JP2018202293A - 純水製造装置とその組み立て方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型であって組み立てが容易な純水製造装置を提供する。
【解決手段】水が通される消耗品を取り外し可能に取り付けることができる第１のボード部材と、消耗品に通水するためのポンプと水質センサーとが少なくとも取り付けられる第２のボード部材と、純水製造装置の制御に用いられる電気回路が取り付けられる第３のボード部材と、を組み合わせて、純水製造装置のシャーシを構成する。純水製造装置の組み立てに先立ち、第２のボード部材にはポンプと水質センサーを予め取り付け、第３のボード部材には制御用の電気回路を予め取り付ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、純水製造装置に関し、特に、小型化された純水製造装置の構造とその組み立て方法とに関する。

研究機関などにおいて純水を利用する場合、比較的小型の純水製造装置を用いて純水を製造することが多い。純水製造装置で製造された純水は例えば採水ディスペンサーに供給され、ビーカー、フラスコ、試験管などに純水を採水するために使用される。特に実験室などに純水製造装置を設置する場合には、小型であるとともに、消耗品類、例えば、イオン交換樹脂カートリッジや活性炭カートリッジの交換が容易であることが要求される。

純水製造装置は、一般に、イオン交換装置や逆浸透装置、ポンプ、フィルター、各種の弁などとこれらを接続する配管やチューブなどとから構成されている。そして純水製造装置のシャーシ（枠体）は一体構造として形成されており、機器や配管、チューブを固定するサポート類は、それぞれ、シャーシに溶接またはねじ止めされている。

純水製造装置の一例として、特許文献１には、逆浸透膜装置やイオン交換装置などを含む一次純水製造装置により一次純水を生成し、紫外線酸化装置やイオン交換装置などを備えて循環精製を行うサブシステムに対して一次純水を供給し、より純度の高い純水を得るようにした純水製造装置が開示されている。

特開平６−３９３６６号公報

純水製造装置の小型化を追求した場合、装置内部の空間が狭くなり、装置内部の奥部までは手が入らなくなるなどして、装置製造の際の組み立ての作業性が悪化する。その結果、装置組み立てに要する時間が長くなり、製造コスト上昇の要因となる。

本発明の目的は、小型であって組み立てが容易な純水製造装置と、その組み立て方法とを提供することにある。

本発明の純水製造装置は、水が通される消耗品を取り外し可能に取り付けることができる第１のボード部材と、消耗品に通水するためのポンプと水質センサーとが少なくとも取り付けられる第２のボード部材と、純水製造装置の制御に用いられる電気回路が取り付けられる第３のボード部材と、を有し、第１のボード部材と第２のボード部材と第３のボード部材とを組み合わせてシャーシが構成されている。

本発明の純水製造装置の組み立て方法は、水が通される消耗品を取り外し可能に取り付けることができる第１のボード部材と、消耗品に通水するためのポンプと水質センサーとが予め取り付けられた第２のボード部材と、純水製造装置の制御に用いられる電気回路が予め取り付けられた第３のボード部材と、を共通部材に取り付ける工程と、第１のボード部材と第２のボード部材と第３のボード部材との間で、必要な配管の接続と配線の接続とを行なう工程と、を有する。

本発明によれば、第１乃至第３のボード部材の各々ごとにそのボード部材についての組み立て作業を行なった後、これらのボード部材を組み合わせて純水製造装置を組み立てるので、純正製造装置の小型化を図りつつ組み立てが容易なものとなって、組み立て作業の効率が向上する。

実施の一形態の純水製造装置の構成を示すフローシートである。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ純水製造装置の本体のシャーシを示す平面図と正面図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ純水製造装置の本体のシャーシを示す右側面図と背面面図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ、純水製造装置のフロントボードの平面図、正面図及び右側面図である。

次に本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の一形態の純水製造装置のフロー構成を示している。本実施形態の純水製造装置は、実験室などに設置されることを想定して、例えば卓上設置が可能なように、小型化されたものである。

図示される純水製造装置は、本体３０と本体３０に対して別体のものとして設けられたタンクユニット５０とからなり、純水を製造して例えば採水ディスペンサー８０に対して純水を供給するものである。本体３０とタンクユニット５０との間は、配管４５，１０１，１０４によって接続されている。本体３０には、供給水から一次純水を製造する部分と、循環精製により一次純水の純度を高めるサブシステムとが設けられている。一次純水を一時的に貯留するとともに、サブシステムから循環してきた純水を貯えるタンク５１は、タンクユニット５０に設けられている。

水道水などの供給水は、弁３１を介して活性炭カートリッジ３２に導入される。活性炭カートリッジ３２の出口水は、圧力スイッチ（ＰＳ）３３及びポンプ３４を介して、逆浸透膜を備える逆浸透装置（ＲＯ）３５に送られる。ここでポンプ３４は逆浸透装置３５への送水ポンプとして設けられている。逆浸透装置３５の濃縮側にはオリフィス３６を備える配管４３が接続し、濃縮側からの排水はこの配管４３と弁１１１を介して排出される。オリフィス３６は、逆浸透装置３５の濃縮側の圧力を一定に保つために設けられている。逆浸透装置３５の逆浸透膜を透過した水は、非再生型イオン交換装置（ＣＰ：カートリッジポリッシャーともいう）３９に供給される。非再生型イオン交換装置３９は、強酸性カチオン交換樹脂と強塩基性アニオン交換樹脂とが混床で充填されたものである。逆浸透装置３５と非再生型イオン交換装置３９との間の配管には、非再生型イオン交換装置３９に送られる水の導電率及び温度をそれぞれ計測する導電率計（ＣＩ）３７及び温度計（ＴＩ）３８が接続している。非再生型イオン交換装置３９の出口にも導電率計４０が設けられている。非再生型イオン交換装置３９の出口にはチェック弁４２が設けられている。チェック弁４２の出口は、一次純水の出口であり、配管４５を介してタンクユニット５０に接続している。本体３０において弁３１からチェック弁４２までの部分は、一次純水を生成する部分である。活性炭カートリッジ３２、逆浸透装置３５及び非再生型イオン交換装置３９は、いずれも、容易に交換することができるカートリッジタイプのものである。

タンクユニット５０において、タンク５１は、配管４５から弁５２を介して一次純水が供給される。タンク５１には、タンク５１内の純水に紫外線を照射して殺菌を行うための紫外線照射装置５３と、タンク５１内の純水のレベルを検知するレベルセンサ（ＬＳ）５４と、ベントフィルター５５とが設けられている。ベントフィルター５５を介してタンク５１は大気に連通しており、タンク５１内の圧力が大気圧に維持される。紫外線照射装置５３としては、例えば、紫外線ＬＥＤを用いるもの、紫外線ランプを用いるものなどを使用することができる。タンク５１には、サブシステムからの二次純水の戻り配管となる配管１０４が接続し、タンク５１の出口には、タンク５１内の純水をサブシステムに供給するために配管１０１が接続している。純水のサンプリングに用いられるサンプリング弁６６が、配管１０４に取り付けられている。さらにタンクユニット５０では、配管４５からの一次純水をそのまま排水として排出するために、配管４５に弁６８が接続する。タンク５１の出口には、タンク５１内を排水するための弁６９も設けられている。この弁６９の排水側とタンク５１の入口側との間にはチェック弁６７が設けられている。

本体３０において、配管１０１と配管１０４との間に設けられた部分がサブシステムの部分である。本体３０には、配管１０１を介してタンク５１から供給された純水をサブシステム内で循環させるポンプ５６が設けられており、ポンプ５６の出口には、紫外線酸化装置（ＵＶ）５７及び非再生型イオン交換装置５８がこの順で設けられている。非再生型イオン交換装置５８の出口には、出口ポート７２に接続する配管１０２が接続し、配管１０２には、そこを流れる純水の導電率及び温度をそれぞれ測定するための導電率計６３及び温度計６４が接続している。非再生型イオン交換装置５８の出口には、純水をタンク５１側に戻すための配管１０３も設けられており、配管１０３の先端には、定流量弁６１が取り付けられている。配管１０３には、そこを流れる純水の全有機炭素（ＴＯＣ）濃度を計測するＴＯＣ計６２が接続している。定流量弁６１の出口には、タンク５１に戻る配管１０４と、出口ポート７３に接続する配管１０５が接続している。配管１０５には背圧弁６５が設けられている。背圧弁６５の出口には、排水用の弁１０６も設けられている。さらに本体３０には、配管１０４とポンプ５６の入口とを短絡する配管１０７が設けられており、配管１０７にはオリフィス１０８が設けられている。非再生型イオン交換装置５８も、容易に交換することができるカートリッジタイプのものである。

サブシステムでは、タンク５１からポンプ５６、紫外線酸化装置５７、非再生型イオン交換装置５８、定流量弁６１を経てタンク５１に戻る循環精製系が形成されており、一次純水がこの循環精製系を循環する間にさらに精製され、これにより、ユースポイントに供給されるべき純水が得られる。紫外線酸化装置５７は、純水中の全有機炭素を分解するためのものであって殺菌作用も有するが、夜間や休日には循環精製系の運転を停止することがあり、その停止期間中においてタンク５１における生菌の増殖を抑制するためにも、紫外線酸化装置５７とは別にタンク５１に紫外線照射装置５３を設けることが好ましい。水を解離できることが必要であるので、紫外線酸化装置５７における紫外線源としては、一般に低圧水銀ランプが使用される。さらに、純水製造装置の全体の動作を制御するために、制御装置７０が設けられている。制御装置７０には、純水製造装置における水漏れを検出するセンサーが接続されていてもよい。

純水製造装置の本体３０に設けられる出口ポート７２，７３は、採水ディスペンサー８０の接続位置となるポートである。採水ディスペンサー８０は、例えば可撓性を有する配管７５によって、いずれかの出口ポート７２，７３に接続される。ここでは２つの出口ポート７２，７３が設けられているが、循環精製系への出口ポートの接続箇所は、図１に示されるものに限定されるものではない。ただし、水質や圧力の観点からは、出口ポート７２に対して採水ディスペンサー８０を接続することが好ましい。循環精製系に接続する出口ポートの数は２に限定されるものではなく、増減することができる。例えば、非再生型イオン交換装置５８の出口に接続する複数の出口ポートを設け、これらの出口ポートごとに１つずつ採水ディスペンサー８０を接続するようにしてもよい。

ここで採水ディスペンサーについて説明する。バイオサイエンスなどの分野では、純粋中の生菌数が多いと実験・分析結果が影響を受けるため、純水中の生菌数を低減させることが必要となる。本実施形態の純水製造装置には紫外線照射装置５３や紫外線酸化装置５７が設けられており、サブシステム内を循環する純水に対しては殺菌処理が行われるが、サブシステムから分岐する配管、例えば、配管７５，１０２，１０５や採水ディスペンサー８０の内部の純水は循環しないので、これらの位置で生菌が繁殖するおそれが残る。そこでここで説明する採水ディスペンサー８０は、それ自体に紫外線ＬＥＤを使用した紫外線殺菌機構を備えており、含まれる生菌の数を低減した純水を常に供給することが可能としている。

採水ディスペンサー８０は、大別すると、ヘッド部８０ａと本体部８０ｂとから構成されており、ヘッド部８０ａと本体部８０ｂとは可撓性を有する配管８４によって接続されている。採水ディスペンサー８０の使用形態として、例えば、実験台の上に整列して置かれた多数の試験管に対して次々と純水を注ぐために用いる、というものがある。そこで、採水ディスペンサー８０として機能させるために必要な制御機構などは本体部８０ｂに設けるとともに、実際に純水の注ぎ口となる部分は、利用者によって把持されて所望の位置に動かすことができるヘッド部８０ａに設けるようにしている。

ヘッド部８０ａは、本体部８０ｂから配管８４を介して送られてきた純水を吐出するものであり、配管８４に接続する流路８５と、流路８５の末端に設けられて純水を吐出するノズル８６と、流路８５を流れる純水に対して紫外線を照射する紫外線照射部８７を備えている。紫外線照射部８７は紫外線殺菌機構を構成するものであって、紫外線照射部８７における紫外線源としては、紫外線ＬＥＤが用いられている。さらにヘッド部８０ａは、利用者の需要に応じて純水を吐出するために、利用者によって操作されるスイッチ８８を備えている。

一方、本体部８０ｂには、サブユニット５０からの配管７５に一端が接続する配管８１と、配管８１に設けられた流量センサー８２と、配管８１の他端に取り付けられた電磁弁８３と、採水ディスペンサー８０の動作を制御する制御部９０と、制御部９０に接続する操作パネル８９とが設けられている。操作パネル８９は、利用者からの例えば採水量や採水モード（例えば、定量モードや任意量モード）の設定を受け付けるとともに、利用者に対して必要な表示を行うものである。制御部９０は、採水ディスペンサー８０の全体の制御を行うものであり、例えば、ヘッド部８０ａのスイッチ８８を介して入力した利用者からの採水要求を受け付け、採水モードが定量モードである場合には、流量センサー８２で検出される流量の累積値が設定値となるまで電磁弁８３を開放することにより、その設定値で示される量の純水がヘッド部８０ａに送水されるようにする制御を行う。採水モードが任意量モードである場合には、制御部９０は、スイッチ８８が操作されている期間だけ電磁弁８３を開放する制御を行う。また制御部９０は、採水モードによらず、電磁弁８３が開放しているときのみ、紫外線照射部８７内の紫外線ＬＥＤが駆動されるように制御を行う。

次に、本実施形態の純水製造装置の本体３０の構造について説明する。本実施形態の純水製造装置において、活性炭カートリッジ３２、逆浸透装置３５及び非再生型イオン交換装置３９，５８は、いずれも、定期的にあるいは生成した純水量が一定値に達した時点で交換することを要するものであり、上述したように交換可能なカートリッジタイプのものである。したがって本体３０において、活性炭カートリッジ３２、逆浸透装置３５及び非再生型イオン交換装置３９，５８は、消耗品として容易に交換することができるように取り付けられていなければならない。また、本実施形態のもののように小型化された純水製造装置では、その組み立て作業の作業性を向上させる必要がある。そこで本実施形態では、純水製造装置の本体３０を構成するシャーシについて、一体式のものではなく、複数のボード状の部材すなわちボード部材を組み合わせることにより構成している。ボード部材は、それぞれ、部品を取り付けるためのサポートとして機能するものである。また、ボード状の部材ごとに、どのような機器や部品をそのボード部材に取り付けるかを規定することにより、組み立て作業やその後のテスト作業の作業性を向上し、かつ、消耗品類の交換を容易に行なえるようにしている。

図２及び図３は、純水製造装置の本体３０を構成するシャーシ１０を示しており、図２（ａ）はシャーシ１０の平面図であり、図２（ｂ）は、フロントボード１１を取り除いた状態でのシャーシ１０の正面図、すなわちセンターボード１２の正面図である。図３（ａ）はシャーシ１０の右側面図であり、図３（ｄ）は背面図である。図示するように本実施形態では、シャーシ１０は、全体としては略直方体形状である。ここでは示していないが、底面側及び背面側を除き、純水製造装置の本体３０としては、シャーシ１０は例えば樹脂からなるカバーで覆われている。カバーは、フロントボード１１に取り付けられる消耗品類の交換のために、前面側で開けることができるように構成されている。

シャーシ１０を構成する複数のボード部材として、フロントボード１１、センターボード１２及びリアボード１３が設けられている。これらは相互に平行に、かつ、底板１４に対して直立するように、底板１４に取り付けられている。底板１４は、フロントボード１１、センターボード１２及びリアボード１３に対して共通に設けられた共通部材である。ここでは底板１４にフロントボード１１、センターボード１２及びリアボード１３を取り付けるとしたが、例えば、共通部材として、フロントボード１１、センターボード１２及びリアボード１３の横幅方向に位置する枠部材を設け、この枠部材に対してフロントボード１１、センターボード１２及びリアボード１３を取り付けるようにしてもよい。

フロントボード１０は、後述するように、消耗品類を取り付けるための第１のボード部材である。センターボード１２は、図２には示されていないが、ポンプ３４，３５や水質センサー、弁などが取り付けられる第２のボード部材である。ここで水質センサーには、例えば、導電率計３７，６３及びＴＯＣ計６２が含まれる。温度計３８，６４をセンターボード１２に設けてもよい。紫外線酸化装置５７における純水に紫外線を照射する部分もセンターボード１２に設けられる。フロントボート１０とセンターボード１２とは、センダーボード１２上に取り付けられる機器の高さなどに応じて必要となる間隔で相互に離れている。これに対し、リアボード１３は、不図示の電源回路なども含め、制御装置７０を構成する機器（例えばプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）あるいはシーケンサ）や各種のリレーなどが設けられる部材、すなわち純水製造装置の制御に用いられる電気回路が取り付けられる第３のボード部材である。純水が通水する配管やチューブなどは、原則として、リアボード１３には取り付けられず、リアボード１３は、電気回路のためのみの基板として機能する。センターボード１２とリアボード１３とは、背中合わせに、すなわち、機器が取り付けられない方の面が相互に近接して底板１４に取り付けられている。

シャーシ１０の背面側には、底板１４から直立する背面板１６が設けられている。底板１４と背面板１６とは一体のものであってもよい。背面板１６の中央部分には、リアボード１３に設けられたプログラマブルロジックコントローラなどにアクセスするために、取り外し可能な背蓋１７が設けられている。背面板１６の下部にはいくつかの開口１８が設けられているが、これは、供給水を受け入れたり、配管４５，１０４，１０５などを接続したり、出力ポート７２，７３を設けるための開口である。開口１８と、フロントボード１１及びセンターボード１２に設けられる機器や部材とを接続する配管は、底板１４上に設けられている。背面板１６の上部にもいくつかの開口１９があるが、これは、電源コードを受け入れたり、必要に応じて外部との接続に用いられるケーブルとの接続に用いられる開口である。さらにシャーシ１０の上面には、フロントボード１１、センターボード１２、リアボード１３及び背面板１６を相互に連結する天板１５が設けられており、これらの間の間隔を固定し、さらにシャーシ１０としての強度を高めるようになっている。

図４は、実際に消耗品類を装着した状態でのフロントボード１１を示しており、図４（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、平面図、正面図、右側面図である。本実施形態において消耗品類は、いずれも容易に交換可能なカートリッジタイプとされる活性炭カートリッジ３２、逆浸透装置３５及び非再生型イオン交換装置３９，５８である。フロントボード１１には、これらに対する配管が接続するとともにこれらを着脱可能に取り付けるためのヘッド２１ａ〜２１ｄが設けられている。例えば活性炭カートリッジ３２をヘッド２１ａに装着することによって、活性炭カートリッジ３２が、弁３１の出口に接続する配管と圧力スイッチ３３に接続する配管とに接続することになる。フロントボード１１には、ヘッド２１ａ〜２１ｄに活性炭カートリッジ３２、逆浸透装置３５及び非再生型イオン交換装置３９，５８をそれぞれ取り付けたときにそれらが脱落しないようにするために、固定バンド２２ａ〜２２ｄも設けられている。なお、逆浸透装置３５のカートリッジには、図示するように、配管４６に接続するための口金も設けられている。

図２及び図３では、フロントボード１１、センターボード１２及びリアボード１３に取り付けられることとなる機器や部材、配管は示されていないが、本実施形態の純水製造装置を組み立てる場合には、まず、フロントボード１１、センターボード１２及びリアボード１３の各々ごとに、それらに取り付けるべき機器や部材、配管を取り付ける。ただし、フロントボード１１には、活性炭カートリッジ３２、逆浸透装置３５及び非再生型イオン交換装置３９，５８は取り付けないでおく。その後、フロントボード１１とセンターボード１２について、それらのボード部材ごとに、配管や機器についての耐圧テストや水漏れテストを行なう。リアボード１３については、水を通す機器や部材は設けられていないので、耐圧テストを行なう必要はない。その後、フロントボード１１、センターボード１２及びリアボード１３を底板１４に取り付け、ボード間で配管や配線を接続し、最後に、天板１５を取り付けることで、本実施形態でのシャーシ１０が完成する。活性炭カートリッジ３２、逆浸透装置３５及び非再生型イオン交換装置３９，５８の取り付けは、シャーシ１０が完成し、そののちカバーを設けて純水製造装置の本体３０が完成した後に行えばよい。

本実施形態では、それぞれ機器や部材、配管が予め取り付けられた複数のボード部材すなわちフロントボード１１、センターボード１２及びリアボード１３を組み合わせてシャーシ１０を構成している。ボード部材単位での組み立て作業は、作業空間を十分に確保して作業を行なえるため、迅速に、高い作業効率で実行することができる。また、ボード単位部材で耐圧テストや水漏れテストを行なえることは、障害箇所の発見を容易にする。したがって本実施形態の純水製造装置は、その組み立て作業を効率化でき、小型化と低コスト化を両立できる。

１０ シャーシ
１１ フロントボード
１２ センターボード
１３ リアボード
１４ 底板
１５ 天板
１６ 背面板
１７ 背蓋
１８，１９ 開口
２１ａ〜２１ｄ ヘッド
２２ａ〜２２ｄ 固定バンド
３０ 本体
３２ 活性炭カートリッジ
３５ 逆浸透装置
３９，５８ 非再生型イオン交換装置
５０ タンクユニット

Claims (7)

1. 純水製造装置であって、
   水が通される消耗品を取り外し可能に取り付けることができる第１のボード部材と、
   前記消耗品に通水するためのポンプと水質センサーとが少なくとも取り付けられる第２のボード部材と、
   純水製造装置の制御に用いられる電気回路が取り付けられる第３のボード部材と、
   を有し、
   前記第１のボード部材と前記第２のボード部材と前記第３のボード部材とを組み合わせてシャーシが構成される純水製造装置。
2. 前記消耗品は、活性炭カートリッジ、カートリッジタイプの逆浸透装置、及びカートリッジタイプの非再生型イオン交換装置のうちの少なくとも１つ以上である、請求項１に記載の純水製造装置。
3. 前記第１のボード部材と前記第３のボード部材に挟まれた位置に前記第２のボード部材が設けられている、請求項１または２に記載の純水製造装置。
4. 底板に対し、前記第１のボード部材、前記第２のボード部材及び前記第３のボード部材が直立して取り付けられている、請求項３に記載の純水製造装置。
5. 純水製造装置の組み立て方法であって、
   水が通される消耗品を取り外し可能に取り付けることができる第１のボード部材と、前記消耗品に通水するためのポンプと水質センサーとが予め取り付けられた第２のボード部材と、純水製造装置の制御に用いられる電気回路が予め取り付けられた第３のボード部材と、を共通部材に取り付ける工程と、
   前記第１のボード部材と前記第２のボード部材と前記第３のボード部材との間で、必要な配管の接続と配線の接続とを行なう工程と、
   を有する組み立て方法。
6. 前記消耗品は、活性炭カートリッジ、カートリッジタイプの逆浸透装置、及びカートリッジタイプの非再生型イオン交換装置のうちの少なくとも１つ以上である、請求項５に記載の組み立て方法。
7. 前記取り付ける工程の前に、前記第１のボード部材と前記第２のボード部材の耐圧テストを行なう工程を有する、請求項５または６に記載の組み立て方法。

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