(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導入される被処理水の飽和蒸気圧より高い真空圧に減圧された脱気タンクと、
周壁に等間隔で複数の脱気ノズルの入口が設けられた円筒状のローターケーシング内に備えられ、複数枚の羽根を有するローターを、モーターによって回転させることによって、吸い上げた被処理水を遠心力により圧縮しながら、周期的な圧力の脈動を付与して前記脱気ノズルから前記脱気タンク内へ噴射させる渦巻ポンプと、
被処理水に付与される周期的な圧力の脈動によって振動する平板状の口唇部を噴射口の先端に有し、前記渦巻ポンプで圧縮された被処理水を前記脱気タンク内に噴射して該タンク内の衝合部材に衝突させることにより瞬間的に断熱膨張させる前記脱気ノズルと、を備え、
前記羽根および前記脱気ノズル入口の数及び形状寸法などの構造パラメータで定まる或る固有のローター回転数に達すると前記ローターと前記脱気ノズル入口との間で流体エネルギーによるサイレン作用が生じ、噴射流速が一定速度に達すると前記脱気ノズルの口唇部において超音波振動が生じ、被処理水に超音波振動が伝搬されるように構成したことを特徴とする脱気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中に溶存する揮発性気体成分、酸素ガス、炭酸ガス、塩素ガス、窒素ガスなどの溶存気体を高度に脱気し、且つ水中の微生物をも高度に滅菌するための脱気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の脱気装置の一例は特開平１１−１３７９０８号公報に示されている。この公知の脱気装置は、季節変化などの環境条件に左右されずに減圧容器内での低温沸騰と超音波によるキャビテーションとの相乗効果によってほぼ連続的な通水脱気を可能とし、薬注或いは加熱することなく溶存気体の除去と滅菌とを果たすことができる。
【０００３】
また、本発明者は先に、薬注処理は勿論、中空糸膜などの濾過膜やイオン交換膜を使用することなく効果的に高度の脱気と滅菌とを可能とする簡易水処理装置として、超音波エネルギーの付与による被処理水の低温沸騰を伴う真空脱気装置と、該真空脱気装置によって脱気された脱気水を加圧して減圧容器内で断熱膨張させる循環脱気装置とを備えた脱気装置を提案している（特願平１１−１３５５９０）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの先行する脱気装置は、例えば給水配管の腐食防止をはじめ、食中毒を誘発する細菌類の殺菌、給食産業における食品腐敗の防止、酒造におけるむれ香の防止、機関および機械の冷却系の腐食防止、半導体ウエハおよび半導体装置製造における洗浄水汚染の防止、各種処理水の無薬注化など、種々の用途に有用であるが、いずれも超音波エネルギーを電気・機械変換素子である振動子によって付与する必要があるため、長期連続運転における電力消費や保守の面で一層の改善策が求められている。
【０００５】
一方、薬注によらない方式として、水中に溶存している酸素・炭酸ガス・遊離塩素などを高真空度の容器内で脱気する真空脱気方式は一般に知られており、バッチ処理方式だけでなく、大量処理のためにエジェクターとサイクロンを組み合わせた多段連続真空脱気方式も知られている。
【０００６】
真空脱気方式は衛生面からは問題がないが、生活給水の水処理やビル建物等での赤水対策としては真空度の管理に難点があり、例えば、水中の溶存酸素は大気圧と水温又は気温などが季節によって大きく変化するため、常に一定の脱気圧性能を維持させるには、真空圧力の調整だけでは管理ができない。このため、真空脱気方式は未だ広く普及するには至っていないが、比較的容易に扱えるのはバッチ処理方式の真空脱気装置である。しかしながら、バッチ処理方式の真空脱気装置は、処理が非連続であるので処理量が限られ、多量の水を処理する必要がある場合には大規模な設備としなければならず、設備維持費用が多額となるので一般的ではない。
【０００７】
一方、例えば食品工場などのように連続多量処理が要求される場合には、運転操作および保守に専門的な煩雑さが要求されるエジェクターとサイクロンを組み合わせた多段連続真空脱気方式が採用され、時間当たりの処理量も充分な設備が実用化されているが、設置面積が大きく、設備費用及び維持費用が大きいので、処理による付加価値が見込める産業用途向きであり、一般の共同住宅やオフィスビルなどにおける水処理設備の脱気装置としては管理面も含めて経済的に引き合わず、採用は現実的ではない。
【０００８】
従って本発明の課題は、超音波エネルギーの発生に電力による駆動を要することなく効果的で連続的な高度の脱気と滅菌とを可能とする脱気装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明による脱気装置は、導入される被処理水の飽和蒸気圧より高い真空圧に減圧された脱気タンクと、周壁に等間隔で複数の脱気ノズルの入口が設けられた円筒状のローターケーシング内に備えられ、複数枚の羽根を有するローターを、モーターによって回転させることによって、吸い上げた被処理水を遠心力により圧縮しながら、周期的な圧力の脈動を付与して脱気ノズルから脱気タンク内へ噴射させる渦巻ポンプと、被処理水に付与される周期的な圧力の脈動によって振動する平板状の口唇部を噴射口の先端に有し、渦巻ポンプで圧縮された被処理水を脱気タンク内に噴射して該タンク内の衝合部材に衝突させることにより瞬間的に断熱膨張させる脱気ノズルと、を備え、羽根および脱気ノズル入口の数及び形状寸法などの構造パラメータで定まる或る固有のローター回転数に達するとローターと脱気ノズル入口との間で流体エネルギーによるサイレン作用が生じ、噴射流速が一定速度に達すると脱気ノズルの口唇部において超音波振動が生じ、被処理水に超音波振動が伝搬されるように構成したことを特徴としている。
【００１４】
本発明においては、加圧により圧縮された被処理水を脱気ノズルから減圧下の脱気タンク内に噴射して衝合部材に衝突させることにより習慣的な断熱膨張を生起させて脱気及び滅菌を行うものであり、このようなノズルを利用した気液分離技術は、従来の均一な微細粒径の噴霧を狙ったアトマイザーとしてのスプレーノズルとは全く異なる新規な思想に基づくものである。
【００１５】
即ち、本発明による脱気装置によれば、導入される水の飽和蒸気圧より高い真空圧に減圧された脱気タンク内に予め加圧手段によって圧縮された被処理水を脱気ノズルから噴射したときに瞬間的な断熱膨張が生じ、これによって被処理水中の溶存気体成分と水との減圧膨張率の差異により、水は脱気タンク内の圧力が水の飽和蒸気圧未満であるので気化は起き難く、溶存気体成分のみ膨張して気泡となって分離され、真空ポンプに吸引されて系外に除去される。
【００１６】
また、この分離作用に加えて、脱気ノズルから超音波で励起された高エネルギー被処理水噴流が脱気タンク内の衝合部材、例えば脱気タンク自体の内壁面もしくは別に設置した衝合壁に衝合することにより、噴流の流速、噴流中の超音波伝搬速度、及び水の圧力の積に比例する衝突エネルギーで被処理水中の微細な気泡及び芽胞菌が一旦強い圧縮圧を受けた直後に減圧環境下で圧力が開放されることから内圧により瞬時に断熱膨張を起こして内部から破裂し、被処理水中の溶存気体の高度の脱気と共に被処理水中の微生物も細胞破壊を起こして高度に殺菌される。
【００１７】
本発明の脱気殺菌装置装置では、渦巻ポンプによって被処理水に付与される周期的な圧力の脈動によって振動する脱気ノズルの口唇部が被処理水に超音波振動を与えるので、電気・機械変換系としての超音波振動子とその駆動のための電源装置は原則的に不要である。
【００１８】
本発明で使用する脱気ノズルとしては種々の構成のものが利用できるが、好ましくは脱気ノズルは噴射口近傍における超音波振動が噴射流に効率良く伝搬されるように被処理水を薄形平板状の直進する層流として噴射するフラットノズル形状の噴射口を有するものとする。
【００１９】
また脱気タンク内の衝合部材は、脱気タンク自体の内壁面もしくは別に設置した衝合壁によって構成できるが、噴流の超音波エネルギーを瞬間断熱膨張に有効に利用するためには、脱気ノズルからの噴流に随伴する超音波振動に対して共振する構造を有していることが望ましい。
【００２０】
真空ポンプによる脱気タンク内の減圧は水の沸騰圧より高い圧力値の真空圧とするが、これは被処理水の水温に応じて調整することが好ましく、例えば水温が５℃では約20torr（26660Pa）程度、水温10℃では約40torr（53320Pa）程度の真空圧とすればよい。
【００２１】
超音波で励振された被処理水の噴流が脱気タンク内の衝合部材に衝突するときに噴流が受ける破壊圧力（音圧）ｐは、処理対象の水の密度をρ、脱気ノズルからの被処理水の射出速度をｖ、音波の水中の伝播速度をｃとすれば、ｐ＝ρｃｖである。水中における音波の伝搬速度は水温20℃で1480 m/s程度であり、従って衝撃圧の動圧は噴流の流速に応じて充分大きくすることができ、衝合部材表面で水中の微細気泡や微生物が受ける圧力はこれらを破壊するに充分な大きさとすることができる。この作用は高真空環境下の脱気タンク内で起き、従って水が衝撃圏外に至るか射出が停止した瞬間には、気泡は勿論、微生物の細胞内の水も瞬時に膨張を起こして破裂する。
【００２２】
即ち、被処理水は脱気ノズルに供給される際に加圧されて圧縮されており、圧縮された水の浸透圧は常圧水のそれよりも高いので被処理水中の細菌等の微生物のスポアコート内の水は速やかに圧縮水に入れ替わり、これが脱気ノズルから高真空環境下に噴射されて圧縮圧が除去されると瞬時に膨張し、スポアコートは内圧に対して脆弱であるので細胞内部から破壊されて殺菌が果たされる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施形態による脱気装置の構成を模式的に示している。この脱気装置は、真空ポンプ１７で内部を減圧された脱気タンク７と、脱気タンク内に縦に配置された導水筒１５と、導水筒の頂部に設置された立軸形渦巻ポンプ３と、渦巻ポンプ３の吐出口を構成する複数の脱気ノズル４とを備え、給水管９から電磁弁１８、イゼクター１３及び手動開閉バルブ２６を介して導水筒１５に導入された水を渦巻ポンプ３により脱気ノズル４を介して脱気タンク７内に噴射して送り込み、脱気タンク７内に蓄えられた脱気水を送水ポンプ１０によって外部へ送水し、その一部を分配筐２２から手動開閉バルブ２７を介してイゼクター１３により給水系へ戻して循環系を形成している。
【００２４】
導水筒１５は、その底面よりも上方に距離をおいた位置に下部給水口２５を備えた略裁頭円錐形のものであり、給水管９から止水弁１８、イゼクター１３及びバルブ２６を介して導入される水で内部が満たされる。
【００２５】
渦巻ポンプ３は、導水筒１５の頂部に直接取付けられた円筒状のローターケーシング２内で回転するローター（羽根車）１を備えており、このローター１は上面が閉鎖円板２０で閉鎖された下面開放型の羽根車からなり、図２に示すように放射状配置の複数枚（図示の例では４枚）の羽根を有している。尚、図２は図１のＡ−Ａ線矢視横断面図に対応している。ローター１は導水筒１５と同軸の軸心でモーター６によって回転駆動され、このモーター６は例えばインバータ制御電源１９によって回転数制御されるマグネットモーターなどの可変速度電動機である。ケーシング２の周壁には等間隔で複数（図示の例では４個）の吐出口が設けられており、各吐出口は90度間隔で放射状に指向配置された脱気ノズル４の入口となっている。
【００２６】
各脱気ノズル４は図３に示すようなノズルチップからなり、円筒形の入口部４ａから先端の横長矩形開口形状の噴射口４ｃへ向かって内部で渦流を生じることがないように滑らかに流路断面形状を変化させて噴射口４ｃから平板状の層流として水を噴射できるようにしてある。入口部４ａは上述のようにケーシング２の周壁の吐出口に接合されており、噴射口４ｃから吐出される平板状層流の噴流が脱気タンク７内に直接放射され、脱気タンクの内周壁面に直線状の軌跡で噴射水流が衝突するようになっている。即ち、本実施例では脱気タンクの内周壁面が衝合部材を構成している。
【００２７】
本実施例の渦巻ポンプ３は、モーター６によって回転するローター１によって導水筒１５の内部の水に対して導水筒のほぼ軸方向に沿った軸心の上昇回転渦流を発生させつつ導水筒上端の軸心近傍領域から水を吸い上げ、吸い上げた水を遠心力によりケーシング２の内周壁面に沿って圧縮しながら、この圧縮された水をケーシング２の内周壁面に等間隔で入口が配置されている複数の脱気ノズル４から脱気タンク７内に直接噴射する立軸形のタービンポンプであるが、そのローター１が放射状配置の複数枚の羽根を有することと、ケーシング２には周方向に等間隔を置いて複数の吐出口、即ち脱気ノズル４の入口が開口していることから、モーター６によるローター１の回転数の上昇に応じて水の圧縮度は上昇し、また羽根およびノズル入口の数及び形状寸法などの構造パラメータで定まる或る固有のローター回転数に達するとローターとノズル入口との間で流体エネルギーによるサイレン作用が生じ、噴射流速が一定速度に達するとノズル４の噴射口先端口唇部４ｂが振動を生じて超音波を生起する。即ち、本実施例ではこのようなローター１及びノズルの構成と配置が超音波励振手段を構成している。
【００２８】
ノズル４の口唇部４ｂで生じた超音波は、口唇部４ｂが図３に示すように平板状であるため平板状層流の噴射流中に効率よく伝搬され、このようにして超音波振動の乗った噴流が脱気タンク７の内周壁面に直進状の軌跡で衝突することになる。
【００２９】
本装置は作動状態においては真空ポンプ１７によって脱気タンク７内が、導入された水の飽和蒸気圧より高い真空圧状態に保たれており、真空ポンプ１７からの排気は大気中に放散されている。この状態で電磁弁１８を開くと、図示しない受水槽から給水管９を経て送られてくる水がイゼクター１３とバルブ２６を介して給水口２５から減圧状態下の導水筒１５内に吸引される。
【００３０】
このとき渦巻ポンプ３をモーター６によって動作させると、ローター１の回転によって導水筒１５内の水に導水筒の軸方向に沿った軸心の上昇回転渦流が発生し、この渦流がローター１の軸心近傍から吸引されてローターの閉鎖円板２０に沿って径方向へ向かい、ローター１の回転に基づく遠心力によってケーシング２の周壁の複数の吐出口からそれぞれ脱気ノズル４を介して高速の直進平板状層流噴流となって脱気タンク７内へ放射される。このとき、前記励振手段によって励起された超音波振動が噴射流に与えられることは前述の通りである。
【００３１】
脱気ノズル４から超音波で励起された高エネルギー被処理水噴流が減圧環境下の脱気タンク７内に噴射されると、噴流は直ちに圧縮状態から開放されるので噴流中の溶存気体成分が膨張により気泡となって分離される。更に噴流がタンク内壁面に衝突すると、噴流の流速、噴流中の超音波伝搬速度、及び水の圧力の積に比例する衝突エネルギーで被処理水中の微細な気泡及び芽胞菌が一旦強い圧縮圧を受けた直後に減圧環境下で圧力が開放されることから内圧により瞬時に断熱膨張を起こして内部から破裂し、被処理水中の溶存気体が更に高度に分離されると共に被処理水中の微生物も細胞破壊を起こして高度に殺菌される。脱気タンク７内で噴流から分離された気体は真空ポンプ１７により吸引捕集されて装置外へ排気される。
【００３２】
このようにして脱気及び滅菌された水は高真空状態の脱気タンク７内の下部貯水室２１に一時的に蓄えられる。この貯水室２１には三つの高さレベルで水位検出器ａ，ｂ，ｃが設けられており、外部制御装置１６によってこれらの水位が監視制御されている。即ち、検出器ａは送水ポンプ１０の停止水位検出用のもの、検出器ｂは送水ポンプ１０の始動水位検出用のもの、そして検出器ｃは電磁弁１８の閉鎖水位検出用のものである。
【００３３】
制御装置１６は、脱気水の水位が検出器ｂの水位を越えていれば送水ポンプ１０を動作状態にし、これにより貯水室２１から配管１１を介してポンプ１０により外部および循環系に脱気水が送られる。又、貯水室２１内の水位が検出器ａの水位より低下した場合は送水ポンプ１０は水位が検出器ｂの水位に回復するまで制御装置１６によって停止され、更に貯水室２１内の水位が検出器ｃの水位を越えると制御装置１６によって電磁弁が閉じられ、新水の供給が停止される。
【００３４】
このようにして脱気水が送水ポンプ１０から送り出されると、分配筐２２によって外部へ送られる水の一部がバルブ２７を介して循環配管２３に送られ、給水取り入れ用のイゼクター１３及びバルブ２６を介して導水筒１５の給水口２５に送られる。イゼクター１３では循環配管２３からの循環水（脱気水）が高速で通過する時に生じる負圧で電磁弁１８からの給水が吸引されて取り込まれ、装置内の減圧による負圧と送水ポンプ１０の押込圧との和による圧力で導水筒１５に水が吸引されることになる。
【００３５】
図４は本発明の第２の実施形態による脱気装置の構成を模式的に示している。この装置は、導水筒３３と円筒脱気室３８を備えた予備真空脱気装置と、予備脱気室３８の外側を囲む円筒循環脱気タンク４９、循環ポンプ４３、及び脱気ノズル１４を備えた循環脱気装置とによって構成され、これらの脱気室３８、循環脱気タンク４９、及び後述する円筒保水タンク５０は、導水筒３３を中心とする同心状の３つの主要な環状空間を内包する一体の多重円筒気密タンク３４によって形成されている。
【００３６】
予備真空脱気装置は、導水筒３３内から真空圧による吸引でオーバーフローする被処理水に対する減圧曝気による予備的な脱気を行い、必要に応じて導水筒３３の底面から図示しない超音波振動子によって超音波エネルギーを付与することにより被処理水の低温沸騰を伴う真空脱気処理を行うようにしてもよい。一方、循環脱気装置は、前記予備真空脱気装置によって脱気された被処理水を本発明に従って循環ポンプ４３で加圧圧縮し、これを脱気ノズルを介して超音波振動で励起しながら循環脱気タンク４９内の高真空圧環境下に噴射して断熱膨張させることにより高度の循環脱気・滅菌処理を行う。
【００３７】
先ずはじめに予備真空脱気装置について述べると、この真空脱気装置は、真空ポンプ５２で内部を減圧された円筒状の３脱気室８と、該脱気室内に同軸状に縦に配置された導水筒３３と、脱気室３８内を下部で連通する内周室３８ａと外周室３８ｂに仕切る仕切筒３７とを備え、外周室３８ｂにはその内部に貯留された脱気水を前記循環脱気装置へ送り込む導水手段としての溢流口３９が最外壁に設けられている。
【００３８】
導水筒３３は、その底面よりも上方に距離をおいた位置に下部給水口を備え、給水管から止水弁５３、入口電磁弁５４および例えば特公平６−３８９５９号公報に開示されているようなスケール除去用の電極筒３１を介して導入される被処理水で内部が満たされる。
【００３９】
導水筒３３の頭部は端面が閉鎖されて周面に複数の溢流口３５が開口し、この溢流口３５から間隔をあけて導水筒頭部には周囲を囲む飛沫防止用の筒状カラー３６が固定されている。従って導水筒３３から溢流する水は溢流口３５を通過して脱気室３８の内周室３８ａに流入し、さらにその底部の連通間隙を通過して外周室３８ｂに流入するようになっている。
【００４０】
作動状態においては真空ポンプ５２によって脱気室３８内が高真空状態に保たれており、真空ポンプ５２からの排気は大気中に放散されている。この状態で止水弁５３および入口電磁弁５４を開くと、図示しない受水槽から給水管を経て送られてくる被処理水が電極筒３１内で脱スケール処理された後、減圧状態下の導水筒３３内に吸引される。
【００４１】
導水筒３３内の水には真空ポンプ５２による負圧によって上昇流が生じ、この上昇流によって導水筒３３の頭部の溢流口３５から内周室３８ａに溢流した水はさらに底部の連通間隙を通過して外周室３８ｂに流入する。内周室３８ａの上部空間では、溢流口３５から吹き出した際に気泡の破裂放散によって生じた気体が真空ポンプ５２に吸引捕集され、同様に外周室３８ｂの上部空間でも水中を浮上して水面で放散された気体が溢流口３９を介して真空ポンプ５２により吸引捕集される。
【００４２】
このようにして予備脱気された水は高真空状態の脱気室３８内の内周室３８ａと外周室３８ｂの互いに下部で連通した貯水空間に蓄えられ、本実施例ではその水位が飛散防止用の円筒カラー３６の下縁レベルとほぼ同等レベルで脱気室３８の最外壁に開口された溢流口３９を超えると、該溢流口３９から循環脱気タンク４９内へ溢流するようになっている。
【００４３】
さて、循環脱気装置は、脱気室３８の外周を包囲して溢流口３９を介して脱気室３８から被処理水の導入を受ける円筒状の循環脱気タンク４９と、該循環脱気タンク内に貯えられた被処理水を圧縮して送水する循環ポンプ４３と、循環ポンプによる加圧で圧縮された被処理水を前記循環脱気タンク４９の内壁面に噴射衝突させて瞬間断熱膨張させる複数の脱気ノズル１４とを備えており、これら脱気ノズル１４は分配筒４８の円周壁面からほぼ水平方向に放射状に配置され、真空脱気装置の脱気室３８と共通の真空ポンプ５２によって減圧された脱気タンク４９内の内周壁面に指向している。
【００４４】
各脱気ノズル１４は図５及び図６に示すようなノズルチップからなり、円筒形の入口部１４ａから先端の横長矩形開口形状の噴射口１４ｃへ向かって内部で渦流を生じることがないように滑らかに流路断面形状を変化させて噴射口１４ｃから平板状の層流として水を噴射できるようにしてある。入口部１４ａは上述のように分配筒４８の周壁の開口に接合され、噴射口１４ｃから吐出される平板状層流の噴流が脱気タンク４９内に直接放射され、脱気タンクの内周壁面に直線状の軌跡で噴射水流が衝突するようになっている。即ち、本実施例では脱気タンク４９の内周壁面が衝合部材を構成している。
【００４５】
本実施例では循環ポンプ４３で圧縮された水を分配筒４８の周壁に配置されている複数の脱気ノズル１４から脱気タンク４９内に直接噴射するが、各脱気ノズル１４には先端口唇部１４ｂ近傍の上面に笛口１４ｄが設けられており、この笛口１４ｄが脱気ノズル１４内を流れる被処理水の流体エネルギーにより超音波振動を生起する。
【００４６】
ノズル１４の笛口１４ｄで生じた超音波は、口唇部１４ｂが図５に示すように平板状であるため平板状層流の噴射流中に効率よく伝搬され、このようにして超音波振動の乗った噴流が脱気タンク４９の内周壁面に直進状の軌跡で衝突することになる。
【００４７】
さらに循環脱気タンク４９の外周は環状保水タンク５０によって囲まれ、また循環ポンプ４３の吐出ライン４４には、吐出水を分配筒４８及び各脱気ノズル１４へ送る時のみ開かれる電磁弁４５と、吐出水を保水タンク５０へ送るときのみ開かれる電磁弁４６が配置されている。保水タンク５０の出口は処理水取出系を構成する送水ポンプ５１に接続され、送水ポンプ５１の吐出口は安全弁５５及びゲート弁５８を介して送水配管に接続され、安全弁５５とゲート弁５８との間には膨張タンク５６及び圧力スイッチ５７が配置されている。また保水タンク５０内は真空脱気装置の脱気室３８及び循環脱気タンク４９と共通の真空ポンプ５２によって減圧されている。
【００４８】
循環脱気タンク４９内の貯水空間４０の水位は水位検出器３０ａにより検出される二つの水位レベルで監視制御され、また保水タンク５０内の水位も水位検出器３０ｂおよび３０ｃにより検出される四つの水位レベルで監視制御される。図示しない外部の制御装置がこれらの水位検出器からの信号に基づいて入口電磁弁５４、循環ポンプ４３、電磁弁４５，４６、送水ポンプ５１、ゲート弁５８を総合的に作動制御する。
【００４９】
さて、外周室３８ｂから溢流口３９を介して被処理水が循環脱気タンク４９に送られ、それが必要な水位に達すると、循環ポンプ４３の作動によって水が高圧に加圧されて圧縮される。循環ポンプ４３で圧縮された被処理水はポンプ吐出ライン４４から電磁弁４５を通過し、分配筒４８を介して各脱気ノズル１４に送られるが、この圧縮水は既に真空脱気装置によって水中の気体成分が予備的に脱気され、更に加圧によって圧縮されているので、循環ポンプ４３の吐出ライン４４における被処理水中には圧縮性の気体成分は少なくなっており、従って１気圧で生息していた微生物の細胞は水中溶存気体によるクッション効果を充分に得ることなく細胞内は圧縮水で満たされることになる。このような状態でこの圧縮水は電磁弁４５を介して各脱気ノズル１４に至り、該ノズルから超音波振動で励起された状態で減圧下の循環脱気タンク室４９内に噴射されて循環脱気タンク４９の内壁面に衝突される。
【００５０】
脱気ノズル１４から超音波で励起された高エネルギーの被処理水噴流が減圧環境下の脱気タンク４９内に噴射されると、噴流は直ちに圧縮状態から開放されるので噴流中の溶存気体成分が膨張により気泡となって分離される。更に噴流がタンク内壁面に衝突すると、噴流の流速、噴流中の超音波伝搬速度、及び水の圧力の積に比例する衝突エネルギーで被処理水中の微細な気泡及び芽胞菌が一旦強い圧縮圧を受けた直後に減圧環境下で圧力が開放されることから内圧により瞬時に断熱膨張を起こして内部から破裂し、被処理水中の溶存気体が更に高度に分離されると共に被処理水中の微生物も細胞破壊を起こして高度に殺菌される。
【００５１】
脱気タンク４９内で分離された気体は循環脱気タンク４９内の上部空間から真空ポンプ５２に吸引捕集され、一方、高度に脱気および滅菌された水は自然落下で循環脱気タンク４９の貯水空間に貯まる。
【００５２】
この循環ポンプ４３の作動による循環脱気殺菌処理は、真空脱気装置によって例えば或る必要な量の給水分の予備脱気が終了した後に開始される。即ち、真空脱気装置で必要量の給水を予備脱気処理し終えたときに給水系と外部への送水系を作動停止し、循環ポンプ４３を予め設定した定吐出量で運転して複数回分の循環脱気を例えばタイマーなどの時限装置で管理する。例えば循環ポンプの吸込量Ｑを給水口への新水の単位時間当たりの給水量Ｑ１と循環系に流れる循環水の単位時間当たりの循環流量Ｑ２との和に等しく設定し（即ち、Ｑ＝Ｑ１＋Ｑ２）、新水の給水量Ｑ１と循環流量Ｑ２との比ｍ（但し、ｍ＝Ｑ２／Ｑ１）が１より大きくなるような条件で循環ポンプ４３を稼働させると、循環脱気タンク４９内に溜まった水を繰り返し脱気処理することができ、それにより残留溶存気体濃度を例えば０．１ｐｐｍ以下の極めて低い値に処理した高脱気水を得ることが可能である。
【００５３】
例えば目標の溶存気体濃度まで低濃度とするに要する循環脱気の所要時限をＴとすると、この時限Ｔが経過したときに外部シーケンサーなどの時限装置の動作によって電磁弁４５は閉じて代わりに電磁弁４６が開かれ、循環ポンプ４３の吐出ラインが噴射ノズル装置４８から保水タンク５０へ切り換えられる。これによって水位検出器３０ａにより低水位レベルまでの水位低下が検出されると循環ポンプ４３が停止され、所要循環回数の循環脱気によって高度に脱気され且つ循環脱気系内での複数回の高圧への加圧・瞬間断熱膨張による脱気水中の微生物の細胞破壊で高度に殺菌された処理水が保水タンク５０に貯留される。保水タンク５０から外部への送水は水位検出器３０ｂ及び３０ｃによる送水ポンプ５１とゲート弁５８の監視制御により適正に行われる。この場合、保水タンク５０の貯水量を毎分当たりの給水量の少なくとも２ＴＱ倍以上に設定しておくことにより、外部への送水量と給水量とを等量とする連続脱気殺菌処理運転を実現することもできる。
【００５４】
尚、循環脱気タンク４９内及び保水タンク５０内はいずれも共通の真空ポンプ５２で同時に減圧されているが、これは真空ポンプ５２に分岐管路を介して個々に独立した電磁弁で選択的に減圧したり、或いはそれぞれに独立した別個の真空ポンプを用意したり、種々の変形が可能である。
【００５５】
また、本実施例では加圧手段として循環ポンプ４３を利用しているが、非循環系での本発明の適用に際してはポンプ以外にも高架水槽からの水頭を利用するようにしてもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明による脱気装置は、噴流の流体エネルギーを利用して励起した超音波による効果を減圧環境下における圧縮水の噴流衝合による脱気効果に組み合わせたことにより、電気的な超音波励振を行わずとも水中の溶存気体成分を効果的に脱気しつつ滅菌も可能であり、保守が煩雑な超音波振動子およびその駆動装置を不要として信頼性の高い処理システムを実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による脱気装置の構成を示す系統図である。
【図２】本発明の脱気装置に用いる加圧手段としての渦巻ポンプと脱気ノズルの構成例を示す模式横断面図である。
【図３】脱気ノズルの構成の一例を示す模式斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による脱気装置の構成を示す系統図である。
【図５】脱気ノズルの構成の別の一例を示す模式斜視図である。
【図６】図５の脱気ノズルの先端部の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
３：渦巻ポンプ（加圧手段）
４：脱気ノズル
７：脱気タンク
１７：真空ポンプ
１４：脱気ノズル
１４ｄ：笛口（励振手段）
４３：循環ポンプ（加圧手段）
４９：循環脱気タンク
５０：保水タンク
５１：送水ポンプ
５２：真空ポンプ
【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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