JP2002085905A - 気液分離装置 - Google Patents

気液分離装置

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JP2002085905A
JP2002085905A JP2000281871A JP2000281871A JP2002085905A JP 2002085905 A JP2002085905 A JP 2002085905A JP 2000281871 A JP2000281871 A JP 2000281871A JP 2000281871 A JP2000281871 A JP 2000281871A JP 2002085905 A JP2002085905 A JP 2002085905A
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Hirohide Miwa
博秀 三輪
Hiroaki Miwa
博昭 三輪
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MIWA SCIENCE LAB Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】任意の液圧力の場所に設置可能な液中気泡及び
/又は溶存気体の分離装置を提供する。 【解決手段】サイクロン方式の気泡分離装置、超音波溶
存気体気泡化装置、及び/又は気液分離膜方式の気液分
離装置を適宜使用/複合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】化学産業、医学生物学農学等
における液中から気泡や溶存気体を分離除去する装置の
技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】気泡分離には重力を利用した気泡の浮き
上がり分離方式がもちいられる。これを更に効率化し、
設置姿勢の自由度の広い方式としてサイクロン式の回転
液の遠心力を利用した気泡分離装置がある。たとえば日
石三菱(株)のクイックトロンはその例である。この方式
は液の工程の流れの中に設置可能である利点がある。粘
度の高い液では問題がある。
【0003】しかし気泡分離装置は溶解して液中に存在
する(溶存する)気体を除去できない。溶存気体の除去
には通常液を減圧室に導き溶存気体が減圧室の気相中に
出てくるのを待つ方式が知られている。しかしこの方式
は工程中の液圧と減圧室との圧力差があり、処理がバッ
チ式とならざるを得ず連続工程に組み込み難い欠点があ
る。また粘度の高い液では問題があることは同様であ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は上記の
問題点を解決し、気泡も溶存気体も高粘度液でも有効に
液中気体の分離が可能で、工程中の連続する液の流れの
中で気体分離が可能な方式を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】先ず本発明が利用しよう
とする超音波の溶存気体気泡化作用について述べる。超
音波は特定の液体と気体との組み合わせにおいて、特定
の周波数と強度で溶存気体を気泡化する。これは所謂キ
ャビテーションとも異なる。従来超音波は正負の高い圧
力振幅を形成する事が容易であり、この負圧の半サイク
ルが1気圧に近くなると、真空に近い値となる。このた
めその圧力領域の液からは気体が遊離されて気泡を形成
する。この現象はキャビテーションといわれ、次の高い
正の半波でその気泡はつぶされて衝撃波が発生する。こ
の衝撃波は超音波洗浄やその他に利用されている。しか
し精細にこの現象を観察すると、気泡はつぶされずに成
長し可視的大きさになり、液中を浮上する現象を認める
ことができる。このメカニズムは不明であるがおそらく
正圧の半波でも再び液中に溶け込む時間がなく、圧縮さ
れた気泡のままで残り次の負の半波で更に成長するもの
と推測される。これは液からの気体分子の遊離による気
泡生成と気泡からの液への気体溶解とに非可逆的な現象
が介在するものと推察する。
【0006】キャビテーション発生は音圧に比例し、周
波数の平方根に逆比例するとされる。したがって低い周
波ほどキャビテーションが発生しやすい。水〜空気系で
実験的に測定してみると20〜100kHz付近では発
生強度は10〜20mW/cmであるのに対して17
0KkHz以上では1000mW/cmでも発生が認
められなかった。しかしキャビテーション領域でも気泡
の生成が認められる事は上述した。100kHz〜50
0kHzでも超音波洗浄機では液中に気泡が発生する事
が認められている。これは気泡界面での液から気体分子
が気泡中へ遊離するエネルギーと気泡から液中に気体分
子が入るエネルギ―とに差があり気泡中へ遊離した気体
分子は気泡中に残る傾向があるとすると説明がつくが証
明されたものではない。いずれにしても実験的には超音
波は溶存気体を気泡化する作用を有する。以下この作用
を利用した課題解決手段を説明する。
【0007】(手段1)サイクロン式気液分離装置にお
いて超音波発生装置を複合し、液中の気泡のみならず、
液に溶融する気体を分離する事を特徴とする気液分離装
置をもちいる。
【0008】(手段2)手段1の超音波発生装置がサイ
クロン式気液分離装置の一部に付設されている事を特徴
とする気液分離装置を用いる。
【0009】(手段3)手段1の超音波発生装置がサイ
クロン式気液分離装置の前段に設けられている事を特徴
とする気液分離装置を用いる。
【0010】(手段4)サイクロン式気液分離装置に複
合して又は単独に、気体を透過するが液体を透過しない
気液分離膜を介在して液圧より低い気圧室に液が暴露さ
れる溶存気体分離装置を複合したことを特徴とする気液
分離装置を用いる。気液分離膜が容易に液体と減圧室と
の圧力差に耐える構造とされ得るので。〔0003〕の
課題を解決できる。
【0011】(手段5)手段1、又は手段4の気液分離
装置に加温手段が附加されている事を特徴とする気液分
離装置をもちいる。加温によって高粘度の液の粘度を低
下でき気液分離装置が作動可能になる。
【0012】
【実施例】図4に従来のサイクロン式気泡除去装置を説
明する。図4Aは垂直中心断面図。図4Bは低部の予備
旋回流室を示す水平断面図。1は円筒形容器であって、
内部にサイクロン室2を構成する上部に多数の小孔を有
する円錐形と中心部にはやはり上部に小孔を有する細い
円筒状の気泡除去管3と底部に流入口4とそれに続く予
備旋回室5を有し、流入液体は5の内部で旋回流とされ
てサイクロン室3に入り、旋回しながら上昇し円錐の上
部の穴から円錐を出て流出口7から出てゆく。
【0013】この間液に含まれる気泡は液との密度差の
ため遠心力を受ける事が少なく液の遠心力に排除されて
中心部に集まり気泡除去管3の上部の孔から管3に入り
少量の液とともに下方に排出される。しかし溶存する気
体は均一に液に混入しているので遠心力では液と分離で
きない。
【0014】図1は手段1の具体例として手段2に示す
如く超音波発振子10をサイクロン自体に組み込んだ例
を示す。図1AはPZTのごときセラミック高周波振動
子〔100kHz〜〕の円盤に管3を通す孔を開けたリ
ング状振動子10を底板6に貼り付けた例の垂直中心断
面図である。振動子はステンレスやテフロン薄板でカバ
ーされ液との化学作用を遮断される。図1Bは予備旋回
流室断面を示す水平断面で振動子10の平面図が見え
る。
【0015】図1Cはより低周波(20kHz〜100
kHz)の超音波が適当な場合の例で、ランジュバン型
振動子を設けてある。即ちセラミック振動子10の上下
を金属板10−1、10−2で挿み、気泡除去管3に続
く中空ボルトとナット10−3とで締結されている。上
下金属板はセラミック振動子を含み音波が厚さ方向に往
復する時間を延長し低い周波数で共振させる作用を有す
る。この実施例では底板6が振動子の一部10−1を兼
用しているが、この例に限られず独立の振動子でもよ
い。
【0016】図2は手段2の他の実施例である。即ち図
2Aでは高周波セラミック振動子10−4は予備旋回流
のサイクロン室への出口の壁にもうけられている。前面
にはステンレスの薄板を音響窓として設け、旋回流の流
れ方向を乱されないで維持される。超音波は略直進して
旋回室の外壁円筒面にあたり円筒曲率の為収束気味に反
射される。順次反射されて流れと逆方向に巡回し、予備
旋回流室中の溶存気体を気泡化する。
【0017】図2Bではサイクロン気泡分離機の液体入
り口にL字型の附加室管を設け。9からの液の流れ方向
を90度変更して分離機入り口4に接続する。入り口4
に対面するL字屈曲部に高周波セラミック振動子10−
5が設けられている。振動子10−5から出た超音波は
L字管の直線部と入り口4の直線部を通り予備旋回流室
に入り図2Aと逆方向であるが同様に予備旋回流室を巡
回する。超音波通路長が図2Aより長いだけ有利であ
る。
【0018】図示しないが、手段3に示すように、任意
の超音波溶存気体気泡化装置をサイクロン気泡分離装置
と別個にその前段にもうけることができることは勿論で
ある。
【0019】また超音波溶存気体気泡化装置もサイクロ
ン気泡分離装置も任意の液圧の場所に使用できる。後者
では分離気泡除去管3の出口を略液圧と同じ適当な圧力
の静置槽に導き更に液を分離して戻せばよい。気体は適
当な圧力弁から放出すればよい。
【0020】図3は手段4の実施例で、気液分離膜方式
の溶存気体分離装置である。サイクロン気泡分離装置と
別個に使用されてよいが複合されることが望ましい。複
合の場合はサイクロン気泡分離装置の後段に設けるのが
よい。これは気泡が残ったまま先に溶存気体を除去して
も気泡から再び気体が液体中に溶け込むからである。
【0021】20は溶存気体分離装置で、番号の附加さ
れている部分はその容器外壁である。23はベースでフ
ランジ21で容器20にOリングを介して気密にとりつ
けられる。中空構造でその中空部には多数のU字形に屈
曲されたテフロン(登録商標)細管28がその開放端を
25方向に向けて気密シール材22により接着されてい
る。図には簡単のために1本しか示していないが管が相
互に接するくらい高密度に(数十本〜数百本)詰められ
る。気密接着材22の硬化後開放端は切りそろえられる
事ができる。25は真空ポンプ等に接続される減圧室で
Oリングを介して袋ナット24で気密にベース23にと
りつけられている。処理される液は26から導入され2
7から排出される。テフロンは接着性が悪く22の材質
はきわめて限られたものとなる。市販の弗素樹脂系コ―
ティング材(金属・樹脂・弗素樹脂に接着する。)等が
使用可能である。
【0022】28は手段4の、「気体を透過するが液体
を透過しない気液分離膜」を壁とする細管である。具体
的にはテフロンの細管が用いられる。テフロン壁は細か
い粒子が焼結された状態であり、気体の通過を妨げない
が液はその表面張力が低い事もありほとんどの種類の液
をはじき通過させない特性を有する。一般の防水材で雨
は透過しないが汗の水蒸気は通過させる素材も使用可能
である。細管にするのは表面積を大きくする事と、液圧
と減圧室圧力との圧力差に耐えるために曲率半径を小に
する為である。このため気液分離膜装置は液圧と減圧室
との大きな圧力差に対して使用可能であり、設置場所の
液圧の如何にかかわらず使用できるので連続した流れ工
程の中に組み込むことができる。
【0023】手段5について説明する。粘性の高い液の
場合は液の流れが悪く十分な遠心力を発生する流速を得
がたい。超音波加振でも溶存気体の気泡化がわるい。ま
た手段4においても液の気液分離膜上の液の流れが悪く
分離に時間がかかる。この対策には液を高温にして粘度
を低下する事が有効である。加熱手段は何れの場合も手
段1.2.3.4.の前段に設けられる事が望ましい。
場合により一体とすることもできる。
【0024】
【発明の効果】以上に述べた如く超音波による溶存気体
の気泡化装置、サイクロン気泡分離装置、更には気液分
離膜による溶存気体分離装置の何れか又は複合化によ
り、液中の溶存気体及び気泡を容易に取り除く事ができ
る。またその設置場所が液圧の如何に関せず自由である
利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】サイクロン気泡除去装置に超音波気泡化装置を
一体に複合した例 A.高周波超音波を使用した例の中心垂直断面図。 B.予備旋回流部の水平断面図。 C.低周波超音波を利用した場合の例の部分垂直断面
図。
【図2】予備旋回流室に超音波を照射する例の予備旋回
流室水平断面図。 A.予備旋回流出口に超音波発振子を設置。 B.予備旋回流入り口に附加室を設け超音波発振子を設
置した例。
【図3】気液分離膜方式の溶存気体分離装置例の縦断面
図。
【図4】従来のサイクロン気泡分離装置の例。 A.中心垂直断面図。 B.予備旋回流室部水平断面図。
【符号の説明】
1.サイクロン気泡分離装置外筒 2.サイクロン室 3.気泡除去管 4.流入口 5.予備旋回流室 6.底板 7.流出口 8.L字附加室 9.流入口 10.セラミック超音波振動子 10−1、10−2.ランジュバン金属共振振動子 10−3.締結ボルトナット 10−4、10−5.セラミック超音波振動子 20.気液分離膜方式溶存気体分離機 21.ベース 22.接着剤 23.フランジ取り付ボルト 24.袋ナット 25.減圧室 26.流入口 27.流出口 28.テフロン気液分離膜細部管

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 サイクロン式気液分離装置において超音
    波発生装置を複合し、液中の気泡のみならず、液に溶融
    する気体を分離する事を特徴とする気液分離装置。
  2. 【請求項2】 請求項1の超音波発生装置がサイクロン
    式気液分離装置の一部に付設されている事を特徴とする
    気液分離装置。
  3. 【請求項3】 請求項1の超音波発生装置がサイクロン
    式気液分離装置の前段に設けられている事を特徴とする
    気液分離装置。
  4. 【請求項4】 サイクロン式気液分離装置に複合して又
    は独立して、気体を透過するが液体を透過しない気液分
    離膜を介在して液圧より低い気圧室に液が暴露される溶
    存気体分離装置を複合したことを特徴とする気液分離装
    置。
  5. 【請求項5】 請求項1又は請求項4の気液分離装置に
    加温手段が附加されている事を特徴とする気液分離装
    置。
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