JPH03118802A - 脱酸素装置 - 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〕 本発明は液体特に水の脱酸素装置に関するものであり、
透過気化型の隔膜式脱酸素装置に関するものであり、低
残留酸素濃度の水を製造する脱酸素装置に関するもので
ある。

本発明の脱酸素装置は、ボイラー供給水の脱酸素、人口
透析用水の脱酸素、半導体洗浄用の超純水の脱酸素、逆
浸透膜への供給水の脱酸素、上、中水の赤水防止、貯蔵
水の微生物繁殖防止、食物などの貯蔵用低酸素水の製造
、有機溶剤の脱酸素などの用途に使用できる。

Ｃ従来の技術〕 従来、酸素透過性隔膜の一方の側に被処理液体を流し、
他の側の気相を真空ポンプなどの減圧手段にて減圧する
ことにより液体中の溶存酸素を除去する、隔膜気液接触
式または透過気化式脱気装置は知られていた（例えば特
開昭５５−１８１６、特開昭６２−９１０４２　＞。

これらの隔膜式の液体の脱酸素装置においては、酸素と
共に有機溶剤の蒸気あるいは水蒸気も膜を透過するため
、減圧手段としてはこれらの蒸気の吸入に耐える物であ
ることが必要であり、水封式真空ポンプ、ドライ型真空
ポンプ、ダイアフラム型真空ポンプ、水流アスピレータ
−、ガスバラストポンプなどが用いられる。中でも水封
式真空ポンプは、水の脱気において多量の水蒸気の吸入
に耐える、小型で大排気量である、保守整備が筒車、と
いった点で、水からの脱酸素装置に多用されている。ま
た水以外の、例えば有機溶剤の脱酸素においては、ダイ
アフラム型真空ポンプが用いられることが多い。

しかしながら、水封式ポンプの欠点は減圧度がやや悪く
、せいぜい水の蒸気圧（３０℃にて約３０ｔｏｒｒ）ま
でしか減圧出来ないことである。このため、常温では水
中溶存酸素濃度（ＤＯ）　０．４ｐｐｍ程度が脱気の限
界であった。ダイアフラム型はさらに減圧度が低く、存
在濃度も高いものであった。

また、透過気化膜の水蒸気または溶剤蒸気透過性が低く
、油回転真空ポンプやガスバラストポンプの使用が可能
な場合であっても、ＤＯを例えば０、４　ｐｐｍ以下の
低残留量まで脱気するには真空度を上げることが必要で
あり、従って大排気量のポンプが必要となった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、透過気化方式の液体の脱酸素装置において、
減圧度の低い水封式ポンプやダイアフラム型真空ポンプ
を用いたり、到達真空度の高いポンプであっても比較的
低い減圧度での運転条件下で、残留溶存酸素量を減少さ
せる装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、透過気化膜の一方の側に被処理液体を流し他
の側を真空ポンプで減圧することにより、該液体に含ま
れている酸素を除去する透過気化方式の脱酸素機構と、
膜分離式窒素富化機構とを備え、該窒素富化機構により
製造された窒素富化空気を、該脱酸素機構の減圧側に流
すことからなる脱酸素装置にあり、特に膜分離式窒素富
化機構が、窒素富化モジュールと空気圧縮機および付随
する配管からなり、又、膜分離式窒素富化機構が、窒素
富化モジュールと真空ポンプおよび付随する配管からな
り、更に、窒素富化機構の真空ポンプを透過気化方式の
脱酸素機構の真空ポンプが兼ねることを特徴とする上記
脱酸素装置にある。

本発明の脱酸素装置の構成は、まず第１図にそのダイア
ダラムの一例が示される如きものである。

即ち、透過気化モジュールｌ、真空ポンプ２およびこれ
らを結ぶ配管からなる透過気化方式の脱酸素機構と、窒
素富化モジュール３、真空ポンプ２、必要により窒素富
化空気の流量調節機構５及びこれらを結ぶ配管からなる
膜分離式窒素富化機構とからなる。本装置を水の脱酸素
に適用する場合には、被処理原水６は透過気化モジュー
ル１に導入されて、膜の一方の側に接して流れ、処理水
７となって該モジュールより流出する。透過気化モジュ
ールの膜の他の側は真空ポンプ２に接続され減圧される
。該透過気化膜の減圧側にはまた、窒素富化空気１０が
導入される。窒素富化空気は、空気圧縮機４により圧縮
した空気を、窒素富化（気体分離）モジュール３に導入
して膜の一方の側に接して流し、膜を通して酸素を除去
することにより製造する。

本発明の脱酸素装置の今一つの構成は、第２図にそのダ
イアダラムが示される如きものである。

即ち、窒素富化機構において、空気圧縮機４が無く、窒
素富化モジュールの、空気導入側とは膜を隔てた反対側
に真空ポンプ１２が接続されている事以外は第１図と同
じである。本発明の脱酸素装置では、また第３図に示さ
れる如く、透過気化方式の脱酸素機構に使用される真空
ポンプと膜分離式窒素富化機構に使用される真空ポンプ
を一つの真空ポンプで兼ねることができる。さらに、真
空ポンプと空気圧縮機とを併用することも可能である。

本発明に使用される透過気化モジュールの膜は、液体か
ら溶存酸素を除去する系で使用される隔膜であり、液体
が液体のまま透過すること無く、気体のみが透過する膜
であって、膜の酸素透過速度が、２５℃に於てＩ　Ｘｌ
０−ｂ（ｃｌｌ（ＳＴＰ）／ｃｊ、ｓｅｃ、ｃｍＨｇ）
以上のものである。従って、液体が水である系では、疎
水性の多孔質膜であってもよい。膜の形状は中空糸、チ
ューブ、平膜など任意のものであってよいが、中空糸膜
がモジュールをコンパクトにできるなどの面で好ましい
。このような膜及びその製法は、例えば特開昭５２−１
５６２７　、特開昭５９−１９６７０６、特公昭４６−
４０１１９に記載されている。

かかる膜の材質としては、例えばポリ４−メチルペンテ
ン−１、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフ
ィンや、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフロロエチ
レン、ＰＦＡ等のフッ素系ポリマー、ポリアセタール、
ＰＰ０１ＰＰＳ等のポリエーテルやポリチオエーテル、
ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等の含塩素ポリマ
ー、その他、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホ
ン、ポリエーテルスルホン、シリコン樹脂などが例示で
きるが、その他の共重合体であってもよい。

透過気化モジュールは、上記透過気化膜をモジュールハ
ウジングに封入したものであり、膜の一方の側には、膜
に接して被処理水（以下特にことわらない限り、液体が
水の場合について述べる）が流れ、膜の他の側は真空ポ
ンプに接続されて減圧される構造を持つ。

第４図および第５図に、実施例で用いる透過気化モジュ
ールの概念図を示す。モジュールにおける膜の減圧側に
は、本考案に特徴的な構造である気体の導入口２１が設
けられており、窒素富化空気が導入されて、膜に接して
流れた後真空ポンプ接続口２０から排出される。透過気
化膜が中空糸型の場合には、第４図のように水を流す側
が中空糸内側であってもよいし、第５図のように外側で
あってもよい。モジュールの窒素富化空気導入口２１は
真空ポンプ接続口２ｏがら離れた位置であることが好ま
しく、導入された窒素富化空気が膜に接して流れた後、
真空ポンプ接続口に排出される構造が好ましい。

本発明の特徴はまず、上記のように透過気化モジュール
に窒素富化空気導入口を設けることにある。真空ポンプ
に水封式ポンプを用いた場合、精々水の蒸気圧までしか
減圧できないため、被処理水の流量をいかに少なくして
も、残留溶存酸素濃度を常温で約０．４　ｐｐａ＋以下
にすることはできなかった。本発明は透過気化モジュー
ルに微量の窒素富化空気を導入することにより、この限
界値を下げることに成功したものである。

本発明の透過気化方式の脱酸素機構に用いる真空ポンプ
は特に限定することを要しない。本発明は減圧側の減圧
度が低い（絶対圧力が高い）場合に特に効果を発揮する
が、真空ポンプが水封式やダイアフラム型のように到達
真空度が低い（絶対圧力が高い）ものである場合や、真
空ポンプ自体の到達空度は高くても真空ポンプの排気容
量が小さい場合に、減圧度の低い状況が生じ得る。本発
明の脱酸素装置における透過気化モジュールの減圧側の
圧力は、０．１〜１５０　ｔｏｒｒである０本発明の真
空ポンプに水封式真空ポンプを用いる場合には、水封式
真空ポンプに導入する封水は、被処理原水あるいは処理
水を分流して用いてもよいし、それらとは別に供給して
もよい。また、封水の排水はそのまま廃棄してもよいし
、用途目的によっては処理原水あるいは処理水に加えて
もよい。

窒素富化空気の導入量は、目的とする残留酸素濃度、真
空ポンプ排気量、膜の水蒸気透過性などによって最適値
は変わるものの、−船釣にいって導入しない場合に対し
て、モジュールの真空ポンプ接続口における圧力が０．
１〜３０　ｔｏｒｒ上昇する程度が好ましく、０．５〜
５　ｔｏｒｒ上昇する程度がさらに好ましい。

本発明の特徴はまた、脱酸素装置が、膜分離式窒素富化
機構を内蔵することである。これにより窒素配管が不要
になり、設置場所の自由度が増す。

また、面倒な窒素ボンベの管理や交換操作が不要となる
上、維持コストも安価となる。

膜分離式窒素富化機構は、気体分離膜を組み込んだ窒素
富化モジュールと、空気圧縮機または真空ポンプ、およ
び付随する配管からなる。窒素富化モジュールに導入さ
れた空気は、圧力差を駆動力として膜を透過するが、窒
素より酸素の透過速度が高いことにより非透過気体中の
窒素が濃縮される。本発明の膜分離式窒素富化機構は、
空気圧縮機または真空ポンプにより圧力差を発生させる
方式のものであって、図に例示した方式の他に、膜を複
数回透過する多段式などの方式のものであってもよい。

窒素富化モジュールに組み込まれる気体分離膜は、窒素
より酸素の透過速度が高く、酸素／窒素の分離係数が３
以上のものが好ましい、膜の形状は特に限定されないが
、コンパクトさや、製造し易さの面で中空糸型が好まし
い。かかる膜の材質は、透過気化方式の脱酸素機構に用
いられる透過気化膜と同様のもので差しつかえない。

窒素富化モジュールは、膜が中空糸型の場合には、空気
を中空糸の内側に導入する形式であってもよいし、中空
糸の外側に導入する形式であってもよい。実施例で用い
る、空気を中空糸内側に導入する形式の窒素富化モジュ
ールを第６図に示す。

導入された空気は、膜を通して酸素が除去され、窒素富
化空気となる。製造される窒素富化空気の窒素濃度は、
膜の酸素／窒素分離係数、膜の両側の圧力、空気導入量
と窒素富化空気取出し量の比などによって変わるが、本
発明にあっては、窒素濃度は９０〜９９．９％である。

窒素富化空気の製造量（取り出しりは、透過気化モジュ
ールの減圧側の圧力が、０．１〜３０　ｔｏｒｒ上昇す
る程度であり、真空ポンプの排気容量により異なるが、
−船釣には、液体の脱酸素処理量をｘｉ／ｗｉｎとする
と窒素富化空気の製造量は、Ｉ　Ｘ　１０−’ｘ　−１
０ｘＮ１／ｗｉｎである。

空気圧縮機はピストン型やダイアフラム型など通常のも
のであってよく、窒素富化モジュールの空気導入口にお
ける圧力が、２〜１５　ｋｇ　／　ａｄＧの範囲となる
ものが好ましい。これよりも低圧では、窒素濃度が不足
するし、高圧では空気圧縮機が高価となる。空気圧縮機
の空気取り入れ口もしくは空気圧縮機と窒素富化モジュ
ールとの間に防塵フィルターを設けることも好ましい。

窒素富化機構に空気圧縮機を使用する場合には、膜を透
過した気体の排出口（真空ポンプ接続口）２０は大気に
解放される。

本発明における窒素富化機構に使用する真空ポンプは、
特に限定する必要はなく、例えば水封式真空ポンプ、ド
ライ型真空ポンプ、ダイアフラム型真空ポンプ、水流ア
スピレータ−、ガスバラストポンプなど任意の物が使用
可能である。真空度は高い方が窒素濃度を高くすること
ができるが、大排気量の真空ポンプが必要となる。好ま
しい真空度は、窒素富化モジュールの真空ポンプ接続口
付近において０．１〜２００　ｔｏｒｒである。窒素富
化機構に真空ポンプを使用する場合には、窒素富化モジ
ュールの空気導入口１３は大気解放でよく、特に空気を
送り込むための装置を設けることは要しない。しかし、
空気導入口に防塵フィルターを設けることは好ましい。

〔実施例〕

以下実施例をもって本発明をさらに具体的に説明するが
、本発明はこれにより限定されるものでは無い。

実施例１ ポリ４−メチルペンテン−１を素材として溶融成形法に
より製造した中空糸不均質膜は、外径２６０μｍ、内径
２０６　ｐｔｓであり、ＡＳＴＭ　０１４３４に準じて
測定した気体透過速度は、酸素透過速度２、　Ｉ　Ｘ　
１０−’ａＪ（ＳＴＰ）／ｃｄ、ｓｅｃ、ｃｎ＋Ｈｇ　
、窒素透過速度１．８　Ｘ　１０−’ａｊ（ＳＴＰ）／
ａＪ、ｓｅｃ、ｃｍＨｇ　、酸素／窒素の分離係数１．
２であった。この中空糸膜１００００本を並行な束状で
モジュールハウジングに装填し、中空糸端部を樹脂で封
止後切断することにより、有効膜面積（内径基準）３．
２−の、第４図に示したような透過気化モジュールを作
成した。モジュールハウジングの中空糸内側に接する空
間部には液体の導入口１８および液体の排出口１９が、
また中空糸外側に接する空間部には、真空ポンプ接続口
２０と、窒素富化空気を導入する気体導入口２１が設け
である。同様にして、中空糸膜が外径２５３μｍ、内径
１９９μｍであり、酸素透過速度２．４　Ｘ　１０−’
ｃｄ（ＳＴＰ）／ｃｊ、ｓｅｅ、ｃ＋ｗＨｇ　、窒素透
過速度６．２　Ｘ　１０−’ａ＆（ＳＴＰ）／ａｄ、ｓ
ｅｃ、ｃｍＨｇ　、酸素／窒素の分離係数３．９である
こと以外は上記透過気化モジュールと同様の、第６図に
見られる形状の内径基準膜面積３．１Ｍの窒素富化モジ
ュールを製造した。

これらのモジュールおよび、透過気化モジュールに接続
する真空ポンプとして、排気量４５０１／ｍｆｎの水封
式真空ポンプ、窒素富化モジュールに接続する空気圧縮
機として圧力４ｋｇ／ｃｄＧ、最大風量２．５　１／ｗ
ｉｎのスイングピストン式のコンプレッサーを用いて第
１図のような脱酸素装置を製作した。

窒素富化モジュールについては、気体導入口１３に空気
圧縮器を接続し、真空ポンプ接続口２０は大気解放とし
た。水封式真空ポンプの封水は被処理原水を分流して使
用し、封水の排水は廃棄した。

この装置に、２５℃の上水道水を１．５１／ｍｉｎで流
し、バルブ５により窒素富化空気導入量を調節して、透
過気化モジュールの減圧側の圧力をバルブ閉時に比べて
２ｔｏｒｒ上昇するだけ窒素富化空気を導入し、水及び
流出する処理水の溶存酸素濃度（Ｄｏ）を測定したとこ
ろ、原水が８．３ｐｐｍ、処理水が０．３ｐｐ剛であっ
た。

比較例１ バルブ５を完全に閉じたこと以外は実施例１と同じ実験
を行ったところ、溶存酸素濃度は、原水が８．３ｐｐｍ
、処理水が０．４ｐｐｍであった。この時、透過気化モ
ジュールの減圧側の圧力は２　Ｆ３　ｔｏｒｒであった
。

実施例２ 透過気化膜として実施例１と同じ中空糸膜を用い、３０
デニール１２フイラメントのポリエステル糸を経糸とし
た絡み織り法にて、中空糸密度２５本／ａｍの層状シー
トに加工した。この中空糸シートを多数の穴の穿たれた
直径１３鶴の硬質塩化ビニル製パイプに巻き付け、内径
１００　ｍｍの硬質塩化ビニル製のモジュールハウジン
グに装填し、第５図に示したような形状の、有効膜面積
（中空糸外表面基準）５．０ｎｆの透過気化モジュール
を製作した。

透過気化モジュールに接続する真空ポンプとして排気量
４５０１／ｍｉｎの水封式真空ポンプを用い、窒素富化
モジュールは実施例１とおなしものを用い、窒素富化モ
ジュールに接続する真空ポンプとして排気量５０１／ｓ
ｉｎの油回転真空ポンプを用いて第２図のような脱酸素
装置を製作した。水封式真空ポンプの封水は、被処理原
水を分流して用いた。

この装置に、２５℃の上水道水を３１／ｗｉｎで流し、
バルブ５により窒素富化空気導入量を調節して、透過気
化モジュールの減圧側の圧力をバルブ閉時に比べて’ｌ
　ｔｏｒｒ上昇するだけ窒素富化空気を導入し、水及び
流出する処理水の溶存酸素濃度（Ｄｏ）を測定したとこ
ろ、原水が８．ｌｐｐｍ、処理水が０．３　ｐｐｍであ
った。

比較例２ バルブ５を完全に閉じたこと以外は実施例２と同じ実験
を行ったところ、溶存酸素濃度は、原水が８．１　ｐｐ
ｍ　、処理水が０．４　ｐｐｍであった。この時、透過
気化モジュールの減圧側の圧力は’ｌ　３　ｔｏｒｒで
あった。

実施例３ 実施例２において、窒素富化モジュールに接続する油回
転式真空ポンプを用いず、窒素富化モジュールの真空ポ
ンプ接続口２０を透過気化モジュールに接続された水封
式真空ポンプに接続し、第３図に示した構成の脱酸素装
置を製作した。

この装置に、２５℃の上水道水を３１／ｍｉｎで流し、
バルブ５により窒素富化空気導入量を調節して、透過気
化モジュールの減圧側の圧力をバルブ閉時に比べて２　
ｔｏｒｒ上昇するだけ窒素富化空気を導入し、水及び流
出する処理水の溶存酸素濃度（ＤＯ）を測定したところ
、原水が８．ｌｐｐｍ、処理水が０．３　ｐｐｍであっ
た。

比較例３ バルブ５を完全に閉じたこと以外は実施例３と同じ実験
を行ったところ、溶存酸素濃度は、原水が８．１ｐｐｎ
＋、処理水が０．４　ｐｐｒａであった。この時、透過
気化モジュールの減圧側の圧力は２９　ｔｏｒｒであっ
た・ 〔効　果〕 本発明により、透過気化方式の液体の脱酸素装置におい
て、水蒸気や溶剤蒸気の吸引に耐えるメリットを持つも
のの減圧度が低い、水封式ポンプやダイアフラム型真空
ポンプを用いながら、これまでの隔膜式脱気装置に比べ
て残留溶存酸素量を減少させることができる。また同じ
残留溶存酸素量まで脱気する場合には、排気量の小さい
真空ポンプを使用することができる。

本発明はまた、液体窒素や窒素その他のボンベを使用す
ること無く上記の脱気性能を実現するものであり、窒素
配管が不要なため設置場所の自由度が増し、また、面倒
な窒素ボンベの管理や交換操作が不要となる上、維持コ
トスも安価となる。

本発明の脱酸素装置は、ボイラー供給水の脱酸素、人口
透析用水の脱酸素、半導体洗浄用の超純水の脱酸素、逆
浸透膜への供給水の脱酸素、上、中水の赤水防止、貯蔵
水の微生物繁殖防止、食物などの貯蔵用低酸素水の製造
、有機溶剤の脱酸素などの用途に優れた性能を発揮する
。

さらに本装置は、酸素だけでな（液体に溶存する揮発性
物質一般の除去にも使用し得る。例えば液体の脱泡、水
中に溶存する有機溶剤の除去、上水の脱臭などに適用可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、及び第３図は、実施例で用いた本発明
の脱酸素装置の構成を示すダイアグラムであり、第４図
は、実施例で用いた透過気化モジュールの部分縦断面図
、第５図は、実施例で用いた透過気化モジュールの縦断
面図、第６図は実施例で用いた窒素富化モジュールの部
分縦断面図である０図中の記号は以下の通りである。 １・・・透過気化モジュール、２・・・真空ポンプ、３
・・・窒素富化モジュール、４・・・空気圧縮機、５・
・・流量調節バルブ、６・・・被処理原水、７・・・処
理水、８・・・真空ポンプ排気、９・・・空気、１０・
・・窒素富化空気、１１・・・排気、１２・・・窒素富
化用真空ポンプ、１３・・・空気導入口、１４・・・窒
素富化空気排出口、１５・・・中空糸、１６・・・樹脂
封止部、１７・・・ハウジング、１８・・・液体導入口
、１９・・・液体排出口、２０・・・真空ポンプ接続口
、２１・・・気体導入口、２２・・・網、２３・・・多
孔パイプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、透過気化膜の一方の側に被処理液体を流し他の側を
   真空ポンプで減圧することにより、該液体に含まれてい
   る酸素を除去する透過気化方式の脱酸素機構と、膜分離
   式窒素富化機構とを備え、該窒素富化機構により製造さ
   れた窒素富化空気を、該脱酸素機構の減圧側に流すこと
   からなる脱酸素装置。 ２、膜分離式窒素富化機構が、窒素富化モジュールおよ
   び空気圧縮機からなることを特徴とする請求項１の脱酸
   素装置。 ３、膜分離式窒素富化機構が、窒素富化モジュールおよ
   び真空ポンプからなることを特徴とする請求項１の脱酸
   素装置。 ４、膜分離式窒素富化機構の真空ポンプを透過気化方式
   の脱酸素機構の真空ポンプが兼ねることを特徴とする請
   求項３の脱酸素装置。