JP5218948B1

JP5218948B1 - 気体溶解器

Info

Publication number: JP5218948B1
Application number: JP2012127483A
Authority: JP
Inventors: 重昭安達
Original assignee: 重昭安達
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2032-05-16
Also published as: JP2013237035A

Abstract

【課題】気体の溶解効率を向上させることが出来るコンパクトな気体溶解器を提供する。
【解決手段】気液混合部１５と、流体導入口５０と、気液混合流体吐出筒１０によって気液を効率よく混合させ、気液混合流体噴出口２０ａを備える気液混合流体噴出口２０ａによって極小気泡含有流体９０ｄを生成し、外郭ケーシング３０の内周部３０ａ及び内郭ケーシング２０の外周部２０ｂ及び螺旋状に配設された整流器４０から構成される気体溶解流路３５によって、遠心力を有した旋回流を発生させることで、筒状の流路よりも多くの抵抗を与えて効率良く気体を溶解させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体の内部に極小な気泡を発生させ、この気泡を効率的に液体に溶解させることができる気体溶解器に関する。

気体を液中に溶かす技術は、河川湖沼などの貧酸素水域の水質浄化、排水処理の酸素供給、浴場での炭酸泉、水耕栽培での生育の促進、養殖での成長促進・酸欠防止、機能水の製造など様々な分野で活用されている。
そこで、気体を効率良く液体に溶解させるためには、液体の内部に含まれる１個の気泡径を小さくして単位体積内に含まれる気体の気泡表面積を大きくすることが有効である。また、気泡径を小さくすると、気泡の上昇速度も小さくなり、液体との接触時間が長くなるため、気体の溶解がより促進される。例えば、オゾンを含有する気体（以下、オゾンガスと言う）を水に溶解させる場合、オゾンガスの気泡を小さくすることによりオゾンの溶解速度が増し、オゾンと水中の有機物等との反応を効率的に進めることができる。

従来の気体溶解器としては、散気管方式やエジェクタ方式の構造のものがあるが、気泡径を小さくする方法としてはエジェクタ方式のものが有効である。

また、エジェクタから空気を導入し、加圧溶解された気水溶解流体を減圧手段で圧力開放する方法などがある（例えば、特許文献１参照。）

また、蛇腹状のフレキシブル管の凹凸によって抵抗が増し、遠心力によって撹拌効果を高めることによって気体を溶解させる構造のものがある。（例えば、特許文献２参照。）

特開２００８−３０７５１３号公報特開２００８−２１２４９５号公報

発明が解決しようとする課題

上述のような従来の気体溶解器では、気体と液体とが混合された瞬間は非常に小さな気泡が大量に発生するが（気泡径：数μｍ）、それらの気泡は直ちに合一して径の大きな気泡となり、その結果、気体の溶解効率が著しく低下すると言う問題点があった。

また、特許文献２の装置では流路に凹凸を備えた蛇腹状のフレキシブル管を用いることで管内の抵抗が増し、溶解させることができるとあるが、凹凸部を持つために管の体積が大きくなり、装置も同様に大きくなる問題があり、加えて、凹凸部に汚れが蓄積しやすいと言う問題点があった。

本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたもので、気体の溶解効率を向上させることができると共に流路の汚れの蓄積が改善され、小型な気体溶解器を得ることを目的とする。

課題を解決するための手段

本発明の気体溶解器は、気体含有流体を旋回させ気液を効率よく混合させ気液混合流体を得る気液混合部と、気液混合流体を噴出することで、極小な気泡を発生させる気液混合流体噴出口と、前記気泡を溶解させる気体溶解流路とを備え、前記気体溶解流路は、螺旋構造を持つことを特徴とし、気液混合部の外周部に設けられた外郭ケーシングの内周部と外郭ケーシング内に設けられた螺旋状に形成された整流器と前記気液混合部の外郭を規定する内郭ケーシングの外周部から構成される水流旋回手段により、極小気泡含有流体に遠心力を有した旋回流を発生させ、筒状の流路よりも多くの抵抗を与えて溶解効率を上昇させることを特徴とするものである。

また、前記気体溶解流路の断面積は、複数の気液混合流体噴出口の面積の和よりも同等かそれ以下の面積になっていることを特徴とするものである。

また、前記気体溶解流路へ気液混合部から外周に設けられた外郭円筒形ケーシングに接続される前記気液混合部の内面側の接線方向に沿って極小気泡含有流体を噴出する気液混合流体噴出口を備え、前記気液混合部の円心に相対して複数有することを特徴とするものである。

円筒状の気液混合流体吐出筒と、この気液混合流体吐出筒の外周部に設けられた内郭ケーシングと、この内郭ケーシングの外周部に設けられ上端部に複数の気液混合流体噴出口を有する外郭ケーシングと、この外郭ケーシングの内周部と前記内郭ケーシングの外周部との間に設けられた螺旋状の整流器と、前記内郭ケーシングの上端部近傍に設けられた流体導入口と、前記外郭ケーシングの下端部近傍に設けられた流体排出口と、前記内郭ケーシングと前記外郭ケーシングの下端面に固着された底板と、前記内郭ケーシングと前記外郭ケーシングの上端面に固着されたフタと、前記気液混合流体吐出筒の上端部に固着され外周部が前記内郭ケーシングの内周部に固着された鍔とを備え、前記気液混合液体吐出筒の下端部と前記底板との間に空隙が設けられているものである。

円筒状の気液混合液体吐出筒と、この気液混合液体吐出筒の外周部に設けられた内郭ケーシングと、この内郭ケーシングの外周部に設けられ上端部に複数の気液混合流体噴出口を有する外郭ケーシングと、この外郭ケーシングの内周部と前記内郭ケーシングの外周部との間に設けられた螺旋状の整流器と、前記内郭ケーシングの上端部近傍に設けられた流体導入口と、前記外郭ケーシングの下端部近傍に設けられた流体排出口と、前記内郭ケーシングと前記外郭ケーシングの下端面に固着された底板と、前記内郭ケーシングと前記外郭ケーシングの上端面に固着されたフタと、前記気液混合液体吐出筒の上端部に固着され外周部が前記内郭ケーシングの内周部に固着された鍔とを備え、前記気液混合液体吐出筒の下端部と前記底板との間に空隙が設けられ、前記気液混合液体吐出筒の外周部と前記内郭ケーシングの内周部との間に気液混合部が設けられ、前記内郭ケーシングの内周部と前記フタの下端面と前記鍔との間に気液混合流体噴出室が設けられ、前記内郭ケーシングの外周部と前記外郭ケーシングの内周部と螺旋状に形成された整流器との間に水流旋回手段すなわち気体溶解流路が設けられている。

発明の効果

本発明の気体溶解器によれば、気液混合流体吐出筒の外周部と内郭ケーシングの内周部との間に形成される気液混合部で効率よく気液が混合されて気液混合流体を生成し、気液混合流体噴出口から噴出させることで極小気泡含有流体を生成させることができ、その極小気泡含有流体を気体溶解流路に供給するようにしたので、極小気泡含有流体が大きな遠心力を受け、液体と気体の混合効率を高め、液体への気体の溶解効率を向上させることができると共に、装置の小型化が可能となり、流路の汚れの蓄積が著しく改善される。
また、極小な気泡を生成して溶解させることにより、難溶解気体の気体でも液体に溶解させることができ、気体の溶解効率を向上させることができる。

本発明の気体溶解器の構成を示す縦断面図である。本発明の気体溶解器の要部の構成を示す平面断面図である。本発明の気体溶解器を備えた気体溶解装置の構成を示す説明図である。

図１は、本発明の気体溶解器の構成を示す縦断面図である。図２は、本発明の気体溶解器の要部の構成を示す平面断面図である。図において、１００は気体溶解器であり、円筒状の気液混合流体吐出筒１０と、円筒状の内郭ケーシング２０と、円筒状の外郭ケーシング３０と、整流器４０と、流体導入口５０と、流体排出口６０と、底板７０と、フタ８０等により構成されている。

気液混合流体吐出筒１０は、その上端部に中空状の板である鍔１１が固着されている。内郭ケーシング２０は、気液混合流体吐出筒１０の外周部に形成され、鍔１１の外周部に固着されている。外郭ケーシング３０は、内郭ケーシング２０の外周部に形成され、上端部に複数の気液混合流体噴出口２０ａ（図２に示す）が形成されている。整流器４０は、螺旋状の板であり、その内周部は気液混合流体吐出筒１０の外周部に固着され、その外周部は外郭ケーシング３０の内周部に固着されている。

流体導入口５０は、内郭ケーシング２０の上端部近傍に固着されている。流体排出口６０は、外郭ケーシング３０の下端部近傍に固着されている。底板７０は、内郭ケーシング２０と外郭ケーシング３０の下端面に気密に固着されている。なお、底板７０の上端面と気液混合流体吐出筒１０の下端面との間には、空隙Ｌが設けられている。フタ８０は、内郭ケーシング２０と外郭ケーシング３０の上端面に気密に固着されている。（ただし、内郭ケーシング２０に形成された複数の気液混合流体噴出口２０ａの部分を除く。）

上述のように構成された気体溶解器１００においては、気液混合流体吐出筒１０の外周部１０ａと内郭ケーシング２０の内周部２０ｃとの間に気液混合部１５が形成される。また、鍔１１と内郭ケーシング２０の内周部２０ｃとフタ８０の下端面との間に気液混合流体噴出室２５が形成される。また、内郭ケーシング２０の外周部２０ｂと外郭ケーシング３０の内周部３０ａと螺旋状に形成された整流器４０との間に水流旋回手段すなわち気体溶解流路３５が形成されている。

上述のように構成された気体溶解器１００の気体含有流体９０ａの流れについて説明する。
図１及び図２において、流体導入口５０から導入された気体含有流体９０ａは気液混合流体吐出筒１０の外周部１０ａを旋回しながら、底板７０へ向かって内郭旋回流９０ｂ（図２に示す）を形成する。この時、気体含有流体９０ａは内郭旋回流９０ｂの旋回する際に生じる力によって効率よく混合され、気液混合流体９０ｃが得られる。

また、図１及び図２に示すように、内郭ケーシング２０の接線方向に沿って気液混合流体９０ｃを噴出する気液混合流体噴出口２０ａが配設されており、気液混合流体噴出室２５の気液混合流体噴出口２０ａから、気液混合流体９０ｃを噴出することにより、極小気泡含有流体９０ｄを得ることができる。

極小気泡含有流体９０ｄは、整流器４０に沿って外殻旋回流９０ｅ（図２に示す）を形成し、気体溶解流路３５を旋回して流れ、気体溶解流路３５内を通過する際の抵抗によって気体を効率的に溶解させ、気体溶解流体９０ｆが生成される。そして、気体溶解流体９０ｆは流体排出口６０を通って排出される。

本発明の気体溶解器１００では、流体導入口５０より導入された気体含有流体９０ａが旋回可能な円筒形の気液混合部１５により、効率よく混合される。その混合された気液混合流体９０ｃを気液混合流体噴出口２０ａから噴出することで流体を加圧し、極小気泡含有流体９０ｄを得る。極小気泡含有流体９０ｄが螺旋構造を有する気体溶解流路３５を流れることにより、大きな遠心力を受け、液体と気体の混合効率を高め、液体への気体の溶解効率を高めることを特徴としている。

また、気液混合部１５で発生した気液混合流体９０ｃを円筒形の気液混合部１５の接線方向に配置された気液混合流体噴出口２０ａから気体溶解流路３５に噴出することにより、螺旋状に配設された整流器４０により形成される流路へ流体を効率的に供給することができる。

また、本発明の気体溶解器１００の水流旋回手段は、気液混合部１５の外周に設けられた外郭ケーシング３０の内周部３０ａと，外郭ケーシング３０内に設けられた螺旋状に形成された整流器４０と内郭ケーシング１０の外周部２０ｂによって形成される気体溶解流路３５であり、筒状の流路よりも多くの表面積を持つことから、より多くの抵抗を与えることができ、溶解効率を上昇させることが可能となる。

また、前記気体溶解流路３５は、複数の気液混合流体噴出口２０ａの面積の和よりも同等かそれ以下の面積になっており、流体導入口５０から流体排出口６０に至るまでに段階的に流路を狭くすることで、少しずつ流体への抵抗を増加させることによって溶解効率を上昇させることができる。

また、気液混合部１５の中心軸線に位置する鍔１１を貫通し、底板７０との間に空隙Ｌを有すると共に、気液混合流体吐出口１１ａを備えた気液混合流体吐出筒１０を設けることにより、気液混合流体吐出筒１０と内郭ケーシング２０との間を内郭ケーシング２０の内周部２０ｃに沿うように流体導入口５０から導入された気体含有流体９０ａが旋回流を生じながら底板７０の方向へ向かって流れるため、気液混合部１５に整流するための構造を設けなくても整流された旋回流を発生させることができる。

また、気液混合部の中心軸線に位置する鍔１１を貫通し、底板７０との間にある空隙Ｌを有すると共に、気液混合流体吐出口１１ａを備えた気液混合流体吐出筒１０を設けることにより、気液混合流体吐出筒１０と内郭ケーシング２０との間を内郭ケーシング２０の内周面２０ｃに沿うように流体導入口５０から導入された気体含有流体９０ａが旋回流を生じながら底板７０に当って反転し、その後、気体含有流体９０ａは気液混合流体吐出口１１ａを備えた気液混合流体吐出筒１０の内部を旋回流を生じながら通過し、気液混合部から吐出される。これにより、相反するベクトルの流れが隣接することを防ぐことが可能となり、底板７０に向かって流れる流体導入口５０から導入された気体含有流体９０ａの流速が低下することを防ぐことができる。

また、内郭ケーシング２０とフタ８０によって構成される気液混合流体噴出口を設けることにより、流体に圧力を与えて極小な気泡を発生させることができる。また、気液混合流体噴出口を複数設けることで、流速を上昇させることができる。

図３は、気体溶解器を備えた気体溶解装置の構成を示す説明図である。
図において、本発明の気体溶解器１００を備えた気体溶解装置１０００は、気体溶解器１００と、気体溶解器１００に気体含有流体９０ａを供給するポンプ１１０と、ポンプ１１０の吸込口１２０に接続された吸込配管１２１と、ポンプ１１０の吐出口１３０に接続され気体溶解器１００の流体導入口５０に接続された吐出配管１３１と、吸込配管１２１上に配設された気体挿入口１４０、もしくは吐出配管１３１上に配設された気体挿入口１４１と、気体溶解器１００の流体排出口６０に接続された排出配管５１とを備えている。

上述のように構成された気体溶解装置１０００においては、ポンプの１１０で、例えば水槽２００などの液体３００が貯まっているところから、吸込配管１２１から液体３００を吸引し、吐出配管１３１から気体溶解器１００に液体３００を送る。

その際、気体挿入口１４０もしくは気体挿入口１４１から気体を挿入し、液体３００に気体が混入された気体含有流体９０ａとして気体溶解器１００に送液する。

そして、気体溶解器１００の内部に送り込まれた気体含有流体９０ａは、前述した通り内部に混入した気体が効率的に溶解され、流体排出口６０に接続された排出配管１５１によって、気体溶解流体９０ｆとなって気体溶解装置１０００の外部に排出される。

１０気液混合流体吐出筒
１１鍔
１１ａ気液混合流体吐出口
１５気液混合部
２０内郭ケーシング
２０ａ気液混合流体噴出口
２０ｂ内郭ケーシングの外周部
２５気液混合流体噴出室
３０外郭ケーシング
３０ａ外郭ケーシングの内周部
３５気体溶解流路（水流旋回手段）
４０整流器
５０流体導入口
６０流体排出口
７０底板
８０フタ
９０ａ気体含有流体
９０ｃ気液混合流体
９０ｄ極小気泡含有流体
９０ｆ気体溶解流体
１００気体溶解器
Ｌ空隙

Claims

気体含有流体を旋回させ、気液を効率よく混合させ気液混合流体を得る気液混合部と、気液混合流体を噴出することで、極小な気泡を発生させる気液混合流体噴出口と、前記気泡を溶解させる気体溶解流路とを備え、前記気体溶解流路は、螺旋構造を持つことを特徴とし、気液混合部の外周部に設けられた外郭ケーシングの内周部と外郭ケーシング内に設けられた螺旋状に形成された整流器と前記気液混合部の外郭を規定する内郭ケーシングの外周部から構成される水流旋回手段により、極小気泡含有流体に遠心力を有した旋回流を発生させ、筒状の流路よりも多くの抵抗を与えて溶解効率を上昇させることを特徴とする気体溶解器。
前記気体溶解流路の断面積は、複数の気液混合流体噴出口の面積の和よりも同等かそれ以下の面積になっていることを特徴とする請求項１に記載の気体溶解器。
前記気体溶解流路へ気液混合部から外周に設けられた外郭ケーシングに接続される前記気液混合部の内面側の接線方向に沿って極小気泡含有流体を噴出する気液混合流体噴出口が、前記気液混合部の円心に相対して複数有することを特徴とする請求項１または２に記載の気体溶解器。