JPH08131800A

JPH08131800A - 気液溶解混合装置

Info

Publication number: JPH08131800A
Application number: JP29065594A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Kashiwa; 雅一柏
Original assignee: Idec Izumi Corp
Current assignee: Idec Izumi Corp
Priority date: 1994-10-31
Filing date: 1994-10-31
Publication date: 1996-05-28
Anticipated expiration: 2016-01-09
Also published as: JP3122320B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】簡単な構成で、流路のエネルギー損失が少な
く、気体の混合効率も良いものにする。【構成】液体が流れる流路の途中でその流路が並列に
複数分岐した分岐点３６を形成し、この複数の流路に絞
り部４０を各々設け、絞り部４０の位置を、分岐した各
流路の流路方向の中心より互いに内側に偏心させて配置
する。偏心した絞り部４０の上流側の流路外壁面に、徐
々に流路が狭くなって分岐点３６に至る略テーパ状の収
束流路３５を形成する。絞り部４０に引き続いてその流
路の下流側に気体流入部４２を設け、気体流入部４２に
外部から気体を流入させる気体流入孔５０を形成する。
気体流入部４２の下流に流路を徐々に広げた広がり部４
４を設け、広がり部４４の下流に合流点４６を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液体に気体を流入さ
せて、液体中に気泡として気体を混合分散させたり、気
体を効率よく液体に溶解させる気液溶解混合装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、本願出願人による特願平５−２３
４１７３号等に示されている気液溶解混合装置は、液体
中に気体を流入させ混合する混合器を有したものが提案
されている。この混合器は、絞り部である喉部が中央に
設けられたベンチュリ管状の流路が同心的に一つ形成さ
れている。この喉部の下流には、喉部よりわずかに内径
が大きく所定長さ断面積が一定に形成された気体流入部
と、この気体流入部に続いて設けられ下流側に向かって
流路を広げた広がり部が形成されている。そして、この
気体流入部には、気体入口部に接続された気体流入孔が
開口しているものである。

【０００３】さらに、本願出願人は、より気体の吸引効
率をよくし、複数種類の気体の吸引が可能な吸引器を有
した気液溶解混合装置も提案している。この吸引器１の
構造は、図１０、図１１に示すように、液体が流れる流
路２の途中でその流路２が並列に複数分岐した分岐点を
形成し、この並列に複数分岐した複数の流路２に、ベン
チュリ管状の絞り部４が各々設けられている。この絞り
部４に引き続いて、その流路の下流側に設けられ流体流
路方向に断面積の等しい気体流入部５が設けられ、この
気体流入部５に、外部から気体を流入させる気体流入孔
６が接続されている。さらに、上記気体流入部５の下流
には、流路を徐々に広げた広がり部７が設けられ、この
広がり部７又はその下流に、上記並列に複数分岐した流
路２を再び合流させる合流点が形成され、この合流点の
下流に、流路中の液体と上記気体流入孔６から流入した
気体を加圧し混合する図示しない加圧混合部が設けら
れ、この加圧混合部の出口側にノズルが設けられている
ものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術の前者
の場合、液体の流量が増大するに従い、吸引する気体の
割合が減少して行き、一つの流路における液体の最大処
理量が少なかった。これは、液体流量を上げるために
は、流路を全体的に大きくすれば良いが、液体流量は、
流路の断面積に比例して増大し、流入する気体は、ある
程度以上の太さの流路においては、流路の外周縁の円周
長にほぼ比例するので、流路を大きくすればするほど、
気体が液体中に混合される割合が減少するからである。

【０００５】また、上記従来の技術の後者の場合、液体
に対する気体の割合は流量の増加によって減少すること
はないが、図１０に示すように、流路２の流れの方向に
対して直角に形成された平坦な入口部平坦面３が、流路
の障害壁となり、液体の圧送エネルギーの大きな損失原
因となっていた。これは、この吸引器１は円柱状に形成
され、その円柱内に、２本の分岐した流路２を形成しよ
うとしているので、絞り部４の位置が各分岐した流路２
の中心に位置するように配置すると、この入口部平坦面
３が必然的に形成されてしまうものであった。そして、
この入口部平坦面３では、液体を圧送するエネルギーの
５〜１０％が損失しているものである。

【０００６】この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑
みてなされたもので、簡単な構成で、流路のエネルギー
損失が少なく、気体の混合効率も良い気液溶解混合装置
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、液体が流れ
る流路の途中でその流路が並列に複数分岐した分岐点を
形成し、この並列に分岐した複数の流路に、ベンチュリ
管やオリフィス等の絞り部を各々設け、この絞り部の位
置を、上記分岐した各流路の流路方向の中心より互いに
内側に偏心させて配置し、この偏心した上記絞り部の上
流側の上記流路外壁面に、徐々に流路が狭くなって上記
分岐点に至る略テーパ状の収束流路を形成し、上記絞り
部に引き続いてその流路の下流側に設けられ流体流路方
向に断面積の等しい気体流入部を設け、この気体流入部
に外部から気体を流入させる気体流入孔を形成し、上記
気体流入部の下流に流路を徐々に広げた広がり部を設
け、この広がり部又はその下流に上記並列に複数分岐し
た流路を再び合流させる合流点を形成し、この合流点の
下流に流路中の液体と上記気体流入孔から流入した気体
を加圧し混合する加圧混合部を設け、この加圧混合部の
出口側にノズルを備えた気液溶解混合装置である。

【０００８】さらにこの発明は、上記分岐点から下流の
上記絞り部と、上記気体流入部と、上記気体流入孔と、
上記広がり部と、上記合流点を、一体の円柱状の吸引器
に形成し、各絞り部をこの円柱状の吸引器の液体流方向
の中心に対して、所定角度毎の回転対称に配置した気液
溶解混合装置である。また、上記収束流路は、上記分岐
点から上記各絞り部に至る流路に連続して収束した部分
コーン状の形状に形成されているものである。さらに、
上記絞り部を上記中心線に対して同心的な複数の仮想円
周上に回転対称に配置したものである。

【０００９】

【作用】この発明の気液溶解混合装置は、流路を並列に
複数分岐し、分岐された流路の途中に設けられた絞り部
により、流路中の液体の静圧が低下し、そのわずかに下
流の気体流入部から気体を流入させ気液混合流を形成さ
せる。この時、分岐点での流れに対する抵抗は、上記絞
り部が互いに内側に偏心して形成されているので、流れ
の分岐点に至る収束流路を大きく略テーパ状に形成可能
であり、流れの障害となる平坦面の面積を小さくするこ
とができる。そして、その下流の加圧混合部で、流れが
遅くなり静圧が増大し、流入した気体を液体中に溶解さ
せる。さらに、加圧混合部の出口部のノズルによって、
上記気液混合流を加速させて再び静圧を低くさせ、液体
中から溶解した気体を微小気泡として析出させるととも
に、ノズルを通過させる際に流れの乱れによって、溶解
しきらなかった気泡をせん断し細分化して微小気泡を発
生させるものである。

【００１０】また、上記流路を一体の円筒状の吸引器に
形成し、各絞り部を回転対称に配置することにより、各
絞り部の下流の気体流入部に吸引器の外周面から容易に
気体流入孔を形成することができる。さらに、上記収束
流路を絞り部まで連続的に形成することにより、液体流
れの抵抗を少なくし、この吸引器でのエネルギー損失を
最小限に抑えることができる。

【００１１】

【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２、図３
は、この発明の第一実施例の気液溶解混合装置を示すも
ので、この実施例の気液溶解混合装置には、水その他の
液体供給部である水槽１０と、その液体を圧送するポン
プ１４が配管１２で接続されている。ポンプ１４の吐出
側にも配管１６が接続され、配管１６の先端部は、空気
等の気体を液体流れに流入させる吸引器１８の液体入口
部３４に接続されている。そして、この吸引器１８の出
口部４８には、気体と液体を加圧し混合する加圧混合部
を兼ねる配管２０が接続され、この配管２０の先端部に
ノズル２２が取り付けられている。配管２０は、フレキ
シブルなものでも、鋼管等の硬い管でも良い。このノズ
ル２２は、発泡させ又は気体を溶解させた液体を収容す
る発泡液槽２４の下方に接続されている。

【００１２】吸引器１８にはその側面の２ケ所に、気体
入口部２８が設けられ、この気体入口部２８には、各々
流量調節弁３２が配管３０を経て接続されている。流量
調節弁３２の上流側は、図示しないボンベや大気等の気
体供給源に図示しない配管を介して接続されている。こ
の実施例で流量調節弁３２は２個存在するが、それが同
一の気体供給源に接続されていても異なる気体供給源に
接続されていても良い。また、空気を吸引させる場合は
流量調節弁３２の上流側の配管を大気圧下に解放しても
良い。また気体流量を調節しなくても良い場合は、流量
調節弁３２を省略しても良い。

【００１３】この実施例の吸引器１８は、図１、図２に
示すように、吸引器１８が金属等により一体に形成さ
れ、入口部３４の内部の分岐点３６で液体流路が並列に
２つに分岐している。分岐後の各流路には、絞り部を形
成する喉部４０が設けられ、各流路は、ベンチュリ管状
に形成されている。この喉部４０は分岐した各流路の中
心より互いに流路方向の中心線側である内側に偏心させ
て、互いに対称に配置されている。そして、液体流路の
入口部３４から分岐点３６までの間は、テーパが形成さ
れた部分コーン状の収束流路３５が形成され、この収束
流路３５に連続して分岐点３６から各喉部４０までの流
路も、コーン状に形成されている。従って、この収束流
路３５は、互いに円錐が途中まで合体した状態の外側面
形状に形成されている。そして、図１に示すように、こ
の収束流路３５の上流側端部には、入口部３４で液体流
に対して垂直に形成された平坦面３７が形成されてい
る。平坦面３７は、喉部４０が互いに内側に偏心してい
るので、収束流路３５を大きく取ることができ、入口部
３４の互いに対向する２ケ所のわずかな範囲となってい
る。

【００１４】喉部４０の下流には、この喉部４０よりわ
ずかに内径が大きく、円筒状に流体流れ方向に所定長さ
だけ断面積が一定に形成された気体流入部４２が設けら
れ、この気体流入部４２の喉部４０のわずかに下流側の
位置に、気体が流入する気体流入孔５０が設けられてい
る。そして、分岐していた各流路は、気体流入部４２の
後、広がり部４４を経て合流点４６で合流している。ま
た、この実施例ノズル２２には、ノズル２２の端面及び
側面には、複数のノズル孔又は、単一のノズル孔が形成
されている。さらに、ノズル孔５４は、固定絞りでも、
バルブ等の可変絞りでも良い。

【００１５】次に、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。水槽１０の液体は、ポンプ
１４で吸引器１８に圧送される。吸引器１８の液体入口
部３４に流入した液体は、収束流路３５で流れが連続的
に収束され、分岐点３６で２つの流路に分岐し、各流路
において喉部４０で最大流速となり、静圧が最小とな
り、この後気体流入部４２、広がり部４４を経て静圧が
再び増大する。広がり部４４の後、分岐していた流路は
合流点４６で再び一つに合流する。ここで、液体がベン
チュリ管状の流路を流れることにより、静圧が相対的に
最低の喉部４０のわずかに下流に開口した気体流入孔５
０から、気体が液体流れの中に流入する。気体流入部４
２は、喉部４０よりわずかに広いだけなので、この部分
の静圧も相対的にほぼ最低圧になっており、気体が、流
量調節弁３２、配管３０、気体入口部２８及び気体流入
孔５０を経て、吸引器１８の流路中に流入する。ここ
で、この気体流入孔５０を喉部４０に開口させないの
は、喉部４０が静圧の最も低くなる部分であるが、喉部
４０に気体流入孔５０を設けると、気体の吸い込みが良
くないためである。

【００１６】気体流入孔５０から液体流れ中に流入した
気体は、気泡となって流路中の液体とともに吸引器１８
の出口部４８へ流れ、合流点４６で分岐した流れが合流
し、加圧混合部を兼ねる配管２０に流入する。配管２０
内では、流速が落ちて流れの静圧が相対的に高くなるの
で、気泡となった気体が液体中に溶解していく。そし
て、配管２０からノズル２２のノズル孔５４を経て発泡
液２６中に気泡と共に液体が噴出される。ノズル孔５４
を通過する際には、液体が再び加速されるので、その静
圧は低くなり、液体中に溶解していた気体が微小気泡と
して析出する。さらに、溶解しきらなかった気泡も、ノ
ズル孔５４で加速される際に流れの乱れ等による剪断力
によって細分化され、小径の気泡となって液体とともに
放出される。

【００１７】この実施例の気液溶解混合装置の、分岐し
た各流路における喉部４０の断面積、気体流入部４２の
断面積、ノズル孔２２の断面積の総和と、喉部４０の断
面積の総和の関係は、以下の式を満たすものであれはよ
い。ＰAn＜ＰGn ・・・（１）ＰGn（ｎは自然数で、各気体流入部４２に対応する）は
各気体流入孔５０から流入する気体の圧力。ＰAnは流体
力学上の連続の式及びベルヌーイの定理により、以下の
式により与えられる各気体流入部４２の静圧である。ＰAn＝｛１−（ＳAn²ＳC)/(ＳA²ＳBn²)}Ｐ1 ＋（δＰ＋ＰB){(ＳAn²ＳC²)/(ＳA²ＳBn²)} ・・・（２）ここで、ＳAは喉部４０の断面積の総和、ＳAnは各喉部
４０の断面積、ＳBnは各気体流入部４２の断面積、ＳC
はノズル孔５４の断面積の総和、Ｐ1は気体流入部４２
の総圧、δＰは吸引器１８からノズル２２までの圧力損
失、ＰBはノズル孔５４の出口の総圧。

【００１８】従って、上記式（１）、（２）を満たすよ
うにそれぞれの気体流入部４２及びノズル孔５４の大き
さを設定することにより、液体中に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
を兼ねる配管２０は、加圧下での液体に気体が溶解し飽
和するまでの気液の接触時間が得られるものであればよ
り好ましく、気液の接触時間は配管の体積に依存するの
で、配管の長さがある程度長い方が気体が飽和点まで溶
解する。また、飽和点まで気体を溶解させる必要がない
場合は、配管２０は短いものであっても良い。

【００１９】この実施例の気液溶解混合装置を用いる
と、吸引器１８の入口部３４の平坦面３７でのエネルギ
ー損失は、全体の使用エネルギーの１％以下とすること
ができた。さらに、液体の最大処理量も、従来と比較し
て大幅に増大させることができた。さらに、この実施例
の気液溶解混合装置によれば、気液が溶解混合するのに
最適な流量の液体を各流路ごとに流すことができ、効率
よく空気やその他の気体を液体中に混合させることがで
きるものである。また、一体の吸引器１８に複数の流路
を形成する構造としたので、例えばボール盤等で簡単に
工作することが可能な構造であり、取扱や設置も容易な
ものである。

【００２０】なお、吸引器１８には、広がり部４４の後
で合流点４６が設けられているが、広がり部４４を兼ね
て、気体流入部４２の下流に直接合流点４６を設けても
良い。また、気体流入部４２から流入する気体量は気体
流量調節弁３２によって調節することができる。特に、
吸引器１８における気体流入部４２が独立しているため
に、この実施例の気液溶解混合装置においては、複数あ
る気体入口部２８から流入する気体流量を気体流量調節
弁３２を用いて独立して調節することができる。

【００２１】次にこの発明の第二実施例について図４、
図５を基にして説明する。なお、上記実施例と同様の部
材は同一符号を付して説明を省略する。この実施例は、
吸引器１８に４分割された流路を設けたものである。各
喉部４０は、各々吸引器１８の流路方向の中心線に対し
て、９０度間隔の回転対称に形成されている。各喉部４
０に向かって、上流側には、各々収束流路３５が部分コ
ーン状に形成され、分岐点３６で各喉部４０毎に流路が
分岐されて、さらに流路が収束されて喉部４０に至って
いる。

【００２２】喉部４０の下流側には、各々気体流入部４
２が同様に４ケ所に９０度間隔で配置され、各気体流入
部４２に、気体流入孔５０が接続されている。そして、
広がり部４４を経て、合流点４６で各流路が合流してい
る。

【００２３】この実施例によれば、さらに入口部３４の
平坦部３７の総面積を小さくすることができ、少ない流
路抵抗で、液体流量及び気体流入量を大きくすることが
できるものである。

【００２４】次にこの発明の第三実施例について図６、
図７を基にして説明する。なお、上記実施例と同様の部
材は同一符号を付して説明を省略する。この実施例は、
吸引器１８に８分割された流路を設けたものである。各
喉部４０は、各々吸引器１８の流路方向の中心に対し
て、４５度間隔の回転対称に、同じ仮想円上に形成され
ている。各喉部４０に向かって、上流側には、各々収束
流路３５が部分コーン状に形成され、分岐点３６で各喉
部４０毎に流路が分岐されて、さらに流路が収束されて
喉部４０に至っている。そして、各喉部４０の下流側に
は、各々気体流入部４２が同様に８ケ所に、４５度間隔
で配置され、各気体流入部４２に、気体流入孔５０が接
続されている。そして、広がり部４４を経て、合流点４
６で各流路が合流している。

【００２５】この実施例によれば、さらに、入口部３４
の平坦部３７の総面積を極めて小さいものにすることが
でき、液体流量及び気体流入量を大幅に大きくすること
ができるものである。

【００２６】次にこの発明の第四実施例について図８、
図９を基にして説明する。なお、上記実施例と同様の部
材は同一符号を付して説明を省略する。この実施例は、
吸引器１８に８分割された流路を設けたものである。各
喉部４０は、各々吸引器１８の流路方向の中心に対し
て、９０度間隔の回転対称に形成された４個の喉部４０
が、同心的に２重に形成されている。９０度間隔の各喉
部４０は、２重の仮想円上に位置し、内側と外側の喉部
４０は、互いに４５度回転方向に位置がずれて配置され
ている。そして、各喉部４０に向かって、上流側には、
上記と同様に各々収束流路３５が部分コーン状に形成さ
れ、分岐点３６で各喉部４０毎に流路が分岐されて、さ
らに流路が収束されて喉部４０に至っている。そして、
各喉部４０の下流側には、各々気体流入部４２が同様に
８ケ所に、４５度間隔で配置され、各気体流入部４２
に、気体流入孔５０が接続されている。そして、広がり
部４４を経て、合流点４６で各流路が合流している。

【００２７】この実施例でも上記実施例と同様に、入口
部３４の平坦部３７の総面積を極めて小さいものにする
ことができ、さらに喉部４０の数を増加させることも容
易に可能なものである。したがって、液体流量及び気体
流入量を大幅に大きくすることができるものである。

【００２８】なお、この実施例の吸引器の絞り部のは位
置及び数は適宜選択可能なものであり、分岐した流路の
一部に喉部を形成してもよく、分岐した流路の一部に気
体流入部を形成して気体を流入させるようにしてもよい
ものである。さらに、入口部の平坦部をなくして、入口
部から収束流路に接続した斜面を形成しても良いもので
ある。

【００２９】

【発明の効果】この発明の気液溶解混合装置によれば、
複数に分岐される液体流路の途中に設けられた絞り部
を、互いに中心側に偏心させ、その絞り部に至る流路に
収束流路を形成したので、分岐点付近での流路の障害壁
となる平坦部が小さくなり、その部分でのエネルギー損
失を大幅に小さくすることができる。また、円筒状の吸
引器に複数の分岐した流路を形成することにより、小型
の装置で、効率よく液体中に気体を混合溶解させること
ができる。

【００３０】また、絞り部を、同心的に形成することに
より、液体の流れを均等に分岐させ、各分岐流路に最適
な条件で気体を混合溶解させることができる。さらに、
絞り部を複数の同心円上に配置することにより、より多
くの分岐流路を形成することができ、さらに効率よく液
体中に気体を混合溶解させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第一実施例の気液溶解混合装置装置
の吸引器の正面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】この発明の第一実施例の気液溶解混合装置装置
の全体構成を示す概略図である。

【図４】この発明の第二実施例の気液溶解混合装置装置
の吸引器の正面図である。

【図５】図４のＢ−Ｂ線断面図である。

【図６】この発明の第三実施例の気液溶解混合装置装置
の吸引器の正面図である。

【図７】図６のＣ−Ｃ線断面図である。

【図８】この発明の第四実施例の気液溶解混合装置装置
の吸引器の正面図である。

【図９】図８のＤ−Ｄ線断面図である。

【図１０】従来の気液溶解混合装置の吸引器の正面であ
る。

【図１１】図１０のＥ−Ｅ線断面図である。

【符号の説明】

１８吸引器３４入口部３５収束流路３６分岐点３７平坦部４０喉部（絞り部）４２気体流入部４４広がり部４６合流点５０気体流入孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体が流れる流路の途中でその流路が並
列に複数分岐した分岐点を形成し、この並列に分岐した
複数の流路に、絞り部を各々設け、この絞り部の位置を
上記分岐した各流路の中心より互いに内側に偏心させて
配置し、この偏心した上記絞り部の上流側の上記流路外
壁面に、徐々に流路が狭くなって上記分岐点に至る略テ
ーパ状の収束流路を形成し、上記絞り部に引き続いてそ
の流路の下流側に設けられ流体流路方向に断面積の等し
い気体流入部を設け、この気体流入部に外部から気体を
流入させる気体流入孔を形成し、上記気体流入部の下流
に流路を徐々に広げた広がり部を設け、この広がり部又
はその下流に上記並列に複数分岐した流路を再び合流さ
せる合流点を形成し、この合流点の下流に流路中の液体
と上記気体流入孔から流入した気体を加圧し混合する加
圧混合部を設け、この加圧混合部の出口側にノズルを備
えた気液溶解混合装置。
【請求項２】上記分岐点から下流の上記絞り部と、上
記気体流入部と、上記気体流入孔と、上記広がり部と、
上記合流点を、一体の円柱状の吸引器に形成し、各絞り
部をこの円柱状の吸引器の液体流方向の中心に対して、
所定角度毎の回転対称に配置した請求項１記載の気液溶
解混合装置。
【請求項３】上記収束流路は、上記分岐点から上記各
絞り部に至る流路に連続して収束した部分コーン状に形
成されている請求項１又は２記載の気液溶解混合装置。
【請求項４】上記絞り部を上記中心線に対して同心的
な複数の仮想円周上に回転対称に配置した請求項２又は
３記載の気液溶解混合装置。