JPH07328402A

JPH07328402A - 気液溶解混合装置

Info

Publication number: JPH07328402A
Application number: JP14118294A
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: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 1995-12-19
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: JP2792016B2

Abstract

(57)【要約】【目的】連続的にエネルギー効率がよく、大量に気体
を液体中に溶解、混合させる。【構成】液体の流路に設けられた絞り部２２と、この
絞り部２２につづいてこの流路を徐々に広げた広がり部
２６と、絞り部２２のわずかに下流側に設けられた気体
流入口２８を設ける。広がり部２６の下流に設けられ流
路２４中の液体と気体流入口２８から流入した気体とを
混合する混合部３４と、この混合部３４の出口側に設け
られたノズル部１６等の出口絞りとを有し、気体流入口
２８に接続された、コンプレッサ３２等の気体圧送手段
を備えている。気体流入口２８から気体圧送手段により
流入する気体の圧力は、この気体流入口２８の部分での
流路２４の静圧より大きく、混合部３４の最大静圧より
低く設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、各種の気体を加圧下
液体中で反応させたり、溶解させるための気液溶解混合
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に気体と液体を加圧下で反応
させたり、気体を液体中に溶解させる方法として、気体
を溶解させたい液体を加圧タンク内に一旦収容し、この
液体中に大量の気体を送り込み、この加圧タンク内で気
液反応及び気体の溶解を行わせる気液溶解混合方法があ
った。

【０００３】また、本願出願出願人による、特願平４−
１４９８８０号に示すように、液体の流路に設けられた
ベンチュリ管状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、負圧になった気体流入口
から気体を吸引し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
体に気体を加圧溶解させ、気体が溶解した気液混合流
を、上記ノズル部を経て供給する気液溶解混合装置も提
案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術の加圧
タンクを用いたものの場合、加圧タンク内の液体は、止
まった状態で、タンク内に収容された液体に気体を溶解
させなければならず、連続的に液体に気体を溶解させる
ことができないものであった。従って、気液の高接触状
態を加圧タンク内で得るには、大量の気体を加圧タンク
内に注入しなければならず、気体の無駄が多く効率の悪
いものであった。特に高価な気体を用いる場合には、コ
スト上昇の原因となっていた。さらに、加圧タンク内
で、気体を溶解させるには、加圧タンク内の液体と注入
する気体との圧力を適切に調整しなければならず、この
調整が、気温、気圧、液温等により変化するため、これ
らのパラメータが変動する度に、各圧力調整を行わなけ
ればならないという問題があった。

【０００５】また上記本願出願による気液溶解混合装置
の場合、気液混合流を得るために、液体をポンプにより
圧送しているものであり、液体の圧送圧を比較的大きく
しなければならず、大きな動力を必要とするものであっ
た。従って、エネルギー効率が良くなく、ポンプ等の圧
送装置も限られたものとなっていた。

【０００６】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、連続的にエネルギー効率がよく、大
量に気体を液体中に溶解、混合させることができる気液
溶解混合装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【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に設けられた気体流入
口とを設け、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管路
等からなる混合部と、この混合部の出口側に設けられた
バルブや固定絞りまたはノズル部等の出口絞りとを有
し、さらに、上記気体流入口に接続された、コンプレッ
サやボンベ等の気体圧送手段とを備えている気液溶解混
合装置である。そして、上記気体流入口から上記気体圧
送手段により流入する気体の圧力は、この気体流入口の
部分での上記流路の静圧より大きく、上記混合部の最大
静圧より低く設定されている。

【０００８】さらに、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
断面積の等しい筒状の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。また、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ものである。また、上
記出口絞りの上流側に、上方に突き出した分岐流路を設
け、この分岐流路の下流側に、溶解し切らなかった気体
を排気する排気絞りを設けたものである。また、上記混
合部と上記気体圧送手段のうち少なくとも一方の圧力を
検知する圧力センサを設け、上記気体圧送手段の圧送気
体圧や流量を、制御装置を介して制御するバルブやレギ
ュレータ等の調整部材を設けたものである。

【０００９】

【作用】この発明の気液溶解混合装置は、ベンチュリ管
ののど部等の絞り部のわずか下流側の気体流入部から気
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、
この後出口のノズル部等の出口絞りから気体が溶解した
液体を噴射するものである。またこの時、静圧の低下に
より、加圧溶解された気体が微細気泡として析出した
り、溶解し切らなかった気体が出口絞りにより剪断さ
れ、液体中に微小気泡を形成するものである。また、余
剰気体を気液混合流から排気することにより、液体中に
加圧溶解された気体のみを過飽和状態または微細気泡と
して析出した状態にすることも可能である。

【００１０】

【実施例】以下この発明の気液溶解混合装置の実施例に
ついて図面に基づいて説明する。図１〜図３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
施例の気液溶解混合装置は、水等の液体中に、空気や酸
素又はオゾンその他不活性ガス等種々の気体を混合する
混合器１０を有し、この混合器１０の流入部１１に液体
管路１２の先端部が取り付けられている。又、混合器１
０の流出部１３にも、管路１４が接続され、管路１４の
先端部には、出口絞りとしてのノズル部１６が取り付け
られている。ノズル部１６は、管状の取付部１８を介し
て、気体が溶解され又は気泡が形成された処理液２１を
収容した処理液槽２０の側壁に接続され開口している。
なお、この処理液２１は、予め処理液槽２０に、溜めら
れて、気液混合流により発泡等させられるものや、気液
混合流を溜めたものでも良い。

【００１１】混合器１０内には、図２に示すように、絞
り部であるのど部２２が中央部に設けられたベンチュリ
管状の流路２４が形成されている。このベンチュリ管状
の流路２４の下流側には、広がり部２６が形成され、の
ど部２２と広がり部２６との間の流路２４には、のど部
２２よりわずかに内径が大きく円筒状の気体流入部２７
が形成され、この気体流入部２７に、酸素や空気等の気
体を流路２４中に混合させるための気体流入口２８が形
成されている。気体流入口２８の外側の端部には、図１
に示すように、所定の気体を圧送する気体流入管路３０
の先端部が接続され、この気体流入管路３０は、気体圧
送手段であるコンプレッサ３２に接続されている。

【００１２】広がり部２６の下流側には、気体流入口２
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
３４が設けられている。混合部３４は、広がり部２６の
下流側の混合器１０の内部及び管路１４の内部からなる
ものである。管路１４の混合部３４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２６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。そして、この混合部３４を兼ねる管
路１４の先端部に設けられたノズル部１６には、図３に
示すように、複数のノズル口３６が形成され、取付部１
８に接続されている。なお、この出口絞りとしてのノズ
ル部１６は、単一のノズル口３６を有したものやバルブ
その他の絞りでも良い。

【００１３】この実施例の気液溶解混合装置の作用につ
いて以下に説明する。先ず、液体管路１２から混合器１
０の流入部１１に流入した水等の液体は、流路２４のの
ど部２２で加速されて、一旦静圧が低下し、広がり部２
６を経て流速が遅くなり再び静圧が増大する。このと
き、コンプレッサ３２により圧送された気体が、気体流
入口２８から流路２４の気体流入部２７に送り込まれ
る。ここで、気体流入部２７の静圧と、コンプレッサ３
２により圧送される気体の気体流入口２８での圧力と、
混合部３４内の最大静圧は、以下の式を満たすものでな
ければならない。Ｐ_A＜Ｐ_G＜Ｐ_M （１）ここで、Ｐ_Gは気体流入口２８から流入する気体の圧力Ｐ_Mは混合部３４内の最大静圧Ｐ_Aは流体力学上の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２７での静圧Ｐ_A＝（１−Ｓ² _B／Ｓ² _A）Ｐ ₁＋（δＰ＋Ｐ_B）Ｓ² _B／Ｓ² _A （２）ここで、Ｓ_Aは気体流入部２７の断面積、Ｓ_Bはノズル口
３６の断面積の総和、Ｐ ₁は気体流入部２７の総圧、δ
Ｐは気体流入部２７からノズル口３６までの圧力損失、
Ｐ_Bはノズル口３６の出口の静圧である。

【００１４】なお、この気体流入口２８を、流路２４の
うち静圧が最低となるのど部２２に開口させないのは、
のど部２２が最も静圧が低くなる部分ではあるが、のど
部２２に気体流入口２８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。また、気体流入部２７が流路２
４の流れの方向に等しい断面の円筒状に形成されている
のは、気体流入口２８を、この円筒状の流路２７に形成
した方が気体の流入がスムーズ且つ効率的だからであ
る。

【００１５】従って、上記式（１）、（２）を満たす様
にコンプレサ３２の圧送圧、気体流入部２７及びノズル
口３６の大きさ等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３４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３４の長さがある程度長い
方がよい。

【００１６】気体流入口２８から流入した気体は、気泡
となって流路２４中の液体とともに混合部３４に流れ、
気泡となった気体は、混合部３４の静圧がのど部２２よ
り高いので液体中に溶解していく。そして、混合部３４
からノズル口３６を経て、再び静圧が低くなり、溶解し
ていた気体が微細気泡となって液体中に析出する。ま
た、気体は過飽和状態で液体中に溶解しており、相対的
に取付部１８及び処理液槽２０内の静圧が混合部３４よ
り低いので、溶解していた気体が、数μｍ〜数十μｍの
微細気泡となって大量に液体中に析出する。さらに、溶
解し切らなかった気体は、ノズル口３６で細かく剪断さ
れ、数十〜数百μｍの微小気泡となって処理液２１中に
噴射される。

【００１７】この実施例の気液溶解混合装置によれば、
気体をコンプレッサで圧送して、流路２４中に送り込ん
でいるので、気体の流入がスムーズであり、しかも、液
体の圧送エネルギーを少なくすることができるものであ
る。実験的には、混合部３４での気液混合流を送る動力
が、気体を圧送せずに吸引のみで、同様の気液混合流を
送る場合と比較して、本実施例の場合、６０％程度の動
力で良いという結果が得られた。これは、この装置の動
力のほとんどが液体の圧送用に用いられるものであるこ
とから、本実施例では、液体の圧送用のポンプを従来の
６０％弱の動力にして、液体の圧送用ポンプと比較して
格段に小さい動力で作動する気体圧送用のコンプレッサ
３２を取り付けたことによるものである。これにより、
液体の圧送圧が小さくとも、圧送される気体により気液
混合流が容易に流れ、気体を圧送しない場合と同様の気
液混合流の流量が得られたものである。

【００１８】次にこの発明の第二実施例について図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。この実施例の混合
器４０は、気体流入部４７が、広がり部２６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２２のわずかに下流側の広がり部２６にこの気体流
入部４７が形成されているものである。そして、この斜
面部分の気体流入部４７に、気体を流路２４中に混合さ
せるための気体流入口２８が開口し、コンプレッサ３２
により気体が送り込まれるものである。この実施例の気
液溶解混合装置によっても、気体を効率よく液体中に混
合させることができ、全体として少ない動力で高効率で
気液溶解混合液を連続的に形成することができる。

【００１９】次にこの発明の第三実施例について図５、
図６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
の気液溶解混合装置は、上記第一実施例の混合部とし
て、図６に示すように、上から下に液体が段階的に流れ
落ちる流路５２が形成された気液混合槽５０を管路１４
の途中に設けたものである。そして、流路５２の入口５
３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１６
が設けられている。

【００２０】この実施例の気液混合槽５０の流路５２
は、緩急を繰り返しながら段階的に液体が上から下に向
うように形成され、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側の流出管路５６に、出口絞りとしてのノズル部１
６を設けることによって、この流路５２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５２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５
０内部で、高効率な気液溶解混合が行われる。

【００２１】次にこの発明の第四実施例について図７、
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
の気液溶解混合装置は、ノズル部１６の上流側の管路１
４の途中に、流路がＴ字状に分岐した分岐流路６１を有
する分岐部材６０を設けたものである。分岐部材６０
は、図示するように、分岐流路６１を上方に向けて取り
付けられ、分岐流路６１の下流側に、排気絞りであるバ
ルブ６２を介して、排気管路６４が取り付けられてい
る。

【００２２】この実施例の気液溶解混合装置は、分岐部
材６０で、気液混合流のうちの余剰気体が、情報の分岐
流路６１に流れ、バルブ６２を経て排気管路６４に流出
するようにしたものである。ここで、バルブ６２は、管
路１４内の加圧部３４の圧力を調整することができるも
のであり、余剰気体の排気とともに、加圧部３４内を所
望の圧力に維持する絞りとしても機能している。そし
て、この余剰気体を排気する分岐部材６０を設けること
により、処理液２１中には、数μｍ〜数十μｍの微細気
泡のみを形成することができるものである。

【００２３】次にこの発明の第五実施例について図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。この実施例の気液
溶解混合装置は、上記第四実施例の気液混合槽５０の流
路５２の圧力を検知する圧力センサ７０を設け、この圧
力センサ７０を出力を、制御装置７２に出力しているも
のである。制御装置７２は、圧力センサ７０の出力に対
応して、気体流入管路３０に設けられた圧力調整部材で
ある流量制御バルブ７４に接続されている。

【００２４】この実施例の気液溶解混合装置は、コンプ
レッサ３２を一定の出力で運転し、気液混合槽５０内の
圧力を検知して、気体流入管路３０の流量制御バルブ７
４を制御し、上記（１）、（２）式を満たす最適な気体
圧力Ｐ_Gを設定できるものである。これにより、最も効
率の良い気体圧送条件で、気液混合流を形成することが
でき、よりエネルギー効率の良い装置にすることができ
るものである。ここで、気体圧力の制御は、コンプレッ
サ３２自体を制御しても良いものである。また、コンプ
レッサ３２の代わりに、気体の圧送手段として、ボンベ
を用いた場合は、気体の圧送圧を調整するレギュレータ
を制御装置７２の出力により制御しても良いものであ
る。また、この実施例の圧力センサ７０を、上記第一実
施例の混合部３４に取り付けて、同様に圧送気体の制御
を行っても良いものである。

【００２５】さらに、気液混合槽５０内の圧力は、液体
の液送圧と出口絞りであるノズル部１６によりほぼ一定
の値に維持されているので、圧送する気体圧を検知し
て、気体流入口２８で所望の気体圧力気体圧力Ｐ_Gにな
るようにしてもよい。即ち、図９の２点鎖線で示すよう
に、圧力センサ７０の代わりに、コンプレッサ３２と流
量制御バルブ７４の間に設けられたアキュムレータに圧
力センサ７６を取り付け、この圧力センサ７６の出力を
制御装置７２に入力させ、流量制御バルブ７４を上述の
ように調整しても良いものである。さらには、上記圧力
センサ７０，７６の両方を取り付けて、ノズル部１６の
詰まりや、その他の原因による気液混合槽５０内のわず
かな圧力変動に対しても、圧送する気体圧力を制御し
て、気液混合送５０内の圧力を、気液の溶解混合に対し
て最適な圧力状態に維持させることも可能なものであ
る。

【００２６】なお、この発明の気液溶解混合装置は、気
体の圧送手段として、コンプレッサ以外に、気体を貯蔵
したボンベやタンクでも良く、その他の気体圧送源を接
続したものでも良い。また、気体の圧送条件は、上記式
（１）、（２）を満たすものであれば良く、適宜設定し
得るものである。

【００２７】

【発明の効果】この発明の気液溶解混合装置は、簡単な
装置でしかも全体として比較的小さい動力でエネルギー
効率がよく連続的に気体を液体中に混合、溶解させるこ
とができるものである。さらに、液体の圧送圧を下げる
ことができるので、液体の圧送用のポンプ等の選択肢も
広いものにすることがでる。また、上記式（１）の条件
は比較的幅があり、気温や液温等の条件が多少変化して
も、十分に高効率で、気液溶解混合を行うことができる
ものである。さらには、圧送する気体の圧力を制御する
ことにより、より効率の良い気液溶解混合状態を形成す
ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の気液溶解混合装置の第一実施例を示
す概略図である。

【図２】この第一実施例の気液溶解混合装置の混合器の
縦断面図である。

【図３】この第一実施例の気液溶解混合装置のノズル部
の縦断面図である。

【図４】この発明の第二実施例の気液溶解混合装置の混
合器の縦断面図である。

【図５】この発明の第三実施例の気液溶解混合装置の概
略図である。

【図６】この第三実施例の気液溶解混合装置の気液混合
槽を示す概略縦断面図である。

【図７】この発明の第四実施例の気液溶解混合装置を示
す概略図である。

【図８】この第四実施例の気液溶解混合装置の分岐部材
の縦断面図である。

【図９】この発明の第五実施例の気液溶解混合装置を示
す概略図である。

【符号の説明】

１０混合器１４管路１６ノズル部（出口絞り）２２のど部２４流路２６広がり部２７気体流入部２８気体流入口３２コンプレッサ（気体流入手段）３４混合部

───────────────────────────────────────────────────── 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加圧混合し気液混合流
を形成する混合部と、この混合部の出口側に設けられた
出口絞りと、上記気体流入口に接続された気体圧送手段
とを備え、上記気体圧送手段により上記気体流入口から
流入する気体の圧力は、この気体流入口の部分での上記
流路の静圧より大きく、上記混合部の最大静圧より低く
設定された気液溶解混合装置。
【請求項２】液体の流路に設けられた絞り部と、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加圧混合し気液混合流
を形成する混合部と、この混合部の出口側に設けられた
出口絞りと、上記気体流入口に接続された気体圧送手段
と、上記混合部と上記気体圧送手段のうち少なくとも一
方の圧力を検知する圧力センサと、この圧力センサの出
力により上記気体圧送手段の圧送気体圧を制御する制御
装置と、この制御装置により上記気体圧送手段から上記
気体流入口に送られる気体の圧力を調整する調整部材と
を備え、上記気体圧送手段により上記気体流入口から流
入する気体の圧力は、この気体流入口の部分での上記流
路の静圧より大きく、上記混合部の最大静圧より低く設
定された気液溶解混合装置。
【請求項３】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
積の等しい筒状の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１
又は２記載の気液溶解混合装置。
【請求項４】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請求項１，２又は３記
載の気液溶解混合装置。
【請求項５】上記出口絞りの上流側に、上方に突き出
した分岐流路を設け、この分岐流路の下流側に、溶解し
切らなかった気体を排気する排気絞りを設けた請求項
１，２，３又は４記載の気液溶解混合装置。