スケールバスター技術資料
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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 原子核 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．その他スケールバスターとは
構造 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。 Ｚｎ＋＋ 真鍮本体 多流水路誘電体 亜鉛 Ｈ＋ ＋ ＯＨ－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。 Ｈ２Ｏ → 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 Ｆｅ２Ｏ３ → Ｆｅ３Ｏ４（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 → Ｆｅ２Ｏ３・ｎＨ２Ｏ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） Ｆｅ２Ｏ３・ｎＨ２Ｏ→Ｆｅ ＋＋＋→Ｆｅ＋＋→Ｆｅ３． 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 → ＮＨ４・Ｎ → ＮＯ２・Ｎ → ＮＯ３・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。 + － － + + － － + － + + － － ＋ + － 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。 Ca＋＋ Sio 2－
Ca++ SiO2
-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 ｉＯ２ －）をイオン封鎖してコロイド状に分散します。 Ｈ２Ｏ →（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++ H+ OH- OH- H+ OH- H+ H+ OH Zｎ++ 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ＳｉＯ２ －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。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ＣａＣＯ３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。 ＣａＨＣＯ３・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。 ＣａＣＯ３の形で剥離しそのまま流出するものもある。 イオン活性水 Ｚｎ・Ｈのイオンが ｎ・（Ｈ＋・ＯＨ－） Ｃａに移る → Ｚｎ＋＋ 結晶スケール 結晶スケール活性化 または ＯＨ－ ｅ－ ｅ－ ＯＨ－ ＯＨ－ ｅ－ ｅ－ ＯＨ－ 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。 Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca＋＋ Ca＋＋ Ca＋＋ Ca Ca Ca＋＋ Ca++
スケールバスターの効果
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） Ｆｅが水中のＯＨ－やＯ２－と結合して赤錆 を生成する。 Fe → Fe＋＋＋２e－＋４OH－ O２＋２H2O＋４e － → Fe(OH)２ 錆 ・ 赤 水 Fe(OH)２ → FeOOH → Fe２O３・nH２O イオン活性水の効果（還元反応） 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 ーで、錆を鉄に戻す。 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＋＋ （Fe３ O４） ３．亜鉛は、錆を分解して、還元反応 を促進する。 （水溶性） （結晶）Ca(HCO３)２ → CaCO３↓＋H2O＋CO２↑
Mg(HCO３)２ → MgCO３↓＋H2O＋CO２↑
SiO２ － → SiO↓ ス ケ ー ル 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。 イオン活性水では、Ca＋ ＋、 Mg＋ ＋、 SiO２ －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。 Ca＋＋ ＋ ２OH → Ca(OH) ２ 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 （NO３－N）を栄養源として繁殖してスラ イムとなる。 ス ラ イ ム ２NH４＋３O２→２NO２＋２H２O＋２H２↑
２NO２＋O２→２NO３
(DO) (DO) NH･N→NO２→N→NO３→N→N２ 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、NO３－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。 動物 植物
用語の解説
〈原子〉と〈電子〉 原子は、物体を構成する単位で、原子核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 〈原子核〉 原子核は、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、大部分が原子核の重さである。 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〉 原 子 核〈原子記号〉 スケールバスターに関係する原子記号 水素 Ｈ Ｈ２（気体） 酸素と化合して水になる Ｈ２Ｏ 酸素 Ｏ Ｏ２（気体） 塩素 Ｃｌ Ｃｌ２（気体） 水素と化合して塩酸になる ＨＣｌ 窒素 Ｎ Ｎ２（気体） 酸素と化合して二酸化窒素になる ＮＯ２ ＮＯ２が水に溶けて硝酸になる Ｈ２ＮＯ３ 炭素 Ｃ（固体） 酸素と化合して炭酸ガスになる ＣＯ２ 硫黄 Ｓ（固体） 酸素と化合して無水硫酸になる ＳＯ３ ＳＯ３が水に溶けて硫酸になる Ｈ２ＳＯ４ ｹｲ素 Ｓｉ（固体） 酸素と化合してシリカになる ＳｉＯ２ ＳｉＯ２が水に溶けてケイ酸になる Ｈ２ＳｉＯ３ ｶﾙｼｳﾑ Ｃａ（金属・固体） イオン化しやすい → スケールの元 ﾏｸﾞﾈｼｳﾑ 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 Ｆｅ２Ｏ３ （Ｆｅ３Ｏ４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
原子の電子配列
〈４３番Tc までの例〉 〇印：金属を示す Ｋ Ｌ Ｍ Ｎ Ｏ 原 子 番号 ｴﾈﾙｷﾞｰ準位 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） 核 核 核 核 核 核 核 核 核〈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（Ｈ２Ｏ）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（Ｏ２―）と反発し、Ｈ＋はＯ２―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〉 電子 電子 電子 電子
〈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（Ｈ２Ｏ）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（Ｏ２―）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Ｏ２―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。
