(57)【要約】【課題】比較的安価でかつ脱酸素機能を効率よく発揮することができる、脱酸素モジュールを得る。【解決手段】カートリッジフィルタハウジング１内に固定される円筒容器２内において、水流１９の入口側から、出口側にかけて、スポンジ３、銅めっき鉄粉４、繊維束５、不織布６の順に積層された構造を設け、脱酸素モジュール７を得る。圧縮したスポンジ３は最終膨張時の容積が最低限、初期状態時に銅めっき鉄粉４が占めている容積を満たすまでに膨張することを必要とし、銅めっき鉄粉４は、銅含有率が３６〜４４％で、平均粒径が１００μｍ程度のものを用いる。繊維束５は、直径５０μｍ〜１００μｍの糸を束ねて、円筒容器２中で銅めっき鉄粉４と圧縮スポンジ３が占める部分の残部円筒空間の長さＬ１に切りそろえた空隙率５０〜７０％の濾過材として機能する【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を上流側から下流側にかけて流すことが可能な内部構造を有する容器と、
前記容器内の所定箇所に設けられた粉体状脱酸素材と、
前記粉体状脱酸素材に対し前記下流側に設けられた濾過材とを備え、
前記粉体状脱酸素材は流体が前記容器内を流れる際に前記濾過材内に分散可能であり、前記濾過材は分散した前記粉体状脱酸素材を吸着可能なことを特徴とする、
脱酸素モジュール。
【請求項２】
請求項１記載の脱酸素モジュールであって、
前記粉体状脱酸素材に対し前記上流側に、圧縮状態で配置された膨張部材をさらに備え、
前記膨張部材は、流体が前記容器内を流れる際に前記粉体状脱酸素材が前記濾過材内に分散されるに際に生じる容積減少分を補うように、膨張することを特徴とする、
脱酸素モジュール。
【請求項３】
請求項１あるいは請求項２記載の脱酸素モジュールであって、
前記濾過材は複数本の繊維が所定の空隙率を保ちつつ束ねられた繊維束を含む、
脱酸素モジュール。
【請求項４】
請求項３記載の脱酸素モジュールであって、
前記繊維束は、
各々が所定数の繊維を予め束ねることにより構成される複数の繊維小束が、所定の空隙率を保ちつつ束ねられたことを特徴とする、
脱酸素モジュール。
【請求項５】
請求項１あるいは請求項２記載の脱酸素モジュールであって、
前記容器は前記上流側から前記下流側にかけて所定の断面形状で形成される胴部を有し、
前記濾過材は前記胴部内に配置され、各々が前記所定の断面形状を有する所定数の部分濾過材を積み重ねることにより構成される、
脱酸素モジュール。
【請求項６】
(a) 流体を上流側から下流側にかけて流すことが可能な内部構造を有する容器を準備するステップと、
(b) 前記容器内に粉体状脱酸素材を充填するステップと、
(c) 前記粉体状脱酸素材に対し前記下流側に濾過材を配置するステップとを備え、
前記粉体状脱酸素材は流体が前記容器内を流れる際に前記濾過材内に分散可能であり、前記濾過材は分散した前記粉体状脱酸素材を吸着可能である、
脱酸素モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷却水を用いる産業機器において、冷却系の金属配管、冷却器、熱交換器などを構成する金属材料の腐食を防止するための脱酸素材を用いた脱酸素モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷却水を用いる産業機器においては、冷却系の金属配管などの腐食による水漏れを防止するために、冷却水への腐食抑制剤の添加、冷却水の脱酸素処理などが一般的に行われている。安価な脱酸素処理法としては、鉄粉末とハロゲン化金属塩などとを混合した脱酸素材を充填した脱酸素容器を冷却水の配管の途中に挿入し、冷却水を脱酸素容器内に通過させて冷却水中の酸素を除去する方法がある。上記除去方法は、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００３】
このような脱酸素処理法では、脱酸素容器内の脱酸素材が冷却水の通過時に流動しやすいために冷却水の流れに偏り（偏流）が生じて一定の流路が形成され、この流路近傍の脱酸素材しか冷却水の接触しなくなり、その結果、脱酸素材の利用効率低下、脱酸素速度の低下などの問題が生じる。また、脱酸素材に含まれるハロゲン化金属塩（例えばＮａＣｌなど）は冷却水に溶解するため、容積が減少し偏流が生じやすくなる。さらには、酸素を除去するにしたがって脱酸素材が消耗して容積が減少し、より一層偏流が生じやすくなる。
【０００４】
上述した脱酸素材の流動（偏流）を防ぐために、脱酸素素材として天然繊維や合成繊維などの基材の表面に脱酸素材である金属ポルフィリン化合物をイオン結合により固定したものがある。この場合、ジメチルスルホキシドなどの有機溶媒と水との混合物に金属ポルフィリンを溶解して脱酸素材を基材に固定する方法が開示されている。上記方法は、例えば、特許文献２に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１４５８号公報（第２頁、図６）
【特許文献２】特開平１１−２２８９５８号公報（第３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、金属ポルフィリン系脱酸素材は、還元剤を添加しないと脱酸素機能を発揮しないという問題があり、安価で取扱いの容易な金属粉末系の脱酸素材を用いるという要望に応えることができない。
【０００７】
また、上述のような脱酸素材を基材に固定する方法を金属粉末系の脱酸素材に適用しようとした場合、基材に分散して固定するための脱酸素材である金属粉末が、固定する際に用いる混濁液中の溶存酸素によって酸化されるとにより固定時に既に酸化劣化をおこしているという問題点がある。
【０００８】
上記問題点を補うべく、脱酸素材を分散する混濁液として非水系の有機溶媒系を採用することも考えられる。しかし、有機溶媒系は環境負荷が大きく、また作業上の安全性確保の点から作業環境を防爆構造にする必要があるなど、作業性の低下や高コスト化という問題点があり実用的でなかった。
【０００９】
この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、比較的安価でかつ脱酸素機能を効率よく発揮することができる、脱酸素モジュールを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る請求項１記載の脱酸素モジュールは、流体を上流側から下流側にかけて流すことが可能な内部構造を有する容器と、前記容器内の所定箇所に設けられた粉体状脱酸素材と、前記粉体状脱酸素材に対し前記下流側に設けられた濾過材とを備え、前記粉体状脱酸素材は流体が前記容器内を流れる際に前記濾過材内に分散可能であり、前記濾過材は分散した前記粉体状脱酸素材を吸着可能である。
【００１１】
この発明に係る請求項６記載の脱酸素モジュールの製造方法は、(a) 流体を上流側から下流側にかけて流すことが可能な内部構造を有する容器を準備するステップと、(b) 前記容器内に粉体状脱酸素材を充填するステップと、(c) 前記粉体状脱酸素材に対し前記下流側に濾過材を配置するステップとを備え、前記粉体状脱酸素材は流体が前記容器内を流れる際に前記濾過材内に分散可能であり、前記濾過材は分散した前記粉体状脱酸素材を吸着可能である。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係る請求項１記載の脱酸素モジュールにおいて、粉体状脱酸素材は流体が容器内を流れる際に濾過材内に分散可能であり、濾過材は分散した粉体状脱酸素材を吸着可能なため、容器内を流体が流れる際に粉体状脱酸素材内で偏流が生じることを効果的に防止することができる。その結果、比較的安価に準備可能な粉体状脱酸素材を用い、かつ脱酸素機能を効率よく発揮することができる脱酸素モジュールを得ることができる。
【００１３】
この発明に係る請求項６記載の製造方法よって製造される脱酸素モジュールは、粉体状脱酸素材は流体が容器内を流れる際に濾過材内に分散可能であり、濾過材は分散した粉体状脱酸素材を吸着可能なため、比較的安価に準備可能な粉体状脱酸素材を用い、かつ脱酸素機能を効率よく発揮することができる脱酸素モジュールを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜実施の形態１＞
図１はこの発明の実施の形態１である脱酸素モジュールの初期状態の構造を示す断面図である。同図に示すように、既存のカートリッジフィルタハウジング１内の所定箇所に円筒容器２が取付けられる。
【００１５】
カートリッジフィルタハウジング１は流入口１ａ、流出口１ｂ、胴部１ｃおよびヘッド部１ｄからなり、胴部１ｃの上部にヘッド部１ｄを装着し、このヘッド部１ｄの側面の所定箇所に流入口１ａおよび流出口１ｂがそれぞれ設けられる。
【００１６】
円筒容器２は蓋部２ａ、円筒部２ｂ（胴部）および底部２ｃからなり、円筒部２ｂの最下部に底部２ｃを装着し、最上部に蓋部２ａを装着することにより、円筒部２ｂ内の内容物を固定することができる。また、円筒部２ｂは最下部から最上部にかけて断面形状が一定の円形を呈している。
【００１７】
そして、底部２ｃの開口部２ｅが水流１９の流入口となり、蓋部２ａに設けられた開口部２ｄが水流１９の流出口となる。最終的に、蓋部２ａ上に上部パッキン１６ａ、底部２ｃ下に下部パッキン１６ｃをそれぞえ挟みこむことによりカートリッジフィルタハウジング１内に円筒容器２を固定することができる。
【００１８】
次に、円筒容器２内に詰め込まれるスポンジ３、銅めっき鉄粉４、繊維束５及び不織布６について説明する。底部２ｃと円筒部２ｂとの間に圧縮したスポンジ３（膨張部材）を配置し、円筒部２ｂ内のスポンジ３上に銅めっき鉄粉４（粉体状脱酸素材）を配置し、円筒部２ｂ内の銅めっき鉄粉４上に濾過材となる繊維束５を設け、円筒容器２円筒部２ｂ，蓋部２ａ間の繊維束５上に不織布６を設ける。
【００１９】
すなわち、円筒容器２内において、水流１９の入口側（底部２ｃの開口部２ｅ）から、出口側（蓋部２ａの開口部２ｄ）にかけて、圧縮したスポンジ３、銅めっき鉄粉４、繊維束５、不織布６の順に積層された構造を設けることにより、脱酸素モジュール７を得ることができる。
【００２０】
圧縮したスポンジ３は最終膨張時の容積が最低限、初期状態時に銅めっき鉄粉４が占めている容積を満たすまでに膨張することを必要とする。銅めっき鉄粉４は、鉄粉に置換めっきで銅を被覆させたものであり、銅含有率が３６〜４４％で、平均粒径が１００μｍ程度のものを用いる。
【００２１】
図２は実施の形態（後述する実施の形態２，３を含む）に用いた銅めっき鉄粉の粒度分布を示すグラフである。同図に示すように、三種類（０〜４５μｍ、４５〜１７５μｍ、１７５〜２５０μｍ）の粒径部分に関し、銅めっき鉄粉４を所定の比率（２２．８％(
0〜45μm)，７２．４％(45〜175μm)，４．７％(175〜250μm)）で混在している。
【００２２】
実施の形態１で用いる銅めっき鉄粉４は、銅が鉄よりも酸化還元電位が貴なために、異種金属接触腐食の原理に基づき、鉄の腐食が活性化し、銅表面で酸化還元反応の進行が促進されることで酸素を消費できるものである。
【００２３】
水流１９に関し、銅めっき鉄粉４の後段に配置される繊維束５は、直径５０μｍ〜１００μｍの糸を束ねて、円筒容器２中で銅めっき鉄粉４と圧縮スポンジ３が占める部分の残部円筒空間の長さＬ１に切りそろえた空隙率５０〜７０％の濾過材として機能する。
【００２４】
水流１９に関し、繊維束５の後段に配置される不織布６は、その目径は２０μｍ〜３０μｍであり、厚み１ｍｍ〜３ｍｍ程度の平円盤状である。繊維束５、不織布６は共に濾過材の役割を持ち材質は、天然繊維、合成繊維を問わない。
【００２５】
繊維束５は水流１９に関し上流側から分散して押し流されてくる銅めっき鉄粉４を吸着する。なお、水流１９によって銅めっき鉄粉４を繊維束５にほぼ均一に分散させるべく、銅めっき鉄粉４の粒径は５００μｍ以下にすることが望ましい。
【００２６】
水流１９が円筒容器２内を通過するに伴い、銅めっき鉄粉４が当初の領域に留まることなく繊維束５の内部に分散し、この繊維束５の内部では偏流が起きないことから、脱酸素材である銅めっき鉄粉４に対して効率よく注入水が接触することができ、効率的に酸素吸収を行うことができる。その結果、実施の形態１の脱酸素モジュール７は、比較的安価に準備可能な銅めっき鉄粉４を用い、かつ銅めっき鉄粉４にょる脱酸素機能を効率よく発揮させることができる。
【００２７】
また、実施の形態１の脱酸素モジュール７では、銅めっき鉄粉４を予め繊維束５に分散添着させる必要が無くなることから、製造にかかる時間とコストも削減することができるため、比較的安価なコストで実現することができる。
【００２８】
図３は銅めっき鉄粉４の後段に繊維束５が存在しない場合の仮想脱酸素モジュールの構造を示す断面図である。同図に示すように、水流１９が円筒容器２内を通過しても、銅めっき鉄粉４が分散しない場合、偏流２０が生じてしまう。
【００２９】
一方、実施の形態１の脱酸素モジュール７においては、図４に示すように、水流１９が円筒容器２内を通過しても、銅めっき鉄粉４が濾過材である繊維束５の空隙部に偏ることなく分散されるため、水流１９によって偏流が生じることはない。
【００３０】
さらに、濾過材である繊維束５内に銅めっき鉄粉４が分散されてできる空間（繊維束５に銅めっき鉄粉４が分散されるに際に生じる容積減少分及び銅めっき鉄粉４の粒径減少分）は圧縮スポンジ３が膨潤することで埋められるため、水流１９に生じる偏流をさらに抑制するとともに、最終的に繊維束５の内部に銅めっき鉄粉４が全て分散した後は、スポンジ３が繊維束５（銅めっき鉄粉４）に隣接し、このスポンジ３の存在時に、運転停止時に繊維束５から銅めっき鉄粉４が脱落するのを防止することができる。
【００３１】
＜実施の形態２＞
図５は実施の形態２の脱酸素モジュールに用いられる繊維束１５の構造を模式的に示す説明図である。同図に示すように、繊維束１５は、繊維を束ねた濾過材を作製するにあたって、繊維を所定数予め束ねて構成され繊維小束１７を複数本合わせて、円筒容器２の内径に密着する束として切りそろえることで実現している。したがって、繊維束１５全体の空隙率は繊維小束１７それぞれの空隙率と繊維小束１７，１７間の空隙率とによって決定する。
【００３２】
実施の形態２の脱酸素モジュールは、実施の形態１の効果に加え、この繊維束１５を図１で示した実施の形態１の繊維束５の代わりに用いることにより、繊維束１５の製造が容易である分、比較的簡単に実現することができる効果を奏する。
【００３３】
＜実施の形態３＞
図６は実施の形態３の脱酸素モジュールに用いられる濾過材８の構造を模式的に示す説明図である。同図に示すように、濾過材８は複数の部分濾過材８ａを積み重ねて構成される。部分濾過材８ａは円筒容器２（図示せず）の内径に密着する円盤状を呈しており、フェルト状の繊維で構成される濾過材である。このような構成の濾過材８は全体で空隙率５０〜７０％で円筒容器２内に配置される。
【００３４】
実施の形態３の脱酸素モジュールは、実施の形態１の効果に加え、以下の効果を奏する。濾過材８は、部分濾過材８ａの積み重ね段数を適宜変更することにより、円筒容器２中で銅めっき鉄粉４と圧縮スポンジ３が占める部分の残部円筒空間の高さＬ１に合わせて、濾過材８を円筒容器２内に設置することができる。上記効果を応用することにより銅めっき鉄粉４の量に合わせて容易に濾過材８の量（形成高さ）を決め設置することができる。
【００３５】
＜脱酸素モジュールの脱酸素性能の測定＞
図７は、実施の形態１で示した脱酸素モジュール７の脱酸素性能を測定する測定装置を模式的に示した説明図である。
【００３６】
同図に示すように、実施の形態１と同様に脱酸素モジュール７をカートリッジフィルタハウジング１にセットする。冷却水２０を貯める内容積３０Ｌ（リットル）のタンク９内の冷却水２０の流出口９ｂから、配管２１、ポンプ１０、配管２１、および流量計１１を経由してカートリッジフィルタハウジング１の流入口１ａに配管２１を接続する。
【００３７】
カートリッジフィルタハウジング１の下流となる流出口１ｂに、配管２１を介してイオン交換樹脂塔（樹脂容量５Ｌ）１２を接続し、イオン交換樹脂塔１２は内部にイオン交換樹脂１２ａを有し、このイオン交換樹脂塔１２の出口は、配管２１を介して流入口９ａからタンク９に接続されている。
【００３８】
ポンプ１０は、冷却水２０をタンク９から流量計１１、カートリッジフィルタハウジング１、およびイオン交換樹脂塔１２を経由して再びタンク９に戻るように循環させる。タンク９には酸素濃度計１４が取り付けられ、酸素濃度計１４は冷却水２０の溶存酸素濃度を測定するために測定プローブ１３をタンク９内の冷却水２０中に浸漬させることにより、測定プローブ１３から検出される冷却水２０の酸素濃度を測定する。イオン交換樹脂１２ａは冷却水２０に含有する鉄イオン等を吸収することができるため、鉄の酸化物が後述する酸素濃度計１４の測定プローブ１３に吸着することを防止し、酸素濃度計１４の測定精度向上に寄与する。
【００３９】
なお、図７で示した測定装置を用いた試験は、脱酸素モジュール７の脱酸素性能を測定するための試験であるため、循環させる冷却水２０の温度を調整する装置（例えは、温度交換器）は備えていない。
【００４０】
次に、本測定装置を用いた試験方法について説明する。ポンプ１０を稼動させる前、つまり脱酸素モジュール７の脱酸素機能を測定する前の試験条件として、冷却水２０の水温は２５℃、循環する冷却水量は３０Ｌ、溶存酸素濃度は８．１ｍｇ／L、導電率は１ｍＳ／ｍである。ポンプ１０を稼動して流量計１１の流量が５Ｌ／分になるようにポンプ１０の動作条件を設定して冷却水２０を循環させる。酸素濃度計１４で、タンク９内の冷却水２０の溶存酸素濃度を、冷却水２０の循環開始後から２００分間継続して測定した。
【００４１】
図８は、上記測定装置を用いて冷却水２０の循環開始後の時間に対する溶存酸素濃度を測定した試験結果を示す特性図である。同図に示すように、冷却水２０の溶存酸素濃度は、循環開始後約２０分で１ｍｇ／Ｌまで低下し、その後も徐々に低下して、約１８０分後には０．１ｍｇ／Ｌ未満となった。溶存酸素濃度が１ｍｇ／Ｌであれば、配管２１やその他の冷却系に接続された金属製の機器などの腐食を効果的に防止することができる。
【００４２】
＜製造方法＞
図９は実施の形態１の脱酸素モジュール７の製造方法を示すフローチャートである。以下、同図を参照して、その製造方法を説明する。
【００４３】
まず、ステップＳ１において、円筒容器２の円筒部２ｂに底部２ｃ（開口部２ｅ付き）を取り付ける。次に、円筒容器２の円筒部２ｂ内にスポンジ３を、底部２ｃに押しつけるように設置する。
【００４４】
そして、ステップＳ２において、円筒容器２の円筒部２ｂ内のスポンジ３上に銅めっき鉄粉４を充填する。
【００４５】
その後、ステップＳ３において、円筒容器２の円筒部２ｂ内の銅めっき鉄粉４の上方に繊維束５を充填し、さらに、繊維束５上に不織布６を配置した後、蓋部２ａを円筒部２ｂに装着することにより、円筒容器２、スポンジ３、銅めっき鉄粉４、繊維束５および不織布６よりなる実施の形態１の脱酸素モジュール７が完成する。
【００４６】
最後に、ステップＳ４において、蓋部２ａ上に上部パッキン１６ａ、底部２ｃ下に下部パッキン１６ｃをそれぞれ取り付けて、カートリッジフィルタハウジング１内に円筒容器２を装着する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明の実施の形態１である脱酸素モジュールの構造を示す断面図である。
【図２】実施の形態１の脱酸素モジュールに用いるにおける銅めっき鉄粉の粒度分布を示すグラフである。
【図３】実施の形態１の脱酸素モジュールの動作を示す説明図である。
【図４】実施の形態１の効果説明用の説明図である。
【図５】この発明の実施の形態２である脱酸素モジュールにける繊維束の構成を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態３である脱酸素モジュールにける濾過材の構成を示す説明図である。
【図７】実施の形態１で示した脱酸素モジュールの脱酸素性能を測定する測定装置を模式的に示した説明図である。
【図８】図７で示した測定装置によって測定された溶存酸素濃度の経時変化を示す特性図である。
【図９】実施の形態１の脱酸素モジュールを有するカートリッジフィルタハウジングの製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１  カートリッジフィルタハウジング、２  円筒容器、３  スポンジ、４  銅めっき鉄粉、５，１５  繊維束、６  不織布、７  脱酸素モジュール、８  濾過材、９  タンク、１０  ポンプ、１１  流量計、１２  イオン交換樹脂塔、１３  測定プローブ、１４  酸素濃度計。
【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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【図８】
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【図９】
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