JP4232490B2 - 脱気装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体中の溶存ガス(酸素、窒素、炭酸ガス等)を分離させて濃度を低下させる操作を行うための脱気装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ボイラ水中の溶存酸素濃度が高いと配管材などを腐蝕し、応力腐蝕割れを生じやすくなるため、ボイラ水の溶存酸素濃度を低下させることが必要とされている。
超音波洗浄では、溶存ガスを含んでいると超音波により溶存ガスが発泡して微細気泡となり、その気泡が超音波を吸収してしまうため、効率が低下するという問題から、脱気した水を使用することが求められている。
【0003】
半導体の洗浄で使用される機能水(オゾン水、水素水等)も、目的とするガス以外の溶存ガスが存在するとその機能性が阻害されることから、一度脱気した水に目的とするガスを溶解している。また、ウエハ等の洗浄に脱気水を使用すると、乾燥時にウォーターマークが付かない。
【0004】
滅菌用の水蒸気に溶存ガスが存在していると、水蒸気が滅菌物に接触し、凝縮した後もタオルなどの中心部にガスとして滞留し、水蒸気の進入を阻害するため、滅菌不良の原因となる。
脱気水を食品加工に用いれば、煮崩れを防ぎ、炊き上がりが早く鮮やかな色彩で腐り難くなると言われている。
【0005】
図9乃至図14により、脱気のための従来装置を説明する。
図9は、加熱による従来装置の概念図であり、温度が高くなると飽和溶存ガス濃度は低下することを利用する。1はタンク、2は溶存酸素を多く含んだ液体、3は加熱用のヒータ、4は分離された微細気泡である。
図10は、超音波振動を利用する従来装置の概念図であり、5はタンク外底部に固定された超音波振動子である。
【0006】
図11は、脱気したい成分ガス(酸素)以外のガス(例えば窒素)を液体中に溶解させる置換を利用する従来装置の概念図であり、タンク内底部に設けた散気板6を介してポンプ7により窒素を圧送する。
図12は、真空(減圧)雰囲気中で成分ガス以外のガスを液体中に溶解させる従来装置のシステム構成図である。8は減圧タンク、9は減圧用の真空ポンプ、10は外部タンクであり、溶存ガスを多く含む液体11が貯蔵されている。12はこの液体11を減圧タンク8内の散気板6に導く入水ポンプである。13は脱気された液体を外部に送出するための送水ポンプである。
【0007】
図13は、真空(減圧)雰囲気中でシャワー状に液体を噴出させる従来装置のシステム構成図である。14は、減圧タンク8内上部に設けたシャワーノズルであり、入水ポンプ12により導入された液体11をシャワー状にタンク内液面に落下させ、液体の表面積を増加させて脱気させる。シャワー状落下の他、減圧タンク内壁に液体を流下させ、液体を薄く拡がらせて表面積を増加させる手法もある。
【0008】
図14は、中空糸膜(多孔質膜)のチューブを利用する従来装置の概念図であり、チューブの孔が気体だけを透過させることを利用している。15は中空糸膜チューブであり、溶存ガス分子16を含む液体11が通過している。17は中空糸膜チューブ15を囲むガラス管であり、中空糸膜チューブ15との間の空間は真空(減圧)にされている。中空糸膜は気体のみを透過させる特性を持つので、このチューブを通過する途中で液体中の溶存ガス分子16はガラス管17と中空糸膜チューブ15との間の空間に拡散排出され、液体11が脱気される。
その他、脱酸素剤であるヒドラジン(NH2NH2)、亜硫酸ナトリウム(Na2SO3)等の薬品を使用して化学反応により脱気する手法もある。
気体を溶解させる装置(溶存酸素濃度を上昇させる装置)として、渦を利用するもの、邪魔板を使用するものがあり、これらは、シャワー状に水を噴霧するものよりも効率良く、気体を溶解することができる。
これは、液体が効率良く泡立ち、液体と気体の接触面積(液体の表面積)を大きくすることができることによる。
【0009】
真空を利用した脱気装置の場合にも、液体の表面積を大きくすることにより、効率良く脱気できることが知られている。
【0010】
【特許文献1】
特開2002―46351号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
ボイラで使用する水では、溶存酸素濃度が0.5mg/L以下であることが求められるが、図9の加熱手法及び図10の振動方法では、そのレベルまで脱気させることが非常に難しい。図11及び図12の置換手法は、溶存ガスを全て除去したい場合には、不適である上効率も良くない。
【0012】
真空中で脱気させる場合は、理論的には全ての溶存ガスを脱気させることが可能であるが、図13の手法では、シャワー状に噴霧するため圧損が大きく、効率的ではない。
又、図14の中空糸膜による手法は、微細な孔から溶存ガス分子が拡散するという原理を利用しているため、水を大量に処理することは不適である。更に、薬剤による脱気は、使用する薬剤の毒性や排水に注意しなければならない。又、薬品を水に溶かすため、脱気された純水を得ることができない。
【0013】
本発明の目的は、特殊装置や薬剤を使用せずに、多量に且つ効率良く溶存ガスを分離させることができる脱気装置を実現することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明の構成は次の通りである。
(1)溶存ガスを含む液体をタンクに導き、前記溶存ガスを分離させる脱気装置であって、
減圧した第1タンクの内周壁の斜め接線方向から前記第1タンク内の脱気液に向って前記液体をノズルを介して噴射し、前記第1タンク内の前記脱気液に渦を巻かせると共に泡を発生させる脱気装置において、
前記第1タンクより位置エネルギーの低い位置に減圧した第2タンクを設置し、前記第1タンク内の脱気液を、重力を利用して前記第2タンクへ流下させることにより、前記第1タンク内の液面レベルを調節すると共に、前記第2タンクを複数個設置し、選択された1個の第2タンク内の脱気液を外部に送出している期間に、選択されない他の第2タンクに対して前記第1タンクより脱気液を流下させることにより、脱気液の連続外部送出を行うことを特徴とする脱気装置。
【0015】
(2)溶存ガスを含む液体をタンクに導き、前記溶存ガスを分離させる脱気装置であって、
減圧した第1タンク内の脱気液面下部に配置した邪魔板に向かってノズルを介して前記液体を噴射し、前記邪魔板と液面間に泡を発生させる脱気装置において、
前記第1タンクより位置エネルギーの低い位置に減圧した第2タンクを設置し、前記第1タンク内の脱気液を、重力を利用して前記第2タンクへ流下させることにより、前記第1タンク内の液面レベルを調節すると共に、前記第2タンクを複数個設置し、選択された1個の第2タンク内の脱気液を外部に送出している期間に、選択されない他の第2タンクに対して前記第1タンクより脱気液を流下させることにより、脱気液の連続外部送出を行う
ことを特徴とする脱気装置。
【0017】
(3)前記第2タンクへの脱気液の流下が、ノズルにより前記第2タンクの内周壁を伝わり薄く広がる、又はシャワー状に噴霧する、又は前記第2タンク内の脱気液に渦を巻かせる、又は邪魔板に向かって噴射するようにし、前記第2タンク内で脱気を行なうことを特徴とする、(1)または(2)のいずれかに記載の脱気装置。
【0018】
(4)前記第1タンク内の脱気液を、前記第1タンクのノズルに戻して再脱気させることを特徴とする、(1)または(2)に記載の脱気装置。
【0019】
(5)前記第1タンク内の脱気液を、再脱気専用ノズルを介して前記第1タンクに戻して再脱気させることを特徴とする、(1)、(2)、 ( 4 )に記載の脱気装置。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下本発明実施形態を、図面を用いて説明する。
本発明は、溶解装置における渦の作用を逆に利用し、周知の真空を利用した脱気装置と組み合わせることで、効率の高い脱気装置を実現した点に特徴がある。
【0023】
図1は本発明を適用した脱気装置の一例を示すシステム構成図であり、図9乃至図14の従来装置で説明した要素と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【0024】
図1において、100は減圧された第1タンクであり、真空ポンプ9にてタンク内を減圧する構成は、図12及び図13の減圧タンク8と同一である。101は主タンク内の脱気液である。102は、主タンク100の上部に配置されたノズルであり、入水ポンプ12より外部タンク10内の溶存ガスを多量に含んだ液体11が圧送され、このノズルより主タンク1内の脱気液101の液面に向かって噴射される。
【0025】
ノズルの噴射方向は、第1タンク100の内周壁の斜め接線方向(矢印Pで示す)である。この方向の噴射により、液面は激しく泡立ちながらタンク内の液が103で示すような渦を巻き、泡が多量に発生する。泡が多量に発生するということは、液の表面積が増加するということであるから、効率良く脱気することができる。
【0026】
又、渦を巻くことにより、第1タンク100内での液面は、円錐形になり、表面積が増加し、脱気効率が上昇する。更に渦を巻くということは、遠心力によってガスより重い液体は外側へ、軽い気泡は中心部へ移動するので、脱気が更に促進される。尚、104は底板であり、渦が第1タンク100の底まで到達してしまい気相が排出口に達してしまうことを防止している。
【0027】
図2は、ノズル102の噴射方向を、第1タンク内の中央部液面下部に設置した邪魔板105に向かって垂直に噴射させるように配置した構成を特徴とする。邪魔板105は、液面直下にあり、邪魔板105の周端部から第1タンク100の底部に向かう脱気液101の循環106が発生し、液面と邪魔板の間で激しい泡立ちが生じ、脱気が行なわれる。
【0028】
図3は、図1の構成に加えて、送水ポンプ13よりの脱気液101の一部を、リターン管路107を介してノズル102に戻して再脱気させることにより、更に溶存ガス濃度を低下させようとしたものである。図4も同様に、図2の構成に加えて、送水ポンプ13よりの脱気液101の一部を、リターン管路107を介してノズル102に戻して再脱気させることにより、更に溶存ガス濃度を低下させようとしたものである。
【0029】
図5及び図6は、図1及び図2の構成に加えて、第1タンク100より位置エネルギーの小さな位置に第2タンク108a及び108bを配置し、第1タンク100内の脱気液101を、重力を利用して第2タンク108a又は108bへ流下させることにより、第1タンク100の液面レベルを調節する。更に、第2タンクを複数設置し、選択された1個の第2タンク内の脱気液を外部に送出している期間に、選択されない他の第2タンクに対して第1タンクより脱気液を流下させることにより、脱気液の連続外部送出を行なうことを可能にする。
【0030】
図5において、109は減圧管路であり、第1タンク100の減圧用真空ポンプ9を兼用して第2タンク108a及び108bを減圧する。110a及び110bは、第1タンク100の脱気液101を第2タンク108a及び108bに切り替えて流下させるためのバルブである。111a及び111bは、流下された第2タンク108a及び108b内の脱気液である。112a及び112bは、第2タンク108a及び108b内の脱気液111a及び111bを切り替えて送水ポンプ13に排出させるためのバルブである。
【0031】
図6における図5との構成上の差は、第2タンク108a及び108bを減圧するための専用の真空ポンプ113を設けた点及び第2タンク108a及び108b内上部にシャワーノズル114a及び114bを配置し、第1タンク100からの流下をシャワー状として第2タンク内でも脱気を行なう構成とした点である。
【0032】
一般的に、例えば水の脱気を行う場合を図1の構成で説明すると、第1タンク100内は減圧により1/10気圧(水の沸点が約50℃位になる)程度にするため、送水ポンプ13の一次側が負圧となり、脱気水を連続して送出することが難しい。ポンプとして多段ポンプを採用すれば可能であるが、効率が良くない。従って脱気液の送出はバッチ方式となり、連続送出ができない。更に、図1の渦方式、図2の邪魔板方式何れの場合も、効率の良い液面レベルがあるが、第1タンク内が負圧であるため、このタンク内の脱気液を排出して液面レベルを調節することができない。
【0033】
図5及び図6の実施形態では、第1タンク100より位置エネルギーの小さな位置に第2タンク108a及び108bを配置し、第1タンク100内の脱気液101を、重力を利用して第2タンク108a又は108bへ流下させることで、脱気液を連続送出することができ、且つ最適の液面レベル範囲に調節することができる。
【0034】
図6によりその動作を説明する。真空ポンプ9で減圧された第1タンク100内の液位が所定のレベルより高くなると、真空ポンプ113にて減圧された第2タンク108a(第1タンク100よりも下に配置)へのバルブ110aが開き、第1タンク100から第2タンク108aへ脱気液が流下する。この時、第1タンク100から第2タンク108aへは、両方のタンクの圧力差と位置エネルギー差で流下する。
【0035】
即ち、第1タンク100と第2タンク108aの間では大きな圧力差は望めない上、2室の精密な真空度制御も難しいので、実質的には、位置エネルギーだけで落下させる構成が実用的である。このために第2タンクは第1タンクより必ず下になくてはならない。
【0036】
尚、第2タンク内にも第1タンク100に設けた1段目のノズル102と同様な2段目のノズルを設けて脱気を行なうことが考えられる。この場合、圧力差が小さいので、2段目のノズルでは細かな霧状にしたり1段目のように勢いよく噴出させたりすることは余り期待できない。しかしながら、第2タンク内において「タンク壁に液を伝わらせる」、「シャワーノズルを設置する」、「渦を巻かせる」、「邪魔板を設置する」等の工夫をすることにより、僅かでも脱気効果を期待することができる。図6では、この内第2タンク108a及び108b内上部にシャワーノズル114a及び114bを配置し、第1タンク100からの流下をシャワー状として第2タンク内でも脱気を行なう実施形態を示している。
【0037】
流下により第1タンク100内の脱気液101のレベルが所定の液位まで下がったら、バルブ110aを閉じ、第2タンク108a内を大気圧に戻し、バルブ112aを開いて送水ポンプ13により、脱気液111aを送出する。第2タンク108aから脱気液を送出中に再度タンク第1タンク100内の液位が所定のレベルより高くなると、第2タンク108bが先程のタンク108aと同じ動作を行う。この操作により、脱気液を連続的に送出することができる。
【0038】
この実施形態では、第2タンクが2個の例を示したが、3個以上の複数個を設け、シーケンシャルに制御することも可能である。又、ここでは図示しなかったが、第1タンク100及び第2タンク108a及び108bには液面レベルを測定するセンサが取り付けられている。
【0039】
図7及び図8は、図5及び図6の実施形態に加えて、より脱気を進めるために、第1タンク内の脱気液を再度脱気するようにした実施形態であり、図3及び図4と同様なリターン管路107を有する。
【0040】
図7において、115は第1タンク100内の上部に配置された再脱気専用のリターンノズルであり、ノズル102とクロスするP´方向に脱気液を噴射する。第1タンク100内底部の脱気液101がリターンポンプ116で排出され、リターン管路107を介してリターンノズル115に圧送される。リターンノズルを専用化させることで再脱気の系統を独立に設計でき、脱気効率を高めることができる。
【0041】
図8において、リターンノズル115はノズル102と並列して配置され、邪魔板104に向かって脱気液を噴射する。リターンポンプ116とリターン管路107の構成は図7と同じである。第2タンク108a及び108bにおいて、117a及び117bは脱気液110a及び110bの液面直下に配置された2段目の邪魔板であり、ノズル118a及び118bを介して第1タンク100の脱気液101を噴射し、第2タンク内でも脱気を行う実施形態を示している。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果を期待することができる。
(1)請求項1記載の構成によれば、
減圧した第1タンクの内周壁の斜め接線方向から脱気液に向ってノズルを介して液体を噴射し、第1タンク内の脱気液に渦を巻かせると共に泡を発生させる脱気装置において、第1タンクより位置エネルギーの低い位置に減圧した第2タンクを設置し、第1タンク内の脱気液を、重力を利用して前記第2タンクへ流下させ、第1タンク内の液面レベルを調節すると共に、第2タンクを複数個設置し、選択された1個の第2タンク内の脱気液を外部に送出している期間に、選択されない他の第2タンクに対して第1タンクより脱気液を流下させ、脱気液の連続外部送出を行うことで、ノズルと液面との距離を調節でき渦を効率よく発生させると共に泡の発生も効果的に促進せしめることができ、脱気効果を高めることができる。
(2)請求項2記載の構成によれば、ノズルの噴射方向をタンク内の脱気液の液面下部の邪魔板に向けることで、脱気液の循環を促進し、邪魔板と液面間に泡を効果的に発生させることができ、脱気効果を高めることができる。また第1タンクより位置エネルギーの低い位置に減圧した第2タンクを設置し、第1タンク内の脱気液を、重力を利用して前記第2タンクへ流下させることにより、第1タンク内の液面レベルを調節すると共に、第2タンクを複数個設置し、選択された1個の第2タンク内の脱気液を外部に送出している期間に、選択されない他の第2タンクに対して第1タンクより脱気液を流下させ、脱気液の連続外部送出を行うことで、邪魔板の水没具合を調節し、泡を効果的に発生させることができ、脱気効果を高めることができる。
(3)請求項3記載の構成によれば、第2タンク内の流下の態様を、ノズルによりタンクの内周壁を伝わり薄く広がる、又はシャワー状に噴霧する、又は渦を巻かせる、又は邪魔板に向かって噴射することにより、第2タンク内でも脱気を実行することができ、脱気効率を高めることができる。
(4)請求項4記載の構成によれば、第1タンクの脱気液を、リターン管路を介してノズルに戻し再脱気させることで、脱気効率を高めることができる。
(5)請求項5記載の構成によれば、再脱気のためのノズルを専用のリターンノズルとすることで、再脱気の系統を独立に設計でき、脱気効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した脱気装置の一例を示すシステム構成図である。
【図2】本発明を適用した脱気装置の他の実施形態を示すシステム構成図である。
【図3】図1の構成に、再脱気のためのリターン管路を付加した実施形態を示すシステム構成図である。
【図4】図2の構成に、再脱気のためのリターン管路を付加した実施形態を示すシステム構成図である。
【図5】図1の構成に、第2タンクを付加した実施形態を示すシステム構成図である。
【図6】図2の構成に、第2タンクを付加した実施形態を示すシステム構成図である。
【図7】図5の構成に、再脱気のためのリターン管路を付加した実施形態を示すシステム構成図である。
【図8】図6の構成に、再脱気のためのリターン管路を付加した実施形態を示すシステム構成図である。
【図9】加熱による従来装置の概念図である。
【図10】振動による従来装置の概念図である。
【図11】脱気対象ガス以外のガスの置換による従来装置の概念図である。
【図12】真空(減圧)雰囲気中で成分ガス以外のガスを液体中に溶解させる従来装置のシステム構成図である。
【図13】真空(減圧)雰囲気中でシャワー状に液体を噴出させる従来装置のシステム構成図である。
【図14】中空糸膜(多孔質膜)のチューブを利用する従来装置の概念図である。
【符号の説明】
9 真空ポンプ
10 外部タンク
11 溶存ガスを多く含む液体
12 入水ポンプ
13 送水ポンプ
100 第1タンク
101 脱気液
102 ノズル
103 渦
104 底板
Claims (5)
- 溶存ガスを含む液体をタンクに導き、前記溶存ガスを分離させる脱気装置であって、
減圧した第1タンクの内周壁の斜め接線方向から前記第1タンク内の脱気液に向って前記液体をノズルを介して噴射し、前記第1タンク内の前記脱気液に渦を巻かせると共に泡を発生させる脱気装置において、
前記第1タンクより位置エネルギーの低い位置に減圧した第2タンクを設置し、前記第1タンク内の脱気液を、重力を利用して前記第2タンクへ流下させることにより、前記第1タンク内の液面レベルを調節すると共に、前記第2タンクを複数個設置し、選択された1個の第2タンク内の脱気液を外部に送出している期間に、選択されない他の第2タンクに対して前記第1タンクより脱気液を流下させることにより、脱気液の連続外部送出を行うことを特徴とする脱気装置。 - 溶存ガスを含む液体をタンクに導き、前記溶存ガスを分離させる脱気装置であって、
減圧した第1タンク内の脱気液面下部に配置した邪魔板に向かってノズルを介して前記液体を噴射し、前記邪魔板と液面間に泡を発生させる脱気装置において、
前記第1タンクより位置エネルギーの低い位置に減圧した第2タンクを設置し、前記第1タンク内の脱気液を、重力を利用して前記第2タンクへ流下させることにより、前記第1タンク内の液面レベルを調節すると共に、前記第2タンクを複数個設置し、選択された1個の第2タンク内の脱気液を外部に送出している期間に、選択されない他の第2タンクに対して前記第1タンクより脱気液を流下させることにより、脱気液の連続外部送出を行うことを特徴とする脱気装置。 - 前記第2タンクへの脱気液の流下が、ノズルにより前記第2タンクの内周壁を伝わり薄く広がる、又はシャワー状に噴霧する、又は前記第2タンク内の脱気液に渦を巻かせる、又は邪魔板に向かって噴射するようにし、前記第2タンク内で脱気を行なうことを特徴とする、請求項1または2に記載の脱気装置。
- 前記第1タンク内の脱気液を、前記第1タンクのノズルに戻して再脱気させることを特徴とする、請求項1または2に記載の脱気装置。
- 前記第1タンク内の脱気液を、再脱気専用ノズルを介して前記第1タンクに戻して再脱気させることを特徴とする、請求項1、2、4に記載の脱気装置。
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