JP4374327B2 - 気体溶解装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、オゾンの殺菌作用を利用して、水の殺菌や上水、下水を浄化するための水処理設備等に適用するオゾン水製造装置などに用いる気体溶解装置に関する。

気体を被処理液中に溶解させる気体溶解手段は、例えば、密閉容器または大気開放型容器内において、被処理液中に気体を散気して被処理液と接触・混合する曝気法などが多く採用されている。

また、他の気体溶解手段として、密閉容器内において溶解させる気体に被処理液を噴霧する方法や、流速を増加させて、ノズルから液面や液中または気中へ噴出させて、被処理液を気中に飛散させ、または被処理液中に気泡を生じさせて、酸素などを溶解させる方法もある。

密閉タンクに液体を供給する液体供給手段と、気体を供給する気体供給手段と、落下供給された前記液体を衝突させる邪魔板とからなり、ノズルから出射した水を邪魔板に衝突させて飛沫化することにより密閉タンク内に充満する気体を溶解するようにした気体溶解装置も提案されている。
特開２００２−３４６３５１

しかしながら、前記のような従来の気体溶解手段中、曝気法は気体と被処理水との接触効率が悪く、溶解することができなかった気体は、大気に逃さなくてはならず、酸素などを使用した曝気法などでは多くの酸素を大気に逃す結果となり無駄が多く効率的な溶解方法と言えない。

また、溶解させる気体に被処理水を噴霧する方法や、流速を増加させて、ノズルから水面や水中または気中へ噴出させる方法においては、溶解効率を上げるために、被処理水をノズルから噴出させるときの流速を増加させる必要があるため、ノズル口径を絞って圧力を高くするなどしており、エネルギーの損失が大きく、流量も著しく制限される。

一方、前記特許文献１に示すものにおいては、ノズルから供給される水を邪魔板に衝突させて飛沫化するものであるから、被処理水をノズルから噴出させるときの流速を増加させる必要があり、そのため、ノズル口径を絞って圧力を高くするなどしなければならず、基本的には前記従来の手段と同様に、エネルギーの損失が大きく、流量も著しく制限される、という難点がある。

前記特許文献１には、邪魔板の例として、中央部付近を高くして周縁に向かって順次低くなるように傾斜を設け、かつ、この邪魔板の傾斜面に衝突した水が渦（旋回流）を発生するような溝または突起を設けたものも示されているが、一般に、水の流れる面が傘状の傾斜面であると、水はその外周縁から直ちに落水してしまい、全周方向への広がりを期待することができない。

本発明は、必要以上に被処理水の流速を増加させる必要がなく、このため、少ないエネルギーで、大流量の被処理水に、高効率で気体を溶解させることができる気体溶解装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の気体溶解装置は、請求項１に記載のものにおいては、気体を被処理液中に溶解させるための気体溶解装置であって、溶解させる気体を充満させる密閉容器と、該密閉容器の中心部から被処理液が噴出するように配置された液体供給部と、該液体供給部の噴出口に近接させて配置され、該噴出口から噴流する被処理液との接触面が全周方向に広がる凹曲面となっていて被処理液を薄膜状にして連続的に全周方向へ噴流させるようにしたノズル体と、前記密閉容器内の気体溶解済み処理液を排出する排出口とを備え、該ノズル体は筒径の異なる複数の略漏斗状のノズル盤を上下のノズル盤間に所定の間隔が形成されるように複数段重ねることにより構成されていて、被処理液が該ノズル盤の該凹曲面に沿って流れ、薄膜が複数段形成されるようになっていることを特徴とする。

請求項２に記載のものにおいては、ノズル体の被処理液との接触面における凹曲面が外周縁部で平坦になっていることを特徴とする。

請求項３に記載のものにおいては、前記噴出口が上向きに設けられると共に該噴出口の直上に凹曲面を有するノズル盤を備えたノズル体が配置されていることを特徴とし、請求項４に記載のものにおいては、前記噴出口が下向きに設けられると共に該噴出口の直下に凹曲面を有するノズル盤を備えたノズル体が上下反転して配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、請求項１に記載のものにおいては、液体供給部によって密閉容器の中心部から被処理液が噴出する噴出口に近接させてノズル体が設けられ、該ノズル体は、噴出口から噴流する被処理液との接触面が全周方向に広がる凹曲面となっているから、被処理液を薄膜状にして連続的に全周方向へ噴流させることができ、従来のように噴出用ノズルなどで水流の速度を高めるために、被処理液の吐き出し量を絞ったりする必要がなく、少ないエネルギーで運転が可能であり、大量に有価気体の溶解液を効率的に生成することができる。

特に、ノズル体が全周方向に広がる凹曲面を有しているから、該凹曲面を流れる被処理液は、その外周縁部から直ちに落下することなく、膜状となって全周方向に広がりをもって流下させることができ、気体との接触をより効率的に行わせることができる。
前記ノズル体は筒径の異なる複数の略漏斗状のノズル盤を上下のノズル盤間に所定の間隔が形成されるように複数段重ねることにより構成されていて、薄膜が複数段形成されるようになっているから、被処理液の量によって段数を選択することができ、また、この場合、始段のノズル盤及び中段のノズル盤は中心部に次段側への水路となる円筒部を有していて、噴出口から噴流する際に生じる水柱を、その外側から各段で同じ水量を削ぐようにして分流することができ、各段で均一な薄膜を形成することができる。

さらに、請求項２に記載のように、前記ノズル体の被処理液との接触面における凹曲面が外周縁部で平坦になっていれば、前記全周方向への広がりをより効果的に行わせることができる。

請求項１に記載のものにおいては、前記ノズル体が略漏斗状のノズル盤を備えていて、被処理液が該ノズル盤の凹曲面に沿って流れるようにしたから、請求項３に記載のように、噴出口を上向きに設けると共に該噴出口の直上に前記ノズル体を配置する形式であっても、或いは、請求項４に記載のように、噴出口を下向きに設けると共に該噴出口の直下に前記ノズル体を上下反転させて配置する形式のいずれであっても、被処理液を膜状にして全周方向に広がりをもたせて流下させることができる。

さらに、請求項５に記載したように、前記各ノズル盤の外径を等しくすることにより、前記のような各段での均一な薄膜形成という効果をより高めることができる。但し、ノズル盤の段数が多くなると終段のノズル盤の外周縁部における平坦部が長くなりすぎて却って被処理液の流れに抵抗が生じるおそれがあるから、平坦部は一定の長さ以内に止めるべきであり、このような観点から、請求項６に記載したように、段数が多くなるとノズル盤の外径が終段に向かうに従って小さくなる構造とする必要がある。

本発明に係る気体溶解装置の実施の形態を図１および図２に基づいて説明する。図は被処理液の噴出口を上向きに配置してその直上にノズル体を配置した形式のものを示しており、図１は気体溶解装置の断面図、図２はノズル体の詳細を示すための一部断面図である。

図において、１は気体を被処理液（実施例では水）に溶解させるための密閉容器（タンク）の容器本体であり、該容器本体1には、液面８ａまたは８ｂを検知してオン・オフするレベルスイッチ7と、該レベルスイッチ７の作動に連動して開閉する自動弁６とが設けられており、該自動弁６が開くことにより気体入口１０から気体が容器本体１内に流入するようになっている。

この容器本体１の中腹部には被処理液を容器本体１内に供給する供給部２が取り付けられており、この供給部２は、入口管２ａの先端側を容器本体１内の中心部に臨ましめると共にその先端部を上向きに屈曲せしめて、ポンプＰで圧送された被処理液が入口管２ａの噴出口２ｂから上向きに噴出するようになっている。

容器本体１の底部側には気体溶解済み処理液を排出する排出口３が設けられており、出口管３ａの内端を下向きにすると共に外部には容器本体1内の圧力を調整するための調整弁11が取り付けられている。

前記噴出口２ｂに近接させてその上方にノズル体５が設けられる。このノズル体５は、図２に示すように、下面に全周方向に広がる凹曲面を有する略漏斗状のノズル盤を備えており、前記噴出口２ｂから噴出した被処理液がノズル盤の下面に沿って薄膜状になって連続的に全周方向に噴出するようになっている。

前記ノズル体５は、図２の実施例では、前記のような形状をなした筒径の異なるノズル盤５ａ、５ｂ、５ｃを上下のノズル盤間に所定の間隔が形成されるように重ねて配置した構成となっており、しかも各ノズル盤５ａ、５ｂ、５ｃはその外径が等しくなっている。なお、最上段のノズル盤５ｃは筒部を有しない。図において、４は前記ノズル体５を支持固定するノズル固定板、５ｄは各ノズル盤５ａ、５ｂ、５ｃ間に所定の間隔を形成するためのスペーサである。

前記のように、図２の実施例では、各ノズル盤５ａ、５ｂ、５ｃはその外径が等しくなっているが、ノズル盤の段数が多くなると終段のノズル盤の外周縁部における平坦部が長くなりすぎて却って被処理液の流れに抵抗が生じるおそれがあるから、平坦部は一定の長さ以内に止めるべきである。このような観点から、図示はしないが、段数が多くなるとノズル盤の外径が終段に向かうに従って小さくなる構造とする必要がある。

ノズル体５を前記のように構成することにより、前記噴出口２ｂから噴出した被処理液は、各ノズル盤５ａ、５ｂ、５ｃの各下面（接触面）５ａ’、５ｂ’、５ｃ’に沿って薄膜状９ａとなって全周方向に噴出し、３段の薄膜状の水流９が形成される。

次ぎに、図１及び図２に基づいてその動作例を説明する。ポンプＰによって容器本体１に入口管２ａおよびノズル体５を経て被処理液が供給されると、容器本体１内の圧力を調整する調整弁１１の働きによって容器本体１内に被処理液が蓄積される。容器本体1内に被処理液が蓄積されることによって、その液面が高液面８ａになると、レベルスイッチ７によって検知され、これに連動する自動弁６が開くことで、気体入口１０から気体が容器本体１内に流入する。また、気体が流入することによって液面が押し下げられて、低液面８ｂに達した際にもレベルスイッチ７によって検知され、自動弁６は閉じられる。気体が被処理液中に溶解することによって、容器本体１内部の気体が減少するため液面は上昇するが、これらを繰り返すことによって、容器本体１内部の液面を、高液面８ａから低液面８ｂの範囲で保ちながら、処理液を排出することができる。

入口管２ａから給送された被処理液は、上向きの噴出口２ｂによって上向きに噴流し、ノズル体５に放水される。ノズル体５は前記のように、本実施形態においては始段のノズル盤５ａ、中段のノズル盤５ｂ及び最終段のノズル盤５ｃの３段によって構成されており、終段のノズル盤５ｃだけが円筒部を有しないが、始段のノズル盤５ａ及び中段のノズル盤５ｂは中心部に次段側への水路となる円筒部を有している。そして、各水路の関係は、噴出口２ｂから噴流する際に生じる水柱を、その外側から各段で同じ水量を削ぐようにして分流するようになっている。

本実施形態では、ノズル体５はノズル盤を３段に設けているので、一定の間隔で３層の薄い膜状の水流9が生じることになる。そして、ノズル体５から放水された薄い膜状の水流９はその上面及び下面が溶解させるべき気体に挟まれる格好となって全周方向へ拡がるため、水流が薄い膜状であることと、気体との接触面積が大きくなること及び容器本体１が密閉加圧下であることなどから、極めて短時間に飽和溶解量まで気体を被処理液中に溶解させることができる。気体溶解後は処理済み液として、容器本体１の内壁面に沿って流れ落ち、排出口3から排出される。

以上の説明では、被処理液の噴出口２ｂを上向きに配置してその直上にノズル体５を配置した形式のもので説明したが、図２を上下反転して考察すれば明らかなように、噴出口２ｂを下向きに配置してその直下にノズル体５を配置する形式であっても全く同様の効果を得ることができるのであって、この場合のノズル盤５ａ，５ｂ，５ｃの向きは漏斗を上下反転させた如き形態となる。

気体溶解装置の実施例を示す断面図である。 ノズル体の一部断面図である。

符号の説明

１ 容器本体
２ 供給部
３ 排出口
４ ノズル固定板
５ ノズル体
５ａ ノズル盤
５ｂ ノズル盤
５ｃ ノズル盤
５ｄ スペーサ
６ スペーサ
７ レベルスイッチ
８ａ 液面
８ｂ 液面
９ 薄膜状の水流
１０ 気体入口
１１ 調整弁

Claims (6)

1. 気体を被処理液中に溶解させるための気体溶解装置であって、溶解させる気体を充満させる密閉容器と、該密閉容器の中心部から被処理液が噴出するように配置された液体供給部と、該液体供給部の噴出口に近接させて配置され、該噴出口から噴流する被処理液との接触面が全周方向に広がる凹曲面となっていて被処理液を薄膜状にして連続的に全周方向へ噴流させるようにしたノズル体と、前記密閉容器内の気体溶解済み処理液を排出する排出口とを備え、
   該ノズル体は筒径の異なる複数の略漏斗状のノズル盤を上下のノズル盤間に所定の間隔が形成されるように複数段重ねることにより構成されていて、被処理液が該ノズル盤の該凹曲面に沿って流れ、薄膜が複数段形成されるようになっていることを特徴とする気体溶解装置。
2. ノズル体の被処理液との接触面における凹曲面が外周縁部で平坦になっていることを特徴とする請求項１に記載の気体溶解装置。
3. 噴出口が上向きに設けられると共に該噴出口の直上に凹曲面を有するノズル盤を備えたノズル体が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の気体溶解装置。
4. 噴出口が下向きに設けられると共に該噴出口の直下に凹曲面を有するノズル盤を備えたノズル体が上下反転して配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の気体溶解装置。
5. 各段のノズル盤は外径が等しくなっていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の気体溶解装置。
6. 複数段に配置されるノズル盤は、終段に向かうに従って外径が小さくなっていることを特徴とする請求項請求項１〜４の何れかに記載の気体溶解装置。

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