JP2001058178A - 脱気水製造装置、脱気水製造方法および溶存炭酸ガスの脱気方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設備コストが安く、スペースファクタの良い
脱気水製造装置を提供すること。 【解決手段】 渦巻状ポンプのケーシング１の背面側
に、後ブロック６を固着し、ポンプケーシング１と後ブ
ロック６により形成される内部空間を、環状の隔板７、
後板８により区画して、主羽根車室９、気水分離羽根車
室１０及び抽気室１１を形成する。抽気室１１はバルブ
１５及び吸気管１６を介して真空ポンプ１７に連結し
て、抽気室１１内を真空ポンプにより１００Ｔｏｒｒ以
下の真空度にする。 供給水に不活性ガスを添加し、ｐ
Ｈを酸性側に調整することにより、脱炭酸ガス効率が向
上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水中に溶存する気
体、特に、炭酸ガスや酸素の脱気に好適する脱気水製造
装置、脱気水製造方法および溶存炭酸ガスの脱気方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、工業用水や市水中には微量のカ
ルシウムがＣａイオンとして溶解しており、このＣａイ
オンは工業用水や市水中に通常２０〜３０ｐｐｍ程度溶
存する炭酸ガスと反応して炭酸カルシウムを生成する。

【０００３】炭酸カルシウムは水に対する溶解度が非常
に小さいため、ボイラー内面にスケールとなって沈着し
てボイラーの熱効率を低下させ、逆浸透膜や中空糸膜の
ような膜装置では膜の表面や内部に沈着して膜を詰まら
せ使用寿命を短くするという問題を引き起こす。

【０００４】また、工業用水や市水中には、酸素も８ｐ
ｐｍ程度溶解しているが、酸素は配管やボイラーの内面
を酸化させて腐食を進行させたり、缶入り飲料用の水と
して使用した場合には変質し易いという問題を引き起こ
す。

【０００５】このため、これらの用途に用いる水は、真
空脱気塔を通して溶存気体を脱気することが行われてい
る。

【０００６】しかしながら、かかる従来の真空脱気塔を
用いる脱気方法では、気液接触界面を大きくするために
真空脱気塔の寸法も大きくなり設備が大掛かりのものと
なり、スペースファクタが悪い上に設備コストも高くな
るという問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の脱気方法では、気液接触界面を大きくする必要から真
空脱気塔が大きくなって設備が大掛かりとなり、設備コ
ストも高くなるという問題があった。

【０００８】本発明者は、かかる従来の難点を解消すべ
く研究をすすめたところ、気泡混入液の移送などに用い
られる連動抽気式渦巻きポンプの吸気管を真空ポンプに
接続して、気水分離部の真空度を１００Ｔｏｒｒ以下と
なるよう真空引きしたところ、吐出側の溶存炭酸ガス濃
度、溶存酸素濃度が著しく低下することを見出だした。

【０００９】ちなみに、従来の連動抽気式渦巻きポンプ
は、電動機の回転軸にポンプケーシングと吸排気ケーシ
ングをタンデムに取付け、ポンプケーシング内の主羽根
車と吸排気ケーシング内の抽気羽根車とを同一の回転軸
により同時に駆動させて、抽気羽根車の回転で発生した
減圧で、ポンプケーシング内に吸込まれた気泡を抽気す
るようにしたものであり、水中に溶解している気体は殆
ど脱気していない。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる知見に基
づいてなされたもので、請求項１の脱気水製造装置は、
軸方向に吸込み口を設けたポンプケーシングの主羽根車
室の背面に、前記主羽根車室と回転軸近傍で連通する気
水分離部を設け、前記気水分離部を吸気管を介して真空
ポンプに接続してなることを特徴とする。

【００１１】また、請求項２の脱気水製造装置は、軸方
向に吸込み口を設けたポンプケーシング内を、環状の隔
板により前記吸込み口側から順に、側部に吐出口を設け
た主羽根車室と、側部に分離水吐出口を設けた気水分離
羽根車室と、吸気管に連通する抽気室に区画し、前記主
羽根車室と前記気水分離羽根車室に、前記各室を貫通す
る駆動軸に固着された主羽根車と気水分離羽根車をそれ
ぞれ収容するとともに、前記吸気管を真空ポンプに接続
してなることを特徴とする。

【００１２】本発明においては、上記脱気水製造装置を
用いて次のようにして被処理水中に溶解している炭酸ガ
スや酸素が除去される。

【００１３】すなわち、炭酸ガスや酸素の溶解された被
処理水を、これらの脱気水製造装置の吸込み口から給水
し、前記真空ポンプを駆動させて前記気水分離部又は前
記気水分離羽根車室の真空度を１００Ｔｏｒｒ以下、好
ましくは６０Ｔｏｒｒ以下とすることにより、被処理水
に溶存している気体が効率よく脱気され、吐出口から吐
出される水中の溶存気体は非常に低い値まで低減する。

【００１４】真空度が低いほど（気圧が低いほど）脱気
の効率は上がるが、被処理水の水温における水蒸気圧よ
りも低い圧力にすると被処理水が部分的に沸騰して水蒸
気を吸引するようになる。したがって、真空度はこれよ
りも高い状態にしておくことが望ましい。

【００１５】ちなみに、水の各温度における水蒸気圧は
次のとおりである。 ０℃ ４．５８Ｔｏｒｒ ５℃ ６．５４Ｔｏｒｒ １０℃ ９．２０Ｔｏｒｒ ２０℃ １７．５４Ｔｏｒｒ ２５℃ ２３．７６Ｔｏｒｒ

【００１６】真空ポンプは、構造的にポンプケーシング
と別個のものを吸気管で接続して用いられるが、ポンプ
ケーシングと真空ポンプが構造的に一体化して、主羽根
車と抽気羽根とを共通の回転軸に取付けた構造のものし
てもよい。後者の構造とした場合には、スペースファク
タが一層改善される。

【００１７】また、特に、水に溶解している炭酸ガスや
酸素のみを除去するためには、予め被処理水中に不活性
ガスを添加することが好ましい。このような不活性ガス
としては、例えば窒素、ネオン、アルゴンなどのガスが
挙げられる。特に炭酸ガスの除去だけを目的とする場合
には、空気を被処理水に添加するようにしてもよい。空
気を添加する方法では運転コストを大幅に低減すること
ができる。

【００１８】被処理水に対する不活性ガスの添加量は、
液ガス体積比で０．０１〜５０％、好ましくは０．１〜
１０％、より好ましくは０．５〜５％である。

【００１９】炭酸ガスは水中では、水中で次の（１）
式、（２）式で表される平衡を保っており、一部が重炭
酸イオンや炭酸イオンになって脱気しにくい状態になっ
ている。

【００２０】

【式１】

【００２１】このような平衡状態では、被処理水を酸性
にすると平衡は左側に移動して炭酸ガスとして溶解して
いる比率が多くなり真空脱気により除去し易くなる。

【００２２】したがって、特に炭酸ガスの除去を目的と
する場合には、被処理水に塩酸のような酸を添加し、又
はカチオン交換樹脂を通過させて水素イオン濃度を高く
して被処理水を酸性とすることが好ましい。被処理水の
ｐＨは６．５以下、好ましくは３〜４程度となるように
する。

【００２３】

【作用】本発明の脱気水製造装置では、ポンプケーシン
グの主羽根車室の背面側に設けた気水分離部から１００
Ｔｏｒｒ以下の真空度まで真空引きすることにより、吸
込み口から給水された水の溶存気体が脱気される。吸込
み口から入った水に対して、主羽根車の回転で局部的に
生じるキャビテーションにより内部的に真空脱気が行わ
れる。この内部的な真空脱気で生じた微細な気泡は、主
羽根車の回転によって水に遠心力が作用する結果、逆に
中心部に集まることになる。そして、一定水温の水に溶
解する気体の組成と溶解量は、平衡状態では、水面と接
している気体の組成と分圧によって定まるため、気水分
離部の気相を１００Ｔｏｒｒ以下にまで減圧することに
より、中心部に集まった微細な気泡が脱気されるととも
に、気体の総溶解量は大きく減少する方向に平衡が移動
して脱気が効率的、かつ連続的に行われる。

【００２４】また、不活性ガスを注入して不活性ガスの
分圧を高くすればドルトンの分圧の法則により溶解して
いる他の気体、例えば炭酸ガスや酸素の気体の溶解量を
減少させることができる。同様に炭酸ガスの溶解量を選
択的に減少させる場合には、コストのかからない空気を
強制的に添加するだけでも、炭酸ガスの溶解量を大幅に
減少させることができる。

【００２５】さらに、炭酸ガスは水に溶解した状態では
一部が水素イオンと重炭酸イオンや炭酸イオン等の陰イ
オンに解離して平衡状態となっているから、水素イオン
濃度を高くすることにより、陰イオンとしての溶解量を
減少させて脱気の効率を高めることができる。すなわ
ち、被処理水に塩酸のような酸を添加したり、被処理水
をカチオン交換樹脂に通して被処理水のｐＨを酸性側に
調節することにより、水中での炭酸ガスと重炭酸イオ
ン、炭酸イオンとの平衡が炭酸ガス側に移動して炭酸ガ
スとしての溶解比率が高くなり脱気され易くなる。

【００２６】本発明の脱気水製造装置、脱気水製造方法
および溶存炭酸ガスの脱気方法は、ボイラーの供給水、
缶入り飲料水の原料水、超純水製造装置の脱気装置に適
用することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施態様を挙げ
て本発明をさらに詳細に説明する。

【００２８】図１は本発明の脱気水製造装置の一実施例
を概略的に示す図である。

【００２９】同図において、基本的に渦巻状をなすポン
プケーシング１は、吸込み口２を片側に有し、渦巻きの
外側に吐出口３を有している。ポンプケーシング１の背
面側には、中心にメカニカルシール４を備えた軸穴５を
有する後ブロック６が固着されている。ポンプケーシン
グ１と後ブロック６により形成される内部空間は、環状
の隔板７、後板８により区画されて、主羽根車室９、気
水分離羽根車室１０及び抽気室１１が形成され、主羽根
車室９はその外周部で吐出口３に連通し、気水分離羽根
車室１０はその外周部から分離水通路１２により吸込み
口２に連通されている。

【００３０】主羽根車室９、気水分離羽根車室１０及び
抽気室１１には図示を省略した電動機に連結された回転
軸１３が挿通され、この回転軸１３に固着された主羽根
車１４、気水分離羽根車１５が、それぞれ主羽根車室９
及び気水分離羽根車室１０に内装されている。抽気室１
１はバルブ１６及び吸気管１７を介して真空ポンプ１８
に連結されている。

【００３１】この脱気水製造装置１９を使用して次のよ
うにして脱気水が製造される。

【００３２】まず、この脱気水製造装置１９の吸込み口
２を図示を省略した給水管に接続し、この給水管の入口
端を、例えば図示を省略した貯水タンクの貯溜水の吸込
み可能な位置に固定する。一方、吐出口３は、その用途
に応じた給水管に接続して脱気水を吐出可能な状態にす
る。次に、真空ポンプ１７を駆動させて吸込み口２から
主羽根車室９まで被処理水を吸込んで、この状態で電動
機を駆動させ定常運転状態とする。

【００３３】主羽根車１４の駆動により吸込み口２から
吸込まれた被処理水は、主羽根車１４の回転によって局
部的に生じたキャビテーションにより内部でも脱気が行
われる。この脱気により生じた微細な気泡は遠心力の違
いから主羽根車１４の中心部に集まり、気水分離羽根車
室１０が１００Ｔｏｒｒ以下の真空状態にあるため、こ
こで脱気される。

【００３４】このとき抽気された気体とともに水のミス
トも一緒に気水分離羽根車室１０に入るが、水のミスト
は高速で回転する気水分離羽根車１５に触れると遠心力
により外周部にはじき飛ばされ、外周に設けた分離水通
路１２から再び吸込み口２に戻り、脱気された気体だけ
が抽気室１１を通って真空ポンプ１７により排出され
る。

【００３５】図２は、この脱気水製造装置１９を用いて
溶存炭酸ガス、溶存酸素を除去する効率を高めるため
に、供給水ライン２０に不活性ガス添加ライン２１を設
けた例を概略的に示した図である。

【００３６】このような添加ラインの下流には供給水に
均一に溶解または分散させるためのラインミキサー２２
を配置することが望ましい。バイパスライン２３は、脱
気水製造装置を点検等するときのためのものであり、必
要に応じて、このバイパスライン２３にも脱気水製造装
置を設置して、一方の脱気水製造装置の点検時には他方
の脱気水製造装置を運転するようにしてもよい。

【００３７】図３は、不活性ガス添加ライン２１の他に
ｐＨ調整のための塩酸の添加ライン２４を追加した例を
概略的に示した図である。

【００３８】（実施例）次に本発明の具体的な実施例に
ついて説明する。

【００３９】実施例１ 株式会社横田製作所製の気泡分離型渦巻きポンプ（ＵＰ
Ｍ１０−０５１０）の抽気側に株式会社宇野沢組鐵工所
製の真空ポンプ（ＴＳ−０７５）を接続して本発明の脱
気水製造装置を構成した。

【００４０】次に、厚木市井水（水温１８℃、溶存酸素
８ｐｐｍ、全炭酸３０ｐｐｍ）を供給水として脱気水を
製造した。

【００４１】製造条件は次のとおりである。 気泡分離型渦巻きポンプ回転数；２０００ｒ．ｐ．ｍ 給水量：７５ ｌ／ｍｉｎ 真空度：３０Ｔｏｒｒ この実施例の脱気水製造装置で処理した吐出水の溶存酸
素量は１ｐｐｍであった。

【００４２】実施例２ 実施例１の脱気水製造装置を用いて図２の脱気水製造シ
ステムを構成した。この脱気水製造により厚木市井水を
用いて脱気水を製造した。この実施例の脱気水製造装置
で処理した吐出水の溶存酸素量は０．１ｐｐｍであっ
た。

【００４３】実施例３ 実施例１の脱気水製造装置を用いて図３の脱気水製造シ
ステムを構成した。なお、供給水は塩酸添加によりｐＨ
３とした。この脱気水製造により厚木市井水を用いて脱
気水を製造した。この実施例の脱気水製造装置で処理し
た吐出水の溶存全炭酸量は１ｐｐｍであった。

【００４４】

【発明の効果】以上の実施例からも明らかなように、本
発明によれば、気泡分離型渦巻きポンプの抽気を真空ポ
ンプで１００Ｔｏｒｒ以下とするだけで、溶存炭酸ガ
ス、溶存酸素を大幅に減少することができる。また、水
処理システムでポンプは不可欠なものであるから、この
ポンプを利用して脱気水製造装置を構成すれば真空脱気
塔のような設備を別に設置する必要がなく、スペースフ
ァクタが良好で設備コストも安価で済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の脱気水製造装置の一実施例を概略的に
示す図

【図２】本発明の脱気水製造装置の他の実施例の構成を
概略的に示す図

【図３】本発明の脱気水製造装置のさらに他の実施例の
構成を概略的に示す図

【符号の説明】

１……ポンプケーシング、２……吸込み口、３……吐出
口、４……メカニカルシール、５……軸穴、６……後ブ
ロック、７……隔板、８……後板、９……主羽根車室、
１０……気水分離羽根車室、１１……抽気室、１２……
分離水通路、１３……回転軸、１４……主羽根車、１５
……気水分離羽根車、１６……バルブ、１７……吸気
管、１８……真空ポンプ、１９……脱気水製造装置、２
０……供給水ライン、２１……不活性ガス添加ライン、
２２……ラインミキサー、２３……バイパスライン、２
４……塩酸添加ライン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D011 AA14 AA16 AA18 AB06 AC10 AD06 4D037 AA01 AB11 BA23 BB01 BB04 BB07 CA14

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸方向に吸込み口を設けたポンプケーシ
   ングの主羽根車室の背面に、前記主羽根車室と回転軸近
   傍で連通する気水分離部を設け、前記気水分離部を吸気
   管を介して真空ポンプに接続してなることを特徴とする
   脱気水製造装置。
2. 【請求項２】 軸方向に吸込み口を設けたポンプケーシ
   ング内を、環状の隔板により前記吸込み口側から順に、
   側部に吐出口を設けた主羽根車室と、側部に分離水吐出
   口を設けた気水分離羽根車室と、吸気管に連通する抽気
   室に区画し、前記主羽根車室と前記気水分離羽根車室
   に、前記各室を貫通する駆動軸に固着された主羽根車と
   気水分離羽根車をそれぞれ収容するとともに、前記吸気
   管を真空ポンプに接続してなることを特徴とする脱気水
   製造装置。
3. 【請求項３】 気体を溶解した被処理水を、請求項１又
   は２記載の脱気水製造装置に通水し前記真空ポンプを駆
   動させて、前記気水分離部又は前記気水分離羽根車室の
   真空度を１００Ｔｏｒｒ以下とすることを特徴とする脱
   気水製造方法。
4. 【請求項４】 気体を溶解した被処理水に、不活性ガス
   を溶解させる工程と、不活性ガスを溶解させた被処理水
   を請求項１又は２記載の脱気水製造装置に通水し前記真
   空ポンプを駆動させて、前記気水分離部又は前記気水分
   離羽根車室の真空度を１００Ｔｏｒｒ以下とする工程と
   を有することを特徴とする脱気水製造方法。
5. 【請求項５】 炭酸ガスを溶解する被処理水を、ｐＨ調
   整して酸性にするとともに被処理水中に不活性ガスを溶
   解させる工程と、不活性ガスを溶解させた被処理水を請
   求項１又は２記載の脱気水製造装置に通水し前記真空ポ
   ンプを駆動させて、前記気水分離部又は前記気水分離羽
   根車室の真空度を１００Ｔｏｒｒ以下とする工程とを有
   することを特徴とする溶存炭酸ガスの脱気方法。
6. 【請求項６】 炭酸ガスを溶解する被処理水を、ｐＨ調
   整して酸性にするとともに被処理水中に空気を溶解させ
   る工程と、空気を溶解させた被処理水を請求項１又は２
   記載の脱気水製造装置に通水し前記真空ポンプを駆動さ
   せて、前記気水分離部又は前記気水分離羽根車室の真空
   度を１００Ｔｏｒｒ以下とする工程とを有することを特
   徴とする溶存炭酸ガスの脱気方法。