JPS6388026A - 気液混合装置 - 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、気体を液体中に分散溶解させる装置、特に空
気中の酸素を気泡含有流として放出して水中に溶解させ
るのに適した気液混合装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、気体を液体中に溶解させる装置として、例えば水
槽中に散気管を設置し、空気を吹き込むことにより、空
気中の酸素を水中に溶解させる装置、エジェクター機構
を用いてあらかじめ水と空気とを混合し、噴出すること
により空気中の酸素を水中に溶解させる装置（例えば実
公昭５７−４２５６０号公報、特公昭５７−４１２９０
号公報）等が知られている。

しかし、これらの装置を用いる場合、散気管方式では、
生成する気泡が比較的太き（（１０ｍｍＮＳＳｔ＋ａｍ
）、このため空気中の酸素の溶解効率（酸素供給量に対
する溶解量の割合）が低く、最大でも酸素溶解効率が７
％程度、通常は２％にしかならず、散気管を設置した水
槽内の水中平均酸素溶解度は掻く低いものとなってしま
う。また、エジェクタ一方式は比較的微細な気泡を水平
流として放出できるもので散気管法や機械的曝気法に比
べると酸素の溶解効率は比較的高く、かつ被処理水全体
に対して比較的均一に散気することができる。

しかし、従来のエジェクターにおいては微細な気泡を含
む気泡含有流を放出できる気体と水の混合比は高々Ｉ／
ｌ程度であり、供給する気体の量を増加させるにつれて
気泡の泡径が大きくなり、さらに気泡が合体してより大
きな気泡となり易く、水中への気泡の分散が極めて悪く
なると同時に酸素の溶解効率が低下し、気体の供給量を
あまり増加させることはできなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術の欠点を改良する気液混合装置として、本
出願人は、気体と液体とを混在状態で外部ノズルより噴
出させる噴流発生機と、外部ノズルから噴出した気泡含
有流を周辺水と混合して放出口から放出する先細り管状
の整流器とを有してなる気液混合装置を先に特願昭６０
−２２４８０２号で提案した。その後本発明者らは、気
体と水の混合比をより高めることができ、かつより微細
な気泡を被処理水槽内の極く広い範囲にわたって均一に
供給することができ、酸素の溶解効率が高い気液混合装
置について検討を続けた結果、上記の気液混合装置に於
いて噴流発生機の内部ノズルと外ノズルとの間に邪魔板
を設けることによって噴流発生機内での気体と液体との
混合効率が向上し、上記の目的が達成できることを見い
出し本発明を完成するに至った。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち、本発明の要旨は、気体と液体とを混在状態で
外部ノズルより噴出させる噴流発生機と、外部ノズルか
ら噴出した気泡含有流を周辺水と混合して放出口から放
出する管状の整流器とを有してなる気液混合装置であっ
て、噴流発生機は、液体入口、気体入口、外部ノズル、
内部ノズルおよび邪魔板を有し、液体入口は、内部ノズ
ルを介して噴流発生機の内部と連通し、邪魔板は、内部
ノズルと外部ノズルとの中間に位置するよう噴流発生機
の内部に配設され、整流器は、その入口から放出口へ向
け少なくとも途中まで内径が減少するような管形状を有
し、外部ノズルと整流器とがほぼ同軸上に位置し、かつ
外部ノズルの先端が整流器の入口の近傍に位置するよう
配置されてなる気液混合装置にある。

以下、図面を用いて本発明の気液混合装置をより詳しく
説明する。

第１図および第２図は、本発明の気液混合装置の実施態
様例を示した模式断面図であり、第１図は整流器が屯−
の管からなるものを、第２図は二重管からなるものを図
示している。

本発明の気液混合装置は、噴流発生器１と整流器２とか
ら構成される。噴流発生器１は、液体入口３、気体入口
４、外部ノズル５、内部ノズル６および邪魔板７を有し
ており、内部ノズル６および邪魔板７は噴流発生器１の
内部に存在する。液体入口３は内部ノズルを介して噴流
発生機の内部と連通している。邪魔板７は、内部ノズル
６と外部ノズル５とを結ぶ線の中間部に位置している。

邪魔板７は、液体入口３から内部ノズル６を経て噴流発
生機１の内部に噴射されある程度圧力の開放された直後
の液体がこの邪魔板７に衝突することにより噴流発生機
１の内部で渦流が形成され、この渦流中に気体入口から
供給された気体が圧入されることにより気体と液体とが
より均一に混合されるようにするために設けられたもの
である。この邪魔板７を設置することにより、噴流発生
機の混合作用がかなり増大する。また、噴流発生機は単
に気体と液体とを混合して微細な気泡含有流を形成する
ことだけでなく、液体中に気体を溶解させる機能をも有
しているが、邪魔板の設置により内部ノズル６から外部
ノズル５へ至る間にスリット部が形成され、このスリッ
ト部の作用により液体中への気体の溶解分散機能を増大
させることができる。気液混合装置を生物処理工程で用
いる場合には、液体入口３から供給される液体として、
浮遊固形物を含む被処理水が供給されることがある。特
にこのような場合には、気液混合装置内での気体と液体
との混合が不十分となりやすく、微細な気泡含有流を形
成することが困難となりやすいが、邪魔板の配設により
広い範囲の空気と水の混合比において微細な気泡含有流
を形成することができる。

邪魔板７としては、各種の形状のものが使用できるが、
内部ノズル６に対向する表面が、その頂点を内部ノズル
６に向けた円錐や円錐台状のものが好適に使用できる。

邪魔板７は、内部ノズルの先端と外部ノズルの入口部の
ほぼ中間部に位置するのが適当である。

内部ノズルおよび外部ノズルは、細い直管状であっても
よいが、ノズルの先端側が細くなるように口径が連続的
に変化しているものであることが好ましい。また、図に
おいては、各ノズルは一直線状に配置されているが、必
ずしもこのように配置する必要はなく、各ノズルが１例
えば１２０度の角度をもって配置されていてもよい。

噴流発生機１に供給される液体は、通常１〜４０Ｋｇ／
ｃｒｎ”Ｇ　、好ましくは１．５〜２５ｋｇ／ｃｒｎ’
　Ｇの圧力で供給される。気体入口４は、空気、純酸素
、酸素富化空気等の酸素含有気体やオゾン含有気体を導
入するための入口であるが、酸素を高度に溶解した水を
導入してもよい。内部ノズル６から供給された液体と気
体入口４から供給された気体とは、噴流発生機内で混合
され、微細な気泡を含有した液体が形成される。この気
泡含有液体は、外部ノズル６から噴流発生機１の外部へ
噴射される。

噴流発生機への液体の供給圧力を１．５〜２５ｋｇ／ｃ
ｍ″Ｇ１気体の供給圧力を０．２〜７ｋｇ／ｃｒｎ’と
すると液体中への気体の分散溶解が良好に行なわれ、整
流器から噴出する流体が非常に微細な気泡（ｌｏｏｉ以
下）を含有し、処理水槽内の広い範囲にわたって微小な
気泡が分散するので好ましい。

整流器２は、両端が開口した管からなり、入口８が最も
内径が大きくなっており、入口８から放出口９にむけて
少なくとも途中まで連続的に内径が減少している。すな
わち、入口８から放出口９まで連続的に内径が減少して
いてもよく、また、途中まで連続的に内径が減少してい
るものでもよい。この場合、途中まで連続的に内径が減
少していればその先は直管状であっても、逆に先が再び
内径の大きくなる傾向にあってもよい。本発明の気液混
合装置において、整流器２がこのような管形状を有して
いることが極めて重要であり、この形状により、気泡含
有流の気体／液体の混合比を３／ｌ〜４／１にまで高め
ても含泡を生ずることなく、気泡の微細化状態を保つこ
とができる。

整流器の入口から連続的に内径が減少している部分の長
さは、整流器の全長りの１７４以上であることが好まし
く、　ｌ／３〜２７３程度であることがより好ましい。

整流器の入口の内径は、最も内径の小さい部分の内径Ｂ
の１．４〜４倍程度であることが好ましい。

噴流発生機１と整流器２との位置関係は、外部ノズル３
と整流器２とがほぼ同軸上に位置し、外部ノズルの先端
が整流器の入口８の近傍に位置するよう配置される。外
部ノズルの先端が整流器の内部の奥の方まで挿入される
必要はなく、外部ノズルから噴射された気泡含有流がも
れなく整流器によって受は入れられる状態にあればよい
。ｋ’４４な場合には、外部ノズルの先端が整流器の入
口８よりやや外側に位置してもよいが、通常は整流器の
入口８よりやや整流器の内部側に位置するように配置さ
れるのが適当である。

また、本発明においては、整流器の最も内径の小さい部
分の内径をＢとしたとき、Ａ／Ｂの値が０．１〜０，５
であり、かつ整流器の全長りが外部ノズルの内径Ａの２
０〜１００倍であることが好ましい。Ａ／Ｂの値が０．
１未満の場合には気泡の流速が低下し、周囲からの水の
吸引が極度に低下して分散効果がなくなり、気泡径が大
きくなりやすい。また、　０．５を超える場合は内部で
の渦流が増加して気泡同上の衝突が起こり、やはり気泡
径が大きくなりやすい。

整流器の全長しがＡの２０倍未満の場合には、気泡を周
辺の水と混合分散して含泡を防止し、かつ溶存酸素の局
部的なピークをなくして酸素の溶解効率を高めるという
整流器の役割が充分発揮されにくくなる。また、全長し
がＡの　１００倍を超え、必要以上に長くなると、再度
含泡が生じ易くなり、かつ、整流器の放出口から噴出さ
れる気泡含有流の流速が低下するため好ましくない。

整流器は、各種材料を用いて形成できるが、その内面は
多少の凹凸があってもよいができるだけ平滑であること
が好ましい。特に内径の最も狭い部分については、気泡
含有流中の気泡の状態に大きな影響を及ぼす。

整流器としては上述のような管のみからなるものであっ
てもよいが、第２図に示すような二重管状のものでもよ
い。この場合、整流器本体（外管）２は上述の形状のも
のであり、内管ｌＯについても外管２と同様な形状の両
端が開口した管からなっている。外管２と内管ｌＯとは
ほぼ同軸に配置され、かつ外管の入口８と内管の入口１
１とは、図示されるようにほぼ揃って位置する。また、
内管の最も内径の小さい部分の内径をＣとしたとき、Ｃ
／Ｂが０．５〜０．７５で、内管１０の全長Ｌ′が整流
器本体の全長しより短く、かつＡの１０〜５０倍である
ことが好ましい。このような二重管構造の整流器を用い
ると第１図に示したものと比べると、気泡含有流の噴出
距離をさらに遠くまで延ばせる利点がある。

〔実施例〕

以下に実施例を用いて本発明をさらに説明する。

実施例１ 噴流発生機の内部ノズルの内径が３２ｍｍ、外部ノズル
の内径が５０ｍｍで、円錐台状の邪魔板が内部ノズルと
外部ノズルとの中間に位置するよう配置され、整流器の
全長しが２０００ｍｍ、入口の内径が４９０ｆｆｉｌｌ
ｌで、入口から放出口に向けて途中まで内径が直線的に
減少しており、その先が放出口まで直管となっており、
直管部の長さがｔｏｏ　ｍ＋ｎ、放出口の内径が２４０
ｍ＋ｎである第１図に示した形状の気液混合装置を、仔
効水深５ｍ、長さ２０ｍ、幅５ｍの水槽の底部に設置し
た。

噴流発生機に流量１．２ば７分、圧力２．８ｋｇ／ｃゴ
Ｇで給水し、気体入口から、各々３．９Ｎｒｒ？／分の
空気を注入して気液混合装置からの気泡含有流の放出状
態を観察した。いずれの場合も、余剰空気の進攻はなく
、微細空気の水槽内への良好な分散が観測された。

このときの水流分布を水深３ｍの位置で気泡含有流の放
出方向につき測定したところ、整流器の放出口より　３
ｍ先で　１．０ｍ７秒、　４ｍ先で　１．５ｍ７秒、５
ｍ先で１．９ｍ／秒であり、　７ｍ先（水深３ｍ）での
酸素溶解率は３４％であった。

なお、水流はプロペラ式流速計で測定し、酸素溶解率は
水槽内で気泡を採取し、この気泡を集合させて得たガス
中の酸素濃度を測定して算出した。

実施例２ 実施例１の気液混合装置において、円錐台状の邪魔板に
代え、円錐状の邪魔板を内蔵させた噴流発生機と、全長
Ｌ′が１４００ｍ＋ｎ、入口の内径が１８０１１ＩＩ１
１、入口から放出口まで連続的に内径が減少しており、
放出口の内径が１２５ｍｍの内管を整流器本体と同軸で
入口の位置を整ｔｆ、器本体に揃えて配設した整流器と
からなる第２図に示すような気液混合装置を実施例１と
同じ水槽の底部に設置した。

この気液混合装置に対して実施例１と同じ条件で気体と
液体とを供給し、気泡含有流の放出状態を観察した。

水深３ｍの位置での気泡含有流の放出方向についての水
流分布は、整流器出口より　３ｍ先で１．０ｍ／秒、４
ｍ先で１．８ｍ／秒、５ｍ先で１．１ｍ／秒であり、　
７ｍ先（水深３ｍ）での酸素溶解率は３５％であった。

（発明の効果） 従来のエジェクターでは、空気／水の混合比を１７１以
上とした場合には、微細な気泡を噴出分散させることが
容易ではなく、大部分の空気が含泡し、大気中に逃散す
る現象を示し、また、エジェクターの先端から比較的短
距離までしか微細な気泡が分散しないという欠点があっ
たが、本発明の気液混合装置は、空気／水の混合比が１
７１以上であってもこのような欠点を示すことなく、空
気／水の混合比の広い範囲において掻く微細な気泡を相
当の遠距離まで分散させることができ、酸素の溶解効率
も高く、水槽の溶存酸素を高度に高めることができる。

また、被処理水の性状に応じて噴流発生機に給水する水
量、圧力、および気体入口に注入する気体の供給、Ｐ）
、圧力を調節することにより広い範囲で溶存酸素量を調
整できるという特徴を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の気液混合装置の模式断
面図である。 １：噴流発生機　　　　２：整流器（外管）３：液体入
口　　　　　４：気体入口 ５：外部ノズル　　　　６：内部ノズル７：邪魔板　　
　　　　８：入口 ９：放出口　　　　　　ｌＯ：内管 ｌｌ：内管の入口　　　　１２：内管の放出ロＡ：外部
ノズルの先端の内径 Ｂ：ｌ流器の最も内径の小さい部分の内径Ｃ：内管の最
も内径の小さい部分の内径Ｌ：整流器の全長 Ｌ′：内管の全長

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）気体と液体とを混在状態で外部ノズルより噴出させ
   る噴流発生機と、外部ノズルから噴出した気泡含有流を
   周辺水と混合して放出口から放出する管状の整流器とを
   有してなる気液混合装置であって、噴流発生機は、液体
   入口、気体入口、外部ノズル、内部ノズルおよび邪魔板
   を有し、液体入口は、内部ノズルを介して噴流発生機の
   内部と連通し、邪魔板は、内部ノズルと外部ノズルとの
   中間に位置するよう噴流発生機の内部に配設され、整流
   器は、その入口から放出口へ向け少なくとも途中まで内
   径が減少するような管形状を有し、外部ノズルと整流器
   とがほぼ同軸上に位置し、かつ外部ノズルの先端が整流
   器の入口の近傍に位置するよう配置されてなる気液混合
   装置。 ２）外部ノズルの先端の内径をＡ、整流器の最も内径の
   小さい部分の内径をＢとしたとき、Ａ／Ｂが０．１〜０
   ．５であり、整流器の全長Ｌが２０Ａ〜１００Ａである
   特許請求の範囲第１項記載の気液混合装置。 ３）前記整流器が、整流器本体と同様な管形状の内管を
   同軸状に内蔵しており、整流器本体の入口と内管の入口
   とがほぼ揃って位置する特許請求の範囲第１または２項
   記載の気液混合装置。 ４）前記整流器の内管の最も内径の小さい部分の内径を
   Ｃとしたとき、Ｃ／Ｂが０．５〜０．７５で、内管の全
   長Ｌ′が整流器本体の全長Ｌより短く、かつ１０Ａ〜５
   ０Ａの範囲である特許請求の範囲第３項記載の気液混合
   装置。 ５）前記邪魔板が、その頂点を内部ノズルに向けた円錐
   または円錐台状の外表面を有するものである特許請求の
   範囲第１、２、３または４項記載の気液混合装置。