JPS63305925A - 気液攪拌混合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液体中に気体をより効率良く溶は込ませるよ
うにした気液撹拌混合装置に関するものである。

〔従来の技術〕

水等の液体中に空気等の気体を溶は込ませる装置として
は、コンプレッサーまたはブロアーを用いて液中に配設
されたパイプ内に気体を圧送し、このパイプに設けられ
た多数の小孔から気体を液体中に気泡として噴出させる
ものとか、液面部でモータ等の駆動装置により水車を回
転させて激しいしぶきを発生させ、このしふきにより多
数の気泡を液中に掻き込むものとかがあるが、これらの
装置により得られる液中での気泡は、あまりにも大きい
ために、気泡自体の持つ浮力により短時間の内に液面ま
で浮上してしまい、気体が液体に熔け込むのに充分な時
間の間、気泡を液中に止めておくことができなかった。

この上記した液体と気体との撹拌混合装置は、養殖、浄
水等の多方面において使用されているのであるが、気体
を液体内により大量に溶は込ませることができる撹拌混
合装置の出現が強く望まれていた。

特に、鰻の養殖の場合のように、養殖池の水の出入りが
ほとんどない場合には、前記した撹拌混合装置では、水
中への空気の溶は込みが少ないので、撹拌混合装置を連
続駆動させていても短時間の内に水中のアンモニア濃度
が高くなるばかりがアオミドロが発生し、養殖にとって
は極めて都合の悪い自体になることがしばしば生じてい
る。

この不都合を解消するため、本発明者は、上記した従来
技術の欠点、不都合を解消する発明（特公昭６１−３６
４４８号公報）を先に提案した。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この特公昭６１−３６４４８号公報に示された技術は、
撹拌混合される気体雰囲気中に開口した上端開口部を撹
拌混合される液体液面上に突出位置させて配置された直
線円筒形状の外筒体と、この外筒体の全長にわたり同軸
心状に挿入組付けされ、高速で回転駆動される直線円柱
形状の駆動体とから成り、外筒体と駆動体との間の間隙
を、駆動体の高速回転時に液体が間隙内に侵入位置する
ことができる範囲で、できる限り小さい値に設定した構
成となっている。

この特公昭６１−３６４４８号公報は、液体に比べては
るかに比重の小さい気体であっても、極めて小さい気泡
状となって液体中に位置する場合には、ブラウン運動に
似た現象により、気泡に作用する浮力に打ち勝って長時
間の間、液中に不規則に遊動しながら位置することがで
きると云うことに着眼し、気体雰囲気中の液体を激しく
渦流運動させることにより液体中に気体の極めて小さい
気泡を発生させ、この極めて小さいかつ多数の気泡を液
体内に長時間位置させることにより、気体の液体内への
溶は込みを、極めて効率良く達成するものとなっており
、外筒体の下端開口部分から液体を間隙内に侵入位置さ
せると共に、この間隙内の液体を、駆動体の高速回転運
動により発生する激しい渦流運動により気体と撹拌混合
し、この撹拌混合により発生する多数の細かい気泡を含
んだ液体を外筒体の下端開口部分から下方に放出する。

このように、間隙内への液体の供給は、多数の細かい気
泡を含んだ液体の放出口である外筒体下端開口部から行
われるものとなっているので、駆動体の高速回転中にお
ける間隙内の液面位置はどうしても低くなり、このため
間隙内に位置して駆動体により撹拌される液体の実質の
高さは、外筒体と駆動体との間に形成される間隙の高さ
に比べて小さい値となってしまい、これによって液体に
対する実質的な撹拌時間が短くなって、充分に小さい気
泡を多数発生させることができないと云う不満が生じる
ことになっていた。

もちろん、外筒体および駆動体の長さを充分に大きくす
ることにより間隙内の液体の高さを、充分に小さい気泡
を多数発生させることができる値にすることはできるの
であるが、外筒体および駆動体の高さを増大すればする
ほど、高速回転駆動される駆動体および外筒体の振動お
よびふれ等の完全な発生防止と云う機械的な製造上の制
約、および液体の深度の増大と云う設置条件の制約を受
けることになって、その実施が極めて困難になってしま
う。

また、間隙内から放出される液体と、間隙内に侵入しよ
うとする液体とが、相互に逆方向に流動することになっ
て相互に制動作用をかけることになるので、撹拌された
液体の放出される勢いが弱められることになり、このた
め撹拌された液体を遠方まで放散させることができなく
なると云う不満がある。

さらに、液体と撹拌混合される気体は、間隙内の液体の
渦流によりこの間隙内に引き込まれる気体だけであるの
で、単位時間内に液体内に放出される気体の絶対量を大
きくすることができないと云う不満があった。

例えば、内径６１ｍｍで、水面下の高さ９３０ｍｍに調
整された外筒体に、径３５ｍｍで、水面下の高さ１０７
０ｍｍに調整した駆動体を組付けて構成した装置を、８
０００−１１０００　（ｒｐｍ　）で回転駆動すると、
液体と気体とを撹拌混合する実質的な部分の長さである
運転中の間隙内の水位は、外筒体の下端開口部から４５
０〜５００ｍｍ程度と大幅に減少してしまい、このため
成形される気泡の径は１０−１〜１０−’ｍｍ程度と大
きく、またこの成形された気泡の外筒体下端開口部から
の放出勢いも、渦流成形のための距離が不足しているこ
とおよび間隙内への流入液体にその放出動作を阻害され
ることとによって、予想以上に弱いものとなってしまっ
ている。このように、成形される気泡の径が大きいこと
と、放出勢いが弱いこととによって、水中に放出された
気泡は、比較的短い時間の内に装置の周囲はぼ５ｍの範
囲内の水面に浮上してしまっていた。

さらに、駆動体の高速回転動作により得られる気体と液
体との混合流体は、液体の渦流動作により間隙内から放
出されるものであるので、その放出方向は下方となり、
平面的により広い範囲に放散させることができない不満
があった一０本発明は、上記した従来の欠点、不都合を
解消すべく創案されたもので、撹拌混合されて多数の極
めて細かい気泡となった気体と一緒に間隙内から下方に
放出される液体を、この間隙内の水位の下降動作を利用
することにより間隙内に供給すると共に、この液体の間
隙内への供給動作が気体と液体との混合流体の放出動作
に支障を与えないようにし、さらに間隙内から下方に放
出される気体と液体との混合流体の放射方向への放散を
より強力に達成することを、その技術的課題とする。

〔問題点を解決するための手段〕

以下、本発明を、本発明の一実施例を示す図面を参照し
ながら説明する。

本発明の手段は、 液体と撹拌混合される気体雰囲気中に開口した上端開口
部４を撹拌混合される液体液面上に突出位置させて配置
され、液体内における筒壁３の上部に窓孔６を開孔した
直線円筒形状の外筒体２を有すること、 この外筒体２よりも大きな長さを有すると共に極めて円
滑な外周面を有し、外筒体２内にこの外筒体２の全長に
わたり同軸心状に挿入組付けされ、外筒体２の下端開口
部５直下に位置した部分に多数の細孔８ａを有する噴気
筒部８を有し、外周面の周速が１１　ｍ　／ｓｅｃ以上
の高速で回転駆動される下端を閉鎖された直線円筒形状
の内筒体１を有すること、 この内筒体１内に気体を圧入するコンプレッサー１７を
有すること、 そして内筒体１と外筒体２との間に形成される間隙７を
、内筒体１の高速回転時に液体がこの間隙７内に侵入位
置することのできる範囲で、できる限り小さい値に設定
すること、 にある。

〔作用］ 上記した構成にあって、内筒体１と外筒体２との間に形
成される間隙７内には、外筒体２の筒壁３の窓孔６およ
び外筒体２の下端開口部５から液９一 体が侵入位置すると共に、この間隙７は、外筒体２の上
端開口部４が常時気体雰囲気中に開放した状態にあるの
で、必要時にこの上端開口部４から気体が供給される状
態にある。

この状態から内筒体１を、その外周面の周速が１１ｍ／
ｓｅｃ以上の高速で回転駆動させると、内筒体１の円滑
な外周面に接触している間隙７内の液体および気体は、
この内筒体１の高速回転動作に従って激しい渦流運動を
し、相互に激しく撹拌されると共に、この激しい撹拌作
用により気体は細分化されることになり、またこの渦流
運動により液体と気体との撹拌混合物は間隙７内から下
方に噴出されることになる。

また、内筒体１の高速回転駆動と同時にコンプレッサー
１７が駆動され、内筒体１内に加圧気体を圧入している
ので、二〇内筒体１内に圧入された気体は、コンプレッ
サー１７による圧入圧力と内筒体１の高速回転運動とに
より、噴気筒部８の細孔８ａから放射方向に勢い良く液
体中に噴出される。

この噴気筒部８の細孔８ａから液体中に噴出される気体
は、内筒体１が高速回転動作によって、細孔８ａから液
体中に出た途端に細分化されることになり、細分化され
た状態で放射方向に勢い良く放出される。

すなわち、外筒体２の下端開口部５からは、間隙７内で
液体と撹拌混合されて細分化された気体の気泡と液体と
の混合物と、噴気筒部８の細孔８ａから細分化されて噴
出される気体とが、−緒になって放出されることになる
のであるが、細孔８ａから噴出される気体の噴出方向が
内筒体１に対して放射方向であるので、下方に向かって
流出しようとする間隙７内の液体と気体との撹拌混合物
は、この細孔８ａから勢い良く噴出される気体の勢いに
よりその放出方向を放射方向に矯正されて放出されるこ
とになる。

このように、間隙７内の液体および気体は、内筒体１の
高速回転動作により、外筒体２の下端開口部５から液体
中に放出されるため、この間隙７内の液面位は低下して
間隙７内の液体の量が減少することになるが、間隙７内
の液体の量が減少すると、窓孔６を通って液体が間隙７
内に流入するので、間隙７内の液面位が窓孔６よりも′
下位になることがな（、常に一定の液面位を保持し、も
って気体の液体との撹拌混合のために作用する間隙７の
高さ領域を確保している。

また、上記したように、間隙７内への新たな液体の流入
は、外筒体２の筒壁３の上端部分に開口形成された窓孔
６から達成されるので、間隙７内に流入する液体の流入
動作が、外筒体２の下端開口部５から流出する液体と気
体との撹拌混合物の放出動作に影響を与えることがなく
、このため間隙７内の上記した混合物は、間隙７内に流
入する液体に阻害されることなしに円滑に放出されるこ
とになる。

さらに、間隙７内で成形された液体と気体との混合物、
すなわち極めて細かい多数の気泡は、間隙７内の液体の
渦流動作による放出力だけにより外筒体２の下端開口部
５から液体中に放出されるのではなく、噴気筒部８の多
数の細孔８ａがら勢い良く放射方向に放出される多数の
細かい気泡と一緒に放出されるので、その放射方向への
放出的いが極めて増強されることになり、これによって
成形される細かい気泡は液体中でより遠い箇所まで到達
することになる。

またさらに、液体内に放出される気体は、間隙７内で液
体と撹拌混合される気体に加えて、内筒体１を通って噴
気筒部８から噴出される気体があるので、単位時間内に
液体内に放射される気体の量は充分に多くなり、それだ
け気体の液体中への溶は込みを効率良く達成できること
になる。

なお、内筒体１は極めて高速で回転駆動されるが、この
ためこの内筒体１と液体との間には大きな抵抗が発生す
ることになるが、内筒体１の外周面を極めて円滑な面に
研磨加工しているので、この内筒体１と液体との間に発
生する摩擦を小さいものとすることができ、これによっ
て内筒体１を高速回転させた際に、この内筒体１に液体
との摩擦により激しい振動を発生させることを防止する
ことができ、内筒体１の円滑な高速回転運転を達成でき
ることになる。

〔実施例〕

以下の説明においては、液体として水を、気体として空
気を使用した場合について説明する。

第１図開示実施例の場合、水面直上に不動に配置された
ベース板１１上に間隔を開けて取付は板１２を配置し、
この取付は板１２上に、内筒体１の回転駆動源であるモ
ータ１３と、内筒体１を安定した姿勢で高速回転可能に
支持する軸受体１６と、そしてこの軸受体１６に支持さ
れた内筒体１内に空気を圧送するコンプレッサー１７と
が配置固定され、これらのモータ１３、軸受体１６そし
てコンプレッサー１７は取付は板１２に組付けられるカ
バ一体１８により覆われている。

モータ１３の出力軸にはプーリ１４が固定されており、
このプーリ１４とベース板１１上に突出位置した内筒体
１の上端部分に組付は固定されたプーリ１５との間にベ
ルトを掛は渡すことにより、モータ１３で内筒体１を高
速回転駆動するようにしている。

外筒体２は、その上端開口部４を開放した状態で上端を
ベース板１１に固定していると共に、下端をベース板１
１に不動に固定された支持体１０に固定しており、内筒
体１も閉鎖した下端に固定された軸ピン９を、この支持
体１０に軸受を介して回転自在に固定し、もって高速回
転する内筒体１に振動が発生するのを確実に防止してい
る。

第２図に示した噴気筒部８は、その外径を内筒体１の本
体部分の外径よりもわずかに大きい値に設定し、もって
噴気筒部８上端部に段部を形成しているが、これは間隙
７内を下降してくる多数の極めて細かい気泡の流動方向
を、この段部の作用により少しでも放射方向に変更させ
、もって間隙７内で成形された多数の極めて細かい気泡
に対する噴気筒部８の細孔８ａから噴出される細かい気
泡による放射方向への放出効果を高めるようにしている
。

なお、窓孔６に設けられたネット６ａは、この窓孔６を
通って間隙７内に侵入する水と一緒に固形物であるごみ
が間隙７内に侵入するのを防止するためのもので、間隙
７内に固形物が侵入すると、高速回転している内筒体１
の動作に重大な支障を生じさせるからである。

また、第３図に示した実施例は、モニタ１３として水中
モータを使用した場合を示すもので、モータ１３に脚片
１９を設け、装置全体を直接水底に設置することができ
るようにしている。この第３図図示実施例の場合、モー
タ１３の出力軸に直接内筒体１を結合して回転駆動して
いるので、第１図図示実施例のようにヘルドを利用した
場合のように、ベルトが切断することによる動作上の不
都合の発生を事前になくすことができる。

次に、本発明装置の運転例を示す。

はぼ長方形となった広さ２６４イ、深さ１．３ｍの養魚
池で、水面はアオミドロで覆われており、池内に長期間
にわたり飼われている鰻、鯉、鮒等の多数の魚類の全て
にはを椎の曲がりの奇形が生していると共に、皮膚病に
よる白い斑点ができていた。

この養魚池の一方端部に、内径６１ｍｍ、水面下の高さ
９３０ｍｍ０外筒体２に、外径３０ｍｍ、水面下の高さ
１０７０ｍｍ、噴気筒部８の高さ幅４０ｍｍそして細孔
８ａの開口径を０．５ｍｍとした内筒体１を組付けて構
成した本発明装置を設置し、内筒体１ヲ７０００　（ｒ
ｐｍ　：ｌで回転駆動すると共に、コンプレッサー１７
により２〜３気圧に圧縮した空気を内筒体１内に圧送し
て運転したところ、２０時間後には、アオミドロは全て
死滅して沈澱し、池の水は透明となった。また、池内の
魚は、本発明装置の運転当初、装置周辺に集まるだけで
あったが、次第に餌を食べるようになった。

運転開始の一週間後、魚の皮膚病は完治し、水の腐敗の
最大原因であるアンモニアが消滅していた。また、一般
に、２０°Ｃ以上の水温でなければ餌を食べないとされ
ていた鰻が、本発明装置の運転後、１４°Ｃの水温でも
食欲を顕著に示すことが確認された。

測定によると、本発明装置により成形されて水中に放出
される気泡は、その径が最大で１０−５ｍｍ程度であり
、はとんどが１０−６ｍｍ以下であり、下端開口部５か
らかなり勢い良く放出されていた。

また、本発明装置から２０ｍ離れた水面に水を満たした
コツプを倒立させて位置させておいたところ、２時間後
には、このコツプ内の水は全て空気に置換された。さら
に、水中に強い直進性のある線光線を照射すると、この
光の通過部分は気泡のために白い線として視覚されたが
、本発明装置の運転を停止すると、２時間後にこの白い
線は視覚できなくなり、このことから本発明装置により
成形される気泡は、短くとも２時間の間、水中に位置し
ていることが確認できた。

なお、本発明装置の使用により、魚類の皮膚病がなぜ完
治したかは不明であるが、オゾン発生装置を本発明装置
に組付けて作動させた際における上記した皮膚病の完治
程度が顕著であったことから、成形された気泡により効
率良く水中に溶は込まされた多量の酸素が何らかの作用
を発揮しているものと思われる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなごとく、本発明は、極めて細か
い多数の気泡を常に多量に安定した状態で成形すること
ができるので、液体への気体の溶け込みを極めて効率良
く達成でき、またこの成形した多数の極めて細かい気泡
をより遠くまで放出することができるので、より広い範
囲の液体に気体を溶は込ませることができ、さらにこの
放出される多数の気泡の放出的いが良いので、例え淀ん
だ状態にある液体であっても、本発明装置の作動により
ほぼ一定した流動を生じることになり、これによって液
体全体に均一に気体を溶は込ませることができる等多く
の優れた効果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の一実施例を示す一部破断した正
面図である。 第２図は、第１図中の噴気筒部の構成をより明確に示す
縦断面図である。 第３図は、本発明装置の他の実施例を示すもので、モー
タとして水中モータを使用した場合の構成例を示すもの
である。 符号の説明 １；内筒体、２；外筒体、３；筒壁、４；上端開口部、
５；下端開口部、６；窓孔、７；間隙、８；噴気筒部、
８ａ；細孔。 ンシシγ夕 １ρ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 液体と撹拌混合される気体雰囲気中に開口した上端開口
   部（４）を撹拌混合される液体液面上に突出位置させて
   配置され、前記液体内における筒壁（３）の上部に窓孔
   （６）を開孔した直線円筒形状の外筒体（２）と、 該外筒体（２）よりも大きな長さを有すると共に極めて
   円滑な外周面を有し、前記外筒体（２）内に該外筒体（
   ２）の全長にわたり同軸心状に挿入組付けされ、前記外
   筒体（２）の下端開口部（５）直下に位置した部分に多
   数の細孔（８ａ）を有する噴気筒部（８）を有し、さら
   に下端を閉鎖した外周面の周速が１１ｍ／ｓｅｃ以上の
   高速で回転駆動される直線円筒形状の内筒体（１）と、 該内筒体（１）内に気体を圧入するコンプレッサー（１
   ７）とから成り、 前記内筒体（１）と外筒体（２）との間の間隙（７）を
   、前記内筒体（１）の高速回転時に前記液体が前記間隙
   （７）内に侵入位置することのできる範囲で、できる限
   り小さい値に設定して成る気液撹拌混合装置。