JP6850000B2 - ルーツブロワの防食方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ルーツブロワの防食方法に関する。
ルーツブロワは、吸込部および吐出部を有するケーシングと、ケーシング内に互いに噛合するように収容された一対のロータとを備えており、一対のロータの回転によって蒸気等の気体が吸込部からケーシング内に導入され、吐出部から吐出される。ロータは、高速で回転駆動されることにより熱膨張することから、ケーシングと各ロータとの間には若干の隙間が形成されるが、この隙間を大きくすると作動効率が低下する。
そこで、ロータの熱膨張を抑制するため、ルーツブロワの吸入側でミスト状の冷却水を噴霧し、この冷却水を気体と共にケーシングの内部に導入する構成が、従来から検討されている（例えば、特許文献１）。また、特許文献２には、蒸発缶からの水蒸気を圧縮する圧縮機を備える自己蒸気圧縮式蒸発装置において、圧縮機の吸込側の部位に、熱交換器における凝縮水の一部を水蒸気に注入する注水部を設ける構成が開示されており、注入部からの注水によって、圧縮機に導入される水蒸気を飽和状態に近づけることが記載されている。
上記特許文献１等に開示された従来のルーツブロワは、ロータの熱膨張を抑制することができる一方、鋳鉄等の安価な鉄系金属材料から形成した場合には、酸を含む蒸気の導入によって腐食が生じ易いため、効率の維持が困難であった。また、特許文献２の構成は、水蒸気を飽和状態に近づけることにより熱交換器の小型化を図ることができる一方、圧縮機をルーツブロワとした場合には、上述したケーシングと各ロータとの隙間による効率低下を確実に防止する点で、更に改良の余地があった。
そこで、本発明は、ルーツブロワの効率を良好に維持しつつ、ルーツブロワ内の腐食を容易に抑制することができるルーツブロワの防食方法の提供を目的とする。
本発明の前記目的は、吸込部および吐出部を有するケーシングに一対のロータが収容され、前記ケーシングおよび各ロータが鉄系金属材料からなるルーツブロワの防食方法であって、アルカリ性の減温水を前記ケーシングの内部に供給する減温水供給手段を設けて、一対の前記ロータの回転により酸を含む蒸気を前記吸込部から前記ケーシング内に導入する際に、前記減温水供給手段からアルカリ性の減温水を供給することにより、前記ケーシング内における腐食を防止すると共に、前記ケーシングと前記各ロータとの隙間に液膜シールを形成するルーツブロワの防食方法により達成される。
あるいは、本発明の前記目的は、吸込部および吐出部を有するケーシングに一対のロータが収容され、前記ケーシングおよび各ロータが鉄系金属材料からなるルーツブロワの防食方法であって、減温水を前記ケーシングの内部に供給する減温水供給手段と、前記ケーシングに導入される蒸気にアルカリ液を接触させる気液接触手段とを設けて、一対の前記ロータの回転により酸を含む蒸気を前記吸込部から前記ケーシング内に導入する際に、前記気液接触手段においてアルカリ液を供給すると共に、前記減温水供給手段から減温水を供給することにより、前記ケーシング内における腐食を防止すると共に、前記ケーシングと前記各ロータとの隙間に液膜シールを形成するルーツブロワの防食方法により達成される。
これらのルーツブロワの防食方法において、前記ケーシングに導入される蒸気は、酸を含む原液を蒸発器内で蒸発させることにより生成された蒸気であることが好ましい。
また、前記減温水供給手段は、前記ルーツブロワにより圧縮された蒸気の凝縮水を送出する凝縮水ポンプと、前記凝縮水ポンプから送出された凝縮水にアルカリ液を注入するアルカリ液注入手段とを備えることが好ましい。前記凝縮水ポンプは、送出した凝縮水を吸込側に戻すミニマムフローラインを備えることが好ましく、前記ミニマムフローラインを通過する凝縮水のミニマムフローを利用して凝縮水を攪拌することが好ましい。
本発明によれば、ルーツブロワの効率を良好に維持しつつ、ルーツブロワ内の腐食を容易に抑制することができるルーツブロワの防食方法を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るルーツブロワの防食方法を説明するための蒸発濃縮装置の概略構成図である。蒸発濃縮装置１は、供給された原液Ｓを蒸発させて蒸気を生成する蒸発器２と、蒸発器２で生成された蒸気を断熱圧縮するルーツブロワ３と、ルーツブロワ３により高温になった蒸気が熱源として導入される加熱器４と、減温水をルーツブロワ３の内部に供給する減温水供給装置１０とを備えている。
蒸発器２は、原液Ｓを貯留可能なフラッシュ缶２ａを備えるフラッシュ型蒸発器であり、循環ポンプ５の作動によりフラッシュ缶２ａから汲み出された原液Ｓが、加熱器４に向けて送出される。
加熱器４は、蒸発器２から供給された原液Ｓが導入される複数の伝熱管４ａをケーシング４ｂの内部に備えており、伝熱管４ａの内部を通過する原液Ｓが、ルーツブロワ３からケーシング４ｂ内に供給される蒸気により加熱される。加熱された原液Ｓは蒸発器２に供給され、ノズル２ｂからフラッシュ缶２ａの内部に散布される。フラッシュ缶２ａで生成された蒸気は、排出ライン２ｃを介してルーツブロワ３に導入される。
加熱器４には、ケーシング４ｂおよびフラッシュ缶２ａの内部を大気圧以下に減圧する真空ポンプ６が接続されている。ケーシング４ｂの下部には、蒸気が原液Ｓとの熱交換により凝縮された凝縮水が貯留される貯留部４ｃが形成されている。
減温水供給装置１０は、加熱器４の貯留部４ｃに貯留された凝縮水を送出する凝縮水ポンプ７と、凝縮水ポンプ７の吐出ライン７ａから分岐する分岐ライン７ｂに接続されたアルカリ液タンク８とを備えている。凝縮水ポンプ７は、送出した凝縮水を吸込側である貯留部４ｃに戻すミニマムフローライン（凝縮水戻りライン）７ｃを備えており、吐出ライン７ｂの遮断弁７ｄが閉じられた状態でも、凝縮水ポンプ７に負荷をかけずに凝縮水ポンプ７を連続運転することができる。
分岐ライン７ｂは、本実施形態においては、凝縮水ポンプ７の吐出ライン７ａにおけるミニマムフローライン７ｃの分岐部７ｅよりも上流側に接続されているが、遮断弁７ｄと分岐部７ｅとの間に分岐ライン７ｂを接続してもよい。また、分岐ライン７ｂを、ミニマムフローライン７ｃから分岐するように接続してもよい。分岐ライン７ｂの先端側は、排出ライン２ｃに接続されている。
アルカリ液タンク８は、アルカリ液が貯留されており、分岐ライン７ｂを流れる凝縮水にアルカリ液を注入し、アルカリ性の減温水を生成するアルカリ液注入手段として機能する。アルカリ液タンク８に貯留されるアルカリ液は、本実施形態では５％水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）としているが、濃度は特に限定されず、水酸化カリウム（ＫＯＨ）などの他のアルカリ性溶液を使用してもよい。
減温水供給装置１０によってルーツブロワ３にアルカリ性の減温水が導入されることにより、加熱器４の貯留部４ｃに貯留される凝縮水は、アルカリ性となる。この凝縮水のｐＨ値は、良好な防食効果が得られるように、８以上であることが好ましく、１０以上であることがより好ましい。凝縮水のｐＨ値は、例えば、貯留部４ｃに設けられたｐＨセンサを監視しながらアルカリ液タンク８からのアルカリ液の注入量を調整することで、所望の範囲に制御することができる。凝縮水のｐＨ値の監視は、貯留部４ｃ以外で行ってもよく、例えば、分岐ライン７ｂにおけるアルカリ液タンク８からのアルカリ液注入部よりも下流側にｐＨセンサを設けてもよい。
図２は、図１に示す蒸発濃縮装置１が備えるルーツブロワ３の概略断面図である。図１および図２に示すように、ルーツブロワ３は、吸込部３ａおよび吐出部３ｂを有するケーシング３ｃに、一対のロータ３ｄ，３ｄが収容されて構成されており、一対のロータ３ｄ，３ｄを矢示のように互いに逆方向に同期回転することにより、吸込部３ａからケーシング３ｃ内に蒸気が吸引されて、吐出部３ｂから吐出される。一対のロータ３ｄ，３ｄは、非接触で互いに噛み合うように配置されており、各ロータ３ｄとケーシング３ｃの内面との間に若干の隙間Ａが形成されている。ロータ３ｄの形状は特に限定されるものではなく、三葉型以外に、二葉型等であってもよい。
ケーシング３ｃおよびロータ３ｄの材質は、例えば、製造容易で安価な鋳鉄を使用することができるが、鉄系金属材料であれば特に限定されない。鉄系金属材料としては、炭素鋼やステンレス鋼などの鋼材や、ニレジスト、純鉄、酸化鉄等を例示することができる。また、鉄系金属材料の表面に、電気めっきや溶射などにより他の金属材料からなる被膜を形成したものであってもよい。被膜は、金属材料以外に、セラミックコーティングや樹脂コーティング等であってもよく、微細孔等を介して水蒸気透過が生じ得るコーティングの場合に、本発明の防食方法を適用することができる。
図２に示すように、分岐ライン７ｂの先端には散布ノズル７ｆが設けられており、この散布ノズル７ｆが排出ライン２ｃの内部に配置されることにより、散布ノズル７ｆからルーツブロワ３に向けてアルカリ性の減温水が噴射される。
次に、上記の構成を備える蒸発濃縮装置１におけるルーツブロワ３の防食方法を説明する。蒸発器２に供給する原液Ｓとして、硫酸、塩酸、酢酸、硝酸、フッ酸、ホウ酸等の酸を含む廃液や薬液等の液体を使用し、蒸発濃縮装置１を作動させると、蒸発器２で原液Ｓの蒸気が生成される。この蒸気は、一対のロータ３ｄ，３ｄの回転により、排出ライン２ｃからルーツブロワ３のケーシング３ｃ内に導入される。この際に、減温水供給装置１０からルーツブロワ３のケーシング３ｃ内にアルカリ性の減温水を供給する。
ルーツブロワ３は、ケーシング３ｃおよび一対のロータ３ｄ，３ｄが鉄系金属材料からなるため、ケーシング３ｃの内面や一対のロータ３ｄ，３ｄの表面に接触した水酸化ナトリウム等のアルカリ性溶液が、高温環境において、酸の存在下で鉄（Ｆｅ）と反応する。これにより、ケーシング３ｃの内面および一対のロータ３ｄ，３ｄの表面に、四三酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）からなる緻密な黒錆層の皮膜が形成されるため、ルーツブロワ３に防食処理を施すことができる。
ルーツブロワ３の内部では、蒸発器２で生成された蒸気が断熱圧縮されることにより過熱蒸気が生成されるが、この過熱蒸気は、ルーツブロワ３への減温水の注入によって飽和蒸気となる。本実施形態においては、減温水の注入流量が、飽和蒸気を生成するための注入流量よりも多くなるように設定しており、これによって、ケーシング３ｃ内の飽和蒸気に液状の減温水が混入した状態になるため、ケーシング３ｃとロータ３ｄとの隙間Ａの全体に液状の減温水が行き渡り、液膜シールが形成される。こうして、隙間Ａに起因するルーツブロワ３の効率低下を抑制して、良好な性能を得ることができる。減温水の注入流量は、液膜シールを確実に形成できるように、例えば、飽和蒸気を生成するための注入流量の２倍以上が好ましく、４倍以上がより好ましい。
一例として、隙間Ａの大きさが２００〜３００μｍの場合、蒸気の圧縮効率として７０％程度が得られるが、高負荷での運転によるロータ３ｄの熱膨張を考慮して隙間を３００〜４００μｍにすると、効率が３０〜４０％に低下する。本実施形態においては、各隙間Ａに液膜シールが形成されるため、隙間Ａを大きくしても作動効率の低下を抑制することができる。なお、隙間Ａに液膜シールが形成されたか否かは、ルーツブロワ３の効率を実際に測定することにより把握することができる。
隙間Ａに液膜シールが形成されると、ロータ３ｄの回転によって液膜シール内にキャビテーションが発生し、ロータ３ｄが摩耗するおそれがあるが、本実施形態においては、上記のようにロータ３ｄの表面に黒錆層が形成されるため、ロータ３ｄの摩耗を抑制して安定した運転を行うことができる。
また、本実施形態のように、減温水供給装置１０が、ルーツブロワ３により圧縮された蒸気の凝縮水を送出する凝縮水ポンプ７と、凝縮水ポンプ７から送出された凝縮水にアルカリ液を注入してアルカリ性の減温水を生成するアルカリ液タンク８とを備えることにより、凝縮水自体がアルカリ性になるため、アルカリ液タンク８から注入するアルカリ液の消費量を低減することができる。但し、減温水供給装置１０の構成は、本実施形態に限定されるものではなく、例えば、凝縮水を使用せずに、アルカリ液のみを減温水としてルーツブロワ３のケーシング３ｃ内に導入する構成であってもよい。
また、凝縮水ポンプ７が、送出した凝縮水を貯留部４ｃに戻すミニマムフローライン７ｃを備えることにより、凝縮水ポンプ７の吸込側において凝縮水を撹拌することができるため、ｐＨ値が安定した凝縮水を分岐ライン７ｂに送出することができると共に、貯留部４ｃにおける凝縮水のｐＨ値の測定を精度良く行うことができる。
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態に限定されない。例えば、本実施形態における蒸発濃縮装置は、加熱器が蒸発器から分離されたフラッシュ型としているが、加熱器が蒸発器に一体化された水平管型であってもよく、あるいは、蒸発器、加熱器および凝縮器がそれぞれ分離された蒸発濃縮装置であってもよい。本実施形態のルーツブロワの防食方法は、各種の構成を備える蒸発濃縮装置において、蒸発器で生成された蒸気を圧縮するヒートポンプとして機能するルーツブロワに好ましく適用することができるが、蒸発濃縮装置以外の用途に使用されるルーツブロワに本発明を適用してもよい。
本実施形態の蒸発濃縮装置１は、アルカリ液タンク８からアルカリ液を減温水に注入することにより、減温水供給装置１０がルーツブロワ３のケーシング３ｃ内にアルカリ性の減温水を供給するように構成しているが、減温水は必ずしもアルカリ性である必要はない。例えば、図３に示す蒸発濃縮装置１’のように、排出ライン２ｃに気液接触手段としてのスクラバー２０を介在させて、排出ライン２ｃを通過する蒸気に対してスクラバー２０によりアルカリ液を接触させることで、減温水にアルカリ液を注入しない構成にしてもよい。
スクラバー２０は、水洗塔２０ａと、水洗塔２０ａに貯留されたアルカリ液を汲み出すアルカリ液ポンプ２０ｂと、汲み出されたアルカリ液を水洗塔２０ａの上部から散布して蒸気と接触させるノズル２０ｃとを備えている。水洗塔２０ａに貯留されるアルカリ液は、図１のアルカリ液タンク８に貯留されるアルカリ液と同様であり、外部のタンク（図示せず）等から適宜補充することができる。
図３に示す蒸発濃縮装置１’によれば、排出ライン２ｃを通過する酸を含む蒸気を、ルーツブロワ３の吸込部３ａからケーシング３ｃ内に導入する際に、スクラバー２０からアルカリ液を供給することにより、ケーシング３ｃの内部をアルカリ雰囲気にすることができる。これにより、図１に示す蒸発濃縮装置１と同様に、ケーシング３ｃの内面および一対のロータ３ｄ，３ｄの表面に黒錆層の皮膜を形成して、ルーツブロワ３を防食処理することができる。また、図１に示す蒸発濃縮装置１と同様に、減温水供給装置１０から十分な量の減温水を供給することにより、ケーシング３ｃとロータ３ｄとの隙間に液膜シールを形成して、ルーツブロワ３の良好な性能を得ることができる。図３に示す蒸発濃縮装置１’は、スクラバー２０において蒸気とアルカリ液との接触効率を高めることができるので、排出ライン２ｃを通過する蒸気の酸濃度が高い場合に特に効果的である。
また、図３に示す蒸発濃縮装置１’に、図１のアルカリ液タンク８を更に設けることで、図４に示す蒸発濃縮装置１’’を構成してもよい。この蒸発濃縮装置１’’は、蒸気と減温水の双方にアルカリ液を供給することができるので、酸濃度が高い蒸気であっても、ルーツブロワ３の防食を確実に行うことができる。図３および図４において、図１と同様の構成部分には同一の符号を付している。
１ 蒸発濃縮装置
２ 蒸発器
３ ルーツブロワ
３ａ 吸込部
３ｂ 吐出部
３ｃ ケーシング
３ｄ ロータ
４ 加熱器
７ 凝縮水ポンプ
７ｃ ミニマムフローライン
８ アルカリ液タンク
１０ 減温水供給装置
２０ スクラバー（気液接触手段）
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Claims (5)
- 吸込部および吐出部を有するケーシングに一対のロータが収容され、前記ケーシングおよび各ロータが鉄系金属材料からなるルーツブロワの防食方法であって、
アルカリ性の減温水を前記ケーシングの内部に供給する減温水供給手段を設けて、一対の前記ロータの回転により酸を含む蒸気を前記吸込部から前記ケーシング内に導入する際に、前記減温水供給手段からアルカリ性の減温水を供給することにより、前記ケーシング内における腐食を防止すると共に、前記ケーシングと前記各ロータとの隙間に液膜シールを形成するルーツブロワの防食方法。 - 吸込部および吐出部を有するケーシングに一対のロータが収容され、前記ケーシングおよび各ロータが鉄系金属材料からなるルーツブロワの防食方法であって、
減温水を前記ケーシングの内部に供給する減温水供給手段と、前記ケーシングに導入される蒸気にアルカリ液を接触させる気液接触手段とを設けて、一対の前記ロータの回転により酸を含む蒸気を前記吸込部から前記ケーシング内に導入する際に、前記気液接触手段においてアルカリ液を供給すると共に、前記減温水供給手段から減温水を供給することにより、前記ケーシング内における腐食を防止すると共に、前記ケーシングと前記各ロータとの隙間に液膜シールを形成するルーツブロワの防食方法。 - 前記ケーシングに導入される蒸気は、酸を含む原液を蒸発器内で蒸発させることにより生成された蒸気である請求項１または２に記載のルーツブロワの防食方法。
- 前記減温水供給手段は、前記ルーツブロワにより圧縮された蒸気の凝縮水を送出する凝縮水ポンプと、前記凝縮水ポンプから送出された凝縮水にアルカリ液を注入するアルカリ液注入手段とを備える請求項１から３のいずれかに記載のルーツブロワの防食方法。
- 前記凝縮水ポンプは、送出した凝縮水を吸込側に戻すミニマムフローラインを備えており、前記ミニマムフローラインを通過する凝縮水のミニマムフローを利用して凝縮水を攪拌する請求項４に記載のルーツブロワの防食方法。
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