JP2011072964A

JP2011072964A - 気液混合装置

Info

Publication number: JP2011072964A
Application number: JP2009229616A
Authority: JP
Inventors: Yoji Nakajima; 洋司中島
Original assignee: Nakashima Kogyo Corp
Current assignee: Nakashima Kogyo Corp
Priority date: 2009-10-01
Filing date: 2009-10-01
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2029-10-01
Also published as: JP5413726B2

Abstract

【課題】液中に微細な気泡が分散された気泡液を、コンパクトな装置で効率良く製造する手段を提供する。
【解決手段】一端に液体が流入する流入口１、他の一端に液体が流出する流出口２、外周面に液体が流れる流路３、更に流入口１から流路３の一端に液体を導く通液路４と、流路３の他端から流出口２に液体を導く通液路５がそれぞれ形成され、該流路３の全面が樹脂膜にクレーズを生成してなる気体透過性フィルム６にて被覆されてなる円柱状の通液体７と、両端が開放状態にある筒状体の周面に通気口８、該筒状体の内周内に上記全面が樹脂膜にクレーズを生成してなる気体透過性フィルム６にて被覆されてなる通液体７を収納して、該通液体７の外周面と該筒状体の内周との間に、加圧された気体を収容する中空間９を形成するケーシング１０で構成され、流路３が螺旋状に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、気体を液体中へ混入させるための技術に係り、詳しくは水や油等の液体中に空気等の気体を超微細な気泡の形態にて混気させるための気液混合装置に関するものである。

気体を液体へ混入させ、気液混合液を得る装置としては、次に記載する装置等が知られている。

特許文献１に記載されている技術は、超微細気泡発生装置に設けられた気体溶解器に関するもので、上流側のスクリュー部と下流側のカッター部とで構成される筒状の本体を備えた静止形ミキサが開示されている。静止形ミキサのスクリュー部は、本体と仕切棒と螺旋羽根により構成されており、カッター部は、本体と本体の内周面に突設され複数の突起とにより構成されている。連絡管から流入した気液二相流体はスクリュー部で回転力と強い捻りを付与されて旋回状態となり、カッター部に流入して突起と接触することにより気液二相流体の流れが乱され、気体の溶解が促進されるというものである。

特開２００６−１５９１８７号公報

特許文献１で開示されているように、気体溶解器においては、筒状部材の内周面に設けられた突起部にスクリュー部で回転力と強い捻りを付与させた気液二相流体を接触させて溶解を促進させる等のように、筒状部材の内部にスクリュー部、多数の突起部を設ける等、製造コストが掛かるものとなっており、また、生成される気泡も超微細な気泡と特定されるに至ったものとはなっていない。

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、水や油等の液体中に空気等の気体を超微細な気泡の形態にて混気させるための気液混合装置を、構造を簡素化すると共に多種多様の液体および混気可能な流動体に超微細な気泡が混入できる技術を携えて提供する。

本発明の気液混合装置は、比較的短径な装置で超微細な気泡が豊富に混入された気泡含有液を生成する装置であり、構成を図に符号を付して示すが、これは一実施例であり特に限定されるものではない。

図１は、本発明の構成を説明する概略断面図であり、少なくとも円柱状の通液体７の一端に水や油等の流体（以下、総じて「液体」と記載する）が流入する流入口１が形成され、流入口１には液体が送液されてくる通液管１２が勘合されている。
通液体７の他の一端には超微細な気泡が混入された気泡含有液が排出される流出口２が形成され、流出口２には出液管１３が勘合されている。

通液体７の外周面には、液体が流れる凹状流路３が螺旋状に数条形成され、該流路３の凸部全面は樹脂膜にクレーズを生成してなる気体透過性フィルム（以下、「クレーズフィルム」と記載する）６にて密着被覆される。

通液路４は、流入口１から流路３の一端（始点）に液体を導くため、通液体７内に設けられた貫通孔であり、通液路５は、流路３の他端（終点）から流出口２に超微細な気泡が混入された気泡含有液を導くため、通液体７内に設けられた貫通孔である。

ケーシング１０は、両端が開放状態にある筒状の外郭構成体であり、外周面に通気口８を構成すると共に、内周内に通液体７を収納して、流路３の凸部全面を密着被覆するクレーズフィルムの外周面とケーシング１０の内周との間に、加圧された気体を収容する中空間９を形成する。

本発明において流路を螺旋状に形成させた理由の一つは、液体の通過する面積を多く確保して超微細な気泡を液中に取り入れる領域を増大させることにある。

請求項２に記載の発明は、流入口１における流量に対して、螺旋状の流路３を狭間状に形成し液体の流入領域を制限することにより、流入口１より流入された液体が流路３を通過する際の流速を増速させるもので、加圧状態にある気体がクレーズフィルム６を透過して液中になす気泡発生過程の初期段階において、気体透過面に成長する気泡を前記流速が増速された液流によりせん断し、超微細な気泡の状態で液中に混入させることを要旨とする気液混合装置である。

請求項３に記載の発明は、流量調節バルブ（図示しない）を用いて液体の流量を制御すると共に、レギュレータ（図示しない）を用いて、クレーズフィルム６を透過させる気体の加圧程度を制御することにより、液体の特質に適した気泡の混入条件を設定することを要旨とする気液混合装置である。

一例として、液体を重油、混入するガスを空気等の気体とした場合、重油は水と比較して粘度の高い流体であるが、流量調節バルブで流量を調整することで送圧を制御すると共に、レギュレータでクレーズフィルム６を透過させる気体の加圧程度を送圧に対して適宜高めに設定することで所望する超微細気泡含有液が精製される。

請求項４に記載の発明は、加圧状態の気体を液中に透過させる気体透過性フィルムが、加圧状態の気体を液中に透過させる条件下で気体の透過量を制限し得る機能をもつ微細な気孔を有してなる加圧気体透過性膜で構成されることを要旨とする請求項１に記載の気液混合装置であり、適用される気体透過性フィルムとして、微細な連通孔を有するポーラスフィルム、ＰＴＦＥ等の気体透過性多孔質膜を挙げることができる。

本発明は、大掛かりな装置を用いることなく、超微細な気泡を多種の液体中に混入することを容易なものとした気液混合装置であり、重油等の油類に混気を施すことにより燃焼効率が改善され、混気を施された水等は水質の浄化、洗浄水、飲料水等に広く活用されるばかりでなく、汚水や排水等の廃液処理においても微生物の活性化が図られることから必要な装置となる。

本発明の気液混合装置の概略構成図である。本発明に係る通液体７の概略説明図である。本発明に係る通液体本体の別の形態を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて更に詳細に説明する。

［気液混合装置の構成］
本発明の気液混合装置は、図１の概略構成図に示すように少なくとも円柱状の通液体７の一端に液体が流入する流入口１が形成され、流入口１にはポンプ等で送液され、流量調節バルブを経て加圧状態を制御制御された液体を気液混合装置１３に導く通液管１２が勘合されている。通液体７の他の一端には、液体が流路３を通過する際に精製された超微細気泡含有液が排出される流出口２が形成され、流出口２には出液管１３が勘合されている。図においては、出液管１３が同径の円筒管として表現されているが、出液管１３は、先端の径が狭まった状態のノズルであってもよい。

通液体７の外周面には、液体が流れる凹状流路３が、該流路３を構成する隔壁１４により螺旋状に数条形成され、該流路３の凸部全面はクレーズフィルム６にて密着被覆される。

通液路４は、流入口１から通液体７の外周面に形成された数条の流路３の一端（始点）にそれぞれ液体を導くため、通液体７内に設けられた貫通孔であり、通液路５は、流路３の他端（終点）から流出口２に微細な気泡が混入された気泡含有液を導くため、通液体７内に設けられた貫通孔である。

ケーシング１０は、両端が開放状態にある筒状の外郭構成体であり、外周面に構成された通気口８には、レギュレータを用いて、クレーズフィルム６を透過させる気体の加圧程度を制御された気体を導く通気管１１が勘合されている。ケーシング１０内周は、内周内に通液体７を収納して、流路３の凸部全面を密着被覆するクレーズフィルム６の外周面とケーシング１０の内周との間に、加圧された気体を収容する中空間９を形成するような構成となっている。

［超微細な気泡の生成］
中空間９に収容された加圧状態の気体は、通液体７の外周面に形成された凹状流路３の全面に密着被覆されているクレーズフィルム６を透過して流路３を流れる液体中に超微細な泡の常態で生成される。加圧された気体のクレーズフィルム６透過が、該加圧された気体がクレーズを構成する微細なボイド（微細な連通孔）を拡張して強制的に透過する一方、透過する気体がボイド（微細な連通孔）に透過量を制限されながら徐々に透過されるものであるため、これにより、超微細な気泡が液中に生成される。

［加圧された微細な気泡］
加圧された微細な気泡が容易に液中に融合されることは、次式により表される。
ｗ＝ｋＰ
この式においてｗは液体に溶ける気体の質量、Ｐは気体の圧力であり、ｋは比例定数である。
このことから、溶ける気体の質量は気体の圧力に正比例することが解る。
つまり液体に気体が溶けるときには、その液体に接触している気体の圧力が高くなるほど多くの気体が液体に溶けることになるのである。

本発明の気液混合装置は、液体を水とし、気体を空気とした場合に、水中に２００ｎｍ〜５μｍ程度の超微細な気泡が容易に生成される装置であって、水中に生成された微細な気泡は目視できるものでも、浮力が小さく、水中を漂い、一方視認できない超微細な気泡にあっては水に溶け込みあるいは混合されて水中に滞留することから、超微細気泡を豊富に含有する気液混合水を精製することができる。

［クレーズフィルム］
本発明に用いるクレーズフィルムは、樹脂膜にクレージング処理を施すことにより気体透過性を発現させたフィルムである。クレーズは、基本的に、特許第３１５６０５８号公報に開示されているものと同様なものであり、樹脂フィルムの分子配向の方向と略平行に、幅が一般に０．５〜１００μｍ、好ましくは１〜５０μｍのものである。このクレーズが、フィルムの厚み方向に貫通しているクレーズの数の割合が全クレーズの数に対して１０％以上、好ましくは２０％以上、特に好ましくは４０％以上必要であり、貫通している割合が上記範囲未満であると十分な通気性が得られ難くなる。
ここで言うクレーズとは、樹脂膜の表面に現れる表面クレーズと内部に発生する内部クレーズを含むものであって、微細なひび状の模様を有する領域を言う。

図１において、クレーズフィルム６の外周面に配置される不織布１５は通気性と整形性を有する素材からなり、掛かる気圧並びに液圧より、クレーズフィルム６の変形及び通液体７の周面におけるフィルム剥離を防止するためのフィルム保護材であり、通気性と整形性を有する素材であれば不織布に特定されるものではない。
糸状線材１６もフィルム保護材であり、通液体７の周面におけるフィルム剥離を防止する目的で不織布１５の周面を任意の間隔で回巻き締結される。糸状線材の素材としは耐水性、耐油性等に優れていることからも、釣り糸が適した素材といえる。

中空間９の両端は、図１に示すようにパッキン１７、Ｏリング１８等を採用して、気体の漏れ、並びに漏液が防止される。気体の漏れ、並びに漏液を防止する方法、構造については、特定されるものではない。

１流入口
２流出口
３流路
４通液路
５通液路
６樹脂膜にクレーズを生成してなる気体透過性フィルム（クレーズフィルム）
７通液体
８通気口
９中空間
１０ケーシング
１２通液管
１３気液混合装置
１４隔壁
１５不織布
１６糸状線材
１７パッキン

Claims

一端に液体が流入する流入口１、他の一端に液体が流出する流出口２、外周面に液体が流れる流路３、更に流入口１から流路３の一端に液体を導く通液路４と、流路３の他端から流出口２に液体を導く通液路５がそれぞれ形成され、該流路３の全面が樹脂膜にクレーズを生成してなる気体透過性フィルム６にて被覆されてなる円柱状の通液体７と、両端が開放状態にある筒状体の周面に通気口８、該筒状体の内周内に上記全面が樹脂膜にクレーズを生成してなる気体透過性フィルム６にて被覆されてなる通液体７を収納して、該通液体７の外周面と該筒状体の内周との間に、加圧された気体を収容する中空間９を形成するケーシング１０で構成され、流路３が螺旋状に形成されていることを特徴とする気液混合装置。
流入口１における流量を、螺旋状の流路３を狭間状に形成して制限することで、流入口１より流入された液体が流路３を通過する際、流速が増速されることにより、樹脂膜にクレーズを生成してなる気体透過性フィルム６を透過して液中になす気泡発生過程の初期段階において、気体透過面に成長する気泡を前記流速が増速された液流によりせん断され、生成される気泡を超微細な気泡の状態で液中に混入させることを特徴とする請求項１に記載の気液混合装置。
流量調節バルブにて流入口１における液体の流量を制御して、狭間状に形成された螺旋状の流路３における流速を制御することと、レギュレータにて、樹脂膜にクレーズを生成してなる気体透過性フィルム６を透過させる気体の加圧程度を制御することにより、液体の特質に適した気泡の混入条件を設定する請求項１に記載の気液混合装置。
加圧状態の気体を液中に透過させる気体透過性フィルムが、気体の透過量を制限し得る機能をもつ微細な気孔を有してなる加圧透過性膜で構成される請求項１に記載の気液混合装置。