JP3122329B2 - 気液溶解混合装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液体中に気体を混合
分散させたり、気体を効率よく液体に溶解させる気液溶
解混合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の気液溶解混合装置は、例えば特開
平６−２６９６５１号公報に開示されているように、気
液混合器の下流側に、上方に分岐した分岐流路を設け、
余剰な気体を上方に逃がすようにした気液混合装置が提
案されている。この上方に突き出した余剰気体抜き流路
の先には、流量調節バルブが設けられ、その配管が排気
管路に接続され、所定の処理等が必要に応じて行われ排
気されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術の場
合、分岐した余剰気体抜き流路から確実に気体のみを分
離して排出することは不可能であり、排気される気体と
ともに少量の液体も排出していた。しかし、この気液の
混合流の取り扱いが非常に難しく、排出気体がオゾンの
場合そのまま外気に放出することができず、排気の時に
処理しなければならない。しかも、オゾン処理装置は、
水分を嫌うため、上記従来の余剰気体抜き流路をオゾン
と液体の混合流に適用し、排気管路にオゾン処理装置を
そのまま取り付けることはできないものであった。

【０００４】この発明は、上記従来技術の問題点に鑑み
て成されたもので、簡単な構成で、余剰気体の分離を容
易に可能にした気液溶解混合装置を提供することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、液体流路に
途中に流路を並列に複数分岐し、この並列に複数分岐し
た流路の二つ以上の流路に各々形成された絞り部と、こ
の各絞り部につづいてこの各絞り部よりわずかに内径が
大きく所定長さ断面積が一定である複数の気体流入部
と、この各気体流入部に外部から気体を吸引する複数の
気体流入口と、この各気体流入部に続いて下流側に向か
って流路を広げた広がり部とを有し、且つこの広がり部
の下流で上記並列に複数分岐した流路を再び合流させる
構造を持つ吸引器を備え、この吸引器の下流に上記気体
流入口から流入した気体と液体を混合する混合部を設
け、上記混合部の下流に、この流路を主流路と分岐流路
に分けるための上方に突きだした余剰気体抜き流路を設
け、上方に突き出した余剰気体抜き流路の先に流量調節
バルブを設け、この余剰気体抜き流路の下流に、下方に
液体が溜まるような構造のタンクを設け、このタンクに
は気体を排出する配管を上方から浅く差し込んだものと
深く差し込んだもの各１本以上配置し、そのタンクに深
く差し込んだ配管を上記複数の気体流入口の一つに接続
し、浅く差し込んだ配管を上記余剰気体を外部へ排気す
る排気配管に接続し、上記余剰気体抜き流路の分岐点の
下流の主流路にノズル部を取り付けた気液溶解混合装置
である。

【０００６】また上記タンクの上記余剰気体抜き流路が
接続された入口部及び上記タンクの底部には、余剰気体
とともに流入する液体の飛散を防止するスポンジやメッ
シュを含むメッシュ状カバー材が取り付けられているも
のである。また、上記吸引器は一体的に形成され、上記
複数の分岐した流路が互いに平行に設けられている。さ
らに、上記吸引器と上記余剰気体向き流路の間には、段
階的に上から下に流れ落ちる形状の流路を設けたもので
ある。また、上記流量調節バルブの代わりに、細長い配
管を使用しても良い。

【０００７】

【作用】この発明の気液溶解混合装置は、流路が並列に
複数分岐し、分岐された流路の途中に設けられた絞り部
により、流路中の液体の静圧が低下し、そのわずかに下
流の気体流入部から気体を流入させ気液混合流を形成さ
せる。そして、その下流の混合部で、流れを遅くし再び
静圧を増大させ、流入した気体と液体を加圧溶解させ、
混合部の後の余剰気体抜き流路で、混合部で溶解できな
かった余剰気体を上方に分岐させる。一方、主流路を流
れた液体は、ノズル部を通過する際に加速され再び静圧
が低くなり、液体中から溶解していた気体が、微細気泡
として析出する。また、上方に分岐した余剰気体抜き流
路には、気体と少量の液体が流入し、流量調節バルブを
通りタンクに流入する。このタンク内では、下方に液体
が溜まるような構造になっていて、余剰気体抜き流路か
ら流入した気体と液体が分離され、液体が下方に溜まる
ことになる。タンクに深く差し込んである配管からは、
液体と少量の気体が吸引器の気体吸引口に流出し、再
び、気液混合流に混合させる。一方、タンクに浅く差し
込んである配管からは、余剰な気体のみが排出されるも
のである。

【０００８】

【実施例】以下この発明の気液溶解混合装置の実施例に
ついて図面を基にして説明する。図１〜図４はこの発明
の第一実施例を示すもので、この実施例の気液溶解混合
装置は、液体供給部である水槽２と液体を圧送するポン
プ４が配管３で接続されている。ポンプ４の吐出側に
は、吸引器６が配管５を介して接続されている。吸引器
６の下流側には、混合部を兼ねる配管８が蛇行した状態
で接続され、配管８の下流側端部に、流路を主流路と分
岐した流路とに分ける余剰気体抜き１０が接続されてい
る。余剰気体抜き１０から主流路側には、途中にノズル
部１２が設けられた配管１３が接続されている。そし
て、ノズル部１２が設けられた配管１３の先端部は、被
発泡液槽１４の底部近傍に接続され開口している。

【０００９】吸引器６は、図２に示すように、一体的に
筒状に形成され、液体流入部２４側の内部の分岐点２６
で互いに平行な液体流路が２つに分岐している。なお、
この例の吸引器６では、分岐点２６で２つに分岐させた
が、３つ以上の流路に分岐させてもかまわない。分岐後
の各流路には、絞り部を形成する喉部３０が中央に設け
られたベンチュリ管状の流路２８が形成されている。喉
部３０の下流には、流れ方向に円筒状の気体流入部３２
が設けられ、この気体流入部３２に、この吸引器６の側
方に連通した気体流入口４０が垂直に形成されている。
そして、分岐していた各流路２８は、気体流入部３２の
後、各広がり部３４を経て合流点３６で合流し、吸引器
６の液体流出部３８に続いている。吸引器６の一方の気
体流入口４０には、気体管路７が接続され、気体管路７
は、混合するオゾン等の気体を供給するボンベ等の気体
供給源９に接続されている。

【００１０】余剰気体抜き１０は、図３に示すように、
余剰気体抜き１０の内部に、入口４２のと主流路側出口
４４の間に、上方に突き出した流路４８が構成されてい
る。流路４８の先には、余剰気体出口４６が取り付けら
れている。

【００１１】また、余剰気体抜き１０は、その分岐した
側の流路４８が、流量調節バルブ１６、配管１７を経て
タンク１８に接続されており、タンク１８からは、配管
２２、排気配管２０が接続されている。排気配管２０の
途中にはタンク１８内の圧力を調節する圧力調節バルブ
２１が取り付けられ、その下流側に、オゾン処理装置２
３が取り付けられている。

【００１２】タンク１８は、図４に示すように、気液混
合流入り口管５０と、先端部を深く差し込んだ配管５
２、先端部を浅く差し込んだ配管５４が設けられ、タン
ク１８の底には、スポンジ５６が取り付けられている。
また気液混合流入り口管５０の先端部にも筒状のスポン
ジ５８が取り付けられている。気液混合流入り口管５０
は余剰気体抜き１０からの配管１７が接続され、配管５
２には、吸引器６に接続した配管２２が接続されてい
る。さらに、配管５４には、排気配管２０が接続されて
いる。

【００１３】次に、この実施例の気液溶解混合装置の作
用について以下に説明する。水槽２の液体は、ポンプ４
で吸引器６に圧送され、吸引器６の液体流入部２４に流
入する。流入した液体は、分岐点２６で２つの流路に分
岐され、各流路２８においてベンチュリ管の喉部３０で
加速されて、一旦静圧が低下し、円筒状の気体流入部３
２で気体が流入し混合され、広がり部３４を経て静圧が
再び増大する。広がり部３４を通過の後、気液混合流
は、分岐していた流路は合流点３６で再び一つに合流す
る。この時気体流入口４０は、喉部３０のわずかに下流
で気体流入部３２の断面積も喉部３０よりわずかに広い
だけなので、この部分の静圧は相対的に低圧になってい
るため、気体が流路中に流入する。この気体流入口４０
を喉部３０に設けないのは、喉部３０が静圧の最も低く
なる部分であるが、喉部３０に気体流入口を設けると、
気体の吸い込みが良くないためである。

【００１４】気体流入口４０から流入した気体は、気泡
となって流路中の液体とともに吸引器６の出口部３８を
経て混合部を兼ねる配管８に流入する。気泡となった気
体は、配管８の静圧が、気体流入部３２より高いので液
体中に溶解していく。そして、液体は配管８から余剰気
体抜き１０で液体に溶解しきれなかった気体が取り除か
れる。一方、主流路を流れる液体は、ノズル部１２を通
過する際に、液体が再び加速されるので、その静圧は低
くなり、液体中に溶解していた気体が微小気泡として析
出する。そして、主流路を流れる液体は、被発泡液槽１
４中に析出した気泡と共に噴出される。

【００１５】この実施例の気液溶解混合装置の、それぞ
れの流路における喉部３０の断面積、気体流入部３２の
断面積、ノズル部１２の絞りの断面積の総和と喉部３０
の断面積の総和の関係は、以下の式を満たすものであれ
はよい。 ＰAn＝ＰGn （１） ＰGnは（ｎは自然数で、各気体流入部に対応する）気体
流入口４０から流入する気体の圧力。ＰAnは流体力学上
の連続の式及びベルヌーイの定理により、以下の式によ
り与えられる気体流入部３２の静圧である。 ＰAn＝｛１−（ＳAn²ＳC²）／（ＳA²ＳBn²）｝Ｐ１ ＋（δＰ＋ＰB）｛（ＳAn²ＳC²）／（ＳA²ＳBn²）｝ （２） ここで、ＳAは喉部３０の断面積の総和、ＳAnは喉部３
０の断面積、ＳBnは気体流入部３２の断面積、ＳCはノ
ズル部１２の絞りの断面積の総和、Ｐ１は気体流入部３
２の総圧、δＰは吸引器６からノズル部１２までの圧力
損失、ＰBはノズル部１２の出口の静圧である。

【００１６】従って、上記式（１）、（２）を満たすよ
うにそれぞれの気体流入部３２及びノズル部１２の絞り
の大きさを設定することにより、液体中に効率的に混合
し溶解させる最適な条件が得られるものである。また、
混合部を兼ねる配管８は、加圧下での液体に気体が溶解
し飽和するまでの気液の接触時間が得られるものであれ
ばより好ましく、気液の接触時間は配管の体積に依存す
るので、配管の長さがある程度長い方が気体が飽和点ま
で溶解する。また、飽和点まで気体を溶解させる必要が
ない場合は、配管８は短いものであっても良い。さら
に、配管８の形状は、蛇行させたものやうず巻き状のも
のコイル状のもの等、任意に設定可能である。

【００１７】また、余剰気体抜き１０の余剰気体出口４
６からは、少量の液体を含んだ気体からなる気液混合流
が流出する。これは、余剰気体だけを分離することが不
可能であるので、気液混合流の余剰気体全量と少量の液
体を分離するためである。余剰気体出口４６を出た気液
混合流は、流量調節バルブ１６、配管１７、５０を通っ
てタンク１８に流入する。流量調節バルブ１６は、適正
な量の気液混合流が流出するように調節してある。

【００１８】タンク１８内に流入した気液混合流は、タ
ンク１８の構造が下方に液体が溜まるようになっている
ため気体層と液体層に分離する。この時、タンク１８内
に流入した気液混合流の水滴が、飛散して配管５４から
排気配管２０に入り込まないように、気液混合流入り口
管５０とタンク下部にスポンジ５６、５８が取り付けて
ある。スポンジ５８は、水滴の飛散を防止できるような
十分目の細かいメッシュにしても良く、スポンジやメッ
シュを含むメッシュ状カバー材であれば良い。なお、水
滴の飛散があっても良い場合には適宜スポンジを省略し
ても良い。そして、タンク１８に深く差し込んである配
管５２からは、タンク下方に溜まっている液体と少量の
気体が排出され、この液体と少量の気体は、吸引器６の
複数ある気体流入口４０の一つにつながる配管２２を通
って吸引器６に吸引されていく。また、配管５４から
は、気体だけが排気配管２０を通って排気される。ま
た、タンク１８内の圧力は、圧力調節バルブ２１によっ
て調節することができる。なお、タンク１８内の圧力調
節が不必要な場合は、適宜圧力調節バルブ２１を省略し
ても良い。さらに、余剰気体を大気圧下に放出しても良
い場合は、オゾン処理装置２３等の装置を設けずに、排
気配管２０を大気圧下に開放しても良い。

【００１９】この実施例の気液溶解混合装置によれば、
気体がオゾンの場合、排気配管２０をオゾン処理装置２
３に接続することにより、余剰気体中のオゾンを確実に
処理することができ、液体が排気配管２０に混入するこ
とがなく、安全で液体による悪影響もない。

【００２０】次にこの発明の第二実施例の気液溶解混合
装置について、図５、６を基にして説明する。ここで、
上述の実施例と同様の部材は同一符号を付して説明を省
略する。この実施例では上記第一実施例の混合部を兼ね
る配管８に換えて、混合部として、段階的に緩急を繰り
返し流れ落ちる流路６６を形成した気液混合槽６０を設
けたものである。従って気液混合槽６０の上流側に吸引
器６が取り付けられ、混合槽６０の下流側に余剰気体抜
き１０、及びノズル部１２が設けられている。

【００２１】気液混合槽６０は段階的に緩急を繰り返し
流れ落ちる流路６６を有し、この流路６６に気液混合流
を流すと流路６６内では、その上部に気体、下部に液体
が流れる状態になり、気液の接触面積の広い気液混合流
が得られるものである。また、気液混合流の入口６２よ
り出口６４の位置が低いため、流路６６内には、密度の
低い気体が滞るようになり、流入の段階では比較的気液
混合流の気体の割合が低い場合でも、混合槽６０内部で
気体の比率が高くなる。このため、気液混合槽６０の内
部で高効率な気体溶解が行われる。

【００２２】次にこの発明の第三実施例の気液溶解混合
装置について、図７を基にして説明する。ここで、上述
の実施例と同様の部材は同一符号を付して説明を省略す
る。この実施例では、第一実施例のバルブ１６の代わり
に、内径の小さい配管６８を用いたものである。この場
合、適正な流量の調節は、配管の長さを変えることによ
って行う。実際、実験において内径３ｍｍの配管７ｍ
が、流量調節バルブと同等の効果を示した。この実施例
の配管６８を用いることにより、最小流路幅を大きく取
ることができるために、配管の詰まりに強い構造にな
る。またこの実施例では、配管をコイル状に巻いたが、
所定の配管長ささえ得られるならばどのような形状にし
ても良い。

【００２３】

【発明の効果】この発明の気液溶解混合装置によれば、
余剰気体抜きで分岐された余剰気体に多少の液体が混じ
っていても、タンク内で確実に気体のみを分離して排出
することができる。特に、排気処理の必要な気体を扱う
場合、排気中に気体が混入せず、装置の取扱が容易であ
り、確実に気体の処理が可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第一実施例の気液溶解混合装置を示
す概略図である。

【図２】この発明の第一実施例の気液溶解混合装置の吸
引器の正面図（Ａ）と縦断面図（Ｂ）である。

【図３】この発明の第一実施例の気液溶解混合装置の余
剰気体抜きの縦断面図である。

【図４】この発明の第一実施例の気液溶解混合装置のタ
ンクの縦断面図である。

【図５】この発明の第二実施例の気液溶解混合装置を示
す概略図である。

【図６】この発明の第二実施例の気液溶解混合装置の混
合槽の縦断面図である。

【図７】この発明の第三実施例の気液溶解混合装置を示
す概略図である。

【符号の説明】

６ 吸引器 ８ 配管（混合部） １０ 余剰気体抜き １２ ノズル部 １６ 流量調節バルブ １８ タンク

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体流路に途中で流路を並列に複数分岐
   した分岐点と、この並列に複数分岐した流路の二つ以上
   の流路に各々形成された絞り部と、この各絞り部につづ
   いてこの各絞り部よりわずかに内径が大きく所定長さ断
   面積が一定である複数の気体流入部と、この各気体流入
   部に外部から気体を吸引する複数の気体流入口と、この
   各気体流入部に続いて下流側に向かって流路が広げられ
   た広がり部と、この広がり部の下流で上記並列に複数分
   岐した流路を再び合流させた合流点とを備えた吸引器を
   設け、この吸引器の下流に上記気体流入口から流入した
   気体と液体を混合する混合部を設け、上記混合部の下流
   に、この流路を主流路と分岐流路に分けるための上方に
   突きだした余剰気体抜き流路を設け、上方に突き出した
   余剰気体抜き流路の先に流量調節バルブを設け、この余
   剰気体抜き流路の下流に、下方に液体が溜まるような構
   造のタンクを設け、このタンクには気体を排出する配管
   を上方から浅く差し込んだものと深く差し込んだもの各
   １本以上配置し、そのタンクに深く差し込んだ配管を上
   記複数の気体流入口の一つに接続し、上記浅く差し込ん
   だ配管を上記余剰気体を外部へ排気する排気配管に接続
   し、上記余剰気体抜き流路の分岐点の下流の主流路にノ
   ズル部を設けた気液溶解混合装置。
2. 【請求項２】 上記タンクの上記余剰気体抜き流路が接
   続された入口部及び上記タンクの底部の少なくとの一方
   には、余剰気体とともに流入する液体の飛散を防止する
   メッシュ状カバー材が取り付けられている請求項１記載
   の気液溶解混合装置。
3. 【請求項３】 上記吸引器は一体的に形成され、上記複
   数の分岐した流路が互いに平行に設けられた請求項１記
   載の気液溶解混合装置。
4. 【請求項４】 上記吸引器と上記余剰気体向き流路の間
   には、段階的に上から下に流れ落ちる形状の流路を設け
   た請求項１，２又は３記載の気液溶解混合装置。
5. 【請求項５】 上記余剰気体抜き流路の下流に、上記流
   量調節バルブに代えて、細長い配管を設け、この配管を
   上記タンクに接続した請求項１記載の気液溶解混合装
   置。