スケールバスター技術資料

スケールバスター技術資料 Ver.2 株式会社 ハセベ 1

目 次 はじめに 3 スケールバスターとは 4 スケールバスターの原理と効果 5 1. 原理 2. 鉄錆 3. スライム 4. スケール スケールに対する効果の考察 7 スケールバスターの効果 9 ( 付録 ) 用語の解説 10 原子と電子 10 原子 10 イオン化 10 イオン化傾向 10 水溶液 10 原子記号 11 化学反応 11 酸化 還元 11 原子の電子配列 12 電圧 14 電流 14 静電気 14 電気のエネルギー 14 磁気によるもの 14 スケールバスターによるイオン活性水 15 2

はじめに 古来我が国は水に恵まれ 生活に関わる 水 の心配はなかったものです 近年にいたって 工業の目覚しい発展 生活の大幅な改革などに伴って 水 の消費量が増大し 水資源の払底を危惧する声も聞かれるようになり 近い将来 水 の品質に対する問題が大きくクローズアップされてくるものと考えられます 今まで あまり気にも止めなかった 水 について その複雑な性質のほかに 自然水に必ず含まれる無機塩類 有機化合物 微量の金属塩類等の電解質がさまざまに利用し 活用する中にあって種々のトラブルを惹起し 現在に置いても抜本的な解決を望まれる事態に立ち入っています 1) 鉄錆や赤水 : 使用される鉄管あるいは水中に含まれる鉄分が 水 を媒介とする酸化反応によって 錆や赤水を発生して配管のつまりや腐食の原因となる 2) スライム : 水に含まれる有機素成分が雑菌 バクテリア等の栄養源となって菌を繁殖させ これがスライムとして成長し管内に付着して熱効率の低下 管閉塞 腐敗水などの原因となる 3) スケール : 水中に含まれるカルシウム マグネシウム シリカ等がスケール結晶物として管内に付着成長し熱効率の低下 管閉塞 管破損の原因となる これらの問題を処理するために国内にいて従来はキレート剤 防錆剤 殺菌剤等の薬剤に頼る水処理法が採用されてきましたが その手段は局部的 単発的であって 総合的に処理するためには装置施設と運用管理に多額な投資が必要となる上 膨大な薬剤の消費が必要となるなど ランニングコストにおいても出費が必要となっています このため近年にいたって 水 の物理的処理方法に関する研究が盛んに行われるようになり諸外国においては既に水の電磁処理方法が工業熱動力技術分野に採用されているほか静電場による処理 電子場による処理 あるいは 超音波や遠赤外線処理などの多彩な方法が紹介されております しかしながら 現在 我が国に紹介され あるいは 国内で製作されているこれらの機器に関して問題点は山積みされています 1. 現在採用している処理方法と比較して確かに優位であるか 2. 取付方法 取付場所によって 100% 効果を発揮出来ない事はないか 3. 水質及び水の利用方法によってムラがあるのではないか 4. メンテナンスのフォロー ( アフターケアーの体制 ) が万全ではないのではないか 5. 投資額の問題 ( 現在稼動している施設を放棄してまで ) 6. その他 3

スケールバスターとは 構造 真鍮本体多流水路誘電体亜鉛 H + + OH - Zn ++ 効果 ( 静電気発生 ) ( 起電圧 ) ( 静電気発生 ) 水流 静電気 陽極 : 亜鉛 水流 静電気 熱 陰極 : 真鍮 熱 多流水路誘電体 ( トリ テトラ フロロエチレン樹脂製 ) : 加速された 水 の運動エネルギーを静電気と熱に変える 亜鉛活性陽極 ( 高純度亜鉛製 ) : 亜鉛と真鍮との電位差によって電圧が起きる すなわち スケールバスターは静電気と電圧の相乗効果によって水を処理するものです 詳細は後述するとして前述の問題点に対して 1. 処理による効果は大いに期待できる 2. 取付方法は簡単であり スペースはいらない 3. 水処理の問題はほとんどクリアー出来る 4. メンテナンスフリーである 5. 他の製品と比較しても価格において十分対応出来る など 問題の大半が解決出来ます 4

スケールバスターの原理と効果 1. 原理 1 多流水路誘電体 ( トリ テトラ フロロエチレン樹脂 ): スケールバスターを水が通過すると 特殊誘電体の効果によって水の運動エネルギーが熱と静電気に変化する H 2 O H + 分極 OH - 分極したHイオン OHイオンはそれぞれ電気的に不安定な溶存不純物を中和して安定した懸濁物にします ( コロイド状 ) Hイオンは水中の不安定な溶存酸素 (DO) の活性を封鎖し その結果として酸化反応を抑制し還元反応を促進する効果として現れます 2 高純度亜鉛 : 高純度亜鉛は活性陽極 ( 陰極は真鍮 ) として電圧を起こして直流電流が装置の前後で陽イオンの保護を引き起こし付帯電流子に沈殿効果をもたらします すなわち Zn( 亜鉛 ) イオンは既存の錆や腐食沈殿物を分解する役割を果たします (Hイオンとの相乗効果) また Znイオンはイオン化傾向の順列から Caスケールの溶解 Ca + Zn ++ Ca ++ + Zn Mgスケールの溶解 Mg + Zn ++ Mg ++ + Zn 鉄錆の除去 Fe +++ + Zn Fe + Zn ++ 赤錆 黒錆 Fe 2 O 3 Fe 3 O 4 (Fe +++ が電荷を失う過程 ( 赤錆 ) ( 黒錆 ) で形成される ) などHイオンのもたらす効果を助成し促進する事になります 2. 鉄錆 ( 赤水 ) 1 発生の抑制 : 錆は水と溶存酸素 (DO) による酸化反応によって発生します 水 +DO 水 +DO ( 黄褐色錆 ) Fe Fe ++ (OH) 2 Fe +++ (OH) 3 Fe 2 O 3 nh 2 O スケールバスターは溶存酸素を封鎖し 酸化反応を抑制して錆の発生を防ぎます 2 除去 : 既に発生している錆は還元作用と分極した水分子の水和エネルギーによって徐々に除去され還元作用により Fe3O4( 黒錆 ) として防蝕皮膜を形成します 3 Zn イオンの効果 : Zn イオンは錆を分解して還元反応の促進を図る役割をします 鉄錆はさまざまな効果によって抑制され除去されるわけですがスケールバスターの示す効果は溶存酸素 (DO) の活性化を封鎖して酸化反応を阻止するとともに H イオン Zn イオンの働きによる還元反応の促進なのです ( 黄褐色 ) (OH- Zn) (OH- Zn) (OH- Zn) Fe 2 O 3 nh 2 O Fe +++ Fe ++ Fe 5

3. スライム有機成分 (NO3 N) を栄養源として繁殖するバクテリアとその排出物及び懸濁物質による粘着性物質がスライムとなります DO 酸化菌 DO 酸化菌 動植物の腐敗分解 NH 4 N NO 2 N NO 3 N 活性化した水は溶存酸素 (DO) を封鎖し 酸化反応を抑制するので DO 酸化菌と栄養源を絶たれたバクテリアは死滅し スライムは自然に剥離 除去されます 4. スケール 1 抑制 : スケールは水に溶け込んでいる成分の溶質濃度 温度 Ph の変化によって結晶化します スケールバスターは分極した水分子の水和エネルギーによってスケール成分 (Ca ++,Mg ++,SiO 2- ) をイオン封鎖します その結果スケールの結晶化を抑制し非結晶の粒子 ( コロイド ) 状にしてスケールの付着を防止します + - - + + - Ca ++ - + - + - Sio 2 + - - + + - 2 除去 H イオン Zn イオンは定着した Ca を Ca イオンへ Mg を Mg イオンとして活性化させ水に溶解させます 水に溶解した Ca イオン Mg イオンはコロイド状にして付着を防止します 6

スケールに対する効果の考察 電気的処理 : 水に微電圧を与え水質を変化させる事によってスケール成分を非結晶のコロイドとして分散させる 磁気的処理 : 水に微電流を与え水質を変化させる事によってスケール成分を微細結晶に変化させるがこの結晶は成長性を持つ * 電圧 : 水に科学的パワーを与え スケール成分をイオン封鎖する * 電流 : 水にパワーエネルギーを与え スケール成分の電荷を奪う いずれにしても水質改善の手段となる可能性はあるがスケールの除去という観点からすると電荷を奪われたスケール成分は成長性を持つ事になるのでマイナス要因として働く可能性があります スケールバスターは電流 電圧 亜鉛 (Zn) イオンや分極された H イオン OH イオンなどの働きが複相して効果を発揮します (Zn イオンを含むイオン活性水の効力 ) イオン活性水 (Zn ++ を含む ) は 水に含まれるスケール成分 (Ca ++ Mg ++ S io 2- ) をイオン封鎖してコロイド状に分散します H 2 O ( スケールバスター通過 ) H + OH - ( 活性水 ) Zn ++ を含む H + OH - Zn ++ OH- H + Zn ++ Ca ++ - H + OH - OH - H + OH - H + SiO 2 H + OH - OH - H + Zn ++ H + OH - 1. イオン活性水とカルシウムともにイオン封鎖され 見かけ上はコロイド状で溶解している ( 非活性 ) 1 Ca ++ Mg ++ などの陽イオンはコロイド状になりやすく 陰イオンのSiO 2 - はイオン化傾向が弱いのでコロイド状になり難い しかし スケールバスターの場合は上図右に示されるように活性水がZnイオンの助けを借りてSiO 2- イオンを完全に封鎖するのでその非活性化を促進します 2 亜鉛は Fe ++ + Zn Fe + Zn ++ によって水中溶解する鉄分の除去に対しては強力に働きます スケールバスターは スケールの抑制については他の追従を許さない効果を発揮します Zn ++ 7

2. イオン活性水による既付着カルシウムスケールの除去 1 内管などに付着しているカルシウム (Ca 一般的には CaCO 3 のような形 ) はイオン活性水の中に溶存する H + Zn ++ などのイオンを奪って (Ca は Zn や H よりイオン化しやすいので )Ca ++ となって水に溶解する CaHCO 3 Ca(OH) 2 など水溶性の物質となって溶解する形もある 2 水に溶解した Ca ++ は 活性水中の OH - あるいは 電子によって封鎖されコロイド状となって流出する CaCO 3 の形で剥離しそのまま流出するものもある Ca Ca Ca Ca Ca Ca イオン活性水 n (H+ OH-) Zn ++ Ca ++ Zn Hのイオンが Caに移る Ca ++ Ca ++ Ca Ca Ca ++ 結晶スケール 結晶スケール活性化 または e - OH - e - OH - Ca ++ OH - e - OH - e - コロイド状溶解 3 既付着のスケールについては イオン活性水であっても短時間で処理する事は難しい しかし スケールバスターにあっては Zn イオンの効果が加算されるので 機器周辺のスケールについては早期に処理され 徐々に全体の配管に効果が表れる シリカによるスケールの処理は多少時間がかかるが 新しいシリカのスケール発生は防止できる 8

スケールスライム 赤水スケールバスターの効果 錆問題発生のメカニズムスケールバスターの効果錆の生成 = 赤水の原因 ( 酸化反応 ) イオン活性水の効果 ( 還元反応 ) O 2 +2H 2 O+4e - Fe(OH) 2 ーで 錆を鉄に戻す Feが水中のOH - やO 2- と結合して赤錆を生成する Fe Fe ++ +2e - +4OH - 1. 水中のマイナスイオンの働きを封鎖 (e - OH - の働きがO - を封鎖する ) 還元作用と水和エネルギ Fe(OH) 2 FeOOH Fe 2 O 3 nh 2 O 2. 途中 黒錆を生成して防蝕皮膜を形成するものもある ( 黄褐色 ) ( 活性水 ) ( 黒色 ) FeO3 nh2o Fe +++ Fe ++ ( 水溶性 ) ( 結晶 ) Ca(HCO 3 ) 2 CaCO 3 +H 2 O+CO 2 Mg(HCO 3 ) 2 MgCO 3 +H 2 O+CO 2 - SiO 2 SiO これらの反応は 熱によって促進され 印の結晶が付着し これが成長 進行してスケールを発生させる (Fe 3 O 4 ) 3. 亜鉛は 錆を分解して 還元反応を促進する イオン活性水では Ca ++ Mg ++ SiO 2- をイオン封鎖して 非結晶のコロイド化して スケールの発生を防止する 既成のスケールについては OH - と結合して水溶性の Ca(OH) 2 あるいは Zn ++ によって イオン化して水溶し排出される 空気中または水中に生存するバクテリア ( 硝酸菌 ) が水中に含まれている有機成分 (NO 3 -N) を栄養源として繁殖してスライムとなる 2NH 4 +3O 2 2NO 2 +2H 2 O+2H 2 2NO 2 +O 2 2NO 3 Ca ++ + 2OH Ca(OH) 2 イオン活性水では 水中の活性酸素をイオン封鎖し 見かけ上の酸欠状態になるため NO 3 -N という栄養源が絶たれたバクテリアは死滅する バクテリアが死滅すれば既成のスライムは自然剥離 除去される (DO) (DO) NH N NO 2 N NO 3 N N 2 動物 植物 9

用語の解説 原子 と 電子 原子 原子は 物体を構成する単位で 原子とそれを取り巻く電子によって成り立っている 電子は それぞれマイナスの電荷を持っている 原子の中で最も外側にあるいくつかの電子は化学結合の主原因となる 化学結合は 電子の移動と考えると分かりやすい 電子 原子 原子は プラスの電荷を持つ陽子と 電荷を持たない中性子から成っている 原子の重さは 大部分が原子の重さである 陽子の数は電子の数と同数である 物体の性状は陽子によって定まっている 陽子 中性子 イオン化 原子は 主としてその最外側の電子を放出したり 取り込んだりする事によって電荷を持つ 一般に 金属は電子を放出して陽イオンとなり 非金属は電子を取り込んで陰イオンになる 元素が化学反応を起こしたり水に溶け込んだりする時イオン化している イオン化傾向 金属がイオン化するのにイオンになりやすい順番がある K Na Ca Mg Zn Cr Fe ++ Cd Co Ni Sn Pb Fe +++ (H) Cu Ag Hg Au 右へ行くほどイオン化しにくい金属である ( イオン化しているものが電荷を奪われて還元してしまう ) 水溶液 物質が水に溶けている状態は 1 溶解している 2 コロイド状に分散している ( 水溶の場合 ゲル という ) 3 浮遊しているこの内化学的には 1 の場合だけをいう 2 及び 3 の場合はイオン化していない 10

原子記号 スケールバスターに関係する原子記号 水素 H H 2 ( 気体 ) 酸素と化合して水になる H 2 O 酸素 O O 2 ( 気体 ) 塩素 Cl Cl 2 ( 気体 ) 水素と化合して塩酸になる HCl 窒素 N N 2 ( 気体 ) 酸素と化合して二酸化窒素になる NO 2 NO 2 が水に溶けて硝酸になる H 2 NO 3 炭素 C( 固体 ) 酸素と化合して炭酸ガスになる CO 2 硫黄 S( 固体 ) 酸素と化合して無水硫酸になる SO 3 SO3が水に溶けて硫酸になる H 2 SO 4 ケイ素 Si( 固体 ) 酸素と化合してシリカになる SiO 2 SiO2が水に溶けてケイ酸になる H 2 SiO 3 カルシウム Ca( 金属 固体 ) イオン化しやすい スケールの元 マク ネシウム Mg( 金属 固体 ) イオン化しやすい スケールの元 亜鉛 Zn( 金属 固体 ) 鉄 Fe( 金属 固体 ) 酸素と化合して錆の元になる Fe 2 O 3 (Fe 3 O 4 は黒皮 安定する ) 化学反応 化学反応はさまざまな形で進行するので 一概に結論づける事は難しい 可能性が予測されるとき これを実験によって確かめて結論を引き出し 理論的に裏付ける また すべての反応は 100% 完逐する事はないと考える方が自然である 酸化 還元 元来 酸化とは金属なり 非金属なりが酸素と化合して酸化物を生成する事であり 還元とは金属酸化物に炭素や水素を作用させて 金属に戻す事をいう 原子の電子構造が化学性質と関係する事が明らかになってからは 以下の通りである 酸化 : 原子 イオン 分子から電子を取り去る事還元 : 原子 イオン 分子に電子を与えて元に戻す事 11

原子の電子配列 43 番 Tc までの例 〇印 : 金属を示す 原子 エネルキ ー準位 K L M N O 番号 原子番号 1s 2s2p 3s3p3d 4s4p4d 4s5p5d 1 H 1 2 He 2 3 Li 2 1 4 Be 2 2 5 B 2 2 1 6 C 2 2 2 7 N 2 2 3 8 O 2 2 4 9 F 2 2 5 10 Ne 2 2 6 11 Na 2 2 6 1 12 Mg 2 2 6 2 13 Al 2 2 6 2 1 14 Si 2 2 6 2 2 15 P 2 2 6 2 3 16 S 2 2 6 2 4 17 Cl 2 2 6 2 5 18 Ar 2 2 6 2 6 19 K 2 2 6 2 6 1 20 Ca 2 2 6 2 6 2 21 Sc 2 2 6 2 6 1 2 22 Ti 2 2 6 2 6 2 2 23 V 2 2 6 2 6 3 2 24 Cr 2 2 6 2 6 5 1 25 Mn 2 2 6 2 6 5 2 26 Fe 2 2 6 2 6 6 2 27 Co 2 2 6 2 6 7 2 28 Ni 2 2 6 2 6 8 2 29 Cu 2 2 6 2 6 10 1 30 Zn 2 2 6 2 6 10 2 31 Ga 2 2 6 2 6 10 2 1 32 Ge 2 2 6 2 6 10 2 2 33 As 2 2 6 2 6 10 2 3 34 Se 2 2 6 2 6 10 2 4 35 Br 2 2 6 2 6 10 2 5 36 Kr 2 2 6 2 6 10 2 6 37 Rb 2 2 6 2 6 10 2 6 1 38 Sr 2 2 6 2 6 10 2 6 2 39 Y 2 2 6 2 6 10 2 6 1 2 40 Zr 2 2 6 2 6 10 2 6 2 2 41 Nb 2 2 6 2 6 10 2 6 4 1 42 Mo 2 2 6 2 6 10 2 6 5 1 43 Tc 2 2 6 2 6 10 2 6 6 1 12

電子配置模型図 非金属 H: 水素 (1) O: 酸素 (8) Si: ケイ素 (14) S: 硫黄 (16) Cl: 塩素 (17) 金属 Ca: カルシウム (20) Fe: 鉄 (26) Zn: 亜鉛 (30) Mg: マグネシウム (12) 13

電圧 V ボルト表示対立する 2 つの極の間で一方に電子が蓄えられた時 電位差が生ずる このエネルギーを電圧という + 極 - 極 電子 電子 電子 電子 電流 A アンペア表示電子が移動すると電気が流れる すなわち電流という 電子はマイナスの電荷を持っているので電流の方向は電子の動きと反対の方向となる 静電気 静電気の発生はいろいろな場合がある 日常体験する摩擦による帯電現象はごく一般的である スケールバスターの多流水路誘電体は勢い良く流れる水の摩擦によるエネルギーが静電気に転換して 電流 ( 電子移動 ) を起こす 電気のエネルギー 電気のエネルギーは電子の運動によってもたらせるものである 1 電子が介在する事によって化学的条件はさまざまに変化する 2 水分子 (H 2 O) が H + OH - に別れて反応の活性化を促進させる 3 水中に溶解しているマイナスイオンの働きを妨げる電子は酸素イオン (O 2 ) と反発し H + は O 2 の活性を封鎖する 4 電圧による効果は持続性を持ち 電位差が保持される限りいつまでも持続して効力を発揮する 5 電流による効果は即効的で有効ではあるが消耗的で持続しない 磁気によるもの 1 磁力によって遊離した Fe を吸着する 2 磁場による誘導電力 ( 静電気の発生 ) によって 電流と同様の効果を得る事ができる 14

スケールバスターによるイオン活性水 1 多流水路誘電体多流水路誘電体によって加速された水が流れる事によって静電気が発生し電子が移動する ( 電流の効果 ) 電子は水に溶解している鉄分 (Fe ++ Fe +++ ) の電荷を奪って ( 電子を与え ) 鉄に還元する 電子は水分子 (H 2 O) のイオン化 (H + OH - ) の促進を補助する 2 亜鉛筒亜鉛 (Zn) は真鍮本体との電位差から電圧を起し恒久的に電子を供給する 多流水路誘電体との接合部の形状は渦巻き水流を生じ起電圧に有効な働きをさせるようにしてある 持続性をもって管径の約 3,000 倍の配管距離まで有効に働く 亜鉛 (Zn) は鉄イオン (Fe ++ Fe +++ ) の電荷を奪って亜鉛イオン (Zn ++ ) となって鉄を還元する 3 活性酸素のイオン封鎖 電子のマイナス電荷は水中の活性酸素 (O 2 ) と反発しあってその働きを封鎖する イオン化した水 (H + OH - ) の H + は O 2 と引き合ってその働きを封鎖する 4 還元され 封鎖された元素電子を失い ( あるいは供与されて ) 還元された酸素をはじめとする塩素 窒素 その他の元素分子として水中に溶解されるもの あるいは気体として放出されるものなど 元素本来の姿となる したがって 特に飲用に供する場合 給水される元の水が飲用に不適合であるほど それらの元素を含有する物に対してはスケールバスターといえどもこれを除去するには限界がある 15

水トラブルの原因 1 赤錆 赤水 : 給水用鉄管 あるいは水中に含まれる鉄分 ( 鉄イオン ) が酸化反応によって鉄錆となり配管を腐食させて赤水を発生させる 赤錆は腐食の進行により熱効率の低下 給水管の閉塞 給水管の破損などの原因となる 2 スライム : 水に含まれる有機成分がバクテリアなどの栄養源となって菌を繁殖させ これが成長してスライムとなる スライムは内管に付着して熱効率の低下 管の閉塞 腐敗水の発生など障害の原因となる 3 スケール : 水中に含まれるカルシウム マグネシウム シリカなどの化合物が 管内に付着して スケールの結晶物となる スケールは熱効率の低下 給水管の閉塞 給水管の破損などの原因となる トラブル解決の手段 1 薬剤によるもの : 従来 主として工業用に用いられている方法で キレート剤 防錆剤 殺菌剤などを使用しているが ランニングコストがばかにならない他 薬剤の選定 管理能力など家庭用に使用する事は不適である 2 イオン交換による : イオン交換樹脂によるもの有効であるがコストも高く 樹脂の交換などランニングコストも莫大である ( スケールバスターの亜鉛イオンによるランニングコストは 0 でイオン交換の効果をもたらす ) 3 磁気的処理によるもの : 鉄分を磁力によって管内に吸着する他 水に微電流を生じさせてスケール成分を一時的に微細結晶にするが効果は局部的であって この結晶は電荷を失うと成長する可能性がある 4 電気的処理によるもの : 水に微電流を与えるとスケール成分が非結晶のコロイドとなって分散する 水に微電流を与えるとスケール成分の電荷を奪って還元させる ( 活性酸素をイオン封鎖して酸化を防げる ) 鉄錆の除去 発生の防止 スライムの発生の防止にも有効である 5 遠赤外線によるもの : 遠赤外線の効力は特に滅菌には有効に働く 従って スライムの除去については大いに期待できる しかし 電力などのランニングコストを含めて価格的には問題があり化学的な障害の解決にはならない ( 他の手段を併用する必要がある ) 6 セラミックによるもの : セラミックの多孔質の膜による微細有害物質の撤去は浮遊物の除去に有効でありコロイド化したスケール成分の除去などについては期待できるし 簡単な洗浄によって繰り返し使用も可能であるが 鉄錆 スケールなどの生成を防止する効力はない 抗菌活性炭 + カルシウムを樹脂の袋に入れてセラミックと併用するなどその吸着効果を高揚する方法をとっている物もある 16