JP2010194440A

JP2010194440A - 気液混合装置

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Publication number: JP2010194440A
Application number: JP2009041495A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Tsuji; 敦志辻
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2010-09-09

Abstract

【課題】微細な気泡が分散された気液混合体を安定して吐出することができる気液混合装置を提供する。
【解決手段】液体を供給する液体供給部１と、液体に気体を供給する気体供給部２と、供給された気体を液体に注入すると共に細分化して液体中に分散させる気体混入部３と、気体混入部３で気体を分散させた気液混合体の圧力を、気液混合体の流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧する減圧部４とを備えた気液混合装置を形成する。減圧部４は、気液混合体の流入側から流出側に向かって流路断面積が徐々に小さくなるように又は気液混合体の流入側から流出側に亘って流路断面積が同一になるように形成された、気体混入部３から気液混合体を送り出す流路６によって構成される。そして、液体供給部１、気体供給部２、気体混入部３の各部を連続的に運転させて、減圧部４に気液混合体を連続的に供給して気体を液体に混入させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細な気泡を液体中に分散させることにより高濃度に気体が混入された気液混合体を得るために用いられる気液混合装置に関するものである。

二酸化炭素、窒素、酸素、オゾン、アルゴン等の気体を微細な気泡にして水などの液体に分散させた気液混合体は、各種の分野に利用されている。例えば、環境分野では、池や貯水池等の閉鎖水域の浄化、下水処理、土壌浄化、産業排水浄化などに、農林水産分野では、溶液栽培、農業水、農業廃水処理などに、食品分野では、食品加工水、食品洗浄水、腐敗防止などに、製造産業分野では、部品洗浄などに、家庭用では飲料、美容用、入浴用などに利用されている。

このような微細な気泡を分散させ高濃度に気体が混入された気液混合体を製造する気液混合装置としては、液体に気体を供給して溶解混合し、この液体を微細な気泡を噴射させるノズルから吐出するものが提案されている（特許文献１参照）。

しかし、特許文献１のものでは、気体を液体に溶解混合した後、溶解していた気体を気泡として発生させているため、気体の混入量は液体に溶解できる気体の量に限られており、高濃度に気体を気液混合体に混入させることができなかった。また、吐出口に取り付けられたノズルにより微細な気泡を発生させているため、異物の混入によってノズルに詰まりが発生し易いという問題があり、汚れのない液体しか使えない制約があった。

また、気液混合装置として、気体を液体に混入して気液混合体とした後、二つのオリフィス（絞り）を介して吐出するものが提案されている（特許文献２参照）。

しかし、特許文献２のものでは、オリフィスによって圧力調整しているために、気体が高濃度で混入された気液混合体を吐出する際に配管内部と外部との圧力差が吐出口で大きくなりやすく圧力の急激な低下が生じてしまい、混入している気体が急激に気泡化し大きな気泡となったり、気泡同士が合体して大きな気泡となり気液混合体から気体が分離し、気体の混入量が大きく減少するという問題があった。また、オリフィスが配管に比べて流路断面積がかなり小さくなるように形成されているため、異物の混入によってオリフィスの部分で詰まりが発生し易いという問題があった。

特開平６−０９９１６７号公報特開２００６−１３６７７７号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、微細な気泡を液体中に分散させることにより高濃度に気体が混入された気液混合体を、混入している気体が急激に気泡化し大きな気泡となったり、気泡同士が合体して大きな気泡となり気液混合体から分離することなく高濃度で気体を混入させた状態で吐出することができ、また異物が混入しても詰まるようなことなく安定した高濃度の気液混合体を得ることができる気液混合装置を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に係る気液混合装置は、液体を供給する液体供給部１と、液体に気体を供給する気体供給部２と、供給された気体を液体に注入すると共に細分化して液体中に分散させる気体混入部３と、気体混入部３で気体を分散させた気液混合体の圧力を、気液混合体の流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧する減圧部４とを備えるものである。減圧部４は、気液混合体の流入側から流出側に向かって流路断面積が徐々に小さくなるように又は気液混合体の流入側から流出側に亘って流路断面積が同一になるように形成された、気体混入部３から気液混合体を送り出す流路６によって構成される。そして、気液混合装置は、液体供給部１、気体供給部２、気体混入部３の各部を連続的に運転させて、減圧部４に気液混合体を連続的に供給して気体を液体に混入させて成ることを特徴とするものである。

この発明によれば、気体を細分化して分散させた気液混合体を減圧部４で順次大気圧まで減圧するため、混入している気体が急激に気泡化し大きな気泡となったり気泡同士が合体して大きな気泡となり気液混合体から分離したりすることを防止して、気体が微細な気泡となって高濃度に混入された気液混合体を安定して得ることができるものである。そして、この減圧部４は、気液混合体の流入側から流出側に向かって流路断面積が徐々に小さくなるように形成された流路６又は気液混合体の流入側から流出側に亘って流路断面積が同一になるように形成された流路６によって構成されているため、比較的太い流路６にすることができ、異物が混入しても詰まるようなことなく気液混合体の減圧を行なうことができるものである。

本発明の請求項２に係る気液混合装置は、上記構成に加え、減圧部４を、気体混入部３から気液混合体を送り出す流路６に設けられ、気液混合体の圧力を段階的に減圧する複数の圧力調整弁７と、各圧力調整弁７の気液混合体を流出する側に配設され、各圧力調整弁７の流路断面積以下の流路断面積を有する連結された複数の流路６とで構成して成ることを特徴とするものである。

この発明によれば、圧力調整弁７による圧力調整によって気液混合体の圧力を効率よく下げることができ、気体混入部３における圧力に応じて圧力調整弁７で減圧調整することによって、気液混合体から気体が分離することを防ぐことができるものである。

本発明の請求項３に係る気液混合装置は、上記構成に加え、減圧部４を、流路断面積と流路長さの調整で気液混合体の圧力を大気圧にまで減圧するように形成された流路６で構成して成ることを特徴とするものである。

この発明によれば、気体混入部３から気液混合体を送り出す流路６の流路断面積と流路長によって、気液混合体の圧力を下げることができ、装置の構造を簡単なものに形成することができるものである。

本発明の請求項４に係る気液混合装置は、上記構成に加え、減圧部４は、一つの流路６で形成されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、複数の流路６を設けて減圧部４を形成する場合のような、装置構成が複雑になることがないものである。

本発明の請求項５に係る気液混合装置は、上記構成に加え、気体混入部３をベンチュリ管５で構成して成ることを特徴とするものである。

この発明によれば、ベンチュリ管５によって気体を細分化して分散させるため、気体を微細な気泡にして分散させることができると共に、高濃度の気液混合体を安定して得ることが可能になるものである。また、気体混入部３を簡単な構成にて形成することができるので、装置規模を小さくすることが可能になるものである。

本発明によれば、気体を細分化して分散させた気液混合体を減圧部で順次大気圧まで減圧するため、混入している気体が急激に気泡化し大きな気泡となったり、気泡同士が合体して大きな気泡となり気体が気液混合液から分離することを防止して、高濃度の気液混合体を安定して得ることができるものである。また、減圧部が気液混合体の流入側から流出側に向かって流路断面積が徐々に小さくなるように形成された流路又は気液混合体の流入側から流出側に亘って流路断面積が同一になるように形成された流路によって構成されているため、比較的太い流路にすることができ、異物が混入しても詰まるようなことなく気液混合体の減圧を行なうことができるものである。

本発明の実施の形態の一例を示す概略図であり、（ａ）は構成図、（ｂ）は一部の拡大図である。微細な気泡を形成するモデルの一例を示す説明図である。本発明の実施の形態の他の一例を示す概略構成図である。（ａ）〜（ｂ）は、それぞれ減圧部の一例を示す概略図である。本発明の実施の形態の他の一例を示す概略構成図である。本発明の実施の形態の他の一例を示す概略構成図である。本発明の実施の形態の他の一例を示す概略構成図である。本発明の実施の形態の他の一例を示す概略構成図である。本発明の実施の形態の他の一例を示す概略構成図である。

図１は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、図１（ａ）の構成では、気体混入部３の流出側と流入側にそれぞれ配管で形成される流路１５，６が接続してある。流入側の流路１５は一端を気体混入部３に、他端を水などの液体１６を貯留する液体槽１７に接続してあり、この流路１５の途中に液体供給部１が設けてある。液体供給部１は、例えば、液体槽１７から液体１６を吸い上げて気体混入部３に圧送するポンプ１８などで形成されるものである。液体としては、水道水、純水、イオン交換水、軟水などの水をはじめ、塩化ナトリウムや界面活性剤などが水などの溶媒に溶解された溶液や、ガソリンなどの油類などを用いることができる。

一方、流出側の流路６は一端を気体混入部３に接続し、他端は気液混合体回収槽（図示省略）などに接続して、大気に開放してある。またこの流路６には減圧部４が設けてある。

気体混入部３には気体供給部２が接続してある。気体供給部２は、気体混入部３を流れる液体に気体を供給するためのものであり、例えば気体として空気を供給する場合には、一端を大気中に開放させた管体の他端を気体混入部３に接続して気体供給部２を形成するようにしてある。あるいは気体を封入したボンベなどを気体混入部３に接続して気体供給部２を形成するようにしてある。気体としては、空気、二酸化炭素、窒素、酸素、オゾン、アルゴン、水素、ヘリウム、メタン、プロパン、ブタン等のガスを単一で又は混合して用いることができる。

図示のように、本実施の形態では、気体供給部２が気体混入部３に接続してある例を示したが、気体供給部２によって液体に気体を供給する構成はこれに限らない。例えば、気体供給部２を液体供給部１の上流側の流路１５に接続し、ポンプ１８等の液体供給部１で気体を気泡にした後、気体混入部３でこの気泡を細分化してもよい。

気体混入部３は、液体供給部１から圧送して供給された液体に気体を注入すると共にこの気体を細分化して液体に分散させるためのものである。この気体混入部３としては、図１（ｂ）のように、液体に供給された気体のブロックを、管内の断面積変化で液体の流速を増減変化させることにより分裂させて微細化した気泡を得るベンチュリ管５を使用することができる。このベンチュリ管５は、流入側から流出側に向かって断面積が徐々に小さくなる流入側管部５ａと、ベンチュリ管５内において断面積が最も小さくなる絞り管部５ｂと、流入側から流出側に向かって断面積が徐々に大きくなる流出側管部５ｃとからなる。絞り管部５ｂには気体供給部２の一端が接続してあり、この気体供給部２から供給された気体は、絞り管部５ｂ内において液体に注入されるようになっている。この例では、流出側管部５ｃの長さ（Ｔ_２）は流入側管部５ａの長さ（Ｔ_１）よりも長く形成されており、それにより、流入側管部５ａで断面積が小さくなることにより減圧され、絞り管部５ｂで気体と混合した後、流出側管部５ｃで急激に加圧されながら減圧部４に送り出されることとなり、この加圧によって気体が分裂して分散されて微細な気泡が形成されることになる。

図２は、このような微細な気泡の形成を説明する説明図であり、（ａ）はベンチュリ管５を用いて気体を注入して分裂させるモデルの断面図を示し、（ｂ）はその際の圧力変動の概略を示すグラフを示している。図２（ａ）で示すように、気体注入部２から注入された気体はミリメートルからマイクロメートルの気泡（Ｂ_１）となる。そして、一般的にベンチュリ管５では減圧後、管断面積が大きくなる部分（流出側管部５ｃ）で急な加圧状態になり、その急加圧により気体の分裂状態が発生する。こうして分裂された気体は微細な気泡（Ｂ_２）となって、減圧部４側に流れるに従って分散される。図２（ｂ）のグラフは、（ａ）のベンチュリ管５の位置に合わせて横軸を設定しており、縦軸はその位置における圧力を示している。図示のように、流路１５での圧力はベンチュリ管５の流入側管部５ａに入る（ｔ_１）にしたがい次第に圧力が減少し、絞り管部５ｂの位置（ｔ_２）で圧力が最小となる。そして、流出側管部５ｃで急激に加圧されて（ｔ_Ｐ）、その後、流路６に入る（ｔ_３）と元の圧力に回復する。このような圧力変動により、気体を微細な気泡に分裂させるのである。なお、気体供給部２を液体供給部１よりも上流側に設けて気体を液体に供給して気泡を形成した場合においても、同様にして気体混入部３にて気体を細分化させることができる。

このようにベンチュリ管５を用いれば、簡単な構成にて、気体を微細な気泡にして分散させることができると共に、高濃度の気液混合体を安定して得ることが可能になるものである。

図３は、本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、水道配管１９で液体供給部１を形成した例を示すものである。このように、液体供給部１を所定の水圧で水が供給される水道配管１９で形成することもできる。この例によれば、水道配管１９は所定の水圧で水を供給するので、水を気体混入部３に送り込むことによる押し込み圧で、気体混入部３内で気体を混入することができるものである。従ってこのものでは、ポンプ１８などの動力が不要になるので、装置の製造コストを一層低減することができるものである。

上記のように形成される気液混合装置にあって、ポンプ１８又は水道配管１９などで形成される液体供給部１を作動させ、流路１５を通して気体混入部３へ液体を圧送して供給する。

このように気体混入部３内を液体が流れる際に、気体供給部２から気体混入部３内に気体が吸引されて液体に注入される。そしてこのように気体が注入された液体が気体混入部３内でさらに圧送されて、（ベンチュリ管５の場合は流出管部５ｃの流出側に向かうのにしたがってさらに加圧力が加わって）減圧部４に向かって送り出されることによって、この圧送による押し込み力で気体混入部３内の流出側において気体と液体の混合体に圧力が加わる。このように気体混入部３内の断面積を増減変化することにより液体の流速を変化させながら液体と気体を混合することによって、微細な気泡となった気体が液体中に飽和溶解量以上の高濃度で分散した高濃度に気体を混入させた気液混合体を得ることができるものである。

このときの気体混入部内３の圧力としては、例えば、水温２７℃の水に空気を混合して気体混入部３を通過した直後の圧力が０．５ＭＰａになるように加圧するような条件に設定することができ、このような条件により、微細な気泡が高濃度で分散した気液混合体を造ることができるものである。

また、上記のように気体混入部３内において気体を注入して強制的に分裂させ、高濃度で気体が分散した気液混合体を短時間で生成することができるため、気体混入部３内で生成された気液混合体を流路６を通して送り出しながら、気体混入部３内で連続的に液体に気体を注入、分裂及び分散するようにすることができるものである。従って、気体混入部３を簡単な構成で形成することができるものであり、装置規模を小さくして装置のコストを低減することが可能になるものである。

そして、上記のように気体混入部３で生成された気液混合体は、流路６を通して送り出されるが、気体混入部３内で気液混合体は加圧された状態にあるので、そのまま大気圧下にある外部に排出されると、急激な圧力低下によって、気液混合体中の気泡が合体して大きな気泡になって、気液混合体から気体が放出され気液混合体中に含まれる気体の量が減少したりすることがある。このために本発明では、流路６に減圧部４を設け、気体混入部３内で加圧された状態の気液混合体を流路６を通して送り出す際に、減圧部４で大気圧まで大きな気泡や気体を発生させることなく減圧をした後に吐出するようにしてある。

ここで、気体混入部３内で生成されるのと同じ濃度の気液混合体について、気体混入部３内で加圧されている圧力と同じ圧力から大気圧まで減圧する際に、混入している気体が急激に気泡化し大きな気泡となったり、気泡同士が合体して大きな気泡となり気体が気液混合体から分離しない減圧度を、予め計算や測定で求めておき、減圧部４をこの予め求めた減圧度で、気液混合体が流入側する側から流出側に向かって、気液混合体の圧力を段階的に、あるいは連続的に、徐々に大気圧まで減圧できるように設定してある。従って、気体混入部３内で加圧状態にある気液混合体を、減圧部４において混入している気体が急激に気泡化し大きな気泡となったり、気泡同士が合体して大きな気泡となり気体が気液混合体から分離しない減圧度で徐々に大気圧まで減圧した後に、流路６の先端から吐出することによって、微細な気泡となった気体が液体中に高濃度で分散し高濃度に気体が混入する気液混合体を吐出することができるものである。

そして、この減圧部４は、気体混入部３から気液混合体を送り出す流路６によって構成されており、その流路６は、気液混合体の流入側から流出側に向かって流路断面積が徐々に小さくなるように形成されている。それにより、気泡が合体したり気体が発生して放出したりすることを防止するものである。さらにこの流路６は、局所的な減圧や急減圧が生じないように、流路が急激に絞られたような部分を有さないものである。それにより、気泡の合体や気体の発生をより確実に防止することができ、また、比較的太い流路に形成することが可能となって異物が混入しても詰まるようなことを防止することができるものである。

図４は、減圧部４の具体的な実施の形態の一例を示すものであり、気体混入部３に接続される流路６を流路断面積が異なる複数の管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを備えて形成し、この流路断面積の異なる複数の管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃで減圧部４が形成されるようにしてある。

図４（ａ）の実施の形態では、流路断面積が異なる、つまり内径の異なる複数の管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを一体に連ねるようにしてあり、気液混合体の流れの上流側から下流側へと、徐々に管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの径が小さくなるようにしてある。また図４（ｂ）の実施の形態では、内径の異なる複数の管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃをレジューサ２１を介して接続して連ねるようにしてあり、気液混合体の流れの上流側から下流側へと、徐々に管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの径が小さくなるようにしてある。さらに図４（ｃ）の実施の形態では、気液混合体の流れの上流側から下流側へと連続的に径が小さくなる管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを一体に連ねるようにしてある。

この図４のものにあって、各管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの内径はφｄ_１＞φｄ_２＞φｄ_３であるので、各管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ内の気液混合体の流速はＶ_１＜Ｖ_２＜Ｖ_３となり、各管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ内の気液混合体の圧力はＰ_１＞Ｐ_２＞Ｐ_３となる。従って、気体混入部３から送り出される気液混合体の圧力Ｐ_１を混入している気体が急激に気泡化し大きな気泡となったり、気泡同士が合体して大きな気泡となり気体が気液混合液から分離しない減圧度で、図４（ａ）（ｂ）のものでは段階的に減圧して、また図４（ｃ）のものでは連続的に減圧して、Ｐ_３の大気圧まで徐々に下げることができるものである。

図５は、減圧部４の具体的な実施の形態の他の一例を示すものであり、気体混入部３に接続される流路６に、液体の流れ方向に沿って複数の圧力調整弁７（７ａ，７ｂ，７ｃ）と、この各圧力調整弁７ａ，７ｂ，７ｃの気液混合体を流出する側に、各圧力調整弁７ａ，７ｂ，７ｃの流路断面積以下の流路断面積を有する複数の流路６（６ａ，６ｂ，６ｃ）とを設けることによって、減圧部４を形成するようにしてある。このように減圧部４を複数の圧力調整弁７と複数の流路６を備えて形成することによって、大きな気泡や気体が気液混合体から分離しない減圧度で気液混合体の圧力を効率よく段階的に徐々に下げることができるものである。

各圧力調整弁７ａ，７ｂ，７ｃと各流路６ａ，６ｂ，６ｃは、気液混合体から気体の分離を生じない減圧度で減圧するように減圧度や流路断面積が設定されているものであり、各圧力調整弁７ａ，７ｂ，７ｃの減圧度は予め計算や測定で求めた数値に設定されるものである。例えば、気体混入部３から流路６に送り出された気液混合体の加圧圧力が０．５ＭＰａであるとき、気体が発生しない減圧量が０．１２ＭＰａであると測定によって判明しているとすると、圧力調整弁７ａで気液混合体の圧力を０．１２ＭＰａ減圧して、０．３８ＭＰａに落とす。また気液混合体の加圧圧力が０．３８ＭＰａであるとき、混入している気体が急激に気泡化し大きな気泡となったり、気泡同士が合体して大きな気泡となり気体が気液混合体から分離しない減圧量が０．１６ＭＰａであると測定によって判明しているとすると、次の圧力調整弁７ｂで気液混合体の圧力を０．１６ＭＰａ減圧して、０．２２ＭＰａに落とす。さらに気液混合体の加圧圧力が０．２２ＭＰａであるとき、気泡が分離しない減圧量が０．２２ＭＰａ以上であると測定によって判明しているとすると、次の圧力調整弁７ｃで気液混合体の圧力を０．２２ＭＰａ減圧して、加圧圧力を０ＭＰａに落とし、大気圧まで減圧することができるものである。

また、各圧力調整弁７ａ，７ｂ，７ｃの流出側に配設された各流路６ａ，６ｂ，６ｃは、流路断面積が各圧力調整弁７ａ，７ｂ，７ｃの流路断面積と同じか又はそれよりも小さいものである。それにより、急激な減圧を生じることなく気液混合体を流出側に送り出すことが可能となり、気泡の合体や気体の気液混合液からの分離を防止することができる。尚、圧力調整弁７による減圧量は、液体の種類、温度、気体の種類、溶解濃度、気体混入部３内の圧力、流路６の径などに応じて変動するものであり、装置毎に、計算や測定をして、適宜設定されるものである。

図６は、減圧部４の具体的な実施の形態の他の一例を示すものであり、気体混入部３に接続される流路６に、液体の流れ方向に沿って複数の圧力調整弁７（７ａ，７ｂ，７ｃ）と、この各圧力調整弁７ａ，７ｂ，７ｃの気液混合体を流出する側に、流路断面積が同一に形成された複数の流路６とを設けることによって、減圧部４を形成するようにしてある。このように減圧部４を複数の圧力調整弁７と複数の流路６を備えて形成することによって、大きな気泡や気体が気液混合体から分離しない減圧度で気液混合体の圧力を効率よく段階的に徐々に下げることができるものである。

各圧力調整弁７ａ，７ｂ，７ｃと各流路６は、気液混合体から気体の分離を生じない減圧度で減圧するように減圧度や流路断面積が設定されているものであり、各圧力調整弁７ａ，７ｂ，７ｃの減圧度は予め計算や測定で求めた数値に設定されるものである。すなわち、各圧力調整弁７ａ，７ｂ，７ｃによる圧力の調整は、図５の実施の形態と同様にして設定することができる。こうして急激な減圧を生じることなく気液混合体を流出側に送り出すことが可能となり、気泡の合体や気体の気液混合液からの分離を防止することができるものである。

図７は、減圧部４の具体的な実施の形態の他の一例を示すものであり、気体混入部３に接続された流路６を通して気液混合体を排出する際に、流路断面積と流路長さを調整して気液混合体が流路６内を流れる際の圧力損失によって、混入している気体が急激に気泡化し大きな気泡となったり、気泡同士が合体して大きな気泡となり気体が気液混合体から分離しない減圧速度で気液混合体の圧力を徐々に連続的に低下させ、気液混合体の圧力を大気圧にまで低下させるようにした例である。従って図７の実施の形態では、気体混入部３内での圧力がＰ_１の気液混合体を、流路６内を通過させる際にＰ_２〜Ｐ_ｎ−１へと、気液混合体に気泡が分離しない減圧速度で徐々に連続的に圧力を低下させ（Ｐ_１＞Ｐ_２＞Ｐ_ｎ−１）、流路６の終端では気液混合体の圧力Ｐ_ｎが大気圧にまで低下するように、流路６の流路断面積と管路長Ｌを設定するようにしてあり、このような流路断面積と管路長さＬを有する流路６によって減圧部４が形成されるものである。

管路長さＬと管路の内径ｄとは、次の式が成り立つ。すなわち、
管路摩擦損失による圧力低下： ΔＰ＝λ・（Ｌ／ｄ）・（ｖ_２ ^２／２ｇ）
［Ｐは気体混入部３内の圧力、λは管摩擦係数、ｖ_２は終端流速、ｇは重力加速度]
これ以外の損失の一例として、
流路断面積が緩やかに縮小する場合の圧力損失ｈは、
ｈ＝ζ・（ｖ_２ ^２／２ｇ）
［ζは損失係数］
したがって、これらの式から計算して流路６の流路断面積と管路長さＬを設定することができるものである。このように、流路６の流路断面積と管路長さＬとを調整して減圧部４を形成することができるものであり、気液混合装置の構造を簡単なものに形成することができるものである。

図８は、減圧部４の具体的な実施の形態の他の一例を示すものであり、気体混入部３に接続された流路６を通して気液混合体を排出する際に、気液混合体の流入側から流出側に亘って流路断面積が同一になるように形成された流路６の流路長さを調整して気液混合体が流路６内を流れる際の圧力損失によって、混入している気体が急激に気泡化し大きな気泡となったり、気泡同士が合体して大きな気泡となり気体が気液混合体から分離しない減圧速度で気液混合体の圧力を徐々に連続的に低下させ、気液混合体の圧力を大気圧にまで低下させるようにした例である。従って図８の実施の形態では、気体混入部３内での圧力がＰ_１の気液混合体を、流路６内を通過させる際にＰ_２〜Ｐ_ｎ−１へと、気液混合体に気泡が分離しない減圧速度で徐々に連続的に圧力を低下させ（Ｐ_１＞Ｐ_２＞Ｐ_ｎ−１）、流路６の終端では気液混合体の圧力Ｐ_ｎが大気圧にまで低下するように、流路６の流路断面積と管路長Ｌを設定するようにしてあり、このような流路断面積と管路長さＬを有する流路６によって減圧部４が形成されるものである。

この実施の形態において、管路長さＬは、次の式から設定することができる。すなわち、
Ｐ＝λ・（Ｌ／ｄ）・（ｖ^２／２ｇ）
［Ｐは気体混入部３内の圧力、λは管摩擦係数、ｄは流路６の内径、ｖは気液混合体の流速、ｇは重力加速度]
から、Ｌ＝（Ｐ・ｄ・２ｇ）／（λ・ｖ^２）を導くことができ、この式から計算して流路６の管路長さＬを求めることができるものである。このように、流路断面積が同一に形成された流路６の管路長さＬを調整して減圧部４を形成することができるものであり、気液混合装置の構造をさらに簡単なものに形成することができるものである。

上記のように本発明では液体供給部１によって液体を気体混入部３に圧送し、この際の押し込み圧によって気体混入部３内で気体を混入して分散させるようにしているものであり、押し込み圧を受けることによって気体混入部３内に必要な圧力が発生するようにする必要がある。このように液体供給部１からの押し込み圧を受ける圧力を確保するために、気体混入部３の流出側の流路６に絞り弁などの絞り部を設けることが考えられるが、このように絞り部を流路６に設けると、気体混入部３で生成された気液混合体を流路６に送り出して排出する際に、絞り部の前後で大きな圧力差が生じ、気液混合体が急激に減圧されることになり、混入している気体が急激に気泡化し大きな気泡となったり、気泡同士が合体して大きな気泡となり気体が気液混合体から分離するおそれがある。

そこで図９の実施の形態では、流路６の圧力損失を利用して、流路６に絞り部を設ける必要なく、押し込み圧を受ける圧力を確保するようにしている。このとき、上記各実施形態の流路６の長さでは、流路６の圧力損失で押し込み圧を受ける圧力を確保することは難しいので、流路６の気体混入部３と反対側の端部に延長流路８を付加するようにしてある。すなわち、減圧部４の流路６も含めた全体の圧力損失を算出し、液体供給部１からの押し込み圧によって気体混入部３内で液体と気体を加圧するのに必要な圧力と、この流路６の圧力損失との差を算出し、さらにこの差の圧力損失が生じる管路の長さを上記の式から算出して、この管路長さの延長流路８を流路６に付加するようにしてある。このように、流路６の圧力損失と延長流路８の圧力損失の和が、液体供給部１で圧送される液体の押し込み圧によって気体混入部３内で気体を分裂して分散するのに必要な圧力となるように、流路６に延長流路８を付加することによって、絞り弁などの絞り部を用いる必要なく、液体供給部１からの押し込み圧で気体混入部３内の加圧力を確保して、気体を細分化し液体に分散させることができるものである。

ここで、上記の各例においては、流路６を一つの流路６にて構成してある。そのため、複数の流路を設けて減圧部４を形成する場合のような装置構成が複雑になることがなく、簡単な構成にて減圧部４を形成することができるものである。

上記のように形成される本発明の気液混合装置は、空気、二酸化炭素、窒素、酸素、オゾン、アルゴン、水素、ヘリウム、メタン、プロパン、ブタン等のガスを単一で又は混合気体が微細な気泡となって高濃度で分散された気液混合体を生成して供給することができるので、環境分野、製造・産業分野、農林水産分野、家庭用分野、医療分野や、その他の各種の分野において使用することができるものである。

１液体供給部
２気体供給部
３気体混入部
４減圧部
５ベンチュリ管
６流路
７圧力調整弁

Claims

液体を供給する液体供給部と、液体に気体を供給する気体供給部と、供給された気体を液体に注入すると共に細分化して液体中に分散させる気体混入部と、気体混入部で気体を分散させた気液混合体の圧力を、気液混合体の流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧する減圧部とを備え、減圧部は、気液混合体の流入側から流出側に向かって流路断面積が徐々に小さくなるように又は気液混合体の流入側から流出側に亘って流路断面積が同一になるように形成された、気体混入部から気液混合体を送り出す流路によって構成され、液体供給部、気体供給部、気体混入部の各部を連続的に運転させて、減圧部に気液混合体を連続的に供給して気体を液体に混入させて成ることを特徴とする気液混合装置。
減圧部を、気体混入部から気液混合体を送り出す流路に設けられ、気液混合体の圧力を段階的に減圧する複数の圧力調整弁と、各圧力調整弁の気液混合体を流出する側に配設され、各圧力調整弁の流路断面積以下の流路断面積を有する連結された複数の流路とで構成して成ることを特徴とする請求項１に記載の気液混合装置。
減圧部を、流路断面積と流路長さの調整で気液混合体の圧力を大気圧にまで減圧するように形成された流路で構成して成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の気液混合装置。
減圧部は、一つの流路で形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の気液混合装置。
気体混入部をベンチュリ管で構成して成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の気液混合装置。