JP2012167910A

JP2012167910A - 脱気装置

Info

Publication number: JP2012167910A
Application number: JP2011031488A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ukiana; 雄二浮穴
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2012-09-06

Abstract

【課題】水封式の真空ポンプの吸込性能の向上を実現することである。
【解決手段】給水ライン３に設けた脱気部４と、脱気部４の脱気ライン５に設けた水封式の真空ポンプ６と、封水循環ライン７に設けた封水の冷却用熱交換器８と、給水ライン３に設けた給水の加熱用熱交換器９とを備える脱気装置であって、凝縮器１２および蒸発器１４を有するヒートポンプ１０を備え、冷却用熱交換器８は、蒸発器１４の冷媒と封水循環ライン７の封水とが間接的に熱交換する構成とし、加熱用熱交換器９は、凝縮器１２の冷媒と給水ライン３の給水とが間接的に熱交換する構成とした。
【選択図】図１

Description

この発明は、水封式真空ポンプにより脱気部を真空引きして原水の脱気を行う脱気装置に関する。

処理水利用機器の給水ラインに設けた脱気部と、脱気部に接続される脱気ラインに設けた水封式の真空ポンプと、真空ポンプの封水循環ラインに設けられ、封水の冷却と給水の加熱とを兼用した冷却兼加熱用熱交換器とを備える脱気装置は、特許文献１および特許文献２にて知られている。

この特許文献１，２の脱気装置は、冷却兼加熱用熱交換器にて原水により封水を冷却するものである。一般に、水封式の真空ポンプの吸込性能は、図４に示すように、封水温度の上昇とともに悪化する。今、水温１５℃における真空ポンプの吸込性能を基準（以下、基準性能という。）とした場合、特許文献１、２の冷却方法では、水温を１５℃以下とすることは、困難であり、基準性能を越えて真空ポンプを作動させることは困難であった。

実公平６−１２８０５号公報特開平６−１２１９０４号公報

この発明が解決しようとする主たる課題は、水封式の真空ポンプの吸込性能の向上を実現することである。

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、処理水利用機器の給水ラインに設けた脱気部と、前記脱気部に接続される脱気ラインに設けた水封式の真空ポンプと、前記真空ポンプの封水循環ラインに設けた封水の冷却用熱交換器と、前記給水ラインに設けた給水の加熱用熱交換器とを備える脱気装置であって、冷媒を凝縮させる凝縮器および冷媒を蒸発させる蒸発器を有するヒートポンプを備え、前記冷却用熱交換器は、前記蒸発器の冷媒と前記封水循環ラインの封水とが間接的に熱交換する構成とし、前記加熱用熱交換器は、前記凝縮器の冷媒と前記給水ラインの給水とが間接的に熱交換する構成としたことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、前記真空ポンプの吸込性能を基準性能以上とし、かつ前記蒸発器で汲み上げた熱量に前記圧縮機の仕事量を加えた熱量で給水を加熱することができるという効果を奏する。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記ヒートポンプに冷媒を圧縮する圧縮機を備え、前記封水循環ラインの封水温度を検出する温度センサと、前記温度センサの信号を入力して前記圧縮機を制御する制御器とを備え、前記制御器は、前記温度センサの検出温度が設定温度範囲となるように前記圧縮機を制御することを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明による効果に加えて、封水温度を設定温度範囲に制御することができるという効果を奏する。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２において、前記加熱用熱交換器が前記脱気部の上流側の給水ラインに設けられることを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の発明による効果に加えて、前記脱気部の上流側の給水が前記凝縮器により加熱されるので、前記脱気部の脱気性能を向上させることができ、前記真空ポンプの吸込性能の向上と前記脱気部の脱気性能の向上とにより、脱気装置全体の脱気性能を向上させることができるという効果を奏する。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３において、前記処理水利用機器がボイラであることを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜請求項３に記載の発明による効果に加えて、前記蒸発器で汲み上げた熱量に前記圧縮機の仕事量を加えた熱量で給水を加熱することにより、前記ボイラの効率を向上させることができるという効果を奏する。

この発明によれば、水封式の真空ポンプの吸込性能を向上させることができるという効果を奏する。

この発明の実施例１の脱気装置の概略構成図である。同実施例１の制御手順を説明するフローチャート図である。この発明の実施例２の脱気装置の概略構成図である。水封式真空ポンプの水温による吸込性能変化率を示す特性図である。

つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明の実施の形態は、水封式の真空ポンプを用いた脱気装置に実施される。

この実施の形態の脱気装置は、処理水利用機器の給水ラインに設けた脱気部と、前記脱気部に接続される脱気ラインに設けた水封式の真空ポンプと、前記真空ポンプの封水循環ラインに設けた封水の冷却用熱交換器と、前記給水ラインに設けた給水の加熱用熱交換器とを備えている。

この実施の形態の特徴部分は、冷媒を凝縮させる凝縮器および冷媒を蒸発させる蒸発器を有するヒートポンプを備え、前記冷却用熱交換器は、前記蒸発器の冷媒と前記封水循環ラインの封水とが間接的に熱交換する構成とし、前記加熱用熱交換器は、前記凝縮器の冷媒と前記給水ラインの給水とが間接的に熱交換する構成としたことにある。

この実施の形態によれば、前記ヒートポンプは、前記真空ポンプの運転に連動して運転される。この運転により、前記封水循環ラインを循環する封水は、前記冷却用熱交換器にて冷却され、前記給水ラインを流れる給水の温度より低下する。その結果、封水温度を１５℃以下として、前記真空ポンプの吸込性能を前記基準性能以下とすることができる。

この実施の形態においては、好ましくは、前記ヒートポンプに冷媒を圧縮する圧縮機を備えるとともに、前記封水循環ラインの封水温度を検出する温度センサと、前記温度センサの信号を入力して前記圧縮機を制御する制御器とを備える。そして、前記制御器は、前記温度センサの検出温度が設定温度範囲となるように前記圧縮機を制御するように構成す
る。このように構成することにより、封水温度を設定温度範囲に制御でき、設定温度範囲を１５℃以下とすることで、前記真空ポンプの吸込性能を前記基準性能以上とすることができる。なお、前記温度センサによる検出位置は、好ましくは、前記封水循環ラインの前記冷却用熱交換器の出口側とする。

また、この実施の形態によれば、前記給水ラインの給水は、前記蒸発器で汲み上げた熱量に前記圧縮機の仕事量を加えた熱量で加熱される。その結果、前記加熱用熱交換器を前記給水ラインの前記脱気部の上流側とした場合、前記脱気部に流入する給水（原水）の温度を上昇でき、脱気性能を向上することができる。この場合、前記真空ポンプの吸込性能の向上と、水温上昇による脱気部の脱気性能の向上とにより、脱気装置の脱気性能が向上する。

また、前記処理水利用機器をボイラとした場合、前記蒸発器で汲み上げた熱量に前記圧縮機の仕事量を加えた熱量が前記ボイラの給水に与えられるので、前記ボイラの効率が向上する。

ここで、この実施の形態の脱気装置の構成要素を説明する。前記処理水（脱気水）利用機器は、好ましくは、ボイラ（蒸気ボイラおよび温水ボイラを含む。）とするが、これに限定されるものではなく、半導体製造工場の部品洗浄機などとすることができる。

前記給水ラインは、前記脱気部の上流側が原水ラインであり、前記脱気部の下流側が処理水ラインである。前記原水ラインには、軟水装置や給水ポンプを備えることができる。

前記脱気部は、好ましくは、膜式脱気装置とするが、水封式真空ポンプを用いる真空式脱気装置などの脱気装置とすることができる。前記膜式脱気装置は、酸素は透過するが液体は透過しない特性を有する中空糸状の高分子膜の多数本を束ねてハウジング内に収容し、これらの各高分子膜の両端部を樹脂剤で封止した構造の脱酸素モジュールを使用する構成とすることができる。この場合、前記各高分子膜の一側へ原水を供給し、前記各高分子膜の他側を前記真空ポンプにより減圧することにより、原水に含まれる溶存酸素を低減させる。

前記真空式脱気装置は、原水を加圧ポンプにより処理槽の上部に設けられたノズルへ供給し、原水を前記処理槽内の上部から下部へ向かって散布する。そして、前記処理槽内を前記真空ポンプにより真空吸引することにより、原水に含まれる溶存酸素を低減させた後、処理水を送水ポンプにより前記処理槽内から取り出し、処理水利用機器へ供給するように構成することができる。なお、原水の散布方向は、前記処理槽内の下部から上部へ向う方向とすることができる。

前記真空ポンプは、封水を冷却するための封水循環ラインを備える水封式の真空ポンプであればよく、特定の構造のものに限定されない。前記封水循環ラインには、前記真空ポンプと、封水を冷却するための冷却用熱交換器と、循環ポンプとが設けられ、これらに加えて、封水貯留タンクを備えることができる。

前記ヒートポンプは、冷媒を凝縮させる凝縮器および凝縮冷媒を蒸発させる蒸発器とを有するヒートポンプを含んで構成される。このヒートポンプは、好ましくは、蒸気圧縮ヒートポンプとするが、化学ヒートポンプなどとすることができる。

前記冷却用熱交換器は、前記蒸発器の冷媒と前記封水循環ラインの封水とが間接的に熱交換する熱交換器であればよく、特定の構造の熱交換器に限定されない。また、加熱用熱交換器は、前記凝縮器の冷媒と前記給水ラインの給水とが間接的に熱交換する熱交換器で
あればよく、特定の構造の熱交換器に限定されない。

この発明の実施例１の脱気装置１を図面に従い説明する。図１は、実施例１の脱気装置の概略構成図であり、図２は、同実施例１の制御手順を説明するフローチャート図であり、図４は、水封式真空ポンプの水温による吸込性能変化率を示す特性図である。

（実施例１の構成）
脱気装置１は、処理水利用機器としてのボイラ２の給水ライン３に設けた脱気部４と、脱気部４に接続される脱気（真空引き）ライン５に設けた水封式の真空ポンプ６と、真空ポンプ６の封水循環ライン７に設けた封水の冷却用熱交換器８と、給水ライン３の脱気部４上流側に設けた給水の加熱用熱交換器９とを備えている。脱気部４は、前記膜式脱気装置の脱気部として構成されている。

給水ライン３は、脱気部４の上流側を原水ライン３Ａと称し、脱気部４の下流側を処理水ライン３Ｂと称する。原水ライン３Ａには、軟水装置および給水ポンプ（いずれも図示省略）を備えている。

そして、脱気装置１には、蒸気圧縮式のヒートポンプ１０を備えている。このヒートポンプ１０は、冷媒を圧縮する圧縮機１１と、冷媒を凝縮させる凝縮器１２と、凝縮した冷媒を減圧する減圧器（膨張器）１３と、凝縮した冷媒を蒸発させる蒸発器１４とを含んで構成されている。

冷却用熱交換器８は、蒸発器１４の冷媒と封水循環ライン７の封水とが間接的に熱交換する熱交換器としている。また、加熱用熱交換器９は、凝縮器１２の冷媒と給水ライン３の脱気部４上流側の給水とが間接的に熱交換する熱交換器としている。

封水循環ライン７は、真空ポンプ６と、冷却用熱交換器８と、循環ポンプ１５と、封水貯留タンク（図示省略）とを含んで構成され、冷却用熱交換器８の下流側に封水温度を検出する温度センサ１６を備えている。

さらに、脱気装置１には、温度センサ１６やボイラ２などからの信号を入力して、予め記憶した制御手順に基づき、圧縮機１１などを制御する制御器１７を備えている。制御器１７の制御手順には、封水循環ライン７を流れる封水の温度Ｔを設定温度範囲Ｔ０〜（Ｔ０−ΔＴ）（ΔＴはディファレンシャル）に制御する図２に示す封水温度制御手順が含まれている。この実施例１では、Ｔ０を１５℃としている。

また、前記制御手順には、真空ポンプ６の運転要求信号に基づき真空ポンプ６を制御する真空ポンプ制御手順が含まれる。前記運転要求信号は、ボイラ２からの運転要求信号，または脱気部４の下流側に設けた処理水貯留タンク（図示省略）の水位信号とすることができる。この実施例１では、循環ポンプ１５は、真空ポンプ６の運転、停止に連動して運転、停止されるものとする。なお、真空ポンプ制御手順は、この発明と直接的に関係しないので、詳細な説明を省略する。

（実施例１の動作）
つぎに、実施例１の動作を図２に基づき説明する。今、真空ポンプ６および循環ポンプ１５が運転されているものとする。制御器１７は、処理ステップＳ１（以下、処理ステップＳＮは、単にＳＮと称する。）で、圧縮機１１を駆動する。圧縮機１１の運転により、封水循環ライン７を循環する封水は、冷却用熱交換器８にて蒸発器１４の冷却作用により冷却される。

ついで、Ｓ２において、温度センサ１６の検出値Ｔが設定値Ｔ０−ΔＴ以下かどうかを判定する。検出値Ｔが設定値Ｔ０−ΔＴとなると、Ｓ２にてＹＥＳが判定され、Ｓ３へ移行する。Ｓ３では、圧縮機１１を停止して、Ｓ４へ移行する。

Ｓ４では、温度センサ１６の検出値Ｔが、設定値Ｔ０以上かどうかを判定する。圧縮機１１の停止に伴い、封水温度が上昇し、検出値Ｔが設定値Ｔ０以上となると、Ｓ１へ戻って、圧縮機１１の運転を再開する。

こうして、封水循環ライン７の封水温度は、１５℃以下の設定温度範囲Ｔ０〜（Ｔ０−ΔＴ）に制御される。真空ポンプ１１の吸込性能を前記基準性能以上とすることができる。

この真空ポンプ１１の吸込性能の向上を図４に基づき従来技術１、２との比較で説明する。図４は、水封式真空ポンプの封水温度による吸い込み性能（吸気量）変化のグラフを示している。横軸は吸込圧力、縦軸は封水温度１５℃の吸気量を基準とした変化率である。なお、吸込性能が変化する理由は、封水温度上昇により水蒸気分圧が上昇して、空気の吸込分が喰われるためである。以下の説明では、吸込圧力を１０ｋＰａとし、原水温度を２５℃としている。

原水の一部を封水として垂れ流す従来技術１においては、封水温度＝原水温度＝２５℃なので、図４のグラフの２４℃と２６℃の曲線を補間した曲線をイメージする。１０ｋＰａにおいて基準の１５℃からみて、約１５％性能が低下することが分かる。また、特許文献１の単純に熱交換器で封水と原水の間で熱交換する従来技術２においては、封水温度＞原水温度となり、概ね２〜３℃程度上昇する。図４の封水温度が２８℃の曲線を見ると、１０ｋＰａにおいて基準の１５℃からみて、約２２％性能が低下することが分かる。

これに対して、この実施例１によれば、封水温度＜原水温度となり、封水温度を１５℃に保つと性能の低下はない。設定温度Ｔ０を１０℃として、封水温度を１０℃に保つと、約５％の性能が向上することが分かる。

また、この実施例１によれば、給水ライン３の給水は、蒸発器１４で汲み上げた熱量に圧縮機１１の仕事量を加えた熱量で加熱される。その結果、脱気部４に流入する給水の温度が上昇し、脱気部４による脱気性能が向上する。こうして、真空ポンプ１１の吸込性能の向上と、水温上昇による脱気部４の脱気性能の向上とにより、脱気装置１の脱気性能が大幅に向上することになる。

また、ボイラ２においては、蒸発器１４で汲み上げた熱量に加えて、圧縮機１１の仕事量を加えた熱量がボイラ２の給水に与えられるので、ボイラの効率が向上することになる。

この発明は、前記実施例１に限定されるものではなく、加熱用熱交換器９を脱気部４の下流側に設けた図３に示す実施例２を含むものである。この実施例２にけるハード的構成は、加熱用熱交換器９を設ける位置以外は、図１の実施例１と同様であるので、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。

また、この実施例２では、図２の制御手順も同様に実施される。その結果、水温上昇による脱気部４の脱気性能の向上の作用効果以外は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。

１脱気装置
２ボイラ（処理水利用機器）
３給水ライン
４脱気部
５脱気ライン
６真空ポンプ
７封水循環ライン
８冷却用熱交換器
９加熱用熱交換器
１０ヒートポンプ
１２凝縮器
１４蒸発器
１６温度センサ
１７制御器

Claims

処理水利用機器の給水ラインに設けた脱気部と、前記脱気部に接続される脱気ラインに設けた水封式の真空ポンプと、前記真空ポンプの封水循環ラインに設けた封水の冷却用熱交換器と、前記給水ラインに設けた給水の加熱用熱交換器とを備える脱気装置であって、
冷媒を凝縮させる凝縮器および冷媒を蒸発させる蒸発器を有するヒートポンプを備え、
前記冷却用熱交換器は、前記蒸発器の冷媒と前記封水循環ラインの封水とが間接的に熱交換する構成とし、
前記加熱用熱交換器は、前記凝縮器の冷媒と前記給水ラインの給水とが間接的に熱交換する構成としたことを特徴とする脱気装置。
前記ヒートポンプに冷媒を圧縮する圧縮機を備え、
前記封水循環ラインの封水温度を検出する温度センサと、
前記温度センサの信号を入力して前記圧縮機を制御する制御器とを備え、
前記制御器は、前記温度センサの検出温度が設定温度範囲となるように前記圧縮機を制御することを特徴とする請求項１に記載の脱気装置。
前記加熱用熱交換器が前記脱気部の上流側の給水ラインに設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の脱気装置。
前記処理水利用機器がボイラであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の脱気装置。