(57)【要約】【課題】真空脱気装置を設置する場合の工事費用や設備費用の削減を可能とした真空脱気装置の提供。【解決手段】気密に形成された内部に気液接触材の充填層を備え、前記充填層の上方から被処理水を供給し、前記充填層の下方の処理水排出口から処理水を排出するとともに、真空手段により内部の気体を排出するようにした脱気塔本体と、前記処理水排出口から前記処理水を排出する連結管と、前記充填層の下部から大気圧に対し前記脱気塔本体内の真空が維持される高さ以上の高さＨだけ下方に貯留水の水位を有し、前記連結管の下端より上に一定に前記水位を設定した処理水槽と、を有する水頭圧を利用した真空脱気装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密に形成された内部に気液接触材の充填層を備え、前記充填層の上方から被処理水を供給し、前記充填層の下方の処理水排出口から処理水を排出するとともに、真空手段により内部の気体を排出するようにした脱気塔本体と、
前記処理水排出口から前記処理水を排出する連結管と、
前記充填層の下部から大気圧に対し前記脱気塔本体内の真空が維持される高さ以上の高さＨだけ下方に貯留水の水位を有し、前記連結管の下端より上に一定に前記水位を設定した処理水槽と、
を有することを特徴とする水頭圧を利用した真空脱気装置。
【請求項２】
前記連結管は、前記処理水が連続的に自然流下するよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の真空脱気装置。
【請求項３】
前記脱気塔本体下部には実質的に処理水貯溜部が設けられていないことを特徴とする請求項１又は２記載の真空脱気装置。
【請求項４】
前記脱気塔本体と前記処理水槽は、建造物の上階と下階に設置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の真空脱気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水頭圧を利用した真空脱気装置に係り、特に、占有容積を削減するとともに重量を軽減した、省スペース型、低コスト型の、水頭圧を利用した真空脱気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造分野、医薬品製造分野などでは非常に純度の高い純水が使用されている。このような純水を製造する設備として、原水から懸濁物質などを除去して前処理水とする前処理設備、前処理水からイオン、有機物、溶存ガスなどを除去して一次純水とする一次純水設備、一次純水を更に高純度とするための二次純水設備を備えた純水製造設備が用いられている。この純水製造設備は、製造された純水がユースポイントに供給され、ユースポイントで使用されない残部がリターン配管を介して一次純水設備の後段に設置された一次純水タンクに循環されるよう構成されている。
【０００３】
このような純水製造設備の一次純水設備では、水中の溶存気体を除去するために真空脱気装置が用いられている。
【０００４】
図６は、従来の真空脱気装置の一例を示す概略図である。同図に示すように、この真空脱気装置は、直立された円筒状の脱気塔本体１が地上に設けた基台上に据え付けられた構造とされており、脱気塔本体１内には、気液接触材の充填された充填層２が配置され、その下方に処理水貯溜部３が配置されている。被処理水は自動弁４１の介装された給水管５を通じて供給されるようになっている。
【０００５】
脱気処理は次のように行われる。すなわち、上方から真空ポンプ６により内部の気体が吸引されて減圧状態とされるとともに、被処理水は給水管５に接続されたノズル７から注下され、充填層２を流下する過程で溶存気体が除去されて処理水貯溜部３に貯溜される。処理水は処理水貯留部３から移送ポンプ８により排出される。処理水貯留部３には水位を常時検知する水位センサー９が設置されており、移送ポンプ８の下流に設置された水位コントロール弁４２が水位センサー９の出力により制御装置１０で制御されて、処理水貯溜部３の水位は所定の水位で維持されるようになっている。
【０００６】
また、脱気塔本体１の周辺には処理水貯留部３の水位を維持するために、水位センサー９や制御装置１０以外にも、水位センサー９の検知信号を出力する各種計器類など周辺機器類が設置されている。
【０００７】
この真空脱気装置では、処理水貯溜部３の上部容積が減圧されているため、処理水貯留部３の水位が低く有効吸込揚程が確保されていないと、処理水貯留部３から処理水を移送ポンプ８で排出する際に移送ポンプの吸込口で真空負圧に起因するキャビテーションが発生するおそれがある。このような理由に加え、実際には処理水の水位コントロールの安全マージンが考慮され、処理水貯溜部３の水位は６ｍ程度以上になるのが普通である。
【０００８】
このような従来の真空脱気装置は、真空脱気装置自体の強度に加え多量の処理水を保持するための強度が付与されるので重量が大きくなる上に、処理水の重量も加わる。そのため、これを設置する場合には、建造物の床面や構造物（基台等）の補強工事を行う必要があり、工事費用が増大するという問題があった。さらに、真空脱気装置の高さを確保するため２階のフロアの一部を貫通させる場合もあり、真空脱気装置の設置場所が著しく制限されるという問題もあった。
【０００９】
このような問題に対し、脱気塔本体の処理水排出口と移送ポンプの吸引口とを連結管により接続し、運転時の吸込水面を連結管内に位置するよう設定し、かつ、連結管内の水面と移送ポンプの軸中心間の高さが当該ポンプの有効吸込揚程より大きくされた真空脱気装置が知られている（特許文献１、参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４１１９０２２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、近年、純水水質への要求が厳しくなるに伴い、純水製造設備に設置される水処理装置の数や種類が増大し、純水製造設備全体としての建設費用が増大している。そのため、真空脱気装置や真空脱気装置を備える純水製造設備では、更なる省スペース化や、工事費用や設備費用を低減することが求められている。
さらに、純水製造設備は多様な地域に設置されるため、周囲の環境によっては、周辺機器類が例えば凍結することで故障するおそれがあった。特に、処理水貯留部３の水位をコントロールするための自動弁４１、水位センサー９、水位コントロール弁４２が故障するというトラブルへの対策が求められている。
【００１２】
本発明は、かかる従来の問題を解消すべくなされたもので、真空脱気装置を設置する場合の工事費用や設備費用の削減を可能とした真空脱気装置を提供することを目的とする。
【００１３】
さらに、真空脱気装置の占有容積を削減するとともに設置場所の自由度を顕著に増した省スペース型の真空脱気装置を提供することを目的とする。
【００１４】
さらに、連結管の周辺機器類を省略して、より安全な運転を可能とし、運転管理を容易とした低コスト型の真空脱気装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の水頭圧を利用した真空脱気装置は、気密に形成された内部に気液接触材の充填層を備え、前記充填層の上方から被処理水を供給し、前記充填層の下方の処理水排出口から処理水を排出するとともに、真空手段により内部の気体を排出するようにした脱気塔本体と、前記処理水排出口から前記処理水を排出する連結管と、前記充填層の下部から大気圧に対し前記脱気塔本体内の真空が維持される高さ以上の高さＨだけ下方に貯留水の水位を有し、前記連結管の下端より上に一定に前記水位を設定した処理水槽と、を有することを特徴とする。
本発明の真空脱気装置では、高さＨを確保できれば、脱気塔本体と処理水槽の水平位置関係は問わず、また、連結管の配管経路を問わず、連結管の周辺機器類も必要がないから、設置容積を削減して設置場所や設置形態の自由度を増すことができる。
【００１６】
本発明において、前記連結管は、前記処理水が連続的に自然流下するよう構成されていることが好ましい。この場合、連結管の周辺機器類が不要であり、より安全な運転を可能とするとともに、運転管理を容易とすることができる。
【００１７】
また、本発明において、前記脱気塔本体下部には実質的に処理水貯溜部が設けられていないことが好ましい。この場合、真空脱気装置の重量をより軽減できるから、工事費用を削減することができる。
【００１８】
さらに、本発明において、前記脱気塔本体と前記処理水槽は、建造物の上階と下階に設置されていることが好ましい。この場合、真空脱気装置の設置場所をより自由にすることができる。
【００１９】
このように本発明の真空脱気装置によれば、設置容積を削減して設置場所の自由度を増すことができるから、大型の純水製造設備にも容易に適用することができる。
そして、本発明の真空脱気装置は、大型の純水製造設備に適用した場合にも、床を補強する大掛かりな工事が必要なく、連結管の周辺機器類を削減できるから、コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の真空脱気装置によれば、真空脱気装置の設置容積を削減して設置場所の自由度を増すことができる。
さらに、本発明の真空脱気装置によれば、脱気塔本体の重量を軽減して工事費用を削減することができる。
さらに、本発明の真空脱気装置によれば、処理水貯留部を実質備えていないため、その水位コントロールのための周辺機器類を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による実施形態の真空脱気装置を概略的に示す図である。
【図２】本発明による実施形態の純水製造設備を概略的に示すブロック図である。
【図３】実施形態の純水製造設備の一例を示す概略図である。
【図４】実施例の純水製造設備の一例を示す概略図である。
【図５】実施例の純水製造設備の一例を示す概略図である。
【図６】従来の真空脱気装置の構成を概略的に示す図である。
【図７】比較例の純水製造設備の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、各図において同様の機能をもつ部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明による第１の実施形態の構成を概略的に示す図である。
図１に示される真空脱気装置１１の脱気塔本体１２内には、空隙率の大きい気液接触材が多数充填された充填層１３が配設されている。充填層１３の下部は脱気塔本体１２の底部を構成する鏡板による容積であり、鏡板の中央部には処理水排水口１４が開口している。このように、充填層１３の下方には従来の真空脱気装置に設けられているような処理水貯溜部は実質的に設けられていない。
【００２４】
符号１５は給水管であり、被処理水は給水管１５から供給され、充填層１３上に設置された図示を省略したシャワーヘッドから充填層１３に注下されるようになっている。処理水中の溶存気体濃度をより低減するために、このシャワーヘッドと充填層の組は複数段設けられていてもよい。
【００２５】
符号１６は真空引き用の脱気管であり、真空ポンプ１７により脱気塔本体１２内の気体を吸引脱気するようになっている。真空ポンプ１７により脱気塔本体１２内は被処理水が沸騰しない圧力以上、例えば、３．１〜２６．７ｋＰａ（２３〜２００Ｔｏｒｒ）程度の真空とされる。
【００２６】
この脱気塔本体１２は、建造物のフロア１８に設置固定されており、このフロア１８より下のフロア１９には処理水槽２０が設置されている。脱気塔本体１２の処理水排水口１４に接続された連結管２２が処理水槽２０の入水口２１を通じて処理水槽２０に挿入されている。
このとき、脱気塔本体１２と処理水槽２０は、同一建造物又は隣接する建造物の上階及び下階にそれぞれ設置することができる。また、脱気塔本体１２を建造物の外に設置した基台等の構造物上に設置することもできる。
【００２７】
処理水槽２０の出水口には下流へ処理水を送り出すポンプ２３が配置されている。
【００２８】
処理水槽２０の水面から充填層１３の下部までの高さＨは、処理水槽２０の水面にかかる大気圧に対して脱気塔本体１２内の真空が保持される高さ以上とされる。この高さＨの上限は、脱気塔本体１２が設置できる高さであれば限定されない。このように構成することで、連結管２２内の水位は、脱気塔本体１２内の真空度に応じた所定の高さｈで維持される。
【００２９】
連結管２２の内径は、処理水の水位を連結管２２内に維持するように、脱気塔本体１２内の真空度と高さＨに応じて適宜設計することができる。連結管２２の内径は、連結管２２内の処理水の線流束が好ましくは１０ｍ／ｓ以下、より好ましくは５ｍ／ｓ以下となるようにする。このようにして処理水が連続的に連結管２２内を流下するようにすることが好ましい。そのため、脱気塔本体１２内の真空度を安定に維持するとともに、処理水の水位を連結管２２内の所定の上下範囲内に維持することができる。さらに、連結管２２内の、水位より上方に逆止弁等を介設すれば、処理水槽２０内の処理水の水位が連結管２２の下端２２ａより低くなるというトラブルが起きても、処理水や、処理水槽をシールする不活性ガスなどの逆流を防ぐことができ、真空脱気装置の安全な運転が可能となる。
【００３０】
処理水槽２０の壁面にはレベルセンサー２４が取り付けられている。そして、レベルセンサー２４により検知される処理水槽２０の水位が、連結管２２の下端２２ａ以上の所定の一定の高さを維持するように、図示しない制御装置がポンプ２３の吐出量又はオン・オフを制御するようになっている。
【００３１】
また、処理水槽２０は処理水の汚染を抑制するためにその上部が窒素ガスなどの不活性ガスでシールされている。そのため、処理水槽２０の近傍に、例えば不活性ガスボンベ２６を設置して、ガス供給管２７を介して処理水槽２０へ不活性ガスを供給してもよい。
このとき、高さＨが変動して大きくなり、処理水槽２０の水位が連結管２２の下端２２ａより低くならないように、処理水槽２０内の不活性ガスの圧力は、正圧であればよく、０．１〜１．０ｋＰａであることがより好ましい。
【００３２】
処理水槽２０の容量は特に限定されず、従来の処理水貯留部と同程度の容量であってもよい。
【００３３】
本実施形態の脱気塔本体１２は、上記した高さＨで処理水槽２０の上方に設置されているため、ポンプ２３は、脱気塔本体１２の真空度に依らず、処理流量に応じて揚程や吐出量を選択して用いることができる。さらに、ポンプ２３の吸引側におけるキャビテーション発生のおそれがない。
【００３４】
本実施形態では、被処理水の流量が大きくなる程真空脱気装置の重量が大きくなるため、例えば、処理流量が５０ｍ３／ｈ以上であるとより顕著な効果が得られる。さらに、本実施形態では占有容積を大幅に削減することができるから、真空脱気装置を純水製造設備に備えられる他の水処理装置に対して適切な位置に設置することができる。
【００３５】
本実施形態では、被処理水は特に限定されず、市水、井水、工業用水等を脱気処理することができる。また、水処理設備や純水製造設備に組み込まれた各水処理装置の処理水を脱気処理することもできる。
【００３６】
このように、本実施形態では、高さＨさえ確保することができれば、連結管２２内の水位をモニタリングしたり制御したりする格別の工夫は必要がない。そのため、連結管２２は直管である必要がなく、どのような経路であってもよい。さらに、前後に配置される水処理装置との水平位置関係を問わないため、真空脱気装置の設置場所や配管経路などの自由度が大幅に増すことになる。さらに、本実施形態の真空脱気装置は、脱気塔本体１２に処理水貯溜部を有していないため、真空脱気装置自体の重量を軽減して、脱気塔本体１２を据え付ける基台など基礎の建設や建造物の補強工事などが軽減できるから、このための工事費用を削減することができる。
【００３７】
（第２の実施形態）
次に、第１の実施形態の真空脱気装置を備えた純水製造設備の実施形態について以下に説明する。
【００３８】
図２は本発明による第２の実施形態を示すブロック図である。
図２に示される純水製造設備３０は、前処理設備３１、前処理設備３１の後段に配置され、前処理水を貯留するタンクＴ１、タンクＴ１の後段の一次純水設備３２、一次純水を貯留するタンクＴ３、タンクＴ３の後段の二次純水設備３３を備えている。
【００３９】
一次純水設備は、活性炭装置（ＡＣ）３２１、陽イオン交換装置（ＳＣ）３２２、脱気装置（ＤＧ）３２３、陰イオン交換装置（ＳＡ）３２４、タンクＴ２、ポンプＰ、逆浸透膜装置（ＲＯ）３２５、紫外線酸化装置（ＴＯＣ−ＵＶ）３２６、混床式イオン交換装置（ＭＢ）３２７、膜脱気装置（ＭＤＧ）３２８を順に備えている。二次純水設備３３は、タンクＴ３の後段にポンプＰを介して、熱交換器（ＨＥＸ）３３１、紫外線酸化装置（ＴＯＣ−ＵＶ）３３２、ポリッシャー３３３、膜脱気装置（ＭＤＧ）３３４、限外ろ過膜装置（ＵＦ）３３５をこの順に備えている。
【００４０】
この純水製造設備では、５０〜５００ｍ３／ｈ程度で純水がユースポイント（ＰＯＵ）に供給されるが、例えば、膜脱気装置３２８に替えて第１の実施形態の真空脱気装置を用いることができる。第1の実施形態によれば、上記したように高さＨを確保できればその設置位置や配管経路は問わないだけでなく、連結管に周辺機器類を設置する必要がない。そのため、純水製造設備に容易に適用することができる。さらに、処理流量に合わせて脱気塔本体１２の大きさを容易に変更することができる。
【００４１】
また、この場合には、被処理水は前段の水処理設備で処理されており、溶存炭酸濃度は１ｍｇ／Ｌ以下、比抵抗１８．０ＭΩ・ｃｍ以上とされている。脱気塔本体１２内を３．１〜２０．０ｋＰａ（２３〜１５０Ｔｏｒｒ）に減圧して、この被処理水を供給することで、処理水中の溶存酸素濃度を１μｇ／Ｌ以下とすることができる。脱気塔本体１２の下部にガス供給管を設置して、窒素ガスなどの不活性ガスを脱気塔本体内に少量注入すれば、酸素の除去効率を高め、例えば、処理水中の溶存酸素濃度を０．５μｇ／Ｌ以下とすることができる。
【００４２】
また、図３は、脱気装置３２３として第１の実施形態の真空脱気装置を設置する場合の概略図である。図２に示されるような純水製造設備では、脱気装置３２３として空気曝気により脱気する常圧又は有圧の脱炭酸塔を屋外に設置している。
これに対し、第１の実施形態の真空脱気装置によれば、建造物内に真空脱気装置を構成する脱気塔本体１２及び連結管２２を他の水処理装置の設置場所に応じて好適な位置に設置することができるし、従来の脱炭酸塔に替えて真空脱気装置を備える場合でも建造物の補強工事を行う必要がない。
【００４３】
純水製造設備３０において、脱気装置３２３として第１の実施形態の真空脱気装置を用いる場合には、前段の陽イオン交換装置に充填される樹脂としてＨ型の強酸性イオン交換樹脂を用い、この陽イオン交換装置で処理されて液性がｐＨ４〜５程度の酸性となった供給水が脱気塔本体１２内に注下される。同時に、真空ポンプ１７により脱気塔本体１２内を３．１〜２０．０ｋＰａ（２３〜１５０Ｔｏｒｒ）に減圧する。また、供給水の流量に対し０．５〜５％の窒素ガスなどの不活性ガスを注入させることで、溶存炭酸濃度を低減してもよい。このように本実施形態の真空脱気装置を用いることで、溶存炭酸濃度は１０ｍｇ／Ｌ以下とすることができる。
【００４４】
このようにして一次純水設備で製造された一次純水はそのまま医療用水、医薬製造用水、半導体製造装置の冷却用水などとして使用することができる。一次純水を二次純水設備３３でさらに処理して比抵抗１８．２ＭΩ・ｃｍ以上、溶存酸素濃度１μｇ／Ｌ以下の高純度の純水とすれば、半導体製造工程におけるウェハー洗浄用水などとして好適に使用することができる。
【００４５】
以上のように第１の実施形態の真空脱気装置を用いて純水製造設備を構成する場合には、設置容積や工事費用を削減するとともに従来の真空脱気装置に必要であった周辺機器類が不要であるから、設置や設計の自由度を高め、コストを削減することができる。
【００４６】
なお、本発明の真空脱気装置は上記した実施形態に限定されることなく、本発明の効果を損なわない範囲で、各種の純水製造設備や水処理設備に適用することができる。
【実施例】
【００４７】
次に本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
図２の純水製造設備において、混床式イオン交換装置３２７から熱交換器３３１までを、第１の実施形態の真空脱気装置３２８ａを用いて同一の建造物１００内に設置する。実施例１の純水製造設備の一部の概略構成図を図４に示す。
建造物は地下1階を有する２階建であり、２階部分（符号１８）に第１の実施形態の真空脱気装置３２８ａの脱気塔本体１２を設置し、地下のタンクＴ３を処理水槽２０として用いている。
真空脱気装置３２８ａにおいて、脱気塔本体１２の高さは４．５ｍ、タンクＴ３の容量は２００ｍ３である。
【００４８】
実施例１では、脱気塔本体１２を建造物内に設置することができるので、この場合、真空脱気装置前後で従来の真空脱気装置を用いた場合に比べおおよそ３０〜５０％の容積を削減することができる。また連結管２２に周辺機器類を設置する必要もない。
【００４９】
（実施例２）
実施例１において、真空脱気装置３２８ａを建造物１００の屋上１０１に設置する。実施例２の純水製造設備の一部の概略構成図を図５に示す。
実施例２のように、実施形態の真空脱気装置は、従来の真空脱気装置に比べて重量を軽減できるだけでなく、連結管２２に周辺機器類を設置する必要がないため、脱気塔本体１２を建造物の屋上に設置することができる。
【００５０】
（比較例１）
実施例１において、図６に示されるような全高１０．５ｍの従来の真空脱気装置３２８ｂを建造物外に設置する。比較例１の純水製造設備の一部の概略構成図を図７に示す。
比較例１では、脱気塔本体１を建造物外に配置された基台の上に据え付けるため、基台の補強工事が必要である。さらに、建造物内に設置された前段の水処理装置の出水口と脱気塔本体１の給水管５を配管により接続するとともに、処理水貯溜部３を建造物内に設置された後段の水処理装置の入水口に処理水移送ポンプ８を介して配管により接続する。したがって、真空脱気装置の直前後に配置される水処理装置の建造物内の位置によっては配管経路が煩雑となってしまう。また、屋外に配置するため、環境によっては脱気塔本体１の水位コントロールのための周辺機器類の故障への対策が望まれる。
【符号の説明】
【００５１】
１１…真空脱気装置、１２…脱気塔本体、１３…充填層、１４…処理水排水口、１５…給水管、１６…脱気管、１７…真空ポンプ、１８…フロア、１９…フロア、２０…処理水槽、２１…入水口、２２…連結管、２３…ポンプ、２４…レベルセンサー、２５…ガス供給管、２６…不活性ガスボンベ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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