CN104602799B - 气体溶解装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了利用相对简单的结构，能够使气体在液体中有效溶解至过饱和状态的气体溶解装置。本发明的气体溶解装置为如下：具备直立的柱状罐(50)、将使气体与液体混合而成的气液混合体加压供给至罐(50)内的气液供给设备，在罐(50)内的上部具有使气液混合体向罐(50)的底面侧喷射的喷嘴(40)的气体溶解装置中，通过在所述罐(50)内设置区划体(60)，形成沿着罐(50)的长边方向的中心轴的中央流路(71)、沿着罐(50)的内周面的外侧流路(72)、和将中央流路(71)和外侧流路(72)在短边方向连通的连接流路(73)，从喷嘴(40)喷射至罐(50)内的气液混合体通过中央流路(71)、外侧流路(72)以及连接流路(73)的同时被搅拌。

Description

气体溶解装置
技术领域
本发明涉及使空气、氧、臭氧等气体溶解于液体的气体溶解装置。
背景技术
作为气体溶解装置的适用例，如专利文献1所公开的，已知的有在处理对象水中混合臭氧的臭氧水制造装置。该专利文献1的装置以通过设置于外壳内的混合设备使导入的处理对象水与臭氧的混合流体混合，同时通过加压设备进行加压的方式构成。
但是，在该装置中，以大气压下的体积比计，仅能够使臭氧混入5％左右。因此，在专利文献2中，提出了一种臭氧水处理装置，其作为能够高效地使臭氧混入处理对象水中的臭氧水处理装置，具有将含有臭氧的气泡混入处理对象水并在大气压力以上的输出压力下进行输出的二相流气液混合泵、将内部维持于封闭状态的外筒部以及在内部由在周面上形成有多个微细孔的微细管形成的内筒部，具备使在处理对象水中混入的含有臭氧的气泡在使通过内筒部的微细孔时机械破碎并进行微细化的气液接触管、以及使处理对象水仅停留规定时间的自由基反应槽。
然而，专利文献2的臭氧水处理装置在1秒以上、3秒以下这样的短时间内使含有臭氧的气泡通过内筒部的微细孔而使其机械破碎并进行微细化(段落0018)，需要另外设置用于使含有臭氧的气泡溶解于处理对象水的反应槽(自由基反应槽)。另外，含有臭氧的气泡和处理对象水从气液接触管的底部向上流动，由于存在从上部排出的结构，因此含有臭氧的气泡不通过微细孔而上浮，在气液接触管的上部积存等，由此有可能阻止含有臭氧的气泡的微细化，溶解效率降低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开平7-227529号公报
专利文献2：专利第4271991号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明是鉴于上述而完成的，其课题在于提供了利用相对简单的结构，能够高效地使气体在液体中溶解至过饱和状态的气体溶解装置。
用于解决课题的手段
本发明的气体溶解装置的特征在于，具备直立的柱状罐、将使气体与液体混合而成的气液混合体加压供给至所述罐内的气液供给设备；在所述罐内的上部具有使所述气液混合体向所述罐的底面侧喷射的喷嘴；在所述罐内，通过设置区划体，至少形成沿着所述罐的长边方向的中心轴的中央流路、沿着所述罐的内周面的外侧流路、和将所述中央流路和所述外侧流路在短边方向连通的连接流路；从所述喷嘴喷射至所述罐内的所述气液混合体在通过所述中央流路、所述外侧流路和所述连接流路的同时被搅拌。
这样在本发明中，由气体与液体混合而成的气液混合体以高压从罐的上方向底面侧喷射，其后，成为一边通过由区划体形成的中央流路和外侧流路，一边从内侧向外侧或者从外侧向内侧不规则地通过连接流路，因此，气液混合体彼此碰撞，同时被有效地搅拌。其结果，气体被微细化，气体的表面积增加并且与水的接触频率增加，同时，停留时间也增加，气体的溶解量增加。
本发明的区划体可利用在周面上具有多个贯通孔的内筒体来形成，在这种情况下，使内筒体的内侧为中央流路，使内筒体的外周面与罐的内周面之间为外侧流路，使贯通孔为连接流路。如果这样使用在周面上具有多个贯通孔的内筒体，则可通过仅将该内筒体设置于罐内而一体地形成各通路。另外，内筒体向罐内的设置简单，可易于制造本发明的气体溶解装置。
在利用内筒体形成区划体的情况下，在该贯通孔的周缘部，优选设置向内筒体的内侧和/或外侧突出的碰撞部。通过这样设置碰撞部，气液混合体与该碰撞部碰撞并弹回等从而停留时间增加，因此，可进一步促进微细化的气体向液体的溶解。
本发明的区划体可通过在罐的长边方向有间隔地多段配置的环形体来形成。在这种情况下，使环形体的内侧为中央流路，使环形体的外周面与罐的内周面之间为外侧流路，使环形体彼此之间为连接流路。如果通过多个环形体形成区划体，则气液混合体与各环形体碰撞并弹回等从而停留时间增加，因此，可促进微细化的气体向液体的溶解。
另外，在本发明的罐内，可设置阻挡中央流路的碰撞板。如果这样设置碰撞板，则通过各流路后的气液混合体与碰撞部碰撞并弹回，由此可增加停留时间，可进一步促进微细化的气体向液体的溶解。
进而在本发明中，可在罐内设置隔板，在相比该隔板的上方区域配置区划体，在隔板设置使气液混合体在相比隔板的下方区域产生涡流的开口部。如果设为这样的结构，则在相比隔板的上方区域进行基于利用了区划体的搅拌的微细化的气体向液体的溶解，同时，在相比隔板的下方区域基于利用涡流的搅拌，可更高效地进行气体向液体的溶解。即，能够利用一个罐进行两种搅拌，能够使搅拌效率提高，同时，能够使装置的设置空间紧凑，也能够降低制造成本。
发明效果
根据本发明，由于喷射至罐内的气液混合体在通过由区划体形成的中央流路、外侧流路和连接流路的同时被不规则地搅拌，因此，能够高效地使气体在液体中溶解至不饱和状态。另外，作为装置结构，可设为在罐内仅配置区划体的相对简单的结构。
附图说明
图1是表示根据本发明的一个实施方式的气体溶解装置的整体结构的说明图。
图2表示图1的气体溶解装置的罐的内部结构，(a)为其剖面图，(b)为(a)的A-A向视图。
图3是表示本发明的气体溶解装置的罐的其它实施方式的剖面图。
图4是表示本发明的气体溶解装置的罐的另外的其它实施方式的剖面图。
图5是表示本发明的气体溶解装置的罐的另外的其它实施方式的剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(实施方式1)
图1是表示根据本发明的一个实施方式的气体溶解装置的整体结构的概念图。图1的气体溶解装置将臭氧在水中混合并使之溶解。
水通过泵10加压并在配管20中流动。在配管20的中途，被从臭氧发生器30供给的臭氧气体混合，该气液混合体在加压的状态下从设置于配管20前端的喷嘴40喷射至罐50内。如后所述，气液混合体在罐50内被搅拌，基于该搅拌而使臭氧溶解至过饱和状态的气液混合体(臭氧水)从罐50的下部取出，取出的臭氧水在废水处理、净水处理等中使用。
予以说明，在图1的实施方式中，作为气液供给设备使用泵10、配管20和臭氧发生器30，在配管20的中途使臭氧混合，但也可以如上述专利文献2那样使用二相流气液混合泵，在二相流气液混合泵的前部使臭氧与水混合，通过二相流气液混合泵加压供给该气液混合体。
图2表示图1的气体溶解装置的罐50的内部结构，(a)为其剖面图，(b)为(a)的A-A向视图。
罐50成为柱状而直立着，其上部配置有喷嘴40，罐50内配置有作为区划体的内筒体60。
内筒体60在周面上具有多个贯通孔61。在图2的实施方式中，配置有多个贯通孔61，使得下部为斜边的直角三角形状的贯通孔61上下多段设置着，在各段中以90°的间隔设置有4个贯通孔61并在各段间错开45°的位相而形成交错状，并且，使得各段中的贯通孔61的斜边方向相同，在上下段中其方向互相不同。贯通孔61的配置不限于交错状，但至少从贯通孔61的配置易于进行的观点考虑，优选交错状。另外，贯通孔61的各段的数目不限于4个，考虑罐50和内筒体60的尺寸(直径、高度)，也可以增加为例如6个、8个等数目来设置。
如图2(b)所示，在各贯通孔61的上缘部帽檐状(庇状)地设置有向内筒体60的内侧和外侧突出的碰撞部62。碰撞部62可以以仅向内筒体的内侧或者外侧突出的方式设置，也可以仅设置于部分贯通孔，但从促进利用碰撞部62的气液混合体的搅拌的观点考虑，优选以实质上向全部贯通孔61的内侧和外侧突出的方式来设置。另外，碰撞部62不限于贯通孔61的上缘部，也可以设置于气液混合体碰撞的位置、其它方向的周缘部。
这样，通过在罐50内配置在周面上具有多个贯通孔61的内筒体60，从而在内筒体60的内侧形成沿着罐的长边方向(垂直方向)的中心轴的中央流路71，同时在内筒体60的外周面和罐50的内周面之间形成沿着罐的内周面的外侧流路72，贯通孔61成为在短边方向(水平方向)将中央流路71和外侧流路72连通的连接流路73。
在以上的结构中，经由配管20加压供给的气液混合体从喷嘴40向罐50的底面侧并且在俯视时以放射状喷射。在本实施方式中，喷嘴40的前端的位置处于内筒体60内，气液混合体在内筒体60内向罐50的底面侧以放射状喷射，来自喷嘴40的气液混合体的喷射角度(图2中的α：扩展角度)为0～30度左右。予以说明，喷射角度不限于0～30度，在罐50和内筒体60的直径较大的情况下，也可以以将喷射角度扩展至60度左右的方式操作。
由此，该气液混合体成为一边通过由内筒体60形成的中央流路71和外侧流路72，一边从内侧向外侧或者从外侧向内侧不规则地通过连接流路73，因此，气液混合体彼此碰撞的同时被有效地搅拌。另外，由于以图2的方式配置直角三角形状的贯通孔61，通过贯通孔61的气液混合体向罐50的下方以相互掺混的方式碰撞，同时被有效地搅拌。进而，气液混合体中残存的大气泡向罐50的上方上升，从喷嘴40喷射出的气液混合体与该气泡碰撞，同时被有效地搅拌。
其结果，气体(臭氧)被微细化，表面积增加并且与水的接触频率增加，同时，停留时间也增加，臭氧的溶解量增加，能够高效地使臭氧溶解至过饱和状态。得到的臭氧水从罐50下部的取出管51取出。
(实施方式2)
图3是表示本发明的气体溶解装置的罐的其它实施方式的剖面图。在该图中，对与之前的实施方式1相同的结构赋予相同的符号，省略其说明。
本实施方式在配置于罐50内的内筒体60的下部设置阻挡中央流路71的碰撞板80。如果这样设置碰撞板80，则由于通过各流路后的气液混合体与碰撞板80碰撞并弹回，从而能够增加停留时间，能够进一步促进微细化的气体(臭氧)向液体(水)的溶解。
予以说明，在本实施方式中，在相比碰撞板80的下方区域的内筒体60没有设置贯通孔61，但也可以在相比碰撞板80的下方区域设置贯通孔61。
另外，在本实施方式中，设置有对罐50内的液面水平进行调整的液面调整机构。具体而言，液面调整机构具备与罐50在垂直方向旁通的液面计90、检测液面计90的液面水平的光传感器91、通过设置于与罐50的上部以及取出管51旁通的管路的中途的开闭阀93而对利用光传感器91检测出的液面水平进行调整的调节器92。通过使用该液面调整机构，利用调节器92调整开闭阀93的开度，使积存于罐50上部的气体从取出管51排出，从而以罐50内的液面水平即利用光传感器91检测出的液面水平成为一定水平的方式进行调整。在本实施方式中，可以按如此方式设定进行调整，使得罐50内的液面水平处于碰撞板80的位置。
予以说明，也可以按如此方式操作，使得通过在配管20设置流量调整阀，调整来自喷嘴40的气液混合体的喷射量，或者在罐50下部与取出管51的连接部设置流量调整阀，调整来自取出管51的臭氧水的取出量，从而调整罐50内的液面水平。
表1示出了关于将本实施方式的气体溶解装置的臭氧发生器30置换为氧发生器、使氧溶解于水中时的溶解的氧的量的试验结果。
[表1]
试验时的水温为7℃(饱和溶解的氧的量：11.75mg/L)，罐内压力为0.18MPa
溶解的氧的量
实施例1 59mg/L
实施例2 57mg/L
实施例3 57mg/L
与在试验时的水温7℃下的饱和溶解的氧的量为11.75mg/L相对，在大气压力下进行测量时，实施例1～3都溶解有5倍以上浓度的氧的量，能够使气体(氧)在液体(水)中溶解至过饱和状态。
(实施方式3)
图4是表示本发明的气体溶解装置的罐的另外的其它实施方式的剖面图。在该图中，对与之前的实施方式1和2相同的结构赋予相同的符号，省略其说明。
本实施方式利用多个环形体100来形成设置于罐50内的区划体。即，在本实施方式中，利用在罐50的长边方向有间隔地多段配置的环形体100来形成区划体，使环形体100的内侧为中央流路71，使环形体100的外周面与所述罐的内周面之间为外侧流路72，使所述环形体彼此之间为连接流路73。
在本实施方式中，也与之前的实施方式1同样，气液混合体彼此碰撞的同时被有效地搅拌，能够高效地使气体(臭氧)在液体(水)中溶解至过饱和状态。进而在本实施方式中，由于气液混合体与各环形体100碰撞并弹回等从而停留时间增加，因此，能够促进微细化的臭氧向水的溶解。
在本实施方式中，与之前的实施方式2同样，在区划体的下部设置有阻挡中央流路71的碰撞板80，但并不是必须设置碰撞板80。
(实施方式4)
图5是表示本发明的气体溶解装置的罐的另外的其它实施方式的剖面图。在该图中，对与之前的实施方式1至3相同的结构赋予相同的符号，省略其说明。
本实施方式除了基于之前的实施方式1的内筒体60的搅拌以外，可以以进行基于涡流的搅拌的方式操作。即，在本实施方式中，在罐50内设置隔板110，在相比该隔板110的上方区域与实施方式1同样地配置作为区划体的内筒体60，在隔板110设置有使在相比隔板110的下方区域的所述气液混合体产生涡流的开口部111。开口部111具有设置于隔板110的一个部位、用于使从该开口部111流出的气液混合体产生沿着罐50的内周面的涡流的引导部112。
通过设为这样的结构，在相对隔板110的上方区域能够进行基于利用了区划体(内筒体60)的搅拌的微细化的气体(臭氧)向液体(水)的溶解，同时，在相对隔板110的下方区域基于利用了涡流的搅拌,能够更高效地进行臭氧向水的溶解。即，能够利用一个罐50进行两种搅拌，能够使搅拌效率提高，同时，能够使装置的设置空间紧凑，也能够降低制造成本。
予以说明，在本实施方式中，利用内筒体60来形成区划体，但也可以如之前的实施方式2那样利用多个环形体100来形成。
在以上的实施方式中，使设置于作为区划体的内筒体60的贯通孔61为直角三角形，但其形状不特别限定，也可以是圆形、椭圆形、四角形、多角形等任意形状。但是，由于贯通孔61使气液混合体通过，因此必然需要一定程度的开口面积，例如使一个贯通孔的开口面积为2500mm2以上。另一方面，如果各贯通孔61的开口面积过大，则难以均匀地配置多个贯通孔61，因此考虑罐50和内筒体60的尺寸(直径、高度)，使开口面积例如为37500mm2以下。从同样的理由考虑，在由多个环形体100形成区划体的情形下，使上下环形体100的间隔为50～300mm左右。
另外，在以上实施方式中，由内筒体60或者多个环形体100来形成区划体，但区划体也可利用其它构件来形成。例如，能够以构成内筒的方式在罐50内配置多个锁链(链条)，使锁链的内侧为中央流路，使锁链的外侧为外侧流路，使各锁链的开口为连接流路。
进而，在设为包含有机物的水(液体)与臭氧(气体)的气液混合体的情况下，根据本发明的气体溶解装置能够作为分解有机物的水处理装置使用。
予以说明，在以上的实施方式中，按照使臭氧与水混合的方式操作，但明显的是，液体和气体不限于水和臭氧。
符号说明
10 泵
20 配管
30 臭氧发生器
40 喷嘴
50 罐
51 取出管
60 内筒体(区划体)
61 贯通孔(连接流路)
62 碰撞部
71 中央流路
72 外侧流路
73 连接流路
80 碰撞板
90 液面计
91 光传感器
92 调节器
93 开闭阀
100 环形体(区划体)
110 隔板
111 开口部

Claims (3)

1.气体溶解装置，其具备直立的柱状罐、将使气体与液体混合而成的气液混合体加压供给至所述罐内的气液供给设备，
在所述罐内的上部具有使所述气液混合体向所述罐的底面侧喷射的喷嘴，
在所述罐内，通过设置区划体，至少形成沿着所述罐的长边方向的中心轴的中央流路、沿着所述罐的内周面的外侧流路、和将所述中央流路和所述外侧流路在短边方向连通的连接流路，
从所述喷嘴喷射至所述罐内的所述气液混合体在通过所述中央流路、所述外侧流路和所述连接流路的同时被搅拌，所述区划体由在周面上具有多个贯通孔的内筒体构成，使所述内筒体的内侧为中央流路，使所述内筒体的外周面与所述罐的内周面之间为外侧流路，使所述贯通孔为连接流路，
在所述贯通孔的周缘部设置有向所述内筒体的内侧和/或外侧突出的碰撞部。
2.如权利要求1所述的气体溶解装置，其中，在所述罐内设置阻挡所述中央流路的碰撞板。
3.如权利要求1或2所述的气体溶解装置，其中，在所述罐内设置隔板，在相比所述隔板上方的区域配置所述区划体，在所述隔板设置使所述气液混合体在相比所述隔板下方的区域产生涡流的开口部。
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