JP6670910B1 - Gas dissolution system with double mixer - Google Patents

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Abstract

【課題】ダブルミキサーを使用した、液体中でより高い気体濃度を生成する気体溶解システムの提供。【解決手段】第一のミキサー１０、第二のミキサー２０、脱気装置４０、圧力弁４、圧力センサー６、およびポンプ３２を含む気体溶解システムであって、液体は第二のミキサー２０を通って流れ、そこに気体をスロート入口２３にて同伴させることで、溶解気体および未溶解気体を含む液体を生成せしめ、脱気装置４０にて未溶解気体はガスベント４３により外部環境に放出され、溶解気体を有する液体は接続管路４５を経て、スロート入口１３にて第一のミキサー１０で原液と希釈され、管路１０２を通じて第二のミキサー２０を通るサイクルを繰り返すことにより高い気体濃度の液体が得られる気体溶解システム。【選択図】図１PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas dissolution system for producing a higher gas concentration in a liquid using a double mixer. A gas dissolving system including a first mixer, a second mixer, a degassing device, a pressure valve, a pressure sensor, and a pump, the liquid passing through the second mixer. By flowing the gas through the throat inlet 23 to generate a liquid containing the dissolved gas and the undissolved gas, and the undissolved gas is released to the external environment by the gas vent 43 in the degassing device 40 and dissolved. The liquid having a gas is diluted with the stock solution in the first mixer 10 at the throat inlet 13 via the connection conduit 45, and a liquid having a high gas concentration is obtained by repeating the cycle of passing through the second mixer 20 through the conduit 102. The resulting gas dissolution system. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、液体の高い気体溶解速度を達成するためのダブルミキサーを用いた液体溶解システムに関する。   The present invention relates to a liquid dissolution system using a double mixer to achieve a high gas dissolution rate of a liquid.

気体は水に溶けうるが、気体の溶解度は気体によって大きく異なる。大気圧および室温（摂氏２５度）では、アンモニア(NH3)、二酸化炭素(CO2)、オゾン(O3)および酸素(O2)等の気体は、水１リットル当たりそれぞれ７００Ｌ、１Ｌ、０．４Ｌおよび０．０３Ｌの溶解度を有する。工業的な用途では、通常ベンチュリ管が気体および液体ミキサーとして採用され、このミキサーを通って気体が引き出されて液体と混合される。この方法では、液体中に引き出された気体は液体にのみ溶解される。気体のかなりの部分は液体に溶解しないままである。ベンチュリ管を通って処理される液体の気体濃度は、飽和液体の気体濃度よりもかなり低く、いくつかの用途においては、必要条件を満たさない可能性がある。 Although gas can be dissolved in water, the solubility of gas varies greatly from gas to gas. At atmospheric pressure and room temperature (25 degrees Celsius), gases such as ammonia (NH 3 ), carbon dioxide (CO 2 ), ozone (O 3 ) and oxygen (O 2 ) are 700 L, 1 L, and 0 L per liter of water, respectively. It has a solubility of .4L and 0.03L. In industrial applications, Venturi tubes are commonly employed as gas and liquid mixers, through which gas is drawn and mixed with liquid. In this method, the gas drawn into the liquid is dissolved only in the liquid. A significant portion of the gas remains undissolved in the liquid. The gas concentration of the liquid being processed through the Venturi tube is significantly lower than the gas concentration of the saturated liquid and may not meet the requirements in some applications.

したがって、高い気体濃度の液体を生成するためのシステムが必要とされている。   Therefore, there is a need for a system for producing high gas concentration liquids.

上述の気体の中で、オゾン(O3)は、人間の病気を引き起こす多くの細菌、原生動物、およびウイルスを殺すため、排水および飲用水の消毒等の多くの工業用途においてますます重要になっている。 Among the above-mentioned gas, ozone (O 3) many bacteria that cause human disease, to kill protozoa, and viruses, become increasingly important in many industrial applications disinfection of waste water and drinking water ing.

オゾンの主な利点の一つは、有毒で腐食性の化学プロセスの代わりに、安全で、効果的で、環境に優しい代替物を提供することである。   One of the main advantages of ozone is that it provides a safe, effective and environmentally friendly alternative to toxic and corrosive chemical processes.

水の消毒に必要なオゾン濃度は、ウェハ洗浄に必要なオゾン濃度よりもはるかに低い。オゾンは既存の洗浄プロセスに代わる、より環境に優しい代替物を提供することができ、多くの場合、それらを上回る可能性があることが研究によって示されている。   The ozone concentration required for water disinfection is much lower than the ozone concentration required for wafer cleaning. Studies have shown that ozone can provide a more environmentally friendly alternative to existing cleaning processes, and in many cases may exceed them.

オゾン分子は非常に不安定であり、短い半減期を有する。したがって、以下に示す反応に従って、しばらくして元の酸素(O2)の形態に分解する。 Ozone molecules are very unstable and have a short half-life. Therefore, it is decomposed to the original oxygen (O 2 ) form after a while according to the following reaction.

Figure 0006670910
Figure 0006670910

半減期が短いため、オゾンは生成された後すぐに崩壊し始める。水中でのオゾンの半減期は約３０分であり、これは３０分ごとにオゾン濃度が初期濃度の半分に減少することを意味する。 Due to its short half-life, ozone begins to degrade shortly after it is generated. The half-life of ozone in water is about 30 minutes, which means that every 30 minutes the ozone concentration decreases to half of the initial concentration.

オゾン濃度が高い液体は得難いため、オゾン濃度が高い液体を生成できるシステムもまた必要とされている。   Since it is difficult to obtain a liquid having a high ozone concentration, a system capable of producing a liquid having a high ozone concentration is also required.

本発明によるシステムは、液体の高い気体溶解速度を達成するために、二つの負圧吸引ミキサーを利用し、脱気装置および圧力弁を備える。二つのミキサーの一方は気体を引き出し液体と混合するために使用され、他方は原液と気体含有液体を混合するために使用される。圧力弁を制御することによって、システムは二つの投与液アウトプットを提供しうる。一方は高濃度投与液のアウトプットであり、他方は所望の濃度に希釈することのできる投与液のアウトプットである。   The system according to the present invention utilizes two negative pressure suction mixers to achieve a high gas dissolution rate of the liquid and comprises a degasser and a pressure valve. One of the two mixers is used to extract the gas and mix it with the liquid, and the other is used to mix the stock solution and the gas-containing liquid. By controlling the pressure valve, the system can provide two dosing outputs. One is the output of a high concentration dosing solution and the other is the output of a dosing solution that can be diluted to a desired concentration.

気体分解器を脱気装置に加えることにより、本発明によるシステムは、有害で外部環境に放出できない気体を処理することができる。気体含有液体は、気体分解器を備えた脱気装置に導かれる。気体分解器は、分解媒体を含む。液体中の未溶解気体は分解媒体と反応して無害な気体となり、安全に外部環境に放出されることができる。   By adding a gas decomposer to the degasser, the system according to the invention can treat gases that are harmful and cannot be released to the external environment. The gas-containing liquid is led to a deaerator equipped with a gas decomposer. The gas decomposer includes a decomposition medium. The undissolved gas in the liquid reacts with the decomposition medium to form a harmless gas that can be safely released to the external environment.

本発明によるダブルミキサーを備えた気体溶解システムのレイアウト。1 is a layout of a gas dissolution system with a double mixer according to the present invention.

以下、本発明の例示的な実施形態を、付属の図面を参照して詳細に説明する。本発明は、ダブルミキサーを使用した気体溶解システムに関する。その構成図を、図１に示す。システムは主に、二つのミキサー１０、２０、脱気装置４０、圧力センサー６、圧力弁４、８、３５、５０、およびポンプ３２を備える。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention relates to a gas dissolution system using a double mixer. The configuration diagram is shown in FIG. The system mainly comprises two mixers 10, 20, deaerator 40, pressure sensor 6, pressure valves 4, 8, 35, 50, and pump 32.

図１に示すように、第一のミキサー１０は、液体入口１１、液体出口１２、およびスロート入口１３を備え、第一のミキサー１０の液体入口１１は、圧力弁４を介して原液源２に接続され、第一のミキサー１０の液体出口１２は、管路１０１を介して投与液アウトプット３４に接続される。管路１０１には、圧力弁４に電気的に結合された圧力センサー６（図１に破線で示す）が取り付けられている。   As shown in FIG. 1, the first mixer 10 includes a liquid inlet 11, a liquid outlet 12, and a throat inlet 13, and the liquid inlet 11 of the first mixer 10 is connected to the source 2 via the pressure valve 4. Connected, the liquid outlet 12 of the first mixer 10 is connected via line 101 to a dosing liquid output 34. A pressure sensor 6 (indicated by a broken line in FIG. 1) that is electrically connected to the pressure valve 4 is attached to the conduit 101.

システム１は、液体入口２１、液体出口２２、およびスロート入口２３を有する第二のミキサー２０を備える。第二のミキサー２０の液体入口２１は、第一のミキサー１０の液体出口１２と圧力センサー６との間の位置で管路１０１に接続され、スロート入口２３は、背圧弁８を介して気体源３３に接続される。   The system 1 comprises a second mixer 20 having a liquid inlet 21, a liquid outlet 22, and a throat inlet 23. The liquid inlet 21 of the second mixer 20 is connected to the line 101 at a position between the liquid outlet 12 of the first mixer 10 and the pressure sensor 6, and the throat inlet 23 is connected to the gas source via the back pressure valve 8. 33.

システム１は、入口４１、出口４２、およびガスベント４３を有する脱気装置４を備える。脱気装置４の入口４１は、管路１０３を介して第二のミキサー２０の液体出口２２に接続され、出口４２は、ポンプ３２が取り付けられた接続管路４５を介して第一のミキサー１０のスロート入口１３に接続される。   The system 1 includes a deaerator 4 having an inlet 41, an outlet 42, and a gas vent 43. The inlet 41 of the deaerator 4 is connected via line 103 to the liquid outlet 22 of the second mixer 20, and the outlet 42 is connected via the connection line 45 to which the pump 32 is mounted, to the first mixer 10. To the throat inlet 13.

システム１はさらに、ポンプ３２と第一のミキサー１０のスロート入口１３との間の位置で管路４５に接続された弁５０を備える。   The system 1 further comprises a valve 50 connected to the line 45 at a position between the pump 32 and the throat inlet 13 of the first mixer 10.

ミキサー１０、２０は、ベンチュリ管にすることができる。ベンチュリ管は、中央に狭いスロートを有する。流体（一次流れ）がチューブを通過する際、流体はスロートを通って流れるにつれて速度が増し、圧力が低下する。ベンチュリ管内の圧力低下を使用して、本発明では気体である第二の流体を、本発明では液体である一次流れに引き込むことができる。液体中に引き込まれた気体は、部分的にのみ液体に溶解する。液体中に引き込まれた気体のかなりの部分は液体に溶解しないままである。   The mixers 10, 20 can be Venturi tubes. Venturi tubes have a narrow throat in the center. As the fluid (primary flow) passes through the tube, the fluid increases in velocity and pressure decreases as it flows through the throat. Using the pressure drop in the Venturi tube, a second fluid, which is a gas in the present invention, can be drawn into a primary stream, which is a liquid in the present invention. The gas drawn into the liquid only partially dissolves in the liquid. A significant portion of the gas drawn into the liquid remains undissolved in the liquid.

脱気装置４０は、気液分離器を含む。液体が気液分離器を通って流れると、未溶解の気体は液体から分離され、環境中に放出される。脱気装置４０は、システムで処理される気体がオゾンの場合、気体分解器をさらに含む。   The deaerator 40 includes a gas-liquid separator. As the liquid flows through the gas-liquid separator, undissolved gas is separated from the liquid and released into the environment. The deaerator 40 further includes a gas decomposer when the gas processed in the system is ozone.

オゾンは環境に有害である。オゾンが環境中に存在すると、それは汚染物質そのものであり、森林や作物、および人間の健康に害を及ぼす可能性がある。気体分解器はオゾン分解媒体を含んでおり、オゾンが酸素に分解されることによって、オゾンの直接放出により引き起こされうる環境汚染を避けることができる。   Ozone is harmful to the environment. When ozone is present in the environment, it is a pollutant itself, which can harm forests, crops, and human health. The gas decomposer contains an ozonolysis medium and can avoid environmental pollution that can be caused by the direct release of ozone as ozone is decomposed into oxygen.

図１に示すように、原液源２からの液体は、圧力弁４を介して気体溶解システム１に導入される。圧力弁４は、圧力センサー６から所定レベル未満の圧力を示す信号を受信した時に開弁するが、これは以下に詳細に説明する。   As shown in FIG. 1, a liquid from a stock solution source 2 is introduced into a gas dissolution system 1 via a pressure valve 4. The pressure valve 4 opens when it receives a signal indicating a pressure below a predetermined level from the pressure sensor 6, which will be described in detail below.

原液がシステム１に導入された後、原液は第一のミキサー１０を通過し、その後、管路１０１の端部付近の弁３５が閉鎖されているので、原液の一部は管路１０１ではなく管路１０２に沿って流れる。管路１０２に沿って流れる液体は、その後第二のミキサー２０を通って流れる。ベンチュリ効果によって生じる圧力低下または負圧（すなわち、大気圧よりも低い圧力）のために、気体源３３からの気体は、スロート入口２３を介して第二のミキサー２０に導入され、ミキサー２０を通って流れる液体と混合する。第二のミキサー２０から流出した液体は、溶解気体および未溶解気体を含み、その後、管路１０３を介して脱気装置４０に導入される。脱気装置４０は、液体から未溶解気体を分離しうる気液分離器を含む。未溶解気体は、外部環境に放出される。気体がオゾンの場合、未溶解オゾンは環境に有害であるため、外部環境に放出される前に処理される必要がある。オゾンが外部環境に放出される前に、オゾンは脱気装置４０のオゾン分解媒体と反応し、酸素に分解され、その後外部環境に放出される。   After the stock solution is introduced into the system 1, the stock solution passes through the first mixer 10, and then a portion of the stock solution is not in the line 101 because the valve 35 near the end of the line 101 is closed. It flows along line 102. The liquid flowing along line 102 then flows through second mixer 20. Due to the pressure drop or negative pressure created by the Venturi effect (ie, a pressure below atmospheric pressure), gas from gas source 33 is introduced into second mixer 20 through throat inlet 23 and passes through mixer 20. And mix with flowing liquid. The liquid flowing out of the second mixer 20 contains dissolved gas and undissolved gas, and is thereafter introduced into the deaerator 40 through the pipe 103. The deaerator 40 includes a gas-liquid separator that can separate undissolved gas from liquid. Undissolved gas is released to the external environment. If the gas is ozone, undissolved ozone is harmful to the environment and must be treated before being released to the external environment. Before the ozone is released to the external environment, the ozone reacts with the ozonolysis medium of the deaerator 40 and is decomposed into oxygen, which is then released to the external environment.

脱気装置４０のアウトプット４２は、ポンプ３２を取り付けられた接続管路４５を介して第一のミキサー１０のスロート入口１３に接続される。脱気装置４０から流出した液体は溶解気体を含み、ポンプ３２によってポンピングされ、第一のミキサー１０に引き込まれる。第一のミキサー１０に引き込まれた液体は、原液源２からの原液と混合され、投与液体アウトプット３４として所望の濃度に希釈される。   The output 42 of the deaerator 40 is connected to the throat inlet 13 of the first mixer 10 via a connecting line 45 to which the pump 32 is attached. The liquid flowing out of the deaerator 40 contains dissolved gas and is pumped by the pump 32 and drawn into the first mixer 10. The liquid drawn into the first mixer 10 is mixed with the stock solution from the stock solution source 2 and diluted to a desired concentration as the administration liquid output 34.

弁３５が閉じているとき、管路１０１、１０２、１０３、および４５は、閉ループを形成する。投与アウトプットがないので、圧力センサー６によって示される管路１０１内の圧力は一定のままである。ポンプ３２の作用のために、この閉ループ内の液体は流れ続け、気体源３３からの気体は第二のミキサー２０に連続的に引き込まれる。液体中の気体濃度は、各サイクル後、飽和濃度に近いレベルに達するまで高くなっていく。弁５０は、ポンプ３２と第一のミキサー１０のスロート入口１３との間の位置で接続管路４５に接続される。弁５０を開けると気体濃度が高い液体が得られ、弁５０は高濃度の投与液体アウトプットとして働く。   When valve 35 is closed, lines 101, 102, 103, and 45 form a closed loop. Since there is no dosing output, the pressure in line 101 as indicated by pressure sensor 6 remains constant. Due to the action of the pump 32, the liquid in this closed loop continues to flow and gas from the gas source 33 is continuously drawn into the second mixer 20. The gas concentration in the liquid increases after each cycle until it reaches a level close to the saturation concentration. The valve 50 is connected to the connecting line 45 at a position between the pump 32 and the throat inlet 13 of the first mixer 10. When valve 50 is opened, a liquid with a high gas concentration is obtained, and valve 50 acts as a high-concentration dosing liquid output.

圧力センサー６は、圧力弁４に電気的に結合される。圧力弁４の開度は、圧力センサー６に感知される管路１０１内の液圧低下により制御される。圧力センサー６は、圧力低下の大きさに応じて圧力弁４に信号を送るように構成されている。弁５０が開くと、管路１０１内の圧力が低下する。圧力低下は圧力センサー６によって感知され、圧力センサー６は圧力弁４に信号を送り、開かせる。弁５０が閉じると、管路１０１内の圧力は正常レベルまで上がり、圧力弁４は、圧力センサー６によって信号が送られて閉じる。   Pressure sensor 6 is electrically coupled to pressure valve 4. The degree of opening of the pressure valve 4 is controlled by a decrease in hydraulic pressure in the pipeline 101 detected by the pressure sensor 6. The pressure sensor 6 is configured to send a signal to the pressure valve 4 according to the magnitude of the pressure drop. When the valve 50 opens, the pressure in the line 101 decreases. The pressure drop is sensed by the pressure sensor 6, which sends a signal to the pressure valve 4 causing it to open. When valve 50 closes, the pressure in line 101 rises to a normal level and pressure valve 4 is closed by a signal sent by pressure sensor 6.

当業者であれば、上記実施形態は例示することを意図したものであり、本発明を限定するものではないことを理解されたい。当業者であれば、本開示の原理および精神から逸脱することなく、本実施形態において種々の変更または修正を行うことができ、その範囲は特許請求の範囲およびそれらの均等物で定義されることを理解されたい。   One of ordinary skill in the art should understand that the above embodiments are intended to be illustrative and not limiting of the present invention. Those skilled in the art can make various changes or modifications in the embodiments without departing from the principle and spirit of the present disclosure, the scope of which is defined by the appended claims and their equivalents. I want to be understood.

Claims (5)

ダブルミキサーを備えた気体溶解システムであって、
液体入口（１１）、液体出口（１２）、およびスロート入口（１３）を有する第一のミキサー（１０）であって、前記第一のミキサー（１０）の前記液体入口（１１）は、圧力弁（４）を介して原液源（２）に接続され、前記第一のミキサー（１０）の前記液体出口（１２）は、前記圧力弁（４）に電気的に結合された圧力センサー（６）が取り付けられた管路（１０１）を介して投与液体出口（３４）に接続される、第一のミキサー（１０）と、
液体入口（２１）、液体出口（２２）、およびスロート入口（２３）を有する第二のミキサー（２０）であって、前記第二のミキサー（２０）の前記液体入口（２１）は、前記第一のミキサー（１０）の前記液体出口（１２）と前記圧力センサー（６）との間の位置で前記管路（１０１）に接続され、前記スロート入口（２３）は、弁（８）を介して気体源（３３）に接続される、第二のミキサー（２０）と、
入口（４１）、出口（４２）、およびガスベント（４３）を有する脱気装置（４）であって、前記脱気装置（４）の前記入口（４１）は、管路（１０３）を介して前記第二のミキサー（２０）の前記液体出口（２２）に接続され、前記出口（４２）は、ポンプ（３２）が取り付けられた接続管路（４５）を介して前記第一のミキサー（１０）の前記スロート入口（１３）に接続される、脱気装置（４）と、
前記ポンプ（３２）と前記第一のミキサー（１０）の前記スロート入口（１３）との間の位置で接続管路（４５）に接続された弁（５０）と、を備える気体溶解システム。 A gas dissolution system with a double mixer,
A first mixer (10) having a liquid inlet (11), a liquid outlet (12), and a throat inlet (13), wherein the liquid inlet (11) of the first mixer (10) is a pressure valve. A pressure sensor (6) connected to a stock solution source (2) via (4), the liquid outlet (12) of the first mixer (10) being electrically coupled to the pressure valve (4); A first mixer (10) connected to the dosing liquid outlet (34) via a line (101) fitted with
A second mixer (20) having a liquid inlet (21), a liquid outlet (22), and a throat inlet (23), wherein the liquid inlet (21) of the second mixer (20) is the second mixer (20); The mixer (10) is connected to the line (101) at a position between the liquid outlet (12) and the pressure sensor (6), and the throat inlet (23) is connected via a valve (8). A second mixer (20) connected to the gas source (33)
A deaerator (4) having an inlet (41), an outlet (42), and a gas vent (43), wherein the inlet (41) of the deaerator (4) is connected via a line (103). The liquid outlet (22) of the second mixer (20) is connected to the outlet (42) via a connecting line (45) fitted with a pump (32). A) a deaerator (4) connected to said throat inlet (13);
A gas dissolution system comprising a valve (50) connected to a connection line (45) at a position between the pump (32) and the throat inlet (13) of the first mixer (10). 圧力弁（４）の開度は、前記圧力センサー（６）に感知される前記管路（１０１）内の液圧低下により制御され、前記圧力センサー（６）は、圧力低下の大きさに応じて前記圧力弁（４）に信号を送る、請求項１に記載の気体溶解システム。   The opening of the pressure valve (4) is controlled by a decrease in hydraulic pressure in the pipe line (101) sensed by the pressure sensor (6), and the pressure sensor (6) is controlled according to the magnitude of the pressure decrease. The gas dissolution system according to claim 1, wherein the signal is sent to the pressure valve (4). 前記第一のミキサーおよび前記第二のミキサーのそれぞれはベンチュリ管である、請求項１に記載の気体溶解システム。   The gas dissolution system according to claim 1, wherein each of the first mixer and the second mixer is a Venturi tube. 前記第一のミキサーおよび前記第二のミキサーのそれぞれはベンチュリ管である、請求項２に記載の気体溶解システム。 The gas dissolution system according to claim 2, wherein each of the first mixer and the second mixer is a Venturi tube. 前記脱気装置（４０）は気液分離器および気体分解器を備え、前記気体源（３３）はオゾン源である、請求項４に記載の気体溶解システム。
The gas dissolving system according to claim 4, wherein the deaerator (40) comprises a gas-liquid separator and a gas decomposer, and the gas source (33) is an ozone source.
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