JPS6216387A - 窒素ガス封入滞留槽設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は大気に接触させたくない液体、たとえば超純水
等を滞留させる際に用いる窒素ガス封入滞留槽設備に関
するものである。

〈従来の技術〉 原水を凝集沈殿処理、濾過処理、活性炭処理、逆浸透膜
処理、脱気処理、イオン交換処理、紫外線殺菌処理等を
して、微粒子、有機物、塩類、溶存炭酸ガス、溶存酸素
、一般細菌等を可及的に除去した、いわゆる超純水は半
導体を製造する電子工業で多量に用いられている。

これらの超純水はなるべ（滞留させずに使用することが
望ましいが、超純水製造設備側と超純水使用側との流量
バランスの相違や、得られる超純水を再加圧する際など
にどうしても超純水を滞留槽に滞留させる必要が生ずる
。このような場合、滞留槽の上方部をたとえば空気抜き
管で大気に開放しておくと、槽内の液面の上下により滞
留槽内に大気が吸引され、当該大気中の炭酸ガス、微粒
子、一般細菌等が超純水中に混入してその純度を低下さ
せる。

したがって従来では不活性な気体として通常窒素ガスを
滞留槽の上部に封入し、超純水が大気と接触することを
防止している。

以下に従来の窒素ガス封入滞留槽設備の概要を説明する
。

第２図は従来の当該設備のフローを示す説明図であり、
超純水流入管１から流入される超純水を滞留槽２に一旦
滞留させ、ポンプ３を用いて必要に応じ滞留槽２内の超
純水を超純水流出管４より流出する。

超純水流入管１からの超純水の流入は滞留槽２に設けた
液面制御レベルスイッチ５により制御され、予め定めで
ある低レベルの液面に達した際に超純水の流入を開始し
、また予め定めである高レベルの液面に達した際に超純
水の流入を止める。

一方滞留槽２における窒素ガスの封入は以下のように行
われている。

たとえば滞留槽２内の液面が前述したごとく高レベルに
達し、超純水流入管１からの超純水の流入が止まってい
る状態下において、超純水流出管４より超純水を流出す
ると、滞留槽２内の液面が低下し、滞留槽２内の窒素ガ
スの圧力が低下するが、当該圧力の低下により補給用減
圧弁６を介して窒素ガス補給管７から窒素を補給する。

なお当該補給用減圧弁６は水封槽８内の水封水が水封管
９によって滞留槽２内に吸引される前に作動するように
調節されている。

また滞留槽２内の液面が前述したごと（低レベルに達し
ている際に、超純水流入管１から超純水が流入されると
、滞留槽２内の液面は上昇するが、当該液面の上昇によ
り液面上の窒素ガスは加圧され、その圧力が水封槽８内
に挿入した水封管９の先端と水封槽８内の水面との距離
に相当する水頭より大きくなると、その余剰分の窒素ガ
スが水封管９および水封槽８を介して外部へ排出される
。

〈発明が解決しようとする問題点〉 従来の窒素ガス封入滞留槽設備は以上説明したごとくで
あるが、滞留槽の液面が上昇するたびに余剰分の窒素ガ
スが大気に放出され、また液面が低下するたびに前記放
出された量に相当する窒素ガスを補給せねばならないと
いう欠点がある。

前記放出される窒素ガスの量は年間を通すと多大な量と
なり、省資源を指向する現在においては重大な損失であ
る。

本発明は従来の窒素ガス封入滞留槽設備における、かか
る欠点を除き、封入した窒素ガスを大気に放出すること
なく、これを回収し窒素ガス消費量を最小限にすること
ができる窒素ガス封入滞留槽設備を提供することを目的
とするものである。

く問題点を解決する手段〉 本発明の基本的特徴は滞留槽内の液面が上昇することに
より加圧される窒素ガスを大気に放出することなく、滞
留槽に付設した圧力スイッチに連動する気体ポンプで当
該窒素ガスを吸引し、これを加圧下で別に設置した窒素
ガス槽に回収するようになし、また滞留槽内の液面が低
下した際の窒素ガスの供給に前記回収した窒素ガス槽内
の窒素ガスを用いるような構造とした点にある。

以下に本発明を超純水を滞留させる場合を例にして図面
を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の実施態様の一例のフローを示す説明図
であり、超純水流入管１と超純水流出管４をそれぞれ付
設した密閉状の液体の滞留槽２と窒素ガス槽１０とを設
置し、当該滞留槽２の上方部と窒素ガス槽１０とを気体
ポンプ１１を介して窒素ガス流出管１２で連通ずるとと
もに、当該滞留槽の上方部と窒素ガス槽ｌＯとを減圧弁
１５を介して窒素ガス流入管１３で連通し、かつ当該滞
留槽２に前記気体ポンプ１１の駆動を制御する圧力スイ
ッチ１４を付設したものである。

なお１６は圧力指示計、１７は安全弁、１８はバイパス
弁を示し、その他の部分は第２図に示した従来の窒素ガ
ス封入滞留設備と同様なので説明を省略する。

〈作用〉 滞留槽２内に流入する超純水の制御は従来設備と同じよ
うに、液面制御レベルスイッチ５により行い、低レベル
ＬＬで超純水流入管１からの超純水の流入を開始し、高
レベルＨＬでその流入を止める。

本発明においてたとえば滞留槽２内の超純水の液面が高
レベルＨＬとなり、超純水流入管１からの超純水の流入
が止まっている状態下で、ポンプ３が駆動され超純水流
出管４から超純水の流出が開始されると、超純水の流出
に伴いその液面が低下し、液面の上方部に予め封入しで
ある窒素ガスの圧力が低下する。当該圧力の低下を減圧
弁１５が感知し、予め設定した水頭以下の値となった際
に減圧弁１５が作動して窒素ガス槽１０から窒素ガス流
入管１３を介して滞留槽２内に窒素ガスを流入する。当
該減圧弁１５は水封槽８内の水封水が水封管９によって
滞留槽２内に吸引される前に作動するように設定するこ
とは言うまでもなく、通常水頭２００ｍｍ前後で作動す
るようにしておく。

次に滞留槽２内の超純水の液面が低レベルＬＬの点にあ
る状態で超純水流入管１から超純水が流入される場合は
、液面の上昇に伴い液面の上方部に存在する窒素ガスが
加圧されるが、本発明においては当該圧力の上昇を圧力
スイッチ１４で感知し、予め設定しである圧力以上とな
った点で当該圧力スイッチ１４と計装的に連動する気体
ポンプ１１を駆動させ窒素ガス流出管１２から滞留槽上
方部の当該加圧された窒素ガスを吸引し、そして気体ポ
ンプ１１によって窒素ガス槽１０に圧入する。

なお滞留槽２内の前記加圧された窒素ガスが水封管９、
水封槽８を介して大気に放出される以前に気体ポンプ１
１が駆動するように圧力スイッチ１４の駆動用の設定圧
力を定めるものとする。

このような気体ポンプ１１の駆動により滞留槽２内の圧
力は低下するが、当該圧力が予め設定しである気体ポン
プ１１の駆動中止用の設定圧力になった点で気体ポンプ
１１の駆動を中止する。当該駆動中止用の設定圧力とし
ては前記駆動用の設定圧力より小さい点であることは言
うまでもないが、前述した減圧弁１５の作動圧力よりや
や小さめにしておくとよい。

次に窒素ガス槽１０の容量について説明すると、滞留槽
２内の液面が高レベルＨＬの状態において、その液面の
上方部に窒素ガスが満たされていると仮定すると、理論
的に必要とされる窒素ガスの容量は滞留槽２の高レベル
ＨＬと低レベルＬＬ間の容量（Ｖｏ）と等しい。

したがって窒素ガス槽１０の容１ｉ（ｖ＋）は前記各１
ｉ（ＶＯ）を任意の加圧下で貯留できる大きさよりやや
大きめにしておけばよいこととなる。

当該任意の加圧下とは気体ポンプ１１の吐き出し圧力に
関係し、当然のことながら吐き出し圧力の大きい気体ポ
ンプ１１を用いる程その容ｆｆ１（ｖ＋）を小さくする
ことができる。

次に本発明においても滞留槽２の上方部に水封管９を連
通し、その先端を水封槽８の水面下に水封しているが、
本発明における水封管９と水封槽８の作用は従来のもの
と相違し、圧力スイッチ１４に連動する気体ポンプ１１
が何らかの理由により作動しない場合における滞留槽２
の破壊あるいは変形防止用のものであり、かかる緊急時
以外は当該水封槽８を介して窒素ガスを大気に放出する
ものではない。

このように本発明においては滞留槽２内の液面が上昇す
るに伴って生ずる余剰の窒素ガスを全て窒素ガス槽１０
に回収し、また当該回収した窒素ガスを再び封入用の窒
素ガスとして用いるので、たとえば滞留槽２内に滞留す
る液体が窒素ガスを全く溶解させないものであれば、理
論的には系内に最初に必要量の窒素ガスを封入すれば、
その後は窒素ガスを全く消費することがない。

しかしながら滞留する液体に窒素ガスが多少なりとも溶
解する場合は、当該溶解して系外に持ち去られる分の窒
素ガスは補給する必要がある。　　。

このような場合は第１図に示したごとく滞留槽２の上方
部に補給用減圧弁６を介して窒素ガス補給管７を連通し
ておくとよい。

なお当該補給用減圧弁６の作動設定圧を適当に調節する
ことにより、前記溶解によって不足する窒素ガスを自動
的に補給することができる。

すなわち窒素ガスが不足していない場合の滞留槽２内の
圧力は、最低でも気体ポンプ１１の駆動中止用の設定圧
力と等しくなるが、系内の窒素ガスが不足すると窒素ガ
ス槽ＩＯ内の圧力が低下することにより、減圧弁１５が
作動しなくなり、滞留槽２内の圧力が前記気体ポンプ１
１の駆動中止用の設定圧力より低くなる。

したがって補給用減圧弁６の作動設定圧を気体ポンプ１
１の駆動中止用の設定圧力より僅かに小としておけばよ
い。

なお窒素ガス補給管７は、要は液体に溶解することによ
って不足する窒素ガスを補給するものであるので、滞留
槽２の上方部に連通ずることに限定されず、窒素ガス槽
１０に連通し、適宜に補給しても差し支えない。

また本発明を説明するにあたり、超純水を滞留する場合
を例にしたが、本発明が対象とする液体は超純水に限定
されるものでなく、窒素ガスの封入を必要とするあらゆ
る液体を滞留する場合に適用できる。

く効果〉 以上説明したごと（、本発明は滞留槽内の液面が上昇す
ることにより加圧される窒素ガスを大気に放出すること
なく、滞留槽に付設した圧力スイッチに連動する気体ポ
ンプで当該窒素ガスを吸引し、これを窒素ガス槽に加圧
下で回収し、また滞留槽内の液面が低下した際の窒素ガ
スの供給に前記回収した窒素ガス槽内の窒素ガスを用い
るので、窒素ガスの消費量を最小限とすることができ、
産業に与える利益は大きい。

以下に本発明の効果をより明確とするために実施例を説
明する。

〔実施例〕

第１図に示したフローに基づいて本発明を実施した。

・滞留槽（２） 容量１ｒｒｒ　　直径１１５０ｍ＋＊　　直胴部高さ１
２１５ｍ５＋鋼板、内面エポキシコーティング ・気体ポンプ（１１） 供給能力　　１．５Ｎボ／ｈ　・７　ｋｇ　ｆ　／　ｃ
ｊ・給水能力　　　１．Ｏｎ？／ｈ ・ポンプ（３） 供給能力　　０．９ｒｒｒ／ｈ ・減圧弁（１５） 一次側圧力　７　ｋｇ　ｆ　／−流量１．２ｎ？／ｈ二
次側圧力（作動設定圧）水頭２００■・補給用減圧弁（
６） 一次側圧力　２ｋｇｆ／ｃｄ　　流Ｉｔ　１．５ｍ／　
ｈ二次側圧力（作動設定圧）水頭１００１・液面制御レ
ベルスイッチ（５） 水供給ＯＮ、０ＦＦＯ幅２００ｍｍ ・液面制御レベルスイッチのＯＮ、ＯＦＦ間の容量　　
　　　　　　０，２ｎ？ ・圧力スイッチ（１４）の設定 気体ポンプ駆動用　　　水頭３００ｍｍ気体ポンプ駆動
中止用　水頭１５０ｍｍ・窒素ガス槽（１０） 容量　３７．ｉ 安全弁（１７）設定圧力　７．５に、　ｆ　／、ｄ直径
　３００＋＋＋＋＋＋　　　　　　高さ　４５０ｎｕｗ
・水封槽（８） 水封高さ　　　　　水頭４００ｍｍ 直径　３００ｍｎ＋　　　　　　高さ　５００１以上の
本発明の設備を用いて窒素ガス封入を行った。

最初に滞留槽（２）に超純水を張り込み当該滞留槽（２
）内を超純水で満杯とした。この時水封槽（８）に水を
張らない状態で行い水封管（９）から超純水の排出を確
認した。この後滞留槽（２）への超純水の流入を止め水
封槽（８）に所定の水張を行った。

滞留槽（２）に窒素ガスを封入するため当該滞留槽（２
）に付属の排出弁を開とすると同時に、補給用減圧弁（
６）を作動させ徐々に滞留槽（２）内の超純水を押し出
し水位を低下させた。水位が液面制御レベルスイッチ（
５）の作動点ＬＬに達した時排出弁を閉とした。当該排
出弁を閉とした後に滞留槽（２）内の空間部の窒素ガス
圧力は補給用ｘ圧弁（６）にコントロールされ、圧力指
示計（１６）は水頭１００ｍｍを指していた。

次に気体ポンプ（１１）を手動、で運転し、滞留槽（２
）内の窒素ガスを窒素ガス槽（１０）に圧入し、窒素ガ
ス槽付属の排気弁で当該槽（１０）内の空気と窒素ガス
を置換した後、窒素ガス槽（１０）内の圧力を４．５ｋ
ｇｆ／ｌｉまで上昇させて停止した。

もちろんこの時減圧弁（１５）は作動させない状態とし
ておいたので、窒素ガスの移動は補給用減圧弁（６）−
滞留槽（２）−気体ポンプ（１１）−窒素ガス槽（１０
）の順である。

当該状態下では滞留槽（２）内の窒素ガス圧力は補給用
減圧弁（６）の圧力に支配され水頭１００ｍｍになって
いる。このため定常状態に近い減圧弁（１５）の二次圧
力にするため補給用減圧弁（６）のバイパス弁（１８）
を徐々に開いて、圧力指示計（１６）の水頭目盛２００
　ｍ＋＋＋でそのバイパス弁（１８）を閉とした。その
後本発明装置に付帯しである制御盤を自動とし超純水流
入管（１）から超純水を供給しポンプ（３）を運転した
。また減圧弁（１５）、気体ポンプ（１１）　、計器類
、安全機構はそれぞれ作動および運転可能としておいた
。

滞留槽（２）内の水位は徐々に上昇し、圧力指示計（１
６）の水頭目盛３００１になった時、気体ポンプ（１１
）が運転され水頭２００ｍｍまでの圧力低下は比較的早
く、その後は減圧弁（１５）からの窒素ガスの供給があ
るために緩やかに低下し、圧力指示計（１６）水頭目盛
１５０ｍｍで気体ポンプ（１１）は停止した。

なお滞留槽（２）内の水頭が３００ｍｍとなると気体ポ
ンプ（１１）は再び運転された。

滞留槽（２）内水位が上昇するたびにこの操作が繰り返
された。

次に水位が液面制御レベルスイッチ（１４）の作動点Ｈ
Ｌに達すると超純水の供給は停止する。

ポンプ（３）は運転されているために水位は徐々に低下
するが、減圧弁（１５）から窒素ガスが供給され概略水
頭２００ｍｍの圧力を保っている。

以上滞留槽（２）内の状態変化に伴う運転状態を説明し
たが、この間従来の窒素ガス封入滞留槽設備のように水
封槽８から本滞留槽（２）内の状態変化に伴う窒素ガス
の大気への放出消費はなかったことから、本発明がいか
に窒素ガスの消費が少なく、経済的であるか明白である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の窒素ガス封入滞留槽設備の実施態様の
一例を示すフローの説明図であり、第２図は従来の窒素
ガス封入滞留槽設備のフローの説明図である。 ｌ・・・超純水流入管　　　　２・・・滞留槽３・・・
ポンプ　　　　　　　４・・・超純水流出管５・・・液
面制御レベルスイッチ ６・・・補給用減圧弁　　　　７・・・窒素ガス補給管
８・・・水封槽　　　　　　　９・・・水封管１０・・
・窒素ガス槽　　　　１１・・・気体ポンプ１２・・・
窒素ガス流出管　　１３・・・窒素ガス流入管１４・・
・圧力スイッチ　　　１５・・・減圧弁１６・・・圧力
指示計　　　　１７・・・安全弁１８・・・バイパス弁 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液体流入管と液体流出管をそれぞれ付設した密閉状
   の液体の滞留槽と窒素ガス槽とを設置し、当該滞留槽の
   上方部と窒素ガス槽とを気体ポンプを介して窒素ガス流
   出管で連通するとともに、当該滞留槽の上方部と窒素ガ
   ス槽とを減圧弁を介して窒素ガス流入管で連通し、かつ
   当該滞留槽に気体ポンプの駆動を制御する圧力スイッチ
   を付設してなる構成からなり、滞留槽内の液面が上昇す
   ることによる滞留槽上部の窒素ガスの圧力上昇を圧力ス
   イッチで検出して気体ポンプを駆動することにより滞留
   槽内の窒素ガスを窒素ガス槽に回収し、滞留槽内の液面
   が低下することによる滞留槽上部の窒素ガスの圧力減少
   により前記減圧弁を介して窒素ガス槽より滞留槽に窒素
   ガスを供給することを特徴とする窒素ガス封入滞留槽設
   備。 ２、窒素ガスの補給管を滞留槽の上方部あるいは窒素ガ
   ス槽に連通する特許請求の範囲第１項記載の窒素ガス封
   入滞留槽設備。