JP6483303B2 - 気液溶解タンク及び微細気泡発生装置 - Google Patents

Description

この発明は、液体中に微細気泡を発生させる装置及びそれに好適に用いることができる気液溶解タンクに関するものである。

下水処理・水産養殖等において、水処理用のバクテリアを活性化したり、水棲生物を育成・活性化するために、水中に気泡を拡散させて酸素を溶存させること（エアレーション）が有効であることが知られている。又、工業分野等においても、気液反応を促進するために、液中に気泡を拡散させることが有効であることが広く知られている。
これらの目的のためには、気泡の浮力を小さくして液中により長く滞留させ、かつ液体と接触する表面積をより大きくして反応効率を上げるように、気泡のサイズはできるだけ微細にすることが望ましい。
水中に気泡を拡散させるための方法として、従来は、例えばコンプレッサーからの圧縮空気を水中の散気管等の細孔から放出する方法や、水中で羽根車を回転させて混合撹拌する方法が最も一般的であった。
しかし、これらの方法においては、設備のコストが嵩みメンテナンスも面倒であるのみならず、単に細孔から放出したり水中で混合撹拌した程度では、微細化作用が不十分で発生気泡は比較的大きいままであり、微細気泡の発生は困難であるという欠点があった。
そこで微細気泡の発生を目的として、近年、下記のような各種の提案がなされている。
（１）ノズルから液体を急速に噴出させつつ気体を混入することにより微細気泡を発生させる。（例えば特許文献１参照）
（２）容器内で液体の旋回流を発生させて、混入気体を撹拌・剪断することにより微細気泡を発生させる。（例えば特許文献２参照）
（３）静止型ミキサーを設置して、その邪魔板や衝突突起に気液混合体を衝突させ撹拌することにより微細気泡を発生させる。（例えば特許文献３参照）
（４）液体と気体を混合して加圧し、液体中に気体を溶解させたのち、その気液混合体を減圧することにより微細気泡を発生させる。（例えば特許文献４参照）
しかし、上記の従来技術（１）〜（３）には次のような問題がある。
（１）は、液体と気体の最適な混合を得るためには微妙な調節を要し、又、小型に限定されるため、微細気泡を短時間に大量に発生させることは難しい。
（２）は、微細気泡の安定的発生のためには微妙な調節を要し、無人の長時間運転は難しい。又、渦巻き状の流入路を備えたサイクロン式の旋回機構が用いられており、液体自身の運動エネルギーによる旋回力に頼ったものであるために、エネルギー不足により十分な旋回力が得られない場合があり、微細気泡を短時間に大量に発生させることは難しい。
（３）は、単純な衝突に頼るので微細化作用が十分でない。又、静止型ミキサーの抵抗によるエネルギーロスが大きく、それだけ気液混合体を送り込むための動力を必要とする。
一方、上記の従来技術（４）は、図２３に例示したような気液溶解タンクを備え、これによって加圧下で気体を液体に接触させて一旦溶解させた後に、これを減圧もしくは大気開放することによって微細気泡を発生させるというもので、従来技術（１）〜（３）に比べれば、それほど微妙な調節を要さず運転制御は比較的容易であるが、しかし、微細気泡を短時間に大量に発生させるためには、気液溶解タンク内での気液の接触面積を増やして溶解を促進する必要があり、気液溶解タンクの設備そのものが大規模になってコスト高となるという問題がある。
その解決法として、図２４〜図２６に例示したように、気液溶解タンク３内に棚状の仕切壁１４、１５、１６を設けて流路をジグザク形状にしたりすることにより、気液の接触面積を増やす方法も提案されているが（例えば特許文献５参照）、この方法によっても依然として、溶解の促進には限界がある。何故なら、この方法は、その流路のどこでも常に上部に気体、下部に液体が流れる状態、即ち図２４〜図２５の状態を理想とするが、実際には流れがその理想状態を常に維持することはできず、やがてはバランスが崩れて、図２６のように流路の殆どが液面レベルＬの下に水没する状態になりがちだからである。そうなったときには、液面レベルＬ以下の位置にいくら仕切壁があっても意味をなさないことになり、図２３の気液溶解タンクと左程の違いが見出せない結果となる。もしこの水没を防ごうとするなら、流路中の各所、例えば仕切壁の開口部１４ｍ、１５ｍ、１６ｍを夫々流量調節可能にして、流路中のどこでも適量な液体が流れてその上に空間を残すように制御しなくてはならず、コストが嵩んで実用的な装置とはならない。
このように、上記の従来技術（１）〜（３）はもとより、従来技術（４）においても、コストと性能という両面での限界があるという課題があった。

特開２００１−５８１４２号公報 特開平１０−２３０１５０号公報 特開２００２−８５９４９号公報 特開平１１−２０７１６２号公報 特開平７−３２８４０２号公報

本発明は、上述の従来技術の課題を解決して、簡潔な構成により液中に微細気泡を短時間で大量にかつ安定的・効率的に発生させることができ、又、構造が簡単で、装置が小型でも大型でも安価に製造できる、高性能で取扱い容易な微細気泡発生装置及びそれに好適に用いることができる気液溶解タンクを得ることを目的とする。
なお、微細気泡発生装置を食品・飲料や高純度液等を取り扱うプロセスに適用する場合には、洗浄が容易でなければならない。通常このような目的に使用される装置は、「サニタリー仕様」として、接液表面が平滑に仕上げられるのみならず、定置洗浄（分解しないまま内部洗浄）、分解洗浄及び再組立が簡単に行える構造となっていることが必須であり、もし装置が複雑な構造であったり流路中に隘路があったりすると、定置洗浄により接液部を影なく洗浄することは困難となる上、分解洗浄も煩雑となり、固形物や粒子の混入した液の場合には目詰まりも起こりやすくなる。
そこで本発明は、食品・飲料や高純度液等を取り扱うプロセスに適用されても、サニタリー仕様を満足できる定置洗浄や分解洗浄が容易に行え、目詰まりを起こすこともなく、多様な用途や液質にも適用できる微細気泡発生装置及びそれに好適に用いることができる気液溶解タンクを得ることをも目的とする。

上記の目的を達成するために、この発明は、液体に混入された気体の液体への溶解を促進する気液溶解タンクにおいて、タンクの容器の上部と下部に通過気液の出入りする開口部を備え、該容器の内部には上下方向に並ぶ複数の室を画成する複数の仕切壁を備え、該仕切壁の各々にはその上下の室を連通する開口部が設けられ、該仕切壁の開口部の上端は該仕切壁から上方に所定距離延設され、該仕切壁の開口部の下端は該仕切壁から下方に所定距離延設されていることを主な特徴としている。
本発明においては、前記仕切壁の開口部の上端が、該仕切壁の一つ上の仕切壁の開口部の下端よりも上に位置していてもよい。
又、通過気液の流れ方向が上向きである場合に、前記仕切壁の開口部の上端からの噴出流を略水平方向に飛散又は拡散させるよう、該開口部の上端及び／又はそれに対峙する仕切壁の形状が形成されてもよい。
又、前記容器内で集積した未溶解気体を排気する排気手段が付設されてもよい。
又、液体を圧送する圧送手段と、該液体に気体を混入させる気体混入手段と、該気液の溶解を促進する気液溶解促進手段と、該気液を流路から放出する気液放出手段とを備え、該気液溶解促進手段として、前記のいずれかに記載の気液溶解タンクを用いた微細気泡発生装置であってもよい。
又、前記気液溶解タンクに、その内部で集積した未溶解気体を排気する排気手段が付設され、その排気口が、前記気体混入手段における気体取入口に連通可能にされてもよい。
又、前記気液溶解タンクに、その内部での未溶解気体の集積度合を感知する感知手段が付設され、その感知された集積度合に応じて、前記気体混入手段における気体取入量が絞り調節される構成であってもよい。
又、前記気液放出手段が、通過気液に流路の絞り、狭い間隙の通過、急激な方向転換、急速な旋回のうちの少なくとも一つの過程を経させつつ、その気液を放出する構成であってもよい。
又、前記気液放出手段が、底面部が開口し徐々に縮径して先端部が閉口するに致る略円錐状の空洞を有する容器胴部と、該空洞の内壁面からの所定の間隙を有しつつ残りの空洞を埋める形状に形成された容器蓋部とを備え、該容器胴部と容器蓋部との間に形成された空間の拡径部付近には、該容器胴部を貫通して該空洞内壁面の円周接線方向から気液を流入させる入口流路が設けられ、該容器胴部と容器蓋部との間に形成された空間の縮径先端部付近には、該容器蓋部を貫通して外部に気液を放出する出口流路が設けられた構成であってもよい。
又、この発明は、液体を圧送する圧送手段と、該液体に気体を混入させる気体混入手段と、該気液を流路から放出する気液放出手段とを備え、該気液放出手段は、底面部が開口し徐々に縮径して先端部が閉口するに致る略円錐状の空洞を有する容器胴部と、該空洞の内壁面からの所定の間隙を有しつつ残りの空洞を埋める形状に形成された容器蓋部とを備え、該容器胴部と容器蓋部との間に形成された空間の拡径部付近には、該容器胴部を貫通して該空洞内壁面の円周接線方向から気液を流入させる入口流路が設けられ、該容器胴部と容器蓋部との間に形成された空間の縮径先端部付近には、該容器蓋部を貫通して外部に気液を放出する出口流路が設けられた構成であることを特徴としている。

本発明の装置は、簡潔な構成により、液中に微細気泡を短時間で大量にかつ安定的・効率的に発生させることができると共に、定置洗浄の際には接液部を影なく洗浄することができ、分解洗浄及び再組立も容易であり、目詰まりを起こすこともなく、食品・飲料や高純度液等の多様な液質にも対応できる。

図１は微細気泡発生装置の構成例を示す説明図である。 図２は本発明の実施例１の気液溶解タンクの縦断面図であり、通過気液の流れ方向が上向きである場合の作動状態を示す。 図３は本発明の実施例１の気液溶解タンクの縦断面図であり、通過気液の流れ方向が下向きである場合の作動状態を示す。 図４は本発明の実施例２の気液溶解タンクの縦断面図であり、通過気液の流れ方向が上向きである場合の作動状態を示す。 図５は本発明の実施例２の気液溶解タンクの縦断面図であり、通過気液の流れ方向が下向きである場合の作動状態を示す。 図６は本発明の実施例３の気液溶解タンクを示す縦断面図である。 図７は本発明の実施例４の気液溶解タンクを示す縦断面図である。 図８は本発明の実施例５の気液溶解タンクを示す縦断面図である。 図９は本発明の実施例６の気液溶解タンクを示す縦断面図である。 図１０は図９における仕切壁開口部の形状の一例を示す斜視図である。 図１１は図９における仕切壁開口部の形状の一例を示す斜視図である。 図１２は図９における仕切壁開口部の形状の一例を示す斜視図である。 図１３は本発明の実施例７の気液溶解タンクを示す要部断面図である。 図１４は本発明の実施例８の微細気泡発生装置を示す説明図（一部断面図）である。 図１５は本発明の実施例９の微細気泡発生装置を示す説明図（一部断面図）である。 図１６は本発明の実施例１０の気液放出手段を示す縦断面図である。 図１７は図１６におけるＩ−Ｉ線断面図である。 図１８は本発明の実施例１１の気液放出手段を示す縦断面図である。 図１９は図１８におけるＩ−Ｉ線断面図である。 図２０は本発明の実施例１２の気液放出手段を示す縦断面図である。 図２１は図２０におけるＩ−Ｉ線断面図である。 図２２は微細気泡発生装置の構成例を示す説明図である。 図２３は従来技術の気液溶解タンクの一例を示す縦断面図である。 図２４は従来技術の気液溶解タンクの一例を示す縦断面図である。 図２５は従来技術の気液溶解タンクの一例を示す縦断面図である。 図２６は従来技術の気液溶解タンクの一例を示す縦断面図である。

以下、各図にわたって共通の部分には同じ符号を付すものとし、本発明の各実施例について詳細を説明する。

図１は微細気泡発生装置の構成例を示す説明図であり、以下の各実施例における基本的構成要素及びその結合回路を示している。即ち、この微細気泡発生装置においては、液体を圧送する圧送手段１と、その液体に気体を混入させる気体混入手段２と、その気体の液体への溶解を促進する気液溶解促進手段３と、溶解した気液を流路から液槽５内に放出する気液放出手段４とを備えている。管路６、７、８、９はそれら各手段を結合する管路であり、弁６ａ、７ａ、８ａ、８ｂ、９ａにより各管路の開閉及び流量調節を行えるようになっている。気体は管路７経由、液体は管路６経由で装置外部の供給源から取り入れて気体混入手段２にて合流させるが、液体については、管路９経由で液槽５の液体を循環利用してもよいことが図示されている。
本図においては、圧送手段１は自吸式ポンプを用い気体混入手段２をその上流側に配置して、ポンプの自吸力によって液体と共に気体を吸い込み混合させる簡便な構成とした例を示しており、この場合は自吸式ポンプ内においても気液の混合が行われるという利点があるが、この他にも、圧送手段１は非自吸式ポンプを用い気体混入手段２をその下流側に配置して、コンプレッサーやエジェクター（ベンチュリー管）等によって気体を注入する構成としてもよい。
図２及び図３は本発明の実施例１の気液溶解タンクの縦断面図であり、前記の微細気泡発生装置における気液溶解促進手段３として好適に用いることができるものである。図２が通過気液の流れ方向が上向きである場合の作動状態、図３が通過気液の流れ方向が下向きである場合の作動状態を示す。
この気液溶解タンク３は液体に混入された気体の液体への溶解を促進するために好適な構成を備えている。具体的には、容器１１は上部と下部に通過気液の出入りする開口部１２、１３を備えると共に、その内部には上下方向に並ぶ室ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４を画成する仕切壁１４、１５、１６を備えている。そして、仕切壁１４にはその上下の室ｒ１と室ｒ２を連通する開口部１４ｍが設けられ、その開口部の上端１４ａは仕切壁１４から上方に所定距離Ａだけ延設され、開口部の下端１４ｂは仕切壁１４から下方に所定距離Ｂだけ延設されている。同様に、仕切壁１５についても、その上下の室ｒ２とｒ３を連通する開口部１５ｍが設けられ、その開口部の上端１５ａと下端１５ｂは各々仕切壁１５から所定距離延設され、仕切壁１６についても、その上下の室ｒ３とｒ４を連通する開口部１６ｍが設けられ、その開口部の上端１６ａと下端１６ｂは各々仕切壁１６から所定距離延設されている。
図中では、仕切壁は説明の便宜上３箇所に設置されたものが例示されているが、設置数は３箇所に限るものでないことは言うまでもない。
この実施例１の気液溶解タンクを、図１における微細気泡発生装置の気液溶解促進手段３として設置し、通過気液の流れ方向が容器１１の下部にある容器開口部１３から上部にある容器開口部１２に向かう上向きの流れとなるよう配管して運転すると、通過気液は図２に示す状態となる。即ち、気体と液体は十分な広さの確保された流路である仕切壁開口部１６ｍ、１５ｍ、１４ｍを緩やかに上昇して各室ｒ４、ｒ３、ｒ２、ｒ１を通過して行くうちに、その比重差により気体は上、液体は下に分離し、気体は液体に先んじてより上の室に移動して行こうとするが、その気体は、仕切壁開口部下端１６ｂ、１５ｂ、１４ｂが各仕切壁から下方に所定距離延設されているため、それを越えぬ限り上の室に移動することができず、仕切壁１６、１５、１４を天井として張り付いた状態となり、結果的に、各室ｒ４、ｒ３、ｒ２の中で液面レベルＬ４、Ｌ３、Ｌ２を生じることとなる。これは、液体中に未溶解の気体がある限り仕切壁１６、１５、１４のいずれも水没状態にはならないことを意味している。なお、図示例では、室ｒ１についても、容器開口部１２の下端が容器１１の天井から下方に所定距離延設されているため、他の室と同様の効果を生じ、液面レベルＬ１を生じる。
このように、仕切壁１６、１５、１４がいずれも水没することなく、各室ｒ４、ｒ３、ｒ２、ｒ１において上部に気体、下部に液体が存在して液面レベルＬ４、Ｌ３、Ｌ２、Ｌ１が生じていることによって、気液溶解タンク３内での気液の接触面積が増大しており、微細気泡を短時間に大量に発生させるために必要となる気液溶解を効率的に促進している。
一方、通過気液の流れ方向が容器１１の上部にある容器開口部１２から下部にある容器開口部１３に向かう下向きの流れとなるよう配管して運転する場合は、通過気液は図３に示す状態となる。即ち、気体と液体は十分な広さの確保された流路である仕切壁開口部１４ｍ、１５ｍ、１６ｍを緩やかに下降して各室ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４を通過して行くうちに、その比重差により気体は上、液体は下に分離し、気体は液体の流れに逆らってより上の室に移動して行こうとするが、その気体は、仕切壁開口部下端１４ｂ、１５ｂ、１６ｂが各仕切壁から下方に所定距離延設されているため、それを越えぬ限り上の室に移動することができず、仕切壁１４、１５、１６を天井として張り付いた状態となり、結果的に、各室ｒ２、ｒ３、ｒ４の中で液面レベルＬ２、Ｌ３、Ｌ４を生じることとなる。これは、液体中に未溶解の気体がある限り仕切壁１４、１５、１６のいずれも水没状態にはならないことを意味している。なお、図示例では、室ｒ１についても、容器開口部１２の下端が容器１１の天井から下方に所定距離延設されているため、他の室と同様の効果を生じ、液面レベルＬ１を生じる。
更に、このように通過気液の流れ方向が下向きとなる場合には、未溶解の気体が集積して行くと、その気体の層の厚み（液面からその上の仕切壁までの距離）は厚くなり、遂にはその室内の液体をより下の室に向けて押し出そうとするが、その液体は、仕切壁開口部上端１４ａ、１５ａ、１６ａが各仕切壁から上方に所定距離延設されているため、それを越えぬ限り下の室に移動することができず、仕切壁１４、１５、１６を底とした液溜まりの状態となり、結果的に、各室ｒ１、ｒ２、ｒ３の中で液面レベルＬ１、Ｌ２、Ｌ３を生じることとなる。これは、液体中にいくら未溶解の気体が増えても仕切壁１４、１５、１６のいずれも干上がり状態にはならないことを意味している。
なお、この図３においては、説明の便宜上、仕切壁開口部下端の作用を主として受けた結果の液面レベルがＬ３、Ｌ４、仕切壁開口部上端の作用を主として受けた結果の液面レベルがＬ１、Ｌ２として例示されている。
このように、仕切壁１４、１５、１６がいずれも水没することも干上がることもなく、各室ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４において上部に気体、下部に液体が存在して液面レベルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４が生じていることによって、気液溶解タンク３内での気液の接触面積が増大しており、微細気泡を短時間に大量に発生させるために必要となる気液溶解を効率的に促進している。
本装置は、その容器１１内の通過気液の流れ方向を上向きとする場合でも下向きとする場合でも、液面レベルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の発生は、気体と液体の比重差と仕切壁開口部上端及び下端の存在に起因するもので、その気体の層の厚み（液面からその上の仕切壁までの距離）は、気液溶解が進まなければ厚く、気液溶解が進めば薄くなり、層の厚みがゼロ即ち仕切壁が水没した状態になれば、それは気液溶解が完全に行われたことを意味するものであり、要するに層の厚みは気液溶解の程度に応じて自動的に決まるものであるため、気液の接触面積を安定的に確保するための水位制御等の制御機構や制御操作は何ら必要とせず、自動運転ができて極めて便利である。
本装置はこのように、気液の比重の差を利用して積層状に気液の接触面積を確保するという明快な原理に基づく、シンプルかつコンパクトな装置なので、装置の製作は容易で信頼性・耐久性が高い。又、その仕切壁の設置数を増やすことによって、更に気液の接触面積を増やすことも容易に可能である。
なお、各仕切壁開口部上端及び下端の各仕切壁からの延設距離（図中のＡ及びＢで例示されている距離）に関しては、各仕切壁で同一とする必要はなく、例えば、流路抵抗を考慮して容器１１内の流れの下流側の仕切壁ほど延設距離を短くするなどしてよい。又、容器１１内の流れ方向を上向き方向のみに限定する場合は、各仕切壁開口部上端及び下端の内の下端のみを仕切壁から延設することとしてもよい。
本装置は、サニタリー仕様を満足できる定置洗浄や分解洗浄が容易に行える構造も備えており、多様な用途や液質にも適用できる。
この気液溶解タンク３は、狭隘部がなく、気体と液体は十分な広さの確保された流路である仕切壁開口部１４ｍ、１５ｍ、１６ｍを緩やかに通過すればよい構造なので、目詰まりの恐れもなく、簡単にしかも隅々までくまなく洗浄することができる。図示は省略したが、本装置を運転しながら洗浄する定置洗浄ができるように、又、残留液体が排出できるように、容器１１の適宜の箇所に適宜個数の洗浄液注入口、洗浄ノズル、ドレン等を付設してもよいことは言うまでもない。又、容器１１を各仕切壁部材を積層して締結する構造とすれば、分割時には仕切壁周辺が全て露出するので接液部を影なく洗浄することができ、再組立も容易である。
本装置の用途は、水、食品、飲料、油、化学品等の各種液体に対して、気泡の微細化により、空気、酸素、炭酸ガス、オゾン等の気体を効率よく溶解させる用途のほかにも、気体を溶解させぬままの微細気泡として利用する、例えば美容・健康増進、洗浄処理、廃水処理等の用途や、更には各種液体中に微細気泡を分散させ泡状・クリーム状にして利用する、例えば食品、化粧品等の用途など、広い分野にわたる。

図４及び図５は本発明の実施例２の気液溶解タンクの縦断面図であり、図４が通過気液の流れ方向が上向きである場合の作動状態、図５が通過気液の流れ方向が下向きである場合の作動状態を示す。
本実施例においては、実施例１のものの仕切壁１４、１５、１６の変形例として、傾斜をもたせ、それに合わせて仕切壁開口部上端１４ａ、１５ａ、１６ａ及び下端１４ｂ、１５ｂ、１６ｂの位置を調整したものを例示した。
本実施例のその他の構成及び作用は実施例１と同様である。

図６は本発明の実施例３の気液溶解タンクを示す縦断面図であり、通過気液の流れ方向が下向きである場合の作動状態を示す。
本実施例においては、実施例１のものの仕切壁１４、１５、１６の変形例として、上向き凸状とし、それに合わせて仕切壁開口部上端１４ａ、１５ａ、１６ａ及び下端１４ｂ、１５ｂ、１６ｂの位置を調整したものを例示した。又、未溶解気体が流れにつられて下流側に流れ出るのを防ぐための邪魔板２１を付設してもよいことも例示した。
本実施例のその他の構成及び作用は実施例１と同様である。

図７は本発明の実施例４の気液溶解タンクを示す縦断面図であり、通過気液の流れ方向が下向きである場合の作動状態を示す。
本実施例においては、実施例１のものの仕切壁１４、１５、１６の変形例として、下向き凸状とし、それに合わせて仕切壁開口部上端１４ａ、１５ａ、１６ａ及び下端１４ｂ、１５ｂ、１６ｂの位置を調整したものを例示した。
本実施例のその他の構成及び作用は実施例１と同様である。

図８は本発明の実施例５の気液溶解タンクを示す縦断面図であり、通過気液の流れ方向が上向きである場合の作動状態を示す。
本実施例は、各仕切壁１４、１５、１６の開口部の相互関係について、ある仕切壁の開口部の上端が、その一つ上の仕切壁の開口部の下端よりも上に位置するように構成したものであり、それによって、その仕切壁開口部上端を室内の液面レベルよりも上の未溶解気体層中に露出させ、液体を未溶解気体層の中で噴出させて、更に気液の接触面積を増大させるものである。例えば、仕切壁１６の開口部の上端１６ａが、その一つ上の仕切壁１５の開口部の下端１５ｂよりも距離Ｃだけ上方に位置している。このとき、仕切壁開口部上端１６ａとその一つ上の仕切壁１５との間の距離Ｄは気液の流動を妨げない範囲で狭くしておくと更に好ましい。そこで、通過気液の流れ方向を上向きにして作動状態を観察すると、未溶解気体が多い場合（即ち気液溶解を更に促進するべき場合）には、仕切壁開口部下端１５ｂの働きによって、仕切壁１５の下側に未溶解気体の層ができて、室ｒ３内で液面レベルＬ３を生じており、仕切壁開口部上端１６ａはその液面レベルＬ３よりも上の位置にあるから未溶解気体層中に露出した状態である。従って、仕切壁開口部上端１６ａから噴出する液体は未溶解気体に曝され、気液の接触面積が増大することとなって、自動的に気液溶解が更に促進される。
この構成は仕切壁開口部１４ｍ、１５ｍ、１６ｍのいずれに適用してもよく、図８においては、それら仕切壁開口部１４ｍ、１５ｍ、１６ｍの全てに適用し、かつ容器開口部１２、１３にもその構成の一端を担わせたものを図示してある。
このように、本実施例においては、前述の各実施例１〜４における作用効果が同様に得られるのみならず、特に通過気液の流れ方向が上向きである場合には、各仕切壁開口部上端を液面レベルよりも上の未溶解気体層中に露出させ、噴出する液体と未溶解気体との接触面積を増大させて、自動的に気液溶解を更に促進するという作用効果がある。
本実施例のその他の構成及び作用は実施例１と同様である。

図９は本発明の実施例６の気液溶解タンクを示す縦断面図であり、通過気液の流れ方向が上向きである場合の作動状態を示す。図１０、図１１、図１２は図９における仕切壁開口部の形状の一例を示す斜視図である。
本実施例は、実施例５のものについて、通過気液の流れ方向が上向きである場合に、仕切壁開口部上端１４ａ、１５ａ、１６ａからの噴出流を略水平方向に飛散又は拡散させるよう、その仕切壁開口部上端１４ａ、１５ａ、１６ａ及び／又はそれに対峙する仕切壁の形状が形成されたものである。この仕切壁開口部上端の形状については、各種あり得ることを一括して図示しており、仕切壁開口部上端１４ａはシャワーノズル状のもの、１５ａは円盤状の開口部と仕切壁１４との間にスリットを形成するもの、１６ａは開口部を二重の円盤状としてスリットを形成するもの、を夫々例示している。
なお、容器開口部１３の上端１３ａのように、単純に仕切壁１６との距離を狭く設定し周辺の流路を滑らかに形成するだけでも同様の役割は果たし得ることも図示した。
本実施例のものは、各仕切壁開口部上端からの噴出流が確実に略水平方向に飛散又は拡散するようにすると共に、シャワー状か極力薄い層状に噴出させることによって、噴出する液体と未溶解気体との接触面積を、実施例５のものよりも更に増大させ、気液溶解を更に促進することができる。
本実施例のその他の構成及び作用は実施例５と同様である。

図１３は本発明の実施例７の気液溶解タンクを示す要部断面図である。
本実施例は、気液溶解タンク３内で集積した未溶解気体を排気する排気手段を付設したものである。本発明の気液溶解タンク３によって気液溶解効率が向上してもなお未溶解気体が残る場合は、それが大きな気泡となって下流側に漏れ出て、微細気泡の生成を阻害する恐れがあるので、これを防ぐための保護装置として排気手段を設けたものであり、その具体例として、容器１１内の最上部の室にフロート３２を設置し、集積した気体が一定量を超えた場合は液面レベルＬ１が下降して弁口３１を開口させるという簡便なフロート弁形式のものを図示してあるが、これに限らず、集積した気体が一定量を超えたらそれを逃がす仕組みがあればよい。
本実施例のその他の構成及び作用は前述の各実施例と同様である。

図１４は本発明の実施例８の微細気泡発生装置を示す説明図（一部断面図）である。
本実施例は、実施例７のような気液溶解タンク３内で集積した未溶解気体を排気する排気手段を、図１に例示した微細気泡発生装置の回路に組み込むことによって、その排気を有効に再利用しつつ、気液溶解タンク３内の未溶解気体の集積を一定量以下に抑える自動制御を行わせるもので、具体的には、排気手段の弁口３１を管路３３経由で気体混入手段２における気体取入口に連通させてあり、集積した気体が一定量を超えた場合は、フロート３２が弁口３１から離間し、その気体が自動的に気液溶解タンク３の上流側に還流されるようになっている。これによって、気液溶解タンク３内の未溶解気体はその集積が一定量以下に抑えられるよう自動制御されることとなる。
本図中には、集積した気体の量を観測する液面計３４等を適宜に付設すれば、操作上便利であることも示した。
なお、本発明の気液溶解タンク３を組み込んだ微細気泡発生装置は、十分に気体を液体に接触させ溶解させた後に、その気液混合体を減圧しつつ放出することによって微細気泡を発生させるというものであるが、そのための気液放出手段４の具体例として、流路を絞りつつ気液を放出するという単純な絞り弁形式ものを例示している。この気液放出について細かい調節を必要としない場合は、絞り弁の代わりに固定オリフィスやレデューサー等を用いてもよい。
本実施例のその他の構成及び作用は前述の各実施例と同様である。

図１５は本発明の実施例９の微細気泡発生装置を示す説明図（一部断面図）である。
本実施例は、気液溶解タンク３内の未溶解気体の集積を一定量以下に抑える自動制御のもう一つの方法を例示したもので、気液溶解タンク３にその内部での未溶解気体の集積度合を感知するセンサー３５が付設され、その感知された集積度合に応じて、気体混入手段２における気体取入量が絞り調節される構成となっている。具体的には、容器１１の最上部の液面レベルＬ１の上下変動の下限値を規定するセンサーＳ１と上限値を規定するセンサーＳ２が配設され、そこからのセンサー信号を図示しない信号処理装置が弁駆動信号に変換し、気体取り入れ用の弁７ａの駆動装置３６を駆動して、管路７経由で外部から取り入れる気体の量を絞り制御するようになっている。これによって、気液溶解タンク３内の未溶解気体の集積が進んで液面レベルＬ１が下降してセンサーＳ１に達すると、弁７ａが絞り作動して取り入れる気体の量を減少させ、このため残った未溶解気体の溶解が進み、一方、未溶解気体の集積が解消されて液面レベルＬ１が上昇してセンサーＳ２に達すると、弁７ａが開き作動して取り入れる気体の量を増大させる。
このようにして、気液溶解タンク３内の未溶解気体の集積が一定量以下に抑えられた上で、できるだけ多くの気体を取り入れるよう自動制御されることとなり、完全自動運転ができて極めて便利である。
本実施例においては、未溶解気体の集積度合を感知し弁７ａを駆動するプロセスは電気的に行うものを例示しているが、これは機械的に行うものでもよい。
なお、図中の気液放出手段４に関しては、単に流路を絞りつつ気液を放出するのみならず、その気液放出手段そのものも、液中に微細気泡を短時間で大量にかつ安定的・効率的に発生させることができる、より高能率の気液放出を目指したものを例示している。その詳細は後述する。
本実施例のその他の構成及び作用は実施例８と同様である。

図１６は本発明の実施例１０の気液放出手段を示す縦断面図であり、図１７は図１６におけるＩ−Ｉ線断面図である。
本実施例は、前述の各実施例の微細気泡発生装置における気液放出手段４の一例を示したものであり、狭い間隙の通過及び／又は急激な方向転換を行わせつつ気液を放出する構成となっている。具体的には、入口流路４１ｉから出口流路４２ｄに向かう流路が、途中の流路４１ｈや流路４１ｓにおいて急激な流路断面積の減少と急激な方向転換となるよう形成されており、それによって通過気液に減圧と同時に急激な乱流をも生じさせて、微細気泡の発生を促進するもので、前述の各実施例の微細気泡発生装置にこの気液放出手段４を組み込むことによって、微細気泡の安定的・効率的な発生を促進する。又、気液溶解タンク３内で未溶解気体が処理しきれず大きな気泡となって漏れ出た場合に、その微細化の処理もできる。
なお、図示例のように、この気液放出手段４の容器を例えば容器胴部４１と容器蓋部４２等に分割して相互位置を調節可能とすることによって、流路４１ｓ等の流路断面積や流路形状を調節可能にしておくと便利である。

図１８は本発明の実施例１１の気液放出手段を示す縦断面図であり、図１９は図１８におけるＩ−Ｉ線断面図である。
本実施例は、前述の各実施例の微細気泡発生装置における気液放出手段４のもう一つの例を示したものであり、気液を急速に旋回させつつ放出する構成となっている。具体的には、気液放出手段４の容器は、容器胴部４１と容器蓋部４２とからなり、容器胴部４１はその底面部４１ｂ（図中の右側端面）が開口し徐々に縮径して先端部４１ｃが閉口するに致る略円錐状の空洞ｓを有しており、容器蓋部４２は空洞ｓの内壁面４１ａからの所定の間隙を有しつつ残りの空洞を埋める形状に形成された凸状面４２ａを有している。容器胴部４１と容器蓋部４２との間に形成された空間の拡径部付近には、容器胴部４１を貫通して空洞内壁面４１ａの円周接線方向から気液を流入させる入口流路４１ｉが設けられている。又、容器胴部４１と容器蓋部４２との間に形成された空間の縮径先端部４１ｃ付近には、容器蓋部４２を貫通して出口空間ｅ経由外部に気液を放出する出口流路４２ｄが設けられている。
この構成によって、入口流路４１ｉから流入した気液は、容器蓋部４２によって有効に逃げ道が塞がれていることから所定の圧力を保ちつつ、かつ、空洞内壁面４１ａの円周接線方向から流入しているため空洞内壁面４１ａに添って旋回しつつ、空洞ｓの先端部４１ｃに向かって進んで行くが、その旋回速度は旋回半径が縮小するに従って増速するので、先端部４１ｃ付近では極めて高速な旋回流となっている。
ついでその気液は、先端部４１ｃに対峙する容器蓋部４２側の出口流路４２ｄから出口空間ｅに向けて噴出するが、この出口空間ｅは液槽５内の静水域であるため、気液は、出口空間ｅに噴出した瞬間に、急激に大気開放に近い圧力まで減圧されると同時に、高速旋回状態から無旋回状態への急激な変化にも晒されることとなり、従い、気泡が遊離すると同時に、高速旋回状態から無旋回状態への急激な変化によって強烈な渦流・乱流と化し、気泡は撹拌・剪断され、微細化されるものである。
本実施例のものにおいては、出口流路４２ｄを空洞ｓの縮径先端部４１ｃそのものに設けず、その先端部４１ｃに対峙する位置に配置しているため、その出口流路４２ｄの径の大きさによって気液の旋回の高速化に制約を与える恐れがなく、極限まで高速化できるので、微細気泡発生の性能の向上が図れると共に、出口流路４２ｄの径を比較的大きくとれて目詰まりのしにくい気液放出手段４が得られるという特段の利点がある。
このため、この実施例１１の気液放出手段４を適用することによって、たとえ気液溶解タンク３を欠いた微細気泡発生装置であっても、一定程度の性能は発揮できるものである。即ち、図２２に例示した微細気泡発生装置のように、液体を圧送する圧送手段（ポンプ）１と、液体に気体を混入させる気体混入手段２と、気液を流路から放出する気液放出手段４とを備えた微細気泡発生装置において、この実施例１１の気液放出手段４を適用することも可能である。勿論、これに更に気液溶解タンクを併用することが、微細気泡発生装置としての高度な性能を達成するためにより好ましいことは言うまでもない。

図２０は本発明の実施例１２の気液放出手段を示す縦断面図であり、図２１は図２０におけるＩ−Ｉ線断面図である。
本実施例は、実施例１１のものの他の形態例として、空洞ｓの内壁面４１ａの形状を単純なコーン状の代わりに椎の実状とし、又、出口流路４２ｄ周りをより簡略化した形状としたものを示した。空洞内壁面４１ａの形状については、この他にもラッパ状、ワインボトル状など適宜に設計し得る。
本実施例のその他の構成及び作用は実施例１１と同様である。
次に、各実施例に共通の技術事項について説明する。
圧送手段１については、遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプ、渦流ポンプ、ダイヤフラムポンプ、ギヤーポンプなど種々公知のものを適宜に選択してよい。
気液溶解タンク３については、その性能を更に向上させるために、仕切壁の段数を任意の段数に増やしてもよく、又、その容器１１を複数個備えて直列、並列に連結して設置してもよい。
気液溶解タンク３や気液放出手段４の容器の部材の分割箇所や分割数については、各図に図示した箇所に限らず、設計上適宜の箇所を選択してよい。
その他、本発明の趣旨の範囲内で、その構成要素の個数、配置、組合わせを変更したり、従来技術手段を追加するなど、種々設計変更可能であり、更に素材材質も適宜選択可能であり、本発明を前記の各実施例に限定するものではない。

本発明は、簡潔な構成により液中に微細気泡を短時間で大量にかつ安定的・効率的に発生させることができる、高性能で取扱い容易な微細気泡発生装置及びそれに好適に用いることができる気液溶解タンクを得たものである。
本装置は、食品・飲料や高純度液等を取り扱うプロセスに適用されても、サニタリー仕様を満足できる定置洗浄や分解洗浄が容易に行え、目詰まりを起こすこともなく、多様な用途や液質にも適用できる、
本装置の用途は、水、食品、飲料、油、化学品等の各種液体に対して、気泡の微細化により、空気、酸素、炭酸ガス、オゾン等の気体を効率よく溶解させる用途のほかにも、気体を溶解させぬままの微細気泡として利用する、例えば美容・健康増進、洗浄処理、廃水処理等の用途や、更には各種液体中に微細気泡を分散させ泡状・クリーム状にして利用する、例えば食品、化粧品等の用途など、広い分野にわたる。
本装置は、構造が簡単で、故障が少なく耐久力があり、完全自動運転ができて管理上の手が掛からず、小型化も大型化も容易にかつ安価に実施でき、設備及び管理コストも極めて経済的であり、その実施効果は極めて大きい。

１ 圧送手段（ポンプ）
２ 気体混入手段
３ 気液溶解促進手段（気液溶解タンク）
４ 気液放出手段
５ 液槽
６、７、８、９ 管路
６ａ、７ａ、８ａ、８ｂ、９ａ 弁
１１ 容器
１２ 容器開口部
１３ 容器開口部
１３ａ 容器開口部上端
１４、１５、１６ 仕切壁
１４ａ、１５ａ、１６ａ 仕切壁開口部上端
１４ｂ、１５ｂ、１６ｂ 仕切壁開口部下端
１４ｍ、１５ｍ、１６ｍ 仕切壁開口部
２１ 邪魔板
３１ 弁口
３２ フロート
３３ 管路
３４ 液面計
３５ センサー
３６ 駆動装置
４１ 容器胴部
４１ａ 空洞内壁面
４１ｂ 底面部
４１ｃ 先端部
４１ｈ、４１ｓ 流路
４１ｉ 入口流路
４２ 容器蓋部
４２ａ 凸状面
４２ｄ 出口流路
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 所定距離
ｅ 出口空間
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４ 液面レベル
ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４ 室
ｓ 空洞

Claims (8)

1. 液体を圧送する圧送手段と、該液体に気体を混入させる気体混入手段と、該気液を流路から放出する気液放出手段とを備え、
   該気液放出手段は、底面部が開口し徐々に縮径して先端部が閉口するに致る略円錐状の空洞を有する容器胴部と、該空洞の内壁面からの所定の間隙を有しつつ残りの空洞を埋める形状に形成された容器蓋部とを備え、
   該容器胴部と容器蓋部との間に形成された空間の拡径部付近には、該容器胴部を貫通して該空洞内壁面の円周接線方向から気液を流入させる入口流路が設けられ、
   該容器胴部と容器蓋部との間に形成された空間の縮径先端部付近には、該容器蓋部を貫通して外部に気液を放出する出口流路が設けられた構成であることを特徴とする、微細気泡発生装置。
2. 前記気体混入手段によって液体に混入された気体の液体への溶解を促進する気液溶解促進手段を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の微細気泡発生装置。
3. 前記気液溶解促進手段として、
   タンクの容器の上部と下部に通過気液の出入りする開口部を備え、
   該容器の内部には上下方向に並ぶ複数の室を画成する複数の仕切壁を備え、
   該仕切壁の各々にはその上下の室を連通する開口部が設けられ、
   該仕切壁の開口部の上端は該仕切壁から上方に所定距離延設され、
   該仕切壁の開口部の下端は該仕切壁から下方に所定距離延設された気液溶解タンクを用いたことを特徴とする、請求項２に記載の微細気泡発生装置。
4. 前記仕切壁の開口部の上端が、該仕切壁の一つ上の仕切壁の開口部の下端よりも上に位置していることを特徴とする、請求項３に記載の微細気泡発生装置。
5. 通過気液の流れ方向が上向きである場合に、前記仕切壁の開口部の上端からの噴出流を略水平方向に飛散又は拡散させるよう、該開口部の上端及び／又はそれに対峙する仕切壁の形状が形成されていることを特徴とする、請求項３又は請求項４に記載の微細気泡発生装置。
6. 前記気液溶解タンクに、その内部で集積した未溶解気体を排気する排気手段が付設されたことを特徴とする、請求項３〜請求項５のいずれかに記載の微細気泡発生装置。
7. 前記排気手段の排気口が、前記気体混入手段における気体取入口に連通可能にされたことを特徴とする、請求項６に記載の微細気泡発生装置。
8. 前記気液溶解タンクに、その内部での未溶解気体の集積度合を感知する感知手段が付設され、その感知された集積度合に応じて、前記気体混入手段における気体取入量が絞り調節される構成であることを特徴とする、請求項３〜請求項７のいずれかに記載の微細気泡発生装置。

Images