JP2010104870A - Gas dissolving apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微細気泡が発生する浴湯の生成などに利用可能な気体溶解装置に関する。 The present invention relates to a gas dissolving apparatus that can be used to generate bath water in which fine bubbles are generated.
本出願人は、溶解タンク内において気体を液体に溶解させる気体溶解装置についてこれまでに種々の提案を行ってきている。 The present applicant has made various proposals for a gas dissolving apparatus for dissolving a gas into a liquid in a dissolution tank.
たとえば特許文献1に記載した気体溶解装置は、溶解タンクに対応する筒状体をその中心軸が水平方向に対して傾斜するように配置し、筒状体の略円筒状をした側壁部の中間部に内部に貯留される気体と液体の界面を位置させ、筒状体内の界面より上側の部分を気体貯留部とするとともに、界面より下側の部分を液体貯留部とし、筒状体の側壁部の界面と同レベルまたは界面より若干下のレベルに気液混合流体を筒状体内の気体貯留部に噴射するための噴射口を設け、筒状体の液体貯留部の下端部近傍に筒状体内の液体を流出させる流出口を設けてなるものである。 For example, in the gas dissolution apparatus described in Patent Document 1, a cylindrical body corresponding to a dissolution tank is disposed so that a central axis thereof is inclined with respect to the horizontal direction, and an intermediate portion of a side wall portion of the cylindrical body having a substantially cylindrical shape. The part of the cylindrical body is located at the interface between the gas and the liquid stored inside, the part above the interface in the cylindrical body is the gas storage part, and the part below the interface is the liquid storage part. An injection port for injecting the gas-liquid mixed fluid into the gas storage part in the cylindrical body is provided at the same level as the interface of the part or slightly below the interface, and the cylindrical shape is provided near the lower end of the liquid storage part of the cylindrical body. An outflow port through which liquid in the body flows out is provided.
上記気体溶解装置は、筒状体の内部に貯留される液体と気体との界面の面積を大きくするとともに、貯留される液体の深さを深くすることができ、大きな気泡が混合した状態で筒状体から流出するのを抑制することができる。また、筒状体の傾斜配置によって、気体溶解装置の省スペース化が図られる。
このような気液溶解装置について、本出願人は小型化を推し進めることを検討している。たとえば図7、8に示したように、筒状体101と、筒状体101内に気液混合流体を供給するポンプ102とを接続する接続流路103において、流路の短縮化などのために、経路の途中に気液混合流体の流路方向を変える、エルボ継手104などのコーナー部105を接続することが考えられる。
With regard to such a gas-liquid dissolving apparatus, the applicant of the present application is considering to promote downsizing. For example, as shown in FIGS. 7 and 8, in the
しかしながら、接続流路103の経路の途中にコーナー部105を接続する場合、ポンプ102から送り出される気液混合流体の流れは、エルボ継手104において旋回流106となりやすい。旋回流106によって、図7に示したように、下流側の噴射口から筒状体101内の気体貯留部に噴出する噴射流にねじれ107が生じ、目標の噴射位置108からずれてしまう。ねじれた噴射流は気泡を分断しにくく、気液の接触面積が小さくなり、気液の混合不良が起こる。その結果、筒状体における気体の溶解効率が低下する。
However, when the
本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、ポンプと溶解タンクとを接続する液体の接続流路の途中に流路方向を変えるコーナー部を接続し、小型化を図りながら、コーナー部において流体の流れを整流し、旋回流を抑制して、溶解タンクにおける気体の溶解効率を十分維持させることのできる気体溶解装置を提供することを課題としている。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and a corner portion that changes the flow direction is connected in the middle of the connection flow path of the liquid that connects the pump and the dissolution tank, while achieving miniaturization. An object of the present invention is to provide a gas dissolving device that can sufficiently maintain the melting efficiency of a gas in a dissolution tank by rectifying the flow of fluid in a corner portion and suppressing swirling flow.
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の特徴を有している。 The present invention has the following features in order to solve the above problems.
第1の発明は、底部側から内部に流体を導入する流入口と、気体の溶解した液体を底部から取り出す流出口とが設けられた溶解タンクと、溶解タンク内に流体を供給するポンプとを備え、流入口から噴出させて溶解タンク内に流入する流体に、溶解タンク内に貯留している気体または流体とともに流入口から供給される気体を混合し、溶解させ、気体の溶解した液体を流出口から溶解タンクの外部に取り出す気体溶解装置において、前記流入口とポンプとを接続する流体の接続流路の途中に、流路方向を変えるコーナー部が接続され、このコーナー部またはコーナー部よりも下流側の接続流路の少なくともいずれか一方に、流体の流通路を備えた整流手段が配設され、整流手段は、ポンプから送り出される流体の流れに生ずる旋回流を抑制することを特徴としている。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a dissolution tank provided with an inlet for introducing fluid into the inside from the bottom side, an outlet for taking out a dissolved liquid from the bottom, and a pump for supplying fluid into the dissolution tank. The gas that is ejected from the inlet and flows into the dissolution tank is mixed with the gas stored in the dissolution tank or the gas supplied from the inlet together with the fluid, dissolved, and the liquid in which the gas is dissolved flows. In the gas dissolving device that is taken out of the dissolution tank from the outlet, a corner portion that changes the direction of the flow path is connected in the middle of the fluid connection flow path that connects the inlet and the pump. At least one of the downstream connection flow paths is provided with a rectifying means having a fluid flow path, and the rectifying means suppresses the swirling flow generated in the flow of the fluid sent out from the pump. It is characterized in that.
第2の発明は、上記第1の発明の特徴において、整流手段が備える流通路の内側の断面形状が三角形から八角形までの多角形であることを特徴としている。 The second invention is characterized in that, in the feature of the first invention, the cross-sectional shape inside the flow passage provided in the rectifying means is a polygon from a triangle to an octagon.
第3の発明は、上記第1の発明の特徴において、整流手段が備える流通路の内側に、内方に突出するリブが配設されていることを特徴としている。 The third invention is characterized in that, in the feature of the first invention, a rib projecting inward is disposed inside a flow passage provided in the rectifying means.
第4の発明は、上記第1の発明の特徴において、エルボ継手において下流側の垂直に立ち上がる垂直部の中心軸が、エルボ継手よりも上流側の流路の中心軸からずれ、上流側の流路を流れる流体において流速の速い部分が、前記垂直部の中心軸に略一致するように、エルボ継手がコーナー部に配設されて整流手段が形成されていることを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, in the feature of the first aspect of the invention, the central axis of the vertical portion rising vertically downstream of the elbow joint deviates from the central axis of the flow channel upstream of the elbow joint, and the upstream flow In the fluid flowing through the path, elbow joints are arranged at the corners so that a portion having a high flow velocity substantially coincides with the central axis of the vertical part, and rectification means is formed.
上記第1の発明によれば、小型化を図りながら、コーナー部において整流手段によって流体の流れを整流し、旋回流を抑制することができ、溶解タンクにおける気体の溶解効率を十分維持させることができる。 According to the first aspect of the present invention, the flow of the fluid can be rectified by the rectifying means at the corner portion and the swirling flow can be suppressed while reducing the size, and the gas dissolution efficiency in the dissolution tank can be sufficiently maintained. it can.
上記第2の発明によれば、上記第1の発明の効果において、整流手段が備える流通路における内側の三角形から八角形までの断面形状によって、旋回流に、その旋回方向に対する抵抗を与えることができ、旋回流を減衰させ、抑制することができる。 According to the second aspect of the invention, in the effect of the first aspect of the invention, the cross-sectional shape from the inner triangle to the octagon in the flow passage provided in the rectifying means can impart resistance to the swirling flow in the swirling direction. The swirling flow can be attenuated and suppressed.
上記第3の発明によれば、上記第1の発明の効果において、リブによって旋回流に、その旋回方向に対する抵抗を与えることができ、旋回流を減衰させ、抑制することができる。 According to the third aspect of the invention, in the effect of the first aspect of the invention, the rib can be given resistance to the swirling flow in the swirling direction, and the swirling flow can be attenuated and suppressed.
上記第4の発明によれば、上記第1の発明の効果において、エルボ継手に流入する流体の流れの分布を偏らせず、エルボ継手の垂直部の中心軸に向けて流通させることができ、旋回流の発生そのものを抑制することができる。 According to the fourth aspect of the invention, in the effect of the first aspect of the invention, the distribution of the flow of the fluid flowing into the elbow joint can be distributed toward the central axis of the vertical portion of the elbow joint, Generation of the swirling flow itself can be suppressed.
図1は、本発明の気体溶解装置の第1実施形態を示した斜視図である。図2は、図1に示した気体溶解装置の概略構成図である。図3は、図1に示した気体溶解装置のポンプ周辺を示した概略平面図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the gas dissolving apparatus of the present invention. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the gas dissolving apparatus shown in FIG. FIG. 3 is a schematic plan view showing the periphery of the pump of the gas dissolving apparatus shown in FIG.
気体溶解装置1は、溶解タンク2とポンプ3とを備えている。
The gas dissolving device 1 includes a
円筒状の形状を有する溶解タンク2は、湾曲している周壁部4と、周壁部4の左右両端部に配設された平面状の側壁部5とから形成されている。周壁部4の左右両端は側壁部5によって閉鎖されている。また、溶解タンク2は、周壁部4の中心軸に一致する長手方向の中心軸6を水平方向7に対して、たとえば10〜45°の角度で傾斜して配置されている。
The
このような溶解タンク2には、中央部よりも高い位置である高位側の部分8の底壁部に流入口9が形成され、流入口9には流入流路10が接続されている。また、溶解タンク2の中央部より低い位置である低位側の部分11には、その底壁部に、流出口12が形成されている。流出口12には、流出流路13が接続され、流出流路13は、末端において液体導出部14に接続されている。液体導出部14は、たとえば浴槽などの液体供給部15に接続流路を介して接続される。
In such a
ポンプ3は、接続流路としての流入流路10を介して溶解タンク2に接続されている。ポンプ3には遠心ポンプが採用され、図3に示したように、ポンプ3から延びる流入流路10の一端部は、遠心ポンプの断面である略円形に対してその接線方向に接続されている。また、ポンプ3には、気体導入部16が接続されている。
The
このような気体溶解装置1では、運転を開始すると、ポンプ3の作動によって、気体導入部16から空気などの気体がポンプ3内に導入され、水などの溶媒となる液体に混合され、気液混合流体が、流入流路10を通じて溶解タンク2内に供給される。ポンプ3に気体導入部16が接続されない場合には、液体が単独で溶解タンク2内に供給される。気液混合流体や液体単独などの流体は、溶解タンク2の上壁部内面に向けて噴射され、溶解タンク2内に流入する。溶解タンク2内にはあらかじめ流体に混合させる気体が加圧されて貯留しているか、または流体とともに流入口9を通じて気体が溶解タンク2内に供給される。気液混合流体を溶解タンク2内に供給する場合、溶解タンク2内に導入する気体には、液体に混合した気体と同種類の気体を選択する。溶解タンク2内に流入する流体は、溶解タンク2の上壁部内面に衝突し、跳ね返り、次第に溶解タンク2の底部に溜まっていく。また、溶解タンク2の上壁部内面に衝突して跳ね返る流体は、溶解タンク2内に貯留する液体17の液面18に衝突し、液体17を攪拌する。
In such a gas dissolving device 1, when the operation is started, a gas such as air is introduced into the
このときの攪拌などによって、溶解タンク2内の気体と液体17が混合され、気体の液体17への溶解が促進される。これは、攪拌による剪断によって液体17に気泡として混合されている気体が細分化され、液体17と接触する表面積が大きくなるのに加え、液面18付近における気体の溶解濃度が攪拌による均一化によって低減され、気体の液体17への溶解速度が上昇することによる。このようにして気体の溶解した液体17が、流出口12を通じて流出流路13に流出し、溶解タンク2の外部に取り出され、そして、液体導出部14によって所定の液体供給部15に送り出される。
The gas in the
溶解タンク2内に貯留する液体17には、未溶解の気体による気泡が数多く混合されている。この気泡は、溶解タンク2内に貯留する液体17の上側ほど密に存在し、液面18付近には大きな気泡が存在する。一方、溶解タンク2の底部付近ではあまり存在しない。流出口12は溶解タンク2の底部に形成されているので、液体17は、大きな気泡がほとんど存在していない下側から取り出される。また、溶解タンク2は、長手方向の中心軸6を水平方向7に対して傾斜して配置されているため、気体と液体17との界面に相当する液面18の面積を、溶解タンク2を水平配置するときに比べ、大きくとることができ、気体と液体17の上記混合攪拌の効率が高まっている。加えて、液面18から下側の液体17の深さが比較的深く、気泡の流出がより効果的に抑制されている。
Many bubbles of undissolved gas are mixed in the
また、気体溶解装置1は、溶解タンク2が上記のとおりに傾斜配置されているため、省スペース化が図られている。
Further, the gas dissolving device 1 is designed to save space because the
そして、気体溶解装置1では、小型化を推進させるために、溶解タンク2の流入口9とポンプ3とを接続する流体の接続流路としての流入流路10の途中に、流路方向を変えるコーナー部19が接続されている。コーナー部19は、流体の流通路を形成しており、略水平に配置された水平部20と、水平部20に対して垂直に立ち上がる垂直部21とを備えている。水平部20と垂直部21とは互いに連通し、水平部20は、ポンプ3から略水平方向に延びる流入流路10の水平部10aに接続され、垂直部21は、溶解タンク2の流入口9に接続され、水平部10aに対して略垂直方向に配置された流入流路10の垂直部10bに接続されている。このようなコーナー部19は、たとえばエルボ継手22などによって実現することができる。
In the gas dissolving device 1, in order to promote downsizing, the flow direction is changed in the middle of the
また、気体溶解装置1では、図3に示したように、コーナー部19またはコーナー部19よりも下流側の流入流路10、具体的には、コーナー部19よりも下流側に位置し、接続流路の一部を形成する垂直部10bの少なくともいずれか一方に、流体の流通路を備えた整流手段23が配設されている。整流手段23は、具体的には、コーナー部19の垂直部21を兼用したり、コーナー部19よりも下流側の流入流路10、すなわち、垂直部10bを兼用したりすることができる。さらに、コーナー部19の垂直部21を兼用する場合には、エルボ継手22において下流側の垂直に立ち上がる垂直部を兼用することもできる。
Further, in the gas dissolving apparatus 1, as shown in FIG. 3, the
図3に示した整流手段23は、備えている流通路24の内側の断面形状が四角形のものである。
The rectifying means 23 shown in FIG. 3 has a rectangular cross section inside the
ポンプ3から吐出される流体の流速は、一般に、流入流路10の幅方向に分布する。水平部10aでは、外側の流速が速く、内側の流速が遅い。このような流速分布25を有して流体がコーナー部19に流入し、流路方向が変わると、流体には旋回流26が発生する。
The flow velocity of the fluid discharged from the
そこで、整流手段23では、流通路24の内側の断面形状を四角形とし、この四角形状の流通路24に流体を流通させることによって、旋回方向に対する抵抗を与え、旋回流26を減衰させ、抑制する。整流手段23が備える流通路24の内側の断面形状は、三角形以上の多角形であれば旋回方向に対して抵抗を与えることができるが、旋回流26の減衰および抑制効果は、角数が小さいほど高い。八角形以下であれば、旋回流26の減衰および抑制効果は十分得られる。
Therefore, in the rectifying means 23, the cross-sectional shape inside the
なお、整流手段23では、流通路24の内側の断面形状を上記のとおりの三角形から八角形までの多角形とすることにともなう断面積の低下を抑えるために、流通路24の内側の断面積を、流入流路10の一般的な内側形状である円形である場合の断面積と同等のものにすることができる。断面積の低下を抑え、整流手段23を配設したことによる流体の流量の低下が抑制される。
In the rectifying means 23, the cross-sectional area inside the
このように、気体溶解装置1は、小型化を図りながら、コーナー部19において整流手段23によって流体の流れを整流し、旋回流を抑制することができ、図7に示したような噴出流に生じるねじれ107を抑制することができる。このため、気体溶解装置1では、溶解タンク2内において目標の噴射位置に流体を噴出させることができ、気液混合が十分に行われ、溶解タンク2における気体の溶解効率を十分維持させることができる。
As described above, the gas dissolving device 1 can rectify the flow of the fluid by the rectifying means 23 in the
なお、気体溶解装置1に配設される整流手段23については、旋回流26の減衰および抑制効果が十分に発揮するように、流通路24の長さなどを内側の断面形状に応じて適宜に設定することができる。
In addition, about the rectification | straightening means 23 arrange | positioned at the gas dissolving apparatus 1, the length of the
図4は、本発明の気体溶解装置の第2実施形態を示した要部概略平面図であり、上記第1実施形態について示した図3に対応するものである。 FIG. 4 is a schematic plan view of a main part showing a second embodiment of the gas dissolving apparatus of the present invention, and corresponds to FIG. 3 shown for the first embodiment.
図4に示した整流手段27は、備えている流通路28の内側に、内方に突出する4つのリブ29が配設されたものである。4つのリブ29は、2つで一組とされ、内側の断面が略円形の形状を有する流通路28の直径方向に配置されている。このようなリブ29によって、整流手段27は、旋回流26の旋回方向に対して抵抗を与え、旋回流26を減衰させ、抑制する。整流手段27では、リブ29の配設にともなう流通路28の断面積の低下を抑えるために、リブ29の厚みを薄くするなどによって流通路28の断面積の低下を抑制し、整流手段27を配設したことによる流体の流量の低下を抑えることができる。
The rectifying means 27 shown in FIG. 4 has four
図4に示した整流手段27が配設された気体溶解装置1も、図3に示した整流手段23が配設された気体溶解装置1と同様に、小型化を図りながら、コーナー部19において整流手段27によって流体の流れを整流し、旋回流を抑制することができる。図7に示したような噴出流に生じるねじれ107を抑制することができ、気体溶解装置1では、溶解タンク2における気体の溶解効率を十分維持させることができる。
The gas dissolving apparatus 1 provided with the rectifying means 27 shown in FIG. 4 is also similar to the gas dissolving apparatus 1 provided with the rectifying means 23 shown in FIG. The flow of the fluid can be rectified by the rectifying means 27 and the swirling flow can be suppressed. The
なお、整流手段23については、旋回流26の減衰および抑制効果が十分に発揮するように、流通路28の長さ方向におけるリブ29の個数、長さなどを適宜に設定することができる。また、4つのリブ29は、必ずしも同一の位置に配置する必要はなく、各組において位置を流通路28の長さ方向に異ならせたり、または4つとも異なる位置に配置したりすることも可能である。
In addition, about the rectification | straightening means 23, the number of
さらに、流通路28の内側において内方に突出するリブ29の突出長さは、長いほど旋回流26の減衰および抑制効果が高まる。このことから、たとえば図5<a>に示したように、4つのリブ29aは、隣り合うリブ29aに向かって流通路28の断面の略円形の弦方向に延びるように配置されている。このような配置によって、各リブ29aの突出長さは、図4に示したリブ29に比べて長くなり、旋回流26の減衰および抑制効果が高まっている。
Furthermore, the longer the protrusion length of the
また、図5<b>に示したように、2つのリブ29bは、断面略円形である流通路28の内側に直径方向に架設され、互いに90°で交差している。リブ29bの突出長さはさらに長くなっている。この場合、一方のリブ29bについては、流通路28の内側の直径方向に一体として延びるものとし、他方のリブ29bについては、一方のリブ29bに嵌合もしくは接触などするように分割し、または一体として流通路28の内側の直径方向に延びるものとする場合には、互いに異なる位置に配置するなどが可能である。
Further, as shown in FIG. 5 <b>, the two
さらに、図5 <c>に示したように、リブ29cは単一のものとして、断面略円形である流通路28の内側の直径方向に架設されている。リブ29cは、図4に示したリブ29および図5<a>に示したリブ29aの個々の突出長さよりも長いため、旋回流26の減衰および抑制効果が高まる。
Furthermore, as shown in FIG. 5 <c>, the
このようなリブ29a、29b、29cについても、流通路28の長さ方向に個数、長さなどを適宜に設定することができる。
The number, length, and the like of the
図6は、本発明の気体溶解装置の第3実施形態を示した要部概略平面図であり、上記第1実施形態について示した図3に対応するものである。 FIG. 6 is a schematic plan view of a main part showing a third embodiment of the gas dissolving apparatus of the present invention, and corresponds to FIG. 3 shown for the first embodiment.
図6に示した整流手段30では、エルボ継手31がコーナー部19に配設されている。エルボ継手31は、下流側の垂直に立ち上がる垂直部31aの中心軸が、エルボ継手31よりも上流側に位置する流入流路10の水平部10aの中心軸からずれている。すなわち、エルボ継手31の流通路32において、略水平に配置される水平部31bに形成されている流通路32aは、流入流路10の水平部10aに対し、斜めに延びている。このような流通路32aが形成された水平部31bに流入流路10の水平部10aの一端部が接続され、垂直部31aに流入流路10の垂直部10bが接続されている。
In the rectifying means 30 shown in FIG. 6, the elbow joint 31 is disposed at the
そして、整流手段30は、流入流路10の水平部10aを流れ、流速分布25を有する流体において流速の速い部分25aが、エルボ継手31の垂直部31aの中心軸に一致するように、エルボ継手31がコーナー部19に配設されて形成されている。このため、図6に示したように、整流手段30は、エルボ継手31に流入する流体の流れの分布を偏らせず、エルボ継手31の垂直部31aの中心軸に向けて流通させることができ、旋回流の発生そのものを抑制することができる。
The rectifying means 30 flows through the
このような整流手段30における流体の流量は、エルボ継手31の水平部31bにおける流通路32aおよび垂直部31aにおける流通路32bの内径を流入流路10の水平部10aと同等のものとすることにより、十分に確保される。
The flow rate of the fluid in the rectifying means 30 is such that the inner diameters of the
なお、本発明の気体溶解装置は、上記実施形態に限定されることはない。溶解タンクやポンプなどの構成、構造、形状、大きさなどについては様々な形態が可能である。たとえば溶解タンクは、必ずしも水平方向に対して傾斜して配置する必要はなく、水平配置される態様も本発明に包含される。また、図1、図2に示したように、溶解タンク2の低位側の部分11には、上壁部に溶解タンク2内に貯留する気体の排気弁33などを配設することもできる。
In addition, the gas dissolving apparatus of this invention is not limited to the said embodiment. Various configurations are possible for the configuration, structure, shape, size, etc. of the dissolution tank and pump. For example, it is not always necessary to dispose the dissolution tank with respect to the horizontal direction, and a mode in which the dissolution tank is horizontally disposed is also included in the present invention. As shown in FIGS. 1 and 2, the
1 気体溶解装置
2 溶解タンク
3 ポンプ
9 流入口
10 流入流路
10a 水平部
10b 垂直部
12 流出口
17 液体
19 コーナー部
23、27、30 整流手段
24、28、32 流通路
25a 流速の速い部分
29、29a、29b、29c リブ
31 エルボ継手
31a 垂直部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記流入口とポンプとを接続する流体の接続流路の途中に、流路方向を変えるコーナー部が接続され、このコーナー部またはコーナー部よりも下流側の接続流路の少なくともいずれか一方に、流体の流通路を備えた整流手段が配設され、整流手段は、ポンプから送り出される流体の流れに生ずる旋回流を抑制することを特徴とする気体溶解装置。 A dissolution tank provided with an inlet for introducing fluid into the inside from the bottom side, an outlet for extracting a gas-dissolved liquid from the bottom, and a pump for supplying fluid into the dissolution tank, and ejected from the inlet The fluid that flows into the dissolution tank is mixed with the gas stored in the dissolution tank or the gas supplied from the inlet along with the fluid, dissolved, and the dissolved liquid is discharged from the outlet to the outside of the dissolution tank. In the gas dissolving device to be taken out in
In the middle of the connection flow path of the fluid connecting the inlet and the pump, a corner portion that changes the flow path direction is connected, and at least one of the connection flow path downstream of the corner portion or the corner section, A gas dissolving apparatus comprising: a rectifying means having a fluid flow passage, wherein the rectifying means suppresses a swirling flow generated in a flow of fluid sent out from a pump.
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