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新製品紹介

PP 製立形ポンプ VEP 形

ポンプ事業部設計課

1．はじめに立形成形ポンプである現行製品 VEM 形ポンプ
は、PVDF（Polyvinylidene Fluoride）製が 1988
年に上市して以来、今年で 26 年目になる。また、
PP（Polypropylene）製は 2001 年上市で、13 年目になる。この間、国内メーカや台湾製の安価な射出成形品の立形ポンプと競合を行って来たが、一部の市場のみで売上には大きく影響することはなかった。しかし、近年では海外市場への販路拡
大や三流製品との競合が当たり前の状況となっている現実がある。本問題解決の一環として、長年の足枷となっていた厚肉成形からの脱却、以前より問題視されていたポンプ効率改善を念頭に置いた性能設計の見直しを含め、今回の射出成形品
VEP 形ポンプの新製品開発に取り組んだ。
2．製品仕様
1）開発機種（図 1）：
VEP 形ポンプ（VEM 形ポンプのフルモデルチェンジ）2）口径：
25A／40A／50A／65A／80A／100A
3）性能範囲（表 1、図 2・3）：
VEM-025～100 形 カタログ範囲4）最大出力：min.0.75～max.7.5kW（TEFC／d2G4）
min.0.75～max5.5kW（eG3）2P 仕様：50／60Hz
5）本体材質：成形品：G-PP（20% Glass Fiber Reinforced Polypropylene）
6）構造（図 4）：・駆動…電動機直結タイプ
・ガスシール…V リング&ガス抜き開口部
・インペラ…クローズドタイプ
7）使用可能温度範囲：
0～80℃

新山 裕司

8）回転方向時計方向（電動機側より視）9）フランジ：JIS 10K RF 相当（ANSI／DIN は、PCD のみ対応）
10）電動機：
汎用フランジ 2 極誘導電動機

図 1．VEP／外観

3．製品概要3-1．従来の立形成形 VEM 形ポンプ
前述のとおり、VEM 形ポンプは国内・国外問わず、販路拡大の弊害となる次頁のような様々な仕様を抱えていた。

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表 1．VEP／要目表

図 2．VEP／容量図（50Hz）
1）弊社専用の長軸電動機を採用していたため、防爆仕様には容易に対応できず、また全閉外扇
屋外型、高効率電動機の 2 種類での対応となっている。
2）VEM 形ポンプは、JIS フランジのみでの提供となっている。
3）胴管は高い剛性を確保することを目的とし、金属管を樹脂に埋め込んでいたため、相当な重量となっている。
4）PVDF 製が主体であったため、高品質なポンプという扱いで、ガスシールサポートに V リン
グとエアーリングを取り付けるという二重のガスシール対策を採用している。
5）胴管ボルトには、雰囲気による腐食の影響の少ない PPS 樹脂被覆ボルトを標準として採用している。
6）ポンプ主軸と電動機軸の結合方式は、通常であれば、転がり軸受ナット・ワッシャ方式を採

図 3．VEP／容量図（60Hz）
用している。
7）VEM 形の槽内型ポンプの仕様は、吸込・吐出フランジに TS フランジを樹脂製ボルト・ナッ
ト+O リングでセットする方法を採用していた。
3-2．新製品立形ポンプの構想
無駄な部品、過剰な品質・仕様を徹底的に見直し、品質と原価低減の共存する製品開発に努めた。
1）電動機は汎用 2 極の設計とする。これは日本以外の国での販売に大きく寄与することと、防爆仕様への容易な対応を可能とする。また、法令による電動機の高効率規制にも対応するためである。
2）ルーズフランジ方式を採用し、ボルト穴はANSI・DIN 規格対応とするために長穴とした。

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TEXEL 技報 vol.5 2014.5
3────────────────────────────────────────────

汎用電動機
ガスシールサポート／G-PP

モータベース／G-PP

ガスシール／FPM
ガスシールプレート／C-PTFE

胴管／G-PP

軸スリーブ／PP
インペラインサートナット／SUS304
主軸／S45C
インペラ／G-PP
ケーシングカバーリング／G-PP
ケーシング／G-PP

図 4．VEP／部品構造図

3）構造・形状を工夫しながら、樹脂単体での剛性の維持・向上を追求した。本仕様の採用は、軽量化への一端を担っている。
4）定量的な評価のできない、効果の不確かさの残るエアーリングを不採用とした。
5）胴管ボルトについては、金属ボルトを標準品として、従来の PPS 樹脂被覆ボルトはオプシ
ョン品とした。
6）特別設計品での対応で、転がり軸受ナット・
ワッシャではなく、キャップスクリュー（六角
穴付き止めネジ）を採用しているパターンもあり、こちらも問題視された経緯がないため、キャップスクリュー止め方式を採用した。
7）槽内型ポンプの仕様として、従来の吐出しフランジ方式を標準で採用せず、バルブソケットを直接ねじ込むこととし、部品点数の削減を目指した。ポンプ側は、管用平行ネジ（めねじ）となっている。

3-2．製品説明
既存 VEM 形ポンプのフルモデルチェンジ、性
能設計線図の見直し、25 口径については低比速度
ポンプの設計法を適応させるなど、性能設計の最適化によりポンプの大幅な高効率化を実現（当社
従来機種比較）しており、顧客の消費電力削減を可能とする。
VEM 形ポンプの本体材質は、PVDF／PP というラインナップで提供していたが、高強度な樹脂（G-PP）を採用した射出成形品とすることで、薄肉化、モータベース・胴管の樹脂単一成形を実現
し、軽量化に富んだ製品を提供する。（図 5）汎用電動機の搭載が可能であり、JIS／ANSI／DIN などのフランジ規格に容易に対応できるよう長穴を採用する。
バルブソケット接続も可能とし、VEM 形ポンプでは難しかった様々な用途にも対───────────────────────────────────────────
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4────────────────────────────────────────────
表 2．VEP／部品互換表

図 5．重量比較／VEM vs VEP
応可能な形状としている。
モータベースの開口部には、雨水侵入防止用の傾斜を設け、また、ポンプ主軸には回転確認用タ
ップ穴があり、長ボルトをセットすることでポン
プ据付け後に、回転確認を行うことができる構造である。
従来品ではインペラ分解時、インペラ主羽根にチェーントーンなどを用いて取り外す構造となっていたが、新製品では、ポンプ分解時のインペラ損傷の可能性を軽減させることを目的に、インペラを段付き構造として、段付き部分を用いたインペラ分解仕様とする。
弊社立形ポンプは、基本的に、液中内に軸受を設けない構造となっているため、スラリーやスラッジなどの固形分に対して比較的強い。しかしな
がら、長期間の使用ではインペラ裏羽根付近で摩耗が生じる。従来品は胴管とケーシングカバーが一体構造であったが、新製品では分離構造となっており、その接合方法はネジ止めとしている。固形分の回転力により、徐々にネジが緩む可能性が危惧されるため、同部には左ネジによる取付けを採用している。
また、
激しい摩耗が生じた際には、ケーシングカバーリングが分離できるため、保全
費用圧縮の助力を可能とする。

槽内型仕様であれば VEM 形ポンプとは、据付けの互換性がある。しかしながら、槽外型仕様の場合、首下寸法が変わるため、吸込面基準として、吐出管位置が変更となる。つまり、VEM 形ポンプの取替えの際には、吐出配管の取替え工事と、液面制御を行っている場合は下限設定の見直しが必要となる。
4．おわりに販路拡大という課題に対して、従来の立形成形
ポンプの無駄を省きながら、踏襲すべき点を生かし、改善すべき点は補填することを心掛け、製品開発に取組んできた。ポンプ効率改善はランニン
グコストを抑えられ、本体重量の軽量化はメンテ
ナンス性向上の一助となり、電動機・フランジは
フレキシブルな対応を実現している。
今後ともポンプの改良・開発に尽力し、品質・安全を確保し、信頼性の高い製品を市場に提供する所存である。

VEM 形ポンプとの部品互換性はないが、新製品ポンプは異なる口径でも、高い互換性を有する構造を採用している。（表 2）
また、VEM 形ポンプでは不可能であった、65
口径に 5.5kW 電動機を搭載することや、80 口径に 3.7kW を搭載することも可能としている。そのため、従来品よりも最適な製品を顧客に提供することができる。
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納入事例紹介米国 ヨウ素製造工程への FRP 製送風機納入事例

送風機事業部設計課

1. はじめに
当社、FRP 製送風機は、1967 年から製造を開始し、国内化学工業、めっき工業、半導体工業の耐蝕送風機部門で確固たる位置を築いてきたが、それら企業の海外進出による国内市場の縮小傾向は避けられない状況であり、海外市場への積極的展開を数年前から開始したところである。
現在、米国では、シェールガス革命のおかげで少なくともエネルギー関係の産業が好景気であるといわれているが、化学プラントにも好影響を与えると考えられ、耐蝕送風機の市場も少なくない。
今回、米国の I 社のヨウ素製造工程に FRP 製送風機を 3 台納入した。
その事例について報告する。
2. ヨウ素製造工程とブロワ
米国 I 社は、ヨウ素の生産とヨウ素製品として消毒剤、殺菌剤、液晶パネルの偏光フィルム等を製造している会社であり、かん水と呼ばれる約200 万～1200 万年前にできた地層中天然ガスと藤井厚徳

ともに眠る、ヨウ素を含む地下水からヨウ素を抽出している。
図 1 にヨウ素製造工程フローを示す。かん水に酸化剤を注入しヨウ素ガスを放散させ、放散したヨウ素ガスを還元剤で吸収濃縮する方法でブローアウト法と呼ばれるものである。送風機は、ヨウ素を吸収したガスを放散塔に循環する用途で使用され、日本国内のヨウ素製造工程にも多くの納入実績がある。
3. 送風機仕様
図 2 に納入送風機外観を示す。
本送風機は、当初、ウクライナ製のチタンブロ
ワが使用されていたが、その送風機が据付状態の不備で振動が高く破損に至ったため、最終的に当社の FRP 製送風機が採用された。
FRP 製送風機の構造図、仕様を図 3 に示す。

ヨウ素
を遊離

図 1 ヨウ素製造工程（ブローアウト法───────────────────────────────────────────
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6────────────────────────────────────────────

形式：FTB801Z
風量：662m3/min
静圧：7.1kPa
回転数：1750min-1
電動機：225kW(3φ☓460V☓60Hz☓4P)

図 3 送風機構造図と仕様

図 2 納入送風機外観効率 80%

図 4 工場性能試験結果

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送風機は、ケーシング、羽根車が FRP 製、カップリング直結駆動方式で、電動機は、米国製であるため、米国で組立・調整を行った。
尚、既設送風機の仕様が不明であったため、現地プラントの風量、静圧を測定し、決定した。
本送風機は、全圧効率は、80％を示し（図 4）、高効率が顧客から評価された。現在、現地試運転も完了し、順調に稼働している。
4. 終わりに
当社、送風機が採用された要因として、高効率以外にも既設送風機の破損後、現地視察や性能測定などの迅速で的確な処置や技術的アドバイスが顧客から高く評価されたものである。
米国では、FRP 製送風機メーカが、広範な土地に対し 10 社程度しかなく、耐蝕送風機市場としては期待できる。より良い製品の提供はもちろんであるが、日本のきめこまやかな技術サービスや仕組みつくりは、海外でも非常に評価されている点であり、その点を活かし受注活動ができればと考えている。

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技術情報

ロストコア法によるインペラ一体成形技術

技術開発研究所

1. はじめにプラスチック射出成形とは、溶融した熱可塑性樹脂を金型内に射出し、冷却固化させ金型形状に成形品を得る方法であるが、複雑な形状の成形品、アンダーカット形状1の場合、金型から離型させるには、非常に困難である。
当社のポンプでは、インペラがその形状にあたり、主板と副板をそれぞれ成形後、融着しているが、製品の寸法精度のばらつきなどが問題となる場合がある。
そこで、アンダーカット形状に近年実用化されているロストコア法でフッ素樹脂インペラの一体成形を試みた。その概要について紹介する。
2. ロストコア法
ロストコア法とは、溶解性の中子を金型内にセットし、射出成形後、中子を溶解除去する方法で、複雑な形状の成形品、アンダーカット形状の賦形、
偏肉中空成形等が可能となる。耐食ポンプの部品としてのインペラを成形するためには耐熱性が高く、高耐食性を有するフッ素樹脂により成形する必要があり、中子材料や成形条件など多くの課題を克服する必要がある。
今回用いた方法は、オートクレーブ2等の水熱装置による加水分解反応により中子を溶解する方法である。成形フローを図 1 に示す。
① 中空部の空間の形状を加水分解性の材料を用い、中子として成形する。
② その中子を製品になる外殻樹脂の金型にセ
1

平櫛 真男

ットし、外殻を成形する。
③ オートクレープを使用した加水分解により中子材料を除去し、製品を完成させる。

① 中子の成形② 外殻樹脂インサート成形③ 中子除去後製品完成

成形加工において、金型から成形品を取り出す（離型）際に、型を開く方向のみでは離型できな
い形状のこと。
2
内部を高圧力にすることが可能な耐圧容器のこと。 常圧下(1 気圧)では、水の沸点は 100℃であ
図１ ロストコア成形フロー図
りそれ以上高温になることはないが、高圧下では沸点が上昇し、100℃を超える高温で水分を保持させたまま物体を加熱することが可能となる。
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3．中子樹脂を行った。検討結果を図 2 に示す。PFA は、成形
加水分解により除去される中子樹脂には、親水
温度は、350℃を超え、耐食金属製の特殊成形機性が非常に強く、温水に可溶という特徴を持つ特が必要であるため、成形性が悪いという判断にな
殊な樹脂を使用した。本材料の融点は 175℃となるが、耐食ポンプ材料として最も必要である耐食っており、それほど高くない。したがって、外殻性と耐熱性に優れるため、PFA によるロストコア
樹脂成形時に、溶融した外殻樹脂と金型内で接触
一体成形技術を確立することにした。
することにより、中子材料が溶融することが予測される。そこで、主材料である樹脂に融点の高い
プラスチック廃材(融点 260℃)を混練したり、ガラス繊維・ビニロン繊維等の強化繊維や炭酸カルシウム等のフイラーを充填することにより、耐熱性の向上や剛性の向上を図った。
4．外殻樹脂外殻樹脂として使用可能な材料には以下のような条件が必要となる。



非水溶性であること。
融点または構造的問題となる熱変形温度が110℃以上であること。
成形温度が 350℃以下であること。
図 2 フッ素樹脂の特性比較

非水溶性であることと融点もしくは熱変形温度が110℃以上であることという条件は、中子樹脂を加水分解により除去する際に、外殻樹脂が形状を保持するため必要な条件であり、成形温度が350℃以下であることという条件は、外殻成形時に中子樹脂が溶融しないために必要な条件である。
しかし、耐食ポンプのインペラの成形材料として優れた性質を示すフッ素樹脂はいずれも成形温度が高く、PFA の成形温度は、350℃以上の条件となっている。表１に採用を検討した各フッ素樹脂の成形条件を示す。

5．マグネットポンプのインペラ
図 3 にマグネットポンプの構造を示す。マグネ
ットポンプは渦室内でインペラとインナーマグネット（従動磁石）が、リアケーシングで隔てて、電動機に直結したアウターマグネット（駆動磁石）
により磁気的にカップリングし、駆動される構造となっている。インナーマグネットは、耐食樹脂により完全密封されており、インペラとインナーマグネットは融着され一つの部品となっている。

表１ フッ素樹脂の成形条件
成形温度
(℃)

金型温度
(℃)

融点
(℃)

PVDF

180～20090

155～160ETFE

260～320120

258

ｱｳﾀｰﾏｸﾞﾈｯﾄ
インペラ

ｹｰｼﾝｸﾞ

PFA

350～380180

295～310

次に各フッ素樹脂の特性を耐食性、耐熱性、成形性、機械的特性、価格、耐浸透性について検討

リアケーシング

インナーマグネット

図 3 マグネットポンプの構造───────────────────────────────────────────
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6． ロストコアによるインペラの成形るポンプ性能の高効率化により、省エネルギーにインペラの形状は中心部の吸い込み側の羽高さ貢献できることが期待される。
が高く外周に行くほど低くなるアンダーカット形
状となっている。
したがって、
一般にインペラは、主板と副板を別々に成形し、熱板融着3等の方法により接合させ、形状を完成させる。図 4 に熱板融中子材
着により接合したインペラを示す。接合部には融着バリが発生しており、この融着バリを製品より副板
主板
完全に除去することは難しく、完成品の寸法にもムラがでて性能の安定性を欠く場合もでてくる。
インナーマグネット

図 4 インペラの融着バリ

図 5 一体成形インペラ

一方、ロストコア成形による方法では、加水分
解により分解される中子材をインサート成形することにより、副板と主板が一体となった完成形状
であるインペラ形状が成形される。さらに、図 5に示すようなインナーマグネットも同時にインサートすることにより、1 回の成形工程でインペラとインナーマグネットが一体となった成形品を製作でき、同時に高い構造的信頼性も得る事ができる。
7．おわりに
ロストコア法は、高耐食・高耐熱フッ素樹脂である PFA に適用し、高耐食かつ構造的信頼性の高い一体成形インペラを成形することができる。また、すべての部品を一回の成形工程で完成させる
ため、高い寸法安定性が確保でき、ポンプ性能のバラツキを抑える効果が期待できる。
現在、PFA のインペラの一体成形は成功しており、インペラとインナーマグネットが一体となった成形品に取り組んでいる。
さらに、中子材成形品の形状をひねりの加わっ
た 3 次元羽根形形状にすることにより、3D イン
ペラの製作も可能である。3D インペラ採用によ3接合部を加熱した金属板により、溶融させ、金属板を除去後、溶融部分を圧着させることにより接合する方法のこと───────────────────────────────────────────
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論 文

最少液面高さと空気巻き込み防止策

ポンプ事業部設計課 新山裕司

2 実験装置および方法
2.1 実験装置
本実験に用いた装置を、図 1、2 に示す。
装置は、φ1000×700H の吸込タンクとマグネッ
トポンプ MER-050 を使用し、吸込タンクより別のタンクに配管接続した。
2.2 実験方法
吸込タンク内に水道水を溜め、ポンプを稼動させ、ポンプ稼働中、タンク内の液面が徐々に低下し、空気巻込みが生じるが、流量を変化させ、空気巻込み
開始水位を測定した。
流量(Q)は、吐出ボールバルブで流量調整を行い、デジタル流量計により読み取り、空気巻込み開始水
位は、目視で判定し、吸込タンクの吐出口のセンターから液面までの水位（Sc）とした。

液面低下

Sc

1. はじめに取水タンクにポンプが取り付けられている場合、ポンプ稼働中、徐々に水位は低下していき、ある一定の水位になると液面で渦が発生して、空気巻き込みが生じる。このときの水位を最少液面高さと呼んでいる。ポンプに空気が吸い込まれた場合、マグネ
ットポンプなどは、回転部の支持にすべり軸受を有し、その潤滑剤が取り扱う液体であるため、空気巻込みが生じると気泡の混入した液体がポンプ内部に吸い込まれることとなり、ポンプ内部で液循環不
良・冷却不良によるトラブル*が生じる。
ポンプ取水タンクにおける空気巻込み渦は、管内流速とタンク内の自由表面高さに依存することは広く知られている。そこで実際に弊社マグネットポン
プを使用して、その関係を確認した。
なお、本実験は循環用タンク・戻り管などは想定
せず、取水タンクの液面から真横に抜き取られた場合を考え、取水タンクの形状・寸法・配管口径など
はひとつのケースについて行ったものである。

図 1 実験装置モデル

図 2 実験装置全体

3. 実験結果＆考察
3.1 渦の発生ポンプ稼働すると、徐々に水位は低下していき、吸込タンクの自由表面に部分的な旋回流れが生じ、空気巻込み渦の発生・成長、その後、同渦が管内に巻き込まれていく現象が観察された(図 3)。
尚、水位をある程度確保することを目的に、常時水道水を注入したが、その影響で液面に波打ち現象
が生じ、良好な実験結果が得られなかったため、液面を安定させる目的で簡易的な遮蔽板を取り付けた。

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初期渦

遮蔽板取付

初期渦

成長した渦

図 3 自由表面での空気巻込み渦の発生・成長の様子
3.2 管内流速と空気巻込み開始水位の関係
空気巻込み開始水位は、流量を大きくすると、小さくなる傾向がみられ、管内流速 v と、空気巻込み

開始水位 Sc と吸込管直径 d との比率 Sc/d との間には、図 3 で示す関係が得られた。得られた結果をもとに、種々の機種、.条件で最少液面高さを計算することができる

最少液面高さ：2009年度版
4.0

Sc/d

3.0

2.0

1.0

0.0
0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

流速 v（m/s）

図 4 管内流速と空気巻込み開始水位の関係───────────────────────────────────────────
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3.3 計算例
MER-050、VEM-100 の各々異なる口径における計算例結果を次に示す。
3.3.1 MER-050 の最少液面高さ：Sc
流量：200L/min
口径：50A
流速：1.70m/s

4. 空気巻込み防止策（参考例）
取水タンクを例とした場合の基本的な防止策としては、ポンプ停止水位を上げることである。また、
実験結果より管内流速を遅くすることで、最少液面高さを小さく見積ることができる。他にも様々な手法があり、その一例を図 7（a）、（b）、（c）に示す。

145

Sc/d=2.9
Sc=145mm

図 5 モデル：MER-050
図 7(a) 防止策（下吸上げ）
3.3.2 VEM-100（槽外）の最少液面高さ：Sc
流量：1200L/min
口径：100A
流速：2.55m/sba

Sc/d=3.42
Sc=342mmSc

図 7(b) 防止策（ベルマウス）

Sc

C 型バッフル

図 6 モデル：VEM-100

記号

名

a

最高水位

50mm

b

起動時最低水位

350mm

c

停止水位

658mm

S

液面高さ

1000mm と仮定
する

Sc

称

V 型バッフル

最少液面高さ（臨界水位）数342mm

値
図 7(c) 防止策（バッフル板）

5. 終わりに
吸込タンクの自由表面に対して全体的な旋回流れを排除、かつ吸込タンクから横に抜き出した条件での実験結果より、管内流速と最少液面高さの関係を求め、次の結論を得た。

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────────────────────────────────────────────(1)空気巻込みの過程は、管内流速が増加するにしたがい、吸込タンクの自由表面に部分的な旋回流れが生じ、空気巻込み渦の発生・成長、その後、同渦が管内に巻き込まれていく。
(2)本実験結果である図 4 を用いることで、実際の使用流量から臨界水位を確認することができ、より良い水位設定が可能となる。ただし、実際の水位設定は、臨界水位に対して少し安全を設ける必要がある。
(3)空気巻込み防止策としては、吸込口を大きくして吸込タンクの自由表面近くの流れ速度を遅く（旋回流れを抑制）したり、バッフル板などを取付け、下向きの吸込流れを極力阻害させることが大事である。
(4)吸込タンクに、循環配管・注入配管などが取付けられている場合、その空気巻込み運転の原因は、自由表面の空気巻込み渦の発生によるものではな
く、循環液などの落下時に生じる気泡の吸い込みが大半であり、各配管の取付け位置に注意が必要となる。

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技術情報

湿式排ガス処理装置の概要と運転管理について

中川 祥示

技術開発研究所

はじめに
湿式排ガス処理装置(以降、スクラバと略す)は、液と有害ガス又は粉塵とを接触させ有害成分を除去する装置の総称である。イニシャル・ランニン
グコストが低く、
これまで化学工場、半導体工場、めっき工場、食品工場、医薬品工場、研究所、大学など、薬品を使用するあらゆる工場で使用されている。ただし、選定や運転管理が正しく理解されておらず、性能が発揮できない例や閉塞等により吸引風量が低下している例も少なくない。
本稿は、当社の規格スクラバを例に、スクラバの概要と運転管理方法について述べるものである。
1.

2. スクラバの概要
2.1 スクラバの原理 1)
ガスと液を接触させると、ガス分子がガスと接する液の内部に界面を超えて移動する現象（吸収）が起こり、最終的にガス濃度と液中の濃度が一定の関係を示す。これがヘンリーの法則と呼ばれ、
P=H・C で表される（P：ガス分圧 H：ヘンリー
定数、C：濃度）。ヘンリー定数が小さいほどガスの溶解度が大きいことになる。
一方、ガスの吸収速度は、二重境膜モデルで表現される（図 1）。気・液界面には. Pi=H・Ci.というヘンリーの法則が成立するが、気体と液体との接触面にはそれぞれ境膜が存在し、その境膜が.
移動抵抗となっているという理論である。ガス移
動量 N は、(1)式で表され、気液の接触面積を大きくすれば、移動量が大きくなる。
N＝KG・A・(P－Pi)＝KL ・A・(C－Ci)･･･(1)
ここで
A：気液接触面積
KG：ガス境膜物質移動係数
KL：液境膜物質移動係数
境膜移動係数は、ガス拡散係数や境膜厚みが関係する実験的係数である。

従って、スクラバとは、①気液の接触面積を増やし、②気液の流れに充分な乱れをつくることにより境膜の厚みを小さくした結果、境膜移動係数を小さくして、ガス吸収せしめる装置であるとい
える。
気・液界面
物質移動方向

P

Ci
C
気相

ガス境膜

Pi

液相

液境膜

図 1 二重境膜モデル

2.2 スクラバの種類
スクラバには、充填塔、スプレー塔、ベンチュ
リースクラバ、サイクロンスクラバ、濡れ壁塔などの液分散型と段塔、多孔板塔、漏れ棚、気泡塔などのガス分散型がある。
一般的に、
液分散型は、液に対する溶解度が大きいガス（*ガス境膜抵抗が支配的）に適用され、液を小滴化することにより気液の接触面積を大きくしてガス吸収を行っている。一方、ガス分散型は、液に対する溶解度が小さいガス（液境膜抵抗が支配的）に適用され、液中に気泡を分散させ、気泡の撹拌作用により乱流状態をつくり液境膜抵抗を小さくするものである。
ただし、洗浄液を薬液に変更してガス移動量を大きくする｛（1）式で Ci≒0 となる｝ことで充填塔が利用される場合が多い。
また、気液の流れ方向にも、並流（気液が同方向に流れ接触）、向流（気液が逆方向）、十字───────────────────────────────────────────
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流（気液が垂直に接触）がある。並流方式より向に充填）と不規則充填物（ランダム充填）を機種
流方式の方がガス吸収は優れている。
により使い分けている。
今まで考案されてきたスクラバはいろいろあるが、一長一短があり、発生条件などにみあう最適
2.3.2 スプレー塔
な装置の選定が必要である。最も一般的な装置が洗浄液をスプレーノズルで噴霧し、有害ガスと充填塔であるが、粉塵処理や粉塵が混入した場合直接接触させるものである。そのため、吸収効果には、ベンチュリースクラバ、サイクロンスクラ
は充填塔より劣り、低濃度水溶性ガスが対象とな
バ、多孔板塔などが利用される。
る。一方、充填物がないため、粉塵混入しても閉塞しにくい（図 3）。
2.3 各種スクラバの構造と選定基準
当社では、気液接触効果アップのため、ガス整
スクラバの種類の詳細については、他の成書に流格子を採用し、スプレーノズルは、目詰まりしゆずるとし、以下、当社の主な規格スクラバにつにくく、低圧で微細な液滴を発生させる特殊ノズ
いて述べる（表 1 参照）。
ルを採用している。
2.3.1 充填塔
充填塔は、吸収効果が高く、経済的であるので
2.3.4 多孔板塔
最も使用されている装置である。気液接触面積を多孔板塔は、十字多孔板 2 段、散水部（スプレ
アップさせる目的で塔内に充填物を充填したもの
ーノズルはない）、
ミストキャッチャ部で構成し、で、塔頂よりスプレーされた液が、充填物表面を洗浄液は、十字多孔板上でバブリングとウイーピ
薄膜状に流下し、充填物の隙間を流れる有害ガス
ング（孔から漏れる）現象を起し、有害ガスと接と接触することにより、ガス吸収される。吐出ガ触する。
スには、散水液滴（ミスト）を同伴するため、ミ低～中濃度のガス処理に適し、20μｍ以上の粉
ストキャッチャ（慣性衝突方式）によりミストを塵に対しても除去が可能であるが、圧損が高く、分離する（図 2）。
インバータ等で風量を変動させる場合性能低下す性能を決定するのが、充填物種類、高さ、風速、る場合がある。（風量を仕様の 70％以下にすると液速度の操作条件である。風速を低くし充填高さ
多孔板上でバブリングしなくなり、気液接触面積を大きくするほど性能はアップする傾向がある。
が低下）
充填物にはこれまでいろいろなものが提案されているが、単位充填面積あたりの比表面積が大き2.4 有害ガスの種類と洗浄液の選定
い、軽く、耐蝕性に優れるものが求められる。粉工場から排出される大気汚染物質については塵混入した場合など閉塞の可能性があるが、当社
物質の種類、施設の種類・規模により排出基準等
では、比較的閉塞しにくい、規則充填物（規則的が決められている（大気汚染防止法）。全国一律
表 1 当社の主な規格スクラバの種類と選定基準
分類
種類
気液接触方式
当社形式

充填塔

充填物による気
液接触

液分散型

ガス分散型

スプレー塔

スプレー液滴と
ガスの接触

多孔板塔

多孔板状の液バ
ブリングによる
気液接触

TRS-F 形、G 形
STP 形
TES 形

SBS-F 形

適 用＊
低～中濃度
約 90%除去
低～高濃度
90~98％
低濃度
粉塵混入に対して閉
塞しない
低～中濃度 約 90％
除去、20μm 粉塵処理可能（70～90%)＊除去効率は、一般酸性ガスの処理性能＊低濃度 30ppm 以下 中濃度：30～100ppm 高濃度：100～10000ppm

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ミストキャッチャ

規則充填物.

不規則充填物.

図 3 充填塔.構造

図 4 スプレー塔.構造───────────────────────────────────────────
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十字孔多孔板図 4 多孔板塔.構造

基準は、表 2 のとおりであるが、都道府県・市条
例で一律基準より規制物質が多く数値が厳しい上
乗せ排出基準があり、いおう酸化物や窒素酸化物
が排出総量規制、光化学オキシダント、浮遊粒子
状物質の原因物質として揮発性有機化合物（VOC）が規制されている。
また、排出基準はないものの人の健康、生活環
境に被害を生ずる恐れのある特定物質として、アンモニア、シアン化水素、硫化水素、硫酸等 28
種類がある。スクラバの排出濃度は当然、該当する条例や全国一律の規制値以下となるが、規制値がない場合、他府県条例や許容濃度（日本産業衛生学会）を勘案すべきであろう。
有害ガスには、酸性、アルカリ性、酸化性、還元性、水溶性、水難溶性など、種類により性質が異なり、それに適した洗浄液を選定する必要がある。例えば、水溶性ガスの場合は、水洗浄でも十分であるが、酸性成分であれば、苛性洗浄、アルカリ成分では、硫酸洗浄などの中和反応が適しており、塩素などの酸化性成分ガスでは、チオ硫酸ナトリウム（還元剤）洗浄、硫化水素などの還元性ガスの場合、次亜塩素酸ナトリウム（酸化剤）
洗浄の酸化還元反応が適している場合もある。
また、揮発性有機化合物（VOC）については、
水溶性の場合、水洗浄で吸収されるが、一過式で多量の水を使用しないと性能が維持できなくなる

し（洗浄水を循環すると液濃度が高くなり、循環液からガスが再発生）、水不溶性の場合、吸着塔などの乾式処理でないと対応できない。

表 2 有害物質の規制値
有害物質名
化学式
HCl
塩化水素
カドニウム及びその
Cd
化合物
Cl2
塩素
弗素・弗化水素・F弗化珪素
Pb
鉛及びその化合物（全国一律基準）

排出口規制値
80mg/m3
1 mg/m3
30 mg/m3
10~20 mg/m3
10~30mg/m3

表 3 にガス成分の種類と適正な洗浄液の組合せを示す。洗浄液に充分な反応量があること、塩濃度が適正であることがスクラバの運転管理のポイントであるといって過言ではない。
2.5 運転方式
洗浄液中の薬液量や塩濃度を適正にするためには、循環タンクに薬液の注入と液の更新が不可───────────────────────────────────────────
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表 3 代表的なガスの種類と適正な洗浄液の組合せ
ガス名
洗浄液
ガス名
塩化水素
水洗浄(pH3 以上)or
アンモニア
(HCl)
苛性ソーダ(NaOH)
(NH３)
フッ化水素
(HF)

水洗浄(pH3 以上)or
苛性ソーダ

硫化水素
(H２S)

洗浄液
硫酸(H２SO４)（pH 2～4）
苛性ソーダ（pH12 以上)or 次亜塩素酸ソーダ（有効塩素 600ppm、
pH8～10）水洗浄
多量の水必要

硝酸ミスト
クロム酸ミスト
水洗浄 or 苛性ソーダ(HNO3)(CrO３)
硫酸ミスト
酢酸
水洗浄 or 苛性ソーダ
苛性ソーダ(H２SO４)(CH３COOH)
二酸化硫黄
シアン化水素
苛性ソーダ
苛性ソーダ
(HCN)
(SO２)
塩素
苛性ソーダ or チオ硫酸ナト ホルマリン
苛性ソーダ 4%以上
(HCHO)(Cl２)
リウム（pH12)
ただし、pH、濃度管理値は、濃度条件などにより異なる場合がある。
欠である。その方式により、バッチ方式、新水補給方式、半バッチ方式に分けられる。バッチ方式とは、初めに循環タンクの薬液を調整しておき、液中の薬液が消費したり、循環液が汚れた時点で全量とりかえる方式で装置を停止する必要がある。
新水補給方式とは、薬液を pH 計（次亜塩洗浄の場合、次亜塩濃度計)と薬液注入ポンプを連動させ注入（低設定濃度で薬液注入ポンプ ON―高設
定濃度で薬液注入ポンプ OFF）する一方、塩濃度制御のため新水を補給する方法で、水補給による排水が多量に発生する。
半バッチ方式の場合、薬液は pH 計による薬液注入ポンプの ON－OFF 制御で行うが、循環液の更新を部分的に行い塩濃度制御を行う方式である。
運転方法は、ガスの発生条件、給排水条件など
その場に適した方式を採用すべきである。
ここまで、スクラバの原理、種類、選定基準、運転方法について述べてきたが、スクラバを選定
または設計するために必要な情報は ①発生源、②処理風量・処理ガス温度条件③処理ガス濃度(同伴ガス）・処理要求濃度③給排水条件（水質、水量：水質は工水以上）④電源⑤ダクト圧損⑥スク
ラバ据付場所⑦施工範囲などである。
特に、同伴ガスについても大事な情報で、同伴ガスにより洗浄塔本体 FRP 樹脂が劣化した事例もある。
3.スクラバの運転管理

3.1 運転管理項目
スクラバの日常管理項目を表 4 に示す。
風量、循環液量、補給水量が規定どおりで循環液の管理が適正であれば性能は維持できるが、風量の出過ぎ(圧損上昇)や循環液の管理が適正でない場合、性能低下や充填物やミストキャッチャ
が閉塞に至り、圧損増大、風量低下やミスト飛散現象が起こる場合もある。
スクラバを適正に運転するためには液管理指標である補給水量が適正であること、pH 値に誤差が生じていないかの点検が最も重要である。
表 4 スクラバの日常管理項目
管理項目

内 容

風量

風速計による確認（規定値）

循環液量

流量計または圧力計による確認(規定値)

補給水量

流量計による確認(規定値)

圧力損失

マノメータ確認(規定値)

pH 計
校正・電極洗浄
（濃度計）
送風機・循
環ポンプ

適正な電流値であること、異常振動、発熱の有無確認

3.2 液管理指標(1)pH 管理値
薬液による吸収の場合、薬液量の指標になるものが pH 値で、循環液中の水素イオン濃度の対数値から酸性～アルカリ性の度合を示すものである───────────────────────────────────────────
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（pH＜7 酸性、
pH＝７中性、pH＞7 アルカリ性）。
②循環液 pH が吸収を支配する場合の設定例
ガスが吸収した成分の液中イオンの状態で pH①水溶解度が低いガスの場合の設定例
設定値を決定する例である。
二酸化硫黄、塩素、など水溶解度が低いガスの
図 6 に液中での硫化水素(H2S)、硫化水素イオン
場合の管理 pH は、循環液中に発生ガスと反応す（HS-）硫化物イオン（S2-）の状態（平衡定数かる薬液の絶対量から求める。
らの計算値）と液ｐH の関係を示す。
苛性洗浄の場合、下限 pH 値は次式による。
G＝Q☓C☓273／(22.4×103×(273+t))[OH-]＝ａ☓ｂ☓G／L
pH＝－log[H＋]＝14＋log [OH-]
ここで
G：ガス発生量 (mol/min)
Q：風量（m3/min）
C：発生酸性ガス濃度(ppm)ｔ：ガス温度 ℃
L：循環液量（L/min）ａ：酸性ガスに対する苛性反応比率
ｂ：安全率 2～3 倍[OH-]：水酸化物イオン濃度（mol/L）[H＋]：水素イオン濃度（mol/L）[H＋]☓[OH-]（水のイオン積）＝1.0☓10-14
pH 値が 13 以上になると、pH 計が実際の pH より低い値を示す現象（アルカリ誤差）や空気中との炭酸ガスとの反応による薬液消費を考慮する必要がある。図 5 に循環液 pH とスクラバでの空気
中炭酸ガスの吸収率の関係（実験値）を示す。pH12を超えると急激に炭酸ガスの吸収率が上昇する傾向があり、このことから循環液 pH の上限設定は12.5 前後であるといえる。(設計計算では、苛性ソーダの反応による炭酸ガス吸収率を 5.5%とし
ている)

図5

本図は、
pH5 以下では、硫化水素の状態で存在、
pH9~12 では、水硫化ソーダ(NaHS)として存在、
pH12 を超えると硫化ソーダ(Na2S)の量が増加してくることを示している。水硫化ソーダは、酸に接触すると硫化水素を発生しやすく（硫化水素の存在比率が増加）、循環液は、硫化ソーダの存在比率が増加始める pH12~13 が望ましいと言える。
実際のスクラバ実験では、pH12.5 以下になると性能が低下する傾向があった。
③薬液の反応性や安定性からの設定例
酸化剤（次亜塩素酸ソーダ）や還元剤（チオ硫
酸ナトリウム）を使用する場合、pH が酸側に傾くと、安定性がなくなる場合（分解）や、反応性が低くなる場合がある。
図 7 に液中の次亜塩素酸の存在比率と液 pH の関係を示す。本図は、pH10 以下から次亜塩素酸（HClO）の存在比率が上昇していき、酸側に傾くと高い比率で存在するようになること（一部が塩素に変化）を示している。次亜塩素酸は、次亜塩
素酸イオンより強い酸化力をもつため、酸化作用が最も働くのはｐH10 以下である一方、pH8 以下では塩素への分解が活発となる。
以上のことから、次亜塩素酸ソーダ洗浄の場合、次亜濃度の制御（次
亜濃度計と注入ポンプとの連動）とともに、ｐH───────────────────────────────────────────
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値は 8～10 の間で制御する。
損しないように十分に注意する必要がある。
電極校正・電極洗浄の頻度としてｐH 計メーカ
硫化水素を次亜塩素酸ソーダ洗浄すると、次式
は 1~2 週間程度を推奨しているが、ガス発生状況のように硫酸まで酸化するが、苛性ソーダ洗浄とや液更新状況によっても変動するため、はじめは異なり、ｐH を低く設定できるので薬液の消費が1 週間毎に行い、ズレてなければ徐々に頻度を伸低く抑えられる（図 5 参照 炭酸ガス吸収率 1%）。 ばしていくのが実際的であろう。
その他、点検・消耗品などについては、メーカ＜次亜塩素酸ソーダ洗浄＞ pH 8～10
取扱い説明書を参照されたし。
H2S＋4NaClO⇒H2SO4＋4NaCl
H2SO4＋2NaOH⇒Na2SO4＋2H2O(3)新水補給水量＜苛性ソーダ洗浄＞ pH 12.5～13
新水補給の目的は、水洗浄の場合と薬液洗浄の
H2S＋2NaOH⇒Na2S＋2H2O
場合で異なる。
水洗浄の場合は、水溶性ガスを吸収していくと循環液の濃度が上昇し、液中からガスが再発生、除去性能が低下する。そのため、液中のガス成分の濃度抑制を目的としている。一方、薬液洗浄の場合は、生成塩濃度の抑制である。酸とアルカリが反応すると塩と水が生成する。その生成塩量が蓄積し溶解度を超えると生成塩が析出するが、析出しないように水を補給するわけである。
例えば、塩化水素を苛性洗浄した場合、次のような反応が進行する。ここで注意が必要なのは、
空気中の炭酸ガスも苛性と反応し、生成する炭酸ソーダ塩も考慮しなければならないことである。
HCl＋NaOH⇒NaCl＋H2O
CO2＋2NaOH⇒Na2CO3＋H2O
補給水は、生成塩量÷溶解度☓安全率により求めるが、一般的には炭酸ソーダを基準にして求めた値で十分である。
＜炭酸ソーダ基準の補給水量計算式＞④水溶性が高いガス成分の設定例
W＝Q☓C☓η☓273×MW
塩酸、弗化水素の場合のように水溶性が高い成／(22.4×103×(273+t))分の場合、水で吸収させた液を循環タンク内で中Lo＝a☓Ｗ／ω
和する方法で、低濃度ガスに適している。pH を
ここで弱酸性域に設定し炭酸ガスによる吸収を抑制する
Lo：補給水量（L/min）
ことができる。
Ｗ：ガス発生量 (g/min)
Q：風量（m3/min）(2)pH 計の管理
C：炭酸ガス濃度 400(ppm)
pH 計や濃度計を使用していると、指示値は、
MW：炭酸ソーダ分子量 106
真値からズレを生じるようになる。正常に作動さ
η：炭酸ガス吸収率 0.055（5.5％）
せるには、pH 計や濃度計の校正、電極の洗浄がｔ：ガス温度 ℃必要である。 校正とは、既知のｐＨ値または濃W：補給水量（L/min）
度の標準液に電極を浸漬し、指示値を標準液の値
ω：0℃ 炭酸ソーダ溶解度 65.4(g/L）に設定しズレを修正することである。pH 計の場
ａ：安全率 3～5 倍合、
通常 pH4 と 7 の標準液を用い 2 点校正を行う。
電極先端を洗浄瓶にいれた精製水でよく洗浄し、粉塵などが同伴する場合には、さらに多く補給
ティッシュペーパなどで軽く拭いた後、校正する。 する必要がある。補給水量は、運転状況にも左右ガラス電極は非常にデリケートであるため、破されるため、経験的にならざるを得ない部分であ───────────────────────────────────────────
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るが、液更新が不十分であると、スクラバが閉塞したり、風量、性能が低下する場合があり、十分注意する必要がある。
スクラバが閉塞した場合、充填物やミストキャ
ッチャ、散水ノズルを取出し、高圧洗浄や.交換を行うことになる。
3. おわりに
現在、納入されているスクラバは、ボールタッ
プで蒸発分だけ水補給を行い、液管理不十分な例
が少なくない。排水量がかなりの量になることが理由と考えられるが、その場合は、間欠的に循環液の一部を引き抜き、その分を補給する方法を提案したい。洗浄などのメンテ頻度をのばすことができると考えられる。
最後に、本文を読んでいただき、スクラバの概要、液管理の重要性を理解していただければ、幸
いである。
参考文献
1)化学工学協会編：「初歩化学工学」いずみ書房、
p179-190（1974）───────────────────────────────────────────
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