JPS59112896A - スケ−ルフイルタ - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は熱交換器、特に工業用水、地下水、再生利用水
および海水などを冷熱媒とする熱交換器の給水側配管系
に設置されるスケールフィルタに関するものである。

〔従来技術〕

近年、エネルギーの有効利用および代替エネルギーの開
発に伴って、熱交換器の冷熱媒体として地下資源および
水資源の有効利用が要望され、地熱水、海水および工業
用水の再生利用が積極的に進められている。ところが、
前記環境水の水質はますます悪化の傾向にあるため、こ
れらの環境水を使用すると、濃縮によシ過飽和状態とな
った金属イオンおよび塩類が熱交換器の伝熱表面に析出
して沈澱し、その伝熱性能を阻害する、いわゆるスケー
ル障害を招く恐れがある。

上記スケール障害を防止する手段としては、水質を酸性
状態に維持することによシ、金属イオンおよび塩類の溶
解度を高め、あるいは炭酸および燐酸などを安鹸化して
スケールの生成作用を抑制する方法、またはキレート化
剤と称されている無機系および有機系の不飽和化合物を
予め水質に添加し、この添加物と金属イオンとのキレー
ト化反応によシ有機化合物となして析出を抑制する方法
がある。ところが、これらの方法は用済後あるいは液質
の濃縮割合が高くなった場合の排水処理は公害を併発し
やすいばかシでなく、多大の経費を要する欠点がある。

一方、水質に含まれるＣａ”／Ｍｇ２＋などのカチオン
を吸着する膜によ多流体を濾過する方法もあるが、この
方法は膜質の有効寿命が比較的に短く、かつ交換頻度が
多く、シかも膜質の損傷にょシ効率が低下するため、操
業上の管理が困難である欠点がある。

さらに被処理水を静電界中を通過させることによシ、ス
ケール生成作用を低減させる方法もあるが、この方法は
静電場を構成するために１絶縁電極（アノード）と接地
電極（カソード）に直流高電圧を負荷した場合、比較的
に短時日にアノードが絶縁破壊を起すので、操業上の保
守、管理に難点がある。

〔発明の目的〕

本発明は上記諸欠点を解消し、生成固形物を電気化学的
に飽和させることにより、金属表面への吸着作用をなく
することによシ、伝熱管へのスケールの付着を阻止し、
熱交換器の安全性の向上および耐用寿命の延長をはかる
ことを目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するために、下端に排出口を有
する分離室と、この分離室上にこれと連°通ずるように
設けた旋回流を発生させる混合室と、この混合室の上面
に取付けた絶縁電極と、この絶縁電極および混合室を貫
通して前記分離室内に挿入された排出管とからなり、前
記絶縁電極および混合室に直流高電圧を印加し、静電界
の作用および混合室内の旋回作用によシ、混合室内に導
入された空気を含む被処理水の溶解成分の析出反応を促
進して固形物化させ、この固形物を含む水質を分離室に
おいて高濃度と低濃度の各水質に分別して抽出すように
したものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を図面について説明する。

第１図〜第３図において、■は上面に連絡口１ａを、下
端に排出口１ｂをそれぞれ設けた分離室で、この分離室
１内には上部および下部に傾斜状ガイド２および開口３
ａを有する台状ガイド３がそれぞれ取付けられている゛
。４は分離室１の上面に一体に形成された混合室で、こ
の混合室４は外周部に設けた環状溝５と、この環状溝５
に対し接線方向に設けられた複数個の導入管６と、中心
部に設けた前記分離器１の連絡口１ａと同径の連絡ロア
および環状溝５間に放射状に設けた複数個の知斜状ガイ
ド８を備えている。

１０は混合室４の上面にシートパツキン１１を介して取
付けられた固定板、１２はこの固定板１０上にシールリ
ング１１全介もて取付けられた　　　　１ 絶縁電極である。１３は絶縁電極１２および混合室４を
貫通して分離室１内に挿入された排出管で、この排出管
１３は下端部がらっは状に形成され、かつ中間部に固着
された合成樹脂製固定板１４および固定板１４に取付け
られたスタンドボルト１５を介して絶縁電極１２に結合
されている。

１６ａ、１６ｂは前記固定板１０上に着脱可能に取付け
られ、絶縁電極１２を覆うカバーである。

上記絶縁電極１・２は第４図に示すように、金属板１２
ａの表面上に絶縁被覆層１２ｂ〜１２ｄを複数個（図で
は３個）積層して構成されている。

その絶縁被覆層１２ｂ〜１２ｄのシール面は平行である
が、ボルト孔１７部分には水分の侵入しないようにシー
ルするために曲率が設けられている。

前記絶縁被覆層１２ｂ〜１２ｄのうち、金属板１２ａの
表面に最も近い絶縁被覆層１２ｂは水の誘電率よシ著し
く小さい誘電率の絶縁被覆材、例えばエポキシ樹脂、塩
化ビニール樹脂、シリコン樹脂、ゴムおよび繊維強化樹
脂などの有機系材料によシ構成されている。

また金属板１２ａの表面よシ最も遠い（最外側）絶縁被
覆層１２ｄは水の誘電率とほぼ等しい誘電率の絶縁被覆
材、例えはチタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム
などの酸化チタン化合物によυ構成されている。さらに
中間の絶縁被讃層１２Ｃは前記両絶縁被覆層１２ｂ、１
２ｄを構成するそれぞれの絶縁被覆材の誘電率の中間の
誘電率を有する絶縁被覆材、例えばアルεニウム酸化物
、酸化バリウム、酸化鉛、酸化ナトリウム、金属ガラス
などにより構成されている。すなわち複数個の絶縁被積
層は金属板表面より遠ざかるにしたがって、順次に犬な
る誘電率を有する絶縁被覆材によｐそれぞれ構成されて
いる。

上記のように各絶縁被覆層１２ｂ〜１２ｄをそれぞれ誘
電率の異なる絶縁被覆材により構成した理由を下記に詳
述する。

いま、表面積が等しい正、負の電極を距離ｄを保って対
設し、その正、負電極間に誘電率εの異なる２誘電体を
介在させて直流電圧を印加したとする。前記２誘電体の
一方は厚さＸ、誘電率ε！を有し、他方は厚さｄ　−ｘ
　、誘電率６２を有するとすれば、その誘電体に発生す
る電荷密度δは一様であるが、電界の強さＥｌ、Ｅ２は
下記（１）式のように誘電率εｌ、ε２の相違により異
なる。

Ｅ、＝δ／ε１．　Ｅ２＝δ／ε２　　　・・・・・・
・・・（１）したがって導体間の電圧左電荷密度との関
係は下記（２１，（３１式で表わされ、これより各誘電
体の電界強さは下記（４）式で表わされる。

２ 上記（２）〜（４）式よシε１．ε２の差が太いほど、
電圧負荷時の２誘電体間に生ずる電圧ストレスは著しく
異なることが判る。例えば２種類の誘電体をゴム質と水
とに区分して考えると、導体間に電圧を負荷した場合、
ゴム質ではｉ電率ε−Ａ＝　２．５、水では誘電率ε中
８０であるため、ゴム質中に形成される電界の強さは著
しく大きくなるから絶縁破壊を起し易くなる。

したがって、電極間の誘電体の誘電率の差は極力少ない
方が好ましい。そこで第５図に示す水溶液に接する最外
側の絶縁被覆層１２ｄは水との誘電率の差を少なくする
ため、３０〜８０程度の比誘電率を示すものとして前記
のような絶縁被覆材により構成した。また中間の絶縁被
覆層１２Ｃは１０〜３０程度の比誘電率を示すものとし
て、前記のような絶縁被覆材により構成した。

さらに最内側の金属１２ａ表面と接触する絶縁被覆層１
２ｂは２．０〜７．５程度の比誘電率を示すものとして
、前記のような有機系材料がよい。これは、その有機系
材料に直流高電圧を印加すると、配向分極して比較的長
時間、両電極間に一定の電荷が蓄積される過程で充電々
流を流通させるからである。またカソード極に蓄積され
た電子は電界と逆方向のアノード極に向って放射される
からである。一方、金属板（母材）１２ａは省エネルギ
ーの見地よシ、電気抵抗の少ないアルεニウムおよびそ
の合金、銅およびその合金が好ましいが、腐食防止の見
地より、黒鉛および導電性樹脂でもよい。

次に上記のような構成からなる本実施例の作用について
説明する。

カチオン成分とアニオン成分を含有する被処理水は、環
状溝５中で旋回流となって加速されるから空気と混合す
る。しかも前記被処理水は環状溝５内に継続的に流入さ
れるから水圧が上昇する。

同時に外部電源を介して絶縁電極１２と混合室８壁に直
流高電圧を印加すると、絶縁電極１２の表面付近では酸
素が発生し、炭酸基（ＨＣＯａ”）などのアニオンの吸
着が起る。一方、カソード極では電子放出が行われ、中
性環境では下記（５）式のよ゛うにアルカリ性を呈する
。

２　Ｈ２０＋０２＋　４８−４０Ｈ・・・”””（５１
さらにＣａ　２．”、　Ｍ　ｇ”＋などのカチオンの選
択的吸着作用が促進される。

酸素の発生によシ被処理水中の炭酸ガスは減少シ、アル
カリ性への移行が促進されるので、遊離炭酸は化合炭酸
（Ｃ０３２−）への移行が促進される。

このため下記（６）式に示すように炭酸カルシウムの析
出反応が促進される。

Ｃａ　（ＨＣＯｓ　）２−　ＣａＣ０ａ↓＋ＣＯ２↑＋
Ｈ２０・・・・・・・・・（６） 一方、析出された固形物（ＣａＣＯｓ）は、混合室４内
の傾斜状ガイド８により発生する被処理水の旋回流と一
緒に流れ、連絡ロア、１ａを経て排出管１３の下端のら
っは状部１３ａの外側の周囲を旋回しながら分離１内を
下方向に流れる。

この下方向の流れは分離室１内で遠心力の作用を受ける
ため、前記析出固形物の濃度の高い被処理水Ｐ１は分離
室１の内周壁側に、析出固形物の濃度の低い被処理水Ｐ
２は分離室１内の中央側にそれずれ流れるので、前者の
高濃度の被処理水Ｐｌはガイド３の開口３ａを経て排出
口１ｂから抽出され、後者の低濃度の被処理水Ｐ２はガ
イド３によシ反転された後に排水管１３内を流通して抽
出される。

上記の場合、混合室４の環状溝５は、被処理水の流れを
単に旋回させるばかシでなく、空気との混合を促進させ
ることにより、水質に含まれるＣＯ２を減少させ作用を
行う。

電源としては直流高電圧を印加後に、配向分極による分
極電流は漸次減少して平衡状態になると、電流が流れな
くなるから一定周期で直流高電圧を繰返し付加すること
が必要である。その周期は１０サイクル以下では効率が
悪く、１ｏｏサイクル以上では配向分極が電界に追随で
きなくなるため、１０〜１００サイクルが好ましい。ま
た印加電圧はリンプル部分を含めて３０ｋＶ以下でない
と、絶縁被覆層は絶縁破壊を起し易いから印加電圧を３
０ｋＶ以下に限定した。また電圧波形は特定されないが
、く型波が効率的である。

次に実験例について説明するに、貯水槽−ポンプ−熱交
換器からなる閉ループを二系列を作り、その一系列には
本発明品を熱交換器の手前に設置した。銅製の２重管で
構成された熱交換器の加熱側に約５０Ｃの温水を循環さ
せると共に、冷却側に塩化カルシウムおよび水素炭酸ナ
トリウムによシ調整した人工の炭酸カルシウム水（Ｃａ
　（ＨＣＯ３）２として５００３％）’ｚ２８〜２２Ｃ
に維持し、これを循環させた。

上記熱交換器に流入する温水と冷却水の各温度および流
出する温度と冷却水の各温度をそれぞれ測定して熱換流
率を求めると、本発明品を設けない場合には、熱換流率
は漸次低下することが確認サレルと共に、伝熱管表面に
炭酸カルシウムの沈澱が多量に確認された。

一方、本発明品を設けた場合には、熱換効率は変化ない
が、伝熱管表面への炭酸カルシウムの付着はほとんど認
められなかった。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、水質をスケール生
成がおこシ難いものに変化させ析出固形物は電気化学的
に飽和しているため、金属表面への吸着作用がないので
、伝熱管へのスケールの付着を阻止し、熱交換器の安全
性の向上および耐用寿命の延長をはかることができる。

また本発明によれば、水質に含まれる金楓イオン濃度を
低減させ、析出固形物の濃度が異なる水をうろことがで
きる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は同
実施例の分解断面図、第３図（ａ）　、　（ｂ）は同実
施例の混合室（分離室を含む）の平面図および同正面図
、第４図は同実施例の絶縁電極の詳細断面図である。 １・・・分離室、１ｂ・・・排出口、４・・・混合室、
５・・・環状溝、６・・・導入口、７・・・連絡口、８
・・・傾斜状ガイド、１２・・・絶縁電極、１２ａ・・
・金属板、１２ｂ〜１２ｄ・・・絶縁被覆層。 箭　１　　図 ｚ 第２図 」

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、下端に排出口を有する分離室と、この分離室上にこ
   れと連通ずるように設けた旋回流を発生させる混合室と
   、この混合室の上面に取付けた絶縁電極と、この絶縁電
   極および混合室を貫通して前記分離室内に挿入された排
   出管とからなシ、前記絶縁電極および混合室に直流高電
   圧を印加し、静電界の作用および混合室内の旋回作用に
   よシ、混合室内に導入された空気を含む被処理水の溶解
   成分の析出反応を促進して固形物化させることを特徴と
   するスケールフィルタ。 ２、前記混合室は、その外周部に設けた環状溝と、この
   環状溝に対して接続方向に設けた複数個の導入口と、′
   中心部に設けた連絡口と前記環状溝との間に放射状に設
   けた複数個の傾斜状ガイドとを備えることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のスケールフ・イルタ。 ３、前記絶縁電極は金属表面上に絶縁被覆層を複数個積
   層して構成され、かつ前記絶縁被覆層のうち金属表面に
   最も近いものは水の誘電率よシ著しく小さい誘電率の絶
   縁被覆材からなシ、絶縁被覆層が金属表面より遠ざかる
   にしたがって順次に誘電率の犬なる絶縁被禰材を用い、
   最も遠い絶縁被覆層は水の誘電率とほぼ等しい誘導率の
   絶縁被覆材からなることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２項記載のスケールフィルタ。 ４、絶縁電極に印加される直流高電圧は１０〜１００サ
   イクルで、かつリンプル部分を含めて３０ｋＶ以下に設
   定することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のス
   ケールフィルタ。