液体供給装置及び液体供給方法
【課題】安定してキャビテーションの発生を防ぎつつ、液体をタンクの液面の高低にかかわらず連続して外部へ供給することができる液体供給装置及び液体供給方法を提供する。
【解決手段】液体が貯留されている液体原材料タンク１と、液体をタンクから移送する移送ポンプ４と、を備えた液体供給装置であって、前記液体とは別の材料を用いて加圧ガスを発生させ、液体原材料タンク１に加圧ガスを供給する加圧ガス発生供給装置１９を、更に備える。移送ポンプ４として自吸式のポンプを用い、液体原材料タンク１を移送ポンプ４より低い位置に設置してもよい。
【解決手段】液体が貯留されている液体原材料タンク１と、液体をタンクから移送する移送ポンプ４と、を備えた液体供給装置であって、前記液体とは別の材料を用いて加圧ガスを発生させ、液体原材料タンク１に加圧ガスを供給する加圧ガス発生供給装置１９を、更に備える。移送ポンプ４として自吸式のポンプを用い、液体原材料タンク１を移送ポンプ４より低い位置に設置してもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンクに貯留されている液体を外部に移送して供給する液体供給装置及び液体供給方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の液体供給装置として、液体が貯留されたタンクと、このタンク内の液体を液体状態で吸引して取り出すポンプとを備えたものが知られている。上記タンクには、例えば液体運搬車両であるローリーから移送された液体が貯留される。また、この液体供給装置で供給される液体として、例えば、揮発性流体がある。この揮発性流体は、消防法に定められる危険物第４類（引火性液体）に分類される有機溶剤等であり、自動車、船舶等の燃料に用いられるのみならず、製造業をはじめとした様々な産業において液体の原材料として使用されている。そして、使用拠点によっては、一時的に揮発性流体を貯留するタンクが設置されている。しかし、上記タンクとポンプとを備えた従来の液体供給装置では、ポンプの駆動によりタンクから液体を取り出す場合、ポンプの内部や吸込配管内の圧力が液体の飽和蒸気圧以下となることにより液体の沸点が下がって、液体が気化してしまう現象いわゆるキャビテーションが発生するおそれがある。
【０００３】
上記ポンプがキャビテーションを起こすか否かの判断基準となるパラメータとして、吸込みヘッド（ＮＰＳＨ：Net Positive Suction Head、以下、「ＮＰＳＨ」という。）がある。このＮＰＳＨは、キャビテーションの発生のしにくさを示すものであり、ポンプ流路内の圧力と液体の飽和蒸気圧との差をヘッドに換算したものである。ポンプを備えた液体供給装置では、そのポンプに固有のキャビテーションが発生しないＮＰＳＨの最小必要値（以下「必要ＮＰＳＨ」という。）があり、ポンプを実際に運転している運転条件における有効なＮＰＳＨ（以下「有効ＮＰＳＨ」という。）が必要ＮＰＳＨを上回らないと、キャビテーションが発生するおそれがある。
【０００４】
ここで、上記ヘッドとは、通常、Ｐａ（パスカル）の単位で表される圧力を、水などの液体の高さで何ｍ（メートル）に相当するかに換算して表した値であり、水の場合は水頭又は水頭圧、水以外の液体の場合は液頭又は液頭圧とも呼ばれる。タンク内の液体の液頭圧は、タンク内に貯留された液体の液面の高さ（液位）における液体が底面に及ぼす圧力となる。ヘッドは液体の密度により値が異なり、例えば、大気圧を水の高さ（水換算ヘッド）で表すと、０．１０１[ＭＰａ]＝１０．３[ｍ]となり、大気圧をエタノールの高さ（エタノール換算ヘッド）で表すと、１２．９[ｍ]となる。
【０００５】
上記有効ＮＰＳＨの値は、タンク内の液面の高さによって異なる。つまり、タンク内の液面の高さによってポンプ流路内の圧力が異なり、液面の高さが高い場合（圧力が大きい場合）には有効ＮＰＳＨの値が大きくなり、液面の高さが低い場合（圧力が小さい場合）には有効ＮＰＳＨの値は小さくなる。タンク内の液面の高さが低くても、有効ＮＰＳＨの値をキャビテーションが発生しない必要ＮＰＳＨの値よりも大きくするために、従来、タンクを地上（ポンプの設置位置）よりも高い位置に設置（或いは、ポンプを地下に埋設）することが行われている。しかし、製造コストや景観などの制約上、タンクをポンプの設置位置よりも上方に設置できない場合がある。すると、タンクの設置位置によっては、タンク内に貯留された液体の液面の高さが高い場合には液体を取り出すことができるが、液面の高さが低くなるにしたがって有効ＮＰＳＨの値が必要ＮＰＳＨの値を下回ってキャビテーションが発生し、液体の取り出しができなくなるおそれがあり、タンクの容量を有効に利用できないこととなる。具体的に説明すると、タンク内の液面の高さが高い（満液に近い）状態であれば、有効ＮＰＳＨの値が大きいので、外部への移送は問題なく行われる。一方、タンク内の液面の高さが低い(空に近い)状態で、有効ＮＰＳＨの値が必要ＮＰＳＨの値を下回ると、キャビテーションが発生し、タンク内の液体を外部へ移送できないおそれがある。このため、タンク内の全ての液体を最後まで移送できず、タンクの容量を有効に利用できなくなってしまう。
【０００６】
特許文献１には、液化ガスを供給するために、ポンプをタンク設置位置よりも下方に設置することなく、ポンプを有効に機能させることができる液化ガスのガス供給設備が開示されている。このガス供給設備は、メインタンクと、管路を介してメインタンクに接続されたサブタンクと、サブタンク内の液化ガスを気化器側に移送するポンプと、気化器に管路を介して接続されてなる蓄ガス器と、を備えている。メインタンクに貯留された液化ガスは、管路を介してサブタンクに流入し、サブタンクからポンプにより気化器側に移送され、気化器で気化された液化ガスが蓄ガス器に封入される。サブタンクに貯留された液化ガスをポンプの駆動力によって気化器側に移送する際、蓄ガス器内に封入された高圧ガスを、管路を介してサブタンク内に流入(圧入)させることで、液頭圧が低い場合（液面の高さが低い場合）においても、有効に液体状態の液化ガスを気化器側に移送することができる設備構成となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１の液化ガスのガス供給装置は、気化した液化ガスが高圧になることで成り立つ装置である。つまり、タンクに貯留された液体の液化ガスをポンプで吸い出した後、気化させて気体として外部に供給するガス供給装置であり、タンクに貯留された液体を液体状態のまま外部に供給する液体供給装置ではない。また、常温で気体の状態を維持できる液化天然ガス等に適用可能なガス供給装置であって、常温で液体の材料に適用することは困難である。このため、例えば、消防法に定められる危険物第４類（引火性液体）第１石油類に分類される、低引火点（低沸点）の揮発性流体を移送する場合に、気化器を用いて揮発性流体自身を気化させ、蓄ガス器に封入するとともに管路を介してタンクに流入させることは可能である。しかし、気化したガスはタンクに流入する過程で冷却されて大部分が液化してしまうため、タンク内に及ぼす圧力としては微圧であり、タンクの液頭圧を補うほどの圧力は確保することができない。従って、タンク内の液頭圧が確保されない場合、有効ＮＰＳＨの値が必要ＮＰＳＨの値を下回ってキャビテーションが発生し、連続して外部へ供給することができなくなってしまう。また、タンク内の全ての液体を最後まで移送できずに、タンクの容量を有効に利用できなくなってしまう。
【０００８】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、安定してキャビテーションの発生を防ぎつつ、液体をタンクの液面の高低にかかわらず連続して外部へ供給することができる液体供給装置及び液体供給方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、液体が貯留されているタンクと、前記液体を前記タンクから移送するポンプと、を備えた液体供給装置であって、前記液体とは別の材料を用いて加圧ガスを発生させて前記タンクに該加圧ガスを供給する加圧ガス発生供給手段を、更に備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、供給対象の液体とは別の材料を用いて加圧ガスを発生させ、この加圧ガスをタンク内に供給することにより、タンクの内圧が上がって液面に圧力がかかる。この圧力により、タンクからポンプまでの流路内の圧力が上がり、ポンプの入力側の有効ＮＰＳＨの値をキャビテーションが発生しない必要ＮＰＳＨの値より大きく維持しておくことが可能となる。これにより、安定してキャビテーションの発生を防ぎつつ、液体をタンクの液面の高低にかかわらず連続して外部へ供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る液体供給装置の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る液体供給装置の概略構成を示す図である。本実施形態に係る液体供給装置は、製造工場に液体の原材料（以下、「液体原材料」という。）を供給するために使用され、液体原材料貯蔵施設に設置されるものである。
図１に示すように、本実施形態に係る液体供給装置は、原材料の液体が貯留された液体原材料タンク１と、この液体原材料タンク１と第１の管路２及び第２の管路３を介して接続された移送ポンプ４とを備えている。液体原材料タンク１は、液体原材料が貯留される容器である。また、この液体原材料タンク１は、液体原材料ローリー５から液体原材料を液体原材料タンク１に供給する第３の管路６に接続されている。この管路６は受入れポンプ７ａに接続され、第４の管路８を介して液体原材料タンク１に液体原材料を供給するものである。受入ポンプ７ａとしては、遠心式、軸流式、斜流式、回転式、往復式等が挙げられる。
【００１３】
なお、第３の管路６の中途部には、第１の逆止弁９が取付けられており、管路６に流入した液体原材料が、原材料ローリー５方向に逆流するのを防止している。逆止弁９としては、スイング式、ウエハー式、リフト式、ボール式、フート式等が挙げられる。
【００１４】
また、受入ポンプ７ａには、図１中に点線で示すように、運転スイッチ７ｂが接続されている。運転スイッチ７ｂとしては、押ボタン式、セレクタ式等が挙げられ、この運転スイッチ７ｂにより、受入ポンプ７ａの運転、停止を行うことができる。
【００１５】
移送ポンプ４は、液体原材料タンク１内の液体原材料を第１の管路２を介し液体状態で吸引し、下流側に移送するものである。移送ポンプ４としては、遠心式、軸流式、斜流式、回転式、往復式等が挙げられる。この第１の管路２の中途部には、第２の逆止弁１０が取付けられており、管路２に流入した液体原材料が、液体原材料タンク１方向に逆流するのを防止している。逆止弁１０としては、スイング式、ウエハー式、リフト式、ボール式、フート式等が挙げられる。また、この移送ポンプ４は、上述したように、第２の管路３を介して液体原材料タンク１に接続されている。この第２の管路３は、移送ポンプ４からの送液を、液体原材料タンク１側に戻すために配管されたものである。この第２の管路３の中途部には、第１の手動弁１１が取り付けられている。手動弁１１としては、ゲート式、グローブ式、バタフライ式、ニードル式、ストップ式等が挙げられる。この手動弁１１の開度を調整することで、第２の管路３を流れる液体原材料の流量を調整する。この流量の調整により、移送ポンプ４の温度上昇を防ぐための最小流量を確保している。
【００１６】
そして、移送ポンプ４は、第５の管路１２を介して製造工場に接続され、液体原材料を供給する。このとき、第５の管路１２の中途部に取付けられている第２の手動弁１３の開度を調整することで、第５の管路１２を流れる液体原材料の流量を調整する。手動弁１３としては、ゲート式、グローブ式、バタフライ式、ニードル式、ストップ式等が挙げられる。この流量の調整により、液体原材料が製造工場に流入する量を調整している。また、第５の管路１２の中途部には、第３の逆止弁１４が取付けられており、移送ポンプ４で送液された液体原材料が、移送ポンプ４方向に逆流するのを防止している。逆止弁１４としては、スイング式、ウエハー式、リフト式、ボール式、フート式等が挙げられる。さらに、第５の管路１２の中途部で、且つ第２の手動弁１３の下流側に、第６の管路１５が接続されており、末端に、第１の安全弁１６が取付けられている。安全弁１６としては、揚程式、全量式等が挙げられる。この第１の安全弁１６は、吹き出し側が第７の管路１７を介し、第２の管路３に接続されており、第５の管路１２内の液体原材料の温度変化による体積膨張等により、配管内圧が上昇した場合、第７の管路１７側に吹き出すことで、配管保護としての機能を果たしている。
【００１７】
本実施形態の液体供給装置では、液体原材料タンク１に、第８の管路１８を介して接続された加圧ガス発生供給手段としての加圧ガス発生供給装置１９を有している。この加圧ガス発生供給装置１９は、加圧ガスを発生させると共に、液体原材料タンク１に加圧ガスを供給するものである。加圧ガス発生供給装置１９としては、遠心圧縮機、軸流圧縮機、往復圧縮機、ダイヤフラム式圧縮機、スクリュー圧縮機等が挙げられる。これらの圧縮機を用いて、大気中の空気を圧縮して圧縮エアーを発生させ、後述する圧力制御装置３０で圧力調整を行いながら、液体原材料タンク１に供給する。
【００１８】
なお、上記特許文献１のガス供給装置において、酢酸エチルを貯留するとした場合、蓄ガス器に封入した酢酸エチルの気化ガスを、液化を防ぎつつ、サブタンクの液頭圧を補うだけの圧力になるまで圧縮すると、気化ガスの温度が上昇するおそれがある。これに対して、本実施形態の液体供給装置では、液体原材料タンク１を加圧するガスは、貯留されている酢酸エチルから生成されるわけではなく、大気中の空気から生成される。このため、液体原材料タンク１の液頭圧を補うだけの圧力になるまで圧縮しても圧縮エアーの温度はさほど上昇しない。
【００１９】
本実施形態に係る液体供給装置において、液体原材料タンク１は、地下等、移送ポンプ４よりも低い位置に設置されている。また、移送ポンプ４として自吸式のポンプを用いている。自吸式の移送ポンプ４としては、遠心式、容積式等が挙げられる。なお、自吸式ポンプは、初期運転時にポンプにだけ呼び水(水を満水させる)をすることで、運転が始まると、ポンプ自身の力で吸込管の空気を排出し、揚水できるポンプを指し、一度ポンプ内に呼び水を行えば、断続的に運転したとしても、その際の呼び水は不要である。これに対して、通常の遠心ポンプでは、運転の度にポンプの吸込管とポンプ内に呼び水を行う必要がある。
【００２０】
また、本実施形態に係る液体供給装置では、第８の管路１８の中途部及び、第９の管路２３の中途部に、圧力制御装置としての圧力制御装置３０が取付けられ、加圧ガス発生供給装置１９から供給された加圧ガスの流量を調整し、液体原材料タンク１内の圧力を一定に保つ役割を担っている。圧力制御装置３０の一例として、図１に示すように、減圧弁２０と、この減圧弁２０の上流側、下流側に、減圧弁２０の前後の圧力を計測する、第１の圧力計２１ａ、第２の圧力計２１ｂと、第２の圧力計２１ｂの液体原材料タンク１側に流量調整弁２９と、第９の管路２３の中途部に背圧弁２４と、液体原材料タンク１に圧力計２２ａとを備えている。流量調整弁２９と、圧力計２２ａとは、図示しない制御盤に接続され、液体原材料タンク１内の圧力が下降した場合、圧力計２２ａで計測される圧力が所要の圧力に到達するまで、流量調整弁２９を開放する。これらは、所定のプログラムにより、自動的に制御されるものである。液体原材料タンク１内の圧力が上昇した場合は、背圧弁２４を所要の圧力に設定しておくことにより、設定値以上の圧力になると開放され、液体原材料タンク１内の圧力が一定に保たれる。圧力制御装置３０としては、液体原材料タンク１内の圧力を一定に保つことができるものであればよく、上記構成に限定されるものではない。
【００２１】
液体原材料タンク１内の液位が下降した場合であっても、液頭圧を十分確保し、移送ポンプ４におけるキャビテーションの発生を防止するためには、液体原材料タンク１内を３０[ｋＰａ]以上に加圧することが望ましい。しかし、液体原材料タンク１の許容圧力は７０[ｋＰａ]であるため、加圧ガス発生供給装置１９からの供給ガス圧力を、それ以下に減圧することが必要である。また、液体原材料タンク１内の圧力を必要以上に高くすると、内容物（液体）に、加圧している気体が溶解し易くなり、移送ポンプ４にて移送する際、液体中に溶解している気体が気泡となることに起因するキャビテーションが発生してしまうため、液体原材料タンク１内の圧力は、３０〜４０[ｋＰａ]であることが好ましい。
【００２２】
ここで、液体原材料タンク１よりも上に移送ポンプ４を設置した場合、上記有効ＮＰＳＨは次の式１で表される。
【００２３】
有効ＮＰＳＨ＝（Ｐｓ−Ｐｖ）／ρｇ−ｈｓ−Δｈ・・・式１
ここで、
Ｐｓ：吸込液面に作用する絶対圧力[Ｐａ]、開放タンクの場合は大気圧、圧力タンクの場合は内圧
Ｐｖ：液体の飽和蒸気圧[Ｐａ]
ρ：比重[ｋｇ/ｍ３]
ｇ：自由落下の加速度[ｍ/ｓ２]
ｈｓ：吸込液面からポンプ基準面までの高さ[ｍ]
Δｈ：吸込配管の損失ヘッド[ｍ]
【００２４】
上記式１において、液体原材料タンク１内の液位が下降すると、吸込液面からポンプ基準面までの高さ（ｈｓ）の値が大きくなって有効ＮＰＳＨの値が小さくなるが、液体原材料タンク１に加圧ガスを供給することにより吸込液面に作用する圧力（Ｐｓ）が大きくなるので、有効ＮＰＳＨの値をキャビテーションが発生しない必要ＮＰＳＨの値よりも大きくするように維持することができる。
【００２５】
また、加圧ガス発生供給装置１９は、不活性ガス発生供給装置であってもよい。これにより、製造工場に供給される液体原材料が、低引火点の揮発性流体であっても、安全に貯留、移送することができる。不活性ガスとしては、窒素、及び、ヘリウム、ネオン、アルゴンをはじめとする第１８族元素等が挙げられる。製造コストや精製コストを考慮しつつ、化学反応を防ぐために物質に対して不活性なものを選択することが必要であり、液体原材料タンク１に貯留する液体が、低引火点の揮発性流体である場合、それは窒素であることが望ましい。
上記揮発性流体としては、例えば、酢酸エチル、トルエン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ：Methyl Ethyl Ketone）などがある。また、上記不活性ガス発生供給装置として、圧縮された不活性ガスとしての窒素ガスが充填された窒素ガスボンベを用いたり、液体窒素が充填された液体窒素タンクと気化器とを用いたりすることにより、窒素を発生させることができる。
【００２６】
次に、本実施形態に係る液体供給装置の動作について、工程順に説明する
先ず、液体原材料タンク１に液体原材料を受け入れる（受入工程）。運転スイッチ７ｂをＯＮすると、受入ポンプ７ａが運転する。原材料ローリー５が第３の管路６に接続された状態で、受入ポンプ７ａを運転すると、液体原材料は原材料ローリー５から受入ポンプ７ａにより取り出され、第３の管路６から第４の管路８を通り、液体原材料タンク１に貯留される。液体原材料タンク１内の液体原材料の液位は、液面計２２ｂで計測され、表示器２２ｃにて確認できる。
【００２７】
次に、液体原材料タンク１に加圧ガスを充填する（加圧工程）。減圧弁２０を所要の圧力に設定し、加圧ガス発生供給装置１９を運転する（継続運転）と、第８の管路１８を通り、調圧された加圧ガスが液体原材料タンク１に流入する。このとき、流量調整弁２９は圧力計２２ａで計測された値に基づき、制御された開度となっている。また、背圧弁２４を、減圧弁２０と同様、所要の圧力に設定することで、圧力計２２ａで計測される圧力が、減圧弁２０及び背圧弁２４で設定した圧力に到達すると、流量調整弁２９が閉となり、所要の圧力で均衡する。この状態で、液体原材料タンク１に液体原材料の受入れがあった場合、空間容積減少により、本来であれば液体原材料タンク１内の圧力は上昇するが、背圧弁２４が増圧分を大気に開放することで、液体原材料タンク１内部は所要の圧力に保たれる。また、同様に液体原材料の取り出しがあった場合、本来であれば空間容積が増加することにより液体原材料タンク１内の圧力は減少するが、所定のプログラムにより、流量調整弁２９が開となり、加圧ガス発生供給装置１９より、調圧された加圧ガスが供給され、所要の圧力に保たれる。液体原材料タンク１内の圧力は、第３の圧力計２２ａで計測され、表示器２２ｃにて確認できる。
【００２８】
液体原材料タンク１を所要の圧力にて加圧した状態で、移送ポンプ４を駆動させ、液体原材料タンク１から液体原材料を取り出す（取り出し工程）。移送ポンプ４が駆動すると、液体原材料タンク１に貯留された液体原材料は、液体の状態で第１の管路２を通って取り出され、この取り出された液体原材料は、上述した移送ポンプ４を保護するための最小流量分は、第２の管路３を通り、液体原材料タンク１へ、それ以外は第５の管路１２を通り、製造工場へ移送される。ここで、移送ポンプ４の駆動により、液体原材料タンク１内の液体原材料の液位が下降し、内部の圧力が低下した場合であっても、圧力制御装置３０により液体原材料タンク１内は所要の圧力に保たれているので、常に液面に圧力がかかり、液頭圧を十分確保することが可能となり、キャビテーションの発生を有効に防止することができる。なお、加圧ガス発生供給装置１９からの加圧ガスを液体原材料タンク１に供給する工程は、移送ポンプ４の駆動とは無関係に行われているものであり、液体原材料タンク１に貯留された液体原材料の液面が上方に位置する場合であっても、液体原材料タンク１内の圧力が所要の圧力に満たない場合には、所定のプログラムにより、流量調整弁２９が開となり、第８の管路１８より、加圧ガスが供給される。従って、液体原材料タンク１を移送ポンプ４の設置位置よりも低い位置（例えば、地下）に設置することができる。
【００２９】
次に、上記構成の液体供給装置にて、実際に液体原材料を貯蔵し製造工場へ移送した実施例及び比較例について説明する。
表１は実施例１〜５、比較例1の液体原材料タンク及び移送ポンプ等の条件を示す。また、表２は実施例１〜５、比較例１の結果を示す。
【００３０】
【表１】
【表２】
【００３１】
〔実施例１〕
ステンレス製で、容量５０，０００[Ｌ]の液体原材料タンク１を地上に設置し、移送ポンプ４には、全揚程５５．０[ｍ]、定格流量９０[Ｌ/min]、ポンプ固有のＮＰＳＨ３．３０[ｍ]、出力７．５[Ｋｗ]の遠心式ポンプを用い、液体原材料タンク１の内容物を、純度９９．８[％]以上の酢酸エチルとし、液体原材料タンク１内を加圧ガス発生装置として、スクリューコンプレッサーを用いて加圧し、製造工場への移送テストを実施した結果、５０，０００[Ｌ]を１００[％]として、９８[％]移送することができた。
【００３２】
なお、上記ポンプ固有の必要ＮＰＳＨは、前記有効ＮＰＳＨとは異なり、必要有効吸込みヘッド（ＮＰＳＨ−Ｒ：Net Positive Suction Head Required、以下、「ＮＰＳＨ−Ｒ」ともいう。）と呼ばれるものである。液体供給装置では、ポンプが必要とする最小必要限の吸込側ヘッド（ＮＰＳＨ−Ｒ）がないと、キャビテーションを起こしてしまう。このため、キャビテーションを発生させないためには、有効ＮＰＳＨが必要ＮＰＳＨであるＮＰＳＨ−Ｒよりも大きくなければならない。
【００３３】
〔実施例２〕
上記実施例１における液体原材料タンク１はタンク内の液温を例えば４０[°Ｃ]前後で安定させることにより、内容物の温度上昇により蒸気圧が上昇し、有効ＮＰＳＨが不利になるという状況がみられた。つまり、上記式１において、液温が上昇すると飽和蒸気圧（Ｐｖ）が大きくなり、有効ＮＰＳＨの値が小さくなって、キャビテーションの発生において不利になる。このため、本実施例２では、液体原材料タンク１を地下に設置し、実施例１に記載の移送ポンプ４で製造工場への移送テストを実施した。その結果、タンク内の液温が例えば１５[°Ｃ]前後で安定し、内容物の温度上昇により蒸気圧が上昇することなく、有効ＮＰＳＨが不利になるという状況が改善され、キャビテーションが発生することなく、５０，０００[Ｌ]を１００[％]として、９９[％]（液体原材料タンク１内に挿入している吸込管の末端まで）移送することができた。しかしながら、運転の度に呼び水を行う作業が必要であった。
【００３４】
〔実施例３〕
上記実施例２の条件において、移送ポンプ４を遠心式から自吸式に変更し、製造工場への移送テストを実施した。その結果、キャビテーションが発生することなく、５０，０００[Ｌ]を１００[％]として、９９[％]（液体原材料タンク１内に挿入している吸込管の末端まで）移送することができた。また、移送ポンプ４への呼び水は初期運転時に一度行うのみとなり、運転の度に行う作業が不要となった。また、液体原材料タンク１内の圧力は、設定値±５[ｋＰａ]となり、移送ポンプ４の移送先である製造工場において、計量精度はポンプカタログ値である±２．０[％]であった。
【００３５】
〔実施例４〕
圧力制御装置として、実施例１記載の加圧ガス発生供給装置１９と、液体原材料タンク１の間に減圧弁２０と圧力調整弁２９、液体原材料タンク１に圧力計２２ａと背圧弁２４を設置し、圧力計２２ａの値により、圧力調整弁２９と背圧弁２４により、液体原材料タンク１内の圧力を自動制御することで、液体原材料タンク１内の圧力を一定に制御し、実施例３記載の条件にて、製造工場への移送テストを実施した。その結果、キャビテーションが発生することなく、５０，０００[Ｌ]を１００[％]として、９９[％]移送することができ、且つ、上記圧力制御によって原材料タンク１内の圧力を設定値±１[ｋＰａ]以内に収めることにより、移送ポンプ４からの移送先である製造工場において、計量精度を±１．０[％]以内にすることができた。しかし、液体原材料タンク１内の内容物である純度９９．８[％]以上の酢酸エチルを、３ヶ月間保管したところ、液体原材料タンク１内の水分と反応し、酢酸とエタノールに加水分解した。ただし、製造工場における原材料としては使用可能である。
【００３６】
〔実施例５〕
上記実施例４記載の条件において、加圧ガス発生供給装置１９を、不活性ガスである窒素を発生し、供給する装置として、製造工場への移送テストを実施した。その結果、キャビテーションが発生することなく、５０，０００[Ｌ]を１００[％]として、９９[％]移送することができた。また、液体原材料タンク１内において、純度９９．８[％]以上の酢酸エチルを１２ヶ月間保管したが、物性に変化は無く、液体原材料タンク１内での長期安定保管が可能となった。
【００３７】
〔比較例１〕
ステンレス製で、容量５０，０００[Ｌ]の液体原材料タンク１を地上に設置し、移送ポンプ４には、全揚程５５．０[ｍ]、定格流量９０[Ｌ/min]、ポンプ固有のＮＰＳＨ３．３０[ｍ]、出力７．５[Ｋｗ]の遠心式ポンプを用い、液体原材料タンク１の内容物を、純度９９．５[％]以上の酢酸エチルとし、液体原材料タンク１内を加圧せず、製造工場への移送テストを実施した。その結果、５０，０００[Ｌ]を１００[％]として、８０[％]を移送した時点で、移送ポンプ４内でキャビテーションが発生し、移送不能となった。
【００３８】
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
酢酸エチルなどの液体が貯留されている液体原材料タンク１などのタンクと、液体を液体原材料タンク１から移送する移送ポンプ４と、を備えた液体供給装置であって、供給対象の液体とは別の材料を用いて圧縮エアーなどの加圧ガスを発生させ、液体原材料タンク１に加圧ガスを供給する加圧ガス発生供給装置１９などの加圧ガス発生供給手段を、備える。これによれば、液体原材料タンク１に、加圧ガス発生装置１９から圧縮エアーを供給し、液体原材料タンク１内の酢酸エチルの液位がタンクの底部まで下降して液頭圧が低くなった場合においても、圧縮エアーのエアー圧により液面の圧力を上昇させる。これにより、管路２内の圧力が上昇し、移送ポンプ４の入力側の有効ＮＰＳＨの値を、キャビテーションが発生しない必要ＮＰＳＨの値よりも大きくなるように維持しておくことが可能となる。よって、安定してキャビテーションの発生を防ぎつつ、酢酸エチルなどの液体を液体原材料タンク１の液面の高低にかかわらず連続して外部の工場へ供給することができる。また、液体原材料タンク１を移送ポンプ４よりも高い位置に配置しなくてもよいので、液体原材料タンク１の設置コストを抑制することもできる。また、液体原材料タンク１内の全ての酢酸エチルなどの供給対象の液体を最後まで移送できるので、液体原材料タンク１の容量を有効に利用することができる。
（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、移送ポンプ４として自吸式のポンプを用い、液体原材料タンク１を移送ポンプ４より低い位置に設置した。これによれば、液体原材料タンク１を地下に埋設することも可能となる。このように、液体原材料タンク１を地下に埋設した場合には、大気の温度に左右されることを防止し、液体原材料タンク１の内容物の温度上昇により蒸気圧が上昇し、有効ＮＰＳＨが不利になる（値が小さくなる）という状況を回避することができる。また、地上に露出した状態で設置された液体原材料タンク１を目視する近隣住民の不安を解消することもできる。さらに、移送ポンプ４を自吸式とするため、液体原材料タンク１が移送ポンプ４よりも下部に設置された場合においても、酢酸エチルを吸上げながら外部に移送することができる。
（態様Ｃ）
上記態様Ａ又はＢにおいて、加圧ガス発生供給装置１９と液体原材料タンク１とを接続する第８の管路１８などの管路の中途部に、管路１８を流れる圧縮エアーの圧力を所定の圧力に制御する圧力制御装置３０を備えた。これによれば、加圧ガス発生供給装置１９から供給される圧縮エアーの圧力を調整して液体原材料タンク１に供給するので、液体原材料タンク１の圧力を所定の圧力に保つことができる。なお、液体原材料タンク１内の圧力を圧力制御装置３０にフィードバックしたり、第９の管路２３の背圧弁２４を開閉制御したりすることにより、液体原材料タンク１内の圧力を設定した圧力に保つことができる。さらに、液体原材料タンク１内の圧力を設定した所定の圧力に保つことで、移送ポンプ４によって液体が移送される移送先である製造工場での計量精度を高めることも可能となる。
（態様Ｄ）
上記態様Ａ乃至Ｃのいずれかにおいて、加圧ガス発生供給装置１９で発生するガスは、不活性ガスである。これによれば、製造工場に供給される液体原材料が、酢酸エチル、トルエン、メチルエチルケトンなどの低引火点の揮発性流体であっても、不活性ガスは化学反応を起こさないため、液体原材料を安全に貯留、移送することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１ 液体原材料タンク
２ 管路
３ 管路
４ 移送ポンプ
５ 原材料ローリー
６ 管路
７ａ 受入ポンプ
７ｂ 運転スイッチ
８ 管路
９ 逆止弁
１０ 逆止弁
１１ 手動弁
１２ 管路
１３ 手動弁
１４ 逆止弁
１５ 管路
１６ 安全弁
１７ 管路
１８ 管路
１９ 加圧ガス発生供給装置
２０ 減圧弁
２１ａ 圧力計
２１ｂ 圧力計
２２ａ 圧力計
２２ｂ 液面計
２３ 管路
２４ 背圧弁
２５ 逆火防止装置
２６ 管路
２７ 安全弁
２８ 逆火防止装置
２９ 流量調節弁
３０ 圧力制御装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４０】
【特許文献１】特開２００７−９９８２号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンクに貯留されている液体を外部に移送して供給する液体供給装置及び液体供給方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の液体供給装置として、液体が貯留されたタンクと、このタンク内の液体を液体状態で吸引して取り出すポンプとを備えたものが知られている。上記タンクには、例えば液体運搬車両であるローリーから移送された液体が貯留される。また、この液体供給装置で供給される液体として、例えば、揮発性流体がある。この揮発性流体は、消防法に定められる危険物第４類（引火性液体）に分類される有機溶剤等であり、自動車、船舶等の燃料に用いられるのみならず、製造業をはじめとした様々な産業において液体の原材料として使用されている。そして、使用拠点によっては、一時的に揮発性流体を貯留するタンクが設置されている。しかし、上記タンクとポンプとを備えた従来の液体供給装置では、ポンプの駆動によりタンクから液体を取り出す場合、ポンプの内部や吸込配管内の圧力が液体の飽和蒸気圧以下となることにより液体の沸点が下がって、液体が気化してしまう現象いわゆるキャビテーションが発生するおそれがある。
【０００３】
上記ポンプがキャビテーションを起こすか否かの判断基準となるパラメータとして、吸込みヘッド（ＮＰＳＨ：Net Positive Suction Head、以下、「ＮＰＳＨ」という。）がある。このＮＰＳＨは、キャビテーションの発生のしにくさを示すものであり、ポンプ流路内の圧力と液体の飽和蒸気圧との差をヘッドに換算したものである。ポンプを備えた液体供給装置では、そのポンプに固有のキャビテーションが発生しないＮＰＳＨの最小必要値（以下「必要ＮＰＳＨ」という。）があり、ポンプを実際に運転している運転条件における有効なＮＰＳＨ（以下「有効ＮＰＳＨ」という。）が必要ＮＰＳＨを上回らないと、キャビテーションが発生するおそれがある。
【０００４】
ここで、上記ヘッドとは、通常、Ｐａ（パスカル）の単位で表される圧力を、水などの液体の高さで何ｍ（メートル）に相当するかに換算して表した値であり、水の場合は水頭又は水頭圧、水以外の液体の場合は液頭又は液頭圧とも呼ばれる。タンク内の液体の液頭圧は、タンク内に貯留された液体の液面の高さ（液位）における液体が底面に及ぼす圧力となる。ヘッドは液体の密度により値が異なり、例えば、大気圧を水の高さ（水換算ヘッド）で表すと、０．１０１[ＭＰａ]＝１０．３[ｍ]となり、大気圧をエタノールの高さ（エタノール換算ヘッド）で表すと、１２．９[ｍ]となる。
【０００５】
上記有効ＮＰＳＨの値は、タンク内の液面の高さによって異なる。つまり、タンク内の液面の高さによってポンプ流路内の圧力が異なり、液面の高さが高い場合（圧力が大きい場合）には有効ＮＰＳＨの値が大きくなり、液面の高さが低い場合（圧力が小さい場合）には有効ＮＰＳＨの値は小さくなる。タンク内の液面の高さが低くても、有効ＮＰＳＨの値をキャビテーションが発生しない必要ＮＰＳＨの値よりも大きくするために、従来、タンクを地上（ポンプの設置位置）よりも高い位置に設置（或いは、ポンプを地下に埋設）することが行われている。しかし、製造コストや景観などの制約上、タンクをポンプの設置位置よりも上方に設置できない場合がある。すると、タンクの設置位置によっては、タンク内に貯留された液体の液面の高さが高い場合には液体を取り出すことができるが、液面の高さが低くなるにしたがって有効ＮＰＳＨの値が必要ＮＰＳＨの値を下回ってキャビテーションが発生し、液体の取り出しができなくなるおそれがあり、タンクの容量を有効に利用できないこととなる。具体的に説明すると、タンク内の液面の高さが高い（満液に近い）状態であれば、有効ＮＰＳＨの値が大きいので、外部への移送は問題なく行われる。一方、タンク内の液面の高さが低い(空に近い)状態で、有効ＮＰＳＨの値が必要ＮＰＳＨの値を下回ると、キャビテーションが発生し、タンク内の液体を外部へ移送できないおそれがある。このため、タンク内の全ての液体を最後まで移送できず、タンクの容量を有効に利用できなくなってしまう。
【０００６】
特許文献１には、液化ガスを供給するために、ポンプをタンク設置位置よりも下方に設置することなく、ポンプを有効に機能させることができる液化ガスのガス供給設備が開示されている。このガス供給設備は、メインタンクと、管路を介してメインタンクに接続されたサブタンクと、サブタンク内の液化ガスを気化器側に移送するポンプと、気化器に管路を介して接続されてなる蓄ガス器と、を備えている。メインタンクに貯留された液化ガスは、管路を介してサブタンクに流入し、サブタンクからポンプにより気化器側に移送され、気化器で気化された液化ガスが蓄ガス器に封入される。サブタンクに貯留された液化ガスをポンプの駆動力によって気化器側に移送する際、蓄ガス器内に封入された高圧ガスを、管路を介してサブタンク内に流入(圧入)させることで、液頭圧が低い場合（液面の高さが低い場合）においても、有効に液体状態の液化ガスを気化器側に移送することができる設備構成となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１の液化ガスのガス供給装置は、気化した液化ガスが高圧になることで成り立つ装置である。つまり、タンクに貯留された液体の液化ガスをポンプで吸い出した後、気化させて気体として外部に供給するガス供給装置であり、タンクに貯留された液体を液体状態のまま外部に供給する液体供給装置ではない。また、常温で気体の状態を維持できる液化天然ガス等に適用可能なガス供給装置であって、常温で液体の材料に適用することは困難である。このため、例えば、消防法に定められる危険物第４類（引火性液体）第１石油類に分類される、低引火点（低沸点）の揮発性流体を移送する場合に、気化器を用いて揮発性流体自身を気化させ、蓄ガス器に封入するとともに管路を介してタンクに流入させることは可能である。しかし、気化したガスはタンクに流入する過程で冷却されて大部分が液化してしまうため、タンク内に及ぼす圧力としては微圧であり、タンクの液頭圧を補うほどの圧力は確保することができない。従って、タンク内の液頭圧が確保されない場合、有効ＮＰＳＨの値が必要ＮＰＳＨの値を下回ってキャビテーションが発生し、連続して外部へ供給することができなくなってしまう。また、タンク内の全ての液体を最後まで移送できずに、タンクの容量を有効に利用できなくなってしまう。
【０００８】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、安定してキャビテーションの発生を防ぎつつ、液体をタンクの液面の高低にかかわらず連続して外部へ供給することができる液体供給装置及び液体供給方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、液体が貯留されているタンクと、前記液体を前記タンクから移送するポンプと、を備えた液体供給装置であって、前記液体とは別の材料を用いて加圧ガスを発生させて前記タンクに該加圧ガスを供給する加圧ガス発生供給手段を、更に備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、供給対象の液体とは別の材料を用いて加圧ガスを発生させ、この加圧ガスをタンク内に供給することにより、タンクの内圧が上がって液面に圧力がかかる。この圧力により、タンクからポンプまでの流路内の圧力が上がり、ポンプの入力側の有効ＮＰＳＨの値をキャビテーションが発生しない必要ＮＰＳＨの値より大きく維持しておくことが可能となる。これにより、安定してキャビテーションの発生を防ぎつつ、液体をタンクの液面の高低にかかわらず連続して外部へ供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る液体供給装置の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る液体供給装置の概略構成を示す図である。本実施形態に係る液体供給装置は、製造工場に液体の原材料（以下、「液体原材料」という。）を供給するために使用され、液体原材料貯蔵施設に設置されるものである。
図１に示すように、本実施形態に係る液体供給装置は、原材料の液体が貯留された液体原材料タンク１と、この液体原材料タンク１と第１の管路２及び第２の管路３を介して接続された移送ポンプ４とを備えている。液体原材料タンク１は、液体原材料が貯留される容器である。また、この液体原材料タンク１は、液体原材料ローリー５から液体原材料を液体原材料タンク１に供給する第３の管路６に接続されている。この管路６は受入れポンプ７ａに接続され、第４の管路８を介して液体原材料タンク１に液体原材料を供給するものである。受入ポンプ７ａとしては、遠心式、軸流式、斜流式、回転式、往復式等が挙げられる。
【００１３】
なお、第３の管路６の中途部には、第１の逆止弁９が取付けられており、管路６に流入した液体原材料が、原材料ローリー５方向に逆流するのを防止している。逆止弁９としては、スイング式、ウエハー式、リフト式、ボール式、フート式等が挙げられる。
【００１４】
また、受入ポンプ７ａには、図１中に点線で示すように、運転スイッチ７ｂが接続されている。運転スイッチ７ｂとしては、押ボタン式、セレクタ式等が挙げられ、この運転スイッチ７ｂにより、受入ポンプ７ａの運転、停止を行うことができる。
【００１５】
移送ポンプ４は、液体原材料タンク１内の液体原材料を第１の管路２を介し液体状態で吸引し、下流側に移送するものである。移送ポンプ４としては、遠心式、軸流式、斜流式、回転式、往復式等が挙げられる。この第１の管路２の中途部には、第２の逆止弁１０が取付けられており、管路２に流入した液体原材料が、液体原材料タンク１方向に逆流するのを防止している。逆止弁１０としては、スイング式、ウエハー式、リフト式、ボール式、フート式等が挙げられる。また、この移送ポンプ４は、上述したように、第２の管路３を介して液体原材料タンク１に接続されている。この第２の管路３は、移送ポンプ４からの送液を、液体原材料タンク１側に戻すために配管されたものである。この第２の管路３の中途部には、第１の手動弁１１が取り付けられている。手動弁１１としては、ゲート式、グローブ式、バタフライ式、ニードル式、ストップ式等が挙げられる。この手動弁１１の開度を調整することで、第２の管路３を流れる液体原材料の流量を調整する。この流量の調整により、移送ポンプ４の温度上昇を防ぐための最小流量を確保している。
【００１６】
そして、移送ポンプ４は、第５の管路１２を介して製造工場に接続され、液体原材料を供給する。このとき、第５の管路１２の中途部に取付けられている第２の手動弁１３の開度を調整することで、第５の管路１２を流れる液体原材料の流量を調整する。手動弁１３としては、ゲート式、グローブ式、バタフライ式、ニードル式、ストップ式等が挙げられる。この流量の調整により、液体原材料が製造工場に流入する量を調整している。また、第５の管路１２の中途部には、第３の逆止弁１４が取付けられており、移送ポンプ４で送液された液体原材料が、移送ポンプ４方向に逆流するのを防止している。逆止弁１４としては、スイング式、ウエハー式、リフト式、ボール式、フート式等が挙げられる。さらに、第５の管路１２の中途部で、且つ第２の手動弁１３の下流側に、第６の管路１５が接続されており、末端に、第１の安全弁１６が取付けられている。安全弁１６としては、揚程式、全量式等が挙げられる。この第１の安全弁１６は、吹き出し側が第７の管路１７を介し、第２の管路３に接続されており、第５の管路１２内の液体原材料の温度変化による体積膨張等により、配管内圧が上昇した場合、第７の管路１７側に吹き出すことで、配管保護としての機能を果たしている。
【００１７】
本実施形態の液体供給装置では、液体原材料タンク１に、第８の管路１８を介して接続された加圧ガス発生供給手段としての加圧ガス発生供給装置１９を有している。この加圧ガス発生供給装置１９は、加圧ガスを発生させると共に、液体原材料タンク１に加圧ガスを供給するものである。加圧ガス発生供給装置１９としては、遠心圧縮機、軸流圧縮機、往復圧縮機、ダイヤフラム式圧縮機、スクリュー圧縮機等が挙げられる。これらの圧縮機を用いて、大気中の空気を圧縮して圧縮エアーを発生させ、後述する圧力制御装置３０で圧力調整を行いながら、液体原材料タンク１に供給する。
【００１８】
なお、上記特許文献１のガス供給装置において、酢酸エチルを貯留するとした場合、蓄ガス器に封入した酢酸エチルの気化ガスを、液化を防ぎつつ、サブタンクの液頭圧を補うだけの圧力になるまで圧縮すると、気化ガスの温度が上昇するおそれがある。これに対して、本実施形態の液体供給装置では、液体原材料タンク１を加圧するガスは、貯留されている酢酸エチルから生成されるわけではなく、大気中の空気から生成される。このため、液体原材料タンク１の液頭圧を補うだけの圧力になるまで圧縮しても圧縮エアーの温度はさほど上昇しない。
【００１９】
本実施形態に係る液体供給装置において、液体原材料タンク１は、地下等、移送ポンプ４よりも低い位置に設置されている。また、移送ポンプ４として自吸式のポンプを用いている。自吸式の移送ポンプ４としては、遠心式、容積式等が挙げられる。なお、自吸式ポンプは、初期運転時にポンプにだけ呼び水(水を満水させる)をすることで、運転が始まると、ポンプ自身の力で吸込管の空気を排出し、揚水できるポンプを指し、一度ポンプ内に呼び水を行えば、断続的に運転したとしても、その際の呼び水は不要である。これに対して、通常の遠心ポンプでは、運転の度にポンプの吸込管とポンプ内に呼び水を行う必要がある。
【００２０】
また、本実施形態に係る液体供給装置では、第８の管路１８の中途部及び、第９の管路２３の中途部に、圧力制御装置としての圧力制御装置３０が取付けられ、加圧ガス発生供給装置１９から供給された加圧ガスの流量を調整し、液体原材料タンク１内の圧力を一定に保つ役割を担っている。圧力制御装置３０の一例として、図１に示すように、減圧弁２０と、この減圧弁２０の上流側、下流側に、減圧弁２０の前後の圧力を計測する、第１の圧力計２１ａ、第２の圧力計２１ｂと、第２の圧力計２１ｂの液体原材料タンク１側に流量調整弁２９と、第９の管路２３の中途部に背圧弁２４と、液体原材料タンク１に圧力計２２ａとを備えている。流量調整弁２９と、圧力計２２ａとは、図示しない制御盤に接続され、液体原材料タンク１内の圧力が下降した場合、圧力計２２ａで計測される圧力が所要の圧力に到達するまで、流量調整弁２９を開放する。これらは、所定のプログラムにより、自動的に制御されるものである。液体原材料タンク１内の圧力が上昇した場合は、背圧弁２４を所要の圧力に設定しておくことにより、設定値以上の圧力になると開放され、液体原材料タンク１内の圧力が一定に保たれる。圧力制御装置３０としては、液体原材料タンク１内の圧力を一定に保つことができるものであればよく、上記構成に限定されるものではない。
【００２１】
液体原材料タンク１内の液位が下降した場合であっても、液頭圧を十分確保し、移送ポンプ４におけるキャビテーションの発生を防止するためには、液体原材料タンク１内を３０[ｋＰａ]以上に加圧することが望ましい。しかし、液体原材料タンク１の許容圧力は７０[ｋＰａ]であるため、加圧ガス発生供給装置１９からの供給ガス圧力を、それ以下に減圧することが必要である。また、液体原材料タンク１内の圧力を必要以上に高くすると、内容物（液体）に、加圧している気体が溶解し易くなり、移送ポンプ４にて移送する際、液体中に溶解している気体が気泡となることに起因するキャビテーションが発生してしまうため、液体原材料タンク１内の圧力は、３０〜４０[ｋＰａ]であることが好ましい。
【００２２】
ここで、液体原材料タンク１よりも上に移送ポンプ４を設置した場合、上記有効ＮＰＳＨは次の式１で表される。
【００２３】
有効ＮＰＳＨ＝（Ｐｓ−Ｐｖ）／ρｇ−ｈｓ−Δｈ・・・式１
ここで、
Ｐｓ：吸込液面に作用する絶対圧力[Ｐａ]、開放タンクの場合は大気圧、圧力タンクの場合は内圧
Ｐｖ：液体の飽和蒸気圧[Ｐａ]
ρ：比重[ｋｇ/ｍ３]
ｇ：自由落下の加速度[ｍ/ｓ２]
ｈｓ：吸込液面からポンプ基準面までの高さ[ｍ]
Δｈ：吸込配管の損失ヘッド[ｍ]
【００２４】
上記式１において、液体原材料タンク１内の液位が下降すると、吸込液面からポンプ基準面までの高さ（ｈｓ）の値が大きくなって有効ＮＰＳＨの値が小さくなるが、液体原材料タンク１に加圧ガスを供給することにより吸込液面に作用する圧力（Ｐｓ）が大きくなるので、有効ＮＰＳＨの値をキャビテーションが発生しない必要ＮＰＳＨの値よりも大きくするように維持することができる。
【００２５】
また、加圧ガス発生供給装置１９は、不活性ガス発生供給装置であってもよい。これにより、製造工場に供給される液体原材料が、低引火点の揮発性流体であっても、安全に貯留、移送することができる。不活性ガスとしては、窒素、及び、ヘリウム、ネオン、アルゴンをはじめとする第１８族元素等が挙げられる。製造コストや精製コストを考慮しつつ、化学反応を防ぐために物質に対して不活性なものを選択することが必要であり、液体原材料タンク１に貯留する液体が、低引火点の揮発性流体である場合、それは窒素であることが望ましい。
上記揮発性流体としては、例えば、酢酸エチル、トルエン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ：Methyl Ethyl Ketone）などがある。また、上記不活性ガス発生供給装置として、圧縮された不活性ガスとしての窒素ガスが充填された窒素ガスボンベを用いたり、液体窒素が充填された液体窒素タンクと気化器とを用いたりすることにより、窒素を発生させることができる。
【００２６】
次に、本実施形態に係る液体供給装置の動作について、工程順に説明する
先ず、液体原材料タンク１に液体原材料を受け入れる（受入工程）。運転スイッチ７ｂをＯＮすると、受入ポンプ７ａが運転する。原材料ローリー５が第３の管路６に接続された状態で、受入ポンプ７ａを運転すると、液体原材料は原材料ローリー５から受入ポンプ７ａにより取り出され、第３の管路６から第４の管路８を通り、液体原材料タンク１に貯留される。液体原材料タンク１内の液体原材料の液位は、液面計２２ｂで計測され、表示器２２ｃにて確認できる。
【００２７】
次に、液体原材料タンク１に加圧ガスを充填する（加圧工程）。減圧弁２０を所要の圧力に設定し、加圧ガス発生供給装置１９を運転する（継続運転）と、第８の管路１８を通り、調圧された加圧ガスが液体原材料タンク１に流入する。このとき、流量調整弁２９は圧力計２２ａで計測された値に基づき、制御された開度となっている。また、背圧弁２４を、減圧弁２０と同様、所要の圧力に設定することで、圧力計２２ａで計測される圧力が、減圧弁２０及び背圧弁２４で設定した圧力に到達すると、流量調整弁２９が閉となり、所要の圧力で均衡する。この状態で、液体原材料タンク１に液体原材料の受入れがあった場合、空間容積減少により、本来であれば液体原材料タンク１内の圧力は上昇するが、背圧弁２４が増圧分を大気に開放することで、液体原材料タンク１内部は所要の圧力に保たれる。また、同様に液体原材料の取り出しがあった場合、本来であれば空間容積が増加することにより液体原材料タンク１内の圧力は減少するが、所定のプログラムにより、流量調整弁２９が開となり、加圧ガス発生供給装置１９より、調圧された加圧ガスが供給され、所要の圧力に保たれる。液体原材料タンク１内の圧力は、第３の圧力計２２ａで計測され、表示器２２ｃにて確認できる。
【００２８】
液体原材料タンク１を所要の圧力にて加圧した状態で、移送ポンプ４を駆動させ、液体原材料タンク１から液体原材料を取り出す（取り出し工程）。移送ポンプ４が駆動すると、液体原材料タンク１に貯留された液体原材料は、液体の状態で第１の管路２を通って取り出され、この取り出された液体原材料は、上述した移送ポンプ４を保護するための最小流量分は、第２の管路３を通り、液体原材料タンク１へ、それ以外は第５の管路１２を通り、製造工場へ移送される。ここで、移送ポンプ４の駆動により、液体原材料タンク１内の液体原材料の液位が下降し、内部の圧力が低下した場合であっても、圧力制御装置３０により液体原材料タンク１内は所要の圧力に保たれているので、常に液面に圧力がかかり、液頭圧を十分確保することが可能となり、キャビテーションの発生を有効に防止することができる。なお、加圧ガス発生供給装置１９からの加圧ガスを液体原材料タンク１に供給する工程は、移送ポンプ４の駆動とは無関係に行われているものであり、液体原材料タンク１に貯留された液体原材料の液面が上方に位置する場合であっても、液体原材料タンク１内の圧力が所要の圧力に満たない場合には、所定のプログラムにより、流量調整弁２９が開となり、第８の管路１８より、加圧ガスが供給される。従って、液体原材料タンク１を移送ポンプ４の設置位置よりも低い位置（例えば、地下）に設置することができる。
【００２９】
次に、上記構成の液体供給装置にて、実際に液体原材料を貯蔵し製造工場へ移送した実施例及び比較例について説明する。
表１は実施例１〜５、比較例1の液体原材料タンク及び移送ポンプ等の条件を示す。また、表２は実施例１〜５、比較例１の結果を示す。
【００３０】
【表１】
【表２】
【００３１】
〔実施例１〕
ステンレス製で、容量５０，０００[Ｌ]の液体原材料タンク１を地上に設置し、移送ポンプ４には、全揚程５５．０[ｍ]、定格流量９０[Ｌ/min]、ポンプ固有のＮＰＳＨ３．３０[ｍ]、出力７．５[Ｋｗ]の遠心式ポンプを用い、液体原材料タンク１の内容物を、純度９９．８[％]以上の酢酸エチルとし、液体原材料タンク１内を加圧ガス発生装置として、スクリューコンプレッサーを用いて加圧し、製造工場への移送テストを実施した結果、５０，０００[Ｌ]を１００[％]として、９８[％]移送することができた。
【００３２】
なお、上記ポンプ固有の必要ＮＰＳＨは、前記有効ＮＰＳＨとは異なり、必要有効吸込みヘッド（ＮＰＳＨ−Ｒ：Net Positive Suction Head Required、以下、「ＮＰＳＨ−Ｒ」ともいう。）と呼ばれるものである。液体供給装置では、ポンプが必要とする最小必要限の吸込側ヘッド（ＮＰＳＨ−Ｒ）がないと、キャビテーションを起こしてしまう。このため、キャビテーションを発生させないためには、有効ＮＰＳＨが必要ＮＰＳＨであるＮＰＳＨ−Ｒよりも大きくなければならない。
【００３３】
〔実施例２〕
上記実施例１における液体原材料タンク１はタンク内の液温を例えば４０[°Ｃ]前後で安定させることにより、内容物の温度上昇により蒸気圧が上昇し、有効ＮＰＳＨが不利になるという状況がみられた。つまり、上記式１において、液温が上昇すると飽和蒸気圧（Ｐｖ）が大きくなり、有効ＮＰＳＨの値が小さくなって、キャビテーションの発生において不利になる。このため、本実施例２では、液体原材料タンク１を地下に設置し、実施例１に記載の移送ポンプ４で製造工場への移送テストを実施した。その結果、タンク内の液温が例えば１５[°Ｃ]前後で安定し、内容物の温度上昇により蒸気圧が上昇することなく、有効ＮＰＳＨが不利になるという状況が改善され、キャビテーションが発生することなく、５０，０００[Ｌ]を１００[％]として、９９[％]（液体原材料タンク１内に挿入している吸込管の末端まで）移送することができた。しかしながら、運転の度に呼び水を行う作業が必要であった。
【００３４】
〔実施例３〕
上記実施例２の条件において、移送ポンプ４を遠心式から自吸式に変更し、製造工場への移送テストを実施した。その結果、キャビテーションが発生することなく、５０，０００[Ｌ]を１００[％]として、９９[％]（液体原材料タンク１内に挿入している吸込管の末端まで）移送することができた。また、移送ポンプ４への呼び水は初期運転時に一度行うのみとなり、運転の度に行う作業が不要となった。また、液体原材料タンク１内の圧力は、設定値±５[ｋＰａ]となり、移送ポンプ４の移送先である製造工場において、計量精度はポンプカタログ値である±２．０[％]であった。
【００３５】
〔実施例４〕
圧力制御装置として、実施例１記載の加圧ガス発生供給装置１９と、液体原材料タンク１の間に減圧弁２０と圧力調整弁２９、液体原材料タンク１に圧力計２２ａと背圧弁２４を設置し、圧力計２２ａの値により、圧力調整弁２９と背圧弁２４により、液体原材料タンク１内の圧力を自動制御することで、液体原材料タンク１内の圧力を一定に制御し、実施例３記載の条件にて、製造工場への移送テストを実施した。その結果、キャビテーションが発生することなく、５０，０００[Ｌ]を１００[％]として、９９[％]移送することができ、且つ、上記圧力制御によって原材料タンク１内の圧力を設定値±１[ｋＰａ]以内に収めることにより、移送ポンプ４からの移送先である製造工場において、計量精度を±１．０[％]以内にすることができた。しかし、液体原材料タンク１内の内容物である純度９９．８[％]以上の酢酸エチルを、３ヶ月間保管したところ、液体原材料タンク１内の水分と反応し、酢酸とエタノールに加水分解した。ただし、製造工場における原材料としては使用可能である。
【００３６】
〔実施例５〕
上記実施例４記載の条件において、加圧ガス発生供給装置１９を、不活性ガスである窒素を発生し、供給する装置として、製造工場への移送テストを実施した。その結果、キャビテーションが発生することなく、５０，０００[Ｌ]を１００[％]として、９９[％]移送することができた。また、液体原材料タンク１内において、純度９９．８[％]以上の酢酸エチルを１２ヶ月間保管したが、物性に変化は無く、液体原材料タンク１内での長期安定保管が可能となった。
【００３７】
〔比較例１〕
ステンレス製で、容量５０，０００[Ｌ]の液体原材料タンク１を地上に設置し、移送ポンプ４には、全揚程５５．０[ｍ]、定格流量９０[Ｌ/min]、ポンプ固有のＮＰＳＨ３．３０[ｍ]、出力７．５[Ｋｗ]の遠心式ポンプを用い、液体原材料タンク１の内容物を、純度９９．５[％]以上の酢酸エチルとし、液体原材料タンク１内を加圧せず、製造工場への移送テストを実施した。その結果、５０，０００[Ｌ]を１００[％]として、８０[％]を移送した時点で、移送ポンプ４内でキャビテーションが発生し、移送不能となった。
【００３８】
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
酢酸エチルなどの液体が貯留されている液体原材料タンク１などのタンクと、液体を液体原材料タンク１から移送する移送ポンプ４と、を備えた液体供給装置であって、供給対象の液体とは別の材料を用いて圧縮エアーなどの加圧ガスを発生させ、液体原材料タンク１に加圧ガスを供給する加圧ガス発生供給装置１９などの加圧ガス発生供給手段を、備える。これによれば、液体原材料タンク１に、加圧ガス発生装置１９から圧縮エアーを供給し、液体原材料タンク１内の酢酸エチルの液位がタンクの底部まで下降して液頭圧が低くなった場合においても、圧縮エアーのエアー圧により液面の圧力を上昇させる。これにより、管路２内の圧力が上昇し、移送ポンプ４の入力側の有効ＮＰＳＨの値を、キャビテーションが発生しない必要ＮＰＳＨの値よりも大きくなるように維持しておくことが可能となる。よって、安定してキャビテーションの発生を防ぎつつ、酢酸エチルなどの液体を液体原材料タンク１の液面の高低にかかわらず連続して外部の工場へ供給することができる。また、液体原材料タンク１を移送ポンプ４よりも高い位置に配置しなくてもよいので、液体原材料タンク１の設置コストを抑制することもできる。また、液体原材料タンク１内の全ての酢酸エチルなどの供給対象の液体を最後まで移送できるので、液体原材料タンク１の容量を有効に利用することができる。
（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、移送ポンプ４として自吸式のポンプを用い、液体原材料タンク１を移送ポンプ４より低い位置に設置した。これによれば、液体原材料タンク１を地下に埋設することも可能となる。このように、液体原材料タンク１を地下に埋設した場合には、大気の温度に左右されることを防止し、液体原材料タンク１の内容物の温度上昇により蒸気圧が上昇し、有効ＮＰＳＨが不利になる（値が小さくなる）という状況を回避することができる。また、地上に露出した状態で設置された液体原材料タンク１を目視する近隣住民の不安を解消することもできる。さらに、移送ポンプ４を自吸式とするため、液体原材料タンク１が移送ポンプ４よりも下部に設置された場合においても、酢酸エチルを吸上げながら外部に移送することができる。
（態様Ｃ）
上記態様Ａ又はＢにおいて、加圧ガス発生供給装置１９と液体原材料タンク１とを接続する第８の管路１８などの管路の中途部に、管路１８を流れる圧縮エアーの圧力を所定の圧力に制御する圧力制御装置３０を備えた。これによれば、加圧ガス発生供給装置１９から供給される圧縮エアーの圧力を調整して液体原材料タンク１に供給するので、液体原材料タンク１の圧力を所定の圧力に保つことができる。なお、液体原材料タンク１内の圧力を圧力制御装置３０にフィードバックしたり、第９の管路２３の背圧弁２４を開閉制御したりすることにより、液体原材料タンク１内の圧力を設定した圧力に保つことができる。さらに、液体原材料タンク１内の圧力を設定した所定の圧力に保つことで、移送ポンプ４によって液体が移送される移送先である製造工場での計量精度を高めることも可能となる。
（態様Ｄ）
上記態様Ａ乃至Ｃのいずれかにおいて、加圧ガス発生供給装置１９で発生するガスは、不活性ガスである。これによれば、製造工場に供給される液体原材料が、酢酸エチル、トルエン、メチルエチルケトンなどの低引火点の揮発性流体であっても、不活性ガスは化学反応を起こさないため、液体原材料を安全に貯留、移送することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１ 液体原材料タンク
２ 管路
３ 管路
４ 移送ポンプ
５ 原材料ローリー
６ 管路
７ａ 受入ポンプ
７ｂ 運転スイッチ
８ 管路
９ 逆止弁
１０ 逆止弁
１１ 手動弁
１２ 管路
１３ 手動弁
１４ 逆止弁
１５ 管路
１６ 安全弁
１７ 管路
１８ 管路
１９ 加圧ガス発生供給装置
２０ 減圧弁
２１ａ 圧力計
２１ｂ 圧力計
２２ａ 圧力計
２２ｂ 液面計
２３ 管路
２４ 背圧弁
２５ 逆火防止装置
２６ 管路
２７ 安全弁
２８ 逆火防止装置
２９ 流量調節弁
３０ 圧力制御装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４０】
【特許文献１】特開２００７−９９８２号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が貯留されているタンクと、
前記液体を前記タンクから移送するポンプと、を備えた液体供給装置であって、
前記液体とは別の材料を用いて加圧ガスを発生させて前記タンクに該加圧ガスを供給する加圧ガス発生供給手段を、更に備えたことを特徴とする液体供給装置。
【請求項２】
請求項１の液体供給装置において、
前記ポンプとして自吸式のポンプを用い、
前記タンクを前記ポンプより低い位置に設置したことを特徴とする液体供給装置。
【請求項３】
請求項１又は２の液体供給装置において、
前記加圧ガス発生供給手段と前記タンクとを接続する管路の中途部に、該管路を流れる前記加圧ガスの圧力を所定の圧力に制御する圧力制御装置を備えたことを特徴とする液体供給装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかの液体供給装置において、
前記加圧ガス発生供給手段で発生する加圧ガスは不活性ガスであることを特徴とする液体供給装置。
【請求項５】
タンクに貯留されている液体をポンプで移送して供給する液体供給方法であって、
前記液体とは別の材料を用いて加圧ガスを発生させるステップと、
前記加圧ガスを前記タンクに供給するステップとを有することを特徴とする液体供給方法。
【請求項６】
請求項５の液体供給方法において、
前記ポンプとして自吸式のポンプを用い、
前記ポンプよりも低い位置に設置された前記タンクから前記液体を吸い上げて移送することを特徴とする液体供給方法。
【請求項７】
請求項５又は６の液体供給方法において、
前記タンクに供給する前記加圧ガスの圧力を所定の圧力に制御するステップを、更に有することを特徴とする液体供給方法。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれかの液体供給方法において、
前記加圧ガスは不活性ガスであることを特徴とする液体供給方法。
【請求項１】
液体が貯留されているタンクと、
前記液体を前記タンクから移送するポンプと、を備えた液体供給装置であって、
前記液体とは別の材料を用いて加圧ガスを発生させて前記タンクに該加圧ガスを供給する加圧ガス発生供給手段を、更に備えたことを特徴とする液体供給装置。
【請求項２】
請求項１の液体供給装置において、
前記ポンプとして自吸式のポンプを用い、
前記タンクを前記ポンプより低い位置に設置したことを特徴とする液体供給装置。
【請求項３】
請求項１又は２の液体供給装置において、
前記加圧ガス発生供給手段と前記タンクとを接続する管路の中途部に、該管路を流れる前記加圧ガスの圧力を所定の圧力に制御する圧力制御装置を備えたことを特徴とする液体供給装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかの液体供給装置において、
前記加圧ガス発生供給手段で発生する加圧ガスは不活性ガスであることを特徴とする液体供給装置。
【請求項５】
タンクに貯留されている液体をポンプで移送して供給する液体供給方法であって、
前記液体とは別の材料を用いて加圧ガスを発生させるステップと、
前記加圧ガスを前記タンクに供給するステップとを有することを特徴とする液体供給方法。
【請求項６】
請求項５の液体供給方法において、
前記ポンプとして自吸式のポンプを用い、
前記ポンプよりも低い位置に設置された前記タンクから前記液体を吸い上げて移送することを特徴とする液体供給方法。
【請求項７】
請求項５又は６の液体供給方法において、
前記タンクに供給する前記加圧ガスの圧力を所定の圧力に制御するステップを、更に有することを特徴とする液体供給方法。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれかの液体供給方法において、
前記加圧ガスは不活性ガスであることを特徴とする液体供給方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１３−４７１０５（Ｐ２０１３−４７１０５Ａ）
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８５６７７（Ｐ２０１１−１８５６７７）
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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