JP2008194599A - 気体溶解水供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー効率を向上させた気体溶解水供給システムを提供する。
【解決手段】密閉タンクに液体を供給する液体供給手段と、前記液体および／または前記密閉タンクに気体を供給する気体供給手段と、密閉タンク内の圧力を制御する圧力制御手段からなり、前記密閉タンクに貯留された液体を排出するに際しては前記密閉タンクに貯留された液面より高い水頭を有する液体中に排出するように構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は気体溶解水供給システムに関し、密閉タンクに連続的に液体を供給し、その液体を排出しながら液体に気体を溶解させるようにした気体溶解水供給システムに関する。

半導体プロセスではオゾンなどの気体を純水に溶解させ、機能水として使用している。
また、排水処理施設や汚れた河川・湖沼等においては、予め空気や酸素を溶解した水を水中に放出することにより、水中の溶存酸素量を増大させ、微生物の活動を活発にして汚水の浄化を行う装置が知られている。

水に酸素、オゾン、空気などの気体を溶解させる装置としては、図５〜図１２に示すようなものが知られている。
図５は散気板４を用いたもので、ポンプ（ブロア）１から配管２を介して水槽３の底部に配置された散気板４に空気または酸素ガスを送り込み、細かな気泡を液中に排出するものである。

図６は加圧した溶解タンク（密閉タンク）内で、効率良く高濃度に気体を溶解させる装置の基本構成として知られている。図６において、５は溶解タンクであり、例えば酸素を溶解すべき水が吸込弁６を介してポンプ１により吸入され、配管２を介して溶解タンク５に注入される。また、ポンプ１の後段には気体調節弁７を介して吸入した水に酸素やオゾンなどの気体が注入される。

８は大気開放弁であり、未溶解のままタンク５内の上部に滞留する気体を大気中に放出する。なお、タンク５内の圧力や水位は図示しない制御手段により一定に制御されている。気体が溶解した水は吐出弁９を介して気体溶解水ａとしてタンク５の下部から吐出される。

図７は溶解タンク５内に気体調節弁７を介して気体を注入し、配管２の先端にシャワーノズル１０を取り付け、溶解タンク５の頂部から水をシャワー状に噴霧して表面積を増加させ、溶解タンク５の上部気相中の気体の溶解を促進したものである。なお、他の部分は図６と同様なのでここでの説明は省略する。

図８は配管２の先端にノズル１１を取り付け、溶解タンク５の上部気相中に複数の貫通孔１３を有する拡散板１２を配置するとともに、タンク５内に気体調節弁７を介して気体を注入し、ノズル１１の先端からタンク５内に配置した拡散板１２に液体を噴出して飛沫を多く発生させ、更に拡散板１２に設けた貫通孔１３から水面まで滴下させるようにしたものである。なお、他の部分は図７と同様なのでここでの説明は省略する。

図９は溶解タンク５を二重管としたもので、密閉タンクの内管１４に気体の混じった水を噴出し、遠心力により加圧溶解させると共に気液の分離を行うものである。（外管に水を噴出する方式もある。なお、他の部分は図６と同様なのでここでの説明は省略する。

図１０は溶解タンク５内に気体を注入し、タンク５の接線方向、斜め上部からノズル１１により液体を液面に向かって噴射することにより、タンク上部の気体を巻き込み溶解させると共に、渦流により気液の分離を図ったものである。なお、他の部分は図７と同様なのでここでの説明は省略する。

図１１は溶解タンク５の液面下に邪魔板１５を配置したもので、ポンプ１とノズル１１の間にエジェクタ１６を設けて気体を注入し、溶解タンク５内の液面下に配置した邪魔板１５に向かって、ノズル１１から液体を噴出することにより、タンク上部の気体を巻き込み溶解させると共に、巻き込んだ気泡が邪魔板１５に衝突して破砕し、微細化することにより、溶解を促進させるものである。

図１２は邪魔板を凹型邪魔板１５ａとしたものである。このような形状においてもノズル１１から噴出する水を凹型邪魔板底部に衝突させて巻き込んだ気泡を破砕し、微細化することにより、溶解を促進させることができる。なお、他の部分は図６と同様なのでここでの説明は省略する。
なお、このような気体溶解装置の従来技術としては下記の特許文献が知られている。

特開平０９−８９９号公報 特開平１１−２０７１６２号公報 特開２００２−３４６３５１号公報 ＷＯ２００４／０７１６３５号公報 特開２００５−１６１１７４号公報 ＷＯ２００５／０７５３６５号公報

ところで、上述の図５で示す散気板を用いる従来例においては、加圧した気体を気泡にして水中に放出するが、その殆どは、液体中に移動することなく空気中に放出されてしまい、溶解効率が良くないという問題がある。

図６〜図１２に示す従来例はこれを改善した気体溶解装置である。しかしながら、気体溶解装置は主にタンク内で溶解を行う爲、気体の溶解効率は良いが、溶解タンクを加圧する必要がある。即ち、溶解（密閉）タンクではシャワー方式の場合で０．５〜０．７ＭＰａ、その他の方式で０．１〜０．２ＭＰａの圧力で使用される。

従来、溶解タンクを加圧するには、何れの場合も吐出弁を絞ることにより行われている。つまり、吐出弁にて圧力の損失を発生させていることになり、エネルギー効率上無駄があるという問題があった。
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、水処理施設において、気体を水に効率良く溶解させる気体溶解装置を使用するに際し、エネルギー効率を向上させた気体溶解水供給システムを提供することを目的としている。

このような問題点を解決するために本発明は、請求項１の気体溶解水供給システムにおいては、
密閉タンクに液体を供給する液体供給手段と、前記液体および／または前記密閉タンクに気体を供給する気体供給手段と、前記密閉タンク内の圧力を制御する圧力制御手段および／または液位を制御する液位制御手段からなり、前記密閉タンクに貯留された液体を排出するに際しては、前記密閉タンクに貯留された液面より高い水頭を有する液体中に排出するように構成したことを特徴とする。

請求項２の気体溶解水供給システムにおいては、
密閉タンクに液体を供給する液体供給手段と、前記液体および／または前記密閉タンクに気体を供給する気体供給手段と、前記密閉タンク内の圧力を制御する圧力制御手段および／または液位を制御する液位制御手段からなり、前記液体を前記密閉タンクから排出するに際しては、前記液体を前記密閉タンクの液面より高い位置から気中に排出するように構成したことを特徴とする

以上説明したことから明らかなように本発明の請求項１乃至２によれば、次のような効果がある。
溶解タンク内を後段の水槽や配管と云った水処理システムの水頭圧を利用して加圧することによりエネルギー効率を向上させることができる。

はじめに、本発明が適用される水処理施設について、図１３を用いて説明する。
図１３に示す様に水処理施設においては、水位差を利用して水槽間の水の移動をさせることが行われる。図では、水槽Ａと水槽Ｂは水槽の底部が連通しているので、この伏越部で水の移動を生じ、水槽Ｂから水槽Ｃへは越流により水を移動させている。
例えば、水槽Ａは受水槽、Ｂは曝気槽、ＣはｐＨ等の調整槽として使用される。

図１は本発明の一実施例を示す要部構成図である。図１において、点線で囲った部分は図６〜図１２に示した様な気体溶解装置５０の従来例を使用するものとし、どれを用いるかは任意なものとする。ここでの説明は省略するが、ポンプ１の後段には吸入した水に気体を供給する気体供給手段が設けられ、溶解タンク５には密閉タンク内の圧力や液位を調整するための手段が設けられている。

気体の供給手段は、気体溶解装置５０の種類により夫々異なるが、公知の技術であり、例えば次の方法を用いることができる。
ａ）溶解タンク内に気体の圧力を利用して直接供給する。
ｂ）ポンプの後段に気体の圧力を利用して供給する。
ｃ）気体の圧力が低い場合ではエジェクタをポンプの後段に挿入して供給する。
ｄ）小型のポンプでは、ポンプの吸引側が負圧であることを利用して供給する。

図１に示す本発明の気体溶解水供給システムでは、気体溶解タンク５の底部からの吐出水（気体溶解水ａ）を溶解タンク５内の水位より高水位の水槽２０（例えば図１３に示す水槽Ａ）に送水する。これにより、溶解タンク５は水槽２０の水位とタンク５内の水位の水頭圧の差ｈ１だけ水圧により加圧される。従って吐出弁９を絞って密閉タンク５内を加圧する必要がなくエネルギーの効率化を図ることができる。なお、気体溶解装置５０の動作に必要な密閉タンク圧力に達していない場合は、吐出弁９を絞り、所定のタンク圧力とする。

図２は他の実施例を示す気体溶解水供給システムであり、この例においても点線で囲った部分は図６〜図１２に示した様な気体溶解装置５０の従来例のうちのいずれかを用いるものとする。ここでの説明は省略するが、ポンプ１の後段には吸入した水に気体を供給する気体供給手段が設けられ、溶解タンク５には密閉タンク内の圧力や液位を調整するための手段が設けられている。この実施例においては溶解タンク５の底部からの吐出水を溶解タンクの水位より高い位置にある水槽２０（例えば図１３に示す水槽Ａ）の高さまで配管で持ち上げて、その先端を水槽２０の液中に放出する。これにより、溶解タンク５はタンク内の水面と水槽２０の水面との水頭差ｈ２だけ水圧により加圧される。

図３は他の実施例を示す気体溶解水供給システムであり、この例においても点線で囲った部分は図６〜図１２に示した様な気体溶解装置５０の従来例のうちのいずれかを用いるものとする。ここでの説明は省略するが、ポンプ１の後段には吸入した水に気体を供給する気体供給手段が設けられ、溶解タンク５には密閉タンク内の圧力や液位を調整するための手段が設けられている。この実施例においては溶解タンク５の底部からの吐出水を溶解タンクの水位より高い位置にある水槽２０（例えば図１３に示す水槽Ａ）の高さまで配管で持ち上げて、その先端を水槽２０の空中から水面に放出する。これにより、溶解タンク５はタンク内の水面と配管の先端との水頭差ｈ３だけ水圧により加圧される。

図４は更に他の実施例を示す気体溶解水供給システムであり、この例においても点線で囲った部分は図６〜図１２に示した様な気体溶解装置５０の従来例のうちのいずれかを用いるものとする。ここでの説明は省略するが、溶解タンク５には気体を供給する気体供給手段およびタンク内の圧力や液位を調整するための手段が設けられている。この実施例においては原水の吸込み（ポンプの背圧）に圧力を持っている例である。

この場合も、水槽２０の水位と気体溶解装置５０の溶解タンク５内の水位の差だけ、タンクが加圧されることになる。なお、この実施例においては配管による損失水頭を無視し、ポンプの加圧水頭をｈｐ、ノズルの損失水頭をｈｄとする。吐出弁９は絞っていないとすると、圧力は次式の様になる。
タンク内圧力 ｈ６＝ｈ４＋ｈｐ−ｈ５−ｈｄ

以上説明したように、本発明の気体溶解水供給システムにによれば、後段の水槽や配管と云った水処理システムの水頭圧を利用して溶解タンク内を加圧することによりエネルギー効率を向上させることができる。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。

本発明の気体溶解水供給システムの一実施例の構成を示す要部構成図である。 本発明の気体溶解水供給システムの他の実施例の構成を示す要部構成図である。 本発明の気体溶解水供給システムの他の実施例の構成を示す要部構成図である。 本発明の気体溶解水供給システムの他の実施例の構成を示す要部構成図である。 従来の気体溶解装置の一例を示す図である。 従来の気体溶解装置の他の例を示す図である。 従来の気体溶解装置の他の例を示す図である。 従来の気体溶解装置の他の例を示す図である。 従来の気体溶解装置の他の例を示す図である。 従来の気体溶解装置の他の例を示す図である。 従来の気体溶解装置の他の例を示す図である。 従来の気体溶解装置の他の例を示す図である。 水処理装置の一例を示す図である。

符号の説明

１ ポンプ（ブロア）
２ 配管
３ 水槽
４ 散気板
５ 溶解タンク
６ 吸込弁
７ 気体調節弁
８ 大気開放弁
９ 吐出弁
１０ シャワーノズル
１１ ノズル
１２ 拡散板
１３ 貫通孔
１４ 内管
１５ 邪魔板
１６ エジェクタ
２０ 水槽
２１ 水槽
５０ 気体溶解装置

Claims (2)

1. 密閉タンクに液体を供給する液体供給手段と、前記液体および／または前記密閉タンクに気体を供給する気体供給手段と、前記密閉タンク内の圧力を制御する圧力制御手段および／または液位を制御する液位制御手段からなり、前記密閉タンクに貯留された液体を排出するに際しては、前記密閉タンクに貯留された液面より高い水頭を有する液体中に排出するように構成したことを特徴とする気体溶解水供給システム。
2. 密閉タンクに液体を供給する液体供給手段と、前記液体および／または前記密閉タンクに気体を供給する気体供給手段と、前記密閉タンク内の圧力を制御する圧力制御手段および／または液位を制御する液位制御手段からなり、前記液体を前記密閉タンクから排出するに際しては、前記液体を前記密閉タンクの液面より高い位置から気中に排出するように構成したことを特徴とする気体溶解水供給システム。

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