(57)【要約】【課題】液体中の溶存酸素を効果的に除去する液体中の溶存酸素除去装置および溶存酸素除去方法を提供する。【解決手段】本発明の液体中の溶存酸素除去装置１は、原水と窒素ガスとを気液接触させて原水中の溶存酸素を除去する気液接触部４１を有する脱酸素塔４３と、原水を脱酸素塔４３の気液接触部４１より上方に供給する原水供給管４５と、窒素ガスを脱酸素塔４３の気液接触部４１より下方に供給する窒素ガス供給管４７や貯溜槽４９内の水面上空間４９ａと、脱酸素塔４３の気液接触部４１により窒素ガスと気液接触した原水を貯溜する貯溜槽４９と、貯溜槽４９に貯溜された原水のうち一部を処理水として外部に導出する導出管５１と、貯溜槽４９に貯溜された原水のうち一部を脱酸素塔４３の気液接触部４１より上方に導入して還流させる還流管５３とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象の液体と不活性ガスとを気液接触させて上記液体中の溶存酸素を除去する気液接触部を有する脱酸素塔と、
上記液体を脱酸素塔の気液接触部より上方に供給する液体供給路と、
上記不活性ガスを脱酸素塔の気液接触部より下方に供給する不活性ガス供給路と、
上記脱酸素塔の気液接触部により不活性ガスと気液接触した液体を貯溜する貯溜槽と、
上記貯溜槽に貯溜された液体のうち一部を処理液として外部に導出する導出路と、
上記貯溜槽に貯溜された液体のうち一部を上記脱酸素塔の気液接触部より上方に導入して還流させる還流路とを備えたことを特徴とする液体中の溶存酸素除去装置。
【請求項２】
上記還流路により上記脱酸素塔の気液接触部より上方に導入する液体の流量と、上記導出路により外部に導出する液体の流量または上記液体供給路により供給される液体の流量との比率を制御する流量制御手段を備えた請求項１記載の液体中の溶存酸素除去装置。
【請求項３】
上記液体供給路と連通する第１エジェクターを備え、
上記第１エジェクターは、上記液体供給路により上記脱酸素塔の気液接触部より上方に供給される液体と上記不活性ガスとを気液接触させる請求項１または２記載の液体中の溶存酸素除去装置。
【請求項４】
上記還流路と連通する第２エジェクターを備え、
上記第２エジェクターは、上記還流路により上記脱酸素塔の気液接触部より上方に導入される液体と上記不活性ガスとを気液接触させる請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体中の溶存酸素除去装置。
【請求項５】
処理対象の液体と不活性ガスとを気液接触させて上記液体中の溶存酸素を除去する気液接触部を有する脱酸素塔の気液接触部より上方に上記液体を供給し、
上記脱酸素塔の気液接触部より下方に上記不活性ガスを供給し、
上記脱酸素塔の気液接触部により不活性ガスと気液接触した液体を所定の貯溜槽に貯溜し、
上記貯溜槽に貯溜された液体のうち一部を処理液として外部に導出し、
上記貯溜槽に貯溜された液体のうち一部を上記脱酸素塔の気液接触部より上方に導入して還流させることを特徴とする液体中の溶存酸素除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば空調システム，ボイラ給水、飲料水製造用、食品製造用、半導体超純水製造用あるいは各種試験研究用等に用いる液体中の溶存酸素除去装置および溶存酸素除去方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
建物の各所に配置した空調器（例えばファンコイル）に蓄熱槽内の冷水または温水を供給して空気調和を行なう水熱源空調システムはビル空調等で一般化しているが、循環させる液体中の溶存酸素により配管やコイル等が腐食するという問題がある。
【０００３】
そこで、高効率で気液接触可能な気液接触部を多段に組み合わせ、原水と不活性ガスを向流接触させることにより、不活性ガスのガス分圧差分を有効に利用して不活性ガスの消費量を低減する溶存酸素低減装置が提案されている（例えば、下記の特許文献１参照。）。この特許文献１に示す装置は、実質的に垂直方向に複数個の気液接触部とその気液接触部間に気液分離部を配置してなる放散塔の上部に原水を供給し、放散塔の下部より不活性ガスを導入し、気液接触部内で流下する原水と上昇する不活性ガスを向流接触させることを繰り返し、原水中の溶存酸素を不活性ガス側に放散して物質移動させるようになっている。
【特許文献１】特開２００４−１４１８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に示すような装置では、溶存酸素の除去性能を確保するために複雑な構造の気液接触部（リアクタ）を多段に配置しているため、内部構造が複雑で、装置サイズに下限があって小型化ができない。また、構造が複雑で高価なリアクタを多段配置しているため、設備コストが嵩む。このため、原水の量が少ない用途に対しては、設備の無駄が多すぎて実質的に適用が困難であった。一方、小型化しようとしてリアクタの段数を少なくすると、十分な溶存酸素の除去性能を得ることはできないという問題があった。
【０００５】
また、いわゆるスタティックミキサ、バブリング等の方法により、水と窒素を接触させるものは、接触効率が悪いため、窒素使用量が多く、装置の大型化、ＤＯ値（溶存酸素値）の削減限界値が高い等の制約がある。また、膜式脱酸素装置等の窒素式以外の方式の場合、ＤＯ値の制限、水質、水温等の制限がある。
【０００６】
本発明は、上記のような事情に鑑みなされたもので、液体中の溶存酸素を効果的に除去する液体中の溶存酸素除去装置および溶存酸素除去方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の液体中の溶存酸素除去装置は、処理対象の液体と不活性ガスとを気液接触させて上記液体中の溶存酸素を除去する気液接触部を有する脱酸素塔と、上記液体を脱酸素塔の気液接触部より上方に供給する液体供給路と、上記不活性ガスを脱酸素塔の気液接触部より下方に供給する不活性ガス供給路と、上記脱酸素塔の気液接触部により不活性ガスと気液接触した液体を貯溜する貯溜槽と、上記貯溜槽に貯溜された液体のうち一部を処理液として外部に導出する導出路と、上記貯溜槽に貯溜された液体のうち一部を上記脱酸素塔の気液接触部より上方に導入して還流させる還流路とを備えたことを要旨とする。
【０００８】
また、上記目的を達成するため、本発明の液体中の溶存酸素除去方法は、処理対象の液体と不活性ガスとを気液接触させて上記液体中の溶存酸素を除去する気液接触部を有する脱酸素塔の気液接触部より上方に上記液体を供給し、上記脱酸素塔の気液接触部より下方に上記不活性ガスを供給し、上記脱酸素塔の気液接触部により不活性ガスと気液接触した液体を所定の貯溜槽に貯溜し、上記貯溜槽に貯溜された液体のうち一部を処理液として外部に導出し、上記貯溜槽に貯溜された液体のうち一部を上記脱酸素塔の気液接触部より上方に導入して還流させることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００９】
すなわち、本発明によれば、上記貯溜槽に貯溜された液体のうち一部を上記脱酸素塔の気液接触部より上方に導入して還流させる。
【００１０】
したがって、上記液体を上記貯溜槽と上記気液接触部間で循環させ、気液接触させる頻度を向上させることができるため、当該液体中の溶存酸素の濃度を効率よく低下させ、溶存酸素の濃度が極めて低い液体を処理液として得ることができる。また、例えばリアクタの段数を少なくする等、構造を簡素化しても、十分な溶存酸素除去性能を確保することができるため、本装置を小型化することができ、本装置の設備コストやランニングコストを抑えることができる。また、本装置は小型化できるため、供給される原液の流量が少ない用途に対しても適用が可能になる。
【００１１】
本発明において、上記還流路により上記脱酸素塔の気液接触部より上方に導入する液体の流量と、上記導出路により外部に導出する液体の流量または上記液体供給路により供給される液体の流量との比率を制御する流量制御手段を備えた場合には、上記脱酸素塔の気液接触部より上方に導入して還流させる循環液の流量を、上記外部に導出する処理液の流量または上記供給される原液の流量より多くすることができる。これにより、上記貯溜槽と上記気液接触部間において上記処理液として外部に導出する液体の流量よりも多い流量の液体を循環液として循環させることができるため、溶存酸素の濃度が極めて低い処理液を容易に得ることができる。また、上記還流路による循環液が上記脱酸素塔の気液接触部より上方に導入されるため、上記脱酸素塔の気液接触部より上方において、原液を循環液で十分に希釈して供給することができ、上記貯溜槽に貯留される液体の溶存酸素の濃度が高まることを防止し、溶存酸素の濃度が極めて低い処理液を得ることができる。
【００１２】
本発明において、上記液体供給路と連通する第１エジェクターを備え、上記第１エジェクターは、上記液体供給路により上記脱酸素塔の気液接触部より上方に供給される液体と上記不活性ガスとを気液接触させる場合には、上記気液接触部で原液から溶存酸素を除去する前に、上記第１エジェクターで上記原液の溶存酸素の濃度を効果的に低下させることができる。したがって、上記脱酸素塔の気液接触部より上方において上記液体供給路により供給される原液と上記還流路により導入される循環液が混ざることにより、溶存酸素の濃度が上がりすぎてしまうということを防止することができる。また、エジェクターを用いるため上記原液の流量が少ないときでも当該原液の溶存酸素の濃度を効果的に低下させることができる。
【００１３】
本発明において、上記還流路と連通する第２エジェクターを備え、上記第２エジェクターは、上記還流路により上記脱酸素塔の気液接触部より上方に導入される液体と上記不活性ガスとを気液接触させる場合には、上記第２エジェクターで上記還流路により導入される循環液中の溶存酸素の濃度をさらに低下させることができる。また、エジェクターを用いるため、上記還流路により導入される循環液の流量が少ないときでも当該循環液の溶存酸素の濃度を効果的に低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
つぎに、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の溶存酸素除去装置の一実施の形態を示す図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施例では、溶存酸素除去装置１は、ビル等の建物内の各所に配置した空調機３に冷水または温水等の循環水を供給して空気調節を行なう水熱源空調システムに用いられる。以下では、空調機３に冷水を供給する場合を例にして説明する。
【００１７】
上記水熱源空調システムは、冷媒ガスを循環させるガス管１１、冷媒ガスを圧縮する圧縮機１３、後述の冷却塔２３で冷却された冷却水によりガス管１１内の冷媒ガスを冷却する熱交換器１５、冷媒ガスを膨張する膨張機１７等からなるガス循環系と、熱交換器１５内で冷媒ガスを冷却するための冷却水を循環させる冷却水配管２１、冷却水を大気と接触させて冷却する冷却塔（クーリングタワー）２３、冷却水配管２１を開閉する配管開閉弁２５、冷却水配管２１内の冷却水を循環させるための冷却塔側循環ポンプ２７等からなる冷却水循環系と、空調を行なう空調機３、膨張機１７で膨張し冷却された冷媒ガスにより後述の空調機側冷温水配管３３内の水を冷却する熱交換器３２と、熱交換器３２により冷却された冷水を空調機３に供給する空調機側冷温水配管３３、当該空調機側冷温水配管３３を開閉する空調機側開閉弁３５、空調機側冷温水配管３３内の冷水を循環させるための空調機側循環ポンプ３７等からなる冷水循環系で構成されている。
【００１８】
上記冷却水循環系は冷却塔２３で大気と接触する開放系であり、冷水循環系は大気と接触しない密閉系である。熱交換器１５，３２は、冷温水発生機やボイラ等に用いられて、冷暖房に対応するようになっている。
【００１９】
本発明の溶存酸素除去装置１は、この例では、２つ準備され、開放系である冷却水循環系の冷却水配管２１と、密閉系である冷水循環系の空調機側冷温水配管３３のそれぞれに接続されている。これらの溶存酸素除去装置１により冷却水循環系の冷却水中の溶存酸素や、冷水循環系の冷水中の溶存酸素を除去して、溶存酸素に原因する各配管の腐食等を防止するようになっている。
【００２０】
冷却水循環系の冷却水配管２１に接続された溶存酸素除去装置１は、冷却水配管２１のうち冷却塔２３の下流側に接続され、冷却塔２３を通過した後の冷却水（原液）を冷却水配管２１から取り込み、当該取り込んだ冷却水（原水）中の溶存酸素を除去して冷却水配管２１のうち熱交換器１５の上流側に戻すようになっている。
【００２１】
空調機側冷温水配管３３に接続された溶存酸素除去装置１は、空調機側冷温水配管３３からの冷水（原液）漏れや、水（冷水）抜き等の際に減少した水を補うための補給水を外部から取り込み、当該取り込んだ補給水（原水）中の溶存酸素を除去して空調機側冷温水配管３３に供給するようになっている。このようにすることにより、溶存酸素が除去された補給水を空調機側冷温水配管３３に供給することができる。なお、空調機側冷温水配管３３から冷水（原液）を取り込み、当該取り込んだ冷水（原水）中の溶存酸素を除去して空調機側冷温水配管３３に戻すようにしてもよい。このようにすることにより、空調機側冷温水配管３３内を流通する原水の全量に対して溶存酸素除去処理を施すことができる。これにより、空調機側冷温水配管３３を流通する冷水中に酸素が溶け込んでしまった場合に対応することができる。
【００２２】
上記２つの溶存酸素除去装置１は、同じものであるため、冷却水配管２１に接続された方を例にして説明する。
【００２３】
つぎに、図２を参照して、溶存酸素除去装置１について説明する。
【００２４】
上記溶存酸素除去装置１は、処理対象の液体である原水と不活性ガスである窒素ガス（Ｎ２）とを気液接触させて上記原水中の溶存酸素を除去する気液接触部４１を有する脱酸素塔４３と、上記原水を脱酸素塔４３の気液接触部４１より上方に供給する液体供給路である原水供給管４５と、窒素ガスを供給する窒素ガス供給装置４６と、窒素ガス供給装置４６から供給される窒素ガスを脱酸素塔４３の気液接触部４１より下方に供給する不活性ガス供給路（後述の窒素ガス供給管４７や貯溜槽４９内の水面上空間４９ａ）と、上記脱酸素塔４３の気液接触部４１により窒素ガスと気液接触した原水を貯溜する貯溜槽４９と、上記貯溜槽４９に貯溜された原水のうち一部を処理水（処理液）として外部（具体的には、冷却水配管２１）に導出する導出路である導出管５１と、導出管５１から分岐した分岐管５１ａと、上記貯溜槽４９に貯溜された原水である貯溜水のうち一部を上記脱酸素塔４３の気液接触部４１より上方に導入して還流させる還流路である還流管５３等とを備えている。
【００２５】
上記原水供給管４５は、一端が冷却水配管２１（図１）に接続され、他端が上記脱酸素塔４３の気液接触部４１より上方に接続されることにより、冷却水配管２１から供給される原水を脱酸素塔４３内の気液接触部４１より上方に導入するようになっている。
【００２６】
上記窒素ガス供給管４７は、一端が窒素ガス供給装置４６に接続され、他端が貯溜槽４９に接続されることにより、窒素ガス供給装置４６から供給される窒素ガスを貯溜槽４９内に導入するようになっている。
【００２７】
上記導出管５１は、一端が貯溜槽４９に接続され、他端が冷却水配管２１に接続されることにより、貯溜槽４９に貯留された原水を処理水として外部（具体的には、冷却水配管２１）に導出するようになっている。
【００２８】
上記還流管５３は、一端が導出管５１に接続され、他端が上記脱酸素塔４３の気液接触部４１より上方に接続されることにより、上記貯溜槽４９に貯溜された原水を脱酸素塔４３内の気液接触部４１より上方に導入するようになっている。すなわち、上記還流管５３は、導出管５１から分岐し、処理水の一部を脱酸素塔４３内の気液接触部４１より上方に導入するようになっている。
【００２９】
上記導出管５１のうち上記還流管５３が分岐する部分の上流側には、貯溜槽４９内の原水を送水する送水ポンプ５４が設けられている。このように、送水ポンプ５４の下流側で導出管５１から還流管５３を分岐することにより、導出管５１と還流管５３のそれぞれに送水ポンプを設ける必要がなく、送水ポンプや制御装置等の設備コストを節減することができる。
【００３０】
上記脱酸素塔４３の頂部には窒素ガスを排気する排気管５５が接続されている。
【００３１】
上記貯溜槽４９は、上記脱酸素塔４３の下部に接続され、上記脱酸素塔４３内を流下する原水を貯留する。窒素ガス供給管４７から導入された窒素ガスは、貯溜槽４９内の水面上空間４９ａに充填されて上昇し脱酸素塔４３の気液接触部４１に供給される。すなわち、窒素ガス供給管４７や貯溜槽４９内の水面上空間４９ａは、窒素ガス供給装置４６から供給される窒素ガスを脱酸素塔４３の気液接触部４１より下方に供給する不活性ガス供給路としての役割を果たす。
【００３２】
上記貯溜槽４９の底部には、貯溜槽４９内の原水を外部に排水する排水管６７が接続されている。排水管６７には、当該排水管６７を開閉し外部への原水の排水を開閉制御する排水管開閉弁６９が設けられている。
【００３３】
上記原水供給管４５には、貯溜槽４９内に貯留された原水の水位に応じて当該原水供給管４５を開閉し脱酸素塔４３内への原水の導入を開閉制御するボールタップと連動した供給管開閉弁７１が設けられている。例えば、上記貯溜槽４９内に貯留された原水の液面が下がれば、ボールタップにより供給管開閉弁７１が開状態になり、原水が原水供給管４５から脱酸素塔４３内へ導入され、液面が上がれば、ボールタップにより供給管開閉弁７１が閉状態になり、原水供給管４５から脱酸素塔４３内への原水の導入が停止するようになっている。このため、原水は、導出された処理水の量と略同じ量が原水供給管４５から供給されるようになっている。
【００３４】
上記窒素ガス供給管４７には、当該窒素ガス供給管４７を開閉し窒素ガス供給装置４６から貯溜槽４９内への窒素ガスの導入を開閉制御するガス管開閉弁７３と、窒素ガス供給管４７の窒素ガスの流量を計測する窒素ガス流量計７５とが設けられている。
【００３５】
上記導出管５１には、当該導出管５１を開閉し冷却水配管２１への処理水の導出を開閉制御する導出管開閉弁７６と、導出管５１の処理水の流量を計測する処理水流量計７７と、逆方向（貯溜槽４９方向）への流れを制限する逆止弁７８とが設けられている。上記逆止弁７８は、導出管５１の導出口近傍に設けられている。
【００３６】
上記還流管５３には、当該還流管５３を開閉し上記脱酸素塔４３内への原水（ここでは、循環水）の導入を開閉制御する還流管開閉弁７９と、還流管５３の循環水の流量を計測する循環水流量計８１とが設けられている。
【００３７】
上記導出管５１から分岐した分岐管５１ａには、当該分岐管５１ａを開閉し導出管５１への水の導入を開閉制御する分岐管開閉弁８３と、分岐管５１ａの原水中の溶存酸素濃度値（ＤＯ値）を計測するＤＯセンサ８５とが設けられている。上記導出管５１から分岐した分岐管５１ａは、導出管５１のうち処理水流量計７７の下流側に接続されている。
【００３８】
本実施例では、上記還流管５３により上記脱酸素塔４３の気液接触部４１より上方に導入する循環水の流量と、上記導出管５１により外部に導出する処理水の流量または上記原水供給管４５により供給される原水の流量との比率が上記還流管開閉弁７９，導出管開閉弁７６，分岐管開閉弁８３等の流量制御手段により制御される。
【００３９】
具体的には、上記還流管開閉弁７９，導出管開閉弁７６，分岐管開閉弁８３の開閉度合いが予め設定されていることで、上記還流管５３により上記脱酸素塔４３の気液接触部４１より上方に導入する循環水（循環液）の流量と上記導出管５１により外部に導出する処理水の流量の比率と、上記循環水の流量と上記原水供給管４５により供給される原水の流量の比率が制御されている。
【００４０】
このようにすることにより、上記循環水の流量を、上記処理水または上記供給される液体の流量より多くすることができる。これにより、上記貯溜槽４９と上記気液接触部４１間において上記外部に導出する処理水の流量よりも多い流量の液体を循環水として循環させることができるため、溶存酸素の濃度が極めて低い処理水を容易に得ることができる。また、上記還流管５３による循環水が上記脱酸素塔４３の気液接触部４１より上方に導入されるため、上記脱酸素塔４３の気液接触部４１より上方において、原水を循環水で十分に希釈して供給することができ、上記貯溜槽４９に貯留される原水（貯留水）の溶存酸素の濃度が高まることを防止し、溶存酸素の濃度が極めて低い処理水を得ることができる。
【００４１】
また、上記のように、導出される処理水量の所定倍の原水を循環させ、リアクタでの脱酸素処理を繰り返すことにより、複数のリアクタを備えた装置と同様の処理を安価に効率よく行なうことができる。なお、本実施例では、上記還流管開閉弁７９，導出管開閉弁７６，分岐管開閉弁８３の開閉度合いは、予め設定されているが、ＤＯセンサ８５の計測結果に基づいて制御されてもよい。すなわち、ＤＯセンサ８５も流量制御手段として機能し、上記還流管開閉弁７９，導出管開閉弁７６，分岐管開閉弁８３は、ＤＯセンサ８５の計測結果に基づいて、それぞれ開閉度合いを制御するようにしてもよい。例えば、ＤＯセンサ８５の計測結果としてＤＯ値が高い場合には、上記還流管開閉弁７９の開閉度合いを大きくする、または／および導出管開閉弁７６や分岐管開閉弁８３の開閉度合いを小さくするようにしてもよい。一方、ＤＯセンサ８５の計測結果としてＤＯ値が低い場合には、上記還流管開閉弁７９の開閉度合いを小さくする、または／および導出管開閉弁７６や分岐管開閉弁８３の開閉度合いを大きくするようにしてもよい。また、ＤＯ値が高いか低いかの判別は、ＤＯ値が所定の閾値より高いか低いかにより行なってもよい。この場合、ＤＯセンサ８５の計測結果としてＤＯ値が所定の閾値より高い場合には、上記還流管開閉弁７９の開閉度合いを大きくする、または／および導出管開閉弁７６や分岐管開閉弁８３の開閉度合いを小さくするようにしてもよい。一方、ＤＯセンサ８５の計測結果としてＤＯ値が所定の閾値より低い場合には、上記還流管開閉弁７９の開閉度合いを小さくする、または／および導出管開閉弁７６や分岐管開閉弁８３の開閉度合いを大きくするようにしてもよい。上記還流管開閉弁７９，導出管開閉弁７６，分岐管開閉弁８３の開閉度合いの制御は、上記還流管開閉弁７９，導出管開閉弁７６，分岐管開閉弁８３自体がＤＯセンサ８５の計測結果に基づいて行なってもよいし、開閉度合いの制御機能を持たせたＤＯセンサ８５が行なってもよい。このようにすることにより、ＤＯ値が高い場合には、上記貯溜槽４９と上記気液接触部４１間で循環させる循環水量を多くし、気液接触させる頻度を向上させ循環中の溶存酸素の濃度をさらに低下させることができる。一方、ＤＯ値が低い場合には、上記貯溜槽４９と上記気液接触部４１間で循環させる循環水量を少なくし、気液接触させる頻度を少なくして溶存酸素の濃度をある程度低下させることができる。これにより、処理水の水質を自動的に安定させることができる。
【００４２】
ここで、図３を参照して、上記窒素ガス供給装置４６について説明する。
【００４３】
上記窒素ガス供給装置４６は、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）方式を用いて、所定量の原料空気から所定の窒素収率で窒素ガスを抽出し、窒素ガス供給管４７を介して貯溜槽４９内に所定量の窒素ガスを供給するようになっている。上記窒素ガス供給装置４６は、連続的に窒素ガスを供給するために所定容量（ＰＳＡ容量）の第１吸着塔１０１と第２吸着塔１０３の２つの吸着塔を有し、これらの吸着塔を切り替えて運転するようになっている。
【００４４】
上記窒素ガス供給装置４６の第１吸着塔１０１内と第２吸着塔１０３内には、主として酸素を吸着する吸着剤が封入されている。上記吸着剤は、吸着塔内の圧力を高くすると酸素を吸着し、圧力を下げると吸着した酸素を放出するようになっている。
【００４５】
図３（Ａ）は、上記第１吸着塔１０１から所定量の窒素ガスを供給し、第２吸着塔１０３から所定量の酸素ガスを排出している窒素ガス供給装置４６を示し、図３（Ｂ）は、上記第２吸着塔１０３から所定量の窒素ガスを供給し、第１吸着塔１０１から所定量の酸素ガスを排出している窒素ガス供給装置４６を示している。
【００４６】
図３（Ａ）に示す窒素ガス供給装置４６は、高圧の第１吸着塔１０１に所定量の原料空気を導入し、第１吸着塔１０１で原料空気から酸素を吸着することで窒素ガスを抽出し、その窒素ガスを供給口から窒素ガス供給管４７を介して貯溜槽４９内に供給している。この間、上記抽出された窒素ガスのうちの所定量を低圧の第２吸着塔１０３に導入し、第２吸着塔１０３から所定量の酸素を含む酸素ガスを排出口から排出している（逆流パージ）。なお、図示のように、窒素ガス供給装置４６には、原料空気，窒素ガス，酸素ガスが流通する流通路、これらの流通路を制御する複数の開閉弁はそれぞれ必要に応じて流通方向を切り替えるよう流通路を開閉するようになっている。
【００４７】
図３（Ｂ）に示すように、第１吸着塔１０１の吸着材が酸素で飽和する前に、窒素ガス供給装置４６は、第２吸着塔１０３内を高圧に切り替えるとともに、第１吸着塔１０１内を低圧に切り替える。そして、高圧の第２吸着塔１０３に所定量の原料空気を導入し、第２吸着塔１０３により原料空気から酸素を吸着することで窒素ガスを抽出し、その窒素ガスを供給口から窒素ガス供給管４７を介して貯溜槽４９内に供給している。この間、上記抽出された窒素ガスのうちの所定量を低圧の第１吸着塔１０１に導入し、第１吸着塔１０１から所定量の酸素を含む酸素ガスを排出口から排出している。
【００４８】
このように、窒素ガス供給装置４６は、連続的に所定量の窒素ガスを窒素ガス供給管４７を介して貯溜槽４９内に供給するようになっている。
【００４９】
なお、上記実施例では、上記窒素ガス供給装置として、ＰＳＡ方式の窒素ガス供給装置４６を採用しているが、これに限定されるものではなく、例えば膜分離式の窒素ガス供給装置を採用してもよい。
【００５０】
上記膜分離式の窒素ガス供給装置は、気体の膜透過速度の違いを利用して、原料空気中の窒素ガスを分離・発生するようになっている。ガスが膜を透過する速度が気体分子の膜に対する溶解性と拡散性等により決まるため、透過速度の早い酸素等が膜外部に排出され、透過速度の遅い窒素が供給されるようになっている。
【００５１】
上記膜分離式の窒素ガス供給装置を採用することにより、窒素ガスを安定して供給、操作が簡単、振動部がなく騒音振動が少ないとともに、装置構成が簡易、設置スペースが小さい、メンテナンスフリー、高圧ガス保安法に規制を受けない等の効果を奏する。
【００５２】
また、窒素ガス供給装置４６として窒素ガスを収容する窒素ガスボンベを採用してもよい。
【００５３】
つぎに、図４を参照して、上記気液接触部４１について説明する。
【００５４】
図示のように、本実施例の気液接触部４１は、多数の孔１１１を設けた複数枚の右捻り羽根１１３を有するミキシングエレメント１１５（図４（Ａ））と多数の孔１１１を設けた複数枚の左捻り羽根１１７を有するミキシングエレメント１１９（図４（Ｂ））を交互に上下に配置した静止型混合器（リアクタ）を用いている。ミキシングエレメント１１５，１１９は、孔１１１を多数穿孔した右捻り羽根１１３または左捻り羽根１１７を複数枚（例えば、６枚）組み合わせて６個の原水通路に仕切ったものである。原水と窒素ガスは、複数個のミキシングエレメント１１５，１１９を通過する間に、右捻り羽根１１３および左捻り羽根１１７による右および左方向の回転および分割、合流、反転、剪断応用作用を連続的に繰り返しながら、各羽根１１３，１１７を穿孔した孔１１１を通過して微細気泡となって原水中を上昇する窒素ガスと接触、攪拌、混合し、原水中の溶存酸素は窒素ガス中に移行する。また、原水は、多数の孔１１１、右捻り羽根１１３、左捻り羽根１１７により微細水滴となることで、窒素ガスとの接触面積が飛躍的に増大する。また、水滴が小さくなることで水の中の酸素の移動距離が短くなる。これにより、短時間でかつ少量の窒素ガスで脱酸素が可能となる。
【００５５】
また、上記リアクタは、処理水量ではなく、循環水量にあわせて選定することができるため、従来の既存のサイズのものを使用することができる。
【００５６】
なお、上記気液接触部４１は、静止型混合器として、ミキシングエレメント１１５，１１９を２個配置したものに限定されるものではなく、１個、３個、４個等の任意個数配置された構造であってもよい。
【００５７】
図５に示すように、上記脱酸素塔４３上部には、原水供給管４５と連通する第１エジェクター１２１と、第１エジェクター１２１を介して供給された原水を受けるオーバーフロー槽１２３と、上記気液接触部４１の上面から所定のバッファ空間１２４を隔てて浮床状に設けられた気液分離板１２５とが設けられている。
【００５８】
上記第１エジェクター１２１は、原水供給管４５の原水供給口と連通し、上記原水供給管４５により上記脱酸素塔４３の気液接触部４１より上方に供給される原水と上記窒素ガスとを気液接触させるようになっている。
【００５９】
より詳しく説明すると、上記第１エジェクター１２１は、内部に細い原水流路が形成され、当該原水流路により原水供給管４５からの原水の流速を増大させて内部空間を減圧させ、周囲に充満している窒素ガスを吸引するようになっている。これにより、原水供給管４５からの原水と窒素ガスとを気液接触させ脱酸素処理するようになっている。
【００６０】
このようにすることにより、上記気液接触部４１で上記原水から溶存酸素を除去する前に、上記第１エジェクター１２１で上記原水の溶存酸素の濃度を効果的に低下させることができる。したがって、上記脱酸素塔４３の気液接触部４１より上方において上記原水供給管４５により供給される原水と上記還流管５３により導入される原水が混ざることにより、溶存酸素の濃度が上がりすぎてしまうということを防止することができる。また、エジェクターを用いるため上記原水の流量が少ないときでも当該原水の溶存酸素の濃度を効果的に低下させることができる。
【００６１】
上記オーバーフロー槽１２３は、上記気液分離板１２５上に配置され、上記第１エジェクター１２１から噴射された原水を受けるようになっている。このように、オーバーフロー槽１２３を設け、上記第１エジェクター１２１から噴射された原水を受けて一時貯留することで、一時貯留された原水から、上記第１エジェクター１２１により原水中に混入し原水中の溶存酸素と結びついた微細気泡の窒素ガスを抜くことができる。このようにして、オーバーフロー槽１２３では、原水中から微細気泡の窒素ガス（酸素を含む）を分離することができる。
【００６２】
上記気液分離板１２５には、オーバーフロー槽１２３の上部開口縁から溢れた原水を下方の気液接触部４１に原水を流下させる貫通孔１２５ａが形成されている。また、気液分離板１２５には、その下方から上昇する窒素ガスの流路である窒素ガス流路パイプ１２５ｂが設けられている。窒素ガス流路パイプ１２５ｂは、オーバーフロー槽１２３の上部開口縁から溢れた原水が通らないようオーバーフロー槽１２３の上部開口縁より高い位置まで延びている。
【００６３】
上記原水供給管４５から供給された原水は、第１エジェクター１２１で脱酸素処理され、気液分離板１２５で一端気液分離された後、貯留槽４９と気液接触部４１間で循環する循環水と合流する。より詳しく説明すると、気液分離板１２５は、脱酸素塔４３の内径と同径の円盤状に形成されている。貫通孔１２５ａは、窒素ガス流路パイプ１２５ｂの周辺に原水量に応じて上記気液分離板１２５上に所定の深さ、例えば５０ｍｍの深さに水が一時貯留されるよう孔径が調整されるとともに、所定数（図示では２個）設け、上記気液分離板１２５上に水を一時貯留するための一時貯留部１２６が形成されている。すなわち、一時貯留部１２６は、気液分離板１２５、貫通孔１２５ａ、脱酸素塔４３の内側面等から構成されている。そして、原水中に混入し原水中の溶存酸素と結びついた微細気泡の窒素ガスをさらに分離した後、当該窒素ガスが抜けた原水を順次、貫通孔１２５ａを介して下部のバッファ空間１２４に流下させる構造となっている。これにより、バッファ空間１２４内の気液接触部４１に、微細気泡の窒素ガス（酸素を含む）が分離し溶存酸素濃度をある程度低下させた原水を供給することができる。
【００６４】
図６は、本装置に原水と窒素ガスを同時に流し始めてから５分経過後の実験データを示す。
【００６５】
図では、処理水流量計７７の計測結果である処理水の流量（ｍ３／ｈ）を示す「処理水量」、循環水流量計８１の計測結果である循環水の流量（ｍ３／ｈ）を示す「循環水量」、窒素ガス流量計７５の計測結果である窒素ガスの流量（ｍ３／ｈ）を示す「窒素流量」、原水の温度（℃）を示す「水温」、原水のＤＯ値（ｍｇ／ｌ）を示す「処理前」、処理水のＤＯ値（ｍｇ／ｌ）を示す「処理後」、処理水量に対する窒素の量を示す「気液比」、エジェクターの有無を示す「エジェクター有無」、気液分離板１２５の有無を示す「気液分離有無」を示す。
【００６６】
図では、大きく区分して、「処理水量」が０．３（ｍ３／ｈ）の場合のデータと、０．５（ｍ３／ｈ）の場合のデータを示している。
【００６７】
実験データから循環水の流量を多くすると、溶存酸素の除去率が高くなることがわかった。また、第１エジェクター１２１や気液分離板１２５を設けた方が溶存酸素の除去率が高く、処理水／循環水の比率（循環比）を０．１（１：１０）程度にすることで処理水のＤＯ値を０．５程度に低下させることができることがわかった。
【００６８】
このように、上記貯溜槽４９に貯溜された原水のうち一部を上記脱酸素塔４３の気液接触部４１より上方に導入して還流させることで、上記原水を上記貯溜槽４９と上記気液接触部４１間で循環させることができ、気液接触させる頻度を向上させることができるため、当該原水中の溶存酸素の濃度を効率よく低下させ、溶存酸素の濃度が極めて低い原水を処理水として得ることができる。また、例えばリアクタの段数を少なくする等、構造を簡素化しても、十分な溶存酸素除去性能を確保することができるため、本装置を小型化することができ、本装置の設備コストやランニングコストを抑えることができる。また、本装置は小型化できるため、供給される原水の流量が少ない用途に対しても適用が可能になる。
【００６９】
このようにして、水熱源空調システムにおいて、開放系である冷却水循環系の冷却水中の溶存酸素や、密閉系である冷水循環系の冷水中の溶存酸素を効果的に除去することができ、各配管の腐食等が防止される。
【００７０】
なお、上記脱酸素塔４３内に還流管５３の導入口と連通し、上述の第１エジェクター１２１と同様な構成の第２エジェクターを設け、上記還流管５３により上記脱酸素塔４３の気液接触部４１より上方に導入される還流水と上記窒素ガスとを気液接触させるようにしてもよい。このようにすることにより、上記第２エジェクターで前述の還流路により導入される液体中の溶存酸素の濃度をさらに低下させることができる。また、エジェクターを用いるため、上記還流路により導入される液体の流量が少ないときでも当該液体の溶存酸素の濃度を効果的に低下させることができる。
【００７１】
また、前述のエジェクターに代えてシャワーノズル等を採用してもよい。原水の供給量が循環水の循環量に比べて少ない場合であっても、原水処理部では気液比を０．５〜１程度と高くとることができる。また、圧力損失の高い規則充填物であっても使用することができる。さらに、インジェクタ、ラシヒリング等の簡易的な気液接触システムでも溶存酸素を除去することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、例えばボイラ給水、飲料水製造用、食品製造用、半導体超純水製造用あるいは各種試験研究用等に用いる液体中の溶存酸素を除去する用途に用いることができ、大規模なシステムに用いる場合だけでなく、小規模なシステムに用いる場合であっても好適に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の溶存酸素除去装置の一実施例を示す図である。
【図２】溶存酸素除去装置の構成を示す図である。
【図３】窒素ガス供給装置を示す図である。
【図４】ミキシングエレメントを示す図である。
【図５】脱酸素塔の上部を示す図である。
【図６】実験データを示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１        溶存酸素除去装置
３        空調機
１１      ガス管
１３      圧縮機
１５      熱交換器
１７      膨張機
２１      冷却水配管
２３      冷却塔
２５      配管開閉弁
２７      冷却塔側循環ポンプ
３３      空調機側冷温水配管
３５      空調機側開閉弁
３７      空調機側循環ポンプ
４１      気液接触部
４３      脱酸素塔
４５      原水供給管
４６      窒素ガス供給装置
４７      窒素ガス供給管
４９      貯溜槽
４９ａ    水面上空間
５１      導出管
５１ａ    分岐管
５３      還流管
５４      送水ポンプ
５５      排気管
６７      排水管
６９      排水管開閉弁
７１      供給管開閉弁
７３      ガス管開閉弁
７５      窒素ガス流量計
７６      導出管開閉弁
７７      処理水流量計
７８      逆止弁
７９      還流管開閉弁
８１      循環水流量計
８３      分岐管開閉弁
８５      ＤＯセンサ
１０１    第１吸着塔
１０３    第２吸着塔
１１１    孔
１１３    右捻り羽根
１１５    ミキシングエレメント
１１７    左捻り羽根
１１９    ミキシングエレメント
１２１    第１エジェクター
１２３    オーバーフロー槽
１２４    バッファ空間
１２５    気液分離板
１２５ａ  貫通孔
１２５ｂ  窒素ガス流路パイプ
１２６    一時貯留部
【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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