JPH03224682A - 被処理液の電気化学的処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、熱交換器用冷却水等の被処理液の殺菌や性能
向上のための電気化学的処理方法に関し、より詳細には
ビルの屋上環に設置された熱交換器用冷却水のクーリン
グタワー内の該冷却水を三次元電極式電解槽を使用して
電気化学的に処理することにより細菌類や黴類の殺菌や
該冷却水中のカルシウムやマグネシウムイオンを除去す
るなどの性能向上を行うための方法に関する。

（従来技術） 近年における特にマンション等の集合住宅あるいはビル
等の多数の企業が集合して形成される建築物の増加に伴
い、該建築物等に設置される各種冷暖房設備の設置台数
も飛躍的に増加している。

このような多数の冷暖房設備が設置されているマンショ
ン等では、通常該冷暖房設備の冷却水の熱交換器用設備
例えば熱交換器用タンクがその屋上に設置されている。

この冷却水も長期間使用を継続すると細菌や黴類が繁殖
したり、蒸発による水量減少分を補充する操作によって
次第に熱交換水のカルラシム及びマグネシウムイオン濃
度は増加する。

この熱交換器用冷却水中の細菌数が増加すると該冷却水
の腐敗が生じて悪臭を放ったり配管の腐食を生じさせた
りし、又カルシウム及び／又はマグネシウムイオン濃度
が上昇すると、該イオンが前記熱交換器の熱交換面に析
出して熱交換効率を大幅に低下させることになる。

これらの現象を防止するために従来は防黴剤や沈澱抑制
剤等の各種薬剤を冷却水中に投入しているが、これらの
薬剤は比較的高価なものが多く又効果を継続させるため
定期的に投入され該薬剤が冷却水中に蓄積されて残存し
該薬剤が冷却水中の化合物と反応するなどして処理すべ
き冷却水に予期しない悪影響を与えることがある。

（発明が解決しようとする問題点） このように熱交換器用冷却水をはじめとする各種被処理
液の従来の処理方法は、主として薬剤投入によるもので
あり、この方法では薬剤コストが高くなり、更に投入さ
れた薬剤が被処理液に残存し、黴や細菌あるいはカルシ
ウム及びマグネシウムイオンのもたらす以外の不都合を
もたらすことがあるため、薬剤使用に依らない被処理液
の処理方法が要請されている。

（発明の目的） 本発明は、薬剤を使用することなくしかも比較的簡単に
各種被処理液特に熱交換器用冷却水を処理するための方
法及を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、被処理液を三次元電極式電解槽に供給し、該
被処理液を５００以上のレイノルズ数で前記電解槽を流
通させながら前記被処理液を前記三次元電極と接触させ
て電気化学的に処理する被処理液の電気化学的処理方法
である。なお本発明では電極等の表面上で実質的な電気
化学反応を生起しない場合があるため本発明に使用され
る槽は電気化学的処理槽というべきであるが、−ｇ呼称
に従って電解槽と称する。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明は、熱交換器用冷却水等の被処理液を三次元電極
式電解槽に該電解槽内での前記被処理液のレイノルズ数
が５００以上となるように供給し、該電解槽に直流電圧
を印加して電解によるガスを伴いあるいは伴わずに前記
熱交換器用冷却水等の殺菌処理等を行うことを特徴とす
るものである。

前記直流電圧印加により熱交換器用冷却水が殺菌されあ
るいはその性能が改質される理由は必ずしも明確ではな
いが、次のように推測することができる。

熱交換器用冷却水は適度な温度を有して黴や細菌等が繁
殖し易い環境にある。

本発明により熱交換器用冷却水等に直流電圧を印加する
と、該冷却水中の黴や細菌類は液流動によって三次元電
極式電解槽の陽極や陰極あるいは後述する誘電体や粒子
等の三次元電極に接触しそれらの表面で強力な酸化還元
反応を受けてその活動が弱まったり自身が死滅したりす
ると考えられる。従って従来の殺菌剤や防黴剤を使用せ
ずに同等の殺菌又は防黴効果を生じさせることができる
。

更に水道水にはカルシウムイオンやマグネシウムイオン
が含有され水道水の配管の内壁へのこれらのイオンの析
出による配管の閉塞は大きな問題となっているが、多く
の場合水道水を水源として使用する熱交換器用冷却水中
にもカルシウムイオンやマグネシウムイオンが含有され
、該イオンは熱交換器の熱交換面に付着し易く付着する
と冷却水と被冷却水間の熱交換効率を低下させる。この
ように熱交換器の性能を低下させる熱交換器用冷却水中
のカルシウムイオン及びマグネシウムイオンは、該冷却
水を電気化学的に処理を行うと三次元電極式電解槽の陰
極や三次元雪掻上で還元されて水酸化カルウシ１１や水
酸化マグネシウムとして該陰極面上へ析出して冷却水か
ら除去され前記熱交換面に析出して熱交換効率を低下さ
せることがなくなる。

該三次元電極式電解槽に供給される被処理液が層流であ
ると横方向の液移動が少なく該被処理液が誘電体等の表
面と充分に接触することなく前記電解槽を通過すること
がある。特に被処理液中に含まれる細菌類は化学反応に
おけるイオンではな（電極表面に接触しなければ死滅す
ることがない。

従って被処理液中の細菌が電極表面と十分に接触するよ
うに該被処理液を５００以上のレイノルズ数を有する乱
流とし、横方向の移動を十分に行わせてながら前記電解
槽を通過させる。なおレイノルズ数とはく流体速度）×
（波路の内径）÷（流体の運動粘性係数）で表され、こ
の値が大きいほど流体の乱流の程度が大きくなる。

本発明では、陽陰極間に印加される直流電圧の値は特に
限定されず、電流が流れ電極表面でガス発生が生ずる電
解処理でも、又電流が流れず電極表面でガス発生が生じ
ない処理のいずれでもよいが、本発明方法を実施する際
には、実際に効率良く処理が行われていることを確認す
るため電流を流し、僅かのガスを発生させながら電解処
理することが望ましい。好ましい陽極電位は＋０．２か
ら＋　１．４Ｖ（νｓ、５ＨＥ）で好ましい陰極電位は
−１，２■（ｖｓ、５ｆｌｌＥ）より責な範囲でこの範
囲内で僅かなガスを発生させながら被処理液の電気化学
的処理を行うことかできる。

水電解により発生するガスつまり酸素ガスと水素ガスは
通常爆発限界内の混合比で発生するため、比較的大きい
直流電圧を印加してガスが発生する場合は爆発の危険を
回避するために空気等の不活性ガスで希釈することがで
き、例えば電解槽出口に発生する電解ガスの分離手段と
分離後の該電解ガスを空気で希釈して電解ガス濃度が４
容量％以下になるよう希釈する手段を設置することがで
きるが、熱交換器用冷却水等を処理する電解槽は容量が
比較的小さく発生するガス量も少ないため、前記ガス分
離手段は設置しなくてもよい。

本発明方法に使用する電解槽は複極型固定床式三次元電
極電解槽とする。本発明による熱交換器用冷却水等の被
処理液の処理では、処理される該被処理液が電極あるい
は後述する誘電体あるいは粒子等と接触する機会が多い
ほど処理効率が上昇する。従って電極等の表面積が大き
い複極式固定床三次元電極電解槽を使用すると他の電解
槽を使用する場合よりも処理効率を上昇させることがで
き、これにより同一の処理効率を達成するために必要な
装置サイズを他の電解槽よりも小さくできる点で有利で
ある。

本発明の三次元電極電解槽における三次元電極は、前記
被処理液が透過可能な多孔質材料、例えば粒状、球状、
フェルト状、織布状、多孔質ブロック状、多数の貫通孔
を形成した中実体等の形状を有する活性炭、グラファイ
ト、炭素繊維等の炭素系材料から、あるいは同形状を有
するニッケル、銅、ステンレス、鉄、チタン等の金属材
料、更にそれら金属材料に貴金属のコーティングを施し
た材料から形成された複数個の誘電体から成ることが好
ましく、該三次元電極は直流電場内に置かれ、両端に設
置した平板状又はエキスバンドメツシュ状やバーフオレ
ーテイッドプレート状等の多孔板体から成る給電用陽陰
極間に直流電圧を印加して前記誘電体を分極させ該誘電
体の一端及び他端にそれぞれ正及び負の電荷が形成され
て分極する。

この他に給電用陽極及び陰極とは別個に、単独で陽極と
しであるいは陰極として機能する三次元材料を交互に短
絡しないように設置しかつ電気的に接続して複極型固定
床式電解槽とすることができる。なお前述の多数の貫通
孔を形成した中実体を三次元電極として使用する場合に
は、流通する冷却水の移動を妨害しないようにその開口
率を１０％以上９５％以下好ましくは２０％以上８０％
以下とし、貫通孔の開孔径は被処理液が透過できる程度
の孔径の微細孔とすることが好ましい。

前記誘電体として活性炭、グラファイト、炭素繊維等の
炭素系材料を使用しかつ陽極から酸素ガスを発生させな
がら冷却水を処理する場合には、前記誘電体が酸素ガス
により酸化され炭酸ガスとして溶解し易くなる。これを
防止するためには前記誘電体の陽分極する側にチタン等
の基材上に酸化イリジウム、酸化ルテニウム等の白金族
金属酸化物を被覆し通常不溶性金属電極として使用され
る多孔質材料を接触状態で設置し、酸素発生が主として
該多孔質材料上で生ずるようにすればよい。

前記誘電体又は給電用陽陰極間外の陽極及び陰極を接近
させて電圧の低下を意図する際には、短絡防止のため電
気絶縁性のスペーサとして例えば有機高分子材料で作製
した網状スペーサ等を挿入することが好ましい。

処理すべき被処理液が流れる電解槽内に該被処理液が前
記誘電体や陽極又は陰極にに接触せずに流通できる比較
的大きな空隙があると被処理液の処理効率が低下するた
め、前記誘電体等は電解槽内の被処理液の流れがショー
トバスしないように配置することが望ましい。

このような構成から成る三次元電極電解槽は、処理すべ
き被処理液の種類に応じて該被処理液の処理が必要な箇
所に近接させて設置し、特に熱交換器用冷却水の場合に
は、ビルやマンションの屋上環に設置された熱交換器に
近接して設置し、熱交換器内の冷却水の一部を循環させ
て前記電解槽等で殺菌等の処理を行った後に前記熱交換
器に戻すようにして使用することができる。

又本発明の電解槽では該電解槽に漏洩電流が生じ該漏洩
電流が電解槽から処理すべき被処理液を通して他の金属
製部材例えば熱交換器に流れ込み、該部材に溶出等の電
気化学的な腐食を生じさせることがある。そのため電解
槽内の給電用陽陰極が相対しない該電極背面部及び／又
は前記電解槽の出入口配管内に、冷却水より導電性の高
い部材をその一端を接地可能なように設置して前記漏洩
電流を遮断することができる。

又熱交換器用冷却水等には配管内を流れる間に固形の不
純物が混入することがあり、上記した電気化学的処理の
他に該不純物を除去するために熱交換器の前後好ましく
は前にフィルターを設置することが望ましい。

次に添付図面に基づいて本発明に使用できる電解槽の好
ましい例を説明するが、本発明方法に使用される電解槽
は、この電解槽に限定されるものではない。

第１図は、本発明の電解槽として使用可能な複極型固定
床式電解槽の一例を示す概略縦断面図、第２図は、第１
図の電解槽を熱交換器の前に設置した状態を示す概略図
である。

上下にフランジ１を有する円筒形の電解槽本体２の内部
上端近傍及び下端近傍にはそれぞれメソシュ状の給電用
陽極３と給電用陰極４が設けられている。電解槽本体２
は、長期間の使用又は再度の使用にも耐え得る電気絶縁
材料で形成することが好ましく、特に合成樹脂であるポ
リエピクロルヒドリン、ポリビニルメタクリレート、ポ
リエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩
化エチレン、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂等が好
ましく使用できる。正の直流電圧を与える前記給電用陽
極３は、例えば炭素材（例えば活性炭、炭、コークス、
石炭等）、グラファイト材（例えば炭素繊維、カーボン
クロス、グラファイト等）、炭素複合材（例えば炭素に
金属を粉状で混ぜ焼結したもの等）、活性炭素繊維不織
布（例えばＫ　Ｅ−１０００フエルト、東洋紡株式会社
）、又はこれに白金、白金、パラジウムやニッケルを担
持させた材料、更に寸法安定性電極（白金族酸化物被覆
チタン材）、白金被覆チタン材、ニッケル材、ステンレ
ス材、鉄材等から形成される。又給電用陽極３に対向し
負の直流電圧を与える給電用陰極４は、例えば白金、ス
テンレス、チタン、ニッケル、ハステロイ、グラファイ
ト、炭素材、軟鋼あるいは白金族金属をコーティングし
た金属材料等から形成されている。

前記両給電用電極３．４間には複数個の、図示の例では
３個の固定床５が積層され、かつ該固定床５間及び該固
定床５と前記両給電用電極３．４間に４枚の多孔質の隔
膜あるいはスペーサー６が挟持されている。各固定床５
は電解槽本体２の内壁に密着し固定床５の内部を通過せ
ず、固定床５と電解槽本体２の側壁との間を流れる冷却
液の漏洩流がなるべく少なくなるように配置されている
。

隔膜を使用する場合には該隔膜として織布、素焼板、粒
子焼結プラスチック、多孔板、イオン交換膜等が用いら
れ、スペーサーとして電気絶縁性材料で製作された織布
、多孔板、網、棒状材等が使用される。

このような構成から成る電解槽２は、第２図に示すよう
にビルやマンション等の建築物１１の屋上の熱交換器１
２に近接してフィルター１３とともに設置される。該建
築物１１の各階には所定の冷暖房装置が設！され、前記
熱交換器１２のフィン１４に接触して冷却された熱交換
器用冷却水は冷却水供給配管１５を通して前記冷暖房設
備に供給されて該設備に使用される循環水を冷却した後
、ポンプ１６により冷却水回収配管１７を通して屋上に
循環されフィルター１３を通って固体状不純物が除去さ
れた後、前記電解槽２に供給される。

該電解槽に供給された冷却水を第１図に矢印で示すよう
に下方から供給しながら通電を行うと、前記各固定床５
が図示の如く下面が正に上面が負に分極して固定床５内
及び固定床５間に電位が生じ、該電解槽内を流通する冷
却水はこの電位により正又は負に分極された固定床５に
接触して該冷却水中の黴や細菌の殺菌及びカルシウムや
マグネシウムイオンの水酸化物としての析出除去等の改
質処理が行われて該電解槽２の上方から取り出されて、
第２図に示すように熱交換器に循環され、同様に熱交換
器用冷却水の処理が継続される。

第３図は、本発明に使用できる複極型固定床式電解槽の
他の例を示すもので、該電解槽は第１図の電解槽の固定
床５の給電用陰極４に向かう側つまり陽分極する側にメ
ツシュ状の不溶性金属材料７を密着状態で設置したもの
であり、他の部材は第１図と同一であるので同一符号を
付して説明を省略する。

直流電圧が印加された固定床５でガス発生が伴う場合に
は、酸素ガスが発生する固定床５の陽分極側が消耗劣化
する。図示の通りこの部分に不溶性金属材料７を設置し
ておくと、該不溶性金属材料７の過電圧が固定床５を形
成する炭素系材料の過電圧より低いため殆どの酸素ガス
が前記不溶性金属材料７から発生し固定床５は殆ど酸素
ガスと接触しなくなるため、前記固定床５の溶解は効果
的に抑制される。又該電解槽２に供給された熱交換器用
冷却水は第１図及び第２図の場合と同様に処理され殺菌
等が行われる。

第４図は、本発明に使用できる複極型固定床式電解槽の
他の例を示すものである。

上下にフランジ２１を有する円筒形の電解槽本体２２の
内部上端近傍及び下端近傍にはそれぞれメソシュ状の給
電用陽極２３と給電用陰極２４が設けられている。電解
槽本体２２は、長期間の使用又は再度の使用にも耐え得
る電気絶縁材料特に合成樹脂で形成することが好ましい
。

前記再給電用電極２３．２４間には、導電性材料例えば
炭素系材料で形成された多数の固定床形成用粒子２５と
該固定床形成用粒子２５より少数の例えば合成樹脂製の
絶縁粒子２８とがほぼ均一に混在している。該絶縁粒子
２８は、前記給電用陽極２３及び給電用陰極２４が完全
に短絡することを防止する機能を有している。

このような構成から成る電解槽に下方から矢印で示すよ
うに熱交換器用冷却水を供給しながら通電を行うと、前
記各固定床形成用粒子２５が給電用陽極２３側が負に又
給電用陰極２４側が正に分極して表面積が莫大な三次元
電極として機能し、第１図及び第３図の電解槽と同様に
して前記冷却水等の黴や細菌の殺菌やカルシウムイオン
やマグネシウムイオンの除去等の改質処理が行われて該
電解槽の上方から取り出される。

（実施例） 以下に本発明方法による熱交換器用冷却水改質処理の実
施例を記載するが、該実施例は本発明を限定するもので
はない。

尖崖■上 透明な硬質ポリ塩化ビニル樹脂製の高さ４００Ｂ、内径
６００鶴のフランジ付円筒形である第１図に示した電解
槽を第２図に示すように、クーリンゲタワードフィルタ
設備間に設置した。該電解槽内には、炭素繊維から成る
直径６００ｆｌ、厚さ１０鶴の固定床１５個を、開口率
８０％で直径６００ｕ及び厚さ１．２鶴のポリエチレン
樹脂製隔膜１６枚で挟み込み、上下両端の隔膜にそれぞ
れ白金をその表面にメンキしたチタン製である直径５８
０ｍｍ厚さ１．０ｍｍのメツシュ状給電用陽極及び給電
用陰極を接触させて設置した。

熱交換器用冷却水を１０トン／ｌの速度で前記電解槽に
給電し、かつ前記給電用電極間に第１表に示す電解電圧
を印加して前記冷却水の処理を行っ第 １ 表 た。該処理操作における肉眼観察による発生ガスの有無
、電解槽通過前後の冷却水のカルシウム及びマグネシウ
ムイオン濃度、細菌数及び消費電力量を第１表に纏めた
。

第１表から熱交換器用冷却水は電解槽で処理されること
によりカルシウム及びマグネシウムイオン濃度及び細菌
数が大幅に減少することが判る。

３０日経過後に通電を停止し電解槽を解体して固定床の
状態を観察したところ変化は見られなかった。

ス１１生圀 実施例１の電解槽本体及び給電用電極間使用し、該給電
用電極間に、粒径５〜１０ｍｍのグラファイト粒子と硬
質ポリ塩化ビニル樹脂製で粒径５〜１０ａｍの絶縁粒子
を重量比４：１で均一に混合した混合粒子を充填し、第
４図に示す電解槽を構成した。

この電解槽を実施例１と同様にクーリングタワーに近接
させて設置し、同様の条件で熱交換器クーリングタワー
用冷却水の処理を行い、該処理操作における肉眼観察に
よる発生ガスの有無、電解槽通過前後の冷却水のカルシ
ウム及びマグネシウムイオン濃度、細菌数及び消費電力
量のそれぞれ結果を第２表に纏めた。

第２表から熱交換器用冷却水のカルシウム及びマグネシ
ウムイオン濃度及び細菌数は電解槽で処理されることに
より大幅に減少することが判る。

大指斑ユ 実施例１の電解槽を使用し、供給する熱交換器筒 表 第 表 用冷却水のレイノルズ数を変化させて滅菌率及びカルラ
シム及びマグネシウムイオンの除去率への影響を調べた
。その結果を第３表に示した。なお前記冷却水の電解槽
入口での細菌数は約４１３０００個／ｌ、カルラシム及
びマグネシウムイオンは全体で３３ｐｐｍであった。

第３表から、レイノルズ数が５００未満であると殺菌率
「〔（入口細菌数）−（出口細石数）〕÷　（入口細菌
数’）　Ｘ１００　Ｊが不十分で電解槽出口から排出さ
れる処理済被処理液中にかなりの細菌が残存するが、レ
イノルズ数が５００以上になるとほぼ完全に滅傷された
被処理液が電解槽から取り出されることが判る。又被処
理液のカルラシム及びマグネシウムイオン濃度も３３ｐ
ｐｍから１０ｐｐｍ未満に減少することが判る。

（発明の効果） 本発明方法は、熱交換器用冷却水等の被処理液を複極型
三次元電極式電解槽にレイノルズ数が５００以上になる
ように供給し、該被処理液を前記三次元電極に十分に接
触させなから該被処理液の電気化学的な処理を行う被処
理液の処理方法（請求項１）である。

熱交換器用冷却水等の被処理液を本発明により処理する
と（請求項２）、殺菌剤や防黴剤を使用することなく細
菌類や黴類を殺菌することができ、しかも前記被処理液
中のカルシウムやマグネシウムイオンを除去して該イオ
ンが熱交換面等に析出して熱交換効率等が低下すること
を効果的に抑制することができる。

本発明は、被処理液が熱交換用冷却水であるときに有効
であり、該熱交換用冷却水の滅菌及びカルラシムイオン
等の減少という２種類の改質処理を本発明方法により簡
単に行うことが可能になる。

更に本発明方法で発生する電解ガスは爆発限界内の酸素
ガス及び水素ガスの混合ガスとなり密閉系で処理を行う
と爆発の危険がある。従って電解槽の出口近傍に電解に
より発生するガスの分離手段及び分離されたガスの希釈
手段を設けて、爆発の危険を回避することができる（請
求項３）。

更に本発明の電解槽では該電解槽に漏洩電流が生じ該漏
洩電流が他の金属製部材例えば熱交換器に流れ込み、該
部材に溶出等の電気化学的な腐食を生じさせることがあ
る。これを防止するためには給電用陽陰極が相対しない
適切な箇所に、冷却水より導電性の高い部材をその一端
を接地可能なように設置して前記漏洩電流を遮断するこ
とが好ましい（請求項４）。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の電解槽として使用可能な複極型固定
床式電解槽の一例を示す縦断面図、第２図は、第１図の
電解槽の設置状況を示す概略図、第３図は、他の複極型
固定床式電解槽の一例を示す縦断面図、第４図は、更に
他の複掻型固定床式電と槽の一例を示す縦断面図である
。 １．２１・ ３．２３・ ５　・　・　・ ７　・　・　・ １１・　・　・ ・フランジ　２．２２・・電解槽本体 ・給電用陽極　４．２４・・給電用陰極固定床　　６・
・・スペーサー 不溶性金属材料 建築物　１２・・ ・熱交換器 １３・ １５・ １７・ ２５・ ・フィルター　１４・・・フィン ・冷却水供給用配管　工６・・・ポンプ・冷却水回収用
配管 固定床形成用粒子　２８・・絶縁粒子 第２図 第３図 第４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）被処理液を三次元電極式電解槽に供給し、該被処
   理液を５００以上のレイノルズ数で前記電解槽を流通さ
   せながら前記被処理液を前記三次元電極と接触させて電
   気化学的に処理する被処理液の電気化学的処理方法。
2. （２）被処理液が熱交換用冷却水である請求項１に記載
   の方法。
3. （３）その出口近傍に電解により発生するガスの分離手
   段及び分離されたガスの希釈手段が設けられた電解槽を
   使用する請求項１又は２に記載の方法。
4. （４）三次元電極式電解槽内の給電用陽陰極が相対しな
   い該給電用電極背面及び／又は前記電解槽の出入口配管
   内に、被処理液より導電性の高い部材をその一端を接地
   可能に設置して処理を行う請求項１から３までのいずれ
   かに記載の方法。