JP2017164657A - 発泡性液収容装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発泡性液収容装置内の発泡性液の液面上の泡沫を広範囲に消泡でき、かつ発泡性液の減少量が少なく、更にはランニングコストの増大を抑制可能な消泡構造を提供する。
【解決手段】発泡性液収容装置１の液収容槽１０に発泡性液９０を収容する。液収容槽１０内に泡透過抵抗体３１を設ける。泡透過抵抗体３１によって発泡性液９０の液面９１を上方から覆う。泡透過抵抗体３１を温調手段４０によって温度調節する。
【選択図】図１

Description

本発明は、泡沫が発生し得る発泡性液を収容する発泡性液収容装置に関し、特に泡沫量の調節又は消泡機能を具備する発泡性液収容装置に関する。

例えば、特許文献１では、液収容槽の培養液中にＣＯ及びＨ_２を含む基質ガスを供給して嫌気性微生物を培養し、発酵反応によってエタノール等の有機物を生成している。基質ガスの供給や発酵反応等によって、培養液の液面上に泡沫が出来やすい。

特許文献２では、発泡性液の泡対策として、消泡剤を入れた容器を発泡性液の液面上に吊り下げておき、泡沫が成長したときは、前記容器が泡沫の浮力で転倒することで、消泡剤が発泡性液に添加されるようになっている。
特許文献３では、泡沫を吸引装置で吸引して除去している。
また、液収容槽の上部に散布ノズルを設置し、散布ノズルから消泡剤を散布する方法も知られている。

特開２０１４−０５０４０６号公報 特開平１１−２６２７９１号公報 特開２０００−３４２９０５号公報

特許文献１等の微生物培養反応槽では、泡沫が過度に成長すると、ベント管を介して後段ガス処理部等に泡沫が入り込む等して、種々の不具合を引き起こすおそれがある。泡対策は急務である。
一方、特許文献２の消泡装置は、緊急時に局所的にしか消泡できない。
特許文献３では、吸引装置や気液分離装置等を要し、設備が大掛かりである。また、特許文献３の装置を反応槽内の消泡に適用すると、泡の吸引に伴って内容液量が減少してしまう。
更に、消泡剤を散布する方法では、ランニングコストが増える。
本発明は、前記事情に鑑み、発泡性液収容槽内の液面上の泡沫を広範囲に消泡でき、かつ発泡性液の減少を抑制でき、更にはランニングコストの増大を抑制可能な消泡構造を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、発泡性液を収容する発泡性液収容装置であって、
液収容槽と、
前記発泡性液の液面を上方から覆うようにして前記液収容槽内に設けられた泡透過抵抗体と、
前記泡透過抵抗体を温度調節する温調手段と、を備えたことを特徴とする。

液収容槽内の発泡性液の液面上に泡沫が成長したときは、泡透過抵抗体に泡沫が接触して透過抵抗が発生する。これによって、泡沫の進展速度が遅くなる。かつ、泡透過抵抗体が温度調節される。これによって、前記泡透過抵抗体に接触した泡沫を除去（消泡）できる。ひいては、液収容槽内の泡沫量を調節できる。泡透過抵抗体が発泡性液の液面を上方から覆うことで、前記泡沫を水平方向の隅々まで広範囲に消泡できる。消泡によって泡沫成分の少なくとも一部が液化され、発泡性液に戻される。泡沫を吸引排出するものではないから、発泡性液の減少を抑制できる。かつ、消泡剤を使用する必要が無く、又は使用量を減らすことができ、ランニングコストの増大を抑制できる。

前記泡透過抵抗体は、泡沫を透過させるとともに、泡沫の進展速度を当該泡透過抵抗体が無い場合よりも遅らせる作用を有する構造体であり、例えば網状体、多孔板、不織布状体、連続気泡の多孔質体（スポンジ状体）等が挙げられる。
泡透過抵抗体は、比表面積がなるべく大きいことが好ましい。
泡透過抵抗体は、液収容槽内の発泡性液の液面を覆うような面積を有し、かつ厚みは、直径ないしは幅に対して十分に小さいことが好ましい。
前記泡透過抵抗体が、積層された複数の泡透過抵抗層を含んでいてもよい。これによって、泡沫を複数段階にわたって消泡できる。各泡透過抵抗層が、網状体、多孔板、不織布状体、連続気泡の多孔質体（スポンジ状体）等で構成されていてもよい。
泡透過抵抗体は、泡沫の上方に離れて配置されていてもよく、泡沫の内部に埋まるように配置されていてもよい。

発泡性液としては、例えば微生物発酵反応を行なう培養液、ビール等の発泡性アルコール含有液等が挙げられる。
前記培養液等の発泡性液には基質ガス等のガスが供給されることがある。その場合、泡沫が発生しやすい。この泡沫が過剰に成長したときは、前記温調された泡透過抵抗体によって消泡でき、泡沫量を調節できる。
泡透過抵抗体は、泡を透過させ得るから、当然にガス透過性を有している。したがって、発泡性液の液面から出た前記基質ガス成分や発酵副生成ガス成分を含むガスは、泡透過抵抗体を透過して排出できる。

前記発泡性液収容装置が、前記泡透過抵抗体の高さを調節する高さ調節手段を、更に備えていることが好ましい。
これによって、泡沫の高さや成長度合い等に応じて、泡透過抵抗体を高さ調節することで、効率的に消泡できる。

前記温調手段が、前記泡透過抵抗体に沿って設けられた温調媒体管と、前記温調媒体管に温調媒体を供給する温調熱源と、を含むことが好ましい。
これによって、泡透過抵抗体を消泡に適した温度になるよう確実に温調できる。かつ、発泡性液が温調熱の影響を受けるのを防止又は抑制できる。

本発明によれば、発泡性液収容槽内の発泡性液の液面上の泡沫を広範囲に消泡できる。かつ発泡性液の減少を抑制でき、更にはランニングコストの増大を抑制できる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る発泡性液収容装置の概略構成を示す縦断面図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う、前記発泡性液収容装置の温調手段が組み込まれた液収容槽の平面断面図である。 図３は、前記発泡性液収容装置において、泡沫の上側部分を消泡する状態を示す縦断面図である。 図４は、本発明の第２実施形態に係る発泡性液収容装置の概略構成を示す縦断面図である。 図５は、本発明の第３実施形態に係る発泡性液収容装置の概略構成を示す縦断面図である。 図６は、本発明の第４実施形態に係る発泡性液収容装置の概略構成を示す縦断面図である。 図７は、本発明の第５実施形態に係る発泡性液収容装置の概略構成を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
＜第１実施形態＞
図１〜図３は、本発明の第１実施形態を示したものである。
図１に示すように、発泡性液収容装置１は、液収容槽１０と、泡透過抵抗体３１と、温調手段４０を備えている。液収容槽１０は、上下に延びる概略円筒形の容器である。液収容槽１０の内部に液室１１が形成されている。液室１１に培養液９０（発泡性液）が収容されている。培養液９０中でガス資化性微生物が培養されている。ガス資化性微生物としては、例えば特許文献１の他、米国公開公報ＵＳ２０１３／００６５２８２、特開２００４−５０４０５８号公報等に開示された嫌気性微生物を用いることができる。

液収容槽１０の底部にはガス供給路１３が接続されている。基質ガスが、ガス供給路１３から液室１１内の培養液９０に供給される。基質ガスは、ＣＯ、Ｈ_２等を含む。基質ガスとして、例えば、廃棄物処理施設で生産されるシンガスが用いられているが、本発明がこれに限られるものではない。ガス資化性微生物は、基質ガスから例えばエタノール等のアルコール（有価有機物）を発酵生成する。このため、培養液９０は、エタノール等のアルコールを含有する。培養液９０の一部が取り出されて、蒸留器（図示省略）にて蒸留されることで、エタノール等のアルコールが抽出される。

液室１１には、攪拌機１４が設けられている。攪拌機１４によって培養液９０が撹拌される。
培養液９０は、基質ガス供給、発酵作用、撹拌等によって泡沫９２が出来やすい。泡沫９２は、多数の気泡からなり、培養液９０の液面上に１つの集まりになって浮かんでいる。

液収容槽１０に循環機構２０が付設されている。循環機構２０は、循環路２１と、散布ノズル２３を含む。循環路２１は、液収容槽１０の側部に沿って上下に延びている。循環路２１の下端部が、液収容槽１０の下側部の液取り出し部２２に接続されている。図示は省略するが、循環路２１には、ポンプやバルブが設けられている。循環路２１の上端部には散布ノズル２３が設けられている。循環路２１によって液取り出し部２２と散布ノズル２３とが接続されている。

散布ノズル２３は、吐出口２３ａを下方へ向けて、液収容槽１０の頂部に設置されている。吐出口２３ａが、液収容槽１０の内部に臨んでいる。
前記ポンプの駆動によって、培養液９０の一部９０ａが、液収容槽１０内から液取り出し部２２へ取り出される。この培養液９０ａは、循環路２１を通って散布ノズル２３へ送られ、散布ノズル２３から液収容槽１０内に散布される。

循環路２１の中途部には、消泡剤補充部２５が接続されている。消泡剤補充部２５からの消泡剤が循環路２１ひいては液収容槽１０の培養液９０に添加可能になっている。消泡剤の成分としては、ポリエチレングリコール、ポリエーテル、界面活性剤などの有機系成分や、シリコーン系成分等が挙げられる。

液収容槽１０の頂部からベント管１５が延びている。図示は省略するが、ベント管１５には、脱硫装置等の後段ガス処理部が設けられている。

図１に示すように、更に、発泡性液収容装置１は、泡透過抵抗体として網状体３１を備えている。
図２に示すように、網状体３１は、例えば鉄、鋼鉄等の金属製の線材３１ａを有している。複数の線材３１ａが交差されることで、網目３１ｂが形成されている。線材３１ａの材質は、鉄、鋼鉄以外の金属であってもよく、耐熱性や所要強度等を満たせば樹脂等であってもよい。線材３１ａの直径は、例えば１ｍｍ程度〜数ｍｍ程度であるが、これに限られるものではない。網目３１ｂの大きさは、例えば最大径で数ｍｍ〜十数ｍｍであるが、これに限られるものではない。
なお、図２において、線材３１ａの直径及び網目３１ｂの大きさは、液収容槽１０の直径等に対して誇張されている。

図１に示すように、網状体３１は、液収容槽１０内における培養液９０よりも上側に配置され、培養液９０の液面９１を上方から覆っている。網状体３１よりも上方にベント管１５及び散布ノズル２３が配置されている。
図２に示すように、網状体３１は、液収容槽１０の水平断面とほぼ同じ面積を有し、液室１１の水平断面全域に張り渡されている。網状体３１の周縁部は、液収容槽１０の内周面に接している。図１に示すように、網状体３１によって、液収容槽１０の内部が上下に仕切られている。かつ、液収容槽１０内の網状体３１より上側の空間と網状体３１より下側の空間が、網状体３１の網目３１ｂを介して連なっている。

図２に示すように、網状体３１には、温調手段４０が熱的に接続されている。
温調手段４０は、チラー４１（温調熱源）と、熱媒管４２（温調媒体管）を含む。チラー４１（図１において省略）は、液収容槽１０の外部に配置されている。チラー４１は、水等の熱媒を設定温度になるよう調節する。設定温度は、例えば４０℃〜８０℃であるが、本発明がこれに限られるものではない。発泡性液９０ひいては泡沫９２の組成等に応じて、消泡に適した温度範囲が設定される。設定温度が低すぎると、所望の消泡作用を得ることができない。設定温度が高すぎると、網状体３１の表面に泡沫９２成分由来の固形炭化物が付着する。

図２に示すように、チラー４１に熱媒管４２が接続されている。図１及び図２に示すように、熱媒管４２は、液収容槽１０の内部に挿入され、かつ網状体３１に添って配管されている。好ましくは、熱媒管４２は、線材３１ａと接している。好ましくは、熱媒管４２は、網状体３１の隅々に行き渡るように配管されている。
チラー４１からの熱媒が熱媒管４２に供給される。この熱媒が熱媒管４２に通されることで、網状体３１が加熱（温度調節）される。

発泡性液収容装置１の動作を、消泡動作を中心に説明する。
図３に示すように、液室１１内において泡沫９２が成長すると、やがて泡沫９２の上側部分９２ａが網状体３１の高さに達する。該泡沫上側部分９２ａのうちの一部は、網状体３１の網目３１ｂを通り抜け可能な一方、他の一部は、網状体３１の線材３１ａに引っ掛かって捕捉される。このため、泡沫９２に透過抵抗が働き、泡沫９２全体として上方への進展速度が、網状体３１が無いと仮定した場合よりも遅くなる。

併行して、温調手段４０（図２）によって網状体３１を加熱（温調）する。これによって、網状体３１の周辺の泡沫９２ａの内圧が高まり、泡が破裂する。特に、培養液９０ひいては泡沫成分は比較的低沸点のエタノール（アルコール）を含むから、加熱によって泡沫９２ａの内圧が高くなりやすく、泡が破裂しやすい。或いは、温調手段４０による加熱によって、泡の表面張力が変化することで、泡が破裂することも考えられる。

これによって、図３において二点鎖線にて示すように、泡沫９２の上側部分９２ａを除去（消泡）することができる。ひいては、液室１１内の泡沫量を調節できる。
泡沫９２は、透過抵抗による進展速度の低下によって加温時間を長くでき、確実に消泡できる。
網状体３１が液室１１の水平断面の全域に張り渡されることで、泡沫上側部分９２ａの全域を除去（消泡）できる。この結果、泡沫９２がベント管１５に入り込むのを防止でき、ひいては後段ガス処理部に不具合を及ぼすのを回避できる。

液収容槽１０内における網状体３１の周辺部だけを加熱できるから、培養液９０中のガス資化性微生物が熱の影響を受けるのを回避できる。これによって、良好な発酵反応を維持できる。
培養液９０の液面９１から出た基質ガス成分や発酵副生成ガス成分等を含むガスは、網状体３１の網目３１ｂを簡単に透過できる。これによって、前記ガスをベント管１５から後段ガス処理部へ送ることができる。

消泡された泡沫部分９２ａの少なくとも一部は、液化されて滴下され、液室１１の培養液９０に混ざる。したがって、液室１１の培養液９０の量が減少するのを防止できる。
よって、新たな培養液９０の補充量を減らすことができる。また、消泡剤補充部２５からの消泡剤補充を不要にでき、ないしは消泡剤補充量を減らすことができる。したがって、ランニングコストの増大を抑制できる。
網状体３１（泡透過抵抗体）は構造が簡素かつ安価であるから、設備が大掛かりになることはなく、設備コストの増大を抑えることができる。

培養液９０の一部９０ａは、循環機構２０によって循環される。この培養液９０ａが、散布ノズル２３の吐出口２３ａから液収容槽１０内に散布されることで、泡沫９２を一層確実に消泡できるとともに、網状体３１を洗浄することができる。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において既述の形態と重複する構成に関しては図面に同一符号を付して説明を省略する。
＜第２実施形態＞
図４は、本発明の第２実施形態を示したものである。第２実施形態の発泡性液収容装置１Ｂは、高さ調節手段５０を備えている。高さ調節手段５０は、昇降ガイド５１と、昇降スライダ５２を含む。網状体３１（泡透過抵抗体）が、昇降スライダ５２を介して昇降ガイド５１に昇降可能すなわち高さ調節可能に支持されている。

発泡性液収容装置１Ｂによれば、泡沫９２の高さや成長度合い等に応じて、高さ調節手段５０によって網状体３１を高さ調節することができる。これによって、網状体３１が常に泡沫９２の上面部分に位置するようにしたり、消泡量を調節したりすることができる。ひいては、液室１１内の泡沫量を調節できる。
泡沫９２の高さをセンサで検出し、その検出高さに基づいて網状体３１の高さを自動調節してもよい。

＜第３実施形態＞
図５は、本発明の第３実施形態を示したものである。第３実施形態の発泡性液収容装置１Ｃにおいては、泡透過抵抗体３０が、複数（図では３つ）の泡透過抵抗層を含む。各泡透過抵抗層は、網状体３１によって構成されている。３つの網状体３１が上下に積層されている。各網状体３１に熱媒管４２が設けられている。

発泡性液収容装置１Ｃによれば、泡沫９２を複数段階にわたって消泡でき、泡沫９２が泡透過抵抗体３０よりも上方へ成長するのを確実に防止できる。ひいては、泡沫９２が、ベント管１５に入り込むのを確実に防止できる。
なお、網状体３１（泡透過抵抗層）の積層数は、３つに限られず、２つでもよく、４つ以上でもよい。

＜第４実施形態＞
図６は、本発明の第４実施形態を示したものである。第４実施形態の発泡性液収容装置１Ｄにおいては、散布ノズル２３が、網状体３１（泡透過抵抗体３０）と泡沫９２ひいては液面９１との間に配置されている。

発泡性液収容装置１Ｄによれば、先ず、散布ノズル２３からの培養液９０によって泡沫９２を除去（消泡）できる。消泡しきれずに散布ノズル２３よりも高く成長して来た泡沫９２を網状体３１によって消泡できる。

＜第５実施形態＞
図７は、本発明の第５実施形態を示したものである。第５実施形態の発泡性液収容装置１Ｅは、外周案内部６０を更に備えている。外周案内部６０は、断面三角形の環状に形成されている。この外周案内部６０が、網状体３１（泡透過抵抗体）の周縁部と液収容槽１０の内周面との間に配置されている。外周案内部６０の上側面は、網状体３１の周縁部から液収容槽１０の内周面へ向かって上方へ傾斜された案内斜面６１となっている。また、外周案内部６０の下側面は、網状体３１の周縁部から液収容槽１０の内周面へ向かって下方へ傾斜されている。
発泡性液収容装置１Ｅによれば、散布ノズル２３からの散布培養液９０ａのうち、外側（液収容槽１０の内周面側）へ分散された液滴９０ａｅを、案内斜面６１によって内側へ集めることができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変をなすことができる。
例えば、泡透過抵抗体又は第３実施形態（図５）の各泡透過抵抗層は、網状体３１に限られず、多孔板であってもよく、不織布状であってもよく、連続気泡を有するスポンジ状体等の多孔質体であってもよい。これら各種泡透過抵抗体（又は泡透過抵抗層）は、温調手段４０による加熱に耐え得る耐熱性を有していることが好ましい。
第３実施形態（図５）において、複数の泡透過抵抗層が互いに別種の部材（例えば網状体と多孔板等）で構成されていてもよい。
温調手段４０は、チラー等の熱媒流通手段に限られない。温調手段４０が、電熱線を含んでいてもよい。網状体３１の線材３１ａが電熱線を兼ねていてもよい。温調手段４０が、温風吹付手段であってもよい。
複数の実施形態を互いに組み合わせてもよい。例えば、第３〜第５実施形態（図４〜図６）においても、第２実施形態（図３）と同様に、網状体３１（泡透過抵抗体）を高さ調節可能にしてもよい。
本発明は、ガス資化性微生物を培養してエタノール等の有価有機物を発酵生成する反応槽に限られず、エタノール等を抽出後の残液を処理する反応槽や、廃液や下水を処理する反応槽にも適用できる。消泡対象の発泡性液は、エタノール等の抽出後残液でもよく、廃液や下水でもよい。
本発明は、ビール等の発泡性アルコールの消泡機能付き収容装置としても適用できる。

実施例を説明する。なお、本発明が以下の実施例に限定されるものではない。
発泡性液として、アルコール濃度６％のビールを用いた。
ビール２５０ｍＬを容器に注いで発泡させた。
前記容器の口に、泡透過抵抗体として鉄網を被せた。鉄網の線材３１ａは直径約１ｍｍであり、網目３１ｂは約１ｃｍ角であった。鉄網は予め加熱しておいた。加熱温度は、４０℃、６０℃、８０℃、１００℃の４通りであった。
その結果、表１に示すように、４０℃では、消泡度合が小さかった。鉄網への固形炭化物付着は見られなかった。容器内のビールの重量変化は殆どなかった。
６０℃では、良好に消泡できた。鉄網への固形炭化物付着は見られなかった。容器内のビールの重量変化は殆どなかった。
８０℃では、良好に消泡できた。鉄網への固形炭化物付着は見られなかった。容器内のビールの重量変化は殆どなかった。
１００℃では、良好に消泡できた。鉄網への固形炭化物付着があった。容器内のビールの重量は、当初の２５０ｇから２４９．４５ｇになった。この減少分が前記鉄網への付着固形炭化物になったものと考えられる。
以上から、ビールの消泡の場合、温調手段４０の設定温度は、好ましくは４０℃〜１００℃、より好ましくは６０℃〜８０℃であることが確認された。

比較例として、鉄網に代えて電撃殺虫ラケットを用いた。実施例と同様に、発泡したビールを容器に入れて発泡させた。この容器の口に電撃殺虫ラケットを被せ、かつ加熱に代えて、電撃殺虫ラケットの二層の網どうし間に電圧を印加した。
その結果、消泡できなかった。

本発明は、例えば産業廃棄物の焼却処理で生じるシンガス中の一酸化炭素からエタノールを合成するエタノール生成システムに適用できる。

１，１Ｂ〜Ｅ 発泡性液収容装置
１０ 液収容槽
１１ 液室
１３ 基質ガス供給路
１４ 攪拌機
１５ ベント管
２０ 循環機構
２１ 循環路
２２ 液取り出し部
２３ 散布ノズル
２３ａ 吐出口
２５ 消泡剤補充部
３０ 泡透過抵抗体
３１ 網状体（泡透過抵抗体、泡透過抵抗層）
３１ａ 線材
３１ｂ 網目
４０ 温調手段
４１ チラー（温調熱源）
４２ 熱媒管（温調媒体管）
５０ 高さ調節手段
５１ 昇降ガイド
５２ 昇降スライダ
６０ 外周案内部
６１ 案内斜面
９０ 培養液（発泡性液）
９１ 液面
９２ 泡沫

Claims (5)

1. 発泡性液を収容する発泡性液収容装置であって、
   液収容槽と、
   前記発泡性液の液面を上方から覆うようにして前記液収容槽内に設けられた泡透過抵抗体と、
   前記泡透過抵抗体を温度調節する温調手段と、を備えたことを特徴とする発泡性液収容装置。
2. 前記泡透過抵抗体が、網状体、多孔板、連続気泡の多孔質体、又は不織布状体を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の発泡性液収容装置。
3. 前記泡透過抵抗体が、積層された複数の泡透過抵抗層を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の発泡性液収容装置。
4. 前記泡透過抵抗体の高さを調節する高さ調節手段を、更に備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の発泡性液収容装置。
5. 前記温調手段が、前記泡透過抵抗体に沿って設けられた温調媒体管と、前記温調媒体管に温調媒体を供給する温調熱源と、を含むことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の発泡性液収容装置。

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