JP4130588B2 - 複式固形化学薬品供給システム - Google Patents

Description

本発明は、概括的には、固形化学薬品供給システムに関し、さらに具体的には、片方のボウルが空になった時に、一方の供給ボウルから他方のボウルへの固形化学薬品の溶解した溶液の切換を自動的に行う機能が組み込まれた複式固形化学薬品供給システムに関する。

工業プロセスやクリーニングプロセスに用いられる化学薬品を計量供給するため自動固形化学薬品供給ディスペンサーを利用することは当技術分野で周知である。工業用途では、かかるディスペンサー機構は、腐食を抑制及び／又は防止するためボイラーシステム又は冷却塔に化学薬品を添加するのに常用される。自動ディスペンサーは、溶液を収容したタンクに定期的に化学薬品を添加するのに必要とされる手動管理や注意を抑制又は完全になくすために開発された。自動ディスペンサーは、化学薬品の供給量の制御方法によって、広義には（１）時間制御式ディスペンサーと（２）導電率測定式ディスペンサーとの２種類に分類される。

導電率の測定によって制御される溶液の計量供給法は、例えばＬｅｈｎの米国特許第４８５８４４９号に開示されている。Ｌｅｈｎは、好ましくはクリーニングプロセスに用いられる固形化学薬品を計量供給する自動ディスペンサーについて開示している。Ｌｅｈｎの開示したディスペンサーでは、容器に可溶性の固形化学薬品を収容し、これに加圧された水をスプレーして化学薬品を溶解し、最終的にこの溶液を計量供給する。化学薬品の供給量は化学薬品溶液の導電率の測定によって制御している。

自動ディスペンサーは、かかるシステムを維持するのに必要な手間の削減に有効であるが、ディスペンサー容器内の化学薬品が使い尽くされると問題を生じるおそれがある。供給容器内の固形化学薬品が完全に溶解すると、空の容器を、新たに補充した固形化学薬品で満たされた新しい容器に手作業で取り替えなければならない。システムの無人運転時に化学薬品が消尽すると、システムの化学処理が中断されるおそれがある。これは、数時間又は数日間（例えば週末）にわたって起こるおそれがあり、その間は処理用化学薬品はシステムに添加されない。固形化学薬品の溶解で生成する供給溶液は補給されず、自動ディスペンサーの溶解室の液位を一定に保つために用いられる水の添加によって急激に希釈される。処理が途切れると、冷却システムやボイラーシステムに腐食や汚染物質の堆積をもたらしたり、自動固体供給ディスペンサーが用いられるあらゆるシステムにおける処理プログラム性能に重大な劣化をもたらすおそれがある。
米国特許第４８５８４４９号

そこで、連続化学処理を要する工業システム等において重大な損害を生じかねない化学処理の中断を防ぐため、自動固形化学薬品供給システム又はディスペンサーシステムの改良が望まれている。

本発明の好ましい構成の固形化学薬品供給システムは、液体浸漬時に溶解して溶液を形成する固形化学薬品を各々収容する２以上の供給ボウルを備える。各供給ボウルから溶液を受け入れて該溶液を所定液位で収容する液溜めが設けられる。各供給ボウル内の固形化学薬品への液体の導入を別々に制御するため、供給ボウルにバルブシステムが連結される。溶液の所定の特性を検知してその特性の検出に応じて信号を発生するため、液溜めに収容された溶液と連絡した状態でセンサが液溜めに支持されている。この信号に応答して制御ユニットがバルブシステムを制御し、液体の導入を一方の供給ボウルから他方の供給ボウルへ交互に切り換える。

本発明の一態様では、水浸漬時に溶解して溶液を形成する固形化学薬品を各々収容する２つの供給ボウルを備えた複式固形化学薬品供給システムが提供される。各ボウルに水を供給する供給源が設けられる。一方のボウルへの水の供給を制御するため、水源に第１バルブが連結される。第１バルブは常時開に保たれ、一方のボウルに水を流す。他方のボウルへの水の供給を制御するため水源に第２バルブが連結される。第２バルブは常時閉に保たれ、他方のボウルに水が流れるのを防ぐ。各ボウルからの溶液を受け入れて該溶液を所定液位で収容する液溜めが設けられる。溶液の導電率を検知して溶液が所定導電率になると信号を発生するため、溶液と連絡した状態でセンサが液溜めに支持されている。信号に応答して制御ユニットは第１バルブを閉じて一方のボウルに水が流れるのを防ぎ、また第２バルブを開いて他方のボウルに水を流れさせる。

本発明の別の態様では、供給システムは、液溜めへの水の導入を制御するため、水源に連結された第３バルブを備える。本発明のさらに別の態様では、制御ユニットは、センサが溶液の所定の導電率を検出した後の所定時間第１バルブと第２バルブの作動を遅延させるための時間コントローラを備える。

本発明のさらに別の態様では、化学薬品の溶解した溶液を供給する固形化学薬品供給システムにおいて、溶液の導電率を制御する装置が提供される。本装置は、水浸漬時に溶解して溶液を形成する固形化学薬品を収容する１以上の供給ボウルを備える。かかる１以上の供給ボウルから溶液を受け入れて該溶液を所定液位で収容する液溜めが設けられる。水源が設けられ、１以上のボウルへの水の供給を制御するために水源に第１バルブが連結される。液溜めへの水の供給を制御するために水源に第２バルブが連結される。溶液の導電率を検知して溶液が所定導電率になると信号を発生するため、液溜め内にセンサが溶液と連絡した状態で設けられる。制御ユニットが設けられるが、この制御ユニットはセンサの信号に応答して、導電率が所定導電率よりも低い時には、第１バルブを開け、第２バルブを閉じて供給ボウルに水を供給し、また導電率が所定導電率よりも高い時には、第１バルブを閉じ、第２バルブを開けて液溜めへ水を供給する。溶液の導電率を制御するための装置は、２以上の供給ボウルを備える固形化学薬品供給システムにおいても用いられる。片方の供給ボウル内の化学薬品が消尽したとき、制御ユニットは、新しい水を水源から水溜めに直接供給するか、或いは化学薬品が消尽した片方のボウルを介して供給するかを選択的に切り換えることができ、液溜め内の溶液の導電率を下げる。

図面を参照すると、図１は、好ましい構成の複式固形化学薬品供給ディスペンサーシステム１０の概略図である。供給システム１０は、工業プロセスにおけるボイラーや冷却塔に化学処理を施す用途を有しているが、本発明は適宜その他の用途の固形化学薬品供給ディスペンサーシステムから所望の溶液を計量供給するのに用いてもよい。また、供給システム１０は、工業用その他の用途において、化学処理を要するシステムへの着脱自在な分離式モジュールとして使用し得る自立ユニットとして用いることもできる。

供給システム１０は、工業プロセスなどにおける処理装置に用いられる所望の化学薬品混合物を含有する溶液１３を適量収容する液溜め１２を備える。２つの計量分配供給ボウル１４及び１６は、ドレン１８及び２０を介して液溜め１２と液体連通している。供給ボウル１４及び１６は、好ましくは、化学薬品溶液の導電率の測定によって化学薬品の供給量を制御するために用いられるタイプのものがである。かかる供給ボウルの詳細はＬｅｈｎの米国特許第４８５８４４９号に記載されており、その記載内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす。

各供給ボウル１４，１６は、個々の用途に合わせて選択された固形化学薬品を収容するために設けられている。かかる固形化学薬品は通例固体、粉末又は粒状の形態であり、水のような液体に溶解する。例えば、粒状亜硫酸塩は、酸素を除去して腐食防止するためボイラー又は冷却塔の処理に用いられる。かかる固形化学薬品は概して市販品として容易に入手できる。

ボウル１４，１６内にそれぞれスプレーノズル２２，２４が配置され、後述するように、ボウル１４，１６に収容された化学薬品に加圧水スプレーを導いて、ボウル内の化学薬品を溶解させる。供給ボウル１４，１６に収容された固形化学薬品へ、スプレーノズル２２，２４を介して加圧水を供給すると、固形化学薬品は適切に溶解して溶液を形成し、重力又は適当な圧力によってドレン１８，２０を通って供給され、液溜め１２を適量の溶液１３で満たす。

システム１０は好適には外部の水供給部（図示せず）に接続して、システム１０用の水源２６とする。水源２６から供給された水はゲートバルブ２８、ストレーナ３０、ダブルチェックバルブ３２及び圧力調整器３４を介して送られる。ゲートバルブ２８はシステム１０を主給水系から切り離すために用いられ、バルブを閉じればシステムのメンテナンスが可能になる。ストレーナ３０は、塩結晶や錆などの粒子がシステムに入るのを防いで、スプレーノズルの不都合な閉塞を防ぐために用いられる。ダブルチェックバルブ３２は水の逆流を防ぐために設けられる。圧力調整器３２は、圧力を一定圧力（例えば３０ｐｓｉｇ（０．２ＭＰａ））に調節し、後述するように水の流量及び液溜め底部でのスプレーパターンを一定に保つために用いられる。適当な圧力計３６を設けて、システム１０の水圧を測定する。

水源２６の加圧水流をパイプ３８を通してＴ継手４０へ供給し、そこで加圧水流を二方向、すなわちパイプ４２及び４４へと分流させる。パイプ４２を通る加圧水は、パイプ４８を通る水流を調節する電磁弁４６を介して液溜め１２に供給される。液溜め１２内のパイプ４８の端部には複数のスプレー噴出口５２を備えたマニホールド５０が設けられ、液溜め１２の底面１２ａ付近に配置される。３つのスプレー噴出口５２を図示したが、どんな数の噴出口を用いてもよいことは自明であろう。パイプ４８とマニホールド５０を通して送られた水は、後述の通り、液溜め１２を適当な液位まで満たすために用いられる。スプレー噴出口５２を設けるもう一つの目的は、液溜め１２に収容された溶液を撹拌して、液溜め１２の底面１２ａに堆積するおそれのある固形化学薬品粒子を溶液１３中に定期的に循環させて混合するためである。

パイプ４４を通る加圧水流は、電磁弁５４，５６を介してそれぞれ供給ボウル１４，１６に供給される。バルブ５４を通る加圧水はパイプ５８を介してボウル１４へ供給される。パイプ５８の端部にはスプレーノズル２２が設けられる。バルブ５６を通る加圧水はパイプ６０を介してボウル１６へ供給される。パイプ６０の先端にはスプレーノズル２４が配置される。

高液位スイッチ６２と低液位スイッチ６４が液溜め１２に支持されている。高液位スイッチ６２は警報装置又は運転停止装置として機能する。液溜め１２に収容された溶液１３が高スイッチ６２の液位に達すると、液溜め１２が満杯であることを示す信号が回路６６を経由して制御箱６８に送られ、バルブ４６，５４，５６を閉じて、液溜め１２又はボウル１４及び１６に水がそれ以上供給されるのを防ぐ。低液位スイッチ６４は、溶液１３の液位が所定液位を下回った時点が測定されるように液溜め１２に配置される。溶液１３が所定液位を下回ると、信号が回路７０を経由して制御箱６８に送られ、バルブ４６が開いて水がパイプ４８を通りマニホールド５０の噴出口５２を通って液溜め１２へ流れる。溶液１３の液位は、バルブ５４を開くことによって水をパイプ５８を介してボウル１４内のノズル２２とドレン１８を経由して液溜め１２へ流入させるか、或いはバルブ５６を開くことによって水をパイプ６０を介してボウル１６内のノズル２４とドレン２０を経由して液溜め１２へ流入させることによっても上昇させることができる。

液溜め内にはセンサ７２が、溶液１３と適切に連絡した状態で、しかも低液位スイッチ６４よりも下方に配置される。好ましい構成では、センサ７２は溶液１３の導電率の測定に用いられるタイプのものである。センサは、溶液１３の導電率の指標となる信号を発生する所定の設定点をもつように設定される。設定点は、ライン４８を通して液溜め１２に供給される清浄水の導電率よりも十分高く、しかも供給ボウル１４，１６からドレン１８，２０を通して液溜め１２に供給される溶液の導電率よりも十分低くなるように選択される。例えば、ドレン１８，２０を介して供給される溶液で得られた導電率測定値が約１２０００〜１５０００μｍｈｏ（１２０００〜１５０００μＳ）のオーダーにある場合、設定点の読みが１００００μｍｈｏ（１００００μＳ）であればその用途に許容できるであろう。関与する化学薬品や望ましい処理法に応じて、その他の設定点を選択できることは自明であろう。センサ７２からの信号は回路７４を経由して制御箱６８に送られ、後述するように、溶液１３の導電率が制御されるようにバルブ４６，５４，５６を作動させる。

溶液１３は、好適には、外部ポンプ７８によって供給ライン７６から供給ライン８０を介してボイラー、給水塔その他の用途に送液される。制御箱６８は、供給システム１０の作動を制御するため、高スイッチ６２、低スイッチ６４、センサ７２及び電磁弁４６，５４，５６と接続した適当な従来型電気回路を有している。さらに、制御箱４８は適当な従来型タイマー回路を備える。

供給システム１０の部品及び特徴について述べてきたが、次にその作動について説明する。最初に、電磁弁５４が開位置、電磁弁４６及び５６が閉位置の状態で、液溜め１２を水源２６から送られる新しい水で満たす。水は適当な圧力（例えば３０ｐｓｉｇ（０．２ＭＰａ））で、供給パイプ５８、ノズル２２を介してボウル１４へ送られ、さらにドレン１８を介して液溜め１２を満たす。液溜め１２内の水の液位が低液位スイッチ６４に達すると、バルブ５４が閉じてそれ以上水流が液溜め１２に入るのを防止する。高液位スイッチ６２が作動し、液溜め１２が一杯であることを示すと、バルブ４６，５４，５６はいずれも開けることができず、不都合な水のオーバーフローからシステムを保護する。

水の液位が短時間（例えば５秒間）低液位スイッチ６４を下回ると、制御箱６８は電磁弁４６を短時間（例えば０．５秒間）開けて水源２６からマニホールドスプレー噴出口５２を介して水を流入させ、液溜め１２内の溶液を撹拌させる。これに続いて短時間（例えば５秒間）、センサ７２で代表的には導電率を測定する。液溜め１２内の溶液１３の導電率に基づいて、バルブ４６，５４，５６のいずれか適切なものを短時間（例えば１０秒間）開けて、低液位スイッチ６４の作動範囲を若干上回る液位まで液溜め１２に補給する。溶液１３の導電率が設定された導電率設定点（例えば１００００μｍｈｏ（１００００μＳ））よりも低いと、電磁弁５４を開き、バルブ４６，５６は閉じたままにする。すると、水が水源２６からスプレーノズル２２を介して供給ボウル１４へ供給され、溶解した化学薬品をドレン１８を介して液溜め１２へ導入して、液溜め１２内の溶液１３の導電率を上昇させることができる。逆に、溶液１３の導電率が導電率設定点よりも高いときは、電磁弁４６を開き、バルブ５４，５６は閉じたままにする。すると、新しい水が水源２６からマニホールドスプレー噴出口５２を通って液溜め１２に供給され、溶液１３の導電率が下がる。

上述の通り、供給ボウル１４は液溜め１２内の溶液１３の導電率を上げる一次供給源として用いられる。所定時間経過後、一次ボウル１４の供給化学薬品が消尽して溶液１３の導電率が上昇しなくなると、システム１０は、一次ボウル１４がバックアップボウルとして機能し、最初のバックアップボウル１６が一次ボウルとして働くように自動的に切り換える。例えば、溶液１３の導電率が所定の設定点よりも低いときは、電磁弁５４が開き、バルブ４６，５６が閉じて、新しい水が供給ボウル１４に入るようにする。バルブ５４が常時開でボウル１４内の化学薬品が消尽すると、化学処理溶液ではなく水のみがドレン１８を介して液溜め１２を満たす。早期切換を防止するため、システム制御箱６８は従来型タイミング回路を有していて、タイミング回路は、バックアップボウル１６への切換が起こる前に、液溜めを満たすサイクルを数回繰り返すのが好ましい。例えば、制御箱６８内部のタイミング回路は、バックアップボウル１６が作動して溶液１３の導電率が上昇するまでに、４時間その他適当な所定時間のデフォルト時間を設定し得る。バックアップボウル１６は、常時開バルブ５４を閉じて常時閉バルブ５６を開け、バルブ４６は閉じたままにしておくことによって作動させる。切換が起こった後は、一次ボウル１４内には化学薬品は存在しないので、一次ボウル１４はバルブ４６ではなくバルブ５４を介して溶液１３の導電率を下げるのに用いてもよい。或いは、バルブ４６を開け、バルブ５４，５６を閉じることによって、溶液１３の導電率を下げることもでき、溶液の導電率が所望の低さになるまで新しい水を液溜め１２に供給できることも自明であろう。

供給ボウル１４，１６を共に所望の固形化学薬品で満たした状態でシステム１０の作動を開始する場合、ボウル１４と１６のどちらが「一次」供給源として働くかは問題ではない。時間経過に伴って、どちらのボウルを一次供給源として働かせても、最終的には化学薬品が消尽し、その供給ボウルからの溶液によっては、液溜め１２内の溶液１３の導電率が導電率設定点よりも上がらなくなる時がくる。上述の通り、早期切換を起こさないように若干の変動の余裕をみて、例えば４時間の時間遅延後に、他方のボウルを作動して溶液１３の導電率を上昇させることができる。バックアップボウルの切換時に、制御箱６８から指令を出して、空になった一次ボウルの交換を促す。同様に、空のボウル交換に向けた制御箱６８の作動時に、制御箱６８はバルブ５４又は５６のいずれかを開けることによって、最初の一次ボウルに短時間（例えば１０秒間）水フラッシュを行ってバックアップボウルへの切換時に最初の一次ボウルに化学薬品が残っていればこれを除去することができる。さらに、システムの作動中、制御箱は、固形化学薬品供給材料を湿潤状態に保つとともに、液溜め１２内の溶液１３を撹拌するために、３つの電磁弁４６，５４，５６がすべて短期間（例えば１秒間）同時に開くように、公知の方法でプログラムしてもよい。

本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明の技術的範囲から逸脱せずに様々な変更が可能であることは明らかである。例えば、本発明の特に好ましい構成のシステムは２つの供給ボウルを備えるが、本発明のシステムでは、先に用いるボウル内の材料の供給分が消尽した時に逐次自動的に作動する３以上の供給ボウルを用いてもよいことは自明であろう。また、材料の供給を制御する手段として溶液の導電率の測定が好ましいが、ｐＨや酸化還元電位（ＯＲＰ）などの他の溶液特性も使用できることは自明であろう。さらに、容易に入手できる供給源として通常は水を使用するが、適当な固形化学薬品と共に他の液体を用いて特定の処理目的に望ましい溶液を形成してもよい。

さらに、溶液の導電率の制御について本明細書では複式固形化学薬品供給システムとの関連で説明したが、本発明では１以上の供給ボウルを用いる他の供給システムにおいて溶液を制御することも想定されている。例えば、図１に示すシステムを１つの供給ボウル（例えばボウル１４）だけを有するように変更できる。この場合、センサ７２が溶液１３の導電率が所定の導電率設定点よりも低いことを検知すると、バルブ４６が閉じ、バルブ５４が開いて、水が水源２６からスプレーノズル２２を介して供給される。これにより、溶解した化学薬品がドレン１８を介して液溜め１２に導入され、溶液１３の導電率を上昇させる。センサ７２が、溶液１３の導電率が所定導電率の設定点よりも高いことを検知すると、信号が送られて、バルブ５４を閉じ、バルブ４６を開いて、新しい水が水源２６から液溜め１２に流入し、溶液１３の導電率は低下する。このプロセスを、供給ボウル１４内の化学薬品が消尽するまで続け、その後新しい化学薬品を供給する。

したがって、本明細書で説明した好ましい実施形態は本発明の例示にすぎず、本発明を限定するものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲に記載した通りである。

本発明の複式固形化学薬品供給システムの概略図。

符号の説明

１０ 供給システム
１２ 液溜め
１３ 溶液
１４，１６ 供給ボウル
１８，２０ ドレン
２２，２４ スプレーノズル
２６ 水源
２８ ゲートバルブ
３０ ストレーナ
３２ ダブルチェックバルブ
３４ 圧力調整器
３６ 圧力計
３８ パイプ
４０ Ｔ継手
４２，４４ パイプ
４６ 電磁弁
４８ パイプ
５０ マニホールド
５２ スプレー噴出口
５４，５６ 電磁弁
５８，６０ パイプ
６２ 高液位スイッチ
６４ 低液位スイッチ
６６，７０，７４ 回路
６８ 制御箱
７２ センサ
７６ 供給ライン
７８ 外部ポンプ
８０ 供給ライン

Claims (8)

1. 固形化学薬品を供給するための方法であって、
   水浸漬時に溶解して溶液を形成する固形化学薬品を各々収容する２以上の供給ボウル（１４，１６）と、
   各ボウルへ水を供給する供給源（２６）と、
   上記２以上の供給ボウルの一方のボウル（１４）への水の供給を制御するため水の供給源（２６）に連結された第１バルブ（５４）と、
   他方のボウル（１６）への水の供給を制御するため水の供給源（２６）に連結された第２バルブ（５６）と、
   各供給ボウルから溶液を受け入れる液溜め（１２）と、
   溶液の導電率を検知するため溶液と連絡した状態で液溜め（１２）に支持されたセンサ（７２）と、
   制御ユニット（６８）と
   を備える固形化学薬品供給システムにおいて、
   第１バルブ（５４）を常時開に設定して一方のボウル（１４）へ水を流し、
   第２バルブ（５６）を常時閉に設定して他方のボウル（１６）へ水が流れるのを防ぎ、もって一方のボウル（１４）を一次ボウルとし、他方のボウル（１６）をバックアップボウルとして機能させ、
   一方のボウル（１４）から溶液を受け入れて液溜め（１２）に溶液を所定液位で収容し、
   センサ（７２）によって溶液の導電率を検知して、溶液が所定導電率に達すると、上記一方のボウル（１４）内の化学薬品が消尽したことを示す信号を発生させ、
   制御ユニット（６８）によって、上記信号に応答して、第１バルブ（５４）を閉じて一方のボウル（１４）に水が流れるのを防止し、第２バルブ（５６）を開いて他方のボウル（１６）へ水を流し、もって他方のボウル（１６）を一次ボウルへと切り換える
   ことを含む方法。
2. センサ（７２）が所定の導電率を検出した後の所定時間バルブシステム（５４，５６）の作動を遅延させることを含む、請求項１記載の方法。
3. 加圧された水を各ボウルに供給することを含む、請求項１又は請求項２記載の方法。
4. 前記液溜め（１２）内に配置された、複数のスプレー噴出口（５２）を有するマニホールド（５０）によって、液溜め（１２）に水を導入することを含む、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の方法。
5. 水の供給源（２６）に連結された第３バルブ（４６）によって、前記マニホールド（５０）を介して液溜め（１２）への水の導入を制御することを含む、請求項４記載の方法。
6. 溶液と連絡した状態で液溜め（１２）に支持された低液位スイッチ（６４）によって液溜め（１２）内の溶液の液位が所定液位を下回った時に制御ユニット（６８）に信号を送ることを含む、請求項５記載の方法。
7. 低液位スイッチ（６４）からの信号に応答して、第３バルブ（４６）を開いてマニホールド（５０）を介して液溜め（１２）へ水を流すことを含む、請求項６記載の方法。
8. さらに、液溜め（１２）に収容された溶液と連絡した状態で液溜め（１２）に支持された高液位スイッチ（６２）によって液溜め（１２）内の溶液の液位が所定液位に達した時に制御ユニット（６８）に信号を送り、該信号に応答して、第１、第２及び第３バルブ（５４，５６，４６）の全てのバルブを閉位置に保つ信号を発生してボウルと液溜め（１２）に水が流れるのを防ぐことを含む、請求項７記載の方法。

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