JP6027153B2 - 気液混合装置および微細気泡混合液の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、気液混合装置および微細気泡混合液の製造方法に関する。
従来の気液混合装置として、気体の溶解促進等を目的として、気泡を微細化して液中に混合させる装置が知られている。微細な気泡を生成する構成としてはノズル方式が知られているが、ノズル口径の縮小による微細化には限度があることから、例えば特許文献１においては、液中に供給される気泡を回転羽根の回転により圧縮して微細化することが検討されている。
ところが、上記特許文献１に開示された気液混合装置は、気液を混合圧縮するために回転羽根を高速で回転させる必要があることから、回転抵抗が大きくなり、動力源の負荷が過大になるおそれがあった。
そこで、本発明は、微細な気泡の混合液を効率良く生成することができる気液混合装置および微細気泡混合液の製造方法の提供を目的とする。
本発明の前記目的は、貯液槽に貯留された液体に微細気泡を混合する装置であって、外周面に気体の噴出部を有する回転筒と、前記回転筒を軸周りに回転駆動する駆動手段と、前記回転筒の内部に気体を供給する導入路とを備え、前記噴出部を液中に浸漬させて前記回転筒を回転させることにより、気体を前記噴出部から噴出させて液体と混合するように構成され、前記回転筒は、下部が閉塞されており、内周面から中心に向けて延びるように放射状に配置された回転翼を備える気液混合装置により達成される。
この気液混合装置は、前記回転筒の外周面との間に隙間をあけて同軸状に配置された外筒を更に備えることが好ましい。
また、本発明の前記目的は、貯液槽に貯留された液体に微細気泡を混合して微細気泡混合液を製造する方法であって、外周面に気体の噴出部を有し内周面から中心に向けて延びるように放射状に配置された回転翼を備え下部が閉塞された回転筒を垂下させて前記噴出部を液中に浸漬させ、前記回転筒を回転させることにより、導入路を介して前記回転筒の内部に供給された気体を前記噴出部から液面近傍に噴出させて微細気泡混合液を生成する微細気泡混合液の製造方法により達成される。
本発明によれば、微細な気泡の混合液を効率良く生成することができる気液混合装置および微細気泡混合液の製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る気液混合装置の縦断面図である。図１に示すように、気液混合装置１は、液体Ｌを貯留する貯留槽５０の上部開口に載置される支持板２の上面に固定された駆動モータ１０と、駆動モータ１０により回転駆動される円筒状の回転筒２０と、回転筒２０を収容するように支持板２から垂下する外筒３０とを備えている。
駆動モータ１０は、出力軸１１の上下両端部がケーシング１２から突出するように構成されており、出力軸１１には、中心部を軸方向に貫通する導入路１１ａが形成されている。出力軸１１の上端部は、ロータリージョイント１３を介して、気密且つ相対回転可能に給気配管１４に接続されており、コンプレッサやガスボンベ等の給気装置４０から出力軸１１の導入路１１ａに圧縮空気を供給することができる。導入路１１ａから回転筒２０に導入される気体は、空気以外の気体であってもよく、あるいは気液混合液であってもよい。
出力軸１１の下端部は、支持板２に形成された貫通孔２ａを通過して、回転筒２０の上端部に連結固定されており、回転筒２０を垂下するように支持して回転駆動する。回転筒２０は、例えばステンレス等の金属材料からなり、下部外周面に複数の噴出孔２２ａからなる噴出部２２が形成されている。噴出孔２２ａは、出力軸１１の導入路１１ａから回転筒２０の内部に導入された空気を周囲に向けて均一に噴射するように、周方向に沿って等間隔に形成されており、更に、噴出部２２が所定の高さ（例えば、１５０ｍｍ程度）を有するように、軸方向にも等間隔に形成されている。噴出孔２２ａの径は、特に限定されないが、例えば、０．１〜１．５ｍｍである。回転筒２０の外周面は、撹拌羽根等を備えることなく平滑に形成されていることが好ましい。
回転筒２０の内部下部には、撹拌部材２４が設けられている。撹拌部材２４は、図２に分解斜視図で示すように、回転筒２０の外径と略同じ径を有する下部円板２４ｂに、平板状の回転翼２４ａが放射状に複数（例えば６枚）配置されており、回転翼２４ａの上部には、回転筒２０の内径と略同じ径を有する上部円板２４ｃが取り付けられている。この撹拌部材２４は、図２に矢印で示すように、周方向に隣接する噴出孔２２ａの間に各回転翼２４ａが位置するように回転筒２０の下方から挿入され、下部円板２４ｂが回転筒２０の下部開口を閉塞するように、回転筒２０に固定される。上部円板２４ｃは、中央に連通孔２４ｄが形成されており、回転筒２０の内部に導入された気体は、連通孔２４ｄを通過して回転翼２４ａにより撹拌され、噴出孔２２ａから噴出される。回転翼２４ａは、回転筒２０の内部に旋回流を生じさせることが可能であれば、その形状や配置は特に限定されず、例えば、平板状の回転翼２４ａの代わりに、湾曲状や螺旋状の回転翼を用いてもよい。
外筒３０は、例えばアクリル等の樹脂やステンレス等の金属からなる直筒状に形成されており、回転筒２０の外周面との間に隙間をあけて同軸状に配置され、上端部が支持板２に固定されている。外筒３０の下端は、内筒２０の下端と略一致しており、回転筒２０の噴出部２２が外筒３０により覆われている。外筒３０の内部に液体Ｌの旋回流が生じ易いように、外筒３０の内周面に螺旋状のガイド板（図示せず）を設けてもよい。
次に、上記の構成を備える気液混合装置１の作動を説明する。図１に示すように、貯留槽５０に水などの液体Ｌを貯留して貯留槽５０の上部開口に気液混合装置１を設置し、回転筒２０の略全体を液中に浸漬させる。ついで、駆動モータ１０および給気装置４０を作動させると、回転筒２０は、図３に矢示するように回転翼２４ａと共に軸周りに回転し、回転翼２４ａにより旋回流となった空気が噴出部２２から噴射される。回転筒２０が高速で回転すると、液体Ｌの液面Ｓは、回転筒２０を中心としてすり鉢状に凹んだ状態になり、回転筒２０の周囲においては、液面Ｓが噴出部２２の近傍まで低下して、この付近で上下動する。このため、各噴出孔２２ａから噴射された空気は、液面Ｓと衝突しながら撹拌されて液中に取り込まれるため、微細な気泡となって液体Ｌに拡散する。回転筒２０の回転による液面Ｓの低下量は、回転筒２０が高速で回転するほど大きくなるため、液面Ｓが噴出部２２の近傍に維持されるように回転筒２０の回転速度を調整することが好ましい（例えば、毎分３６００〜１５０００回転、あるいは毎分１５０００回転以上）。回転筒２０と外筒３０との間に生じる隙間（図２の長さＤ）は、所望の液面Ｓの低下が生じ易いように適宜設定することが好ましく、例えば、１５〜２０ｍｍである。
このように、本実施形態の気液混合装置１によれば、回転筒２０の回転により噴出部２２から噴射された気体が、液切りを行いながら液体Ｌに混合されるので、従来のように撹拌羽根等による撹拌は不要であり、マイクロバブルやナノバブル等の微細気泡が混合された微細気泡混合液を効率良く生成することができる。
また、回転筒２０は、回転翼２４が内周面から中心に向けて延びるように放射状に配置されているので、回転筒２０の外周面に回転翼を設ける場合と比較して回転抵抗の増大を抑制することができ、省電力化を図ることができる。
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態には限定されない。例えば、回転筒２０の内部に供給する気体は、空気以外に、酸素、オゾン、二酸化炭素、窒素、水素などであってもよく、ボンベ等の給気装置４０からこれらの気体を供給して、液体への溶解度を高めたり、あるいは、極微小な気泡として液中に長期間滞留させることができる。また、液体Ｌは、低温（例えば１０℃以下）であることが好ましく、用途に応じて水以外を適宜選択することができる。
また、本実施形態においては、回転筒２０の回転時に所望のすり鉢状の液面Ｓが生じ易いように、外筒３０を配置しているが、外筒３０は必須のものではなく、例えば、貯留槽５０が小型筒状であるような場合には、外筒３０を設けない構成であってもよい。
また、本実施形態においては、回転筒２０に気体を導入するための導入路１１ａを駆動モータ１０の出力軸１１に形成することで、噴出部２２から気体を安定して噴出可能に構成しているが、導入路１１ａは、出力軸１１以外であってもよく、回転筒２０の上部や側部からメカニカルシール等を介して気体を導入する構成であってもよい。また、回転筒２０の回転により回転筒２０の内部が負圧になる場合には、導入路１１ａを、給気装置４０に接続せずに大気に開放してもよく、給気装置４０を設けずに、導入路１１ａから回転筒２０の内部に気体を導入することもできる。
また、本実施形態の気液混合装置１は、図４に示すように、回転筒２０の下端部を回転可能に支持する支持部材６０を更に設けた構成であってもよい。支持部材６０は、支持筒６１の下端部に保持板６２を備え、保持板６２にすべり軸受け６３が設けられており、回転筒２０の先端部２０ａがすべり軸受け６３により支持されている。支持筒６１は、内外で液体Ｌを流通させる流通孔６１ａが適宜形成されている。この構成によれば、回転筒２０をより安定して回転させることができ、所望の微細気泡混合液を容易に生成することができる。
１ 気液混合装置
１０ 駆動モータ
１１ 出力軸
１１ａ 導入路
２０ 回転筒
２２ 噴出部
２４ａ 回転翼
３０ 外筒
４０ 給気装置
５０ 貯液槽
Ｌ 液体
Ｇ 気体
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Claims (3)
- 貯液槽に貯留された液体に微細気泡を混合する装置であって、
外周面に気体の噴出部を有する回転筒と、前記回転筒を軸周りに回転駆動する駆動手段と、前記回転筒の内部に気体を供給する導入路とを備え、
前記噴出部を液中に浸漬させて前記回転筒を回転させることにより、気体を前記噴出部から噴出させて液体と混合するように構成され、
前記回転筒は、下部が閉塞されており、内周面から中心に向けて延びるように放射状に配置された回転翼を備える気液混合装置。 - 前記回転筒の外周面との間に隙間をあけて同軸状に配置された外筒を更に備える請求項１に記載の気液混合装置。
- 貯液槽に貯留された液体に微細気泡を混合して微細気泡混合液を製造する方法であって、
外周面に気体の噴出部を有し内周面から中心に向けて延びるように放射状に配置された回転翼を備え下部が閉塞された回転筒を垂下させて前記噴出部を液中に浸漬させ、前記回転筒を回転させることにより、導入路を介して前記回転筒の内部に供給された気体を前記噴出部から液面近傍に噴出させて微細気泡混合液を生成する微細気泡混合液の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP2015013975A JP6027153B2 (ja) | 2015-01-28 | 2015-01-28 | 気液混合装置および微細気泡混合液の製造方法 |
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| JP2015013975A JP6027153B2 (ja) | 2015-01-28 | 2015-01-28 | 気液混合装置および微細気泡混合液の製造方法 |
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|---|---|
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