JPH07308556A

JPH07308556A - 気体溶解方法と装置

Info

Publication number: JPH07308556A
Application number: JP6131276A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Machitani; 勝幸町谷; Kimio Hirasawa; 公雄平沢; Tokio Hori; 登紀男堀; Masakazu Kashiwa; 雅一柏
Original assignee: Idec Izumi Corp
Current assignee: Idec Izumi Corp
Priority date: 1994-05-20
Filing date: 1994-05-20
Publication date: 1995-11-28
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: JP2792015B2

Abstract

(57)【要約】【目的】連続的に効率よく気体を液体中に溶解させる
こと。【構成】液体の流路１４に設けられた絞り部１２と、
この絞り部１２につづいてこの流路１４を徐々に広げた
広がり部１６と、絞り部１２のわずかに下流側の広がり
部１６に設けられた気体流入口１８を有する。広がり部
１６の下流に設けられ流路１４中の液体と気体流入口１
８から流入した気体とを混合する混合部２０と、この混
合部２０の出口側に設けられ、気体を溶解する液体中に
直接または間接的に接続されたバルブや固定絞りやノズ
ル口等を有したノズル部２４とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、プランクトンが大量
に発生した水槽や池、汲み上げたばかりの地下水、水耕
栽培用の溶液等、溶存酸素濃度が低下した水の溶存酸素
濃度を向上させたり、その他液体に各種の気体を溶解さ
せるための気体溶解方法と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、水中の溶存酸素濃度を向
上させるには、細かい穴が沢山開いた散気板を通して、
空気や酸素を水中に吹き出させることにより、微細気泡
を水中に拡散させ、その気泡から水中に酸素が溶解して
いくようにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術の散気
板を用いたものの場合、水槽等にためた水の中に散気板
を介して気泡を送り込み酸素を溶解させるというバッチ
式処理のため、連続的に溶存酸素濃度の高い水を得るこ
とができないものであった。また、酸素の溶解速度を上
げるには、散気板の穴を小さくしして気泡を細かくする
必要があり、穴の小さい散気板の製作が難しく、穴が小
さいと、この穴が目づまりし易いという問題があった。
しかも、散気板の目づまりを解消するには、セラミック
ス製の散気板を、一旦焼成することにより穴内のごみを
燃やして、目づまりを解消しなければならず、維持管理
に工数及びコストがかかるものであった。また、酸素を
溶解させようとする被処理水が、二酸化炭素や窒素等の
他の気体で飽和している場合、これらの酸素以外の気体
を追い出さないと酸素が溶解せず、この追い出しが難し
いものであった。

【０００４】この発明は、上記従来技術の問題点に鑑み
て成されたもので、連続的に効率よく気体を液体中に溶
解させることができる気体溶解方法と装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、液体の流路
に設けられたベンチュリ管やオリフィス等の絞り部によ
り流路の一部を絞り、この絞り部の下流側で徐々にこの
流路を広げるとともに、上記絞り部のわずかに下流側で
気体を流入させ気液混合流を形成し、この流路の下流に
ノズル部を設けてこのノズル部の上流側の流路内の圧力
を上昇させ、このノズル部の上流側の流路内部で液体に
気体を溶解させ、気体が溶解した気液混合流を、上記ノ
ズル部を経て上記気体を溶解させる被処理液中に噴射し
て溶存気体濃度を向上させる気体溶解方法である。さら
に、この発明の気体溶解方法は、上記ノズル部の下流側
で、上記被処理液を上記気液混合流に混ぜて、上記気液
混合流を希釈するものである。また、上記気液混合流の
液体中に、気体を過飽和状態まで溶解させるものであ
る。

【０００６】またこの発明は、液体の流路に設けられた
ベンチュリ管やオリフィス等の絞り部と、この絞り部に
つづいてこの流路を徐々に広げた広がり部と、上記絞り
部のわずかに下流側の広がり部に設けられた気体流入口
と、上記広がり部の下流に設けられ流路中の液体と上記
気体流入口から流入した気体とを混合する混合部と、こ
の混合部の出口側に設けられ上記気体を溶解する液体中
に直接または間接的に接続されたバルブや固定絞りやノ
ズル口等のノズル部とを備えた気体溶解装置である。

【０００７】さらに、上記ノズル部の下流側には、上記
被処理液を上記気液混合流に還流させる還流管路と、こ
の還流管路が上記ノズル部の下流側の流路と交わった希
釈部とを有し、上記還流管路には還流用のポンプが設け
られているものである。また、上記流路の気体流入口が
開口した部分は、上記絞り部から上記気液混合流の流れ
る方向に断面積の等しい気体流入部が形成され、この気
体流入部から連続して下流側に上記広がり部を設けたも
のである。

【０００８】

【作用】この発明の気体溶解方法及び気体溶解装置は、
ベンチュリ管ののど部等の絞り部のわずか下流側の負圧
部から気体を液体の流れの中に流入させた後、流れが遅
くなり静圧が増大する混合部で流入した気体を加圧溶解
させ、出口のノズル部から被処理液中に、この気体が溶
解した液体を噴射し、被処理液中の溶存気体濃度を向上
させるものである。また、混合部で過飽和状態にまで気
体が溶解され、上記ノズル部の下流側で、被処理液によ
り気液混合流を希釈することにより、還流した液体によ
り、気体溶解度が下げられ、過飽和状態から気泡として
析出して逃げてしまう気体を少なくし、気体の溶解効率
を向上させたものである。

【０００９】

【実施例】以下この発明の気体溶解方法及び気体溶解装
置の実施例について図面に基づいて説明する。図１、図
２はこの発明の第一実施例を示すもので、図１に示すよ
うに、この実施例の気体溶解装置は、水等の液体中に気
体を混合する混合器１０を有し、この混合器１０の流入
口１１に図示しない液体管路の先端部が取り付けられ
る。混合器１０内には、図１に示すように、絞り部であ
るのど部１２が中央部に設けられたベンチュリ管状の流
路１４が形成されている。このベンチュリ管状の流路１
４の下流側には、広がり部１６が形成され、のど部１２
と広がり部１６との間の流路１４には、のど部１２より
わずかに内径が大きく円筒状の気体流入部１７が形成さ
れ、この気体流入部１７に、酸素や空気等の気体を流路
１４中に混合させるための気体流入口１８が形成されて
いる。気体流入口１８の外側の端部には、所定の気体を
導く図示しない気体流入管路の先端部が接続される。

【００１０】広がり部１６の下流側には、気体流入口１
８から流入した気体と流路中の液体とを混合する混合部
２０が設けられている。混合部２０は、その外径を加圧
の程度に合わせて任意に設定し得るものであり、ここで
は広がり部１６の最大径よりわずかに広い内径の円筒状
に形成されている。この混合部２０の先端部には、複数
のノズル口２２が形成されたノズル部２４が形成されて
いる。そして、ノズル部２４は、水等の被処理液２６が
収容された水槽や池等である収容部２８の底部に直接接
続されている。

【００１１】この実施例の気体溶解方法及び気体溶解装
置の作用について以下に説明する。先ず、図示しない液
体管路から混合器１０の流入口１１に流入した水等の液
体は、流路１４ののど部１２で加速されて、一旦静圧が
低下し、広がり部１６を経て流速が遅くなり再び静圧が
増大する。このとき、気体流入口１８から気体が流路１
４の気体流入部１７に吸い込まれる。この気体流入口１
８が形成された気体流入部１７は、のど部１２より下流
側でわずかに内径がのど部１２より大きいが、この部分
での流体の静圧は相対的に混合部２０より小さく負圧に
なっているため、気体が流路１４中に流入する。なお、
この気体流入口１８を、静圧が最低となるのど部１２に
開口させないのは、のど部１２が最も静圧が低くなる部
分ではあるが、のど部１２に気体流入口１８を開口させ
ると、気体の流入が良くなく、流路が若干広がり始めた
個所の方が気体が流入しやすいためである。

【００１２】気体流入口１８から流入した空気等の気体
は、気泡となって流路１４中の液体とともに混合部２０
に流れ、気泡となった気体は、混合部２０の静圧がのど
部１２より高いので液体中に溶解していく。そして、混
合部２０からノズル口２２を経て、気体が溶解した液体
が収容部２８の被処理液２６中に噴射される。気体が溶
解した液体を、ノズル部２４から被処理液２６中に直接
噴射するのは、混合部２０を経た気液混合流は、気体が
過飽和容態で液体中に溶解しており、この過飽和の気体
が微細気泡として析出する前に被処理液中に拡散させ、
溶解した気体を気泡として逃がさないためである。

【００１３】ここで、この実施例の気体溶解装置の気体
流入部１７と、ノズル口２２の断面積の総和との関係
は、以下の式を満たすものであれば良い。Ｐ_A＜Ｐ_G …（１）Ｐ_Gは気体流入口１８から流入する気体の圧力。Ｐ_Aは流
体力学上の連続の式及びベルヌーイの定理と連続の式に
よる以下の式によって与えられる気体流入部１７での静
圧である。Ｐ_A＝（１−Ｓ² _B／Ｓ² _A）Ｐ₁＋（δＰ＋Ｐ_B）Ｓ² _B／Ｓ² _A …（２）ここで、Ｓ_Aは気体流入部１７の断面積、Ｓ_Bはノズル口
２２の断面積の総和、Ｐ₁は気体流入部１７の総圧、δ
Ｐは気体流入部１７からノズル口２２までの圧力損失、
Ｐ_Bはノズル口２２の出口の静圧である。

【００１４】従って、上記式（１）、（２）を満たす様
に気体流入部１７及びノズル口２２の大きさを設定する
ことにより、液体中に気体を効率的に混合し溶解させる
最適な条件が得られるものである。また、混合部２０
は、加圧下で、液体に気体が溶解し過飽和状態となるま
で気液の接触時間が得られるものであればより好まし
い。気液の接触時間は混合部の体積に依存するので、混
合部２０の長さがある程度長い方がよい。

【００１５】この実施例の気体溶解装置と、従来の散気
板を用いた場合との比較を図２に示す。このグラフは、
この実施例の気体溶解装置により水に空気を溶解させ
て、溶存酸素濃度を測定し、その温度での飽和酸素濃度
との比を、時間の経過に沿ってあらわしたものと、同程
度の動力及び水の体積で、散気板を用いたものを同様に
あらわしたものである。このグラフに表れている通り、
この実施例の気体溶解方法と装置の場合、非常に効率よ
く気体が溶解し、しかも過飽和状態にまで短時間で到達
している。

【００１６】この実施例の気体溶解方法と装置によれ
ば、気体の種類を選ばず、連続的に効率よく気体を液体
中に溶解させることができ、混合器１０の維持管理も容
易なものである。

【００１７】次にこの発明の第二実施例について図３を
基にして説明する。ここで、上述の実施例と同様の部材
は同一符号を付して説明を省略する。この実施例の混合
器３０は、気体流入部２７が、広がり部１６の上流側の
一部分の斜面部分に形成されたものである。従って、の
ど部１２のわずかに下流側の広がり部１６にこの気体流
入部２７が形成されているものである。そして、この気
体流入部２７に、気体を流路１４中に混合させるための
気体流入口１８が開口しているものである。この実施例
の気体溶解装置によっても、任意の気体が水等の液体中
に溶解した気体溶解液を連続的に効率よく形成すること
ができ、混合器３０の維持管理も容易なものである。

【００１８】次にこの発明の第三実施例について図４を
基にして説明する。ここで、上述の実施例と同様の部材
は同一符号を付して説明を省略する。この実施例は、ノ
ズル部２４の下流側に、被処理液２６を還流させるため
の還流管路３２を設け、この還流管路３２が、連結部３
３に設けられた希釈部３４に接続されている。そして、
ノズル部２４を通過した気液混合流に被処理液２６が流
入し希釈された後、被処理液２６中に噴射されるもので
ある。なお、還流管路３２の途中には、被処理液２６を
還流させるためのポンプ３６が設けられている。

【００１９】この実施例によれば、ノズル部２４から送
られた液体中には、気体が過飽和状態で溶解しており、
収容部２８内の被処理液２６中に噴射される前に希釈部
３４で、還流した被処理液２６により希釈し、過飽和状
態で溶解した液体が微細気泡として析出してしまう前
に、過飽和状態で溶解した気体の溶解度を下げて、その
まま液体中に溶存させるようにしたものである。これに
より、液体中に過飽和状態まで溶解した気体を、連結部
３３や収容部２８で気泡として逃がすことがなく、きわ
めて効率よく、気体を液体中に溶解させることができ
る。なお、希釈部３４に被処理液２６を還流させる手段
は、ポンプ３６により圧送する他、ノズル部２４の出口
側の希釈部３４に空間部を形成して、希釈部３４が負圧
状態になるようにした、いわゆるエゼクター構造に形成
し、被処理液２６を吸引するようにしても良い。

【００２０】次にこの発明の第四実施例について図５を
基にして説明する。ここで、上述の実施例と同様の部材
は同一符号を付して説明を省略する。この実施例の混合
器１０には、気体流入口１８にコンプレッサ４０が接続
され、気体が圧送されるようにしたものである。この場
合、気体流入部１７の静圧Ｐ_Aと気体の圧送圧Ｐ_Cと、混
合部２０内の静圧Ｐ_Mは、以下の式を満たすものであれ
ば良い。Ｐ_A＜Ｐ_C＜Ｐ_M （３）

【００２１】これにより、気体の量及び圧力を任意に調
整可能であり、効率よく気体を溶解させることができる
ばかりでなく、気体の圧送圧を利用して、気液混合流の
圧送効率も上げることができるものである。また、気体
の圧送は、コンプレッサ４０以外に、気体が圧入された
ボンベを用いても良く、気体を所定の圧力で供給可能な
ものであれば良い。

【００２２】次にこの発明の第五実施例について図６、
図７を基にして説明する。ここで、上述の実施例と同様
の部材は同一符号を付して説明を省略する。この実施例
の気体溶解装置は、上記第一実施例の混合部として、図
６に示すように、上から下に液体が流れ落ちる流路５２
が形成された気液混合槽５０を設けたものである。そし
て、流路５２の入口５３の上流側に流入管路５４を介し
て混合器１０が設けられ、出口５５側の下流の流出管路
５６にはノズル部２４が設けられている。

【００２３】この実施例の気液混合槽５０は、緩急を繰
り返しながら段階的に液体が上から下に向う流路５２を
有し、この流路５２に気液混合流を流すことにより、流
路５２内では、流路５２の上部に気体、下部に液体が流
れる状態になり、気液の接触面積が広い流れが得られる
ものである。そして、緩急を繰り返しながら段階的に上
から下に液体が流れ落ちる流路５２の出口５５の流出管
路５６に、絞りとしてのノズル部２４を設けることによ
って、この流路内部の静圧を高め、気体の溶解効率を高
めるものである。また、気液混合流の流入管路５４の入
り口より出口の流出管路５６の位置が低いため、流路５
２内に気液混合流が滞る形になり、さらに、流路５２に
おいて、密度の大きい液体の方が気体よりも流出が容易
になるため、気体が液体よりも流路５２内により多く滞
り、流入管路５４の段階では比較的気体の比率が低い場
合であっても、流路５２内では気体の比率が高いものと
なる。このため、気液混合槽５０内部で、高効率な気体
溶解が行われる。

【００２４】次にこの発明の第六実施例について図８を
基にして説明する。ここで、上述の実施例と同様の部材
は同一符号を付して説明を省略する。この実施例の気体
溶解装置は、池６０の水を対象としたもので、池６０の
水を気体溶解装置６２の吸引管路６４で吸い上げ、空気
を溶解させた後、混合部を兼ねる送出管路６６へ送り出
し、放出口６８から池６０の水中に、酸素が溶解した水
を放出するものである。この実施例の気体溶解装置６２
の構造は、上記各実施例の気体溶解装置の何れの構造で
あっても良いものである。また、放出口６８の位置は任
意に変えられるものであり、装置全体を移動式にしても
良いものである。

【００２５】この実施例の装置を用いて、アオコが発生
した防火用水（容積約２５ｍ³、大型の鯉約２０匹が生
息）で、夜間の溶存酸素の維持実験を行ったところ、翌
朝になっても、１０ｐｐｍ以上の溶存酸素濃度を維持す
ることができた。

【００２６】次にこの発明の第七実施例について図９を
基にして説明する。ここで、上述の実施例と同様の部材
は同一符号を付して説明を省略する。この実施例の気体
溶解装置は、養殖池等に水を供給するために、汲み上げ
た井戸水の溶存酸素濃度を向上させるためのものであ
る。この実施例では、井戸７０からポンプ７２により井
戸水が汲み上げられ、気体溶解装置７４によりその井戸
水に酸素を溶解させ、池７６へ放出パイプ７８を介して
放出される。このポンプ７２は、井戸水のくみ上げと、
井戸水を気体溶解装置７４へ圧送するためのものとを兼
ねたものである。また、放出パイプ７８は、池７６の上
方で開口しているが、池７６内に開口したものでも良
い。この実施例によっても、養殖池の水を溶存酸素濃度
の高い水にすることができ、しかも比較的少ない動力
で、効率的に酸素の供給が可能である。

【００２７】なお、この発明の気体溶解装置は、溶解さ
せる気体として、空気や酸素以外に、二酸化炭素や窒
素、アルゴンその他の不活性気体等であっても良く、そ
の用途は問わないものである。

【００２８】

【発明の効果】この発明の気体溶解方法及び気体溶解装
置は、簡単な装置でしかも比較的小さい動力源で効率よ
く連続的に気体を液体中に溶解させることができるもの
である。また、被処理液を溜めて気体を溶解させるもの
ではないので、装置や気体溶解液を放出する部分の移動
が容易である。さらに、混合部で、液体中に加圧下で気
体を溶解させるので、先に解けていた気体を追い出すこ
となく、所望の気体の溶解度を上げることができるもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の気体溶解装置の第一実施例を示す概
略縦断面図である。

【図２】この実施例の気体溶解装置と従来の技術の装置
との気体の溶解状態を比較したグラフである。

【図３】この発明の第二実施例の気体溶解装置の混合器
の縦断面図である。

【図４】この発明の第三実施例の気体溶解装置の概略縦
断面図である。

【図５】この発明の第四実施例の気体溶解装置の混合器
の部分破断側面図である。

【図６】この発明の第五実施例の気体溶解装置の気液混
合槽を示す概略縦断面図である。

【図７】この第五実施例の気体溶解装置の概略図であ
る。

【図８】この発明の第六実施例の気体溶解装置を示す概
略斜視図である。

【図９】この発明の第七実施例の気体溶解装置を示す概
略図である。

【符号の説明】

１０混合器１２のど部１４流路１６広がり部１７気体流入部１８気体流入口２０混合部２２ノズル口２４ノズル部２６被処理液

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柏雅一大阪府大阪市淀川区三国本町１丁目10番40 号和泉電気株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体の流路に設けられた絞り部により流
路の一部を絞り、この絞り部の下流側で徐々にこの流路
を広げるとともに、上記絞り部のわずかに下流側で気体
を流入させ気液混合流を形成し、この流路の下流にノズ
ル部を設けてこのノズル部の上流側の流路内の圧力を上
昇させ、このノズル部の上流側の流路内部で液体に気体
を溶解させ、気体が溶解した気液混合流を、上記ノズル
部を経て上記気体を溶かす被処理液中に噴射して溶存気
体濃度を向上させる気体溶解方法。
【請求項２】上記気液混合流の液体中に、気体を過飽
和状態まで溶解させるものである請求項１記載の気体溶
解方法。
【請求項３】上記ノズル部の下流側で、上記被処理液
を上記気液混合流に混ぜて、上記気液混合流を希釈する
請求項１又は２記載の気体溶解方法。
【請求項４】液体の流路に設けられた絞り部と、この
絞り部に続いてこの流路を徐々に広げた広がり部と、上
記絞り部のわずかに下流側の上記広がり部に設けられた
気体流入口と、上記広がり部の下流に設けられ流路中の
液体と上記気体流入口から流入した気体とを混合する混
合部と、この混合部の出口側に設けられ気体が溶解され
る被処理液中に接続されたノズル部とを設けた気体溶解
装置。
【請求項５】上記ノズル部の下流側には、上記被処理
液を上記気体と液体との混合流に還流させる還流管路
と、この還流管路が上記ノズル部の下流側の流路と交わ
った希釈部とを有した請求項４記載の気体溶解装置。
【請求項６】上記流路の気体流入口が開口した部分
は、上記絞り部から上記気液混合流の流れる方向に断面
積の等しい気体流入部が形成され、この気体流入部から
連続して下流側に上記広がり部を設けた請求項４又は５
記載の気体溶解装置。
【請求項７】上記混合部は、その流路が段階的に緩急
を繰り返す形状に形成されていることを特徴とする請求
項４，５又は６記載の気体溶解装置。