JP5599597B2

JP5599597B2 - 気液溶解タンク

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Publication number: JP5599597B2
Application number: JP2009243139A
Authority: JP
Inventors: 圭一郎福水; 裕一郎鳥羽
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2009-10-22
Filing date: 2009-10-22
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2029-10-22
Also published as: JP2011088061A

Description

本発明は、気液溶解タンク、特に、排水処理あるいは用水処理などで用いられる加圧浮上処理における加圧水発生装置の気液溶解タンクに関する。

排水処理や用水処理において、被処理水中の被除去物質、例えば、ＳＳ成分や油分に、微細気泡を混合し、付着させて、その浮力により浮上槽で分離する浮上分離装置が用いられる。被処理水中の被除去物質には、微細気泡を混合する前に凝集剤を添加してフロック化させることが多い。

微細気泡の発生方法としては、加圧下で空気などの気体を溶解させた加圧水などの加圧液体を水深圧に減圧することで、微細気泡を発生させる方法が用いられることが多い。このような加圧水を用いる浮上分離処理は、特に、加圧浮上処理と言われる。加圧浮上処理は、多量の微細気泡を被処理水に供給することができるため、被処理水中のフロックに多くの気泡を付着させることができ、処理水質が良好であり、また浮上槽での処理速度を高く設定することができるなどの利点があり、広く採用されている。

加圧下で空気を溶解させて微細気泡を発生させる方法は、高圧の水ほど空気を多量に溶解させることができることを利用しており、減圧して被処理水に混合する際には、その分、多量の微細気泡を発生する。

一般的に加圧水を調製する装置は、加圧水ポンプ、コンプレッサおよび気液溶解タンクなどで構成される。加圧水ポンプなどによって水を例えば０．３〜０．６ＭＰａに加圧している状態で、系内にコンプレッサなどで空気を供給し、水への空気の溶解を図る。気液溶解タンクでは溶解しなかった空気を分離し、空気が溶解した加圧水を被処理水に供給する。

しかし、実際には、単純に高圧の水に空気を供給しても空気は十分に溶解しないので、溶解器の設置や、気液溶解タンクの内部に空気の溶解を促進するような構造を設けるなどの工夫がなされる。

なお、空気溶解の程度を評価する指標として、理論空気溶解量に対する空気溶解率（％）（以下、単に「溶解率」と呼ぶ場合がある。）があり、式１で定義される。式１中の理論空気溶解量はヘンリーの法則より算出できる。

溶解器の例としては、ラインミキサ（例えば、図１１参照）やエゼクタ（例えば、図１２参照）などが挙げられる。ラインミキサは、空気などの気体と水などの液体とを混合した後に、配管中に流れに対して平行方向に旋回流を生じさせる板などを設け、気液の接触面積を増やし、空気などの気体溶解を促進させる働きをする。

エゼクタは、空気などの気体と水などの液体とを混合する部分に設置され、主流の管径を絞ることで負圧を生じさせ、そこへ空気などの気体を自給、もしくはコンプレッサなどで圧入して気液を激しく接触させて気体溶解を図るものである。

ラインミキサやエゼクタなどの溶解器を単独で用いて空気を水に溶解する場合、溶解率は空気を大量に吹き込んでも４０〜５０％程度が限界である。単独の溶解器の使用で溶解率が４０〜５０％の場合、フロックの浮上に必要な所定量の気泡を被処理水に供給するためには、被処理水に対する加圧水量の比（加圧水比）を２０〜４０％と大きくとる必要がある。このため、容量の大きい加圧水ポンプが必要となり、イニシャルコストや電力費を主とするランニングコストが増大してしまう。エゼクタとラインミキサを組み合わせるなど複数の溶解器を併用して溶解率は改善されるが、溶解器での圧力損失が大きくなり、その圧力損失分を見込んだ容量の加圧水ポンプが必要なため、結局これもイニシャルコストやランニングコストの増大となってしまう。

空気溶解の促進を気液溶解タンクで図る場合もある。気液溶解タンクには、空気溶解だけを行い、未溶解の空気の分離排除は別のタンクで行うものと、空気溶解と気液分離を１槽で行うものとがある。例を挙げると、前者のタイプには、非特許文献１に記載の図１３のような構造の気液溶解タンク８０があり、高い圧力をかけた流体が多孔板の孔を通った時に生じる乱流で気体を細分化し、気液接触面積を増やすことで空気溶解を促すものである。後者のタイプには、特許文献１に記載の図１４のような構造の気液溶解タンク８２があり、まずタンク入口部に設置されたノズルで気液を激しく混合、接触させ、ある程度の空気溶解をし、流路を長くすることで空気と十分に接触させ、空気溶解を促進する構造である。

気液溶解タンクを用いて空気を水に溶解する場合、何らかの内部充填構造を持たないものは所定の空気溶解の効果を得るのに水の滞留時間を長く取る（３〜５分程度）必要があり、タンク容積が大きくなるため、設置面積および製作コストが高くなる。気液溶解タンクを図１３および図１４に示したような構造として、空気の水への溶解を促進する方法をとると、図１３のタンクが６５％程度、図１４のタンクが６０％程度の溶解率を得ることができるが、さらに高い溶解率を得ることが求められている。

さらに、図１３のような構造の気液溶解タンクの問題として、以下の２点が考えられる。１つめは、所定の溶解率を得ようとした時、多孔板を多段で設置するので大きな圧力損失を生じるため、その圧力損失を見込んだ加圧水ポンプを使用する必要があることである。２つめに、気液溶解タンクとは別に気液分離タンクの配置が必要で、結局、加圧水製造設備全体では多くの設置面積が必要となってしまうことが挙げられる。

また、図１４のような構造の気液溶解タンクでは、タンク流入部のノズルで圧力損失が生じる程度で、圧力損失は小さいが、気液の接触時間を稼ぐ目的でタンク内の流路を長くしているため、タンク構造が複雑化することで、製作コストが増大する。また、溶解率も６０％程度であり、加圧水ポンプの小型化を図るためには、より溶解率を向上させることが求められる。

特開２００４−２９０８０３号公報

Mooyoung Han, Tschung-il Kim, Sungwon Park, Youkun Jung、「The development of a generator to produce bubbles of tailored sizes」、The 5th International Conference on Flotation in Water and Wastewater Systems 予稿集、ｐｐ．１−７（２００７）

本発明の目的は、液体への気体の溶解率が高く、簡易な内部構造で小型の気液溶解タンクを提供することにある。

本発明は、気体を液体に加圧下で溶解するための気液溶解タンクであって、噴流を生じる噴流発生部材を先端に有し、気体と液体の混合物をタンク内部に下向流で導入するための内挿管と、前記噴流発生部材の噴出部が内部に位置するように設置され、上端が閉塞し下端が開口する内筒管と、を備え、前記噴流発生部材が前記内筒管内で水没されるように配置されている気液溶解タンクである。

また、前記気液溶解タンクにおいて、前記内筒管の側面に、前記噴流発生部材の噴出部の位置よりも低い位置に設けられた開孔部を有することが好ましい。

また、前記気液溶解タンクにおいて、前記内筒管の下端部の内径以上の径を有し、前記噴流の流出方向に前記内筒管の下端部と接しないように配置された阻流板を備えることが好ましい。

本発明では、噴流を生じる噴流発生部材を先端に有し、気体と液体の混合物をタンク内部に下向流で導入するための内挿管と、噴流発生部材の噴出部が内部に位置するように設置され、上端が閉塞し下端が開口する内筒管と、を備えることにより、液体への気体の溶解率が高く、簡易な内部構造で小型の気液溶解タンクを提供することができる。

本発明の実施形態に係る加圧水製造システムの一例を示す概略構成図である。本発明の実施形態に係る気液溶解タンクの一例の構造を示す概略図である。本発明の実施形態に係る気液溶解タンクにおける上端が閉塞し下端が開口する内筒管（ドラフトチューブ）の一例の構造を示す概略図である。本発明の実施形態に係る気液溶解タンクにおけるラッパ型の内筒管の一例の構造を示す概略図である。本発明の実施形態に係る気液溶解タンクの他の例の構造を示す概略図である。本発明の実施形態に係る気液溶解タンクにおける上端が閉塞し下端が開口し、開孔部を有する内筒管（ドラフトチューブ）の一例の構造を示す概略図である。本発明の実施形態に係る気液溶解タンクにおける開孔部を有するラッパ型の内筒管の一例の構造を示す概略図である。本発明の実施形態に係る気液溶解タンクの他の例の構造を示す概略図である。本発明の実施形態に係る気液溶解タンクにおける阻流板の一例の構造を示す概略図である。本発明の実施例で用いた加圧水製造システムを示す概略構成図である。従来のラインミキサの一例の構造を示す概略図である。従来のエゼクタの一例の構造を示す概略図である。従来の気液溶解タンクの一例の構造を示す概略図である。従来の気液溶解タンクの一例の構造を示す概略図である。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る加圧水製造システムの一例の概略構成を図１に示す。加圧水製造システム１は、原水タンク１０と、加圧水ポンプ１２と、コンプレッサ１４と、気液溶解タンク１６とを備える。

図１の加圧水製造システム１において、原水タンク１０が加圧水ポンプ１２、原水流量調整バルブ１８、原水流量計２６を介して原水配管３４などにより、気液溶解タンク１６の上部に接続されている。また、コンプレッサ１４が空気流量調整バルブ２０、空気流量計２８を介して空気配管３６などにより、原水配管３４の原水流量計２６と気液溶解タンク１６との間に接続されている。気液溶解タンク１６の下部には、加圧水配管３８が加圧水流量計３０、減圧バルブ２２を介して接続されている。気液溶解タンク１６の上部には、排気配管４０が排気調整バルブ２４を介して接続されている。気液溶解タンク１６の下部には、タンク圧力計３２が設置されている。

加圧水製造システム１において、原水タンク１０からの水（原水）などの液体は、原水配管３４を通って加圧水ポンプ１２で加圧され、原水流量調整バルブ１８により流量が調整される。コンプレッサ１４で加圧された空気などの気体は、空気配管３６を通って空気流量調整バルブ２０により流量が調整され、原水配管３４において水などの液体と混合される。水と空気の混合物は、原水配管３４を通って気液溶解タンク１６の上部から気液溶解タンク１６の内部に供給される。気液溶解タンク１６の内部において、加圧下で空気が水に溶解された後、加圧水は気液溶解タンク１６の下部から加圧水配管３８を通って排出され、加圧浮上処理における加圧水として、凝集水に供給される。加圧水は、減圧バルブ２２を通る際、水深圧に開放され、例えばマイクロメートルオーダの微細気泡が発生する。一方、未溶解の空気などの気体は、気液溶解タンク１６の上部から排気配管４０を通って排出される。

図２に、本実施形態に係る気液溶解タンク１６の構造の一例を示す。気液溶解タンク１６は、タンク本体４２と、噴流を生じる噴流発生部材であるノズルまたはオリフィス４４（以下、「ノズルまたはオリフィス４４」のことを、単に「ノズル４４」と呼ぶ場合がある。）を先端に有し、気体と液体の混合物をタンク内部に下向流で導入するための内挿管４６と、ノズル４４の噴出部が内部に位置するように設置され、上端が閉塞し、下端が開口する内筒管４８とを備える。気液溶解タンク１６は、タンク内圧と水位とを所定範囲内に保持するようタンク内の上部に滞留する未溶解空気などの排気量を調整する排気量調整機構として排気配管４０および排気調整バルブ２４とを備えてもよい。

気液溶解タンク１６において、図１の原水配管３４に接続された内挿管４６は、タンク本体４２の上部より略垂直下方に向かって内挿されている。内挿管４６は、先端にノズル４４を備え、ノズル４４は、水没するように配置される。ノズル４４の噴出部（先端部）を取り囲むように、内筒管４８が配置されている。排気配管４０は、タンク上部から内部に所定の長さで内挿されており、排気配管４０には排気量を調整する排気調整バルブ２４が設置されている。気液溶解タンク１６の下部には加圧水配管３８が接続されている。

図１の原水配管３４を通って供給された水と空気の混合物は、内挿管４６を通って気液溶解タンク１６の上部からタンク内部に供給される。水と空気の混合物は、内挿管４６の先端に設置されたノズル４４の噴出部において略垂直下方向に下向流の噴流として噴出される。溶解しなかった空気は、排気調整バルブ２４を有した排気配管４０で調整され、タンク外へ排出される。空気が十分に溶解した水は、加圧水として、タンク下部に設けられた加圧水配管３８より流出し、図１の減圧バルブ２２を通り、凝集水に供給される。減圧バルブ２２を通る際、水深圧に開放され、例えばマイクロメートルオーダの微細気泡が発生する。

水と空気の混合流体がノズル４４を通過する際、ノズル４４の噴出部付近で空気が細分化されるため、噴流中で空気と水との接触面積が増大し、空気溶解が促進される。水中に噴出された気泡の一部は、次第に粗大化して内筒管４８の上部に溜まり、ノズル４４付近に気相を形成する。ノズルの２次側では、流体が高速で通過するため負圧が生じており、そこに気相中の空気が引き込まれ、噴流中に巻き込まれる。噴流中にはノズル１次側で注入していた空気に加え、気相中から巻き込まれた空気が混合されるため、内筒管４８内の液相では気液混合比が上昇する。そのため、空気に接触できる水の面積がさらに大きくなり、空気溶解が助長されると考えられる。水中に噴出された気泡は、次第に合一して内筒管４８の内部を上昇するが、ノズル４４からの噴流と衝突するため、細分化され激しく撹拌される。ノズル４４からの下向きの噴流と上昇する気泡が均衡するため、この激しい混合状態によって例えば図２に示すような気泡滞留ゾーンが形成される。この気泡滞留ゾーンにおいて、気泡が破砕され、気液接触面積が増大するため、さらに空気の溶解が促進されると考えられる。なお、図２に示すような気泡滞留ゾーンの形成位置、大きさ等はあくまでも例示的なものである。

前述したラインミキサ（図１１）やエゼクタ（図１２）などの溶解器を用いる方法で溶解率は４０〜５０％程度、図１３，図１４のような内部構造を有する気液溶解タンクでの溶解率は５０〜７０％程度であるのに対し、本実施形態に係る気液溶解タンク１６では７５％以上の溶解率で空気を溶解させることができる。

本実施形態に係る気液溶解タンク１６は、従来の気体溶解タンクよりも高い溶解率が得られることで、加圧水比を下げることができ、加圧水ポンプの容量を低く設定できるため、イニシャルコストを削減することができる。また、加圧水ポンプの容量削減により、電気代を主とするランニングコストも抑えられる。その他に、小型でタンク内部の構造が簡素であるため、製作費が削減でき、かつ加圧水製造設備に要する設置面積の中で大きな割合を占める、タンクの設置面積を縮小することができる。

また、本実施形態では、タンク上部から内部に所定の長さで内挿された排気管である排気配管４０と、排気配管４０に接続され排気量を調整する弁である排気調整バルブ２４とを備える。これにより未溶解空気を水から分離排出できるとともに、タンク内の水位と圧力をできるだけ一定に保持することができ、空気溶解効果を安定的に得ることができる。

さらに、本実施形態に係る気液溶解タンク１６は構造が簡易なために、図１４のような内部構造を有する気液溶解タンクに比べて、ＳＳ分の堆積なども起こりにくく、メンテナンスが容易である。

本実施形態に係る気液溶解タンク１６は、気体を液体に加圧下で溶解するとともに、未溶解の気体を液体から分離するためのものであり、気体溶解と気液分離とを１槽で行うものであるが、本実施形態に係る気液溶解タンク１６を用いて気体を液体に加圧下で溶解して、別途、未溶解の気体を液体から分離するための気液分離タンクなどの分離手段を設けて気液分離を行ってもよい。

気体としては通常、空気が用いられ、液体としては通常、水が用いられる。加圧水にする水（原水）には、加圧浮上処理水などを使用してもよい。

空気などの気体と水などの液体との混合は、図１のように加圧水ポンプ１２の後方経路でコンプレッサなどから空気を供給して行ってもよいし、空気を自吸するポンプにて空気を水に供給してもよい。加圧水ポンプ１２としては、例えば、コンプレッサで空気を供給する場合は渦巻ポンプを使用すればよい。また、空気を自吸するポンプとして、渦流ポンプを使用してもよい。

気液溶解タンク１６におけるタンク本体４２は、通常、直胴部５４を有する形状である。

気液溶解タンク１６における水の滞留時間は、例えば、３０秒〜１分間である。

噴流を生じる噴流発生部材としては、噴流を生じるものであればよく、特に制限はないが、例えば、ノズル、オリフィスなどを用いればよい。噴流を発生し微細な気泡が発生しやすいなどの点から、入口と出口との間の圧力損失が０．０５ＭＰａ以上のものが好ましい。

ノズルまたはオリフィス４４の配置位置は、内部容積有効利用などの点から、ノズル４４の出口である噴出部が内筒管４８の内部に位置すればよく、内部容積有効利用などの点から、ノズル４４の先端部が、内筒管４８の内挿管４６が挿入された側の端部から内筒管４８全体の５０％以上の位置に配置されることが好ましい。

内筒管４８の形状は、上端が閉塞し、下端が開口するものであればよく、特に制限はない。内筒管４８の一例の構造の概略を図３に示す。図３のような円筒状（直管状）の他に、図４のような管の下端の径を上端の径よりも大きくしたラッパ形状でもよい。内筒管４８としてラッパ形状のものを採用した場合、内筒管４８の内部の下方向の流速が遅くなり、気泡滞留ゾーンの位置がさらに上になるため、直胴部５４の長さを短くでき、タンクをよりいっそう小型化することができる。内筒管４８は、例えば、支持部材により気液溶解タンク１６のタンク本体４２の内部に固定される。

内筒管４８の長さは、内筒管の内部または下部に気泡滞留ゾーンを十分に形成させるなどの点から、タンク本体４２の水深（タンク底面から水面までの距離）の３０〜８０％の範囲であることが好ましい。

内筒管４８の内径は、内筒管の内部に十分な容積の気相を形成させるなどの点から、タンク本体４２の直胴部５４の内径の４０〜８０％の範囲であることが好ましい。

図５に、本実施形態に係る気液溶解タンク１６の構造の他の例を示す。図５の気液溶解タンク１６では、内筒管４８の側面に、ノズル４４の噴出部の位置よりも低い位置に設けられた開孔部５０を有する。内筒管４８の側面に開孔部５０を設けると、一度、ノズル４４と気泡滞留ゾーンを通過し、内筒管４８の下部から流出した水の一部は、内筒管４８の外側を上昇し、開孔部５０において内筒管４８の内側に向かって引き込まれ、内筒管４８を中心とする循環流が形成される。この循環流により、水は再び気泡と接触することで空気の溶解がいっそう促進されると考えられる。なお、図５に示すような気泡滞留ゾーンの形成位置、大きさ等はあくまでも例示的なものである。

このように、図５の気液溶解タンク１６のように、内筒管４８の側面に開孔部５０を設けると、内筒管４８を中心とした循環流の発生により、溶解率はさらに向上する。このため、よりイニシャルコストおよびランニングコストが抑えられる。

開孔部５０を有する内筒管４８の形状は、開孔部を有し、上端が閉塞し、下端が開口するものであればよく、特に制限はない。開孔部５０を有する内筒管４８の一例の構造の概略を図６に示す。図６のような円筒状（直管状）の他に、図７のような管の下端の径を上端の径よりも大きくしたラッパ形状でもよい。内筒管４８としてラッパ形状のものを採用した場合、内筒管４８の内部の下方向の流速が遅くなり、気泡滞留ゾーンの位置がさらに上になるため、タンクをよりいっそう小型化することができる。

開孔部５０の形状に特に制限はないが、大きさは内筒管４８の円周部の例えば１０％以上２５％以下の面積が好ましい。開孔部５０の位置は、ノズル４４の噴出部の位置よりも低い位置に設けられればよく、特に制限はないが、ノズルにできるだけ近いことが好ましく、例えば、開孔部５０の上端の位置が、ノズル４４の先端から内筒管４８の下端までの距離に対して、ノズル４４の先端から５〜３０％の位置に設けられることが好ましい。

図８に、本実施形態に係る気液溶解タンク１６の構造の他の例を示す。図８の気液溶解タンク１６では、ノズル４４からの噴流の流出方向に、内筒管４８の下端部の内径以上の径を有する阻流板５２を備える。阻流板５２は、内筒管４８の下端部と接しないように、水没するように配置される。阻流板５２を配置すると、ノズル４４からの噴流が阻流され、内筒管４８内部の下方流速が遅くなることで、内筒管４８内部に生じる気泡滞留ゾーンの位置が上昇する。この効果により、内筒管４８の長さを削減できるため、タンクを小型化できる。また、阻流板５２の設置により、噴出した気泡のタンク後段への流出（ショートパス）を防止することができる。なお、図８に示すような気泡滞留ゾーンの形成位置、大きさ等はあくまでも例示的なものである。

このように、図８の気液溶解タンク１６のように、阻流板５２を配置すると、ノズル４４からの噴流が阻流され、阻流板５２に衝突した気泡の一部が反転上昇し、内筒管４８内部に形成される気泡滞留ゾーンの位置が上昇するため、内筒管の長さを短くすることができ、タンクの高さおよびタンク容量を小さくすることができる。

阻流板５２は、噴流が衝突することで気液の混合が生じるものであればよく、特に制限はないが、例えば、図９に示すような円板形状などのものを用いればよい。阻流板５２は、例えば、支持部材５６により気液溶解タンク１６のタンク本体４２の内部に固定される。

阻流板５２の設置位置は、内筒管４８の下端部と接しないように、噴流の流出方向に対してできるだけ垂直にその面を向けて、水没するように配置されればよく、特に制限はないが、例えば、内筒管４８の下端から、内筒管４８の内径の１５％〜５０％の距離である。

阻流板５２の大きさは、ノズル４４からの噴流の大部分が阻流板５２に当たるようにするなどの点から、内筒管４８の下端部の水平断面積以上、直胴部５４の水平断面積の９０％以下の範囲であることが好ましい。

阻流板５２は、内筒管４８と接しないように配置されればよいが、気泡の流出防止などの点から、内筒管４８の阻流板５２側の端部が、直胴部５４の阻流板５２側の端部から直胴部５４の内径の２０％以上の範囲に入るように配置されることが好ましい。

排気量調整機構としては、気液溶解タンク１６の内圧と水位とを所定範囲内に保持するように、タンク内の上部に滞留する未溶解空気などの排気量を調整するものであればよく、特に制限はない。例えば、排気量調整機構は、気液溶解タンク１６の上部から内部に所定の長さで内挿された排気管である排気配管４０と、排気配管４０に接続され排気量を調整する弁である排気調整バルブ２４とを備える。この場合、タンク内の上部の水面付近に未溶解の空気が滞留すると、排気配管４０から空気が排出され、ある程度空気が排出されると、水面が上がり空気の排出が停止する。これにより、タンク内の内圧と水位の変動を抑制しつつ未溶解の空気を排出することができる。気液分離面積の確保などの点から、内挿された排気配管４０の下端部が、直胴部上端より下に配置されることが好ましい。排気量調整機構としては、レベルスイッチなどを利用してもよい。

本実施形態に係る気液溶解タンク１６は、例えば、排水処理や用水処理などで用いられる加圧浮上処理における加圧水を調製するために用いることができる。その他、オゾン溶解などに用いることができる。

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１〜３および比較例１＞
図１０に示す加圧水製造システムを用いて比較実験を行った。原水タンク６０からの原水に加圧水ポンプ６２の後流側の原水配管６４においてコンプレッサ６６から空気を供給し、実施例１として図２の内部構造（図３の内筒管を備える）を有する気液溶解タンク１６、実施例２として図５の内部構造（図６の内筒管を備える）を有する気液溶解タンク１６、実施例３として図８の内部構造（図６の内筒管および図９の阻流板を備える）を有する気液溶解タンク１６、比較例１として図１４の構造の気液溶解タンク８２、以上４系列を並列配置して各タンクの性能を比較検討した。なお、各タンクへの通水は、入口流路切り替えバルブ６８および出口流路切り替えバルブ７０を用いて１系列毎に行った。

（共通実験条件）
原水：井戸水ＳＳ５ｍｇ／Ｌ
原水流量：６m^３／ｈｒ
空気供給量：１．８ｍ^３／ｈｒ（気液混合比：３０％）
タンク容積：実施例１，２７５Ｌ、実施例３６０Ｌ、比較例１１００Ｌ
タンク滞留時間：実施例１，２０．７５分、実施例３０．６０分、比較例１１．００分
タンク入口圧力：０．５５ＭＰａ
水温：２０℃

以上の条件で、１０時間の通水を行い、各タンク内部構造における空気溶解率を比較した。タンク入口圧力は、入口流路切り替えバルブ６８の前流側に設置したタンク入口圧力計７２により、タンク出口圧力は、各タンク出口と出口流路切り替えバルブ７０との間に設置したタンク出口圧力計７４により測定した。空気溶解率は、図１０に示すように、出口流路切り替えバルブ７０の後流側で減圧バルブ７６の前流側のサンプリングポイントで行った。

表１は、比較実験の結果をまとめたものである。空気溶解量および理論値空気溶解量に対する空気溶解率（以下、溶解率）において比較すると、各気体溶解タンクの溶解率は、実施例１が７８％、実施例２が８５％、実施例３が８４％、比較例１が６８％であった。実施例１の溶解率は、比較例１の図１４の構造よりも１０％高く、タンクの容積も２５％以上削減できることが確認された。また、圧力損失は実施例１の方が低かった結果から、実施例１では、より小さな容量の加圧水ポンプで、比較例１の溶解率を上回ることが確認された。

また、内筒管に開孔部を設けた実施例２では、溶解率がさらに７％向上した。実施例３は、実施例２と同等の気体溶解性能を有し、さらにタンク容積を削減できることが確認された。これらの効果によって、小型かつ簡素な気体溶解タンクで、空気が高濃度に溶解した加圧水が得られるため、既存のタンクよりもイニシャルコストおよびランニングコストが削減できることを確認した。

１加圧水製造システム、１０，６０原水タンク、１２，６２加圧水ポンプ、１４，６６コンプレッサ、１６，８０，８２気液溶解タンク、１８原水流量調整バルブ、２０空気流量調整バルブ、２２，７６減圧バルブ、２４排気調整バルブ、２６原水流量計、２８空気流量計、３０加圧水流量計、３２タンク圧力計、３４，６４原水配管、３６空気配管、３８加圧水配管、４０排気配管、４２タンク本体、４４ノズルまたはオリフィス、４６内挿管、４８内筒管、５０開孔部、５２阻流板、５４直胴部、５６支持部材、６８入口流路切り替えバルブ、７０出口流路切り替えバルブ、７２タンク入口圧力計、７４タンク出口圧力計。

Claims

気体を液体に加圧下で溶解するための気液溶解タンクであって、
噴流を生じる噴流発生部材を先端に有し、気体と液体の混合物をタンク内部に下向流で導入するための内挿管と、
前記噴流発生部材の噴出部が内部に位置するように設置され、上端が閉塞し下端が開口する内筒管と、
を備え、
前記噴流発生部材が前記内筒管内で水没されるように配置されていることを特徴とする気液溶解タンク。
請求項１に記載の気液溶解タンクであって、
前記内筒管の側面に、前記噴流発生部材の噴出部の位置よりも低い位置に設けられた開孔部を有することを特徴とする気液溶解タンク。
請求項１または２に記載の気液溶解タンクであって、
前記内筒管の下端部の内径以上の径を有し、前記噴流の流出方向に前記内筒管の下端部と接しないように配置された阻流板を備えることを特徴とする気液溶解タンク。