JP2007203277A - 気液混合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】環境、人体に優しい還元電位水を省エネ製造で、脱気工程を省き量産するために中性水である水道水に水素ガスを高効率で溶存させて、高い還元電位で水素の豊富な水を生成する気液混合装置製の提供を目的とする。
【解決手段】中空軸の一方に取り付けた羽根車の吸い込み口にあたる中空軸の部分に気ガス放出孔を設け、中空軸の他方に気ガス導入孔を設けて回転させる事を特徴とする気液混合装置
【選択図】図１

Description

技術分解

本発明は、液体に気ガスを混合する気液混合装置に関するものである。

近年 環境に優しい、人体に優しい水等の機能水が様々研究されている。オゾン溶解により水を清浄する高度水処理や酸素を溶存させる高酸素水、電気分解で生成する電解イオン水や水素を溶存させる還元水素水などがある。近年 工業界では洗浄効果が高い、油脂成分と結合して浮上分離する高酸素水や金属成分除去効果の強い水として水素水が注目されている。特に高溶存水素水のシリカ除去力が期待されている。また活性酸素と中和して健康を保つとされる水素水は大変広がりつつある。水も酸化還元電位（以下「ＯＲＰ」という）という電気を持っていて、ＯＲＰ値の高い水は他の物質を酸化し易い状態の水であり、ＯＲＰ値の低い水は他の物質を還元し易い状態にあるとされる。酸素水は高い電位を持ち、水素水は低い電位を持つ水である。通常の上水道水のＯＲＰは＋４００〜＋８００ｍＶであり、人間の体液は−５００〜＋２５０ｍＶとされる。−８００ｍＶ以下では細菌の不活性化並び除菌性能が確認されている。

従来製法には水の電気分解による酸化還元電位水製造方法や水と気ガスを高圧下で混入する混合タンク方式や配管ラインにオリフィスミキサーを設けて気体を液中で圧縮して溶解する方法や中空糸モジュールを用いて水と気ガスを混合する方法がある。電気分解製法では電極の陰極側水はＯＲＰがマイナス側に大きくなるがＰＨも上昇しアルカリ性となるため、酸を加えて中和して中性のマイナスＯＲＰの還元電位水を得る手間がある。また電気分解による生成に時間を要する問題がある。混合タンク方式では高圧力タンクを要し、大容量では大面積が必要になる割に溶解生成時間を要する。オリフィス貫通式では２〜８ｍｍの小径オリフィスを設けてポンプにより２．５Ｍｐａもの圧力を加えた高圧タンク方式を配管ラインで行い、短時間で水溶化生成を行うが水路口径を小さくする必要から大水量生成が出来ない、また高圧による機械ストレスが高く消費電力も大きい。中空糸モジュール方式では安定したＯＲＰを得られるが溶存酸素濃度（ＤＯ）や溶存水素濃度（ＤＨ）もＯＲＰ数値も大きく伸びない。
本発明は、元来中性水である水道水に気ガスを、水流を利用して無電力で高効率に溶存させる。水素混合の還元電位水では従来のマイナス４５０ｍｖを超えるマイナス５５０ｍｖを生成することが可能な還元水製造を行うことができる。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る気液混合装置は、気ガス注入室に部位する中空軸の円周部から中空部に貫通する２〜８個の気ガス導入孔を設けて、中空軸の他方には一枚または複数枚の取り付けた羽根車の吸い込み口にあたる中空軸の部分に中空部から円周部に貫通する２〜８個の気ガス放出孔を設けて回転させる事を特徴とする気液混合装置

羽根車１の回転による遠心吸引力を利用して水と気ガスを同時に吸引して、インペラーブレード２内において混合をなし、羽根車吐出口においてケーシング内壁３に強く当たり、衝撃分散圧縮をする。その仕組みは気ガス注入孔４から外部より気ガスを注入する気ガス注入室５に位置する電動機６と直結する中空軸７の側面に数個の１ｍｍ〜８ｍｍ径の気ガス導入孔８を設け、気ガス注入室と隣接する気液混合室９に位置する中空軸の延長上の側面に数個の１ｍｍ〜８ｍｍ径の気ガス放出孔１０を設ける。その気ガス放出孔１０部位に羽根車吸込部を取り付ける事により、電動機６の回転により羽根車１に発生する吸引力により気ガスと液体を吸込んでインペラーブレード２内部で気液混合される。同時に気ガスも液体も微細化されてきめ細かい結合溶解となる。その気液混合液は回転遠心力により羽根車吐出口より放出されてケーシング内壁に強く叩きつけられる。回転をあげることにより遠心力並び吸引力が増すと共に気液混合室９内に強い渦巻きが生じて気液混合液は液中へと引き込まれて圧縮される。
次にオリフィス圧入方式の気液混合器と比較した効果を記述する。
オリフィス方式では直径２〜１０ｍｍの孔を通過する仕組みでオリフィスの一次側では１．５Ｍｐａ以上の圧力下で気ガスを水中内に溶解して、オリフィスの孔を通過した水を送水するが、２０Ｌ／ｍｉｎ生成が限度であった。またポンプにとっては締切り同等な運転によりメカニカルシールや軸受けに強いストレスを生じた。本発明は本来の配管口径のままであるのでポンプ性能表内の運転が出来、気体も自己渦巻きにより微細気泡になるのでキャビテーション変動が少なく、ポンプストレス無く水量を確保できる。水素ガスでは瞬時にＯＲＰ還元電位値は高いマイナス値を示すと共にＤＨ溶存水素量も高い値を得られる。本発明の気液混合装置では幅７００ｍｍ×奥行７００ｍｍ×高さ１６００ｍｍとコンパクトな筐体で済み、省スペースで設置が出来る上にローコストで製作出来る。電力量５８０Ｗのポンプで吸い込み配管内に設置試験では水素ガス添加量５００ｃｃ毎分下で生成水量１８Ｌ／ｍｉｎ、ＤＨ１．８ｍｇ／Ｌ、ＯＲＰは−５７６ｍｖを得られ、運転電流は２Ａ、騒音は６３．８ｄＢであった。オリフィス方式での性能は水素ガス添加量５００ｃｃ毎分下で生成水量２０Ｌ／ｍｉｎを得るのに電力量３．７ｋｗのポンプと脱気用真空ポンプ１Ｋｗを用い２．５Ｍｐａの圧力を作りだして、ＤＨは１．５５ｍｇ／Ｌ、ＯＲＰは−５５０ｍｖ、電流は２６Ａ、騒音は７９．２ｄＢであった。またオリフィス方式では２〜４ｍｍのオリィフィス孔を通過させて高圧下溶存を行う為に、２０Ｌ／ｍｉｎが限界であると同時にポンプと配管部材に大きな負担がかかる。万一異物が混入してオリフィス孔を塞ぐと５Ｍｐａを越える圧力が配管路にかかる。筐体は幅１２００ｍｍ×奥行１０００ｍｍ×高さ１８００ｍｍになり、輸送、設置スペースが大きく必要で、前述対処の安全対策も含め 高価な機械となる。
本発明の気液混合装置では電力を殆ど用いずに、従来設計の要綱水量のポンプの選択が出来、ポンプへの負担が少なく、静穏で環境にやさしく大量の高濃度水素水が生成できる。
水素水は物質を酸化（腐食）させる溶存酸素が低減なされる。健康に影響を及ぼすとされる溶存活性酸素も抑制される。実験では生花の長寿化、トマトの甘味アップや多収穫、魚の産卵回数増や配管内部の清浄化、ポンプや加工材の清浄に効果が見られる。溶存水素還元水製造装置で製造された還元水は、無味無毒の溶存水素濃度が高いため気中酸素の溶解遅延に働き酸化しにくい中性の安全な水に生成され、プール・大衆浴場・医療機器や精密機器の洗浄、食品加工・製造、清涼飲料水、農業や工業用水の水質改善に用いることができる。酸素添加も同様にＯＲＰ還元電位値は高いプラス値を示すと共にＤＯ溶存酸素量も高い値を得られ、油脂成分の剥離性能が上がる。洗濯実験では取れにくい油汚れが洗剤を用いない状況下でかなり落ちる事が確認された。また水中に生息する陰性グラム細菌の繁殖抑制と生存低減が大学において確認され、エンドトキシン（毒素）低減の有用性が確認された。ＤＨ１．８では環境破壊の一つである界面活性剤の使用量の低減やシリカの瞬間除去が日本産業洗浄協議会で検証されている。リネン業界や工業界で用いる事ができる。オゾンや酸素等の気ガス混合においても同様に静穏安全で省エネなコンパクトな装置となる。

気液混合装置１５のケーシングフレーム１４のケーシング側面に設けた給水口１１より水が給水される。給水された水は羽根車１を鋏んだ反対側に位置する流出口１２から配管１３を経て送られる。流出孔１２へ移動する水の一部は、中間に位置し回転する羽根車１により吸込まれて気ガス放出孔１０から吸引放出される気ガスと共にインペラーブレード２の内部で気ガス混合水になり、羽根車吐出口から圧力を持った混合水は給水口１１より流入水の通過を抑えながらケーシング内壁３に衝突することで強く衝撃圧縮され、流入水に混入しながら分散して羽根車１の吸込み側に設けたガイドベン１６の貫通孔１７を通って流出口１２より配管１３を経て送られる。また電動機６の回転が高回転になるとガイドベン１６の貫通孔１７を通って流出口１２に向かう水の一部は再び羽根車１に吸込まれて給水口１１へ送り戻される。その時にガイドベン１６を境に給水口１１より圧力を持って流入される側の一次室は圧力室となり、反対の流出孔１２側の二次室は渦巻きを生じて低圧スポットが生じ負圧室になる。そこで気ガスは乱流に巻き込まれながら強く溶解する。

本発明の気液混合装置の断面図

符号の説明

１ 羽根車
２ インペラーブレード
３ ケーシング内壁
４ 気ガス注入孔
５ 気ガス注入室
６ 電動機
７ 中空軸
８ 気ガス導入孔
９ 気液混合室
１０ 気ガス放出孔
１１ 給水口
１２ 流出口
１３ 配管
１４ ケーシングフレーム
１５ 気液混合装置
１６ ガイドベン
１７ 貫通孔

Claims (1)

1. 中空軸の一方に取り付けた羽根車の吸い込み口にあたる中空軸の部分に気ガス放出孔を設け、中空軸の他方に気ガス導入孔を設けて回転させる事を特徴とする気液混合装置

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