JP4182354B2 - Water capture system for microgravity environment used in pervaporation method - Google Patents
Water capture system for microgravity environment used in pervaporation method Download PDFInfo
- Publication number
- JP4182354B2 JP4182354B2 JP2004227057A JP2004227057A JP4182354B2 JP 4182354 B2 JP4182354 B2 JP 4182354B2 JP 2004227057 A JP2004227057 A JP 2004227057A JP 2004227057 A JP2004227057 A JP 2004227057A JP 4182354 B2 JP4182354 B2 JP 4182354B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid
- cone
- pump
- bubble
- water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Degasification And Air Bubble Elimination (AREA)
- Physical Water Treatments (AREA)
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
Description
本発明は、浸透気化法において用いられる捕水システムに関する。より詳しくは、浸透気化法において、透過膜の透過側に接続され、透過膜の透過側を透過膜の供給側に比べて減圧することができる捕水システムに関する。また本発明は、浸透気化法において、透過膜の透過側に接続され、透過膜の透過側を透過膜の供給側に比べて減圧し、透過膜を透過した画分を冷却して液化するとともに、混入した気泡を除去することができる捕水システムに関する。さらに本発明は、宇宙空間などの微小重力環境においても、好適に使用することができる捕水システムに関する。
尚、本明細書において、浸透気化法は、パーベーパレーション法と同義語である。
The present invention relates to a water catching system used in a pervaporation method. More specifically, the present invention relates to a water catching system that is connected to the permeation side of the permeable membrane and can reduce the pressure of the permeation side of the permeable membrane as compared with the supply side of the permeable membrane in the pervaporation method. In the osmotic vaporization method, the present invention is connected to the permeation side of the permeation membrane, the permeation side of the permeation membrane is decompressed compared to the supply side of the permeation membrane, and the fraction that permeates the permeation membrane is cooled and liquefied The present invention relates to a water catching system that can remove mixed bubbles. Furthermore, the present invention relates to a water catching system that can be suitably used even in a microgravity environment such as outer space.
In the present specification, the pervaporation method is synonymous with the pervaporation method.
宇宙環境利用を進めるためには、国際宇宙ステーションの開発と軌道上建設及びその運用を支える科学技術の基盤構築が不可欠である。特に、宇宙ステーションにおける有人活動では、人が生きるために必要な空気、水、食料を供給し、排出される廃棄物を速やかに取り除く環境制御・生命維持システムが重要とされる。中でも廃水を浄化処理して再利用することができれば、必要な資源を地上から補給する量が減り、ひいては補給コストの削減を期待することができる。 In order to promote the use of the space environment, the development of the International Space Station, the construction in orbit, and the construction of science and technology that supports its operation are indispensable. In particular, in manned activities at the space station, an environmental control and life support system that supplies air, water, and food necessary for people to live and quickly removes discharged waste is important. In particular, if the wastewater can be purified and reused, the amount of necessary resources to be replenished from the ground can be reduced, and as a result, the replenishment cost can be expected to be reduced.
本発明者らは、特許文献1において、親水性のキトサン膜を用いた浸透気化法を開示しており、この浸透気化法によって、(1)水中の非揮発成分を完全に除去できること、(2)キトサン膜で遊離アンモニアを約60%除去できること、(3)硝酸アンモニアや有機酸アンモニアの場合90%以上除去できること、(4)浸透気化法と吸着法を組み合わせた方法によれば、遊離アンモニアを99.99%以上除去できること、(5)真空を利用して吸着剤を繰り返し再生できること、などを明らかにした。 The present inventors have disclosed an osmotic vaporization method using a hydrophilic chitosan membrane in Patent Document 1, and (1) that non-volatile components in water can be completely removed by this osmotic vaporization method, (2 ) About 60% free ammonia can be removed with chitosan membrane, (3) 90% or more can be removed in the case of ammonia nitrate or organic acid ammonia, (4) According to the combination of pervaporation method and adsorption method, It was clarified that 99.99% or more can be removed, and (5) that the adsorbent can be repeatedly regenerated using vacuum.
特許文献1に開示したような浸透気化法による浸透気化システムを、宇宙環境において安定的に運用するためには、浸透気化における気化熱に相当する温熱の供給によって膜透過駆動プロセスを維持すること、透過水蒸気を凝縮液化するための冷熱を供給すると同時に透過側の減圧を維持することなどが必要とされる。
宇宙空間の特徴は極端な温度差である。即ち、太陽光の当たる日向は高温になり、太陽光の当たらない日陰は低温になる。従って、適当な液体媒体と熱交換器及び媒体の輸送手段によって温熱及び低温を浸透気化システムの所定部位に運ぶことが可能である。また、太陽光発電によって電気エネルギーから温熱及び冷熱を発生させて浸透気化システムで利用することも可能である。
In order to stably operate the pervaporation system based on the pervaporation method disclosed in Patent Document 1 in the space environment, maintaining the membrane permeation driving process by supplying warm heat corresponding to the heat of vaporization in permeation vaporization, It is necessary to maintain the reduced pressure on the permeate side at the same time as supplying cold heat for condensing the permeated water vapor.
The feature of outer space is an extreme temperature difference. In other words, the sunlight that is exposed to sunlight is hot, and the shade that is not exposed to sunlight is cold. Therefore, it is possible to carry hot and cold temperatures to a predetermined part of the pervaporation system by means of a suitable liquid medium and heat exchanger and medium transport means. It is also possible to generate hot and cold heat from electric energy by solar power generation and use it in the pervaporation system.
特許文献1記載の発明による浸透気化法によって、宇宙環境における水循環システムを構築するために残された課題は微少重力環境における捕水手法の開発である。
通常、浸透気化装置の透過側は、供給側に比べて減圧されている。宇宙環境において、減圧状態は、宇宙空間を利用することによって容易に得ることができる。しかし、浸透気化装置の透過側を減圧するために宇宙空間を利用すると、透過側に透過した画分を回収することが困難となるといった問題が存在した。
The problem remaining for constructing a water circulation system in the space environment by the pervaporation method according to the invention described in Patent Document 1 is the development of a water capturing method in a microgravity environment.
Usually, the permeation side of the pervaporation device is depressurized compared to the supply side. In the space environment, the reduced pressure state can be easily obtained by utilizing outer space. However, when space is used to decompress the permeation side of the pervaporation device, there has been a problem that it is difficult to collect the fraction that has permeated the permeation side.
また、通常の浸透気化システムにおける透過水蒸気の凝縮による液化は熱交換器を用いた冷却で行われる。凝縮液の扱いは微少重力環境特有の難しい課題である。即ち、微小重力下では凝縮液化した液体は熱交換器に付着してそこに止まり熱交換効率を低下させてしまう。従来、熱交換器に付着した凝縮液を除去するには、熱交換器に機械的回転運動を与えてその遠心力によって付着した凝縮液を除去することが考えられていた。しかし、この手法は浸透気化システムを複雑にしてしまうためシステムを安定的に運用することが困難になるといった問題が存在した。
さらに、熱交換器を用いた冷却では気体の凝縮・液化エネルギーが必要とされるが、熱交換における熱交換器材料を伝わる熱伝導にともなうエネルギーがロスする。また凝縮液は熱の不良導体であるので、熱交換器を用いた冷却では、熱交換効率を上昇させることは困難であった。
Further, liquefaction by condensation of permeated water vapor in a normal pervaporation system is performed by cooling using a heat exchanger. The handling of condensate is a difficult task unique to microgravity environments. That is, under microgravity, the condensed and liquefied liquid adheres to the heat exchanger and stops there, reducing the heat exchange efficiency. Conventionally, in order to remove the condensate adhering to the heat exchanger, it has been considered to remove the condensate adhering to the heat exchanger by applying a mechanical rotational motion to the centrifugal force. However, this method complicates the pervaporation system, which makes it difficult to operate the system stably.
Furthermore, although cooling using a heat exchanger requires gas condensation and liquefaction energy, energy associated with heat conduction through the heat exchanger material in heat exchange is lost. Also, since the condensate is a poor conductor of heat, it is difficult to increase the heat exchange efficiency by cooling using a heat exchanger.
本発明は上記した課題を解決するためになされた発明であって、宇宙空間などの微小重力環境下において、浸透気化装置の透過膜の透過側に配置されて、浸透気化装置の透過側を供給側に比べて減圧するとともに、透過膜の透過側に透過した画分を液化するための微小重力環境用捕水システムであって、アスピレーターと、ポンプと、熱交換手段と、気泡除去装置とが直列に接続された循環ラインを備えており、前記循環ライン内の液体は前記ポンプによって循環移動可能とされており、前記アスピレーターは、前記液体の循環移動によって、浸透気化装置の透過側を供給側に比べて減圧するとともに、浸透気化装置の透過側に透過した画分をアスピレーター内を循環移動する液体によって液化し、前記液体は熱交換手段によって液温が一定温度範囲に調節されるとともに、前記気泡除去装置によって前記液体中に存在する気泡が除去されることを特徴とする捕水システムに関する。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is arranged on the permeation side of the permeation membrane of the pervaporation device in a microgravity environment such as outer space, and supplies the permeation side of the permeation vaporization device. A microgravity environment water catching system for reducing the pressure compared to the side and liquefying the fraction permeated to the permeation side of the permeable membrane, comprising an aspirator, a pump, a heat exchanging means, and a bubble removing device. A circulation line connected in series is provided, and the liquid in the circulation line can be circulated by the pump, and the aspirator supplies the permeation side of the pervaporation device to the supply side by the circulation movement of the liquid. Compared to the above, the fraction permeated to the permeation side of the pervaporation device is liquefied by the liquid circulating in the aspirator, and the liquid temperature is kept constant by heat exchange means. While being adjusted to a degree range, to a water-trapping system, characterized in that air bubbles present in the liquid are removed by the bubble removing device.
請求項2に係る発明は、前記気泡除去装置が、一方の端面中央部に気泡排出孔と、一方の端部に液体用の供給口と、他方の端部に脱泡液体用の排出口とを、それぞれ備えた円筒形状のハウジングと、前記ハウジング内において、前記ハウジングの中心軸線と同軸に配設されて旋回流室を画成する先端に開口部が設けられた円錐形状のコーンと、一端が前記ハウジング外部に開放されかつ周壁に多数の小孔が穿設されるとともに、前記コーンの中心軸線に沿って伸びる気泡除去管と、が設けられてなり、前記循環ライン内を循環移動する液体は、前記供給口から気泡除去装置に供給され、前記供給口を介して旋回流路に導入された液体は、遠心分離作用により液体と、液体に含まれていた気泡とを外側と内側の層に各々分離し、前記コーンの中心軸線に沿って集合する気泡を液体とともに前記気泡除去管を介して外部に排出し、前記コーンの先端開口部から吐出された液体は、脱泡液体用の排出口から排出されることを特徴とする請求項1に記載の捕水システムに関する。 The invention according to claim 2 is characterized in that the bubble removing device has a bubble discharge hole at one end surface center, a liquid supply port at one end, and a defoamed liquid discharge port at the other end. Each having a cylindrical housing, a conical cone disposed at the tip of the housing, coaxially arranged with the central axis of the housing and defining a swirl flow chamber, and one end Is opened to the outside of the housing, and a plurality of small holes are formed in the peripheral wall, and a bubble removing pipe extending along the central axis of the cone is provided, and the liquid that circulates and moves in the circulation line Is supplied to the bubble removing device from the supply port, and the liquid introduced into the swirl flow path through the supply port is divided into an outer layer and an inner layer by separating the liquid and the bubbles contained in the liquid by a centrifugal separation action. Separated into each of the cones The bubbles gathering along the axis are discharged together with the liquid to the outside through the bubble removing pipe, and the liquid discharged from the tip opening of the cone is discharged from the discharge port for the defoaming liquid. The water collecting system according to claim 1 .
請求項3に係る発明は、前記気泡除去装置が、一方の端面中央部に気泡排出孔と、一方の端部に液体用の供給口と、他方の端部に脱泡液体用の排出口とを、それぞれ備えた円筒形状のハウジングと、前記ハウジング内において、前記ハウジングの中心軸線と同軸に配設されて旋回流室を画成する先端に開口部が設けられた円錐形状のコーンと、一端が前記ハウジング外部に開放されかつ周壁に多数の小孔が穿設されるとともに、前記コーンの中心軸線に沿って伸びる気泡除去管と、前記コーンの外面側に沿って設けられた熱交換手段と、前記コーンの中心軸線延長線上に設けられ、前記円錐形状のコーンの先端開口部から吐出した液体の流れ方向を変えるための表面半球状の流方向反転体と、が設けられてなり、前記循環ライン内を循環移動する液体は、前記供給口から気泡除去装置に供給され、前記供給口を介して旋回流路に導入された液体は、遠心分離作用により液体と、液体に含まれていた気泡とを外側と内側の層に各々分離し、前記コーンの中心軸線に沿って集合する気泡を液体とともに前記気泡除去管を介して前記排出口から外部に排出し、前記コーンの先端開口部から吐出された液体は、前記流方向反転体によって、流方向が反転させられ、前記熱交換手段によって、液体に温度変化が与えられた後、脱泡液体用の排出口から排出されることを特徴とする請求項1に記載の捕水システムに関する。 According to a third aspect of the present invention, the bubble removing device includes a bubble discharge hole at one end surface center portion, a liquid supply port at one end portion, and a defoamed liquid discharge port at the other end portion. Each having a cylindrical housing, a conical cone disposed at the tip of the housing, coaxially arranged with the central axis of the housing and defining a swirl flow chamber, and one end Is opened to the outside of the housing and a plurality of small holes are formed in the peripheral wall, and a bubble removing pipe extending along the central axis of the cone, and heat exchange means provided along the outer surface side of the cone A surface hemispherical flow direction reversal body provided on the extension of the central axis of the cone and for changing the flow direction of the liquid discharged from the tip opening of the cone-shaped cone. Circular movement in the line The liquid that is supplied to the bubble removing device from the supply port, and the liquid introduced into the swirl flow path through the supply port causes the liquid and the bubbles contained in the liquid to be separated into the outer side and the inner side by centrifugal action. The bubbles separated from each other and discharged along the central axis of the cone together with the liquid are discharged from the outlet through the bubble removal pipe, and the liquid discharged from the tip opening of the cone is The flow direction is reversed by the flow direction reversal body, and the temperature is changed by the heat exchange means, and then the liquid is discharged from the discharge port for the defoamed liquid. It relates to the water catching system described .
請求項1に係る発明によれば、浸透気化装置の透過側をアスピレーターによって減圧しているので、浸透気化装置の透過側を減圧すると同時に、透過側に透過した画分がアスピレーター内を循環移動する液体と熱交換することによって、この画分は液化されるので、透過画分を容易に回収することが可能となる。
また熱交換手段の回転装置などを必要としないので、浸透気化システムを安定的に運用することができる。
さらに熱交換手段と、気泡除去装置と、循環ラインとが設けられ、液体が循環移動可能とされているので、液体の液温を一定温度範囲に維持することができるとともに、液体に混入した気泡を除去することが可能となり、浸透気化システムをより安定的に運用することができる。
請求項2に係る発明によれば、液体の遠心力によって液体中の気泡を除去することができ、回転運動を与える手段などを必要としないので、浸透気化システムをより安定的に運用することができる。
また透過側に透過した成分の液化による循環ライン内の液体の増分は、気泡とともに気泡除去装置から排出されるので、透過成分の回収を容易に行うことができる。
請求項3に係る発明によれば、気泡除去装置の円錐形のコーンの外周に熱交換手段が設けられているので、捕水システムをコンパクト化することができ、スペースを有効利用することができる。
請求項4に係る発明によれば、透過膜を透過した画分の汚染を最小限度に抑制することができる。
According to the first aspect of the invention, since the permeation side of the pervaporation device is decompressed by the aspirator, the permeation side of the permeation vaporization device is decompressed and, at the same time, the fraction permeated to the permeation side circulates in the aspirator. This fraction is liquefied by exchanging heat with the liquid, so that the permeated fraction can be easily collected.
Further, since a rotating device for heat exchange means is not required, the pervaporation system can be stably operated.
Furthermore, since the heat exchange means, the bubble removing device, and the circulation line are provided so that the liquid can be circulated and moved, the liquid temperature of the liquid can be maintained within a certain temperature range, and the bubbles mixed in the liquid Can be removed, and the pervaporation system can be operated more stably.
According to the invention of claim 2 , since the bubbles in the liquid can be removed by the centrifugal force of the liquid and no means for giving a rotational motion is required, the pervaporation system can be operated more stably. it can.
Further, the increment of the liquid in the circulation line due to the liquefaction of the component permeated to the permeate side is discharged from the bubble removing device together with the bubbles, so that the permeated component can be easily collected.
According to the invention of claim 3 , since the heat exchanging means is provided on the outer periphery of the conical cone of the bubble removing device, the water catching system can be made compact and the space can be used effectively. .
According to the invention which concerns on Claim 4 , the contamination of the fraction which permeate | transmitted the permeable film can be suppressed to the minimum.
以下、本発明に係る捕水システムについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。図1は本発明に係る捕水システムの好適な実施形態の一例を示す図である。 Hereinafter, a water catching system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an example of a preferred embodiment of a water catching system according to the present invention.
本発明に係る捕水システムは、浸透気化装置の透過側に接続されて使用される。即ち、浸透気化装置の透過膜の透過側を供給側に比べて減圧するとともに、透過膜を透過した画分を液化して回収するための装置である。
尚、浸透気化法は、透過膜の供給側(一次側)に液体が供給され、透過膜の透過側(二次側)が気体という、相変化を伴う分離方法である。
The water capturing system according to the present invention is used by being connected to the permeation side of the pervaporation apparatus. That is, it is a device for reducing the pressure of the permeation side of the permeation membrane of the pervaporation device as compared with the supply side, and liquefying and collecting the fraction permeated through the permeation membrane.
The pervaporation method is a separation method that involves a phase change in which liquid is supplied to the supply side (primary side) of the permeable membrane and the permeation side (secondary side) of the permeable membrane is gas.
本発明に係る捕水システム(10)には、図1に示すように、浸透気化装置(A)の透過側(b)に設けられたアスピレーター(11)からなる。アスピレーター(11)には、液体供給口(11a)と、液体吐出口(11b)と、吸引口(11c)とがあり、浸透気化装置(A)の透過側(b)は、吸引口(11c)に接続されている。
液体供給口(11a)に液体が供給されて液体吐出口(11b)から吐出されることによって、吸引口(11c)から気体が吸引されて、浸透気化装置(A)の透過側(b)が減圧される。
The water catching system (10) according to the present invention comprises an aspirator (11) provided on the permeation side (b) of the pervaporation device (A) as shown in FIG. The aspirator (11) has a liquid supply port (11a), a liquid discharge port (11b), and a suction port (11c). The permeation side (b) of the pervaporation device (A) is a suction port (11c). )It is connected to the.
When liquid is supplied to the liquid supply port (11a) and discharged from the liquid discharge port (11b), gas is sucked from the suction port (11c), and the permeation side (b) of the pervaporation device (A) is Depressurized.
浸透気化装置(A)の透過膜(c)を透過した画分(以下、透過画分という場合がある。)は、アスピレーター(11)の吸引によって、吸引口(11c)からアスピレーター(11)内に入り、アスピレーター(11)内を流れる液体と接触する。これによって、透過画分と、液体との間で熱交換が起こり、透過画分は液化される。
透過画分を容易に回収するために、アスピレーター(11)内に供給される液体は、透過画分と同一の物質、或いは透過画分と容易に分離することができる物質であることが好ましい。例えば、透過画分が水(水蒸気)を含む場合、水の回収を容易に行うために、アスピレーター(11)内に供給される液体は、水であることが好ましい。
The fraction that has passed through the permeable membrane (c) of the pervaporation device (A) (hereinafter sometimes referred to as the “permeated fraction”) is drawn into the aspirator (11) from the suction port (11c) by the suction of the aspirator (11). Enters and contacts the liquid flowing in the aspirator (11). As a result, heat exchange occurs between the permeated fraction and the liquid, and the permeated fraction is liquefied.
In order to easily collect the permeated fraction, the liquid supplied into the aspirator (11) is preferably the same substance as the permeated fraction or a substance that can be easily separated from the permeated fraction. For example, when the permeated fraction contains water (water vapor), the liquid supplied into the aspirator (11) is preferably water in order to easily collect water.
図1に示すように、本発明に係る捕水システム(10)には、ポンプ(12)が設けられ、このポンプ(12)の駆動によって、液体がアスピレーター(11)に供給されることが好ましい。
本発明で用いられるポンプ(12)は、液体を圧送することができるものであれば特に限定されず、例えば、遠心ポンプ、レビトロポンプ、マグネットポンプ、自給式マグネットポンプ、バレスケ型ポンプなどを例示することができる。
As shown in FIG. 1, it is preferable that the water capturing system (10) according to the present invention is provided with a pump (12), and liquid is supplied to the aspirator (11) by driving the pump (12). .
The pump (12) used in the present invention is not particularly limited as long as it can pump a liquid, and examples thereof include a centrifugal pump, a Levitro pump, a magnet pump, a self-contained magnet pump, a Bareske type pump, and the like. Can do.
ポンプ(12)は、アスピレーター(11)の最適流水通過速度以上となるように、液体をアスピレーター(11)に供給することができるものであることが好ましく、アスピレーター(11)の最適流水通過速度の2倍以上の液体をアスピレーター(11)に供給することができるポンプ(12)がより好ましい。
アスピレーター(11)に供給される液体が少ないと、浸透気化装置(A)の透過側(b)を充分減圧することができない場合がある。
The pump (12) is preferably capable of supplying a liquid to the aspirator (11) so as to be equal to or higher than the optimum flowing water passing speed of the aspirator (11), and has an optimum flowing water passing speed of the aspirator (11). A pump (12) that can supply twice or more liquid to the aspirator (11) is more preferable.
If the amount of liquid supplied to the aspirator (11) is small, the permeation side (b) of the pervaporation device (A) may not be sufficiently decompressed.
ポンプ(12)を構成する素材としては、液体を汚染する心配がない材質であることが好ましく、例えば、PVDFを例示することができる。 As a material which comprises a pump (12), it is preferable that it is a material which does not have the worry which contaminates a liquid, for example, PVDF can be illustrated.
特に、本発明では、ポンプ(12)として、レビトロポンプを使用することが好ましい。図2は、レビトロポンプ(120)の概略構成を示す図である。レビトロポンプ(120)には、コイル(121)が設けられており、一体化されたインペラ(122)とローター(123)を磁気浮上させて、ステーター(124)の磁界内で回転させる機構を有している。
このように、レビトロポンプ(120)には、シャフト・軸受・軸封などが無く、摩擦熱やパーティクルの発生が無い。また液体を汚染することがなく、液体を高純度に保つことができる。またレビトロポンプ(120)は、液体中の気泡を排出する能力を有するので、液体の気泡除去効果を期待することもできる。
In particular, in the present invention, it is preferable to use a Levitro pump as the pump (12). FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the Levitro pump (120). The Levitro pump (120) is provided with a coil (121), and has a mechanism for magnetically levitating the integrated impeller (122) and rotor (123) and rotating them in the magnetic field of the stator (124). ing.
Thus, the Levitro pump (120) has no shafts, bearings, shaft seals, etc., and does not generate frictional heat or particles. Further, the liquid can be kept at high purity without being contaminated. Moreover, since the Levitro pump (120) has the ability to discharge bubbles in the liquid, it can also be expected to have an effect of removing bubbles in the liquid.
図1に示すように、本発明に係る捕水システム(10)には、気泡除去装置(13)が設けられていることが好ましい。
液体中に存在する気体は、宇宙環境のような微小重力環境下では、気泡として留まった状態で存在するので、液体中に存在する気泡を積極的に除去しないと、熱交換効率の低下などを招くことがある。
本発明で用いられる気泡除去装置(13)としては、液体中に存在する気泡を除去することができるものであれば特に限定されない。好ましくは、液体に遠心力を与えて、液体と気泡とを分離して気泡を除去することができる気泡除去装置(13)を例示することができる。
As shown in FIG. 1, it is preferable that the water catching system (10) according to the present invention is provided with a bubble removing device (13).
The gas that exists in the liquid exists in a microgravity environment such as a space environment in a state where it remains as a bubble.If the bubbles present in the liquid are not actively removed, the heat exchange efficiency is reduced. You may be invited.
The bubble removing device (13) used in the present invention is not particularly limited as long as it can remove bubbles present in the liquid. Preferably, a bubble removing device (13) that can apply centrifugal force to the liquid to separate the liquid and the bubbles to remove the bubbles can be exemplified.
図1に示すように、本発明に係る捕水システム(10)には、熱交換手段(14)が設けられていることが好ましい。
アスピレーター(11)内に供給される液体は、透過画分と接触した際に、透過画分を液化する。このために、液体の液温が上昇する。液温が上昇すると、最終的には、透過画分の液化を効率良く行うことが困難になる。
捕水システム(10)に熱交換手段(14)を設けることによって、液体の液温を一定範囲に調節することが可能となり、効率良く透過画分を液化することができる。
熱交換手段(14)としては、特に限定されるものではなく、一般的な熱交換手段を例示することができる。
As shown in FIG. 1, it is preferable that the water capturing system (10) according to the present invention is provided with a heat exchange means (14).
The liquid supplied into the aspirator (11) liquefies the permeated fraction when it comes into contact with the permeated fraction. For this reason, the liquid temperature rises. If the liquid temperature rises, it will eventually become difficult to efficiently liquefy the permeated fraction.
By providing the heat exchange means (14) in the water catching system (10), the liquid temperature of the liquid can be adjusted to a certain range, and the permeated fraction can be liquefied efficiently.
It does not specifically limit as a heat exchange means (14), A general heat exchange means can be illustrated.
図1に示すように、アスピレーター(11)、気泡除去装置(13)、ポンプ(12)及び熱交換手段(14)は、循環ライン(15)によって連結されていることが好ましい。ポンプ(12)の駆動によって、循環ライン(15)内を液体が循環移動することができる。
循環ライン(15)を構成する材質は、液体を汚染しない素材であれば特に限定されず、例えば、ステンレスを例示することができるが、循環ライン(15)の軽量化のために、エンジニアリングプラスチック類、特にテフロン(登録商標)をコーティングしたエンジニアリングプラスチック類が好ましい。
As shown in FIG. 1, it is preferable that the aspirator (11), the bubble removing device (13), the pump (12), and the heat exchange means (14) are connected by a circulation line (15). The liquid can circulate in the circulation line (15) by driving the pump (12).
The material constituting the circulation line (15) is not particularly limited as long as it is a material that does not contaminate the liquid. For example, stainless steel can be exemplified, but engineering plastics are used to reduce the weight of the circulation line (15). In particular, engineering plastics coated with Teflon (registered trademark) are preferred.
図3に、本発明で好適に用いられる気泡除去装置(130)の一例を示す。
図3に示す気泡除去装置(130)は、円筒形のハウジング(131)を備えている。円筒形のハウジング(131)の一方の端面中央部には、液体増分排出兼気泡排出孔(132a)と、一方の端面には気泡含有液体用の供給孔(133a)とが設けられている。供給孔(133a)には気泡含有液体用の供給管(133)が挿通されており、供給された液体が後述する円錐形状のコーン(134)の接線方向に噴出するようにされている。液体が円錐形状のコーン(134)の接線方向に噴出するようにされているので、液体は旋回流室(136)内で旋回流を生じる。
液体増分排出兼気泡排出孔(132a)には、液体増分排出兼気泡排出管(132)が挿通されている。
円筒形のハウジング(131)の他方の端部には、脱泡液体用排出口(135a)が設けられており、脱泡液体用排出管(135)が挿通されている。
円筒形のハウジング(131)内には、円筒形のハウジング(131)の中心軸線と同軸に配設されて旋回流室(136)を画成する先端に開口部が設けられた円錐形状のコーン(134)と、一端がハウジング外部に開放されかつ周壁に多数の小孔が穿設されるとともに、前記コーン(134)の中心軸線に沿って伸びる液体増分排出兼気泡除去管(132)とが備えられている。
FIG. 3 shows an example of a bubble removing device (130) preferably used in the present invention.
The bubble removing device (130) shown in FIG. 3 includes a cylindrical housing (131). A liquid incremental discharge / bubble discharge hole (132a) and a supply hole for bubble-containing liquid (133a) are provided at one end face central portion of the cylindrical housing (131). A supply pipe (133) for bubble-containing liquid is inserted into the supply hole (133a) so that the supplied liquid is ejected in the tangential direction of a cone-shaped cone (134) described later. Since the liquid is jetted in the tangential direction of the cone-shaped cone (134), the liquid generates a swirling flow in the swirling flow chamber (136).
The liquid incremental discharge / bubble discharge pipe (132) is inserted into the liquid incremental discharge / bubble discharge hole (132a).
The other end of the cylindrical housing (131) is provided with a defoaming liquid discharge port (135a) through which the defoaming liquid discharge pipe (135) is inserted.
In the cylindrical housing (131), a conical cone is disposed coaxially with the central axis of the cylindrical housing (131) and has an opening at the tip that defines the swirling flow chamber (136). (134) and a liquid incremental discharge / bubble removal pipe (132) having one end open to the outside of the housing and a plurality of small holes formed in the peripheral wall and extending along the central axis of the cone (134). Is provided.
さらに、図示する気泡除去装置(130)のように、円筒形のハウジング(131)内には、コーン(134)の中心軸線延長線上に設けられ、前記円錐形のコーン(134)の先端開口部から吐出した液体の流れ方向を変えるための表面半球状の流方向反転体(137)が設けられていることが好ましい。
さらに、図示する気泡除去装置(130)のように、コーン(134)の外面に沿って熱交換手段(14)を設けることが好ましい。
Further, like the bubble removing device (130) shown in the figure, the cylindrical housing (131) is provided on the central axis extension line of the cone (134), and the tip opening of the conical cone (134) is provided. It is preferable that a surface hemispherical flow direction reversal body (137) for changing the flow direction of the liquid discharged from is provided.
Furthermore, it is preferable to provide a heat exchanging means (14) along the outer surface of the cone (134) as in the illustrated bubble removing device (130).
アスピレーター(11)に供給された液体は、供給口(133a)を介して旋回流室(136)に導入される。この液体が気泡を含有する場合、遠心分離作用により液体と気泡とを外側と内側の層に各々分離され、コーン(134)の中心軸線に沿って集合する気泡を液体とともに液体増分排出兼気泡除去管(132)を介して外部に排出することができる。
透過画分を液化すると、当然、循環ライン(15)内を流れる液体の流量が増加する。循環ライン(15)の液量が許容量以上になると、液体が気泡とともに液体増分排出兼気泡除去管(132)から排出される。透過画分を回収して再利用する場合であれば、液体増分排出兼気泡除去管(132)から溢れ出た液体を回収すれば、容易に利用することができる。
一方、気泡が除去された液体は、コーン(134)の先端開口部から吐出する。図示する気泡除去装置(13)では、先端開口部から吐出した液体は、流方向反転体(137)によって、流方向が反転させられて、螺旋状に巻回する管(冷却コイル)と接触して冷却されて、前記コーン(134)の外面側を通過して、一方の端面側のハウジング(131)内壁によって、再び流方向が反転させられ、排出口(135)から排出される。
流方向反転体(137)が設けられていない場合、液体は排出口(135)から排出される。
The liquid supplied to the aspirator (11) is introduced into the swirling flow chamber (136) through the supply port (133a). When this liquid contains bubbles, the liquid and bubbles are separated into an outer layer and an inner layer by centrifugal action, and the bubbles gathering along the central axis of the cone (134) are discharged together with the liquid and discharged. It can be discharged to the outside through the pipe (132).
When the permeated fraction is liquefied, the flow rate of the liquid flowing in the circulation line (15) naturally increases. When the amount of liquid in the circulation line (15) exceeds an allowable amount, the liquid is discharged from the liquid incremental discharge / bubble removing pipe (132) together with the bubbles. In the case where the permeated fraction is collected and reused, the liquid overflowing from the liquid incremental discharge / bubble removing tube (132) can be collected and used easily.
On the other hand, the liquid from which the bubbles are removed is discharged from the tip opening of the cone (134). In the bubble removing device (13) shown in the figure, the liquid discharged from the opening at the front end is reversed in the flow direction by the flow direction reversing body (137) and comes into contact with the pipe (cooling coil) wound spirally. Then, after passing through the outer surface side of the cone (134), the flow direction is reversed again by the inner wall of the housing (131) on one end surface side and discharged from the discharge port (135).
When the flow direction inversion body (137) is not provided, the liquid is discharged from the discharge port (135).
図示する気泡除去装置(130)のように、コーン(134)の外面に沿って熱交換手段(14)を設けることによって、液体が円筒形のハウジング(131)内を通過する際に、液体の熱交換を行うことができる。
図示する熱交換手段(14)では、コーン(134)の外面に沿って、コーン(134)の外面を螺旋状に巻回する管が備えられており、この管内に熱交換用の冷媒を通液することによって、液体を熱交換することができるように構成されている。
螺旋状に巻回する管(冷却コイル)の材質は液体を汚染することがない材質が好ましく、かつ熱伝導率の高い材質が好ましく、このような素材としては、例えばSUS304、SUS316、銅、チタン系合金などを例示することができる。
Like the bubble removing device (130) shown in the figure, by providing heat exchange means (14) along the outer surface of the cone (134), when the liquid passes through the cylindrical housing (131), the liquid is removed. Heat exchange can be performed.
The illustrated heat exchange means (14) is provided with a tube that spirally winds the outer surface of the cone (134) along the outer surface of the cone (134), and a refrigerant for heat exchange is passed through the tube. It is configured so that the liquid can be heat exchanged by liquid.
The material of the spirally wound tube (cooling coil) is preferably a material that does not contaminate the liquid and preferably has a high thermal conductivity. Examples of such a material include SUS304, SUS316, copper, and titanium. Examples of such alloys can be given.
気泡除去装置(13)を構成する材質は、液体を汚染することがない材質が好ましく、このような素材としては、例えば、SUS304、SUS316、銅、チタン系合金を例示することができ、かつ軽量である材質が好ましい場合はポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリプロピレン、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、エンジニアリングプラスチックなどを例示することができる。 The material constituting the bubble removing device (13) is preferably a material that does not contaminate the liquid. Examples of such a material include SUS304, SUS316, copper, and a titanium alloy, and are lightweight. When the material is preferable, polycarbonate, acrylic resin, polypropylene, fluororesin, epoxy resin, engineering plastic and the like can be exemplified.
本発明に係る捕水システムは、宇宙環境のような微小重量環境において実施する浸透気化法の捕水システムとして好適に用いることができるが、地上において実施する浸透気化法の捕水システム、例えば、医療用及び生化学実験用の小型浸透気化膜超純水製造装置として用いることもできる。 The water capture system according to the present invention can be suitably used as a water capture system for an osmotic vaporization method implemented in a micro-weight environment such as a space environment. It can also be used as a small pervaporation membrane ultrapure water production apparatus for medical and biochemical experiments.
以下、本発明を実施例に基づき、より詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例により何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited at all by the following example.
[捕水装置]
図4〜6に、以下の実施例で使用する微小重力対応型試験捕水装置(100)の投影図を示す。図4は上面(X面)方向からの投影図であり、図5は正面(Y面)方向からの投影図であり、図6は左側面(Z面)方向からの投影図である。図7は、微小重力対応型試験捕水装置(100)の概略構成を示すフロー図である。
図示する微小重力対応型試験捕水装置(100)は、微小重力環境において機能するか否かを地上で検証することができるように、フレーム(F)が設けられており、6方位に設置ができるようになっている。
[Water catcher]
4 to 6 are projection views of the microgravity-compatible test water catching device (100) used in the following examples. 4 is a projection view from the top (X plane) direction, FIG. 5 is a projection view from the front (Y plane) direction, and FIG. 6 is a projection view from the left side (Z plane) direction. FIG. 7 is a flowchart showing a schematic configuration of the microgravity compatible test water catching device (100).
The microgravity compatible test water catching apparatus (100) shown in the figure is provided with a frame (F) so that it can be verified on the ground whether or not it functions in a microgravity environment, and is installed in six directions. It can be done.
(120)はレビトロポンプ(循環ポンプ)であり、(E)は渦式フローモニター(流速計)であり、(130)は熱交換手段を備えた気泡除去装置であり、(X)はアスピレーター取付部であり、(D)は測温抵抗体であり、(131a)は小型ボールバルブであり、(G)はボールバルブである。
気泡除去装置(130)は図3で示した気泡除去装置と同一構成である。
(120) is a Levitro pump (circulation pump), (E) is a vortex type flow monitor (velocimeter), (130) is a bubble removing device provided with heat exchange means, and (X) is an aspirator mounting part (D) is a resistance temperature detector, (131a) is a small ball valve, and (G) is a ball valve.
The bubble removing device (130) has the same configuration as the bubble removing device shown in FIG.
図7のフロー図に示されるように、気泡除去装置(130)を通過した循環水は熱交換手段(14)で熱交換されて冷却される。冷却された循環水はポンプ(120)に送られる。次いで、循環水はポンプ(120)からアスピレーター(11)へ送られ、流量計(E)を経て再び気泡除去装置(130)に戻る。
尚、図7中、Iは圧力センサーであり、Hは温度センサーであり、Yは浸透気化装置の取付位置である。
As shown in the flow diagram of FIG. 7, the circulating water that has passed through the bubble removing device (130) is cooled by heat exchange by the heat exchange means (14). The cooled circulating water is sent to the pump (120). Then, the circulating water is sent from the pump (120) to the aspirator (11), and returns to the bubble removing device (130) again through the flow meter (E).
In FIG. 7, I is a pressure sensor, H is a temperature sensor, and Y is a mounting position of the pervaporation device.
[実施例1]
先ず装置(100)をX面が上面となるように配置して、気泡除去装置(130)の液体増分排出兼気泡除去管(132)から系内に純水を満たした。次に、液体増分排出兼気泡除去管(132)のボールバルブを閉じ、気泡除去装置(130)の小型ボールバルブ(131a)及びアスピレーターの吸引口にチューブ(図示せず)の一方を接続し、他方をそれぞれ容器(図示せず)に差し込み、その容器に純水を満たした。この状態でポンプ(12)を始動し、熱交換手段(14)の冷却コイル内に冷媒を循環させて循環水を冷却した。
小型ボールバルブ(131a)及びアスピレーターの吸引口のコックを開け、ポンプ(12)の回転数を上げると、アスピレーターの吸引口から純水が吸い込まれるとともに、排出口(135)から純水が排出され、容器を介して純水が循環した。この際に系内に残っていた空気は容器から系外に排出されるので、循環系が純水で満たされた。完全に純水が系内に満たされた後、アスピレーターの吸引口のコックと排出口(135)のコックを閉め、ポンプの回転を落とし停止した。これを循環系に純水が満たされた初期設定の状態とした。
[Example 1]
First, the apparatus (100) was arranged so that the X surface was the upper surface, and pure water was filled into the system from the liquid incremental discharge / bubble removal pipe (132) of the bubble removal apparatus (130). Next, the ball valve of the liquid incremental discharge and bubble removal tube (132) is closed, and one of the tubes (not shown) is connected to the small ball valve (131a) of the bubble removal device (130) and the suction port of the aspirator, The other was inserted into a container (not shown), and the container was filled with pure water. In this state, the pump (12) was started and the circulating water was cooled by circulating the refrigerant in the cooling coil of the heat exchange means (14).
When the cock of the suction port of the small ball valve (131a) and the aspirator is opened and the rotation speed of the pump (12) is increased, pure water is sucked from the suction port of the aspirator and pure water is discharged from the discharge port (135). Pure water circulated through the container. At this time, the air remaining in the system was discharged from the container to the outside of the system, so that the circulation system was filled with pure water. After the system was completely filled with pure water, the cock of the suction port of the aspirator and the cock of the discharge port (135) were closed, and the rotation of the pump was stopped and stopped. This was set to an initial setting state in which the circulating system was filled with pure water.
次の条件で捕水装置(100)を操作した場合の、循環ポンプの回転数、循環水温度、循環水流速、及び到達圧力(真空度)を測定した。
結果を表1〜6に示す。表7に、表1〜6の結果において、最も到達圧力が低くなった条件を示す。尚、表1〜7において、「+X」とはX面が上面となるように配置した場合であり、「−X」とはX面が底面となるように配置した場合である。Y及びZについても同様である。
<操作条件>
循環ポンプの回転速度は、コントローラーで制御した。市販の恒温循環装置を用いて冷媒(エチレングリコール52wt%含有水)を熱交換手段(14)の冷却コイル内へ循環し冷媒温度を所定温度(−1℃±4℃)に維持した。
The rotation number of the circulation pump, the circulating water temperature, the circulating water flow velocity, and the ultimate pressure (degree of vacuum) when the water catching device (100) was operated under the following conditions were measured.
The results are shown in Tables 1-6. Table 7 shows the conditions under which the ultimate pressure is lowest in the results of Tables 1-6. In Tables 1 to 7, “+ X” refers to the case where the X surface is disposed on the upper surface, and “−X” refers to the case where the X surface is disposed on the bottom surface. The same applies to Y and Z.
<Operation conditions>
The rotation speed of the circulation pump was controlled by a controller. The refrigerant (water containing ethylene glycol 52 wt%) was circulated into the cooling coil of the heat exchanging means (14) using a commercially available constant temperature circulator, and the refrigerant temperature was maintained at a predetermined temperature (−1 ° C. ± 4 ° C.).
[実施例2]
捕水装置を「+X」の状態に配置して、所定温度(−1℃±4℃)の冷媒(エチレングリコール52wt%含有水)を熱交換手段(14)の冷却コイル内へ循環送液した。
ポンプ(120)の回転数を5000rpmに維持した場合の循環水の温度変化を記録した。結果を図8に示す。図8中、「系列1」で示されるグラフが回転数5000rpmにおける結果である。
[Example 2]
The water catching device was placed in the “+ X” state, and a coolant (water containing ethylene glycol 52 wt%) at a predetermined temperature (−1 ° C. ± 4 ° C.) was circulated and fed into the cooling coil of the heat exchange means (14). .
The temperature change of the circulating water when the rotation speed of the pump (120) was maintained at 5000 rpm was recorded. The results are shown in FIG. In FIG. 8, the graph indicated by “series 1” is the result at a rotational speed of 5000 rpm.
[実施例3]
捕水装置を「+X」の状態に配置して、所定温度(−5℃±2℃)の冷媒(エチレングリコール52wt%含有水)を熱交換手段(14)の冷却コイル内へ循環送液した。
ポンプ(120)の回転数を6000rpmに維持した場合の循環水の温度変化を記録した。結果を図8に示す。図8中、「系列2」で示されるグラフが回転数6000rpmにおける結果である。
[Example 3]
The water catching device was placed in the “+ X” state, and a coolant (water containing ethylene glycol 52 wt%) at a predetermined temperature (−5 ° C. ± 2 ° C.) was circulated and fed into the cooling coil of the heat exchange means (14). .
The temperature change of the circulating water when the rotation speed of the pump (120) was maintained at 6000 rpm was recorded. The results are shown in FIG. In FIG. 8, the graph indicated by “series 2” is the result at a rotational speed of 6000 rpm.
[実施例4]
捕水装置を「+X」の状態に配置して、所定温度(−5℃±2℃)の冷媒(エチレングリコール52wt%含有水)を熱交換手段(14)の冷却コイル内へ循環送液した。
循環ポンプ(120)の回転数を7000rpmに維持した場合の循環水の温度変化を記録した。結果を図8に示す。図8中、「系列3」で示されるグラフが回転数7000rpmにおける結果である。
[Example 4]
The water catching device was placed in the “+ X” state, and a coolant (water containing ethylene glycol 52 wt%) at a predetermined temperature (−5 ° C. ± 2 ° C.) was circulated and fed into the cooling coil of the heat exchange means (14). .
The temperature change of the circulating water when the rotation speed of the circulation pump (120) was maintained at 7000 rpm was recorded. The results are shown in FIG. In FIG. 8, the graph indicated by “series 3” is the result at a rotational speed of 7000 rpm.
表7に示すように、捕水装置(100)は循環水の温度を10℃以下、具体的には、5〜8℃に維持することができた。
循環冷却水の流速は約25L/minであった(アスピレーター1本当たり約6L/min)。
回転速度と到達真空度の関係では、回転速度の増加及び冷却水流速の増加に従い真空度は増加して冷却水系温度の理論上の真空度に到達した。最適回転速度は6000rpmから7000rpmであった。
XYZ方向全ての方向で冷却水系捕水装置は理論上の真空度に達した。前記の循環冷却水温度における真空度は950〜1400Paであった。
冷却水系は純水を用いているが、高速回転(7000rpm)でも放電現象は認められなかった。
As shown in Table 7, the water catching device (100) was able to maintain the temperature of the circulating water at 10 ° C. or less, specifically at 5 to 8 ° C.
The flow rate of the circulating cooling water was about 25 L / min (about 6 L / min per aspirator).
With regard to the relationship between the rotational speed and the ultimate vacuum, the degree of vacuum increased as the rotational speed increased and the cooling water flow rate increased, and reached the theoretical vacuum degree of the cooling water system temperature. The optimum rotation speed was 6000 rpm to 7000 rpm.
The cooling water catcher has reached a theoretical degree of vacuum in all directions in the XYZ directions. The degree of vacuum at the circulating cooling water temperature was 950 to 1400 Pa.
Although the cooling water system uses pure water, no discharge phenomenon was observed even at high speed rotation (7000 rpm).
[実施例5]
循環ポンプの回転速度:6000rpm、循環水温度:5℃、真空度:2000Paの条件で、アスピレーターの吸引口から純水を15ml/min〜150ml/minの速度で連続吸引する状態で捕水装置(100)を運転した。この際、純水と共に所定量の空気(1ml〜10ml)を系内に供給した。
その結果、系内に供給された空気(気泡)は、液体増分排出兼気泡除去装置(132)によって生じる旋回流の中央に集まり、やがて液体増分排出兼気泡除去管(132)から循環水と共に系外へ排出された。
[Example 5]
A water catching device in a state in which pure water is continuously sucked from the suction port of the aspirator at a speed of 15 ml / min to 150 ml / min under the conditions of the rotational speed of the circulation pump: 6000 rpm, the circulating water temperature: 5 ° C., and the degree of vacuum: 2000 Pa. 100) was driven. At this time, a predetermined amount of air (1 ml to 10 ml) was supplied into the system together with pure water.
As a result, the air (bubbles) supplied into the system gathers in the center of the swirling flow generated by the liquid incremental discharge / bubble removal device (132), and eventually the system together with the circulating water from the liquid incremental discharge / bubble removal pipe (132). It was discharged outside.
[実施例6]
図4〜6に示す微小重力対応型試験捕水装置(100)において、アスピレーターの吸引口から空気を導入した。空気を導入した直後と、アスピレーターの吸引口を密閉してから3分経過後のポンプ内の状態を、高速度カメラで撮影した。6通りのポンプの空間的配置に関して、系内の気泡の挙動を観察した。尚、ポンプとしては、イワキ社製のDCP1型ポンプを使用した。
[Example 6]
In the microgravity-compatible test water catching device (100) shown in FIGS. 4 to 6, air was introduced from the suction port of the aspirator. Immediately after the air was introduced and after 3 minutes had passed since the suction port of the aspirator was sealed, the state of the pump was photographed with a high-speed camera. The behavior of bubbles in the system was observed with respect to the spatial arrangement of the six pumps. As a pump, a DCP1 type pump manufactured by Iwaki Co. was used.
結果を図9〜14に示す。
図9は、ポンプのインペラを垂直方向に配置するとともに、ポンプの排出口を上方水平に配置した場合の結果を示す写真である。(a)は、気泡導入直後のポンプ内の状態を示す写真であり、(b)は、気泡導入から3分経過したポンプ内の状態を示す写真である。
図10は、ポンプのインペラを垂直方向に配置するとともに、ポンプの排出口を下向きに配置した場合の結果を示す写真である。(a)は、気泡導入直後のポンプ内の状態を示す写真であり、(b)は、気泡導入から3分経過したポンプ内の状態を示す写真である。
図11は、ポンプのインペラを垂直方向に配置するとともに、ポンプの排出口を下方水平に配置した場合の結果を示す写真である。(a)は、気泡導入直後のポンプ内の状態を示す写真であり、(b)は、気泡導入から3分経過したポンプ内の状態を示す写真である。
図12は、ポンプのインペラを垂直方向に配置するとともに、ポンプの排出口を上向きに配置した場合の結果を示す写真である。(a)は、気泡導入直後のポンプ内の状態を示す写真であり、(b)は、気泡導入から3分経過したポンプ内の状態を示す写真である。
図13は、ポンプのインペラと排出口を水平方向に配置するとともに、ポンプの吸入口を上向きに配置した場合の結果を示す写真である。(a)は、気泡導入直後のポンプ内の状態を示す写真であり、(b)は、気泡導入から3分経過したポンプ内の状態を示す写真である。
図14は、ポンプのインペラと排出口を水平方向に配置するとともに、ポンプの吸入口を下向きに配置した場合の結果を示す写真である。(a)は、気泡導入直後のポンプ内の状態を示す写真であり、(b)は、気泡導入から3分経過したポンプ内の状態を示す写真である。
The results are shown in FIGS.
FIG. 9 is a photograph showing the result when the impeller of the pump is arranged vertically and the discharge port of the pump is arranged horizontally horizontally. (A) is a photograph which shows the state in the pump immediately after bubble introduction, (b) is a photograph which shows the state in the pump which passed 3 minutes after bubble introduction.
FIG. 10 is a photograph showing the result when the impeller of the pump is arranged in the vertical direction and the discharge port of the pump is arranged downward. (A) is a photograph which shows the state in the pump immediately after bubble introduction, (b) is a photograph which shows the state in the pump which passed 3 minutes after bubble introduction.
FIG. 11 is a photograph showing the result when the impeller of the pump is arranged vertically and the discharge port of the pump is arranged horizontally downward. (A) is a photograph which shows the state in the pump immediately after bubble introduction, (b) is a photograph which shows the state in the pump which passed 3 minutes after bubble introduction.
FIG. 12 is a photograph showing the result when the impeller of the pump is arranged in the vertical direction and the discharge port of the pump is arranged upward. (A) is a photograph which shows the state in the pump immediately after bubble introduction, (b) is a photograph which shows the state in the pump which passed 3 minutes after bubble introduction.
FIG. 13 is a photograph showing the results when the pump impeller and the discharge port are arranged in the horizontal direction and the pump suction port is arranged upward. (A) is a photograph which shows the state in the pump immediately after bubble introduction, (b) is a photograph which shows the state in the pump which passed 3 minutes after bubble introduction.
FIG. 14 is a photograph showing the results when the pump impeller and the discharge port are arranged in the horizontal direction and the pump suction port is arranged downward. (A) is a photograph which shows the state in the pump immediately after bubble introduction, (b) is a photograph which shows the state in the pump which passed 3 minutes after bubble introduction.
図9〜14に示すように、系内に吸引された気泡は、ポンプの姿勢方向に関わらず、長時間系内に滞留することなく、比較的短時間で系内から排出された。
空気注入1分後の改良バレスケ型ポンプCP3型ケーシングと熱交換器内の高速度デジタル写真をそれぞれ図15と図16に示す。注入空気はポンプではなく熱交換器に滞留した。気泡は熱交換器内旋回流の中心部に集まる傾向が認められた。重力の働く地上試験であるため大きな気泡は浮力で容器の上方に滞留傾向があった。しかし、微小重力においてはそこに滞留することなく、アスピレーターを通過する際に微小の気泡に粉砕され、熱交換器に備えた気泡除去機能によって気泡は水と共に排出すると考えられる。
As shown in FIGS. 9 to 14, the bubbles sucked into the system were discharged from the system in a relatively short time without staying in the system for a long time regardless of the posture direction of the pump.
FIGS. 15 and 16 show high-speed digital photographs of the improved Bareske type pump CP3 type casing and the heat exchanger one minute after air injection, respectively. The injected air stayed in the heat exchanger, not the pump. Bubbles tended to collect in the center of the swirl flow in the heat exchanger. Because of the ground test where gravity works, large bubbles tend to stay above the container due to buoyancy. However, in microgravity, it does not stay there, but is crushed into microbubbles when passing through the aspirator, and the bubbles are considered to be discharged together with water by the bubble removing function provided in the heat exchanger.
本発明に係る捕水システムは、回転運動を与えることなく、液体に含まれた気泡を除去することができ、システムを安定的に運用することができるので、特に、微小重力環境において実施する浸透気化法の捕水システムとして好適に利用することができる。
また微小重力環境ではない地上において実施する浸透気化法の捕水システムとしても好適に利用することができる。
The water capturing system according to the present invention can remove bubbles contained in the liquid without giving a rotational motion, and can stably operate the system. It can be suitably used as a water collection system for the vaporization method.
Moreover, it can utilize suitably also as a water capture system of the pervaporation method implemented on the ground which is not a microgravity environment.
10 捕水システム
11 アスピレーター
11a 液体供給口
11b 液体吐出口
11c 吸引口
12 ポンプ
120 レビトロポンプ
121 コイル
122 インペラ
123 ローター
124 ステーター
13 気泡除去装置
131 ハウジング
131a 小型ボールバルブ
132 液体増分排出兼気泡除去管
132a 液体増分排出兼気泡排出孔
133 供給管
134 コーン
135 脱泡液体用排出管
135a 脱泡液体用排出口
136 旋回流室
137 流方向反転体
14 熱交換手段
15 循環ライン
A 浸透気化装置
a 供給側
b 透過側
c 透過膜
DESCRIPTION OF
Claims (4)
アスピレーターと、ポンプと、熱交換手段と、気泡除去装置とが直列に接続された循環ラインを備えており、前記循環ライン内の液体は前記ポンプによって循環移動可能とされており、
前記アスピレーターは、前記液体の循環移動によって、浸透気化装置の透過側を供給側に比べて減圧するとともに、浸透気化装置の透過側に透過した画分をアスピレーター内を循環移動する液体によって液化し、
前記液体は熱交換手段によって液温が一定温度範囲に調節されるとともに、前記気泡除去装置によって前記液体中に存在する気泡が除去されることを特徴とする微小重力環境用捕水システム。 In a microgravity environment such as outer space, the fraction that is placed on the permeation side of the permeation vaporizer and depressurizes the permeation side of the pervaporation device compared to the supply side. A water collection system for microgravity environment to liquefy
An aspirator, a pump, a heat exchange means, and a bubble removal device are provided with a circulation line connected in series, and the liquid in the circulation line can be circulated by the pump,
The aspirator is liquefied by a liquid that circulates and moves the inside of the aspirator by reducing the pressure of the permeation side of the pervaporation device compared to the supply side by circulating the liquid, and the fraction that permeates the permeation side of the pervaporation device.
Water-capturing system for microgravity environment, characterized in that air bubbles present in the liquid are removed by the liquid with the liquid temperature by the heat exchange means is adjusted to a predetermined temperature range, the bubble removing device.
一方の端面中央部に気泡排出孔と、一方の端部に液体用の供給口と、他方の端部に脱泡液体用の排出口とを、それぞれ備えた円筒形状のハウジングと、 A cylindrical housing provided with a bubble discharge hole at one end surface central portion, a supply port for liquid at one end portion, and a discharge port for defoamed liquid at the other end portion;
前記ハウジング内において、前記ハウジングの中心軸線と同軸に配設されて旋回流室を画成する先端に開口部が設けられた円錐形状のコーンと、 In the housing, a conical cone provided with an opening at a tip which is disposed coaxially with the central axis of the housing and defines a swirling flow chamber;
一端が前記ハウジング外部に開放されかつ周壁に多数の小孔が穿設されるとともに、前記コーンの中心軸線に沿って伸びる気泡除去管と、が設けられてなり、 One end is opened to the outside of the housing and a large number of small holes are formed in the peripheral wall, and a bubble removing pipe extending along the central axis of the cone is provided.
前記循環ライン内を循環移動する液体は、前記供給口から気泡除去装置に供給され、 The liquid circulating in the circulation line is supplied from the supply port to the bubble removing device,
前記供給口を介して旋回流路に導入された液体は、遠心分離作用により液体と、液体に含まれていた気泡とを外側と内側の層に各々分離し、前記コーンの中心軸線に沿って集合する気泡を液体とともに前記気泡除去管を介して外部に排出し、 The liquid introduced into the swirl flow path through the supply port separates the liquid and the bubbles contained in the liquid into an outer layer and an inner layer by a centrifugal separation action, and follows the central axis of the cone. The collected bubbles are discharged together with the liquid to the outside through the bubble removal pipe,
前記コーンの先端開口部から吐出された液体は、脱泡液体用の排出口から排出されることを特徴とする請求項1に記載の微小重力環境用捕水システム。 2. The water collection system for a microgravity environment according to claim 1, wherein the liquid discharged from the opening at the tip of the cone is discharged from a discharge port for defoaming liquid.
一方の端面中央部に気泡排出孔と、一方の端部に液体用の供給口と、他方の端部に脱泡液体用の排出口とを、それぞれ備えた円筒形状のハウジングと、 A cylindrical housing provided with a bubble discharge hole at one end surface central portion, a supply port for liquid at one end portion, and a discharge port for defoamed liquid at the other end portion;
前記ハウジング内において、前記ハウジングの中心軸線と同軸に配設されて旋回流室を画成する先端に開口部が設けられた円錐形状のコーンと、 In the housing, a conical cone provided with an opening at a tip which is disposed coaxially with the central axis of the housing and defines a swirling flow chamber;
一端が前記ハウジング外部に開放されかつ周壁に多数の小孔が穿設されるとともに、前記コーンの中心軸線に沿って伸びる気泡除去管と、 A bubble removing pipe having one end open to the outside of the housing and a plurality of small holes formed in the peripheral wall, and extending along the central axis of the cone;
前記コーンの外面側に沿って設けられた熱交換手段と、 Heat exchange means provided along the outer surface side of the cone;
前記コーンの中心軸線延長線上に設けられ、前記円錐形状のコーンの先端開口部から吐出した液体の流れ方向を変えるための表面半球状の流方向反転体と、が設けられてなり、 A surface hemispherical flow direction inversion body for changing the flow direction of the liquid discharged from the tip opening of the cone-shaped cone, provided on the central axis extension line of the cone;
前記循環ライン内を循環移動する液体は、前記供給口から気泡除去装置に供給され、 The liquid circulating in the circulation line is supplied from the supply port to the bubble removing device,
前記供給口を介して旋回流路に導入された液体は、遠心分離作用により液体と、液体に含まれていた気泡とを外側と内側の層に各々分離し、前記コーンの中心軸線に沿って集合する気泡を液体とともに前記気泡除去管を介して前記排出口から外部に排出し、 The liquid introduced into the swirl flow path through the supply port separates the liquid and the bubbles contained in the liquid into an outer layer and an inner layer by a centrifugal separation action, and follows the central axis of the cone. Collecting bubbles together with liquid through the bubble removal pipe and discharging from the outlet to the outside,
前記コーンの先端開口部から吐出された液体は、前記流方向反転体によって、流方向が反転させられ、前記熱交換手段によって、液体に温度変化が与えられた後、脱泡液体用の排出口から排出されることを特徴とする請求項1に記載の微小重力環境用捕水システム。 The liquid discharged from the opening at the front end of the cone is reversed in flow direction by the flow direction reversal member, and after the temperature change is given to the liquid by the heat exchange means, the discharge port for defoaming liquid The water collecting system for microgravity environment according to claim 1, wherein the water collecting system is discharged from the water.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004227057A JP4182354B2 (en) | 2004-08-03 | 2004-08-03 | Water capture system for microgravity environment used in pervaporation method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004227057A JP4182354B2 (en) | 2004-08-03 | 2004-08-03 | Water capture system for microgravity environment used in pervaporation method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006043564A JP2006043564A (en) | 2006-02-16 |
| JP4182354B2 true JP4182354B2 (en) | 2008-11-19 |
Family
ID=36022732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004227057A Expired - Fee Related JP4182354B2 (en) | 2004-08-03 | 2004-08-03 | Water capture system for microgravity environment used in pervaporation method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4182354B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8697300B2 (en) * | 2008-03-31 | 2014-04-15 | Rohm Co., Ltd. | Fuel cell, and method for manufacturing the same |
| JP7473171B2 (en) * | 2020-05-01 | 2024-04-23 | イーセップ株式会社 | Liquid composition adjustment system |
| JP7525765B2 (en) * | 2020-05-18 | 2024-07-31 | イーセップ株式会社 | Disinfectant ethanol production system |
-
2004
- 2004-08-03 JP JP2004227057A patent/JP4182354B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2006043564A (en) | 2006-02-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20220363570A1 (en) | Method and Apparatus for Advanced Vacuum Membrane Distillation | |
| EP2809449B1 (en) | Centrifugation system and related method | |
| KR101936159B1 (en) | Seawater desalination system using air gap membrane distillation (agmd) module of hollow fiber type, and method for the same | |
| US5462580A (en) | Method for molten metal treatment | |
| US9744476B2 (en) | 3D printed modular centrifugal contactors and method for separating moieties using 3D printed optimized surfaces | |
| JPS62186983A (en) | Water purifier | |
| SE0950131A1 (en) | centrifugal | |
| EP3624923B1 (en) | Rotational absorber device and method for scrubbing an absorbate from a gas | |
| JP6169019B2 (en) | Working medium for circulating osmotic pressure power generation, circulating osmotic pressure power generation system and method, and working medium phase control method | |
| JP4182354B2 (en) | Water capture system for microgravity environment used in pervaporation method | |
| CN104667584A (en) | Spiral type gas-liquid separator under micro-gravity based on porous material | |
| CN204469285U (en) | A kind of based on screw type gas-liquid separator under the microgravity of porous material | |
| JP2012041849A (en) | Concentration difference power generation system | |
| WO2018173331A1 (en) | Piperidine and piperazine compounds as drawing agents and switchable polarity solvents in direct osmosis | |
| US20120132512A1 (en) | Gaseous density convective desalination and cooling system | |
| JP2019167331A (en) | Amine compound, work medium and water treatment system | |
| JPH04250880A (en) | Method for circulating cooling water | |
| CN115210512A (en) | Air water making machine | |
| JP2006289320A (en) | Liquid concentration apparatus | |
| JP4995947B2 (en) | Crystallizer, crystallization method, and concentrated crystallization system | |
| JP4274499B2 (en) | Grain ice manufacturing method and manufacturing apparatus | |
| US20240052457A1 (en) | Thin fluid layers and streams facilitated, force-based atom, ion, molecule, and fine particle separators and methods of using the same | |
| JP2020044475A (en) | Water treatment system and working medium | |
| JP3544270B2 (en) | How to freeze aqueous solution | |
| CN211189140U (en) | Vacuum concentration tank convenient for gas-liquid separation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070525 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080303 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080425 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080723 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080819 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110912 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110912 Year of fee payment: 3 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110912 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120912 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120912 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130912 Year of fee payment: 5 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |