JP4872459B2 - 気体溶解装置 - Google Patents

Description

本発明は、気液溶解装置に関し、詳しくは例えば微細気泡を発生させる浴槽装置や、養殖での酸素補給・池や沼の水浄化（汚泥浮上）に利用される気液溶解タンクの構造に関するものである。

従来、気体溶解タンクを備え、この気体溶解タンク内に気体と液体とが混合した気液混合流体を噴射して攪拌させることで気体を液体に溶解させる気体溶解装置が知られているが（例えば特許文献１参照）、このような気体溶解タンクは設置スペースをとるため、小型の気体溶解装置が考案されている。

これは、略円筒状の筒状体を流路の途中に備えたもので、筒状体内に気体と液体とを貯留すると共に、筒状体内に気体と液体とが混合した気液混合流体を噴射して攪拌させることで気体を液体に溶解させることができ、上記気体溶解タンクのような大掛かりなタンクを必要とせず省スペース化が図られるものであった。

ところで、このような筒状体を備えた気体溶解装置にあっては、筒状体をその長手方向が水平となるように配置すると、気体と液体との界面が長手方向の全域に亘って形成されて界面の面積が大きくなるものの、貯留している液体の深さは筒状体の半径程度と浅くなり、液体に大きな気泡が多数存在する状態で流出されてしまい、また、筒状体をその長手方向が鉛直となるように配置する場合は、貯留している液体の深さが深くなるものの、気体と液体との界面が筒状体の断面積程度にしかならず、混合攪拌の効率が低い、という問題があった。
特開２００４−２９０８０３号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、略円筒状をした筒状体の内部に貯留される液体と気体との界面の面積を大きくすると共に、貯留される液体の深さを深くして大きな気泡が混合された状態で筒状体から流出することのない気体溶解装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために請求項１に係る発明にあっては、両端が閉塞された略円筒状の筒状体２を備え、筒状体２内に気体と液体とを貯留すると共に、筒状体２内に気体と液体とが混合した気液混合流体を噴射して攪拌させることで気体を液体に溶解させる気体溶解装置１であって、筒状体２をその中心軸イが水平方向ロに対して傾斜するように配置し、筒状体２の略円筒状をした側壁部２１の中間部に内部に貯留される気体と液体の界面４０を位置させ、筒状体２内の界面４０より上側の部分を気体貯留部４１とすると共に界面４０より下側の部分を液体貯留部４２とし、筒状体２の側壁部２１の界面４０と同レベル又は界面４０より若干下のレベルに気液混合流体を筒状体２内の気体貯留部４２に面する側壁部２１に向けて噴射するための噴射口３１を設け、筒状体２の液体貯留部４２の下端部近傍に筒状体２内の液体を流出させる流出口３２を設けて成ることを特徴とするものである。

このような構成とすることで、筒状体の内部に貯留される液体と気体との界面の面積を大きくすると共に、貯留される液体の深さを深くして大きな気泡が混合された状態で筒状体から流出するのを防止することができる。

また、請求項２に係る発明にあっては、請求項１に係る発明において、筒状体２の略円筒状をした側壁部２１の長手方向に垂直な断面における下端底部に噴射口３１を設けて成ることを特徴とするものである。

このような構成とすることで、気液混合流体の側壁部２１の内壁面との衝突や界面４０での衝突による攪拌、噴射される際の噴流による貯留している液体の攪拌により、気体の液体への溶解が促進される。

また、請求項３に係る発明にあっては、請求項２に係る発明において、噴射口３１に接続される気液混合流体を筒状体２に搬送するための流入管５１の接続端部を気体貯留部４１の上流側Ａに向けて傾斜させて成ることを特徴とするものである。

このような構成とすることで、気体貯留部４１の内面の広範囲にわたって気液混合流体が衝突することとなり、気体の溶解がより一層促進される。

また、請求項４に係る発明にあっては、請求項１に係る発明において、筒状体２の略円筒状をした側壁部２１の長手方向に垂直な断面における下端底部から左右にずれた位置に上方に向けて気液混合流体を噴射するための噴射口３１を設けて成ることを特徴とするものである。

このような構成とすることで、噴射口３１から噴射された気液混合流体が筒状体２の左右一方側の内壁面に沿って旋回する旋回流となり、液体貯留部４２に貯留されている液体の界面４０で勢い良く衝突して激しく混合攪拌され、気体の溶解がより一層促進される。

また、請求項５に係る発明にあっては、両端が閉塞された略円筒状の筒状体２を備え、筒状体２内に気体と液体とを貯留すると共に、筒状体２内に気体と液体とが混合した気液混合流体を噴射して攪拌させることで気体を液体に溶解させる気体溶解装置１であって、筒状体２をその中心軸イが水平方向ロに対して傾斜するように配置し、筒状体２の略円筒状をした側壁部２１の中間部に内部に貯留される気体と液体の界面４０を位置させ、筒状体２内の界面４０より上側の部分を気体貯留部４１とすると共に界面４０より下側の部分を液体貯留部４２とし、筒状体２の気体貯留部４１に面する側壁部２１の長手方向に垂直な断面における上端部に下方の界面４０に向けて気液混合流体を噴射するための噴射口３１を設け、筒状体２の液体貯留部４２の下端部近傍に筒状体２内の液体を流出させる流出口３２を設けて成ることを特徴とするものである。

このような構成とすることで、噴射口３１から噴射された気液混合流体が噴射口３１の下方の界面４０に勢い良く衝突して激しく混合攪拌され、これにより気体の溶解がより一層促進される。

本発明にあっては、略円筒状をした筒状体の内部に貯留される液体と気体との界面の面積を大きくすると共に、貯留される液体の深さを深くして大きな気泡が混合された状態で筒状体から流出するのを防止することができ、略円筒状という簡単な構成の筒状体を利用して攪拌効率が高くて大きな気泡が流出しない気体溶解装置を構成することができる。

以下、本発明の一実施形態について図１乃至図３に基いて説明する。本発明の気体溶解装置は、例えば浴槽水中に微細気泡を発生させる微細気泡発生装置に用いられたりするもので、以下に微細気泡発生装置を設けた浴槽装置の例について説明する。

図２に微細気泡発生装置を設けた浴槽装置の全体構成を示す。これは、浴槽６１の内側面に吸込口６２と吐出口６３とが設けてあり、浴槽１１のフランジ部に空気吸込口６４が設けてある。吸込口６２は接続管６５を介してポンプ６６の吸い込み側に接続され、ポンプ６６の吐出側は流入管５１を介して気体溶解装置１の吸込側の噴射口３１に接続されている。ポンプ６６は遠心ポンプを利用したもの等が用いられるが特に限定されない。気体溶解装置１の吐出側の流出口３２は流出管５２を介して圧力開放部となるベンチュリ７０の一端に接続され、ベンチュリ７０の他端は接続管７１を介して浴槽６１の側面に設置された上記吐出口６３に接続されている。気体が溶解した湯水が吐出口６３より浴槽６１の浴水中に吐出されると、浴水中で溶解気体が析出して微細気泡が発生するものである。なお、図中６７は流入管５１の途中と逆止弁６８との間に接続される空気流路となる接続管、６９は空気吸込口６４と逆止弁６８との間に接続される空気流路となる接続管である。

気体溶解装置１は、断面円形の直筒状をした側壁部２１と、前記側壁部２１の両側の端部を閉塞する端壁部２２とからなる筒状体２で主体が構成される。筒状体２は、長手方向すなわち略円筒状をした側壁部２１の中心軸イ（図１一点鎖線）が水平方向ロ（図１矢印）に対して１０〜４５°傾斜する姿勢で配置される。そして、傾斜した筒状体２は、上方側の端部が上流側Ａの端部となると共に下方側の端部が下流側Ｂの端部となり、上流側Ａに気液混合流体を筒状体２内に噴射するための噴射口３１を形成すると共に下流側Ｂに液体を筒状体２内から流出する流出口３２を形成してある。

筒状体２内には、溶質となる例えば空気等の気体と、溶媒となる例えば水等の液体とが貯留されるもので、略円筒状をした側壁部２１の上下方向の略中央付近に前記気体と液体との界面４０が位置し、界面４０より上部の上流側Ａの部分が気体が貯留される気体貯留部４１となると共に、界面４０より下部の下流側Ｂの部分が液体が貯留される液体貯留部４２となる。上記噴射口３１は、気体貯留部４１の内壁面（界面４０より上流側Ａの側壁部２１または端壁部２２の内壁面）か、界面４０の位置か、あるいは界面４０より若干下側の液体貯留部４２の内壁面（界面４０より下流側Ｂの側壁部２１の内壁面）に形成され、流出口３２は、液体貯留部４２の端部付近の内壁面（界面４０より下流側Ｂの側壁部２１または端壁部２２の内壁面）に形成される。本実施形態では、噴射口３１は界面４０より若干下側の液体貯留部４２の上端付近の底面、すなわち側壁部２１の液体貯留部４２の上流側Ａの端部付近の内面で、図３（ｂ）の筒状体２の長手方向に垂直な断面図に示すように、左右中央部の下端底部に形成されている。そして、この噴射口３１に流入管５１の端部が接続されるもので、本実施形態では、図に示すように前記噴射口３１に流入管５１の端部が該噴射口３１が形成されている側壁部２１の内壁面に対して略垂直に接続されている。

また本実施形態では、流出口３２は液体貯留部４２の下流側Ｂの端部付近の上向きとなった底面に形成され、この流出口３２に流出管５２の端部が接続されている。

また筒状体２の側壁部２１には、弁（図示せず）を設けた空気抜き口３３が形成してあり、この空気抜き口３３の位置が上記気体貯留部４１に貯留される気体と液体貯留部４２に貯留される液体の界面４０のレベルとなる。

この気体溶解装置１の作用について説明する。

筒状体２内には、液体貯留部４２に液体が貯留されると共に気体貯留部４１に気体が貯留されており、噴射口３１から前記筒状体２内に貯留されているのと同じ液体および気体が混合した気液混合流体が噴射される。噴射口３１は、上述したように界面４０より若干下側の液体貯留部４２の上端付近の底面に形成されているため、噴射口３１から噴射される気液混合流体は液体貯留部４２に貯留されている液体によって勢いを大きく減殺されることなく噴射されて、噴射口３１と対向する側壁部２１の上側の内壁面に衝突し、この内壁面で跳ね返って界面４０にて液体貯留部４２に貯留されている液体に衝突して攪拌される。また液体貯留部４２に貯留されている液体は、前記のように気液混合流体が界面４０に衝突して攪拌される他に、噴射口３１から筒状体２内に噴射される気液混合流体によって攪拌される。

このように、気液混合流体の側壁部２１の内壁面との衝突や界面４０での衝突による攪拌、噴射される際の液体の攪拌等により、筒状体２内に貯留している気体および液体、気液混合流体中の気体および液体が混合され、気体の液体への溶解が促進される。すなわち、混合攪拌によるせん断により、液体に混合している気泡（気体）が細分化されて、液体と接する総表面積が大きくなるのに加えて、液体の気体との界面付近における気体の溶解濃度が混合攪拌による均一化により低減されて、気体の液体への溶解速度が上昇するため、気体の液体への溶解が促進される。

気体の溶解が進行した液体は筒状体の液体貯留部４２に貯留されるが、貯留されている液体には未溶解の気泡も数多く混合し、このような気泡は上方へ行くほど密に存在しており、液体貯留部４２の下端部近傍では気泡はあまり存在せず、大きな気泡は殆ど存在しない。そして、気体の溶解が進行して大きな気泡が殆ど存在しない液体貯留部４２の下端部の液体を流出口３２から筒状体２外に流出させる。

本発明では、気体溶解装置１の筒状体２をその側壁部２１の中心軸イが水平方向ロに対して傾斜する姿勢で配置してあるため、気体と液体との界面４０の面積を大きく取って混合攪拌の効率を向上させることができると共に、液体貯留部４２に貯留している液体の深さを深くして気泡が筒状体２外に流出するのを抑えることができる。すなわち、筒状体２をその長手方向が水平となるように配置する場合は、気体と液体との界面４０が長手方向の全域に亘って形成されて界面４０の面積が大きくなるものの、液体貯留部４２に貯留している液体の深さは筒状体２の半径程度となるため、液体に大きな気泡が多数存在する状態で流出されてしまい、好ましくなく、また、同じ筒状体２をその長手方向が鉛直となるように配置する場合は、液体貯留部４２に貯留している液体の深さが筒状体２の長手方向の半分程度と深くなるものの、気体と液体との界面４０が筒状体２の断面積程度にしか形成されないため、混合攪拌の効率が低く好ましくないが、上述したように筒状体２を傾斜させることによって、前記両者の長所を保ちつつ短所を補うことができるものである。

これにより、上述した混合攪拌の効率の向上および大きな気泡の流出防止を、略円筒状をした筒状体２を傾斜させるだけで達成することが可能となって、構成が簡単で製造が容易に行なわれるため製造コストの上昇を招くことがなく、また、装置の複雑化や大型化を招くことがないため省スペース化を図ることができるものである。

またこの時、噴射口３１に接続される流入管５１の端部が、筒状体２の長手方向に垂直な断面において、噴射口３１から筒状体２の中心軸イに向く方向からずれた方向に接続されていてもよく、これにより、噴射口３１から噴射された気液混合流体は、筒状体２の左右一方側の内壁面に衝突して旋回流となり、液体貯留部４２に貯留されている液体の界面４０に勢い良く衝突して激しく混合攪拌され、これにより気体の溶解がより一層促進される。

次に、他の実施形態について図４に基づいて説明するが、上述した実施形態と大部分において同じであるため同じ部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。

本実施形態では、噴射口３１に接続される流入管５１の端部が、前記噴射口３１が形成されている側壁部２１の内壁面に対して略垂直な方向よりも上流側Ａに傾斜する方向を向くように接続されている。噴射口３１の長手方向における位置は上実施形態と同じである。

噴射口３１から噴射された気液混合流体は、噴射口３１と対向する内壁面に衝突して、この内壁面で跳ね返って液体貯留部４２に貯留されている液体の界面４０で衝突して液体に合流するが、合流するまで小さな液滴として筒状体２内を浮遊する状態となり、表面積が大きくなってこの間に気体の溶解が急速に行なわれる。本実施形態の場合、気液混合流体は気体貯留部４１の上流側Ａに向けて噴射されるため、上実施形態と比較すると、気体貯留部４１の内面の広範囲にわたって気液混合流体が衝突することとなり、気体の溶解がより一層促進される。

またこれにあたり、界面４０が筒状体２の略円筒状をした側壁部２１の上下方向の略中央付近に位置するようにし、側壁部２１の界面４０より上流側の部分に大きな気体貯留部４１が形成されるようにしてあるため、気体貯留部４１において気体の溶解がより多く行なわれる。

また同様の更に他の実施形態として、図５に示すように、噴射口３１を、筒状体２の長手方向に垂直な断面において、左右中央部の下端から左右にオフセットした（ずれた）位置に形成し、上方に向けて気液混合流体が噴射されるようにしてもよい。このようにすることでも、噴射口３１から噴射された気液混合流体が筒状体２の左右一方側の内壁面に沿って旋回する旋回流となり、液体貯留部４２に貯留されている液体の界面４０で勢い良く衝突して激しく混合攪拌され、気体の溶解がより一層促進される。

次に、更に他の実施形態について図６に基づいて説明するが、図１に示す実施形態と同じ部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。

本実施形態では、噴射口３１を、筒状体２の長手方向に垂直な断面において、左右中央部の上端部の下向きとなった内面に形成してあり、下方に向けて気液混合流体が噴射されるようになっている。

噴射口３１から噴射された気液混合流体は、噴射口３１の下方の液体との界面４０に勢い良く衝突して激しく混合攪拌され、これにより気体の溶解がより一層促進される。

また、図７に示す更に他の実施形態のように、筒状体２の側壁部２１を、断面円形の直筒状をしたものではなく、二つの直筒状の部材を繋げた形状としてもよい。この例では、液体貯留部４２の途中で側壁部２１の中心軸イが屈曲した状態となっており、流出口３２までの距離が長くなって大きな気泡が流出し難くなっている。

本発明の気体溶解装置の一実施形態の斜視図である。 同上の気体溶解装置を備えた浴槽装置の全体構成図である。 同上の気体溶解装置の断面図を示し、（ａ）は長手方向に沿った縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 他の実施形態の気体溶解装置の長手方向に沿った縦断面図である。 更に他の実施形態の気体溶解装置の断面図を示し、（ａ）は長手方向に沿った縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 更に他の実施形態の気体溶解装置の断面図を示し、（ａ）は長手方向に沿った縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 本発明の他の実施形態の断面図である。

符号の説明

１ 気体溶解装置
２ 筒状体
２１ 側壁部
３１ 噴射口
３２ 流出口
４０ 界面
４１ 気体貯留部
イ 中心軸
ロ 水平方向

Claims (5)

1. 両端が閉塞された略円筒状の筒状体を備え、筒状体内に気体と液体とを貯留すると共に、筒状体内に気体と液体とが混合した気液混合流体を噴射して攪拌させることで気体を液体に溶解させる気体溶解装置であって、筒状体をその中心軸が水平方向に対して傾斜するように配置し、筒状体の略円筒状をした側壁部の中間部に内部に貯留される気体と液体の界面を位置させ、筒状体内の界面より上側の部分を気体貯留部とすると共に界面より下側の部分を液体貯留部とし、筒状体の側壁部の界面と同レベル又は界面より若干下のレベルに気液混合流体を筒状体内の気体貯留部に面する側壁部に向けて噴射するための噴射口を設け、筒状体の液体貯留部の下端部近傍に筒状体内の液体を流出させる流出口を設けて成ることを特徴とする気体溶解装置。
2. 筒状体の略円筒状をした側壁部の長手方向に垂直な断面における下端底部に噴射口を設けて成ることを特徴とする請求項１記載の気体溶解装置。
3. 噴射口に接続される気液混合流体を筒状体に搬送するための流入管の接続端部を気体貯留部の上流側に向けて傾斜させて成ることを特徴とする請求項２記載の気体溶解装置。
4. 筒状体の略円筒状をした側壁部の長手方向に垂直な断面における下端底部から左右にずれた位置に上方に向けて気液混合流体を噴射するための噴射口を設けて成ることを特徴とする請求項１記載の気体溶解装置。
5. 両端が閉塞された略円筒状の筒状体を備え、筒状体内に気体と液体とを貯留すると共に、筒状体内に気体と液体とが混合した気液混合流体を噴射して攪拌させることで気体を液体に溶解させる気体溶解装置であって、筒状体をその中心軸が水平方向に対して傾斜するように配置し、筒状体の略円筒状をした側壁部の中間部に内部に貯留される気体と液体の界面を位置させ、筒状体内の界面より上側の部分を気体貯留部とすると共に界面より下側の部分を液体貯留部とし、筒状体の気体貯留部に面する側壁部の長手方向に垂直な断面における上端部に下方の界面に向けて気液混合流体を噴射するための噴射口を設け、筒状体の液体貯留部の下端部近傍に筒状体内の液体を流出させる流出口を設けて成ることを特徴とする気体溶解装置。

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