JPH02115324A - 液体中への気泡放出、分散装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、容器に入れられた液体中に、微細化された
気泡状態で気体を放出し、この気泡を液体全体に分散さ
せる装置に関する。

この明細書において、「不活性ガス」という語には、周
期表のアルゴンガス、ヘリウムガス、クリプトンガス、
キセノンガスの他にアルミニウムおよびアルミニウム合
金に対して不活性なチッ素ガスも含むものとする。

従来の技術 液体中に、気体を微細化された状態で放出する必要のあ
る場合は、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム
合金溶渦中に溶湯処理ガスを気泡状態で放出し、アルミ
ニウムまたはアルミニウム合金などの金属溶渦中の溶存
水素ガスや、アルミニウム、マグネシウムなどの金属の
酸化物からなる非金属介在物や、カリウム、ナトリウム
、リンなどのアルカリ金属類を除去する場合や、またた
とえば化学反応を促進するため、液体中に気体を気泡状
態で放出して気体と液体とを接触させる場合である。そ
して、これらいずれの場合にも気体と液体との接触を良
くするためには、気泡をできるだけ微細化し、液中に均
一に分散させることが要請される。

そこで、従来は、内部に長さ方向に伸びる気体通路を有
する垂直回転軸と、回転軸の下端に設けられた気泡放出
、分散用回転体とよりなり、回転体の周面に、円周方向
に所定間隔をおいて複数の液体撹拌用羽根が設けられ、
隣り合う羽根どうしの間において、回転体の周面に、回
転軸の気体通路と連なった気体吹出口が形成され、回転
体の底面から各気体吹出口に至る複数の液流路が形成さ
れたものが用いられていた（特公昭６０−４９７００号
公報参照）。この装置では、気体通路に、液中に放出す
べき気体を供給しつつ垂直回転軸を回転させることによ
り、気体吹出口から気体を気泡状態で放出するようにな
っている。このとき、液体は、液流路の回転体底面側へ
の開口から液流路内へ流入し、この流路を通って回転体
周面の気体吹出口に向かって流れ、気体吹出口から流出
し、気体吹出口から放出された気泡を液体中全体に分散
させるとともに、気泡をさらに微細化するようになって
いる。

また、従来、第６図および第７図に示すように、内部に
長さ方向に伸びる気体通路（５１）を有しておりかつ液
体中に配置される垂直回転軸（５０）と、回転軸（５０
）の下端に設けられた気泡放出、分散用回転体（５２）
とよりなり、回転体（５２）の底面中央部に気体通路（
５１）と連なった気体吹出口（５３）が形成され、回転
体（５２）の底面に、気体吹出口（５３）から底面周縁
に至りかつ先端が回転体（５２）の周面に開口した複数
の溝（５４）が放射状に形成され、回転体（５２）の周
面における隣り合う溝（５４）の開口端間において、下
端が底面に開口した凹所（５５）が形成されたものが用
いられていた（特公昭６１−４０７３７号公報参照）。

この装置では、気体通路（５１）に、液中に放出すべき
気体を供給しつつ垂直回転軸（５０）を回転させること
により、気体吹出口（５３）から気体を気泡放出、分散
用回転体（５２）の底面に供給するようになっている。

この気体は、溝（５４）を通って周縁に流れ、溝（５４
）の回転体（５２）周縁への開口からその開口縁に当た
って細分化されて放出されるようになっている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記２つの従来技術のうちの前者では、
気泡の微細化分散効果が充分でないという聞届があった
。すなわち、回転体を回転させた場合に、容器中の液体
も、回転体の周速度よりは遅い流速で回転体の回転方向
に流れるが、このとき回転体の周速度と液体の流速との
速度差が大きいほど気泡の微細化作用は大きくなる。と
ころが、上記装置では、気体吹出口が、回転体の周面に
おける隣り合う羽根どうしの間の凹部に形成されている
ので、上記速度差が十分に大きくならない。しかも、放
出すべき気体の量が多くなワた場合に、回転体周面の上
記凹部内が気体で満たされ、気泡の微細化が困難になる
とともに撹拌作用が不充分になって羽根による液中への
分散作用も妨げられる。また、回転体の底面が平坦であ
るから、液体が液流路内に流入しにくい。しかも、流入
したとしても、液流路は横断面において全周が閉じられ
た流路であるから、この液流路内の流体抵抗は大きく、
気体吹出口から流出する液体の速度が遅くなる。

したがって、流出した液体による気泡の微細化および分
散効果に限度がある。

また、上記２つの従来技術のうちの後者では、気体供給
量が少ない場合には、良好な気体微細化、分散効果を奏
するが、気体供給量が多くなった場合に次のような問題
が生じる。すなわち、回転軸（５０）の気体通路（５１
）から回転体（５２）の底・血中央部の気体吹出口（５
３）に気体を送った場合、液体の圧力のために第６図に
示すように、回転体（５２）底面の気体吹出口（５３）
の周りに気体（Ｇ）が溜る。ところで、回転体（５２）
の底面は、はとんどの場合水平にはなっておらず、傾斜
しているので、溜った気体（Ｇ）は、溝（５４）内には
入りきらず、溝（５４）から溢れて底面の傾斜に沿って
上昇し、その傾斜上端からまとめて大きな気泡として放
出される。しかも、気体自体の重量が小さいので、気体
に作用する遠心力も小さく、回転体（５２）の底面周縁
に向かっての移動速度は小さくなる。したがって、気体
微細化、分散効果が悪くなる。

この発明の目的は、上記問題を解決し、従来の装置に比
較して気泡の微細化分散効果のすぐれた装置を提供する
ことにある。

課題を解決するための手段 この発明による液体中への気泡放出、分散装置は、液体
中に、微細化された気泡状態で気体を放出し、この気泡
を液体全体に分散させる装置であって、内部に長さ方向
に伸びる気体通路を有しておりかつ液体中に配置される
垂直回転軸と、回転軸の下端に設けられた気泡放出、分
散用回転体とよりなり、回転体の周面に、円周方向に所
定間隔をおいて複数の液体撹拌用突起が設けられ、回転
体の底面に、中央部から各液体撹拌用突起の先端に至る
複数の溝が放射状に形成され、谷溝の底における長さの
中間部に、回転軸の気体通路と連なった気体吹出口が形
成されているものである。

上記において、回転体の底面は、その中央部から周縁部
に向かって徐々に上方に傾斜していることが好ましい。

また、回転体の底面の中央部には、凹所が形成され、谷
溝の一端が凹所内に開口していることが好ましい。さら
に、回転体の頂面は、その中央部から周縁部に向かって
徐々に下方に傾斜していることが好ましい。回転体の底
面および頂面の傾斜角度は液体を入れる容器の大きさ、
液の種類等を考慮し、実験によって適宜決められるが、
水平に対して約５〜４０度であるのがよく、かつ両傾斜
角度が等しいのがよい。

また、気泡の微細化効果は回転体の直径または周速度が
大きい程良くなるが、これらは液体を入れる容器の大き
さ、液の種類等を考慮し、実験によって適宜決められる
。さらに、気体吹出口の大きさ、溝の横断面積、液体撹
拌用突起の大きさと数なども液体を入れる容器の大きさ
、液の種類等を考慮し、実験によって適宜決められる。

この中で、気体吹出口の大きさは小さいほど好ましいこ
とが判明しており、円形の場合にはその直径は０．５〜
７１Ｉｍ程度がよい。また、液体撹拌用突起の数も３以
上が好ましい。

容器、回転軸および回転体は、容器内に入れられる液体
および液体中に吹込まれる気体に対して不活性である材
料からつくるようにしておくのがよい。液体が金属溶湯
の場合、たとえば黒鉛、窒化ケイ素、炭化ケイ素、アル
ミナ、カーボンセラミックス等の各種セラミックス材料
でつくる。また、液体中に放出、分散する気体は、アル
ミニウムまたはアルミニウム合金溶湯からその中に含ま
れる水素ガスおよび非金属介在物を除去する場合は、好
ましくは不活性ガス、塩素ガスまたは不活性ガスとの混
合ガスであり、上記溶湯中からその中に含まれるアルカ
リ金属を除去する場合は、好ましくは塩素ガスまたは塩
素ガスと不活性ガスとの混合ガスである。

作　　　用 上記の装置を液体中に浸漬し、回転軸の気体通路に、液
中に放出すべき気体を供給しつつ、回転軸を回転させる
と、回転体底面の溝内の液体は、溝に沿って径方向外方
に流れ、各液体撹拌用突起の先端から流出する。一方、
気体通路に供給された気体は、回転体底面における谷溝
の底の長さの中間部に形成された気体吹出口から液体中
に微細化されて放出される。そして、各溝内における上
記液体の流れに乗って遠心方向に運ばれ、溝の外端から
放出される。液体撹拌用突起の先端においては、回転体
の周速度は大きくなるので、液体の流速との速度差が大
きくなり、その結果溝の外端がら放出されるさいに剪断
されて一層微細化される。そして、微細化された気泡は
、回転体周面の液体撹拌用突起の撹拌作用により回転体
と同方向に回転しつつ遠心方向に流れる液体によって全
体に分散させられる。そして、この液体の流れによって
、液体中に放出された気泡が液体全体に分散される。

したがって、従来の装置に比べて気泡の微細化効果およ
び分散効果がすぐれたものになる。

実　　施　　例 以下、この発明の実施例を、図面を参照して説明する。

全図面を通じて同一物および同一部分には同一符号を付
して説明を省略する。

実施例１ この実施例は第１図および第２図に示すものである。第
１図および第２図において、気泡放出、分散装置は、内
部に軸方向に伸びる気体通路（１１）を有しておりかつ
液体を入れた槽内に垂直状に配置される管状の回転軸（
１０）と、回転軸（１０）の下端に固定された円板状の
気泡微細化分散用回転体く２０）とよりなる。

回転軸（ｌＯ）は、液体が入れられた槽内に、その上端
が槽の上端よりも上方に伸びかつ下端が檜の底部近傍に
来るように配置され、槽の上方に配置された図示しない
公知の回転駆動装置によって回転させられるようになっ
ている。また、気体通路（１１）の上端は図示しない公
知の気体供給装置に接続されるようになっている。回転
軸（１０）の下端の外周面には雄ねじ部（１２）が形成
されている。

回転体（２０）は所定高さを有する周面を有する。

回転体（２０）の周面には、円周方向に所定間隔をおい
て、周面の仝高にわたる液体撹拌用突起（２１）が複数
設けられている。回転体（２０）の底面は、中央部から
周縁部に向かって徐々に上方に傾斜してテーバ状となっ
ている。また、回転体く２０）の底面の中央部には液体
導入用凹所（２２）が形成されている。また、回転体（
２０）の底面には、液体導入用凹所（２２）から底面周
縁に至り、かつ端部が周面における液体撹拌用突起（２
１）の先端面に開口した複数の溝（２３）が放射状に形
成されている。合溝（２３）の底における長さの中間部
には、回転軸（１０）の気体通路（１１）に連なった気
体吹出口（２４）が形成されている。回転体く２０）の
頂面は、中央部から周縁部に向かって徐々に下方に傾斜
してテーバ状となっている。回転体く２０）底面の傾斜
角度（月）は、同頂面の傾斜角度（θ２）とほぼ等しく
なっている。また、回転体（２０）の頂面の中央部には
凹所（２５）が形成されている。凹所（２５）の周面に
おける路上半部には、雌ねじ部（２６）が形成されてお
り、この雌ねじ部（２６）に回転軸（１０）下端の雄ね
じ部（１２）をねじ嵌めることによって、回転体（２０
）が回転軸（ｌＯ）に固定されている。回転体（２０）
を回転軸（１０）に固定した状態における凹所（２５）
の残部がガス室（２７）となされている。そして、回転
体（２０）には、ガス室（２７）から径方向外方に向か
って斜め下方に伸びる複数の貫通孔（２８）が放射状に
形成されている。貫通孔（２８）の外端が気体吹出口（
２４）である。

このような構成において、液体中で回転軸（１０）が駆
動装置によりその軸のまわりに高速回転させられるとと
もに、気体供給装置から気体通路（１１）に、液体中に
吹込むべき気体が供給される。回転体（２０）よりも下
方の液体は、液体導入用凹所（２２）内から溝（２３）
を通り、第１図に矢印（Ｂ）で示すように、？ｆ１７（
２３）の外側開口端から放出される。気体は、気体通路
（１１）の下端からガス室（２７）および貫通孔（２８
）を経て各気体吹出口（２４）から溝（２３）内に吹出
される。この気体は吹出口（２４）の縁に当たって微細
な気泡状とされて放出され、合溝（２３）内における上
記液体の流れに乗って遠心方向に運ばれ、溝（２３）の
外端から放出される。一方、回転体（２０）よりも上方
の液体は、第１図に矢印（Ａ）で示すように、回転体（
２０）のテーパ状頂面に沿って流れる。そして、矢印（
Ａ）（Ｂ）で示す２つの流れは、回転体（２０）の周縁
から所定距離離れた位置で合流し、さらに遠心方向に進
む。微細な気泡は、矢印（Ａ）　（Ｂ）で示す液体の２
つの流れに乗って遠心方向に進み、液体中全体に分散さ
せられる。また、撹拌用突起（２１）の撹拌効果により
、液体は回転体（２０）の回転方向と同方向に回転しつ
つ遠心方向に流れるので、この流れによっても液体中全
体に分散させられる。

実施例２ この実施例は第３図に示すものである。第３図において
、回転軸（ｌＯ）の下端に固定された回転体く３０）の
下面は平坦面となされている。このような構成において
、上記実施例１の場合と同様にして、気体は微細化され
た気泡状態で液体中に放出されるとともに、液体中全体
に分散させられる。

上記２つの実施例においては、回転体（２０）　（３０
）の底面の中央部には液体導入用凹所（２２）が形成さ
れているので、液体は、この凹所（２２）内に入った後
、溝（２３）の中に入り遠心方向に流れる。

したがって、回転体（２０）　（３０）の下方での液体
の流れが円滑になるが、凹所（２２）は必ずしも必要と
しない。

次に、この発明の装置を用いて行った操作例について、
第６図および第７図に示す従来の装置を用いて行った比
較操作例とともに示す。

操作例１ この操作例は第１図および第２図に示す装置を用いて気
泡の微細化の程度および分散状態を調べたものである。

縦８００■、横８００■、高さ７５０■の透明アクリル
製直方体状槽内に、水深６００＋ｍとなるように水を入
れておいた。

また、回転体（２０）の直径（撹拌用突起（２１）の先
端部分）　（Ｄ）　２００＋ａａ＋、高さ（Ｈ）　７０
１１％撹拌用突起（２１）の数６、気体吹出口（２４）
の数６、頂面の傾斜角度（θ２）１５度、底面の傾斜角
度（θ１）１５度、気体吹出口（２４）の直径４　ａｒ
ｍ、底面の溝（２３）の幅８ＩＩ１１同深さ８■として
おいた。そして、気体供給装置から気体通路（１１）に
Ａｒガスを３０　／／ｗｉｎ　、　６０　／／１ｎ　、
　１２０　／／ｍｉｎ、２００（’／ａ＋ｉｎで供給し
た。そして、水中に分散された気泡の大きさを測定する
とともに、気泡の水への分散状態を観察した。

比較操作例１ この比較操作例は第６図および第７図に示す装置を用い
て気泡の微細化の程度および分散状態を調べたものであ
る。すなわち、回転体（５２）として、直径２００　ｉ
ｆ高さ７０ｍ＋ｎ、底面の溝（５４）の数６、周面の凹
所（５５）の数６、頂面の傾斜角度１５度、底面の溝（
２３）の幅８ＩＩＩＩ１１１同深さ８■のものを用いた
ほかは上記操作例１と同様にして水中に分散された気泡
の大きさを測定するとともに、気泡の水への分散状態を
観察した。

上記操作例１および比較操作例１の結果を下表にまとめ
て示す。

（以下余白） 上表から明らかなように、気体供給量が少ないときには
両者ともすぐれた気体の微細化、分散効果を示すが、気
体供給量が多くなったときには；操作例１だけがすぐれ
た気泡の微細化、分散効果を示す。

操作例２ この操作例は、この発明の装置をアルミニウム合金溶湯
からの水素ガスの除去処理に使用したものである。水素
ガスの除去処理装置は、第４図および第５図に示すよう
に、上端が開口した本体（４１）と、本体（４１）の上
端開口を塞ぐ着脱自在な蓋（４２）とからなるアルミニ
ウム合金溶湯処理槽（４０）を備えている。本体（４１
）の上端部には、入湯口（４３）と出湯口（４４）とが
設けられている。出湯口（４４）と対応する位置におい
て、蓋（４２）の下面には、出湯口（４４）の本体（４
１）内側端部および本体（４１）内面におけるそれの下
方に続く部分を覆うような水平断面Ｕ字形隔壁（４５）
が垂下状に設けられている。隔壁（４５）の下端は、本
体（４１）の底壁近傍まで伸びている。気泡放出、分散
装置は、蓋（４２）を貫通して配置しておく。

このような処理装置において、アルミニウム合金溶湯は
、入湯口（４３）から槽（１）内に入り、隔壁（４５）
に囲まれた部分を上昇して出湯口（４４）から出ていく
。そして、気泡放出、分散装置によって、槽（１）内を
流れていく間にアルミニウム合金溶湯に水素ガスの除去
処理を施した。

すなわち、回転体く２０）として、上記操作例１で用い
たものを使用し、Ｊ　Ｉ　５Ａ６０６３合金溶湯を９　
ｔｏｎ　／　ｈｏｕｒの割合で処理槽（４０）内に流し
ながら、回転軸（１０）を回転速度７００　ｒｐｍで回
転させつつ８０／／ｌｌ１ｉｎのＡｒガスを気体通路に
供給し、槽（４０）内を流れていくアルミニウム合金溶
湯に水素ガスの除去処理を施した。

そして、入湯口（４３）から槽（４０）内に入るアルミ
ニウム合金溶湯中の水素ガス量および出湯口（４４）か
ら出ていくアルミニウム合金溶湯中の水素ガス量をテレ
ガス装置で測定したところ、それぞれ０．４３〜０．４
６ｃｃ／ｌｏｏｇＡｊ？　、および０．　０７〜０．　
１０ｃｃ／１００ｇＡｎであった。

発明の効果 この発明の装置によれば、上述のように、供給すべき気
体の量が多くなったとしても、気泡の微細化効果および
分散効果がすぐれているので、−度に多くの気体と液体
とを接触させることが可能となる。したがって、−度に
多くの金属溶湯に水素ガスおよび非金属介在物の除去処
理を施したり、多くの液体と気体とに化学反応を起こさ
せることが可能となって、これらの作業効率が向上する
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による装置の実施例１を示す部分垂直
断面図、第２図は同じ〈実施例１の底面図、第３図はこ
の発明による装置の実施例２を示す部分垂直断面図、第
４図はこの発明による装置を用いたアルミニウム合金溶
湯からの水素ガス除去処理装置の垂直断面図、第５図は
第４図のＶ−ｖ線に沿う断面図、第６図は従来例を示す
部分垂直断面図、第７図は同じ〈従来例の底面図である
。 （ｌＯ）・・・垂直回転軸、（１１１・・気体通路、（
２０）・・・気泡放出、分散用回転体、（２１）・・・
液体撹拌用突起、（２３）・・・溝、（２４）・・・気
体吹出口。 以　　上 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液体中に、微細化された気泡状態で気体を放出し、この
   気泡を液体全体に分散させる装置であって、内部に長さ
   方向に伸びる気体通路を有しておりかつ液体中に配置さ
   れる垂直回転軸と、回転軸の下端に設けられた気泡放出
   、分散用回転体とよりなり、回転体の周面に、円周方向
   に所定間隔をおいて複数の液体撹拌用突起が設けられ、
   回転体の底面に、中央部から各液体撹拌用突起の先端に
   至る複数の溝が放射状に形成され、各溝の底における長
   さの中間部に、回転軸の気体通路と連なった気体吹出口
   が形成されている液体中への気泡放出、分散装置。