JP2006263641A

JP2006263641A - ガス溶解方法とその装置

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Publication number: JP2006263641A
Application number: JP2005088043A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Ohama; 一郎大濱; Hideki Wada; 秀基和田; Kohei Makino; 好平牧野; Akihito Umeda; 明史梅田
Original assignee: Toyobo Engineering Co Ltd
Current assignee: Toyobo Engineering Co Ltd
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】水素還元水の製造を初め、酸素、二酸化炭素等のガスやオゾンを常温以下の水に極めて効率よく溶解させることが可能なガス溶解方法とその装置の提供。
【解決手段】水の供給・循環ポンプに溶解予定ガスを供給し、少しガスを溶解させてバブリングさせた水を作製し、これを当該ガスを入れた気液接触リアクター内を落下させる構成とすることで、通常の冷水であっても短時間の処理で、例えば水素ガスの場合、マイナス数百mV以下という非常に低い酸化還元電位を有する水素還元水が得られる。
【選択図】図1

Description

この発明は、水素、酸素、二酸化炭素等のガスやオゾンを溶解する方法に関し、常温以下の水に極めて効率よく溶解させることが可能なガス溶解方法とその装置に関する。

従来、大型浴槽等の水槽の水を循環させる際に水素ガスを溶解させて水素還元水となして、殺菌力で雑菌繁殖防止や浴槽等のぬめり防止に用いたり、水素還元作用で皮膚の老化促進物質を無害化するようにしている。

また、水素還元水は、pHが9.0以下と中性に近いながらも、例えば-100mV以下という非常に低い酸化還元電位を有しており、何らの健康問題を引き起こすことなく、還元水として日常的に多量に摂取したり、炊事用に使用することが可能である。
特開2004-66071 特開2004-351399

従来は、水素還元水を製造するのに、水槽からの水に気液混合タンクにより水素を溶解させて溶解水素とし、これを微細な気泡状水素にして水槽に戻したり、あるいは70℃程度に加熱した水に加圧下の気液接触装置で水素ガスと接触させる等の方法が採用されていた。

従来の気液混合タンクでの混合では水素ガスの溶解度が低く、また周知の気液接触装置を用いかつ加熱、加圧して気液接触効率を上昇させようとする方法も、水素ガスの溶解度を上げるために水の加熱などに使用するエネルギー量が多く、高効率のガス溶解方法とは言えない。

この発明は、水素還元水の製造を初め、酸素、二酸化炭素等のガスやオゾンを常温以下の水に極めて効率よく溶解させることが可能なガス溶解方法とその装置の提供を目的としている。

発明者らは、水素ガス等のガスを常温や低温水に効率よく溶解させる方法について種々検討し、従来の気液接触装置の問題点を検討した結果、まず若干なりとも溶解予定ガスが混入した水、すなわち水の中に多くの微細気泡を含む微細気泡含有水を造り、さらにこの微細気泡含有水を水粒として溶解予定ガス中に散水し接触させることにより、一回の気液接触であっても溶解予定ガスの水への溶解度が著しく向上することを知見した。

また、発明者らは、高効率のガス溶解装置の構成について種々検討した結果、水の供給・循環ポンプに溶解予定ガスを供給し、少しガスを溶解させてバブリングさせた水、すなわち微細気泡含有水を作製し、これを当該ガスを入れた気液接触リアクター内を散水落下させる構成とすることで、通常の冷水であっても短時間の処理で、例えば水素ガスの場合、マイナス数百mV以下という非常に低い酸化還元電位を有する水素還元水が得られることを知見し、この発明を完成した。

すなわち、この発明は、処理原水に被溶解ガスを混入させた微細気泡含有水を気液接触手段に送る給水工程と、気液接触手段にて被溶解ガスと前記微細気泡含有水とを散水接触させる気液接触工程と、前記気液接触手段を通過した処理水の全部又は一部を再度前記給水工程へと送る循環工程とを有することを特徴とするガス溶解方法である。

また、他の発明は、水槽上部に気液接触筒を接続した構成の処理塔を複数段有し、各処理塔内に被溶解ガスを導入し、処理原水を第1処理塔の気液接触筒上部より導入落下させた微細気泡含有水を同水槽内に貯水し、これを次段処理塔の気液接触筒上部より散水導入して気液接触を繰り返す気液接触工程と、第1処理塔の水槽内の処理水を同段又は次段あるいは次段以降さらにその全ての処理塔上部より導入落下させる水循環処理工程を有することを特徴とするガス溶解方法である。

さらに、この発明の装置は、水槽上部に気液接触筒を接続した構成の処理塔と、前記処理塔内に被溶解ガスを導入するガス導入手段と、処理原水に被溶解ガスを混入させた微細気泡含有水を気液接触筒上部より散水,落下させる混入給水手段と、水槽内の処理水を再度混入給水手段へ送る水循環手段とを有することを特徴とするガス溶解装置である。

また、他の発明の装置は、水槽上部に気液接触筒を接続した構成の処理塔を複数段有し、各処理塔内に被溶解ガスを導入する管路と、処理原水を第1処理塔の気液接触筒上部より導入落下させて同水槽内に貯水してこれを次段処理塔の気液接触筒上部より導入して気液接触を繰り返すための送水源及び管路と、第1処理塔の水槽内の処理水を同段又は次段あるいは次段以降さらにその全ての処理塔上部より導入落下させる水循環管路とを有することを特徴とするガス溶解装置である。

この発明は、処理原水を溶解予定ガスを入れた気液接触リアクター内を落下させて気液接触させる際に、先に処理原水に溶解予定ガスを混入分散させてバブリングさせた微細気泡含有水となしているため、気液接触リアクターのガス内を水滴となって散水落下する処理原水は、その水滴の内外でガスとの接触を繰り返すことが可能となり、例えば水道水のように冷水であっても、水素、酸素、二酸化炭素等のガスやオゾンを効率よく溶解させることが可能となる。

この発明は、処理原水に被溶解ガスを混入させて気液接触リアクターを通過させるため、効率よくガスの溶解を進行させるが、さらに気液接触リアクターを通過した処理水を再度、循環ポンプで被溶解ガスを混入させて気液接触リアクターへ送り、気液接触を繰り返すことで、極めて高濃度でガスを溶解させることが可能となる。

この発明は、水素、酸素、二酸化炭素等のガスやオゾンの被溶解ガスを、水や飲料、各種溶液等の種々の液体である処理原水に容易に溶解させることが可能で、水素還元水を初め、飲料、薬品、オゾン水、酸素飽和水、脱酸素水、炭素水等の製造及び酸化処理、還元処理、中和処理等の用途に適用できる。

この発明の溶解方法を一実施例装置に基づいて詳述する。溶解装置1は水槽2上部に気液接触手段3を内蔵した気液接触筒4を接続した構成の処理塔5から構成される。被溶解ガスはガス源Gからガス供給管6を通って水槽2上部に供給される。

処理原水はポンプ7にて水供給管8にて気液接触筒4上部に送られる。このポンプ7では処理原水にガス供給管6からの被溶解ガスが混入分散される。被溶解ガスが混入分散した処理原水は、気液接触筒4上部で例えば散水ノズルによってバブリングされて落下し、気液接触手段3内で処理塔5内に充填された被溶解ガスと気液接触し、ガスを溶解した処理水が得られ、水槽2に落下貯水される。

水槽2に溜められた処理水は、循環路9を通って再度前記ポンプ7に送られて新たな処理原水とともに被溶解ガスを混入されて再度水供給管8を通って気液接触筒4上部に供給されて被溶解ガスとの気液接触が繰り返されて、水槽2に落下貯水される。なお、前記ポンプで新たな処理原水の供給が中止されている場合は、水槽2に溜められた処理水の循環のみが実施されていることになる。

また、処理塔5において、水槽2の上部より被溶解ガスを抜き出してに戻すガス循環路10を設けることも可能で、ポンプ7の作動により容易に被溶解ガスを循環させることが可能となり、微細気泡含有水を効率よく生成できるほか、処理塔5系内での被溶解ガスと処理原水との気液接触を促進して溶解効率を高めることができる。

水槽2に溜められた処理水は、必要に応じて供給管11を通って需要箇所へと送給される。水槽2内の処理水量を制御するにあたり、該水槽2の液面の高さ(液位)を液面計12で監視し、処理原水の供給量と連動させて処理水の供給量を調整することができる。

この発明の溶解方法・装置において、処理塔5内は常圧でよく、加圧は必須ではないが、ガスの溶解度をより向上させるために加圧することも可能であり、加圧下で操作する場合には、例えば処理塔5系内の圧力計13を水槽2上部に設置してこの圧力計13の指示圧力に応じて被溶解ガスの供給圧力を制御することができる。

加圧する場合の圧力は、あまり高圧であると装置の強度や機密性向上のために製造コストを要するため、20atm以下が望ましく、好ましくは10atm以下、さらに好ましくは2atm〜5atmである。

処理原水は、水(温泉等、ミネラル水を含む)や飲料(茶、果実等を含む)、各種薬液、溶液等の種々の液体種に応じてその温度が異なり、液体種よっては製造や処理前段階で加温、加熱されている場合はそのまま使用すればよいが、特にこの溶解処理のために加温、加熱する必要はない。従って、一般的な水の場合は、50℃未満、30℃以下で処理される。

この発明の実施態様において、図2に示すごとく、上述の処理塔5を含むガス溶解装置1と同様構成の他のガス溶解装置20とをシリーズ接続して、初段のガス溶解装置1で溶解させた処理水を2段目のガス溶解装置20のポンプ27へと送り、所要ガスの溶解効率や溶解度の向上を図ることができる。

最初に処理原水に被溶解ガスを混入させる手段として、図1のガス溶解装置1では、ポンプ7を使用したが、ポンプには液移送に用いる渦巻ポンプ、渦流ポンプ等を単純に液移送用に用いたり、水循環ポンプと併用させるなど種々構成が採用できる。さらに、処理原水に被溶解ガスを混入させる手段として、最初に上述の気液接触筒を用いたり、水槽で撹拌インペラーを用いるなど種々の構成を採用できる。

図3に示すガス溶解装置30は、図1と同様の水槽32上部に気液接触手段33を内蔵した気液接触筒34を接続した構成のメイン処理塔35に、水槽31上部に気液接触手段33を内蔵した気液接触筒36を接続した構成の前段処理塔37を並べた構成からなる。

メイン処理塔35の水槽32上部に供給されたガス源Gからの被溶解ガスは、メイン処理塔35内を満たしメイン処理塔35の気液接触筒34の上部よりガス供給管38で導出されて、前段処理塔37の気液接触筒36と水槽31上部に供給されるほか、水槽31内に貯水された処理原水に自吸式散気装置39で拡散可能に導入される。

前段処理塔37では、気液接触筒36上部より散水ノズルで散水された処理原水は気液接触手段33で被溶解ガスを混入、溶解して水槽31に落下貯水され、さらに自吸式散気装置39で被溶解ガスを混入、拡散させる。この水槽31内で被溶解ガスを混入、拡散させた処理原水は、ポンプ40で水供給管41へ送られてメイン処理塔35の気液接触筒34の上部より散水ノズルで散水落下させるほか、前段処理塔37の気液接触筒36の上部へと循環供給される。

ガス溶解装置30では、前段処理塔37で被溶解ガスを混入、拡散させた処理原水を作成し、これをメイン処理塔35の気液接触筒34の上部より散水ノズルで散水落下させ、気液接触手段33で被溶解ガスを十分に溶解させることが可能となる。

かかる前段処理塔37とメイン処理塔35とを備える構成によって、前段処理塔37内にある程度のガス溶解度の処理水を貯水でき、所定のガス溶解度を有する処理水の需要量が変動しても、あるいはガス溶解度自体の変動を要求されたとしても、所定のガス溶解度、流量の処理水を安定的に供給することが可能となる。

この発明における気液接触手段3,23,33としては、公知の通路部材、充填材、回転翼(駆動型、無駆動型)、混合装置などを適宜採用できる。板材やパイプ材で通路形成した通路部材は気体液体を適宜蛇行や逆送させたり、同様にパイプ材やメッシュ材を密に組み合せた充填材も気液接触回数、距離を増やすものであり、回転翼はこれを固定して多段に積むとスワールを起こさせることができ、またベアリング支持した複数のプロペラは同相、逆相回転可能に配置することで気液接触を増大させることができ、さらにこれを駆動することもできる。

実施例1
図1に示す実施例において、水槽2容量を50リットルとし、循環用のポンプ7に20l/minの渦流ポンプを使用し、気液接触手段3には、市販の外径80Aの静止型気液接触装置を使用した。処理原水には大阪市営の25℃以下の水道水を用いた。

処理塔5を0.1Mpaの常圧下で1回10分間のバッチ操作した。原水の酸化還元電位は607mV、処理した50lの処理水の酸化還元電位は-603mVで、pH6.9であった。

実施例2
処理塔5を0.2Mpaの加圧下で、流量が8l/min、平均滞留6.25分となるよう連続操作した。原水の酸化還元電位は607mV、処理水の酸化還元電位は-559mVで、pH6.9であった。

この発明は、実施例に示すごとく、水道水をそのまま処理して酸化還元電位が低い水素還元水を簡単に製造できる。また、この発明の装置は、鉱泉水から薬液、溶液に容易に溶解させることが可能で、飲料、薬品、オゾン水、酸素飽和水、脱酸素水、炭素水等の製造できるだけでなく、さらに各種の酸化処理、還元処理、中和処理等の用途に適用できる。

この発明によるガス溶解装置の一実施例の構成と配管を示す概略説明図である。この発明によるガス溶解装置の他の一実施例の構成と配管を示す概略説明図である。この発明によるガス溶解装置の他の一実施例の構成と配管を示す概略説明図である。

符号の説明

G ガス源
1,20,30 ガス溶解装置
2,22,31,32 水槽
3,23,33 気液接触手段
4,24,34,36 気液接触筒
5,25,35,37 処理塔
6,2638 ガス供給管
7,27,40 ポンプ
8,28,41 水供給管
9,29 循環路
10 ガス循環路
11 供給管
12 液面計
13 圧力計
39 自吸式散気装置

Claims

処理原水に被溶解ガスを混入させた微細気泡含有水を気液接触手段に送る給水工程と、気液接触手段にて被溶解ガスと前記微細気泡含有水とを散水接触させる気液接触工程と、前記気液接触手段を通過した処理水の全部又は一部を再度前記給水工程へと送る循環工程とを有するガス溶解方法。
処理原水に被溶解ガスを混入させる手段が、送水ポンプ、水槽内の拡散装置、気液接触装置のいずれかである請求項1に記載のガス溶解方法。
水槽上部から処理原水に被溶解ガスを混入させる手段へ被溶解ガスを導出循環させるガス循環処理工程を有する請求項1に記載のガス溶解方法。
水槽上部に気液接触筒を接続した構成の処理塔を複数段有し、各処理塔内に被溶解ガスを導入し、処理原水を第1処理塔の気液接触筒上部より導入落下させた微細気泡含有水を同水槽内に貯水し、これを次段処理塔の気液接触筒上部より散水導入して気液接触を繰り返す気液接触工程と、第1処理塔の水槽内の処理水を同段又は次段あるいは次段以降さらにその全ての処理塔上部より導入落下させる水循環処理工程を有するガス溶解方法。
各水槽上部から当該処理塔あるいは特定、全ての他上部へ被溶解ガスを導出又は循環させるガス循環処理工程を有する請求項3に記載のガス溶解方法。
処理塔内の圧力が1atm〜10atmである請求項1又は請求項3に記載のガス溶解方法。
処理塔内の圧力が2atm〜5atmである請求項1又は請求項3に記載のガス溶解方法。
水槽上部に気液接触筒を接続した構成の処理塔と、前記処理塔内に被溶解ガスを導入するガス導入手段と、処理原水に被溶解ガスを混入させた微細気泡含有水を気液接触筒上部より散水,落下させる混入給水手段と、水槽内の処理水を再度混入給水手段へ送る水循環手段とを有するガス溶解装置。
処理原水に被溶解ガスを混入させる手段が、送水ポンプ、水槽内の拡散装置、気液接触装置のいずれかである請求項8に記載のガス溶解装置。
水槽上部に気液接触筒を接続した構成の処理塔を複数段有し、各処理塔内に被溶解ガスを導入する管路と、処理原水を第1処理塔の気液接触筒上部より導入落下させて同水槽内に貯水してこれを次段処理塔の気液接触筒上部より導入して気液接触を繰り返すための送水源及び管路と、第1処理塔の水槽内の処理水を同段又は次段あるいは次段以降さらにその全ての処理塔上部より導入落下させる水循環管路とを有するガス溶解装置。
各水槽上部から当該処理塔あるいは特定、全ての他上部へ被溶解ガスを導出又は循環させるガス循環処理管路を有する請求項10に記載のガス溶解装置。