JP4369938B2 - 脱気水製造装置及び脱気水製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、脱気水製造装置及び脱気水製造方法に関するものである。

水中の空気（特に酸素成分）を抜いたいわゆる脱気水は、半導体や精密機器等の製造時に使う洗浄水をはじめ、各種装置類の冷却水やボイラー水としての防蝕効果などの面で好適に使用できるばかりでなく、飲料水や調理用の水として使うと健康面に好適といった報告もなされてきている。
この脱気水を製造する装置としては、中空糸膜モジュールへ水を通し、この中空糸膜モジュール内の中空糸まわりを真空ポンプで引いて負圧化させ、もって脱気させる構成のものが主流とされている。中空糸膜モジュールは、一端部を給水側とし他端部を吐水側とするモジュールケース内に両端間にわたって中空糸が収められ、この中空糸の外面によって中空糸膜を形成させたものである。

この種の装置において真空ポンプに水封式真空ポンプを採用すると装置全体が大型化するため、乾式真空ポンプを使おうとする試みが提案されている（特許文献１等参照）。この試みでは、中空糸膜モジュールと乾式真空ポンプとの間に三方電磁弁を組み込むと共に、この三方電磁弁と乾式真空ポンプとの間にドレンポットとドレン電磁弁とを組み込む構成としていた。

そして、中空糸膜モジュール内が止水状態とされたとき（吐水栓が閉じられたとき）には、三方電磁弁により中空糸膜モジュールと乾式真空ポンプとの間を遮断すると同時に三方電磁弁の給気側を解放させ、そのうえで乾式真空ポンプを数分間にわたり作動させて強制的に空気の取り込みを行わせ、その後、乾式真空ポンプを停止させてドレン電磁弁を解放させ、三方電磁弁の給気側から取り込んだ空気でドレンポット内に溜まった水を排水させるようにしていた。
特開平９−１５０００９号公報

上記しように乾式真空ポンプを採用した従来の試み（特許文献１に記載の技術）において、中空糸膜モジュール内が止水状態にあるとき、三方電磁弁は中空糸膜モジュールと乾式真空ポンプとの間を遮断している。
そのため中空糸膜モジュール内は負圧が保たれた状態となる。このとき中空糸膜モジュール内では中空糸内から空気だけでなく水蒸気も漏洩する状態となり、結果、中空糸膜モジュールから三方電磁弁までの配管内には水が溜まるようになる。

このようにして中空糸膜モジュール内に水が溜まるようになると、中空糸が水没状態となってゆくことから次第に脱気作用が低下し、最終的には脱気不能な状態に陥ってしまう。従って、次に中空糸膜モジュール内が通水状態となったとき（吐水栓が開けられたとき）には脱気されていない水が吐水栓から流出するという不具合があった。
また、中空糸膜モジュール内が通水状態となったときには、同時に乾式真空ポンプも作動するようになっているが、この時点で三方電磁弁は給気側を閉鎖し、中空糸膜モジュールと乾式真空ポンプとの間を開通させるようになっているため、乾式真空ポンプは中空糸膜モジュール側の負圧の影響を直接に受けることになる。従って、この負圧によって乾式真空ポンプは起動を邪魔され、作動不要になるという不具合があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、脱気水の製造が確実にでき、また乾式真空ポンプの起動を確実に行えるようにした脱気水製造装置及び脱気水製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は次の手段を講じた。
即ち、本発明に係る脱気水製造装置は、一端部を給水側とし他端部を吐水側とするモジュールケース内に両端間にわたって中空糸が収められこの中空糸の外面によって中空糸膜を形成させた中空糸膜モジュールと、この中空糸膜モジュールの給水側から吐水側へ向けた水の流れを検出する水流センサと、中空糸膜モジュールに対して中空糸膜への通気状態で接続され上記水流センサによる通水検出動作に基づいて起動し止水検出動作に基づいて停止する乾式真空ポンプと、これら中空糸膜モジュールと乾式真空ポンプとの接続通路途中に設けられたドレン部と、このドレン部の二次側に連結された排水弁と、
中空糸膜モジュールと乾式真空ポンプとの接続通路の中途部から分岐された枝管と、この枝管に設けられていて上記乾式真空ポンプの起動時に中空糸膜モジュールと乾式真空ポンプとの接続通路に前記枝管を介して空気を吸い込ませるべく暫時解放しその後自動閉鎖する開閉弁とを有している。

このように中空糸膜モジュールと水流センサと乾式真空ポンプとドレン部と排水弁と開閉弁とを有した構成となっている。
前記中空糸膜モジュールと乾式真空ポンプとの接続通路は、開閉弁自体では遮断されることも流路を狭められることもない（管路抵抗にならない）状態に保たれている。
このようなことから、中空糸膜モジュール内が止水されているときであっても、この中空糸膜モジュール内が脱気作用を阻害する程に水の溜まった状態になることはない。それ故、次に中空糸膜モジュール内が通水状態とされたとき（吐水栓が開かれたとき）に、脱気されていない水が吐水栓から流出するといった不具合は起こらず、常に脱気水が吐水される好ましい状態となる。

また、この開閉弁は乾式真空ポンプを起動させるときに暫時的に解放する構成であるので、乾式真空ポンプは大気圧下で無理なく起動できることになる。すなわち、常に乾式真空ポンプの起動が確実に行えるということである。
前記排水弁は、開閉弁が解放したときに開弁し、開閉弁が閉鎖したときに閉弁するよう構成されているのが好適である。

排水弁は、ドレン部側が負圧になる作用を受けて弁座へ弁体が吸着されて閉弁状態となりドレン部側の負圧解除に伴う弁座からの弁体の離反で開弁状態となる構造を有したものとするのが好適である。
このようにすることで、この排水弁として電磁弁などの駆動機構付きのものを採用する必要がなくなり、構造の簡潔化、低コスト化、制御の不要化などの多くの利点を得ることができる。

一方、本発明に係る脱気水製造方法は、中空糸膜モジュール内に設けられた中空糸へ水を通水させると共にこの中空糸膜モジュール内の中空糸まわりを乾式真空ポンプで吸引させることによって中空糸膜モジュールの吐水側から脱気水を吐水させるものであって、中空糸膜モジュールへの通水停止時は前記乾式真空ポンプを停止させると共に中空糸膜モジュールと乾式真空ポンプとの接続通路の中途部から分岐された枝管に設けた開閉弁を閉鎖状態に保持しておき、中空糸膜モジュールへ通水開始する時点で前記乾式真空ポンプを起動させると共に上記開閉弁を解放させて中空糸膜モジュールと乾式真空ポンプとの接続通路に前記枝管を介して空気を吸い込ませ、この開閉弁の解放時には中空糸モジュールと真空ポンプとの接続通路途中に設けたドレン部の排水弁をも開弁させ、乾式真空ポンプが起動した後に上記開閉弁及び排水弁を閉鎖させて脱気水を製造する。

このような手順を採ることで、中空糸膜モジュール内が止水状態であるときも、この中空糸膜モジュール内が脱気作用を阻害する程に水の溜まった状態になることはなく、次に中空糸膜モジュール内が通水状態とされたとき（吐水栓が開かれたとき）には、脱気されていない水が吐水栓から流出するといった不具合は防止できるものである。すなわち、常に脱気水が吐水される状態なので脱気水の製造が確実となる。

また、乾式真空ポンプの起動時には開閉弁の暫時的な解放によって負圧の破壊ができ、大気圧下での無理のない起動ができるので、乾式真空ポンプの起動は常に確実となる。

本発明に係る脱気水製造装置及び脱気水製造方法では、脱気水の製造が確実にでき、また乾式真空ポンプの起動を確実に行えるようになる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１乃至図３は、本発明に係る脱気水製造装置１の一実施形態を示している。図２に示すように、この脱気水製造装置１は、吐水栓２へ向けた給水配管３の途中に組み込むように設置するもので、例えば一般家庭のキッチンであれば流し台の下へ収納すればよいし洗面所であれば洗面台の下へ収納すればよい。勿論、外部へ露出させた状態（キッチンであれば流し台の奥や横等）で設置するものでもよい。

図１に示すように、この脱気水製造装置１は、中空糸膜モジュール５と水流センサ６と乾式真空ポンプ７とドレン部８と排水弁９と開閉弁１０とを有している。なお、図例ではこれらが収納ボックス１２内に収められ、この収納ボックス１２からは中空糸膜モジュール５に対する給水側の配管接続部１３と吐水側の配管接続部１４とが外部へ導出された独立構成のものを示してあるが、収納ボックス１２を設けることは限定されず、例えば流し台の下などで給水配管３の中途部を中空糸モジュール５へ直接的に接続させるようにして構成させるものであってもよい。

中空糸膜モジュール５は、一端部が給水側の配管接続部１３と接続される給水側端部５ａとし、他端部が吐水側の配管接続部１４と接続される吐水側端部５ｂとするモジュールケース２０に対し、その内部に液体は通さないが気体は通す程度の多孔質となった中空糸２１が多数本収められたもので、この中空糸２１の両端部がモジュールケース２０の両端間にわたるようになっている。そのためこのモジュールケース２０内には中空糸２１の外面によって中空糸膜が形成された状態となっている。

本実施の形態では、収納ボックス１２内において、この中空糸膜モジュール５は通水方向が横向きとなる姿勢（略水平な姿勢）であって、且つ、給水側端部５ａから吐水側端部５ｂへ向けて下り勾配が付されて設けられており、これにより中空糸膜モジュール５内での通水が円滑に行われる。
なお、中空糸膜モジュール５は横置き配置に限定されることはなく、該中空糸膜モジュール５を通水方向が上下方向となるように又は上下方向に対して若干傾斜するように縦置き配置してもよい。

この場合、後述する接続配管２５はモジュールケース２０の下端側に設けられる。
水流センサ６は、中空糸膜モジュール５の給水側端部５ａから吐水側端部５ｂへ向けた水の流れを検出するためのものである。この水流センサ６を設ける位置付けは特に限定されず、中空糸膜モジュール５自体に設けてもよいし、給水側の配管接続部１３や吐水側の配管接続部１４でもよいし、場合によっては給水配管３の適所としたり吐水栓２自体としたりすることもできる。要は水が流れているか否かを検出できればよいのである。

本実施形態では中空糸膜モジュール５の給水側端部５ａに対して給水側の配管接続部１３を接続する部分に、水流センサ６を介設させてある。
またこの水流センサ６として採用可能な水流の検出方式も何ら限定されるものではなく、例えば水流を水車状の検出部材の回転によって検出するタイプをはじめ、水位変化をフロートの上下動で検出するタイプ、その他、電気的な抵抗値の変化や導通の有無を検出するタイプなど、適宜タイプを採用可能である。

乾式真空ポンプ７は、中空糸膜モジュール５に対して中空糸膜（即ち、中空糸２１の両端部ではなく外面に臨む領域）への通気状態となるように接続されている。本実施形態では、モジュールケース２０における吐水側端部５ｂ寄りの外周面から下向きに接続される接続配管２５を介してこの乾式真空ポンプ７が接続されたものとしてある。なお、乾式真空ポンプ７は例えばダイヤフラム式などであって、言うまでもなく水封式真空ポンプとは異なって水封構造（呼び水的なものを供給する構造）は不要であることから、管理が比較的容易でありまた小型のものを採用することがきるといった長所を活用できる。

この乾式真空ポンプ７は制御部３０と接続されており、この制御部３０には上記した水流センサ６から動作出力（信号等）が入力されるように配線されている。この制御部３０が行う動作制御については後述する。
ドレン部８は、中空糸モジュール５と乾式真空ポンプ７とを接続する通路の途中（上記した接続配管２５の途中）に設けられており、接続配管２５内を流通する水を所定範囲で回収できるようになっている。

排水弁９はドレン部８の二次側に連結されている。図３に示すように、この排水弁９はダイヤフラム型の弾性弁体３１が環状の弁座３２に密着することで閉弁し離反することで開弁する構造になっており、弁座３２側がドレン部８に向けられるように（且つ弁座３２側が弁体３１より上位にあって下向きになるように）接続されている。
そのため、ドレン部８側が負圧になることで弁座３２へ弁体３１が吸引されて閉弁動作し、ドレン部８側の負圧解除に伴う弁座３２からの弁体３１の離反（落下）で開弁動作することになる。このように、この排水弁９は電磁弁などの駆動機構を具備しない無駆動タイプである。

この排水弁９の二次側には排水管３３が接続されており、排水弁９が開弁時にはドレン部８側からの排水がこの排水管３３を介して収納ボックス１２外へと排水される。
開閉弁１０は、中空糸膜モジュール５の給水部から乾式真空ポンプ７までの接続間に対し、その流路順方向（水が流れる方向）から側部へ突出する状態に設けられている。本実施形態では、中空糸膜モジュール５と乾式真空ポンプ７とを接続する接続配管２５のなかに水平配管部２５ａを設け、この水平配管部２５ａの中途部に上方へ分岐して突出する枝管３５を設けて、この枝管３５の先に開閉弁１０を接続してある。

この開閉弁１０は例えば電磁弁などであって遠隔操作による開閉が可能となっており、上記した水流センサ６や乾式真空ポンプ７と同様に制御部３０と接続されている。
制御部３０は、図４に示すタイムチャートから明らかなように、水流センサ６が水流を検出する動作（通水検出）を行ったとき、乾式真空ポンプ７を起動させ、この後、水流センサ６が水流の停止状態を検出する動作（止水検出）を行ったとき、乾式真空ポンプ７を停止させるように動作制御を行う。またこの制御部３０は、乾式真空ポンプ７が起動する時にはこれと同時に開閉弁１０を解放させ、その後所定時間が経過した後、開閉弁１０を閉鎖させるように動作制御を行う。

制御部３０が開閉弁１０を解放させておく時間は、中空糸膜モジュール５の容量（通水量）、乾式真空ポンプ７の吸引能力、接続配管２５の管路径などに応じて適宜調節すればよいものであるが、この脱気水製造装置１を一般家庭用とする場合、おおよそ２秒〜５秒の範囲（好ましくは３秒程度）でよいものとなる。
なお、収納ボックス１２（図２参照）に対してこの制御部３０への給電切替を行えるようにした電源ボタン３７を設けておけば、この電源ボタン３７を操作することで、この脱気水製造装置１としての全システムの起動と停止とを切り替えられるようになり便利である。

次に、上記脱気水製造装置１を用いて脱気水を製造する方法に基づいて、本発明に係る脱気水製造方法を説明する。
図４に示すように、吐水栓２が閉じられている状態では給水側の配管接続部１３から吐水側の配管接続部１４へと水が流れないので、脱気水製造装置１内も当然に止水状態となっている。この通水停止時は開閉弁１０は閉鎖状態に保持されている。

吐水栓２が開けられることで給水側の配管接続部１３から脱気水製造装置１を介して吐水側の配管接続部１４へと水が流れ、脱気水製造装置１内では、中空糸膜モジュール５内の中空糸２１が通水状態になる。
中空糸膜モジュール５へが通水状態になることで水流センサ６が通水検出動作を行い、これを受けて制御部３０が乾式真空ポンプ７を起動させようとする。また制御部３０はこれと同時に開閉弁１０を解放させ、中空糸膜モジュール５と乾式真空ポンプ７とを接続している接続配管２５中へ空気を吸い込ませる。

そのため、乾式真空ポンプ７が起動するに際して接続配管２５中の負圧は破壊され大気圧状態となるので、乾式真空ポンプ７は無理のない確実な起動ができる。かくして中空糸膜モジュール５内（中空糸膜の領域）が乾式真空ポンプ７で吸引されることにより、吐水栓２からは脱気水が吐水することになる。
一方、上記のように開閉弁１０が解放されることで、同時に排水弁９内では負圧が解除される状態となり、結果、この排水弁９も開弁する。これにより、ドレン部８内や中空糸膜モジュール５と真空ポンプ７との接続通路（接続配管２５）内に溜まった水が、ドレン部８から排水弁９、及び排水管３３を介して排水されることになり、これによって乾式真空ポンプ７へ水が浸入することが防止される。

制御部３０は、所定時間（例えば３秒）が経過した後、開閉弁１０を閉鎖させる。そのため、それ以後は、中空糸膜モジュール５内が乾式真空ポンプ７で吸引される状況が継続されることとなり、吐水栓２からの脱気水の吐水も適正に保持される。
このような状況から吐水栓２が閉じられれば、給水側の配管接続部１３から脱気水製造装置１を介して吐水側の配管接続部１４へと向かう水の流れも停止し、水流センサ６は止水検出動作を行うことになる。

そのため、これを受けて制御部３０が乾式真空ポンプ７を停止させる。このとき中空糸膜モジュール５の給水部から乾式真空ポンプ７までを接続する流路は、開閉弁１０によっては遮断されることも流路を狭められることもない（管路抵抗にならない）状態となっているので、中空糸膜モジュール５内が止水状態にあっても、この中空糸膜モジュール５内が脱気作用を阻害する程に水の溜まった状態になることはない。

そのため中空糸膜モジュール５内での脱気作用は継続して進行し、次に中空糸膜モジュール５内が通水状態（吐水栓２が開けられたとき）に、脱気されていない水が吐水栓２から流出するといった不具合は防止されることになる。すなわち、吐水栓２からは常に脱気水が吐水されることになる。
ところで、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施の形態に応じて適宜変更可能である。

例えば開閉弁１０は、中空糸膜モジュール５の給水部から乾式真空ポンプ７までの接続間であれば、どこへ設けてもよい。
排水弁９は電磁弁などによって形成することもできる。
図１に示したように、中空糸膜モジュール５に対して補助的に大気解放用の電磁弁４０を接続しておき、図２に示すように収納ボックス１２の外部から操作できるようにした非常用スイッチ４１で上記電磁弁４０を任意タイミングで作動できるように構成しておくと、非常時の負圧（真空）破壊が行えるようになるので好適である。

本発明に係る脱気水製造装置の一実施形態を示した斜視図である。 脱気水製造装置の内部構造を示した正面図である。 図２中の排水弁を示した正面断面図である。 脱気水製造装置の動作状況を示したタイムチャートである。

１ 脱気水製造装置
５ 中空糸膜モジュール
６ 水流センサ
７ 乾式真空ポンプ
８ ドレン部
９ 排水弁
１０ 開閉弁
２０ モジュールケース
２１ 中空糸
３１ 弁体
３２ 弁座

Claims (4)

1. 一端部を給水側とし他端部を吐水側とするモジュールケース（２０）内に両端間にわたって中空糸（２１）が収められこの中空糸（２１）の外面によって中空糸膜を形成させた中空糸膜モジュール（５）と、
   この中空糸膜モジュール（５）の給水側から吐水側へ向けた水の流れを検出する水流センサ（６）と、
   中空糸膜モジュール（５）に対して中空糸膜への通気状態で接続され上記水流センサ（６）による通水検出動作に基づいて起動し止水検出動作に基づいて停止する乾式真空ポンプ（７）と、
   これら中空糸膜モジュール（５）と乾式真空ポンプ（７）との接続通路途中に設けられたドレン部（８）と、
   このドレン部（８）の二次側に連結された排水弁（９）と、
   中空糸膜モジュール（５）と乾式真空ポンプ（７）との接続通路の中途部から分岐された枝管（３５）と、
   この枝管（３５）に設けられていて上記乾式真空ポンプ（７）の起動時に中空糸膜モジュール（５）と乾式真空ポンプ（７）との接続通路に前記枝管（３５）を介して空気を吸い込ませるべく暫時解放しその後自動閉鎖する開閉弁（１０）と
   を有していることを特徴とする脱気水製造装置。
2. 前記排水弁（９）は、開閉弁（１０）が解放したときに開弁し、開閉弁（１０）が閉鎖したときに閉弁するよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の脱気水製造装置。
3. 前記排水弁（９）は、ドレン部（８）側が負圧になる作用を受けて弁座（３２）へ弁体（３１）が吸着されて閉弁状態となりドレン部（８）側の負圧解除に伴う弁座（３２）からの弁体（３１）の離反で開弁状態となる構造になっていることを特徴とする請求項２記載の脱気水製造装置。
4. 中空糸膜モジュール（５）内に設けられた中空糸（２１）へ水を通水させると共にこの中空糸膜モジュール（５）内の中空糸（２１）まわりを乾式真空ポンプ（７）で吸引させることによって中空糸膜モジュール（５）の吐水側から脱気水を吐水させる脱気水製造方法において、
   中空糸膜モジュール（５）への通水停止時は前記乾式真空ポンプ（７）を停止させると共に中空糸膜モジュール（５）と乾式真空ポンプ（７）との接続通路の中途部から分岐された枝管（３５）に設けた開閉弁（１０）を閉鎖状態に保持しておき、
   中空糸膜モジュール（５）へ通水開始する時点で前記乾式真空ポンプ（７）を起動させると共に上記開閉弁（１０）を解放させて中空糸膜モジュール（５）と乾式真空ポンプ（７）との接続通路に前記枝管（３５）を介して空気を吸い込ませ、
   この開閉弁（１０）の解放時には中空糸モジュール（５）と真空ポンプ（７）との接続通路途中に設けたドレン部（８）の排水弁（９）をも開弁させ、
   乾式真空ポンプ（７）が起動した後に上記開閉弁（１０）及び排水弁（９）を閉鎖させて脱気水を製造する
   ことを特徴とする脱気水製造方法。

Images