JPH09173804A

JPH09173804A - 気液溶解混合方法と装置

Info

Publication number: JPH09173804A
Application number: JP30118696A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Machitani; 勝幸町谷; Masakazu Kashiwa; 雅一柏; Masaaki Nakayama; 正明中山
Original assignee: Idec Izumi Corp
Current assignee: Idec Corp
Priority date: 1995-10-26
Filing date: 1996-10-25
Publication date: 1997-07-08

Abstract

(57)【要約】【目的】少ないエネルギーで効率よく気液反応や気液
溶解を行う。【構成】気体を密閉した混合容器１４の上部に液体を
水平方向に約５ｍ／ｓ〜１５ｍ／ｓの流速で噴射する噴
射部であるノズル１２を設け、このノズル１２から液体
を混合容器１４内に噴射し、混合容器１４内の気体と噴
射された液体とで気液の反応または溶解を行わせる。混
合容器１４の下部に液体の流出口１６を設け、この流出
口１６の下流に、混合容器１４内の加圧状態を保持する
ために流路を絞った圧力調節弁等を含む絞り２０を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、気体と液体を加
圧下で反応させたり、気体が過飽和状態等となっている
加圧水を供給する気液溶解混合方法と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、気液溶解混合装置は、本願出願人
の特開平６−２８５３４５号公報に開示されているよう
に、流体流路の一部を絞った気体吸引器を設けて、この
気体吸引器により液体中に気体を吸引して、気液混合流
を形成しているものがある。この気体吸引器は、絞り部
の下流側で徐々に管路を広げた広がり部を形成するとと
もに、絞り部のわずかに下流で気体を流入させる気体流
入路を上記気体吸引器に設け、この気体吸引器に液体を
圧送し、圧送された液体の流れにより上記絞り部で負圧
を形成して気体を吸引し、気液混合流を供給するもので
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記公報に開示された
ものの場合、液体をポンプにより圧送し、圧送された液
体のエネルギー、即ち流速により生じる負圧により気体
を吸引し、液体中に気体を供給しながら運転しているた
めに、液体の圧送圧が大きくなってしまうものであっ
た。このためポンプの動力として消費するエネルギーが
大きく、その圧送圧が大きいために圧送手段であるポン
プが高価であり、その選択幅も狭いという問題もあっ
た。

【０００４】この発明は、上記従来技術の問題点を鑑み
てなされたもので、少ないエネルギーで効率よく気液反
応や気液溶解を行うことができる気液溶解混合方法と気
液溶解混合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、気体を充填
した混合容器の上部に液体を水平方向に約５ｍ／ｓ〜１
５ｍ／ｓの流速で噴射する噴射部を設け、上記混合容器
の下流に上記混合容器内の加圧状態を保持するために流
路を絞った絞りを設け、この噴射部から液体を混合容器
内に噴射し、加圧状態で上記混合容器内の気体と噴射さ
れた液体とで気液の反応または溶解を行わせるととも
に、上記混合容器の下部から気体が溶解した液体を流出
させ、上記混合容器内での気体の液体への溶解により内
部の気体が減少すると、上記混合容器内への液体の供給
を停止し、上記混合容器内へ気体を供給し、上記混合容
器に対する液体の噴射及び気体の供給を交互に行う気液
溶解混合方法である。

【０００６】またこの発明は、流体流路の一部を絞った
絞り部と、そのわずかに下流に外部から気体を流入させ
る気体流入口を形成した気体吸引器を備えた噴射部を設
け、この噴射部を気体が充満した混合容器の上部に取り
付け、上記混合容器の下流に上記混合容器内の加圧状態
を保持するために流路を絞った絞りを設け、この噴射部
から液体を上記混合容器内に約５ｍ／ｓ〜１５ｍ／ｓの
流速で噴射し、上記混合容器内の気体と噴射された液体
とで気液の反応または溶解を行わせるとともに、上記混
合容器の下部から気体が溶解した液体を流出させ、上記
混合容器内での気体の液体への溶解により内部の気体が
減少すると、上記混合容器内の圧力を低下させて上記噴
射部の気体吸引器から気体を吸引しつつ上記液体を上記
混合容器内に噴射し、上記混合容器内の気体が増加する
と、上記混合容器内の減圧を中止し上記気体吸引器から
の気体吸引が止まり上記液体のみの噴射を行ない、上記
噴射部による液体のみの噴射と、気体吸引を伴う液体の
噴射との動作を交互に行う気液溶解混合方法である。

【０００７】またこの発明は、気体を充填した混合容器
と、この混合容器の上部に設けられ液体を上記混合容器
内へ密閉状態で水平方向に約５ｍ／ｓ〜１５ｍ／ｓの流
速で噴射するノズル等の噴射部と、上記混合容器の下部
に設けられた上記液体の流出口と、この流出口の下流に
設けられ上記混合容器内の加圧状態を保持するために流
路を絞った圧力調節弁やその他の絞りを含む絞りとを設
け、上記混合容器内へ気体を噴射して、上記混合容器内
の気体と噴射された液体とで気液の反応または溶解を行
わせ、気体が溶解した液体を上記流出口及び絞りを経て
供給する気液溶解混合装置である。さらに、上記混合容
器の上部または上記噴射部の上流側に、切換弁と、この
切換弁の上流側に設けられた気体タンクと、この気体タ
ンクの上流側に設けられたコンプレッサやボンベ等の気
体供給源とからなる気体注入手段を設けたものである。

【０００８】またこの発明は、流体流路の一部を絞った
ベンチュリ管状などの絞り部と、そのわずかに下流に形
成され上記絞り部よりわずかに内径の大きい円筒状の流
路と、この円筒状の流路の下流側に設けられ徐々に管路
を広げた広がり部と、上記円筒状の流路に接続され外部
から気体を流入させる気体流入口とを備えた気体吸引器
からなる噴射部を設け、この噴射部を、気体が充填され
た混合容器の上部に取り付けて上記混合容器内に開口さ
せ、上記混合容器の下部に上記液体の流出口を設け、こ
の流出口の下流の管路を分岐し、一方の管路に上記混合
容器内の加圧状態を保持するために流路を絞った絞りを
設け、他方の管路に開閉弁を設け、上記噴射部から液体
を上記混合容器内に密閉状態で噴射し、上記混合容器内
の気体と噴射された液体とで気液の反応または溶解を行
わせ、気体が溶解した液体を上記流出口及び絞りを経て
供給する気液溶解混合装置である。

【０００９】またこの発明の気液溶解混合装置は、上記
噴射部による液体噴射方向に沿って上記噴射された液体
をその下方の液体と仕切る隔壁を設けたものである。さ
らに、上記混合容器内の液面を、ほぼ上記噴射部出口の
高さに調節するものである。

【００１０】また、上記流出口の下流側に、配管を介し
て上記と同様の他の混合容器を直列に接続し、この配管
が上記他の混合容器の上部に接続され、上記他の混合容
器の流出口に、上記絞りが接続されている気液溶解混合
装置である。または、上記噴射部を有した混合容器を複
数並列に配設し、上記各噴射部が配管を介して各々液体
供給源に接続され、上記各混合容器の流出口には、各々
配管及び絞りが設けられたものである。

【００１１】また、上記流出口は上記混合容器内の液体
の噴射方向と対面する位置の壁面またはその近傍以外の
壁面に取り付けられているものである。さらに、上記噴
射部の下方に上記液体噴射方向に隔壁を設け、上記流出
口は上記隔壁の下方であって上記噴射部のほぼ直下に取
り付けられている気液溶解混合装置である。そして、上
記隔壁の上記噴射部側に透孔を形成し、上記透孔は下方
が相対的に大きく形成されているものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下この発明の気液溶解混合方法
および気液溶解混合装置の実施の形態を図面に基づいて
説明する。図１、図２はこの発明の第１実施形態を示し
たもので、図１は液体圧送開始時の状態、図２は定常運
転時の状態を示す。この実施形態では、液体を供給する
配管１０に接続された噴射部であるノズル１２が、気密
状態に形成された混合容器１４の上部に接続されてい
る。混合容器１４の下部には、流出口１６から配管１８
を経て絞り２０が接続され、絞り２０の下流側には流出
用の配管２２が接続されている。なお、図１では、絞り
２０を固定絞りで示したが、バルブ等の可変の絞りを用
いても良い。

【００１３】この実施形態の気液溶解混合装置は、気体
を溶解させる液体が外部から配管１０を通してノズル１
２へ流入する。ノズル１２で液体は、加速されてジェッ
ト１５となって混合容器１４内に噴射される。混合容器
１４の中には、液体中に溶解させる気体があらかじめ充
填されており、液体の流入により気体の体積が圧縮さ
れ、次第に混合容器１４内が加圧状態になる。そして、
この加圧状態の混合容器１４内で気液の反応や気液溶解
がおこる。

【００１４】ここで、効率よく気液反応や気液溶解を行
わせるために加速された液体のジェット１５の流速は、
最低５．０ｍ／ｓ程度必要であり、特に１０ｍ／ｓ前後
がエネルギー効率を考慮すると望ましく、１５．０ｍ／
ｓ以上となると、気液反応は向上せず、液体の圧送に要
するエネルギーのみが増大するだけである。また、この
流速を得るためのノズル１２の出口の開口部１３の断面
積は、連続の式より以下の関係式により設定する。Ｓ ₁＝Ｑ／Ｕ（１）Ｓ₁ ：開口部の断面積［ｍ²］Ｑ：液流量［ｍ³／ｓ］Ｕ：液流速［ｍ／ｓ］

【００１５】混合容器１４内で気液反応を終えた液体
は、流出口１６に接続された配管１８を通って混合容器
１４から流出する。流出口１６は混合容器１４の下部に
設けられているために、容器内に封じ込められている気
体は流出せずに液体のみが流出し、配管１８を通った液
体は、絞り２０で加速され流速が速くなる。そして、液
体が絞り２０を通過する流速に対応して、混合容器１４
内が加圧状態になり、絞り２０を通過した液体は、配管
２２を通り装置外部へ流出する。ここで、絞り２０の断
面積と混合容器１４の加圧との間に、以下の関係が成立
する。Ｐ₁＝ρＱ²／２Ｓ₂ ² （２） ρ ：液体の密度［Ｋｇ／ｍ³］Ｐ₁：混合容器の加圧（ゲージ圧）［Ｐａ］Ｓ₂ ：絞りの断面積［ｍ²］

【００１６】この実施形態においては、定常運転時に液
面２４がノズル１２の開口部１３の位置の近くにあるこ
とがより効率的な気液反応や気液溶解が得られる。従っ
て、液面をこの位置に設定するためには、混合容器１４
の各部の体積と容器内圧力の間に以下の関係を満足すれ
ば良い。Ｐ₁／Ｐ₀＝Ｖ₀／Ｖ₁−１（３）Ｐ₀ ：液体注入前の混合容器の圧力（絶対圧）［Ｐａ］Ｐ₁ ：密封容器の加圧（ゲージ圧）［Ｐａ］Ｖ₀ ：混合容器の体積［ｍ³］Ｖ₁ ：混合容器のノズル開口部より上面部分の体積［ｍ³］

【００１７】この実施形態の気液溶解混合装置によれ
ば、液体の圧送時に、気体の吸引及び圧送が伴わないの
で、相対的に少ないエネルギーで可能であり、気液混合
の効率も高いものである。さらに、液体が下部に溜るた
め気体が流出口１６から流出しにくく、気体の無駄がな
く利用効率が高いものである。なお、混合容器１４中の
液体は、気液溶解により減少するが、ある程度減少した
時点で、適宜ボンベまたはコンプレッサ等により気体を
混合容器中に充填すれば良く、以後、必要に応じてこれ
を繰り返す。

【００１８】次に、この発明の第２実施形態を図３に示
す。本実施形態の気液溶解混合装置は、上記第１実施形
態の気液溶解混合装置のノズル１２からのジェット１５
の流入部分に、隔壁２５で隔離されたダクト部２６を設
けたものである。またその他各種の条件は、上記第１実
施形態と同様であり、使用方法も同様である。

【００１９】この実施形態によれば、ダクト部２６によ
ってジェット１５の周囲が狭い空間に隔離された状態に
なり、このダクト部２６の内部に大小様々な大きさの渦
が生じ気液の高接触状態が得られ、ダクト部２６内部で
高効率な気液反応や気液溶解が起こる。なお、このダク
ト部２６の大きさは、ジェット１５の直径の１０〜２０
倍の大きさに設定することが好ましい。また、この実施
形態においても、液体の表面は、ノズル１２の付近にあ
った方が、より高い気液の接触状態を得ることができ
る。

【００２０】次に、この発明の気液溶解混合装置の第３
実施形態を図４に示す。この実施形態では、混合容器２
８がループ状に形成された配管２９で構成されている。
この実施形態でも、ノズル１２から連続する配管２９の
内径を、ジェット１５の径の１０〜２０倍の大きさにす
ると、上記第２実施形態の隔壁２５に相当する作用を得
ることができ、同様の効果を期待することができる。ま
たその他の各種条件及び使用方法は、上記第１実施形態
と同様である。

【００２１】この実施形態では配管２９を螺旋状に構成
したが、配管２９の形状は適宜設定可能なものであり、
ノズル１２からの液体ジェットが５．０ｍ／ｓ以上の流
速で水平方向に噴射され、ジェット１５の入り口よりも
液体の流出口１６が下にあり、その下流に絞りが設けら
れていれば、どのような構成にしてもかまわない。ま
た、この場合も液面を上記第１実施形態に示したよう
に、ノズル開口部位置付近にすることがより好ましい。

【００２２】次にこの発明の気液溶解混合装置の第４実
施形態を図５に示す。ここで、上述の実施形態と同様の
構成は同一の符号を付して説明を省略する。図５は装置
全体の構成を示し、この実施形態では、ポンプ３０に給
水配管３２と吐出配管３４が接続されている。吐出配管
３４の途中には、逆止弁３５が配置され、その下流側の
途中に気体注入手段である気体配管３６が接続されてい
る。吐出配管３４は、ノズル１２に接続され、気体が加
圧状態で密閉された混合容器１４の上部に接続されてい
る。気体配管３６には、気体注入手段として、逆止弁３
８を介してコンプッレサ３９が接続されている。混合容
器１４には、下部の流出口１６に配管１８が接続され、
配管１８は絞り２０を介して配管２２に接続されてい
る。なお、絞り２０は、各種のバルブ等の可変絞りを用
いても良く、気体配管３６も、ノズル１２の上流以外
に、混合容器１４の上部に接続しても良い。

【００２３】この実施形態の気液溶解混合装置の作用
は、ポンプ３０によって源水槽４０から給水配管３２を
通じて吸い上げられた液体が、ポンプ３０によって圧送
され、吐出配管３４を通してノズル１２へ流入する。ノ
ズル１２で液体は、上記実施形態と同様に、加速されて
ジェットとなって混合容器１４内に送り込まれる。混合
容器１４の中には、気体があらかじめ封じ込められてい
て、液体の流入により気体の体積が圧縮され混合容器１
４内が加圧状態になり、加圧状態の混合容器１４内で、
注入された液体と封じ込められていた気体の間で気液反
応や気液溶解が起こる。なお、その他の各種条件や使用
方法は上記第１実施形態と同様である。

【００２４】この実施形態では特に、気液反応や気液溶
解によって混合容器１４内部の気体が消費され気体が不
足状態となった際に、ポンプ３０を停止させて混合容器
１４内を減圧し、コンプレッサ３９で混合容器１４内に
気体を補給する。そして、気体の補給後、コンプレッサ
３９を停止させ、ポンプ３０を再び作動させる。なお、
気体圧送手段としてコンプレッサ３９を用いたが、ボン
ベ等の他の圧送手段を用いても良い。ここで、コンプレ
ッサ３９からの気体配管３６の途中に逆止弁３８が設け
られているので、液体圧送時に液体がコンプレッサ３９
に逆流せず、吐出配管３４の途中に逆止弁３５が設けら
れているので、気体補給時に気体がポンプ３０に逆流し
ない。

【００２５】また、気体の補給時にポンプ３０による液
体の圧送を止めて気体の補給を行うのは、液体の圧送を
行いながら気体の補給を行おうとすると、加圧下で気体
を送り込むことになり、従来技術と同様に、液体圧送手
段に大きな負荷がかかり、しかも気体圧送手段に用いる
コンプレッサ等も大形化して動力が著しく増大し、エネ
ルギー効率が大幅に低下するからである。さらにこの実
施形態においても、定常運転時には液面がノズル開口部
の位置の近くにあることでより効率的な気液反応や気液
溶解が得られる。また上記第２実施形態のように、隔壁
を混合容器１４のノズル１２の開口部付近に設けてもよ
い。

【００２６】次にこの発明の気液溶解混合装置の第５実
施形態を図６に示す。ここで、上述の実施形態と同様の
構成は同一の符号を付して説明を省略する。この実施形
態は、上記第４実施形態の構成であって、ノズル１２と
混合容器１４が直列に配管４１を介して２連に繋がれた
ものである。図６に示すように、混合容器１４の流出口
１６から配管４１がノズル１２と同様のノズル４２に接
続され、ノズル４２は混合容器１４と同様の混合容器４
４に接続している。なお、このノズルと混合容器を直列
に接続する組数は適宜設定可能なものである。またその
他の各種の条件は、上記第１実施形態と同様である。

【００２７】この実施形態では、ノズル１２と混合容器
１４が直列に２組接続され、１組の場合の倍の気液接触
が得られ、さらに組数を多くするとそれだけ多くの気液
接触が得られる。

【００２８】次にこの発明の気液溶解混合装置の第６実
施形態を図７に示す。ここで、上述の実施形態と同様の
構成は同一の符号を付して説明を省略する。この実施形
態は、図７に示すように、第４実施形態の気液溶解混合
装置が２組並列に配置されている。この実施形態の気液
溶解混合装置の使用方法は、一方の装置が気体の補給の
ために停止している間にもう一方の装置を運転する動作
を行うものである。これにより、気体補給のための停止
期間がなく連続運転可能な気液溶解混合装置を実現でき
る。また、この実施形態も、３組以上の装置を並列させ
ても良い。なお、その他の各種の条件は、上記各実施形
態と同様である。

【００２９】次にこの発明の気液溶解混合装置の第７実
施形態を図８〜図１１に示す。ここで、上述の実施形態
と同様の構成は同一の符号を付して説明を省略する。こ
の実施形態は、図８に示すようにポンプ３０の吸水側に
は吸水源６０に接続された給水配管３２が設けられ、ポ
ンプ３０の吐出側には吐出配管３４が接続されている。
吐出配管３４の下流側端部には、噴射部としての気体吸
引器５０が接続され、気体吸引器５０が混合容器１４上
部に接続されている。気体吸引器５０には、気体配管３
６が逆止弁３８を介して接続されている。

【００３０】混合容器１４の下部の流出口１６には、配
管５４が接続され、配管５４の分岐点５５の一方が、絞
り２０を経て流出用の配管２２に接続されている。分岐
点５５の他方の配管５４は、開閉バルブ５６を経て、配
管５８に接続されている。そして、配管５８は、給水源
６０に接続されている。

【００３１】気体吸引器５０は、図１１に示すように、
液体入口５１の下流側がベンチュリ管状に形成され、絞
り部５３の下流に、この絞り部５３と同心円に構成され
わずかに内径の大きい円筒状の気体吸引部５７が形成さ
れ、気体吸引部５７に気体流入口５９が作られ開口して
いる。気体流入口５９の下流側には広がり部６１が形成
され、この広がり部６１が混合容器１４の上部に開口し
ている。

【００３２】この実施形態の気液溶解混合装置は、ポン
プ３０によって給水源６０から給水配管３２を通して吸
い上げられた液体が、ポンプ３０によって圧送され、吐
出配管３４を通じて気体吸引器５０へ流入する。気体吸
引器５０で液体は加速されて図９に示すように、ジェッ
ト１５となって混合容器１４内に送り込まれる。そし
て、上記実施形態と同様に、注入された液体と封じ込め
られていた気体の間で気液反応や気液溶解がおこる。こ
の場合の条件は、上記第１実施形態と同様であり、図１
０に示すように、液体の液面は、ジェット１５の噴出口
である広がり部６１付近である方が効率良い気液の接触
状態が得られる。

【００３３】この実施形態では、気液反応や気液溶解の
結果気体の不足が生じた際には、開閉バルブ５６を開い
て気体の吸引を行うものである。開閉バルブ５６を開く
ことにより、絞り２０の効果が無くなり、混合容器１４
内部が減圧され、気体吸引器５０の気体吸引部５７が負
圧状態となり、外部から気体が気体吸引器５０を通り混
合容器１４内部に吸引される。混合容器１４内部では、
流出口１６が下部に設けられているために、気体よりも
液体が先に流出し、その空間に気体が吸引される。気体
の補給後、再び開閉バルブ５６を閉じ、絞り２０の効果
を復活させると、混合容器１４内では、上述のように、
液体の流入とともに気体圧力が上昇し、気液溶解混合が
行われる。以後、必要に応じてこれを繰り返す。

【００３４】次にこの発明の気液溶解混合装置の第８実
施形態を図１２に示す。ここで、上述の実施形態と同様
の構成は同一の符号を付して説明を省略する。この実施
形態は、図１２に示すように、気体吸引器５０からのジ
ェット１５の流入部分に隔壁２５を設けてダクト部２６
を形成したものであり、その他の構成及び作用は、上記
第７実施例と同様であり、各種の条件も同様である。

【００３５】この実施形態では、上述のように、隔壁２
５によってジェット１５が狭い空間に閉じこめられ、気
液の高接触が得られる。またこの場合も、このダクト部
２６の大きさは、ジェット１５の直径の１０〜２０倍の
大きさに設定することが望ましい。

【００３６】次にこの発明の気液溶解混合装置の第９実
施形態を図１３に示す。ここで、上述の実施形態と同様
の構成は同一の符号を付して説明を省略する。この実施
形態は、図１３に示すように、流出口１６の下流に直列
に気体吸引器５０、混合容器１４を設け、上流側の気体
吸引器５０の手前に気体配管３６、下流側の混合容器１
４の下流に絞り２０が設けられている。この実施形態で
は気体吸引器５０と混合容器１４の組数を２組とした
が、適宜追加して組数を多くしても良い。また、２段目
以降の下流では、気体吸引器５０の代わりに、ノズルを
混合容器１４の上部に接続してもよい。またその他の各
種の条件は、上記第１実施形態と同様である。

【００３７】この実施形態では、気体吸引器５０、混合
容器１４を直列に多段に接続することにより、より大き
い気液接触が得られる。

【００３８】次にこの発明の気液溶解混合装置の第１０
実施形態を図１４に示す。ここで、上述の実施形態と同
様の構成は同一の符号を付して説明を省略する。この実
施形態は、図１４に示すように、気液溶解混合装置が２
台並列に配置されているものである。これにより、一方
の装置が気体の補給のために停止している間にもう一方
の装置を運転するようにし、気体補給時の停止のない連
続運転可能な気液溶解混合装置を実現できる。さらに、
３組以上の装置を並列させても良い。なお、その他の各
種の条件は、上記第１実施形態と同様である。

【００３９】次にこの発明の気液溶解混合装置の第１１
実施形態を図１５に示す。ここで、上述の実施形態と同
様の構成は同一の符号を付して説明を省略する。この実
施形態は、図１５に示すように、上記第７実施形態の絞
り２０の代わりに、圧力調節バルブ７０を取り付け、上
記第７実施形態の分岐点以下の減圧用の管路を省略した
ものである。この実施形態では、気体吸引器５０から気
体を吸引させる際に、圧力調節バルブ７０を開放して混
合容器１４内を減圧し、その後、圧力調節バルブ７０を
絞ることによって混合容器１４内を加圧状態にする。ま
たその他の各種の条件は、上記第１実施形態と同様であ
る。

【００４０】次にこの発明の気液溶解混合装置の第１２
実施形態を図１６、図１７に示す。ここで、上述の実施
形態と同様の構成は同一の符号を付して説明を省略す
る。この実施形態は、図１６に示すように、上記第７実
施形態の気体吸引器５０を吐出管路３４の途中に設け、
吐出管路３４の先端に、ノズル１２を取り付け、このノ
ズル１２を混合容器１４に上部に接続したものである。
その他の構成は、上記第１、第７実施形態と同様であ
り、またその他の各種の条件は、上記第１実施形態と同
様である。

【００４１】ここで、この実施形態のノズル１２の開口
部１３の断面積は、気体吸引器５０の喉部５３や絞り２
０の断面積に比べて十分大きく、しかも、ジェット１５
の流速は、５〜１５ｍ／ｓの範囲であることが望まし
い。特に、ノズル１２の出口側開口部１３の断面積は、
喉部５３や、絞り２０の断面積の１．５倍以上であるこ
とが望ましい。またその他の各種の条件は、上記第１実
施形態と同様である。

【００４２】この実施形態の気液溶解混合装置によれ
ば、逆止弁３８や気体配管３６に漏洩が生じても、ノズ
ル１２から液体が噴射されている間は、混合容器１４内
の気体が逆流することはない。

【００４３】次に、この発明の第１３実施形態を図１
８、図１９に示す。この実施形態の気液溶解混合装置
は、上記第２実施形態の気液溶解混合装置の流出口１６
の位置を、混合容器１４の隔壁２５の下方であってノズ
ル１２のほぼ直下の混合容器１４の下部に取り付けたも
のである。そして、ポンプ３０に給水配管３２と吐出配
管３４が接続され、吐出配管３４の途中には、逆止弁３
５が配置され、その下流側の途中に気体注入手段である
気体配管３６が接続されている。吐出配管３４は、ノズ
ル１２に接続され、気体が加圧状態で密閉された混合容
器１４の上部に接続されている。気体配管３６には、気
体注入手段として、逆止弁３８を介してコンプッレサ３
９が接続されている。ノズル１２の直下部の流出口１６
に配管１８が接続され、配管１８は絞り２０を介して配
管２２に接続されている。なお、絞り２０は、各種のバ
ルブ等の可変絞りを用いても良く、気体配管３６も、ノ
ズル１２の上流以外に、混合容器１４の上部に接続して
も良い。

【００４４】この実施形態の流出口１６の位置をこのよ
うにしたのは、流出口１６を図１８の位置とは反対側ま
たは図３に示すように液体の噴射方向と対面する壁面近
傍に設けると、その位置の流出口から溶解し切らない気
体が気泡として液体とともに流出し、気体の利用率が悪
いものとなり、また、大きな気泡の混じった気液混合流
が形成されてしまうという問題があった。そこで、この
実施形態のように、流出口１６の位置を、ノズル１２の
直下に設けることにより、ジェット１５による流れが流
出口１６に向かわず、気液混合流が流出口１６に至る間
に、溶解し切らない気泡が隔壁２５の裏面に溜り、流出
口１６から容易に出ることがないものである。そして、
溜った気泡を適宜上方に逃がすことにより気体が無駄に
流出しないものである。

【００４５】この気泡が隔壁２５の裏面に溜る条件とし
ては、混合容器１４の下方の流路の流速が０．１ｍ／ｓ
以下であるとすると、図１８において、混合容器１４の
下方の流路の高さＨと長さＬの関係が、Ｌ／Ｈ＞４であ
ることが好ましい。なお、流出口１６の位置は、液体の
噴射方向と対面する壁面またはその近傍以外の壁面であ
れば良い。また、隔壁２５にわずかに傾斜をつけて、流
出口１６の反対側が高くなるようにしておけば、気泡が
自然に上方に流れて、混合容器１４の上部に向かうもの
である。その他の条件及び使用方法等は、第１、第２、
第４実施形態と同様である。また、ノズル１２の代わり
に、上記実施形態の気体吸引器５０を設けても良い。

【００４６】次に、この発明の第１４実施形態を図２
０、図２１に示す。この実施形態の気液溶解混合装置
は、上記第１３実施形態の気液溶解混合装置の混合容器
１４の隔壁２５の流出口１６近傍に、透孔７２を形成し
たものである。

【００４７】これにより、隔壁２５の裏面に溜った気泡
が透孔７２を経て、混合容器４の上部に浮き上がり、液
体との混合に供されるものである。従って、流出口１６
から流れ出る気泡を確実になくし、より高効率の気体使
用を可能にする。

【００４８】ここで、隔壁２５に形成する透孔７２は、
図２０に示すものの他、図２１（Ａ），（Ｂ）に示すよ
うに、全体または裏面側の一部に、下方に広く広がった
円錐台部７２ａを形成することにより、より容易に気泡
が円錐台部７２ａを経て透孔７２に寄せられ、容易に上
方に浮き上がるものである。

【００４９】次に、この発明の第１５実施形態を図２２
に示す。この実施形態の気液溶解混合装置は、図５に示
す第４実施形態の気液溶解混合装置の、逆止弁３８と吐
出配管３４との間の気体配管３６に、気体注入手段とし
ての気体タンク７４を設け、さらに、気体タンク７４と
吐出配管３４の間の気体配管３６に、電磁弁７６を設け
たものである。

【００５０】この実施形態によれば、先ず、ポンプ３０
により液体が圧送されている間に、コンプレッサ３９を
作動させて、気体タンク７４に加圧された気体を充填し
ておく。そして、混合容器１４内の気体が不足してくる
と、ポンプ３０及びコンプレッサ３９を停止し、電磁弁
７６を切り替えて、気体タンク７４中の気体を混合容器
１４中に充填する。このとき、気体タンク７４の気体圧
力は、混合器１４内の気体圧力とほぼ等しくし、混合容
器１４内の液体の流出とともに、気体タンク７４内の気
体が混合容器１４中に充填されるようにする。

【００５１】これにより、混合容器１４内の液体が一度
に流出することがなく、しかも確実に連続的に流出す
る。さらに、液体圧送中即ち電磁弁７６が閉じている間
に、コンプレッサ３９により気体を加圧して気体タンク
７４に充填しておくので、図５に示す上記第４実施形態
と比較して、液体を圧送するポンプ３０の停止時間がき
わめて短いものである。即ち、コンプレッサ３９はその
立ち上げに時間がかかるため、ポンプ３０の停止後にコ
ンプレッサ３９を作動させると、気体の圧力が混合容器
１４内の気体圧力になるまでの立ち上り時間に多くの時
間をとられるという問題があった。しかし、この実施形
態では、この立ち上りをポンプ３０の作動中に行なうた
め、気体の充填のためのポンプ３０の停止は、例えばは
数秒程度で良いものである。

【００５２】次に、この発明の第１６実施形態を図２３
に示す。ここで、上述の実施形態と同様の構成は同一の
符号を付して説明を省略する。この実施形態は、図２３
に示すように、上記第７実施形態の気体吸引器５０を吐
出管路３４の途中に設け、吐出管路３４の先端に、ノズ
ル１２を取り付け、このノズル１２を混合容器１４に上
部に接続したものである。さらに、この実施形態の気液
溶解混合装置は、上記第１２実施形態の開閉バルブ５６
を、電磁弁７６に置き換えたものである。その他の構成
は、上記第１、第７、第１２実施形態と同様であり、ま
たその他の各種の条件は、上記実施形態と同様である。

【００５３】ここで、この実施形態のノズル１２の開口
部１３の断面積は、上記第１２実施形態と同様に、気体
吸引器５０の喉部５３や絞り２０の断面積に比べて十分
大きく、しかも、ジェット１５の流速は、５〜１５ｍ／
ｓの範囲であることが望ましい。特に、ノズル１２の出
口側開口部１３の断面積は、喉部５３や、絞り２０の断
面積の１．５倍以上であることが望ましい。

【００５４】この実施形態によれば、コンプレッサを用
いずに、電磁弁７６の切換で、自動的に液体の噴射と、
気体の供給を行なわせることができるものである。
尚、この発明の気液溶解混合装置は上記実施形態に限定
されるものではなく、上記各実施形態を適宜組み合わせ
た状態で実施することも可能であり、例えば、混合容器
を複数直列に接続した装置を、複数列並列に並べて構成
することにより、高効率の加圧混合溶解を得ることがで
きるとともに、その連続処理をできるようにしてもよ
い。

【００５５】

【実施例】次にこの発明の気液溶解混合装置を用いた実
施例について説明する。先ず、一実施例の気液溶解混合
装置と従来の装置とで比較実験を行ったところ、０．３
ＭＰａの加圧状態を得るために、この実施例の装置は、
上記従来の装置の１／３のエネルギー消費しかなく、非
常に効率が高いことがわかった。また、気体の利用率も
この実施例の場合９８％と、きわめて高効率であった。

【００５６】図２４はこの気液溶解混合装置８０を、水
耕栽培に利用したものである。水耕栽培用ベッド８２に
供給する栽培水に対して、この気液溶解混合装置８０に
より酸素の供給を行なったところ、飽和溶存酸素濃度の
１３０％の溶存酸素濃度を得ることができた。これによ
り、栽培植物の根や茎、葉、実の成長が促進された。

【００５７】図２５はこの気液溶解混合装置８０を、活
魚の生けす８４に酸素を供給する装置に利用したもので
ある。生けす８４に供給する酸素は、酸素ボンベ８６か
ら供給するものである。この場合、従来の、単に酸素ボ
ンベ８６からの酸素を泡にして生けす８４内に供給して
いる場合と比較して、酸素利用率が従来の５％からこの
実施例では９８％に向上し、この実施例の場合に必要と
なる電気エネルギーやその他のコストを考慮しても、酸
素利用率が大幅に向上することから、きわめて大幅なコ
ストダウンを図ることができる。

【００５８】

【発明の効果】この発明の気液溶解混合装置は、少ない
エネルギーで気体の無駄なく、加圧状態で効率良く気液
の溶解混合を行うことができ、連続運転も可能であり、
装置全体の小型化も図ることもできるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施形態の気液溶解混合装置の
断面図である。

【図２】この発明の第１実施形態の気液溶解混合装置の
使用状態を示す断面図である。

【図３】この発明の第２実施形態の気液溶解混合装置の
断面図である。

【図４】この発明の第３実施形態の気液溶解混合装置の
部分破断正面図（Ａ）と右側面図である。

【図５】この発明の第４実施形態の気液溶解混合装置を
示す概略図である。

【図６】この発明の第５実施形態の気液溶解混合装置を
示す概略図である。

【図７】この発明の第６実施形態の気液溶解混合装置を
示す概略図である。

【図８】この発明の第７実施形態の気液溶解混合装置を
示す概略図である。

【図９】この発明の第７実施形態の気液溶解混合装置の
断面図である。

【図１０】この発明の第７実施形態の気液溶解混合装置
の使用状態を示す断面図である。

【図１１】この発明の第７実施形態の気液溶解混合装置
の気体吸引器を示す断面図である。

【図１２】この発明の第８実施形態の気液溶解混合装置
の断面図である。

【図１３】この発明の第９実施形態の気液溶解混合装置
を示す概略図である。

【図１４】この発明の第１０実施形態の気液溶解混合装
置を示す概略図である。

【図１５】この発明の第１１実施形態の気液溶解混合装
置を示す概略図である。

【図１６】この発明の第１２実施形態の気液溶解混合装
置を示す概略図である。

【図１７】この発明の第１２実施形態の気液溶解混合装
置の断面図である。

【図１８】この発明の第１３実施形態の気液溶解混合装
置の混合容器の断面図である。

【図１９】この発明の第１３実施形態の気液溶解混合装
置の概略図である。

【図２０】この発明の第１４実施形態の気液溶解混合装
置の混合容器の断面図である。

【図２１】この発明の第１４実施形態の気液溶解混合装
置の隔壁の透孔部分の断面図である。

【図２２】この発明の第１５実施形態の気液溶解混合装
置の概略図である。

【図２３】この発明の第１６実施形態の気液溶解混合装
置の概略図である。

【図２４】この発明の気液溶解混合装置を水耕栽培に利
用した実施例の概略図である。

【図２５】この発明の気液溶解混合装置を生けすの酸素
供給装置に利用した実施例の概略図である。

【符号の説明】

１０，１８，２２配管１２ノズル（噴射部）１４混合容器１５ジェット１６流出口２０絞り５０気体吸引器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気体を充填した混合容器の上部に液体を
水平方向に噴射する噴射部を設け、上記混合容器の下流
に上記混合容器内の加圧状態を保持するために流路を絞
った絞りを設け、この噴射部から液体を混合容器内に噴
射し、加圧状態で上記混合容器内の気体と噴射された液
体とで気液の反応または溶解を行わせるとともに、上記
混合容器の下部から気体が溶解した液体を流出させ、上
記混合容器内での気体の液体への溶解により内部の気体
が減少すると、上記混合容器内への液体の供給を停止
し、上記混合容器内へ気体を供給し、上記混合容器に対
する液体の噴射及び気体の供給を交互に行う気液溶解混
合方法。
【請求項２】流体流路の一部を絞った絞り部と、その
わずかに下流に外部から気体を流入させる気体流入口を
形成した気体吸引器を備えた噴射部を設け、この噴射部
を気体が充満した混合容器の上部に取り付け、上記混合
容器の下流に上記混合容器内の加圧状態を保持するため
に流路を絞った絞りを設け、この噴射部から液体を上記
混合容器内に噴射し、上記混合容器内の気体と噴射され
た液体とで気液の反応または溶解を行わせるとともに、
上記混合容器の下部から気体が溶解した液体を流出さ
せ、上記混合容器内での気体の液体への溶解により内部
の気体が減少すると、上記混合容器内の圧力を低下させ
て上記噴射部の気体吸引器から気体を吸引しつつ上記液
体を上記混合容器内に噴射し、上記混合容器内の気体が
増加すると、上記混合容器内の減圧を中止し上記気体吸
引器からの気体吸引が止まり上記液体の噴射を行ない、
上記噴射部による液体のみの噴射と、気体吸引を伴う液
体の噴射との動作を交互に行う気液溶解混合方法。
【請求項３】気体を充填した混合容器と、この混合容
器の上部に設けられ液体を上記混合容器内へ密閉状態で
水平方向に噴射する噴射部と、上記混合容器の下部に設
けられた上記液体の流出口と、この流出口の下流に設け
られ上記混合容器内の加圧状態を保持するために流路を
絞った絞りとを設け、上記混合容器内へ気体を噴射し
て、上記混合容器内の気体と噴射された液体とで気液の
反応または溶解を行わせ、気体が溶解した液体を上記流
出口及び絞りを経て供給する気液溶解混合装置。
【請求項４】上記噴射部の上流側から上記混合容器の
上部までの間に、気体注入手段を設けた請求項３記載の
気液溶解混合装置。
【請求項５】上記気体注入手段は、切換弁と、この切
換弁の上流側に設けられた気体タンクと、この気体タン
クの上流側に設けられた気体供給源とにより構成した請
求項３記載の気液溶解混合装置。
【請求項６】上記噴射部は、流体流路の一部を絞った
絞り部と、この絞り部のわずかに下流側の流路に接続さ
れ外部から気体を流入させる気体流入口と、上記絞り部
の下流側に設けられ徐々に管路を広げた広がり部とを備
えた気体吸引器を備え、上記流出口の下流の管路を分岐
し、一方の管路に上記混合容器内の加圧状態を保持する
ために流路を絞った絞りを設け、他方の管路に開閉弁を
設けた請求項３記載の気液溶解混合装置。
【請求項７】上記噴射部から噴射される液体の速度
は、５ｍ／ｓ〜１５ｍ／ｓである請求項３または６記載
の気液溶解混合装置。
【請求項８】上記噴射部による液体噴射方向に沿って
上記噴射された液体をその下方の液体と仕切る隔壁を設
けた請求項３または６記載の気液溶解混合装置。
【請求項９】上記混合容器内の液面を、ほぼ上記噴射
部出口の高さに調節した請求項３または６記載の気液溶
解混合装置。
【請求項１０】上記流出口の下流側に、配管を介して
上記と同様の他の混合容器を接続し、この配管が上記他
の混合容器の上部に接続され、上記他の混合容器の流出
口に、上記絞りが接続されている請求項３または６記載
の気液溶解混合装置。
【請求項１１】上記噴射部を有した混合容器を複数配
設し、上記各噴射部が配管を介して各々液体供給源に接
続され、上記各混合容器の流出口には、各々配管及び絞
りが設けられた請求項３または６記載の気液溶解混合装
置。
【請求項１２】上記流出口は上記混合容器内の液体の
噴射方向と対面する位置の壁面またはその近傍以外の壁
面に取り付けられている請求項３または６記載の気液溶
解混合装置。
【請求項１３】上記噴射部の下方に上記液体噴射方向
に隔壁を設け、上記流出口は上記隔壁の下方であって上
記噴射部のほぼ直下に取り付けられている請求項１２記
載の気液溶解混合装置。
【請求項１４】上記隔壁の上記噴射部側に透孔を形成
した請求項１３記載の気液溶解混合装置。
【請求項１５】上記透孔は下方が相対的に大きく形成
されている請求項１４記載の気液溶解混合装置。