JP2004275857A

JP2004275857A - 脱気装置

Info

Publication number: JP2004275857A
Application number: JP2003069414A
Authority: JP
Inventors: Koichi Ishii; 浩市石井
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: JP4232490B2

Abstract

【課題】特殊装置や薬剤を使用せずに、多量に且つ効率良く溶存ガスを分離させることができる脱気装置を実現する。
【解決手段】溶存ガスを含む液体をタンクに導き、前記溶存ガスを分離させる脱気装置において、
前記液体をノズルを介して減圧した第１タンク内に噴射し、この第１タンク内の脱気液に泡を発生させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体中の溶存ガス（酸素、窒素、炭酸ガス等）を分離させて濃度を低下させる操作を行うための脱気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラ水中の溶存酸素濃度が高いと配管材などを腐蝕し、応力腐蝕割れを生じやすくなるため、ボイラ水の溶存酸素濃度を低下させることが必要とされている。
超音波洗浄では、溶存ガスを含んでいると超音波により溶存ガスが発泡して微細気泡となり、その気泡が超音波を吸収してしまうため、効率が低下するという問題から、脱気した水を使用することが求められている。
【０００３】
半導体の洗浄で使用される機能水（オゾン水、水素水等）も、目的とするガス以外の溶存ガスが存在するとその機能性が阻害されることから、一度脱気した水に目的とするガスを溶解している。また、ウエハ等の洗浄に脱気水を使用すると、乾燥時にウォーターマークが付かない。
【０００４】
滅菌用の水蒸気に溶存ガスが存在していると、水蒸気が滅菌物に接触し、凝縮した後もタオルなどの中心部にガスとして滞留し、水蒸気の進入を阻害するため、滅菌不良の原因となる。
脱気水を食品加工に用いれば、煮崩れを防ぎ、炊き上がりが早く鮮やかな色彩で腐り難くなると言われている。
【０００５】
図９乃至図１４により、脱気のための従来装置を説明する。
図９は、加熱による従来装置の概念図であり、温度が高くなると飽和溶存ガス濃度は低下することを利用する。１はタンク、２は溶存酸素を多く含んだ液体、３は加熱用のヒータ、４は分離された微細気泡である。
図１０は、超音波振動を利用する従来装置の概念図であり、５はタンク外底部に固定された超音波振動子である。
【０００６】
図１１は、脱気したい成分ガス（酸素）以外のガス（例えば窒素）を液体中に溶解させる置換を利用する従来装置の概念図であり、タンク内底部に設けた散気板６を介してポンプ７により窒素を圧送する。
図１２は、真空（減圧）雰囲気中で成分ガス以外のガスを液体中に溶解させる従来装置のシステム構成図である。８は減圧タンク、９は減圧用の真空ポンプ、１０は外部タンクであり、溶存ガスを多く含む液体１１が貯蔵されている。１２はこの液体１１を減圧タンク８内の散気板６に導く入水ポンプである。１３は脱気された液体を外部に送出するための送水ポンプである。
【０００７】
図１３は、真空（減圧）雰囲気中でシャワー状に液体を噴出させる従来装置のシステム構成図である。１４は、減圧タンク８内上部に設けたシャワーノズルであり、入水ポンプ１２により導入された液体１１をシャワー状にタンク内液面に落下させ、液体の表面積を増加させて脱気させる。シャワー状落下の他、減圧タンク内壁に液体を流下させ、液体を薄く拡がらせて表面積を増加させる手法もある。
【０００８】
図１４は、中空糸膜（多孔質膜）のチューブを利用する従来装置の概念図であり、チューブの孔が気体だけを透過させることを利用している。１５は中空糸膜チューブであり、溶存ガス分子１６を含む液体１１が通過している。１７は中空糸膜チューブ１５を囲むガラス管であり、中空糸膜チューブ１５との間の空間は真空（減圧）にされている。中空糸膜は気体のみを透過させる特性を持つので、このチューブを通過する途中で液体中の溶存ガス分子１６はガラス管１７と中空糸膜チューブ１５との間の空間に拡散排出され、液体１１が脱気される。
その他、脱酸素剤であるヒドラジン（ＮＨ_２ＮＨ_２）、亜硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_３）等の薬品を使用して化学反応により脱気する手法もある。
気体を溶解させる装置（溶存酸素濃度を上昇させる装置）として、渦を利用するもの、邪魔板を使用するものがあり、これらは、シャワー状に水を噴霧するものよりも効率良く、気体を溶解することができる。
これは、液体が効率良く泡立ち、液体と気体の接触面積（液体の表面積）を大きくすることができることによる。
【０００９】
真空を利用した脱気装置の場合にも、液体の表面積を大きくすることにより、効率良く脱気できることが知られている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２―４６３５１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ボイラで使用する水では、溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／Ｌ以下であることが求められるが、図９の加熱手法及び図１０の振動方法では、そのレベルまで脱気させることが非常に難しい。図１１及び図１２の置換手法は、溶存ガスを全て除去したい場合には、不適である上効率も良くない。
【００１２】
真空中で脱気させる場合は、理論的には全ての溶存ガスを脱気させることが可能であるが、図１３の手法では、シャワー状に噴霧するため圧損が大きく、効率的ではない。
又、図１４の中空糸膜による手法は、微細な孔から溶存ガス分子が拡散するという原理を利用しているため、水を大量に処理することは不適である。更に、薬剤による脱気は、使用する薬剤の毒性や排水に注意しなければならない。又、薬品を水に溶かすため、脱気された純水を得ることができない。
【００１３】
本発明の目的は、特殊装置や薬剤を使用せずに、多量に且つ効率良く溶存ガスを分離させることができる脱気装置を実現することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明の構成は次の通りである。
（１）溶存ガスを含む液体をタンクに導き、前記溶存ガスを分離する脱気装置において、
前記液体を、ノズルを介して減圧した第１タンク内に噴射し、この第１タンク内の脱気液に泡を発生させることを特徴とする、脱気装置。
【００１５】
（２）前記ノズルより、前記液体を前記第１タンクの内周壁の斜め接線方向に前記脱気液に向って噴射し、前記第１タンク内の脱気液に渦を巻かせると共に泡を発生させることを特徴とする、（１）記載の脱気装置。
【００１６】
（３）前記ノズルより、前記液体を前記第１タンク内の脱気液面下部に配置した邪魔板に向かって噴射し、前記邪魔板と液面間に泡を発生させることを特徴とする、（１）記載の脱気装置。
【００１７】
（４）前記第１タンクより位置エネルギーの低い位置に減圧した第２タンクを設置し、前記第１タンク内の脱気液を、重力を利用して前記第２タンクへ流下させることにより、前記第１タンク内の液面レベルを調節することを特徴とする、（１）乃至（３）のいずれかに記載の脱気装置。
【００１８】
（５）前記第２タンクを複数個設置すると共に、選択された１個の第２タンク内の脱気液を外部に送出している期間に、選択されない他の第２タンクに対して前記第１タンクより脱気液を流下させることにより、脱気液の連続外部送出を行なうことを特徴とする、（４）記載の脱気装置。
【００１９】
（６）前記第２タンクへの脱気液の流下が、ノズルにより前記第２タンクの内周壁を伝わり薄く広がる、又はシャワー状に噴霧する、又は前記第２タンク内の脱気液に渦を巻かせる、又は邪魔板に向かって噴射するようにし、前記第２タンク内で脱気を行なうことを特徴とする、（４）又は（５）記載の脱気装置。
【００２０】
（７）前記第１タンク内の脱気液を、前記第１タンクのノズルに戻して再脱気させることを特徴とする、（１）乃至（６）のいずれかに記載の脱気装置。
【００２１】
（８）前記第１タンク内の脱気液を、再脱気専用ノズルを介して前記第１タンクに戻して再脱気させることを特徴とする、（７）記載の脱気装置。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下本発明実施形態を、図面を用いて説明する。
本発明は、溶解装置における渦の作用を逆に利用し、周知の真空を利用した脱気装置と組み合わせることで、効率の高い脱気装置を実現した点に特徴がある。
【００２３】
図１は本発明を適用した脱気装置の一例を示すシステム構成図であり、図９乃至図１４の従来装置で説明した要素と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００２４】
図１において、１００は減圧された第１タンクであり、真空ポンプ９にてタンク内を減圧する構成は、図１２及び図１３の減圧タンク８と同一である。１０１は主タンク内の脱気液である。１０２は、主タンク１００の上部に配置されたノズルであり、入水ポンプ１２より外部タンク１０内の溶存ガスを多量に含んだ液体１１が圧送され、このノズルより主タンク１内の脱気液１０１の液面に向かって噴射される。
【００２５】
ノズルの噴射方向は、第１タンク１００の内周壁の斜め接線方向（矢印Ｐで示す）である。この方向の噴射により、液面は激しく泡立ちながらタンク内の液が１０３で示すような渦を巻き、泡が多量に発生する。泡が多量に発生するということは、液の表面積が増加するということであるから、効率良く脱気することができる。
【００２６】
又、渦を巻くことにより、第１タンク１００内での液面は、円錐形になり、表面積が増加し、脱気効率が上昇する。更に渦を巻くということは、遠心力によってガスより重い液体は外側へ、軽い気泡は中心部へ移動するので、脱気が更に促進される。尚、１０４は底板であり、渦が第１タンク１００の底まで到達してしまい気相が排出口に達してしまうことを防止している。
【００２７】
図２は、ノズル１０２の噴射方向を、第１タンク内の中央部液面下部に設置した邪魔板１０５に向かって垂直に噴射させるように配置した構成を特徴とする。邪魔板１０５は、液面直下にあり、邪魔板１０５の周端部から第１タンク１００の底部に向かう脱気液１０１の循環１０６が発生し、液面と邪魔板の間で激しい泡立ちが生じ、脱気が行なわれる。
【００２８】
図３は、図１の構成に加えて、送水ポンプ１３よりの脱気液１０１の一部を、リターン管路１０７を介してノズル１０２に戻して再脱気させることにより、更に溶存ガス濃度を低下させようとしたものである。図４も同様に、図２の構成に加えて、送水ポンプ１３よりの脱気液１０１の一部を、リターン管路１０７を介してノズル１０２に戻して再脱気させることにより、更に溶存ガス濃度を低下させようとしたものである。
【００２９】
図５及び図６は、図１及び図２の構成に加えて、第１タンク１００より位置エネルギーの小さな位置に第２タンク１０８ａ及び１０８ｂを配置し、第１タンク１００内の脱気液１０１を、重力を利用して第２タンク１０８ａ又は１０８ｂへ流下させることにより、第１タンク１００の液面レベルを調節する。更に、第２タンクを複数設置し、選択された１個の第２タンク内の脱気液を外部に送出している期間に、選択されない他の第２タンクに対して第１タンクより脱気液を流下させることにより、脱気液の連続外部送出を行なうことを可能にする。
【００３０】
図５において、１０９は減圧管路であり、第１タンク１００の減圧用真空ポンプ９を兼用して第２タンク１０８ａ及び１０８ｂを減圧する。１１０ａ及び１１０ｂは、第１タンク１００の脱気液１０１を第２タンク１０８ａ及び１０８ｂに切り替えて流下させるためのバルブである。１１１ａ及び１１１ｂは、流下された第２タンク１０８ａ及び１０８ｂ内の脱気液である。１１２ａ及び１１２ｂは、第２タンク１０８ａ及び１０８ｂ内の脱気液１１１ａ及び１１１ｂを切り替えて送水ポンプ１３に排出させるためのバルブである。
【００３１】
図６における図５との構成上の差は、第２タンク１０８ａ及び１０８ｂを減圧するための専用の真空ポンプ１１３を設けた点及び第２タンク１０８ａ及び１０８ｂ内上部にシャワーノズル１１４ａ及び１１４ｂを配置し、第１タンク１００からの流下をシャワー状として第２タンク内でも脱気を行なう構成とした点である。
【００３２】
一般的に、例えば水の脱気を行う場合を図１の構成で説明すると、第１タンク１００内は減圧により１／１０気圧（水の沸点が約５０℃位になる）程度にするため、送水ポンプ１３の一次側が負圧となり、脱気水を連続して送出することが難しい。ポンプとして多段ポンプを採用すれば可能であるが、効率が良くない。従って脱気液の送出はバッチ方式となり、連続送出ができない。更に、図１の渦方式、図２の邪魔板方式何れの場合も、効率の良い液面レベルがあるが、第１タンク内が負圧であるため、このタンク内の脱気液を排出して液面レベルを調節することができない。
【００３３】
図５及び図６の実施形態では、第１タンク１００より位置エネルギーの小さな位置に第２タンク１０８ａ及び１０８ｂを配置し、第１タンク１００内の脱気液１０１を、重力を利用して第２タンク１０８ａ又は１０８ｂへ流下させることで、脱気液を連続送出することができ、且つ最適の液面レベル範囲に調節することができる。
【００３４】
図６によりその動作を説明する。真空ポンプ９で減圧された第１タンク１００内の液位が所定のレベルより高くなると、真空ポンプ１１３にて減圧された第２タンク１０８ａ（第１タンク１００よりも下に配置）へのバルブ１１０ａが開き、第１タンク１００から第２タンク１０８ａへ脱気液が流下する。この時、第１タンク１００から第２タンク１０８ａへは、両方のタンクの圧力差と位置エネルギー差で流下する。
【００３５】
即ち、第１タンク１００と第２タンク１０８ａの間では大きな圧力差は望めない上、２室の精密な真空度制御も難しいので、実質的には、位置エネルギーだけで落下させる構成が実用的である。このために第２タンクは第１タンクより必ず下になくてはならない。
【００３６】
尚、第２タンク内にも第１タンク１００に設けた１段目のノズル１０２と同様な２段目のノズルを設けて脱気を行なうことが考えられる。この場合、圧力差が小さいので、２段目のノズルでは細かな霧状にしたり１段目のように勢いよく噴出させたりすることは余り期待できない。しかしながら、第２タンク内において「タンク壁に液を伝わらせる」、「シャワーノズルを設置する」、「渦を巻かせる」、「邪魔板を設置する」等の工夫をすることにより、僅かでも脱気効果を期待することができる。図６では、この内第２タンク１０８ａ及び１０８ｂ内上部にシャワーノズル１１４ａ及び１１４ｂを配置し、第１タンク１００からの流下をシャワー状として第２タンク内でも脱気を行なう実施形態を示している。
【００３７】
流下により第１タンク１００内の脱気液１０１のレベルが所定の液位まで下がったら、バルブ１１０ａを閉じ、第タンク１０８ａ内を大気圧に戻し、バルブ１１２ａを開いて送水ポンプ１３により、脱気液１１１ａを送出する。第２タンク１０８ａから脱気液を送出中に再度タンク第１タンク１００内の液位が所定のレベルより高くなると、第２タンク１０８ｂが先程のタンク１０８ａと同じ動作を行う。この操作により、脱気液を連続的に送出することができる。
【００３８】
この実施形態では、第２タンクが２個の例を示したが、３個以上の複数個を設け、シーケンシャルに制御することも可能である。又、ここでは図示しなかったが、第１タンク１００及び第２タンク１０８ａ及び１０８ｂには液面レベルを測定するセンサが取り付けられている。
【００３９】
図７及び図８は、図５及び図６の実施形態に加えて、より脱気を進めるために、第１タンク内の脱気液を再度脱気するようにした実施形態であり、図３及び図４と同様なリターン管路１０７を有する。
【００４０】
図７において、１１５は第１タンク１００内の上部に配置された再脱気専用のリターンノズルであり、ノズル１０２とクロスするＰ´方向に脱気液を噴射する。第１タンク１００内底部の脱気液１０１がリターンポンプ１１６で排出され、リターン管路１０７を介してリターンノズル１１５に圧送される。リターンノズルを専用化させることで再脱気の系統を独立に設計でき、脱気効率を高めることができる。
【００４１】
図８において、リターンノズル１１５はノズル１０２と並列して配置され、邪魔板１０４に向かって脱気液を噴射する。リターンポンプ１１６とリターン管路１０７の構成は図７と同じである。第２タンク１０８ａ及び１０８ｂにおいて、１１７ａ及び１１７ｂは脱気液１１０ａ及び１１０ｂの液面直下に配置された２段目の邪魔板であり、ノズル１１８ａ及び１１８ｂを介して第１タンク１００の脱気液１０１を噴射し、第２タンク内でも脱気を行う実施形態を示している。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果を期待することができる。
（１）請求項１記載の構成によれば、減圧タンク内液面に、存ガスを含む液体をノズルを介して噴射することで泡を発生させることにより脱気を行なうので、従来のシャワーノズルによる噴霧に比較しノズル部での圧損が小さく、脱気のエネルギー効率がよい。又、特殊な中空糸膜や薬品を使用する必要がないので、大量の液体を効率よく脱気処理することができる。
（２）請求項２記載の構成によれば、ノズルの噴射方向をタンク内周壁の斜め接線方向に脱気液に向けて噴射することで、渦を効率よく発生させると共に泡の発生も効果的に促進せしめることができ、脱気効果を高めることができる。
（３）請求項３記載の構成によれば、ノズルの噴射方向をタンク内の脱気液の液面下部の邪魔板にむけることで、脱気液の循環を促進し、邪魔板と液面間に泡を効果的に発生させることができ、脱気効果を高めることができる。
（４）請求項４記載の構成によれば、第１タンクの下部に第２タンクを設け、第１タンクの脱気液を重力で第２タンクに流下させることで、第１タンクの脱気液の液面調節を容易に行なうことができる。
（５）請求項５記載の構成によれば、第２タンクを複数個設け、選択された１個の第２タンク内脱気液を外部に送出している期間に他の第２タンクに第１タンクからの流下を行なうことで、脱気液の連続送出が可能となる。
（６）請求項６記載の構成によれば、第２タンク内の流下の態様を、ノズルによりタンクの内周壁を伝わり薄く広がる、又はシャワー状に噴霧する、又は渦を巻かせる、又は邪魔板に向かって噴射することにより、第２タンク内でも脱気を実行することができ、脱気効率を高めることができる。
（７）請求項７記載の構成によれば、第１タンクの脱気液を、リターン管路を介してノズルに戻し再脱気させることで、脱気効率を高めることができる。
（８）請求項８記載の構成によれば、再脱気のためのノズルを専用のリターンノズルとすることで、再脱気の系統を独立に設計でき、脱気効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した脱気装置の一例を示すシステム構成図である。
【図２】本発明を適用した脱気装置の他の実施形態を示すシステム構成図である。
【図３】図１の構成に、再脱気のためのリターン管路を付加した実施形態を示すシステム構成図である。
【図４】図２の構成に、再脱気のためのリターン管路を付加した実施形態を示すシステム構成図である。
【図５】図１の構成に、第２タンクを付加した実施形態を示すシステム構成図である。
【図６】図２の構成に、第２タンクを付加した実施形態を示すシステム構成図である。
【図７】図５の構成に、再脱気のためのリターン管路を付加した実施形態を示すシステム構成図である。
【図８】図６の構成に、再脱気のためのリターン管路を付加した実施形態を示すシステム構成図である。
【図９】加熱による従来装置の概念図である。
【図１０】振動による従来装置の概念図である。
【図１１】脱気対象ガス以外のガスの置換による従来装置の概念図である。
【図１２】真空（減圧）雰囲気中で成分ガス以外のガスを液体中に溶解させる従来装置のシステム構成図である。
【図１３】真空（減圧）雰囲気中でシャワー状に液体を噴出させる従来装置のシステム構成図である。
【図１４】中空糸膜（多孔質膜）のチューブを利用する従来装置の概念図である。
【符号の説明】
９真空ポンプ
１０外部タンク
１１溶存ガスを多く含む液体
１２入水ポンプ
１３送水ポンプ
１００第１タンク
１０１脱気液
１０２ノズル
１０３渦
１０４底板

Claims

溶存ガスを含む液体をタンクに導き、前記溶存ガスを分離させる脱気装置において、
前記液体を、ノズルを介して減圧した第１タンク内に噴射し、この第１タンク内の脱気液に泡を発生させることを特徴とする、脱気装置。
前記ノズルより、前記液体を前記第１タンクの内周壁の斜め接線方向に前記脱気液に向って噴射し、前記第１タンク内の脱気液に渦を巻かせると共に泡を発生させることを特徴とする、請求項１記載の脱気装置。
前記ノズルより、前記液体を前記第１タンク内の脱気液面下部に配置した邪魔板に向かって噴射し、前記邪魔板と液面間に泡を発生させることを特徴とする、請求項１記載の脱気装置。
前記第１タンクより位置エネルギーの低い位置に減圧した第２タンクを設置し、前記第１タンク内の脱気液を、重力を利用して前記第２タンクへ流下させることにより、前記第１タンク内の液面レベルを調節することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の脱気装置。
前記第２タンクを複数個設置すると共に、選択された１個の第２タンク内の脱気液を外部に送出している期間に、選択されない他の第２タンクに対して前記第１タンクより脱気液を流下させることにより、脱気液の連続外部送出を行なうことを特徴とする、請求項４記載の脱気装置。
前記第２タンクへの脱気液の流下が、ノズルにより前記第２タンクの内周壁を伝わり薄く広がる、又はシャワー状に噴霧する、又は前記第２タンク内の脱気液に渦を巻かせる、又は邪魔板に向かって噴射するようにし、前記第２タンク内で脱気を行なうことを特徴とする、請求項４又は５記載の脱気装置。
前記第１タンク内の脱気液を、前記第１タンクのノズルに戻して再脱気させることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の脱気装置。
前記第１タンク内の脱気液を、再脱気専用ノズルを介して前記第１タンクに戻して再脱気させることを特徴とする、請求項７記載の脱気装置。