(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱気タンク内で真空脱気処理された脱気水を、脱気タンク外の循環ポンプと、脱気タンク内に設けられた該脱気タンク内へ送られる水に超音波エネルギーを付与する超音波振動装置と、該超音波振動装置によって脱気された脱気水を高圧状態で脱気タンク内の壁面に噴射衝突させる高圧噴射装置とにより
、該脱気タンクの内外に循環させる脱気処理手段を備えた脱気装置において、
前記循環ポンプのサクション側と、前記脱気タンク内を脱気処理するための真空ポンプのサクション側との間における、前記循環ポンプのサクション側に真空負圧に起因して発生するガスを、前記真空ポンプ方向へ排出するための排気通路を備えており、
前記循環ポンプが、多段ポンプからなっていて、円筒状外部ケーシング内の水の収納槽を挟んだ内部円筒の内側に、この内部円筒を形成するそれぞれの羽根車を内蔵した複数個の水室を備え、これらの各水室内の羽根車が高速で回転することに伴うキャビテーションによって発生するガスを、各水室内と枝管を介して接続するように収納槽内に配管された排出管から、外部ケーシング外に設けた気水分離機を介して、前記脱気タンク内を脱気処理するための前記真空ポンプのサクション側へ排出させることを特徴とする脱気装置。
【請求項２】
脱気水を脱気タンク内外に循環する過程で、循環ポンプのサクション側に発生するガスを、脱気タンクの脱気処理用真空ポンプのサクション側方向へ排出するための排気通路が、
循環ポンプの各羽根車水室内に発生するガスを捕集して循環ポンプ外へ送り出す排出管と、
この排出管の先端が接続されるように循環ポンプ外に設けた気水分離機と、
気水分離機により分離されたガスを前記真空タンクの脱気処理用真空ポンプのサクション側方向へ送る細管と、
気水分離機で分離された水を循環ポンプの給水口へ戻すための水管とから構成されている請求項１の脱気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空脱気処理によって水中に溶存する揮発性気体成分を脱気する脱気装置に関するものであり、詳細には、脱気装置の一部を構成する循環ポンプのサクション側に発生する真空負圧抵抗に起因する問題点を解消することのできる脱気装置の改良に関するものであ。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、遠心式ポンプ等を用いて真空領域、例えば、真空タンク内から水を引き抜いて揚水するような場合、ポンプの吸込口に真空による負圧抵抗（Ｎ．Ｐ．Ｓ．Ｈ．・ネガティブ  プレッシャー  サクション  ヘッド）が発生し、大気圧下で一般的に使用しているポンプでは、揚程も揚水量も減少するという問題のあることが知られている。
【０００３】
また、真空タンク内の水を通常のポンプを用いて流路内で循環運転する場合に、もし、その循環運転が停止するような事態が生ずると、ポンプ内の水は直ちに真空タンク内へ吸い込まれて、所謂、水が落ちた状態となる。そのため、ポンプを再始動して流路内の循環運転を再開するためには、流路内に呼び水を注入して水が充満した状態としなければポンプを始動することができないという問題がある。
【０００４】
しかも、そのような環境のもとで使用されるポンプには、吸込口に、真空による負圧抵抗が発生して、通常よりも水の吸引量が減少することになるため、このような循環流路を計画するに当たっては、前記のような真空負圧抵抗に伴う吸引量の減少という問題を事前に見込んで、容量が二倍以上の大きなものを用いるように設計する必要がある。さらに、プランジャー式や、その他の特殊な、真空による影響を受けにくい形式のポンプを必要とするなどの不便さであるとか、真空条件下で使用することに伴う種々の困難性が指摘されている。
【０００５】
このように、ポンプを用いて真空タンク内から水を引き抜いて循環させることを目的とするような装置では、ポンプの吸込口に真空負圧抵抗に起因するキャビテイションが発生するという問題があるため、このような問題が、特定の技術分野だけに限らず、真空を利用する最近の幅広い各種産業分野の発展を大きく阻害する原因となっている。そのため、このような問題を解消して、安価で簡便な通常のポンプを用いても真空負圧抵抗に起因する問題が生じないような装置の提供が望まれている。
【０００６】
【発明が解決すべき課題】
上記のような、ポンプを用いて真空タンク内から水を引き抜き、その水を循環させることを目的とした装置としては、例えば、特開２０００−３２５７０２号に示されるような、各種細菌類の殺菌、食品腐敗の防止処理、機械の冷却系による腐食防止、半導体ウエハ及び半導体装置製造時の洗浄水汚染防止などの各種産業分野に利用される、水中溶存気体の高度真空脱気処理あるいは水中微生物の高度真空滅菌処理を目的とした脱気・殺菌装置がある。
【０００７】
上記の脱気装置は、図３に示すように、給水タンク１と、脱気システム２と、脱気された水を貯える貯水タンク３とから構成され、各部分が電磁弁を備えた流路４ａ，４ｂにより連結されて、それらの制御が図示しない主幹制御装置により制御されるバッチ処理の連続脱気装置からなっている。
【０００８】
この装置における脱気システム２は、真空ポンプ５により真空状態を維持される脱気タンク６と、この脱気タンク６内へ送られる水に超音波振動を与えて、水中に溶存している気体を気泡として分離放出させる超音波振動装置７と、脱気タンク６内で脱気された水を再びタンク６内へ循環し、タンクの内壁面に高圧で噴射衝突させることで、瞬間的な断熱膨脹による殺菌作用を与えると共に、水中に溶存している気体を気泡として分離放出させる高圧噴射装置８とを併用した循環路により構成さている。
【０００９】
この脱気装置では、真空ポンプ５により真空状態を維持される脱気タンク６に給水タンク１から水が導入されるが、その際、脱気タンク６内へ導入される水は、まず、タンク６の手前側で超音波振動装置７による超音波振動エネルギーが与えられることで水中にキャビテイションが発生し、溶存気体が気泡となって脱気タンク６内の水面で破裂して、該タンク６の上方に配置された真空ポンプ５により捕集除去されて脱気される。
【００１０】
一方、脱気タンク６の下方には、貯水タンク３へ通ずる循環ポンプ９を備えた流路４ｂが接続されているが、この流路４ｂには、循環ポンプ９と貯水タンク３との間に設けた方向切換弁１１から前記脱気タンク６内へいたる流路１０が設けられていて、この流路１０の先端は脱気タンク６内に設けられた前記高圧噴射装置８に接続している。
【００１１】
脱気タンク６内で前記の超音波振動装置７による脱気処理を受けた水は、循環ポンプ９によりタンク６外の流路４ｂへ引き出されるが、方向切換弁１１が脱気タンク６の方向に切り換えられていることにより、再び脱気タンク６内へ戻され、前記高圧噴射装置８の両端のノズル８ａ，８ｂからタンク６の内壁面に向かって噴射衝突される。すると、水中に溶存する気泡がこの衝突による衝撃力と瞬間的な断熱膨脹によって瞬時に破壊され、気体がタンク６の上方に配置された真空ポンプ５により捕集除去されて脱気される。
【００１２】
このようにして、給水タンク１から供給される水は、超音波振動装置７による脱気処理を受けながら順次脱気タンク６内へ送り込まれ、同時に流路４ｂの循環ポンプ９により連続して脱気タンク６外へ引き出されたのちに、方向切換弁１１から流路１０を経て再び脱気タンク６内へ戻され、高圧噴射装置８による脱気処理を受けるという工程を繰り返す。そして、脱気タンク６内に所定量の脱気処理水が貯留されたのちは、方向切換弁１１を貯水タンク３の方向へ切り換えて貯水タンク３内へ送り込まれる。
【００１３】
つまり、脱気タンク６内へ送られる水は、脱気システム２における超音波振動装置７と高圧噴射装置８との相乗効果により水中に溶存する揮発性気体が脱気された状態で順次貯水タンク３へ送られるが、その間、脱気タンク６の下方の流路４ｂに設けられた循環ポンプ９は、真空ポンプ５によって真空状態を維持されている脱気タンク６内の水を連続的に吸い込んでいるので、この循環ポンプ９のサクション側吸込口に、先に述べたような真空負圧抵抗に起因するキャビテイションが発生し、これにより循環ポンプ９に対する水の吸引作用が阻害されるという問題が生ずる。
【００１４】
上記の循環ポンプ９が運転される際、このポンプのサクション側には下記のような負圧抵抗（ＮＰＳＨ0 ）が発生する。
ＮＰＳＨ0 (m) ＝（１０±Ｈｓ−ＣＶ２  ／２ｇ）ｍ・・・・・（１）
１０(m) ＝  大気圧７６０mmＨｇによる押上げ水頭
Ｈｓ(m) ＝  水面とポンプの吸い込み基準面との落差(m)
＋  は押し込みの場合
−  は吸い上げの場合
Ｖｍ／ｓ＝  サクション配管内を流れる流速
ｇは重力加速度ｍ／sec２
Ｖ２/２ｇは吸い込み配管内の抵抗揚程(m)
Ｃは総抵抗係数
【００１５】
しかし、脱気タンク６内から水を抜き出すときには、その脱気タンク６の真空負圧（Ｎｐ）が加わり、負圧抵抗はさらに大きくなって、ＮＰＳＨ2 は、
ＮＰＳＨ2 ＝（１０−（Ｎｐ）±Ｈｓ−ＣＶ２  ／２ｇ）・・・・・（２）
となり、真空圧が大きくなるに従って、ＮＰＳＨ2 も大きくなって揚水量も減少する。さらに循環ポンプ９の羽根が高速で回転すると、羽根車の背面に渦によって空洞が発生し、そのうえ水は真空状態で自己蒸発を起こして空洞を満たすことになるため、ポンプ９の水室は容積が見かけ上減量することになり、吸い込み水量が減る結果、通常のポンプでは揚水できなくなるという問題が生ずる。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような従来における脱気装置の問題点に鑑み、真空ポンプにより脱気されたタンク内に脱気処理された水を所定量に達するまで貯留し、その間、脱気処理のために循環ポンプによって循環を繰り返す工程で、この循環ポンプの吸込み口に生ずる負圧抵抗をできるだけ低減することで、ポンプの吸込量が減少することを防ぎ、循環ポンプとして、別段大容量のものでなく、通常の容量のポンプでも十分に使用できるようにした脱気装置の提供を目的としたものである。
【００１７】
本発明に係る脱気装置は、そのための具体的手段として、被処理水を脱気タンク内で真空脱気処理する脱気装置において、脱気タンク内で脱気処理された脱気水を該脱気タンクの内外に循環するための循環ポンプのサクション側と、前記脱気タンク内を脱気処理するための真空ポンプ側との間に排気通路を設け、前記循環ポンプのサクション側に真空負圧が起きることに伴って発生するガスを、前記真空ポンプ方向へ排出させることを特徴とする。
【００１８】
被処理水を脱気タンク内で真空脱気処理する脱気装置は、脱気タンク内へ送り込まれる被処理水に超音波エネルギーを付与する超音波振動装置と、該超音波振動装置によって脱気された脱気水を高圧状態で脱気タンク内の壁面に噴射衝突させる高圧噴射装置と、脱気水を該脱気タンクの内外に循環するための循環ポンプと、前記循環ポンプのサクション側と前記脱気タンク内を脱気処理する真空ポンプ側との間に接続された排気通路と、から構成されていることが好ましい。
【００１９】
脱気水を脱気タンク内外に循環する循環ポンプのサクション側に発生するガスを、脱気タンクの真空ポンプ側へ排出すための通路としては、循環ポンプの各羽根車水室内に発生するガスを捕集してポンプ外へ送り出す排出管と、この排出管の先端が接続されるようにポンプ外に設けられた気水分離機と、気水分離機で分離されたガスを真空ポンプ方向へ送る細管と、気水分離機で分離された水をポンプの給水口へ戻すための水管とから構成されていることが好ましい。
【００２０】
また、循環ポンプとしては、多段ポンプであって、円筒状外部ケーシング内の水の収納槽を挟んだ内部円筒の内側に、この内部円筒を形成するそれぞれ羽根車を内蔵した複数個の水室を備え、これら各水室内の羽根車が高速回転することに伴う真空負圧によって発生するガスを、各水室内と枝管を介して接続するように収納槽内に配管された排出管を通して、外部ケーシング外に設けた気水分離機へ吸込まれるような構成とすることが好ましい。
【００２１】
【作用】
この種の脱気装置では、真空ポンプの作用により、脱気タンクの内部を一定の真空負圧状態に維持し、循環ポンプにより脱気タンク内の水をタンク外へ吸い出してから、再び脱気タンク内へ送り込んで高圧噴射装置による脱気処理を行うという、水の循環作用が繰り返されるが、その際、循環ポンプの吸込口に大きな真空負圧による損失水頭が生じ、その吸込抵抗によって循環ポンプの吸込水量が減少することになる。
【００２２】
さらに、循環ポンプ内で高速回転する羽根車は、背面に渦をつくりながら回転するためその渦が成長し、羽根車の水室は渦による空洞によって容積が狭められるキャビテイション現象が発生する。そのうえ渦によって生ずる空洞は、水が真空負圧によって自己蒸発し、その空洞を満たして大きな気泡となるため、水の収納量を減らして、循環ポンプによる総体揚水量を低減させるという好ましくない事態を発生させる。
【００２３】
このような従来形システムの問題点に対し、本発明の脱気装置では、循環ポンプ内の羽根車の回転に伴う真空負圧によって発生する気泡を、脱気タンク内を脱気する真空ポンプと、該脱気タンク内の脱気水を循環させる循環ポンプとの間に設けた排気通路を通して、真空ポンプの方向へ排出されるようにしたので、循環ポンプのサクション側に真空負圧によって発生する気泡は、真空ポンプと循環ポンプとの間の排気通路を通して真空ポンプ方向へ引き抜かれることになり、その結果、循環ポンプのサクション側に生じた気泡は成長が阻止されて、揚水量の減少が的確に防止されることになる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る脱気装置の構成を図面に示す実施例により説明すると、図１は本発明の一つの実施態様を示しており、この装置は各種の用途に使用される水を、脱気タンク内で真空脱気処理する脱気装置に適用されるものであり、構造の基幹となる部分は図３に示した構成と同じなので、重複する部分は同じ符号を用いて説明する。
【００２５】
この脱気装置は、基本的には給水タンク１と、脱気タンク６を備えた脱気システム２と、脱気された水を貯えるための貯水タンク３とから構成され、給水タンク１と脱気タンク６とは流路４ａにより接続され、また、脱気タンク６と貯水タンク３との間は、循環ポンプ９と方向切換弁１１とを備えた流路４ｂにより接続されて、それらの制御が図示しない主幹制御装置により制御されるバッチ処理の連続脱気装置からなっている。
【００２６】
この装置における脱気システム２は、真空ポンプ５により真空状態を維持される脱気タンク６と、給水タンク１からこの脱気タンク６内へ送られる水に超音波振動を与えて、水中に溶存している気体を気泡として分離放出させるための超音波振動装置７と、脱気された水を脱気タンク６内でタンクの内壁面に高圧で噴射衝突させることで、瞬間的な断熱膨脹による殺菌作用を与えると共に、水中に溶存している気体を気泡として分離放出させる高圧噴射装置８とが併設された循環路により構成さている。
【００２７】
給水タンク１内から流路４ａを通って脱気タンク６内へ送り込まれる水は、脱気タンク６の手前側で、まず、超音波振動装置７による超音波振動エネルギーが与えられる。水はこの振動エネルギーによって水中にキャビテイションを発生し、溶存気体が気泡となって脱気タンク６内の水面で破裂して、該タンク６の上方に配置された真空ポンプ５により捕集除去されて脱気される。
【００２８】
一方、脱気タンク６と貯水タンク３との間を接続する流路４ｂには、循環ポンプ９と貯水タンク３との間に設けた方向切換弁１１から前記脱気タンク６内へ通ずる流路１０が設けられていて、この流路１０の先端は脱気タンク６内に設けられた前記高圧噴射装置８に接続している。
【００２９】
脱気タンク６内で前記の超音波振動装置７による脱気処理を受けた水は、流路４ｂの循環ポンプ９の吸い込みによってタンク６外へ引き出されるが、方向切換弁１１が脱気タンク６の方向に切り換えられているため、流路１０を通して再び脱気タンク６内へ戻され、高圧噴射装置８の両端のノズル８ａ，８ｂからタンク６の内壁面に向かって噴射衝突される。その結果、水中に溶存する気泡がこの衝突による衝撃力と瞬間的な断熱膨脹によって瞬時に破壊され、気体がタンク６の上方に配置された真空ポンプ５により捕集除去されて脱気される。
【００３０】
また、この装置では、脱気タンク６内を脱気する真空ポンプ５と、該脱気タンク６内の脱気水を循環させる循環ポンプ９との間に、循環ポンプ９のサクション側の真空負圧に伴って発生する気泡を、真空ポンプ５の方向へ排出するための排気通路１２が設けられており、この排気通路１２の循環ポンプ９に隣接した位置に気水分離機１３が設けられている。
【００３１】
前記の循環ポンプ９は、図２に示すように、円筒状の外部ケーシング１４と仮想軸芯を共有する内部円筒１５とが、円周に沿って円筒状の水の収納槽１６を構成し、この内部円筒１５の内部には、このポンプ本体の上部に設けられたモーター１７の回転軸１８を共有する複数個の羽根車１９と、回転しないステーター２０とを備えた多段ポンプからなっている。
【００３２】
前記の内部円筒１５は、それぞれ一対の羽根車１９とステーター２０とを内部に収めた複数個の水室２１を形成しており、回転軸１８の回転に伴い下端の給水口２２から導入された水が、回転軸１８の下端周囲から下段の水室２１内を通して、順次上方の水室２１内へ吸い上げられ、その過程で各水室２１内の羽根車１９の回転により加圧されて、水室２１の上部に設けられた逆椀形蓋２３の側面の吐出窓２４から吐き出されたのち、収納槽１６を経由して下端の排水口２５から排水される。
【００３３】
また、この循環ポンプ９は、外部ケーシング１４と内部円筒１５との間の収納槽１６内に、それぞれの水室２１の上部内側と枝管２７を介して接続される一本の排出管２６が収納槽１６の長さ方向に沿って配管されていて、この排出管２６の先端がポンプ９の呼び水取入れ口２８に接続されている。さらに、この呼び水取入れ口２８から延出した管２９の先端は前記気水分離機１３の側面に接続されていて、気水分離機１３の上端は、前記のように径の小さい細管からなる排気通路１２を介して真空ポンプ５の吸込口側と接続されている。また、気水分離機１３の下端は、水管３０を介して循環ポンプ９の給水口２２と接続している。
【００３４】
この循環ポンプ９では、それぞれの水室２１内の羽根車１９が高速回転することで、羽根車１９の背面に渦が発生して、羽根車１９と次の羽根車１９との間の各水室２１内には、渦によるキャビテイ（空洞）によって水室２１の内部容積が狭められるようなキャビテイション現象が発生する。また、この渦によって生ずるキャビテイは、水が真空負圧により自己蒸発することで、空洞を満たすような大きな気泡に成長する。
【００３５】
しかし、本発明の場合には、循環ポンプ９の収納槽１６内に、各水室２１とそれぞれ枝管２７を介して接続される一本の排出管２６を設けると共に、循環ポンプ９の近傍に気水分離機１３を配置して、前記排出管２６と気水分離機１３とを管２９で接続し、気水分離機１３の上端と真空ポンプ５との間が排気流路１２により接続されているので、各水室２１内に羽根車１９の回転渦によって気泡が発生すると、これらの気泡は枝管２７及び排出管２６から管２９を通して気水分離機１３内に吸引導入される。
【００３６】
さらに、この気水分離機１３内に吸引された水分を含む気泡は、内部で気体と水とに分離されて、気体は排気通路１２を通って真空ポンプ５の方向へ吸引排出される。この排気通路１２は、できるだけ径の細い管によって構成し、水は吸い込まずに気体だけを真空ポンプ５の方向へ吸い出せるようになっている。また、気水分離機１３で分離された水は、水管３０を介して循環ポンプ９の給水口２２へ流れ、脱気タンク６から送り込まれる水と一体となって再び循環ポンプ９内へ吸い込まれる。
【００３７】
なお、上記実施例では、循環ポンプ９内の各水室２１から取り出した気泡を、気水分離機１３から排気通路１２を通して真空ポンプ５の方向へ吸引排出するが、排気通路１２の上端は、真空ポンプ５のサクション側に接続しても、また、脱気タンク６の上端内部へ解放されるように接続してもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の脱気装置では、真空ポンプにより脱気タンク内を一定の真空負圧状態に維持し、この脱気タンク内へ導入される水に超音波振動エネルギーを与えることによる脱気処理と、循環ポンプにより脱気タンク内の水をタンクの内外へ循環する工程で高圧噴射することによる脱気処理とによって、水における溶存ガスの排出を効果的に行えると共に、循環ポンプにより脱気タンク内の水を循環する際に、循環ポンプのサクション側の各水室内に生ずる真空負圧に伴って発生する気泡を、この循環ポンプのサクション側と脱気タンク内を真空状態に維持する前記真空ポンプとの間に設けた排気通路を介して吸引排出させるので、循環ポンプ内に生ずる真空負圧抵抗を適切に低減し、揚水量を増大して脱気水を製造するための循環効率を向上することができる。
【００３９】
本発明の上記のような、循環ポンプ内の真空負圧抵抗を低減させようという原理は、ベルヌーイの、流体の全エネルギーは水頭に換算すると、
全水頭  ＝  圧力水頭  ＋  位置水頭  ＋  速度水頭
という定理により表現される。
【００４０】
上記の関係において、発生する圧力水頭損失は、位置による損失と流体の流れによる損失水頭である。そこで、位置水頭損失について見た場合、真空ポンプ５から循環ポンプ９の吸込口にいたる高低差Ｈｓと、真空ポンプ５から循環ポンプ９の上部の気水分離機１３までの高低差ＨｐについてはＨｓ＞Ｈｐの関係にあるため、気水分離機１３の部分の方が循環ポンプ９の吸込口の部分よりも上方に位置して吸込み抵抗が低いこと、また、速度水頭損失について見た場合、循環ポンプ９の上部の気水分離機１３から真空ポンプ５にいたる気体の逃げ道となる排気通路１２を、水は通さず気体だけを通すような細管とすることで、気体の吸い上げ効率が大幅に向上する。
【００４１】
また、上記のように、循環ポンプ９の近傍に、気水分離機１３によって循環ポンプ９の水室２１内に発生する気体のみを吸引する構成を設けることで、排気通路１２の損失抵抗による水頭圧を小さくすると、真空ポンプ５の吸引力が循環ポンプ９内に直接作用するため、循環ポンプ９の給水口２２に発生する負圧抵抗（ＮＰＳＨ）を打ち消し、さらに、循環ポンプ内に発生するキャビテイション現象による揚水量の減少を防止することができる。
【００４２】
また、従来のこの種の装置では、真空タンク内から水を引き抜く工程で循環ポンプを用いるときには、送水量が大気圧下における送水量の半分以下に減少するために、少なくとも通常の二倍以上の容量のポンプを使用しなければならなかったが、本発明の場合には、ポンプ容量を大気圧下で使用するものと同程度の容量のものとすることが可能であり、しかも小さい設置スペースと省エネ・コストダウンを達成することができ、経済的効果を高められるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施形態の一例を示す系統図である。
【図２】図１に示す脱気装置に用いられる循環ポンプの構成を示す断面図。
【図３】従来におけるこの種の脱気装置の構成を示す系統図である。
【符号の説明】
１：給水タンク、
２：脱気システム、
３：貯水タンク、
４ａ，４ｂ：流路、
５：真空ポンプ、
６：脱気タンク、
７：超音波振動装置、
８：高圧噴射装置、
９：循環ポンプ、
１０：流路、
１１：方向切換え弁、
１２：排気通路、
１３：気水分離機、
１４：外部ケーシング、
１５：内部円筒、
１６：収納槽、
１７：モーター、
１８：回転軸、
１９：羽根車、
２０：ステーター、
２１：水室、
２２：給水口、
２３：逆椀形蓋、
２４：吐水窓、
２５：排水口、
２６：排出管、
２７：枝管、
２８：呼び水取入れ口、
２９：管、
３０  水管
【図１】
0003905371.tif 000002
【図２】
0003905371.tif 000003
【図３】
0003905371.tif 000004