JPH041643B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液体の脱気法に係る。

一般的には、この方法は不要な気体が溶解して
含まれている液体に使用され、この気体の濃度を
低減させて初期濃度より低い最終濃度にすること
を目的とする。より特定的には、長い間大気と接
触していた或る量の水に自然に溶解された空気の
濃度を大幅に低下させるのにしばしば使用し得
る。この場合は水及び大気間の空気交換が平衡状
態に達するまで行われており、従つて初期濃度は
大気圧に対応した飽和濃度ということになる。実
際、周知の如く或る気体の溶解が可能な液体をこ
の気体が含まれている気体媒質と接触させると液
相及び気相間の界面を介して気体交換が間断なく
行われ、該液体中の前記気体の濃度は常に飽和濃
度に近づこうとする。また、この飽和濃度が気体
媒質内の当該気体の圧力の関数として増加し、且
つ前記界面を介して毎秒交換される気体の質量が
この界面の面積に比例することも知られている。

脱気の目的は様々であり、例えば溶解ガスが参
与し得る化学反応を制限するため、または液体に
回転翼などにおける局部的圧力降下が生じる虞れ
のあるガスポケツトの形成が余り容易に起こらな
いようにするためなどである。

公知の脱気法としては、例えば1981年11月４日
発行SOVIET INVENTION ILLUSTRATED、
Derwent Publication Ltd.、Week D39、ロン
ドン（英国）と、1981年１月７日付ソ連特許明細
書第793600号（SHLEIFER A.A.）とに記載の
ものがある。この方法は脱気処理すべき液体を自
由表面を有する分離容器内に入れ、減圧下で物質
交換（mass exchange）を行うものであり、液
体上方の気体媒質を吸引して不要ガスの圧力を所
望の最終濃度に対応する飽和圧力より小さい脱気
値まで低下させ、この脱気圧力を液相及び気相間
の界面を介する物質交換により前記最終濃度が得
られるまで保持する。

この方法では液相及び気相間の界面を脱気すべ
き液体中に不要ガス自体の気泡を噴出させること
により拡大する。この公知方法を空気含有水に使
用し、気泡の噴射を公知方法で行うと時間がかか
り、脱気容器の水平方向寸法を過度に大きくしな
いで大量の水を脱気処理したい時にはこの時間が
著しく長くなる。従つてこの方法は工業的使用に
は適さないと思われる。

本発明の目的は、液相及び気相間の界面を効率
よく拡大させ得、従つて脱気に要する時間を短縮
し得る液体の脱気法を提供することにある。

本発明によれば、前述の目的は、不要なガスを
溶解している第１の液体の脱気法であつて、第１
の液体に不要なガスをさらに過剰に溶解させて第
２の液体とする段階と、第２の液体を第１の液体
に噴射して、第１の液体の中に径が50から100μ
ｍの不要なガスの気泡を発生させる段階と、前述
の気泡が発生した液体に負圧を加える段階とを含
む液体の脱気法によつて達成される。

本発明の脱気法によれば、不要なガスを溶解し
ている第１の液体の脱気を、当該不要なガスをさ
らに過剰に溶解した第２の液体を第１の液体に噴
射することにより行つて、第１の液体の中に径が
50から100μｍの当該不要なガスの気泡を発生さ
せ、前述の気泡が発生した液体に負圧を加えるが
故に、液相及び気相間の界面を効率よく拡大させ
得、従つて、脱気に要する時間を短縮させ得る。

本発明の脱気法の好ましい特徴によれば、不要
なガスをさらに過剰に溶解させる段階が、第１の
液体を不要なガスの溶解度が当初の溶解度の２倍
より大きくなるような第１の圧力に昇圧すると共
にこの昇圧された液体を第１の圧力の不要なガス
と接触せさる段階と、その後、接触された液体を
前述の負圧の２倍より大きい第２の圧力に減圧す
る段階とを含んでもよく、噴射する段階が、第１
の液体を第２の圧力に昇圧する段階と、昇圧され
た液体に減圧された液体を合流する段階と、合流
された液体を第１の液体に噴射する段階とを含ん
でもよい。

本発明の脱気法のさらに好ましい特徴によれ
ば、噴射する段階を、負圧を加える段階の前に行
つてもよい。

本発明の脱気法においては、液体が水であつて
もよく不要なガスが空気であつてもよい。

以下、添付図面に基づき非限定的実施例を挙げ
てより詳細な説明を行う。これらの図面に示され
ている種々の機素は同一の機能をもつ別の機素に
代え得るものと理解されたい。尚、全図面中同一
機素には同一符号を付した。

第１図に示した本発明の脱気法を実施する液圧
回路は流体力学テスト用流路の回路であり、ある
程度の速度で流れる水がテスト中の液圧装置の模
型と機械的に作用し合うように構成されている。
これらの模型は実際に製造される液圧装置より小
さいため、実際の装置と接触によつて生じ得る空
洞現象を正確にシミユレートするには使用する水
の溶解空気含量を減らさなければならない。

この回路の水は例えば大気圧下での飽和濃度に
該当する溶解空気初期濃度を有する。テストを行
うにはこの濃度を80％低下させなければならな
い。従来技術を用いるとこのような脱気処理には
例えば270m³の水に対し50時間以上の時間がかか
る。

前述の回路は４つの分岐路１，２，３，４から
なる主要部を有し、分岐路１が上方に配置されて
いる。テスト用の高出力ポンプ６は分岐路１から
15ｍ下方の分岐路３に具備されている。水は矢印
Ｆで示されるＦ方向に循環する。脱気処理中水は
例えば0.5m³／秒程度の低流量でＦ方向に流れる。
この水は脱気処理すべき液体を構成し、この場合
の不要ガスは空気である。

このような閉回路内の液体に使用し得る本実施
例の脱気法は以下の操作を含む。

(1) 液体の流量の一部を採取する操作。この採取
分は「噴出分」と称する。この噴出分は本実施
例では流量が例えば20／秒であり、管路８内
を流れる。

(2) 「噴出分」の液体を脱気圧力の２倍より大き
い噴射圧力まで加圧する操作。この操作は本実
施例では２つの弁１２及び１３間に配置された
ポンプ１０により３バール又は４バールの絶対
圧力で行われる。これに対し分岐路１内の脱気
圧力は0.1バールである。

(3) 「ガス添加分」と称する一部分を液体の流量
から採取する操作。この液体分は弁１６を具備
した管路１４内を流れる。

(4) 「ガス添加分」にガスを加える操作。この操
作は不要ガスを受給し噴射圧力より大きいガス
添加圧力下におかれたガス添加容器１８内で行
われる。この操作は液体内に不要ガスを当初の
溶解度の２倍より大きい溶解度で溶解させて液
体分を過剰ガス含有分にするためのものであ
る。より特定的にはガス添加圧力はこの場合７
バールであり、ポンプ２０によつて発生する。
このようにして得られる濃度は液体を大気圧下
で飽和させた場合に得られる濃度の７倍であ
る。

(5) 過剰ガス含有分の圧力を徐々に且つ可調整的
に緩めて可調整的割合で「噴出分」と混合し、
それによつてほぼ一定の不要ガス噴射濃度をも
つ混合物を得る操作。噴射圧力までのこの減圧
はここでは一連の弁２２によつて行われる。こ
の減圧操作はこのようにしてガス濃度が過飽和
に達した液体中での時期早尚な気泡形成を回避
すべく漸進的に行わなければならない。

(6) 径が50から100μｍの不要なガスのマイクロ
バブルの噴射。この操作は５つの噴射器２４に
よつて行われる。噴射器２４は後述の如く前述
の混合物を分岐路１の上流端に配置された噴射
容器２６内へ噴射口を介して導入せしめる。噴
出したマイクロバルブにより形成される雲２７
は観察窓（図示）を通して観察され、これらの
雲の規模に応じて弁２２が調整される。

(7) 低圧力下での物質交換。この操作は分岐路１
の下流端の数m²の自由表面をもつ分離容器２８
内で最終的に行われる。この表面上方の気体媒
質は空気と水蒸気とからなり、脱気圧力を維持
せしめるポンプ３０により吸引される。

噴射容器と脱気容器との間の水移送時間は本実
施例では例えば20秒である。この水の移送には大
きな圧力降下が一切伴わないようにしなければな
らない。

第２図及び第３図に示されている如く各噴射器
は毎秒当りのマイクロバルブ噴射数を多くすべく
例えば36個など多数の噴射口TIを有している。

これら噴射器は、より特定的には加圧噴射混合
液を受容する導入管TEと、導入管TEを環状通路
間〓IPを残して同軸的に包囲する転向管TDとを
備えており、導入管TEは中央軸線ACを中心とし
た回転円筒体の形状を有し、その円筒状側壁が噴
射壁を構成し、該壁面上に複数の噴射口TIが配
分されている。

転向管TDは各噴射口TIの前で転向面を構成す
る。管TDには通路用間〓内に噴射した液体を排
出させるための多数の排出口が配分されている。
これら排出口は噴射口TIから距離をおいて配置
される。これら排出口の合計排液断面は噴射口ア
センブリ周囲の通路用間〓の液体通過断面の数倍
（少なくとも２倍）である。勿論この排液断面は
個々の排出口に関しては２つの通過断面、即ち排
出口の先端の通路間〓の断面と排出口の断面とを
比較した場合小さい方の断面を構成する。このよ
うにすれば噴射した液体の流量が噴射口近傍で制
限され、排出口近傍では制限されない。

通路間〓の幅は噴射口TIの直径の1/10より小
さいのが好ましく、排出口TSのアセンブリの合
計通過面積は噴射口TIのアセンブリの合計通過
断面積より大きいのが好ましい。

また、噴射口TIは個々の直径が２から10mmの
間で、例えば３mmであり、且つ導入管TEの側面
の少なくとも一部分、例えば該側面の全体に亘つ
て規則的に配分されるのが好ましい。導入管TE
と転向管TDとの間の通路間〓は0.1から0.5mmの
間で、例えば0.15mmのほぼ一定した幅を有する。

前述の如き寸法を選択するのは、間〓IPが狭
くなればなる程且つ噴射口TIの直径が小さくな
ればなる程空乏率即ち気泡総体積対液体体積の比
は大きくなるが、間〓が狭すぎるか又は噴射口が
小さすぎると閉塞の危険が増大するためである。

排出口TSは噴射口と向き合う転向管TD全体
に亘つて規則的に分配され、例えば管TE及び
TDの側方表面積全体に亘つて噴射口相互間に配
置される。

噴射口は例えば中央軸線ACの長さ方向に規則
的間隔をおいて一連の噴射口段が形成されるよう
に配置され、各段では相互間に一定の角距離をお
いて前記軸線の周囲に規則的に配分される。また
排出口も一連の段を形成すべく配置され、各段で
は相互間に噴射口間の角距離と同一の距離をおき
且つこれら噴射口に対して1/2ピツチずれるよう
配分される。噴射口段の段相互間間隔と排出口段
のそれとは互いに等しく、これら２種の連続段は
図に示されている如く互いに合致するか又は軸方
向に1/2ピツチずらして配置される。排出口の直
径は約10mmである。

好ましくは、各排出口TSの前で転向管TDに
排出ガイドGSを固定してこれら排出口から流出
するマイクロバルブ含有液の流れを中央軸線AC
の方向に近い方向へ誘導する。

より詳細には、各排出口段毎に１つの排出ガイ
ドGSを前記軸線を中心とした回転円錐台状壁面
で構成し、小さい方の円形底辺を当該段の排出口
から距離をおいて転向管に固定する。これらの段
の円錐台状ガイドはいずれもほぼ同一の1/2頂角
を有し、該頂角は45°より小さい。

この1/2頂角は、例えば約20°である。

第３図には噴流分離部材SJも示されている。
これら部材は各排出ガイドGSと転向管TDとを半
径方向に接続しており、互いに角距離をおいて排
出口TS相互間に配置されている。

噴射器はまた、中央軸線ACを中心とした回転
体からなる円錐状需要部材CRをも備えている。
該需要部材は排出ガイドGSのアセンブリを包囲
し、これらガイドの頂角と同一方向で且つそれ以
下の値をもつ頂角を有しており、排出口から流出
する流れ全体を中央軸線ACと平行な平均方向に
沿い容器ECに向けて誘導する役割を果たす。

噴射器は更に中央線ACを中心とした回転体か
らなる円錐台状主要デフレクタDGをも有する。
主要デフレクタDGは小さい方の底辺が排出ガイ
ドGSの下流で転向管TDの側面に接続され、これ
らガイドの頂角と同一方向でそれより大きい値を
もつ頂角を有し、前記円錐状需要部材CRから流
出する流れを容器EC内に分配する役割を果たす。

転向管TDは噴射口TIと転向管TD及び導入管
TE間の通路間〓との洗浄を可能にすべく、導入
管TEに対して中央軸線ACを中心に回転し得るよ
う装着される。この回転は２つの環状パツキン
JE及びJFが噴射口および排出口の上流で夫々転
向管TD及び固定支持フレームBS間と転向管及び
導入管間とに具備されているため密封性を損うこ
となく行われる。

主要でデフレクタDGは転向管TDの回転を容
易にする。

以上説明してきた噴射器では１％の空乏率が得
られ、気泡直径は約0.1mmである。また水の流量
は３／秒である。

従つてこの種の噴射器を５つ使用すれば水の総
体積が270m³の場合は約１時間で初期濃度の20％
に等しい溶解空気最終濃度が得られる。

一般的にはこれら噴射器の合計流量QI（m³／
秒）は脱気処理すべき水の総体積Ｖ（m³）の関数
であり、概ねQI＝4.3×10^-5Vに従つて計算され
る。絶対噴射圧力が４バールの場合、これら噴射
器の開口数は約2.25×10⁴QIである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の脱気法の実施例の説明図、第
２図はマイクロバブル噴射器の縦断面図、第３図
は第２図の噴射器の線−に関する横断面図で
ある。 ６，１０，２０，３０……ポンプ、１２，１
６，２２……弁、１８……ガス添加容器、２４…
…マイクロバブル噴射器、２６……噴射容器、２
８……分離容器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 不要なガスを溶解している第１の液体の脱気
   法であつて、前記第１の液体に前記不要なガスを
   さらに過剰に溶解させて第２の液体とする段階
   と、前記第２の液体を前記第１の液体に噴射し
   て、前記第１の液体の中に径が50から100μｍの
   前記不要なガスの気泡を発生させる段階と、前記
   気泡が発生した液体に負圧を加える段階とを含む
   液体の脱気法。 ２ 前記不要なガスをさらに過剰に溶解させる段
   階が、前記第１の液体を前記不要なガスの溶解度
   が当初の溶解度の２倍より大きくなるような第１
   の圧力に昇圧すると共にこの昇圧された液体を当
   該第１の圧力の前記不要なガスと接触させる段階
   と、その後、当該接触された液体を前記負圧の２
   倍より大きい第２の圧力に減圧する段階とを含
   み、前記噴射する段階が、前記第１の液体を前記
   第２の圧力に昇圧する段階と、前記昇圧された液
   体に前記減圧された液体を合流する段階と、当該
   合流された液体を前記第１の液体に噴射する段階
   とを含む特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 前記噴射する段階を、前記負圧を加える段階
   の前に行う特許請求の範囲第１項又は第２項に記
   載の装置。 ４ 前記液体が水であり、前記不要なガスが空気
   である特許請求の範囲第１項から第３項のいずれ
   か一項に記載の装置。