水処理方法
【課題】金属が接する水のアルカリ性を維持するためのアルカリ化剤添加の頻度を極力抑制するとともに、長期間に渡って防食性を有する水質を維持できるアルカリ化水を得る水処理方法を提供する。
【解決手段】水２ａを純水化樹脂を含んだイオン交換塔１０に通して高純度水にした後、当該高純度水を防食化樹脂を含んだイオン交換塔１１に水を通すことで、不純物陽イオンをＮａ+に、不純物陰イオンを[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］2-に置換させてＮａ2[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］水溶液を得る。Ｎａ2[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］水溶液は、送入配管１３３を介して貯水槽１９に戻され、循環することになる。この動作を繰り返すことで、貯水槽１９内の高純度水を全てＮａ2[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］水溶液に変換する。なお、ｐＨ計１２を用いて貯水槽１９内の水のｐＨを随時測定し、ｐＨが９．２程度のアルカリになるまで循環を繰り返す。
【解決手段】水２ａを純水化樹脂を含んだイオン交換塔１０に通して高純度水にした後、当該高純度水を防食化樹脂を含んだイオン交換塔１１に水を通すことで、不純物陽イオンをＮａ+に、不純物陰イオンを[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］2-に置換させてＮａ2[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］水溶液を得る。Ｎａ2[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］水溶液は、送入配管１３３を介して貯水槽１９に戻され、循環することになる。この動作を繰り返すことで、貯水槽１９内の高純度水を全てＮａ2[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］水溶液に変換する。なお、ｐＨ計１２を用いて貯水槽１９内の水のｐＨを随時測定し、ｐＨが９．２程度のアルカリになるまで循環を繰り返す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水処理方法に関し、特に水冷装置や水空調機器に使用する水の水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水(淡水、イオン交換水)を冷却水として循環させる水冷装置や、水(淡水、イオン交換水)を蓄熱媒体として貯留して使用する水空調機器における水系などの接水部材(配管材料、部品材料)は、水質によってはＦｅ、Ｃｕ系材料が腐食し、水漏れに至ることがある。これを防止する方法としては水処理による水質改善が挙げられる。
【０００３】
例えば、非特許文献１には水酸化ナトリウムなどのアルカリ薬剤を添加して、冷却水のｐＨ（水素イオン指数）を弱アルカリ性にして水質改善する方法が記載されている。しかし、経時変化により、大気中の炭酸ガスの溶解によって冷却水のｐＨが酸性に移行し、防食効果がなくなるために随時アルカリ薬剤を添加する必要がある。
【０００４】
また、特許文献１には、イオン交換処理により水のｐＨを中性ないしアルカリ性に変換する方法が開示されている。この方法はＣＯ2の吹き込みによって原水のｐＨを低下させた上で、ＯＨ-置換形アニオン交換樹脂を用いて原水中の腐食性イオンを効率的に除去する。
【０００５】
この場合、ＣＯ32-置換形アニオン交換樹脂のイオン型がＨＣＯ3-となり、有効な防食効果が得られる。その結果、これらのイオン交換樹脂で処理した水は中性ないし弱アルカリ性となる。
【０００６】
しかし、これらのイオン交換樹脂で処理した水が、大気中の炭酸ガスの溶解（ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ→Ｈ2ＣＯ3）によってｐＨが徐々に弱酸性化し、イオン交換水の腐食性が強くなる。
【０００７】
このため弱酸性から再度中性ないし弱アルカリ性に戻す必要が生じ、再び、ＯＨ-置換形アニオン交換樹脂またはＣＯ32-置換形アニオン交換樹脂に通水するというメンテナンスが必要となる。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−３１６８５２号公報
【非特許文献１】酒井康行著,「空調設備の腐食と防食」,技術書院,1996年,p.105
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、金属が接する水のアルカリ性を維持するためのアルカリ化剤添加の頻度を極力抑制するとともに、長期間に渡って防食性を有する水質を維持できるアルカリ化水を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る請求項１記載の水処理方法は、大気と接触する水を貯留または循環する水系を有する装置に使用される水の処理方法であって、前記水にほう砂（Ｎａ2［Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］・８Ｈ2Ｏ）を添加して、１×１０-4ｍｏｌ／Ｌ以上のほう砂を含む水に変換する。
【００１１】
本発明に係る請求項２記載の水処理方法は、大気と接触する水を貯留または循環する水系を有する装置に使用される水の処理方法であって、前記水を、Ｎａ+形陽イオン交換樹脂と、[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］2-形陰イオン交換樹脂とを用いてイオン交換することでほう砂を含む水に変換する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る請求項１記載の水処理方法によれば、ほう砂（Ｎａ2［Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］・８Ｈ2Ｏ）を添加して、１×１０-4ｍｏｌ／Ｌ以上のほう砂を含む水に変換することで、ｐＨが９以上のｐＨ緩衝能力が高く、かつ大気中の炭酸ガスと接触していても長期間に渡ってｐＨ９以上を維持したアルカリ性水を得ることができる。このため、当該アルカリ性水を、大気と接触する水を貯留または循環する水系を有する装置に使用することで、接水部材のＦｅ、Ｃｕ系材料の腐食をメンテナンスなしで長期間に渡って防止できる。
【００１３】
本発明に係る請求項２記載の水処理方法によれば、Ｎａ+形陽イオン交換樹脂と、[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］2-形陰イオン交換樹脂とを用いてイオン交換することでほう砂を含む水に変換することで、ｐＨが９以上のｐＨ緩衝能力が高く、かつ水が大気中の炭酸ガスと接触していても長期間に渡ってｐＨ９以上を維持したアルカリ性水を得ることができる。このため、当該アルカリ性水を、大気と接触する水を貯留または循環する水系を有する装置に使用することで、接水部材のＦｅ、Ｃｕ系材料の腐食をメンテナンスなしで長期間に渡って防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜実施の形態１＞
図１に、水を貯留する水系を有する装置であり水空調機器の一種である蓄熱式空気調和装置に用いられる蓄熱用熱交換器１００の概略図を示す。
【００１５】
蓄熱式空気調和装置は、夏期は夜間のうちに氷を作り、昼間は、その氷の熱を利用して例えば室内の大気を冷却し、冬季は夜間のうちに温水を作り、昼間は、その温水の熱を利用して室内の大気を暖める装置である。
【００１６】
この、蓄熱式空気調和装置に用いられる蓄熱用熱交換器では、通常、淡水を蓄熱媒体として用いている。なお、淡水とは水道水、地下水など、海水に比べて不純物イオン（Ｎａ+、Ｃａ2+、Ｃｌ-、ＳＯ42-など）の含有量が少ない水を指す。
【００１７】
図１に示すように蓄熱用熱交換器１００は、蛇行状に屈曲形成された金属製の伝熱管（主として銅管）１と蓄熱槽３とを有し、蓄熱槽３内には伝熱管１の中を流れる熱媒（冷媒）の持つ熱エネルギーを蓄えるための蓄熱媒体２としての水が貯留されている。
【００１８】
蓄熱槽３は有蓋の容器であり、伝熱管１の蛇行部分１ａが蓄熱媒体２中に浸漬され、その入力端および出力端が、蓄熱槽３の蓋部分から突出して外部の機器（熱媒の循環装置等）に接続されている。
【００１９】
図２は、伝熱管１のより具体的な構成を示す図であり、間隔を開けて平行に設けられた２枚の細長い板状の支持部材４間に渡るように、伝熱管１が所定間隔で複数回巻き付けられて蛇行状をなし、２つの支持部材４ごと蓄熱槽３中に浸漬される。
【００２０】
なお、蓄熱槽３は例えばＦＲＰ（繊維強化プラスチック）で構成され、支持部材４の材質は例えばＡＢＳ（acrylonitrile butadiene styrene）樹脂で構成され、２つの支持部材４のそれぞれの両端部は蓄熱槽３に固定されている。
【００２１】
ここで、図１に示される蓄熱用熱交換器１００などのように、冷却水や蓄熱媒体の水が大気と接触し、当該水を貯留または循環する水系を有する装置では、水に大気中の炭酸ガス（ＣＯ2）が溶解して炭酸（Ｈ2ＣＯ3）となり、水が酸性になる。以下の化学式（１）〜（３）には、水が酸性化するプロセスを示している。
【００２２】
【化１】
【００２３】
【化２】
【００２４】
【化３】
【００２５】
従って、冷却水や蓄熱媒体の水が大気と接触する系では、当該水が酸性化する可能性が常にあるが、これに弱酸の塩を添加すればｐＨ緩衝能（ｐＨの低下を抑える作用）が生じ、酸性化を抑制できる。これが、いわゆるｐＨ緩衝溶液による水のアルカリ化処理である。
【００２６】
通常、ｐＨ緩衝溶液は弱酸とその塩、または弱塩基とその塩とを組み合せて調製される。例えば、ｐＨが９以上のアルカリ性ｐＨ緩衝溶液としては、次の組み合せが知られている。
【００２７】
０．１ｍｏｌ／Ｌほう酸緩衝溶液（ｐＨ＝９．１）
｛０．１ｍｏｌ／Ｌほう酸＋０．０５ｍｏｌ／Ｌ水酸化ナトリウム（ほう酸Ｎａ緩衝溶液）｝または、
｛０．１ｍｏｌ／Ｌほう酸＋０．０５ｍｏｌ／Ｌ水酸化カリウム（ほう酸Ｋ緩衝溶液）｝
０．０２ｍｏｌ／Ｌエタノールアミン緩衝溶液（ｐＨ＝９．６）｝
｛０．０２ｍｏｌ／Ｌモノエタノールアミン＋０．０１ｍｏｌ／Ｌ酢酸｝
これらのｐＨ緩衝溶液を用いることで、接水部材のＦｅ、Ｃｕ系材料の腐食を防止できるが、上述のように、常に薬剤が２種類必要なので取り扱いが難しい。
【００２８】
そこで、発明者は、弱酸の塩を種々調査し、ｐＨが９〜１０程度のアルカリ性を示すとともに、ｐＨ緩衝能に優れる（ｐＨが酸性側に移行し難い）という２つの条件を満たす弱酸の塩を見出した。
【００２９】
それは、ほう砂（Ｎａ2［Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］・８Ｈ2Ｏ）であり、淡水に１×１０-4ｍｏｌ／Ｌ以上のほう砂を添加することでｐＨが９以上となり、かつ高いｐＨ緩衝能を得られることが判った。
【００３０】
例えば、０．０１ｍｏｌ／ＬのＮａＯＨを含む水（ｐＨ＝９．５１）が、大気中の炭酸ガスの溶解によってｐＨ＝９まで低下する時間を１とした場合、０．０１ｍｏｌ／Ｌのほう砂を含む水（ｐＨ＝９．２）が大気中の炭酸ガスの溶解によってｐＨ＝９まで低下する時間は８倍以上であることが判った。
【００３１】
淡水に含有させるほう砂の濃度は、ｐＨが９〜１０程度を維持できるという条件に鑑みれば、１０-4ｍｏｌ／Ｌ以上必要で、濃度の上限は、ほう砂の溶解度である０．１６ｍｏｌ／Ｌ（２５℃）である。
【００３２】
なお、ほう砂の含有量が多くなるほどｐＨ緩衝能に優れるが、蓄熱式空気調和装置では、蓄熱媒体である水を凝固させて氷を作る必要があり、ほう砂の濃度を高くし過ぎると凝固点が低くなって凍らないという問題が生じるので、凝固点との兼ね合いから、望ましいほう砂の濃度は、１×１０-2〜１×１０-1ｍｏｌ／Ｌとなる。これにより、蓄熱媒体が凍らないという問題を防止できる。
【００３３】
なお、水（蓄熱媒体）に０．０１ｍｏｌ／Ｌのほう砂を添加した結果、水のｐＨは９．２となり、１年経過してもｐＨはほぼ９．２を維持しており、伝熱管には腐食による孔食が発生していなかった。
【００３４】
また、接水部材がＣｕの場合、ｐＨが９程度で防食効果が最も発揮できることが判った。
【００３５】
以上説明したように、水空調機器の蓄熱用熱交換器に使用される蓄熱媒体や、冷却装置の冷却水は、大気と接触する水を貯留または循環する水系を構成するが、このような水系において、蓄熱媒体や冷却水に、ほう砂を添加してｐＨを９以上とすることで、ｐＨ緩衝能力の高いアルカリ性の水となり、長期に渡ってｐＨが９以上を維持できる。このため、従来のように２種類以上の薬剤を組み合せて生成するｐＨ緩衝溶液を使用する必要がなくなり、簡便に金属の防食性を有する水を得ることができる。
【００３６】
また、ｐＨ緩衝溶液に比べて、長期間に渡って防食性を有する水質を維持できるので、ほう砂を添加する頻度は少なくて済み、システムのメンテナンスを簡略化できる。
【００３７】
なお、ほう素は排水基準項目として挙げられているため、例えば、図１に示した蓄熱槽３の蓄熱媒体２を排水（廃棄）する場合、蓄熱媒体２中のほう素を除去する必要がある。
【００３８】
そこで、図１に示した蓄熱用熱交換器１００に、蓄熱媒体２中のほう素を除去するシステムを付設することになる。当該システムの構成について、図３を用いて説明する。
【００３９】
図３は、ほう素除去装置９０を蓄熱用熱交換器１００に付設した構成を示す概略図である。
【００４０】
図３において、蓄熱槽３には排水バルブ６が設けられるとともに、ほう素除去装置９０の循環水配管９が接続されている。
【００４１】
循環水配管９は、本管９１、送出配管９２および送入配管９３を含み、送出配管９２は蓄熱槽３の底部側に、送入配管９３は蓄熱槽３の上部側に接続されている。
【００４２】
そして、送出配管９２はポンプ７を介して本管９１に接続され、本管９１は、ポンプ７より下流において純水化ライン９１１とバイパスライン９１２とに分岐している。
【００４３】
純水化ライン９１１には純水化樹脂を含んだイオン交換塔８が介挿され、イオン交換塔８８よりも下流において、純水化ライン９１１とバイパスライン９１２とが合流し、送入配管９３に接続されている。
【００４４】
蓄熱槽３中の蓄熱媒体２を排水するに際しては、まず、ポンプ７を駆動して蓄熱媒体２を送出配管９２および純水ライン９１１を介してイオン交換塔８に導く。なお、蓄熱媒体２はバイパスライン９１２を介するルートでも循環することになるが、このルートを流れる蓄熱媒体２は純水化されていない。
【００４５】
ここで、純水化樹脂は、Ｈ+形陽イオン交換樹脂とＯＨ-形陰イオン交換樹脂とを混合して構成されており、そこに蓄熱媒体２を通すことで、蓄熱媒体２に含まれるＮａ+および［Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］2-を、それぞれのイオン交換樹脂に捕捉させる。
【００４６】
Ｎａ+および［Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］2-が除去されて純水化した蓄熱媒体２は、送入配管９３を介して蓄熱槽３に戻されることになる。この動作を繰り返すことで、蓄熱槽３内の蓄熱媒体２を純水化する。
【００４７】
蓄熱媒体２に含まれるＮａ+および［Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］2-の量は、蓄熱槽３内に取り付けた導電率計５を用いて蓄熱媒体２の導電率を測定することで見積もることができる。なお、排水規準としては導電率が１０μＳ（シーメンス）／ｃｍ以下に定められている。
【００４８】
従って、蓄熱槽３中の蓄熱媒体２の導電率が導電率が１０μＳ／ｃｍ以下になれば、排水バルブ６を介して排水することができる。
【００４９】
なお、純水化樹脂８でのコンダクタンスが大きいので、ポンプ７から送り出される蓄熱媒体２を全て純水化樹脂８に通すとなると、循環水配管９や、循環水配管９とイオン交換塔８との継ぎ手部に圧力負荷がかかり過ぎることになるので、バイパスライン９１２を設けて圧力負荷を軽減する構成となっている。
【００５０】
＜実施の形態２＞
図４に、水を循環する水系を有する装置であり水冷装置の一種であるポンプレス水冷装置２００の断面構成を示す。
図４に示すように、ポンプレス水冷装置２００は、高温度に昇温した熱交換用循環溶液２２と該溶液２２が相変化して潜熱を保有する高温度の蒸気１２とを収容する熱交換循環溶液収納容器２５と、熱交換用循環溶液２２を循環させる、溶液送出パイプ２７、容器内パイプ２８および気液二相流体送入パイプ３０と、顕熱放出熱交換器３１および加熱熱交換器３２を主たる構成として備えている。
【００５１】
熱交換循環溶液収納容器２５内には隔壁２３が設けられており、隔壁２３により、容器２５内は第１の空間２５ａと第２の空間２５ｂとに空間分割されている。第１の空間２５ａと第２の空間２５ｂとは開孔２５ｃまたは隙間（連通孔）で連通しており、熱交換用循環溶液２２はこの開孔２５ｃを通じ両空間２５ａ、２５ｂに跨って収容されている。
【００５２】
すなわち、第１の空間２５ａと第２の空間２５ｂとは、熱交換用循環溶液２２が満たされている部分に設けられた開孔２５ｃで連通しており、高温度の蒸気が収容されている空間（蒸気空間）では連通していない。なお、熱交換循環溶液収納容器２５の上部側には、熱交換用循環溶液２２を導入するバルブ２４が設けられている。
【００５３】
また、熱交換循環溶液収納容器２５には、熱交換循環溶液２２を送出する溶液送出口２６と、気液二相状態となった流体を熱交換循環溶液収納容器２５に送入する二相流体送入口２９とが設けられている。二相流体送入口２９からは、高温に昇温された熱交換用循環溶液２２と高温度に昇温されて沸騰した熱交換用循環溶液２２の蒸気泡との気液二相流体が送入する。
【００５４】
なお、二相流体送入口２９より送入する気液二相流体は、第１の空間２５ａ内にのみ送入し、第２の空間２５ｂ内には送入しない構成となっている。また、前述のように、第１の空間２５ａと第２の空間２５ｂとは、開孔２５ｃにより連通し、両空間２５ａ、２５ｂを熱交換用循環溶液２２が自由に移動できるように構成されているため、第１の空間２５ａ内に気液二相流体が送入し、各空間内の圧力に圧力差が生じたとき、当該圧力差により第１の空間２５ａの気液界面位置と第２の空間２５ｂの気液界面位置とが容易に変化する構造になっている。
【００５５】
熱交換用循環溶液２２は、熱特性が高く（例えば熱伝導率が高い、比熱が大きい）、流動特性が良く（例えば粘性係数が小さい）、気体に対する液体の密度比が大きな流体が好ましく、不凍液、アルコール水溶液等の、気液の相変化を生ずる液体が使用される。
【００５６】
熱交換循環溶液収納容器２５に設けられた溶液送出口２６には溶液送出パイプ２７が接続され、また気液二相流体送入口２９には気液二相流体送入パイプ３０が接続され、溶液送出パイプ２７と気液二相流体送入パイプ３０とは容器内パイプ２８によって連接しており、これらによって溶液循環系４０が構成されている。
【００５７】
顕熱放出熱交換器３１は、溶液送出パイプ２７に沿って、その外周を囲むように設けられており、溶液送出パイプ２７内を循環する循環溶液の熱が、パイプ壁を介して顕熱放出熱交換器３１に放出される。
【００５８】
また、加熱熱交換器３２は、気液二相流体送入パイプ３０に沿って、その外周を囲むように設けられており、溶液送出パイプ２７内を循環する循環溶液は、パイプ壁を介して加熱熱交換器３２より与えられる熱を吸熱して加熱される。
【００５９】
なお、加熱熱交換器３２は、電子機器等の発熱体の放熱部、または上記発熱体から熱を輸送する機器の放熱部であり、顕熱放出熱交換器３１は、ヒートパイプ等の熱輸送機器の受熱部、または自然・強制対流熱伝達、輻射等を利用する放熱壁である。
【００６０】
次に、ポンプレス水冷装置２００の動作を説明する。熱交換循環溶液収納容器２５内に収容された高温度の熱を保有する熱交換用循環溶液２２は、溶液循環系４０を通って機器内を循環するが、高温度の熱交換用循環溶液２２は、溶液循環系４０の溶液送出パイプ２７を通過する際に、顕熱放出熱交換器３１で顕熱を放出し、熱交換して低温度に冷却される。
【００６１】
冷却後、容器内パイプ２８を通過する際に、第１の空間２５ａ内に収容された高温の熱交換用循環溶液２２、または高温の熱交換用循環溶液２２と循環溶液の蒸気で予熱されて昇温する。昇温された熱交換用循環溶液２２は、気液二相流体送入パイプ３０に設けられた加熱熱交換器３２によってさらに高温度に昇温されて沸騰し、蒸気泡を発生させながら熱交換循環溶液収納容器２５に戻る。熱交換循環溶液収納容器２５に戻った熱交換用循環溶液２２は、再度、溶液循環系４０を流れ、冷却、予熱、沸騰温度への昇温を繰り返す。
【００６２】
このように、ポンプレス水冷装置２００においては、熱交換用循環溶液２２の相変化により生じる溶液循環系４０内の密度差（密度差により生じる浮力）を利用して、機器内を熱交換用循環溶液２２が循環するようにしている。
【００６３】
すなわち、加熱熱交換器３２から気液二相流体送入口２９までの気液二相流体送入パイプ３０内の気液二相流体の見かけの密度と、該区間高さと同じ高さ区間における循環溶液輸送パイプＡ内の熱交換用循環溶液２２の密度との密度差を利用して熱交換用循環溶液２２を循環させるので、溶液循環のためのポンプが不要となっている。
【００６４】
なお、ポンプレス水冷装置については、特開平２００４−２４５５６６号公報にて詳しく説明されている。
【００６５】
上述した、ポンプレス水冷装置２００を含めた水冷装置においては、溶液循環系４０を構成する各パイプをＦｅ、Ｃｕ系材料で構成するので、熱交換用循環溶液２２の水質によっては接水部分に腐食が発生する可能性がある。
【００６６】
従って、熱交換用循環溶液２２をアルカリ化することで酸性化を抑制することは、接水金属の防食にとって有効である。
【００６７】
そこで、以下、図５を用いて、熱交換用循環溶液２２を含めた、冷却水をアルカリ化する方法について説明する。
【００６８】
図５は、アルカリ化された冷却水を生成するためのアルカリ化水生成装置３００の構成を示す概略図である。
【００６９】
図５に示すように、アルカリ化水生成装置３００は、アルカリ化処理の対象となる水２ａを貯留する貯水槽１９と、貯水槽１９に接続され、貯水槽１９内の水２ａを循環する循環水配管１３と、水２ａを循環させるためのポンプ１８と、純水化樹脂を含んだイオン交換塔１０と、防食化樹脂を含んだイオン交換塔１１と、貯水槽１９に投入する不凍液原液を貯蔵する原液貯蔵槽２０とを主たる構成として有している。
【００７０】
循環水配管１３は、本管１３１、送出配管１３２および送入配管１３３を含み、送出配管１３２は貯水槽１９の底部側に、送入配管９３は貯水槽１９の上部側に接続されている。
【００７１】
そして、送出配管１３２はポンプ１９を介して本管１３１に接続され、本管１３１は、ポンプ１８より下流においてイオン交換ライン１３１１とバイパスライン１３１２とに分岐している。イオン交換ライン１３１１は、さらに純水化ライン１０１と防食化ライン１１１とに分岐している。
【００７２】
純水化ライン１０１には、純水化樹脂を含んだイオン交換塔１０が介挿され、防食化ライン１１１には、防食化樹脂を含んだイオン交換塔１１が介挿され、イオン交換塔１０および１１よりも下流において、純水化ライン１０１と防食化ライン１１１とが合流し、さらに下流においては、イオン交換ライン１３１１とバイパスライン１３１２とが合流して送入配管１３３に接続されている。
【００７３】
また、送出配管１３２には止水バルブ１３が介挿され、純水化ライン１０１と防食化ライン１１１との合流部分には３方バルブ１５が介挿され、イオン交換ライン１３１１の、３方バルブ１５よりも下流の部分には、止水バルブ１４が介挿されている。
【００７４】
また、原液貯蔵槽２０と貯水槽１９とを接続する配管には止水バルブ１７が介挿され、貯水槽１９には排水バルブ６が設けられるとともに、貯水槽１９内には導電率計５およびｐＨ計１２が設けられている。
【００７５】
次に、アルカリ化水生成装置３００を用いて水２ａをアルカリ化する処理について説明する。
【００７６】
まず、止水バルブ１６を開放し、ポンプ１８を駆動して、水２ａとして水道水を入れた貯水槽１９から、水２ａを送出配管１３２を介してイオン交換ライン１３１１に導く。この時点では、水２ａはバイパスライン１３１２を介するルートで循環することになる。
【００７７】
この状態で、止水バルブ１４を開放するとともに、３方バルブ１５を切り換えて、水２ａが純水化樹脂を含んだイオン交換塔１０を通過できるようにする。
【００７８】
ここで、純水化樹脂は、Ｈ+形陽イオン交換樹脂とＯＨ-形陰イオン交換樹脂とを混合して構成されており、イオン交換塔１０に水２ａを通すことで、水２ａに含まれる不純物イオンを、それぞれのイオン交換樹脂に捕捉させる。
【００７９】
不純物イオンが除去されて純水化した高純度水は、送入配管１３３を介して貯水槽１９に戻されることになる。この動作を繰り返すことで、貯水槽１９内の水２ａを全て純水化する。なお、水２ａの導電率を導電率計５を用いて随時測定し、導電率が２０μＳ／ｃｍになるまで、循環を繰り返す。なお、水２ａはバイパスライン１３１２を介するルートでも循環することになるが、このルートを流れる水２ａは純水化されていない。
【００８０】
その後、３方バルブ１５を切り替えて、高純度水が防食化樹脂を含んだイオン交換塔１１を通過できるようにする。
【００８１】
防食化樹脂は、Ｎａ+形陽イオン交換樹脂と[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］2-形陰イオン交換樹脂とを混合して構成されており、イオン交換塔１１に高純度水を通すことで、高純度水中に含まれる不純物陽イオンをＮａ+に、不純物陰イオンを[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］2-に置換させてＮａ2[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］水溶液を得る。
【００８２】
ここで、防食化樹脂はＨ+形陽イオン交換樹脂とＯＨ-形陰イオン交換樹脂との混合樹脂を、Ｎａ2[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］水溶液に浸漬させることによって得ることができる。
【００８３】
なお、Ｈ+形陽イオン交換樹脂は、例えばスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、フェノールホルマリン樹脂などを基体とし、イオン交換基としてスルホン酸基を持つものが挙げられる。また、ＯＨ-形陰イオン交換樹脂は、例えばスチレン−ジビニルベンゼン共重合体などを基体とし、イオン交換基としてトリメチルアンモニウム基、β―ヒドロキシエチルジメチルアンモニウム基などを持つものが挙げられる。
【００８４】
Ｎａ2[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］水溶液は、送入配管１３３を介して貯水槽１９に戻されることになる。この動作を繰り返すことで、貯水槽１９内の高純度水を全てＮａ2[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］水溶液に変換する。なお、ｐＨ計１２を用いて貯水槽１９内の水のｐＨを随時測定し、ｐＨが９．２程度のアルカリになるまで循環を繰り返す。
【００８５】
その後、止水バルブ１７を開放して、貯水槽１９内に原液貯蔵槽２０からエチレングリコールまたはプロピングリコールを主体とする不凍液原液を入れ、Ｎａ2[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］水溶液と不凍液との体積比が１対１となった不凍液を作製し、熱交換用循環溶液２２を得る。
【００８６】
図４を用いて説明したポンプレス水冷装置２００に熱交換用循環溶液２２を導入するに際しては、真空ポンプ等により、ポンプレス水冷装置２００内の空気を排気した後、アルカリ化水生成装置３００を用いて作製した熱交換用循環溶液２２を、バルブ２４を介して熱交換循環溶液収納容器２５内に導入する。
【００８７】
ポンプレス水冷装置２００の動作については先に説明した通りであり、高温度になった熱交換用循環溶液２２は、溶液循環系４０の溶液送出パイプ２７を通過する際に、顕熱放出熱交換器３１で顕熱を放出し、一旦、６０℃程度まで冷却された後、容器内パイプ２８を通過する際に予熱され、さらに気液二相流体送入パイプ３０に設けられた加熱熱交換器３２によって高温度に昇温されて沸騰し(沸点８５℃)、蒸気泡を発生させながら熱交換循環溶液収納容器２５に戻る。熱交換循環溶液収納容器２５に戻った熱交換用循環溶液２２は、再度、溶液循環系４０を流れ、冷却、予熱、沸騰温度への昇温を繰り返す。
【００８８】
このような循環動作を１年間継続させた後も、熱交換用循環溶液２２のｐＨはほぼ９．２を維持しており、容器内外のパイプ２７および２８内はほとんど腐食していないという結果が得られた。
【００８９】
以上説明したように、ポンプレス水冷装置２００のような水冷装置に使用される冷却水に、イオン交換により作製したｐＨ９．２程度のＮａ2[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］水溶液を使用することで、ｐＨ緩衝能力の高いアルカリ性の水となり、長期に渡ってｐＨが９以上を維持できる。このため、従来のように２種類以上の薬剤を組み合せて生成するｐＨ緩衝溶液を使用する必要がなくなり、簡便に金属の防食性を有する水を得ることができる。
【００９０】
なお、上記Ｎａ2[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］水溶液のほう砂濃度は、モル濃度で１×１０-2〜１×１０-1ｍｏｌ／Ｌすることで、ｐＨ９以上を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】蓄熱式空気調和装置の蓄熱用熱交換器の構成を示す概略図である。
【図２】蓄熱式空気調和装置の伝熱管の具体的な構成を示す図である。
【図３】ほう素除去装置の構成を示す概略図である。
【図４】アルカリ化水生成装置の構成を示す概略図である。
【図５】ポンプレス水冷装置の断面構成を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１ 伝熱管、２ 蓄熱媒体、３ 蓄熱槽、２２ 熱交換用循環溶液、２５ 熱交換循環溶液収納容器、３１ 顕熱放出熱交換器、３２ 加熱熱交換器、４０ 溶液循環系。
【技術分野】
【０００１】
本発明は水処理方法に関し、特に水冷装置や水空調機器に使用する水の水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水(淡水、イオン交換水)を冷却水として循環させる水冷装置や、水(淡水、イオン交換水)を蓄熱媒体として貯留して使用する水空調機器における水系などの接水部材(配管材料、部品材料)は、水質によってはＦｅ、Ｃｕ系材料が腐食し、水漏れに至ることがある。これを防止する方法としては水処理による水質改善が挙げられる。
【０００３】
例えば、非特許文献１には水酸化ナトリウムなどのアルカリ薬剤を添加して、冷却水のｐＨ（水素イオン指数）を弱アルカリ性にして水質改善する方法が記載されている。しかし、経時変化により、大気中の炭酸ガスの溶解によって冷却水のｐＨが酸性に移行し、防食効果がなくなるために随時アルカリ薬剤を添加する必要がある。
【０００４】
また、特許文献１には、イオン交換処理により水のｐＨを中性ないしアルカリ性に変換する方法が開示されている。この方法はＣＯ2の吹き込みによって原水のｐＨを低下させた上で、ＯＨ-置換形アニオン交換樹脂を用いて原水中の腐食性イオンを効率的に除去する。
【０００５】
この場合、ＣＯ32-置換形アニオン交換樹脂のイオン型がＨＣＯ3-となり、有効な防食効果が得られる。その結果、これらのイオン交換樹脂で処理した水は中性ないし弱アルカリ性となる。
【０００６】
しかし、これらのイオン交換樹脂で処理した水が、大気中の炭酸ガスの溶解（ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ→Ｈ2ＣＯ3）によってｐＨが徐々に弱酸性化し、イオン交換水の腐食性が強くなる。
【０００７】
このため弱酸性から再度中性ないし弱アルカリ性に戻す必要が生じ、再び、ＯＨ-置換形アニオン交換樹脂またはＣＯ32-置換形アニオン交換樹脂に通水するというメンテナンスが必要となる。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−３１６８５２号公報
【非特許文献１】酒井康行著,「空調設備の腐食と防食」,技術書院,1996年,p.105
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、金属が接する水のアルカリ性を維持するためのアルカリ化剤添加の頻度を極力抑制するとともに、長期間に渡って防食性を有する水質を維持できるアルカリ化水を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る請求項１記載の水処理方法は、大気と接触する水を貯留または循環する水系を有する装置に使用される水の処理方法であって、前記水にほう砂（Ｎａ2［Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］・８Ｈ2Ｏ）を添加して、１×１０-4ｍｏｌ／Ｌ以上のほう砂を含む水に変換する。
【００１１】
本発明に係る請求項２記載の水処理方法は、大気と接触する水を貯留または循環する水系を有する装置に使用される水の処理方法であって、前記水を、Ｎａ+形陽イオン交換樹脂と、[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］2-形陰イオン交換樹脂とを用いてイオン交換することでほう砂を含む水に変換する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る請求項１記載の水処理方法によれば、ほう砂（Ｎａ2［Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］・８Ｈ2Ｏ）を添加して、１×１０-4ｍｏｌ／Ｌ以上のほう砂を含む水に変換することで、ｐＨが９以上のｐＨ緩衝能力が高く、かつ大気中の炭酸ガスと接触していても長期間に渡ってｐＨ９以上を維持したアルカリ性水を得ることができる。このため、当該アルカリ性水を、大気と接触する水を貯留または循環する水系を有する装置に使用することで、接水部材のＦｅ、Ｃｕ系材料の腐食をメンテナンスなしで長期間に渡って防止できる。
【００１３】
本発明に係る請求項２記載の水処理方法によれば、Ｎａ+形陽イオン交換樹脂と、[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］2-形陰イオン交換樹脂とを用いてイオン交換することでほう砂を含む水に変換することで、ｐＨが９以上のｐＨ緩衝能力が高く、かつ水が大気中の炭酸ガスと接触していても長期間に渡ってｐＨ９以上を維持したアルカリ性水を得ることができる。このため、当該アルカリ性水を、大気と接触する水を貯留または循環する水系を有する装置に使用することで、接水部材のＦｅ、Ｃｕ系材料の腐食をメンテナンスなしで長期間に渡って防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜実施の形態１＞
図１に、水を貯留する水系を有する装置であり水空調機器の一種である蓄熱式空気調和装置に用いられる蓄熱用熱交換器１００の概略図を示す。
【００１５】
蓄熱式空気調和装置は、夏期は夜間のうちに氷を作り、昼間は、その氷の熱を利用して例えば室内の大気を冷却し、冬季は夜間のうちに温水を作り、昼間は、その温水の熱を利用して室内の大気を暖める装置である。
【００１６】
この、蓄熱式空気調和装置に用いられる蓄熱用熱交換器では、通常、淡水を蓄熱媒体として用いている。なお、淡水とは水道水、地下水など、海水に比べて不純物イオン（Ｎａ+、Ｃａ2+、Ｃｌ-、ＳＯ42-など）の含有量が少ない水を指す。
【００１７】
図１に示すように蓄熱用熱交換器１００は、蛇行状に屈曲形成された金属製の伝熱管（主として銅管）１と蓄熱槽３とを有し、蓄熱槽３内には伝熱管１の中を流れる熱媒（冷媒）の持つ熱エネルギーを蓄えるための蓄熱媒体２としての水が貯留されている。
【００１８】
蓄熱槽３は有蓋の容器であり、伝熱管１の蛇行部分１ａが蓄熱媒体２中に浸漬され、その入力端および出力端が、蓄熱槽３の蓋部分から突出して外部の機器（熱媒の循環装置等）に接続されている。
【００１９】
図２は、伝熱管１のより具体的な構成を示す図であり、間隔を開けて平行に設けられた２枚の細長い板状の支持部材４間に渡るように、伝熱管１が所定間隔で複数回巻き付けられて蛇行状をなし、２つの支持部材４ごと蓄熱槽３中に浸漬される。
【００２０】
なお、蓄熱槽３は例えばＦＲＰ（繊維強化プラスチック）で構成され、支持部材４の材質は例えばＡＢＳ（acrylonitrile butadiene styrene）樹脂で構成され、２つの支持部材４のそれぞれの両端部は蓄熱槽３に固定されている。
【００２１】
ここで、図１に示される蓄熱用熱交換器１００などのように、冷却水や蓄熱媒体の水が大気と接触し、当該水を貯留または循環する水系を有する装置では、水に大気中の炭酸ガス（ＣＯ2）が溶解して炭酸（Ｈ2ＣＯ3）となり、水が酸性になる。以下の化学式（１）〜（３）には、水が酸性化するプロセスを示している。
【００２２】
【化１】
【００２３】
【化２】
【００２４】
【化３】
【００２５】
従って、冷却水や蓄熱媒体の水が大気と接触する系では、当該水が酸性化する可能性が常にあるが、これに弱酸の塩を添加すればｐＨ緩衝能（ｐＨの低下を抑える作用）が生じ、酸性化を抑制できる。これが、いわゆるｐＨ緩衝溶液による水のアルカリ化処理である。
【００２６】
通常、ｐＨ緩衝溶液は弱酸とその塩、または弱塩基とその塩とを組み合せて調製される。例えば、ｐＨが９以上のアルカリ性ｐＨ緩衝溶液としては、次の組み合せが知られている。
【００２７】
０．１ｍｏｌ／Ｌほう酸緩衝溶液（ｐＨ＝９．１）
｛０．１ｍｏｌ／Ｌほう酸＋０．０５ｍｏｌ／Ｌ水酸化ナトリウム（ほう酸Ｎａ緩衝溶液）｝または、
｛０．１ｍｏｌ／Ｌほう酸＋０．０５ｍｏｌ／Ｌ水酸化カリウム（ほう酸Ｋ緩衝溶液）｝
０．０２ｍｏｌ／Ｌエタノールアミン緩衝溶液（ｐＨ＝９．６）｝
｛０．０２ｍｏｌ／Ｌモノエタノールアミン＋０．０１ｍｏｌ／Ｌ酢酸｝
これらのｐＨ緩衝溶液を用いることで、接水部材のＦｅ、Ｃｕ系材料の腐食を防止できるが、上述のように、常に薬剤が２種類必要なので取り扱いが難しい。
【００２８】
そこで、発明者は、弱酸の塩を種々調査し、ｐＨが９〜１０程度のアルカリ性を示すとともに、ｐＨ緩衝能に優れる（ｐＨが酸性側に移行し難い）という２つの条件を満たす弱酸の塩を見出した。
【００２９】
それは、ほう砂（Ｎａ2［Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］・８Ｈ2Ｏ）であり、淡水に１×１０-4ｍｏｌ／Ｌ以上のほう砂を添加することでｐＨが９以上となり、かつ高いｐＨ緩衝能を得られることが判った。
【００３０】
例えば、０．０１ｍｏｌ／ＬのＮａＯＨを含む水（ｐＨ＝９．５１）が、大気中の炭酸ガスの溶解によってｐＨ＝９まで低下する時間を１とした場合、０．０１ｍｏｌ／Ｌのほう砂を含む水（ｐＨ＝９．２）が大気中の炭酸ガスの溶解によってｐＨ＝９まで低下する時間は８倍以上であることが判った。
【００３１】
淡水に含有させるほう砂の濃度は、ｐＨが９〜１０程度を維持できるという条件に鑑みれば、１０-4ｍｏｌ／Ｌ以上必要で、濃度の上限は、ほう砂の溶解度である０．１６ｍｏｌ／Ｌ（２５℃）である。
【００３２】
なお、ほう砂の含有量が多くなるほどｐＨ緩衝能に優れるが、蓄熱式空気調和装置では、蓄熱媒体である水を凝固させて氷を作る必要があり、ほう砂の濃度を高くし過ぎると凝固点が低くなって凍らないという問題が生じるので、凝固点との兼ね合いから、望ましいほう砂の濃度は、１×１０-2〜１×１０-1ｍｏｌ／Ｌとなる。これにより、蓄熱媒体が凍らないという問題を防止できる。
【００３３】
なお、水（蓄熱媒体）に０．０１ｍｏｌ／Ｌのほう砂を添加した結果、水のｐＨは９．２となり、１年経過してもｐＨはほぼ９．２を維持しており、伝熱管には腐食による孔食が発生していなかった。
【００３４】
また、接水部材がＣｕの場合、ｐＨが９程度で防食効果が最も発揮できることが判った。
【００３５】
以上説明したように、水空調機器の蓄熱用熱交換器に使用される蓄熱媒体や、冷却装置の冷却水は、大気と接触する水を貯留または循環する水系を構成するが、このような水系において、蓄熱媒体や冷却水に、ほう砂を添加してｐＨを９以上とすることで、ｐＨ緩衝能力の高いアルカリ性の水となり、長期に渡ってｐＨが９以上を維持できる。このため、従来のように２種類以上の薬剤を組み合せて生成するｐＨ緩衝溶液を使用する必要がなくなり、簡便に金属の防食性を有する水を得ることができる。
【００３６】
また、ｐＨ緩衝溶液に比べて、長期間に渡って防食性を有する水質を維持できるので、ほう砂を添加する頻度は少なくて済み、システムのメンテナンスを簡略化できる。
【００３７】
なお、ほう素は排水基準項目として挙げられているため、例えば、図１に示した蓄熱槽３の蓄熱媒体２を排水（廃棄）する場合、蓄熱媒体２中のほう素を除去する必要がある。
【００３８】
そこで、図１に示した蓄熱用熱交換器１００に、蓄熱媒体２中のほう素を除去するシステムを付設することになる。当該システムの構成について、図３を用いて説明する。
【００３９】
図３は、ほう素除去装置９０を蓄熱用熱交換器１００に付設した構成を示す概略図である。
【００４０】
図３において、蓄熱槽３には排水バルブ６が設けられるとともに、ほう素除去装置９０の循環水配管９が接続されている。
【００４１】
循環水配管９は、本管９１、送出配管９２および送入配管９３を含み、送出配管９２は蓄熱槽３の底部側に、送入配管９３は蓄熱槽３の上部側に接続されている。
【００４２】
そして、送出配管９２はポンプ７を介して本管９１に接続され、本管９１は、ポンプ７より下流において純水化ライン９１１とバイパスライン９１２とに分岐している。
【００４３】
純水化ライン９１１には純水化樹脂を含んだイオン交換塔８が介挿され、イオン交換塔８８よりも下流において、純水化ライン９１１とバイパスライン９１２とが合流し、送入配管９３に接続されている。
【００４４】
蓄熱槽３中の蓄熱媒体２を排水するに際しては、まず、ポンプ７を駆動して蓄熱媒体２を送出配管９２および純水ライン９１１を介してイオン交換塔８に導く。なお、蓄熱媒体２はバイパスライン９１２を介するルートでも循環することになるが、このルートを流れる蓄熱媒体２は純水化されていない。
【００４５】
ここで、純水化樹脂は、Ｈ+形陽イオン交換樹脂とＯＨ-形陰イオン交換樹脂とを混合して構成されており、そこに蓄熱媒体２を通すことで、蓄熱媒体２に含まれるＮａ+および［Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］2-を、それぞれのイオン交換樹脂に捕捉させる。
【００４６】
Ｎａ+および［Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］2-が除去されて純水化した蓄熱媒体２は、送入配管９３を介して蓄熱槽３に戻されることになる。この動作を繰り返すことで、蓄熱槽３内の蓄熱媒体２を純水化する。
【００４７】
蓄熱媒体２に含まれるＮａ+および［Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］2-の量は、蓄熱槽３内に取り付けた導電率計５を用いて蓄熱媒体２の導電率を測定することで見積もることができる。なお、排水規準としては導電率が１０μＳ（シーメンス）／ｃｍ以下に定められている。
【００４８】
従って、蓄熱槽３中の蓄熱媒体２の導電率が導電率が１０μＳ／ｃｍ以下になれば、排水バルブ６を介して排水することができる。
【００４９】
なお、純水化樹脂８でのコンダクタンスが大きいので、ポンプ７から送り出される蓄熱媒体２を全て純水化樹脂８に通すとなると、循環水配管９や、循環水配管９とイオン交換塔８との継ぎ手部に圧力負荷がかかり過ぎることになるので、バイパスライン９１２を設けて圧力負荷を軽減する構成となっている。
【００５０】
＜実施の形態２＞
図４に、水を循環する水系を有する装置であり水冷装置の一種であるポンプレス水冷装置２００の断面構成を示す。
図４に示すように、ポンプレス水冷装置２００は、高温度に昇温した熱交換用循環溶液２２と該溶液２２が相変化して潜熱を保有する高温度の蒸気１２とを収容する熱交換循環溶液収納容器２５と、熱交換用循環溶液２２を循環させる、溶液送出パイプ２７、容器内パイプ２８および気液二相流体送入パイプ３０と、顕熱放出熱交換器３１および加熱熱交換器３２を主たる構成として備えている。
【００５１】
熱交換循環溶液収納容器２５内には隔壁２３が設けられており、隔壁２３により、容器２５内は第１の空間２５ａと第２の空間２５ｂとに空間分割されている。第１の空間２５ａと第２の空間２５ｂとは開孔２５ｃまたは隙間（連通孔）で連通しており、熱交換用循環溶液２２はこの開孔２５ｃを通じ両空間２５ａ、２５ｂに跨って収容されている。
【００５２】
すなわち、第１の空間２５ａと第２の空間２５ｂとは、熱交換用循環溶液２２が満たされている部分に設けられた開孔２５ｃで連通しており、高温度の蒸気が収容されている空間（蒸気空間）では連通していない。なお、熱交換循環溶液収納容器２５の上部側には、熱交換用循環溶液２２を導入するバルブ２４が設けられている。
【００５３】
また、熱交換循環溶液収納容器２５には、熱交換循環溶液２２を送出する溶液送出口２６と、気液二相状態となった流体を熱交換循環溶液収納容器２５に送入する二相流体送入口２９とが設けられている。二相流体送入口２９からは、高温に昇温された熱交換用循環溶液２２と高温度に昇温されて沸騰した熱交換用循環溶液２２の蒸気泡との気液二相流体が送入する。
【００５４】
なお、二相流体送入口２９より送入する気液二相流体は、第１の空間２５ａ内にのみ送入し、第２の空間２５ｂ内には送入しない構成となっている。また、前述のように、第１の空間２５ａと第２の空間２５ｂとは、開孔２５ｃにより連通し、両空間２５ａ、２５ｂを熱交換用循環溶液２２が自由に移動できるように構成されているため、第１の空間２５ａ内に気液二相流体が送入し、各空間内の圧力に圧力差が生じたとき、当該圧力差により第１の空間２５ａの気液界面位置と第２の空間２５ｂの気液界面位置とが容易に変化する構造になっている。
【００５５】
熱交換用循環溶液２２は、熱特性が高く（例えば熱伝導率が高い、比熱が大きい）、流動特性が良く（例えば粘性係数が小さい）、気体に対する液体の密度比が大きな流体が好ましく、不凍液、アルコール水溶液等の、気液の相変化を生ずる液体が使用される。
【００５６】
熱交換循環溶液収納容器２５に設けられた溶液送出口２６には溶液送出パイプ２７が接続され、また気液二相流体送入口２９には気液二相流体送入パイプ３０が接続され、溶液送出パイプ２７と気液二相流体送入パイプ３０とは容器内パイプ２８によって連接しており、これらによって溶液循環系４０が構成されている。
【００５７】
顕熱放出熱交換器３１は、溶液送出パイプ２７に沿って、その外周を囲むように設けられており、溶液送出パイプ２７内を循環する循環溶液の熱が、パイプ壁を介して顕熱放出熱交換器３１に放出される。
【００５８】
また、加熱熱交換器３２は、気液二相流体送入パイプ３０に沿って、その外周を囲むように設けられており、溶液送出パイプ２７内を循環する循環溶液は、パイプ壁を介して加熱熱交換器３２より与えられる熱を吸熱して加熱される。
【００５９】
なお、加熱熱交換器３２は、電子機器等の発熱体の放熱部、または上記発熱体から熱を輸送する機器の放熱部であり、顕熱放出熱交換器３１は、ヒートパイプ等の熱輸送機器の受熱部、または自然・強制対流熱伝達、輻射等を利用する放熱壁である。
【００６０】
次に、ポンプレス水冷装置２００の動作を説明する。熱交換循環溶液収納容器２５内に収容された高温度の熱を保有する熱交換用循環溶液２２は、溶液循環系４０を通って機器内を循環するが、高温度の熱交換用循環溶液２２は、溶液循環系４０の溶液送出パイプ２７を通過する際に、顕熱放出熱交換器３１で顕熱を放出し、熱交換して低温度に冷却される。
【００６１】
冷却後、容器内パイプ２８を通過する際に、第１の空間２５ａ内に収容された高温の熱交換用循環溶液２２、または高温の熱交換用循環溶液２２と循環溶液の蒸気で予熱されて昇温する。昇温された熱交換用循環溶液２２は、気液二相流体送入パイプ３０に設けられた加熱熱交換器３２によってさらに高温度に昇温されて沸騰し、蒸気泡を発生させながら熱交換循環溶液収納容器２５に戻る。熱交換循環溶液収納容器２５に戻った熱交換用循環溶液２２は、再度、溶液循環系４０を流れ、冷却、予熱、沸騰温度への昇温を繰り返す。
【００６２】
このように、ポンプレス水冷装置２００においては、熱交換用循環溶液２２の相変化により生じる溶液循環系４０内の密度差（密度差により生じる浮力）を利用して、機器内を熱交換用循環溶液２２が循環するようにしている。
【００６３】
すなわち、加熱熱交換器３２から気液二相流体送入口２９までの気液二相流体送入パイプ３０内の気液二相流体の見かけの密度と、該区間高さと同じ高さ区間における循環溶液輸送パイプＡ内の熱交換用循環溶液２２の密度との密度差を利用して熱交換用循環溶液２２を循環させるので、溶液循環のためのポンプが不要となっている。
【００６４】
なお、ポンプレス水冷装置については、特開平２００４−２４５５６６号公報にて詳しく説明されている。
【００６５】
上述した、ポンプレス水冷装置２００を含めた水冷装置においては、溶液循環系４０を構成する各パイプをＦｅ、Ｃｕ系材料で構成するので、熱交換用循環溶液２２の水質によっては接水部分に腐食が発生する可能性がある。
【００６６】
従って、熱交換用循環溶液２２をアルカリ化することで酸性化を抑制することは、接水金属の防食にとって有効である。
【００６７】
そこで、以下、図５を用いて、熱交換用循環溶液２２を含めた、冷却水をアルカリ化する方法について説明する。
【００６８】
図５は、アルカリ化された冷却水を生成するためのアルカリ化水生成装置３００の構成を示す概略図である。
【００６９】
図５に示すように、アルカリ化水生成装置３００は、アルカリ化処理の対象となる水２ａを貯留する貯水槽１９と、貯水槽１９に接続され、貯水槽１９内の水２ａを循環する循環水配管１３と、水２ａを循環させるためのポンプ１８と、純水化樹脂を含んだイオン交換塔１０と、防食化樹脂を含んだイオン交換塔１１と、貯水槽１９に投入する不凍液原液を貯蔵する原液貯蔵槽２０とを主たる構成として有している。
【００７０】
循環水配管１３は、本管１３１、送出配管１３２および送入配管１３３を含み、送出配管１３２は貯水槽１９の底部側に、送入配管９３は貯水槽１９の上部側に接続されている。
【００７１】
そして、送出配管１３２はポンプ１９を介して本管１３１に接続され、本管１３１は、ポンプ１８より下流においてイオン交換ライン１３１１とバイパスライン１３１２とに分岐している。イオン交換ライン１３１１は、さらに純水化ライン１０１と防食化ライン１１１とに分岐している。
【００７２】
純水化ライン１０１には、純水化樹脂を含んだイオン交換塔１０が介挿され、防食化ライン１１１には、防食化樹脂を含んだイオン交換塔１１が介挿され、イオン交換塔１０および１１よりも下流において、純水化ライン１０１と防食化ライン１１１とが合流し、さらに下流においては、イオン交換ライン１３１１とバイパスライン１３１２とが合流して送入配管１３３に接続されている。
【００７３】
また、送出配管１３２には止水バルブ１３が介挿され、純水化ライン１０１と防食化ライン１１１との合流部分には３方バルブ１５が介挿され、イオン交換ライン１３１１の、３方バルブ１５よりも下流の部分には、止水バルブ１４が介挿されている。
【００７４】
また、原液貯蔵槽２０と貯水槽１９とを接続する配管には止水バルブ１７が介挿され、貯水槽１９には排水バルブ６が設けられるとともに、貯水槽１９内には導電率計５およびｐＨ計１２が設けられている。
【００７５】
次に、アルカリ化水生成装置３００を用いて水２ａをアルカリ化する処理について説明する。
【００７６】
まず、止水バルブ１６を開放し、ポンプ１８を駆動して、水２ａとして水道水を入れた貯水槽１９から、水２ａを送出配管１３２を介してイオン交換ライン１３１１に導く。この時点では、水２ａはバイパスライン１３１２を介するルートで循環することになる。
【００７７】
この状態で、止水バルブ１４を開放するとともに、３方バルブ１５を切り換えて、水２ａが純水化樹脂を含んだイオン交換塔１０を通過できるようにする。
【００７８】
ここで、純水化樹脂は、Ｈ+形陽イオン交換樹脂とＯＨ-形陰イオン交換樹脂とを混合して構成されており、イオン交換塔１０に水２ａを通すことで、水２ａに含まれる不純物イオンを、それぞれのイオン交換樹脂に捕捉させる。
【００７９】
不純物イオンが除去されて純水化した高純度水は、送入配管１３３を介して貯水槽１９に戻されることになる。この動作を繰り返すことで、貯水槽１９内の水２ａを全て純水化する。なお、水２ａの導電率を導電率計５を用いて随時測定し、導電率が２０μＳ／ｃｍになるまで、循環を繰り返す。なお、水２ａはバイパスライン１３１２を介するルートでも循環することになるが、このルートを流れる水２ａは純水化されていない。
【００８０】
その後、３方バルブ１５を切り替えて、高純度水が防食化樹脂を含んだイオン交換塔１１を通過できるようにする。
【００８１】
防食化樹脂は、Ｎａ+形陽イオン交換樹脂と[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］2-形陰イオン交換樹脂とを混合して構成されており、イオン交換塔１１に高純度水を通すことで、高純度水中に含まれる不純物陽イオンをＮａ+に、不純物陰イオンを[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］2-に置換させてＮａ2[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］水溶液を得る。
【００８２】
ここで、防食化樹脂はＨ+形陽イオン交換樹脂とＯＨ-形陰イオン交換樹脂との混合樹脂を、Ｎａ2[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］水溶液に浸漬させることによって得ることができる。
【００８３】
なお、Ｈ+形陽イオン交換樹脂は、例えばスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、フェノールホルマリン樹脂などを基体とし、イオン交換基としてスルホン酸基を持つものが挙げられる。また、ＯＨ-形陰イオン交換樹脂は、例えばスチレン−ジビニルベンゼン共重合体などを基体とし、イオン交換基としてトリメチルアンモニウム基、β―ヒドロキシエチルジメチルアンモニウム基などを持つものが挙げられる。
【００８４】
Ｎａ2[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］水溶液は、送入配管１３３を介して貯水槽１９に戻されることになる。この動作を繰り返すことで、貯水槽１９内の高純度水を全てＮａ2[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］水溶液に変換する。なお、ｐＨ計１２を用いて貯水槽１９内の水のｐＨを随時測定し、ｐＨが９．２程度のアルカリになるまで循環を繰り返す。
【００８５】
その後、止水バルブ１７を開放して、貯水槽１９内に原液貯蔵槽２０からエチレングリコールまたはプロピングリコールを主体とする不凍液原液を入れ、Ｎａ2[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］水溶液と不凍液との体積比が１対１となった不凍液を作製し、熱交換用循環溶液２２を得る。
【００８６】
図４を用いて説明したポンプレス水冷装置２００に熱交換用循環溶液２２を導入するに際しては、真空ポンプ等により、ポンプレス水冷装置２００内の空気を排気した後、アルカリ化水生成装置３００を用いて作製した熱交換用循環溶液２２を、バルブ２４を介して熱交換循環溶液収納容器２５内に導入する。
【００８７】
ポンプレス水冷装置２００の動作については先に説明した通りであり、高温度になった熱交換用循環溶液２２は、溶液循環系４０の溶液送出パイプ２７を通過する際に、顕熱放出熱交換器３１で顕熱を放出し、一旦、６０℃程度まで冷却された後、容器内パイプ２８を通過する際に予熱され、さらに気液二相流体送入パイプ３０に設けられた加熱熱交換器３２によって高温度に昇温されて沸騰し(沸点８５℃)、蒸気泡を発生させながら熱交換循環溶液収納容器２５に戻る。熱交換循環溶液収納容器２５に戻った熱交換用循環溶液２２は、再度、溶液循環系４０を流れ、冷却、予熱、沸騰温度への昇温を繰り返す。
【００８８】
このような循環動作を１年間継続させた後も、熱交換用循環溶液２２のｐＨはほぼ９．２を維持しており、容器内外のパイプ２７および２８内はほとんど腐食していないという結果が得られた。
【００８９】
以上説明したように、ポンプレス水冷装置２００のような水冷装置に使用される冷却水に、イオン交換により作製したｐＨ９．２程度のＮａ2[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］水溶液を使用することで、ｐＨ緩衝能力の高いアルカリ性の水となり、長期に渡ってｐＨが９以上を維持できる。このため、従来のように２種類以上の薬剤を組み合せて生成するｐＨ緩衝溶液を使用する必要がなくなり、簡便に金属の防食性を有する水を得ることができる。
【００９０】
なお、上記Ｎａ2[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］水溶液のほう砂濃度は、モル濃度で１×１０-2〜１×１０-1ｍｏｌ／Ｌすることで、ｐＨ９以上を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】蓄熱式空気調和装置の蓄熱用熱交換器の構成を示す概略図である。
【図２】蓄熱式空気調和装置の伝熱管の具体的な構成を示す図である。
【図３】ほう素除去装置の構成を示す概略図である。
【図４】アルカリ化水生成装置の構成を示す概略図である。
【図５】ポンプレス水冷装置の断面構成を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１ 伝熱管、２ 蓄熱媒体、３ 蓄熱槽、２２ 熱交換用循環溶液、２５ 熱交換循環溶液収納容器、３１ 顕熱放出熱交換器、３２ 加熱熱交換器、４０ 溶液循環系。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気と接触する水を貯留または循環する水系を有する装置に使用される水の処理方法であって、
前記水にほう砂（Ｎａ2［Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］・８Ｈ2Ｏ）を添加して、１×１０-4ｍｏｌ／Ｌ以上のほう砂を含む水に変換することを特徴とする、水処理方法。
【請求項２】
大気と接触する水を貯留または循環する水系を有する装置に使用される水の処理方法であって、
前記水を、Ｎａ+形陽イオン交換樹脂と、[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］2-形陰イオン交換樹脂とを用いてイオン交換することでほう砂を含む水に変換することを特徴とする、水処理方法。
【請求項３】
前記ほう砂を含む水のほう砂の濃度は、１×１０-2〜１×１０-1ｍｏｌ／Ｌであることを特徴とする、請求項１または請求項２記載の水処理方法。
【請求項４】
前記装置は、
前記水を収容した蓄熱槽内に伝熱管を浸漬し、前記伝熱管により前記蓄熱槽内に水を凝固させて氷を作って蓄熱すると共に、この蓄熱を利用して大気を冷却する蓄熱式空気調和装置を含むことを特徴とする、請求項１または請求項２記載の水処理方法。
【請求項５】
前記装置は、
前記水を収容した容器と、前記容器内の前記水を前記容器外に導いて、再び前記容器内に戻す循環系と、前記循環系に設けた加熱熱交換器および顕熱放出熱交換器とを有し、前記加熱熱交換器によって前記循環系内の前記水を加熱して気液二相流体とし、相変化により生じる前記循環系内の密度差により発生する浮力を利用して、前記水を循環させることを特徴とする、請求項１または請求項２記載の水処理方法。
【請求項１】
大気と接触する水を貯留または循環する水系を有する装置に使用される水の処理方法であって、
前記水にほう砂（Ｎａ2［Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］・８Ｈ2Ｏ）を添加して、１×１０-4ｍｏｌ／Ｌ以上のほう砂を含む水に変換することを特徴とする、水処理方法。
【請求項２】
大気と接触する水を貯留または循環する水系を有する装置に使用される水の処理方法であって、
前記水を、Ｎａ+形陽イオン交換樹脂と、[Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4］2-形陰イオン交換樹脂とを用いてイオン交換することでほう砂を含む水に変換することを特徴とする、水処理方法。
【請求項３】
前記ほう砂を含む水のほう砂の濃度は、１×１０-2〜１×１０-1ｍｏｌ／Ｌであることを特徴とする、請求項１または請求項２記載の水処理方法。
【請求項４】
前記装置は、
前記水を収容した蓄熱槽内に伝熱管を浸漬し、前記伝熱管により前記蓄熱槽内に水を凝固させて氷を作って蓄熱すると共に、この蓄熱を利用して大気を冷却する蓄熱式空気調和装置を含むことを特徴とする、請求項１または請求項２記載の水処理方法。
【請求項５】
前記装置は、
前記水を収容した容器と、前記容器内の前記水を前記容器外に導いて、再び前記容器内に戻す循環系と、前記循環系に設けた加熱熱交換器および顕熱放出熱交換器とを有し、前記加熱熱交換器によって前記循環系内の前記水を加熱して気液二相流体とし、相変化により生じる前記循環系内の密度差により発生する浮力を利用して、前記水を循環させることを特徴とする、請求項１または請求項２記載の水処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−２７５８１７（Ｐ２００７−２７５８１７Ａ）
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０７４７８（Ｐ２００６−１０７４７８）
【出願日】平成１８年４月１０日（２００６．４．１０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１０日（２００６．４．１０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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