CN218573314U - 气液混合喷嘴以及液体处理装置 - Google Patents

Abstract

气液混合喷嘴(10)具备：入口部(11)，是供气体以及液体流入的入口部(11)，具有规定的第一内径

并且包含使流路的内径比第一内径

缩小的环状的缩小端面(11a)；管状的喉部(12)，与缩小端面(11a)的下游侧连接，具有小于第一内径

的第二内径

并且在中心轴线(L)的方向上具有第二长度(L2)；以及出口部(13)，包含与喉部(12)的下游侧连接并使流路的内径扩大的环状的扩大端面(13a)，并且具有大于第二内径

的第三内径

第二长度(L2)相对于第二内径

之比为8以上且30以下，喉部(12)的算术平均粗糙度(Ra)为2μm以上且20μm以下。

Description

气液混合喷嘴以及液体处理装置

技术领域

本公开涉及气液混合喷嘴以及液体处理装置。

背景技术

作为用于使气体溶解于液体的方法，如专利文献1所记载那样，公知有用加压容器混合气液而使气体溶解的气体溶解促进法。另外，作为新的气体溶解促进法，如非专利文献1所记载那样，提出产生微细气泡的方法。另一方面，如专利文献2～5所记载那样，开发了生成微细气泡的喷嘴。这些喷嘴例如用于液体处理装置、化学反应器等。

微细气泡生成喷嘴例如专利文献2所记载那样，具备形成流路的入口侧的流入部、形成流路的出口侧的排出部、以及设置于流入部与排出部之间的气泡生成部。气泡生成部的截面积小于流入部的截面积和排出部的截面积。即，气泡生成部在微细气泡生成喷嘴的流路中具有最小的截面积。专利文献3所记载的微细气泡生成喷嘴也具备形成于锥部与扩大部之间且具有最小的截面积的喉部。专利文献4所记载的微细气泡产生器也具备形成于大管径部与圆锥状流路之间且具有比大管径部的流路的直径相对小的直径的小管径部。

专利文献1：日本特开2017-51892号公报

专利文献2：日本特开2012-170849号公报

专利文献3：日本专利第5825852号公报

专利文献4：日本专利第4942434号公报

专利文献5：日本专利第4328904号公报

非专利文献1：九州经济产业局、《微细气泡活用事例集追补版》、2018年1月、P.3、[2021年8月3日搜索]网络(URL：https://k-rip.gr.jp/wp/wp-content/uploads/2018/03/finebubble_ver4.pdf)

上述的以往的喷嘴是以通过生成微细气泡来促进气体溶解为目的而开发的。然而，以往的喷嘴着眼点在于微细气泡的生成，对于气体的溶解不能说是最优，对于气体的溶解留有改良的余地。并且，如专利文献5所记载的流体搅拌器那样，若在喷嘴设置用于生成回旋流的翼板，则流体的流通阻力增加。其结果，用于使流体在喷嘴流通的泵动力有可能增加。这样，需要一种能够以更低的动力增加气体的溶解量的气液混合喷嘴。

实用新型内容

本公开对能够抑制气体以及液体在喉部流通时的流通阻力并且使气体容易溶解于液体的气液混合喷嘴以及液体处理装置进行说明。

本公开的一形态是一种气液混合喷嘴，沿着中心轴线分别形成有入口部、出口部、以及配置于入口部与出口部之间的喉部，并且入口部、喉部、以及出口部连接而构成气体以及液体的流路，其中，该气液混合喷嘴具备：入口部，是供气体以及液体流入的入口部，具有规定的第一内径，并且包含使流路的内径比第一内径缩小的环状的缩小端面；管状的喉部，与缩小端面的下游侧连接，具有小于第一内径的第二内径，并且在中心轴线的方向上具有长度；以及出口部，包含与喉部的下游侧连接并使流路的内径扩大的环状的扩大端面，并且具有大于第二内径的第三内径，长度相对于第二内径之比为8以上且30以下，喉部的平均粗糙度为2μm以上且20μm以下。

根据本公开的一形态所涉及的气液混合喷嘴，气体以及液体向入口部流入，接着向管状的喉部流入。从入口部到喉部，通过环状的缩小端面使流路的内径缩小。喉部具有比入口部的第一内径小的第二内径。喉部的平均粗糙度为2μm以上且20μm以下的结构有助于使气体容易溶解于液体。喉部具有第二内径的8倍以上且30倍以下的长度的结构有助于抑制气体以及液体在喉部流通时的流通阻力。根据这样的结构，与例如在喉部设置翼板或突起的结构相比，能够抑制气体以及液体在喉部流通时的流通阻力，并且使气体容易溶解于液体。其结果，能够以相同的泵动力进一步增加气体的溶解量。

在一些形态中，也可以为，喉部的平均粗糙度为10μm以上且20μm以下。根据该结构，在气体以及液体在喉部流通时，气体更容易溶解于液体。

在一些形态中，也可以为，长度相对于第二内径之比为8以上且小于15。根据该结构，容易抑制用于使气体以及液体流通的泵动力。

在一些形态中，也可以为，在包含中心轴线的截面中，缩小端面所成的角度为180度。根据该结构，能够简单地构成气液混合喷嘴。

本公开的另一形态是一种液体处理装置，混合作为处理对象的液体和处理用气体而对液体中的有机物进行分解处理，其中，该液体处理装置具备：存积槽，收容液体；上述任一种气液混合喷嘴；流路，使液体从存积槽向气液混合喷嘴流通；泵，设置于流路上，将液体向气液混合喷嘴侧送出；以及气体供给部，与流路的比气液混合喷嘴靠存积槽侧的部分连接，向液体供给处理用气体。

根据本公开的一形态所涉及的液体处理装置，由于具备上述任一种气液混合喷嘴，所以与例如在喉部设置翼板或突起的结构相比，能够抑制处理用气体以及液体在喉部流通时的流通阻力，并且使处理用气体容易溶解于液体。包含溶解后的处理用气体的液体通过出口部，供给到与例如出口部连接的反应器等。由于促进了作为处理对象的液体与处理用气体的混合，所以促进液体中的有机物的分解处理。由此，能够以相同的泵动力进一步增加有机物的分解量。

在一些形态中，也可以为，液体为包含有机物的排水，处理用气体为臭氧。根据该结构，能够进行高效的排水的处理。

在一些形态中，也可以为，液体处理装置具备多个气液混合喷嘴，多个气液混合喷嘴连续地设置。在该情况下，发现了在通过多个气液混合喷嘴中的一个气液混合喷嘴时气泡被微细化的现象，在每次气泡通过气液混合喷嘴时反复产生，因此根据气液混合喷嘴的数量促进气泡的微细化。因此，与使用一个气液混合喷嘴的情况相比，进一步促进液体中的有机物的分解处理。

在一些形态中，也可以为，多个气液混合喷嘴相互直接连结。根据该结构，例如能够通过焊接等来连结多个气液混合喷嘴。

根据本公开的一些形态，能够抑制气体以及液体在喉部流通时的流通阻力并且使气体容易溶解于液体。

附图说明

图1是包含一实施方式所涉及的气液混合喷嘴的中心轴线的剖视图。

图2是扩大表示变形方式所涉及的气液混合喷嘴的一部分的剖视图。

图3是表示一实施方式所涉及的液体处理装置的概略结构图。

图4是表示实施例以及比较例中的臭氧气体投入量与有机物分解比例的关系的图。

图5是表示其他实施方式所涉及的液体处理装置的概略结构图。

图6(a)是例示即将进入喉部的气泡的图，图6(b)是例示进入到喉部的气泡的图，图6(c)是例示即将从喉部出来的气泡的图，图6(d)是例示从喉部出来后的气泡的图。

图7是表示气液混合喷嘴的连结数量与气泡的浊度的关系的图。

图8是表示气液混合喷嘴的连结数量与气液混合性能KLa的关系的图。

附图标记说明

10...气液混合喷嘴；11...入口部；11a...缩小端面；11b...上游端面；12...喉部；13...出口部；13a...扩大端面；13b...下游端面；14...入口连接部；16...倒角部；20...主体；30...气泡；33...射流；L...中心轴线；L1...第一长度；L2...第二长度；L3...第三长度；α...(缩小端面的)角度；β...(扩大端面的)角度；

...第一内径；

...第二内径；

...第三内径；100、100A...液体处理装置；101...水槽(存积槽)；102...臭氧源(气体供给部)；103...微细气泡生成器；104...臭氧反应槽；105...生物反应槽；106...泵；107...流路；108...流路；109...流路；110...测量器；111...浊度计。

具体实施方式

以下，参照附图对例示的实施方式进行说明。此外，在各图中，对相同或相当的要素彼此标注相同的附图标记，并省略重复的说明。在本说明书中，以液体的流动为基准使用“上游”或“下游”这样的用语。

参照图1，对本实施方式的气液混合喷嘴10进行说明。气液混合喷嘴10例如用于液体处理装置或化学反应器等。

气液混合喷嘴10是用于使气体溶解于液体的喷嘴。气液混合喷嘴10被组装到供给气体以及液体的配管中而使用。气液混合喷嘴10例如设置于水槽或反应器与泵之间的配管。气液混合喷嘴10也可以与水槽或反应器内的液体直接接触。气液混合喷嘴10也可以是用于将溶解有气体的液体直接吹入水槽或反应器内的液体的喷嘴。应用气液混合喷嘴10的液体例如为水。所谓水，是包含例如由液体处理装置处理的排水(废水)或污水的概念。气液混合喷嘴10例如可用于从包含有机物的排水中分解有机物进行净化处理的液体处理装置。应用气液混合喷嘴10的液体可以为水以外的液体。通过气液混合喷嘴10而溶解于液体的气体例如为臭氧气体。通过气液混合喷嘴10而溶解于液体的气体可以为臭氧气体以外的气体。通过气液混合喷嘴10溶解于液体的气体例如也可以为氧气(空气)、二氧化碳、氮气、氦气、氩气、氢气、以及氨气等。

如图1所示，气液混合喷嘴10具备在内部形成有流路的主体20。主体20由对主体20所接触的液体以及气体具有耐腐蚀性以及耐热性的材料构成。主体20可以是树脂制，也可以是金属制。主体20可以具有一体成形的构造，也可以具有后述的各部分单独成形后相互接合的构造。主体20可由公知的方法制造。作为一个例子，本实施方式的气液混合喷嘴10构成为直列式的喷嘴。

气液混合喷嘴10具备：与上游侧的配管等连接的入口连接部14、与入口连接部14连续地形成的例如圆筒状的入口部11、与入口部11连续地形成的例如圆管状的喉部12、以及与喉部12连续地形成的例如圆筒状的出口部13。这些入口连接部14、入口部11、喉部12以及出口部13在主体20的内部沿着中心轴线L分别形成。这些入口连接部14、入口部11、喉部12以及出口部13例如形成为相对于中心轴线L位于同轴上。入口连接部14、入口部11、喉部12、以及出口部13相连接而构成气体以及液体的流路。

入口连接部14位于气液混合喷嘴10的入口侧的端部。在入口连接部14的内表面形成有例如内螺纹。在入口连接部14连接配管。入口连接部14的内径例如与入口部11的第一内径

大致相等。此外，也可以在入口连接部14的外周面形成外螺纹。入口连接部14也可以省略。在该情况下，入口部11位于气液混合喷嘴10的入口侧的端部。

气体以及液体通过入口连接部14向入口部11流入。向入口部11流入的液体通过例如设置于比气液混合喷嘴10靠上游侧的位置的泵，供给到入口部11(参照图3)。向入口部11流入的气体在比气液混合喷嘴10靠上游侧的位置，被鼓风机等而供给到与入口连接部14连接的配管内(参照图3)。也可以通过喷射器等而自给向入口部11流入的气体。入口部11具有规定的第一内径

入口部11在中心轴线L的方向上具有第一长度L1。这些第一内径

以及第一长度L1也可以根据在气液混合喷嘴10内流动的液体的流量以及气体的供给量等而决定。

入口部11包含使流路的内径缩小的环状的缩小端面11a。缩小端面11a位于入口部11的下游端。缩小端面11a是将入口部11的具有第一内径

的圆筒部、与喉部12的入口端连接的壁面。本实施方式的气液混合喷嘴10具有与使图1所示的截面绕中心轴线L旋转360度而成的立体相等的形状。此外，在入口部11与喉部12通过不同的部件相互连结的情况下，缩小端面11a也可以是喉部12的上游侧的端面。

在本实施方式中，缩小端面11a平行于与中心轴线L正交的平面。即，如图1所示，在包含中心轴线L的截面中，缩小端面11a所成的角度α为180度。由此，能够简单地构成气液混合喷嘴10。此外，在入口部11的角度(缩小端面11a所成的角度)对溶解效率的影响例如在90度和180度下没有明确的差异或差异少的情况下，也可以减小入口部11的角度。在该情况下，能够期待能量的损失变小。另外，认为在入口部11的角度小且内径相同的情况下，当倾斜部分的长度变长时损失变大。因此，如图2所示，也可以具备形成于入口部11与喉部12之间的角部的倒角部16。通过这样的结构，能够期待能量损失的抑制。倒角部16例如遍及环状的角部的整周而形成。倒角部16可以为圆面，也可以为角面。在倒角部16为圆面的情况下，倒角部16的曲率半径R能够由例如下述式(1)表示。这里，

相当于缩小端面11a的径向的长度。

喉部12配置于入口部11与出口部13之间。喉部12是在形成于气液混合喷嘴10内的流路中最窄(直径小)的流路。喉部12是在形成于气液混合喷嘴10内的流路中在中心轴线L的方向上最长的流路。喉部12与入口部11的缩小端面11a的下游侧连接。喉部12例如具有恒定的第二内径

喉部12的第二内径

小于入口部11的第一内径

喉部12在中心轴线L的方向上具有第二长度L2。喉部12的第二长度L2以及第二内径

是考虑提高气体相对于液体的溶解量(溶解度)的观点、与抑制气体以及液体在喉部中流通时的流通阻力的观点的平衡而设定的。第二长度L2以喉部12的内径为基准而设定。作为喉部12的内径，在喉部12为内径恒定的圆管状的情况下，直接使用喉部12的第二内径

在喉部12的截面形状为圆形以外的形状(例如椭圆、将两个圆的一部分重叠而成的眼镜形状等)的情况下，喉部12的内径能够作为具有与其截面积相同的面积的圆的直径而计算。在喉部12的截面形状在中心轴线L的方向上变化的情况下，喉部12的内径能够作为具有第二长度L2且具有与喉部12的总容积相同的容积的圆柱的直径而计算。

出口部13位于气液混合喷嘴10的出口侧的端部。出口部13包含与喉部12的下游侧连接并使流路的内径扩大的环状的扩大端面13a。在本实施方式中，扩大端面13a平行于与中心轴线L正交的平面。即，在包含中心轴线L的截面中，扩大端面13a所成的角度β为180度。出口部13包含圆筒部，该圆筒部与扩大端面13a的外周缘连接，并具有规定的第三内径

出口部13的第三内径

大于喉部12的第二内径

扩大端面13a是将喉部12的出口端与出口部13的具有第三内径

的圆筒部连接的壁面。在出口部13的内表面例如形成有内螺纹。也可以在出口部13连接配管。此外，也可以在出口部13的外周面形成外螺纹。也可以在出口部13形成内螺纹。此外，在喉部12与出口部13以不同的部件相互连结的情况下，扩大端面13a也可以为喉部12的下游侧的端面。

接着，对喉部12的结构详细地进行说明。

喉部12的第二内径

相对于入口部11的第一内径

之比

例如为0.12以上且0.48以下。第二内径

相对于第一内径

之比优选为0.12以上且0.37以下。第二内径

相对于第一内径

之比更优选为0.25以上且0.35以下。第二内径

相对于第一内径

之比可以不足0.12，也可以为0.48以上。入口部11的第一内径

在入口部11包含圆筒部和其他部分(例如，作为缩小端面的一种的锥部等)的情况下为其圆筒部的内径。

喉部12的第二内径

相对于出口部13的第三内径

之比

例如为0.50以上且0.89以下。第二内径

相对于第三内径

之比优选为0.69以上且0.89以下。第二内径

相对于第三内径

之比可以不足0.50，也可以为0.89以上。出口部13的第三内径

在出口部13包含圆筒部和其他部分(例如，作为缩小端面的一种的锥部等)的情况下为其圆筒部的内径。

对喉部12的第二长度L2进行说明。喉部12的第二长度L2相对于喉部12的内径(在本实施方式中为第二内径

)之比为5以上。第二长度L2相对于第二内径

之比优选为8以上。第二长度L2相对于第二内径

之比优选为30以下。第二长度L2相对于第二内径

之比更优选为15以下，进一步优选为10以下。第二长度L2相对于第二内径

之比可以大于30，也可以小于5。

对喉部12的粗糙度进行说明。所谓喉部12的粗糙度是指在喉部12中流通的液体所接触的喉部12的内壁面12a的粗糙度。喉部12的粗糙度是与喉部12的内壁面12a的加工完成状态或覆膜形成等表面处理对应的粗糙度。喉部12的粗糙度例如也可以用平均粗糙度表示。作为平均粗糙度的一个例子，能够使用由日本工业标准(JIS B 0601)规定的算术平均粗糙度Ra。此外，在日本工业标准(JIS B 0601)中，算术平均粗糙度Ra被规定为，在从粗糙度曲线沿其平均线的方向只抽取基准长度L0，在该抽取部分的平均线的方向上取X轴，在纵倍率的方向上取Y轴，用y＝f(x)表示粗糙度曲线时，用微米[μm]表示通过对基准长度L0中的f(x)的绝对值求出积分平均值而得的值。另外，日本工业标准(JIS B 0601)实质上是与国际标准(ISO 4287)对应的标准。

喉部12的平均粗糙度为2μm以上。换言之，喉部12的内壁面12a被加工或表面处理成算术平均粗糙度Ra为2μm以上。喉部12的平均粗糙度优选为10μm以上。换言之，喉部12的内壁面12a被加工或表面处理成算术平均粗糙度Ra为10μm以上。喉部12的平均粗糙度也可以为20μm以下。换言之，喉部12的内壁面12a被加工或表面处理成算术平均粗糙度Ra为20μm以下。此外，喉部12的平均粗糙度可以大于20μm，也可以小于2μm。喉部12的平均粗糙度也可以不足100μm。作为具体例，作为算术平均粗糙度Ra为2μm以上且20μm以下的表面处理，可列举铰孔、化学研磨等。作为算术平均粗糙度Ra为10μm以上的加工，可列举车削等。此外，作为车削的一个例子，在利用例如钻头等形成喉部12后保持那样而不进行内壁面12a的加工等的情况下，算术平均粗糙度Ra为10μm以上且不足100μm。

若算术平均粗糙度Ra变大，则与算术平均粗糙度Ra成比例关系的绝对粗糙度ε变大。若绝对粗糙度ε变大，则相对于相同的第二内径

管摩擦系数λ变大。这里的管摩擦系数λ表示为下述式(2)那样的科尔布鲁克公式。管摩擦系数λ在将下述式(2)图表化为穆迪图的情况下，表示在纵轴上。

作为气液混合喷嘴10的管摩擦系数λ的一个例子，具体而言，能够例示基于下述表1所示的各要素的计算。此外，为了便于计算，第二长度L2与实际的第二长度L2不同，假设为1000mm。假定雷诺数为53200。

表1

	实施例1	实施例2	实施例3
					表面处理	无	有	无
Ra	20	2	10	μm
					ε	63	6	31	μm
φ2	4	4	4	mm
					L2	(1000)	(1000)	(1000)	mm
密度	1000	1000	1000	kg∠m<sup>3</sup>
					粘度	0.001	0.001	0.001	Pa·s
流量	10	10	10	L∠min
					流速	13.3	13.3	13.3	m/s
λ	0.05	0.03	0.036	-

在实施例1中，对喉部12的内壁面12a未实施粗糙度比成为喉部12的材料的部件的加工的完成状态小的覆膜形成等表面处理。实施例1的喉部12的内壁面12a为与成为喉部12的材料的部件的加工的完成状态对应的粗糙度。在实施例1中，喉部12的内壁面12a的算术平均粗糙度Ra为20μm，绝对粗糙度ε为63。在该情况下的管摩擦系数λ能够计算为0.05。

在实施例2中，对喉部12的内壁面12a实施了粗糙度比成为喉部12的材料的部件的加工的完成状态小的覆膜形成等表面处理。实施例2的喉部12的内壁面12a成为与覆膜形成等表面处理对应的粗糙度。在实施例2中，喉部12的内壁面12a的算术平均粗糙度Ra为2μm，绝对粗糙度ε为6。在该情况下的管摩擦系数λ能够计算为0.03。

在实施例3中，对喉部12的内壁面12a未实施粗糙度比成为喉部12的材料的部件的加工的完成状态小的覆膜形成等表面处理。实施例3的喉部12的内壁面12a的粗糙度比与覆膜形成等表面处理对应的实施例2粗糙。在实施例3中，喉部12的内壁面12a的算术平均粗糙度Ra为10μm，绝对粗糙度ε为31。在该情况下的管摩擦系数λ能够计算为0.036。

管摩擦系数λ与液体的速度U的关系由下述式(3)表示。速度U是在气液混合喷嘴10中的流路变细的部分亦即喉部12中不是流路中心而是内壁面12a附近的液体的流速。在下述式(3)中，ρ为液体的密度，dp/dx为喉部12的压力损失。h为壁面间距离的二分之一，这里与第二内径

的二分之一对应。若为了简化而使压力损失恒定，则速度U成为与管摩擦系数λ的(-1/2)次方成比例的关系，由此可知管摩擦系数λ越大，速度U越小。

例如，在液体为水的情况下，由于粘度比较小，所以可认为管摩擦系数λ的影响对流路中心的液体的流速小，而对内壁面12a附近的液体的流速带来影响。这样，在管摩擦系数λ大的情况下(喉部12的内壁面12a的粗糙度大的情况下)的速度U小于管摩擦系数λ小的情况下(喉部12的内壁面12a的粗糙度小的情况下)的速度U。速度差越大，内壁面12a附近的液体与流路中心的液体之间的剪切的大小越大。即，管摩擦系数λ大的情况(喉部12的内壁面12a的粗糙度大的情况)，比管摩擦系数λ小的情况(喉部12的内壁面12a的粗糙度小的情况)，内壁面12a附近的液体与流路中心的液体之间的剪切大，促进气液混合。

这样，气体与液体混合而产生的微细气泡在气液混合喷嘴10中的流路变细的部分亦即喉部12生成。喉部12的内壁面12a的粗糙度越粗，越容易产生微细气泡。其结果，促进气体向液体的溶解，例如促进气体成分与液体成分在反应器中的反应。

然而，为了抑制泵动力，优选为不仅考虑提高气体相对于液体的溶解量(溶解度)的观点，还考虑抑制气体以及液体在喉部流通时的流通阻力的观点。算术平均粗糙度Ra以及管摩擦系数λ例如也可以设定为与所谓的湍流的迁移区域、或粗糙的管对应的区域。

更详细而言，与粗糙的管对应的区域是指：在雷诺数为2100以上的所谓的湍流区域中，以不受雷诺数的影响但受喉部12的内壁面12a的粗糙度的影响的与上述式(2)不同的式记述管摩擦系数λ的区域。湍流的迁移区域是指：在雷诺数为2100以上的所谓的湍流区域中，以上述式(2)记述管摩擦系数λ的区域。湍流的迁移区域存在于与光滑的管对应的区域、和与粗糙的管对应的区域之间。与光滑的管对应的区域是指：在雷诺数为2100以上的所谓的湍流区域中，以受雷诺数影响但不受喉部12的内壁面12a的粗糙度的影响的与上述式(2)不同的式记述管摩擦系数λ的区域。即，在湍流的迁移区域或与粗糙的管对应的区域中，由于受喉部12的内壁面12a的粗糙度的影响，所以能够通过变更喉部12的内壁面12a的粗糙度来变更管摩擦系数λ。在气液混合喷嘴10中，由于使用这样的穆迪图上的区域，所以从使气体容易溶解于液体，且抑制气体以及液体在喉部12流通时的流通阻力的观点出发，设定喉部12的内壁面12a的粗糙度以及第二内径

相对于第一内径

之比的适当的组合。

图3是表示一实施方式所涉及的液体处理装置的概略结构图。液体处理装置100是气液混合喷嘴10的具体的应用例。液体处理装置100是混合包含有机物的排水亦即处理对象水(作为处理对象的液体)和臭氧气体(处理用气体)而对处理对象水中的有机物进行分解处理的装置。

液体处理装置100具备：收容处理对象水的水槽(存积槽)101、供给臭氧气体(处理用气体)的臭氧源(气体供给部)102、组装有气液混合喷嘴10的微细气泡生成器103、臭氧反应槽(反应器)104、生物反应槽105、以及泵106。泵106设置在使处理对象水从水槽101向微细气泡生成器103流通的流路107上。泵106将处理对象水向气液混合喷嘴10侧送出。臭氧源102与流路107的比气液混合喷嘴10靠水槽101侧的部位连接。臭氧源102向处理对象水供给臭氧气体。在液体处理装置100中，微细气泡生成器103与臭氧反应槽104通过流路108连接，臭氧反应槽104与生物反应槽105通过流路109连接。

在液体处理装置100中，臭氧气体以及处理对象水流入微细气泡生成器103内部的气液混合喷嘴10的喉部12。根据喉部12的内壁面12a的粗糙度，促进臭氧气体向处理对象水的溶解。包含溶解后的臭氧气体的处理对象水通过出口部13，供给到臭氧反应槽104。在臭氧反应槽104中，利用溶解于处理对象水的臭氧气体，从包含有机物的处理对象水分解有机物而进行净化处理。

参照图4对液体处理装置100中的气液混合喷嘴10的作用进行说明。图4是表示实施例以及比较例中的臭氧气体投入量与有机物分解比例的关系的图。图4的横轴为O₃/COD，纵轴为臭氧反应槽104中的有机物分解比例。COD[Chemical Oxygen Demand]为化学需氧量。O₃/COD是指每规定COD的臭氧气体的投入量。有机物分解比例相当于COD除去率，是比臭氧反应槽104靠下游侧的COD与比臭氧反应槽104靠上游侧的COD的比例。作为比臭氧反应槽104靠上游侧的COD，例如也可以使用水槽101中的COD。作为比臭氧反应槽104靠下游侧的COD，例如也可以使用由设置于流路109的测量器110测量的COD(参照图3)。测量器110构成为能够测量在流路109中流通的处理对象水的COD。

图4的方块曲线表示使用了实施例1所涉及的气液混合喷嘴10的情况下的有机物分解比例。在实施例1所涉及的气液混合喷嘴10中，在上述表1所示的各要素中，作为安装用长度的一个例子，第二长度L2为33.84mm。在该情况下，第二长度L2相对于第二内径

之比为8.46。

图4的圆圈曲线表示使用了比较例所涉及的气液混合喷嘴的情况下的有机物分解比例。比较例所涉及的气液混合喷嘴具备入口部、出口部、以及配置于入口部以及出口部之间的喉部，设为与上述表1所示的各要素不同的要素。在比较例所涉及的气液混合喷嘴的喉部设置有用于生成微细气泡的翼板或突起。

如图4所示，方块曲线呈现与圆圈曲线同样的分布，可知相对于相同的臭氧气体投入量可得到同等的有机物分解比例。由此可知，根据实施例1所涉及的气液混合喷嘴10，与比较例所涉及的气液混合喷嘴相比，使气体溶解于液体的作用是同等的。

另一方面，在比较例所涉及的气液混合喷嘴的喉部设置有用于生成微细气泡的翼板或突起。在比较例所涉及的气液混合喷嘴中，与未设置翼板或突起的结构相比，气体以及液体在喉部流通时的流通阻力大。这样，以往，尽管着眼于使气体容易溶解于液体，但除此之外并未着眼于抑制气体以及液体在喉部流通时的流通阻力。

为了实现这些的兼顾，实施例1所涉及的气液混合喷嘴10不是在喉部12设置翼板或突起的结构，而是利用喉部12的内壁面12a的粗糙度，来促进臭氧气体向处理对象水的溶解。另外，实施例1所涉及的气液混合喷嘴10利用第二内径

相对于第一内径

之比(特别是第二长度L2)，抑制臭氧气体以及处理对象水在喉部12流通时的流通阻力。其结果，在图4的例子的情况下，虽然省略了图示，但液体处理装置100的泵106的消耗电力(泵动力)与具备比较例所涉及的气液混合喷嘴的液体处理装置的泵的消耗电力相比，能够得到约小10％的值。

如以上说明那样，根据气液混合喷嘴10，气体以及液体向入口部11流入，接着向管状的喉部12流入。从入口部11到喉部12，通过环状的缩小端面11a缩小流路的内径。喉部12具有比入口部11的第一内径

小的第二内径

喉部12的算术平均粗糙度Ra为2μm以上且20μm以下的结构有助于使气体容易溶解于液体。喉部12具有第二内径

的8倍以上且30倍以下的长度的结构有助于抑制气体以及液体在喉部12流通时的流通阻力。根据这样的结构，与例如在喉部设置翼板或突起的结构相比，能够抑制气体以及液体在喉部12流通时的流通阻力并且使气体容易溶解于液体。其结果，能够以相同的泵动力进一步增加气体的溶解量。

根据气液混合喷嘴10，喉部12的算术平均粗糙度Ra为10μm以上且20μm以下。根据该结构，在气体以及液体在喉部12流通时，气体更容易溶解于液体。

根据气液混合喷嘴10，第二长度L2相对于第二内径

之比为8以上且小于15。根据该结构，容易抑制用于使气体以及液体流通的泵动力。

根据气液混合喷嘴10，在包含中心轴线L的截面中，缩小端面11a所成的角度为180度。根据该结构，能够简单地构成气液混合喷嘴10。与缩小端面11a所成的角度为180度以外的角度的情况相比，形成缩小端面11a时的加工变得容易。

根据液体处理装置100，由于具备气液混合喷嘴10，所以与例如在喉部12设置翼板或突起的结构相比，能够抑制臭氧气体以及处理对象水在喉部12流通时的流通阻力，并且使臭氧气体容易溶解于处理对象水。包含溶解后的臭氧气体的处理对象水通过出口部13，供给到与出口部13连接的臭氧反应槽104。由于促进了处理对象水与臭氧气体的混合，所以促进处理对象水中的有机物的分解处理。因此，能够以相同的泵动力进一步增加有机物的分解量。另外，根据液体处理装置100，能够进行高效的排水的处理。

接着，对其他实施方式所涉及的液体处理装置100A进行说明。图5是表示其他实施方式所涉及的液体处理装置的概略结构图。液体处理装置100A与具备一个气液混合喷嘴10的图3的液体处理装置100相比，不同点在于具备多个气液混合喷嘴10。

液体处理装置100A具备微细气泡生成器103A，来代替微细气泡生成器103。微细气泡生成器103A在组装有多个气液混合喷嘴10这一点上与微细气泡生成器103不同。作为一个例子，在图5的微细气泡生成器103A组装有三个气液混合喷嘴10。

在微细气泡生成器103A中，多个气液混合喷嘴10连续地设置。这里的“连续地设置”是指：以通过了流动方向上游侧的气液混合喷嘴10的臭氧气体以及处理对象水直接流入位于比该气液混合喷嘴10靠流动方向下游侧的位置的气液混合喷嘴10(不流入泵以及臭氧反应槽之类的其他结构)的方式，设置有多个气液混合喷嘴10。流动方向是指臭氧气体以及处理对象水所流动的方向。在以下说明中，将流动方向上游侧简单地表示为“上游侧”，将流动方向下游侧简单地表示为“下游侧”。

在图5的例子中，多个气液混合喷嘴10相互直接连结。例如，多个气液混合喷嘴10以上游侧的气液混合喷嘴10的出口部13的下游端面13b与下游侧的气液混合喷嘴10的入口部11的上游端面11b相互对接的状态通过焊接而相互接合。此外，多个气液混合喷嘴10可以直接连结，也可以通过其他手法连结。多个气液混合喷嘴10例如也可以经由配管等而间接地相互连结。

对在液体处理装置100A中的气泡的微细化促进机制进行说明。在本技术领域中，通过观察例如气泡通过一个文丘里管等的喉部时的举动而对气泡微细化的机制进行了研究。然而，对于连结两个以上的喉部对气泡的微细化是否有效，以往未进行研究。本公开的发明人对这一点进行了深入研究，其结果发现通过如液体处理装置100A那样连续地设置多个气液混合喷嘴10，能够根据气泡通过多个气液混合喷嘴10每一个的次数而促进气泡的微细化。参照图6～图8，对这样的气泡的微细化促进进行说明。图6(a)～图6(d)概念性地表示气泡通过多个气液混合喷嘴10中的一个气液混合喷嘴10时的气泡的状态的变化。

图6(a)是例示即将进入喉部的气泡的图。在图6(a)示出臭氧气体的气泡30位于比入口部11的缩小端面11a靠上游侧的区域31的状态。如图6(a)所示，臭氧气体的气泡30例如呈球状等。该气泡30的形状是指气泡30的界面(臭氧气体与周围的处理对象水的界面)比较稳定并且紊乱小的状态。气泡30朝向下游侧流动，向喉部12进入。

图6(b)是例示进入到喉部的气泡的图。在图6(b)中示出臭氧气体的气泡30向喉部12进入，位于比入口部11的缩小端面11a靠下游侧的区域32的状态。如图6(b)所示，当气泡30向喉部12进入时，由于流路的内径从第一内径

缩小至第二内径

由此在喉部12施加到处理对象水的剪切力容易作用于气泡30的界面，并且因射流的产生而气泡30的界面成为不稳定的状态。

这里的射流对应于随着流路内径的急剧缩小而在喉部12的入口处以从区域31朝向区域32的方式在处理对象水产生的压力波。在图6(b)的例子中，作为一个例子，示出射流33。当产生射流33时，例如作为假想的液柱，液体部30a从上游侧与气泡30碰撞，朝向气泡30的内部进入。

图6(c)是例示即将从喉部出来的气泡的图。在图6(c)示出臭氧气体的气泡30位于喉部12的出口的近前的状态。如图6(c)所示，随着气泡30在喉部12前进，例如图6(b)的液体部30a向下游侧突进，由此贯通气泡30，或在气泡30的界面产生突起30c、30d，从而气泡30的界面的不稳定化加剧。

图6(d)是例示从喉部出来后的气泡的图。在图6(d)示出臭氧气体的气泡30向出口部13前进，位于出口部13的比扩大端面13a靠下游侧的区域34的状态。如图6(d)所示，若气泡30向出口部13前进，则流路的内径从第二内径

扩大为第三内径

由于处理对象水的压力急剧变高，因此通过了出口部13的扩大端面13a的气泡30从周围各向同性地被施加压破那样的力。其结果，界面的不稳定化加剧的气泡30由于例如突起30c、30d等的分离等而成为多个更小的气泡。即，气泡30微细化。

图7是表示气液混合喷嘴的连结数量与气泡的浊度的关系的图。图7的横轴是气液混合喷嘴10的连结数量。图7的纵轴是以连结数量的次数通过了气液混合喷嘴10的气泡的浊度。此外，“浊度”一般是指“表示由土沙等悬浮物引起的水的浑浊的程度”，但这里的“气泡的浊度”是指“表示由于气泡以液体因气泡而浑浊的方式混在液体中而散射光的程度”。“气泡的浊度”例如能够使用浊度计来测量。例如，若是具有浸渍型传感器的浊度计，则通过将浊度计的传感器浸渍在对象液体中，而能够基于照射到液体中的激光等光的散射光测定来测量气泡的浊度。在图5中例示有例如设置于多个气液混合喷嘴10的下游流路108的位置的浊度计111。浊度计111的传感器浸渍在处理对象水中，能够测量气泡的浊度。

如图7所示，气液混合喷嘴10的连结数量越多，气泡的浊度倾向于越大。这里，已知在表示作为固液系的“由土沙等悬浮物引起的水的浑浊的程度”的一般的浊度中，悬浮物的粒径越小浊度倾向于越大。若考虑浊度可基于液体中的光的散射光测定来测量这一情况，则认为通过将悬浮物的粒径置换为气泡直径，也能将上述的倾向应用于作为气液系的“气泡的浊度”。即，认为气泡直径越小气泡的浊度倾向于越大。那么，从图7中的气液混合喷嘴10的连结数量越多气泡的浊度越大这一倾向可知，每当气泡通过气液混合喷嘴10时，在气泡反复产生如图6(a)～图6(d)中说明的微细化机制，而得到气泡直径反复变小的作用。

图8是表示气液混合喷嘴的连结数量与气液混合性能KLa的关系的图。气液混合性能KLa是氧总转移容量系数，相当于臭氧气体在处理对象水中溶入多少。对于气液混合性能KLa的计算，例如用DO计来测定流路109内的处理对象水的溶存氧(DO)，将测定开始时的DO设为1.5mg/L，切出(提取)DO值2～6mg/L，并通过下述式(4)计算。这里，C₁是t1时间后的DO浓度(mg/L)，C₂是t₂时间后的DO浓度(mg/L)。

如图8所示，针对图7的连结数量为0、1、2的情况测定气液混合性能KLa的结果可知，气液混合喷嘴10的连结数量越多，气液混合性能KLa倾向于越大。可以想到利用该倾向，设定气液混合性能KLa的目标值，来作为液体处理装置100A的所希望的液体处理性能。例如，若使用能够得到气液混合性能KLa的目标值那样的连结数量的气液混合喷嘴10来构成微细气泡生成器103A，则能够得到所希望的液体处理性能。

如以上说明那样，液体处理装置100A具备多个气液混合喷嘴10。在液体处理装置100A中，多个气液混合喷嘴10连续地设置。由此，在通过多个气液混合喷嘴10中的一个气液混合喷嘴10时气泡30被微细化的现象，在每次气泡30通过气液混合喷嘴10时反复产生，因此能够根据气液混合喷嘴10的数量促进气泡30的微细化。因此，与使用一个气液混合喷嘴10的情况相比，进一步促进处理对象水中的有机物的分解处理。

在液体处理装置100A中，多个气液混合喷嘴10相互直接连结。由此，例如能够通过焊接等而连结多个气液混合喷嘴10。

以上，虽然对本公开的实施方式进行了说明，但本公开并不限定于上述实施方式以及实施例。

气液混合喷嘴10并不限定于直列式的喷嘴。气液混合喷嘴10也可以构成为带配管连接用凸缘的喷嘴。在该情况下，例如也可以代替入口连接部14的内螺纹或外螺纹，而在气液混合喷嘴10的入口侧的端部设置用于与配管连接的凸缘。也可以在出口部13的下游侧的端部设置用于与配管连接的凸缘。

液体处理装置并不限定于图3的液体处理装置100、100A的结构。由液体处理装置100、100A处理的液体，也可以是除包含有机物的排水以外的液体。在液体处理装置100、100A中使用的处理用气体，也可以是除臭氧气体以外的通过气液混合喷嘴10溶解于液体的气体。

在气液混合喷嘴10中，入口连接部14、入口部11、喉部12以及出口部13相对于直线状的中心轴线L位于同轴上，但并不限定于此。入口部11也可以弯曲。在该情况下，也可以是入口部11中的喉部12侧为沿着喉部12的轴线以第一长度L1延伸的第一内径

的圆筒部分。出口部13也可以弯曲。在该情况下，也可以是出口部13中的喉部12侧为沿着喉部12的轴线以第三长度L3延伸的第三内径

的圆筒部分。入口部11、喉部12以及出口部13中的至少一个也可以位于从中心轴线L偏离的轴线上。

气液混合喷嘴10也可以应用于液体处理装置100、100A以外的装置。

液体处理装置100A构成为通过具备多个气液混合喷嘴10，而反复进行从入口部11向喉部12的流路内径的急剧的缩小、以及从喉部12向出口部13的流路内径的急剧的扩大，但并不限定于此。例如，也可以代替多个气液混合喷嘴10，而使用构成为反复进行从入口部11向喉部12的流路内径的急剧的缩小、以及从喉部12向出口部13的流路内径的急剧的扩大的一个气液混合喷嘴。在该情况下，例如也可以是另行准备的多个喉部12以插入到一个气液混合喷嘴中的状态被固定。

此外，以下记载本公开的一形态的构成要件。

＜方案1＞

一种气液混合喷嘴，沿着中心轴线分别形成有入口部、出口部、以及配置于上述入口部与上述出口部之间的喉部，并且上述入口部、上述喉部、以及上述出口部连接而构成气体以及液体的流路，其中，

上述气液混合喷嘴具备：

上述入口部，是供上述气体以及上述液体流入的入口部，具有规定的第一内径，并且包含使上述流路的内径比上述第一内径缩小的环状的缩小端面；

管状的上述喉部，与上述缩小端面的下游侧连接，具有小于上述第一内径的第二内径，并且在上述中心轴线的方向上具有长度；以及

上述出口部，包含与上述喉部的下游侧连接并使上述流路的内径扩大的环状的扩大端面，并且具有大于上述第二内径的第三内径，

上述长度相对于上述第二内径之比为8以上且30以下，

上述喉部的平均粗糙度为2μm以上且20μm以下。

＜方案2＞

根据方案1所述的气液混合喷嘴，其中，

上述喉部的平均粗糙度为10μm以上且20μm以下。

＜方案3＞

根据方案1或2所述的气液混合喷嘴，其中，

上述长度相对于上述第二内径之比为8以上且小于15。

＜方案4＞

根据方案1～3中任一项所述的气液混合喷嘴，其中，

在包含上述中心轴线的截面中，上述缩小端面所成的角度为180度。

＜方案5＞

一种液体处理装置，混合作为处理对象的液体和处理用气体而对上述液体中的有机物进行分解处理，其中，

上述液体处理装置具备：

存积槽，收容上述液体；

方案1～4中任一项所述的气液混合喷嘴；

流路，使上述液体从上述存积槽向上述气液混合喷嘴流通；

泵，设置于上述流路上，将上述液体向上述气液混合喷嘴侧送出；以及

气体供给部，与上述流路的比上述气液混合喷嘴靠上述存积槽侧的部分连接，向上述液体供给上述处理用气体。

＜方案6＞

根据方案5所述的液体处理装置，其中，

上述液体为包含有机物的排水，

上述处理用气体为臭氧。

＜方案7＞

根据方案5或6所述的液体处理装置，其中，

上述液体处理装置具备多个上述气液混合喷嘴，

多个上述气液混合喷嘴连续地设置。

＜方案8＞

根据方案7所述的液体处理装置，其中，

多个上述气液混合喷嘴相互直接连结。

Claims (8)

1.一种气液混合喷嘴，沿着中心轴线分别形成有入口部、出口部、以及配置于所述入口部与所述出口部之间的喉部，并且所述入口部、所述喉部、以及所述出口部连接而构成气体以及液体的流路，

其特征在于，

所述气液混合喷嘴具备：

所述入口部，是供所述气体以及所述液体流入的入口部，具有规定的第一内径，并且包含使所述流路的内径比所述第一内径缩小的环状的缩小端面；

管状的所述喉部，与所述缩小端面的下游侧连接，具有小于所述第一内径的第二内径，并且在所述中心轴线的方向上具有长度；以及

所述出口部，包含与所述喉部的下游侧连接并使所述流路的内径扩大的环状的扩大端面，并且具有大于所述第二内径的第三内径，

所述长度相对于所述第二内径之比为8以上且30以下，

所述喉部的平均粗糙度为2μm以上且20μm以下。

2.根据权利要求1所述的气液混合喷嘴，其特征在于，

所述喉部的平均粗糙度为10μm以上且20μm以下。

3.根据权利要求1或2所述的气液混合喷嘴，其特征在于，

所述长度相对于所述第二内径之比为8以上且小于15。

4.根据权利要求1所述的气液混合喷嘴，其特征在于，

在包含所述中心轴线的截面中，所述缩小端面所成的角度为180度。

5.一种液体处理装置，混合作为处理对象的液体和处理用气体而对所述液体中的有机物进行分解处理，

其特征在于，

所述液体处理装置具备：

存积槽，收容所述液体；

权利要求1所述的气液混合喷嘴；

流路，使所述液体从所述存积槽向所述气液混合喷嘴流通；

泵，设置于所述流路上，将所述液体向所述气液混合喷嘴侧送出；以及

气体供给部，与所述流路的比所述气液混合喷嘴靠所述存积槽侧的部分连接，向所述液体供给所述处理用气体。

6.根据权利要求5所述的液体处理装置，其特征在于，

所述液体为包含有机物的排水，

所述处理用气体为臭氧。

7.根据权利要求5或6所述的液体处理装置，其特征在于，

所述液体处理装置具备多个所述气液混合喷嘴，

多个所述气液混合喷嘴连续地设置。

8.根据权利要求7所述的液体处理装置，其特征在于，

多个所述气液混合喷嘴相互直接连结。

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