JP2002301305A - 脱気ユニット及び脱気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的小型で脱気効率に優れ、設備コスト、
ランニングコストの低い脱気ユニット及び脱気装置を提
供する。 【解決手段】 原水を立上配管１、連通管３、立下配管
２に通過させる脱気ユニット１０。エジェクタ４から注
入された窒素ガスと立上配管１内を上昇する原水とが多
孔板５で混合されることにより溶存気体が脱気され、ガ
ス抜き弁７より排気される。処理水は更に立下配管２を
流下して排出される。このような脱気ユニット１０を複
数段直列に接続し、最終段の脱気ユニット１０Ｄに窒素
ガスを注入し、各脱気ユニットの排気を各々前段の脱気
ユニットに注入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医療、食品、電子
産業等の各種工程液、洗浄液や空調分野における超純
水、純水、軟水、機能水、冷却水、ボイラー水などの用
水、廃水、各種溶媒、プロセス液、製品溶液等の液体か
ら、溶存酸素や溶存二酸化炭素を除去したり、各種廃水
からアンモニアガス、有機塩素系ガス等の溶存気体を除
去するための脱気ユニット及び脱気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ボイラ給水の分野では、水中の溶存酸素
に起因する配管その他の機器系統の金属材料の腐食を防
止するために、脱酸素処理が行われている。食品分野で
は、食品中の栄養素や香味成分の酸化や変質、分解防止
のために、溶存酸素を除去した水を用いている。医薬品
分野では、注射液などに含まれる有用成分の酸化や変
質、分解防止のために脱酸素水を使用している。また、
電子産業分野では、ウエハを洗浄する際に超純水を使用
するが、ウエハなどの酸化防止のため、その超純水を脱
酸素処理して使用する場合がある。

【０００３】その他、各種産業分野で使用される液体
は、必要に応じて予めその使用に際して不都合な溶存気
体を除去する処理が施され、また、廃水処理においても
含有される溶存気体の除去が行われる場合がある。

【０００４】従来、液体中の溶存気体を除去するための
脱気装置、特に脱酸素処理に用いられる脱気装置として
は、膜脱気装置や窒素ガス脱気装置がある。

【０００５】膜脱気装置は、脱気膜で区画された一方の
側に真空を作用させて減圧し、他方の側に被処理水を導
入し、被処理水中の溶存気体のみを脱気膜を介して真空
側に移動させるものである。特許第２８７７９２３号公
報には、膜脱気装置に導入する被処理水に不活性ガスを
溶解させて被処理水中の溶存気体の分圧を低下させるこ
とにより、膜脱気装置での脱気効率を高めることが記載
されている。

【０００６】窒素ガス脱気装置は、被処理水に窒素ガス
を接触させ、ヘンリーの法則に従って被処理水中の溶存
気体を除去するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の膜脱気装置で
は、真空発生装置や凝縮水分離装置などの付帯設備が必
要であり、設備コストが高くつく。また、被処理水の性
状によっては、膜汚染又は膜劣化が激しく、脱気膜を頻
繁に交換する必要があるなど、保守管理も煩雑である。
被処理水に不活性ガスを溶解させて膜脱気する特許第２
８７７９２３号公報の方法では、脱気効率の向上は図れ
るものの、上述したような膜脱気装置特有の装置コス
ト、保守管理の問題は解消することはできない。

【０００８】窒素ガス脱気装置には、充填塔による気液
の向流接触法や、貯槽内への直接曝気法、機械撹拌によ
る窒素溶解法、スタティックミキサーによる窒素溶解法
等の各種の型式のものがあるが、その多くは脱気効率が
悪く、用途が限定される。また、脱気効率が比較的高い
ものは、装置が大型化する、ランニングコストが高いな
どの問題がある。例えば、向流接触法では大型の充填塔
が必要である。また、機械撹拌による窒素溶解法では、
窒素と被処理水との混合のために撹拌機を備える混合槽
が必要となるため装置全体が大型化し、撹拌のためにモ
ータを使用するため電力費も嵩む。

【０００９】本発明は上記従来の問題点を解決し、比較
的小型で脱気効率に優れ、設備コスト、ランニングコス
トの低い脱気ユニット及び脱気装置を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の脱気ユニット
は、被処理水を上向流にて通水する立上配管と、被処理
水を下向流にて通水する立下配管と、該立上配管及び立
下配管の上部同士を連通する連通部と、前記立上配管内
に不活性ガスを注入する不活性ガス注入手段と、該立上
配管の該不活性ガス注入手段よりも上部に設けられた気
液混合手段と、前記連通部に設けられた、気体のみを排
出する気体排出手段とを備えてなることを特徴とする。

【００１１】本発明の脱気ユニットでは、不活性ガスが
注入された被処理水が立上配管内を上昇し、気液混合手
段で混合されることにより、被処理水が不活性ガスと効
率的に接触し、被処理水中の溶存気体が不活性ガス側に
移行する。そして、不活性ガス側に移行した気体は立上
配管の上部の連通部の気体排出手段より排出される。被
処理水は連通部を経て更に立下配管を下降するが、この
立下配管で下降する間に被処理水中の気体が立下配管を
上昇して上部の連通部の気体排出手段より排出されるた
め、被処理水中の気体濃度はより一層低減される。

【００１２】本発明の脱気装置は、このような本発明の
脱気ユニットをｎ個（ｎは２以上の整数）備え、第ｋの
脱気ユニット（ｋは１ないし（ｎ−１）の整数）で処理
した水を第（ｋ＋１）の脱気ユニットに通水するように
各脱気ユニットを直列に接続し、最終段の第ｎの脱気ユ
ニットの不活性ガス注入手段に不活性ガス発生源からの
不活性ガスを供給すると共に、第（ｋ＋１）の脱気ユニ
ットの気体排出手段から取り出された気体を１段だけ前
段側の第ｋの脱気ユニットの不活性ガス注入手段に供給
するようにしたものである。

【００１３】この脱気装置であれば、本発明の脱気ユニ
ットによる多段処理で、被処理水中の溶存気体を極低濃
度にまで除去することができる。しかも、不活性ガスは
最終段の脱気ユニットに注入し、前段の脱気ユニットに
は、それぞれその後段の脱気ユニットから排気された気
体を注入し、後段の脱気ユニットほど注入する不活性ガ
スの純度を上げることで、不活性ガス使用量を節減した
上で被処理水中の溶存気体を効率的に除去することがで
きる。

【００１４】即ち、第１脱気ユニットには、被処理水か
ら分離した溶存気体を多く含む低純度の不活性ガスが注
入されるが、この第１脱気ユニットには、溶存気体濃度
の高い被処理水が導入されるため、このような低純度の
不活性ガスでも十分な脱気効率を得ることができる。そ
して、第１脱気ユニットから順次後段の脱気ユニットに
ゆくほど、導入される被処理水の溶存気体濃度は低くな
るが、不活性ガスの純度は高くなるため、脱気効率が低
下することはなく、最終段の脱気ユニットでは、高純度
の不活性ガスにより被処理水中の溶存気体が極低濃度に
まで脱気される。

【００１５】このような本発明の脱気装置は、特に、被
処理水中の酸素を除去する脱酸素装置として好適であ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を詳細
に説明する。

【００１７】図１は本発明の脱気ユニットの実施の形態
を示す系統図であり、図２は本発明に好適な気体排出手
段を示す模式的な断面図である。図３は本発明の脱気装
置の実施の形態を示す系統図である。

【００１８】図１の脱気ユニット１０は、立上配管１と
立下配管２とを有し、立上配管１の上部と立下配管２の
上部は、連通管３で連通されている。立上配管１及び立
下配管２はほぼ鉛直に立設されており、これらを連通す
る連通管３はほぼ水平に設けられている。

【００１９】立上配管１には、不活性ガス（図１では窒
素ガス）を注入するためのエジェクタ４が設けられ、こ
のエジェクタ４の上部に、気液混合手段としての多孔板
５が設けられている。また、連通部３には、気体のみを
排出するための気体排出手段としての、気液分離器６と
ガス抜き弁７が設けられている。

【００２０】原水は、ポンプ等で立上配管１の下部より
導入され、立上配管１内を上向流で流れる。この立上配
管１内の原水の上向流速は、この実施の形態では、立上
配管１内のガスの上昇速度よりも小さい流速となるよう
に調整する。エジェクタ４には、図示しない窒素ガス源
から窒素ガスが導入されており、エジェクタ効果により
立上配管１内の原水中に注入される。窒素ガスが注入さ
れた原水は、多孔板５を通過する際に注入された窒素ガ
スと十分に混合接触する。即ち、注入された窒素ガスは
原水の上向流よりも大きい速度で立上配管１内を上昇す
るが、窒素ガスは多孔板５で上昇を阻止され、多孔板５
の下部に窒素ガス層を形成する。原水は、この窒素ガス
層を通過することとなり、あたかも窒素ガス層の濾過層
を通過する如くして、原水と窒素ガスとが十分に接触
し、この原水と窒素ガスとの接触で、原水中の溶存気体
が窒素ガス側に移行し、原水が脱気される。立上配管１
内の原水の上向流速がガスの上昇速度よりも大きいと、
このような窒素ガス層が形成されず、十分な接触効率を
得ることができないことから、立上配管１内の原水の上
向流速はガスの上昇速度よりも小さくすることが好まし
い。

【００２１】多孔板５としては、例えば、複数枚のパン
チングプレートを、その孔位置が上下方向で異なる位置
となるように、積層して設けたものを用いることができ
る。このパンチングプレートの孔径や厚さ、開孔率（パ
ンチングプレートの全面積に対する開孔部分の面積の合
計）、積層枚数、積層間隔等は、脱気ユニットの規模や
脱気効率、通水効率等に応じて適宜決定されるが、例え
ば孔径２〜５ｍｍ程度の開孔が２０〜５０％の開孔率で
形成された厚さ２〜１０ｍｍ程度のパンチングプレート
を、１〜１０枚、互いに５〜２０ｍｍ程度の間隔を設け
て配置するのが好ましい。

【００２２】立上配管１内の前記多孔板５の上部に、多
孔板の孔径よりも大きい径（例えば３〜１０ｍｍ程度）
で原水の上昇流でガス抜き弁へ流出しない程度の比重
(例えば１．１〜５．０)の充填材を充填し、さらに気液
接触効率を高めるようにしても良い。この場合、この充
填材がガス抜き弁以降に流出しないように、立上配管の
最終端（最上部）の近傍に多孔板５と同じか、それ以下
の孔径をもった多孔板（図示せず）を配置しても良い。

【００２３】また、立上配管１の長さ、特にエジェクタ
４よりも上部の長さは、長い程原水と窒素ガスとの接触
時間が長くなり、効果的である。ただし、装置設置スペ
ースの制約もあることから、立上配管１の長さはエジェ
クタ４よりも上の部分の長さが０．５〜１．５ｍ程度と
なるように設計することが好ましい。また、気液混合手
段としての多孔板５はエジェクタ４から、０．０５〜
０．１ｍ程度上方に設けるのが好ましい。

【００２４】立上配管１内を上昇する間に窒素ガスと接
触し、含有される溶存気体が窒素ガス側に移行して脱気
された気液混合流は、立上配管１の上部から連通管３へ
流入し、連通管３内をほぼ水平に流れ、気液分離器６で
気体と液体とに分離され、分離された気体はガス抜き弁
７より排気される。

【００２５】気液分離器６の入口側の連通管３には減圧
弁８が設けられ、この減圧弁８で減圧された気液混合流
が気液分離器６の導入室６Ａに導入され、この導入室６
Ａ内で微細気泡が発生する。発生した微細気泡の一部
は、ガス抜き管７Ａからガス抜き弁７を介して排出され
る。この微細気泡の多くは水流と共に気液分離室６Ｂに
流入する。

【００２６】この気液分離室６Ｂ内には互いに間隔をあ
けて多数の衝突板６Ｃが並設されており、この衝突板６
Ｃを通過する過程で微細気泡同士が衝突会合してより大
きな気泡となる。衝突板６Ｃは、多数の開孔が設けられ
た多孔板であり、その板面がほぼ鉛直方向となるように
気液分離室６Ｂ内に立設されている。隣接する衝突板６
Ｃ，６Ｃ同士は、開孔の位置がずれるように設けられて
いる。この衝突板６Ｃとしては、孔径２〜１０ｍｍ程度
の開孔が２０〜５０％の開孔率で形成された厚さ０．５
〜１．０ｍｍ程度のパンチングプレートを、１０〜１０
０枚、互いに２〜１０ｍｍ程度の間隔を設けて配置する
のが好ましい。

【００２７】この気液分離室６Ｂの上部には、ガス集合
室６Ｄが、また、下部には沈降物分離室６Ｅがそれぞれ
連通して設けられている。衝突板６Ｃで衝突会合して成
長した気泡は、衝突板６Ｃ，６Ｃ同士の間から上昇して
ガス集合室６Ｄに集められ、ガス抜き管７Ｂからガス抜
き弁７を介して排出される。また、衝突板６Ｃに衝突し
た液中の懸濁物も互いに会合成長して大粒子となり、衝
突板６Ｃ，６Ｃ同士の間から下部の沈降物分離室６Ｅに
沈降する。沈降物分離室６に沈降、集積した懸濁物は開
閉弁９を開いて系外に排出される。

【００２８】気液分離室６Ｂの衝突板６Ｃの開孔を通過
し、この過程で気体と懸濁物が分離除去された液は、集
水整流室６Ｆを経て気液分離器６から流出し、連通管３
から立下配管２に流入する。

【００２９】この集水整流室６Ｆにもガス抜き管７Ｃが
接続されており、集水整流室６Ｆで発生する気泡はガス
抜き管７Ｃよりガス抜き弁７を介して排気される。

【００３０】ガス抜き弁７としては、内部にフロートを
内蔵し、このフロートにより、弁が開閉するフリーフロ
ーティングレバー方式の弁が、複雑な制御装置が不要で
あることから好ましい。このガス抜き弁７は、ガス抜き
管７Ａ〜７Ｃから分離気体が流入し、ガス抜き弁７内に
気体が蓄積され、その蓄積量が多くなると内部のフロー
トが下がり、弁が開となる。また、気体量が少なくなる
とフロートが上がり弁が閉になる。

【００３１】なお、このようなガス抜き弁７は、気液分
離器６を設けずに連通管３に直接設けても良い。

【００３２】連通管３から立下配管２に流入した水は、
気液分離器６にて大部分の気体が分離除去されたもので
あるが、更に立下配管２を下向流で流下する過程で気体
が分離される。即ち、前述の如く、立上配管１内の液流
速はガスの上昇速度よりも遅いため、立下配管２の管径
を立上配管１の管径と同程度とした場合、この立下配管
２内を流下する過程でも気泡が上昇して処理水中の気体
濃度が低減される。従って、この立下配管２も長い程気
体濃度低減に有利であるが、一般的には立下配管２の長
さは立上配管１の長さと同程度とされる。この立下配管
２にも、気泡を集積、会合させて上昇させ易くするため
に、立上配管１と同様の多孔板を設けてもよい。

【００３３】このようにして脱気が行われた処理水は立
下配管２の下部より系外へ排出される。

【００３４】図３の脱気装置は、このような脱気ユニッ
ト１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ）を、各々の
前段の脱気ユニット１０の立下配管２と後段の脱気ユニ
ット１０の立上配管１とを連結管１１で連結することに
より、４個直列に接続したものである。図２において、
図１に示す部材と同一機能を奏する部材には同一符号を
付してある。

【００３５】原水はポンプＰにより、原水供給配管１２
を経て第１脱気ユニット１０Ａに導入され、第２脱気ユ
ニット１０Ｂ、第３脱気ユニット１０Ｃ、及び第４脱気
ユニット１０Ｄを順次流れて脱気が行われ、処理水は第
４脱気ユニット１０Ｄの立下配管２に接続された処理水
配管１３より取り出される。

【００３６】窒素ガス源（窒素ガスボンベ又はＰＳＡに
よる窒素発生器）２０からの窒素ガスは、配管１４より
最終段の第４脱気ユニット１０Ｄのエジェクタ４に注入
され、この第４脱気ユニット１０Ｄのガス抜き弁７から
取り出された気体が配管１５より第３脱気ユニット１０
Ｃのエジェクタ４に注入される。そして、第３脱気ユニ
ット１０Ｃのガス抜き弁７から取り出された気体が配管
１６より第２脱気ユニット１０Ｂのエジェクタ４に注入
され、第２脱気ユニット１０Ｂのガス抜き弁７から取り
出された気体が配管１７より第１脱気ユニット１０Ａの
エジェクタ４に注入され、第１脱気ユニット１０Ａのガ
ス抜き弁７から取り出された気体はガス抜き弁７から系
外へ排気される。

【００３７】この脱気装置であれば、脱気ユニット１０
Ａ〜１０Ｄによる処理で、原水中の溶存気体を極低濃度
にまで除去することができる。しかも、窒素ガスは第４
脱気ユニット１０Ｄのみに注入し、前段の脱気ユニット
１０Ａ〜１０Ｃには、それぞれその後段の脱気ユニット
１０Ｂ〜１０Ｄから排気された気体を注入し、後段の脱
気ユニットほど注入する窒素ガスの純度を上げること
で、窒素ガス使用量を節減した上で原水中の溶存気体を
効率的に除去することができる。

【００３８】なお、配管１５〜１７には、それぞれ窒素
ガス源と同流量のエアポンプ３０を設け、強制的に不活
性ガスを注入し、不活性ガス注入量をより安定させるよ
うにしても良い。また、配管１５〜１７のエゼクタの直
前に逆止弁を設け、前記エアポンプ３０は原水ポンプの
起動・停止に連動するように制御すれば、配管１５〜１
７には、常に不活性ガスが充填されている状態になるた
め、本発明の装置を頻繁に起動・停止させても、良好な
脱気水が製造できるので好適である。

【００３９】本発明において、原水流量やガス流量等に
は特に制限はないが、原水に対する窒素ガス注入量は、
原水：窒素ガス＝１：０．１〜０．２（容積比）とする
のが好ましく、例えば、ポンプＰの吐出量が１ｍ^３／ｈ
ｒのときに、窒素ガス源２０の出口ガス流量は０．１〜
０．２ｍ^３／ｈｒ程度とするのが好ましい。また、立上
配管１、連通管３及び立下配管２内の液流速は０．１〜
０．５ｍ／ｓｅｃ、ガスの上昇流速は０．５〜２ｍ／ｓ
ｅｃ程度とするのが好ましい。

【００４０】図３では、本発明の脱気ユニットを４個直
列に接続したものを示したが、本発明の脱気装置は、こ
れに限らず、このような脱気ユニットを２個又は３個或
いは５個以上接続したものであっても良い。また、図
１，３では、不活性ガスとして窒素ガスを用いたものを
示したが、本発明において、不活性ガスとしては、窒素
ガスに限らず、アルゴンその他の不活性ガスを用いるこ
ともできる。ただし、コスト面からは窒素ガスが好適で
ある。

【００４１】このような本発明の脱気ユニット及び脱気
装置は、特に、原水中の酸素や二酸化炭素を除去する脱
気ユニット及び脱気装置として、とりわけ酸素を除去す
る脱酸素装置として好適である。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、比
較的小型で脱気効率に優れ、設備コスト、ランニングコ
ストの低い脱気ユニット及び脱気装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の脱気ユニット及び脱気装置の実施の形
態を示す系統図である。

【図２】本発明に好適な気体排出手段を示す模式的な断
面図である。

【図３】本発明の脱気装置の実施の形態を示す系統図で
ある。

【符号の説明】

１ 立上配管 ２ 立下配管 ３ 連通管 ４ エジェクタ ５ 多孔板 ６ 気液分離器 ７ ガス抜き弁 ８ 減圧弁 １０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ 脱気ユニット ２０ 窒素ガス源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D011 AA01 AB10 AC00 AC05 AC06 AD00 AD01 4D037 AA03 AA08 AA11 AB11 BA23 BB04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理水を上向流にて通水する立上配管
   と、 被処理水を下向流にて通水する立下配管と、 該立上配管及び立下配管の上部同士を連通する連通部
   と、 前記立上配管内に不活性ガスを注入する不活性ガス注入
   手段と、 該立上配管の該不活性ガス注入手段よりも上部に設けら
   れた気液混合手段と、 前記連通部に設けられた、気体のみを排出する気体排出
   手段とを備えてなることを特徴とする脱気ユニット。
2. 【請求項２】 請求項１の脱気ユニットをｎ個（ｎは２
   以上の整数）備え、第ｋの脱気ユニット（ｋは１ないし
   （ｎ−１）の整数）で処理した水を第（ｋ＋１）の脱気
   ユニットに通水するように各脱気ユニットを直列に接続
   した脱気装置であって、 最終段の第ｎの脱気ユニットの不活性ガス注入手段に不
   活性ガス発生源からの不活性ガスを供給すると共に、 第（ｋ＋１）の脱気ユニットの気体排出手段から取り出
   された気体を１段だけ前段側の第ｋの脱気ユニットの不
   活性ガス注入手段に供給するようにしたことを特徴とす
   る脱気装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、脱酸素装置であるこ
   とを特徴とする脱気装置。