JP2004024931A

JP2004024931A - 微細気泡を大量に発生するための気液混合装置

Info

Publication number: JP2004024931A
Application number: JP2002180964A
Authority: JP
Inventors: Toyokazu Katabe; 形部　豊数; Hidetoshi Koga; 古賀　英俊
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】微細気泡を最大限に含むように気液混合流を形成する装置を提供しようとする。
【解決手段】円筒内周面１ａを有するドラム状の本体筒１と、前記本体筒の一端面に近接した外周面部に開口して実質上その外周面部の円周接線方向における一つの向きにおいて前記本体筒内に液体を送入するための液体送入口３と、前記液体送入口に近接した前記本体筒の一部面において配置された同本体筒内への気体供給口２と、前記円筒内周面から前記接線方向の一つの向きに靡くように傾いて突設された邪魔板片４の配列と、前記本体筒の他端における内周面部を円錐状１ｂに絞り、その頂点部が前記本体筒の他端面に設けられた出口孔５で截頭されるようにした出口室とからなるものである。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は微細気泡を濃密に含有する気液流を発生するための気液混合装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水質浄化、その他各種の水処理において気液混合は欠くことのできない処理工程である。また、大気中に放出できないガスの回収においても、気液混合により効率よく回収することが可能である。特に処理原水が夾雑物を含んでいる場合、目詰まりなく気液混合し、気体を溶解させて超微細の気泡含有液を作ることは困難であった。
【０００３】
気体を水等の液体中に溶解させて、微細の気泡液を連続的に生成する先行技術としては、例えば、国際公開公報（ＷＯ９９／３３５５３号）に記載されたものが存在する。この装置の原理は、処理すべき液体を円錐チャンバー内に、その底部から円周方向に圧入して円錐頂点位置の出口に向かい、スパイラル若しくはサイクロン状に旋回流動させ、円錐底面の中央部に設けた吸気孔から、負圧による自吸又は圧送により導入された気体を微細気泡として巻き込ませるというものである。
【０００４】
しかしながら、上記のような円錐チャンバー方式は、その気泡含有状態が液体及び気体の各入出口の直径や円錐体のサイズ、若しくは原液の粘度や流量によって一義的に決定され、或いは逆に液体又は気体の入力条件を厳密に規制しなければ、所望の気泡含有液が得られないという欠点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の一つの目的は、微細気泡を最大限に含むように気液混合流を形成する装置を提供しようとするものである。
本発明の別の目的は、原液の粘度に応じた最高の効率で微細気泡を含むように気液混合流を形成する装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、円筒内周面を有するドラム状の本体筒と、前記本体筒の一端面に近接した外周面部に開口して実質上その外周面部の円周接線方向における一つの向きに液体を送入するための液体送入口と、前記液体送入口に近接した前記本体筒の一部面において配置された本体筒内への気体供給口と、前記円筒内周面から前記接線方向の一つの向きに靡くように傾いて突設された邪魔板片の配列と、前記本体筒の他端における内周面部を円錐状に絞り、その頂点部が前記本体筒の他端面に設けられた出口孔で截頭されるようにした出口室とからなる気液混合装置を構成したものである。
【０００７】
上記の構成によれば、液体送入口から実質上本体筒の円周接線方向において、その本体筒内に供給された処理液の流れは、他端に向かってスパイラル回転を開始するが、ほどなく邪魔板片に当たり一部は中心軸に向かって偏向するものの、大部分は邪魔板片の両側に逸れてカルマン渦を生ずる。従って、液体送入口に近接した気体供給口から（好ましくは圧入されて）、供給された気体はこれらのカルマン渦に巻き込まれ、直ちに気泡として分散する。カルマン渦の形成、その他の乱流化は本体筒内での流体の入り口側から出口側にかけての総合的なスパイラル回転を通じて行われるため、出口室から出口孔を通るころには気泡の微細化、及び濃密分散化が一層促進されることになる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１は第１の実施形態における基本構造の側面図（Ａ）及びそのＢ−Ｂ矢視断面図（Ｂ）を示している。この基本構造は、円筒内周面１ａを有するドラム状の本体筒１と、この本体筒１の一端面に設けられた気体供給口２と、その一端面の気体供給口２に近接した本体筒１の外周面部に開口した液体送入口３であって、処理すべき液体を実質上ドラム円周の接線方向における一つの向き（図１Ｂにおいて時計回りの向き）に送入するものとを備えている。
【０００９】
本体筒１の内部構造として、前記円筒内周面１ａにおける液体送入口３よりも軸方向に進入した位置には、複数の邪魔板片４が前記接線方向の一つの向きから中心軸に接近する方向に僅かに傾いて（従って、前記一つの向きに供給され、本体筒内でスパイラル回転する液体流に靡く姿勢で）突設される。この実施例では円周方向及び軸方向において規則的に整列配置される。図示の簡略化のため、側面図（Ａ）では各断面内で上下一対の邪魔板片４のみが配置され、また断面図（Ｂ）では９０°間隔で４個配置されたものとして描かれているが、これ以外の個数、例えば３個又は５個以上であってもよい。この場合、軸方向に隣接した各２枚の邪魔板片４の間隔は、各片４の幅より狭くされる。また、邪魔板片４の各円周配列は側面図（Ａ）に示すように、軸方向に整列させるのが基本形であるが、ドラム軸線に平行した母線の左右に千鳥状に振れる配列としてもよい。
【００１０】
邪魔板片４の配列が尽きた後の、本体筒１の他端部内は気液混合流体の出口室として、内周面部１ｂが円錐状に絞られ、その円錐頂点部は本体筒１の他端面に設けられた出口孔５で截頭された形状となっている。実施例において、突出した各邪魔板片４の先端は、断面図（Ｂ）に示すように、出口孔５の軸方向投影領域には進入しない。
【００１１】
図２は上述した気液混合装置における気体供給口２ａが、本体筒１外から液体送入口３内に導入され、先端部がその液体送入口３と同軸関係においてドラム内を向くように配置された実施形態を示している。この場合、気体供給口２ａの先端開口は、液体送入口３内において本体筒１の手前に位置し、送入口３から供給される液体は本体筒１内に入るまでに気体を包含し、図１の実施例において一端面の気体供給口２から導入される気体が、送入口３から導入される液体流の言わば横脇に衝突する態様よりも、本体筒導入時の気／液接触衝撃は少なくなる。この場合、気体供給口２ａの先端部は液体送入口３と同軸関係に限らず、平行に偏心した軸線平行関係や、若干の角度関係を有して配置されてもよい。
【００１２】
図３は上述した気液混合装置における邪魔板片４の７種類の具体的形状をＡ〜Ｈに分け、Ｇを除く各々については三角法（ａ．平面図、ｂ．側面図、ｃ．取付け端から見た背面図）で示したものである。邪魔板片４の輪郭及び表面形状は、処理液の粘度に応じた流体微細化又は流路面抵抗を有するように設計されたものである。以下、各形状について説明する。
（Ａ）邪魔板片４Ａは半円形断面を有する樋形であり、装置内の旋回流体はこの板片４Ａの凸状湾曲面（樋形の背中）に当たり、中央部は前方（図の上方）に向かって流れるが、両側部は樋形の脇に逸れて部分的に裏側に巻き込まれ、カルマン渦を生成する。また中央部の流れも前方への流動中にかなりの部分が脇に逸れて同じくカルマン渦の生成に寄与する。
（Ｂ）邪魔板片４Ｂは邪魔板片４Ａと同様な半円形断面を有する樋形であるが、先端部の両側を４５°角削ぎ状として、先端における渦流又は乱流の発生度合いを高めたものである。
（Ｃ）邪魔板片４Ｃは、ドラムの外側から見ると邪魔板片４Ａと同様な凸状湾曲面を有するが、裏面は平坦な無空半円筒体からなり、同片４Ａと同様な効果が期待できる。
（Ｄ）邪魔板片４Ｄは、邪魔板片４Ｃと同様な無空半円筒体からなるが、湾曲表面の先端部がスロープ４ｄとなり、先端縁が裏面の先端縁と一致した刃先を形成している。これによって、４Ｃの場合より微細気泡発生の均一化が図れる。
（Ｅ）邪魔板片４Ｅ、及び後述の４Ｆ〜４Ｈは、上述した邪魔板片４Ａ〜４Ｄが旋回流体に凸状湾曲面で対向するものであったのに対し、平板状で対向するが、その平板状面にスリットや透孔配列等の流体微細化又は流路面抵抗手段を形成し、これによって邪魔板片４Ａ〜４Ｄよりも低粘度の液であっても、効果的に気泡を発生できるようにしたものである。先ず、邪魔板片４Ｅは、その長さ方向（旋回流の方向）にスリットを形成したものである。この場合、スリットの縁はウエッジワイヤー４ｅによって形成することができる。
（Ｆ）邪魔板片４Ｆも、旋回流体に対し平板状で対向するが、その平板状面には、透孔配列を形成したものである。孔４ｆの直径及び配置密度は処理すべき液体の粘度等に応じて選択される。
（Ｇ）邪魔板片４Ｆの孔４ｆの態様は、図３Ｆ及び図３Ｇの（ａ）に示すような微小円筒形、或いは図３Ｇの（ｂ）及び（ｃ）に示すような微小円錐台形とすることができる。微小円錐台形の場合、旋回流体が当たる面を小径側、抜ける側を大径側とする。
（Ｈ）邪魔板片４Ｈも、旋回流体に対し平板状で対向するが、その平板状面には、四半球状の竪爪４ｈの配列が形成される。各竪爪４ｈの配置は旋回流体が邪魔板片４Ｈに当たって求心方向に偏向されたとき、その流れを四半球面で受けることにより、それらの周辺に極微のカルマン渦を生ずるようにする。四半球面の半径及び配置密度は処理すべき液体の粘度等に応じて選択される。
【００１３】
本発明の実施形態における気液混合装置は以上のような構造を有するものであるため、液体送入口３から円周接線方向において、本体筒１内に供給された処理液の流れは、他端に向かってスパイラル回転を開始するが、ほどなく邪魔板片（総括して４）に当たり一部は中心軸に向かって偏向するものの、大部分は邪魔板片４の両側に逸れてカルマン渦を生ずる。また、邪魔板片４面においてもその表面形状に応じて微視的なカルマン渦が生成される。従って、液体送入口に近接した気体供給口から、好ましくは圧入して供給された気体はこれらのカルマン渦に巻き込まれ、直ちに気泡として分散する。流体中でのカルマン渦の形成、その他の乱流化は本体筒内の入り口側から出口側にかけての総合的なスパイラル回転を通じて行われるため、出口室から出口孔５を通るころには気泡の微細化、及び濃密分散化が一層促進されることになる。
【００１４】
【実施例】
図４〜図６は、図１〜図３に示した気液混合装置を用いた液体処理又は環境改善に関する設備構成の実施例を示している。
【００１５】
図４は、基本的には気液混合装置１０を、水浄化処理のバッキ槽１１に接続したものである。１２はバッキ槽１１からの還流水を気液混合装置１０に送り込むためのポンプであり、そのポンプ１２からの給水パイプ１３の先端部は、気液混合装置１０から見れば液体送入口３であり、この先端部（液体送入口）３、あるいは図の如くパイプ１３のポンプ１２側部分には、図２に示したような気体供給口２ａを挿入し、本体筒１の端面における気体供給口２に換えて、又はこの気体供給口２とともに使用することができる。
【００１６】
図５は、貯水池、ダム等の底部もしくは湖底、海底において、魚介類の養殖等のために気液混合装置１０を設置し、岸辺に配置したポンプ１２によって回収水又は原水を同装置１０の液体送入口３に導き、コンプレッサー又はエアブロワー１４によって空気などを気体供給口２に導く構成を示したものである。コンプレッサーにより給気量を大きくし、水中又は海中の溶存酸素量を適正に維持することができる。図示しないが、気液混合装置１０は水底から一定の高さを有する水中構造物に設置してもよい。
【００１７】
図６の構成も、図５の場合と同様に貯水池、ダム等の底部もしくは湖底、海底において、魚介類の養殖等のために気液混合装置１０を配置するものであるが、給水についてはパイプ設置費や、パイプ中での詰まりの生ずる危険をなくすため、気液混合装置１０を支持した形の水中ポンプ１５を水底に設置し、このポンプによってダム底等の水を気液混合装置１０内に還流し、気泡発生効率を一段と高めたものである。図示しないが、気液混合装置１０は水底から一定の高さを有する水中構造物に設置してもよい。
【００１８】
図７の流体混合装置１０ａは、前述した気液混合装置１０の構造を利用し、主として液体混合及び攪拌に用いるようにしたものである。この実施構造では、液体送入口３ａ、３ｂの２個を９０°間隔で配置し、気体供給口としての比較的細い入口管は原則として設置されない。しかしながら、この構造に更に気体供給口を設けることは勿論可能であり、液体送入口についても図示の２個（３ａ、３ｂ）だけでなく、１２０°間隔で３個、あるいは９０°間隔において４個設け、多種類の液の均一混合に用いることもできる。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べた通り、本発明によれば、微細気泡を最大限に含むように構成された気液混合装置が提供される。この装置はまた、原液の粘度に応じたカルマン渦発生用の邪魔板片を配列し、微細気泡の効果的な生成を可能にしたものである。また、本発明の気液混合装置において、邪魔板片によるカルマン渦発生機構を液体同士の混合・攪拌に利用する等、種々の応用形態において、液処理の能率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態における気液混合装置の側面図（Ａ）及びそのＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図２】別の好ましい実施形態における気液混合装置の主要部断面図である。
【図３】図１及び図２に示した気液混合装置における邪魔板片の７種類の具体的形状（Ａ〜Ｈ）について、Ｆの説明図であるＧを除き、それぞれ三角法（ａ．平面図、ｂ．側面図、ｃ．取付け端から見た背面図）で示したものである。
【図４】本発明の気液混合装置を、水浄化処理のバッキ槽に接続した状態を示す断面及び流路接続図である。
【図５】貯水池、ダム等の底部もしくは湖底、海底において、魚介類の養殖等のために本発明の気液混合装置を配置し、岸辺に配置したポンプ及びコンプレッサー又はエアブロワーと接続した状態を示す略図である。
【図６】図５のものと同様、貯水池、ダム等の底部もしくは湖底、海底において、魚介類の養殖等のために本発明の気液混合装置を配置するものであるが、給水についてはこの気液混合装置を支持した形の水中ポンプを水底に設置した状態を示す略図である。
【図７】本発明の別の実施形態において、液体混合装置を構成した場合の側面図（Ａ）及びそのＢ−Ｂ矢視断面図（Ｂ）である。
【符号の説明】
１　本体筒
２　気体供給口
３　液体送入口
４　邪魔板片
５　出口孔
１０　気液混合装置
１１　バッキ槽
１２　ポンプ
１３　給水パイプ
１４　コンプレッサー又はエアーブロワー
１５　水中ポンプ

Claims

円筒内周面を有するドラム状の本体筒と、前記本体筒の一端面に近接した外周面部に開口して実質上その外周面部の円周接線方向における一つの向きにおいて前記本体筒内に液体を送入するための液体送入口と、前記液体送入口に近接した前記本体筒の一部面において配置された同本体筒内への気体供給口と、前記円筒内周面から前記接線方向の一つの向きに靡くように傾いて突設された邪魔板片の配列と、前記本体筒の他端における内周面部を円錐状に絞り、その頂点部が前記本体筒の他端面に設けられた出口孔で截頭されるようにした出口室とからなることを特徴とする気液混合装置。
前記気体供給口が、前記本体筒の一端面において前記液体送入口に近接した位置に設けられたものであることを特徴とする請求項１記載の気液混合装置。
前記気体供給口が、前記本体筒外から前記液体送入口内に導入され、先端部を前記液体送入口と同軸又は軸線平行関係において本体筒内に対向させたものであることを特徴とする請求項１記載の気液混合装置。
複数個の前記液体送入口を、前記一端面に近接した外周面において、互いに円周方向に間隔を置いて配列したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の気液混合装置。
前記邪魔板片を、液体の粘度に応じた流体微細化手段又は流路面抵抗を有する表面形状とし、且つその邪魔板片を等角度間隔で円周線に沿い複数個配列し、この複数個の配列を、更に複数列、軸方向において整列配置し、これによって軸方向に隣接した各２枚の邪魔板片の間隔を、各邪魔板片の幅より狭くしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の気液混合装置。