特許 7601147 密閉冷却水系のｐＨ制御方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-09

(45)【発行日】2024-12-17

(54)【発明の名称】密閉冷却水系のｐＨ制御方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   C23F 11/08 20060101AFI20241210BHJP

【ＦＩ】

C23F11/08

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023112908

(22)【出願日】2023-07-10

【審査請求日】2024-03-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000001063

【氏名又は名称】栗田工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086911

【弁理士】

【氏名又は名称】重野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100144967

【弁理士】

【氏名又は名称】重野 隆之

(72)【発明者】

【氏名】飯村 晶

【審査官】祢屋 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－０５７８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１０９５８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５４１５７８３（ＵＳ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１０－０１０１４７４（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１７９６０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０２８４６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２１－５０９３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００５／１１６２９６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ １／６６－１／６８

Ｃ０２Ｆ ５／００－５／１４

Ｃ２３Ｆ １１／００－１１／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

密閉冷却水系のｐＨを制御する密閉冷却水系のｐＨ制御方法において、
該密閉冷却水系は、
水を冷却して冷水とする冷凍機と、
冷水が通水される熱交換部と、
該冷凍機からの冷水を該熱交換部に送水する第２送水配管と、
該熱交換部からの水を該冷凍機に送水する第１送水配管と、
該第１送水配管から分岐し、該冷凍機を迂回して第２送水配管に合流するバイパスラインと、
該第１送水配管（ただし、該バイパスラインの分岐部より該冷凍機側）又は第２送水配管（ただし、該バイパスラインの合流部よりも該冷凍機側）に設けられた流量調節バルブと、
該第２送水配管（ただし、該バイパスラインの合流部よりも前記熱交換部側）に炭酸ガス及び炭酸水の少なくとも一方を添加する添加手段と、
該第２送水配管（ただし、該添加手段による炭酸ガス及び炭酸水の少なくとも一方の添加部よりも前記熱交換部側）に設けられたｐＨ計と
を備えており、
該ｐＨ計の検出ｐＨが所定値よりも高くなった場合に、該添加手段によって炭酸ガス及び炭酸水の少なくとも一方を該第２送水配管に添加する密閉冷却水系のｐＨ制御方法。

【請求項2】

密閉冷却水系のｐＨを制御する密閉冷却水系のｐＨ制御方法において、
該密閉冷却水系は、
水を冷却して冷水とする冷凍機と、
冷水が通水される熱交換部と、
該冷凍機からの冷水を該熱交換部に送水する第２送水配管と、
該熱交換部からの水を該冷凍機に送水する第１送水配管と、
該第１送水配管から分岐し、該冷凍機を迂回して第２送水配管に合流するバイパスラインと、
該第１送水配管（ただし、該バイパスラインの分岐部より該冷凍機側）又は第２送水配管（ただし、該バイパスラインの合流部よりも該冷凍機側）に設けられた流量調節バルブと、
該第２送水配管（ただし、該バイパスラインの合流部よりも該熱交換部側）から分岐し、この分岐部分よりも該熱交換部側において該第２送水配管に合流する分岐・合流配管と、
該分岐・合流配管に炭酸ガス及び炭酸水の少なくとも一方を添加する添加手段と、
該分岐・合流配管（ただし、該添加手段による炭酸ガス及び炭酸水の少なくとも一方の添加部よりも前記熱交換部側）に設けられたｐＨ計と
を備えており、
該ｐＨ計の検出ｐＨが所定値よりも高くなった場合に、該添加手段によって炭酸ガス及び炭酸水の少なくとも一方を該分岐・合流配管に添加する密閉冷却水系のｐＨ制御方法。

【請求項3】

前記密閉冷却水系の接水部材の少なくとも一部が鉄系又は銅系の金属部材よりなる請求項１又は２の密閉冷却水系のｐＨ制御方法。

【請求項4】

密閉冷却水系のｐＨを制御する密閉冷却水系のｐＨ制装置において、
該密閉冷却水系は、
水を冷却して冷水とする冷凍機と、
冷水が通水される熱交換部と、
該冷凍機からの冷水を該熱交換部に送水する第２送水配管と、
該熱交換部からの水を該冷凍機に送水する第１送水配管と、
該第１送水配管から分岐し、該冷凍機を迂回して第２送水配管に合流するバイパスラインと、
該第１送水配管（ただし、該バイパスラインの分岐部より該冷凍機側）又は第２送水配管（ただし、該バイパスラインの合流部よりも該冷凍機側）に設けられた流量調節バルブと、
該第２送水配管（ただし、該バイパスラインの合流部よりも前記熱交換部側）に炭酸ガス及び炭酸水の少なくとも一方を添加する添加手段と、
該第２送水配管（ただし、該添加手段による炭酸ガス及び炭酸水の少なくとも一方の添加部よりも前記熱交換部側）に設けられたｐＨ計と
を備えており、
該ｐＨ計の検出ｐＨが所定値よりも高くなった場合に、該添加手段によって炭酸ガス及び炭酸水の少なくとも一方が該第２送水配管に添加される密閉冷却水系のｐＨ制御装置。

【請求項5】

密閉冷却水系のｐＨを制御する密閉冷却水系のｐＨ制装置において、
該密閉冷却水系は、
水を冷却して冷水とする冷凍機と、
冷水が通水される熱交換部と、
該冷凍機からの冷水を該熱交換部に送水する第２送水配管と、
該熱交換部からの水を該冷凍機に送水する第１送水配管と、
該第１送水配管から分岐し、該冷凍機を迂回して第２送水配管に合流するバイパスラインと、
該第１送水配管（ただし、該バイパスラインの分岐部より該冷凍機側）又は第２送水配管（ただし、該バイパスラインの合流部よりも該冷凍機側）に設けられた流量調節バルブと、
該第２送水配管（ただし、該バイパスラインの合流部よりも該熱交換部側）から分岐し、この分岐部分よりも該熱交換部側において該第２送水配管に合流する分岐・合流配管と、
該分岐・合流配管に炭酸ガス及び炭酸水の少なくとも一方を添加する添加手段と、
該分岐・合流配管（ただし、該添加手段による炭酸ガス及び炭酸水の少なくとも一方の添加部よりも前記熱交換部側）に設けられたｐＨ計と
を備えており、
該ｐＨ計の検出ｐＨが所定値よりも高くなった場合に、該添加手段によって炭酸ガス及び炭酸水の少なくとも一方が該分岐・合流配管に添加される密閉冷却水系のｐＨ制御装置。

【請求項6】

前記密閉冷却水系の接水部材の少なくとも一部が鉄系又は銅系の金属部材よりなる請求項４又は５の密閉冷却水系のｐＨ制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、密閉冷却水系のｐＨを制御する密閉冷却水系のｐＨ制御方法及び装置に関する。

【背景技術】

【0002】

密閉冷却水系では、途中で大気に開放する部分を設けずに密閉した状態で冷却水を循環させる冷却方式であることから、一般的に、開放冷却水系に比べて冷却水（循環水）が汚れ難く、メンテナンスの頻度を抑えられるというメリットがある。

【0003】

密閉循環式冷却水系の金属材料、特に主材料である鉄材質の腐食抑制方法としては、酸化型または沈殿型の防食皮膜を利用するものや、脱酸素によるものなどが挙げられる。

【0004】

酸化型皮膜による腐食抑制方法としては、亜硝酸、モリブデン酸、タングステン酸およびそれらのアルカリ性塩の１種以上とアルカリ金属炭酸水素塩を併用したものがある（特許文献１）。沈殿型皮膜による腐食抑制方法としては、リン酸塩や亜鉛塩を利用したものがあり、脱酸素による腐食抑制方法としては、ヒドラジンを利用したものがある。

【0005】

特許文献２には、鉄系部材及び銅系部材を備える密閉冷却水系に、（ａ）エリソルビン酸、アスコルビン酸、及びこれらの塩からなる群から選ばれる１種以上、並びに（ｂ）アルカリ金属炭酸塩及び／又はアルカリ金属炭酸水素塩を添加する、密閉冷却水系における腐食抑制方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】国際公開公報２０１４／１１９７８８号

【文献】特開２０１５－２０３１２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記のような腐食抑制剤を添加しても、密閉冷却水系のｐＨが上昇し、金属部材が腐食することがある。

【0008】

密閉冷却水系でのｐＨ上昇原因は大きく二つに分けられる。一つは、金属の腐食に伴うアルカリ（ＯＨ^－）の生成によるｐＨ上昇である。他の一つは、亜硝酸（ＮＯ_２ ^－）系防食剤を使用した際に徐々にアルカリが生成することによるｐＨ上昇である。

【0009】

密閉冷却水系のｐＨが１０を超えると、銅材質や鉄材質等の金属部材の腐食速度が高くなり、設備寿命が短くなったり、溶出した金属イオンがスラッジ化して水系を詰まらせ冷却効率が低下する。

【0010】

密閉冷却水系において、ｐＨが上昇した際のｐＨ低下策の一つとして酸注入がある。しかし、塩酸や硫酸を注入すると、塩化物イオンや硫酸イオンの増加により腐食性が増加する問題があり、実施された例は少ない。

【0011】

ｐＨ低下策としては、水の入れ替えが多く採用されているが、用排水量の増大や、入れ替えた水を再度、低温水とするための冷却エネルギーが無駄になるなどの課題がある。

【0012】

本発明は、ｐＨが上昇した密閉冷却水のｐＨを、水の入れ替え無く、また腐食性イオンを増加させることなく、低下させることができる密閉冷却水系のｐＨ制御方法及び装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の密閉冷却水系のｐＨ制御方法は、密閉冷却水系のｐＨを制御する密閉冷却水系のｐＨ制御方法において、該密閉冷却水系のｐＨが所定値よりも高くなった場合に、炭酸ガス及び炭酸水の少なくとも一方を該密閉冷却水系に添加することを特徴とする。

【0014】

本発明方法の一態様では、前記密閉冷却水系の接水部材の少なくとも一部が鉄系又は銅系の金属部材よりなる。

【0015】

本発明方法の一態様では、前記密閉冷却水系は、水を冷却して冷水とする冷却手段と、冷水が通水される熱交換部と、該冷却手段からの冷水を該熱交換部に送水する第１送水配管と、該熱交換部からの水を該冷却手段に送水する第２送水配管とを有しており、該第１送水配管又は第２送水配管を流れる水に前記炭酸ガス及び炭酸水の少なくとも一方を添加する。

【0016】

本発明方法の一態様では、前記第１送水配管を流れる水に前記炭酸ガス及び炭酸水の少なくとも一方を添加する。

【0017】

本発明の密閉冷却水系のｐＨ制御装置は、密閉冷却水系のｐＨの測定手段と、該測定手段の検出ｐＨが所定値よりも高くなった場合に、炭酸ガス及び炭酸水の少なくとも一方を該密閉冷却水系に添加する添加手段とを有する。

【0018】

本発明装置の一態様では、前記密閉冷却水系の接水部材の少なくとも一部が鉄系又は銅系の金属部材よりなる。

【0019】

本発明装置の一態様では、前記密閉冷却水系は、水を冷却して冷水とする冷却手段と、冷水が通水される熱交換部と、該冷却手段からの冷水を該熱交換部に送水する第１送水配管と、該熱交換部からの水を該冷却手段に送水する第２送水配管とを有しており、該第１送水配管又は第２送水配管に前記添加手段が設けられている。

【0020】

本発明装置の一態様では、前記第１送水配管に前記添加手段が設けられている。

【発明の効果】

【0021】

本発明の密閉冷却水系のｐＨ制御方法及び装置によると、密閉冷却水系のｐＨが所定値よりも高くなった場合に、密閉冷却水系に炭酸ガス及び炭酸水の少なくとも一方を添加することにより、密閉冷却水系のｐＨを低下させる。これにより、密閉冷却水系の接水部材の少なくとも一部が鉄系、銅系あるいは亜鉛等の金属部材にて構成されている場合であっても、該金属部材の腐食が抑制され、設備寿命が長くなる。また、溶出した金属イオンがスラッジ化して水系を詰まらせることが抑制されるので、冷却効率も向上する。

【0022】

本発明では、密閉冷却水系のｐＨを低下させるために炭酸ガス及び炭酸水の少なくとも一方を用いるので、密閉冷却水系内の塩化物イオンや硫酸イオンが増加することがなく、これらによる腐食性増加は生じない。

【0023】

本発明では、密閉冷却水系のｐＨを低下させるための水の入れ替えを行う必要がないので、用排水量の増加がなく、また入れ替えた水を低温水とするための冷却エネルギーが不要となる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】第１の実施の形態を説明する密閉冷却水系の構成図である。

【図2】第２の実施の形態を説明する密閉冷却水系の構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。

【0026】

図１は、第１の実施の形態を説明する密閉冷却水系の構成図である。本実施形態の密閉冷却水系は、その設備において、鉄系部材及び銅系部材を備えていれば特に限定されない。そのような密閉冷却水系としては、例えば、一般工場反応釜系、製鉄所冷却水系、発電用又は舶用エンジン冷却水系、一般工場冷却水系、発電所軸受冷却水系などが挙げられる。

【0027】

この密閉冷却水系は、循環ポンプ１及び配管２，３によって水を冷凍機４に送水し、冷凍機４からの冷水を配管５，６によって空調機７に送水し、空調機７周囲の空気を冷却する。空調機７で昇温した水は、配管８を経て循環ポンプ１に戻る。

【0028】

この実施の形態では、冷凍機４を迂回するように配管９、バイパス弁１０及び配管１１よりなるバイパスラインが設けられている。配管９の上流端は、配管２，３の接続点に接続され、配管１１の下流端は配管５，６の接続点に接続されている。バイパス弁１０を開とすることにより、循環ポンプ１からの水の一部がバイパスラインを流れる。なお、配管３又は５に流量調節バルブを設けておき、バイパス弁１０を開とし、該流量調節バルブの開度を制御することにより、ポンプ１からの冷凍機４への送水量を制御することができる。

【0029】

ただし、このバイパスラインを省略し、循環ポンプ１を制御して冷凍機４への送水量を制御してもよい。

【0030】

この実施の形態では、配管６にｐＨ計１２と、炭酸ガスを添加するための添加手段１３とが設けられている。ｐＨ計１２は添加手段１３の下流側に配置されている。ｐＨ計１２の検出信号は、制御器１４に入力される。ｐＨ計１２の検出ｐＨが所定値よりも高い場合、制御器１４からの制御信号によって添加装置１３から炭酸ガスが配管６に添加される。添加されたガスが配管６内の水に溶解することにより、該水のｐＨが低下する。ｐＨ計の検出ｐＨが該所定値よりも低くなったときには、添加装置１３からの炭酸ガスの添加を停止する。

【0031】

上記所定値は、２５℃において、５以上、特に６以上、とりわけ７以上で、且つ１１以下、特に１０以下、とりわけ９以下であることが好ましい。

【0032】

ｐＨの測定は、連続的に行われてもよく、間隔をあけて定期的に行われてもよい。この間隔としては、０．５日以上、特に１日以上、とりわけ７日以上で、且つ９０日以下、特に６０日以下、とりわけ３０日以下が好ましい。

【0033】

この密閉冷却水系にあっては、ｐＨ計１２の検出ｐＨが所定値よりも高くなった場合に、密閉冷却水系に炭酸ガスを添加することにより、密閉冷却水系のｐＨを所定値におさめるものとする。これにより、密閉冷却水系の接水部材の少なくとも一部が鉄系、銅系あるいは亜鉛等の金属部材にて構成されている場合であっても、該金属部材の腐食が抑制される。これにより、設備寿命が長くなる。また、溶出した金属イオンがスラッジ化して水系を詰まらせることが抑制されるので、冷却効率も向上する。

【0034】

本実施形態において、鉄系部材には、鉄製部材のほか、炭素鋼等の鉄を含む鉄合金製部材も含まれる。また、銅系部材には、銅製部材のほか、真鍮等の銅を含む銅合金製の部材も含まれる。鉄系部材及び銅系部材としての密閉冷却水系における具体的な部品は特に限定されず、例えば、ポンプ、配管、冷凍機、空調機、弁及びその他機械部品等が挙げられる。

【0035】

この実施の形態では、密閉冷却水系のｐＨを低下させるために炭酸ガスを用いるので、密閉冷却水系内の塩化物イオンや硫酸イオンが増加することがなく、これらによる腐食性増加は生じない。

【0036】

この実施の形態では、密閉冷却水系のｐＨを低下させるための水の入れ替えを行う必要がないので、用排水量の増加がなく、また、入れ替えた水を低温水とするための冷却エネルギーが不要となる。

【0037】

この実施の形態では、冷凍機４からの低温水に炭酸ガスを添加するので、炭酸ガスが水に効率よく溶解する。

【0038】

図１の実施の形態では、配管６にｐＨ計１２及び添加装置１３を設けているが、配管８にｐＨ計１２及び添加装置１３を設けてもよい。図２の実施の形態では、配管６から分岐して配管６に合流する分岐・合流配管１５を設け、この分岐・合流配管１５にｐＨ計１２及び添加装置１３を設けているが、配管８から分岐して配管８に合流する分岐・合流配管１５を設け、この分岐・合流配管１５にｐＨ計１２及び添加装置１３を設けてもよい。図２のその他の構成は図１と同一であり、同一符号は同一部分を示している。図２の実施の形態でも、図１と同様の作用効果が得られる。

【0039】

上記各実施の形態では、添加装置１３として炭酸ガスを供給するものとしているが、水は透過させないがガスは透過するガス透過膜を用いて炭酸ガスを密閉冷却水系の水に溶解させるようにして添加してもよい。

【0040】

また、炭酸ガスを水に溶解させて炭酸水とし、この炭酸水を密閉冷却水系に添加するようにしてもよい。炭酸ガス添加手段と、炭酸水添加手段との双方を設けてもよい。

【0041】

図１，２の実施の形態では、冷凍機４が用いられているが、冷却用熱交換器が用いられてもよい。また、空調機７の代りに空調機以外の熱交換器が用いられてもよい。

【符号の説明】

【0042】

１ 循環ポンプ
４ 冷凍機
７ 空調機
１２ ｐＨ計
１３ 添加装置
１４ 制御器

【要約】

【課題】ｐＨが上昇した密閉冷却水のｐＨを、水の入れ替え無く、また腐食性イオンを増加させることなく、低下させることができる密閉冷却水系のｐＨ制御方法及び装置を提供する。
【解決手段】循環ポンプ１及び配管２，３によって水を冷凍機４に送水し、冷凍機４からの冷水を配管５，６によって空調機７に送水し、空調機７周囲の空気を冷却する。空調機７で昇温した水は、配管８を経て循環ポンプ１に戻る。配管６にｐＨ計１２と、炭酸ガスを添加するための添加装置１３とが設けられている。ｐＨ計１２は添加装置１３の下流側に配置されている。ｐＨ計１２の検出信号は、制御器１４に入力される。ｐＨ計１２の検出ｐＨが所定値よりも高い場合、制御器１４からの制御信号によって添加装置１３から炭酸ガスを配管６に添加し、ｐＨを低下させる。
【選択図】図１

【図1】

【図2】