JPH0899030A

JPH0899030A - 気液溶解混合装置

Info

Publication number: JPH0899030A
Application number: JP26134794A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Kashiwa; 雅一柏
Original assignee: Idec Izumi Corp
Current assignee: Idec Izumi Corp
Priority date: 1994-09-29
Filing date: 1994-09-29
Publication date: 1996-04-16
Anticipated expiration: 2014-11-08
Also published as: JP2972093B2

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成で、気体の混合効率が良く、複数
の気体の流入も容易に可能にする。【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、この並列に複数分岐
した複数の流路の少なくとも一部に、ベンチュリ管３８
等の絞り部４０を設ける。絞り部４０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４２を設け、この気体流入部４２に外部から
気体を流入させる気体流入孔５０を形成し、気体流入部
４２の下流に流路を徐々に広げた広がり部４４を設け
る。広がり部４４又はその下流に、並列に複数分岐した
流路を再び合流させる合流点４６を形成し、この合流点
４６の下流に流路中の液体と気体流入孔４２から流入し
た気体を加圧し混合する加圧混合部２０を設け、この加
圧混合部の出口側にノズル２２を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液体中に気体を気泡
として混合分散させたり、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、本願出願人の特願平５−２３４１
７３号等に示されている気液溶解混合装置は、図８、図
９に示すように、液体中に気体を流入させ混合する混合
器８１を有したものである。この混合器８１の入口部８
４には、液体を供給する配管１２の先端部が取り付けら
れ、この混合器８１の出口９４部には、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、
その配管２０の先端部にノズル２２が接続されている。
さらに、混合器８１には、気体を吸引流入させる気体入
口部８２が形成されている。

【０００３】混合器８１の内部には、図９に示すよう
に、絞り部である喉部８８が中央に設けられたベンチュ
リ管状の流路８６が同心的に一つ形成されている。喉部
８８の下流には、喉部８８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９０と、こ
の気体流入部９０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９２が形成されている。この気体流
入部９０には、気体入口部８２に接続された気体流入孔
９６が開口している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術の場
合、液体の流量が増大するに従い、気体を吸引する気体
入口部８２から吸引される気体の割合が減少していき、
効率よく気液の溶解混合を行うことのできる気体の割合
を維持可能な流量は、液体流量が１２ｍ³／ｈ以下であ
り、一つの流路８６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８６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、流路の外周縁の長さと正の相関
関係があり、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、上記従来の技術では、２種類以上の
気体を液中に吸引させようとすると、気体入口部８２に
おいて、それぞれの気体がお互いに干渉し合い、２種類
の吸引気体の流量や圧力の調節が非常に困難であった。
とくに、一方の気体の供給源が大気圧下の空気で、他方
の供給源がボンベ等からの場合、ボンベには、大気圧と
圧力を等しくするためのレギュレーターを取り付ける必
要があり、装置が複雑になった。また、大気圧は天候の
変化により変化するため、大気圧の変化に応じて液体の
流量や圧力の調節を行う必要があった。

【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、気体の混合効率が
良く、複数の気体の流入も容易に可能にする気液溶解混
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、この並列に複数分岐した複数の流路の少なくと
も一部の流路に、ベンチュリ管やオリフィス等の絞り部
を設け、この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、一体の吸引器に形成し
た気液溶解混合装置である。また、上記吸引器と上記ノ
ズル部を、上記加圧混合部を兼ねた配管で接続したもの
である。さらに、上記吸引器と上記ノズル部の間に、段
階的に上から下に流れ落ちる形状の流路を設け、上記ノ
ズル部の手前に、上方に突きだし余剰気体を抜く分岐流
路を設けたものである。さらに、上記吸引器の上記並列
に複数分岐した各流路の、絞り部、気体流入部の大きさ
を、各流路ごとに異なるものにし、上記分岐点の下流の
各気体流入孔には、異なる気体が供給されるものであ
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。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、段階的に流れ落ちる流路により、気
体と液体が高効率で溶解し合い、余剰気体を排気するこ
とにより、溶解した気体が析出した微小気泡のみにより
発泡させた液体を得ることができる。さらに、上記気液
溶解混合装置の異なる気体流入部に接続する気体流入孔
から異なる種類の気体を吸引させ、上記気体流入部はそ
れぞれ独立しているため、吸引させた異なる種類の気体
の流量又は圧力は、互いに干渉することなく容易に制御
することができる。

【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、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、発泡し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２（Ａ）、
（Ｂ）に示すように、吸引器１８が一体に形成され、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。ここでこの実施例の図面では、分岐点３
６で２つに流路を分岐させたが、３つ以上の流路に分岐
させてもかまわない。分岐後の各流路には、絞り部を形
成する喉部４０が中央に設けられた流路であるベンチュ
リ管３８が形成されている。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。

【００１４】また、この実施例ノズル２２には、図３
（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ノズル２２の端面及び側
面に複数のノズル孔５４が設けられている。このノズル
孔５４は図面では複数で示したが、単一の穴でも良い。
また、図面ではノズル孔５４は、固定絞り状としたが、
バルブ等の可変絞りを用いても良い。

【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、分岐点３６で２つの流路に分
岐し、各流路においてベンチュリ管３８の喉部４０で加
速されて、一旦静圧が低下し、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３８を流れることにより、
静圧が相対的に低い喉部４０のわずかに下流の気体流入
孔５０から気体が液体流れの中に流入する。気体流入部
４２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５
０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に設けないのは、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、実験上、最大処理量が約２５ｍ³／ｈ以上になり、
従来のものの約２倍の処理が可能となる。そして、ベン
チュリ管３８等の流路を増加すれば、その数に比例し
て、処理流量が増大するものである。また、この実施例
の気液溶解混合装置の異なる気体入口部２８に、大気圧
下から供給する空気とボンベから供給される二酸化炭素
を１：２の割合で吸引させたところ、運転開始時の簡単
な調節だけで、この割合を継続的に維持させることがで
きた。

【００２０】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したので、構造が簡単で
あり、取扱や設置も容易なものである。

【００２１】なお、図２の吸引器１８には、広がり部４
４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。

【００２２】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。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に形成された２つの流路のうち、一方の絞り部であ
るのど部４０のわずかに下流の気体流入部４２に、気体
流入孔５０を形成したものである。そして、他方の流路
５５には、気体が流入する部分が形成されていないもの
である。

【００２３】この実施例により、必要最小限の気体のみ
を液体中に効率よく溶解混合させることができ、気体の
無駄を少なくすることができるものである。ただし、こ
の場合においても最低一箇所の流路には喉部４０及び気
体流入部４２を構成しなければならない。

【００２４】次にこの発明の第三実施例について図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の流路３８を、図５に示すように、内径が異なるも
のにしたものである。この場合、内径の大きい大きい流
路５６では、気体入口部２８から多くの気体を吸引し、
内径の小さい流路５８では、気体入口部２８から少量の
気体を吸引することになる。

【００２５】この実施例の気液溶解混合装置によれば、
それぞれの気体入口部２８から吸引する気体量が大きく
異なる場合、液体の流路の大きさを変えることによって
気液を各々最適な効率で混合させることができ、気体及
び液体を無駄なく利用することができる。

【００２６】次にこの発明の第四実施例について図６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、上記第
一実施例の混合部を兼ねる配管２０の間に、段階的に緩
急を繰り返し流体が流れ落ちる流路６２を形成した気液
混合槽６０を設けたものである。従って混合槽６０の上
流側に配管６８を介して吸引器１８が取り付けられ、混
合槽６０の下流側に配管６９を介してノズル２２が取り
付けられている。

【００２７】この実施例では、気液混合槽６０は段階的
に緩急を繰り返し流れ落ちる流路６２を有し、この流路
６２に気液混合流を流すと流路６２内では、その上部に
気体、下部に液体が流れる状態になり、気液の接触面積
の広い流れが得られるものである。また、気液混合流が
流入する入口部６４より出口部６６の位置が低いため、
流路６２内に密度の低い気体が滞るようになり、気液混
合槽６０への流入の段階では比較的気体の割合が低い場
合でも、混合槽６０内部では気体の比率が高くなる。こ
のため、気液混合槽６０内部で高効率な気体溶解が行わ
れる。

【００２８】次にこの発明の第五実施例について図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、上記第
一実実施例のノズル２２の手前に余剰な気体を抜く余剰
気体抜き部７０を、配管７１、７５の間に設けたもので
ある。余剰気体抜き部７０内部では、入口７２のと出口
７６の間に上方に突き出した分岐流路７４が構成されて
いる。分岐流路７４の先には、排出する余剰気体の流量
を調整するバルブ７８と、排気配管８０が取り付けられ
ている。この実施例ではバルブ７８を使用したが、排出
する余剰気体を一定の圧力で分岐流路７４に流す場合
は、適当な大きさの固定絞りやバルブ７８と同等な管路
抵抗を示す配管を使用しても良い。

【００２９】この実施例の余剰気体抜き部７０の作用
は、余剰気体抜き７０の入口７２から流入した気液混合
流のうち気体が上方に突き出した分岐流路７４から上方
に向かって浮き上がっていく。その後、気体はバルブ７
８を通って排気配管８０から排気される。ここでバルブ
の絞りを適当に調節することによって、内部の圧力を変
化させずに排気することができる。この余剰気体抜き部
７０を設けることにより、液体中に混合している気泡
を、数μｍから数十μｍの間の気泡径の気泡のみにする
ことができる。

【００３０】

【発明の効果】この発明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に流
し、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、吸引器を一体に形成
し、その吸引器に複数の流路を形成したので、構造が簡
単であり、強度が高く取扱や設置も容易なものである。
さらに、異なる液体流路に気体を流入させるようにした
ので、気体の流量又は圧力を、互いに干渉することなく
容易に制御することができる。

【００３１】また、段階的に流れ落ちる流路を設けるこ
とにより、気体が液体中に高効率で溶解し、少ない気体
を無駄なく液体中溶解させることができる。さらに、余
剰気体を排気することにより、微小な気泡の発泡液を得
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装置の構成図
である。

【図２】この発明の第一実施例の吸引器の側面図（Ａ）
と流路方向の断面図（Ｂ）である。

【図３】この発明の第一実施例のノズルを示す側面図
（Ａ）、と流路方向の断面図（Ｂ）である。

【図４】この発明の第二実施例の気液溶解装置の吸引器
を示す側面図（Ａ）と流路方向の断面図（Ｂ）である。

【図５】この発明の第三実施例の別種の吸引器を示側面
図（Ａ）と断面図（Ｂ）である。

【図６】この発明の第四実施例の気液混合槽の断面図を
含む構成図である。

【図７】この発明の第五実施例の余剰気体抜きの断面図
である。

【図８】従来の気液溶解混合装置の構成図ある。

【図９】従来の気液溶解混合装置の混合器の側面図
（Ａ）と流路方向の断面図（Ｂ）である。

【符号の説明】

１２，２０，３０配管１８吸引器２２ノズル３６分岐点３８ベンチュリ管（流路）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５４ノズル孔

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
複数の流路の少なくとも一部の流路に絞り部を設け、こ
の絞り部に引き続いてその流路の下流側に設けられこの
絞り部よりわずかに内径が大きく流体の流れ方向に所定
長さ断面積が一定である気体流入部を形成し、この気体
流入部へ外部から気体を流入させる気体流入孔を設け、
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、一体の吸引器に形成した請求項１記
載の気液溶解混合装置。
【請求項３】上記吸引器と上記ノズル部を、上記加圧
混合部を兼ねた配管で接続した請求項１又は２記載の気
液溶解混合装置。
【請求項４】上記吸引器と上記ノズル部の間に、段階
的に上から下に流れ落ちる形状の流路を設けた請求項３
記載の気液加圧溶解混合装置。
【請求項５】上記ノズル部の手前に、上方に突きだし
余剰気体を抜く分岐流路を設けた請求項１又は４記載の
気液加圧溶解混合装置。
【請求項６】上記吸引器の上記並列に複数分岐した各
流路の、絞り部、気体流入部の大きさを、各流路ごとに
異なるものにした請求項１又は２記載の気液加圧溶解混
合装置。
【請求項７】上記吸引器の上記並列に複数分岐した各
流路に接続した上記気体流入部に、各流路ごとに異なる
気体を供給する請求項２記載の気液加圧溶解混合装置。