JPH0889771A

JPH0889771A - 気体溶解装置および気体溶解方法

Info

Publication number: JPH0889771A
Application number: JP6223179A
Authority: JP
Inventors: Takanori Anazawa; 孝典穴澤
Original assignee: Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 1994-09-19
Filing date: 1994-09-19
Publication date: 1996-04-09

Abstract

(57)【要約】【構成】加圧液体と加圧気体とを接触させることによ
り、気体を液体に溶解させる加圧型気体溶解機構と、液
体流路において該加圧型気体溶解機構の後に設置された
降圧機構とで構成された気体溶解装置であって、降圧機
構が、複数のキャピラリーの内側に加圧液体を流すこと
により、液体を降圧させるべく構成されたものであるこ
とを特徴とする気体溶解装置。及び気体溶解液体の使用
圧力において過飽和に気体を溶解させた気体溶解液体
を、該装置を用いて製造する方法。【効果】気体溶解液体の使用圧力において過飽和に気
体を溶解させた液体を使用圧力まで降圧する場合でも、
過飽和に溶解した気体が気泡となって析出、逃散する量
が少ない。このため、気体溶解効率が向上し、溶解装置
の耐圧強度を低くでき、小型にすることができる。ま
た、発生する気泡を除去するための機構を省略できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体特に水または水溶
液に気体を溶解するための改良された装置に関するもの
であり、例えば、廃水処理、汚水処理、浮遊選鉱、養魚
や活魚運搬、炭酸水の製造、農業、林業、園芸、水産業
における有害生物の駆除、などの分野で利用される。

【０００２】

【従来の技術】液体に気体を溶解させる方法として、常
圧下で液体と気体を接触させる方法と、加圧した液体に
気体（気体の圧力は通常、液体と同圧力）を接触させる
方法（加圧型気体溶解）がある。加圧型気体溶解機構と
しては、加圧された棚段塔、充填塔、シャワー塔、気泡
塔などを用いた気液接触機構、耐圧容器中で加圧気体に
接した液体を攪拌するもの、小形耐圧容器中で加圧され
た液体と気体を高速攪拌混合するもの、送液ポンプなど
により液体を加圧しつつ気体と攪拌混合するもの、気体
透過性の膜を隔てて液体と気体を接触させるものなどが
知られている。

【０００３】加圧型気体溶解機構の場合は、常圧型気体
溶解機構（例えば常圧バブリング法や常圧吸収塔方式）
に比べて小さな装置で済み、また気体を高濃度に溶解さ
せることが可能で、気体溶解液体の使用圧力において過
飽和に溶解した気体溶解液体を製造可能であるという特
徴を有する。しかし気体を溶解した液体を気体溶解時よ
り低圧（例えば常圧）で使用する場合には、液体流路に
おいて加圧型気体溶解機構の後に降圧機構を設け、気体
を溶解した液体を使用圧力にまで降圧する必要がある。

【０００４】従来より降圧機構としては、主に減圧バル
ブまたは流量調節バルブ（いずれもこれらを通過するこ
とにより降圧されるため、以下まとめて減圧バルブと称
する）が用いられており、これらは２枚の板間の間隙、
または円錐状のニ−ドルと、ニ−ドルと同心円状に設置
された孔の間隙に液体を流すことにより減圧する構造で
あり、減圧部では液体に大きな剪断応力がかかってい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】加圧型気体溶解機構を
用いて、気体溶解液体の使用圧力に於いて過飽和に気体
を溶解させた場合には、使用圧力まで降圧すると過飽和
分が気泡として析出することは周知である。しかしなが
ら、過飽和分が析出するには時間を要するため、析出す
るまでに使用することは可能である。しかし、これまで
の加圧型気体溶解機構を用いて気体を溶解した液体を、
気体溶解時より低圧にて使用する場合、液体が装置を出
る時点で既に、溶解気体の無視できない量が気泡となっ
て析出してしまうという不都合が生じていた。

【０００６】降圧機構として減圧バルブを用いたこれま
での装置では、減圧バルブを通過した時点で気泡が発生
し、溶解させた気体の無駄が生じていただけでなく、気
体溶解液体の溶存気体濃度も理論値（平衡濃度）に比べ
て低いものとなっていた。逆に、目的の溶存気体濃度を
実現しようとすると、理論圧よりかなり高い気体圧力を
必要とした。気体圧力を高めるには液体圧力も高めねば
ならず、液体圧力を高めると装置コストがかさむ上、使
用圧力との差がさらに増加するために、発生する気泡量
も増加し、圧を高めた割には溶存濃度は増加しなかっ
た。また、気泡の発生は気体溶解液体を使用する上で邪
魔となる場合が多く、これを除去する機構を設ける必要
があった。また降圧機構として、気体溶解装置の後に長
尺パイプを接続し、パイプ内の圧力損失により降圧させ
ることも可能ではあるが、大きな設置スペースが必要と
なる上、気体溶解水の滞留時間が長くなり、やはり降圧
機構中での気泡の発生は免れなかった。

【０００７】

【課題を解決する手段】本発明者らは、気体溶解液体を
常圧で使用する場合において、溶存気体が気泡として析
出、逃散する量を減じることを目的として、気泡が発生
する原因について種々検討した結果、気泡は減圧バルブ
部分で発生することを突き止め、降圧部の構造について
検討し、本発明に到達した。

【０００８】即ち本発明の要旨は、加圧液体と加圧気体
とを接触させることにより、気体を液体に溶解させる加
圧型気体溶解機構と、液体流路において該加圧型気体溶
解機構の後に設置された降圧機構とで構成される気体溶
解装置てあって、降圧機構が、複数のキャピラリーの内
側に加圧液体を流すことにより、液体を降圧させるべく
構成されたものであることを特徴とする気体溶解装置お
よび、気体溶解液体の使用圧力より０．０２ＭＰａ以上
高い圧力の加圧液体と、気体溶解液体の使用圧力より
０．０１ＭＰａ以上高い圧力の加圧気体とを接触させる
ことにより気体を液体に溶解させた後、該気体溶解液体
を複数のキャピラリーの内側に流すことにより降圧させ
ることを特徴とする、気体溶解液体の使用圧力において
過飽和に気体を溶解させた気体溶解液体の製造方法にあ
る。

【０００９】以下にまず本発明の装置について詳細に説
明する。本発明の気体溶解装置は、加圧型気体溶解機構
と液体流路において該加圧型気体溶解機構の後に設置さ
れた降圧機構とで構成される。

【００１０】加圧型気体溶解機構としては、加圧した液
体に気体を溶解させる機構であれば、任意のものを使用
することができる。例えば、気体が透過し液体は透過し
ない膜の一方の側に加圧液体を通し他の側に加圧気体を
供給する膜式気体溶解機構（例えば特開平４−７０７８
号）、耐圧容器内で加圧液体と加圧気体を直接接触させ
る加圧溶解機構（例えば、棚段塔方式、充填塔方式、シ
ャワー塔方式、気泡塔方式、接触攪拌方式、高速攪拌方
式）、送液ポンプの吸入側または多段型送液ポンプの中
間段に気体を供給し、液体の加圧と攪拌溶解を同時に行
う機構、液化気体やドライアイスを加圧液体に直接混合
する機構などの公知の機構を採用し得る。

【００１１】これらの中で、膜式気体溶解機構は、装置
が小形であること、取扱が容易・安全であること、高濃
度の気体溶解液体を容易に製造できること、余剰の気体
の排出が容易であることなどの点で好ましく、膜が中空
糸膜であることが、装置をコンパクトにすることが可能
であるため好ましい。例えば特開昭６３−２５８６０５
号や特開昭６３−２６４１２７号に記載の中空糸膜型気
液接触装置が好適に用いられる。更に膜の液体接触側表
面が親水性の膜を使用することも、水系液体を使用する
際、溶解中の気泡の発生量を減少させることができるた
め好ましく、例えば特開平５−２３５５３号のような膜
を用いる事ができる。

【００１２】膜式気体溶解機構に次いで、送液ポンプを
用いる機構や、小形容器中で回転翼を高速攪拌させる高
速攪拌式加圧溶解機構が好ましい。送液ポンプの種類
は、ポンプ中で水と気体が攪拌混合されるタイプが好ま
しく、例えばターボ型送液ポンプが好ましい。ターボ型
送液ポンプとして遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポン
プ、単段型、多段型等任意のものが使用できる。送液ポ
ンプを直列多段に接続する事も可能であり、この場合に
は、供給気体を２段目以降の送液ポンプの吸入側に供給
することが好ましい。また、２段目以降の吸入口に気体
を供給できる形式の多段型送液ポンプを用いることも好
ましい。

【００１３】液体の加圧は例えば加圧ポンプを用いるこ
とができ、原液（気体を溶解させるべき液体）が加圧さ
れていない場合には、送液ポンプを用いることが、気体
溶解と送液、液体の加圧を兼ねることができるため好ま
しい。また水道水のように初めから加圧されている液体
を原液として用いる場合は、直接使用しても良いし、必
要に応じて更に加圧しても良い。

【００１４】気体の加圧は例えばエアーコンプレッサー
を用いる事ができ、またボンベからの加圧気体を用いる
事ができる。加圧型気体溶解機構に余剰気体の排出口を
設けることも可能である。余剰気体の排出口は、加圧型
気体溶解機構の液体排出口と降圧機構の液体導入口の間
の部分に設けることが好ましいが、降圧機構の後に設け
ることもできる。

【００１５】本発明の装置では、加圧型気体溶解機構か
ら出た液体は降圧機構を通過すべく配管されている。本
発明の降圧機構は、複数のキャピラリーの内側に気体が
溶解した加圧液体を流すことにより、該液体を降圧させ
るべく構成されたものである。

【００１６】本発明の降圧機構においては、加圧液体か
らの気泡発生を抑制するために、キャピラリーの内側を
流れる液体が層流となる必要がある。このような降圧機
構を設計するには、気体溶解加圧液体の流量、粘度など
の条件において、レイノルズ数が２３００未満の範囲、
好ましくは１０００以下、さらに好ましくは５００以下
の範囲で、圧力降下が降圧機構前後の圧力差と等しくな
るように、キャピラリー内径、長さ、本数を決定すれば
良い。この時、キャピラリー自体の形状は細長い円筒形
であることが水流の抵抗がキャピラリー内で均一とな
り、かつキャピラリーそのものを成形しやすいため好ま
しいが、特に制限はない。

【００１７】キャピラリーの内径が過小であると、気泡
発生の抑制効果は高いものの、大流量の装置に適用する
にはキャピラリー本数を極めて多くしなければならず、
降圧機構の製造コストがかさむ。孔径が過大であると乱
流となりがちで、本発明の効果が減じるし、キャピラリ
ーを長くする必要が生じる。キャピラリーの長さが過小
であると気泡発生量が増加し、過大であると製造コスト
がかさむとともに設置スペースも増加する。小径キャピ
ラリーの場合にはキャピラリー長を短くすることが好ま
しい。

【００１８】以上のことから、気体溶解加圧液体の粘
度、流速等の条件によって異なるが、一般に、キャピラ
リーの内径は５〜１０００μｍが好ましく、２０〜７０
０μｍがさらに好ましく、５０〜５００μｍが最も好ま
しい。外径については何ら制約はないが、内径の１．２
〜１０倍が好ましい。また、キャピラリーの長さは５〜
２００ｃｍが好ましく、１０〜５０ｃｍがさらに好まし
い。

【００１９】降圧機構を構成するキャピラリーの数は複
数本であり、１０本以上が好ましく、１００本以上がさ
らに好ましい。キャピラリー数の上限は特に制約はな
く、気体溶解装置の処理量が大きな場合には、キャピラ
リーの本数を増すことにより降圧機構の流量を調節する
ことができる。例えば１００００本あるいは１００００
０本とすることも可能である。キャピラリーの本数が過
小であると、処理量が過小となるか、あるいはレイノル
ズ数が過大となり本発明の効果が減じる。また本数が多
すぎると、装置が大きくなり、コストが高くなるという
デメリットが生ずる。従って、一般的により好ましくは
１００〜１００００本がよい。尚キャピラリーは、筒体
が単数のキャピラリーが形成されたチューブラー型であ
ってもよいし、複数のキャピラリーを有するモノリス型
であってもよい。

【００２０】本発明の降圧機構は、複数のキャピラリー
の内側に気体の溶解した加圧液体を流すことにより、液
体を降圧させるべく構成されているものであれば、その
構造や形状についてはなんら制約は無いが、効率的に降
圧するにあたっては、複数のキャピラリーが、該加圧液
体の少なくとも流入部において、相互に並列状に樹脂に
て気密接着されており、かつこの気密接着されたキャピ
ラリーの内側に該加圧液体を流入させる導入口が設けら
れてなる構造が好ましい。また、製造された気体溶解液
体をホースやパイプにより使用個所まで誘導する場合な
どに備え、降圧機構の液体排出側も複数のキャピラリー
が相互に並列状に樹脂などにて気密接着されており、か
つこの気密接着されたキャピラリーの内側から流出する
液体をホースやパイプに接続する導出口が設けられてな
る構造であることが好ましい。

【００２１】キャピラリーの設置形状についても制約は
ない。例えば複数のキャピラリーがほぼ並行に束ねられ
た形状、複数のキャピラリーがキャピラリー同士または
他の糸条とで網組された形状、円状、渦巻き状または折
りたたまれた形状、など任意の形状を採り得る。

【００２２】またキャピラリーは、機械的外力から保護
するために、ケースに入れることも好ましい。ケース
は、箱、筒、筒状の網などの形状であり得る。これらの
中で、複数のキャピラリーがほぼ並行に束ねられた形状
で筒または筒状の網に装填された形状が、製造が容易で
コンパクトであるため好ましい。

【００２３】キャピラリーの素材については特に制約を
設ける必要はなく、有機素材、無機素材ともに使用可能
であるが、キャピラリー製造コストや、キャピラリーの
柔軟性に基づく降圧機構の製作の容易さなどの面から、
キャピラリーが有機高分子で構成されたものであことが
好ましい。また、細いキャピラリーを製造し易く、内表
面が滑らかなキャピラリーを製造できる点で、溶融成形
が好ましく、有機高分子は熱可塑性有機高分子であるこ
とが好ましい。

【００２４】キャピラリー素材の気体透過性について
は、特に易透過性の素材でないかぎり問題となることは
ないが、溶解を目的とする気体の透過係数が１×１０^-9
［ｃｍ ³・ｃｍ（ＳＴＰ）／ｃｍ²・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ］
以下であることが好ましく、また溶解を目的とする気体
の透過速度が１×１０^-7［ｃｍ³／ｃｍ²・ｓｅｃ・ｃｍ
Ｈｇ］以下であることが好ましい。

【００２５】一般的に好ましい有機高分子としては、ポ
リエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン１、ポリイソ
ブチレンなどのポリオレフィン、塩化ビニル、塩化ビニ
リデンなどの塩素含有ポリマー、ポリフッ化ビニル、ポ
リフッ化ビニリデン、ＰＦＡ、ポリクロルトリフルオロ
エチレンなどのフッ素含有ポリマー、ポリエチレンテレ
フタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエ
ステル、ナイロン６６、ナイロン６、芳香族ポリアミド
などのポリアミド、ポリオキシメチレン、ポリオキシエ
チレン、ポリフェニレンオキサイドなどのポリエーテ
ル、ポリフェニレンサルファイドなどのポリチオエーテ
ル、ポリメタクリル酸メチル、アクリロニトリル−アク
リル酸共重合体などの（メタ）アクリル系ポリマー、セ
ルロースアセテート、ニトロセルロースなどのセルロー
ス系ポリマー、ポリスチレン、ＡＳ、ＡＢＳ等のスチレ
ン系ポリマー、ポリカーボネート類、ポリスルオン類、
ポリケトン類、ポリイミド類、アイオノマー類、および
これらの誘導体や共重合体を例示できる。また、これら
を含有するブレンド物であってよい。

【００２６】本発明の気体溶解装置においても、気体溶
解液体の圧力が、降圧機構を通過する間に溶存気体濃度
との平衡圧以下となり、やはりいくらかの気泡が発生す
る場合があるが、キャピラリーの内側表面の原液または
気体溶解液体に対する濡れ性を向上させることにより気
泡の発生をさらに抑制することができる。濡れ性に優れ
るか否かは、気体が溶解した加圧液体とキャピラリーの
液体接触側表面（即ち内側表面）との接触角により判断
できる。即ち、キャピラリ−内側表面の該液体との接触
角が６０度以下であることが好ましく、３０度以下であ
ることがさらに好ましく、１０度以下であることがさら
に好ましく、実質的に０度であることが最も好ましい。

【００２７】本発明の気体溶解装置において、気体を溶
解させる液体は工業的にも水系が重要であることから、
キャピラリ−の内側表面は親水性であることが好まし
い。即ち、キャピラリ−内側表面の水との接触角が６０
度以下であることが好ましく、３０度以下であることが
さらに好ましく、１０度以下であることがさらに好まし
く、実質的に０度であることが最も好ましい。

【００２８】キャピラリー内側表面を親水性にする方法
については、任意の方法が採用できる。例えば、キャピ
ラリー素材として親水性の有機高分子を使用する方法、
親水性の有機高分子をキャピラリー内表面にコーティン
グする方法、キャピラリーの内表面にスルホン化などの
化学処理を施す方法等である。この様な方法は例えば、
特開平５−２３５５３号に記載のように行う事ができ
る。同様に、気泡の発生を抑制する意味で、キャピラリ
ー内表面は滑らかであることが好ましい。

【００２９】本気体溶解装置において、気体溶解液体の
流量（製造量）を調節する場合には、本気体溶解装置に
導入される液体圧力を調節する方法、降圧機構を取り替
える方法、同じまたは異なる降圧機構を切り替える方法
などにより、目的を達することができる。上記第３の方
法では、例えば３方バルブを用いて、降圧機構１と降圧
機構２を切り替えても良いし、降圧機構１と並列に設置
された降圧機構２を開閉バルブにより開閉しても良い
し、降圧機構１と直列に設置された降圧機構２のバイパ
スバルブを開閉しても良い。また、本発明の降圧機構と
直列に流量調節バルブを設置し、流量の微調節を行うこ
とも可能である。但しこの場合、流量調節バルブでの圧
力降下が本発明の降圧機構での圧力降下に比べて小さい
必要がある。流量調節バルブでの圧力降下が大きいと、
本発明の効果が減殺される。本発明の気体溶解装置にこ
れらのバルブ類を組み込むことも可能である。

【００３０】また本気体溶解装置において、気体溶解液
体の圧力を使用に適した圧力に調節するには、本気体溶
解装置に導入される液体圧力を調整する方法、該液体の
流量を調節する方法、減圧機構を取り替える方法などに
より、目的を達成する事ができる。

【００３１】更に本装置には必要に応じてその他の付加
装置を付ける事も可能である。好ましい付加装置の例と
しては、液体流路および／または気体流路のフルター、
液体のドレンバルブ、安全弁、流入液体や流出液体の流
量調節機構または圧力調節機構、気体の流量調節機構ま
たは圧力調節機構、バイパスバルブ、膜式気体溶解機構
や降圧機構の逆洗回路、などを挙げることができる。ま
た、本発明の気体溶解装置は液体加圧ポンプや気体加圧
機構（コンプレッサー）を含むことも可能である。さら
に、本装置を間欠的に運転する場合には、液体の導入と
加圧気体の導入を同期させるなどのプログラム運転を行
うことも好ましい。具体的には例えば、図２の液体導入
口１０および気体導入口１４の前に、電磁バルブを設
け、同期させて開閉する方法や、液体流路にフロースイ
ッチを設け、その信号により気体導入口１４に設けられ
た電磁バルブを開閉する方法などが好ましい。

【００３２】本発明の気体溶解装置を用いた場合、降圧
の際の気泡発生量が少ないために、気体溶解液体の使用
圧力において過飽和に気体を溶解させた気体溶解液体
を、効率良く製造することが可能である。

【００３３】次いで本発明の、気体溶解液体の使用圧力
に於る平衡濃度を越えて（即ち、過飽和に）気体を溶解
させた気体溶解液体（以下、気体溶解液体と略記する）
の製造方法について説明する。

【００３４】本発明の気体溶解液体の製造方法は、気体
溶解液体の使用圧力より０．０２ＭＰａ以上高い圧力の
加圧液体と、気体溶解液体の使用圧力より０．０１ＭＰ
ａ以上高い圧力の加圧気体とを接触させることにより気
体を液体に溶解させた後、該液体を複数のキャピラリー
の内側に流すことにより使用圧力まで降圧させることを
特徴とする。

【００３５】ここでいう気体溶解液体とは、任意の気体
が任意の液体に使用圧力にて過飽和に溶解している液
体、即ち気体溶解液体の使用圧力に於ける平衡濃度を越
えて気体を溶解させた液体であり、溶解している気体
は、単一でも、複数でも良い。複数の気体が溶解してい
る場合には、溶解している気体濃度の平衡気体圧力は、
各気体種の平衡分圧の和となる。

【００３６】気体溶解液体の使用圧力、即ち、キャピラ
リーから排出される気体溶解液体の排出口における圧力
は任意である。使用圧力は大気圧である場合が多いが、
配管や他の装置に接続する場合などに有り得るように、
大気圧より高い場合もある。使用圧力が大気圧より低い
ことは稀ではあろうが、本発明はこの場合も含む。

【００３７】溶解させる気体の種類については何ら制約
はない。本発明に使用される気体の例として、例えば、
酸素、窒素、水素、炭酸ガス、アンモニアなどの有機気
体、などを挙げることができる。勿論、例えば空気のよ
うに、これらの気体を含む混合気体であって良い。これ
らの中で、酸素または炭酸ガスが実用面で重要である。

【００３８】気体を溶解させるべき液体についても何ら
制約はない。水、水溶液、酸、アルカリ、有機液体、無
機液体など任意の液体に適用できる。しかしこれらの中
で、水、海水、カン水などの水系液体が実用面で重要で
ある。気体を溶解させるべき液体は脱気されていること
も好ましい。目的成分以外の気体成分を除去すること
で、気体溶解液体の使用圧力で、気泡の発生を抑制する
ことができる。

【００３９】本発明で用いる加圧液体とは、気体溶解液
体の使用圧力より０．０２ＭＰａ以上、好ましくは０．
０５〜５ＭＰａ、さらに好ましくは０．１〜１ＭＰａ高
い圧力の液体である。

【００４０】本発明で用いる加圧気体とは、気体溶解液
体の使用圧力より０．０１ＭＰａ以上、好ましくは０．
０５〜５ＭＰａ、さらに好ましくは０．１〜１ＭＰａ高
い圧力の気体である。気体が混合気体の場合には、全圧
をもって気体圧力とする。液体および気体の圧力が上述
の圧力以下であると従来法でも気泡の発生は少なく、本
発明のがもたらす効果は小さい。圧力の上限は設ける必
要はなく、いかなる圧力でも従来法に対する本発明の効
果は発揮されるが、高すぎると本発明をもってしても気
泡の発生が増加するため、好ましくない。

【００４１】液体および気体を加圧する方法としては、
公知の任意の方法を採ることができ、例えば加圧ポンプ
等を用いる事ができる。加圧液体と加圧気体を接触させ
る方法としては、気体と液体を直接接触させる方法や、
気体透過性の膜を介して接触させる方法が挙げられ、こ
れには前述のように公知の加圧型気体溶解機構を用いれ
ば良い。このように液体と気体を接触させることによ
り、液体に気体を溶解させ、気体溶解加圧液体を得るこ
とができる。

【００４２】気体と液体が直接接触する方式の加圧溶解
に於ては、気体の圧力は自動的に液体の圧力に等しくな
る（但し、圧力損失などによる若干の差は生じる）た
め、気体供給圧力は液体圧力以上である必要がある。実
際には、気体側への液体の逆流を防止するため、気体供
給圧力は液体圧力より絶対圧で１〜５０％程度高くする
ことが好ましい。気体供給圧力と液体接触時の圧力との
差は供給気体の流量調節バルブなどで吸収される。

【００４３】気体と液体が膜を介して接触する膜式気体
溶解の場合には、膜が圧力隔壁となるため、液体圧力と
気体圧力を必ずしも一致させる必要はない。膜式気体溶
解において液体中に気泡を発生させないために、逆に気
体圧力は液体圧力より低いことが好ましい。

【００４４】加圧型気体溶解機構に供給される気体は、
全量を溶解させる必要はなく、その一部を余剰分として
排出することができる。気液接触した気体の一部を廃棄
することにより、原液に溶解している不要な気体を除去
することができるし、また、溶解させるべき気体が混合
気体である場合には、溶解度の低い気体が溶解機構中に
滞留することによる効率低下を防ぐことができる。目的
成分以外の気体成分を除去することで、気体溶解液体の
使用圧力で、気泡の発生を抑制することができる。

【００４５】本発明の気体溶解液体を得るには、上述の
ように得られた気体溶解加圧液体を、複数のキャピラリ
ーの内側に流して降圧させる必要がある。この場合、降
圧機構のキャピラリー内側を流れる液体が層流となるこ
とが必要であることは、既に述べた通りである。このた
めには、適当なキャピラリー内径、長さ、本数を選択す
ることにより、キャピラリー内側を流れる液体のレイノ
ルズ数を２３００未満の範囲、好ましくは１０００以
下、さらに好ましくは５００以下の範囲に調節すれば良
い。用いられるキャピラリーとして好ましいものは、装
置の部分で述べた通りである。

【００４６】本発明で得られる気体溶解液体の流量や圧
力を調整する方法は、装置の部分で述べた通りである。

【００４７】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。［実施例１］（気体溶解装置の作製）直径４ｍｍの円環型中空糸紡糸
ノズルを用いた溶融紡糸法により、外径２５０μｍ、内
径１８０μｍ、長さ３０ｃｍのポリスルホン製キャピラ
リーを得た。このキャピラリーの酸素透過速度は３．７
×１０^-8［ｃｍ³／ｃｍ²・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ］である。
キャピラリー内側表面と水との接触角の測定は困難であ
るため、キャピラリーの外表面との接触角を測定したと
ころ７２度であった。このキャピラリー６５５０本を用
い、図１に示された構造の降圧機構を作製した。

【００４８】即ち、長さ３０ｃｍのキャピラリー１がほ
ぼ並行に、筒状の網２に充填され、キャピラリー端部付
近２ｃｍの範囲において各キャピラリーが相互に並列状
にエポキシ樹脂にて気密接着されており（樹脂封止部
３）、かつこの気密接着されたキャピラリーの内側に加
圧液体を流入させるべき導入口４、が設けられている。
また、キャピラリ−の他端部付近も同じ構造になってお
り、樹脂封止部５および排出口６が設けられている。一
方、酸素透過速度１×１０^-5［ｃｍ³／ｃｍ²・ｓｅｃ・
ｃｍＨｇ］、酸素／窒素分離係数１．２、外径２５５μ
ｍ、内径１８５μｍの、外表面に緻密層を有するポリ−
４−メチルペンテン−１製中空糸不均質膜６３０００本
を用いて、長さ５０ｃｍの、特開昭６３−２５８６０５
号に開示されている内部潅流型の膜式気体溶解機構を作
製した。即ち、液体は中空糸膜の一方の端から中空糸膜
内側に導入され、中空糸膜の内側を流れた後、他端部よ
り流出すべく構成されている。気体は中空糸膜外側に導
入され、中空糸膜の外側を中空糸膜に沿って流れ、その
一部は膜を通して液体に溶解し、残余分は気体排出口よ
り排出されるべく構成されている。

【００４９】これらの膜式気体溶解機構と降圧機構を用
いて図２にフローダイアグラムで示された気体溶解装置
１９を作製した。即ち、気体を溶解させるべき原液７は
流量調節バルブ８を経て膜式気体溶解機構９の液体導入
口１０に導入され、膜式気体溶解機構の液体排出口１１
から出た後、降圧機構１２の導入口４に入り、降圧機構
１２の排出口６から気体溶解液体１３として大気圧中に
排出されるべく配管接続されている。一方、気体溶解機
構９の気体導入口１４には加圧気体１５を導入されるべ
く配管接続され、気体排出口１６にはリークバルブ１７
が接続され、余剰気体１８の排出量を調節できるように
なっている。

【００５０】（気体溶解試験）この気体溶解装置１９に
温度２０℃、溶存酸素濃度８．６重量ｐｐｍ（以下、重
量ｐｐｍを単にｐｐｍと記述する）の水道水を導入し、
気体溶解装置の入口に設けられた流量調節バルブ８にて
流量を１０リットル／分に調節したところ、膜型気体溶
解機構の液体導入口１０に於る水圧は０．３５ＭＰａＧ
（Ｇはゲージ圧、即ち、大気圧基準の加圧圧力であるこ
とを示す）、液体排出口１１に於る水圧は０．３１ＭＰ
ａＧとなった。また、加圧気体１５として表１に記載の
各圧力の圧縮空気を導入し、若干量が排出されるように
リークバルブ１７を調節した。この時、降圧機構の排出
口６から排出される気体溶解水１３は、いずれの条件で
も透明であったが、目で見える大きさの気泡が若干流出
する様子が認められた。このとき１気圧の大気中に排出
される気体溶解水１３の溶存酸素濃度は、溶存酸素濃度
０．１ｐｐｍの脱気水で５倍に希釈したものを、ガルバ
ニ電池型溶存酸素濃度系にて測定し、計算により求め
た。気体溶解水の溶存酸素濃度を表１に示す。

【００５１】

【表１】

【００５２】［比較例１］降圧機構としてニ−ドルバル
ブを用いたこと以外は、実施例１と同様の気体溶解装置
を作製し、実施例１と同様の条件で同様の実験を行っ
た。この時、気体溶解装置から排出される気体溶解水
は、やや透明な乳白色を呈しており、白濁の程度は気体
圧力が高くなるほど強くなった。またこの白濁は、気体
溶解水をビーカーに取り約１分間静置すると浮上し、水
は透明となった。気体溶解水の溶存酸素濃度を表２に示
す。

【００５３】

【表２】

【００５４】［実施例２］降圧機構のキャピラリーが、
外径１２０μｍ、内径８０μｍであること、キャピラリ
ーの本数が３８５００本であること、長さ１５ｃｍであ
ること以外は実施例１と同様の気体溶解装置を作製し、
これを用いて、原水流量を５リットル／分としたこと以
外は実施例１と同様の条件で同様の実験を行った。この
時、膜式気体溶解機構の液体導入口１０に於る水圧は
０．３５ＭＰａＧ、液体排出口１１に於る水圧は０．３
３ＭＰａＧであった。気体溶解水の溶存酸素濃度を表３
に示す。

【００５５】

【表３】

【００５６】［実施例３］降圧機構のキャピラリーが、
外径５８３μｍ、内径３８９μｍであること、キャピラ
リーの本数が４９０本であること、および長さ５０ｃｍ
であること以外は実施例１と同様の気体溶解装置を作製
し、これを用いて、実施例１と同様の条件で同様の実験
を行った。この時、膜式気体溶解機構の液体導入口１０
に於る水圧は０．３５ＭＰａＧ、液体排出口１１に於る
水圧は０．３１ＭＰａＧであった。気体溶解水の溶存酸
素濃度を表４に示す。

【００５７】

【表４】

【００５８】［実施例４］実施例１で用いたポリスルホ
ンキャピラリーの内側に、３官能ウレタンアクリレ−ト
オリゴマー（大日本インキ化学工業（株）製、Ｖ−４２
６３）７５部、カルボキシル基含有単官能アクリレ−ト
モノマー（東亜合成化学（株）製、アロニクスＭ５４０
０）２５部、紫外線重合開始剤イルガキュア１８４を２
部、エタノ−ル５００部の混合溶液を流した後、乾燥窒
素を送って乾燥し、その後、キャピラリー外側より紫外
線照射して硬化させることにより、内表面を親水化コ−
トしたキャピラリーを得た。キャピラリー内表面の水と
の接触角を測定することは困難なため、同様にして外表
面を親水化したポリスルホンキャピラリーを用いて測定
した水との接触角は４度であった。またこの親水化処理
したキャピラリーの酸素透過速度は３．５×１０^-8［ｃ
ｍ³／ｃｍ²・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ］であった。この内表面
親水化キャピラリーを用いたこと以外は実施例１と同様
の気体溶解装置を作製し、実施例１と同様の条件で同様
の実験を行った。その結果、降圧機構の排出口６から排
出される水は、いずれの条件でも透明であり、また、目
で見える大きさの気泡も認められなかった。気体溶解水
の溶存酸素濃度を表５に示す。

【００５９】

【表５】

【００６０】［実施例５］実施例１と同様の気体溶解装
置を用い、加圧気体１５として酸素を用いたこと以外は
実施例１と同様の実験を行った。この時、降圧機構の排
出口６から排出される水は、いずれの条件でも透明であ
ったが、目で見える大きさの気泡が若干流出する様子が
認められた。気体溶解水の溶存酸素濃度を表６に示す。

【００６１】

【表６】

【００６２】［比較例２］気体溶解装置として比較例１
と同じものを使用したこと以外は、実施例５と同様の実
験を行った。この時、気体溶解装置から排出される気体
溶解水は、やや透明な乳白色を呈しており、白濁の程度
は気体圧力が高くなるほど強くなった。またこの白濁
は、酸素溶解水をビーカーに取り約１分間静置すると浮
上し、水は透明となった。気体溶解水の溶存酸素濃度を
表７に示す。

【００６３】

【表７】

【００６４】

【発明の効果】気体溶解液体の使用圧力において過飽和
に気体を溶解させた液体を、使用圧力まで降圧する場合
に、本発明の装置は、過飽和に溶解した気体が気泡とな
って析出、逃散する量が少ない。このため、気体溶解効
率が向上し、溶解装置の耐圧強度を低くでき、小型にす
ることができる。また、発生する気泡を除去するための
機構を省略できる。

【００６５】

【図面の簡単な説明】

【００６６】

【図１】本発明の実施例で用いる降圧機構の構造を示す
断面図である。

【００６７】

【図２】本発明の実施例で用いる気体溶解装置の構成を
示すフローダイアグラムである。

【００６８】

【符号の説明】

１・・・・・キャピラリー２・・・・・筒状の網３・・・・・樹脂封止部４・・・・・導入口５・・・・・樹脂封止部６・・・・・排出口７・・・・・原液８・・・・・流量調節バルブ９・・・・・膜式気体溶解機構１０・・・・・液体導入口１１・・・・・液体排出口１２・・・・・降圧機構１３・・・・・気体溶解液体１４・・・・・気体導入口１５・・・・・加圧気体１６・・・・・気体排出口１７・・・・・リークバルブ１８・・・・・余剰気体１９・・・・・気体溶解装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加圧液体と加圧気体とを接触させること
により、気体を液体に溶解させる加圧型気体溶解機構
と、液体流路において該加圧型気体溶解機構の後に設置
された降圧機構とで構成される気体溶解装置であって、
降圧機構が、複数のキャピラリーの内側に加圧液体を流
すことにより、液体を降圧させるべく構成されたもので
あることを特徴とする気体溶解装置。
【請求項２】降圧機構が、複数のキャピラリーの少な
くとも加圧液体の流入部において相互に並列状に気密接
着されており、かつこの気密接着されたキャピラリーの
内側に加圧液体を流入させる導入口が設けられたもので
ある請求項１記載の気体溶解装置。
【請求項３】キャピラリーの内径が５〜１０００μ
ｍ、長さが５〜２００ｃｍ、本数が１０本以上である請
求項１または２記載の気体溶解装置。
【請求項４】キャピラリーの内径が５０〜５００μ
ｍ、長さが１０〜５０ｃｍ、本数が１００〜１００００
本である請求項３記載の気体溶解装置。
【請求項５】キャピラリーが有機高分子で構成された
ものである請求項３記載の気体溶解装置。
【請求項６】有機高分子が熱可塑性有機高分子である
請求項５記載の気体溶解装置。
【請求項７】キャピラリ−の内側表面の水との接触角
が６０度以下である請求項１〜６のいずれか１つに記載
の気体溶解装置。
【請求項８】加圧型気体溶解機構が膜式気体溶解機構
である請求項１〜７のいずれか１つに記載の気体溶解装
置。
【請求項９】気体溶解液体の使用圧力より０．０２Ｍ
Ｐａ以上高い圧力の加圧液体と、気体溶解液体の使用圧
力より０．０１ＭＰａ以上高い圧力の加圧気体とを接触
させることにより気体を液体に溶解させた後、該液体を
複数のキャピラリーの内側に流すことにより降圧させる
ことを特徴とする、気体溶解液体の使用圧力において過
飽和に気体を溶解させた気体溶解液体の製造方法。
【請求項１０】液体が水である請求項９記載の気体溶
解液体の製造方法。
【請求項１１】請求項１記載の装置を用いて、気体溶
解液体の使用圧力において過飽和に気体を溶解させた気
体溶解液体を製造する方法。