JPH105741A - 真空脱気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 脱気効果を上昇する。 【解決手段】 脱気塔１０内には、充填層１２が収容さ
れており、散布装置２０から被処理水が供給されこれが
重力により落下する。充填層１２上方の脱気室１４には
真空ポンプ２６が接続されており、脱気室１４は真空状
態におかれる。従って、被処理水中の溶存酸素が除去さ
れる。そして、処理水は充填層１２の下方の処理水貯留
室１６を経て排水ポンプ２４によって排出される。ここ
で、処理水貯留室１６の水位は、充填層１２の下端とほ
ぼ同一あるいはそのやや上方位置に制御される。これに
よって、充填層１２の下方に気相の空間が存在しなくな
り、脱気処理が効果的に行われる。そして、充填層１２
内には、散布ノズル７２が設けられており、この散布ノ
ズルから加温された処理水の一部あるいは窒素ガスが混
入された脱気処理水が、返送される。そこで、充填層１
２内の気相における酸素分圧が低下し、より効果的な溶
存酸素除去が達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水中に溶存する気
体を減圧除去する真空脱気装置、特に超ＬＳＩの製造工
程などで使用される微量溶存酸素の除去に好適なものに
関する。

【０００２】

【従来の技術】超ＬＳＩの製造工程では、不純物の混入
をさけるために、高度に浄化された超純水が利用されて
いる。例えば、半導体ウエハーの洗浄に用いられる超純
水では、溶存酸素（ＤＯ）を１０μｇ／ｌ（ｐｐｂ）以
下にまで除去することが要求されている。さらに、ＬＳ
Ｉの超高度集積化に伴って、溶存酸素２μｇ／ｌ以下と
いった極めて高度に脱気された超純水が求められつつあ
る。

【０００３】一方、水中の溶存気体の除去には、従来よ
り真空脱気装置が広く利用されている。この真空脱気装
置は、水の表面積を増大させるための気液接触材を充填
した脱気塔内の気体圧力を真空ポンプで減圧し、被処理
水である純水を真空状態におき、溶存酸素を除去するも
のである。

【０００４】しかし、このような単なる減圧脱気による
真空脱気装置で溶存酸素を上記濃度まで低減するために
は、真空脱気装置の気液接触材の充填高さが高くなり、
また真空ポンプの排気量が非常に大きくなってしまい、
イニシャルコスト、ランニングコストともに高額になる
上、広い設置スペースが必要となるため実用的ではな
い。

【０００５】ここで、溶存酸素は気相中の酸素分圧に比
例する。このため、真空脱気塔内の充填層の下方空間の
下に貯留された処理水を加温したり、充填層の下方の空
間から不活性ガスを流入させることで、脱気性能を上げ
ることが提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来方
式の真空脱気装置を用いた場合、装置本来の性能（貯留
された処理水を加温する手段を設けない装置、あるいは
下部脱気室から不活性ガスの流入を行わない装置）の実
用的な限界が、３０〜５０μｇ／ｌである。このため、
この真空脱気装置を基礎として溶存酸素を２μｇ／ｌ以
下にするためには、脱気塔の気相中の酸素分圧をかなり
減少させる必要があり、処理水を加温するための光熱量
や流入する不活性ガスの量を増大させることとなりコス
ト高となるという問題点があった。また、実用的に、安
定して溶存酸素２μｇ／ｌ以下といった高品質の処理水
を得るのは困難であった。

【０００７】「関連技術」ここで、本発明者等は充填層
の下方における気相の空間を実質的に排除することによ
って脱気処理効果を飛躍的に上昇させることができる真
空脱気装置を特願平８−５８０９０号および特願平８−
１５５３１５号で提案した。

【０００８】この装置によれば、処理水中の溶存酸素を
安定して１０μｇ／ｌ以下にまで下げることができる。
ところが、溶存酸素を１μｇ／ｌにまで低下させるため
には、さらに何らかの手段が必要である。

【０００９】本発明は、これらの課題に鑑みなされたも
のであり、簡単な手段の付加で、たとえば処理水の溶存
酸素が２μｇ／ｌ以下であるような極めて低濃度の処理
水を得ることができる真空脱気装置を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、気密に形成された脱気塔内に気液接触材の充填層を
形成し、脱気塔の上方から被処理水を供給し、充填層の
下方から処理水を排出し、充填層の上方から真空手段に
より脱気塔内の気体を排出し、さらに脱気塔内における
処理水水位を前記充填層の下端とほぼ同一位置ないし、
充填層の下端よりやや上方の位置に設定するようになし
た真空脱気装置において、前記充填層内に加温した脱気
処理水、加熱水蒸気、不活性ガス、不活性ガスを溶解さ
せた脱気処理水から選ばれる一つまたは二つ以上の流体
を導入するようにしたことを特徴とする。

【００１１】また、請求項２に記載の発明は、気密に形
成された脱気塔内に気液接触材の充填層を形成し、脱気
塔の上方から被処理水を供給し、充填層の下方から処理
水を排出し、充填層の上方から真空手段により脱気塔内
の気体を排出し、さらに脱気塔内における処理水水位を
前記充填層の下端とほぼ同一位置ないし、充填層の下端
よりやや上方の位置に設定するようになした真空脱気装
置において、脱気塔に接続される被処理水供給管および
または充填層内に加熱手段を付設したことを特徴とす
る。

【００１２】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
または請求項２に記載の装置において、脱気塔内におけ
る処理水位を検出する水位検出手段を設け、当該水位検
出手段の検出結果に応じて、脱気塔内への被処理水の供
給量または処理水の排出量を制御し、脱気塔内における
処理水水位を制御することを特徴とする。

【００１３】また、請求項４に記載の発明は、気密に形
成された脱気塔内に気液接触材の充填層を複数段に形成
し、脱気塔の上方から被処理水を供給し、最下段の充填
層の下方から処理水を排出し、少なくとも最上段の充填
層上方から真空手段により脱気塔内の気体を排出し、さ
らに脱気塔内における処理水水位を最下段の充填層の下
端とほぼ同一位置ないし、当該充填層の下端よりやや上
方の位置に設定するようになした真空脱気装置におい
て、少なくとも最下段の充填層内に加温した脱気処理
水、加熱水蒸気、不活性ガス、不活性ガスを溶解させた
脱気処理水から選ばれる一つまたは二つ以上の流体を導
入するようになしたことを特徴とする。

【００１４】また、請求項５に記載の発明は、気密に形
成された脱気塔内に気液接触材の充填層を複数段に形成
し、脱気塔の上方から被処理水を供給し、最下段の充填
層の下方から処理水を排出し、少なくとも最上段の充填
層上方から真空手段により脱気塔内の気体を排出し、さ
らに脱気塔内における処理水水位を最下段の充填層の下
端とほぼ同一位置ないし、当該充填層の下端よりやや上
方の位置に設定するようになした真空脱気装置におい
て、脱気塔に接続される被処理水供給管およびまたは充
填層内に加熱手段を付設したことを特徴とする。

【００１５】また、請求項６に記載の発明は、請求項４
または請求項５に記載の装置において、最下段の充填層
より上方の充填層はそれぞれの充填層の底部に、水封排
出部を設けたことを特徴とする。

【００１６】また、請求項７に記載の発明は、請求項４
ないし請求項６のいずれかに記載の装置において脱気塔
内における処理水水位を検出する水位検出手段を設け、
当該水位検出手段の検出結果に応じて、脱気塔内への被
処理水の供給量または処理水の排出量を制御し、脱気塔
内の処理水水位を制御することを特徴とする。

【００１７】このように、本発明は、充填層の下方にお
ける気相空間を実質的に排除することによって脱気処理
効果を飛躍的に上昇させた真空脱気装置を基礎としてい
る。

【００１８】そして、この脱気塔の充填層内に、加温し
た脱気処理水、加熱水蒸気、不活性ガス、もしくは不活
性ガスを溶解させた処理水を充填層内に導入すること、
あるいは脱気塔に供給される被処理水およびまたは充填
層を落下する被処理水を加熱することによって、充填層
の気相中において、除去対象ガスの分圧を減少させ、こ
のガスの処理水中濃度をさらに大幅に減少させることが
できる。

【００１９】すなわち、上記のような流体の導入あるい
は被処理水の加熱によって、充填層の気相において、水
蒸気圧、不活性ガス分圧、もしくはこれら両方の圧力が
上昇する。このため、相対的に脱気塔の充填層内の酸素
分圧が低下することになる。その結果、充填層の高さを
高くし、かつ真空ポンプの排気量を大きくすることなし
に、溶存酸素２μｇ／ｌ以下といった高度に脱気された
処理水を安定して得ることができる。

【００２０】特に、本発明者等が特願平８−５８０９０
号等において開示したように、充填層の下方における気
相空間を実質的に排除するだけで、気相空間の存在に起
因する不利益を解消でき、その結果この出願の真空脱気
装置では、安定して溶存酸素を１０μｇ／ｌ以下にする
ことができる。

【００２１】そして、この充填層の下方における気相空
間を実質的に排除した真空脱気装置の能力は溶存酸素を
１０μｇ／ｌ以下とするものであるが、この真空脱気装
置を基礎として、溶存酸素をさらに２μｇ／ｌ以下にす
るためには、脱気塔の気相中の酸素分圧をほんの少し減
少させるだけで良い。

【００２２】なお、本発明は、充填層が１段のものに限
定されず、充填層が２段以上の複数段になっている場合
も含まれ、充填層が複数段となっている場合は、最下段
の充填層の下方の気相空間を実質的に排除する。

【００２３】さらに、複数段の充填層を水封部で完全に
仕切ることによって、より確実な処理が行える。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に好適な実施の形態
（以下、実施形態という）について、図面に基づいて説
明する。

【００２５】「実施形態１」図１は、第１実施形態に係
る真空脱気装置の全体構成を示す図であり、円筒状の脱
気塔１０を有している。この脱気塔１０は、気密に形成
され、その内部の中間部分に充填層１２が形成されてい
る。この充填層１２は、ラヒシリング等の多孔物質を充
填したものである。なお、充填層１２は、ラヒシリング
などの多孔物質を多数の穴が形成された目板１２ａで支
持して形成されている。そして、脱気塔１０内の充填層
１２の上方には脱気室１４、充填層１２の下方には処理
水貯留室１６が形成されている。

【００２６】脱気室１４の上部には、被処理水供給管１
８から供給される被処理水を充填層１２に向けて散布す
る散布装置２０が設けられている。また、処理水貯留室
１６の底部には、処理水を排出する処理水排出管２２を
介し、排水ポンプ２４が接続されている。

【００２７】そして、充填層１２の上方である脱気室１
４には、真空ポンプ２６が排気管２８を介し接続されて
おり、さらに処理水貯留室１６と脱気室１４の間に、圧
力検出用ノズル３０ａおよび３０ｂが付設されており、
両ノズル３０ａ，３０ｂを介して処理水貯留室１６にお
ける処理水水位を検出するための差圧計３０が設けられ
ている。そして、この差圧計３０の出力が制御装置３２
に伝達され、被処理水供給管１８に付設したコントロー
ル弁３３を介して被処理水の流量がコントロールされ
る。

【００２８】すなわち、差圧計３０は、脱気室１４内と
処理水貯留室１６の２点で連通しており、この２点の圧
力差より、水位を検出する。そこで、差圧計３０の下方
側連通端は、処理水貯留室１６の水面以下すなわち、目
板１２ａ以下に設定され、上方側連通端は水面上すなわ
ち目板１２ａ以上に設定される。図示の例では、上方側
連通端は、脱気室１４内に位置しているが、水面より上
方であれば、たとえば充填層１２内でもよい。なお、処
理水の水位検知および制御の方法としては、フロート
式、静電容量式、光電式等の他の方法を使用しても良い
ことは言うまでもない。

【００２９】このような装置において、被処理水である
純水は、被処理水供給管１８を介し、散布装置２０に供
給される。散布装置２０は、その下面に多数の穴が形成
されており、脱気室１４内において、被処理水を充填層
１２に向けて散布する。散布された被処理水は、重力に
よって、落下し、充填層１２の充填材の表面を伝って、
処理水貯留室１６に溜まる。そして、排水ポンプ２４に
よって、処理水排出管２２を介し、後段の装置へ導入さ
れる。

【００３０】一方、真空ポンプ２６の運転によって、脱
気室１４内の気体は、排気管２８を介し、外部に排出さ
れる。そこで、脱気室１４内は、高真空状態になってい
る。例えば、気温２５゜Ｃで２４Ｔｏｒｒ（ほぼ水蒸気
圧のみの圧力）程度まで減圧される。

【００３１】従って、散布装置２０から散布された被処
理水から、溶存酸素が放出される。そして、充填層１２
を落下する際には、充填材の表面を伝うことにより、被
処理水の表面積が増大されており、被処理水からの溶存
酸素の放出がさらに促進される。

【００３２】このように、本装置によれば、充填層１２
の下方に実質的に気相空間がない。そして、この構成に
よって、溶存酸素の除去効率が飛躍的に上昇し、処理水
中の溶存酸素の濃度を安定して１０μｇ／ｌ以下にする
ことができる。

【００３３】このことは実験的に確かめられているが、
その原理は次のようなものと考えられている。まず、排
気を充填層１２の上部空間である脱気室１４から行うこ
とによって、被処理水から放出された酸素を効率的に排
出できる。すなわち脱気室の上部の方が気相中に放出さ
れる溶存酸素の量が多いので、より好ましい脱気処理が
行われる。

【００３４】また、充填層１２の下部に空間がないた
め、空間としては、目板１２ａの上方の充填層１２内と
これに連通する脱気室１４だけである。従って、充填層
１２中で分離された気体が、そのまま脱気室１４を介
し、外部に排出される。すなわち、実質的に１つの空間
内で、脱気が行われるため、効果的な脱気が行われる。

【００３５】ここで、従来の脱気装置では、目板１２ａ
の下方に空間を設けていた。充填層１２は、気液接触材
を目板１２ａで支持する構造であり、この目板１２ａの
部分において、水膜が生じたりして、ある程度の圧力損
失が生じる可能性がある。そこで、充填層１２の下部空
間の圧力が比較的高くなりやすく、ここに酸素が残留す
る可能性が生じるためではないかと推察される。なお、
理論的には、酸素は、被処理水からのみ発生するため、
充填層１２の下方に空間を設けても一旦低下した溶存酸
素が再び上昇することはないと考えられる。しかし、目
板１２ａ及びここから落下する水膜で仕切られた２つの
部屋が存在するということは、真空ポンプ２６に対する
負荷が大きくなることであり、例えば圧力値が変動しや
すくなるなどして、トータルとして脱気効果が十分でな
くなることは十分推察される。また、脱気塔１０は気密
に構成されているといえども外気のリークによる侵入も
全く０とはいえないが、充填層１２の下方が液体で満た
されていることで、前記外気のリークを防止する効果も
発揮されている。

【００３６】本実施形態では、充填層１２の下方の気相
の空間を実質的になくすことで、このような欠点を除去
したため、効率的な脱気を行うことができる。

【００３７】なお、水位を目板１２ａの位置と全く等し
くすることで溶存酸素が最も低い処理水が得られるが、
目板１２ａの下部に極く僅かな気相が存在する程度の水
位であれば処理水の溶存酸素量にさほど影響を与えな
い。

【００３８】また、本実施形態においては、脱気室１４
内に排気管２８を連通しているが、充填層１２内に排気
管２８を連通してもさしつかえない。ただしこの場合は
充填層１２の気液接触の有効高さを低くしない意味から
充填層１２内の上方に排気管２８を連通するとよい。

【００３９】また、本実施態様では処理水貯留室１６内
の水位を目板１２ａの位置とほぼ同一の位置に設定した
が、これに限定されることなく、目板１２ａの位置より
上方の充填層１２内に水位を設定してもさしつかえな
い。ただしこの場合は、充填層１２内の水位が上昇する
にしたがい充填層１２の気液接触させるための有効高さ
が減少するので、充填層１２の下端よりやや上方の位置
に設定するとよい。

【００４０】さらに、本実施態様では差圧計３０と制御
装置３２とで水位を制御する際に、被処理水供給管１８
に付設したコントロール弁３３の流量を調節したが、処
理水排出管２２にコントロール弁（図示せず）を付設
し、このコントロール弁の流量を調整してもよい。

【００４１】また、真空手段としては真空ポンプ２６に
かえて、蒸気エゼクタとバロメトリックコンデンサとを
組合せたものを用いることができる。以上説明したよう
に、充填層１２の下方の気相を実質的になくすだけで溶
存酸素を１０μｇ／ｌ以下にすることができるが、溶存
酸素を２μｇ／ｌ以下にするために本発明ではさらに以
下に説明するような手段を加える。

【００４２】すなわち、排水ポンプ２４により排水され
る処理水の一部が、熱交換器６２に供給される。この熱
交換器６２は、排水ポンプ２４から供給される処理水の
一部を加熱する。

【００４３】熱交換器６２によって加熱された処理水の
一部は、バルブ６６を介し供給される不活性ガス、すな
わち窒素ガスが混合され、バルブ７０、散布ノズル７２
を介し、充填層１２内に導入される。ここで、窒素ガス
は、完全に溶解させてもよいし、一部溶解させてもよ
い。

【００４４】このように、脱気処理を終えた処理水の一
部は、加熱され、その後窒素ガスが混合されて充填層１
２内に戻される。この返送処理水は、加熱されており、
また窒素ガスが多量に混入されているため、これが充填
層１２に返送されることによって、充填層１２内の気相
における飽和水蒸気圧、窒素分圧が高くなる。従って、
充填層１２を流れる水中からの酸素の除去がそれだけ促
進される。

【００４５】そして、加熱し、かつ窒素ガスが溶解混合
された処理水（分圧減少用流体）を充填層１２内に返送
することによって、充填層１２内の気相における酸素分
圧が減少し、脱気効果をさらに高めることができる。特
に、本実施形態では、充填層１２の下方において、気相
空間が実質的に排除されており、かつ充填層１２内に分
圧減少用流体が導入されるので、実際に脱気作用のおこ
っている場所における酸素分圧が減少し、処理効率が上
昇すると共に、その下方の空間がないため、そこに起因
して脱気効率が悪くなることを防止できる。

【００４６】図１に示した実施形態では処理水の一部を
加熱するとともに、この加熱水に窒素ガスを混合したも
のを充填層１２内に供給しているが、処理水の一部を加
熱し、この加熱水のみを充填層１２内に供給するだけで
も水中に溶存している気体の分圧を下げることができる
ので、酸素の除去が促進される。一方、処理水の一部を
加熱することなしに、この処理水に窒素ガスを混合した
ものを充填層１２内に供給しても、同じように水中に溶
存している酸素ガスの分圧を下げることができるので、
酸素の除去が促進される。また過熱処理水や窒素ガスを
混合した処理水に代えて加熱水蒸気や窒素ガスそのもの
を充填層１２に直接供給することによっても水中に溶存
している酸素の分圧を下げることができるので、酸素の
除去が促進される。なお加熱水や加熱水蒸気を脱気塔内
に供給するに際して充填層１２内ではなく、処理水貯留
室１６内に供給しても充填層１２内の気相における飽和
水蒸気をある程度高くすることができ、水中からの酸素
の除去がそれだけ促進される。ただし加熱水や加熱水蒸
気を脱気塔内に供給するのであれば、処理水貯留室１６
内よりは充填層１２内に供給することが好ましい。

【００４７】［実施形態４］図４に、第４実施形態の構
成を示す。この第４実施形態では、被処理水供給管１８
に加熱器１００が付設されており、脱気塔に供給される
被処理水そのものを加熱するものである。

【００４８】なお、他の部分は、図１における熱交換器
６２、散布ノズル７２、ガスボンベ６８、バルブ７０，
６６，６４等が設置されていないだけで、その他は図１
と同じであり、説明を省略する。

【００４９】このように被処理水そのものを加熱するこ
とによって、充填層１２内の気相における飽和水蒸気圧
が高くなり水中からの酸素の除去がそれだけ促進され
る。

【００５０】なお、加熱器１００としては、電気ヒータ
や熱交換器などが用いられる。

【００５１】［実施形態３］図３に、第３実施形態の構
成を示す。この第３実施形態では、充填層１２内に加熱
器１００ａが付設されており、充填層を落下する被処理
水を直接加熱するものである。

【００５２】なお、他の部分は、図１における熱交換器
６２、散布ノズル７２、ガスボンベ６８、バルブ７０，
６６，６４等が設置されていないだけで、その他は図１
と同じであり、説明を省略する。

【００５３】このように充填層１２を落下する被処理水
を加熱することによっても、充填層１２内の気相におけ
る飽和水蒸気圧が高くなり、水中からの酸素の除去がそ
れだけ促進される。

【００５４】なお、加熱器１００ａとしては、電気ヒー
タ、熱水、加熱水蒸気が通流する蛇管などが用いられ
る。

【００５５】本実施形態では加熱器１００ａが充填層１
２内に付設されているが、この加熱器１００ａを処理水
貯留室１６内に設け、処理水を加熱してもよい。このよ
うに処理水を加熱しても充填層１２内の気相における飽
和水蒸気圧をある程度高くすることができ、水中からの
酸素の除去がそれだけ促進される。ただし加熱器１００
ａを付設するのであれば処理水貯留室１６よりは充填層
１２内に付設することが好ましい。

【００５６】なお、被処理水供給管１８に加熱器１００
を付設するとともに充填層１２内に加熱器１００ａを付
設してもよいことはいうまでもない。

【００５７】「実施形態４」図４に、第４実施形態の構
成を示す。この第４実施形態では、１つの脱気塔１０内
に、２つの充填層を設け、２段構成になっている。

【００５８】すなわち、脱気塔１０の内部には、第１充
填層３４と、第２充填層３６が設けられている。そし
て、第１充填層３４の上部空間が第１脱気室３８、第２
充填層３６の上部が第２脱気室４０とされている。

【００５９】散布装置２０は、この第１脱気室３８内に
配置され、被処理水を第１充填層３４に散布する。

【００６０】また、第２充填層３６は、多孔性の目板３
６ａで支持されているが、第１充填層３４は穴のない底
板３４ａによって支持されている。また、この底板３４
ａの中央部には、水封装置４２が設けられ、第１充填層
３４の底部を水封している。さらに、この水封装置４２
には、第２脱気室４０に配置された散布装置４４が接続
されており、水封装置４２から流れ出す１次処理水を被
処理水として、第２脱気室４０を介し第２充填層３６に
供給している。

【００６１】また、第１脱気室３８には、第１真空ポン
プ（ＶＰ１）４６が、排気管４８を介し接続されてお
り、第２脱気室４０には、第２真空ポンプ（ＶＰ２）５
０が排気管５２を介し接続されている。そして、この第
１及び第２真空ポンプ４６、５０によって、第１及び第
２脱気室３８、４０がそれぞれ減圧される。

【００６２】図５は、水封装置４２の概略構成を示す図
であり、底板３４ａを貫通するパイプ４２ａと、第１充
填層３４内側において、このパイプ４２ａの上端を覆う
カップ４２ｂからなっている。そして、カップ４２ｂ
は、その下端に開口を有しているため、第１充填層３４
内を流下してきた１次処理水は、カップ４２ｂの下端か
らカップ４２ｂ内に入り、パイプ４２ａにオーバーフロ
ーして流入する。従って、第１充填層３４の下部には、
水層Ｗが形成され、これによって第１脱気室３８と第２
脱気室４０が完全に水封されることになる。

【００６３】なお、第２充填層３６の下方に処理水貯留
室１６が設けられ、ここに排出管２２を介し排水ポンプ
２４が接続されること、差圧計３０の出力によって、制
御装置３２がコントロール弁３３を制御して、処理水貯
留室１６の処理水水位を目板３６ａとほぼ同一に維持す
ることは上述の第１実施形態と同様である。

【００６４】このような装置によれば、溶存酸素を多量
に含む被処理水は、まず第１脱気室３８及び第１充填層
３４内において、溶存酸素を粗取りされる。そして、溶
存酸素が粗取りされた１次処理水が、散布装置４４を介
し、第２脱気室４０に供給される。この第２脱気室４０
から後は、上述の第１実施形態と同様の動作によって溶
存酸素が除去される。

【００６５】このように第１脱気室３８、第１充填層３
４を設け、ここで溶存酸素を粗取りするため、第２脱気
室４０、第２充填層３６において効果的な処理が行わ
れ、処理水中の溶存酸素濃度を十分低濃度にすることが
できる。

【００６６】特に、本実施形態では、水封装置４２を設
け、第２脱気室４０と第１脱気室３８を完全に切り離し
ているので、処理が完全な多段処理になり、短絡が発生
したりすることがない。さらに、後述するごとく第１脱
気室３８と、第２脱気室４０の真空度などを別々に設定
することができ、効果的な脱気処理が行える。

【００６７】上述した第４実施形態では脱気塔１０の内
部に充填層を２段に設けているが、充填層の段数は２段
に限定されるものではなく、３段以上とすることができ
る。なおこのように充填層を複数段とした場合は、最終
段の充填層の下部にのみ多孔性の目板３６ａを用い、そ
の上部の充填層の下部は水封装置４２で水封するとよ
い。

【００６８】また、充填層を２段に設けた第４実施形態
では、第１脱気室３８と第２脱気室４０にそれぞれ真空
ポンプ４６，５０を連通しているが、最上部の脱気室３
８内または充填層３４の上方部の一ヶ所に排気管４８を
介して真空ポンプ４６を付設してもよい。

【００６９】また、真空ポンプを複数台用いる場合は、
下方に向かって真空度が高くなるように順次真空ポンプ
の真空度に変化を持たせることが好ましい。

【００７０】また、水位の位置は目板３６ａの下端とほ
ぼ同一位置にすることに限定されず、目板３６ａのやや
上方でよいことや、真空ポンプにかえてエゼクタを用い
てもよいことなどは前述した通りである。

【００７１】そして、本実施形態においては、分圧低下
用流体を供給する第２充填層３６内に散布ノズル７２が
設けられており、加熱されると共に、窒素ガスが混合溶
解された処理水がここに供給される。

【００７２】すなわち、第１実施形態と同様に、排水ポ
ンプ２４により排水される処理水の一部が、熱交換器６
２で加熱され、これにバルブ６６を介し供給される窒素
ガスが混合（一部は溶解）され、バルブ７０、散布ノズ
ル７２を介し、充填層１２内に導入される。

【００７３】これによって、２段処理の２段目の酸素濃
度が低くなったところで、酸素の分圧低下による溶存酸
素の除去が行われ、処理水の溶存酸素が２μｇ／ｌ以下
という低濃度までの除去が安定して行える。

【００７４】なお処理水の加熱と窒素ガスの混合は、こ
れを単独で行ってもよいことや、加熱水蒸気や窒素ガス
を直接第２充填層３６内に供給してもよいことなどは前
述した通りである。

【００７５】「実施形態５」図６に第５実施形態の装置
を示す。この装置では、第１充填層３４内にも散布ノズ
ル７４が設けられており、ここに加熱及び窒素混合され
た処理水が供給される。従って、この第１充填層３４内
の気相においても酸素分圧が低くなり、脱気効果を上昇
させることができる。

【００７６】本実施形態においても処理水の加熱と窒素
ガスの混合は、これを単独で行ってもよいことや、加熱
水蒸気を用いてよいことなどは前述した通りである。

【００７７】「第６実施形態」上述の第１〜第５実施形
態おいては、目板１２ａあるいは底板３４ａと目板３６
ａを設け、この上方に充填層１２あるいは第１充填層３
４、第２充填層３６を形成し、その下方に処理水貯留室
１６を形成した。しかし、この目板を省略することもで
きる。

【００７８】図７は、第１実施形態に示した構成から目
板を省略した第６実施形態の構成を示す図であり、脱気
塔１０内に充填材が直接充填され、充填層１２が形成さ
れている。なお、充填層１２の最下部における充填材の
粒径を大きくし、ここを支持材層として機能させること
も好適である。

【００７９】このような装置においては、処理水水位Ｌ
を充填層１２の下方内部に位置させることにより、充填
層１２の下方に気相空間が生じないので、上述の装置と
同様に好適な脱気を行うことができる。なお、水位を必
要以上に上昇していけば、脱気のための有効体積が減少
し、脱気効果が悪くなることは上述の場合と同様であ
る。

【００８０】本実施形態においても処理水の加熱と窒素
ガスの混合は、これを単独で行ってもよいことや、加熱
水蒸気を用いてよいことなどは前述した通りである。

【００８１】「目板の構成」また、第１〜５実施形態に
おいては、目板１２ａ、３６ａを平板状としたが、目板
１２ａ、３６ａを波板状にすることも好適である。

【００８２】図８には、波板状の目板１２ａ、３６ａの
構成例が示されている。この例では、パンチングメタル
を波板状に形成している。なお、大型の装置では、図に
おいて、ｄで示す幅の横長の板（１つの山分の板）を接
続して、円盤状の波板を構成するとよい。また、等間隔
で穴の形成されたパンチングメタルを用いて目板１２
ａ、３６ａを形成してもよいが、図において、Ｓで示す
山の斜面部分にのみ穴を設けてもよい。

【００８３】このように、目板１２ａ、３６ａを波板状
にすることによって、目板１２ａ、３６ａの実質的な面
積を大きくできる。従って、充填層１２、３６を通過し
た処理水をより効果的に下方に排出することができる。

【００８４】なお、このような波板を目板１２ａ、３６
ａとして用いた場合には、目板１２ａ、３６ａの下端
に、上記処理水貯留部における処理水水位を設定するこ
とが好ましい。しかし、目板１２ａ、３６ａの上端まで
の間は、目板内部といえるので、波板状の目板１２ａ，
３６ａを用いる場合は、下流部から上流部の間に処理水
水位を維持すれば、最良な脱気効果を得ることができ
る。

【００８５】「その他の構成」本発明において、脱気処
理水を１℃以上上昇させ、加温した処理水を被処理水量
１に対して０．０１以上の割合で真空脱気塔に導入する
とよい。

【００８６】また、窒素ガスを処理水の一部に混合する
場合は、真空脱気装置の規模、真空ポンプの仕様・容量
により異なるが、排気量１に対して０．１以上の割合で
真空脱気塔に導入することが好ましい。

【００８７】上記実施形態では、加温された脱気処理水
や窒素ガスあるいは窒素ガスを溶解させた脱気処理水を
充填層１２の下方に設けた散布ノズル７２から充填層１
２内の上方に向けて流入した構造としているが、充填層
１２全体に噴射できるように塔内に多孔パイプを設ける
こともできる。図９に、充填層内に挿入配置するパイプ
状の散布ノズル７２の構成例を示す。この例では、散布
ノズル７２は、縦型のパイプ状に形成されている。そし
て、このパイプ状の散布ノズル７２の周囲には、多数の
穴が形成されており、供給されてくる加温およびまたは
窒素混入処理水は、この穴から吹き出され、充填層１２
中の分散供給される。

【００８８】このように、導入流体を充填層１２内の全
体に分散供給することによって、充填層１２内の気相の
酸素分圧を均一に低下することができ、より安定した処
理がおこなわれる。また、このようなパイプ状の散布ノ
ズルは、必ずしも中心部に設けなくてもよい。

【００８９】図１０は、さらに別の第７実施形態の構成
を示しており、この例では、散布ノズル７４が処理水貯
留室１６内に配置されており、ここから窒素ガスによる
曝気がおこなわれる。このようにして処理水貯留室に導
入された窒素ガスは、上昇して、充填層１２内に至る。
そこで、充填層１６内の気相の酸素分圧が低下し、溶存
酸素の除去が促進される。

【００９０】なお、上述した図９、図１０等の構成は、
上述の実施形態のいずれにも適用することができる。

【００９１】さらに、上記実施形態では、溶存酸素の除
去を目的としたが、炭酸ガス、窒素等のあらゆる溶存ガ
スを除去する目的で広く使用できる。このとき、脱気塔
１０に導入するガスの種類は、除去目的以外のものであ
れば何でも良い（酸素でも良い）。

【００９２】また、酸素を除去する目的においても、窒
素以外の他の不活性ガス（アルゴン、ヘリウム）や、水
素等、水に溶けにくい酸素以外の気体を使用しても良
い。

【００９３】また、加温される脱気処理水として真空脱
気装置の出口水を使用したが、これに限定されず真空脱
気装置により処理された後段の脱気水であれば何でも良
い。また、真空脱気装置後段のタンクは、酸素の再溶解
を防止する目的で、通常は窒素でシールされているた
め、窒素飽和水となっている。したがって、このような
窒素飽和水を充填層に供給することによっても脱酸素を
目的とする場合は、酸素の分圧を低下させることがで
き、非常に効果的である。

【００９４】図１１は第８実施形態の構成を示してお
り、この例では図４における熱交換器６２、ガスボンベ
６８、散布ノズル７２、バルブ６４，６６，７０を削除
する代わりに被処理水供給管１８に加熱器１００を付設
したものであり、また図１２は第９実施形態の構成を示
しており、この例では図４における熱交換器６２、ガス
ボンベ６８、散布ノズル７２、バルブ６４，６６，７０
を削除する代わりに、第２充填層３６内に加熱器１００
ａを付設したものであり、その他の構成は図４と同じで
ある。

【００９５】このように加熱器１００によって被処理水
を加熱したり、あるいは加熱器１００ａによって第２充
填層３６を落下する被処理水を加熱することによっても
充填層１２内の気相における飽和水蒸気圧を高くするこ
とができ、水中からの酸素の除去が促進される。

【００９６】なお、図１２において加熱器１００ａは第
２充填層３６内に付設されているが、加熱器１００ａを
第１充填層３４内に付設してもよく、また第１充填層３
４内と第２充填層３６内の両方に付設してもよい。

【００９７】また図１１に用いる加熱器１００や図１２
に用いる加熱器１００ａとしては、第２実施形態や第３
実施形態で説明した通りである。

【００９８】

【実施例】ここで、第４実施形態の装置を実際に製作
し、運転した結果について、以下に示す。

【００９９】「条件」まず、脱気塔１０は、直径４００
ｍｍφ、高さ１２０００ｍｍ、第１脱気室３８高さ７０
０ｍｍ、第１充填層３４高さ３５００ｍｍ、第２脱気室
４０高さ９００ｍｍ、第２充填層３６高さ３５００ｍｍ
とした。第１及び第２充填層３４、３６の気液接触材と
しては、コイルとリングを組み合わせた物で、１つの素
材は、外径が５１ｍｍ、高さ１９ｍｍであって、１ｍ³
当たりの充填個数２５０００個、１ｍ³ 当たりの表面積
１８０ｍ² 、空間率は８９％のものが採用された（商品
名テラレットパッキン（日鉄化工機株式会社））。

【０１００】そして、被処理水を１０ｍ³ ／Ｈで供給し
た。供給した被処理水の温度は２３±１℃、溶存酸素は
８〜９ｍｇ／ｌであった。なお、第１、第２脱気室３
８、４０の圧力は、それぞれ３３Ｔｏｒｒ、２２Ｔｏｒ
ｒであった。

【０１０１】「実験結果１」上述の実験条件で、図４の
バルブ６４、６６、７０の全てを閉じて、充填層３６へ
の処理水の返送をおこなわない状態で運転を行った。そ
の結果得られた処理水の溶存酸素濃度は５μｇ／ｌであ
った。

【０１０２】「実験結果２」次に、図４のバルブ７０、
６４を開き、バルブ６６を閉じ、熱交換器を通し２８℃
（被処理水の温度に対して５±１℃だけ加熱）に加温し
た脱気水を散布ノズル７２より流量０．５ｍ³ ／Ｈで連
続的に第２充填層３６へ導入して運転を行った。得られ
た溶存酸素濃度は１μｇ／ｌであった。また、このとき
に、脱気塔１０から排出される処理水の温度上昇はほと
んど見られなかった。

【０１０３】「実験結果３」上述の実験条件で、図４の
バルブ７０、６６を開き、バルブ６４を閉じ窒素ガス
を、散布ノズル７２より流量０．１Ｎｍ³ ／Ｈで連続的
に第２充填層３６へ導入して運転を行った。得られた溶
存酸素濃度は１μｇ／ｌであった。

【０１０４】「実験結果４」上述の実験条件で、図４の
バルブ６４、６６、７０の全てを開き、熱交換器６２を
通し２８℃に加温した流量０．５ｍ³ ／Ｈの脱気水に対
して、窒素ガスを流量０．１Ｎｍ³ ／Ｈの割合で溶かし
込み、散布ノズル７２より連続的に第２充填層３６へ導
入して運転を行った。得られた溶存酸素濃度は０．５μ
ｇ／ｌであった。

【０１０５】「比較例」実施形態に示した真空脱気装置
を図１３のように改造を行った。従来方式のように下部
脱気室８８を設け、下部脱気室８８内に空間部を形成さ
せ、この下部脱気室８８内に向け、加温された脱気水や
不活性ガスを導入できるように、下部脱気室８８内に設
けた散布ノズル９４にバルブ９０を設けた供給管９２を
接続した。この供給管９２は、加温や窒素が混入された
脱気処理水の供給を受けるものである。そして、その他
は、上記すべて同じ条件として実験をおこなった。

【０１０６】「比較結果１」上述の実験条件で、図１３
のバルブ６４、６６、７０、９０の全てを閉じて運転を
行った。得られた溶存酸素濃度は２５μｇ／ｌであっ
た。

【０１０７】「比較結果２ａ」上述の実験条件で、図１
３のバルブ７０、６６を閉じ、バルブ６４、９０を開い
て、熱交換器を通し２８℃に加温した脱気水を散布ノズ
ル９４より流量０．５ｍ³ ／Ｈで連続的に下部脱気室へ
導入して運転を行った。得られた溶存酸素濃度は１０μ
ｇ／ｌであった。

【０１０８】「比較結果２ｂ」上述の実験条件で、図１
３のバルブ７０、６４を開き、バルブ６６、９０を閉じ
て、熱交換器６２を通し２８℃に加温した脱気水を散布
ノズル７２より流量０．５ｍ³ ／Ｈで連続的に第２充填
層３６へ導入して運転を行った。得られた溶存酸素濃度
は２０μｇ／ｌであった。

【０１０９】「比較結果３ａ」上述の実験条件で、図１
３のバルブ７０、６４を閉じ、バルブ６６、９０を開い
て、窒素ガスを散布ノズル９４より流量０．１Ｎｍ³ ／
Ｈで連続的に下部脱気室８８へ導入して運転を行った。
得られた溶存酸素濃度は１０μｇ／ｌであった。

【０１１０】「比較結果３ｂ」上述の実験条件で、図１
３のバルブ７０、６６を開き、バルブ６４、９０を閉じ
て、窒素ガスを散布ノズル７２より流量０．１Ｎｍ³ ／
Ｈで連続的に第２充填層３６へ導入して運転を行った。
得られた溶存酸素濃度は２０μｇ／ｌであった。

【０１１１】「比較結果４ａ」上述の実験条件で、図１
３のバルブ７０を閉じ、バルブ６４、６６、９０を開い
て、熱交換器６２を通し２８℃に加温した流量０．５ｍ
³ ／Ｈの脱気水に対して、窒素ガスを流量０．１Ｎｍ³
／Ｈの割合で溶かし込み、散布ノズル９４より連続的に
下部脱気室８８へ導入して運転を行った。得られた溶存
酸素濃度は５μｇ／ｌであった。

【０１１２】「比較結果４ｂ」上述の実験条件で、図１
３のバルブ７０、６４、６６を開き、バルブ９０を閉じ
て、熱交換器６２を通し２８℃に加温した流量０．５ｍ
³ ／Ｈの脱気水に対して、窒素ガスを流量０．１Ｎｍ³
／Ｈの割合で溶かし込み、散布ノズル７２より連続的に
第２充填層３６へ導入して運転を行った。得られた溶存
酸素濃度は１５μｇ／ｌであった。

【０１１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
充填層の下方における気相の空間を実質的に排除するこ
とによって脱気処理効果を上昇させた真空脱気装置にお
いて充填層内に加温した脱気処理水、加熱水蒸気、不活
性ガス、あるいは不活性ガスを溶解させた脱気処理水を
導入すること、あるいは脱気塔に供給される被処理水や
充填層を落下する被処理水を加熱することによって、脱
気処理効果をさらに飛躍的に上昇することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施形態の構成を示す図である。

【図２】 第２実施形態の構成を示す図である。

【図３】 第３実施形態の構成を示す図である。

【図４】 第４実施形態の構成を示す図である。

【図５】 水封装置の構成を示す図である。

【図６】 第５実施形態の構成を示す図である。

【図７】 第６実施形態の構成例を示す図である。

【図８】 目板の構成を示す図である。

【図９】 散布ノズルの構成を示す図である。

【図１０】 第７実施形態の構成を示す図である。

【図１１】 第８実施形態の構成を示す図である。

【図１２】 第９実施形態の構成を示す図である。

【図１３】 比較例の構成を示す図である。

【符号の説明】

１０ 脱気塔、１２ 充填層、１４ 脱気室、１６ 処
理水貯留室、２０ 散布装置、２４ 排水ポンプ、２６
真空ポンプ、３０ 差圧計、３２ 制御装置、３４
第１充填層、３６ 第２充填層、３８ 第１脱気室、４
０ 第２脱気室、４２ 水封装置、４４ 散布装置、４
６ 第１真空ポンプ、５０ 第２真空ポンプ、６２ 熱
交換器、６４，６６，７０ バルブ、６８ ガスボン
ベ、７２散布ノズル、１００ 加熱器。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気密に形成された脱気塔内に気液接触材
   の充填層を形成し、脱気塔の上方から被処理水を供給
   し、充填層の下方から処理水を排出し、充填層の上方か
   ら真空手段により脱気塔内の気体を排出し、さらに脱気
   塔内における処理水水位を前記充填層の下端とほぼ同一
   位置ないし、充填層の下端よりやや上方の位置に設定す
   るようになした真空脱気装置において、前記充填層内に
   加温した脱気処理水、加熱水蒸気、不活性ガス、不活性
   ガスを溶解させた脱気処理水から選ばれる一つまたは二
   つ以上の流体を導入するようにしたことを特徴とする真
   空脱気装置。
2. 【請求項２】 気密に形成された脱気塔内に気液接触材
   の充填層を形成し、脱気塔の上方から被処理水を供給
   し、充填層の下方から処理水を排出し、充填層の上方か
   ら真空手段により脱気塔内の気体を排出し、さらに脱気
   塔内における処理水水位を前記充填層の下端とほぼ同一
   位置ないし、充填層の下端よりやや上方の位置に設定す
   るようになした真空脱気装置において、脱気塔に接続さ
   れる被処理水供給管およびまたは充填層内に加熱手段を
   付設したことを特徴とする真空脱気装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の装置におい
   て、脱気塔内における処理水水位を検出する水位検出手
   段を設け、当該水位検出手段の検出結果に応じて、脱気
   塔内への被処理水の供給量または処理水の排出量を制御
   し、脱気塔内における処理水水位を制御することを特徴
   とする真空脱気装置。
4. 【請求項４】 気密に形成された脱気塔内に気液接触材
   の充填層を複数段に形成し、脱気塔の上方から被処理水
   を供給し、最下段の充填層の下方から処理水を排出し、
   少なくとも最上段の充填層上方から真空手段により脱気
   塔内の気体を排出し、さらに脱気塔内における処理水水
   位を最下段の充填層の下端とほぼ同一位置ないし、当該
   充填層の下端よりやや上方の位置に設定するようになし
   た真空脱気装置において、少なくとも最下段の充填層内
   に加温した脱気処理水、加熱水蒸気、不活性ガス、不活
   性ガスを溶解させた脱気処理水から選ばれる一つまたは
   二つ以上の流体を導入するようになしたことを特徴とす
   る真空脱気装置。
5. 【請求項５】 気密に形成された脱気塔内に気液接触材
   の充填層を複数段に形成し、脱気塔の上方から被処理水
   を供給し、最下段の充填層の下方から処理水を排出し、
   少なくとも最上段の充填層上方から真空手段により脱気
   塔内の気体を排出し、さらに脱気塔内における処理水水
   位を最下段の充填層の下端とほぼ同一位置ないし、当該
   充填層の下端よりやや上方の位置に設定するようになし
   た真空脱気装置において、脱気塔に接続される被処理水
   供給管およびまたは充填層内に加熱手段を付設したこと
   を特徴とする真空脱気装置。
6. 【請求項６】 請求項４または請求項５に記載の装置に
   おいて、最下段の充填層より上方の充填層はそれぞれの
   充填層の底部に、水封排出部を設けたことを特徴とする
   真空脱気装置。
7. 【請求項７】 請求項４ないし請求項６のいずれか１つ
   に記載の装置において、脱気塔内における処理水水位を
   検出する水位検出手段を設け、当該水位検出手段の検出
   結果に応じて、脱気塔内への被処理水の供給量または処
   理水の排出量を制御し、脱気塔内の処理水水位を制御す
   ることを特徴とする真空脱気装置。