JP7300409B2 - 水位検知システム及び排ガス処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、水位検知システム及びこれを備える排ガス処理装置に関する。

排ガス処理装置は、多くの場合、真空ポンプ装置の後段に設けられる。真空ポンプ装置は、半導体またはＬＥＤ等の製造設備の一つとして広く使用されている。これらの製造プロセス等においては、真空ポンプを真空チャンバに接続して、真空チャンバ内に導入された処理ガスを真空ポンプによって真空引きする。真空ポンプによって真空引きする気体には、シランガス（ＳｉＨ_４）、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）、アンモニア（ＮＨ_３）などの可燃性ガス、またはＮＦ_３、ＣｌＦ_３、ＣｌＦ_３等のハロゲン系ガスが含まれる場合があり、そのまま大気中に放出できない。その為に従来、真空ポンプ装置の後段に、真空引きしたガスを無害化処理する排ガス処理装置を設けている。

例えば特許文献１に記載される排ガス処理装置のような、ユーティリティとして水を用いる産業用機械において、装置に供給される新水の量を低減する為、タンク及びポンプを介して装置内を循環する循環水が用いられる場合がある。循環水は、洗浄水または冷却水等として装置内で使用された後、一旦、タンクに回収される。回収された水は、ポンプを用いて再度装置内の各部へ供給され再使用される。

排ガス処理装置は、循環水が回収されるタンク内の水位を監視する水位検知システムを備えることができる。水位検知システムは、タンク内の水位を検知するようにタンク内に配置される水位センサを含むことができる。タンク内の水位を検知することによって、装置内で生じる漏水及び循環水の枯渇を未然に防止することが可能である。

また、タンク内の水位の検知結果を、装置の稼働および搭載機器類に異常がないかを判断する一つの指標とすることができる。外見上において判断しかねる弁や流量計の故障及び不具合についても、タンク内の水位を確認することで早急に検知することが可能になる。従って、水位センサを正常に稼働させることにより重大な事故及び故障を未然に防止することができる。

水位センサは、可動部の有無及び水位検知する液体との接触の有無によって分類することができる。

可動部を有し液体と接触する水位センサの例として、フロート（換言すれば、浮子）を用いるフロート式水位センサを挙げることができる。フロート式水位センサでは、タンク内の水の浮力が利用される。図３は、フロート式水位センサの一例としてのフロートガイドパイプ式水位センサ１００（以下、水位センサ１００）を示す外観図である。図４は、水位センサ１００の作動原理を説明する図である。水位センサ１００は、筒状のステム１０２と、ステム１０２の長さ方向に摺動可能にステム１０２の外周に嵌合される複数（図示の例では２つ）のフロート１０４ａ、１０４ｂとを備える。ストッパ１０６ａ、１０６ｂが、ステム１０２上の所定の位置に固定される。ストッパ１０６ａ、１０６ｂの位置は、検出されるべき水面の高さに応じて調整される。具体的には、検出されるべき第１の水位（図３ではＬ１）が上部ストッパ１０６ａの間に設定され、検出されるべき第２の水位（図３ではＬ２）が下部ストッパ１０６ｂの間に設定されるように、ストッパ１０６ａ、１０６ｂの位置が調整される。フロート１０４ａ、１０４ｂは、それぞれ、隣接するストッパ１０６ａ、１０６ｂの間で上下動可能であるように配置される。

１０８は、水位センサ１００を設置するための取り付け用のフランジである。フランジ１０８は、ステム１０２の外周面に設けられ、タンク２００の上壁部等に固定される。これにより、水位センサ１００をタンク２００に取り付けることができる。図４に示すように、ステム１０２は、長さ方向に延びる空洞部（符号省略）を有し、空洞部内で、検出されるべき水面の高さ（すなわち、第１の水位Ｌ１及び第２の水位Ｌ２）に対応する位置に一対のリードスイッチ１１０ａ、１１０ｂが配置される。各フロート１０４ａ、１０４ｂには、磁石１１２ａ、１１２ｂが内蔵されている。図４には、第１および第２の水位Ｌ１、Ｌ２に対応するフロート１０４ａ、１０４ｂとリードスイッチ１１０ａ、１１０ｂとの組み合わせが示されている。ステム１０２内の電線１１４は、ステム１０２の上端部から、端子ボックス１１６に導入される。端子ボックス１１６は、フランジ１０８の上部に設置され、図示せぬ制御装置等に電気的に接続される。

水位センサ１００では、水面に浮かぶフロート１０４ａ、１０４ｂがステム１０２に沿って上下動する。フロート１０４ａ、１０４ｂ内部の磁石１１２によって、ステム１０２内部のリードスイッチ１１０ａ、１１０ｂが開閉される。これにより、水位を検知することができる。

また、図３の例では、フランジ１０８の下面に防波管１１８が固定されている。防波管１１８は、タンク２００の底面に向けて開口する下部開口１１８ａと、上部開口１１８ｂと、上部側面開口１１８ｃとを有する。防波管１１８は、水位センサ１００のフロート１０４ａ、１０４ｂを取り囲むように配置され、水位センサ１００と共に、水位検知システム１２０を構成する。タンク２００内の水は、下部開口１１８ａから防波管１１８内に流入する。タンク２００内で、防波管１１８の内側の水面と防波管１１８の外側の水面は、互いに同一の高さにある。防波管１１８によって、タンク２００内の水位を、水面の状況に影響されずに検知することができる。

水位検知する液体が強酸水溶液の場合、水位センサが液体と接触する部材には耐食性が必要とされる。フロート式水位センサの長所として、材質に耐食性を有した樹脂を選定可能であり、低コストで耐食性能を実現可能であることが挙げられる。その為、フロート式水位センサの耐食性能とコストは理想的といえる。短所として、循環水タンク水中に発生する生成物によってフロートが影響され誤動作を起こし易いことが挙げられる。特に、タンク内の水に粉体及び泡状の生成物が含まれる環境下では、頻繁にメンテナンスを行うことが必要とされる。使用環境が制限される点がフロート式水位センサの短所といえる。

特に排ガス処理装置内は、酸性ガスの処理により強酸水溶液を取り扱う。また、ガス酸化分解によってシリカ（ＳｉＯ_２）等の粉体が装置内循環水に大量に混入するハイドロゾルを取り扱うこととなる。さらにジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６）等のガスが水と反応した生成物の中には完全な反応が終わっていない、不安定な状態の反応物が生成される場合がある。具体的には水素を発生する反応性の高いシロキサン混合物として泡状の生成物となり、タンク内の水面に浮遊する場合がある。この場合、下記要因よりフロート式水位センサが正常に動作しない可能性が高い。

図５に示すように、上記のフロート式水位センサ１００を用いる従来の水位検知システムでは、タンク２００内の粉体物２０２及び泡状生成物２０４が、防波管１１８の下部開口１１８ａを通して防波管１１８の内部に侵入する。粉体物２０２は、水中を浮遊し、フロート式水位センサ１００のフロート１０４ａ、１０４ｂとステム１０２との間に固着することでフロート１０４ａ、１０４ｂが動作しなくなり誤検知が生じる原因となる。これは、水位検知システムの正常な動作を阻害する。また、水面上を浮遊する泡状生成物２０４はフロート１０４ａ、１０４ｂを実水位と異なる高さまで上昇させ、フロート１０４ａ、１０４ｂの上下動に影響し、その結果、正常な水位を測定できず誤検知の要因となり得
る。

一方、可動部を有さず、液体と接触する水位センサの例として、電極式の水位センサを挙げることができる。長所としてはフロート式センサと比較するとメンテナンスの頻度が少ないことが挙げられる。短所としては水位検知する液体が強酸水溶液等の腐食性の液体には本体材質に耐食性をもつ金属を選定する必要があり、コストが高い点が挙げられる。

また、可動部を有さず、水位検知する液体と接触しない水位センサの例として、静電容量式、超音波式及びレーザ式の水位センサを挙げることができる。これらの水位センサの長所は、非接触である為、水位検知する液体の性質に影響されないことが挙げられる。また、フロート式水位センサのように粉体生成物による固着を起因とする問題も起きにくい。短所としてコストが高い点と泡状の生成物が循環水タンク側面に付着した場合に誤検知を起こす可能性がある。

特開２０１５－３７９号公報

本発明の一実施形態は、低コストの水位センサを用いて、使用環境の制約を受けることなく且つメンテナンスフリーの水位検知システムを提供することを課題とする。

本発明の一実施形態によれば、排ガス処理装置内を循環する循環水を収容可能な槽と、給排水機構であって、槽内の水位が第１の水位に達したときに、排ガス処理装置への新水の供給を停止すること、および、排ガス処理装置からの循環水の排出を開始することのうち少なくとも一方を行うように構成され、槽内の水位が第１の水位より低い第２の水位に達したときに、排ガス処理装置への新水の供給を開始すること、および、排ガス処理装置からの循環水の排出を停止することのうち少なくとも一方を行うように構成される給排水機構と、を備える排ガス処理装置に使用される水位検知システムが提供される。水位検知システムは、槽内に配置される、第１の水位及び第２の水位を検知可能なフロート式水位センサと、フロート式水位センサの周りに配置され、槽の底面に向けて開口する下部開口と、上部開口と、上部側面開口と、を有する筒状体と、筒状体の上部開口を通して筒状体の内部に水を供給するように構成される給水装置と、を備える。

本発明の一実施形態による水位検知システムを備える排ガス処理装置の例を示す模式図である。 本発明の一実施形態による水位検知システムの模式図である。 フロート式水位センサの一例を示す外観図である。 フロート式水位センサの作動原理を説明する図である。 従来の水位検知システムを説明する図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明はあくまでも一例を示すものであって、本願発明の技術的範囲を以下の実施形態に限定する趣旨ではない。また、図面では、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。尚、以下の説明において、「上」、「下」等の方向を示す用語は、図１等に示す循環水タンクの設置状態における方向を意味する。

図１は、本発明の一実施形態による水位検知システムを備えた産業用機械の一例としての排ガス処理装置１を示す模式図である。図１において、排ガス処理装置１は燃焼式排ガス処理装置を例示している。図１に示すように、排ガス処理装置１は、排ガスを燃焼して酸化分解する燃焼式の加熱処理部１０と、この加熱処理部１０の後段に配置された排ガス洗浄部３０とを備えている。加熱処理部１０は、排ガスを燃焼する燃焼室１２と、燃焼室１２に旋回する火炎を形成するバーナ１１とを有している。燃焼室１２は燃焼部接続管１３によって下方に延びている。排ガスは、バイパス弁（三方弁）１５を通じて加熱処理部１０に供給される。排ガス処理装置に不具合がある場合には、このバイパス弁１５が操作され、排ガスが排ガス処理装置に導入されずに、図示しないバイパス管に送られるようになっている。

燃料と酸素とは予め予混合器１６で混合されて混合燃料が形成され、この混合燃料がバーナ１１に供給されるようになっている。また、排ガスを燃焼（酸化）させるための酸素源となる空気がバーナ１１に供給される。バーナ１１は混合燃料を燃やして燃焼室１２に旋回炎を形成し、この旋回炎により排ガスを燃焼させる。燃焼室１２の上部には水Ｗ１が供給されている。この水Ｗ１は燃焼室１２の内面に沿って流下し、燃焼室１２の内面に水膜を形成する。この水膜により、旋回炎の熱から燃焼室１２が保護される。また、バーナ１１と燃焼室１２との間には、バーナ１１を冷却するための冷却水Ｗ２が流れる図示しない冷却水路が設けられている。

バーナ１１を通って燃焼室１２に導入された排ガスは、旋回炎により燃焼される。これにより、排ガスに含まれるシランやジシランなど可燃性ガスが酸化分解される。このとき、可燃性ガスの燃焼に伴い、粉体生成物としてシリカ（ＳｉＯ_２）が生成される。このシリカは微小な粉塵として排ガス中に存在する。

このような粉体生成物の一部は、バーナ１１や燃焼室１２の内面に堆積する。そこで、加熱処理部１０は、図示しないスクレーパを定期的に操作して、バーナ１１や燃焼室１２の内面に堆積した粉体生成物を掻き落とすように構成されている。燃焼室１２の下方には循環水タンク（換言すれば、槽）２０が配置されている。循環水タンク２０の内部には堰２１が設けられており、この堰２１によって上流側の第１の槽２０Ａと下流側の第２の槽２０Ｂとに区画されている。スクレーパにより掻き落とされた粉体生成物は、燃焼部接続管１３を介して循環水タンク２０の第１の槽２０Ａ内に落下し、第１の槽２０Ａの底部に堆積する。また、燃焼室１２の内面を流下した水膜は第１の槽２０Ａに流入する。第１の槽２０Ａの水は、堰２１をオーバーフローして第２の槽２０Ｂに流れ込むようになっている。

燃焼室１２は冷却部２５を介して排ガス洗浄部３０と連通している。この冷却部２５は、燃焼部接続管１３に向かって延びる配管２６と、この配管２６内に配置されたスプレーノズル２７とを有している。スプレーノズル２７は、配管２６を流れる排ガスに対向するように水を噴射する。したがって、加熱処理部１０により処理された排ガスは、スプレーノズル２７から噴射される水によって冷却される。噴射された水は、配管２６を通って循環水タンク２０に回収されるようになっている。

冷却された排ガスは、次に排ガス洗浄部３０に導入される。この排ガス洗浄部３０は、水により排ガスを洗浄し、排ガスに含まれる微小な粉塵を除去する装置である。この粉塵は、主として、加熱処理部１０での酸化分解（燃焼処理）により生成された、シリカ等の粉体生成物である。

排ガス洗浄部３０は、ガス流路３２を形成する壁部材３１と、ガス流路３２内に配置さ
れる第１のミストノズル３３Ａ、第１の水膜ノズル３３Ｂ、第２のミストノズル３４Ａ、および第２の水膜ノズル３４Ｂとを備えている。これらミストノズル３３Ａ，３４Ａ及び水膜ノズル３３Ｂ，３４Ｂは、ガス流路３２の中心部に位置し、略直線状に配列されている。

第１のミストノズル３３Ａの上流側には、排ガスの流れを整流する整流部材４０が配置されている。この整流部材４０は、排ガスの圧力損失を生じさせて、ガス流路３２中の排ガスの流れを均一にする。整流部材４０の上流側には、ミストノズル４１が配置されている。ミストノズル３３Ａ，３４Ａ，４１および水膜ノズル３３Ｂ，３４Ｂは、壁部材３１に取り付けられている。

図１に示すように、排ガスは、排ガス洗浄部３０の下部に設けられた配管２６から排ガス洗浄部３０の内部に導入される。排ガスは、排ガス洗浄部３０内を下から上に流れる。より詳しくは、配管２６から導入された排ガスは、まず、排ガス洗浄部３０のミストノズル４１に向かう。そして、排ガスは、ミストノズル４１により形成されたミストを通過し、整流部材４０により整流される。整流部材４０を通過した排ガスは均一な流れを形成し、ガス流路３２を低速で上昇する。ガス流路３２には、ミスト、水膜、ミスト、及び水膜がこの順に形成されている。

排ガスに含まれている直径１μｍ未満の微小な粉塵は、拡散作用（ブラウン運動）により、ミストを構成する水粒に容易に付着し、これによりミストに捕捉される。直径１μｍ以上の粉塵も、その多くは同様に水粒に捕捉される。粉塵を含む水粒は、下流側の水膜に慣性衝突により容易にぶつかり、水粒とともに粉塵は排ガスから除去される。ミスト捕捉されなかった比較的径の大きい粉塵も、同様にして水膜に捕捉され、除去される。このようにして水により洗浄された排ガスは、壁部材３１の上端部から排出される。

図１に示すように、排ガス洗浄部３０の下方には、上述した循環水タンク２０が位置している。ミストノズル３３Ａ，３４Ａ，４１および水膜ノズル３３Ｂ，３４Ｂから供給された水は、循環水タンク２０の第２の槽２０Ｂに回収される。第２の槽２０Ｂに貯留された水は、循環水ポンプＰによりミストノズル３３Ａ，３４Ａ，４１および水膜ノズル３３Ｂ，３４Ｂに供給される。同時に、循環水は、水Ｗ１として加熱処理部１０の燃焼室１２の上部に送られ、上述したように、燃焼室１２の内面に水膜を形成する。また、循環水ポンプＰによって移送される水の一部は、給水管２を介して循環水タンク２０の第１の槽２０Ａ内に設置された複数のエダクター３に供給されるようになっている。給水管２には開閉弁Ｖ１が設置されており、開閉弁Ｖ１を開くことにより、エダクター３に給水できるようになっている。エダクター３から噴射される噴射水によって、第１の槽２０Ａ内の水を撹拌し、第１の槽２０Ａの底部に滞留している粉体を浮遊させて循環水タンク２０から排出し易くすることができる。

ミストノズル３３Ａ，３４Ａおよび水膜ノズル３３Ｂ，３４Ｂに供給される水は、循環水タンク２０に回収された水であり、粉塵（粉体生成物など）を含んでいる。したがって、ガス流路３２を洗浄するために、シャワーノズル５０から市水がガス流路３２に供給されるようになっている。シャワーノズル５０に市水を供給する給水配管５には、給水電磁弁Ｖ４を設けることができる。シャワーノズル５０の上方には、ミストトラップ５１が設けられている。このミストトラップ５１は、その内部に複数の邪魔板を有しており、ミストを捕捉することができる。このようにして、処理されて無害化された排ガスは、排気ダクトを介して最終的に大気に放出される。

循環水タンク２０の第２の槽２０Ｂには、水位センサ５０が設けられている。上記したように、第２の槽２０Ｂには、第１の槽２０Ａ内の水が堰２１をオーバーフローして流入
する。また、スプレーノズル２７から配管２６内に噴射された水、ミストノズル３３Ａ，３４Ａ，４１、水膜ノズル３３Ｂ，３４Ｂ及びシャワーノズル５０から排ガス洗浄部３０に供給された水が、第２の槽２０Ｂに回収される。

第２の槽２０Ｂ内の水は、循環水タンク２０の側壁の所定の高さ位置に形成される排水口２０Ｄから、排水経路６に設けられた排水電磁弁Ｖ５を介して排水可能である。循環水タンク２０の底部近傍の側壁には、循環水ポンプＰが設けられた循環経路７に通じる排水口２０Ｅが形成されている。循環経路７から排水経路８が分岐している。第２の槽２０Ｂ内の水は、循環水ポンプＰが起動されると、排水口２０Ｅから、排水経路８に設けられた排水電磁弁Ｖ６を介して排水可能である。

排ガス処理装置１は、水位センサ５０を含む水位検知システムを備える。水位検知システムによって第２の槽２０Ｂ内の水位が監視され、第２の槽２０Ｂ内の水位を所定の範囲内に維持することができる。尚、上記したように、本実施形態の排ガス処理装置１では、循環水タンク２０の内部が堰２１によって上流側の第１の槽２０Ａと下流側の第２の槽２０Ｂとに区画されている。従って、水位検知システムは、第２の槽２０Ｂ内の水位を、循環水タンク２０の水位として監視する。しかし、排ガス処理装置１の具体的構成に応じて、循環水タンク２０の内部は区画されていなくてもよい。

図２は、本発明の一実施形態による、水位センサ５０を含む水位検知システム３００を説明する模式図である。本実施形態では、一例として、水位センサ５０は、図３～図５に参照して説明した構成を有するフロートガイドパイプ式水位センサ５０（以下、水位センサ５０）である。しかし、本発明を適用可能な水位センサは、フロートガイドパイプ式水位センサに限られない。防波管の設置位置等の構造を変更した場合に本発明を適用可能な水位センサの例として、ボールフロート式、または振動式の水位センサを挙げることができる。ここで一例として挙げるフロートガイドパイプ式水位センサは、構造が簡単であり、最も課題に対して効果的である。水位センサ５０は、筒状のステム５２と、ステム５２の長さ方向に摺動可能にステム５２の外周に嵌合される複数（図示の例では３つ）のフロート５４ａ～５４ｃとを備える。フロート５４ａ～５４ｃは、それぞれ、磁石を内蔵する。ストッパ５６ａ～５６ｃを、ステム５２上の所定の位置に固定することができる。ストッパの位置は、検出されるべき水面の高さに応じて調整される。

本実施形態では、第２の槽２０Ｂ内の水位について、第１の水位Ｌ１、第１の水位Ｌ１より低い第２の水位Ｌ２、及び第２の水位Ｌ２より低い第３の水位Ｌ３が、予め決められている。従って、水位センサ５０は、第１の水位Ｌ１を検知するための第１のフロート５４ａと、第２の水位Ｌ２を検知するための第２のフロート５４ｂと、第３の水位Ｌ３を検知するための第３のフロート５４ｃと、を有する三点検出式の水位センサとして構成されている。第１の水位Ｌ１は、上部ストッパ５６ａの間で設定され、第２の水位Ｌ２は、中間ストッパ５６ｂの間で設定され、第３の水位Ｌ３は、下部ストッパ５６ｃの間で設定されている。フロート５４ａ～５４ｃは、それぞれ、隣接するストッパ５６ａ～５６ｃの間で上下動可能である。

本実施形態では、第２の槽２０Ｂ内の水位は、第１の水位Ｌ１と第２の水位Ｌ２との間にあるように制御される。第３の水位Ｌ３は、最低許容水位を示す。第２の槽２０Ｂ内の水位が第３の水位Ｌ３に達した場合、例えば水位センサ５０に電気的に接続された通報装置から異常信号を発生するように設定することができる。しかし、水位センサ５０のフロートの数は特に限られない。例えば、第１の水位Ｌ１を上回る最高許容水位を設定し、水位センサ５０は、最高許容水位を検知する第４のフロートを有していてもよい。また、水位センサ５０は、第１の水位Ｌ１と第２の水位Ｌ２のみを検知する二点検出式の水位センサであってもよい。

図２に示すように、水位センサ５０は、取り付け用のフランジ５８を備えることができる。フランジ５８は、ステム５２の外周面に形成され、循環水タンク２０の上壁部（図２の２０６）等に固定される。これにより、水位センサ５０を循環水タンク２０に取り付けることができる。６２は端子ボックスを示す。端子ボックス６２は、フランジ５８に固定することができる。ステム５２の空洞部内には、検出されるべき水面の高さに対応する位置でリードスイッチが配置される。リードスイッチからの電線を端子ボックス６２に導入することができる。端子ボックス６２は、循環水ポンプＰの制御装置等に電気的に接続される。

本実施形態では、排ガス処理装置１は、第２の槽２０Ｂ内の水位が第１の水位Ｌ１に達したときに、給水電磁弁Ｖ４を閉じて市水の給水を停止するおよび／または排水電磁弁Ｖ５を開いて排水を開始することができ、第２の槽２０Ｂ内の水位が第２の水位Ｌ２に達したときに、給水電磁弁Ｖ４を開いて市水の給水を開始するおよび／または排水電磁弁Ｖ５を閉じて排水を停止することができるように構成されている。これにより、第２の槽２０Ｂ内の水位を第１の水位Ｌ１と第２の水位Ｌ２との間に維持することができる。

水位検知システム３００は、筒状の防波管（換言すれば、筒状体）６０を備える。本実施形態では、フランジ５８の下面に防波管６０を固定することができる。防波管６０は、第２の槽２０Ｂの底面（図２の２０８）に向けて開口する下部開口６０ａと、上部開口６０ｂと、上部側面開口６０ｃとを有する。フランジ５８は、防波管６０の上部端面に固定されている。防波管６０は、水位センサ５０（具体的にはフロート５４ａ～５４ｃ）を取り囲むように水位センサ５０の周りに配置される。第２の槽２０Ｂ内の水が、下部開口６０ａから防波管６０内に流入する。上部側面開口６０ｃにより、第２の槽２０Ｂ内で、防波管６０の内側の水面と防波管６０の外側の水面は、互いに同一の高さにある。防波管６０によって、第２の槽２０Ｂ内の水位を、水面の状況に影響されずに検知することができる。防波管６０は、例えば、樹脂、またはＳＵＳ等の金属を用いて形成することができる。また、図２に示すように、防波管６０は、その全長にわたって実質的に同じ内径を有することができる。

図２に示すように、水位検知システム３００は、防波管６０内に新水を供給する給水装置８０を備える。本実施形態では、水位センサ５０、防波管６０、及び給水装置８０によって、水位検知システム３００が構成される。

図２に示すように、給水装置８０は、給水源８２に接続される給水経路８４と、給水経路８４に接続され、防波管６０の内部に向けて開口する開口部を有する給水口部８６と、を備えている。給水口部８６は、給水経路８４を通って導かれた水を防波管６０の内部に吐出する。本実施形態では、給水装置８０によって供給される水は、新水であることができ、図示されるように市水であってよい。従って、給水源８２は、公共水道の水栓等であってよい。しかし、給水装置８０から給水される水は、上記の粉体２０２及び泡状生成物２０４のように水位センサ５０の動作不良の原因となり得る浮遊物を含まない水であれば、新水でなくてもよい。尚、給水経路８４には、例えば、新水を予め貯留する貯水槽と貯水槽から給水口部へ給水するための加圧ポンプ等が設けられてもよい。

本実施形態では、給水口部８６はフランジ５８に取り付けられたスプレーノズルであり、より具体的には、フルコーンスプレーノズルである。こうして、本実施形態では、新水が、給水口部８６から、防波管６０の上部開口６０ｂを通して防波管６０の内部に供給される。尚、給水口部８６の具体的構成は特に限られない。例えば、給水口部８６は、給水経路８４に連通するようにフランジ５８に形成された単なる孔であってもよく、防波管６０内の水面を比較的安定させた状態で給水することができるものであればよい。また、給
水口部８６は、ホロコーンスプレーノズル等、円形全面噴射以外のスプレーパターンを有するノズルであってもよい。スプレーノズルを用いることにより、ステム５２及びフロート５４ａ～５４ｃを含む防波管６０の内部全体（特に、フロート５４ａ～５４ｃの可動範囲全体）を常時濡らすことが可能である。前述したシロキサン混合物等の泡状生成物は、気液界面に浮遊し固着することがある為、防波管６０の内部を常時濡らすことで界面を更新し続けることが可能である。結果、これにより生成物の固着を防止、さらには洗浄する効果がある。

上記したように、第２の槽２０Ｂ及び防波管６０内の循環水は、排ガス処理装置１内の処理によって発生した粉体物、及び粉体物が水と反応して生成した泡状生成物（以下、異物と称する）を含む。防波管６０内の循環水に新水を供給することにより、防波管６０内の水に対する異物の濃度を低下させることができる。従って、従来の水位検知システムにおける、粉体物及び泡状生成物によるフロート式水位センサの動作不良を防止することができる。

また、本実施形態によれば、給水口部８６からの新水の吐出量は、防波管６０の下部開口６０ａから防波管６０の外側に流出する水の流れ（図２中、下向きの矢印で示される）を発生させるように設定することができる。具体的には、給水口部８６からの新水の吐出量は、防波管６０内の水位下降速度が第２の槽２０Ｂ内の水位上昇速度より大きくなるように設定することができる。ここで、給水口部８６から防波管６０内に吐出される流量をＸ（Ｌ／ｍｉｎ）、排ガス処理装置１内の各部から第２の槽２０Ｂに流入する水の総流量をＹ（Ｌ／ｍｉｎ）、防波管６０の内部空間の上下方向断面積をＳ１、第２の槽２０Ｂの内部空間の上下方向断面積をＳ２（ｍ^２）とすると、防波管６０内の水位下降速度Ｖ１（ｍ／ｓ）と第２の槽２０Ｂ内の水位上昇速度Ｖ２（ｍ／ｓ）は、次のように定義される。

Ｖ１＝Ｘ／Ｓ１ （式１）

Ｖ２＝Ｙ／Ｓ２ （式２）

第２の槽２０Ｂに流入した水が防波管６０内に流入しない条件は、防波管６０内の水位下降速度Ｖ１が第２の槽２０Ｂ内の水位上昇速度Ｖ２より大きくなること、すなわち、Ｖ１＞Ｖ２が満たされることである。式１及び式２から、Ｘ／Ｓ１＞Ｙ／Ｓ２であるから、これを満たすＸの値を決定すればよい。本実施形態では、給水経路に給水弁Ｖ３を設けることができる。給水弁Ｖ３の開度を調整することにより、新水を所望の吐出流量で供給することができる。これにより、防波管６０の下部開口６０ａから防波管６０の外側に流出する水の流れを発生させることができるので、第２の槽２０Ｂに流入した水が防波管６０内に流入することを防止することができる。従って、防波管６０内への粉体物及び泡状生成物の流入を防止することができる。

上記したように、本実施形態では、給水口部８６は、フルコーンスプレーノズルを備えることができる。図２に示すように、新水は、フルコーンスプレーノズル８６から所定の噴射角度θで噴射され、防波管６０内に円形全面噴射のスプレーパターンを形成することができる。これにより、水位センサ５０の表面及び防波管６０の内壁を常時濡らすことで気液界面を更新し続けることが可能で、生成物の固着を防止する。さらに水位センサ５０のフロート５４ａ～５４ｃ等に付着した生成物及び防波管６０の内面に付着した異物をムラなく洗浄することができる。給水口部８６は、例えば、ホロコーンスプレーノズルでもよいがスプレーパターンは円環状で中心に穴が空く為、中心部では水を対象に十分濡らすことができない場合がある、言い換えると界面を更新できずに生成物が固着しやすくなる。本実施形態においては、スプレーパターン範囲全体をムラなく濡らし対象の界面を更新し続けることが可能なフルコーンスプレーノズルを備えることが望ましい。

フルコーンスプレーノズルの噴射角度θは、図２に示すように、噴射された新水が、第１の水位Ｌ１における第１のフロート５４ａ（図２中、一点鎖線で示される）の上面の位置と等しいか、これより高い位置で防波管６０の内面に衝突するように設定することが好ましい。これにより、水位センサ５０及び防波管６０の洗浄範囲を大きくすることができる。

また、本実施形態では、防波管６０の下部開口６０ａにフィルタ部材９０を取り付けることができる。フィルタ部材９０により、防波管６０内への異物の侵入を防止することができる。また、第２の槽２０Ｂの内部は流れが乱流であり、第２の槽２０Ｂから防波管６０に流れ込む線流速は部分的にＶ１を上回らないように制御する必要がある。すなわちフィルタ部材９０の圧力損失により管内流速が均質化され、Ｖ１＞Ｖ２を確実に達成することができる。しかし、他の実施形態によれば、フィルタ部材９０は設けられなくてもよい。

給水装置８０による給水は、排ガス処理装置１の稼動中、常に（換言すれば、連続的に）行うことができる。しかし、給水装置８０による給水時間を制御することもできる。例えば、第２の槽２０Ｂ内の水位が第１の水位Ｌ１に達したときに防波管６０内への新水の供給を停止し、第２の槽２０Ｂ内の水位が第２の水位Ｌ２に達したとき防波管６０内への新水の供給を開始することができる。これは、例えば、給水弁Ｖ３を電動弁として構成し、給水電磁弁Ｖ４に代えて、給水弁Ｖ３を水位センサ５０の端子ボックス６２と電気的に接続することにより可能である。この場合、給水電磁弁Ｖ４を介する新水の供給は、第２の槽２０Ｂ内の水位に関わらず、常に行われてよい。これにより、排ガス処理装置１では、第２の槽２０Ｂ内の水位が第１の水位Ｌ１に達したとき、給水弁Ｖ３を閉じて市水の給水を停止するおよび／または排水電磁弁Ｖ５を開いて排水を開始することができる。排水電磁弁Ｖ５を開くことにより、第２の槽２０Ｂ内の水が、第２の槽２０Ｂの排水口２０Ｄおよび排水電磁弁Ｖ５を介して排出される。このとき、防波管６０内では、第２の槽２０Ｂの底面に向かう下向きの水の流れが発生するので、防波管６０内に異物が侵入することはない。第２の槽２０Ｂ内の水位が第２の水位Ｌ２まで低下すると、給水弁Ｖ３を開いて給水を開始するおよび／または排水電磁弁Ｖ５を閉じて排水を停止することができる。排水電磁弁Ｖ５を閉じることにより、第２の槽２０Ｂの底面に向かう水の流れがなくなる。このとき、給水装置８０によって新水の供給を開始することにより、防波管６０内に下向きの流れを発生させることができる。このように給水時間を制御することにより、使用される新水の量を節約することができる。これは、例えば、給水弁Ｖ３および排水電磁弁Ｖ５を、水位センサ５０の端子ボックス６２と電気的に接続することにより可能である。また、第２の槽２０Ｂからの排水は、循環水ポンプＰの動作により、排水電磁弁Ｖ６を介して行うこともできる。この場合、排水電磁弁Ｖ６を、水位センサ５０の端子ボックス６２と電気的に接続する。排水電磁弁Ｖ５および排水電磁弁Ｖ６は、いずれか一方を省略することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。

本発明は、以下の態様を含む。
１．排ガス処理装置内を循環する循環水を収容可能な槽と、給排水機構であって、槽内の水位が第１の水位に達したときに、排ガス処理装置への新水の供給を停止すること、およ
び、排ガス処理装置からの循環水の排出を開始することのうち少なくとも一方を行うように構成され、槽内の水位が第１の水位より低い第２の水位に達したときに、排ガス処理装置への新水の供給を開始すること、および、排ガス処理装置からの循環水の排出を停止することのうち少なくとも一方を行うように構成される給排水機構と、を備える排ガス処理装置に使用される水位検知システムであって、
槽内に配置される、第１の水位及び第２の水位を検知可能なフロート式水位センサと、
フロート式水位センサの周りに配置され、槽の底面に向けて開口する下部開口と、上部開口と、上部側面開口と、を有する筒状体と、
筒状体の上部開口を通して筒状体の内部に水を供給するように構成される給水装置と、を備える、水位検知システム。
２．上記１．に記載の水位検知システムであって、
給水装置は、
給水源に接続される給水経路と、
給水経路に接続され、筒状体の内部に向けて開口する開口部を有する給水口部と、
を備える、水位検知システム。
３．上記２．に記載の水位検知システムであって、
給水口部からの水の供給量は、筒状体の下部開口から筒状体の外側に流出する水の流れを発生させるように設定される、水位検知システム。
４．上記３．に記載の水位検知システムであって、
水の供給量は、筒状体内の水位下降速度が槽内の水位上昇速度より大きくなるように設定される、水位検知システム。
５．上記２．～４．のいずれかに記載の水位検知システムであって、
給水口部は、スプレーノズルを含む、水位検知システム。
６．上記５．に記載の水位検知システムであって、
スプレーノズルは、フルコーンスプレーノズルである、水位検知システム。
７．上記６．に記載の水位検知システムであって、
フルコーンスプレーノズルの噴射角度は、噴射された水が、第１の水位におけるフロート式水位センサのフロートの上面の位置と等しいか、これより高い位置で筒状体の内面に衝突するように設定される、水位検知システム。
８．上記１．～７．のいずれかに記載の水位検知システムであって、
給水装置は、槽内の水が第１の水位に達したときに水の供給を停止し、槽内の水が第２の水位に達したとき水の供給を開始するように構成される、水位検知システム。
９．上記１．～８．のいずれかに記載の水位検知システムであって、
筒状体の下部開口に取り付けられるフィルタ部材を備える、水位検知システム。
１０．上記１．～９．のいずれかに記載の水位検知システムであって、
給水装置によって供給される水が、新水である、水位検知システム。
１１．上記１．～１０．のいずれかに記載の水位検知システムであって、
排ガス処理装置によって処理される排ガスは、シラン系ガスである、水位検知システム。
１２．上記１．～１１．のいずれかに記載の水位検知システムであって、
フロート式水位センサは、
長さ方向に所定の間隔をおいて配置される一対のリードスイッチを収容する筒状のステムと、
ステムの長さ方向に摺動可能にステムの外周に嵌合され、それぞれ、内部に磁石を有する一対のフロートと、を備える、水位検知システム。
１３．上記１２．に記載の水位検知システムであって、
ステムの外周面にフランジが形成されており、フランジに筒状体が取り付けられており、
給水装置からの水はフランジを通して供給される、水位検知システム。
１４．上記１．～１３．のいずれかに記載の水位検知システムを備える、排ガス処理装置
。
１５．上記１４．に記載の排ガス処理装置であって、給排水機構は、循環水を循環させる循環水ポンプを介して槽に接続される排水機構を含む、排ガス処理装置。

本発明は、各種産業用機械に設置される水タンクに広く適用することができる。

１ 排ガス処理装置
２ 給水管
３ エダクター
４ 空気供給管
５ 給水配管
６ 排水経路
７ 循環経路
８ 排水経路
１０ 加熱処理部
１１ バーナ
１２ 燃焼室
１３ 燃焼部接続管
１３ｅ 下端
１５ バイパス弁（三方弁）
１６ 予混合器
２０ 循環水タンク（槽）
２１ 堰
２０Ａ 第１の槽
２０Ｂ 第２の槽
２０Ｄ、２０Ｅ 排水口
２５ 冷却部
２６ 配管
２７ スプレーノズル
３０ 排ガス洗浄部
３１ 壁部材
３２ ガス流路
３３Ａ 第１のミストノズル
３３Ｂ 第１の水膜ノズル
３４Ａ 第２のミストノズル
３４Ｂ 第２の水膜ノズル
４０ 整流部材
４１ ミストノズル
５０ シャワーノズル
５１ ミストトラップ
５０ 水位センサ
５２ ステム
５４ａ 第１のフロート
５４ｂ 第２のフロート
５４ｃ 第３のフロート
５６ａ 上部ストッパ
５６ｂ 中間ストッパ
５６ｃ 下部ストッパ
５８ フランジ
６０ 防波管（筒状体）
６０ａ 下部開口
６０ｂ 上部開口
６２ 端子ボックス
８０ 給水装置
８２ 給水源
８４ 給水経路
８６ 給水口部
９０ フィルタ部材
１００ 水位センサ
１０２ ステム
１０４ａ 第１のフロート
１０４ｂ 第２のフロート
１０６ａ 上部ストッパ
１０６ｂ 下部ストッパ
１０８ フランジ
１１０ａ、１１０ｂ リードスイッチ
１１２ａ、１１２ｂ 磁石
１１４ 電線
１１６ 端子ボックス
１１８ 防波管
１１８ａ 下部開口
１１８ｂ 上部開口
１２０ 水位検知システム
２００ タンク
２０２ 粉体
２０４ 泡状生成物
２０６ 上壁部
２０８ 底面
３００ 水位検知システム
Ｌ１ 第１の水位
Ｌ２ 第２の水位
Ｌ３ 第３の水位
Ｐ 循環水ポンプ
Ｖ１開閉弁
Ｖ２ 排水弁
Ｖ３ 給水弁
Ｖ４ 給水電磁弁
Ｖ５ 排水電磁弁
Ｖ６ 排水電磁弁

Claims (15)

1. 排ガス処理装置内を循環する循環水を収容可能な槽と、
   給排水機構であって、
   前記槽内の水位が第１の水位に達したときに、前記排ガス処理装置への新水の供給を停止すること、および、前記排ガス処理装置からの循環水の排出を開始することのうち少なくとも一方を行うように構成され、前記槽内の水位が前記第１の水位より低い第２の水位に達したときに、前記排ガス処理装置への新水の供給を開始すること、および、前記排ガス処理装置からの循環水の排出を停止することのうち少なくとも一方を行うように構成される、給排水機構と、
   を備える排ガス処理装置に使用される水位検知システムであって、
   前記槽内に配置される、前記第１の水位及び前記第２の水位を検知可能なフロート式水位センサと、
   前記フロート式水位センサの周りに配置され、前記槽の底面に向けて開口する下部開口と、上部開口と、上部側面開口と、を有する筒状体と、
   前記筒状体の前記上部開口を通して前記筒状体の内部に水を供給するように構成される給水装置と、を備える、水位検知システム。
2. 請求項１に記載の水位検知システムであって、
   前記給水装置は、
   給水源に接続される給水経路と、
   前記給水経路に接続され、前記筒状体の内部に向けて開口する開口部を有する給水口部と、
   を備える、水位検知システム。
3. 請求項２に記載の水位検知システムであって、
   前記給水口部からの水の供給量は、前記筒状体の前記下部開口から前記筒状体の外側に流出する水の流れを発生させるように設定される、水位検知システム。
4. 請求項３に記載の水位検知システムであって、
   前記水の供給量は、前記筒状体内の水位下降速度が前記槽内の水位上昇速度より大きくなるように設定される、水位検知システム。
5. 請求項２～４のいずれか一項に記載の水位検知システムであって、
   前記給水口部は、スプレーノズルを含む、水位検知システム。
6. 請求項５に記載の水位検知システムであって、
   前記スプレーノズルは、フルコーンスプレーノズルである、水位検知システム。
7. 請求項６に記載の水位検知システムであって、
   前記フルコーンスプレーノズルの噴射角度は、噴射された水が、前記第１の水位における前記フロート式水位センサのフロートの上面の位置と等しいか、これより高い位置で前記筒状体の内面に衝突するように設定される、水位検知システム。
8. 請求項１～７のいずれか一項に記載の水位検知システムであって、
   前記給水装置は、前記槽内の水が前記第１の水位に達したときに水の供給を停止し、前記槽内の水が前記第２の水位に達したとき水の供給を開始するように構成される、水位検知システム。
9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の水位検知システムであって、
   前記筒状体の前記下部開口に取り付けられるフィルタ部材を備える、水位検知システム。
10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の水位検知システムであって、
    前記給水装置によって供給される水が、新水である、水位検知システム。
11. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の水位検知システムであって、
    前記排ガス処理装置によって処理される排ガスは、シラン系ガスである、水位検知システム。
12. 請求項１～１１のいずれか一項に記載の水位検知システムであって、
    前記フロート式水位センサは、
    長さ方向に所定の間隔をおいて配置される一対のリードスイッチを収容する筒状のステムと、
    前記ステムの長さ方向に摺動可能に前記ステムの外周に嵌合され、それぞれ、内部に磁石を有する一対のフロートと、を備える、水位検知システム。
13. 請求項１２に記載の水位検知システムであって、
    前記ステムの外周面にフランジが形成されており、前記フランジに前記筒状体が取り付けられており、
    前記給水装置からの水は前記フランジを通して供給される、水位検知システム。
14. 請求項１～１３のいずれか一項に記載の水位検知システムを備える、排ガス処理装置。
15. 請求項１４に記載の排ガス処理装置であって、前記給排水機構は、前記循環水を循環させる循環水ポンプを介して前記槽に接続される排水機構を含む、排ガス処理装置。

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