JPH1066850A - 連続通水式ガス溶解装置の溶解度調節方法及びこの方法を実施する連続通水式ガス溶解装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】連続通水式ガス溶解装置において、液中へのガ
ス溶解度を自由に調節出来るようにする。 【解決手段】 ガス溶解処理槽に、原水供給系路と、処
理水吐水系路と、処理槽から排出させた水に気液混合装
置を介してガスを混合させた後、処理槽に戻す循環系路
を設ける。原水供給系路と処理水吐水系路の流量を略同
量にするとともに、原水供給系路または処理水吐水系路
と前記循環系路の流量比を調節して処理槽内の処理水の
ガス溶解度を調節する。

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、水などの液体に
オゾン、炭酸ガスなどのガスを溶解させる方法及び装置
に関し、特に、ガス溶解度を自由に調節できるガス溶解
方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液体にガスを溶解させる技術としては、
一般に、水槽外部から供給したガスを槽内の液中に放散
する方法がとられており、特に、溶解効率を高めるため
に多孔パイプ、多孔板、あるいはスポンジなどの多孔質
を介してガスを微細化し、気液接触面積を大きくする方
法などが知られている。

【０００３】これらの方法ではガスはさほど微細化され
ず、例えば、２０ミクロンの細孔を通して放散してもガ
スは細孔を通り抜けた直後に膨張し、最小でも１，００
０ミクロン程度にとどまる。このように液中に放散され
たガスの気泡径が大きいと水中を急速に上昇して気相へ
と発散するため、処理槽内に邪魔板を設けて気泡の上昇
を抑えたり、撹拌羽根で水中の気泡を砕く方法がとられ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
ガス溶解方法は、ガスを大きい気泡の状態で処理槽内の
水中に放散するのでガスの溶解効率が低く、また、この
溶解効率の低さは、粗大気泡の放散という方式自体の限
界として、供給ガス量を多くしてもさほど改善できるも
のではないため、小さな単位時間当たりのガス溶解効率
が液中のガス溶解度を左右する連続式ガス溶解装置にお
いて、液中のガス溶解度を自由に調節することができな
かった。

【０００５】従って、本発明の第１の目的は、液中にガ
スを超微細化して混合するとともに、ガス溶解度をゼロ
から飽和値まで自由に調節することができるガス溶解方
法を提供することにある。

【０００６】本発明の第２の目的は、上記方法を実施す
るためのガス溶解装置を提供することにある。

【０００７】上記第１の目的を達成するために、本発明
は、ガス溶解処理槽に原水を連続供給する原水供給系路
と、この処理槽から処理水を連続吐水させる処理水吐水
系路と、この処理槽から排出させた水に気液混合装置を
介してガスを混合させた後、この処理槽に戻す循環系
路、とを有する連続通水式ガス溶解装置を用い、原水供
給系路と処理水吐水系路の流量を略同量にするととも
に、原水供給系路または処理水吐水系路と前記循環系路
の流量比を調節して処理槽内の処理水のガス溶解度を調
節することを特徴とする。

【０００８】上記第２の目的を達成するために、ガス溶
解処理槽に原水を連続供給する原水供給系路と、この処
理槽から処理水を連続吐水させる処理水吐水系路と、こ
の処理槽から排出させた水に、気液混合装置を介してガ
スを混合させた後、この処理槽に戻す循環系路を設ける
とともに、これら原水供給系路、処理水吐水系路、循環
系路の一つまたは二つ以上に流量調節自在の流量制御手
段を設け、この流量制御手段により、原水供給系路と処
理水吐水系路を略同量にするとともに、原水供給系路ま
たは処理水吐水系路と前記循環系路の流量比を調節して
処理槽内の処理水のガス溶解度を調節することができる
ようにしたことを特徴とする。

【０００９】本発明に使用される気液混合装置は、好ま
しくは、円筒ケーシングと；二つの半楕円形翼盤をその
弦側側縁を円筒ケーシングの軸芯に対して対称的に交差
させて向き合わせ、交差部よりも上流側の翼盤相互の弦
側側縁間を、前記円筒ケーシングの横断面をほぼ二等分
する三角形の仕切板で閉塞するとともに、前記翼盤の円
弧側縁を前記円筒ケーシング内周壁に結合した変流ガイ
ドベインと；半球状の頭部と逆截頭円錐台形の脚部を有
し、半球状頭部を円筒ケーシングの軸芯方向に向けて逆
截頭円錐台形脚部と前記変流ガイドベインの下流側の円
筒ケーシングの内周壁に放射状に固設した複数の撹拌体
と；から構成されていることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳述する。本発明のガス溶解装置１は、
処理槽２に原水を連続的に供給するための原水供給系路
３と、処理槽２からガス溶解処理水を連続的に取り出す
ための処理水吐水系路４が接続されているとともに、処
理槽２から排出させた水にガス導入管５から供給したガ
スを添加し、気液混合装置６をを介して水中のガスを極
微細気化させて処理槽２に戻す循環系路７を具備してい
る。

【００１１】原水供給系路３は、処理槽２に原水を所定
の流量で連続的に供給するものであり、また、処理水吐
水系路４は、処理槽２のガス溶解処理水を所定の流量で
連続的に取水するものである。

【００１２】他方、循環系路７はポンプ８と前記気液混
合装置６を介装してあるとともに、外部からのガス導入
管５が接続されており、これにより処理槽２の水等を循
環させるとともに、循環の過程で気液混合装置６によっ
てガスを極微細な気泡にして水に混合・溶解させて処理
槽２に戻すものである。

【００１３】このため、上記気液混合装置６は、好まし
くは図３、図４に詳細に示すように、円筒ケーシング９
内の液体流入側に変流ガイドベイン１０を介装してある
とともに、円筒ケーシング９の変流ガイドベイン下流側
に撹拌体１１を突設してある。

【００１４】気液混合装置６の変流ガイドベイン１０
は、図３、図４に示すように、二つの半楕円形翼盤１０
ａ、１０ｂをその弦側側縁１０ｃ、１０ｄを円筒ケーシ
ング９の軸芯に対して対称的に交差させて向き合わせる
とともに、交差部よりも上流側の翼盤相互の弦側側縁１
０ｃ、１０ｄ間を、前記円筒ケーシング９の横断面をほ
ぼ二等分する三角形仕切板１０ｅで閉塞した構成になっ
ており、二つの翼盤１０ａ、１０ｂの円弧側縁１０ｆ、
１０ｇを前記円筒ケーシング９の内周壁に結合すること
により、円筒ケーシング９内に変流部を形成している。

【００１５】また、気液混合装置６の撹拌体１１は、逆
截頭円錐台形の脚部１１ａの先端に、半球状の頭部１１
ｂを一体に有し、この半球状頭部１１ｂを円筒ケーシン
グ９の軸芯方向に向けてその逆截頭円錐台脚部１１ａを
前記変流ガイドベイン１０の下流側に位置する円筒ケー
シング９内周壁に放射状に固設され、これにより円筒ケ
ーシング９内に混合部を形成している。

【００１６】かくして、循環系路を流れるガス混合水は
気液混合装置６の流路に設けられた変流ガイドベイン１
０の仕切板１０ｅによって整流され、仕切板上流側に渦
流を発生させることなく、集中された運動エネルギーを
もって、ほぼ等量の２つの分流に仕分けられるととも
に、仕切板１０ｅを包み込む状態で配された２枚のほぼ
相似形の半楕円形の翼盤１０ａ、１０ｂに誘導されて螺
旋流と化し、仕切板、翼盤、および変流部の内周壁とで
形成される２つの蔓巻状の変流路を旋回・通過する。こ
のような液体が、流れの過程で瞬間的に急激に分断さ
れ、かつ急激に流れの方向を変換された場合には大きな
剪断応力が発生し、この剪断応力の作用により流体は乱
流と化し、ガスと水の気・液混合流体は大きな撹拌作用
を受ける。

【００１７】また、変流路の開口最小断面積は、変流部
の断面積に比して大きく狭窄されているので、変流ガイ
ドベイン１０の変流路を通過する乱流状の旋回流体は大
幅に圧密・加速されて、大きな慣性力の作用の下に、変
流部に続く混合部に旋回・進入する。混合部の断面積は
変流部の開口最小断面積より大幅に拡大されているの
で、混合部に進入した乱流・旋回流は、旋回速度の２乗
に比例する負圧を発生させるとともに、混合部の横断面
積から開口最小断面積の合計面積を差し引いた面積を近
似的な横断面積とする直径を有する円筒状の低圧部を、
混合部の軸芯に沿って形成し、その低圧部の周囲を旋回
・流過する。この負圧の円筒状低圧部の周囲を、旋回・
流過する気・液混合流体は正圧であり、かつ高圧である
ので、混合部内における混合流体は極めて大きい圧力勾
配の作用の下に、気・液それぞれの飽和蒸気圧は著しく
低下し、低温沸騰とも言うべき厳しい混合・撹拌作用を
受け、流体を構成する各流体粒子の分子運動は励起さ
れ、分子振動により各粒子の境膜抵抗は減少し、物質移
動速度を急激にアップされた気・液混沌状態の旋回流体
となる。これら混沌状態の旋回流体は、慣性力の作用に
よって、混合流体を構成する気・液成分のうち、比較的
に質量の大きい液体成分は混合部の半径外方向に移動し
て、混合部の流床に沿って成層し、比較的に質量の小さ
い気体成分は反応部の半径内方向に移動し、前記成層液
体と界面を接し、かつ前記低圧部とも界面を接して成層
する。これらの旋回する成層流体のうち、内側を流れる
流体の流速は、外側を流れる液体の流速より大きい。

【００１８】そして、これらの旋回流体の流れる混合部
の内周壁（流床）には、頭頂部を混合部の軸芯方向に向
けた半球状の頭部、および頭部の下線を自らの上縁と
し、かつ前記成層流体の平均層厚より大きい高さを有す
るよう設計された逆截頭円錐台形の脚部をもって一体成
型された、鈍い形状の数個の撹拌体が、混合部の軸芯に
対して放射状に配置されている。このため、前記成層し
た気・液の旋回流体は、撹拌体と衝突し、撹拌体の鋭い
縁部によって流れの水平方向に分断されて空洞現象（キ
ャビテーション）を発生し、旋回流の内部における音響
効果による厳しい音波振動を受けるとともに、鈍い形状
の撹拌体の形状抵抗、摩擦抵抗、および旋回流を構成す
る気・液それぞれの物性に基づく運動量、運動方向（挙
動）の特殊性などの複合作用によって、さらに十分に撹
拌・混合される。すなわち、流床側を旋回する液層は、
鈍い形状の脚部と衝突し、河川における杭と流水の状態
の如く、衝突前面において増嵩するとともに脚部の側面
を遡上し、鋭い縁部を乗り越えて頭頂部にまで登頂し、
ここに液膜を形成するが、このような旋回流の運動は不
等速円運動と見做されるので、液の一部が頭頂部にまで
登頂するに必要とされる初速度は、エネルギー保存の法
則に従って（５×重量加速度×突起物の全高）の０．５
乗以上とされるが、前記の液層の運動力では必ずしもこ
の速度が得られない場合がある。

【００１９】一方、前記液層の内側で液層と界面を接し
て、液層より早く旋回する気層も撹拌体と衝突し、撹拌
体の鋭い縁部により上下の２つの分流に分断される。下
方の分流は、液層と界面を接して流れるので、液層の表
面部分は気層の運動力を取り込んで加速され、前記不等
速円運動に必要な初速度を満足させ、撹拌体の頭部にお
いて画然たる液膜が形成される。上方の分流は、撹拌体
頭部の下線付近の鈍い側角部と衝突し、飛行中の飛行機
が無理な上昇角度を取って墜落する場合の翼面における
境界層の剥離現象と同様に、撹拌体の頭部に着床した液
膜を境界層と見なし得るので前記液膜は頭部の着床から
剥離され、流れの後方の気層中に夥しい量の液滴の微粒
子として飛散・分散される。しかし、これらの流体の挙
動は大きな慣性力の作用を受けているので、前記気層中
に飛散した液滴微粒子は、混合部の半径外方向に向か
い、元の液層に復帰・合一し、一方前記キャビテーショ
ンによって液層から離脱した気体の粒子は、混合部軸芯
方向に向かい元の気層に合一する。このため、気・液の
粒子は、互いに相手の流れに乗ることなく、互いに相反
する方向に向かう大量な粒子同士の複雑な衝突による混
合効果とともに、粒子が元の液層と衝突・合一する際の
莫大な物質移動量に基づく混合効果が得られるのであ
る。

【００２０】上記のガス溶解装置において、本発明のガ
ス溶解度調節方法は、原水供給系路３と処理水吐水系路
４の流量をほぼ同量にして処理槽２の水量をほぼ一定に
保持するとともに、これら原水供給系路３または処理水
吐水系路４の流量に対する循環系路７の流量の比率を変
えることにより、処理槽２内に生成されるガス溶解処理
水の溶解度を自由に調節するようにしたものである。

【００２１】すなわち、処理槽２に入る原水供給系路３
と処理水吐水系路４の流量は一定であるから、例えば、
原水供給系路３または処理水吐水系路４の流量よりも循
環系路７の流量を多くすると、処理槽２内の水の一部、
すなわち循環系路７流量から原水供給系路３（または処
理水吐水系路４）の流量を差し引いた量の水は循環系路
７に繰り返し循環されて気液混合装置６の作用をうける
ので、ガス導入管から供給されたガスは極めて微細化さ
れて液中からほとんど発散することなく溶解に供せら
れ、このため処理槽２内の水のガス溶解度は急速に上昇
し、飽和値まで高めることができる。

【００２２】逆に、原水供給系路３または処理水吐水系
路４の流量よりも循環系路７の流量を少なくすると、前
記と逆の理由で処理槽２の水の一部は循環系路７におけ
る気液混合装置６の作用をうけなくなるので、処理槽２
内の水のガス溶解度は次第に低下する。

【００２３】かくして、所望のガス溶解度を検出したと
ころで、該溶解度が維持されるように原水供給管路３及
び処理水吐水系路４と循環系路７の流量を調節する。

【００２４】上記のように、本発明の方法は、原水供給
系路３と処理水吐水系路４の流量をほぼ等しくするとと
もに、これら原水供給系路３または処理水吐水系路４と
前記循環系路７の流量比を調節して処理水のガス溶解度
を調節するものであるため、この方法を実施する本願発
明の前記連続通水式ガス溶解装置１は、原水供給系路３
及び処理水吐水系路４の出入系路と循環系路７の一方ま
たは双方に、前記流量調節のための流量制御手段を備え
ている。

【００２５】図１のように、原水供給系路３と循環系路
７に接続している実施形態の場合は、その接続部に原水
供給系路３と循環系路７の流量比を一つの流量制御手段
で調節することができる三方弁を設け、処理水吐水系路
４に原水供給系路３の流量と等しくするための流量制御
弁を設けるのが望ましい。

【００２６】図２のように、原水供給路３を処理槽２に
直接接続している場合は、循環系路７に出力可変のポン
プ８を設け、このポンプ８を流量制御手段として利用す
ることができる。この場合も、原水供給系路３と処理水
吐水系路４に流量制御弁を設けるのが望ましいが、必ず
しも必須のものではない。両系路３、４の流量が等しけ
れば、循環系路７の流量調節のみで、前記流量比を調節
できるからである。

【００２７】尚、図の実施例では循環系路７の気液混合
装置６を処理槽２の外側に固設しているが、内側に配設
してもよい。

【００２８】

【効果】本発明は、連続通水式のガス溶解に際し、ガス
溶解度を自由に調節することができる。また、処理槽の
水を循環させ、一循環サイクル毎に気液混合装置の作用
をうけるのでガス溶解効率が著しく向上する。

【００２９】また、特殊構造の変流ガイドベインと撹拌
体を有する気液混合装置を使用することにより、水中の
気泡が超微細化されるので、溶解効率がさらに飛躍的に
向上するとともに、ガス溶解度を細かく調節することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による連続通水式ガス溶解装置
の概略構成図

【図２】本発明の他の実施例による連続通水式ガス溶解
装置の概略構成図

【図３】気液混合装置の拡大断面図

【図４】気流ガイドベインの透視図

【図５】撹拌体の側面図

【符号の説明】

１…ガス溶解装置 ２…処理槽 ３…原水供給系路 ４…処理水吐水系路 ５…ガス導入管 ６…気液混合装置 ７…循環系路 ８…ポンプ ９…円筒ケーシング １０…変流ガイドベイン １０ａ、１０ｂ…半楕円形翼盤 １０ｃ、１０ｄ…弦側側縁 １０ｅ…仕切板 １０ｆ、１０ｇ…円弧側縁 １１…撹拌体 １１ａ…逆截頭円錐台脚部 １１ｂ…半球状頭部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス溶解処理槽に原水を連続供給する原
   水供給系路と、該処理槽からガス溶解処理水を連続吐水
   させる処理水吐水系路と、前記ガス溶解処理槽から排出
   させた水に気液混合装置を介してガスを混合させた後、
   該処理槽に戻す循環系路、とを有する連続通水式ガス溶
   解装置を用い、原水供給系路と処理水吐水系路の流量を
   略同量にするとともに、原水供給系路または処理水吐水
   系路と前記循環系路の流量比を調節して処理槽内の処理
   水のガス溶解度を調節することを特徴とする連続通水式
   ガス溶解装置の溶解度調節方法
2. 【請求項２】 ガス溶解処理槽に原水を連続供給する原
   水供給系路と、この処理槽から処理水を連続吐水させる
   処理水吐水系路と、この処理槽から排出させた水に、気
   液混合装置を介してガスを混合させた後、この処理槽に
   戻す循環系路を設けるとともに、これら原水供給系路、
   処理水吐水系路、循環系路の一つまたは二つ以上に流量
   調節自在の流量制御手段を設け、この流量制御手段によ
   り、原水供給系路と処理水吐水系路の流量を略同量にす
   るとともに、原水供給系路または処理水吐水系路と前記
   循環系路の流量比を調節して処理槽内の処理水のガス溶
   解度を調節することができるようにしたことを特徴とす
   る連続通水式ガス溶解装置
3. 【請求項３】 循環系路の気液混合装置が、円筒ケーシ
   ングと；二つの半楕円形翼盤をその弦側側縁を円筒ケー
   シングの軸芯に対して対称的に交差させて向き合わせ、
   交差部よりも上流側の翼盤相互の弦側側縁間を、前記円
   筒ケーシングの横断面をほぼ二等分する三角形の仕切板
   で閉塞するとともに、前記翼盤の円弧側縁を前記円筒ケ
   ーシング内周壁に結合した変流ガイドベインと；半球状
   の頭部と逆截頭円錐台形の脚部を有し、半球状頭部を円
   筒ケーシングの軸芯方向に向けて逆截頭円錐台形脚部と
   前記変流ガイドベインの下流側の円筒ケーシングの内周
   壁に放射状に固設した複数の撹拌体と；から構成されて
   いることを特徴とする請求項２記載の連続通水式ガス溶
   解装置