JP2010137176A

JP2010137176A - 微細気泡発生装置における気液溶解タンク

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Publication number: JP2010137176A
Application number: JP2008316749A
Authority: JP
Inventors: Kaneharu So; 銀春曹; Nobuaki Uchiumi; 伸昭内海
Original assignee: SANSO ELEC Manufacturing; Sanso Electric Co Ltd
Current assignee: SANSO ELEC Manufacturing; Sanso Electric Co Ltd
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2028-12-12
Also published as: JP5081801B2

Abstract

【課題】本発明は、気液溶解タンクの小型化を図りながら、低コストで、低圧でも気体の液体への溶解効率を向上することが可能で、さらに安全性を向上させた気液溶解タンクを提供することである。
【解決手段】タンク本体１１と、タンク本体１１の外部に吸込口１４を有し、かつ、タンク本体１１の内部で上方へ向けた噴射口１６ａを有する噴射ノズル１６と、タンク本体１１の内部の液面１７より下部で外部へ突出する吐出口１９と、噴射口１６ａと対向配置された衝突部２０を有し、かつ、タンク本体１１の上端部に嵌合されたキャップから形成され、このキャップは内部キャップ２２と別部品からなる外部キャップ２３から形成されている気液溶解タンク８で、この気液溶解タンク８は微細気泡発生装置Ａに用いるものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、管路を流れる液体中に気体を加圧溶解させた後に、液槽内の液体中に微細気泡を噴出させて微細気泡を分散して含有する液体とする微細気泡発生装置に使用するための液体中に気体を加圧溶解させる気液溶解タンクに関する。

従来より、液槽内の液体を外部で循環させて液体中に気体を加圧溶解させた後、再び液槽内の微細気泡発生ノズルにて減圧により微細気泡を液槽内の液体中に噴出させて微細気泡を分散して液体とする微細気泡発生装置は知られている。この微細気泡発生装置は、液体が流れる流路と、この流路を流れる液体に空気を混合させて気液混合液体とする空気吸込口と、気液混合液体を加圧して流路に流すポンプと、気液混合液体が供給されて気体を液体に溶解させて気液溶解液体とするための気液溶解タンクと、得られた気液溶解液体を減圧することにより微細気泡を発生させ、液槽中の液体に微細気泡を含有させるための微細気泡発生ノズルから構成されている。ここで、微細気泡を含有した液体がその効果を発揮するものとするためには、多量の微細気泡を発生させて含有する必要がある。これは、気液溶解タンクと微細気泡発生ノズルに関係している。多くの場合、気液溶解液体内の気体の溶解量が重要な要因として関わってくる、すなわち気液溶解タンクでの気体の液体への溶解効率が重要となってくる。

上記の気液溶解手段として、気液混合液体を加圧送給するポンプに高圧ポンプを使用して高圧下で気体を液体に溶解させ、気液溶解タンクの内部にて、未溶解の余剰気体を分離し、気液溶解液体のみを微細気泡発生ノズル側へ送給させる手段や、あるいは気液混合液体を加圧送給するポンプに低圧ポンプを使用して低圧下で気体を液体に溶解させ、気液溶解タンク内の液面に気液溶解タンクの上方から噴射させることで、気体を液体に溶解させて微細気泡発生ノズル側へ送給させる手段などがある。

ところで、上記の従来の気液溶解手段において、高圧化で気体を液体に溶解させる手段では、ポンプに高圧ポンプを使用しなければならないため、ポンプ自体が大型となる。その上に高圧下で使用されることから、気液溶解タンクを高強度の材料で製作する必要がある。このために微細気泡発生装置としても大型となり、コストが高いものとなる問題がある。

さらに低圧ポンプを使用し、気液溶解タンクの上方から気液溶解タンク内の液面に気液混合液体を噴射させることで気体を液体に溶解させる手段がある。しかし、この手段では、低圧下で溶解効率を上げるためには、気液混合液体中の気体の液体への接触面積を大きくする必要がある。このためには、気液混合液体を気液溶解タンク内の液面以下の領域へ噴射しなければならない。このためには、気液溶解タンク自体の高さ方向の寸法が必要となる。そこで気液溶解タンク自体が大型のものとなり、その結果、微細気泡発生装置としても大型となる。そこで、これらの装置を設置するためには、場所の制約を受けることとなる問題がある。

一方、従来の技術として、バブリング槽の液体の上方に設置の噴霧ノズルから液体を放射状に拡大して吹き込み、気液溶解液を生成するための気液溶解タンクが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、このものでは必ずしも、場所をとることなく、かつ、気液溶解液を効率よく生成する装置として普遍化することはできない。

また、本出願人による先願の発明として、気液溶解タンクとキャップの２部品からなり、低圧でも気体の液体への溶解効率を向上させることが可能となる気液溶解タンクが提案されている（例えば、特許文献２参照）。さらに、本出願人による他の先願である発明（特許文献３参照。）では、図７に示すように、微細気泡発生装置Ａを液槽１内の液面より高い所に設置する場合、微細気泡発生装置Ａ自体を自吸式としなければならない。このため、図７のような微細気泡発生装置Ａの内部構造とすることが必要となる。そのとき、自吸のために予め一定の液体を気液溶解タンク８に貯めておく必要があるため、気液溶解タンク８のキャップ１２を取り外し可能な部品で形成することにより、キャップ１２を取り外して気液溶解タンク８の上部から液体を入れることが可能となる。その際、取り外したキャップ１２の締め忘れにより微細気泡発生装置Ａを運転した時に流体が飛散し、気液溶解タンク８の外部への影響が多大となり、危険を伴う場合がある。

特開２００５−９５８７８号公報特願２００７−２８６７４６号特願２００７−２９１００１号

本発明は、上記の従来の高圧ポンプを使用するものや低圧ポンプを使用するものにおける問題点を解消して普遍化したものであって、気液溶解タンクの小型化を図りながら、低コストで、低圧でも気体の液体への溶解効率を向上することが可能となり、さらに安全性を向上させた気液溶解タンクを提供することである。

上記の課題を解決するための本発明の手段は、タンク本体１１と、タンク本体１１の外部に吸込口１４を有し、かつ、タンク本体１１の内部で上方へ向けた噴射口１６ａを有する噴射ノズル１６と、タンク本体１１の内部の液面１７より下部で外部へ突出する吐出口１９と、噴射口１６ａと対向配置された衝突部２０を有するタンク本体１１の上端部に嵌合の別部品からな内部キャップ２２と、内部キャップ２２の上端部に嵌合のさらに別部品からなる外部キャップ２３から形成されていることを特徴とする微細気泡発生装置Ａにおける気液溶解タンク８である。

本発明は上記の手段としたことで、気液混合液体を噴射口より気液溶解タンクの内部で上方に向けて上方の衝突部に噴射して衝突させることにより、局所的な気体の高圧部分が気液溶解タンク内の上部に充満され、この充満された高圧気体は液体へ溶解し易くなっているので、液体への溶解効率が向上されている。さらに、噴射口から噴出された液体がタンク本体の内部上方の衝突部により跳ね返る構造であるので、飛散した状態となることから、タンク本体内の液面に着水するときの面積が大きくなり、つまり、気体の液体への接触面積を大きくしていることにより、液体への溶解効率が向上されている。さらに、タンク本体上端部に、別部品として形成のキャップを有するので、噴射口より噴出された液体が衝突する面積を大きくし、効率的に局所的な高圧部分を作ることを可能とするために、下面に様々な複雑な形状の凹凸形状を有するキャップの製作をタンク本体の製作と切り離して製作できるので、低コスト化が可能となり、またキャップを外して交換や補修ができるので、メンテナンス性も向上できる。さらに、キャップを２部品から形成し、一方のキャップをねじなどで固定し、もう一方のキャップを取り外し可能とすることにより、キャップの締め忘れによる噴射口から気液溶解タンク外部への流体の噴出を抑制でき、安全性も向上できる。

上述したように、気液溶解タンクの小型化を図りながら、低コストで、低圧でも気体を液体へ溶解する効率を向上することが可能な気液溶解タンクが得られる。さらに本発明の気液溶解タンクの使用により、微細気泡発生装置のポンプを小型化することが可能となるので、微細気泡発生装置自体を小型、軽量化でき、設置場所の制約が減少でき、コストが安くなり、さらに安全性を向上するなど、本発明の手段は、従来にない優れた効果を奏するものである。

本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

添付の図面において、図１は本発明の気液溶解タンク８を有する微細気泡発生装置Ａの概略的な回路図である。図２は本発明の第１の実施形態における気液溶解タンク８の構造を説明する模式的断面図である。図３は本発明の第１の実施形態における内部キャップ２２の構造を説明する模式図で、（ａ）は断面で示す側面図、（ｂ）は下面図である。図４は本発明の第１の実施形態における外部キャップ２３の構造を説明する模式図で、（ａ）は断面で示す側面図、（ｂ）は下面図である。図５は本出願人による従来の発明の実施形態における気液溶解タンク８の模式的断面図である。図６は本出願人による従来の実施形態における内部キャップの構造を説明する模式図で、（ａ）は断面で示す側面図、（ｂ）は下面図である。図７は本出願人による先願の発明の実施形態における自吸性能を有する微細気泡発生装置の概略的な回路図である。

本発明の微細気泡発生ノズル３の実施の形態として具体化した例を、図１に示す液槽１用の微細気泡発生装置Ａとして適用した例に基づいて説明する。図１に示すように、液槽１の液体中に微細気泡発生ノズル３が設置されている。同じく液体中に設置の吸込口２には、吸込管路４を介して液槽１の外部でポンプ５が連結されている。ポンプ５の吸込口側の吸込管路４には、空気などの雰囲気の気体を吸い込む気体吸込口６を有する気体導入管７が配設されている。ポンプ５の下流側には、気体吸込口６から吸い込んだ気体を液体に溶解する気液溶解タンク８が配設されている。ポンプ５と気液溶解タンク８との間は流入管路９によって連通されている。気液溶解タンク８の下流側に吐出管路１０によって液槽１内の液体中に設置の微細気泡発生ノズル３に液体が循環されて、微細気泡発生装置Ａが形成されている。

ここでポンプ５の電源をＯＮにすると、液槽１内の液体が吸込口２から吸込管路４によってポンプ５へと吸入されるが、そのとき、吸込管路４の途中に設置された気体導入管７の気体吸込口６より気体を吸入しているので、ポンプ５へと吸入された液体は気液混合状態となっている。このとき気体導入管７はエジェクター機構からなるので、特別な動力を必要とすることなく自然吸気される。さらに、この気液混合状態の液体はポンプ５により加圧され、流入管路９を通り気液溶解タンク８へと送液される。気液混合状態の液体は気液溶解タンク８内で加圧溶解されて気液溶解状態となり、吐出管路１０によって微細気泡発生ノズル３へと送液される。ところで、微細気泡発生ノズル３において微細気泡を多く発生させるためには、気液溶解液体内の気体の溶解量が関わってくる。つまり、気液溶解タンク８における気体の液体への溶解効率が重要である。この気体の液体への溶解効率を向上させるためには、気液溶解タンク８で高圧状態を作るか、あるいは気体の液体への接触面積を増加させるか、といったことが必要となってくる。

ここで、本発明の手段の気液溶解タンク８の実施形態について説明するに先立って、先ず、図５に示す本出願人による先願の発明の実施形態の気液溶解タンク８について説明する。先願の発明の気液溶解タンク８は、タンク本体１１とタンク本体１１にねじ嵌合する別体からなるキャップ１２から構成され、このキャップ１２の下面はタンク本体１２の上端である天井部１１ｂを形成している。また、タンク本体１１内の上部を衝突部２０とするキャップ１２の内面は、図６に示すように、下向きの凹凸形状からなる複数の環状のリブ１８が下向きに形成されている。この下向きに形成された複数の環状のリブ１８の高さは中央部で低く、周縁に向かって順次高くなって下に伸び、傾斜した凹凸下端面を形成している。このキャップ１２はタンク本体１１とねじ螺合されてＯリング１３によりシールされている。上記の図１で説明した流入管路９に接続するための吸込口１４を、この図５では、気液溶解タンク８の外部に有し、この吸込口１４から伸びる噴出ノズル１６が気液溶解タンク８の側壁１１ｃから溶解タンク内に配管されている。溶解タンク８内の噴出ノズル１６の噴出口１６ａは上方に向けられている。この場合、噴射口１６ａは気液溶解タンク８内の液面より高い位置に配置されている。また、噴射口１６ａの面積は吸込口１４の面積より小さく形成されている。この噴出口１６ａから噴出された液体はキャップ１２の下面の衝突部２０に衝突して周囲に拡がって下方へ噴出される。

この本出願人による先願の発明の実施形態では、図１に示すポンプ５から送られた気液混合液体は、図５に示す吸込口１４よりタンク本体１１内に伸びる噴出ノズル１６に吸入される。このタンク本体１１内の噴出ノズル１６には先絞り状のテーパー孔１５を有し、このテーパー孔１５を通って噴射口１６ａからタンク本体１１内の上方に勢い良く噴出される。噴射口１６ａから噴出された液体は、衝突部２０であるキャップ１２の下面にて跳ね返り、飛散した状態で下方の液面１７に落ちて着水する。このタンク本体１１内は、図１に示すポンプ５による送液により、加圧状態にあるので、気液混合液体中の気体はタンク本体１１の上部に充満している。このため、上記の噴出から落ちて着水する過程において気体が液体に溶解することとなる。また、キャップ１２の下面に気液混合液体を衝突させることによって局所的な高圧部分を容易に作りだしている。この高圧部分では、気体が液体へ溶解し易いので、気体の液体への溶解効率が向上される。さらに溶解効率を上げるために、気体の液体への接触面積を大きくする必要がある。図６に示すようにキャップ１２の内面に下向きに形成の複数の環状のリブ１８があり、これらの各リブ１８の高さを中央部を低く、周縁に向かって順次高くなるように傾斜して設けているので、噴出された気液混合液体と中央部から周縁にかけての各リブ１８との間に衝突が生じ、各リブ１８に局所的な高圧部分を作ることが可能となって気体の液体への溶解効率がさらに向上されている。また、キャップ１２の内面に下向きの複数の環状のリブ１８を形成したことにより、衝突面積が制御されて液面１７の大きさまで拡大され、飛散状態を拡大することが可能である。このようにタンク本体１１内の液面１７に着水するときの面積が満遍なく拡大されていることから、気体と液体の接触面積を大きくする構造となっている。この点でも気体の液体への溶解効率が向上されている。

ここで、未溶解の大きな気泡がタンク本体１１の底部１１ａに形成の吐出口１９から、図１で示す、微細気泡発生ノズル３へと送られると、微細気泡発生ノズル３で微細気泡が発生しにくくなる。さらに、吐出口１９を気液溶解液体が通過する際に発生される騒音が大きくなる。そこで、従来の装置では、未溶解の大きな気泡が到達して吐出することがないように、深いところに吐出口１９を設けなければならなかった。そのため、タンク本体１１の底部１１ａまでの深さを大きした大型のものとする必要があった。これに反し、本出願人による先願の発明のタンク本体１１は、噴射口１６ａから噴出された液体が、キャップ１２の下面で跳ね返る構造であり、タンク本体１１内の液面１７に着水するときの液面１７の面積を上記のように拡大して液面１７へ着水する噴射圧力を抑制していることから、未溶解の大きな気泡が、タンク本体１１の下部の底部１１ａへ流動することが抑えられる。この結果、気液溶解タンク８のタンク本体１１の液面１７より下側の深さを低減して浅くすることができるので、気液溶解タンク８を小型にすることができる。この気液溶解タンク８で生成された気液溶解液は、吐出口１９から図１で示す微細気泡発生ノズル３へと送水され、微細気泡発生ノズル３により液槽１内の液体中に微細気泡を発生させる。

次いで、本願の発明の第１の実施形態の気液溶解タンク８について説明する。本願の発明の気液溶解タンク８では、図２に示すように、下面に衝突部２０を有する内部キャップ２２と、この内部キャップ２２の上端部に嵌合された別部品からなる外部キャップ２３とから構成されている。この外部キャップ２３は内部キャップ２２とねじ螺合されてパッキン２４によりシールされている。内部キャップ２２の下面は、図５に示す先願発明のキャップ１２の下面と同様に、下向きの凹凸形状からなる複数の環状のリブ１８が下向きに形成されている。さらに、上記の図１で説明した流入管路９に接続するための吸込口１４を、図５と同様に、気液溶解タンク８の外部に有し、この吸込口１４から伸びる噴出ノズル１６の噴出口１６ａが気液溶解タンク８の側壁１１ｃから溶解タンク内に配管されている。この噴出ノズル１６には先絞り状のテーパー孔１５を有し、このテーパー孔１５を通って上方に向けられた噴出ノズル１６の噴射口１６ａからタンク本体１１内の上方に勢い良く噴出される。さらに、この噴射口１６ａは気液溶解タンク８内の液面より高い位置に配置されている。また、噴射口１６ａの面積は吸込口１４の面積より小さく形成されている。この噴出口１６ａから噴出された液体は図３に示す内部キャップ２２の下面の衝突部２０に衝突して周囲に拡がって下方へ噴出される。

ところで、図１に示すポンプ５による送液により、図２に示すタンク本体１１内は加圧状態にあるので、気液混合液体中の気体はタンク本体１１の上部に充満している。このため、上記の噴出から落ちて着水する過程において気体が液体に溶解することとなる。また、内部キャップ２２の下面に気液混合液体を衝突させることによって局所的な高圧部分を容易に作りだしている。この高圧部分では、気体が液体へ溶解し易いので、気体の液体への溶解効率が向上される。さらに溶解効率を上げるために、気体の液体への接触面積を大きくする必要がある。図３に示すように内部キャップ２２の内面に下向きに形成の複数の環状のリブ１８があり、これらの各リブ１８の高さは中央部を低く、周縁に向かって順次高くなるように傾斜して設けている。したがって、噴出された気液混合液体と中央部から周縁にかけての各リブ１８との間に衝突が生じ、各リブ１８に局所的な高圧部分を作ることが可能となって気体の液体への溶解効率がさらに向上されている。また、内部キャップ２２の内面に下向きの複数の環状のリブ１８を形成したことにより、衝突面積が制御されてタンク本体１１内の液面１７の大きさまで拡大され、飛散状態を拡大することが可能である。このようにタンク本体１１内の液面１７に着水するときの面積が満遍なく拡大されていることから、気体と液体の接触面積を大きくする構造となっている。この点でも気体の液体への溶解効率が向上されている。

ところで、本出願人による先願の発明では、図７に示すように、微細気泡発生装置Ａを自吸式とするときに、気液溶解タンク８を自吸用の貯留タンクとして併用することがある。この場合、液槽１から吸込管２５にて流体を吸い込むポンプ５吐出側に気体を液体に混合させる気液溶解タンク８を設けている微細気泡発生装置Ａにおいて、ポンプ５を非自吸式とし、気液溶解タンク８または気液溶解タンク８の後経路である気液溶解タンク８の吐出口１９から気液溶解タンク８の出口管２７と微細気泡発生ノズル３を吸込管２５またはポンプ５の羽根車室内と連通する連通路２８を設け、気液溶解タンク８内の液体がポンプ５の羽根車室内へ戻ることを可能にし、微細気泡発生装置Ａ全体に自吸機能を持たせる構造としている。自吸時には、電磁弁などの弁２９を制御して気体導入管７を気体吸込口６から気体を導入しないものとする。一方、自吸完了後で自吸の必要ない場合には、気体導入管７の気体吸込み口７の逆止弁６ａを開けて、ポンプ５羽根車室内と連通する連通路２８を電磁弁などの弁３０を閉じて、気液溶解タンク８内の液体がポンプ５へ戻れなくする。

ところで、自吸式とする場合、自吸水を気液溶解タンク８へ注入するためには、図７の装置と異なって、図５に示す本出願人による先願の発明の実施形態の気液溶解タンク８を用いる場合ではキャップ１２を取り外して行うこととなる。この様にキャップ１２を取り外したときには、自吸水を注入した後にキャップ１２を閉め忘れる場合が考えられる。しかし、キャップ１２を閉め忘れて装置を運転した場合には、図５の気液溶解タンク８では、噴出ノズル１６の噴出口１６ａから噴出された流体が気液溶解タンク８の上部より外部に噴出することとなり、気液溶解タンク８の外部へ飛散する危険となる。

そのため、本発明の実施形態の気液溶解タンク８では、図２および図３に示すように、キャップが内部キャップ２２と外部キャップ２３のそれぞれ別部品から形成している。この場合、内部キャップ２２はタンク本体１１へねじで固定され、さらに外部キャップ２３は内部キャップ２２へ取り外し可能にねじで螺合され、内部キャップ２２の円筒状の上端に設けたパッキン２４により、内部キャップ２２の上端は外部キャップ２３にシールされている。さらに噴射ノズル１６の噴出口１６ａに対峙している内部キャップ２２の中央部の下面の衝突部２０は、間隙２２ｂを有する複数のブリッジ２２ａにより内部キャップ２２の環状の側部に一体化されている。そこで自吸水を気液溶解タンク８へ注入する際に、外部キャップ２３を取り外して行うことができる。

ところで、外部キャップ２３を取り外して自吸水を注入した後、仮に外部キャップ２３を閉め忘れて微細気泡発生装置を運転したとしても、衝突部２０はブリッジ２２ａにより保持されて噴射ノズル１６の噴出口１６ａと対峙して存在しているので、噴出口１６ａから噴出された液体は衝突部２０に衝突することとなる。したがって、気液溶解タンク８の外部へ液体が飛散することが防止され、安全性が向上できる。なお、図３の（ａ）は内部キャップ２２の縦断面図であり、図３の（ｂ）は下面から見た平面図である。さらに図４の（ａ）はパッキン２４を取り外した外部キャップ２３の縦断面図であり、図４の（ｂ）はその下面から見た平面図である。

本発明は、気液溶解タンク８を上記した実施形態の構造とすることで、タンク本体１１の小型化を図りながら、低コストで、低圧でも気体の液体への溶解効率を向上し、さらに安全性を向上することが可能で、自吸式としうる気液溶解タンク８が得られる。

本発明を具体化した一実施例の微細気泡発生装置の概略的な回路図である。本発明の第１の実施形態における気液溶解タンクの構造を説明する模式的断面図である。本発明の第１の実施形態における内部キャップの構造を説明する模式図であり、（ａ）は断面で示す側面図、（ｂ）は下面図である。本発明の第１の実施形態における外部キャップの構造を説明する模式図であり、（ａ）は断面で示す側面図、（ｂ）は下面図である。本出願人による先願の発明の実施形態における気液溶解タンク８の模式的断面図である。本出願人による先願の発明の実施形態における内部キャップの構造を説明する模式図であり、（ａ）は断面で示す側面図、（ｂ）は下面図である。本出願人による先願の発明の実施形態における自吸性能を有した微細気泡発生装置の概略的な回路図である。

符号の説明

１液槽
２吸込口
３微細気泡発生ノズル
４吸込管路
５ポンプ
６気体吸込口
６ａ逆止弁
７気体導入管
８気液溶解タンク
９流入管路
１０吐出管路
１１タンク本体
１１ａ底部
１１ｂ天井部
１１ｃ側壁
１２キャップ
１３Ｏリング
１４吸込口
１５テーパー孔
１６噴射ノズル
１６ａ噴射口
１７液面
１８リブ
１９吐出口
２０衝突部
２２内部キャップ
２２ａブリッジ
２２ｂ間隙
２３外部キャップ
２４パッキン
２５吸込管
２６ポンプ吐出配管
２７出口管
２８連通路
２９弁
３０弁
Ａ微細気泡発生装置

Claims

タンク本体１１と、タンク本体１１の外部に吸込口１４を有しかつタンク本体１１の内部で上方へ向けた噴射口１６ａを有する噴射ノズル１６と、タンク本体１１の内部の液面１７より下部で外部へ突出する吐出口１９と、噴射口１６ａと対向配置された衝突部２０を有するタンク本体１１の上端部に嵌合の別部品からなる内部キャップ２２と、該内部キャップ２２の上端部に嵌合のさらに別部品からなる外部キャップ２３から形成されていることを特徴とする微細気泡発生装置Ａにおける気液溶解タンク８。