JPS58174285A - 給水の脱酸素方法及びその装置 - 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】 この発明は給水の脱酸素。方法とその装置に関“′１ する。

近時ボイラの給水特に高温高圧のボイラにおいては給水
中の含有酸素量はＰＰｂ級にすることが強く要求されて
おる。一方低圧のｌｏ′Ｙ！ｇ級の使用圧の低いものに
おいてもまた酸素含有量を低減することが強く要求され
ている。これは給水中の不純物除去手段が改善され、従
来スケール分が多くそのスケール付着層により酸素腐食
の防止がされていたものがスケールが少ないことにより
酸素腐食の問題が登場することとなったものである。

従来給水中に含有する酸素の除去は化学薬品によりされ
ていた。その薬剤の一つとして使用されている亜硫酸ソ
ーダは高圧、高温になるほど分解しやすく、これにより
ＳＯ２ガスを発生し、これが過熱器中で酸化されてｓｏ
３となりタービンの低圧段で蒸気の凝縮と共にＨ２ＳＯ
４となり低圧段の部材を腐食せしめるとともに、復水の
ＰＨ値を低下させ、系統腐食の一因になるという問題が
ある。

またヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）は次式に示すように酸素と
反応して水と窒素をつくるので従来好ましい脱酸素剤と
して大いに使用されている。

Ｎ２Ｈ４＋　０２　　”　　２Ｈ２０＋　Ｎ２　　　　
、、、（１）しかしＮ２Ｈ４は特異な体質をもつ人には
毒性をもつこととなり注意が必要である。

またこのヒドラジンの供給は給水中の含有酸素量を低下
させるため算出した理論値より若干多口に供給せねばな
らず、過剰のヒドラジンはそのま＼蒸発するか、または
式（２）に示すようにアンモニアと窒素に分解する。

３Ｎ２Ｈ，→４ＮＨ３＋Ｎ２　　　　　・・・（２）こ
こに生成したアンモニアは復水中に入り復水ノＰＨ値ヲ
高いものとするし、このアンモニアが多過ぎると銅系の
金属を腐食するようになるとシ）う問題がある。いずれ
にしても薬剤による脱酸素手段では適正な供給量の制御
が強く要求され、しかもなお給水系、復水系において部
材腐食という問題を生じている。

この発明は低圧の水素ガスを給水中に供給し給水中の酸
素除去を容易かつ効率よくする新たな脱酸素方法とその
装置を提案することを目的とする。

しかし給水中の酸素除去のため単に気体であろ水素ガス
を給水中に供給しても給水に充分溶は込まず、水中の酸
素と反応することが充分にされず逸脱する量が多くなり
、加えて高圧の水素ボンベの取扱いは責任者の監督を必
要とし重いボンベの取扱いは容易でない。

この発明は圧力の低い容器から安定したＨｐスを供給す
ることを可能ならしめ、かつ給水と充分混合してとけこ
ませ、加えて給水を好適な触媒樹脂のベッドを通過させ
その触媒作用により充分に０看除去する操作を連続して
行なう方法とその装置を提案することを特徴とする。

この発明の実施にかかる装置を以下図面により説明する
。水素ガスを水素ボンベより供給しようとすると高圧水
素ボンベは内圧１５０￥Ｉｇもありその圧力に耐えるボ
ンベの肉厚は厚いものとなり、一本のボンベの重量は重
いものとなり加えて高圧の危険物であることよりその取
扱いはむつかしい。また液体水素では一２５３℃のもの
を常温低圧のガスにするためには附属装置が多く、その
取扱いもむつかしい。

発明者等は近時開発されている水素貯蔵用合金の吸蔵能
力に着目しこれを使用した発明をした。

第１図はこの発明の実施にか＼る装置機器を接続する管
系読図である。符号１は水素貯蔵容器である。第２図は
その縦断面図で内圧２０〜３０￥Ｉｇの圧力に耐える容
器で材料はＡＩ又はＡ１合金等容器を軽くする材料を使
用することができる。胴本体１ａの７ランジと底部圧力
室２を形成する半球状の下部蓋１ｂのフランジとの間に
拡散板３を位置させる。拡散板３は胴内に収容する水素
吸蔵材（粉、小塊状）４が底部圧力室２に漏洩すること
がなく、かつ水素ガスを通過させうる多孔質の板（多孔
質のセラミック材。

焼結金属板または小孔を有する金属板）で作られている
。また拡散板は金網をその外面にもつ耐熱（最高１２０
℃に耐えること）の合成繊維等で織ったキャンパスでも
よい。胴の上部フランジにはほぼ半球状の上部Ｍｌｃが
７ランジ接続される。フランジ面には気密パツキン、気
密材を用い水素の漏洩のない構造とする。要すればフラ
ンジ接続部周をシール溶接したものとしてもよい。また
胴ｌａ内には伝熱コイル５を位置させ、この伝熱コイル
に温水、蒸気や冷却用水又は冷却ガスを通し胴内温度の
調節をする。またその温度は温度発信器６により計測さ
れその温度信号は制御箱１２に送るとともに計器表示を
可能とする。水素貯蔵容器１内の水素吸蔵材には水素ボ
ンベ７等の水素源から減圧弁８．下部蓋に接続する弁９
を経由し、さらに圧力室２゜拡散板３を通し水素を供給
し吸蔵させる。第１図には水素貯蔵容器ｌは１基だけし
か示してないが２基以上並列に設け（水素貯蔵容器の出
口弁１１ｂ、１１０のみ示す）水素ガス供給主管路（以
下単に水素主管路と称す）　１０に接続し、水素貯蔵容
器の出目弁１１ａ、　１１ｂ、　ｌｌｃは記憶と指令信
号を出す制御箱１２の指令信号により又は手動操作によ
り切換えて水素ガスの脱醸素容器３４への供給を連続し
てすることができる。水素貯蔵容器１内の圧力は上部蓋
ＩＣに接続するゝ圧力計１３から圧力信号として制御箱
１２に送られる。

水素貯蔵容器ｌ内の圧力２０〜３０５ｇの水素ガスは出
口弁１１ａより水素主管路ｌＯより減圧弁１４で減圧さ
れ５〜８５ｇの水素放出圧力の水素ガスとなる。その調
節は減圧弁１４の前後の水素主管路１０に設けた圧力発
信器１５ａ、　１５　ｂを目視して手動調節するか又は
これら圧力発信器１５ａ、１５ｂ　　からの信号を受け
る制御箱１２からの指令信号により制御される。減圧さ
れた水素ガスは水素ガス流量計１６止め弁２５を通り水
素給水混合器１７に供給される。

水素給水混合器（以下単に混合器と称す）１７はその一
例としては第３図にその断面を示す構造のものとする。

給水Ｗは軟水装置１８．軟水タンク１９．給水ポンプ２
０を経由し給水用の管路２１給水流量制御弁２２．給水
流量計２３を経由して混合器１７に供給される。なお、
軟水タンク又は給水用の管路２１には給水中の０２を計
測する０２メータ２４が設けられその給水中の０２含有
量は計器表示されるとともに制御箱１２に信号として送
られる。

混合器１７の構造を第３図、第４図により説明する。混
合器１７はベンチュリ一部１７ａとバッフル混合部１７
ｂとよりなる。水中へのガス溶は込み量を大きくするに
はＨＩスについては水温が５０℃以下であることが好ま
しい。

第５図は圧力’７６０ｍｍＨｇの圧力で水／　ｍｌに溶
解するＨ２の体積をＯ’Ｃ，’７６０ｍｍＨｇに換算し
た値ａ　（Ｂｕｎｓｅｎ吸収係数）ＸＩＯ”を縦軸に、
温度を横軸にして示す線図である。圧力についてはＨｅ
ｎｒｙの法則で「温度が一定のとき一定量の液体に対す
る気体の溶解度はその気体の分圧に正比例する」ことに
より鴨の溶解度は圧力の高いほどよい。従って容器のＨ
吸蔵材料容量、肉厚、価格等の条件より２０〜３０’Ｊ
５ｇの容器圧力を選定しこれを５〜８Ｖｇに減圧して使
用するのがよい。この５〜ａＶｇに減圧されたＨ、ｆ７
”スは水素主管路１０から止め弁２５を経由しベンチュ
リ一部１７ａの気室２６に供給され、ベンチュリーのス
ロート部２７に設けた複数のノズル２８より給水中に供
給されＪｌと微細な気泡となり混合する。一方給水は管
路２１よりベンチュリ一部１７ａに入りスロート部２７
でＨ！スの供給を受けこれと混合しバッフル混合部１７
ｂに流れバッフル２９の抵抗を受は乱流となリーガスと
よく混合し、管路３０主流量制御弁３１．給水噴霧供給
器３２を経由し、この給水噴霧供給器３２に設けた複数
のノズル３２ａから触媒樹脂層３３を有する脱酸素容器
３４内の給水中に噴出し水中の０２とＨ２の良好かつ充
分な接触をし触媒層を通りその触媒作用により０２と反
応し水（Ｈ２Ｏ）となり脱酸素をされる。この脱酸素さ
れた給水は流量制御弁３５．送水ポンプ３６、送水流量
計３７を経由し管路３８から給水を必要とするボイラそ
の他の装置に供給される。

つぎに水素貯蔵容器１内に収容する水素吸蔵材料につき
説明する。近時開発されたＴｉＭｎ合金は吸蔵能力、取
扱いの点で極めて好ましい材料である。水素吸蔵に際し
ての水素の挙動は、で△Ｈは発熱量で７．０Ｋ０１ＬＩ
／Ｈ２１！＋１０１である。

”Ｍｒｌｌ、　５Ｈ２，＋４固溶体の形態をとり、水素
を放出すると微細粉粒となり、水素を吸蔵すると粒。

小塊状となる性質を有する。Ｈ！スの吸蔵放出は実験で
は数１０００回（６０００回）してもその吸蔵能力の低
下は認められなかった。

水素吸蔵材料のＴｉＭｎ合金の性質は下記の通りである
。

（イ）水素貯蔵能力　合金１ｇ当り１８０〜２２０　ｃ
ｃｉｃｅ当り１．１３４〜１．３８６ Ｃ （ロ）水素放出率　　平均８８％ （ハ）水素放出圧力　５〜８気圧（２０〜４０°Ｃ）第
６図はＴｉＭｎ　　及びＴｉＦｅ−Ｈの温度と水素１．
５Ｈ 放出圧力との関係を示す線図である。

このような水素吸蔵材料を使用することにより常温によ
る水素の供給はきわめて容易なものとなり、水素の貯蔵
量も比較的大きく、常温でほぼ一定の圧力で水素の放出
を可能とし、−吸蔵材料も比較的安価である等の効果を
この発明の実施にかかる給水の脱酸素装置にもたらすも
のである。

水素貯蔵容器１内の伝熱コイル５に流す流体につき第１
図により説明する。蒸気又は温水。

熱ガス等の加熱された流体は管路３９．流量制御弁３９
ａを経由し混合器４４へ供給し、また冷水等の冷却流体
は管路４０．流量制御弁４０ａを経由し混合器４４に供
給して混合し、調節された温度の流体とし、温度計４３
でその温度を確認したのち流量制御弁４２を経由し管路
４１から伝熱コイル５に供給する。水素貯蔵容器１内の
水素吸蔵材４の温度を適当なものとし管路４５弁４６を
経由して排出される。加熱された流体は吸蔵しているＨ
２ガスを放出するとき単独に管路４１経由供給し、冷却
流体は水素吸蔵材料時に単独に管路４１経由し混合器を
通しても混合間作をすることなく流してもよい。

拡散板３を水素貯蔵容器に設けることは水素吸蔵前の水
素吸蔵材が微細粉粒状をしているので水素ボンベ７から
供給される水素ガスにより容器内の微細粉粒が流動層を
形成し、Ｈ２ガスとの接触面積は大きいものとなりかつ
均一に水素ガスと接触し吸蔵時間をいちぢるしく短縮す
る効果を奏するものである。

つぎに脱酸素容器３４内における弓と０２との反応たる
脱酸素につき説明する。この装置は一般に使用されるイ
オン交換樹脂を使用する容器と類似する構造をもつもの
である。容器内の多孔゛　　板３４ａ（樹脂層は板）上
にはイオン交換樹脂層３３が位置し、上端の鏡板にはイ
オン交換樹脂供ノズル５０、止め弁５１が設けられる。

下端の鏡板には給水排出ノズル５２とこれに接続する脱
酸素した給水の主管路５４が設けられる。主管路５４よ
り分岐する管路５５には止め弁５３ａ、５３ｂ及びこの
２つの止め弁間の管路５５に接続する逆洗用管路５６が
設けられている。

使用するイオン交換樹脂はこの脱酸素を主にする触媒樹
脂でありゲル型の強塩基性Ｉ型アニオン交換樹脂である
。これはパラジウムをｌｌ加しである触媒樹脂でその表
面で反応がされ水溶液中の脱酸素に格別の効果を有する
こととなる。

−例では商品名レパチツ）　Ｏ（１！　１０４５がある
。使用安定温度はｌｏｏ’ｃ以下とする。

この装置を使用し水素含有給水を供給する試験並びに実
験において水素の供給相が僅かにその化学理論量よりも
少くなると残留酸素の量が増大することが確められた。

第７１，１はその実験結果を示すもので化学理論量より
も多くＨ２を供給しているときの残留酸素量は符号Ａ域
の線図で示され、化学理論量よりも僅かに少くすると符
号Ｄ域の線図となり更に少くするとＣ，Ｄ域の線図とな
る。これに化学理論量よりも僅かに多くのＨ？：供給す
ると急激に残留０遅は減少し符号Ｄ域に示すものとなり
その敏速な効果が確認された。また触媒樹脂層を通過す
る給水の速度ｎｖ／ｈ　　＠１ｏｏｊ水／ｈ／樹脂層ｉ
）は遅いほど脱酸素の効果あることは勿論であり第８図
に示すようなものとなる。

第９図にこの発明の実施にかかる制御系統を示す、機器
部材の符号は第１図の符号に対応するものである。前述
の如く好適な水中の０２除去のためにはこの０２量に対
応する化学理論量のＨ２量より多いＨ２ガスを供給する
必要がある。このため供給する給水中の０２量は給水流
量計２３の流量信号と給水中のＯＡ計測する０２）を−
夕２４の０２量信号とを制御箱１２に送りその積により
得られる。これに必要とするＨ２量は水素ガス流量計１
６の流量信号と圧力計１５ｂの圧力信号とが制御箱１２
に送られ演算される。混合器１７に送られる顯ガスの圧
力は水素貯蔵容器１内の圧力を計測する圧力計１３の信
号と、圧力発信器１５ａ、１５ｂの信号が制御箱１２に
送られ、減圧弁１４を制御することにより調節される。

また出目弁１１ａ、　ｌｌｂ、　ｌｌａの切替によりＨ
２ガスの送出は連続したものにでき、一方においてＨ！
スの吸蔵操作をすることができる。水素貯蔵容器１内の
Ｈ，ｆｆス圧力は第６図の線図にもあるように温度発信
器６の温度と送出するＨＩス量により定まるので、水素
ガス流量計１６の流量信号と温度発信器６の温度信号と
を制御箱１２に送り伝熱コイル内を流す流体温度を湿度
計４３の信号をもとにして流量制御弁３９ａ、４０ａを
調節制御することによりＨ！スの発生量がきまり、結果
として圧力計１３に表示されることとなるという制御が
される。

混合器１７に送られる給水量は給水流量制御弁２ｚによ
り制御される。

送水量は０２メーター５７による残留０２量の信号と送
水流量計３７の信号を制御箱１２におくり弁３５及び又
は主流量制御弁３１を制御することにより調節される。

また脱酸素した給水の供給先の装置の負荷信号（図示せ
ず）を制御箱１２に入れ装置制御の因子として加えるこ
ともできる。

この発明を実施することにより適量のＨ，ｔｔスが給水
と共に脱酸素容器３４に供給され触媒樹脂層３３でＨ２
Ｏとなるためボイラの給水系統、タービンプラントの腐
食を生ずることもなく、Ｈ２ガス供給装置は２０〜３　
ＯＹｅｔ　ｇ級の低圧のものを採用することができ、Ｈ
！スの吸蔵、放出の制御も容易になり吸蔵金属材料も繰
返し使用でき、しかも短時間で脱酸素の反応が得られヒ
ドラジン等の脱酸素薬剤を不用とするなど種々の効果を
奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にか＼る装置の配管系統を示す図面、
第２図は水素貯蔵容器の断面図、第３図は混合器の縦断
面図、第４図は第３図のＩ−■断面視図、第５図はＨガ
スの水に対する溶解度についての水温とＢｕｎｓｅｎ吸
収係数の関係を示す線図、第６図はＴｉＭｎ　１．５Ｈ
合金と、Ｔｉ１Ｐθ−Ｈ合金の湿度と水素放出圧力の関
係を示す線図、第７図は供給する町−が給水中のＯＪこ
対する化学理論量より多い場合（Ａ）と少い場合（Ｂ、
　Ｃ，Ｄ）における残留酸素量の変化を時間を横軸にし
て示すＩＩｓ図、第８図は脱酸素容器内における流速と
処理水中の残留酸素との関係を示す線図、第９図は第１
図に示す装置の制御系統図である。 １・・・・・・水素貯蔵容器 １１ａ、ｌｌｂ、１ｌｃ−−・出口弁 １２・・・・・・制御箱 １４・・・・・・減圧弁 １７・・・・・・混合器 ２ｏ・・・・・・給水ポンプ ３１・・・・・・主流量制御弁 ３４・・・・・・脱酸素容器 ３６・・・・・・送水ポンプ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　水素吸蔵材料を収容する圧力容器から減圧弁を経
   由し供給される水素を給水と混合して触媒樹脂を収容す
   る容器に供給し脱酸素することを特徴とする給水の脱酸
   素方法。 ２、　水素吸蔵材料をＴｉＭｎ系合金とし、触媒樹脂を
   アニオン交換樹脂の粗粒品にパラジウムを附加したもの
   とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の給
   水の脱酸素方法。 ３、　水素と混合する前の給水中の酸素含有量を計測し
   これと反応し水となるための化学理論量以上の量の水素
   を供給することを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の給水の脱酸素方法。 ４、　加熱流体と冷却流体を切換えまたは混合してａ渇
   とし供給することを可能とする伝熱コイルを内蔵しかつ
   水素吸蔵材料を収容した水素貯蔵容器、減圧弁、水素ガ
   ス流量計、水素給水混合器、主流量制御弁、脱酸素容器
   内に位置する給水噴霧供給器とを管路で接続した水素含
   有給水供給管路と、給水タンク、給水ポンプ、給水流量
   制御弁、給水流量計を給水温度計を有する管路で接続し
   た給水管路と、主流量制御弁と、前記給水噴霧供給器を
   内蔵しかつ触媒樹脂層を有する脱酸素容器とよりなるこ
   とを特徴とする給水の脱酸素装置。 ５、水素給水混合器を給水の供給を受けるベンチュリ一
   部と、このベンチュリ一部のスロートに設けたノズルか
   らスロートに水素ガスを供給する水素ガス室と、このベ
   ンチュリ一部に接続し４以上のバッフルを有スルバッフ
   ル混合室とを接続して形成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第４項記載の給水の脱酸素装置。 ６、特許請求の範囲第４項記載の給水の脱酸素装置にお
   いて、水素貯蔵容器から供給する水素ガス圧力を減圧す
   る減圧弁前後の圧力差のの信号と、水素ガス流量計の流
   量信号と、脱酸素した給水の残留酸素量信号と送水流量
   計の流量信号とを受ける記憶と指令信号を出す制御箱を
   設け、水素貯蔵容器の出口弁、減圧弁、水素を混入した
   給水の主流量制御弁、水素混入前の給水の給水流量制御
   弁、脱酸素済みの給水の流量制御弁を制御する給水制御
   系統を設けたことを特徴とする給水の脱酸素装置。 ７、水素貯蔵容器内温度を温度信号として制御箱に送り
   、温度調節をした流体を水素貯蔵容器内に設けた伝熱コ
   イルに供給することを特徴とする特許請求の範囲第６項
   記載の給水脱酸素装置。