CN104284864B - 脱氧装置 - Google Patents

Abstract

为了提供一种能够提高脱气气体与被处理水中的溶解氧的吸收效率的脱氧装置(4)。一种脱氧装置(4)，其中通过将所述脱气气体与被处理水接触使被处理水中的溶解氧被脱气气体吸收并降低了被处理水的溶解氧浓度。该脱氧装置包括：气液接触塔(42)，其为下端敞开的容器的形状，至少所述下端浸没在待处理的被处理水的表面下，由此形成了内部密闭空间(421)；脱气气体供应单元(43)，其将所述脱气气体供应至所述密闭空间(421)，以使所述脱气气体充满所述密闭空间(421)；和被处理水分散单元(41)，其通过分散喷嘴单元(412)将所供应的被处理水以雾状分散在所述密闭空间(421)内。

Description

脱氧装置

技术领域

本发明涉及一种利用脱气气体降低溶解氧浓度的脱氧技术。

背景技术

用水来冷却例如被加热到高温的生产设备(以下简称为冷却对象设施)的冷却水循环系统被引入到工厂等中。这种冷却水循环系统是流经冷却对象设施的水的循环线路，包括：冷却器(热交换器)，其对通过冷却所述冷却对象设施而被加温的循环水进行冷却(热交换)；水箱，其暂时储存通过在冷却器处热交换而被冷却到预定温度的冷却水；循环泵，其将储存在水箱中的冷却水供应给冷却对象设施；以及连接这些设备的配管。这样的冷却水循环系统包括用于降低冷却水中的溶解氧浓度的脱氧装置，以防止冷却水的循环线路中的各个设备的氧化和腐蚀。对于该脱氧装置，迄今为止提出的技术是一种利用氮气来降低作为脱氧处理的对象的冷却水(目标水)中的溶解氧浓度的系统(专利文献1)。

专利文献1中所公开的脱氧装置包括，将脱氧塔的一半浸没在水箱中，并从脱氧塔的上部滴加和供应目标水，同时使氮气从脱氧塔中的水中喷出，并与滴加的目标水的液滴发生逆向接触，这将导致溶解在目标水中的氧气在脱氧塔中被氮气所吸收。

专利文献1：日本发明专利申请公开第2010-5484号公报

发明内容

技术问题

但是，专利文献1所公开的脱氧装置不能使目标水中的溶解氧被氮气充分吸收，并且可能会导致冷却水循环线路中的设备和配管腐蚀，需要进一步降低溶解氧浓度。

因此，本发明提供一种能够提高氮气对目标水中的溶解氧的吸收效率的脱氧装置。

问题的解决方案

为了解决上述问题，本发明的脱氧装置是(1)一种脱氧装置，其通过使脱气气体与目标水接触，使所述目标水中的溶解氧被所述脱气气体吸收，以降低所述目标水中的溶解氧浓度，所述脱氧装置包括：气液接触塔，其为下端敞开的容器形状，至少所述下端浸没在待处理的所述目标水的表面下，气液容器由此形成了内部密闭空间；脱气气体供应单元，其将所述脱气气体供应至所述密闭空间，以使所述脱气气体充满所述密闭空间；和目标水分散单元，其通过分散喷嘴单元将所供应的目标水以雾状分散在所述密闭空间内。

(2)在(1)中描述的构造的特征在于，所述脱气气体和所述目标水被向上喷射。

(3)在(1)或(2)中描述的构造的特征在于，所述气液接触塔被放置在用于储存所述目标水的水箱中。

(4)在(1)至(3)任一项中描述的构造的特征在于，在所述气液接触塔的周壁的下部设置有将所述密闭空间中的气体排出到所述水箱外部的排气开口，并且所述气液接触塔中的所述目标水的液面高度被设定为高于所述开口。

(5)在(1)至(4)任一项中描述的构造的特征在于，还包括喷射器，所述喷射器对所述脱气气体和待供应至所述分散喷嘴单元的所述目标水进行预混。

有益效果

根据本发明权利要求1中所述的发明，(1)氮气与目标水中的溶解氧之间的交换效率得以提高。

(2)根据本发明权利要求2中所述的发明，脱气气体与分散为雾状的目标水之间的接触时间增加，用以使充满密闭空间的脱气气体能够始终保持在新鲜状态。

(3)根据本发明权利要求3中所述的发明，储存在水箱中的目标水能够被保持在低溶解氧的条件下。

(4)根据本发明权利要求4中所述的发明，所述密闭空间被设置在气液接触塔中，并且已经吸收了分散为雾状的目标水中的溶解氧的脱气气体能够通过排气开口排出到所述气液接触塔的外部。

(5)根据本发明权利要求5所述的发明，能够减小从目标水分散单元分散的目标水的颗粒尺寸，从而能够增大脱气气体与目标水之间的接触面积。

附图说明

图1是应用了第一实施方式的脱氧装置的冷却水循环系统的示意图。

图1A是图1中的A部的放大图。

图2是根据第一实施方式的脱氧装置的示意图。

图3是应用了第一实施方式的脱氧装置的冷却水循环系统的控制流程图。

图4是应用了第二实施方式的脱氧装置的冷却水循环系统的示意图。

图5是根据第二实施方式的脱氧装置的示意图。

图6是第二实施方式中的喷射器的X-Z截面图。

图7是应用了第三实施方式的脱氧装置的冷却水循环系统的示意图。

图8是根据第三实施方式的脱氧装置的示意图。

图9是第一至第三实施方式中的冷却水循环系统的比较例的示意图。

图10是对比了实施例1～3与比较例的脱氧性能的比较确认实验的结果。

附图标记说明

1冷却水循环系统

11冷却水循环系统，12脱氧处理水循环系统

2冷却对象设施

3水箱

4脱氧装置

41目标水分散单元，411分散连接配管，412分散喷嘴单元

42气液接触塔，421密闭空间，422排气开口，423目标水表面

43脱气气体供应单元，431脱气气体生成部，432脱气气体输送管

44喷射器，441目标水入口通道，442a直径减小段，442b直径增大段，443脱气气体入口通道，444混合水出口通道

45第三流量调节阀，46单向阀，47喷射部

5循环泵

6冷却器(热交换装置)

7循环配管

71分支连接配管，72第一流量控制阀，73第二流量控制阀，74第一脱气气体输送管，75第二脱气气体输送管，76气体分支点

具体实施方式

接着，基于下列实施方式对实施本发明的最佳方式进行详细描述。

(第一实施方式)

图1是应用了第一实施方式的脱氧装置4的冷却水循环系统1的示意图，图1A是图1中的A部的放大图，图2是第一实施方式的脱氧装置4的示意图。图1A中的大点表示分散为雾状的目标水，小点表示储存于水箱中的冷却水(目标水)。在图2中，为了阐明结构，气液接触塔42可以是透明的，供观察者来观察内部的目标水分散单元41。此外，水箱3的长度方向、宽度方向以及高度方向分别由X轴、Y轴和Z轴来表示。

如图1中所示，冷却水循环系统1包括冷却水循环系统11和脱氧处理水循环系统12。

冷却水循环系统11包括：冷却对象设施2；水箱3，其储存用于对冷却对象设施2进行冷却的冷却水(目标水)；循环泵5，其将冷却水从水箱3提供至冷却对象设施2；第二流量控制阀73，其控制由循环泵5输送的冷却水的流量；冷却器6(热交换装置)，其对通过吸收来自被冷却对象设施2的热量而被加温的冷却水进行冷却；和将这些设备连接起来的循环配管7。冷却对象设施2的实例可包括压模机等。

脱氧处理水循环系统12包括：位于循环泵5和第二流量控制阀73之间的分支连接配管71；第一流量控制阀72，其控制从分支连接配管71分出的目标水(冷却水)的流量；和脱氧装置4，其降低经过第一流量控制阀72流入的目标水的溶解氧浓度。

如图1中所示，水箱3中储存有通过冷却水循环系统11循环的冷却水和通过脱氧处理水循环系统12循环且具有较低的溶解氧浓度的冷却水(目标水)。利用循环泵5将储存在水箱3中的冷却水和目标水输送到冷却对象设施2和脱氧装置4。通过调节第一流量控制阀72和第二流量控制阀73的开度对从循环泵5输送到冷却对象设施2的冷却水的流量与从循环泵5输送到脱氧装置4的目标水的流量进行控制，以达到最佳流量。

接着，对本实施方式的脱氧装置4进行说明。脱氧装置4是由图1所示的被虚线包围的区域来表示的，并且包括目标水分散单元41、气液接触塔42和脱气气体供应单元43。

目标水分散单元41，如图中2所示，包括：分散连接配管411，其连接到位于第一流量控制阀72下游的循环配管7；和分散喷嘴单元412，其连接到分散连接配管411，并在密闭空间421内将目标水分散为细雾状。分散喷嘴单元412在被插入到下述气液接触塔42中的状态下，通过分散喷嘴固定件(未图示出)被固定于气液接触塔42。利用分散喷嘴单元412将目标水分散为雾状，能够增加目标水与充满在气液接触塔42中的脱气气体的接触面积。

该分散喷嘴单元412可以面向上被固定到气液接触塔42。在从分散喷嘴单元412分散出的目标水向上移动和向下移动(自由落体)的过程中，这种构造使脱气气体与目标水彼此接触，并引起目标水中的溶解氧气被脱气气体吸收。也就是说，与脱气气体和目标水仅仅通过滴加目标水的液滴而接触的脱氧装置4相比，本实施方式的脱氧装置4能够增加目标水和脱气气体之间的接触距离(接触时间)。因此，即使设备的高度被设置得较低，本实施方式的脱氧装置4也能够降低储存在水箱3中的目标水中的溶解氧浓度。

如图1、图1A和图2所示，气液接触塔42为下端敞开的容器的形状，至少该下端浸没在要处理的目标水的表面423下，从而形成内部密闭空间421。具体而言，如图1和图1A所示，当气液接触塔42的内部充满脱气气体时，整个气液接触塔42浸没在储存于水箱3中的目标水中，并利用接触塔固定件(未图示出)固定于水箱3。通过以这种方式将气液接触塔42固定于水箱3，目标水的表面423被形成在气液接触塔42的下部，以在气液接触塔42的内部提供密闭空间421。该结构可以在气液接触塔42中过多地收纳了脱气气体而增大了气液接触塔42内部的压力时，向下按形成在气液接触塔42的下部的目标水的表面423，以控制气液接触塔42内部的压力过度增大。如上所述，整个气液接触塔42浸没在储存于水箱3中的冷却水中，但也可以是一部分气液接触塔42浸没在水箱3中的水中。

如图1A所示，将密闭空间421中的气体排出到气液接触塔42外部的排气开口422可设置在气液接触塔42的周壁的下部，气液接触塔42中的目标水的液面可以优选设置在排气开口422上方。该结构能够在气液接触塔42中形成密闭空间421，并且能够使已吸收了目标水中的溶解氧的脱气气体从排气开口422排出。为了只从排气开口422排出气液接触塔42中的脱气气体，可以增加脱气气体的气泡尺寸，并且排出到气液接触塔42外面的脱气气体可以上浮到储存在水箱3中的目标水(冷却水)的表面。这种结构能够抑制脱气气体的气泡流入使储存在水箱3中的冷却水循环至冷却对象设施2的循环泵5，并且还能够防止循环泵5受损。

脱气气体供应单元43包括脱气气体生成部431和脱气气体输送管432。脱气气体生成部431是生成脱气气体的装置，并且其实例包括充满有脱气气体的气瓶。脱气气体输送管432的一端被连接到脱气气体生成部431的供应口，另一端插入到气液接触塔42中。在此状态下，脱气气体输送管432利用气体输送管固定件(未图示出)被固定到气液接触塔42。作为从脱气气体生成部431生成的脱气气体，例如可以使用氮气等惰性气体。此外，将脱气气体输送管432面朝上固定于气液接触塔42，能够将已经吸收了气液接触塔42中的溶解氧的脱气气体容易地从排出开口排出。

根据上述结构，在本实施方式的脱氧装置4中，在气液接触塔42充满有从脱气气体生成部431生成的脱气气体的状态下，目标水被分散喷嘴单元412分散为雾状。因此，能够减小目标水的液滴尺寸，从而当量体积的水的液滴的表面积增大，从而增大了与脱气气体的接触面积。结果，能够减低目标水中的溶解氧浓度。

本实施方式的脱氧装置4在储存于水箱3中的目标水(冷却水)中不会产生脱气气体的微小气泡，这是因为目标水在气液接触塔42充满有脱气气体的状态下与脱气气体接触。因此，气液接触塔42中的脱气气体不会以气泡的形式到达使之在冷却水循环系统11中循环的循环泵5，因此不会产生空穴现象(cavitation)。

接着，将参照图3来描述应用了本实施方式的冷却水循环系统1的脱氧处理的方法。在初始状态下，气液接触塔42中充满脱气气体，且预定量的目标水被储存在水箱3中(步骤S1)。另外，第一流量控制阀72和第二流量控制阀73处于打开状态。

首先，利用循环泵5使储存在水箱3中的目标水能够流过第一流量控制阀72和第二流量控制阀73，并连续地分别输送到脱氧装置4侧与冷却对象设施2侧(步骤S2)。输送到脱氧装置4侧的目标水被允许流过分散连接管411，并从分散喷嘴单元412以雾状分散在气液接触塔42中(步骤S3A)。分散为雾状的目标水中的溶解氧被气液接触塔42中的脱气气体所吸收，并且目标水滴到目标水的表面423。在分散为雾状的目标水的一部分附着于气液接触塔42的内壁表面、在气液接触塔42的内壁表面上移动并滴落到目标水的表面423的过程中，目标水中的溶解氧被脱气气体吸收。由此，利用散喷嘴单元412分散为雾状的目标水中所溶解的氧气被储存在气液接触塔42中的脱气气体所吸收，从而降低了储存在水箱3中的目标水中的溶解氧浓度。

脱气气体生成部431经由脱气气体输送管432向气液接触塔42连续地供应脱气气体(步骤S4A)。伴随从该脱气气体生成部431供应脱气气体，已经吸收了目标水中的溶解氧气的脱气气体移动到气液接触塔42的下部，并且从排气开口422排出气液接触塔42。这种结构始终将气液接触塔42中的脱气气体保持在新鲜状态下，从而能够利用气液接触塔42中的脱气气体持续进行脱氧处理。

输送到冷却对象设施2侧的冷却水(目标水)被供应到冷却对象设施2，从而冷却水吸收冷却对象设施2内部的热量(步骤S3B)。随后利用循环泵5将通过吸收冷却对象设施2内的热量而变温的冷却水输送到冷却器6进行冷却(步骤S4B)。

如上所述，从分散喷嘴单元412分散的目标水和由冷却器6冷却的冷却水被储存在水箱3中(步骤S5)。再一次利用循环泵5将储存在水箱3中的目标水(冷却水)连续输送到脱氧装置4和冷却对象设施2(步骤S1和S2)。

这样，利用脱氧装置4来降低储存在水箱3中的目标水中的溶解氧浓度，并且使低溶解氧浓度和低温目标水(冷却水)向冷却对象设施2循环，由此能够防止冷却对象设施2、冷却器6和循环配管7被腐蚀。另外，控制这些设备和循环配管7的腐蚀，能够防止由于溶解在目标水中的铁氧化物而发生水污染(产生铁锈水等)。

(第二实施方式)

图4是应用了第二实施方式的脱氧装置4的冷却水循环系统1的示意图；图5是第二实施方式的脱氧装置4的示意图；图6是第二实施方式中的喷射器44的x-z截面图。坐标系与第一实施方式中相同。

第二实施方式的脱氧装置4包括位于第一实施方式的脱氧装置4中的第一流量控制阀72与分散连接管411之间的喷射器44。在脱气气体输送管432的中部，脱氧装置4具有气体分支点76，其分支为第一脱气输送管74，其用于将从脱气气体生成部431生成的脱气气体输送到喷射器44；和第二气体输送管75，其用于将从脱气气体生成部431生成的脱气气体输送到气液接触塔42内。因为其它部件与第一实施方式的脱氧装置4相同，所以相同部件由相同标号表示，并且省略其描述。

喷射器44将脱气气体的微小气泡混合到从分支连接配管71供应的目标水(冷却水)。在具体构造中，如图6所示，喷射器44具有目标水入口通道441、脱气气体入口通道443和混合水出口通道444。

目标水入口通道441的下游侧包括朝向端部变窄的直径减小段442a和朝向端部变宽的直径增大段442b，并且增加了目标水从目标水入口通道441的流出速度。随着目标水的速度增大，喷射器44的内部处于负压，使得脱气气体能够从脱气气体入口通道443流入喷射器44。当流入的脱气气体与速度增大的目标水在喷射器44中混合时，微小气泡形式的脱气气体与目标水混合，混合物从混合水出口通道444流向目标水分散单元41。

该结构通过在从目标水分散单元41分散目标水之前将目标水与脱气气体混合来生成微细的目标水，因此从目标水分散单元41分散的目标水的颗粒尺寸能够比第一实施方式中从目标水分散单元41分散的目标水的颗粒尺寸更小。这能够增大从目标水分散单元41分散的目标水与充满在气液接触塔42中的目标水之间的接触面积。

与气液接触塔42中从分散喷嘴单元412分散为雾状的目标水相混合的脱气气泡，在附着于气液接触塔42的内壁表面时，或者在被分散到气液接触塔42中的空间内时，与目标水分离并被释放到气液接触塔42中。即使在分散为雾状且包含脱气气泡的目标水滴落到目标水的表面423后，脱气气泡也会因为受到气液接触塔42的底部内壁表面的限制而逐渐上浮到气液接触塔42的上部，从而防止排气气泡到达循环泵5。

这里，如图5所示，第三流量控制阀45可以设置在气体分支点76和目标水分散单元41之间。由于喷射器44的内部为负压，所以输送到第一脱气气体输送管74的脱气气体的量比输送到第二脱气气体输送管75的脱气气体的量大。当从脱气气体生成部431生成的脱气气体大量以这种方式流入第一脱气气体输送管74时，通过第二脱气气体输送管75供应到气液接触塔42的脱气气体的量太小，不能充分吸收气液接触塔42中的溶解在目标水中的氧气。第三流量控制阀45因此设置在第一脱气气体输送管74的中间，以控制流入喷射器44的脱气气体的量。这种构造也能够在确保在气液接触塔42中储存了足够量的脱气气体的状态下，向喷射器44输送脱气气体。

如图5所示，单向阀46可以设置在第三流动控制阀45的下游。即使从目标水入口通道441流入喷射器44的目标水的量比从脱气气体入口通道443流入喷射器44的量大得多，这种构造也能够防止流入到喷射器44中的目标水回流到脱气气体生成部431。

(第三实施方式)

图7是应用了第三实施方式的脱氧装置4的冷却水循环系统1的示意图。图8是第三实施方式的脱氧装置4的示意图。坐标系与第一实施方式的相同。

第三实施方式的脱氧装置4包括喷射部47，以代替第二实施方式中的目标水分散单元41，并且没有第二实施方式中的第二气体输送管75。因为其它部件都与第二实施方式中的脱氧装置4相同，所以相同部件由相同标记来表示，并省略其描述。

喷射部47，如图8所示，被固定到气液接触塔42，而喷射部47的一端连接到喷射器44，另一端面向上位于气液接触塔42的内部。如在第二实施方式中描述的那样，从脱气气体生成部431生成的脱气气体与从循环泵5供应的目标水在喷射器44中以脱气气体为微小气泡的形式彼此混合，然后在脱气气体被包含在目标水中的状态下被输送到喷射部47。处于这种混合状态下的目标水和脱气气体从喷射部47喷出，目标水中混合的脱气气体的一部分被释放在气液接触塔42的密闭空间421中。残留在目标水中的脱气气泡也由于受到气液接触塔42的下部内壁表面的限制，被阻止移出气液接触塔42，而释放在气液接触塔42中。因为本实施方式的脱氧装置4具有这样的结构，也就是，即使目标水中包含有脱气气泡，脱气气体也被释放在气液接触塔42中，因此，该结构能够防止脱气气体的微小气泡流入循环泵5。本实施方式的脱氧装置4使脱气气体的微小气泡被混合在喷射器44与喷射部47之间的目标水中，因此能够使溶解在目标水的氧气被脱气气体吸收，从而降低储存在水箱3中的目标水中的溶解氧浓度。

第三实施方式的脱氧装置4还可以包括位于脱气气体生成部431与喷射器44之间的单向阀46，以防止目标水从目标水入口通道441流入喷射器44。

(脱氧性能的对比确认实验)

进行确认实验来确认第一至第三实施方式的脱氧装置4的脱氧性能。应用了第一、第二和第三实施方式中的脱氧装置4的冷却水循环系统1分别在图1、图4、图7中示出，并被称为实施例1、2、3。应该注意的是，冷却对象设施2和冷却器6被省略了，因为这里的目的是为了确认脱氧性能。为了确认实施例1～3的脱氧装置4的脱氧性能，还对如图9中所示的从脱气气体生成部431生成的脱气气体被直接注入到水箱3中进行脱氧处理的脱氧装置(以下，称为比较例)执行确认脱氧性能的实验。作为这里的实施例1～3和比较例中的脱氧装置4的实验条件，140升自来水中被储存在水箱3中，Grundfos制造的CH12-40用作循环泵5，氮气被用作从脱气气体生成部431产生的气体。从脱气气体生成部431流进水箱3的氮气的流入量和从水箱3通过整个装置和通过脱氧装置4的目标水的循环量在表1中给出。水箱3中设置有氧分析仪，并且每10分钟进行一次测量，共测110分钟。

氮气供应量和目标水的循环流量

表1

实施例1～3以及比较例中的冷却水循环系统1在上述实验条件下的实验结果示于图10中。如图10所示，在应用了实施例1～3的脱氧装置4的冷却水循环系统1中，可以看到在脱氧处理开始后110分钟时，目标水中的溶解氧浓度降低至约2[mg/L]以下。另一方面，在应用了对比例的脱氧装置4的冷却水循环系统1中，可以看到即使在脱氧处理开始后110分钟时，储存在水箱3中的目标水中的溶解氧浓度也仅仅降低到6.5[mg/L]。也就是说，实施例1～3的脱氧装置4通过脱氧处理110分钟，能够将溶解氧浓度降低至比较例中的约一半或更小。

在上述实验结果中，与氮气被简单地包含在水箱3中的比较例相比较，实施例1～3的脱氧装置4能够通过增加氮气与目标水之间的接触面积，来降低储存在水箱3中的目标水中的溶解氧浓度。

虽然基于第一到第三实施方式对本发明进行了描述，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下想到多种变型和改变。

Claims (4)

1.一种脱氧装置，其通过使脱气气体与目标水接触，使所述目标水中的溶解氧被所述脱气气体吸收，以降低所述目标水中的溶解氧浓度，所述脱氧装置包括：

气液接触塔，其为下端敞开的容器形状，至少所述下端浸没在待处理的所述目标水的表面下，气液容器由此形成了内部密闭空间；

脱气气体供应单元，其将所述脱气气体供应至所述密闭空间，以使所述脱气气体充满所述密闭空间；和

目标水分散单元，其通过分散喷嘴单元将所供应的目标水以雾状分散在所述密闭空间内，

在所述气液接触塔的周壁的下部设置有将所述密闭空间中的气体排出到所述水箱外部的排气开口，并且所述气液接触塔中的所述目标水的液面高度被设定为高于所述开口。

2.根据权利要求1所述的脱氧装置，其中，所述脱气气体和所述目标水被向上喷射。

3.根据权利要求1或2所述的脱氧装置，其中，所述气液接触塔被放置在用于储存所述目标水的水箱中。

4.根据权利要求3所述的脱氧装置，还包括喷射器，所述喷射器对所述脱气气体和待供应至所述分散喷嘴单元的所述目标水进行预混。