JP2011104508A - 脱気システム - Google Patents

Abstract

【課題】ある脱気装置で液漏れが発生しても、漏れた液体が他の脱気装置および真空ポンプに流入するのを未然に防止できる脱気システムを提供する。
【解決手段】脱気システム１０Ａは、複数の脱気装置１２と、脱気装置１２内を減圧するための真空ポンプ１４と、脱気装置１２の脱気エレメント３２から漏れた液体を一時的に保持できる液体トラップ１６と、脱気エレメント３２から漏れた液体が液体トラップ１６に流入したのを検出するために液体トラップ１６に設けられた液漏れセンサ１８と、液体トラップ１６と真空ポンプ１４とを接続している下流真空経路２０ｂと、複数の脱気装置１２の各々と液体トラップ１６とを個別かつ直接に接続している複数の上流真空経路２０ａとを備えている。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、脱気システムに関する。

液体中の溶存ガスは、配管の腐食、圧力損失の増大、熱交換率の低下、液体の塗布ムラ等の原因になる。そのため、液体の使用方法および使用目的に応じて、液体から溶存ガスを除去する必要がある。液体から溶存ガスを除去するために、従来、図４に示す脱気装置が使用されている。

脱気装置１０１は、フッ素樹脂製の気体透過性チューブで構成された脱気エレメント１０３と、脱気エレメント１０３を収容した真空チャンバ１０２とを備えている。真空チャンバ１０２の真空引き口１１３に真空ポンプを接続し、真空チャンバ１０２内を減圧しつつ、脱気エレメント１０３に液体を流す。これにより、液体から溶存ガスを除去できる。

また、下記特許文献１および２には、脱気装置で液漏れが発生した場合を想定して、脱気装置または真空経路に液漏れセンサを設けたり、真空経路に液体トラップを設けたりする技術が記載されている。

大量の液体を処理する場合、複数の脱気装置を同時に使用する。図５に示すように、一般的には、液体の経路１２０および真空経路１２２に対して、複数の脱気装置１０１を並列に配置した脱気システム２００が知られている。真空経路１２２上には、真空ポンプ１２６への液体の流入を阻止する液体トラップ１２４が設けられている。

特開平１０−１６５７０８号公報 特開平９−８５０１１号公報

図５に示す脱気システム２００によると、ある脱気装置１０１で液漏れが発生したとき、漏れた液体が真空経路１２２を通じて他の脱気装置１０１に流入することがある。この場合、液漏れの発生した脱気装置１０１のメンテナンスだけでなく、液漏れの発生していない他の脱気装置１０１のメンテナンスも必要となる。

本発明の目的は、ある脱気装置で液漏れが発生しても、漏れた液体が他の脱気装置および真空ポンプに流入するのを未然に防止できる脱気システムを提供することにある。

すなわち、本発明は、
気体透過性チューブで構成された脱気エレメントと、前記脱気エレメントを収容している真空チャンバとを各々が含む複数の脱気装置と、
前記複数の脱気装置に共用されているとともに、前記真空チャンバ内を減圧するための真空ポンプと、
前記複数の脱気装置に共用されているとともに、前記脱気エレメントから漏れた液体を一時的に保持できる液体トラップと、
前記脱気エレメントから漏れた液体が前記液体トラップに流入したことを検出するために前記液体トラップに設けられた液漏れセンサと、
前記液体トラップと前記真空ポンプとを接続している下流真空経路と、
前記複数の脱気装置の各々と前記液体トラップとを個別かつ直接に接続している複数の上流真空経路と、
を備えた、脱気システムを提供する。

本発明では、脱気装置から真空ポンプへの真空経路が上流真空経路および下流真空経路によって構成されている。上流真空経路と下流真空経路との間に液体トラップが設けられている。複数の脱気装置の各々と液体トラップとが複数の上流真空経路によって個別かつ直接に接続されている。液体トラップと真空ポンプとが下流真空経路によって接続されている。つまり、一の脱気装置と液体トラップとを接続する真空経路と、他の脱気装置と液体トラップとを接続する真空経路とが、共用部分を有していない。

上記構成によると、ある脱気装置で液漏れが発生した場合において、その脱気装置から他の脱気装置に漏れた液体が進むためには、液体トラップを経由しなければならない。つまり、ある脱気装置から他の脱気装置へと漏れた液体が直接に進める経路が存在しない。同様に、液漏れが発生した脱気装置から真空ポンプに漏れた液体が進むためには、液体トラップを経由しなければならない。漏れた液体を液体トラップで確実に捕らえることができるので、漏れた液体が真空ポンプおよび他の脱気装置に流入するのを確実に防止できる。また、液漏れセンサにより、液漏れの発生を迅速に検出できる。液漏れが発生した脱気装置のメンテナンスを行うだけで、迅速にシステムの回復を図れる。

本発明の一実施形態にかかる脱気システムの構成図 脱気システムの変形例の構成図 図１に示す脱気システムに用いられた脱気装置の概略断面図 液体トラップの概略断面図 液体トラップの変形例の概略断面図 液体トラップの他の変形例の概略断面図 従来の脱気装置の概略断面図 従来の脱気システムの構成図

以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。

図１Ａに示すように、本実施形態にかかる脱気システム１０Ａは、複数の脱気装置１２、真空ポンプ１４、液体トラップ１６、液漏れセンサ１８、複数の上流真空経路２０ａ、および下流真空経路２０ｂを備えている。真空ポンプ１４および液体トラップ１６は、複数の脱気装置１２に共用されている。各脱気装置１２には、脱気すべき液体をタンク２１から各脱気装置１２に供給し、かつ各脱気装置１２で脱気された液体をユースポイントへと送るための処理液経路２６が接続されている。処理液経路２６には、送液ポンプ２４が設けられている。

複数の上流真空経路２０ａは、複数の脱気装置１２の各々と液体トラップ１６とを個別かつ直接に接続している。下流真空経路２０ｂは、液体トラップ１６と真空ポンプ１４とを接続している。すなわち、上流真空経路２０ａと下流真空経路２０ｂとの間に液体トラップ１６が設けられており、これら上流真空経路２０ａ、液体トラップ１６および下流真空経路２０ｂとによって、脱気装置１２から真空ポンプ１４への真空経路が形成されている。

図２に示すように、脱気装置１２は、真空チャンバ３０および脱気エレメント３２を有する。脱気すべき液体を脱気エレメント３２に流せるように、脱気エレメント３２が真空チャンバ３０に収容されている。真空チャンバ３０には、液入口４４ａ、液出口４４ｂおよび真空引き口４６が設けられている。

真空チャンバ３０は、金属、プラスチックおよびガラス等、耐久性および耐薬品性に優れた材料でできていることが好ましい。具体的には、金属であればステンレス鋼、プラスチックであればフッ素樹脂、ポリプロピレンまたはポリエチレンを好適に使用できる。フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）およびテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）が挙げられる。

脱気エレメント３２は、１本または２本以上（典型的には数十本〜数百本）の気体透過性チューブと、気体透過性チューブの端部に取り付けられた接合片３４とで構成されている。複数の気体透過性チューブの端部が接着剤によって１つに束ねられており、気体透過性チューブからなる束の端部に接合片３４が嵌められている。真空チャンバ３０内において、脱気エレメント３２は、コイル状に巻かれていてもよい。

気体透過性チュ−ブは、例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルエーテル共重合体（ＦＥＰ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）およびポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）等のフッ素樹脂でできている。気体透過性チューブの端部を１つに束ねるための接着剤として、熱溶着性を有するフッ素樹脂粉末、具体的には、ＰＦＡ粉末、ＰＴＦＥ粉末、ＦＥＰ粉末およびＥＴＦＥ粉末を使用できる。

真空チャンバ３０には、Ｏ−リング４０を介して、固定具３８が取り付けられている。固定具３８は、真空チャンバ３０の内外を貫通している。固定具３８には、処理液経路２６と脱気エレメント３２との連絡経路としての役割を果たす貫通孔が軸方向に延びるように形成されている。真空チャンバ３０の内部において、脱気エレメント３２の接合片３４が固定具３８に接続されるとともに、ナット３６によって両者が固定されている。真空チャンバ３０の外部において、固定具３８に継ぎ手４２が取り付けられている。２つの継ぎ手４２の開口部は、各々、液入口４４ａおよび液出口４４ｂとして機能する。継ぎ手４２には、処理液経路２６を構成する配管が接続される。

液体トラップ１６は、脱気装置１２の脱気エレメント３２から漏れた液体を一時的に保持できる。図３Ａに示すように、液体トラップ１６は、複数の排液口５０と１つの吸引口５２とを備えた容器５８で構成されている。脱気システム１０Ａにおいて、複数の上流真空経路２０ａの各端部が複数の排液口５０の各々に接続され、下流真空経路２０ｂの端部が吸引口５２に接続されている。

本実施形態では、容器５８の上蓋１５８に排液口５０および吸引口５２が設けられている。排液口５０には、各々、継ぎ手５４が取り付けられている。継ぎ手５４を介して、上流真空経路２０ａを構成する配管が排液口５０に接続されている。同様に、吸引口５２には継ぎ手５６が取り付けられている。継ぎ手５６を介して、下流真空経路２０ｂを構成する配管が吸引口５２に接続されている。容器５８の内部空間は、上流真空経路２０ａと下流真空経路２０ｂとの連絡経路を構成している。

容器５８の下蓋２５８には、容器５８内に捕らえられた液体を容器５８の外に排出するための排液口６０が設けられている。排液口６０には、継ぎ手６２が取り付けられている。継ぎ手６２を介して、排液管６４が排液口６０に接続されている。排液管６４には、液抜きバルブ２２が設けられている。液抜きバルブ２２は、通常時（脱気システム１０Ａの運転時）は閉じられており、液体を容器５８の外に排出するときに開放される。容器５８の内側の底面５８ｐは、排液口６０に液体が導かれるようにテーパが付与されている。つまり、底面５８ｐは、すり鉢の形を有している。

容器５８は、例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ポリエチレンおよびポリプロピレン等の樹脂またはステンレス等の金属でできている。

液漏れセンサ１８は、脱気装置１２の脱気エレメント３２から漏れた液体が液体トラップ１６に流入したことを検出するために液体トラップ１６に設けられている。本実施形態では、液体トラップ１６を構成する容器５８の内部かつ底部付近に液漏れセンサ１８が設けられている。液漏れセンサ１８は、抵抗の変化、光の強度変化等を検出原理に利用したものが一般的で、好適には、吸液紙タイプのものを使用できる。液漏れセンサ１８の素子部分１８ａは、液体トラップ１６の内部において、複数の排液口５０の鉛直下方に位置している。脱気エレメント３２から漏れた液体は、上流真空経路２０ａを通じて液体トラップ１６に導かれるとともに、排液口５０を通じて液漏れセンサ１８の素子部分１８ａに直接滴下する。したがって、迅速な液漏れ検出が可能である。また、どの脱気装置１２で液漏れが発生したのかを識別できるように素子部分１８ａが構成されていてもよい。

ある脱気装置１２で液漏れが発生した場合、液漏れが発生した脱気装置１２から真空ポンプ１４に漏れた液体が進むためには、液体トラップ１６を経由しなければならない。液体トラップ１６は、漏れた液体を溜めることができるので、下流真空経路２０ｂを通じて漏れた液体が真空ポンプ１４に流入するのを防止できる。また、脱気装置１２の真空引き口４６と液体トラップの排液口５０とを接続している経路が、脱気装置１２毎に分かれている。すなわち、一の脱気装置１２で液漏れが発生した場合において、その脱気装置１２から他の脱気装置１２に漏れた液体が進むためには、液体トラップ１６を経由しなければならない。したがって、一の脱気装置１２から他の脱気装置１２に漏れた液体が流入するのを防止できる。

なお、漏れた液体が真空ポンプ１４に流入するのを防ぐ効果を高めるために、図３Ｂおよび図３Ｃに示す構成を採用しうる。図３Ｂに示す液体トラップ１６Ｂは、図３Ａに示す液体トラップ１６に、延長管５５および継ぎ手５６を追加したものである。継ぎ手５６は上蓋１５８に内側から取り付けられており、継ぎ手５６に接続された延長管５５が容器５８の内部において鉛直下方に向かって延びている。延長管５５の開口部によって、排液口５０が形成されている。すなわち、鉛直方向（重力方向）に関して、吸引口５２が複数の排液口５０よりも上に位置している。このような構成によると、排液口５０から液体トラップ１６Ｂの中に入った液体が吸引口５２に進みにくい。したがって、漏れた液体が真空ポンプ１４に流入するのをより確実に防げる。

図３Ｃに示す液体トラップ１６Ｃは、図３Ａに示す液体トラップ１６に、一または複数の隔壁６６を追加したものである。１つの隔壁６６は、複数の排液口５０が開口している空間と吸引口５２が開口している空間とを仕切るように、容器５８内に設けられている。詳細には、複数の排液口５０から選ばれる一の排液口５０が開口している空間と、複数の排液口５０から選ばれる他の排液口５０が開口している空間と、吸引口５２が開口している空間とを相互に仕切るように、容器５８内に複数の隔壁６６が設けられている。隔壁６６は、容器５８の内側の天井面５８ｑから容器５８の内側の底面５８ｐに向かって鉛直下方に延びている。隔壁６６の上端が天井面５８ｑに接し、かつ隔壁６６の下端と底面５８ｐとの間にすき間が形成されている。そして、そのすき間に液漏れセンサ１８の素子部分１８ａが位置している。このような構成によれば、一の排液口５０から液体トラップ１６Ｃの中に入った液体が吸引口５２に進むのを確実に防止できるとともに、一の排液口５０から液体トラップ１６Ｃの中に入った液体が他の排液口５０に進むのを確実に防止できる。

また、複数の隔壁６６によって仕切られた各空間に液漏れセンサ１８の素子部分１８ａが面している。そのため、液漏れセンサ１８によって液漏れの発生を迅速に検出できる。例えば、複数の排液口５０の各々に個別に面するように複数の素子部分１８ａが設けられている場合、液漏れが発生した脱気装置１２を迅速に特定できる利点がある。すなわち、液漏れの発生していない脱気装置１２の真空チャンバ３０を開いて液漏れの有無を確認する必要がない。

なお、真空ポンプ１４として、例えばダイアフラム真空ポンプを使用できる。また、脱気すべき液体を脱気装置１２に供給するための送液ポンプ２４として、マグネットポンプ、ギアポンプ、チューブポンプおよびプランジャ型定量ポンプ等を使用できる。

脱気システム１０Ａの働きを簡単に説明する。真空ポンプ１４を駆動することによって、上流真空経路２０ａ、液体トラップ１６の内部、下流真空経路２０ｂおよび脱気装置１２の内部が大気圧よりも低い圧力まで減圧される。送液ポンプ２４を駆動すると、脱気すべき液体が処理液経路２６を通って脱気装置１２に送られる。脱気装置１２の内部が真空に維持されているので、脱気装置１２の脱気エレメント３２を通過する際に、液体に溶存している気体が除去される。脱気された液体は、処理液経路２６を通ってユースポイントへと送られる。

なお、脱気装置１２に液体を供給する方法として、加圧された気体を用いた方法を採用できる。図１Ｂに示す脱気システム１０Ｂは、送液ポンプ２４に代えて、ガスボンベ２３、圧力供給経路２７および弁２９を備えている。ガスボンベ２３には、窒素ガス等の不活性ガスが充填されている。弁２９を開くと、タンク２１内が加圧され、タンク２１内の液体が脱気装置１２へと送られる。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。本発明は、以下に示す実施例に限定されない。

（実施例１）
まず、図２に示す脱気装置１２を以下の手順で作製した。気体透過性チューブとして、内径０．５ｍｍ、外径０．８ｍｍ、長さ２８０ｍｍのＰＴＦＥチューブを１５０本準備した。ＰＥＴＦチューブの両端部の外周面にＰＦＡ粉末を塗布した後、両端部を金型で挟んで３７０℃で１０分間加熱および加圧した。これにより、ＰＴＦＥチューブを相互に接着してチューブ束を得た。次に、接合片３４として、熱収縮性を有する円筒形のＰＦＡパイプを準備した。ＰＦＡパイプの内周面にＰＦＡ粉末を塗布した後、このＰＦＡパイプをチューブ束の端部に取り付けた。チューブ束の端部およびＰＦＡパイプを加熱して、チューブ束にＰＦＡパイプを一体化させた。このようにして、有効長さ２００ｍｍの脱気エレメント３２を得た。

次に、ステンレス製の真空チャンバ３０にＯ−リング４０を介して固定具３８を取り付けた。固定具３８に脱気エレメント３２の接合片３４を嵌め合わせた後、真空チャンバ３０を閉じることによって、真空チャンバ３０内に脱気エレメント３２を収容した。真空チャンバ３０の外部において、固定具３８にフッ素樹脂製の継ぎ手４２を取り付けた。真空チャンバ３０内を減圧しうるように、真空引き口４６を有するステンレス製の継ぎ手を真空チャンバ３０に取り付けた。このようにして、図２を参照して説明した脱気装置１２を得た。

次に、脱気装置１２を用いて、図１Ａに示す構成の脱気システム１０Ａを構築した。まず、脱気すべき液体を貯めたタンク２１と２台の脱気装置１２の液入口４４ａとをＰＦＡ製配管（内径φ４ｍｍ×外径６ｍｍ）で接続した。脱気された液体を脱気装置１２の外に排液できるように、液出口４４ｂにもＰＦＡ製配管を接続した。また、２台の脱気装置１２の真空引き口４６と液体トラップ１６の２つの排液口５０とを別々のＰＦＡ製配管で接続した。液体トラップ１６の吸引口５２とダイアフラム型真空ポンプ１４とをＰＦＡ製配管で接続した。なお、２台の脱気装置１２の一方で液漏れが起こるように、脱気エレメント３２を構成するＰＴＦＥチューブにいくつかの孔を予め開けた。

上記の手順で構築した脱気システム１０Ａの運転を行った。まず、真空ポンプ１４を駆動し、脱気装置１２、上流真空経路２０ａ、液体トラップ１６および下流真空経路２０ｂ内を排気した。真空度は、４ｋＰａであった。真空ポンプ１４を駆動しつつ、送液ポンプ２４を駆動して２台の脱気装置１２に脱気すべき液体としての水を供給した。供給開始から３０秒経過後、一方の脱気装置１２の脱気エレメント３２から漏れた水が液体トラップ１６に流入したことを液漏れセンサ１８で検出した。検出後、直ちに運転を停止し、真空ポンプ１４および他の脱気装置１２の内部を確認したところ、水は流入していなかった。

（実施例２）
図３Ｂに示す液体トラップ１６Ｂを用い、実施例１と同じ手順で脱気システム１０Ａを構築した。実施例１と同じ手順で脱気運転を行うとともに、液漏れ検出後直ちに運転を停止した。真空ポンプ１４および他の脱気装置１２の内部を確認したところ、水は流入していなかった。

（実施例３）
図３Ｃに示す液体トラップ１６Ｃを用い、実施例１と同じ手順で脱気システム１０Ａを構築した。実施例１と同じ手順で脱気運転を行うとともに、液漏れ検出後直ちに運転を停止した。真空ポンプ１４および他の脱気装置１２の内部を確認したところ、水は流入していなかった。

（比較例）
脱気装置１２を用い、図５に示す脱気システム２００を構築した。ただし、液体トラップ１２４は省略した。実施例１と同じ手順で脱気運転を行うとともに、液漏れ検出後直ちに運転を停止した。真空ポンプ１２６および他の脱気装置１０１の内部を確認したところ、双方に液体が流入していた。

１０Ａ，１０Ｂ 脱気システム
１２ 脱気装置
１４ 真空ポンプ
１６，１６Ｂ，１６Ｃ 液体トラップ
１８ 液漏れセンサ
２０ａ 上流真空経路
２０ｂ 下流真空経路
５０ 排液口
５２ 吸引口
５８ 容器
６６ 隔壁

Claims (5)

1. 気体透過性チューブで構成された脱気エレメントと、前記脱気エレメントを収容している真空チャンバとを各々が含む複数の脱気装置と、
   前記複数の脱気装置に共用されているとともに、前記真空チャンバ内を減圧するための真空ポンプと、
   前記複数の脱気装置に共用されているとともに、前記脱気エレメントから漏れた液体を一時的に保持できる液体トラップと、
   前記脱気エレメントから漏れた液体が前記液体トラップに流入したことを検出するために前記液体トラップに設けられた液漏れセンサと、
   前記液体トラップと前記真空ポンプとを接続している下流真空経路と、
   前記複数の脱気装置の各々と前記液体トラップとを個別かつ直接に接続している複数の上流真空経路と、
   を備えた、脱気システム。
2. 前記液体トラップは、前記複数の上流真空経路の各端部が接続された複数の排液口と、前記下流真空経路の端部が接続された吸引口とを備えた容器で構成されており、
   鉛直方向に関して、前記吸引口が前記複数の排液口よりも上に位置している、請求項１に記載の脱気システム。
3. 前記液体トラップは、前記複数の上流真空経路の各端部が接続された複数の排液口と、前記下流真空経路の端部が接続された吸引口とを備えた容器で構成されており、
   前記複数の排液口が開口している空間と前記吸引口が開口している空間とを仕切るように、前記容器内に隔壁が設けられている、請求項１または２に記載の脱気システム。
4. 前記液体トラップは、前記複数の上流真空経路の各端部が接続された複数の排液口と、前記下流真空経路の端部が接続された吸引口とを備えた容器で構成されており、
   前記複数の排液口から選ばれる一の前記排液口が開口している空間と、前記複数の排液口から選ばれる他の前記排液口が開口している空間と、前記吸引口が開口している空間とを相互に仕切るように、前記容器内に複数の隔壁が設けられている、請求項１または２に記載の脱気システム。
5. 前記隔壁が、前記容器の内側の天井面から前記容器の内側の底面に向かって鉛直下方に延びており、
   前記隔壁の上端が前記天井面に接し、かつ前記隔壁の下端と前記底面との間にすき間が形成されている、請求項３または４に記載の脱気システム。
   
   
   

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