JP2006341225A - 気液混合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な排気装置で、気体の外部への漏出を防止できるとともに危険を伴うことなく気液混合を行うことができる。
【解決手段】本発明の気液混合装置１００は、液体と気体とを混合させる気液混合装置である。そして、液体と気体とを混合させる混合部１１０と、気体と混合される液体を貯えている液だめ部１５０と、液体を、混合部１１０と液だめ部１５０との間で循環させる液体循環手段Ｂ１と、混合部１１０において液体が存在する液体領域以外の領域に存在する気体を、その領域の外へ取り出して混合部１１０内へ再導入させる気体再導入手段Ａと、混合部１１０の気圧を実質的に大気圧に保つ手段と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体と気体とを混合させる気液混合装置に関する。

従来より、液体と気体とを混合させる気液混合装置が知られている。そして、気液混合装置を用いて液体と気体とを混合させることにより、例えば、その気体をその液体に溶解させることができる。

特許文献１には、液中に吹き込まれる気体を気体吹き込み管の上部に設けた攪拌翼で分散させる気液攪拌装置が開示されている。そして、気体吹き込み管の先端は、回転方向と逆方向に向けられている。また、攪拌翼には、気体を剪断するかい形翼が設けられており、かい形翼の外周部には、気体を液中に分散させる羽根が設けられている。このような構成により、気体がかい形翼に衝突するエネルギーは、大きくなる。そのため、気体は、かい形翼で小さく砕かれて羽根でさらに小さく砕かれる。よって、気泡を混合槽内の液中に均一に分散させることができる、と記載されている。

特許文献２には、液体に気体を加圧溶解させる際に用いられる加圧溶解装置が開示されている。具体的には、この加圧溶解装置は、液体が通過する液体供給管と、液体供給管に接続され液体供給管中の液体に気体を供給する気体供給管と、液体供給管に設けられ液体を加圧して液体に気体を溶解させる加圧ポンプと、液体供給管に接続され気体が溶解された液体を通過させて液体に溶解されない気体を液体から分離させるアキュムレータと、を備え、さらに、アキュムレータに液体から分離された気体を排気させる排気管を設けると共にこの排気管を気体供給管に接続してなる。このような構成により、液体から分離された余剰気体を排気管から気体供給管へと供給することができる。その結果、この余剰気体を回収して再利用することができる、と記載されている。

また、特許文献３には、気体を液体に加圧溶解させ、その後、減圧することにより微細気泡を析出させる微細気泡発生装置が開示されている。具体的には、この微細気泡発生装置は、液体が通過する液体供給管と、液体供給管に接続されると共に液体供給管内に気体を供給する気体供給管と、液体供給管の途中に設けられると共に液体中に気体を加圧溶解させる加圧ポンプと、未溶解の気体を分離するアキュムレータと、アキュムレータで分離された余剰気体を排出する排出管と、を備えている。さらに、アキュムレータには、余剰気体のみを排出管に排出し、液体が侵入するのを防止する液体侵入防止手段が設けられている。このような構成により、アキュムレータで分離された余剰気体のみが排出管から排出される。その結果、排出管に液体や液体中のゴミが侵入してしまうことはなく、排出管が閉塞された状態となることを防止できる、と記載されている。
特開昭６３−１０４６３７号公報 特開平３−１２１号公報 特開平４−１００５２６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の気液攪拌装置では、混合される気体や揮発性の高い液体から揮発した気体などがこの装置の外部へ放出される虞がある。そして、これらの気体が有害な気体であれば、排気系統にオイルスクラバ・コンデンサ・活性炭などを取り付けてこれらの気体をオイルスクラバなどに吸着させることにより、これらの気体の装置外への漏出を防止する必要がある。そのため、コストがかかるとともに、装置が大がかりとなる。また、有害な気体が大量に発生する場合には、活性炭などを大量に用意しなければならない。その上、有害な気体が吸着された活性炭などの処理は容易ではない。

また、特許文献２に記載の気液攪拌装置や特許文献３に記載の微細気泡発生装置では、加圧しながら気液混合を行うため、常に、配管や装置の亀裂等による気体の漏洩の危険にさらされることになる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、気体の漏出を防止できるとともに危険を伴うことなく気液混合を行うことができる気液混合装置に関する。

本発明の気液混合装置は、液体と気体とを混合させる気液混合装置である。そして、前記液体と前記気体とを混合させる混合部と、前記気体と混合される液体を貯えている液だめ部と、前記液体を、前記混合部と前記液だめ部との間で循環させる液体循環手段と、前記混合部において前記液体が存在する液体領域以外の領域に存在する気体を、該領域の外へ取り出して該混合部内へ再導入させる気体再導入手段と、前記混合部の気圧を実質的に大気圧に保つ手段と、を備えている。なお、以下において、「液体領域以外の領域」を「気体領域」と記す。

上記の構成により、この気液混合装置は、混合部の気体領域内に存在する気体を混合部へ再導入させる。従って、この気体が気液混合装置の外へ大量に排出されてしまうことを阻止できる。また、混合部内の気圧は大気圧と略同一であるため、大気圧下で気液混合を行うことができる。すなわち、気体の気液混合装置外への大量の排出を阻止できるとともに、危険を伴うことなく気液混合を行うことができる。

ここで、「混合部の液体領域以外の領域（気体領域）に存在する気体」とは、液体と混合されていない気体、揮発性液体から揮発された気体、気液混合により発生した気体などを意味する。

また、本発明の気液混合装置では、前記気体の一部は、前記液体に混合され、前記液体と混合されていない気体は、前記液体領域以外の前記領域内に存在し、前記気体再導入手段により前記混合部内の液体へ再導入されることが好ましい。

このような構成により、気液混合されなかった気体は、混合部の液体内へ再度供給されて気液混合される。そのため、気体を無駄なく気液混合させることができる。

また、本発明の気液混合装置では、混合部における液体は、攪拌棒または攪拌機により攪拌されることが好ましい。ここで、攪拌棒は、手動または電動により稼動されて液体を攪拌させる棒であればよく、２枚以上の羽根を備えた１個以上のプロペラをその長手方向に備えていてもよい。このような構成により、気液混合を効率良く行うことができる。

また、本発明の気液混合装置では、液だめ部には、外気が出入りする開口が形成されており、前記混合部の気圧を実質的に大気圧に保つ手段は、前記開口であることが好ましい。そして、好ましい実施形態では、液だめ部に蓋がされていない管（開放用管）を挿入することにより、混合部の気圧を実質的に大気圧に保つ。

この構成により、気液混合される気体が、開口を介して気液混合装置の外へ漏出される量は、液だめ部の液面から発生する液体の蒸発量に限られるため、極めて少量である。よって、おおがかりな排気処理装置を設けるまでもなく、簡素な排気装置で外部へ気体が漏出してしまうことを確実に阻止できる。

また、本発明の気液混合装置は、さらに、前記気体が前記混合部から前記液だめ部へ流出することを阻止する気体流出阻止手段を備えていることが好ましい。

この構成により、液だめ部が開口を備えていても、気体がその開口から外部へ漏出してしまうことはない。

本発明の好ましい実施形態では、前記混合部と前記液だめ部とは、同一の槽内に設けられているとともに該槽内において仕切部材により仕切られており、前記液体は、前記仕切部材に形成されている孔を通過して、前記混合部と前記液だめ部との間を循環し、前記気体流出阻止手段は、前記混合部において、前記気体を導入させる気体導入部が、前記液体を前記液だめ部へ流出させる液体流出用孔よりも液面側に配置されることにより、構成されている。また、この実施形態における前記液体循環手段は、さらに、前記攪拌機または前記攪拌装置を備えていることが好ましい。

本発明の別の好ましい実施形態では、前記混合部と前記液だめ部とは、各々、異なる槽内に設けられており、前記液体循環手段は、前記混合部の槽と前記液だめ部の槽とを連結する連結管を備えており、前記気体流出阻止手段は、前記連結管の少なくとも一部が下方へ向かって延びていることにより、構成されている。また、この実施形態における前記液体循環手段は、さらに、液体を循環させるための循環用ポンプを備えていることが好ましい。

また、本発明の気液混合装置では、気体再導入手段は、気体を搬送させる気体搬送管と、その気体を搬送させる搬送用ポンプとで構成されていることが好ましい。そして、このような構成により、気体は、気体搬送管内を通過するため、気液混合装置の外へ漏出されることなく、確実に混合部へ再導入される。

また、本発明の気液混合装置では、混合部及び液だめ部には、各々、外気が出入りする開口が形成されており、前記混合部及び液だめ部の気圧を実質的に大気圧に保つ手段は、各々、前記開口であることが好ましい。そして、好ましい実施形態では、液だめ部に蓋がされていない管（開放用管）を挿入することにより、混合部の気圧を実質的に大気圧に保つ。

この構成により、気液混合される気体が、開口を介して気液混合装置の外へ漏出される虞は極めて低く、気液混合装置の外部へ漏出してしまうことを確実に阻止できる。

この構成により、気液混合される気体が、開口を介して気液混合装置の外へ漏出される量は、液だめ部の液面から発生する液体の蒸発量に限られるため、極めて少量である。よって、おおがかりな排気処理装置を設けるまでもなく、簡素な排気装置で外部へ気体が漏出してしまうことを確実に阻止できる。

また、本発明の気液混合装置では、前記気体再導入手段は、気体の一部を液化させる手段を備えていることが好ましい。このような構成により、一部を液体として混合部へ再導入させ、液液混合として効率的に混合させることも可能である。さらに、この場合、混合部へ再導入することなく回収することも可能であることは言うまでもない。

また、本発明の気液混合装置は、さらに、窒素ガスを供給するための窒素ガス供給管を備えていることが好ましい。このような構成により、引火性の高い液体や気体を気液混合させる場合であっても、窒素ガスが供給されるために引火することなく気液混合を行うことができる。

本発明の気液混合装置では、簡易な排気装置で、気体の外部への漏出を阻止できるとともに、危険を伴うことなく気体と液体とを混合させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において、実質的に同一の部材及び機能を奏する部材には、同一の符号を付している。また、本発明は、以下に示す実施形態に限定されない。

《発明の実施形態１》
実施の形態１では、図１を用いて、気液混合装置１００の構造及び動作方法を示す。なお、図１は、気液混合装置１００の模式図である。

気液混合装置１００は、気体と液体とを混合させる装置であり、図１に示すように、混合部となる混合槽１１０と液だめ部となる液だめ槽１５０とを備えており、さらに、気液混合を行う気体を供給する気体供給部（不図示）と気液混合を行う液体を供給する液体供給部（不図示）とを備えている。また、気体搬送管１２７が気体供給部と混合槽１１０とを連結し、液体供給管１５１及び液体排出管１５７が液体供給部と液だめ槽１５０とを連結し、連結管１６０が混合槽１１０と液だめ槽１５０とを連結している。

混合槽１１０は、液体と気体とを混合させる金属製槽であり、その上面及び下面がドーム状に形成されてなる。また、内部には、先端に平板状部材が取り付けられてなる攪拌棒１３０が挿入されている。

気体搬送管１２７は、内部を気体が通過する金属製パイプであり、「Ｆ」を上下反転させた状態で気体供給部と混合槽１１０とを連結している。換言すると、気体搬送管１２７は、１つの分岐点を備えており、第１、第２及び第３搬送管１２１，１２３，１２５の３つの部分で構成されている。第１搬送管１２１は、気体供給部に直結されている搬送管である。そして、分岐点付近の第１搬送管には、気体供給弁１２２が設けられている。第２搬送管１２３は、端部付近が略垂直に折曲されて混合槽１１０の上面に直結されている搬送管である。第３搬送管１２５は、略Ｌ字状に形成され、その先端側が混合槽１１０の側面下側から混合槽１１０の内部へ挿入されている搬送管である。そして、その先端には気体を噴出するためのノズル（気体導入部）１２５ａが設けられており、ノズル１２５ａの噴出面は攪拌棒１３０の平板状部材と対向している。また、混合槽１１０内に配置されていない部分の第３搬送管には、気体を混合槽１１０へ搬送させる搬送用ポンプ１２９が設けられている。

また、気体搬送管１２７には、冷却器１９０が設けられている。そのため、気体搬送管１２７内の気体は、冷却されて一部が液体となって混合槽１１０へ導入または再導入される。これにより、混合槽１１０では、液液混合が行われることとなり、気液混合を効率良く行うことができる。

液だめ槽１５０は、気液混合される液体を貯えさせる金属製槽であり、上面及び下面がドーム状に形成されてなり、液面１８０からの気化をなるべく少なくするために混合槽１１０よりも小さく構成されている。

連結管１６０は、内部を液体が通過する金属製パイプであり、第１連結管１６１と第２連結管１６３とで構成されている。第１連結管１６１は、混合槽１１０の側面中央と液だめ槽１５０の下面とを連結している金属製パイプである。第２連結管１６３は、混合槽１１０の下面と液だめ槽１５０の側面上側とを連結している金属製パイプである。そして、その途中には、液体を循環させる循環用ポンプ１６５が設けられている。

液体供給管１５１及び液体排出管１５７は、内部を液体が通過する略Ｌ字状の金属製パイプである。液体供給管１５１は、液体供給部と液だめ槽１５０の上面とを連結しており、先端が液だめ槽１５０の内部に配置されてなる。液体排出管１５７は、液体供給部と液だめ槽１５０の下面とを連結している。そして、液だめ槽１５０内に配置されていない部分の液体供給管には、液体供給弁１５２が設けられており、液体排出管１５７の途中には、液体排出弁１５８が設けられている。

窒素ガス供給管１５３は、内部を窒素ガスが通過する金属製パイプであり、窒素ガス供給部（不図示）と液だめ槽１５０の上面とを連結する。そして、窒素ガス供給管１５３の途中には、窒素ガス供給弁１５４が設けられている。

また、混合槽１１０の上面及び液だめ槽１５０の上面には、各々、開放用管１４０，１５５が連結されている。開放用管１４０，１５５は、各々、内部を外気が２方向に通過する金属製パイプであり、その途中に開放用弁１４１，１５６を有している。

気液混合装置１００では、気体は、気体供給弁１２２の開状態及び搬送用ポンプ１２９の駆動により、気体供給部から第１及び第３搬送管１２１，１２５内を通って混合槽１１０へ供給される。これにより、この気体は混合槽１１０内の液体と気液混合されるが、全ての気体が液体と混合されるわけではない。また、場合によっては、気液混合により気体が発生したり、混合槽内の液体から気体が揮発されたりする。そして、このような気体は、混合槽１１０内の気体領域に存在し、搬送用ポンプ１２９の駆動により混合槽１１０のその領域から第２及び第３搬送管１２３，１２５内を通ってノズル１２５ａの噴出面から噴出されて混合槽１１０の液体へ再導入される。なお、その際、一部の気体は、冷却器１９０により冷却されて液体となって、混合槽１１０の液体へ再導入される。すなわち、気液混合装置１００における気体再導入手段Ａは、第２及び第３搬送管１２３，１２５と搬送用ポンプ１２９の駆動とで構成されている。

液体は、液体供給弁１５２の開状態により、液体供給部から液体供給管１５１内を通って液だめ槽１５０へ供給される。そして、循環用ポンプ１６５の駆動により、液だめ槽１５０から第１連結管１６１内を通って混合槽１１０へ供給されるとともに、混合槽１１０から第２連結管１６３内を通って液だめ槽１５０へ戻る。すなわち、気液混合装置１００における液体循環手段Ｂ１は、第１及び第２連結管１６１，１６３と循環用ポンプ１６５の駆動とで構成されている。

また、混合槽１１０の側面中央と第１連結管１６１との接続点１７０は、液だめ槽１５０の下面と第１連結管１６１との接続点１７１よりも上方に位置付けられている。そのため、第１連結管１６１は、下方向へ延びている。また、第２連結管１６３は、混合槽１１０の下面との接続点１７２から、下方向へ延びている。そして、気体は、下方から上方へ向かう性質があるため、混合槽１１０内の気体が第１連結管１６１内を通って液だめ部１５０へ導入されてしまうことはない。すなわち、本実施形態における気体流出阻止手段Ｃ１は、第１連結管１６１，１６３の形状で構成されている。

次に、気液混合装置１００における動作方法を示す。

まず、準備工程として、液体供給部に気液混合させる液体を入れ、気体供給部に気液混合させる気体を充填させ、窒素ガス供給部に窒素ガスを充填させる。そして、開放用弁１５６及び窒素ガス供給弁１５４を開き、緩やかに窒素ガスを流す。これにより、引火性・発火性のある液体の混合においても危険を伴うことなく気液混合を行うことができる。

次に、液体を液だめ槽１５０及び混合槽１１０に供給する。具体的には、液体排出弁１５８が閉状態であることを確認後、液体供給弁１５２を開いて、液体供給部から液だめ槽１５０へ液体を供給する。このとき、開放用弁１４１，１５６を開状態とする。そして、液だめ槽１５０における液面が、液だめ槽１５０と第１連結管１６１との連結部よりも上方となると、液体は、第１連結管１６１内を通って混合槽１１０及び第２連結管１６３に供給される。そして、混合槽１１０における液面が混合槽１１０と第１連結管１６１との連結点よりも上方となれば、循環用ポンプ１６５を駆動させる。これにより、液体は、ゆっくりと、第１及び第２連結管１６１，１６３内を通って混合槽１１０と液だめ槽１５０との間を循環するとともに、液体供給管１５１及び液体排出管１５７内を通って液だめ槽１５０と液体供給部との間を循環する。

続いて、上記液体の循環を保ったまま、気液混合される気体を混合槽１１０に供給する。具体的には、搬送用ポンプ１２９を駆動させないまま気体供給弁１２２を開き、混合槽１１０中にあらかじめ存在している気体を追い出して、気液混合される気体で満たす。ここで、混合槽中にあらかじめ存在している気体を追い出す方法としては、この方法以外に、一旦液体を混合槽１１０の上面一杯まで入れ、その後、気体供給弁１２２を開きながら液体を所望の液面まで戻すといった方法もある。

混合槽１１０の気体領域が、気液混合される気体でほぼ満たされたら、開放用弁１４１を閉状態とし、搬送用ポンプ１２９を駆動させて気液混合を開始する。すなわち、ノズル１２５ａの噴出面から気体を噴出させるとともに、攪拌棒１３０を用いて混合槽１１０内の液体を攪拌させる。その結果、気体の一部は液体に混合される。一方、液体に混合されなかった気体、揮発性の高い液体から揮発した気体、気液混合により発生した気体などは、混合槽１１０の気体領域から第２及び第３搬送管１２３，１２５内を通って再びノズル１２５ａから混合槽１１０内へ噴出されて、再度、混合槽１１０の液体へ供給される。

そして、気液混合の進行により混合槽１１０内の気体が減少したら、気体供給弁１２２を開いて気体供給部から気体を供給する。このとき、気体の供給始点は、気体領域内の圧力を元に判断してもよいし、混合槽１１０における液面の高さを元に判断してもよい。

なお、この気液混合の過程においても、液体は、循環用ポンプ１６５によって、ゆっくりと、混合槽１１０と液だめ槽１５０との間を循環している。この際、混合槽１１０と第１連結管１６１との接点において、混合槽１１０における気体の拡散方向と液体のとは反対側である。これにより、気泡（気体）が液だめ槽１５０へ流入することなく、その結果、気液混合は混合槽１１０装置内の液体全てに均一に行われる。

このように、気液混合装置１００は、第２及び第３搬送管１２３，１２５と搬送用ポンプ１２９とで構成される気体再導入手段Ａを備えている。そのため、気体供給部から供給された気体、揮発性の高い液体から揮発された気体、気液混合により生じた気体などは、第２及び第３搬送管１２３，１２５内を通って、混合槽１１０の液体へ再導入される。また、混合槽１１０には、図１に示すように、気体搬送管１２７や第１及び第２連結管１６１，１６３が連結されているが、外気とのやりとり可能な構成要素は形成されていない。

以上より、気液混合装置１００では、気液混合される気体は、液だめ槽１５０へ流出されないため、液だめ槽１５０のわずかな液面から蒸発して外部へ排出されることはない。そのため、気体の外部への排出量を最小限に抑えることができる。従って、おおがかりな排気処理装置を設けるまでもなく、簡素な排気装置で気液混合装置の外部へ気体が漏出してしまうことを確実に阻止できる。

よって、気液混合装置１００は、有害な気体と液体との混合や、有害な気体を揮発する液体と気体との混合や、気液混合により有害な気体が発生する気液混合などを行うことに適している。例えば、気液混合装置１００を用いて、オゾンガスと液体との混合、ベンゼンなどの揮発性の高い有機溶媒とアルカリとを含む液体を二酸化炭素ガスで中和させることができる。さらに、気液混合させる気体を無駄なく液体と混合させることができ、その気体が高価な場合などには非常に有効である。

また、開放用管１５５が液だめ槽１５０に連結されているため、液だめ槽１５０内の気圧は大気圧となる。そして、液だめ槽１５０と混合槽１１０とは連結管１６０により連結されているため、混合槽１１０内の気圧は大気圧となる。従って、気液混合装置１００を用いれば、大気圧下で気液混合を行うことができる。そのため、外部への漏出を阻止しなければならないような有毒または高価な液体を取り扱う場合でも、配管や装置の亀裂等による漏洩の危険を伴うことなく気液混合を行うことができる。

さらに、窒素ガス供給管１５３が液だめ槽１５０に連結されているため、液だめ槽１５０に窒素ガスを混入させながら気液混合を行うことができる。従って、引火性の高い液体や気体を気液混合させる場合であっても、酸素を流入させずに安全に気液混合を行うことができる。

なお、気液混合装置１００の構成及び動作方法は、以下の構成であってもよい。

本実施形態では、循環用ポンプ１６５を駆動させ，液体の循環を開始した後，搬送用ポンプ１２９を駆動させ気液混合を開始したが、気液混合を先に行い、液体の循環を後に行っても良い。

また、循環用ポンプ１６５は、第１連結管１６１の途中に設けられているとしたが、第２連結管１６３の途中に設けられていてもよい。

また、気液混合装置１００は、混合槽１１０及び液だめ槽１５０に、気体搬送管１２７、液体供給管１５１、液体排出管１５７、第１及び第２連結管１６１，１６３、窒素ガス供給管１５３及び開放用管１４０，１５５が溶接されて連結されていることが好ましい。また、これら全ての部品は、気液混合する気体や液体に浸食されない金属製であることが好ましい。

なお、気液混合装置１００は、気液混合による生成物を取り除く手段を備えていることが好ましい。例えば、硫化水素を含むアルカリ液は、中和により硫化水素を発生することが知られているが、このような場合、第３搬送管１２５の途中に硫化水素除去装置を備えれば、濃度の高い硫化水素を気液混合系から効率よく取り除くことが可能である。

《発明の実施形態２》
実施の形態２では、図２、図３及び図４を用いて、気液混合装置２００の構造及び動作方法を示す。図２は、気液混合装置２００の模式図である。図３は、気体と液体とを混合させる槽２１０の模式図である。図４は、攪拌機２３０の模式図である。

気液混合装置２００は、図２に示すように、混合部２２０及び液だめ部２５０が配置された槽２１０と、仕切部材２６０を備えた攪拌機２３０とを備えており、気液混合装置１００とは混合部２２０と液だめ部２５０との位置関係、液体循環手段Ｂ２や気体流出阻止手段Ｃ２などを異にする。

槽２１０は、図２及び図３に示すように、上面が平面ドーナツ状に形成され、下面がドーム状に形成されてなる金属製槽である。その上面には、気体搬送管連結部２１７と液体供給管連結部２１９とが形成されており、その下面には、液体排出管連結部（図３には不図示）が形成されており、その側面下側には、気体搬送管挿入口（不図示）が形成されている。これにより、槽２１０の上面には、気体搬送管１２７の第２搬送管１２３と液体供給管１５１とが連結され、槽２１０の下面には、液体排出管１５７が連結され、槽２１０の側面下側には、ノズル（気体導入部）１２５ａを備えた第３搬送管１２５が挿入されている。また、槽２１０には、レベル計２０３が挿入されており、これにより、槽２１０内における液面の高さを視認できる。さらに、槽２１０の内部には、ついたて状のバッフル（邪魔板）２０１が内壁に縦に沿うように配置されており、これにより、混合部２２０における液の流れは複雑となり、攪拌効率を上げることができる。

槽２１０の上面の略円形状の穴部（不図示）には、下面を備えていない略円柱の部材２１１が嵌合されている。そして、図３に示すように、その部材２１１の上面には、窒素ガス供給管連結部２１３と開放用管連結部２１５と攪拌機挿入部２１２とが形成されている。これにより、略円柱状の部材２１１の上面、すなわち、槽２１０の上面には、窒素ガス供給管１５３と開放用管１５５とが連結され、槽２１０の内部には、攪拌機２３０が挿入されている。

攪拌機２３０は、図２及び図４に示すように、上面及び下面を備えていない円錐台状の仕切部材２６０と、１本の縦棒２３１と、２本の横棒２３３，２３３と、仕切部材２６０の内側に配置されている扁平状の攪拌部２３２，２３２と、仕切部材２６０の外側に配置されている扁平状の攪拌部２３４，…とで構成され、混合部２２０における上方から下方への渦流を発生させる。なお、各部品は、金属製である。

仕切部材２６０は、円錐台を上下反転させて槽２１０内に配置されており、槽２１０内において混合部２２０と液だめ部２５０とを仕切る。そして、その内部が液だめ部２５０であり、その外部が混合部２２０である。また、仕切部材２６０の側面には、各横棒２３３が挿通する横棒挿通孔（不図示）が形成されている。

縦棒２３１は、その一部が液だめ部２５０に配置されるように、液だめ部２５０の高さ方向に延びるように配置されている。

各横棒２３３は、液だめ部２５０に配置されている部分の縦棒２３１に対して、縦棒２３１の上下方向に間隔を開けて略垂直に固定されている。そして、その各端部は、仕切部材２６０の横棒挿通孔を貫通して仕切部材２６０の外部へ突出している。これにより、縦棒２３１に、仕切部材２６０と横棒２３３，２３３とが固定される。

仕切部材内部の各攪拌部２３２は、縦棒２３１と各横棒２３３との各交差部に連結されており、攪拌機２３０の電源を稼動させることにより回転して液体を攪拌させる。

仕切部材外部の各攪拌部２３４は、各横棒２３３の各端部に連結されており、攪拌機２３０の電源を稼動させることにより回転して液体を攪拌させる。また、ノズル１２５ａの噴出面近くの攪拌部２３４は、回転により、噴出された気体の泡を細かくする。

気体は、気液混合装置１００の場合と略同一の方法により混合部２２０へ供給される。すなわち、気液混合装置２００における気体再導入手段は、気体再導入手段Ａと略同一である。一方、液体は、液体供給部から液体供給管１５１内を通って混合部２２０へ供給され、攪拌機２３０の駆動により、仕切部材２６０の開口下面（液体流出用孔）２６０ａから液だめ部２５０へ流入され、液だめ部２５０を下方から上方へ流動して、仕切部材２６０の開口上面（孔）から混合部２２０へ戻る。すなわち、この気液混合装置２００では、液体循環手段Ｂ２は、攪拌機２３０の駆動と、仕切部材２６０の開口上面及び開口下面２６０ａとである。

そして、混合部２２０では、ノズル１２５ａは、仕切部材２６０の開口下面２６０ａよりも液面２１０ａ側に配置されている。これにより、ノズル１２５ａから導入された気体が液だめ部２５０へ流出してしまうことを阻止できる。すなわち、本実施形態において、気体流出阻止手段Ｃ２は、ノズル１２５ａが仕切部材２６０の開口下面２６０ａよりも液面２１０ａ側に配置されていることである。

次に、気液混合装置２００における気液混合方法を示す。

まず、準備工程として、液体供給部に気液混合させる液体を入れ、気体供給部に気液混合させる気体を入れ、窒素ガス供給部に窒素ガスを入れ、開放用弁１４１，１５６及び窒素ガス供給弁１５４を開く。

次に、液体供給弁１５２を開いて、液体を槽２１０に供給する。レベル計２０３の視認により、液面の高さが、液体循環が可能となる高さ、具体的には、仕切り部材２６０よりも上方となったことを確認する。

続いて、搬送用ポンプ１２９を駆動させないまま気体供給弁１２２を開き、混合部２２０の気体領域にあらかじめ存在している気体を追い出して、混合部２２０の気体領域を気液混合させる気体で満たす。ここで、混合部２２０の気体領域にあらかじめ存在している気体を追い出す方法としては、上記方法以外に、一旦液体を槽２１０の上面一杯まで入れ、その後、気体供給弁１２２を開きながら液体を所望の液面まで戻すといった方法もある。

そして、混合部２２０の気体領域が気液混合させる気体でほぼ満たされたら、開放用弁１４１を閉状態として、搬送用ポンプ１２９を駆動させて気液混合を開始する。すなわち、攪拌機２３０により液だめ部２５０の液体を攪拌させる。その結果、ノズル１２５ａから出た気体の一部は、液体に混合される。一方、液体に混合されなかった気体など混合部２２０の気体領域内に存在する気体は、第２及び第３搬送管１２３，１２５内を通ってノズル１２５ａの噴出面から槽２１０内へ噴出されて、再度、混合部２２０の液体へ供給される。

また、液体は、攪拌機２３０の攪拌により、ゆっくりと、混合部２２０における上方から下方へ流れ、仕切部材２６０の開口下面２６０ａから液だめ部２５０へ流入され、液だめ部２５０の下方から上方へと流動し、仕切部材２６０の開口上面から混合部２２０へ流動する。このことによって、気泡が液だめ部へ流入することなく，気液混合は装置内の液体全てに均一に行われる。

このような気液混合装置２００は、気液混合装置１００と略同一の効果を奏する。また、混合部２２０と液だめ部２５０といった２つの槽を連結させる必要がないため、気液混合装置２００は、気液混合装置１００に比べて複雑な構成ではあるが、コンパクトな構成でスペースをとらない。

なお、気液混合装置２００の構造及び動作方法は、以下に示す構成であってもよい。

仕切部材２６０は、略円錐台状としたが、この形状に限定されることはなく、略柱状であってもよいし、その他の形状であってもよい。また、仕切部材２６０は、円錐台を上下反転させて混合部２２０内に配置されているとしたが、上限反転させずにそのまま混合部２２０内に配置されていてもよい。

また、攪拌部２３２，２３４は、各々、扁平状としたが、この形状に限定されることはなく、円柱状であってもよい。

《発明の実施形態３》
実施の形態３では、図５を用いて、気液混合装置３００の構造及び動作方法を示す。

気液混合装置３００は、図５に示すように、混合部３２０及び液だめ部３５０が配置された槽３１０と、攪拌棒３３０と、仕切部材３６０とを備えており、気液混合装置２００とは仕切部材３６０及び攪拌棒３３０の形状や液体循環手段Ｂ３などを異にする。また、側面下側には、気泡を細かくする気泡微細器３０１が設置されている。

攪拌棒３３０は、図５に示すように、縦棒３３１と、その縦棒３３１の長手方向に間隔をあけて配置されている２枚の羽根からなる２つのプロペラ３３３，３３３とで構成されており、下方から上方への渦流を発生させる。

仕切部材３６０は、図５に示すように、側面に貫通孔（不図示）が形成された相対的に大きな筒状の本体部と、相対的に小さな筒状の液体挿通部３６１，３６１，…とで構成されている。そして、各液体挿通部３６１は、本体部の側面に固定されている。このとき、各液体挿通部３６１は、底面外周が本体部の貫通孔の輪郭と一致しているために、本体部の内部空間と各液体挿通部３６１の内部空間とが連通され、縦断面における長手方向が水平方向よりも斜め上方であるために、気泡（気体）が仕切部材３６０の内部へ侵入することを阻止でき、さらには、横断面における長手方向が本体部の貫通孔の開口方向よりも若干傾いているために、縦棒３３１の回転により発生する液だめ部３５０における渦流が混合部３６０においても発生する。

気泡微細器３０１は、３枚の羽根からなるプロペラと、その羽根を回転させるための電源と、プロペラと電源とを電気的に接続する導線とで構成されている。羽根は、ノズル１２５ａの噴出面よりも上方となるように槽３１０内に配置されており、その電源は、槽３１０外に配置されている。そして、その羽根の回転により、ノズル１２５ａの噴出面から噴出された気体の泡を細かくすることができる。

気体は、気液混合装置１００の場合と略同一の方法により混合部３２０へ供給される。すなわち、気液混合装置３００における気体再導入手段は、気体再導入手段Ａと略同一である。

一方、液体は、攪拌棒３３０の駆動により、液だめ部３５０内に下方から上方への渦流が生じ、ゆっくりと、仕切部材３６０の開口下面（液体流出用孔）３６０ａから液だめ部３５０へ流入され、液だめ部３５０の下方から上方へと流動され、各液体挿通部３６１内を通ってその開口（孔）から混合部３２０へ流出される。このことによって、気泡が液だめ部３５０へ流入することなく、気液混合は装置内の液体全てに均一に行われる。また、各液体挿通部３６１の開口から混合部３２０への液体の流出によって、混合部３２０においても渦流が発生するので、効率良く気液混合を行うことができる。すなわち、液体循環手段Ｂ３は、攪拌棒３３０の駆動と、仕切部材３６０の開口下面３６０ａと、液体挿通部３６１，…の開口とで構成されている。

また、混合部３２０では、ノズル１２５ａは、仕切部材３６０の開口下面３６０ａよりも液面３１０ａ側に配置されている。これにより、ノズル１２５ａから導入された気体が液だめ部３５０へ流出することを阻止できる。すなわち、本実施形態における気体流出阻止手段Ｃ３は、上記実施形態２における気体流出阻止手段Ｃ２と略同一である。

そして、気液混合装置３００は、気液混合装置２００と略同一の動作方法により、動作させることができる。以上より、気液混合装置３００は、気液混合装置１００と略同一の効果を奏する。

気液混合装置３００は、攪拌機２３０よりも簡便な構成の攪拌機３３０を備えているため、気液混合装置２００よりも簡易な構成であるというメリットがあるが、気泡を攪拌させる力が劣るため、気液混合能力は劣ってしまう。そのため、高い気液混合能力が必要なときには、上記実施形態２に記載の攪拌機２３０を用いることが好ましい。

なお、攪拌棒３３０のプロペラの個数、気泡微細器３０１のプロペラの個数、各プロペラにおける羽根の枚数及び液体挿通部３６１の個数は、上記の記載事項に限定されない。

《発明の実施形態４》
実施形態４では、図６を用いて、気液混合装置４００の構造及び動作方法を示す。

気液混合装置４００は、図６に示すように、混合部４１０及び液だめ部４６０が配置された槽４５０と、槽４５０内に配置された仕切部材４２０とで構成されており、気液混合装置２００，３００と異なり、混合部４１０が液だめ部４６０の内部に配置されるよう構成されている。すなわち、仕切部材４２０の内部が混合部４１０であり、仕切部材４２０の外部が液だめ部４６０である。

槽４５０は、上面及び下面がドーム状に形成されている。その上面には、液体供給管１５１、窒素ガス供給管１５３及び開放用管１５５が連結され、その下面には、液体排出管１５７が連結されている。

仕切部材４２０は、上面がドーム状に形成されているが下面が設けられていない筒状部材である。上面には、第２搬送管１２３が連結されており、開口下面へは第３搬送管１２５の先端側が挿入されている。また、内部には、攪拌棒３３０が挿入されており、内壁にバッフル２０１が配置されている。そして、側面には３個の孔４２１，…が形成されている。攪拌棒３３０は、上方から下方への渦流を発生させる。

気体は、気液混合装置１００の場合と略同一の方法により混合部４１０へ供給される。すなわち、気液混合装置４００における気体再導入手段は、気体再導入手段Ａと略同一である。一方、液体は、液体供給部から液体供給管１５１内を通って液だめ部４６０へ供給される。そして、仕切部材４２０の開口下面を通って混合部４１０へ流入され、混合部４１０の下方から上方へ流動して、各孔４２１を通って液だめ部４６０へ戻る。これにより、液体循環手段Ｂ４は、攪拌機３３０の駆動と、仕切部材４２０の開口下面と、孔４２１，…とで構成されている。

次に、気液混合装置４００における気液混合方法を示す。

まず、準備工程として、液体供給部に気液混合させる液体を入れ、気体供給部に気液混合させる気体を入れ、窒素ガス供給部に窒素ガスを入れ、開放用弁１５６及び窒素ガス供給弁１５４を開く。

次に、液体供給弁１５２を開いて、液体を槽４５０に供給する。そして、槽４５０における液面が仕切部材４２０の側面に形成されている孔４２１位置よりも高くなれば、攪拌棒３３０を回転させて混合部４１０内の液体を攪拌させる。これにより、液体は、仕切部材４２０の開口下面から混合部４１０内へ流入され、混合部４１０の下方から上方へと流動し、孔４２１，…を通って液だめ部４６０へと戻る。

気体は、混合部４１０に供給し、気体供給が終了すれば気体供給弁１２２を閉める。このとき、供給された気体の一部は、液体に混合される。そして、液体に混合されなかった気体など混合部４１０の気体領域内に存在する気体は、第２及び第３搬送管１２３，１２５内を通ってノズル１２５ａの噴出面から混合部４１０内へ噴出されて、再度、混合部４１０の液体へ供給される。

一方、液体は、攪拌棒３３０の駆動により、混合部４１０内に上方から下方への渦流が生じ、ゆっくりと仕切部材４２０の開口下面（液体流出用孔）４２０ａから液だめ部４６０へ流入され、液だめ部４６０の下方から上方へと流動され、各液体挿通部４２１内を通ってその開口（孔）から混合部３２０へ流出される。このことによって、気泡が液だめ部へ流入することなく、気液混合は装置内の液体全てに均一に行われる。

また、混合部４１０では、ノズル１２５ａは、仕切部材４２０の開口下面４２０ａよりも液面４１０ａ側に配置されている。これにより、ノズル１２５ａから導入された気体が液だめ部４６０へ流出することを阻止できる。すなわち、本実施形態における気体流出阻止手段Ｃ４は、上記実施形態２における気体流出阻止手段Ｃ２と略同一である。

以上より、気液混合装置４００は、気液混合装置１００と略同一の効果を奏する。

また、気液混合装置４００は、一般的な攪拌機３３０による効率的な攪拌を行うため、気液混合効率が良いというメリットがあるが、液だめ部４６０の液面面積がドーナツ状になり大きくなるため、気体の排出量はやや多くなる。そのため、有害な気体を揮発する液体を含む溶液を用いる場合には、上記実施形態１から３に記載の気液混合装置１００，２００，３００を用いて行うことが好ましい。

なお、孔４２１の個数が３個に限定されないことは言うまでもない。

《その他の実施形態》
本発明において、以下に示す構成であってもよい。

混合槽１１０、液だめ槽１５０、槽２１０，３１０，４５０及び仕切部材３６０，４２０の構造は、上記記載事項に限定されない。

また、気体、液体及び気液混合の生成物が引火性を示さなければ、窒素ガスを供給しなくてもよい。

以上説明したように、本発明は、気体と液体とを混合させる気液混合装置について有用である。

本発明の実施形態１における気液混合装置１００の模式図である。 本発明の実施形態２における気液混合装置２００の模式図である。 本発明の実施形態２における槽２１０の模式図である。 本発明の実施形態２における攪拌機２３０の模式図である。 本発明の実施形態３における気液混合装置３００の模式図である。 本発明の実施形態４における気液混合装置４００の模式図である。

符号の説明

Ａ 気体再導入手段
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４ 液体循環手段
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ 気体流出阻止手段
１００，２００，３００，４００ 気液混合装置
１１０ 混合槽（混合部の槽）
１５０ 液だめ槽（液だめ部の槽）
１４０，１５５ 開放用管（開口）
２１０，３１０，４５０ 槽
２２０，３２０，４１０ 混合部
２５０，３５０，４６０ 液だめ部
３６０，４２０ 仕切部材
３６１ 液体挿通部（孔）
４２１ 孔

Claims (6)

1. 液体と気体とを混合させる気液混合装置であって、
   前記液体と前記気体とを混合させる混合部と、
   前記気体と混合される液体を貯えている液だめ部と、
   前記液体を、前記混合部と前記液だめ部との間で循環させる液体循環手段と、
   前記混合部において前記液体が存在する液体領域以外の領域に存在する気体を、該領域の外へ取り出して該混合部内へ再導入させる気体再導入手段と、
   前記混合部の気圧を実質的に大気圧に保つ手段と、
   を備えている気液混合装置。
2. 前記気体の一部は、前記液体に混合され、
   前記液体と混合されていない気体は、前記液体領域以外の前記領域内に存在し、前記気体再導入手段により前記混合部内の液体へ再導入される、請求項１に記載の気液混合装置。
3. 前記液だめ部には、外気が出入りする開口が形成されており、
   前記混合部の気圧を実質的に大気圧に保つ手段は、前記開口である、請求項１または２に記載の気液混合装置。
4. さらに、前記気体が前記混合部から前記液だめ部へ流出することを阻止する気体流出阻止手段を備えている、請求項３に記載の気液混合装置。
5. 前記混合部と前記液だめ部とは、各々、異なる槽内に設けられており、
   前記液体循環手段は、前記混合部の槽と前記液だめ部の槽とを連結する連結管を備えており、
   前記気体流出阻止手段は、前記連結管の少なくとも一部が下方へ向かって延びていることにより、構成されている、請求項１から４のいずれか一つに記載の気液混合装置。
6. 前記気体再導入手段は、導入する気体の一部を液化させる手段を備えている、請求項１から５のいずれか一つに記載の気液混合装置。
   
   
   

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