JP2014069134A - 気体溶解装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】比較的簡単な構造で、液体に気体を過飽和状態まで効率よく溶解させることができる気体溶解装置を提供すること。
【解決手段】直立した柱状のタンク５０と、タンク５０内に、液体に気体を混合させた気液混合体を加圧供給する気液供給手段とを備え、タンク５０内の上部に、気液混合体を、タンク５０の底面側に向けて噴射させるノズル４０を有する気体溶解装置において、タンク５０内の、ノズル４０からタンク５０内に噴射した気液混合体が衝突する位置に、且つ、タンク５０の内周面との間に間隙７０を有するように仕切板６０を設けることにより、タンク５０を上下２つの領域５０ａ，５０ｂに区分した。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気、酸素、オゾン等の気体を液体に溶解させる気体溶解装置に関する。
かかる気体溶解装置の一例として、加圧タンクと、加圧タンク内に気体を供給する気体供給手段と、加圧タンク内の液面をコントロールする液面制御手段と、加圧タンクの液面上に液体を放出する液体放出手段とを備えた気液混合装置が特許文献１に開示されている。この特許文献１によれば、液面上に放出された液体が、気体と液体の接触面積を広げ、液体中に気体が溶け込みやすくなるとされている。
しかしながら、特許文献１の装置は、液体を液面上に向けて放出するだけのものであるため、気体の溶解量は十分ではなく、改良の余地があった。
特開平１０−１６５７９２号公報
本発明が解決しようとする課題は、比較的簡単な構造で、液体に気体を過飽和状態まで効率よく溶解させることができる気体溶解装置を提供することにある。
本発明の気体溶解装置は、直立した柱状のタンクと、前記タンク内に、液体に気体を混合させた気液混合体を加圧供給する気液供給手段とを備え、前記タンク内の上部に、前記気液混合体を、前記タンクの底面側に向けて噴射させるノズルを有し、前記タンク内において、前記ノズルから前記タンク内に噴射した前記気液混合体が衝突する位置に、且つ、前記タンクの内周面との間に間隙を有するように仕切板を設けることにより、前記タンクを上下２つの領域に区分したことを特徴とするものである。
このように本発明では、液体に気体を混合させた気液混合体が、タンクの上方から底面側に向けて高圧で噴射され、タンク内に設けた仕切板に衝突して跳ね返ることにより、また、大きな気泡がタンクの上方に上昇することで上昇流が発生し、この上昇流に噴射された気液混合体が衝突することにより、気液混合体が激しく攪拌され、液体への微細化した気体の溶解を促進させることができる。また、攪拌された気液混合体が仕切板とタンクの内周面との間の間隙から下方の領域に流出することで整流され、乱流を沈静化することができる。乱流のままタンクから気液混合体を取り出すと、その気液混合体に乱流による大きな気泡が巻き込まれているおそれがあるが、本発明では、仕切板の下方の領域で乱流を沈静化できるので、タンクから取り出される気液混合体に大きな気泡が巻き込まれることはない。
このように本発明によれば、タンク内に噴射された気液混合体がタンク内で激しく攪拌されるので、液体に気体を過飽和状態まで効率よく溶解させることができる。また、装置構造としては、タンク内に仕切板を配置するだけの比較的簡単な構造とすることができる。
本発明の一実施形態による気体溶解装置の全体構成を示す説明図である。 図１の気体溶解装置のタンクの内部構造を示す断面図である。 本発明の気体溶解装置におけるタンクの他の実施形態を示す断面図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態による気体溶解装置の全体構成を示す概念図である。図１の気体溶解装置は、水にオゾンを混合し溶解させるものである。
水はポンプ１０によって加圧され配管２０を流れる。配管２０の途中で、オゾン発生機３０から供給されるオゾンガスが混合され、その気液混合体が加圧されたまま配管２０の先端に設けられたノズル４０からタンク５０内に噴射される。後述するが、気液混合体はタンク５０内で撹拌され、その撹拌により過飽和状態までオゾンを溶解させた気液混合体（オゾン水）は、タンク５０の下部から取り出され、取り出されたオゾン水は、下水処理や浄水処理などに使用される。
なお、図１の実施形態では、気液供給手段としてポンプ１０、配管２０およびオゾン発生機３０を使用し、配管２０の途中でオゾンを混合させたが、二相流気液混合ポンプを使用し、二相流気液混合ポンプの手前で水にオゾンを混合させ、その気液混合体を二相流気液混合ポンプで加圧供給することもできる。
図２は、図１の気体混合装置におけるタンク５０の内部構造を示す断面図である。
タンク５０は柱状（本実施形態では円筒状）をなして直立しており、その上部にノズル４０が配置され、タンク５０内に仕切板６０が配置されている。ノズル４０は配管２０を介して供給される気液混合体をタンク５０の底面側に向けて、且つ平面視において放射状に噴射する。図２の実施形態では、ノズル４０からの気液混合体の噴射角度（図２中のα：拡がり角度）は０〜３０度程度であるが、それに限定されず、タンク５０および内筒体６０の直径が大きい場合には、噴射角度を６０度程度まで拡げるようにしてもよい。
仕切板６０は、ノズル４０からタンク５０内に噴射した気液混合体が衝突する位置に配置される。例えば、ノズル４０の先端から１００〜２００ｍｍの位置、あるいはタンク５０の上端からタンク５０の高さの１／３〜１／２の位置である。また、仕切板６０は、タンク５０の内周面との間に間隙７０を有するように配置される。
この仕切板６０により、タンク５０が上下２つの領域、すなわち上領域５０ａと下領域５０ｂとに区分される。そして、間隙７０によって上領域５０ａと下領域５０ｂとが連通する。下領域５０ｂの下部には、気液混合体（オゾン水）を取り出すための取出管５１が設けられている。
本実施形態では、タンク５０内の液面レベルを調整する液面調整機構を設けている。具体的には、液面調整機構は、タンク５０を垂直方向にバイパスする液面計８０、液面計８０の液面レベルを検出する光センサ８１、光センサ８１で検出される液面レベルを、タンク５０の上部と取出管５１とをバイパスする管路の途中に設けられた開閉バルブ８３を通じて調整するコントローラー８２を備えている。この液面調整機構を用いて、コントローラー８２により開閉バルブ８３の開度を調整し、タンク５０の上部に溜まった気体を取出管５１に排出させることにより、タンク５０内の液面レベル、すなわち光センサ８１で検出する液面レベルが一定レベルとなるように調整している。本実施形態では、タンク５０内の液面レベルが仕切板６０の位置となるように調整するように設定している。
なお、配管２０に流量調整バルブを設け、ノズル４０からの気液混合体の噴射量を調整したり、また、タンク５０下部と取出管５１との接続部に流量調整バルブを設け、取出管５１からのオゾン水の取り出し量を調整することによりタンク５０内の液面レベルを調整するようにしてもよい。
以上の構成において、配管２０を介して加圧供給される気液混合体は、ノズル４０からタンク５０の底面側に向けて、且つ平面視において放射状に噴射される。そして、その気液混合体は、タンク５０内の仕切板６０に衝突する。この衝突により気液混合体は跳ね返り、気泡が微細化され、また、大きな気泡がタンク５０の上方に上昇することで上昇流が発生する。さらに、この上昇流に噴射された気液混合体が衝突することにより、気液混合体が激しく攪拌される。この撹拌作用により液体（水）への微細化した気体（オゾン）の溶解が促進され、オゾンの溶解量が増えて、オゾンを過飽和状態まで効率よく溶解させることができる。
上述の撹拌によるオゾンの溶解は、仕切板６０より上方の上領域５０ａで行われ、得られたオゾン水は、間隙７０を通じて下領域５０ｂに流出する。これにより、上領域５０ａで乱流状態にあった気液混合体（オゾン水）が整流され、乱流状態が沈静化される。したがって、取出管５１から取り出されるオゾン水に、乱流による大きな気泡が巻き込まれることはない。
（実施形態２）
図３は、本発明の気体混合装置におけるタンク５０の他の実施形態を示す断面図である。同図において、先の実施形態１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態は、実施形態１の間隙に相当する構成として、仕切板６０に開口部６１を設け、下領域５０ｂにおいて気液混合体に渦流を発生させるようにしたものである。開口部６１は、仕切板６０の１箇所に設けられており、その開口部６１から流出する気液混合体にタンク５０の内周面に沿った渦流を発生させるために、ガイド部６２を有する。
このような構成にすることで、仕切板６０より上方の上領域５０ａにおいて仕切板６０を利用した攪拌による液体（水）への微細化した気体（オゾン）の溶解を行うとともに、仕切板６０より下方の下領域５０ｂにおいて渦流による攪拌により、水へのオゾンの溶解をさらに効率よく行うことができる。すなわち、１個のタンク５０で２種類の攪拌を行うことができ、撹拌効率を向上させることができるとともに、装置の設置スペースをコンパクトにでき、製造コストも低減することができる。
また、下領域５０ｂには整流板９０を配置し、オゾン水の乱流状態を沈静化させるようにしている。
なお、以上の実施形態では、仕切板６０を平板状としたが、仕切板６０の上面を湾曲させたり、凹凸を設けたり、柱状突起を設けるなど、気液混合体の跳ね返りや攪拌が発生しやすい形状とすることもできる。
さらに、有機物が含まれる水（液体）とオゾン（気体）との気液混合体とした場合には、本発明に係る気体溶解装置は有機物を分解する水処理装置として使用することもできる。
なお、以上の実施形態では、水にオゾンを混合させるようにしたが、液体および気体が水およびオゾンに限定されないのは、言うまでもない。
１０ ポンプ
２０ 配管
３０ オゾン発生機
４０ ノズル
５０ タンク
５１ 取出管
６０ 仕切板
６１ 開口部
７０ 間隙
８０ 液面計
８１ 光センサ
８２ コントローラー
８３ 開閉バルブ
９０ 整流板

Claims (1)

  1. 直立した柱状のタンクと、前記タンク内に、液体に気体を混合させた気液混合体を加圧供給する気液供給手段とを備え、
    前記タンク内の上部に、前記気液混合体を、前記タンクの底面側に向けて噴射させるノズルを有し、
    前記タンク内において、前記ノズルから前記タンク内に噴射した前記気液混合体が衝突する位置に、且つ、前記タンクの内周面との間に間隙を有するように仕切板を設けることにより、前記タンクを上下２つの領域に区分した気体溶解装置。
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