JP4573141B1 - 気体溶解装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】気液分離や気液接触の効率の低さのため、気体溶解装置が大きかったり、供給エネルギーロスが多かったり、コスト高であった。
【解決手段】本発明は、気泡径とその上昇速度の関係により、簡易な構造の気液分離材を設け、僅かなスペースで気液分離を行なう。また、気液混合体のボイド率を上げる事と気液接触領域の拡大と気液接触時間延長と均等化のための撹拌を行なう。
【選択図】図２
【解決手段】本発明は、気泡径とその上昇速度の関係により、簡易な構造の気液分離材を設け、僅かなスペースで気液分離を行なう。また、気液混合体のボイド率を上げる事と気液接触領域の拡大と気液接触時間延長と均等化のための撹拌を行なう。
【選択図】図２
Description
本発明は、気液接触によって液体に気体を効果的に溶解させ、溶存気体を含む液体を製造する気体溶解装置に関するものである。
各種の産業や水処理設備、環境改善設備にて液体に気体を溶解させる用途が多くある。例えば、オゾンガスの溶解での殺菌、脱色、脱臭、難分解物質の促進酸化での利用や高濃度の微細気泡（マイクロバブル）を発生させた入浴施設や洗浄装置、排水処理装置などの利用が進んでいる。また、河川、湖沼、ダムでの貧酸素による生態系の破壊や環境悪化も進んでおり、それの改善が必要とされている。さらに、漁業でも、湾内の貧酸素化や陸上養殖、蓄養、水耕栽培での酸素供給で、省エネルギー、省スペースで低価格な気体溶解装置が望まれている。
従来の気体溶解装置として特許文献１では、気液混合タンクに、その内部空間を上下で分離する多孔質部材が設けられているもの。その内部空間を液体導入側と液体流出側との２つに仕切る仕切り板が設けられているとともに、この仕切り板において液体導入側の面上に導入される液体を受け入れる筒体が設けられ、さらに前記仕切り板において前記筒体の外周領域に前記２つに仕切った空間相互を連通させて異物流出を可能とする通孔が設けられているもの。その内部に受け入れた液体を運転停止時に通孔側へ流出させるための水抜き部が設けられているものが開示されている。
特許文献２では、気液混合流体のいずれかの前記流体が圧送されて内部に貯留されている液体の液面上に噴射されて気液溶解液を生成する一次側槽と、前記一次側槽内の余剰気体を分離する二次側槽とからなったものが開示されている。
特許文献３では、密閉タンクに重管構造の流路延長手段を設け、上部気体溜りより内側の管に供給された液体がこの内側の管の下部を通ってこの管の外側に配置された管に供給され、液体はこの外側の管の上部を通ってさらにこの管の外側に配置された管に供給される動作が１回以上繰り返され、最外周の管とタンクの内周の間に流入した液体を気体溶解水として排出するように構成したものが開示されている。
特許文献４では、タンク内上部に配置され最上部分が開口し、その開口径よりも深く形成される液泡生成容器部と、その上部に配置され前記タンク内の圧縮気体を巻き込みながら噴射する噴射供給部と、下流側に取り付けられ圧縮気体を溶解した加圧液体の排出口を備えたものが開示されている。
特許文献５では、断面円形の直筒状をした、両側の端部を閉塞した側壁部をもった水平方向に対して１０〜４５度の傾斜角度θで傾斜する姿勢で配置されている筒状体の気体溶解装置で上下方向の略中央付近には気体と液体との界面が位置し、界面より上部の上流側の部分は、気体が貯留される気体貯留部になるとともに、界面より下流側の部分は、液体が貯留される液体貯留部となる。噴射口は、気体貯留部の内壁面か、界面寄りの位置か、あるいは界面より若干下側の液体貯留部の内壁面に形成され、流出口は、液体貯留部の端部付近の内壁面に形成されたものが開示されている。
特許文献６では、気液加圧溶解混合器へ混気ポンプから液体および気体の混合流が導入されて気液溶解が行われる、水平方向に延びる上部通路と、前記上部通路の下方に前記上部通路から間隔を隔てて配置され、気液溶解された加圧液が貯留される、水平方向に延びる下部通路と、前記上部通路の後端から下方に立ち下がるとともに、前記上下部通路を連通する立下り通路とを備えているものが開示されている。
特許文献７では、溢流壁により区画された曝気部と液取出部とを備え、上部が蓋で覆われて実質的に密閉状態になっている水槽と、液取出部の下部から液を取り出して曝気部に圧送するポンプを有する循環路と、循環路の吐出端にガスを吸入して気液混相流を形成するように設けられ、かつスロート端部を水槽内の液中に突入させて気液混相流を液中に噴射するように設けられた液−気エゼクタと、液−気エゼクタから吐出される気液混相流を利用して水槽内上部の液を吸入し、気液混相流と混合するように水没して設けられた液−液エゼクタと、液−液エゼクタの吐出端に連結されて水槽の底部に向って延び、かつ混合流を下向流で通過させる筒状の下向管と、溢流壁を溢流する曝気部上面の気泡を曝気処理液とともに排出するように液取出部内に設けられた流出口とを備えたものが開示されている。
特許文献８では、底部にのみ設けた開口部が水中に開口する箱状の酸素供給室を設けるとともに、該酸素供給室内に酸素を供給する酸素供給経路と、該酸素供給室内の水面に向けて水を噴出する水噴出経路とを設けたものが開示されている。
解決しようとする問題点は、気液分離や気液接触の効率の低さのために気体溶解装置が大きかったり、供給エネルギーロスが多かったり、コスト高であること。以下に上記特許文献の課題点をそれぞれ示す。
特許文献１では、気液分離のために多孔質部材を設けると、異物の詰まりが予想される。また、仕切り板の形状から、下部空間へ気泡が流れ込んだり、空気溜まりが発生する可能性がある。さらに、水抜き部より、気泡が出て先の通孔へ流出する可能性もある。
特許文献２では、一体形成の場合は、液面上への噴射が強いと、気泡が流出してしまい、気液との混合範囲をほぼ中間までに留める必要がある、そうすると必然的に溶解能力に限度を生じる。また、溶解部と分離部を連通管で接続したものは、より大きなスペースを必要とする。
特許文献３では、延長手段、気液分離手段がタンクに占める割合が大きく且つ、２重の筒体を組み込むために、密閉タンクが大きくなり、コストアップとなる。
特許文献４では、液泡生成容器部の割合がタンク全容積に対し少なく、気液接触量が少ない。また、気液分離部（下部溶液溜まり部）を大きくしないと気泡が流出する。結果大きいサイズのタンクが必要となる。
特許文献５では、エジェクター（示されていないが）により気液混合体を筒状体の気体溶解装置に導入する場合、気液混合比（ボイド率）を大きくすることは難しい。また、ポンプと気体溶解装置の間にエジェクターを設けると余分な圧力を消費し、消費電力の増大となる。
特許文献６では、水中に微細気泡（マイクロバブル）の気泡核を発生させることにより、空気を水中に溶解・混合させる気液加圧溶解混合器であるために、このノズル部で大きな圧力を消費し、また、微細気泡のため気液接触面積の絶対量が少ない。そのために、所望の溶解水を作るのに高圧のポンプが必要となり、消費電力の増大となる。
特許文献７では、深い槽へ気液混合体が筒状の下向管を流動するには、気泡の浮力によるエアリフトに勝るエネルギーを要す。また、エアリフトを抑えるには気泡径を小さくする必要があり、いずれもエジェクターに圧力を多くかける必要があり、動力が大きくなる。
特許文献８では、槽内への処理水の拡散や遠方への送水では、送水管以外に別途に設けた装置が必要となる。
この様な問題点を解決するために本発明は気液混合体の泡の特性を利用したもので、図１のグラフの様に、液質、温度、気泡量により多少の違いは発生するが、気泡径がほぼ２ｍｍをピークに、小径になる程上昇速度が減少し、また７ｍｍまで大径になっても上昇速度は減少し、ほぼ０．２ｍ／秒でおさまる。さらに径が大きくなると、上昇速度は増加する性質がある。従って、気液分離のためには、通過しても良い気泡径の上昇速度より少ない値を、気体溶解液の流下速度とすれば分離可能となる。
具体的には、容器の内径の断面積をＡ１、容器内に内装された気液分離材の外径の断面積をＡ２とすると、すき間の面積はＡ＝Ａ１−Ａ２であり、面積Ａを流下する液体の流量をＱとすると液体の流下速度はＶ＝Ｑ／Ａとなる。また、液中に含まれる気泡の中で分離点としたい気泡の径の液中での上昇速度をｕｂとすると、ｕｂ＞Ｖの関係にすれば、分離点に対応する気泡径より大きい気泡は流下しなくなる。
また、気体溶解率を上げるためには、気液混合体のボイド率を上げる事と気液接触領域の拡大と気液接触時間延長と均等化のための撹拌が重要で、本発明では、上記気液分離方法を取る事で、少ない領域しか占有しないため、容器の大部分で気液接触と循環、撹拌が行われる。
そこで、本発明の請求項１においては、耐圧容器１０１と、前記耐圧容器１０１の下端部より所定の高さの空間に支持された所定の径と高さの上部開放の碗状の気液分離材１０４と、前記耐圧容器１０１の頂部に設けられ、外部より加圧供給される液体と気体または気泡混じりの液体を前記気液分離材１０４内に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル１０２と、前記気液分離材１０４より下方で前記耐圧容器１０１の底部に設けられた排出口１０３と、から構成された気体溶解装置であって、前記気液分離材１０４の上部開放端位置における外径寸法および同位置での前記耐圧容器１０１の内径寸法から求められるすき間の面積と、外部より加圧供給される液体の設定流量から算出される流下速度の値を、前記すき間を流下する気体溶解液に含まれ通過させたくない気泡の径を閾値とし、前記閾値に対応した気泡の上昇速度の値より、遅くなる値に設定する事で、前記閾値より大径の気泡を流下排出させない様にしたことを特徴として課題を解決している。
具体的には、容器の内径の断面積をＡ１、容器内に内装された気液分離材の外径の断面積をＡ２とすると、すき間の面積はＡ＝Ａ１−Ａ２であり、面積Ａを流下する液体の流量をＱとすると液体の流下速度はＶ＝Ｑ／Ａとなる。また、液中に含まれる気泡の中で分離点としたい気泡の径の液中での上昇速度をｕｂとすると、ｕｂ＞Ｖの関係にすれば、分離点に対応する気泡径より大きい気泡は流下しなくなる。
また、気体溶解率を上げるためには、気液混合体のボイド率を上げる事と気液接触領域の拡大と気液接触時間延長と均等化のための撹拌が重要で、本発明では、上記気液分離方法を取る事で、少ない領域しか占有しないため、容器の大部分で気液接触と循環、撹拌が行われる。
そこで、本発明の請求項１においては、耐圧容器１０１と、前記耐圧容器１０１の下端部より所定の高さの空間に支持された所定の径と高さの上部開放の碗状の気液分離材１０４と、前記耐圧容器１０１の頂部に設けられ、外部より加圧供給される液体と気体または気泡混じりの液体を前記気液分離材１０４内に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル１０２と、前記気液分離材１０４より下方で前記耐圧容器１０１の底部に設けられた排出口１０３と、から構成された気体溶解装置であって、前記気液分離材１０４の上部開放端位置における外径寸法および同位置での前記耐圧容器１０１の内径寸法から求められるすき間の面積と、外部より加圧供給される液体の設定流量から算出される流下速度の値を、前記すき間を流下する気体溶解液に含まれ通過させたくない気泡の径を閾値とし、前記閾値に対応した気泡の上昇速度の値より、遅くなる値に設定する事で、前記閾値より大径の気泡を流下排出させない様にしたことを特徴として課題を解決している。
請求項１の気体溶解装置では気液分離材より上方はボイド率の大きい気液混合体で満たされており、耐圧容器１０１内で直接、相当液位を計測する事は困難である。（相当液位とは、気液混合体の気泡が消泡した時の液位とする。）
そこで、請求項２においては、請求項１の気体溶解装置において、前記耐圧容器１０１の外部または内部に、前記耐圧容器１０１の最上部と最下部のみに連通する流路を持った気液混合体の相当液位を検出する装置１０６を備えたことを特徴として課題を解決している。
そこで、請求項２においては、請求項１の気体溶解装置において、前記耐圧容器１０１の外部または内部に、前記耐圧容器１０１の最上部と最下部のみに連通する流路を持った気液混合体の相当液位を検出する装置１０６を備えたことを特徴として課題を解決している。
請求項１または２に記載の気体溶解装置において、気液分離材１０４の外縁部の気液混合体の渦流れの挙動で、稀に予期しない気泡の流出がある。
そこで、請求項３においては、前記気液分離材１０４の外縁全周の上端部に当接され、上方向に所定の高さを持つ板状体で板状体の全面に所定の細孔が穿孔されたパンチングメタル様の有孔材１０７を備え、気液分離部方向への気泡の流出流れを低減させる事を特徴として課題を解決している。なお、延長を長くすると、気液混合体の占有率が減少し溶解能力が低下するので、最少の高さとする。
そこで、請求項３においては、前記気液分離材１０４の外縁全周の上端部に当接され、上方向に所定の高さを持つ板状体で板状体の全面に所定の細孔が穿孔されたパンチングメタル様の有孔材１０７を備え、気液分離部方向への気泡の流出流れを低減させる事を特徴として課題を解決している。なお、延長を長くすると、気液混合体の占有率が減少し溶解能力が低下するので、最少の高さとする。
請求項４においては、上部が解放された１基または複数基の容器３０１と、前記容器３０１の下端部より所定の高さの空間に支持された所定の径と高さの上部開放の碗状の気液分離材３０４と、前記容器３０１の開放端より上部に設けられ、外部より加圧供給される未溶解の液体を前記気液分離材３０４内に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル３０２と、前記気液分離材３０４より下方で前記容器３０１の底部に設けられた排出口３０３と、前記排出口３０３と連通し高さが前記容器３０１のほぼ中間まで立ち上がり接続された上部が開放の気液液面調整槽３０６と、前記気液液面調整槽３０６下方部から溶解液を排出する排出口３０７と、から構成された気体溶解装置であって、前記気液分離材３０４の上部開放端位置における外径寸法および同位置での前記容器３０１の内径寸法から求められるすき間の面積と、外部より加圧供給される液体の設定流量から算出される流下速度の値を、前記すき間を流下する気体溶解液に含まれ通過させたくない気泡の径を閾値とし、前記閾値に対応した気泡の上昇速度の値より、遅くなる値に設定する事で、前記閾値より大径の気泡を流下排出させない様にしたことを特徴として課題を解決している。
請求項５においては、請求項４の気体溶解装置において、気体溶解を行う前記容器３０１および前記気液液面調整槽３０６の開放された外部に、大気圧の下で覆う、給気口または給排気口の付いたカバー５０１を備え、この内部へ溶解目的の高濃度の気体を給気させ、大気圧下で高濃度の溶解液を得たり、臭気や湿度（蒸気）対策のために給排気口を設け、気体溶解装置の設置部の環境を改善する事が可能となる。
上記の課題を解決するための手段において、気液混合体のボイド率を上げる事と気液接触領域の拡大、気液接触時間延長と均等化のための撹拌を主眼としているが、気泡の小径化も重要である。
しかし、微細化のためにはより多くの動力を消費するので、目的に合わせて決定する必要がある。
しかし、微細化のためにはより多くの動力を消費するので、目的に合わせて決定する必要がある。
気液分離部のコンパクト化により気液混合部が占める割合を大きくする事が出来、その結果、容器の小型化とコストダウンが可能となる。
さらに、開放容器の場合、簡易な構造のため、安価に、僅かな動力消費で、大流量の対応もでき、気泡を殆ど含まないため浮力の影響を考慮せずに目的領域への供給もパイピングをするだけで可能となる。
さらに、開放容器の場合、簡易な構造のため、安価に、僅かな動力消費で、大流量の対応もでき、気泡を殆ど含まないため浮力の影響を考慮せずに目的領域への供給もパイピングをするだけで可能となる。
以下に本発明の実施の形態を説明する。
（実施形態１）
本発明の請求項１に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
耐圧容器１０１と、外部より加圧された液体と気体または気泡混じりの液体を耐圧容器１０１の頂部より下方に支持された碗状の気液分離材１０４内に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル１０２と、耐圧容器１０１内の気体溶解液を耐圧容器１０１外に排出する排出口１０３と、耐圧容器１０１下部の空間に支持された碗状の気液分離機能を持たせた気液分離材１０４から構成されており、ポンプ等で加圧された液体と加圧された気体または加圧された気泡混じりの液体をノズル１０２より気液分離材１０４の碗状内に前記液体を噴射する。そうすると、気液分離材１０４の碗状内を含め、それよりも上部の耐圧容器１０１内は気液混合体で満たされる様になり、その気液混合体のボイド率を３０パーセント前後にする事が出来、内部の循環流、渦流により良好な気体溶解が可能となる。さらに、耐圧容器１０１内面と気液分離材１０４の外面のすき間の面積と流量による流下速度と気泡の液中での上昇速度の関係を示した図１から通過しても良い気泡径の上昇速度より少ない値を気体溶解液の流下速度として、選択的に気液分離が出来る様にしている。
本発明の請求項１においては、耐圧容器１０１と、前記耐圧容器１０１の下端部より所定の高さの空間に支持された所定の径と高さの上部開放の碗状の気液分離材１０４と、前記耐圧容器１０１の頂部に設けられ、外部より加圧供給される液体と気体または気泡混じりの液体を前記気液分離材１０４内に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル１０２と、前記気液分離材１０４より下方で前記耐圧容器１０１の底部に設けられた排出口１０３と、から構成された気体溶解装置であって、前記気液分離材１０４の上部開放端位置における外径寸法および同位置での前記耐圧容器１０１の内径寸法から求められるすき間の面積と、外部より加圧供給される液体の設定流量から算出される流下速度の値を、前記すき間を流下する気体溶解液に含まれ通過させたくない気泡の径を閾値とし、前記閾値に対応した気泡の上昇速度の値より、遅くなる値に設定する事で、前記閾値より大径の気泡を流下排出させない様にしたことを特徴として課題を解決している。
（実施形態１）
本発明の請求項１に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
耐圧容器１０１と、外部より加圧された液体と気体または気泡混じりの液体を耐圧容器１０１の頂部より下方に支持された碗状の気液分離材１０４内に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル１０２と、耐圧容器１０１内の気体溶解液を耐圧容器１０１外に排出する排出口１０３と、耐圧容器１０１下部の空間に支持された碗状の気液分離機能を持たせた気液分離材１０４から構成されており、ポンプ等で加圧された液体と加圧された気体または加圧された気泡混じりの液体をノズル１０２より気液分離材１０４の碗状内に前記液体を噴射する。そうすると、気液分離材１０４の碗状内を含め、それよりも上部の耐圧容器１０１内は気液混合体で満たされる様になり、その気液混合体のボイド率を３０パーセント前後にする事が出来、内部の循環流、渦流により良好な気体溶解が可能となる。さらに、耐圧容器１０１内面と気液分離材１０４の外面のすき間の面積と流量による流下速度と気泡の液中での上昇速度の関係を示した図１から通過しても良い気泡径の上昇速度より少ない値を気体溶解液の流下速度として、選択的に気液分離が出来る様にしている。
本発明の請求項１においては、耐圧容器１０１と、前記耐圧容器１０１の下端部より所定の高さの空間に支持された所定の径と高さの上部開放の碗状の気液分離材１０４と、前記耐圧容器１０１の頂部に設けられ、外部より加圧供給される液体と気体または気泡混じりの液体を前記気液分離材１０４内に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル１０２と、前記気液分離材１０４より下方で前記耐圧容器１０１の底部に設けられた排出口１０３と、から構成された気体溶解装置であって、前記気液分離材１０４の上部開放端位置における外径寸法および同位置での前記耐圧容器１０１の内径寸法から求められるすき間の面積と、外部より加圧供給される液体の設定流量から算出される流下速度の値を、前記すき間を流下する気体溶解液に含まれ通過させたくない気泡の径を閾値とし、前記閾値に対応した気泡の上昇速度の値より、遅くなる値に設定する事で、前記閾値より大径の気泡を流下排出させない様にしたことを特徴として課題を解決している。
（実施形態２）
本発明の請求項２に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
請求項１の気体溶解装置において、耐圧容器１０１の内部の気液分離材１０４より上部は気液混合体（ボイド率は３０パーセント前後）で満たされている。そのため、内部で直接液位を計測すると不安定となる。そこで、前記耐圧容器１０１の外部または内部に、前記耐圧容器１０１の最上部と最下部のみに連通する流路を持った気液混合体の相当液位を検出する装置１０６を備え適正な気液比（ボイド率）を維持させ、気体溶解能力の安定化を図る事が出来る。
本発明の請求項２に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
請求項１の気体溶解装置において、耐圧容器１０１の内部の気液分離材１０４より上部は気液混合体（ボイド率は３０パーセント前後）で満たされている。そのため、内部で直接液位を計測すると不安定となる。そこで、前記耐圧容器１０１の外部または内部に、前記耐圧容器１０１の最上部と最下部のみに連通する流路を持った気液混合体の相当液位を検出する装置１０６を備え適正な気液比（ボイド率）を維持させ、気体溶解能力の安定化を図る事が出来る。
（実施形態３）
本発明の請求項３に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
請求項１または２に記載の気体溶解装置において、気液分離材１０４の外縁部の気液混合体の渦流れの挙動で、稀に予期しない気泡の流出がある。
そこで、前記気液分離材１０４の外縁全周の上端部に当接し上方向に所定の高さを持つ板状体で板状体の全面に所定の細孔が穿孔されたパンチングメタル様の有孔材１０７で延長し、気液分離部方向への気泡の流出流れを低減させる事を特徴として課題を解決している。なお、延長を長くすると、気液混合体の占有率が減少し溶解能力が低下するので、最少高さとする事が望ましい。
本発明の請求項３に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
請求項１または２に記載の気体溶解装置において、気液分離材１０４の外縁部の気液混合体の渦流れの挙動で、稀に予期しない気泡の流出がある。
そこで、前記気液分離材１０４の外縁全周の上端部に当接し上方向に所定の高さを持つ板状体で板状体の全面に所定の細孔が穿孔されたパンチングメタル様の有孔材１０７で延長し、気液分離部方向への気泡の流出流れを低減させる事を特徴として課題を解決している。なお、延長を長くすると、気液混合体の占有率が減少し溶解能力が低下するので、最少高さとする事が望ましい。
（実施形態４）
本発明の請求項４に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
上部が解放された１基または複数基の容器３０１と、前記容器３０１の下端部より所定の高さの空間に支持された所定の径と高さの上部開放の碗状の気液分離材３０４と、前記容器３０１の開放端より上部に設けられ、外部より加圧供給される未溶解の液体を前記気液分離材３０４内に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル３０２と、前記気液分離材３０４より下方で前記容器３０１の底部に設けられた排出口３０３と、前記排出口３０３と連通し高さが前記容器３０１のほぼ中間まで立ち上がり接続された上部が開放の気液液面調整槽３０６と、前記気液液面調整槽３０６下方部から溶解液を排出する排出口３０７と、から構成された気体溶解装置であって、前記気液分離材３０４の上部開放端位置における外径寸法および同位置での前記容器３０１の内径寸法から求められるすき間の面積と、外部より加圧供給される液体の設定流量から算出される流下速度の値を、前記すき間を流下する気体溶解液に含まれ通過させたくない気泡の径を閾値とし、前記閾値に対応した気泡の上昇速度の値より、遅くなる値に設定する事で、前記閾値より大径の気泡を流下排出させない様にして良好な気体溶解が出来る様にしている。
本発明の請求項４に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
上部が解放された１基または複数基の容器３０１と、前記容器３０１の下端部より所定の高さの空間に支持された所定の径と高さの上部開放の碗状の気液分離材３０４と、前記容器３０１の開放端より上部に設けられ、外部より加圧供給される未溶解の液体を前記気液分離材３０４内に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル３０２と、前記気液分離材３０４より下方で前記容器３０１の底部に設けられた排出口３０３と、前記排出口３０３と連通し高さが前記容器３０１のほぼ中間まで立ち上がり接続された上部が開放の気液液面調整槽３０６と、前記気液液面調整槽３０６下方部から溶解液を排出する排出口３０７と、から構成された気体溶解装置であって、前記気液分離材３０４の上部開放端位置における外径寸法および同位置での前記容器３０１の内径寸法から求められるすき間の面積と、外部より加圧供給される液体の設定流量から算出される流下速度の値を、前記すき間を流下する気体溶解液に含まれ通過させたくない気泡の径を閾値とし、前記閾値に対応した気泡の上昇速度の値より、遅くなる値に設定する事で、前記閾値より大径の気泡を流下排出させない様にして良好な気体溶解が出来る様にしている。
（実施形態５）
本発明の請求項５に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
請求項４の気体溶解装置において、気体溶解を行う前記容器３０１および前記気液液面調整槽３０６の開放された外部に、大気圧の下で覆う、給気口または給排気口の付いたカバー５０１を備え、この内部へ溶解目的の高濃度の気体を給気させ、大気圧下で高濃度の溶解液を得たり、臭気や湿度（蒸気）対策のために給排気口を設け、気体溶解装置の設置部の環境を改善する事が可能となる。
本発明の請求項５に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
請求項４の気体溶解装置において、気体溶解を行う前記容器３０１および前記気液液面調整槽３０６の開放された外部に、大気圧の下で覆う、給気口または給排気口の付いたカバー５０１を備え、この内部へ溶解目的の高濃度の気体を給気させ、大気圧下で高濃度の溶解液を得たり、臭気や湿度（蒸気）対策のために給排気口を設け、気体溶解装置の設置部の環境を改善する事が可能となる。
一例として、市販されている、白濁度が優れている浴槽用微細気泡発生装置に組み込まれている気体溶解装置と比較実験を行った。結果は次の通りとなった。
システムは図１５のポンプの代わりに水道圧を利用した。また、ＤＯ計は笠原理化工業製ＤＯ−５Ｚで測定した。
市販品の仕様は、気体溶解装置内径１０８ｍｍ高さ２０５ｍｍ容器内容量約１．６４リットル（特許第３９２９４７２号）に対して、本発明の請求項１に記載の気体溶解装置は、気体溶解装置内径８３ｍｍ高さ１７０ｍｍ容器内容量約１．００リットルである。
水温２０．５℃でＤＯ値７．８３ｍｇ／Ｌの水道水をそれぞれの気体溶解装置に供給し、０．１ＭＰａ（２気圧）の圧力で５．５Ｌ／分の流量（ノズル流速約３ｍ／秒）を溶解部にかけ、ＤＯ値を測定した。両方とも、僅かに微細気泡化され測定値は少なくなっていると考えられるが、市販品は１１．１８ｍｇ／Ｌに対し本発明品は１１．５１ｍｇ／Ｌと殆ど差がでなかった。さらに供給圧力を上げ０．２ＭＰａ（３気圧）の圧力で８．０Ｌ／分の流量（ノズル流速約４ｍ／秒）としたが、多量の気泡発生でＤＯ測定ができず、微細気泡での透視度を比較したが差がなく、それぞれ約１０ｍｍと必要十分な溶解量となった。
また、本発明品の実験における、ノズルの損失水頭は、８．０Ｌ／分の場合で０．９ｍと僅かで済み、装置の省エネ化も出来る。
さらに、上記仕様でもわかる様に、本発明品は、容器の容量を約４０パーセント縮小させる事が出来、製造コストを下げる事が出来る。
システムは図１５のポンプの代わりに水道圧を利用した。また、ＤＯ計は笠原理化工業製ＤＯ−５Ｚで測定した。
市販品の仕様は、気体溶解装置内径１０８ｍｍ高さ２０５ｍｍ容器内容量約１．６４リットル（特許第３９２９４７２号）に対して、本発明の請求項１に記載の気体溶解装置は、気体溶解装置内径８３ｍｍ高さ１７０ｍｍ容器内容量約１．００リットルである。
水温２０．５℃でＤＯ値７．８３ｍｇ／Ｌの水道水をそれぞれの気体溶解装置に供給し、０．１ＭＰａ（２気圧）の圧力で５．５Ｌ／分の流量（ノズル流速約３ｍ／秒）を溶解部にかけ、ＤＯ値を測定した。両方とも、僅かに微細気泡化され測定値は少なくなっていると考えられるが、市販品は１１．１８ｍｇ／Ｌに対し本発明品は１１．５１ｍｇ／Ｌと殆ど差がでなかった。さらに供給圧力を上げ０．２ＭＰａ（３気圧）の圧力で８．０Ｌ／分の流量（ノズル流速約４ｍ／秒）としたが、多量の気泡発生でＤＯ測定ができず、微細気泡での透視度を比較したが差がなく、それぞれ約１０ｍｍと必要十分な溶解量となった。
また、本発明品の実験における、ノズルの損失水頭は、８．０Ｌ／分の場合で０．９ｍと僅かで済み、装置の省エネ化も出来る。
さらに、上記仕様でもわかる様に、本発明品は、容器の容量を約４０パーセント縮小させる事が出来、製造コストを下げる事が出来る。
本発明に係る気体溶解装置は、化学工場等での気液反応や、魚介類養殖や水耕栽培での酸素供給や、オゾンガス、微細気泡を使った殺菌、脱色、脱臭、難分解物質の促進酸化や、上下水処理、入浴施設や洗浄装置などでの利用、また近年、河川、湖沼、ダムでの貧酸素による生態系の破壊や環境悪化も進んでおり、それの改善にも利用可能である。
１０１ 耐圧容器
１０２ ノズル
１０３ 排出口
１０４ 気液分離材
１０５ 気液混合体
１０６ 気液混合体の相当液位を検出する装置
１０７ 有孔材
１０８ 排水管
１０９ 支持材
３０１ 容器
３０２ ノズル
３０３ 排出口
３０４ 気液分離材
３０５ 高さ調節部
３０６ 気液液面調整槽
３０７ 排出口Ｂ
５０１ カバー
５０２ 給気口
５０３ 排気口
７００ 微細気泡発生器
７０２ ポンプ
７０４ 気体溶解装置
１０２ ノズル
１０３ 排出口
１０４ 気液分離材
１０５ 気液混合体
１０６ 気液混合体の相当液位を検出する装置
１０７ 有孔材
１０８ 排水管
１０９ 支持材
３０１ 容器
３０２ ノズル
３０３ 排出口
３０４ 気液分離材
３０５ 高さ調節部
３０６ 気液液面調整槽
３０７ 排出口Ｂ
５０１ カバー
５０２ 給気口
５０３ 排気口
７００ 微細気泡発生器
７０２ ポンプ
７０４ 気体溶解装置
Claims (5)
- 耐圧容器１０１と、前記耐圧容器１０１の下端部より所定の高さの空間に支持された所定の径と高さの上部開放の碗状の気液分離材１０４と、前記耐圧容器１０１の頂部に設けられ、外部より加圧供給される液体と気体または気泡混じりの液体を前記気液分離材１０４内に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル１０２と、前記気液分離材１０４より下方で前記耐圧容器１０１の底部に設けられた排出口１０３と、から構成された気体溶解装置であって、前記気液分離材１０４の上部開放端位置における外径寸法および同位置での前記耐圧容器１０１の内径寸法から求められるすき間の面積と、外部より加圧供給される液体の設定流量から算出される流下速度の値を、前記すき間を流下する気体溶解液に含まれ通過させたくない気泡の径を閾値とし、前記閾値に対応した気泡の上昇速度の値より、遅くなる値に設定する事で、前記閾値より大径の気泡を流下排出させない様にしたことを特徴とする気体溶解装置。
- 請求項１の気体溶解装置において、前記耐圧容器１０１の外部または内部に、前記耐圧容器１０１の最上部と最下部のみに連通する流路を持った気液混合体の相当液位を検出する装置１０６を備えた気体溶解装置。
- 請求項１または２に記載の気体溶解装置において、前記気液分離材１０４の外縁全周の上端部に当接され、上方向に所定の高さを持つ板状体で板状体の全面に所定の細孔が穿孔されたパンチングメタル様の有孔材１０７を備えた気体溶解装置。
- 上部が解放された１基または複数基の容器３０１と、前記容器３０１の下端部 より所定の高さの空間に支持された所定の径と高さの上部開放の碗状の気液分離材３０４と、前記容器３０１の開放端より上部に設けられ、外部より加圧供給される未溶解の液体を前記気液分離材３０４内に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル３０２と、前記気液分離材３０４より下方で前記容器３０１の底部に設けられた排出口３０３と、前記排出口３０３と連通し高さが前記容器３０１のほぼ中間まで立ち上がり接続された上部が開放の気液液面調整槽３０６と、前記気液液面調整槽３０６下方部から溶解液を排出する排出口３０７と、から構成された気体溶解装置であって、前記気液分離材３０４の上部開放端位置における外径寸法および同位置での前記容器３０１の内径寸法から求められるすき間の面積と、外部より加圧供給される液体の設定流量から算出される流下速度の値を、前記すき間を流下する気体溶解液に含まれ通過させたくない気泡の径を閾値とし、前記閾値に対応した気泡の上昇速度の値より、遅くなる値に設定する事で、前記閾値より大径の気泡を流下排出させない様にしたことを特徴とする気体溶解装置。
- 請求項４の気体溶解装置において、気体溶解を行う前記容器３０１および前記気液液面調整槽３０６の開放された外部に、大気圧の下で覆う、給気口または給排気口の付いたカバー５０１を備えた気体溶解装置。
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| JP2007021393A (ja) * | 2005-07-19 | 2007-02-01 | Hitachi Ltd | 微細気泡を利用した水処理設備 |
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