(57)【要約】【課題】補給水槽の下部と給水槽の下部を連通する連通手段に逆止弁が無くても、補給水槽から給水槽への水の逆流が確実に防止される脱酸素水の供給システムを提供する。【解決手段】脱酸素水供給システムは、補給水源から流量Ｄ（ｍ３／ｈｒ）にて補給水が供給される補給水槽１と、該補給水槽１から水が流量Ｅ（ｍ３／ｈｒ）にて供給される脱酸素装置３と、該脱酸素装置３から脱酸素水が給水管６を介して供給される給水槽５と、該補給水槽１及び給水槽５の下部同士を連通する連通管７と、該給水管６から枝分かれして脱酸素水をボイラへ送水する送水管８とを備えている。ボイラへの予想最大送水量をＢ（ｍ３／ｈｒ）とし、補給水槽１の平均水平断面積をＳ１（ｍ２）とし、給水槽５の平均水平断面積をＳ２（ｍ２）としたときに、次式で定義されるＡの値が常に正となるように構成されている。Ａ＝（Ｅ−Ｂ）＋[Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）]・（Ｂ−Ｄ）【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
補給水源から流量Ｄ（ｍ３／ｈｒ）にて補給水が供給される補給水槽と、
該補給水槽から水が流量Ｅ（ｍ３／ｈｒ）にて供給される脱酸素装置と、
該脱酸素装置から脱酸素水が給水管を介して供給される給水槽と、
該補給水槽及び給水槽の下部同士を連通する連通手段と、
該給水管又は給水槽から脱酸素水を脱酸素水需要箇所へ向けて送水する送水管と
を有する脱酸素水の供給システムにおいて、
該脱酸素水需要箇所への予想最大送水量をＢ（ｍ３／ｈｒ）とし、
補給水槽の平均水平断面積をＳ１（ｍ２）とし、
給水槽の平均水平断面積をＳ２（ｍ２）としたときに、次式で定義されるＡの値が常に正となるように構成されていることを特徴とする脱酸素水の供給システム。
Ａ＝（Ｅ−Ｂ）＋[Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）]・（Ｂ−Ｄ）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱酸素水（脱気水）をボイラや給水・給湯設備、食品工業のプロセス水、半導体工業の用水等として使用場所に供給する脱酸素水の供給システムに関する。詳しくは、本発明は、補給水を補給水槽に受け入れ、この補給水槽内の水を脱酸素装置で脱酸素水としてから給水槽に導入し、この脱酸素水の一部を需要箇所に給水すると共に、補給水槽及び給水槽の下部同士を連通させた脱酸素水の供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の脱酸素水の供給システムとして、特開平８−１４１５７７号公報に記載のものがある。
【０００３】
同号公報の脱酸素水の供給システムは、補給水が補給される補給水室と、補給水室の水が供給される脱酸素装置と、脱酸素装置から脱気水が供給される給水室と、給水室の脱気水を使用場所に供給する給水管とからなり、補給水室と給水室を連通させたものである。なお、同号公報の図１の脱酸素水供給システムでは、この補給水室の下部と給水室の下部とが、逆止弁を有する配管によって接続され、水が給水室から補給水室に向かう方向にのみ流れるよう構成されている。これは、補給水室内の未脱酸素水が給水室に直に流れ込むことを防止するためである。
【０００４】
同号公報の第３頁第３欄第１３行〜第１４行には、「常に循環処理されているので、この逆止弁は省略してもよい。」と記載されている。
【特許文献１】特開平８−１４１５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特開平８−１４１５７７号公報の図１の脱酸素水供給システムのように、補給水室の下部と給水室の下部とを接続する配管に逆止弁を設けた場合、逆止弁の分だけコスト高になったり、逆止弁に故障が生じただけでシステム全体が動作不可能になるという短所がある。この場合、この脱酸素水供給システムから水が供給されるボイラは全て運転停止に追い込まれ、工場の操業を数日にわたって中断しなければならず、相当の損害を受ける。
【０００６】
上記特開平８−１４１５７７号公報の第３頁第３欄第１３行〜第１４行のように逆止弁を省略したのでは、補給水室から給水室へ、脱酸素処理が不十分な水が逆流し、ボイラ等への給水の酸素濃度が高くなるおそれがある。
【０００７】
また、ボイラは蒸気発生量が現場の要求によって刻々と変わるものであり、特に通常よりも大量に蒸気を発生する必要があるときには、前記特開平８−１４１５７７号公報の図１のシステムでは脱気水の供給が間に合わず、やはりボイラの運転を中断せざるを得なくなる。このため、通常より大きな蒸気発生量のボイラと大容量の水槽とを設置する傾向にある。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決し、補給水槽の下部と給水槽の下部を連通する連通手段に逆止弁が無くても、補給水槽から給水槽への水の逆流が確実に防止され、且つボイラの蒸気発生量が通常よりも大幅に増大した場合でも、問題なく脱気水を連続的に供給することができる脱酸素水の供給システム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】
【０００９】
本発明の脱酸素水の供給システムは、補給水源から流量Ｄ（ｍ３／ｈｒ）にて補給水が供給される補給水槽と、該補給水槽から水が流量Ｅ（ｍ３／ｈｒ）にて供給される脱酸素装置と、該脱酸素装置から脱酸素水が給水管を介して供給される給水槽と、該補給水槽及び給水槽の下部同士を連通する連通手段と、該給水管又は給水槽から脱酸素水を脱酸素水需要箇所へ向けて送水する送水管とを有する脱酸素水の供給システムにおいて、該脱酸素水需要箇所への予想最大送水量をＢ（ｍ３／ｈｒ）とし、補給水槽の平均水平断面積をＳ１（ｍ２）とし、給水槽の平均水平断面積をＳ２（ｍ２）としたときに、次式で定義されるＡの値が常に正となるように構成されていることを特徴とするものである。  
Ａ＝（Ｅ−Ｂ）＋[Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）]・（Ｂ−Ｄ）
【発明の効果】
【００１０】
かかる本発明の脱酸素水の供給システムによると、脱酸素水需要箇所への脱酸素水の送水量が最大となったときでも、補給水槽の下部と給水槽の下部とを連通する連通手段では必ず給水槽から補給水槽へ向って水が流れる。そのため、給水槽内の水に補給水槽内の未脱酸素水が該連通手段を介して逆流することがなく、給水槽内の酸素濃度が十分に低い値に保たれる。その結果、最大の定格蒸気発生量のボイラを据え付けて、通常はその能力の１／３程度の所で運転するような無駄がなくなり、しかも本発明の供給システムにより、最大蒸気発生量となったときでも脱気水をスムーズに供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
第１図は、実施の形態に係る脱酸素水の供給システムを示す系統図である。
【００１３】
この脱酸素水の供給システムは、補給水源（図示略）から補給管２を介して補給水が供給される補給水槽１と、該補給水槽１内から取水管４を介して水が供給される脱酸素装置３と、該脱酸素装置３から給水管６を介して脱酸素水が供給される給水槽５と、該補給水槽１及び給水槽５の下部同士を連通する連通管７と、該給水管６の途中から枝分れしてボイラ（図示略）へ脱酸素水を送水する送水管８等を備えている。この実施の形態では、脱酸素装置３として、窒素式脱酸素装置が用いられている。
【００１４】
符号２ａは補給管２の開閉バルブを示している。符号４ａは取水管４の開閉バルブを示し、符号４ｂは、この取水管４を介して補給水槽１から脱酸素装置３に水を送り込むためのポンプを示している。符号６ａは脱酸素装置３から給水管６を介して給水槽５及び送水管８へ脱酸素水を送り出すためのポンプを示し、符号６ｂは、この給水管６の給水槽５側の開閉バルブを示している。符号７ａは、連通管７の開閉バルブを示している。符号８ａは、送水管８を介してボイラへ脱酸素水を送水するためのポンプを示している。
【００１５】
補給水槽１には、該補給水槽１内の水位を検出する水位検出装置（図示略）が設けられている。補給管２の開閉バルブ２ａには、この水位検出装置の検出信号に基づいて該開閉バルブ２ａを開閉させるバルブ開閉装置９が取り付けられている。
【００１６】
このバルブ開閉装置９は、補給水槽１内の水位が所定の下限水位以下になったことを水位検出装置が検出するとバルブ２ａを開いて該補給水槽１内に水を補給すると共に、補給水槽１内の水位が所定の上限水位以上になったことを水位検出装置が検出すると、バルブ２ａを閉じて該補給水槽１内への水の補給を停止する。これにより、補給水槽１内の水位がほぼ一定に保たれている。
【００１７】
なお、この実施の形態では、補給水槽１に、補給水として軟水が供給される。
【００１８】
この実施の形態では、補給水槽１内に蒸気供給管１０を介して加温用の蒸気が導入されるようになっている。補給水槽１には、該補給水槽１内の水温を検出する水温検出装置１１が設けられており、蒸気供給管１０の蒸気制御バルブ１０ａは、この水温検出装置の検出水温が所定範囲となるようにバルブ開閉装置１２によって制御される。
【００１９】
この実施の形態では、補給水槽１及び給水槽５は、それぞれ、内部の水平断面積が各々の下端から上端まで略一定となっている。
【００２０】
上記の開閉弁７ａは、通常は全開状態とされており、これらの補給水槽１と供給槽５とは連通管７を介して常時連通しているため、各々の内部の水位は常に同じとなっている。
【００２１】
この脱酸素水の供給システムにおいては、補給水槽１内の水が取水管４を介してポンプ４ｂにより脱酸素装置３に供給され、この脱酸素装置３で脱酸素処理される。この脱酸素装置で生成された脱酸素水は、給水管６を介してポンプ６ａにより給水槽５と送水管８とに供給される。送水管８に供給された脱酸素水は、この送水管８及びポンプ８ａによりボイラに送水される。
【００２２】
この脱酸素水の供給システムは、補給水源から補給管２を介して補給水槽１へ供給される補給水の流量をＤ（ｍ３／ｈｒ）とし、該補給水槽１から取水管４を介して脱酸素装置３へ供給される水の流量（脱酸素装置３の処理量）をＥ（ｍ３／ｈｒ）とし、送水管８を介してボイラへ送水される脱酸素水の予想最大送水量をＢ（ｍ３／ｈｒ）とし、補給水槽１の平均水平断面積をＳ１（ｍ２）とし、給水槽５の平均水平断面積をＳ２（ｍ２）としたときに、次式で定義されるＡの値が、常に正となるように構成されている。  
Ａ＝（Ｅ−Ｂ）＋[Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）]・（Ｂ−Ｄ）    ……（１）
【００２３】
このＡは、連通管７を介して給水槽５から補給水槽１へ供給される脱酸素水の流量（ｍ３／ｈｒ）である。従って、このＡが常に正であるとは、ボイラへの脱酸素水の送水量Ｂが最大となったときでも、該連通管７内においては必ず給水槽５から補給水槽１へ向って水が流れることを意味している。
【００２４】
なお、この脱酸素水供給システムにおいては、脱酸素装置３から給水管６を介して給水槽５へ供給される脱酸素水の流量は、補給水槽１から取水管４を介して該脱酸素装置３へ供給される水の流量と同じ（Ｅ（ｍ３／ｈｒ））である。
【００２５】
かかる脱酸素水の供給システムにあっては、ボイラへの脱酸素水の送水量Ｂが最大（通常ボイラの定格蒸発量の３倍程度とする。）となったときでも、補給水槽１の下部と給水槽５の下部とを連通する連通管７では必ず給水槽５から補給水槽１へ向って水が流れるため、給水槽５内の水に補給水槽１内の未脱酸素水が流入することがなく、給水槽５内の酸素濃度が十分に低い値に保たれる。なお、送水量Ｂが最大になる時間は、通常は長時間続くものではなく間欠的に発生するものである。
【００２６】
また、このように構成したことにより、補給水槽１の下部と給水槽５の下部とを連通する連通管７に、該連通管７内を水が補給水槽１から給水槽５へ向って流れることを阻止する逆止弁を設けることが不要であり、脱酸素水供給システムの構成を簡易なものとすることができる。
【００２７】
なお、上記の式（１）は、以下のようにして求められる。
【００２８】
ある時点から微小時間Δｔ後の補給水槽１内の水位の変動ΔＨｑ（ｍ）は次式で定義される。  
ΔＨｑ＝（Ａ＋Ｄ−Ｅ）・（Ｈ／Ｑ）・Δｔ                ……（２）
Ｑ：ある時点における補給水槽１内の貯水量（ｍ３）
Ｈ：ある時点における補給水槽１内（＝給水槽５内）の水位（ｍ）
【００２９】
また、ある時点から微小時間Δｔ後の給水槽５内の水位の変動ΔＨｐ（ｍ）は次式で定義される。  
ΔＨｐ＝（−Ａ−Ｂ＋Ｅ）・（Ｈ／Ｐ）・Δｔ              ……（３）
Ｐ：ある時点における給水槽５内の貯水量（ｍ３）
Ｈ：ある時点における給水槽５内（＝補給水槽１内）の水位（ｍ）
【００３０】
上記の通り、この脱酸素水の供給システムにおいては、補給水槽１内の水位と給水槽５内の水位は常に一定であることから、次式が成り立つ。  
ΔＨｑ＝ΔＨｐ
（Ａ＋Ｄ−Ｅ）・（Ｈ／Ｑ）・Δｔ＝（−Ａ−Ｂ＋Ｅ）・（Ｈ／Ｐ）・Δｔ
【００３１】
これをＡについて解くと、
Ａ＝Ｅ−（ＤＰ＋ＢＱ）／（Ｐ＋Ｑ）              ……（４）
となる。
【００３２】
槽１，５の総保有水量をＫ＝Ｑ＋Ｐ（ｍ３）とすると、上記の式（４）は、
Ａ＝（Ｅ−Ｂ）＋（Ｐ／Ｋ）・（Ｂ−Ｄ）          ……（５）
で表すことができる。
【００３３】
また、Ｐ及びＱは、それぞれ、補給水槽１の水平断面積Ｓ１及び補給水槽５の水平断面積Ｓ２を用いて、
Ｑ＝Ｓ１・Ｈ                            ……（６）
Ｐ＝Ｓ２・Ｈ                            ……（７）
Ｈ：ある時点における各槽１，５内の水位（ｍ３）
で表されるので、これらの式（６），（７）を上記の式（４）又は（５）に代入し、整理することにより、
Ａ＝（Ｅ−Ｂ）＋[Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）]・（Ｂ−Ｄ）          ……（１）
が導かれる。
【００３４】
この式のうち、（Ｅ−Ｂ）は、脱酸素装置３の余力を示している。この値が負になると、ボイラへの送水量が脱酸素装置３の処理能力を超えていることを表す。
【００３５】
また、（Ｂ−Ｄ）は、システム内の総水量の増減を示している。補給水槽１への水の補給量が多くなると、補給水槽１内の溶存酸素濃度が上昇する。
【００３６】
システム内への給水及びシステム外への送水がない場合（即ちＤ＝０且つＢ＝０の場合）、連通管７を通過する流量Ａは、脱酸素装置３における水の処理量Ｅに等しい。
【００３７】
Ｄ＝０であり、且つＢ＜Ｅである場合には、ボイラへ送水される水はすべて脱酸素装置３からの脱酸素水となる。
【００３８】
Ｂ＝０であり、且つＤ＜Ｅである場合には、脱酸素装置３からの脱酸素水の全量が給水槽５に送られる。補給水槽１内の水が連通管７を介して給水槽５に流入することはない。
【００３９】
Ｂ＝０でＤ＞Ｅの場合には、補給水槽１に補給された水の全量が脱酸素装置３へ送られず、一部が補給水槽１内に溜まって該補給水槽１内の水位が上昇する。この際、補給水槽１内の水位と給水槽５内の水位とが等しくなるように、該補給水槽１内の水が連通管７を介して給水槽５内に流入するおそれがある。
【００４０】
ただし、このとき、脱酸素装置３から給水管６を介して給水槽５に脱酸素水が供給されることに伴う該給水槽５内の水位の上昇速度が、補給水槽１への水の補給に伴う該補給水槽１内の水位の上昇速度を上回っていれば、補給水槽１内の水が給水槽５内に流入することを防止することができる。そこで、（Ｄ−Ｅ）／Ｓ１＜Ｅ／Ｓ２の条件が満たされるように、給水槽５の水平断面積Ｓ２と補給水槽１の水平断面積Ｓ１を設定すればよい。この条件は、前記式（１）でＢ＝０とおいてＡ＞０（（１）式の右辺が正）を解いた特殊解に相当する。
【００４１】
［脱酸素装置の能力の決定手順］
本発明の脱酸素水の供給システムを設計するに際しては、単位時間当りの脱酸素装置３での必要最大処理量を、単位時間当りのボイラへの最大送水量及びシステムの総保有水量Ｋに基づいて求めることが必要である。ここで、一般に、給水槽５の容量は、ボイラが要求する給水を１時間程度供給することが可能な容量とされるため、この説明においては、単位時間を１時間とする。
【００４２】
本発明の脱酸素水供給システムにおける脱酸素装置３の最大処理能力の望ましい決定手順は以下の（ｉ）〜（vi）の通りである。  
（ｉ）補給水量Ｄ＝１時間当りの必要最大処理量（ｍ３／ｈｒ）とする。  
（ii）ボイラへの送水量Ｂ＝最大送水量（ｍ３／ｈｒ）とする。  
（iii）脱酸素装置３の処理水量Ｅ≧補給水量Ｄとする。Ｅの最小値を設定する場合には、Ｅ＝Ｄとすればよい。  
（iv）総保有水量Ｋ＝単位時間当りの必要最大処理量＝単位時間当りの補給水量Ｄとする。  
（ｖ）上記の式（５）においてＡ＝０とし、この式をＰについて解いて、給水槽５内の貯水量Ｐ＜Ｋであることを確認する。  
（vi）仮に、Ｐ≧Ｋである場合には、脱酸素装置３の処理能力を１割程度上げて（ｉ）〜（ｖ）の手順を再度実行する。Ｐ＜Ｋとなるまで脱酸素装置３の処理能力を繰り返し１割程度上げる。最終的にＰ＜Ｋとなったならば、そのときの脱酸素装置３の処理能力をＥ値として設定する。
【００４３】
［脱酸素水の供給システムの具体的な設計例］
ボイラへの最大送水量が３０ｍ３／ｈｒである場合に、上記のシーケンスに従って脱酸素装置３の必要能力を決定する例について次に説明する。
【００４４】
なお、脱酸素装置３は給水温度８０℃のとき、０．１ｐｐｍの脱酸素水を生産する能力を持つものとする。  
まず、脱酸素装置３の必要最大処理量を１０（ｍ３／ｈｒ）として計算を開始する。
【００４５】
この条件を上記（ｉ）〜（ｖ）に当てはめると、次の（ｉ）’〜（ｖ）’の通りとなる。  
（ｉ）’補給水量Ｄ＝脱酸素装置３の必要最大処理量        １０（ｍ３／ｈｒ）
（ii）’ボイラへの送水量Ｂ                              ３０（ｍ３／ｈｒ）
（iii）’脱酸素装置３の処理水量Ｅ                       １０（ｍ３／ｈｒ）
（iv）’総保有水量Ｋ                                    １０（ｍ３）
（ｖ）’給水槽５内の貯水量Ｐ                            １０（ｍ３）
【００４６】
この場合、（iv）’及び（ｖ）’の通り、貯水量Ｐ及び総保有水量Ｋはいずれも１０（ｍ３）であり、Ｐ＝Ｋとなるため、本発明の脱酸素水供給システムとしては不適である。そこで、上記（vi）の通り、Ｅの値を上記の１．１倍、即ちＥ＝１１として再度上記の手順（ｉ）’〜（ｖ）’を実行すると、Ｐ＝９．５（ｍ３）となり、Ｐ＜Ｋであるので、本発明の脱酸素水供給システムとして好適な設計であることが認められた。
【００４７】
この場合、処理量１１（ｍ３／ｈｒ）以上の脱酸素装置３を用い、補給水槽１の容量Ｑ＝０．５（ｍ３）、給水槽５の容量Ｐ＝９．５（ｍ３）とすれば、ボイラへの送水量が３０ｍ３／ｈｒ以下である限り、ボイラ給水の溶存酸素濃度を０．１ｐｐｍ以下に維持することができる。
【００４８】
なお、従来の技術においては、この事例では、ボイラへの最大送水量３０（ｍ３／ｈｒ）に合わせて処理能力３０（ｍ３／ｈｒ）の脱酸素装置を選定しなければならなかったが、本発明では、約１／３の処理能力の脱酸素装置で同等以上の能力を得ることができる。
【００４９】
［別形態の説明］
上記の実施の形態は本発明の一例であり、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。
【００５０】
上記の実施の形態では、補給水槽１と給水槽５とを互いに独立したものとし、これらの下部同士を連通管７により連通させているが、例えば、１個の水槽を仕切りで区画することにより補給水槽１と給水槽５とを構成し、この仕切りの下部に開口を設けるなどして補給水槽１と給水槽５とを連通させるようにしてもよい。
【００５１】
水槽１，５の水平断面積が水槽１，５の高さ方向において若干変化する場合には、平均値を水平断面積Ｓ１，Ｓ２として扱えばよい。
【００５２】
本発明は、ボイラ以外の脱酸素水需要箇所へ向けて脱酸素水を給水するための脱酸素水供給システムにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施の形態に係る脱酸素水の供給システムを示す系統図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  補給水槽
２  補給管
３  脱酸素装置
４  取水管
５  給水槽
６  給水管
７  連通管
８  送水管
【図１】
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