JP2013081880A - 気体溶解装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ポンプの出力が小さくても液体中の気体溶存量を効率よく上昇させる気体溶解装置を提供すること。
【解決手段】気体溶解装置１は筒体２とその筒体２の両開口をそれぞれ閉塞する板体３とからなる処理空間４と、筒体２に設けられ気体と液体とが混合された気液混合流体が処理空間４に流入する流入口５と、筒体２に設けられ気液混合流体を処理空間４から排出する排出口６とを有し、気液混合流体の一部が処理空間４内において流出口５から排出口６に至るまで螺旋旋回するようになっている。
【選択図】 図１
【解決手段】気体溶解装置１は筒体２とその筒体２の両開口をそれぞれ閉塞する板体３とからなる処理空間４と、筒体２に設けられ気体と液体とが混合された気液混合流体が処理空間４に流入する流入口５と、筒体２に設けられ気液混合流体を処理空間４から排出する排出口６とを有し、気液混合流体の一部が処理空間４内において流出口５から排出口６に至るまで螺旋旋回するようになっている。
【選択図】 図１
Description
本発明は、液体に気体を効率よく溶融させる装置に関し、特に、液体中の気体溶存量を効率よく上昇させ、液体中の気体溶存量の時間経過による減少を緩やかにすることができる気体溶解装置に関する。
従来、気体溶存量を増加させた液体は、例えば、食品分野、農業分野、環境分野などにおいて活用されており、その活用分野は拡大していく傾向にある。気体溶存量を増加させた液体に関しては、マイクロバブルやナノバブル等の微細な気泡を発生させて、液体中の気体溶存量を増加させる装置が知られている。このようなマイクロバブルやナノバブル等の微細な気泡を発生させるものとして、特開2011-88045の微細気泡発生装置がある。
特開2011-88045の微細気泡発生装置では、高速で気液混合流体を旋回させ、気液混合流体に含まれる気体に大きな剪断力が生じることによって気泡の微細化が促進されるようになっている。
しかし、特開２０１１−８８０４５の微細気泡発生装置では、容器内で気液混合流体を高速回転させて気泡を微細化させるため液体を加圧して導入する必要がある。そのため、液体を加圧するためのポンプの出力を大きくせざるを得ないという問題がある。
上記点より本発明は、ポンプの出力が小さくても液体中の気体溶存量を効率よく上昇させる気体溶解装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため請求項１の気体溶解装置は、筒体とその筒体の両開口をそれぞれ閉塞する板体とからなる処理空間と、前記筒体に設けられ、気体と液体とが混合された気液混合流体が前記処理空間に流入する流入口と、前記筒体に設けられ、前記気液混合流体が前記処理空間から排出する排出口とを有する気体溶解装置であって、前記気液混合流体の一部が前記処理空間内において前記流出口から前記排出口に至るまで螺旋旋回するようになっている。
請求項２の気体溶解装置は、筒体とその筒体の両開口をそれぞれ閉塞する板体とからなる処理空間と、前記筒体に設けられ、液体が前記処理空間に流入する液体流入口と、前記筒体又は前記板体に設けられ気体が前記処理空間に流入する気体流入口と、前記筒体に設けられ、前記液体と前記気体とを前記処理空間から排出する排出口とを有する気体溶解装置であって、前記液体と前記気体とからなる流体の一部が前記処理空間内において前記液体流出口から前記排出口に至るまで螺旋旋回するようになっている。
請求項１及び請求項２の気体溶解装置によれば、気液混合流体の一部が前記処理空間内において前記流出口から前記排出口に至るまで螺旋旋回することによって、螺旋旋回による遠心力が気液混合流体に加わって気液混合流体が加圧される。加圧された気液混合流体では、気体を液体に効率よく溶解させることができる。
また、気液混合流体の一部が前記処理空間内において前記流出口から前記排出口に至るまで螺旋旋回することによって、気液混合流体がスムーズに処理空間を通過するようになっているので、気液混合流体への加圧が小さくてもよく出力の小さいポンプを使用して気体を液体に効率よく溶解させることができる。
請求項３の気体溶解装置は、請求項１又は２記載の気体溶解装置において、前記気液混合流体の一部の螺旋旋回が層流である。
マイクロバブル及びナノバブルを発生させる装置は気液混合流体を高速で旋回させる必要がある。しかしながら、請求項２の気体溶解装置は、請求項１の気体溶解装置と同様に作用する上に、前記気液混合流体の一部の螺旋旋回が層流となっており、マイクロバブル及びナノバブル等の気泡を積極的に発生させる装置ではなく、むしろマイクロバブル及びナノバブル等の気泡の発生を抑制する装置である。したがって、マイクロバブル及びナノバブルを発生させる装置に比べて、本発明は気液混合流体の旋回速度が低くても液体の溶存気体量を増加させることができる。その結果、気液混合流体を処理空間に流入させるためのポンプの出力を小さくすることができるので、省エネを実現できる。
請求項３の気体溶解装置は、請求項１乃至３のいずれかの記載の気体溶解装置において、前記気液混合流体の螺旋旋回の旋回中心には空洞が形成される。
請求項３の気体溶解装置によれば、請求項１乃至３のいずれかの気体溶解装置と同様に作用する上に、旋回中心の空洞は大気圧程度となっているため、気液混合流体に溶けなかった気体が強制的に空洞に集まるようになっている。つまり、処理空間から排出する気液混合流体に気泡等が混ざらないようになっている。気泡等が混ざった気液混合流体に比べて、気泡等が混ざっていない気液混合流体は、時間経過にともなう溶存気体量の低下が緩やかとなる。
また、空洞の気圧が大気圧程度となっていることによって、排出口から排出される排出水は、圧力が急激な低下して液体中に気泡が発生することを防止できる。
請求項１から４のいずれかの発明によれば、ポンプの出力が小さくても液体中の気体溶存量を効率よく上昇させることができる。
以下、本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。図１及び図２の一点鎖線矢印は、気液混合流体の流れの様子の一例を示したものである。
本実施形態の気体溶解装置１は、図１及び図２に示すように筒体２とその筒体２の両開口をそれぞれ閉塞する板体３とからなる処理空間４と、筒体２に設けられ、気体と液体とが混合された気液混合流体が処理空間４に流入する流入口５と、筒体２に設けられ、気液混合流体を処理空間から排出する排出口６とを有する。
筒体２は、横断面が円の円筒となっている。板体３も筒体２の両開口を閉塞するために充分な大きさを有する円板となっている。
図１の側面図に示すように、流入口５と排出口６とは、筒体２の軸線方向にずれた位置に設けられている。流入口５から処理空間内に流入した気液混合流体は、筒体２に沿って旋回しながら排出口６へと向かうようになっている。したがって、図１中の一点鎖線矢印に示すように、気液混合流体の一部が処理空間４内において流出口５から排出口６に至るまで螺旋旋回するようになっている。
螺旋旋回による遠心力が気液混合流体に加わって気液混合流体が加圧されるため、加圧された気液混合流体では、気体を液体に効率よく溶解させることができる。
気液混合流体の一部の螺旋旋回は層流となっている。これにより、マイクロバブル及びナノバブル等の気泡の発生を抑制するとともに、処理空間４内において気液混合流体の螺旋旋回がスムーズに行われる。
気液混合流体の一部が螺旋旋回することによって、気液混合流体には遠心力が働き、液混合流体の螺旋旋回の旋回中心には空洞７が形成される。旋回中心の空洞７は気圧が大気圧程度なっているため、気液混合流体に溶けなかった気体が強制的に空洞に集まるようになっている。つまり、処理空間から排出する気液混合流体に気泡等が混ざらないようになっている。気泡等が混ざった気液混合流体に比べて、気泡等が混ざっていない気液混合流体は、時間経過にともなう溶存気体量の低下が緩やかとなる。
また、空洞の気圧が低くなっていることによって、排出口から排出される排出水は、圧力の急激な低下して液体中に気泡が発生することを防止できる。
上記実施形態では、筒体２の横断面が円の円筒の場合について説明したが、これに限定されることなく、気液混合流体の一部が処理空間内において螺旋旋回可能であれば断面が多角形の筒であってもよい。
また、上記実施形態では、板体３も筒体２の両開口を閉塞するために充分な大きさを有する円板となっている場合について説明したが、これに限定されることなく、筒体２の両開口を閉塞できれば、どのような形状の板体でであってもよい。
さらに、上記実施形態では、気液混合流体の一部の螺旋旋回は層流となっている場合について説明したが、気液混合流体全体が層流となっている必要はなく、部分的に乱流が発生していてもよい。
さらに、上記実施形態では、気体溶解装置が気体と液体とが混合された気液混合流体が処理空間４に流入する流入口５を有する場合について説明したが、これに限定されることなく、気体と液体が独立して処理空間に流入するように、気体溶解装置が筒体とその筒体の両開口をそれぞれ閉塞する板体とからなる処理空間と、前記筒体に設けられ、液体が前記処理空間に流入する液体流入口と、前記筒体又は前記板体に設けられ気体が前記処理空間に流入する気体流入口と、前記筒体に設けられ、前記液体と前記気体とを前記処理空間から排出する排出口とを有し、前記液体と前記気体とからなる気液混合流体の一部が前記処理空間内において前記液体流出口から前記排出口に至るまで螺旋旋回するようになっていてもよい。
１ 気体溶解装置
２ 筒体
３ 板体
４ 処理空間
５ 流入口
６ 排出口
７ 空洞
２ 筒体
３ 板体
４ 処理空間
５ 流入口
６ 排出口
７ 空洞
Claims (4)
- 筒体とその筒体の両開口をそれぞれ閉塞する板体とからなる処理空間と、
前記筒体に設けられ、気体と液体とが混合された気液混合流体が前記処理空間に流入する流入口と、
前記筒体に設けられ、前記気液混合流体を前記処理空間から排出する排出口とを有する気体溶解装置であって、
前記気液混合流体の一部が前記処理空間内において前記流出口から前記排出口に至るまで螺旋旋回するようになっていることを特徴とする気体溶解装置。 - 筒体とその筒体の両開口をそれぞれ閉塞する板体とからなる処理空間と、
前記筒体に設けられ、液体が前記処理空間に流入する液体流入口と、
前記筒体又は前記板体に設けられ気体が前記処理空間に流入する気体流入口と、
前記筒体に設けられ、前記液体と前記気体とを前記処理空間から排出する排出口とを有する気体溶解装置であって、
前記液体と前記気体とからなる気液混合流体の一部が前記処理空間内において前記液体流出口から前記排出口に至るまで螺旋旋回するようになっていることを特徴とする気体溶解装置。 - 前記気液混合流体の一部の螺旋旋回は、層流であることを特徴とする請求項１又は２に記載の気体溶解装置。
- 前記気液混合流体の螺旋旋回の旋回中心には空洞が形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の気体溶解装置。
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