JP3775708B2 - 気液分散ガス吸収装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体を液体に吸収させる装置に関し、特に炭酸飲料の製造用に使用される炭酸飲料原液の炭酸ガスの吸収装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
上記炭酸飲料原液に炭酸ガスを吸収させるには、図3に示すカルボクーラを備えたカーボネータが使用されている。図に見るように、カーボネータはタンク50と該タンク50内に内蔵する熱交換器51とよりなる。該熱交換器51はタンク50外に設けた冷却器52により略2℃の冷媒52aを介して冷却される。前記冷却された熱交換器51の伝熱面上に炭酸ガス吸収用の炭酸飲料原液52を流下させ(濡れ薄膜流下式)、該原液の溶解度を上げ、そこへ前記溶解に最適の圧力3〜5Kg/cm2で炭酸ガス53を供給して炭酸飲料54を得ている。
【0003】
ところで、上記カーボネータ使用の場合には、下記問題点がある。即ち、
1、タンク50内を温水洗浄するとき、熱交換器51内の冷媒(アンモニア)を抜く必要がある。
2、始動時、タンク50内の空気を炭酸ガスで置換する必要がある。
3、製品である炭酸飲料54の炭酸ガス濃度の制御操作が複雑である。
4、製品中に未溶解炭酸ガスが含まれ炭酸ガスの歩留まり低下の原因を形成する。
【0004】
上記問題点である未溶解炭酸ガスである未溶解の残留気体を無駄なく利用するための提案がされている。
特開平4−330926号公報には、気体を液体に効率的に溶解させる気液混合装置に関する提案が記載されている。
上記提案によれば、一旦カスケードポンプにより気体と液体とを強制混合して低濃度溶液を形成させたのち、該低濃度溶液に対しインジェクタを介してタンク内の未溶解気体を混合させ、残留気体を無駄なく利用している。
【0005】
また、特表平7−509181号公報にには、一定量の流れるビールに対し一定量の炭酸ガスを溶解させる方法が提案されている。
上記提案によれば、先ず炭酸ガスでる気体をビールである液体中に混合装置により混合させ、溶解過程を経て前記気体の一部を溶解した気液2相流を分離装置に導入し、該分離装置において泡のない液体流と未溶解の気体を含む気液2相流に分離する。ついで、分離した気液2相流を還流させ新たな気体と合体させるとともに最初の気液混合過程へ再度導入させ、未溶解の気体を無駄なく利用するようにした配置構成を設けるようにしたものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記二つの提案は、未溶解気体をなるべく少なくさせる効率的吸収装置についての提案でなく、未溶解気体の回収の手法を示したものに過ぎない。
【0007】
本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、液体の気体吸収過程において、効率的吸収と未溶解気体を皆無とする気液分散ガス吸収装置の提供を目的とする。
【0008】
上記液体の気体吸収過程における効率的吸収を可能とするためには、前段の混合過程における効率的溶解と、吸収過程における効率的吸収を可能とする構成にする必要がある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の気液分散ガス吸収装置は、
気体を液体に吸収させる吸収装置において、
気体と液体とを分散混合する螺旋型混合器をそれぞれ内蔵する二組のインピンジ状に設けたインジェクタと、該インジェクタを収納するインピンジ容器とから構成した、ことを特徴とする。
【0010】
上記気体と液体とを分散混合する混合器を螺旋型混合器により構成したため、液体と気体との間の充分な接触と滞留時間を可能にし、この過程で気体の一部が液体に溶解吸収を可能にした。
上記気体及び液体が乱流状態下で通過させると、混合器内に発生する強い渦流に起因する剪断力により、気体は細かく粉砕され分散される。
【0011】
また、上記螺旋型混合器を内蔵する二組のインジェクタをインピンジ状に配設する構成としたため、
上記インピンジ状に対向する二つのインジェクタのジェットノズルにより惹起される衝突噴流内の分散状の気体粒子と液体粒子との間の相対速度は2倍となり、気体粒子と液体粒子との間の接触の機会は倍増する。
【0012】
また、上記衝突噴流はインピンジ容器内でオッシレーションを起し、上記気体粒子と液体粒子との間の接触は上記オッシレーションが減衰するまで継続し、液体粒子の気体粒子溶解吸収の機会は増大する。
【0013】
また、上記長期にわたる気体粒子及び液体粒子との間の衝突剪断により2次的再微粒子化が起こり両者の間の接触面積を増加させる。
【0014】
上記接触面の増加や内部の局所的濃度差により界面撹乱現象を起しマラゴニ効果による顕著な物質移動を惹起させ効率的吸収が常温にても可能となる。
【0015】
次に前記請求項1記載のインジェクタは、未溶解気体の還流噴出用のエジェクタを一体構造としたことを特徴とする。
【0016】
上記左右二組のインジェクタの各々にエジェクタを一体構造としたため、未溶解気体を再度吸収することができる。
また、上記一体構造としたため、コンパクト化が図れる。
【0017】
次に、請求項1記載のインピンジ容器は、気体を溶解吸収した吸収溶液と未溶解気体とを分離する分離部を設ける構成とし、該分離部は気体を含む液滴ないし液膜をインピンジ容器より分離し、更に未溶解気体と吸収溶液とに分離するスプレー式構成とした、ことを特徴とする。
【0018】
上記構成により、インピンジ容器の下部に気体を含む液滴ないし液膜吸収溶液が適量になると作動する分離部を設け、該分離部を介して容器外に導出し気液分離用メッシュにより、未溶解気体と吸収溶液とに分離し、未溶解気体はインピンジ容器内に還流する構成としたものである。
【0019】
次に、請求項1記載のインピンジ容器は、気体を溶解吸収した吸収溶液と未溶解気体とを分離する分離部を設ける構成とし、該分離部は液体中に分散して液体を吸収した気泡群をインピンジ容器の上部より分離し、更に未溶解気体と吸収溶液とに分離するバブル式構成とした、ことを特徴とする。
【0020】
上記構成により、インピンジ容器の上部に液体を含む気泡群によるバブル圧が適量になると作動する分離部を設け、該分離部を介して容器外に導出し気液分離メッシュにより、未溶解気体と吸収溶液とに分離し、未溶解気体はインピンジ容器内に還流する構成としたものである。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図1には、本発明の気液分散ガス吸収装置の一実施例であるスプレー型炭酸ガス吸収装置の概略の構成を示す図で、図2は図1と同じく気液分散ガス吸収装置の他の実施例であるバブル型炭酸ガス吸収装置の概略の構成を示す図である。
【0022】
図1に示すように、本発明の気液分散ガス吸収装置であるスプレー型炭酸ガス吸収装置は、円筒状インピンジ容器15aの左右両端の軸芯X−X上にエジェクタ20、20をそれぞれ一体構造とし、且つインピンジ状に対向して配設したインジェクタ10a、10bとより構成する。前記インジェクタ10a、10bはそれぞれ螺旋型混合器11、11を内蔵し、前記インピンジ容器15aは下部中央にニードルバルブ17と気液分離メッシュ18とよりなるスプレー式分離部16aを備える構成としてある。
【0023】
上記構成において、インピンジ容器15aの軸芯X−X上に、インピンジ状に対向して配設したインジェクタ10a、10bにそれぞれ内蔵する螺旋型混合器11、11の投入口13、13に炭酸飲料原液を導入するとともに投入口12、12に炭酸ガスを導入して、前記インジェクタ10a、10bのノズル14、14より分散混合した気液混合体を乱流旋回状にそれぞれ噴出させて、衝突噴流を形成させる。
その結果、前記螺旋状混合器11の投入口12、及び13より導入された炭酸ガスと炭酸飲料原液は気液分散状に混合され混合器出口までの長い混合過程で、前記炭酸飲料原液である液体と炭酸ガスである気体との間には充分な接触と滞留時間を可能にし、気体の一部は液体に溶解された状態になる。
なお、上記気体及び液体が乱流状態下で通過させると、混合器内に発生する強い渦流に起因する剪断力により、気体は細かく粉砕され液体中に分散される。
【0024】
そして、上記混合器11を経由して二組のインピンジ状に対向して設けられたインジェクタ10a、10bのノズル14、14より噴流状に噴射され衝突噴流を形成するが、その結果前記気液混合体は、分散状の気体粒子と液体粒子は2倍の相対速度で流動し、気体粒子と液体粒子との間の接触の機会は倍増する。
【0025】
また、上記衝突噴流はインピンジ容器内でオッシレーションを起し、上記気体粒子と液体粒子との間の接触は上記オッシレーションが減衰するまで継続し、液体粒子の気体粒子溶解吸収の機会は増大する。
【0026】
また、上記長期にわたる気体粒子及び液体粒子との間の衝突剪断により2次的再微粒子化が起こり両者の間の接触面積を増加させる。
【0027】
上記接触面や内部の局所的濃度差により界面撹乱現象を起しマラゴニ効果による顕著な物質移動を惹起させ、インピンジ容器15a内の下部空間には炭酸ガスを含んだ炭酸飲料原液の液滴ないし液膜が充満する。充満した前記液滴ないし液膜が適量に達すれば分離部16aのニードルバルブ17が作動して、インピンジ容器外にその液滴ないし液膜を分離し更に気液分離メッシュ18により炭酸飲料水と未溶解炭酸ガスに分離する。
分離された未溶解炭酸ガスはエジェクタ20、20の取り入れ口20a、20aに還流され、新にインジェクタ10a、10bのノズル14、14より噴出される気液混合体と合体して、再度気液間の物質移動に参画し、未溶解炭酸ガスが外部に放出廃棄されることはない。
【0028】
図2は図1と同じく気液分散ガス吸収装置であるバブル型炭酸ガス吸収装置の概略の構成を示す図である。
図2に示すように、本発明の気液分散ガス吸収装置であるバブル型炭酸ガス吸収装置は、円筒状インピンジ容器15bの左右両端の軸芯X−X上にエジェクタ20、20をそれぞれ一体構造とし、且つインピンジ状に対向して配設したインジェクタ10a、10bとより構成する。前記インジェクタ10a、10bはそれぞれ螺旋型混合器11、11を内蔵し、前記インピンジ容器15bは上部中央にニードルバルブ17と気液分離メッシュ18とよりなるバブル式分離部16bを備える構成にしてある。
【0029】
上記構成において、図1と同様に、インジェクタ10a、10bに内蔵する螺旋型混合器11、11の投入口13、13に炭酸飲料原液を導入するとともに投入口12、12に炭酸ガスを導入して、ノズル14、14より分散状に混合した気液混合体を乱流旋回状にそれぞれ噴出させて、衝突噴流を形成させる。
その結果、図1と同様の過程を経て、気液の接触面の増加や内部の局所的濃度差により界面撹乱現象を起しマラゴニ効果による顕著な物質移動を惹起させ、インピンジ容器15b内の上部空間には炭酸飲料の原液を含んだ気泡群が充満する。充満した気泡群が適量に達すれば分離部16bのニードルバルブ17が作動して、インピンジ容器15bの容器外に分離し更に気液分離メッシュ18により炭酸飲料水と未溶解炭酸ガスに分離する。
分離された未溶解炭酸ガスはエジェクタ20、20の取り入れ口20a、20aに還流され、新にインジェクタ10a、10bのノズル14、14より噴出される気液混合体と合体して、再度に気液間の物質移動に参画し、未溶解炭酸ガスが外部に放出廃棄されることはない。
【0030】
【発明の効果】
上記構成により、液体の気体吸収過程において、常温での効率的吸収と未溶解気体を皆無とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の気液分散ガス吸収装置の一実施例を示すスプレー型炭酸ガス吸収装置の概略の構成を示す図である。
【図2】図1と同じく気液分散ガス吸収装置の他の実施例を示すバブル型炭酸ガス吸収装置の概略の構成を示す図である。
【図3】炭酸飲料に使用する従来の炭酸ガス吸収装置の概略の構成を示す図である。
【符号の説明】
10a、10b インジェクタ
11 螺旋型混合器
12、13 投入口
14 ノズル
15a、15b インピンジ容器
16a、16b 分離器
17 ニードルバルブ
18 気液分離メッシュ
20 エジェクタ
Claims (4)
- 気体を液体に吸収させる吸収装置において、
気体と液体とを分散混合する螺旋型混合器をそれぞれ内蔵してインピンジ状に配設した二組のインジェクタと、前記二組のインジェクタを収納するインピンジ容器とから構成したことを特徴とする気液分散ガス吸収装置。 - 前記二組のインジェクタの各々のノズルに未溶解気体の噴出用エジェクタを一体構造としたことを特徴とする請求項1記載の気液分散ガス吸収装置。
- また、前記インピンジ容器は、気体を溶解吸収した吸収溶液と未溶解気体とを分離する分離部を設け、該分離部は気体を含む液滴ないし液膜をインピンジ容器より適時分離し、更に未溶解気体と吸収溶液とに分離するスプレー式構成としたことを特徴とする請求項1記載の気液分散ガス吸収装置。
- 前記インピンジ容器は、気体を溶解吸収した吸収溶液と未溶解気体とを分離する分離部を設け、該分離部は液体中に分散して液体を吸収した気泡群をインピンジ容器より適時分離し、更に未溶解気体と吸収溶液とに分離するバブル式構成とした、ことを特徴とする請求項1記載の気液分散ガス吸収装置。
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