JP2006312140A - 脱気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 減圧チャンバーを構成する容器と蓋体との間の封止部材の配置を省略できながらも、シール性の低下（気密の低下）が抑制された脱気装置を提供する。
【解決手段】 中心軸に沿って伸長する筒状体である容器、および、筒状体端部の開口部を封止する蓋体を備える減圧チャンバーと、減圧チャンバー外から流入した被脱気液体が内部を通過し、通過後の被脱気液体が減圧チャンバー外へ流出するように、減圧チャンバーの内部に収容された気体透過性チューブとを備える脱気装置であって、容器における開口部近傍の内周面に、中心軸に対して所定の角度θで傾斜し、容器の開口側に進むにつれて中心軸から離れていく第１の斜面が形成されており、蓋体における容器との接触部に、開口部を封止した状態で、中心軸に対して角度θで傾斜し、減圧チャンバーの内部側に進むにつれて中心軸に近づいていく第２の斜面が形成されており、上記開口部は、第１の斜面と第２の斜面とが当接した状態で、容器と蓋体とが接合されることにより封止されている脱気装置とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体に含まれる気体を脱気する脱気装置に関する。

液体中の溶存ガスは、液体が流通する管体の腐食、気泡の発生による圧力や熱交換率の低下、発生した気泡による液体の塗布ムラなどの原因となる。このため、液体の使用方法や使用目的によっては、脱気が必要である。

液体（被脱気液体）の脱気には、例えば、特許文献１に開示されている分離膜モジュール（図２を参照）を応用することができる。図２に示す分離膜モジュール１０１は、筒状のハウジング１０２、および、ハウジング１０２の開口部を封止するフランジ１０３を備えている。分離膜モジュール１０１では、気体透過性チューブとしてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）多孔質チューブ１０９がハウジング１０２の内部に収容され、ＰＴＦＥ多孔質チューブ１０９の両端は、それぞれ、被脱気液体の入口（液体入口）１０５および出口（液体出口）１０６に接続されている。このような分離膜モジュール１０１では、液体入口１０５から被脱気液体を流入させてＰＴＦＥ多孔質チューブ１０９内を通液させるとともに、ハウジング１０２に形成されたガス供給口１０７および／またはガス排出口１０８を介してハウジング１０２内を減圧することにより、被脱気液体の脱気を行うことができる（特許文献１における段落［００１７］に記載）。
特開平２００２−２５３９３６号公報

特許文献１に開示されている分離膜モジュール１０１では、ハウジング１０２とフランジ１０３とは、溶接、接着、ネジ止めなどの方法により、接合される（特許文献１における段落［００１８］に記載）。溶接による接合では、ハウジング１０２とフランジ１０３との間のシール性は良好であるが、溶接時の熱により、ハウジング１０２内に収容された部材、例えば、気体透過性チューブに損傷が生じる場合がある。接着による接合では、気体透過性チューブをガス状態で透過した物質により接着剤が劣化し、ハウジング１０２とフランジ１０３との間のシール性が低下する場合がある。ネジ止めによる接合では、ハウジング１０２とフランジ１０３との間のシール性を保持するために、シールテープ、Ｏリング、グランドパッキンなどの封止部材の配置が必要である。また、被脱気液体の種類によっては、上記液体に対して化学的な耐性を有する封止部材の使用が要求されるが、適切な封止部材が存在しない、あるいは、存在しても非常に高価である。

そこで本発明では、フランジとは異なる形態で接合する蓋体と容器とを組み合わせることにより、容器と蓋体との間の封止部材の配置を省略できながらも、シール性の低下（気密の低下）が抑制された脱気装置を提供することを目的とする。

本発明の脱気装置は、中心軸に沿って伸長する筒状体である容器、および、前記筒状体端部の開口部を封止する蓋体を備える減圧チャンバーと、前記減圧チャンバー外から流入した被脱気液体が内部を通過し、かつ、通過後の前記被脱気液体が前記減圧チャンバー外へ流出するように、前記減圧チャンバーの内部に収容された気体透過性チューブと、を備える脱気装置であって、前記容器における前記開口部近傍の内周面に、前記中心軸に対して所定の角度θで傾斜し、かつ、前記容器の開口側に進むにつれて前記中心軸から離れていく第１の斜面が形成されており、前記蓋体における前記容器との接触部に、前記開口部を封止した状態で、前記中心軸に対して前記角度θで傾斜し、かつ、前記減圧チャンバーの内部側に進むにつれて前記中心軸に近づいていく第２の斜面が形成されており、前記開口部は、前記第１の斜面と前記第２の斜面とが当接した状態で、前記容器と前記蓋体とが接合されることにより、封止されていることを特徴としている。

本発明によれば、減圧チャンバーを構成する容器および蓋体として、所定の角度および方向を有する第１の斜面が開口部近傍の内周部に形成された容器と、所定の角度および方向を有する第２の斜面が容器との接触部に形成された蓋体とを用い、上記第１および第２の斜面が互いに当接した状態で容器と蓋体とを接合させた構造を有する脱気装置とすることにより、容器と蓋体との間の封止部材の配置を省略できながらも、脱気装置のシール性の低下（気密の低下）を抑制できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の説明において、同一の部材に同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。

図１に本発明の脱気装置の一例を示す。図１に示す脱気装置１は、中心軸６に沿って伸長し、両方の端部に開口部が存在する筒状体である容器２、ならびに、当該開口部を封止する蓋体３（３ａおよび３ｂ）を備える減圧チャンバー４と、減圧チャンバー４の内部に収容された気体透過性チューブ５とを備えている。気体透過性チューブ５は、減圧チャンバー４外から流入した被脱気液体が内部を通過し、かつ、通過後の被脱気液体が減圧チャンバー４外へ流出するように、蓋体３ａに形成された流入口１１および流出口１２と接続されている。容器２には、減圧装置と接続される接続口１３が形成されている。

脱気装置１では、接続口１３に減圧装置を接続し、減圧チャンバー４内を所定の圧力に減圧した状態で、気体透過性チューブ５内に被脱気液体を流通させることにより、被脱気液体の脱気を行うことができる。

ここで、図１に示す脱気装置１では、容器２における上記開口部近傍の内周面に、中心軸６に対して所定の角度（斜度）θで傾斜し、かつ、容器２の開口側に進むにつれて中心軸６から離れていく第１の斜面７が形成されている。また、蓋体３ａおよび３ｂの側面に、容器２および蓋体３が減圧チャンバー４を構成した状態で（容器２における上記開口部を封止した状態で）、中心軸６に対して上記所定の角度（斜度）θで傾斜し、かつ、減圧チャンバー４の内部側に進むにつれて中心軸６に近づいていく第２の斜面８が形成されている。容器２における上記開口部は、第１の斜面７と第２の斜面８とが当接した状態で、容器２および蓋体３（３ａおよび３ｂ）とが接合されることにより、封止されている。

このような構成では、減圧チャンバー４内を減圧した際に、蓋体３が減圧チャンバー４の内部に向かって押しつけられるとともに、第１の斜面７と第２の斜面８とをより密着させる方向へ力が働く。このため、容器２と蓋体３との間の封止部材の配置を省略できながらも、減圧チャンバー４のシール性の低下（気密の低下）が抑制された脱気装置１とすることができる。

図１に示す脱気装置１では、第１の斜面７および第２の斜面８は、それぞれ、頂角が角度θである円錐の側面の一部であり、第１の斜面７は容器２を周回するように、第２の斜面８は蓋体３を周回するように、形成されている。本発明の脱気装置において、第１の斜面７および第２の斜面８は、必ずしも円錐の側面の一部でなくてもよいが、このような構成とすることにより、減圧チャンバー４のシール性の低下をより抑制できる。

図１に示す脱気装置１では、第２の斜面８が蓋体３の側面に形成されているが、第２の斜面８は、蓋体３における容器２との接触部に形成されていればよい。

本発明の脱気装置では、容器２と蓋体３とを接合するために、特許文献１に開示されているような分離膜モジュールのように、必ずしも溶接または接着を行わなくてよい。例えば、図１に示す脱気装置１では、容器２における開口部近傍の内周面の形状が円筒状であり、当該内周面に第１のネジ部２１が形成されている。また、筐体３における側面の形状が円筒状であり、当該側面に第２のネジ部２２が形成されている。第１のネジ部２１および第２のネジ部２２は、ともに、中心軸６に沿った面に形成されている。容器２と蓋体３とは、第１のネジ部２１および第２のネジ部２２が螺合することにより、接合されている。この接合方法では、溶接の場合とは異なり、容器２と蓋体３との再分離が容易であるため、例えば、気体透過性チューブ５の交換が容易となる。また、接着の場合に見られるような、被脱気液体によるシール性の低下を抑制できる。

図１に示す脱気装置１では、第２のネジ部２２が蓋体３の側面に形成されているが、第２のネジ部２２は、蓋体３における容器２との接触部に形成されていればよい。

容器２と蓋体３とは、図１に示すように螺合により接合されているだけではなく、嵌合により接合されていても、螺合および嵌合の併用により接合されていてもよい。嵌合による接合を行うには、例えば、互いに対応する嵌合部が各々形成された容器２および蓋体３とすればよい。嵌合部は、上述した第１および第２のネジ部と同様の場所に形成されていればよい。

シール性の発現がより容易であること、容器２と蓋体３との再分離がより容易であることなどから、容器２と蓋体３とは、螺合により接合されていることが好ましい。

第１の斜面７は、容器２の開口部近傍の内周面における任意の場所に形成されていればよいが、当該内周面に第１のネジ部２１がともに形成されている場合、第１のネジ部２１に対して容器２の開口側に第１の斜面７が形成されていても、開口側とは反対側に第１の斜面７が形成されていてもよい。減圧チャンバー４のシール性の低下をより抑制できることから、第１のネジ部２１に対して容器２の開口側に第１の斜面７が形成されていることが好ましい。嵌合部が形成された容器２における、嵌合部および第１の斜面７の位置関係についても同様である。

本発明の脱気装置では、第１の斜面７および第２の斜面８以外に、互いに当接した状態にある面が容器２および蓋体３に存在してもよい。上記面の構成によっては、減圧チャンバー４のシール性の低下をより抑制できる。図１に示す脱気装置１では、蓋体３の側面に鍔部２３が形成されており、鍔部２３における面９と、容器２における面８とが互いに当接した状態にある。

容器２の形状は、第１の斜面７が形成されている限り特に限定されないが、螺合による容器２と蓋体３との接合を行うためには、容器２の内周面における第１のネジ部２１を形成する部分の形状が円筒状である必要がある。

容器２の外周面の形状は特に限定されず、例えば、円筒状であっても角筒状であってもよい。当該外周面が円筒状である場合、減圧チャンバー４の強度を向上できるし、当該外周面が角筒状である場合、複数の脱気装置１を並べて配置する場合に、設置面積を省スペース化できる。

また、図１に示す脱気装置１のように、両方の端部に開口部が形成された容器２であってもよいし、一方の端部のみに開口部が形成された容器２（この場合、容器２は有底筒状体である）であってもよい。両方の端部に開口部が形成された容器２は、例えば、長尺のパイプを所定の長さで切断して得ることができるため、このような容器２とすることにより、脱気装置１の生産性を向上できる。

角度（斜度）θは、通常、２°〜８８°の範囲であればよく、減圧チャンバー４のシール性の低下をより抑制するためには、５°〜８０°の範囲が好ましい。

容器２に用いる材料は、金属（特に、化学的な耐性に優れることからステンレスが好ましい）、ガラス、プラスチックなどであればよく、プラスチックには、通常、フッ素樹脂やポリオレフィンが用いられる。フッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）などを用いればよく、ポリオレフィンとしては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などを用いればよい。なかでも、安価であり、耐薬品性、リサイクル性および加工性に優れることから、ポリプロピレンからなる容器２であることが好ましい。

蓋体３の形状は、容器２の開口部を封止できる形状であり、第１の斜面７と当接する第２の斜面８が形成されている限り、特に限定されない。

蓋体３に用いる材料は、容器２に用いる材料と同様であればよい。

図１に示す脱気装置１では、減圧装置と接続するための接続口１３が容器２に設けられているが、蓋体３に接続口１３が設けられていてもよい。

気体透過性チューブ５には、脱気装置に一般的に用いられるチューブを用いればよい。具体的には、例えば、ＰＴＦＥ、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）などのフッ素樹脂類からなるチューブ、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン類からなるチューブを用いればよい。単位容積あたりの膜面積を広くするためには、多数本の中空糸体を集束したチューブであることが好ましく、この場合、１つの中空糸体の径は、通常、内径にして数十μｍ〜数ｍｍ程度の範囲であり、その集束本数は、通常、数本〜数百本程度の範囲である。気体透過性チューブ５の端部において、中空糸体同士が、フッ素樹脂などの熱融着性を有する樹脂によって互いに接合されていてもよい。

気体透過性チューブ５の流出口１１および流入口１２への接続には、一般的な方法を用いればよい。例えば、図１に示すように、気体透過性チューブ５の端部に、袋ナット１４を用いて接続部材１５を固定した後に、気体透過性チューブ５を固定した接続部材１５を、ナット１６を用いて蓋体３の開口部に固定すればよい。これらの部材は、化学的な耐性に優れることから、フッ素樹脂からなることが好ましい。なお、気体透過性チューブ５が接続部材１５に固定された状態を、脱気エレメントと称する場合がある。

減圧チャンバー４内に気体透過性チューブ５を収容する方法は、減圧チャンバー４外から流入した被脱気液体が内部を通過し、かつ、通過後の被脱気液体が減圧チャンバー４外へ流出するように収容されている限り、特に限定されない。

気体透過性チューブ５が接続される流出口１１および／または流入口１２は、容器２に形成されていてもよい。

減圧チャンバー４内において気体透過性チューブ５が収容される形状は特に限定されないが、脱気装置１の脱気能力を向上できることから、多重コイル状に収容されていることが好ましい。

本発明の脱気装置は、上述した部材以外にも、必要に応じて任意の部材を含んでいてもよい。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。本発明は、以下に示す実施例に限定されない。

本実施例では、図１に示すような脱気装置１を作製し、そのシール性を評価した。

最初に、本実施例において評価した各サンプルの作製方法を示す。

（実施例サンプル１）
最初に、ポリプロピレンからなる円筒状のパイプ（内径：１０ｃｍ）を、長さ２７ｃｍで切断し、その開口部近傍の内周面に、図１に示すように第１の斜面７および第１のネジ部２１を形成し、容器２とした。このとき、第１の斜面７と中心軸６との成す角度θを６０°とし、第１のネジ部２１のピッチは２．０ｍｍとした。また、容器２の側面に、減圧装置を接続する接続口１３を形成した。

次に、ポリプロピレンを押出成形および切削し、第２の斜面８および第２のネジ部２２が側面に形成された、図１に示す形状を有する一対の蓋体３ａおよび３ｂを形成した。一方の蓋体３ａには、流入口１１および流出口１２を形成した。

次に、上述のように形成した容器２と蓋体３ｂとを、第１の斜面７と第２の斜面８とが当接するように螺合させ、一方の開口部が封止された減圧チャンバー４を形成した。

次に、形成した減圧チャンバー４内に、ＰＴＦＥからなる中空糸体（内径０．９５ｍｍ、厚さ０．１３ｍｍ、長さ３．５ｍ）１２５本を集束した気体透過性チューブを収容した。収容は、気体透過性チューブの端部にＰＦＡ粉末を散布した後に熱処理し（３７０℃、１０分）、中空糸体の端部を互いに接合させた状態で行った。また、ＰＴＦＥからなる袋ナット１４、接続部材１５およびナット１６を用いて、気体透過性チューブ５と、蓋体３ａに形成された流入口１１および流出口１２とを接続した。

最後に、容器２における未封止の開口部と、蓋体３ａとを、第１の斜面７と第２の斜面８とが当接するように螺合させ、図１に示すような脱気装置１を形成して、サンプル１とした。

（実施例サンプル２）
サンプル１と同様に、脱気装置１を形成してサンプル２とした。ただし、角度θを８５°とした。

（実施例サンプル３）
サンプル１と同様に、脱気装置１を形成してサンプル３とした。ただし、角度θを５°とした。

（比較例サンプル）
サンプル１と同様に、脱気装置を形成した。ただし、角度θを９０°とし、第１の斜面７および第２の斜面８が形成されていない比較例サンプルとした。

このように作製した各脱気装置サンプルにおける流入口１１、流出口１２および接続口１３を、それぞれ、バルブを介して真空ポンプに接続し、気体透過性チューブ５の内部を含む減圧チャンバー４の内部全体を、５．３ｋＰａ（絶対圧）になるまで減圧した。減圧後、上記バルブを閉じ、減圧チャンバー４内部の圧力の時間変化を測定した。

その結果、バルブを閉じてから５分後の減圧チャンバー４内部の圧力は、実施例サンプル１〜３では変化が見られなかったが、比較例サンプルでは６．８ｋＰａ（絶対圧）と、減圧チャンバー４内部の真空度が低下した。

本発明によれば、減圧チャンバーを構成する容器と蓋体との間の封止部材の配置を省略できながらも、シール性の低下（気密の低下）が抑制された脱気装置を提供できる。

本発明の脱気装置の一例を模式的に示す断面図である。 脱気装置に応用可能な従来の分離膜モジュールの一例を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１ 脱気装置
２ 容器
３、３ａ、３ｂ 蓋体
４ 減圧チャンバー
５ 気体透過性チューブ
６ 中心軸
７ 第１の斜面
８ 第２の斜面
９、１０ 面
１１ 流入口
１２ 流出口
１３ 接続口
１４ 袋ナット
１５ 接続部材
１６ ナット
２１ 第１のネジ部
２２ 第２のネジ部
２３ 鍔部
１０１ 分離膜モジュール
１０２ ハウジング
１０３ フランジ
１０５ 液体入口
１０６ 液体出口
１０７ ガス供給口
１０８ ガス排出口
１０９ ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）多孔質チューブ

Claims (11)

1. 中心軸に沿って伸長する筒状体である容器、および、前記筒状体端部の開口部を封止する蓋体を備える減圧チャンバーと、
   前記減圧チャンバー外から流入した被脱気液体が内部を通過し、かつ、通過後の前記被脱気液体が前記減圧チャンバー外へ流出するように、前記減圧チャンバーの内部に収容された気体透過性チューブと、を備える脱気装置であって、
   前記容器における前記開口部近傍の内周面に、前記中心軸に対して所定の角度θで傾斜し、かつ、前記容器の開口側に進むにつれて前記中心軸から離れていく第１の斜面が形成されており、
   前記蓋体における前記容器との接触部に、前記開口部を封止した状態で、前記中心軸に対して前記角度θで傾斜し、かつ、前記減圧チャンバーの内部側に進むにつれて前記中心軸に近づいていく第２の斜面が形成されており、
   前記開口部は、前記第１の斜面と前記第２の斜面とが当接した状態で、前記容器と前記蓋体とが接合されることにより、封止されていることを特徴とする脱気装置。
2. 前記第１の斜面および前記第２の斜面は、頂角を前記角度θとする円錐の側面の一部であり、
   前記第１の斜面は、前記容器を周回するように形成されており、
   前記第２の斜面は、前記蓋体を周回するように形成されている請求項１に記載の脱気装置。
3. 前記蓋体の側面に、前記第２の斜面が形成されている請求項１に記載の脱気装置。
4. 前記容器と前記蓋体とが、螺合および嵌合から選ばれる少なくとも１つの方法により、接合されている請求項１に記載の脱気装置。
5. 前記容器における開口部近傍の内周面に、第１のネジ部が形成されており、
   前記蓋体における前記容器との接触部に、第２のネジ部が形成されており、
   前記容器と前記蓋体とは、前記第１のネジ部および前記第２のネジ部が螺合することにより、接合されている請求項１に記載の脱気装置。
6. 前記所定の角度が、２°〜８８°の範囲である請求項１に記載の脱気装置。
7. 前記第１の斜面および前記第２の斜面以外に、互いに当接した状態にある面が前記容器および前記蓋体に存在する請求項１に記載の脱気装置。
8. 前記容器および前記蓋体から選ばれる少なくとも１つが、フッ素樹脂およびポリオレフィンから選ばれる少なくとも１つの材料からなる請求項１に記載の脱気装置。
9. 前記容器および前記蓋体から選ばれる少なくとも１つが、ポリプロピレンからなる請求項８に記載の脱気装置。
10. 前記気体透過性チューブが、フッ素樹脂からなる請求項１に記載の脱気装置。
11. 前記フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレンである請求項１０に記載の脱気装置。

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