JP2008161826A - 気体溶解器、及び微細気泡供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーシング（11）内に充填部材（27,28）が充填されて気液二相流体をケーシング（11）内に導入するように構成された気体溶解器（10）において、気液二相流体の気体を液体に効率的に溶解させる。
【解決手段】気体溶解器（10）は、一端側に流体が流入する流入口（13）が形成されて他端側に流体が流出する流出口（14）が形成された筒状のケーシング（11）を備えている。ケーシング（11）内には、流体の流れを乱すために、第１充填部材（27）が複数充填され、第１充填部材（27）の下流に第１充填部材（27）よりも小型の第２充填部材（28）が複数充填されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、気体を液体へ溶解させるための気体溶解器、及び微細な気泡を含んだ水を水槽へ供給するための微細気泡供給装置に関するものである。

従来より、気体を液体へ溶解させるための気体溶解器に関して、例えばポールリングやラシヒリングなどの充填部材がケーシング内に充填されたものが知られている。この種の気体溶解器の一例が、特許文献１に開示されている。

具体的に、特許文献１の気体溶解器は、オゾン水製造装置に設けられている。気体溶解器は、複数の充填物が充填された充填塔を備えている。充填塔の上部には、散水器が設けられている。充填塔の下部には、オゾンを含有する気体の入口と、オゾン水の出口とが設けられている。

この気体溶解器では、散水器から供給された原料水が充填物が充填された充填部を下降し、下部から供給されたオゾンを含有する気体が充填部を上昇する。そして、充填塔内においてオゾンが原料水に溶解して生成されたオゾン水が、充填塔の下部から取り出される。
特開２００３−２４５５３２号公報

ところで、ケーシング内に充填部材が充填された従来の気体溶解器では、気体と液体とをそれぞれ別々にケーシング内に導入するように構成されている。気液二相流体をケーシング内に導入するようには構成されたものは知られていない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ケーシング内に充填部材が充填されて気液二相流体をケーシング内に導入するように構成された気体溶解器において、気液二相流体の気体を液体に効率的に溶解させることにある。

第１の発明は、一端側に流体が流入する流入口（13）が形成されて他端側に流体が流出する流出口（14）が形成された筒状のケーシング（11）と、流体の流れを乱すために上記ケーシング（11）内に充填された複数の第１充填部材（27）と、上記第１充填部材（27）よりも小型に形成されて、流体の流れを乱すために上記ケーシング（11）内における第１充填部材（27）の下流に充填された複数の第２充填部材（28）とを備え、上記ケーシング（11）内において、上記流入口（13）から流入した気液二相流体を上記第１充填部材（27）が充填された部分と上記第２充填部材（28）が充填された部分とを順次流通させることによって該気液二相流体の気体を液体に溶解させる気体溶解器（10）である。

第１の発明では、流入口（13）から流入した気液二相流体の流れが、第１充填部材（27）によって乱され、さらに第２充填部材（28）によっても乱される。気液二相流体の流れが乱されると、気体と液体とが混ざり合うことによって気体の溶解が促進される。また、気液二相流体の流れが乱されると、気体が砕かれて細分化され、気体と液体との接触面積の総和が大きくなることによっても気体の溶解が促進される。この第１の発明では、第２充填部材（28）が第１充填部材（27）よりも小型に形成されている。このため、第１充填部材（27）が充填された部分（以下、第１充填部という）に比べて、第２充填部材（28）が充填された部分（以下、第２充填部という）の方が流体の流通する隙間が狭く、流体の流れの乱れは第２充填部を流通する時の方が第１充填部を流通する時よりも大きくなる。従って、第１充填部を流通する時には砕かれない大きさの気体が、第２充填部を流通する時に砕かれる。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）が、規則的に配列されている。

第２の発明では、第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）を規則的に配列している。第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）は、全てが一定の規則に従って配列されている。

第３の発明は、上記第２の発明において、上記第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）が、筒状に形成されて、その軸方向が上記ケーシング（11）の軸方向と一致するように配列されている。

第３の発明では、第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）が筒状に形成されている。ケーシング（11）も筒状に形成されている。このため、第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）は、その軸方向がケーシング（11）の軸方向に合わせることで、規則的に配列しやすくなっている。

第４の発明は、上記第１の発明において、上記第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）が、不規則的に配列されている。

第４の発明では、第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）を不規則的に配列している。第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）は、ケーシング（11）内に乱積み状に設けられている。

第５の発明は、上記第１乃至第４の何れか１つ発明において、上記ケーシング（11）に対して着脱自在に設けられて上記第１充填部材（27）及び上記第２充填部材（28）の一方又は両方を保持する保持部材（29）を備えている。

第５の発明では、第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）の一方又は両方が、保持部材（29）に保持されている。保持部材（29）は、ケーシング（11）に対して着脱自在である。つまり、第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）の一方又は両方は、保持部材（29）と共にケーシング（11）に対して着脱自在である。

第６の発明は、上記第１乃至第５の何れか１つに記載の気体溶解器（10）と、上記気体溶解器（10）が設けられて水槽（5）に接続する水流通路（30）と、上記水流通路（30）における上記気体溶解器（10）の上流に設けられ、該水流通路（30）を流れる水に空気を混入させて水と空気の気液二相流体を該気体溶解器（10）へ供給する空気導入器（17）と、上記水流通路（30）における上記気体溶解器（10）の下流に設けられて空気が溶解した水を減圧することによって微細な気泡を発生させる気泡発生器（16）とを備え、上記気泡発生器（16）で発生した気泡を含んだ水を上記水槽（5）へ供給する微細気泡供給装置（20）である。

第６の発明では、空気導入器（17）で空気を混入された水と空気の気液二相流体が気体溶解器（10）に流入する。気体溶解器（10）では、気液二相流体の空気が水に溶解される。空気を溶解した水は、気泡発生器（16）で減圧される。これにより、水に溶解した空気が微細な気泡となって現れる。微細な気泡を含んだ水は水槽（5）へ供給される。この第６の発明では、微細気泡供給装置（20）に、第１乃至第５の発明の何れか１つの気体溶解器（10）を用いている。

第１乃至第５の各発明では、第１充填部材（27）の下流に第１充填部材（27）よりも小型に形成された第２充填部材（28）を充填することで、第１充填部を流通する時に砕かれない大きさの気体が、第２充填部を流通する時に砕かれるようにしている。つまり、比較的大きい充填部材のみをケーシング（11）に充填する場合に比べて、気液二相流体の気体は小さな気泡に細分化される。このため、気体と液体との接触面積の総和が比較的大きくなり、気体の溶解がより促進される。ここで、比較的小さい充填部材のみをケーシング（11）に充填する場合は、この発明と同じように気体が比較的小さな気泡に細分化され、気体の溶解が促進される。しかし、この場合は、充填部材が充填された充填部の隙間が端から端まで狭くなるので、ケーシング内における流体の圧力損失が比較的大きくなる。これに対して、この発明では、第１充填部における流体の圧力損失がそれほど大きくならない。従って、流体の圧力損失が大きくなることを抑制した上で、気体を液体に効率的に溶解させることができる。

また、上記第２の発明では、第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）を規則的に配列している。従って、不規則に配列している場合に比べて、気体溶解器（10）の製品毎の性能差が小さくなる。

また、上記第４の発明では、第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）を不規則的に配列している。従って、第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）を比較的簡単な作業でケーシング（11）内に設けることができる。

また、上記第５の発明では、第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）の一方又は両方を、保持部材（29）と共にケーシング（11）に対して着脱自在にしている。従って、例えば保持部材（29）が保持する充填部材（27,28）に汚れが付着している場合に、その充填部材（27,28）を保持部材（29）と共に取り外して洗浄することができ、洗浄後はそのまま保持部材（29）と共にケーシング（11）に取り付けることができる。このため、気体溶解器（10）のメンテナンスを容易に行うことができる。

また、上記第６の発明では、第１乃至第５の発明の何れか１つの気体溶解器（10）が、微細な気泡を含んだ水を水槽（5）へ供給する微細気泡供給装置（20）に用いられている。このため、気泡発生器（16）には、比較的多くの空気を溶解した水が流入する。従って、気泡発生器（16）では比較的多くの微細な気泡が発生するので、多くの微細な気泡を水槽（5）へ供給することができる。

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。

本実施形態は、本発明に係る気体溶解器（10）を備える微細気泡供給装置（20）である。以下では、まず微細気泡供給装置（20）の構成について説明し、次に気体溶解器（10）の構成について説明する。

〈微細気泡供給装置の構成〉
本実施形態の微細気泡供給装置（20）は、風呂の浴槽（5）に微細な気泡を含んだ水を供給するための装置である。この微細気泡供給装置（20）は、図１に示すように、入口と出口とがそれぞれ浴槽（5）に接続された循環流路（30）を備えている。循環流路（30）は、水流通路を構成している。

循環流路（30）には、上流側から順に空気導入器（17）とポンプ機構（18）と気体溶解器（10）と気泡発生器（16）とが接続されている。循環流路（30）の入口と空気導入器（17）との間には、循環流路（30）の流量を計測する流量計測部（24）が設けられている。ポンプ機構（18）と気体溶解器（10）との間には、圧力計（8）が設けられている。気体溶解器（10）と気泡発生器（16）との間には、循環流路（30）の流量を調節する流量調節バルブ（26）が設けられている。

空気導入器（17）は、循環流路（30）内へ気泡源となる空気（気体）を外部から導入するものである。この空気導入器（17）は、その内部の水流によって発生する負圧を利用して空気を吸入する、いわゆるエジェクター方式の空気導入器である。つまり、空気導入器（17）では、その内部を通過する水流により負圧が生じ、この負圧によって外部の空気が空気導入管（17a）を介して循環流路（30）に導入される。

ポンプ機構（18）は、浴槽（5）の水を循環流路（30）で循環させるためのものである。ポンプ機構（18）は、空気導入器（17）側から吸い込んだ水を気体溶解器（10）側へ吐出する。

気体溶解器（10）は、空気導入器（17）で混入させた空気を水に溶解させるためのものである。気体溶解器（10）についての詳細は後述する。

気泡発生器（16）は、微細な気泡を発生させるためのものである。気泡発生器（16）は、出口が浴槽（5）に開口するように設置されている。気泡発生器（16）には、図２に示すように、内部に流路絞り部（16a）と流路拡大部（16b）とが形成されている。気泡発生器（16）では、流路拡大部（16b）が流路絞り部（16a）の上流に比べて低圧になる。気体溶解器（10）で空気を溶解した水は、流路絞り部（16a）から流路拡大部（16b）へ流入する際に減圧され、溶解した空気が微細な気泡（マイクロバブル）となって現れる。微細な気泡は水と共に吐出ノズル（16c）を通じて浴槽（5）へ流入する。

〈気体溶解器の構成〉
気体溶解器（10）は、図３に示すように、ケーシング（11）と第１充填部材（27）と第２充填部材（28）とを備えている。第１充填部材（27）はケーシング（11）の上流側に複数充填され、第２充填部材（28）はケーシング（11）の下流側に複数充填されている。

ケーシング（11）は、両端が閉塞された円筒容器状に形成されている。ケーシング（11）の一端面の中央には、流入口（13）が形成されている。流入口（13）にはポンプ機構（18）から延びる配管が接続されている。ケーシング（11）の他端面の中央には、流出口（14）が形成されている。流出口（14）には気泡発生器（16）へ延びる配管が接続されている。

第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）は、共にいわゆるポールリングである。第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）は、図４に示すように、円筒状の円筒部（35）と、該円筒部（35）内を仕切る仕切部（36）とを備えている。円筒部（35）には、内側と外側とを連通する四角形状の窓部（37）が複数形成されている。

第１充填部材（27）は、その外径がケーシング（11）の内径の１／３である。なお、１／３は単なる例示である。第２充填部材（28）は、その外径が第１充填部材（27）の外径の１／２である。なお、１／２は単なる例示である。第２充填部材（28）は、その軸方向の長さが第１充填部材（27）の軸方向の長さの１／２である。なお、１／２は単なる例示である。つまり、第２充填部材（28）は、直径と長さとがそれぞれ第１充填部材（27）よりも短くなっている。

第１充填部材（27）は、ケーシング（11）の流入口（13）が形成された端面付近からケーシング（11）の軸方向の中央付近までの領域に充填されている。第２充填部材（28）は、ケーシング（11）の軸方向の中央付近からケーシング（11）の流出口（14）が形成された端面付近までの領域に充填されている。第１充填部材（27）が充填された第１充填部（22）と、第２充填部材（28）が充填された第２充填部（23）とのケーシング（11）の軸方向の長さは概ね等しい。

第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）は、共に規則的に配列されている。具体的に、第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）は共に、ケーシング（11）の軸方向には充填部材（27,28）の軸心が概ね一致する状態で連なるように配列され、ケーシング（11）の軸に対して鉛直方向には充填部材（27,28）の両端が概ね揃うように配列されている。

気体溶解器（10）では、第２充填部材（28）が第１充填部材（27）よりも小型に形成されている。このため、第１充填部（22）に比べて第２充填部（23）の方が流体の流通する隙間が狭くなる。

−微細気泡供給装置の運転動作−
本実施形態の微細気泡供給装置（20）の運転動作について説明する。この微細気泡供給装置（20）では、ポンプ機構（18）を起動させると、浴槽（5）の水が循環流路（30）の入口を吸い込まれて循環流路（30）の出口へ向かって流通する。

なお、循環流路（30）の流量は、流量調節バルブ（26）によって所定値になるように調節される。流量調節バルブ（26）の開度は、流量計測部（24）によって計測する循環流路（30）の流量に基づいて調節される。また、気体溶解器（10）のケーシング（11）内は、３００〜４００ｋＰａ程度に加圧される。

循環流路（30）の入口から流入した浴槽（5）の水は、空気導入器（17）に流入する。空気導入器（17）では、空気導入管（17a）から吸い込まれた空気が水に混入される。空気導入器（17）から流出した空気と水の気液二相流体は、ポンプ機構（18）を経て気体溶解器（10）に流入する。

気体溶解器（10）では、ケーシング（11）の流入口（13）から流入した空気と水の気液二相流体が、第１充填部（22）と第２充填部（23）とを順次流通した後に、流出口（14）から流出する。ケーシング（11）内では、気液二相流体の流れが、第１充填部材（27）によって乱され、さらに第２充填部材（28）によっても乱される。気液二相流体の流れが乱されると、空気と水とが混ざり合うことによって空気の溶解が促進される。また、気液二相流体の流れが乱されると、空気の気泡が砕かれて細分化され、空気と水との接触面積の総和が大きくなることによっても空気の溶解が促進される。

この実施形態では、上述したように、第１充填部（22）に比べて第２充填部（23）の方が流体の流通する隙間が狭くなっている。このため、気液二相流体の流れの乱れは、第２充填部（23）を流通する時の方が第１充填部（22）を流通する時よりも大きくなるので、第１充填部（22）を流通する時には砕かれない大きさの気泡が、第２充填部（23）を流通する時に砕かれる。従って、気液二相流体の空気は比較的小さな気泡に細分化されので、空気と水との接触面積の総和が比較的大きくなり、空気の溶解がより促進される。

気体溶解器（10）で比較的多くの空気を溶解した水は、気体溶解器（10）から流出して気泡発生器（16）に流入する。気泡発生器（16）では、空気を溶解した水が、流路絞り部（16a）から流路拡大部（16b）へ流入する際に減圧される。その際、水に溶解した空気が、微細な気泡（マイクロバブル）となって現れる。微細な気泡を含む水は吐出ノズル（16c）を通って浴槽（5）へ供給される。

−実施形態の効果−
本実施形態では、第１充填部材（27）の下流に第１充填部材（27）よりも小型に形成された第２充填部材（28）を充填することで、第１充填部（22）を流通する時に砕かれない大きさの気泡が、第２充填部（23）を流通する時に砕かれるようにしている。つまり、比較的大きい充填部材のみをケーシング（11）に充填する場合に比べて、気液二相流体の空気は小さな気泡に細分化される。このため、空気と水との接触面積の総和が比較的大きくなり、空気の溶解がより促進される。ここで、比較的小さい充填部材のみをケーシング（11）に充填する場合は、この発明と同じように空気が比較的小さな気泡に細分化され、空気の溶解が促進される。しかし、この場合は、充填部材が充填された充填部の隙間が端から端まで狭くなるので、ケーシング内における流体の圧力損失が比較的大きくなる。これに対して、この発明では、第１充填部（22）における流体の圧力損失がそれほど大きくならない。従って、流体の圧力損失が大きくなることを抑制した上で、空気を水に効率的に溶解させることができる。

また、本実施形態では、第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）を規則的に配列している。従って、不規則に配列している場合に比べて、気体溶解器（10）の製品毎の性能差が小さくなる。

また、本実施形態では、比較的多くの空気を溶解させることができる気体溶解器（10）が、微細な気泡を含んだ水を水槽（5）へ供給する微細気泡供給装置（20）に用いられている。このため、気泡発生器（16）には、多くの空気を溶解した水が流入する。従って、気泡発生器（16）では多くの微細な気泡が発生するので、多くの微細な気泡を水槽（5）へ供給することができる。

−実施形態の変形例−
実施形態の変形例について説明する。この変形例では、ケーシング（11）に対して着脱自在に設けられて第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）を保持する保持部材（29）を備えている。

具体的に、保持部材（29）は、図５に示すように、円筒形の籠状に形成されている。保持部材（29）の網目は第２充填部材（28）よりも小さくなっている。第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）は、保持部材（29）内に収容された状態でケーシング（11）内に設けられている。

ケーシング（11）には、保持部材（29）を出し入れするための取出口と、取出口を開閉する扉部材とが設けられている（図示省略）。第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）は、保持部材（29）と共に取出口を通じて出し入れされる。

この変形例では、第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）を、保持部材（29）と共にケーシング（11）に対して着脱自在にしている。従って、例えば第１充填部材（27）や第２充填部材（28）に汚れが付着している場合に、第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）を保持部材（29）と共に取り外して洗浄することができ、洗浄後はそのまま保持部材（29）と共にケーシング（11）に取り付けることができる。このため、気体溶解器（10）のメンテナンスを容易に行うことができる。

なお、第１充填部材（27）と第２充填部材（28）とを別々に取り外しできるようにしてもよい。つまり、気体溶解器（10）が、ケーシング（11）に対して着脱自在に設けられて第１充填部材（27）のみを保持する第１保持部材（29）と、ケーシング（11）に対して着脱自在に設けられて第２充填部材（28）のみを保持する第２保持部材（29）とを備えるようにしてもよい。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

上記実施形態について、第１充填部材（27）と第２充填部材（28）の一方又は両方が、他の形状の充填部材（例えばラシヒリング）でもよい。ラシヒリングは、中空円筒状の部材である。

また、上記実施形態について、第１充填部材（27）や第２充填部材（28）が不規則に配列されていてもよい。第１充填部材（27）と第２充填部材（28）がラシヒリングであるとすると、その軸方向が様々な方向を向く状態で充填されている。

また、上記実施形態では、２種類の大きさの異なる充填部材（27,28）を用いているが、３種類以上の異なる大きさの充填部材を用いてもよい。この場合も、大きい充填部材が上流側にくるようにケーシング（11）内に充填する。

また、上記実施形態について、空気導入器（17）で混入させる気体が、空気以外であってもよいし、芳香剤で空気に香りをつけたアロマ空気であってもよい。

また、上記実施形態の気体溶解器（10）について、微細気泡供給装置（20）以外の装置に適用してもよい。例えば、オゾンなどの気体を溶解させてから微細化して処理水を殺菌、浄化する装置にも適用可能である。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、気体を液体へ溶解させるための気体溶解器について有用である。

本発明の実施形態に係る微細気泡供給装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る微細気泡供給装置の気泡発生器の断面図である。 本発明の実施形態に係る微細気泡供給装置の気体溶解器の斜視図である。 本発明の実施形態の変形例に係る第１充填部材及び第２充填部材の斜視図である。 本発明の実施形態の変形例に係る保持部材の斜視図である。

符号の説明

5 浴槽（水槽）
10 気体溶解器
11 ケーシング
13 流入口
14 流出口
16 気泡発生器
17 空気導入器
20 微細気泡供給装置
26 第１充填部材
27 第１充填部材
30 循環流路（水流通路）

Claims (6)

1. 一端側に流体が流入する流入口（13）が形成されて他端側に流体が流出する流出口（14）が形成された筒状のケーシング（11）と、
   流体の流れを乱すために上記ケーシング（11）内に充填された複数の第１充填部材（27）と、
   上記第１充填部材（27）よりも小型に形成されて、流体の流れを乱すために上記ケーシング（11）内における第１充填部材（27）の下流に充填された複数の第２充填部材（28）とを備え、
   上記ケーシング（11）内において、上記流入口（13）から流入した気液二相流体を上記第１充填部材（27）が充填された部分と上記第２充填部材（28）が充填された部分とを順次流通させることによって該気液二相流体の気体を液体に溶解させることを特徴とする気体溶解器。
2. 請求項１において、
   上記第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）は、規則的に配列されていることを特徴とする気体溶解器。
3. 請求項２において、
   上記第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）は、筒状に形成されて、その軸方向が上記ケーシング（11）の軸方向と一致するように配列されていることを特徴とする気体溶解器。
4. 請求項１において、
   上記第１充填部材（27）及び第２充填部材（28）は、不規則的に配列されていることを特徴とする気体溶解器。
5. 請求項１乃至４の何れか１つにおいて、
   上記ケーシング（11）に対して着脱自在に設けられて上記第１充填部材（27）及び上記第２充填部材（28）の一方又は両方を保持する保持部材（29）を備えていることを特徴とする気体溶解器。
6. 請求項１乃至５の何れか１つに記載の気体溶解器（10）と、
   上記気体溶解器（10）が設けられて水槽（5）に接続する水流通路（30）と、
   上記水流通路（30）における上記気体溶解器（10）の上流に設けられ、該水流通路（30）を流れる水に空気を混入させて水と空気の気液二相流体を該気体溶解器（10）へ供給する空気導入器（17）と、
   上記水流通路（30）における上記気体溶解器（10）の下流に設けられて空気が溶解した水を減圧することによって微細な気泡を発生させる気泡発生器（16）とを備え、
   上記気泡発生器（16）で発生した気泡を含んだ水を上記水槽（5）へ供給することを特徴とする微細気泡供給装置。

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