JP2004298793A - エジェクタとそれを用いた脱気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力損失が小さく効率の良い脱気を行うことが可能なエジェクタを提供すること。
【解決手段】一端に第１流体用の第１流入口を、他端に排出口を、外周面に複数の第２流体用の第２流入口を有する本体を備え、第１流入口と排出口とが第２流入口に対応する数の貫通流路で接続され、各第２流入口と対応する貫通流路とが流体流路によって接続されてなる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エジェクタとそれを用いた脱気装置に関し、さらに詳しくは、液体から溶存気体を除去する装置に関し、主に、ボイラ用水，飲料水，冷却用循環水などの水路に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
この発明に関連する技術として、次のようなものが知られている。
（１）一つの流体を流入させる複数の通路を有するノズル部と、これに相対する複数の通路を有する混合部を、相対する各通路が同軸心状にそれぞれ合致すべく対向して配し、他の一つの流体を導入する孔を有する吸入室を前記ノズル部と混合部の相互間に配設して、相対する各通路が吸入室を介して連通すべく成るエジェクタ装置（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
（２）送水管内に窒素ガスを注入する窒素注入手段と、窒素ガスが注入された水を乱流混合するスタティックミキサーと、乱流混合された水を気液分離する気液分離手段とを備えてなることを特徴とする脱酸素装置（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
（３）液体中から溶存酸素を除去する溶存酸素の除去装置において、液体の流路に設けたエジェクタの気体吸引部には、エジェクタに流入する液体の圧力よりも高い圧力の溶存酸素除去用気体の供給管が結合されており、エジェクタの下流側に充填材を充填した充填塔が配置され、充填塔の下流側には液体中から気体を分離するサイクロンを設けたことを特徴とする溶存酸素の除去装置（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−４２４２７号公報
【特許文献２】
特開２００１−１２９３０４号公報
【特許文献３】
特開２００３−１００８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ボイラ給水中に含まれる溶存酸素は、ボイラおよびボイラ系設備の腐食要因となる。これらの設備を腐食から守り安全に可動させるには、溶存酸素を除去する処理すなわち脱酸素処理が必要である。
【０００７】
液体から溶存気体を除去する方法として、薬剤添加による方法、真空脱気方法、気体置換による方法等が知られている。薬剤添加による方法は、化学的に気体を除去する方法であり、薬剤の分解生成物等が液体中に残存するので、適用対象が限られるという問題がある。
【０００８】
また、脱酸素剤として優れた特性をもつヒドラジンも、近年、労働安全衛生法の変異原化学物質や特定化学物質排出管理促進法（ＰＲＴＲ法）の第一種指定化学物質に指定され、人体に対する有害性が問題となっており、代替薬剤への移行が望まれている。
【０００９】
真空脱気方法は、減圧下において液体中から溶解度の圧力変化を利用して脱気する方法であるが、一般に大がかりな装置が必要であり、規模の小さなボイラ用水中の脱気処理には不適当な方法であった。
【００１０】
一方、気体置換による方法は、対象となる液体等に悪影響を及ぼさない窒素等の気体を液体中に吹き込み、液体中の溶存気体を除去する方法であり、窒素源等が必要ではあるものの、必要とする設備も比較的簡単であるとともに、運転に要するエネルギーも少ないという特徴を有している。特に窒素は、大気中に大量に含まれている成分であり、入手が容易であるとともに、そのまま大気中へ放出しても何等問題を生じないという特徴を有している。
窒素を利用した気体置換方法において、酸素を溶存した液体中に窒素を噴出させる方法が知られているが、一般に溶存酸素の置換効率は低く、その置換効率の向上が望まれてきた。
【００１１】
この発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、液体中の溶存気体を、他の気体で効率よく置換除去するためのエジェクタとそれを用いた脱気装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、一端に第１流体用の第１流入口を、他端に排出口を、外周面に第２流体用の複数の第２流入口を有する本体を備え、第１流入口と排出口とが第２流入口に対応する数の貫通流路で接続され、各第２流入口と対応する貫通流路とが流体流路によって接続されてなるエジェクタを提供するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明において、第１流体を酸素含有水とし、第２流体を窒素（ガス）とすることができる。この場合、エジェクタは水に含有される酸素を窒素で置換する脱気機能を有し、その脱気原理は、「溶解度があまり大きくない気体では、気体の溶解度は温度一定のとき、成分気体の分圧に比例する。」というヘンリーの法則に基づく。
【００１４】
例えば、酸素を含んだ水に窒素を更に溶解させることにより、水中の酸素溶解度を下げ、結果的に脱酸素に行なうことができる。これは、水と接している空間の酸素濃度を下げることによって、水中の溶存酸素が減少するということである。大気中には酸素が約２１％含まれており、水温が２５℃であれば、水中での飽和溶存酸素濃度は約８ｍｇ／Ｌである。理論上（ヘンリーの法則）では、水に接している酸素濃度を１％にすれば、酸素濃度は０．３８１ｍｇ／Ｌとなり、０．１％にすれば、０．０３８ｍｇ／Ｌまで減少することになる。
【００１５】
この発明のエジェクタは、第１流入口から複数の貫通流路を介して排出口へ液体を流し、その各流路に第２流入口および第２流体流路を介して気体を供給できるように構成されている。
このエジェクタによれば、第１流体が液体で第２流体が気体の場合には、気体は液体の流圧作用による吸引力により微細で多数の気泡となって複数の貫通流路の液体に混入されるので、各貫通流路において大きい接触面積で液体に接触することができる。従って、例えば、酸素溶存水に対して窒素を効果的に接触させることができ、結果的にヘンリーの法則に基づく脱酸素処理を効率的に行うことができる。
【００１６】
また、この場合、液体の流圧作用による吸引力は、液体の流速によって決定されるため、所望の吸引力を得るためには貫通流路を細くして流速を上げる必要があり、その圧力損失が大きくなるが、このエジェクタでは貫通流路を複数にすることにより、第１流入口から排出口までの圧力損失が低減するので、比較的小容量の送液ポンプにより多量の液体を短時間で処理することができる。なお、貫通流路は、３〜２０本であることが好ましく、１０〜２０本であることがさらに好ましい。
【００１７】
この発明において、エジェクタの各貫通流路は上流から下流に向って直列に接続された第１，第２および第３流路からなり、第２流路は第１および第３流路より、内径が小さく第２および第３流路の間には第２流路の内径をテーパー状に拡大して第３流路の内径に整合させる第４流路を有し、流体流路は第４流路と第２流入口とを接続してなることが好ましい。
この構成によれば、第１流体が液体で第２流体が気体の場合、流体流路は第４流路に接続され、気体が液体の速度の減速し始める部分に吸引されるので、流体力学的作用により気体の液体への吸引動作が円滑に行われると共に、液体内で生じる気泡の微細化が効率的に行われる。
【００１８】
この発明において、本体は第１流入口から流体を各貫通流路へ案内するための案内部材を第１流入口内に備えることが好ましい。
貫通流路の数が多い（１０本以上）場合には、特にこの案内部材の案内作用によって、液体が円滑に各流路へ流入することができる。
【００１９】
案内部材としては、複数の貫通流路の入口によって取り囲まれ流体の上流に向って先細る円錐形部材を用いることができる。
この発明における本体は、円柱状で、外周面の同一円周上に形成された溝を有し、第２流入口は溝底に溝に沿って配列され、本体は溝を気密的に覆うリング状のカラーを備え、カラーは外部から溝内へ第２流体を供給するためのニップルを有するように構成できる。
本体の材料は、流体として使用する液体およびガスに浸されない材質であることが好ましく、第１流体が水で第２流体が窒素の場合には、例えば、黄銅やステンレス鋼などを好適に用いることができる。
【００２０】
また、この発明において、本体の排出口に接続され排出される流体を整流するための整流器をさらに備えることが好ましい。
この整流器の整流作用により、複数の貫通流路から噴出する流体が円滑に合体されるので第１流体が液体で第２流体が気体の場合、液体中に発生した気泡が互いに衝突して結合することが防止され、液体に気体の微細気泡が効果的に接触し、結果的に脱気作用が向上することが実験的に確認されている。
【００２１】
整流器は上流から下流に向って先細るテーパー状整流路を有してもよい。
整流器は上流から下流に向って直列に接続された第１，第２および第３整流路を有し、第１整流路は流れ方向に先細るテーパー状円錐流路であり、第２整流路は第１整流路の先端と同じ内径を有する円筒流路であり、第３整流路は第２整流路より小さい内径を有する円筒流路であってもよい。
【００２２】
さらにこの発明は、別の観点から、前記エジェクタと、エジェクタの下流に設けられ液体を貯留して液体中の気体を放出するための貯留タンクとを備える脱気装置を提供するものである。第１流体が液体で第２流体が気体の場合、エジェクタにおける液体の気体混合接触作用と、タンクにおける貯留液体の気体接触作用とが相俟って、効果的な脱気が行われる。
【００２３】
〔実施例〕
以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述する。これによってこの発明が限定されるものではない。
図１はこの発明のエジェクタを示す正面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図、図３は図２の要部拡大図である。
図２に示すように、エジェクタ３１は、黄銅（真鍮）製の円柱形本体３２と、本体３２の下流に接続された黄銅製の円柱形整流器３３から構成される。
【００２４】
本体３２は上流側の端部に第１流入口３４を、下流側の端部に排出口３５をそれぞれ有する。本体３２は外周面の同一円周上に形成された溝３６を有する。溝３６の底には複数（ここでは８個）の第２流入口３７（図３）が溝３６に沿って一列に等間隔で形成されている。
【００２５】
一方、第１流入口３４と排出口３５との間には本体の軸に平行に第２流入口３７と同数（８本）の貫通流路３８が形成されている。貫通流路３８は本体の軸を中心とする同一円周上に等間隔に穿孔されている。
【００２６】
また、各貫通流路３８は、図３に示すように、上流から下流（矢印Ｂ方向）に向って直列に接続された第１，第２および第３流路３８ａ，３８ｂ，３８ｃからなる。第２流路３８ｂは第１および第３流路３８ａ，３８ｃより内径が小さい。第２および第３流路３８ｂ，３８ｃの間には、第２流路３８ｂの内径をテーパー状に拡大して第４流路３８ｃの内径に整合させる第４流路３８ｄを有する。そして、第４流路３８ｃは本体３２の軸に直交する方向に形成された流体流路３９により、対応する第２流入口３７と連通している。
【００２７】
本体３２は溝３６を２本のＯリング４０，４１によって気密的に覆うリング状のカラー４２を備え、カラー４２は外部から溝３６内へ給気するためのニップル４３を備える。また、カラー４２は止めねじ４４，４５（図２）により本体３２の外周面に固定される。
【００２８】
図２に示すように、本体３２の第１流入口３４の内部には、８本の貫通流路３９の入口によって取り囲まれるように本体３２の軸と同軸に固定され、流体の上流方向に向って先細る円錐形部材４６が設けられている。この円錐形部材４６は第１流入口３４から流入する液体を各貫通流路３８へ円滑に案内するためのものである。
本体３２は、第１流入口３４の内面に形成された外部配管接続用の雌テーパーねじ４７と、排出口３５の内面に形成され整流器３３と螺着するための雌テーパーねじ４８を有する。
【００２９】
また、整流器３３は、上流側の端部外面に形成された雄テーパーねじ４９によって本体３２の雌テーパーねじ４８に螺着して本体３２と結合している。整流器３３は上流から下流に向って直列に接続された第１，第２および第３整流路５０，５１，５２を有する。
【００３０】
第１整流路は流れ方向（矢印Ｂ方向）に先細るテーパー状の円錐流路である。第２整流路５１は第１整流路５０の下流側先端と同じ内径を有する円筒流路である。第３流路５２は第２流路５１より小さい内径を有する円筒流路である。整流器３３は下流側端部の外面に形成された外部配管接続用の雄テーパーねじ５３を有する。
【００３１】
このような構成において、酸素を含んだ水が第１流入口３４から圧入され、ニップル４３が窒素供給源に接続されると、水は円錐形部材４６に案内されて８つの貫通流路３８は円滑に分流される。一方、窒素はニップル４３を介して溝３６を充満させる。貫通流路３８を流れる水の流圧作用による吸引力により溝３６の窒素が吸引され、８つの第２流入口３７と流体流路３９とを介して貫通流路３８の第４流路３８ｄへ噴出する。それによって、貫通流路３８を流れる水に多数の微細な窒素の気泡が生成される。
【００３２】
８つの貫通流路３８からそれぞれ排出された水は、排出口３５を介して整流器３３に流入し、テーパー状の第１整流路５０と内径が段階的に小さくなる第２，第３整流路５１，５２によって合体され、整流器３３から排出される。
【００３３】
水に含まれる酸素と窒素の置換作用（脱気作用）は各貫通流路３８の水に微細な窒素気泡が生成された時から開始され、気泡となった窒素が水に接触している間、継続される。
【００３４】
各貫通流路３８からの水はそれぞれが勢いよく排出口３５へ噴出するが、整流器３３がそれらを受け入れて円滑に合体させて整流する。従って整流器３３の作用により、水に含まれる多数の微細な窒素気泡は互いに結合して大きくなることなく本体３２から水と共に下流へ排出され、水に対する窒素気泡の接触面積が大きい状態に保持され、高い脱気効率が維持される。
なお、この実施例では貫通流路３８は説明上８本としているが、１０本以上、例えば１６本又は１８本とすることにより、より多量の水を能率的に脱気処理することができる。
【００３５】
図４は、この発明の脱気装置の構成を示すブロック図である。
脱気装置１０は、タンク３からボイラ１４に水を供給する給水路１３に配設された脱気ユニット１と、窒素供給路１２を介して脱気ユニット１に窒素ガスを供給する窒素供給源１１と、送水ポンプ４から構成される。
【００３６】
給水路１３には、送水ポンプ４と、脱気ユニット１とがこの順に直列に配設されている。なお、窒素供給源１１は、例えば、窒素ボンベおよびレギュレータにより、あるいはエアコンプレッサ、ドライヤ、レギュレータおよび窒素分離器により構成される。
【００３７】
脱気ユニット１はエジェクタ８と貯留タンク６を備える。エジェクタ８には、図１〜図３に示すエジェクタ３１と同じ構成を有し、かつ貫通流路３８が１８本のものを用いている。
【００３８】
図５は、貯留タンク６の断面図である。
同図に示すように、貯留タンク６は、上部に給水口２５と排気口２６を有し、下部側面に排水口２７を有する。水はエジェクタ８から給水口２５を介して貯留タンク６に供給され、常時所定量（例えば、タンク容量の７５％）だけ貯留されるようになっている。
【００３９】
エジェクタ８において窒素の微細な気泡が混入された水は、貯留タンク６に貯留された水の中へ噴出され、一旦貯留タンクの底まで到達したのち上昇する。その間、気泡は水との接触作用を継続するので、ここにおいても窒素と酸素との置換が行われる。さらに上昇した窒素（余剰窒素）は、水から脱した酸素と共に排気口２６を介して大気中へ放出される。そして、脱気された水は排出口２７を介してボイラ１４へ供給される。
【００４０】
次に、給水路１３における水の流れに基づいて脱気装置１０の動作を説明する。
図４に示すように、窒素供給源１１から供給される窒素（ガス）は、エジェクタ８に注入される。
【００４１】
一方、タンク３の水は、送水ポンプ４の駆動によりエジェクタ８に供給される。その水は、エジェクタ８において窒素と混合され、貯留タンク６へ送り込まれる。貯留タンク６で水から抜けた酸素および余剰窒素は、大気中に放出される。そして、脱気された水は貯留タンク６ａからボイラ１４へ供給される。
【００４２】
以下に、脱気装置１０の性能を検証するために行った試験について説明する。
〔試験例１〕
図４に示す脱気装置１０を用いて、送水ポンプ４の出口Ｘ、貯留タンク６の出口Ｙの２点に溶存酸素計を設置し、連続的に溶存酸素濃度（ＤＯ）の測定を行った。
【００４３】
大気中には本来、酸素が約２１％含まれており、水温が２５℃であれば、水中での飽和溶存酸素濃度は約８ｍｇ／Ｌである。理論上（ヘンリーの法則）では、水に接している酸素濃度を１％にすれば、酸素濃度は０．３８１ｍｇ／Ｌとなり、０．１％にすれば、０．０３８１ｍｇ／Ｌまで減少することになる。
【００４４】
この理論に基づいて、脱気装置１０における脱気効果を確認した。
エジェクタ８への窒素導入量１６Ｌ／ｍｉｎ，送水ポンプ４の吐出水量３５Ｌ／ｍｉｎ，ポンプ４の圧力０．５ＭＰａとした場合の貫通流路数に対する溶存酸素の濃度（ＤＯ値）を図６に示す。なお、窒素は純度９９．９％のものを使用した。タンク３の水は点Ｘにおいて水温２５℃，溶存酸素濃度８ｍｇ／Ｌ一定となるように調整した。
【００４５】
図６に示すように、貫通流路数が増えるとともに、点ＹにおけるＤＯ値の低下が認められ、貫通流路が１本から１５本に増大すると、ＤＯ値は約１／４に低減する。なお、この場合、貫通流路３８の断面積の総和は、その数が変化しても一定になるように設定した。
【００４６】
〔試験例２〕
図１〜図３に示すエジェクタ３１の整流器３３の効果を確認するため、図４のエジェクタ８としてエジェクタ３１（図２）から整流器３３を除去したものを用いて比較試験を行った。その測定結果を表２に示す。なお、本体３２の貫通流路数は１６本とし、その他の条件は試験例１と同じとした。
【００４７】
【表１】

【００４８】
表１からわかるように、整流器３３の有無に対して、送水ポンプ５の出口ＹにおけるＤＯ値が０．９２から１．１８に増大している。従って、整流器３３は脱気作用に非常に有効であることが確認された。
【００４９】
【発明の効果】
この発明によれば、第１流入口から受け入れられる液体が複数の流路に分岐され、各流路に流体流路を介して脱気用気体を供給できるので、小さな供給圧力で多量の液体の脱気処理を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のエジェクタの正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】図２の要部拡大図である。
【図４】この発明に係る脱気装置の構成図である。
【図５】この発明に係る貯留タンクの断面図である。
【図６】この発明の実施例における測定結果例を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 脱気ユニット
４ 送水ポンプ
６ 貯留タンク
８ エジェクタ
１０ 脱気装置
１１ 窒素供給源
１２ 窒素供給路
１３ 給水路
１４ ボイラ
２５ 給水口
２６ 排気口
２７ 排水口
３１ エジェクタ
３２ 本体
３３ 整流器
３４ 第１流入口
３５ 排出口
３６ 溝
３７ 第２流入口
３８ 貫通流路
３８ａ 第１流路
３８ｂ 第２流路
３８ｃ 第３流路
３８ｄ 第４流路
３９ 流体流路
４０ Ｏリング
４１ Ｏリング
４２ カラー
４３ ニップル
４４ 止めねじ
４５ 止めねじ
４６ 円錐形部材
４７ 雌テーパーねじ
４８ 雌テーパーねじ
４９ 雄テーパーねじ
５０ 第１整流路
５１ 第２整流路
５２ 第３整流路
５３ 雄テーパーねじ

Claims (10)

1. 一端に第１流体用の第１流入口を、他端に排出口を、外周面に第２流体用の複数の第２流入口を有する本体を備え、第１流入口と排出口とが第２流入口に対応する数の貫通流路で接続され、各第２流入口と対応する貫通流路とが流体流路によって接続されてなるエジェクタ。
2. 第１流体が酸素含有水であり、第２流体が窒素ガスである請求項１記載のエジェクタ。
3. エジェクタの各貫通流路は、上流から下流に向って直列に接続された第１，第２および第３流路からなり、第２流路は第１および第３流路よりも内径が小さく、第２および第３流路の間には第２流路の内径をテーパー状に拡大して第３流路の内径に整合させる第４流路を有し、流体流路は第４流路と第２流入口とを接続してなる請求項１記載のエジェクタ。
4. 本体は、第１流体を第１流入口から各貫通流路へ案内するための案内部材を第１流入口内に備えてなる請求項１記載のエジェクタ。
5. 案内部材は、複数の貫通流路の入口によって取り囲まれ第１流体の上流に向って先細る円錐形部材からなる請求項４記載のエジェクタ。
6. 本体が円柱状で、外周面の同一円周上に形成された溝を有し、第２流入口は溝底に溝に沿って配列され、本体は溝を気密的に覆うリング状のカラーを備え、カラーは外部から溝内へ第２流体を供給するためのニップルを有する請求項１記載のエジェクタ。
7. 本体の排出口に接続され排出される流体を整流するための整流器をさらに備える請求項１記載のエジェクタ。
8. 整流器は上流から下流に向って先細るテーパー状整流路を有する請求項７記載のエジェクタ。
9. 整流器は上流から下流に向って直列に接続された第１，第２および第３整流路を有し、第１整流路は流れ方向に先細るテーパー状円錐流路であり、第２整流路は第１流路の先端と同じ内径を有する円筒流路であり、第３整流路は第２整流路より小さい内径を有する円筒流路である請求項７記載のエジェクタ。
10. 請求項１又は７記載のエジェクタと、エジェクタの下流に設けられ液体を貯留して液体中の気体を放出するための貯留タンクとを備える脱気装置。

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