JP5685753B2 - 気液混合溶解方法とその装置 - Google Patents
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Description
1.金属又は高硬度プラスチックで形成された極狭小幅を有するスクリーンに気相及び液相を同時に通過させることにより、液相中に気相を溶解させることを特徴とする気液混合溶解方法。
2.前記スクリーンの極狭小幅の隙間が0.001mm乃至4mmである、前記項1記載の気液混合溶解方法。
3.前記スクリーンが断続的に設けられている、前記項1または前記項2記載の気液混合溶解方法。
4.前記スクリーンが筒状に形成された筒状態であって、当該筒状体の内部から外部に向かって又は外部から内部に向かって極狭小幅を有するスクリーンに気相及び液相を同時に通過させる、前記項1乃至前記項3のいずれかに記載の気液混合溶解方法。
5.前記スクリーンが筒状に形成された筒状体であって、当該筒状体が回転駆動部と連結しており、当該回転駆動部が回転することにより当該筒状体を回転しながら気相及び液相を同時に通過させる、前記項1乃至前記項4のいずれかに記載の気液混合溶解方法。
6.前記スクリーンが筒状に形成された筒状体であって、当該筒状体が回転駆動部と連結しており、当該回転筒状体の内部から外部、或いは外部から内部への出口付近に0.1mm乃至10mmの間隔を空けて当該筒状体外周面の放射方向に隣接固定された邪魔板を設けることにより気相を液相中に溶解させることを特徴とする、前記項1乃至前記項5のいずれかに記載の気液混合溶解方法。
7.前記スクリーンが筒状に形成された筒状体であって、当該筒状体の一回り大きい筒状に形成された別のスクリーンの筒状体が、前記筒状体の外周に一定間隔を空けて隣接するように形成され、放射方向に段階的に設けられたスクリーンに気相及び液相を同時に通過させる、前記項1乃至前記項6のいずれかに記載の気液混合溶解方法。
8.前記スクリーンが筒状に形成された筒状体であって、当該筒状体が回転駆動部と連結しており、当該回転筒状体の一回り大きい筒状に形成された別のスクリーンの筒状体が、前記回転筒状体の外周に一定間隔を空けて隣接するように当該回転筒状体とは独立して固定配備されるものであり、放射方向に段階的に設けられたスクリーンに気相及び液相を同時に通過させる、前記項1乃至前記項7のいずれかに記載の気液混合溶解方法。
9.液相に気相を溶解させるための装置であって、(1)液相を供給する液相供給手段、(2)気相を供給する気相供給手段、(3)前記気相供給手段及び液相供給手段から供給された気相及び液相を同時に通過させる為の金属又は高硬度プラスチックで形成された極狭小幅を有するスクリーンを備えている気液混合溶解手段を含む、前記項1乃至前記項8のいずれか記載の気液混合溶解装置。
10.液相に気相を溶解させるための装置であって、多孔質体により生成される微細な気泡を気相供給手段とする前記項9記載の気液混合溶解装置。
11.液送のポンプを有し、かつ、前記ポンプの吸込側に気液混合溶解手段が配置され、その吸込圧により、供給された気相及び液相を同時に前記極狭小幅を有するスクリーンに通過させることで液相中に気相を溶解させる、前記項9乃至前記項10のいずれか記載の気液混合溶解装置。
12.液送のポンプを有し、かつ、前記ポンプ内部の1段及び/又は多段的に設けられた送液用インペラの外周面に、1段及び/又は多段的に或いは各1段内に多層的に気液混合溶解手段が配置され、インペラの遠心力により、供給された気相及び液相を同時に前記極狭小幅を有するスクリーンに通過させることで液相中に気相を溶解させる、前記項9乃至前記項11のいずれか記載の気液混合溶解装置。
13.粗大気泡による液相対流効果で液相を攪拌させるために、気液混合溶解手段の出口に減圧状態にして気相を引き込むエジェクターを設けた、前記項9乃至前記項12のいずれか記載の気液混合溶解装置。
14.前記項12記載の気液混合溶解装置において、液相の位置から気液混合溶解手段である気液混合溶解装置までを吸入送出配管で連絡することにより、液相現場にあわせて、液相位置から遠隔位置で気液混合溶解を行うことができることを特徴とする、気液混合溶解装置。
図2に示す本発明装置に関し、6段式液送ポンプ内部の2段目インペラb部分に極狭小幅0.2mmのステンレス製ワイヤースクリーン、4段目インペラd部分に極狭小幅0.075mmのステンレス製ワイヤースクリーン、6段目インペラf部分に極狭小幅0.075mmのステンレス製ワイヤースクリーンの気液混合溶解手段を備えた多段式気液混合溶解装置により、海水170L中にオゾンガスを気相として溶解した気液混合溶解オゾンガス濃度測定結果を表1に示す。このときのオゾン発生装置に供給される酸素流量は4.7L/分、気液混合溶解水生成量は66L/分で、図8に示すような構成で海水を循環しながらオゾン濃度を高めていった。
図4に示す本発明に係る気液混合溶解装置に関し、4段インペラ式液送ポンプのインペラ室6において、2段目インペラ室6bのインペラbに極狭小幅0.3mmを有するステンレス製ワイヤースクリーンxを外周面に備え、さらに前記スクリーンxの外表面から放射方向に1mmの隙間を空けて邪魔板となるサポートロッドを備えた極狭小幅0.5mmを有するステンレス製ワイヤースクリーンyを2層目としてインペラ室6bに固定し、3段目インペラ室6cと4段目インペラ室6dにも同様の2層のステンレス製ワイヤースクリーンを備えた4段式気液混合溶解装置により、窒素ガスを本発明に係る気相として溶解したときの水道水500Lの溶存酸素濃度の置換時間を、一般的なチューブ曝気による溶存酸素の窒素ガス置換方式と実験比較した。チューブ曝気方式で用いたチューブは、外径6mm×内径4mmチューブである。また両方式とも気相となる窒素ガスは5L/分を供給している。置換時間と溶存酸素濃度の比較データを表2と図10に示すように、チューブ曝気による窒素ガス置換は約60分かかっても25%程度の置換しか達成されておらず、これに対して本発明に係る方式では、約30分で90%の置換に達している。また、図5のように当該実験に用いた本発明に係る気液混合溶解装置の各ステンレス製ワイヤースクリーンを構成するワイヤーとサポートロッドの寸法は、特に制限されるものではなく、気液混合溶解装置を構成するスケールに合わせて自由に設計できるものであるが、当該実験スケールの装置においては、ワイヤー幅Wxは0.5mm乃至5.0mm、ワイヤー高さWyは1.0mm乃至10.0mm、サポートロッド幅Rxは1.0mm乃至10mm、サポートロッド高さRyは2.0mm乃至15.0mmから選択することができる。本実験例では、表3に示す寸法のワイヤーとサポートロッドを用いた。
図8に示すようにうなぎの養殖場において、4段式液送ポンプ1内部のインペラ室6の2段目インペラb及び4段目インペラdの外周面に極狭小幅0.4mmのステンレス製ワイヤースクリーンを備えた本発明装置により、養殖槽7中の液相を循環させながら水中溶存酸素を高めた時のうなぎの収穫時期と、従来の攪拌による曝気方式のうなぎの収穫時期について比較した。ここで軟性プラスチック質に切り込みを入れたスリット状の気液混合溶解手段を備えた装置ではこのプラスチック質スリットが1日乃至3日で目詰まりが起きたり、亀裂など劣化が顕著に見られ耐久性に問題が発生したのに対し、本発明装置では、気液混合溶解手段の劣化については全く問題なく、従来の攪拌式曝気法による気液混合のうなぎの収穫時期より1ヶ月短縮されて収穫することができた。
図9(a)に示すように、液相として水量1万トン湖沼の溶存酸素濃度を、本発明に係る3段式送液ポンプのインペラ2段に極狭小幅0.4mmのステンレス製ワイヤースクリーンを備えた気液混合溶解装置を平衡に2台並べて、液相現場位置から高さ約6m位置に配備し、各気液混合溶解装置の液相吐出量を、送液量150L/分に空気を気相として0.7L/分混合溶解しながら水深約2m位置に放出したところ、運転開始時の溶存酸素濃度約4mg/Lから、約2週間後には溶存酸素濃度約10mg/Lへと上昇させることができた。
図4に示す本発明に係る気液混合溶解装置において、2段目、3段目、4段目のインペラ外周面に備えた極狭小幅0.3mmのステンレス製ワイヤースクリーンxと、その外周面に約1mm間隔の隙間を空けて、邪魔板となるスクリーンのサポートロッドzを有する極狭小幅0.075mmのステンレス製ワイヤースクリーンyを備えた気液混合溶解装置を用いて、当該気液混合手段により水中油滴系エマルションを分散相液をつばき油とし、連続相液を0.5%tween80水溶液を用いて20L生成したところ、図12に示すとおり平均粒子径約1μmの個数粒度分布を得ることができた。この実験結果から、当該気液混合溶解装置による気泡径も平均1μm程度の微細気泡が生成されて、オストワルド熟成効果により容易に液相中に溶解するものである。
2 液相供給
3 気相供給
3a エジェクター用気相供給
4 気液混合溶解液送出
5 1段式インペラ室
6 多段式インペラ室
6a 1段目インペラ室
6b 2段目インペラ室
6c 3段目インペラ室
6d 4段目インペラ室
a 1段目インペラ
b 2段目インペラ
c 3段目インペラ
d 4段目インペラ
e 5段目インペラ
f 6段目インペラ
v1 インペラにより極狭小幅を有するスクリーンに流入する気相及び液相の流れ
v2 極狭小幅を有するスクリーンを通過した気相及び液相の流れ
x 極狭小幅を有するスクリーン
x1 極狭小幅を形成するスクリーンの一ワイヤー
y 極狭小幅を有するスクリーンに隣接された極狭小幅を有するスクリーン
z0 邪魔板
z 邪魔板となるサポートロッド
z1 極狭小幅を形成する各ワイヤーをサポートする一ロッド
g 2層のスクリーン間の隙間
s 極狭小幅
Rx サポートロッドの幅
Ry サポートロッドの高さ
Wx スクリーン用ワイヤーの幅
Wy スクリーン用ワイヤーの高さ
7 液相室
7a 液相面
7b 液相現場
7c 液相現場
8 気相室
9 エジェクター
9a 上昇水流
10a 吸入配管
10b 送出配管
Claims (2)
- 金属又は高硬度プラスチックのワイヤーで形成された極狭小幅を有するスクリーンに、気相及び液相を同時に通過させることにより、液相中に気相を溶解させることを特徴とする気液混合溶解方法であって、
(a)当該ワイヤーの断面形状が、幅0.5mm乃至5.0mm、高さ1.0mm乃至10.0mmであり、
(b)当該ワイヤー同士の極狭小幅の隙間が0.001mm乃至4mm間隔でスクリーンが形成され、
(c)当該スクリーンを形成するワイヤー同士をサポートするロッドの断面形状が、幅1.0mm乃至10.0mm、高さ2.0mm乃至15.0mmのサポートロッドであり、
(d)当該ワイヤーと当該サポートロッドで構成される極狭小幅を有する当該スクリーンが、筒状に形成された筒状体であって、
(e)液相供給手段である送液ポンプの駆動回転しているインペラ外周面に第一の当該筒状体のスクリーンを一体化し、
(f)当該インペラと一体化した回転筒状体とは独立して0.1mm乃至10mmの間隔の隙間を空けて当該回転筒状体面直上に、当該回転筒状体より一回り大きい筒状に形成された第二の筒状体の当該スクリーンを固定配備する
ことにより、液相中の気相が第一の回転筒状体のスクリーンから吐出した直後に、第二のスクリーンのサポートロッドが邪魔板となり強力に衝突することになり、液相中気相を微細に分散し、液相中に気相を溶解させることができることを特徴とする気液混合溶解方法。 - 液相に気相を溶解させるため、(1)液相を供給する液相供給手段、(2)気相を供給する気相供給手段、(3)前記気相供給手段及び液相供給手段から供給された気相及び液相を同時に通過させる極狭小幅を有するスクリーンを備えている気液混合溶解手段を含む装置であって、
(a)当該スクリーンが金属又は高硬度プラスチックのワイヤーで形成され、
(b)当該ワイヤーの断面形状が、幅0.5mm乃至5.0mm、高さ1.0mm乃至10.0mmであり、
(c)当該ワイヤー同士の極狭小幅の隙間が0.001mm乃至4mm間隔でスクリーンが形成され、
(d)当該スクリーンを形成するワイヤー同士をサポートするロッドの断面形状が、幅1.0mm乃至10.0mm、高さ2.0mm乃至15.0mmのサポートロッドであり、
(e)当該ワイヤーと当該サポートロッドで構成される極狭小幅を有する当該スクリーンが、筒状に形成された筒状体であって、
(f)液相供給手段である送液ポンプの駆動回転しているインペラ外周面に第一の当該筒状体のスクリーンを一体化し、
(g)当該インペラと一体化した回転筒状体とは独立して0.1mm乃至10mmの間隔の隙間を空けて当該回転筒状体面直上に、当該回転筒状体より一回り大きい筒状に形成された第二の筒状体の当該スクリーンを固定配備した
気液混合溶解手段を含む請求項1記載の気液混合溶解装置。
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