JP3819732B2 - 気体溶解装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は気体溶解装置に関し、密閉タンクに連続的に液体を供給し、その液体を排出しながら液体に気体を溶解させる気体溶解装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体プロセスではオゾンなどの気体を水などの液体中に溶解させ、機能水として使用している。また、排水処理施設や汚れた河川・湖沼等においては、予め空気や酸素等の気体を溶解した水を水中に放出することにより水中の溶存酸素量を増大させて、微生物の活動を活発にして汚水の浄化を行う装置が知られている。
【０００３】
図５は特開平１１−２０７１６２号公報に記載された従来例を示す概略構成図である。図において、１は気密に加工された密閉タンクであり、気体を溶解すべき水が例えば８分目程度注入されている。この密閉タンクの近傍には図では省略するが空気や酸素などを供給するためのポンプや気体ボンベ、ガス発生装置などの気体供給手段が配置されている。２はノズルであり、このノズルの先端は密閉タンク１の外周付近に設けられ接線方向に沿って水面に対して斜め上方から水面に出射するように配置されている。
【０００４】
３は液体供給手段として機能するポンプであり、例えばストップ弁５を介して湖水や河川６等から水を汲み上げて前述のノズル２から密閉タンク１内に水を供給する。４は調節弁であり、通常は開とされて密閉タンク内で気体が溶解された水を浄化すべき場所に放出するが、密閉タンク１内の水が所定レベル位置以下になった場合は開閉度を調節したり、気体調節弁４ａを閉として気体の供給を停止させたりして水位調整を行なう。５は水の供給を停止するためのストップ弁である。なお、図では省略するが密閉タンクには密閉タンク内の水量を測定するためのレベル計や密閉タンク１内の圧力を測定するための圧力計が取付けられている。
【０００５】
上記の構成において密閉タンク１の上方に所定の圧力に加圧された気体（例えば酸素）が導入される。気体の圧力が高いと水位が下降し、水は予め設定した水位以下になるが、その場合は所定の圧力レベルになるように気体調節弁４ａで気体の圧力を調節したり、液体調節弁４を調節したりして水位を制御する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述の図５で示す従来例においては、ノズル２からの水が水面に対して斜め方向に出射するため渦巻きが発生し、その遠心力による気体の溶解が期待できるが水同士の衝突、つまり、液体同士の衝突であることから衝突の圧力を気体の溶解に充分に利用できておらず、また、水の飛沫の量も少なく、水に対する気体の溶解度が充分に得られないという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、液体を邪魔板に衝突させることにより、その衝突の圧力を利用して気体を液体中に溶解させると共に液体の飛沫の量や泡を増大させることにより効果的に気体溶解量を増加させ、更に未溶解のまま密閉タンクに溜まった気体をポンプの前段や後段に導いて液体中に放出し、密閉タンクの上方に蓄積した気体を循環させることにより気体溶解効率の改善を図るとともに気体溶解量の制御性を向上させた気体溶解装置を実現することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような問題点を解決するために本発明は、請求項１においては、
密閉タンクにポンプを介して液体を供給する液体供給手段と、前記密閉タンクおよび／または前記液体に気体を供給する気体供給手段と、前記密閉タンク内に注入された液体の液位を制御する液位制御手段と、前記密閉タンク内に注入された液体の液面下に設けられた邪魔板とからなり、
前記液体は前記密閉タンクの上部から供給され、前記密閉タンクの上方から下方に向かって噴出する前記液体が前記密閉タンク内の上部に形成された気体溜まりの気体を巻き込みながら液面と邪魔板の間の液体を押しのけて前記邪魔板に衝突し、前記液体および液体中の気泡が破砕する様に前記液面から前記邪魔板の表面までの液位を前記液位制御手段により所定の液位に制御することを特徴とする。
【０００９】
請求項２においては、請求項１記載の気体溶解装置において、
前記邪魔板の表面に複数の凹凸を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３においては、請求項１又は２に記載の気体溶解装置において、
前記液体供給手段の前段または後段の少なくとも一方に前記気体供給手段から前記気体を注入する配管を設けたことを特徴とする。
【００１１】
請求項４においては、請求項１又は２に記載の気体溶解装置において、
前記液体供給手段の前段または後段の少なくとも一方に前記密閉タンクから前記気体を注入する配管を設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項５においては、請求項１乃至４のいずれかに記載の気体溶解装置において、
前記液体は密閉タンクの上方からノズルを介して供給するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の請求項１に関する実施形態の一例を示す概略構成図である。なお、図では省略するが密閉タンクには密閉タンク内１の水位を測定するためのレベル計や密閉タンク１内の圧力を測定するための圧力計が取付けられている。
【００１４】
図１において１０は邪魔板であり、本発明においては、邪魔板１０は密閉タンク内に例えば８分目程度に注入された水面より下方に設置される。この邪魔板と水面の関係はノズル２から噴き出す水の勢いに応じて水面が制御され、ノズル２から噴出する水が表面の水を押しのけて邪魔板１０に衝突する程度の深さとなるように、また、水の飛沫や泡が大量に発生するように水面の高さが制御される。
【００１５】
このような構成によれば、衝突の圧力により気体を液体中に溶解させ、更に液体の飛沫の量や泡を増大させることができ、効果的に気体溶解量を増加させることができる。
なお、図１に示すようにポンプ３の前段に気体を注入したり、後段にラインミキサを取付けたりして予め酸素の溶解をしておけば効率的に酸素の溶解をすることが可能である。
【００１６】
図２（ａ，ｂ）は本発明の請求項２に関する実施形態の一例を示すもので邪魔板１０の表面に複数の凹凸を設けたものである。
図３は、本発明の請求項３に関する実施形態の一例を示す概略構成図である。図において、図５に示す従来例と同一要素には同一符号を付している。図５とは邪魔板１０を水面下に設けた点とポンプ（給水手段）の前段と後段に気体注入手段を設けた点が異なっている。
【００１７】
この実施例では邪魔板１０と水面とノズル２との位置関係は図１に示すものと同様であるが、密閉タンク１に供給する気体を分岐してパイプ１２およびストップ弁５ｂを介してポンプ３の前段に注入するとともに，ストップ弁５ａを介してポンプの後段に配置された乱流発生部（ラインミキサ等）９に注入している。なお、図では省略するが密閉タンクにはレベルを測定するためのレベル計や圧力計などが取付けられている。
【００１８】
このような構成によれば、気体供給手段から供給される気体がポンプ３や乱流発生部９側に流入することとなる。その結果、気体溶解度の高い気体溶解が可能となる。
【００１９】
図４は請求項４に関する実施例を示すもので、この実施例では図示しないガスボンベなどからの気体は密閉タンク１に供給され、タンクの上方の気体をパイプ１２側に配管している。なお、この実施例においても、ノズル２の下方の水面下に邪魔板１０を設け、ノズルから噴出する水を邪魔板１０に衝突させている。
【００２０】
そして、密閉タンク１に気体を供給し、タンクの空間の気体をパイプ１２を介してポンプ３の前段に注入し、更に、ポンプ３の後段に配置された乱流発生部９にエジェクタを用いて気体を注入するようにしている。
【００２１】
この図では、ポンプ３（液体供給手段）の前後に密閉タンク１からの気体を注入しているが、勿論どちらか一方でも良い。
なお、図では省略するが密閉タンクには水位を測定するためのレベル計や圧力計などが取付けられている。
このような構成によれば、邪魔板１０による溶解度の向上と液位を調節するために密閉タンク１の上部空間の気体を連続的に循環させているため、気体の供給を一時停止した場合でも気体溶解度の変動が小さく効率的で、かつ、制御性の高い気体溶解が可能である。
【００２２】
本発明の以上の説明は、説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。例えば気体及び液体は酸素や水に限らず他の気体や液体であっても良い。また、エジェクタやラインミキサも使用しなくとも良い。
【００２３】
したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。特許請求の範囲の欄の記載により定義される本発明の範囲は、その範囲内の変更、変形を包含するものとする。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の気体溶解装置は、 密閉タンクにポンプを介して液体を供給する液体供給手段と、前記密閉タンクおよび／または前記液体に気体を供給する気体供給手段と、前記密閉タンク内に注入された液体の液位を制御する液位制御手段と、前記密閉タンク内に注入された液体の液面下に設けられた邪魔板とからなり、
前記液体は前記密閉タンクの上部から供給され、前記密閉タンクの上方から下方に向かって噴出する前記液体が前記密閉タンク内の上部に形成された気体溜まりの気体を巻き込みながら液面と邪魔板の間の液体を押しのけて前記邪魔板に衝突し、前記液体および液体中の気泡が破砕する様に前記液面から前記邪魔板の表面までの液位を前記液位制御手段により所定の液位に制御するので、高濃度の気体溶解液を得ることができ、更に、気体溶解度の変動が小さく制御性の高い気体溶解装置を実現することができる。
そして、例えば半導体プロセスでオゾンなどの気体を水などの液体中に溶解させ機能水として使用したり、水環境の修復に使用したりすることができる。
【００２５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の気体溶解装置の実施形態の一例を示す構成図である。
【図２】邪魔板の実施形態を示す構成図である。
【図３】気体溶解装置の他の実施形態を示す構成図である。
【図４】気体溶解装置の他の実施形態を示す構成図である。
【図５】気体溶解装置の従来例を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 密閉タンク
２ ノズル
３ ポンプ
４ 調節弁
５ ストップ弁
９ 乱流発生部（ラインミキサ等）
１０ 邪魔板
１２ パイプ
Claims (5)
- 密閉タンクにポンプを介して液体を供給する液体供給手段と、前記密閉タンクおよび／または前記液体に気体を供給する気体供給手段と、前記密閉タンク内に注入された液体の液位を制御する液位制御手段と、前記密閉タンク内に注入された液体の液面下に設けられた邪魔板とからなり、
前記液体は前記密閉タンクの上部から供給され、前記密閉タンクの上方から下方に向かって噴出する前記液体が前記密閉タンク内の上部に形成された気体溜まりの気体を巻き込みながら液面と邪魔板の間の液体を押しのけて前記邪魔板に衝突し、前記液体および液体中の気泡が破砕する様に前記液面から前記邪魔板の表面までの液位を前記液位制御手段により所定の液位に制御することを特徴とする気体溶解装置。 - 前記邪魔板の表面に複数の凹凸を設けたことを特徴と請求項１記載の気体溶解装置。
- 前記液体供給手段の前段または後段の少なくとも一方に前記気体供給手段から前記気体を注入する配管を設けた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。
- 前記液体供給手段の前段または後段の少なくとも一方に前記密閉タンクから前記気体を注入する配管を設けた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。
- 前記液体は密閉タンクの上方からノズルを介して供給するようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の気体溶解装置。
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