JPH04308047A - 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】

【０００１】

【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。

【０００２】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。

【０００３】

【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湯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
属溶湯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。

【０００４】従来、この種気泡放出、分散装置として、
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、回転体が円板状
本体と、円板状本体の下面に取付けられた円板状多孔質
体とからなるものが知られている（特公昭６０−５３０
９２号広報参照）。

【０００５】また、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、液体撹拌用突起の先端面
に、回転軸の気体通路と連なった気体吹出口が形成され
たものも知られている（特開平２−１１５３２３号公報
参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記２つの
従来装置では、気泡の微細化効果が十分ではないという
問題がある。

【０００７】すなわち、特公昭６０−５３０９２号公報
に記載された装置では、円板状多孔質体の下面から液体
中に放出される気泡は、放出直後に複数個のものが合わ
さってしまい、大きな気泡となる。

【０００８】また、特開平２−１１５３２３号公報に記
載された装置では、回転体周面における液体撹拌用突起
の先端面に形成された気体吹出口から液体中に放出され
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
、その結果気体の剪断作用が大きくなって、気泡は微細
化されて放出される。ところが、放出される気泡の一層
の微細化を図るためには、気体吹出口の大きさを小さく
する必要があり、加工が極めて困難である。

【０００９】この発明の目的は、上記問題を解決した液
体中への気泡放出、分散装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明の液体中への
気泡放出、分散装置は、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
り構成されており、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
おいて、回転体が、周面に回転軸の気体通路と連なった
気体吹出口が円周方向に所定間隔をおいて複数形成され
ている円板状本体と、円板状本体の周面に取付けられた
リング状多孔質体とよりなるものである。

【００１１】第２の発明の液体中への気泡放出、分散装
置は、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構成されており
、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おいて、回転体が
、周面に円周方向に所定間隔をおいて回転軸の気体通路
と連なった気体吹出口が複数形成されている円板状本体
と、円板状本体の各気体吹出口に取付けられたチップ状
多孔質体とよりなるものである。

【００１２】上記第１および第２の発明において、多孔
質体の孔径は３０〜４００μｍであるのがよい。下限値
未満であれば、通気抵抗が大きくなって放出すべき気体
の量が必要量に不足し、上限値を越えると、放出される
気泡の微細化効果が十分ではなくなるからである。そし
て、この範囲内において、液体中に放出すべき気体の必
要量を考慮して決められる。さらに、この孔径は、５０
〜１５０μｍの範囲内にあることが好ましい。

【００１３】上記において、多孔質体は、気泡を放出す
べき液体および液体中に吹込まれる気体に対して不活性
である材料から形成されるのがよい。液体が金属溶湯の
場合、たとえばセラミックス、カーボン等によって形成
される。

【００１４】また、上記において、回転軸および円板状
本体は、気泡を放出すべき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形成されるのがよ
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られた緻密な材料で形成され
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。

【００１５】

【作用】第１の発明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、上記気体は、円板状本体の周面に形
成された気体吹出口から出てリング状多孔質体内に入り
、その内部を通過する間に微細化され、多孔質体の外周
面から液体中に放出される。そして、回転体が回転して
いるために、その周速度と液体の流速との速度差により
気体の剪断作用が発生し、気泡はさらに微細化されて放
出される。したがって、従来の装置に比べて気泡の微細
化効果がすぐれたものになる。

【００１６】第２の発明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、上記気体は、円板状本体の周面
に形成された気体吹出口から出てチップ状多孔質体内に
入り、その内部を通過する間に微細化され、液体撹拌用
突起の先端に位置する多孔質体の外端面のみから液体中
に放出される。そして、回転体が回転しているために、
その周速度と液体の流速との速度差により気体の剪断作
用が発生し、気泡はさらに微細化されて放出される。し
たがって、従来の装置に比べて気泡の微細化効果がすぐ
れたものになる。

【００１７】

【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。以下の説明において、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。

【００１８】実施例１ この実施例は図１〜図３に示すものである。図１〜図３
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（２）　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（１）　と、回転軸
（１）の下端に固定された円板状の気泡微細化分散用回
転体（３）　とよりなる。

【００１９】回転軸（１）　は、液体が入れられた図示
しない槽内に、その上端が槽の上端よりも上方に伸びか
つ下端が槽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（２）
　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（１）　の下端の外周面には
おねじ部（１ａ）が形成されている。

【００２０】回転体（３）　は所定高さの周面を有する
円板状本体（４）と、本体（４）　の周面に取付けられ
かつ孔径が３０〜４００μｍの範囲内とされている連続
気泡性のリング状多孔質体（５）　とよりなり、その頂
面は、中央部から周縁部に向かって徐々に下方に傾斜し
たテーパ状となされ、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たテーパ状となされている。

【００２１】円板状本体（４）　の周面の下縁部には径
方向外方に突出した突条（４ａ）が全周にわたって一体
に形成されており、本体（４）　周面における突条（４
ａ）よりも上方の部分がおねじ部（１１）となされてい
る。円板状本体（４）　の頂面の中央部には凹所（６）
　が形成されている。凹所（６）　の周面における略上
半部は、めねじ部（６ａ）となされており、このめねじ
部（６ａ）に回転軸（１）　下端のおねじ部（１ａ）を
ねじ嵌めることによって、回転体（３）　が回転軸（１
）　に固定されている。回転体（３）　を回転軸（１）
　に固定した状態における凹所（６）　の残部がガス室
（７）　となされている。そして、円板状本体（４）　
には、ガス室（７）　から周縁に伸びる複数の放射状貫
通孔（８）　が形成されている。貫通孔（８）　の外端
は、本体（４）　の周面における突条（４ａ）よりも上
方の部分に開口しており、気体吹出口（９）　となされ
ている。

【００２２】リング状多孔質体（５）　は軸線が上下方
向を向いた短筒状部分（５ａ）と、短筒状部分（５ａ）
の内周面の高さの中央部に一体に形成されかつ径方向内
方に突出した突条部分（５ｂ）とよりなる。そして、本
体（４）　と同様な材料で形成されかつ内周面がめねじ
部（１２ａ）　となされた固定リング（１２）を本体（
４）　のおねじ部（１１）の上部にねじ嵌めることによ
って突条部分（５ｂ）が押さえられ、多孔質体（５）　
が本体（４）　に固定されている。また、リング状多孔
質体（５）　の周面には、周面の全高にわたる複数の液
体撹拌用突起（１３）が、円周方向に所定間隔をおいて
一体に形成されている。液体撹拌用突起（１３）の形成
された位置は、気体吹出口（９）　と対応している。

【００２３】このような構成において、液体中で回転軸
（１）　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（２）　
に、液体中に吹込むべき気体が供給される。気体は、気
体通路（２）　の下端からガス室（７）　および貫通孔
（８）　を経て各気体吹出口（９）　から本体（４）　
の周面に吹出される。この気体はリング状多孔質体（５
）　の微細孔内に分散して入って微細化される。そして
、多孔質体（５）　の微細孔内を通って外周面全体から
液体中に放出される。そして、回転体（３）　が回転し
ているために、その周速度と液体の流速との速度差によ
り気体の剪断作用が発生し、多孔質体（５）　の微細孔
の開口縁に当たってさらに微細化されて液体中へ放出さ
れる。

【００２４】一方、回転体（３）　よりも上方の液体は
、図１に矢印（Ａ）　で示すように、回転体（３）　の
テーパ状頂面に沿って流れ、回転体（３）　よりも下方
の液体は、図１に矢印（Ｂ）　で示すように、回転体（
３）　のテーパ状底面に沿って流れる。そして、矢印（
Ａ）（Ｂ）で示す２つの流れは、回転体（３）　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。吹出口（９）　から放出された微細な気泡は、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（１３）の撹拌効果により、液体は回転体（３）　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。

【００２５】

【具体的実験例】実験例１ 縦８００ｍｍ、横８００ｍｍ、高さ７５０ｍｍの透明ア
クリル製直方体状槽内に、水深６５０ｍｍとなるように
水を入れておいた。また、回転体（３）　の直径（撹拌
用突起（１３）の先端部分）２００ｍｍ、高さ６５ｍｍ
、撹拌用突起（１３）の数６、気体吹出口（８）　の直
径３．５ｍｍとしておいた。多孔質体（５）　の孔径は
５０μｍとしておいた。そして、回転軸（１）　を回転
速度６００ｒｐｍで回転させつつ気体供給装置から気体
通路（２）　にＡｒガスを３０リットル／分で供給し、
水中に分散された気泡の大きさを測定した。その結果、
平均気泡径は１．０ｍｍであった。

【００２６】実験例２ この実験例は、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。気泡
放出、分散装置を、ＪＩＳＡ６０６３合金溶湯が入れら
れた溶湯保持槽内に配置しておいた。回転体（３）　と
して、上記実験例１で用いたものを使用し、回転軸（１
）　を回転速度６００ｒｐｍで回転させつつ５０リット
ル／分のＡｒ　ガスを気体通路（２）　に供給し、槽内
のアルミニウム合金溶湯に水素ガスの除去処理を４分間
施した。

【００２７】処理後の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、０．０６ｃｃ／
１００ｇＡｌ　であった。

【００２８】比較実験例１ 形状、大きさは実験例１のものと同じで、かつ周囲に多
孔質体を備えていない回転体を使用し、実験例１と同様
にして水中に分散された気泡の大きさを測定した。その
結果、気泡径は１〜４ｍｍであった。

【００２９】比較実験例２ 形状、大きさは実験例１のものと同じで、かつ周囲に多
孔質体を備えていない回転体を使用し、実験例２と同様
にしてＪＩＳＡ６０６３合金溶湯に水素ガスの除去処理
を４分間施した。

【００３０】処理後の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、０．１０ｃｃ／
１００ｇＡｌ　であった。

【００３１】実施例２ この実施例は図４および図５に示すものである。図４お
よび図５において、気泡放出、分散装置の回転軸（１）
　の下端に固定された円板状の気泡微細化分散用回転体
（２０）は、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（２２）が設けられた円板状本体（２１
）を備えている。 円板状本体（２１）のガス室（７）　からのびた貫通孔
（２３）は各液体撹拌用突起（２２）の先端面に開口し
ており、気体吹出口（２４）となされている。気体吹出
口（２４）の内周面はめねじ部（２４ａ）　となされて
いる。そして、外周面にねじ（２５ａ）　が形成された
円柱形のチップ状多孔質体（２５）が、各気体吹出口（
２４）内にねじ嵌められている。チップ状多孔質体（２
５）は、その孔径が３０〜４００μｍの範囲内とされて
いる連続気泡性のものである。

【００３２】このような構成において、液体中で回転軸
（１）　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（２）　
に、液体中に吹込むべき気体が供給される。気体は、気
体通路（２）　の下端からガス室（７）　および貫通孔
（２３）を経て各気体吹出口（２４）から本体（２１）
の周面に吹出される。この気体はチップ状多孔質体（２
５）の微細孔内に分散して入って微細化される。そして
、液体撹拌用突起（２２）の先端に位置する多孔質体（
２５）の外端面のみから液体中に放出される。液体撹拌
用突起（２２）の先端においては、回転体（２０）の周
速度は他の部分と比べて大きくなるので、液体の流速と
の速度差も大きくなり、その結果多孔質体（２５）の出
口での気体の剪断作用が大きくなって、均一に微細化さ
れた気泡だけが液体中に放出される。

【００３３】さらに、気泡は、上記実施例１の場合と同
様にして液体中全体に分散させられる。

【００３４】

【具体的実験例】実験例３ 縦８００ｍｍ、横８００ｍｍ、高さ７５０ｍｍの透明ア
クリル製直方体状槽内に、水深６５０ｍｍとなるように
水を入れておいた。また、回転体（３）　の直径（撹拌
用突起（２２）の先端部分）２００ｍｍ、高さ６５ｍｍ
、撹拌用突起（２２）の数６、気体吹出口（８）　の直
径３．５ｍｍとしておいた。多孔質体（２５）の孔径は
５０μｍとしておいた。そして、回転軸（１）　を回転
速度６００ｒｐｍで回転させつつ気体供給装置から気体
通路（２）　にＡｒガスを６０リットル／分で供給し、
水中に分散された気泡の大きさを測定した。その結果、
平均気泡径は０．５〜１．０ｍｍであった。

【００３５】実験例４ この実験例は、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。気泡
放出、分散装置を、ＪＩＳＡ６０６３合金溶湯が入れら
れた溶湯保持槽内に配置しておいた。回転体（２０）と
して、上記実験例３で用いたものを使用し、回転軸（１
）　を回転速度６００ｒｐｍで回転させつつ５０リット
ル／分のＡｒ　ガスを気体通路（２）　に供給し、槽内
のアルミニウム合金溶湯に水素ガスの除去処理を４分間
施した。

【００３６】処理後の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、０．０５ｃｃ／
１００ｇＡｌ　であった。

【００３７】上記２つの実施例においては、撹拌用突起
（１３）（２２）の数は６であるが、突起（１３）（２
２）の数はこれに限られるものではなく、適宜他の数た
とえば８等にも変更可能である。

【００３８】

【発明の効果】この発明の液体中への気泡放出、分散装
置によれば、上述のように、気泡の微細化効果および分
散効果がすぐれているので、一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、一度に多
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】

【図１】この発明による装置の実施例１を示す部分垂直
断面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

【図３】実施例１の装置の分解斜視図である。

【図４】この発明による装置の実施例２を示す部分垂直
断面図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。

【符号の説明】

１　　　　　　　　　　　　回転軸 ２　　　　　　　　　　　　気体通路 ３　　　　　　　　　　　　回転体 ４　　　　　　　　　　　　円板状本体５　　　　　　
　　　　　　リング状多孔質体９　　　　　　　　　　
　　気体吹出口２０　　　　　　　　　　回転体 ２１　　　　　　　　　　円板状本体 ２４　　　　　　　　　　気体吹出口

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　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構成
   されており、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おいて
   、回転体が、周面に回転軸の気体通路と連なった気体吹
   出口が円周方向に所定間隔をおいて複数形成されている
   円板状本体と、円板状本体の周面に取付けられたリング
   状多孔質体とよりなる液体中への気泡放出、分散装置。
2. 【請求項２】　　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構成
   されており、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おいて
   、回転体が、周面に円周方向に所定間隔をおいて回転軸
   の気体通路と連なった気体吹出口が複数形成されている
   円板状本体と、円板状本体の各気体吹出口に取付けられ
   たチップ状多孔質体とよりなる液体中への気泡放出、分
   散装置。
3. 【請求項３】　　多孔質体の孔径が３０〜４００μｍで
   ある請求項１または２記載の液体中への気泡放出、分散
   装置。