシウム及びマグネシウムの炭酸塩、炭酸水素塩及び硫酸塩を自然に含有する水を処理するようにした請求項１記載の使用方法。
【請求項３】
前記電気分解チャンバーに供給される前記水溶液の全体が前記電気分解チャンバーを通過した後、スケールを生成する傾向を顕著に低減し、実質的に廃水として方解石や過度の硬水が得られない請求項１又は２記載の使用方法。
【請求項４】
前記処理後の水溶液の総硬度が供給された前記水溶液のそれよりも１°ｄＨより小さい値、好ましくは０．５°ｄＨより小さい値だけ小さい請求項１ないし３のいずれかに記載の使用方法。
【請求項５】
前記処理後の水溶液のｐＨが供給された前記水溶液のｐＨと０．０５より小さい値だけ異なっている請求項１ないし４のいずれかに記載の使用方法。
【請求項６】
ＤＣ電位を前記電極（６）に与え、前記電極の極性が一定の時間間隔で定期的に反転する請求項１ないし５のいずれかに記載の使用方法。
【請求項７】
ＤＣ電位を前記電極（６）に与え、前記電極の極性がある時間間隔で反転し、その極性が相対的に短時間の後、相対的に長時間で交互に反転する請求項１ないし５のいずれかに記載の使用方法。
【請求項８】
ＤＣ電位を前記電極（６）に与え、前記電極の極性が、６０秒より大きくない、好ましくは１〜６０秒の時間間隔で反転する請求項１ないし７のいずれかに記載の使用方法。
【請求項９】
供給される前記水溶液の流速に対して前記電気分解チャンバーに流れる電流値の比が２Ａ・ｈ／ｃｍ3より大きくない値である請求項１ないし８のいずれかに記載の使用方法。
【請求項１０】
供給される前記水溶液の流速に対して前記電気分解チャンバーに流れる電流値の比が０．５Ａ・ｈ／ｃｍ3から１．５Ａ・ｈ／ｃｍ3の範囲の値、好ましくは１．０Ａ・ｈ／ｃｍ3から１．３Ａ・ｈ／ｃｍ3の範囲の値である請求項９記載の使用方法。
【請求項１１】
前記電気分解チャンバーに流れる電流が４Ａより大きくない、好ましくは２Ａよりも大きくない値である請求項１ないし１０のいずれかに記載の使用方法。
【請求項１２】
前記電極（６）間の間隔１ｃｍ当たり５〜２０ＶのＤＣ電位又はＡＣ電位が電極に与えられる請求項１ないし１１のいずれかに記載の使用方法。
【請求項１３】
前記電気分解装置が黒鉛、貴金属、貴金属又は混合酸化物によってコーティングされたチタン鋼の電極（６）を有する請求項１ないし１２のいずれかに記載の使用方法。
【請求項１４】
前記電極（６）を相互に２ｃｍの間隔をあけて配置した請求項１ないし１３のいずれかに記載の使用方法。
【請求項１５】
前記バイポーラ電極（７）が固定床式のバイポーラ電極である請求項１ないし１４のいずれかに記載の使用方法。
【請求項１６】
前記固定床式のバイポーラ電極（７）が電気的な導体粒子と不導体粒子からなる固定床である請求項１５記載の使用方法。
【請求項１７】
前記固定床が黒鉛又は活性炭素の電気的導体粒子と、シリカ、ガラス又はプラスチックの不導体粒子を含む請求項１６記載の使用方法。
【請求項１８】
前記電気的な導体粒子と不導体粒子が１：１より大きくない、好ましくは約１：２の容積比で前記固定床に存在する請求項１６又は１７記載の使用方法。
【請求項１９】
前記電気分解装置の前記電極（７）が電気的な導体材料からなり、前記電極（６）に対して平行に配置された複数の多孔質シートで構成される請求項１ないし１４のいずれかに記載の使用方法。
【請求項２０】
前記複数のシートが不導体材料で形成されたスペーサにより、相互に及び前記電極（６）から離間するようにした請求項１９記載の使用方法。
【請求項２１】
前記バイポーラ電極（７）が電気的な導体粒子の流動床であり、前記水溶液が流動床を底方から上方に向けて通過するようにした請求項１ないし１４のいずれかに記載の使用方法。
【請求項２２】
前記電気分解装置が開口を有する包囲器(8,9)によって前記電気分解チャンバーから区画されている水流入システム(4,15)及び水流出システム(5,16)を有する請求項１ないし２１のいずれかに記載の使用方法。
【請求項２３】
前記電気分解チャンバーが最初に操作状態になった時、又は前記電気分解チャンバーが清浄にされた後、スケールを生成する傾向のある水溶液が前記電気分解チャンバーに供給され、ＤＣ電位が前記複数の電極間に印加され、前記処理後の水溶液がスケール生成の傾向を低減することを顕著に示すようになるまで前記電極の極性を相対的に短時間と相対的に長時間の間隔で反転させるようにした請求項１ないし２２のいずれかに記載の使用方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は水溶液におけるスケールの生成を低減し又は防止する方法、及びかかる方法を実施する電気分解装置に関する。
水溶液におけるスケールの生成は主として自然水に含有されるカルシウム及びマグネシウムに起因し、これはメインテナンスの必要性を相当増大させるとともに、機器の耐久性を低下させることから、工業上及び商業上ばかりでなく、家庭的にも問題となる。これらの問題を回避するため、スケールの生成を防止する化学品を添加し、あるいは例えばイオン交換プロセス、逆浸透圧、電気分解等によってスケール生成の原因物質を除去することが一般的に行われている。
また、導体粒子及び不導体粒子からなる固定床、あるいは導体粒子の流動床から構成されることのできるバイポーラ電極の使用によって電気分解プロセスにおける高い空時収率を可能にできることが知られている。かかるプロセスは例えばエレクトロケミカ  アクタ(Electrochemica Acta)第２２号，第３４７−３５２頁（１９７７）及びエレクトロケミカ  アクタ(Electrochemica Acta)第２２号，第１０８７−１０９１頁（１９７７）に、次亜臭素酸塩の調製、スチレンのエポキシ化、セバシン酸のジメチルエステルの合成、及び海水から次亜塩素酸塩を調製するのに用いられることが記載されている。しかし、現在までのところ水の処理にバイポーラ電極が用いられたことはなかった。
さらに、英国特許第１４０９４１９号公報には固定床式のバイポーラ電極を用いた電気分解により水溶液中のクロム酸、シアン化物又は硝酸塩等の汚染物質を無害化する方法が開示され、かかる方法では電解液にこれと反応するか又はその反応生成物が反応する化合物が添加され、汚染物質は無害である化合物に変えられるようになっている。このバイポーラ電極は非金属、電気的な導体粒子から構成され、好ましくは非導体の粒子をも含むことができる。
日本国特許公開第０４−０２７４９１号にはフラップによって上端が開放されて固定床を容易に交換され得るようになした固定床式バイポーラ電極を備えた電気分解セルが記載されている。
また、米国特許第４１２３３３９号には水溶液から汚染物質のイオンを電気化学的に除去することが記載されているが、この方法では鉄化合物又は不溶解性の鉄化合物から構成される電極が用いられ、直流電流の作用下で陽極に鉄イオンが放出され、陰極に水酸化物が生成され、これは汚染物質のイオンを分離することのできる不溶解性の物質に形成する反応を招来すると言われている。極性の反転によって電極を一定だけ消費させることができる。
米国特許第３９１５８２２号には反応領域において少なくとも１つの電気的な導体粒子の床を含むとともに、異なる電圧降下を維持しうる隣接する化学領域を決定する複数の電極を備えた電気化学的セルが記載されている。このセルは金属の回復、有機性化合物の吸着及び取り除き、廃水の酸化、有機化合物及び無機化合物の合成等に用いられることができると言われている。
ドイツ国特許公報第４１０７７０８号にはキャビテーションと交流電界とによって石灰スケールの生成を防止する流水の処理方法が提案され、この方法では処理される水の周囲の圧力よりもはるかに小さい圧力の領域がキャビテーションによって形成され、これは水に溶けたＣＯ2の部分的な脱ガス、従って石灰−炭素系の二酸化物の平衡からの外れ及びカルシウム溶解度の低下を招来すると言われており、このように処理された水は少なくとも２つの電極の間を流通されるようになっている。ノブ等の構造的表面を有する電極の使用は低電圧で所望の処理効率を達成しうると言われている。しかし、実際にはかかる方法によって実現されることのできる石灰スケールの低減はほとんど意味のないことが分かった。
更にまた、ヨーロッパ公開公報第０１７１３５７号には水を軟化する電気化学的方法が開示され、この方法では陰極近傍におけるアルカリ性のｐＨがカルシウムイオン及びマグネシウムイオンの酸化物又は水酸化物の形態の沈殿物を電極間に配置された多孔質インサート材料上に沈殿させるのに効果がある。この多孔質材料は電極の極性を逆転することによって再生されることができる。
水溶液におけるスケールの生成を効率よく防止し又は低減しうる公知の方法では化学品を添加し又はスケール生成の原因物質を完全にあるいはほとんど除去するので、水の処理にしばしば、又は全く適切でないことがある。特に、飲料水の処理においては飲料水中の自然塩分の含有量がほんのわずか変化するか、全く変化しないのが望ましい。
さて、バイポーラ電極を備え、直流電流の方向が間欠的に反転されるような電気分解装置において水溶液が前処理されると、スケールの生成がかなり低減されあるいは完全に防止される得ることを知見した。比較実験によれば、かかる前処理によって例えば下流側ボイラーにおけるスケールの生成が顕著に又は完全に回避できることが分かった。水の塩分含有量及びｐＨがほとんど変化しないことから、かかる知見は特に驚きである。更にまた、驚くべきことには電極に交流電圧が印加された時にもその効果があることも知見された。この効果については今のところ説明されていない。石灰−炭素系の二酸化物の平衡から少し外れると、方解石の沈殿速度が低下し、管や水用ヒータ内における通常の滞留時間内でスケールの生成が顕著に低減され又は防止されることが可能である。
従って、本件発明は少なくとも２つの電極と該電極間に更にバイポーラ電極を備えた電気分解チャンバーにスケールを生成する傾向のある水溶液が供給され、電気分解チャンバーを通過すると、処理されてスケール生成の傾向が顕著に低減された水溶液が得られる方法であって、ＤＣ電位が電極に与えられて少なくとも１つの電極が陽極として作用し、少なくとも１つの電極が陰極として作用し、供給された水の組成が基本的に変化しないような時間間隔で電極の極性が反転されるか、又はＡＣ電位が電極に与えられる点に特徴を有し、水溶液におけるスケール生成を低減し又は防止する方法を提供するものである。
本件発明の目的の為、“電極”及び“電気分解チャンバー”の文言は採用しうる処理パラメータ及び装置として実質的に類似であるので、直流での操作及び交流での操作のいずれにも用いられ、当業者に知られているように、電気分解プロセス又は後述の説明には複数の電極及び複数の電気分解チャンバーも含まれる。本件発明の目的の為、“ＡＣ電位”及び“交番電流”の文言は特に、通常の周波数、代表的には約５０ＨｚのＡＣ電位及び交番電流を含む。本件発明の目的の為、水の組成が本質的に変化しないとは、処理された水溶液における塩分含有量及び特にスケールを生成する傾向のある塩分の含有量がスケールを生成する傾向のある供給水溶液におけるそれとほとんど差がないことを意味する。本件発明の方法は本質的には溶解した塩分の除去を回避することを可能とするので、処理後の水溶液の総硬度は供給された水溶液のそれとほとんど変わらない。
本件発明の方法によれば、水溶液の塩分含有量又はｐＨが顕著に変化したり、化学的な水軟化剤が添加されたりすることなく、及び廃水のように、方解石等の塩分や過度に硬度化した水が得られることなく、スケールを生成する傾向のある水溶液におけるスケールの生成を低減し又は完全に防止する本質的にメインテナンスフリーの方法を提供することができる。原理的にはスケールを生成する傾向のあるどのような水溶液にも適用される。特に好ましい用途は飲料水の処理（例えば、その硬度が本質的にカルシウムイオン及びマグネシウムイオンの存在に依存するような水の処理）であるが、スケールの生成を実質的に又は完全に防止できるにもかかわらず、自然水の品質は本質的に維持されることが可能である。更に好ましい用途は今までは一般的に水軟化剤が添加される必要のあった洗濯機、食器洗浄機、その他の機器に用いる水の前処理である。
そこで、本件発明の方法の好ましい特徴は、カルシウム及びマグネシウムの炭酸塩、炭酸水素塩及び硫酸塩を自然に含有する水を処理することである。
本件発明の方法によれば、例えば電気分解チャンバーに供給される水溶液の全体が電気分解チャンバーを通過した後にはスケールを生成する傾向が顕著に低減され、本質的に廃水等のように方解石や過度の硬水が得られないことを特徴とする等、廃水等で得られる方解石等の塩分の沈殿物を防止するか、又は電極の極性を反転する結果として沈殿物を除去することが可能となる。この新しい方法によって溶解塩分の除去が本質的に回避されることができるので、本件発明によって処理された水溶液は供給された水の硬度より好ましくは約１°ｄＨ（ドイツ国硬度）より大きくない値、特に約０．５°ｄＨより大きくない値だけ小さい。また、本件発明によれば、水溶液のｐＨはほとんど変化しないので、処理後の水溶液のｐＨは供給された水溶液のそれから約０．０５以上異なることはない。
上述のように直流電流での操作の場合において電極の極性を反転させると、電気分解チャンバー内において電界の方向及び通電の方向が変化する。これは有利なことには当業者に公知な通常の調整及び制御のデバイスによってＤＣ電位の極性を反転させることによって実現されることができる。
この極性の反転は一定の時間間隔、例えば２秒毎に、又は異なる時間の時間間隔、例えば相対的に短時間（例えば、３０秒）の後、相対的に長時間（例えば、４５秒）で間欠的に実行されることができる。この時間間隔の長さは臨界的なものではないが、しかし一般的には約６０秒より大きくない間隔、好ましくは約１秒から６０秒までの間隔が有用であることが判明している。
最も簡単で好ましい実施形態においては、陽極及び陰極として交互に接続される２つの電極を介して直流電流が通電され、通電を遮断されることができる。必要な場合には２つ以上の電極を用いることが可能であり、例えば３つの電極を用いる場合、２つが陽極として接続され、１つが陰極として接続され、又４つの電極を用いる場合には２つが陽極として接続され、他の２つが陰極として機能される。同様に、交流での操作の場合にも２又はそれ以上の電極を用いることができる。
ＤＣ電圧又はＡＣ電圧の最適値はとりわけ電極の間隔に影響されるが、通常は電極間の間隔１ｃｍ当たり約５Ｖから２０Ｖの範囲である。水溶液の流速と電流値は装置の寸法、塩分含有量及び電圧等に依存するが、臨界的なものではない。しかし、一般的には供給される水溶液の流速に対して電気分解チャンバーに流れる電流値の比は約２Ａ・ｈ／ｃｍ3より大きくないように設定され、より選択的には０．５Ａ・ｈ／ｃｍ3から１．５Ａ・ｈ／ｃｍ3の範囲、特に約０．１Ａ・ｈ／ｃｍ3から１．３Ａ・ｈ／ｃｍ3の範囲に設定される。本件発明の方法において、電流値は一定に保持されるのがよい。例えば、約２ｃｍの電極間隔を有する小形の装置の場合には約４Ａより大きくない、好ましくは２Ａより大きくない電流が有用であることが判明した。代表的には電流は約１〜２Ａ、電圧は約２０〜４０Ｖ、流速は約０．０５〜３ｍ3／ｈである。
装置が最初に作動状態になった時、スケール生成の傾向のかなりの低減が一般的に次第に得られるようになるが、これはある最低量の方解石が複数の電極及びバイポーラ電極の上に沈殿した時に所期の効果が十分に得られるようになることに起因すると考えられる。しかし、電気分解チャンバーが最初に操作状態になった時、又は電気分解チャンバーが清浄にされた後（あるいはバイポーラ電極が交換された後）スケールを生成する傾向のある水溶液が電気分解チャンバーに供給され、ＤＣ電位が複数の電極間に与えられ、処理後の水溶液がスケール生成の傾向を低減することを顕著に示すようになるまで電極の極性を相対的に短時間と相対的に長時間の間隔で反転される場合には約３〜４ｍ3の水溶液が流れた後に最適な効果が達成されることが判明した。
本件発明の方法を実行する最適な装置は水流入システム、水流出システム及び電気分解チャンバーから構成される電気分解ユニットであり、ＤＣ電位が採用される場合には電気分解チャンバーには少なくとも１つが陰極、好くなとも１つが陽極として動作する少なくとも２つの電極と該電極の間に配置されるバイポーラ電極が設けられるが、又かかる装置は複数の電極がＡＣ電源に接続されるか又は電極の極性がある時間間隔で反転されることができるように調整ユニットを介してＤＣ電源に接続されている点にも特徴がある。交番電流によって操作される装置は新規であり、本件発明の１つの内容をなす。従って、本件発明は水流入システム、水流出システム及び電気分解チャンバーから構成され、電気分解チャンバーが少なくとも２つの電極と該電極の間に配置されるバイポーラ電極を有する電気分解装置であって、更に複数の電極がＡＣ電源に接続されたことをも特徴とする電気分解装置を提供するものである。なお、特定の限定がない限り、後述の説明は交番電流を用いて操作される電気分解装置、及び直流電流を用いて操作される電気分解装置のいずれにも適用される。
電気分解チャンバーは好ましくは開口を有する包囲器によって水流入システム及び水流出システムから区画される。この開口の寸法及び形状は水溶液の流通は可能な限り阻害しないが、他方でいかなる粒子も実質的に漏れ得ないように選択されるのが好ましい。包囲器はプラスチックで構成されるのが好ましく、開口は小さな円形状の複数の穴又は小さな複数のスリットの形状を有するのが好ましい。本件発明の方法では水圧は臨界的なものではない。しかし、電気分解チャンバー、水流入システム及び水流出システムは水圧低下が非常に小さい構造とするのが好ましい。
適切な電極材料は本質的には水処理における使用が許容される限り通常用いられている全ての材料である。一般的には黒鉛が選ばれる。しかし、貴金属あるいは貴金属又は混合酸化物によってコーティングされた鉄チタン等の他の材料も使用することが可能である。電極間隔は臨界的ではなく、例えば約２ｃｍとすることができる。
選択的な事項であるが、電極に与えられるＤＣ電位又はＡＣ電位は水溶液の流通方向に対して垂直又は平行に作用させることができる。
適切なバイポーラ電極は同様に当業者に公知である。好ましい実施形態によれば、複数の電極間に間隔をあけて配置される適切なバイポーラ電極は例えば固定床が可能な場合には特に電気的な導体粒子と不導体粒子から構成される固定床式の電極を採用することができる。適切な電気的な導体粒子は例えば黒鉛、活性炭素、合成炭素及び貴金属、又はイオンを放出しない他の材料であり、活性炭素及び特に黒鉛は最適であることが判明した。適切な不導体粒子は本質的には不活性で、水に不溶性の不導体材料であればよく、特にシリカ、ガラス及びプラスチックである。導体粒子及び不導体粒子の粒子径は臨界的なものではないが、約０．５ｍｍから２ｍｍの平均粒子径を有する材料が一般的に好ましい。回路短絡の懸念を回避する為、固定床において不導体粒子に対する導体粒子の容積比は１：１より多くないことがよく、一般的には約１：２の比が特に選ばれる。固定床を採用した場合、複数の電極は固定床内に直接導入されるのがよく、水溶液は固定床を頂部から下方に又は水平に流通するのが好ましい。
粒子床に代え、例えば回路の短絡を回避するためにナイロン等の絶縁材料のリングが設けられて積層された黒鉛ロッドを用いることもできる。かかるバイポーラ電極は例えばエレクトロケミカ  アクタ(Electrochemica Acta)第２２号，第３４７−３５２頁（１９７７）に記載されている。
他の実施形態においては、バイポーラ電極は電気的な導体粒子の流動床として構成されることができ、この実施形態では水溶液は底方から上方に向けて流動床を通過するのが好ましい。この実施形態では流速は水溶液の流通のみによって十分な流動化を起こすのに足る高速度となるのが好ましい。回路の短絡は流動化の結果として回避されるので、不導体粒子の使用は不必要である。しかし、必要な場合には流動床には電気的な導体粒子に加えて不導体粒子を含ませることもできる。この場合、固定床に関して上述された材料が選ばれる。黒鉛粒子のみからなる流動床の使用が最適である。
他の好ましいバイポーラ電極は複数の電極に対して平行に配列される電気的な導体材料の多孔質シートである。これらのシートを相互に及び複数の電極から離間させるために、プラスチック、ガラス等の不導体材料からなるスペーサが用いられるのが好ましい。
３次元電極の場合とは異なり、バイポーラ電極の場合における電流は常にバイポーラ電極の電気的な導体材料及び液媒体の双方を通電させるようにする。不活性材料と導体材料との間の隙間、及び導体材料の孔内には数１０００Ｖ／ｍの非常に高い密度の電界が発生する。これらの高い密度の電界が分離定数における変化を将来しうることはオンサージャ(Onsager)の研究によって知られている（日本化学学会誌（J.Chem.）第２号第５９９−６１５頁（１９３４））。高い密度の電界によって、結晶核の生成を招来するアルカリ性を増加させることが可能である。
直流電流を用いた場合、本件発明の方法では基本的には陽極、パイポーラ電極の陽極表面、陰極及びパイポーラ電極の陰極表面で通常の電気分解の場合と同様に同じ電気化学的反応、特に陽極において水からの酸素の生成及び重炭酸塩からの二酸化炭素の生成と陰極における水からの水素の生成及び重炭酸塩からの炭酸塩の生成が起こる。陽極及びバイポーラ電極の陽極表面に起こる酸化は次にまた本件発明の方法の同時的な核の除去効果を招来するであろう。更に、炭酸塩の生成は方解石の沈殿を招来し、水中に存在するマグネシウムイオンはマグネシウム水酸化物としてバイポーラ電極の隙間に沈殿される。
しかし、本件発明において電極の極性を反転させると、生成された沈殿物が再溶解され、従って固定床のブロッキングが効果的に防止され、又水溶液の塩分含有量の大きな変動が回避される。しかし、必要な場合には部分的な塩分の沈殿が同時に起こるように本方法を実行することもできる。上述のように、極性が相対的に短時間と相対的に長時間の時間間隔で交互に反転された場合には沈殿物はもはや完全に溶解することはなく、沈殿物のいくらかは電気分解装置内に残存する。不可逆性沈殿物の比率は時間間隔差の増加に伴って増大するので、所望の塩分含有量はかかる方法によって容易に設定できる。
従って、本件発明によれば、上述の機構の反応が可能であり、水の組成を本質的に変化させることなく、スケールの生成及び方解石の沈殿を顕著に低減し又は完全に防止することが可能であり、あるいは必要な場合には塩分含有量を所望の値まで低減させることができる。
図１には直流電流を用いた操作のための本件発明の電気分解装置の好ましい実施形態の縦断面構成が示さているが、明確化の為に、ハウジング１、連結ヘッド２及び交換可能なカードリッジ３は別々に示されている。
図１は交換可能なカードリッジ３を示し、カートリッジ３には未処理の水溶液のためのチャンバー４、処理済みの水溶液のためのチャンバー５、及び電極チャンバーが設けられ、電極チャンバー内には２つの黒鉛電極６と電気的な導体粒子及び不導体粒子の固定床式のバイポーラ電極７とが配置され、これらは各場所において小さな孔又はスリットの形態の開口を有する包囲器８、９によって未処理水溶液のチャンバー及び処理済み水溶液のチャンバーから区画されている。２つの電極６はある時間間隔で２つの電極の極性を反転させる調整ユニット（図示せず）に電源端子１０を介して接続され、順番に直流電流電源に接続されるようになっている。矢印と装置の中心軸を表す破線とによって示されるように、カートリッジ３はハウジング１内に底部から差し込まれ、ねじ式の蓋１１によってそこに固定される。ハウジング１は基本的には外側チューブ１２から構成され、その外方端部には導電性の金属プレート１３と固定リング１４が設けられ、金属プレート１３は電界を遮断し、固定リング１４は連結ヘッド２を上方に外すことができるとともに固定するようになっており、連結ヘッド２には未処理の水溶液のための流入口１５及び処理済みの水溶液のための流出口１６が設けられている。カートリッジ３には好ましくは水溶液のためのチャンバー４、５の外側を包囲する外側包囲器１７が設けられている。この包囲器１７がない場合には外側チューブ１２がこの機能を奏することとなる。カートリッジ３の外側チューブ１２及び外側包囲器１７は形状的には円筒状をなし、又開口を備えた包囲器８、９は少なくともほぼ円筒状の形態をなし、未処理及び処理済みの水溶液のためのチャンバー４、５は包囲器８、９と包囲器１７又は外側チューブ１２との間に配置され、図面の平面の上方又は下方にある区画壁によって相互に区画されている。
流入口１５を介して図１に示される装置内に水溶液が供給されると、水溶液はチャンバー４から開口を経て包囲器８内に流入して電極チャンバー内に流れ込み、基本的には固定床を通って電界に平行に流通し、開口を経て包囲器９内に流れた後、チャンバー５及び流出口１６を経て流出する。
交番電流を用いた操作のための装置は基本的には類似の方法で実現することができるが、ＡＣ操作の場合にはＤＣ操作の場合に比して間隔を設けた、より小さな電極領域及びより大きな電極領域が一般的に採用される。
本件発明の方法及びその効果は後述の実施例によって示される。
実施例１
（オーストリア）モーントゼー(Mondsee)自治体で供給される飲料水が２つの等しい流れに分流された。一方の水流は極性を反転可能な電気分解装置に供給された後、熱水ボイラーに送られた。他方の水流は前処理を行うことなく、同一の型の熱水ボイラーに供給された。両ボイラーとも同じ発熱量の発熱コイルが設けられ、同一のレギュレータ及び測定機器が用いられ、命題−積分−微分(PID)レギュレータが温度調整のために用いられた。
用いられた電気分解装置は図１に示される構造をなし、２つの黒鉛電極と固定床式のバイポーラ電極を備え、２つの電極は２ｃｍの間隔があけられ、バイポーラ電極は容積比１：２の黒鉛粒子とシリカから構成された。実験は４０ＶのＤＣ電圧を印加し、３０秒と４５秒の時間間隔で交互に極性を反転して行われた。飲料水の流通量は時間当たり５００リットルであった。ボイラー温度は両ボイラーとも７０℃に調整された。
モーントゼー自治体が供給する飲料水は総硬度が１６．５°ｄＨで、炭酸塩の硬度が１５．５°ｄＨ、導電度が５３０μｓ／ｃｍ（２５℃）、ｐＨが７．５（２０℃）、酸受容量はｐＨ４．３までで５．５mmol/lであった。流量はＤＩＮ３８４０４−１０による図から計算された。
0003853372.tif 000002
計算結果が示されるように、方解石の沈殿能は約７５mg/lである。
効率の計算はＤＶＧＷ“プルーフベルファーレン  ツアー  ボイルテイルリング  ブィルクサムケイト  フォン  バッサービハンドルングザンラーゲン  ツアー  ベルミンデルング  フォン  ステインビルドウング”に示されるように行った。上述の比較実験によれば、モーントゼーの水については９８．５％の効率が得られた。
実施例２
実験は（ドイツ）シュリーシェイム(Schriesheim)自治体で供給される飲料水を用いて行われた。ここに、実施例１で説明された極性反転可能な電気分解装置に１m3/lの流量が連続的に供給され、処理済みの水が２０l/hの流量で熱水ボイラーに供給された。電気分解装置に印加するＤＣ電圧は３５Ｖ、極性は３０秒と４５秒の時間間隔で交互に反転された。同様に、流量２０l/hの水が空領域を、具体的には水の前処理なく流通し、第２の熱水ボイラーに直接供給された。両領域、具体的には前処理領域と空領域は同じ型の熱水ボイラーに設けられ、発熱コイルは同一の電力とされた。両領域において、ボイラー温度は同一のレギュレータを用いて８０℃の温度に調整された。実験の合計期間は２１日であった。
飲料水は電気分解装置を通過する前及び通過した後で分析され、下記の値があられた。
0003853372.tif 000003
分析結果から、電気分解装置での前処理は飲料水における明瞭な化学的変化を引き起こさないことが分かる。２つのボイラーにおける石灰の量の評価（実施例１に述べられた方法を使用）から、スケールの生成は前処理によって９２．２％の効率まで防止され、例えばスケールの生成が大幅に回避される一方、水質が維持されていることが分かる。
【図１】
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