JPWO2002036252A1 - ２流体混合装置 - Google Patents

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Abstract

本発明では、表面張力を打ち破って気泡を液中に浮遊せしめる手段を、従来のように気体圧力に依存するのではなく、液体側の渦の力に依存せしめる。即ち、気体（９）側の圧力が、液体（１０）側の静圧（＝全圧−動圧）よりも高く設定されていれば、気泡は液体（１０）側に凸になるが、孔（１）径が小さい場合は、液体（１０）の表面張力と気体（９）圧力がバランスした状態以上には成長できないで留まる。然しながら、本発明では、セラミック円筒（３）の外側には、臨界レイノルズ数を超えるように、狭い流路を速い速度で液体（１０）が流れるように考案されているので、液体（１０）の流れは乱流となり、細かい渦が気泡の表面張力を打ち破る。気体（９）は細かい泡となって液体（１０）に巻き込まれて連続的に吐出される。斯して、液体（１０）に気体（９）を飛躍的に大量に溶け込ませる装置を簡便安価に実現可能となった。

Description

技術分野
本発明は、オゾンや酸素等の気体を、水等の液体に高濃度で混合せしめる装置に係わるものです。
背景技術
多孔質のセラミック円筒を利用したオゾン水製造装置や、水中への酸素供給装置は、古くから利用され広く普及している。これらの装置は何れもセラミック円筒内部にオゾン等の気体を高い圧力で送り込み、セラミックの孔から気泡として、外部の水等の液体に送り出して溶け込ませるものに限られていた。気泡の径が小さい程、気体が液体に溶け込み易いことは周知の通りであり、気泡の径を小さくするためにセラミックの孔径を小さくする努力が重ねられて性能の向上がはかられた。然るに、これも周知の如く、表面張力を打ち破って気泡を液中に浮遊せしめるための気体圧力は、セラミックの孔径を小さくすると、概ね孔径の２乗に反比例して大きくしなければならないという問題があった。例えば、空気と水の場合を例にとると、セラミックの孔径を１０ミクロン以下にすると、気体圧力は数十気圧以上を要して、非現実的となる。このために、実用上はセラミックの孔径が数十ミクロン以上のものが利用されるに留まり、気泡が大きいために液体に十分に溶け込まないという不都合が有った。また、気泡同士が結合して更に大きい気泡に成長して液体への溶解を妨げるという不都合も有った。この不都合を解決するために、大きい気泡を回転羽根車や超音波等で機械的に分断する等の技術が考案されているが十分な満足は得られていない。また、気体圧力を極限まで高くせざるを得ないために、装置が過大で高価であることも指摘されている。
発明の開示
気泡の径が小さいほど気体は液体に溶け込み易いが気体圧力を高くしなければならないという、従来技術のジレンマを、液体側の渦の力を利用することで解決して、例えば、セラミックの孔径が数ミクロン以下の場合でも、気体圧力を数気圧以下と、桁違いに低くすることができた。この発明により、高濃度オゾン水製造装置等、液体に気体を飛躍的に大量に溶け込ませる装置を簡便安価に実現できることになった。本発明では、表面張力を打ち破って気泡を液中に浮遊せしめる手段を、従来のように気体圧力に依存するのではなく、液体側の渦の力に依存せしめる。即ち、図２は、セラミック円筒の孔から気泡が出かかっている状態を拡大して図示したものである。気体側の圧力Ｐａが、液体側の静圧（＝全圧−動圧）Ｐｓよりも高く設定されていれば、気泡は液体側に凸になるが、孔径が小さい場合は、液体の表面張力と気体圧力がバランスした状態以上には成長できないで留まる。然しながら、本発明では、セラミック円筒の外側には、臨界レイノルズ数を超えるように、狭い流路を速い速度で液体が流れるように考案されているので、液体の流れは乱流となり、細かい渦が気泡の表面張力を打ち破る。気体は細かい泡となって液体に巻き込まれて連続的に吐出される。
発明を実施するための最良の形態
図３は本発明の実施例である。オゾン製造装置１３とポンプ１４から成る気体供給装置がパイプ１５でセラミック円筒１６の端部１７に連結され、濃度５ｐｐｍのオゾンを約５ｋｇ／平方ｃｍの圧力で、円筒１６の内部に供給する。外径８ｍｍのセラミック円筒には、約１ミクロンの孔が開孔率約２０％で無数に形成されている。セラミック円筒１６の外側には、内径１０ｍｍの金属製の円筒１８が、円筒１６と同心円上に装着されている。円筒１８の端部には液体入口１９が設けられ、水槽２０及びポンプ２１から成る液体供給装置とパイプで連結されている。円筒１８の反対側の端部は気液混合体の吐出孔２２として開放されている。液体供給装置は円筒１６と円筒１９の隙間口に、約５ｋｇ／平方ｃｍの圧力で毎分約２０リットルの水を供給する。隙間２３を流れる水の平均流速は約１２ｍ／ｓｅｃであり、臨界レイノルズ数を遥かに超えている。また、水側の静圧は２ｋｇ／平方ｃｍ程度であり、気体側の圧力よりも十分に低い。吐出孔Ｘからの気液混合体は約５０リットルの水槽２０に吐出されて循環する。この実施例では、５０リットルの水は約１分後に完全な不透明に白濁し、オゾン濃度は過飽和に達した。なお、水側のポンプを停止して、気体側のポンプだけを作動させても、気泡はまったく生じなかった。
図４は別な実施例である。ポンプ２４がパイプ２５でセラミック円筒２６の端部２７に連結されて、円筒２６の内部に室内空気を約５ｋｇ／平方ｃｍの圧力で供給する。外径８ｍｍのセラミック円筒には、約１ミクロンの孔２８が開孔率約２０％で無数に形成されている。セラミック円筒２の外側には、内径１０ｍｍの金属製の円筒２８が、円筒２６と同心円上に装着されている。円筒２８の端部には液体入口２９が設けられ、水道蛇口３０とパイプで連結されている。円筒２８の反対側の端部は気液混合体の吐出孔３１として開放されている。水道の圧力は約５ｋｇ／平方ｃｍ、水量は毎分約１２リットルであった。隙間３２を流れる水の流速は約７ｍ／ｓｅｃであり、臨界レイノルズ数を超えている。吐出孔３１からの気液混合体は空の水槽３３に吐出された。吐出された気液混合体は白濁しており、酸素濃度は過飽和のレベルに達していた。
図５は、気液混合能力をさらに高めるための実施例であり、セラミック円筒と外側円筒のセットが３組、並列に連結されている。
また、図６は、液体の渦をさらに強くするための実施例であり、外側円筒の内面に螺旋状の細かい凹凸が形成されている。
産業上の利用可能性
野菜等の殺菌・消毒、プールや浄化槽等の殺菌・消毒、熱帯魚や養殖魚の飼育、河川や湖沼の浄化等に利用される。
また、水と油のように、溶解しにくい液体同士の混合にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
図１
本発明の基本構造を示す図である。
図２
本発明の基本原理を示す図である。
図３
本発明の実施例を示す図である。
図４
本発明の別な実施例を示す図である。
図５
本発明の別な実施例を示す図である。
図６
本発明の別な実施例を示す図である。
符号の説明
１微細孔
２流体Ａ入口
３セラミック製の筒
４流体Ｂ入口
５ＡＢ混合流体出口
６筒
７流体Ａ供給装置
８流体Ｂ供給装置
９流体Ａ
１０流体Ｂ
１１セラミック製の筒の片側断面の一部
１２外側の筒の片側断面の一部
Ｐａ気体の圧力
Ｐｓ液体の静圧
１３オゾン製造装置
１４ポンプ
１５パイプ
１６セラミック製円筒
１７オゾン入口
１８金属製円筒
１９水入口
２０水槽
２１水ポンプ
２２オゾン水吐出孔
２３隙間（水の流路）
２４空気ポンプ
２５パイプ
２６セラミック製円筒
２７空気入口
２８金属製円筒
２９水入口
３０水道
３１吐出孔
３２隙間（水の流路）
３３水槽
３４セラミック製円筒
３５外側円筒
３６気体供給装置
３７供給装置
３８セラミック製円筒連結管
３９外側円筒連結管
４０セラミック製円筒
４１螺旋状突起を有する外側円筒

Claims (6)

  1. 複数の微細な孔１と流体Ａ入口２とを有するセラミック製の筒３、該筒３と略同心円状に外側に配置され、流体Ｂ入口４とＡＢ混合流体出口５とを有する筒６、流体Ａ入口２にパイプ等で接続された流体Ａ供給装置７、流体Ｂ入口４にパイプ等で接続された流体Ｂ供給装置８から成り、筒３内部の流体Ａ９の圧力が、筒３と筒６の隙間を流れる流体Ｂ１０の静圧よりも高く、且つ該流体Ｂ１０のレイノルズ数が臨界レイノルズ数以上となるように調整されていることを特徴とする２流体混合装置。
  2. 流体Ａの主成分がオゾンまたは酸素または空気であり、流体Ｂの主成分が水であることを特徴とする、項１記載の２流体混合装置。
  3. 筒３と筒６とが複数個並列に連結されたことを特徴とする、項１記載の２流体混合装置。
  4. 筒６の内側表面に螺旋状突起等の細かい凹凸を付けたことを特徴とする、項１記載の２流体混合装置。
  5. 筒３または筒６の断面形状が、円形、楕円形、四角形、星型の何れかであることを特徴とする、項１記載の２流体混合装置。
  6. 流体Ａが水であり、流体Ｂが石油であることを特徴とする、項１記載の２流体混合装置。
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