JP2011183350A

JP2011183350A - 気液混合装置

Info

Publication number: JP2011183350A
Application number: JP2010053911A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Hayami; 哲哉速水
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2011-09-22

Abstract

【課題】超音波振動を効率よく気体が混合された液体に付与し、液体中の気体を均一に分散若しくは溶解させることができる気液混合装置を提供する。
【解決手段】大径部２１、小径部２２、移行部２３とによって構成される外側容器２０と、前記外側容器の中に配置される内側容器３０と、大径部に対応する位置にある第１の液体空間６１、前記移行部に対応する位置にある移行空間６２、及び前記小径部に対応する第２の液体空間６３からなる外側流路６０と、第２の液体空間に開口する開口部を有する混合空間７０と、混合空間に向けて気体を噴射する気体噴射ノズル５２と、前記外側容器の外部から前記第１の液体空間に延出し、前記大径部の側壁に沿って液体を放出する液体流入パイプ５１と、前記混合空間から前記外側容器の外部に延出する溶解液排出パイプ５３と、前記混合空間に向けて超音波振動を発する超音波発信手段４０とを具備する。
【選択図】図１

Description

この発明は、超音波振動子を使用して効率良く、気液混合を行う気液混合装置に関する。

特許文献１は、配管系に導入した原水を二つの流路に分岐し、原水供給ポンプを用いて原水を流すオゾン溶解部を形成した一方の流路にオゾンを注入して溶解させ、この水を他方の流路を流れる原水と再び合流させて混合し、この混合流を複数個の仕切り板を有する槽からなる滞留部に送り、ここで上下迂回流として一定時間滞留させた後、処理水を取り出す分離注入式オゾン接触方法を開示する。この分離注入式オゾン接触方法において、オゾン溶解部近傍で、原水供給ポンプの吐出側と原水の合流点の間の配管に取り付けた超音波発振装置を用いて、オゾンガスの気泡が会合するのを抑制することが開示されている。

特許文献２は、気液混合槽に超音波振動子を設け、液を微細粒子にし気体と効果的に接触、混合させ、またその液微細粒子を凝集することで混合液を得る気液混合装置を開示する。

特許文献３は、溶液に超音波を照射して溶液の改質を行う溶液の改質装置において、溶液の流路とその両端の溶液供給口及び溶液排出口と、該流路に開口した気体噴出孔に気体を供給する気体供給口と、該気体供給口と溶液排出口との間の流路を移動中の溶液に超音波を照射する超音波素子を備えた改質部本体、溶液タンクから該溶液供給口に溶液を供給する送液部、前記気体供給口に気体を供給する送気部、前記超音波素子の駆動部、及び前記溶液排出口から排出される改質後の溶液を廃液タンクに導く排液部とを有する改質装置を開示する。

特開平８−２９９９７１号公報特開２０００−１８９７７５号公報特開２００５−１１１３２４号公報

特許文献１では、原水にオゾンを効率良く混合させるために超音波発振装置をオゾンが付加された原水が通過する配管上に設け、配管を振動させてオゾンが付加された原水を振動させる構造であるため、付加されるエネルギーに対してオゾンの気相から液相への移行効率が低いという問題点がある。

また、特許文献２では、超音波振動子によって液体を微細粒子にして気体と接触、混合させるものであるため、装置自体が大型になるという問題点がある。

また、特許文献３では、気体と液体が混合した溶液を、蓋体から一体構造の仕切が設けられて流路長が長くされた処理部位において、超音波照射され、溶液の改質を行うものであるが、特許文献３に開示される構造では、気体が前記仕切上部に滞留したり、液体中に偏って存在する等、気体の液体への分散が不均質であるため、超音波振動を与えても効率良く、気体が液体に溶解したり、分散することがないという不具合を生じる。

このため、この発明は、超音波振動を効率よく気体が混合された液体に付与し、液体中の気体を均一に分散若しくは溶解させることができる気液混合装置を提供することにある。

本願発明に係る気液混合装置は、大径円筒状に形成された大径部、小径円筒状に形成された小径部、及び前記大径部から前記小径部に移行する移行部とによって構成される外側容器と、該外側容器の形状に対応した形状を有し、前記外側容器の中に配置される内側容器と、前記外側容器と前記内側容器の間に画成され、大径部に対応する位置にある第１の液体空間、前記移行部に対応する位置にある移行空間、及び前記小径部に対応する第２の液体空間からなる外側流路と、前記内側容器内に画成され、前記第２の液体空間に開口する開口部を有する混合空間と、前記外側容器の小径部端部から前記第２の液体空間に延出し、前記混合空間に向けて気体を噴射する気体噴射ノズルと、前記外側容器の外部から前記第１の液体空間に延出し、前記大径部の側壁に沿って液体を放出する液体流入パイプと、前記混合空間から前記外側容器の外部に延出する溶解液排出パイプと、前記混合空間に向けて超音波振動を発する超音波発信手段とを具備するものである。また、前記液体流入パイプは、気液混合の特性に合わせて、前記第１の液体空間の下部又は上部に配置することが望ましい。

これによって、液体流入パイプから流入する液体は、内側容器の外側に画成された第１の液体空間をその側壁に沿って放出されるので旋回流となって第１の液体空間を上昇し、移行空間から第２の液体空間に沿って容積が小さくなることからその流速を速め、内側容器の開口部から内側容器内に画成された混合空間に流入する。このとき、前記気体噴射ノズルから前記混合空間に向けて気体が噴射されるので、噴射された気体は液体に巻き込まれるように液体と共に混合空間に流入し、気体は液体中に分散する。さらに、気体が分散した液体に向けて超音波振動が付加されるので、気体及び液体が微細粒子化されて改質され、気体が均等に分散した液体又は気体が均等に溶解した溶液を得ることができるものである。

液体としては、水、エタノール等の溶媒、オゾン、水素、酸素、窒素、常温で気体として存在する原子若しくは分子からなる溶質であることが望ましい。

このように、本願発明の様相は、段差のある２本の筒状の容器内に旋回流を作る構造を有することであり、また、該旋回流を、筒の径を変えることによって旋回速度に変化を持たせた構造であり、気体混合液に対し超音波を照射して、気泡を微細化する構造にある。

以上により、本願発明によれば、気体を微細化して効率よく液体中に分散させることができると共に、液体自体も改質することができるので、排出された気液混合液の効果を向上させることができるものである。具体的には、例えば本願発明に係る気液混合装置において、オゾンと水と混合させる場合、水に含まれるオゾン濃度を通常の場合よりも向上させることができるために、洗浄殺菌溶液としての効果を向上させることができるものである。

本願発明に係る気液混合装置の概略構成図である。本願発明に係る気液混合装置の実施例２を示した説明図である。本願発明に係る気液混合装置の実施例３を示した説明図である。

以下、この発明の実施例について図面により説明する。

本願発明の実施例１に係る気液混合装置１０は、例えば図１に示すように、外側容器２０と、内側容器３０と、超音波振動発生装置４０とを具備する。

前記外側容器２０は、大径円筒状に形成された大径部２１と、小径円筒状に形成された小径部２２と、前記大径部２１から前記小径部２２に移行する移行部２３とによって構成される。また、前記内側容器３０は、前記外側容器２０の中に配されると共に、前記外側容器２０の形状に対応した形状、言い換えると、前記大径部２１に対応する振動伝達部３１と、前記小径部２２に対応する流入部３２と、それらの間の移行部３３とによって構成されるものである。

これによって、前記外側容器２０と前記内側容器３０の間には、外側流路６０が形成される。この外側流路６０は、大径部２１に対応する位置にある第１の液体空間６１と、前記移行部２３に対応する位置にある移行空間６２と、前記小径部２２に対応する第２の液体空間６３によって構成される。また、前記内側容器３０内には、前記第２の液体空間６３に開口する開口部３４を介して前記第２の液体空間６３と連通する混合空間７０が画成され、この混合空間７０の下方には振動空間７１が画成される。

また、前記外側容器２０の小径部６３の端部２４から前記第２の液体空間６３に延出し、この第２の液体空間６３を介して前記開口部３４から前記混合空間７０に向けて気体を噴射する気体噴射ノズル５２が設けられる。また、前記外側容器２０の大径部３１の端部（底部）２５近傍の大径部２１の側面には、液体を前記第1の液体空間６１と連通し、液体を前記液体流路６０に沿って旋回させて移動させるための液体流入パイプ５１が設けられる。この液体流入パイプ５１は、この液体流入パイプ５１の流出口５０が、前記大径部６１の周壁に沿った方向に開口するように形成される。この実施例１では、前記液体流入パイプ５１は、前記外側容器２０の大径部２１に対して直径方向に延出する部分と、前記大径部６１の周壁に沿って延出する部分とによって略Ｌ字状に構成される。

さらに、前記内側容器３０には、混合空間７０と振動空間７１の間の位置から、前記外側容器２０を貫通して外部に延出する溶解液排出パイプ５３が設けられる。この溶解液排出パイプ５３は、気体と液体の混合が最も適当となる位置に配置されている。

さらにまた、前記内側容器３０の底部３５には、前記振動空間７１に向かって超音波振動を発生させる超音波発振装置４０が設けられる。この超音波発振装置４０は、図示しない外部制御装置によって制御されるものである。

以上の構成によって、液体流入パイプ５１から第１の液体空間６１に流入した液体は、液体流入パイプ５１の吹出口５１Ａによって前記大径部２１の周面に沿って回転し、下流側の前記第２の液体空間６３側へ上昇していく。この時、つまり第１の液体空間６１から移行空間６２を介して第２の液体空間６３に移動する間、空間の大きさが小さくなることから、液体の流速が上昇し、内側容器３０の開口部３４から旋回しながら混合空間７０へ流入する。この時、気体噴射ノズル５２から前記混合空間７０へ気体が噴射されるので、開口部３４から混合空間７０へ、さらには混合空間７０の下方側に位置する振動空間７１へ、気体が旋回する液体と共に流入するので、気体は液体に均一に分布する。

また、前記内側容器３０の底部３５には、超音波発振装置４０が設けられ、前記混合空間７０の下方に形成される振動空間７１に、超音波振動を発生させるので、前記気体及び液体が微細粒子化されるので、気体が均一に分散した気液混合液又は気体が均一に溶解した溶解液を得ることができるものである。

本願発明の実施例２に係る気液混合装置１は、前記液体流入パイプ５１の形状及び第１の流体空間６１への延出状態を図２に示すように変更したものである。このため、その他の部分は、すべて実施例１に開示されたものと同一であるため、説明を省略する。また、この実施例２の係る気液混合装置の液体流入パイプ５１の流出口５０も、前記大径部６１の周壁に沿った方向に開口するので、実施例１に示されるものと、基本的な概念は変わらない。

このように、この実施例２の場合、液体流入パイプ５１Ａを前記第１の流体空間６１の接線方向から真っ直ぐに挿入するようにすることによって、液体流入パイプ５１Ａを直線状のパイプとして形成するだけで良いという利点がある。

本願発明に実施例３に係る気液混合装置１は、図３に示すように、前記液体流入パイプ５１の位置を、第１の液体空間６１の上部に配置したことを特徴とするものである。この第１の液体空間６１の上部に配置した液体流入パイプ５１Ｂは、第１の液体空間６１の上部から移行空間６２に流れる旋回流と、第１の液体空間６１の上部から下方に流れる旋回流とに分流されると共に、液体流入パイプ５１Ｂの開口部５０の反対側又は後ろ側で、分流された旋回流が衝突して第２の液体空間６３側に立ち上がっていくので、第２の液体空間６３から混合空間７０に流入する液体が旋回乱流を生じるので、そこに噴射される気体の旋回乱流する液体への分散を良好に行うことができるものである。このため、気液混合する気体及び液体の特性、気液混合液（溶解液）の特性を考慮して、実施例１の第１の液体空間６３の下方に位置する液体流入パイプ５１を使用するか、実施例２の第１の液体空間６３の上方に位置する液体流入パイプ５１Ｂを使用するか、取捨選択的に利用することが可能となるものである。尚、実施例３においては、液体流入パイプ以外の構成は、実施例１の構成と同一であるため、図３において同一の箇所及び同一の効果を奏する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。

本願発明の気液混合装置は、オゾンを水に混入させて消毒液を生成し、レストランの厨房などに噴射してそこの殺菌作業を行うために、オゾン（気体）を水（液体）に効率よく混合させるために用いることができる。

また、薬剤の調合、製造の分野において、気体として存在する薬効成分からなる溶媒を、液体に効率よく混合させることにも使用できる。

さらに、液体に、気体の香り成分を混入させて香り付けをするためにも使用することができる。

１０気液混合装置
２０外側容器
２１大径部
２２小径部
２３移行部
２４端部
２５底部
３０内側容器
３１振動伝達部
３２流入部
３３移行部
３４開口部
３５底部
４０超音波発振装置
５０流出口
５１，５１Ａ，５１Ｂ液体流入パイプ
５２気体噴射ノズル
５３溶解液排出パイプ
６０液体流路
６１第１の液体空間
６２移行空間
６３第２の液体空間
７０混合空間
７１振動空間

Claims

大径円筒状に形成された大径部、小径円筒状に形成された小径部、及び前記大径部から前記小径部に移行する移行部とによって構成される外側容器と、
該外側容器の形状に対応した形状を有し、前記外側容器の中に配置される内側容器と、
前記外側容器と前記内側容器の間に画成され、大径部に対応する位置にある第１の液体空間、前記移行部に対応する位置にある移行空間、及び前記小径部に対応する第２の液体空間からなる外側流路と、
前記内側容器内に画成され、前記第２の液体空間に開口する開口部を有する混合空間と、
前記外側容器の小径部端部から前記第２の液体空間に延出し、前記混合空間に向けて気体を噴射する気体噴射ノズルと、
前記外側容器の外部から前記第１の液体空間に延出し、前記大径部の側壁に沿って液体を放出する液体流入パイプと、
前記混合空間から前記外側容器の外部に延出する溶解液排出パイプと、
前記混合空間に向けて超音波振動を発する超音波発振手段とを具備することを特徴とする気液混合装置。
前記液体流入パイプは、前記第１の液体空間の下部に配置されることを特徴とする請求項１記載の気液混合装置。
前記液体流入パイプは、前記第１の液体空間の上部に配置されることを特徴とする請求項１記載の気液混合装置。