WO2008023704A1 - Dispositif de mélange gaz/liquide - Google Patents

Description

明 細 書

気液混合装置

技術分野

[0001] この発明は、液体に気体を混合する気液混合装置に関するものである。

背景技術

[0002] これまで知られている流体混合装置として、特許文献 1に記載された装置（以下、 適宜「第 1従来装置」という）及び、特許文献 2に記載された装置 (以下、適宜「第 2従 来装置」という）がある。第 1従来装置は、ベンチユリ管と、当該ベンチユリ管を通過す る流体の流れに対して直交する磁力線を発生する装置と、を備え、ベンチユリ管を通 過する流体に他の流体を混合するように構成されている。上記流体はいずれも導電 性があるもの、すなわち、液体であることが特許文献 1全体から明らかである。すなわ ち、第 1従来装置は、ベンチユリ管内を流れる流体 (液体）と他の流体 (液体）に磁力 線を貫通させることによってファラデーの電磁誘導の法則により流体に起電力を生じ させ、もって、その流体を活性化させて反応対象物との反応速度を上げさせる等を図 らんとするものである。

特許文献 1 :特開 2001— 300278号 (段落 0001、 0015、図 1、 2参照）

特許文献 2：特開 2003— 175324号 (段落 0005、図 2参照）

[0003] また、特許文献 2には磁力を伴う気液混合装置 (以下、適宜「第 2従来装置」という） が開示されている。第 2従来装置は、配水管中に磁性体によって円錐状に構成され た複数の羽根と、当該複数の羽根下流端に形成されたオリフィス部と、オリフィス部下 流に開口部が位置する気体供給管と、を有している。複数の羽根には配水管外部か ら電磁石の磁力が作用するように、さらに、この磁力によって複数の羽根が放射方向 に移動してオリフィス径を調整可能に、構成されている。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] しかしながら、上述した第 1従来装置や第 2従来装置では、効率よく気液混合を行う ことはできない。第 1従来装置はそもそも電磁誘導の法則により流体 (液体）に起電力 を生じさせるために磁力線を用いているのであるから気液混合、すなわち、気体と液 体とを混合するための気液混合装置に対して適用の余地がない。液体と異なり気体 は導電性を有しないからである。他方、第 2従来装置によれば、磁性体の羽根によつ て磁気シールドされた中を液体が通過することになるので、羽根に囲まれた通路内を 通過する液体に電磁石の磁力が貫通することは無いに等しい。さらに、第 2従来装置 の気体供給管の開口部が上述したようにオリフィス部下流に配されているので、そこ を通過する気体及び開口部から噴出された気体に電磁石の磁力を積極的に及ぼし 得る位置にない。したがって、電磁石は気液混合の効率向上のために何ら寄与しな い。これらの点が、効率よく気液混合を行うことのできない理由であると推測される。 本発明が解決しょうとする課題は、効率よく気液を混合することのできる気液混合装 置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0005] 上述した発明者らは、通過する液体はもとより気泡にも磁力を作用させることによつ て、気液混合を極めて効率的かつ効果的に行いうることを知得した。本発明は、この ような知得に基づいてなされたものである。発明の詳しい構成については、次項以下 において改めて説明する。なお、何れかの請求項記載の発明を説明するに当たって 行う用語の定義等は、その性質上可能な範囲において他の請求項記載の発明にも 適用があるものとする。

[0006] (請求項 1記載の発明の特徴）

請求項 1記載の気液混合装置（以下、適宜「請求項 1の装置」という）は、大径部の 途中に小径部を有するベンチユリ管と、当該小径部内を通過する液体に気体を供給 するための気体供給パイプと、少なくとも当該小径部内を通過する液体を、当該液体 が含む当該気体の気泡とともに貫通可能な磁力線を発生する磁石と、を含めて構成 してめ ·ο。

[0007] 請求項 1の装置によれば、外部から供給される液体と気体とを効率よく混合すること 力できる。具体的には、次に示すように作用する。すなわち、大径部から小径部内に 進入する液体 (たとえば、水道水、井戸水、河川水や海水を濾過した水、純水、超純 水、その他水以外の液体や混合液）には、ベルヌィの法則により圧力差 (負圧）が生 じ、その圧力差が気体供給パイプから供給される気体 (たとえば、オゾン、酸素、窒素 、水素、大気、その他の混合気体）を液体内に引き込む。引き込まれた気体は気泡と して液体内に含まれる。このとき、液体及び液体と気泡とが小径部内において乱気流 的に攪拌される。特にこの攪拌状態にある気体と気泡に磁力線を貫通させることによ つて、磁力線貫通がない場合に比べ効率よく気液が混合される。磁力線を貫通させ ると混合効率が上昇することについての因果関係は現在解明中である力 磁力という エネルギーを与えられることによって液体及び気泡（の中の気体）が活性化されるた めであると推測できる。小径部近傍にある液体又は気体についても、同様に活性化 されるものと考えられる。

[0008] (請求項 2記載の発明の特徴）

請求項 2記載の気液混合装置（以下、適宜「請求項 2の装置」という）は、液体の通 過方向を長さ方向とする透磁性の筒体と、当該筒体を長さ方向に貫通する複数の大 径路と、大径路各々の途中に形成した小径路と、当該小径路内を通過する液体に気 体を供給するための気体供給路と、少なくとも当該小径路各々内を通過する液体を 、当該液体が含む当該気体の気泡とともに貫通可能な磁力線を発生する磁石と、を 含めて構成してある。さらに、当該大径路各々に対して液体を分岐供給可能な液供 給構造と、当該大径路各々から排出される液体を集合受給可能な液受給構造と、当 該大径路各々が有する気体供給路に対して気体を分岐供給可能な気体供給構造と 、を含めて構成してある。なお、複数の大径路及び小径路は、互いにほぼ同一形状（ 同一寸法）に形成しておくことが好ましい。さらに好ましくは、液供給構造 (液受給構 造)及び気体供給構造の各大径路 (各小径路）に対する形態 (形状、供給状態）をほ ぼ均一に形成しておく。各大径路 (小径路）における気液混合をバランスよく行うこと ができ、その結果、特定の大径路 (小径路）に過度な負担を掛けることを防げるから である。

[0009] 請求項 2の装置によれば、請求項 1の装置と同じ機能を複数同時に実現することが できる。すなわち、液供給構造を介して外部から供給される液体と、気体供給構造を 介して外部から供給される気体とを効率よく混合することができるとともに、量的にも 混合効率をよくすること力できる。具体的には、次に示すように作用する。すなわち、 大径路から小径路内に進入する液体 (たとえば、たとえば、水道水、井戸水、河川水 や海水を濾過した水、純水、超純水、その他水以外の液体や混合液）には、ベルヌ ィの法則により圧力差 (負圧）が生じ、その圧力差が気体供給路から供給される気体 (たとえば、オゾン、酸素、窒素、水素、大気、その他の混合気体）を液体内に引き込 む。引き込まれた気体は気泡として液体内に含まれる。このとき、液体及び液体と気 泡とが小径路内において乱気流的に攪拌される。この攪拌状態にある気体と気泡に 磁力線を貫通させることによって、磁力線貫通がない場合に比べ効率よく気液が混 合される。上記した気液混合作用が、複数の大径路 (小径路）内で同時に行われる ため混合効率を量的な面でよくすることができる。各大径路 (各小径路）を通過した気 液混合液は液受給構造によって集合させられ一括取り出し可能な状態になる。

[0010] (請求項 3記載の発明の特徴）

請求項 3記載の発明に係る気液混合装置（以下、適宜「請求項 3の装置」という）に は、請求項 1の装置の基本構成を備えさせた上で、前記気体供給パイプ及び磁石が 、当該気体供給パイプ内を通過する気体を磁力線が横断可能に構成してある。すな わち、気体供給パイプが透磁性部材により構成してあり、かつ、この透磁性パイプを 抜け内部を通過する気体を横断可能な磁力線を発生するように磁石を構成してある

[0011] 請求項 3の装置によれば、請求項 1の装置の作用効果に加え、混合効率を向上さ せること力 Sできる。推測ではある力 気体供給パイプ内を通過する気体に磁気的エネ ルギーを付与することによって、混合後とともに混合前の気体が活性化されるためで ある。

[0012] (請求項 4記載の発明の特徴）

請求項 4記載の発明に係る気液混合装置（以下、適宜「請求項 4の装置」という）に は、請求項 1乃至 3いずれかの装置の基本構成を備えさせた上で、前記磁石が、一 方の磁石片と他方の磁石片とを含む磁気回路によって構成してあり、当該一方の磁 石片と当該他方の磁石片とを、当該一方の磁石から発生した磁力線が前記小径部 を横断して当該他方の磁石片に到達可能に配してある。一方の磁石片と他方の磁 石片との位置関係は、少なくとも小径部を挟んで両者対向させるのが一般的である 力 S、これに限る必要はない。

[0013] 請求項 4の装置によれば、磁気回路を構成することによって、一方の磁石片と他方 の磁石片が発生する磁力線 (磁束線)をベンチユリ管の少なくとも小径部に集中させ 、当該箇所に強い磁場を発生させることができる。この結果、同じ強さの磁石を用い た場合であってもより強い磁力（磁場)を当該箇所に作用させることができる。作用さ せる磁力が強くなれば、その分、液体及び気泡の活性化が促進され気液混合の効 率がさらに向上する。

[0014] (請求項 5記載の発明の特徴）

請求項 5記載の発明に係る気液混合装置（以下、適宜「請求項 5の装置」という）に は、請求項 1乃至 4いずれかの装置の基本構成を備えさせた上で、前記磁石の磁力 、 3000〜20000ガウスに設定してある。

[0015] 請求項 5の装置によれば、請求項 1乃至 4いずれかの装置の作用効果が、上記設 定範囲の磁力をもった磁石によって実現することができる。磁力の強度を上記範囲に 設定した理由は、その入手容易性にある。すなわち、本件発明に使用可能な磁石と して、たとえば、ネオジユウム磁石がある力 S、このような磁石を巿場調達しょうとした場 合に調達可能性が高く価格的にも使用可能なものとなると上記磁力範囲のものとな る。上記磁力範囲の磁石よりも強力な磁石が入手可能であれば、その磁石の使用を 妨げる趣旨ではない。

[0016] (請求項 6記載の発明の特徴）

請求項 6記載の発明に係る気液混合装置（以下、適宜「請求項 6の装置」という）に は、請求項 3乃至 5いずれかの装置の基本構成を備えさせた上で、前記一方の磁石 片と前記他方の磁石片との間の距離力 前記大径部の直径 Dよりも短く設定してある ことを特徴とする。

[0017] 請求項 6の装置によれば、請求項 3乃至 51/、ずれかの装置の作用効果に加え、距 離を短くすることによって、その分、磁力線の数を増やす (磁力を強める）ことができる 。つまり、同じ磁石であっても、磁石間の距離の 2乗に反比例して磁力が強まるから、 仮に、距離を半分にすれば磁力は 4倍になる。これを利用して、可及的に強い磁力 を小径部内に及ぼさせようとしたものである。 [0018] (請求項 7記載の発明の特徴）

請求項 7記載の発明に係る気液混合装置 (以下、適宜「請求項 7の装置」という）に は、請求項 3乃至 6いずれかの装置の基本構成を備えさせた上で、前記磁気回路と 略同一構造を持つ他の磁気回路を少なくとも 1個（すなわち、少なくとも合計 2個）、 前記磁気回路に対して前記小径部周方向に所定間隔を介して配してある。

[0019] 請求項 7の装置によれば、請求項 3乃至 61/、ずれかの装置の作用効果に加え、液 体及び気泡を貫かせる磁力線の量を、増設した他の磁気回路の分だけ増加させるこ と力 Sできる。つまり、より強い磁力が、液体及び気泡に作用して気液混合を促進する。

[0020] (請求項 8記載の発明の特徴）

請求項 8記載の発明に係る気液混合装置（以下、適宜「請求項 8の装置」という）に は、請求項 1の装置の基本構成を備えさせた上で、前記小径部の内径が、 3ミリメート ル以下に設定してある。

[0021] 請求項 8の装置によれば、請求項 1の装置の作用効果がより顕著に得られる。小径 部内径を 3ミリメートル超に設定することを妨げるものではないが、 3ミリメートル以下に することによって気液混合の効率を顕著に高めることができる。この点は、後述する実 験において証明する。

[0022] (請求項 9記載の発明の特徴）

請求項 9記載の発明に係る気液混合装置（以下、適宜「請求項 9の装置」という）に は、請求項 2の装置の基本構成を備えさせた上で、前記大径路及び前記小径路の 各々をほぼ同一形状に形成してあり、かつ、当該小径路各々の外径が、 3ミリメートノレ 以下に設定してある。

[0023] 請求項 9の装置によれば、請求項 2の装置の作用効果がより顕著に得られる。小径 路外径を 3ミリメートル超に設定することを妨げるものではな!/、が、 3ミリメートル以下に することによって気液混合の効率を顕著に高めることができる。この点は、後述する実 験において証明する。

発明の効果

[0024] 本発明によれば、外部から供給される液体と、外部から供給される気体との混合を ¾]串よく fiうことカできる。 図面の簡単な説明

[0025] [図 1]気液混合装置を設置可能な気体混合液生成装置の概略構成図である。

[図 2]気液混合装置の正面図である。

[図 3]図 2に示す気液混合装置の左側面図である。

[図 4]図 3に示す気液混合装置の X— X断面図である。

[図 5]—部を省略した気液混合装置の平面図である。

[図 6]溶解促進槽の縦断面図である。

[図 7]比較実験を行うための気体混合液生成装置の概略構成図である。

[図 8]気液混合装置の斜視図である。

[図 9]気液混合装置の分解斜視図である。

[図 10]ベンチユリ管の斜視図である。

[図 11]ベンチユリ管の正面図である。

[図 12]図 8に示す気液混合装置の A— A断面図である。

[図 13]図 8に示す気液混合装置の B— B断面図である。

[図 14]磁気回路を 2個備える気液混合装置の側面図である。

[図 15]図 14に示す気液混合装置の正面図である。

[図 16]複数の大径路 (小径路）を有する気液混合装置の縦断面図である。

[図 17]図 16に示す気液混合装置の C C横断面図である。

符号の説明

[0026] 201 気体混合水生成装置

202 貯留タンク

203 気体供給構造

204 循環構造

205 気液混合装置

206 溶解促進槽

207 温度保持構造

231 ベンチユリ管

232 上流側大径路 233 絞り傾斜路

234 小径路

235 開放傾斜路

236 下流側大径路

239 気体供給パイプ

243 磁気回路

245 一方の磁石片

246 他方の磁石片

265 気液分離装置

267 気体分解装置

300 気液混合装置

400 気液混合装置

500 気液混合装置

発明を実施するための最良の形態

[0027] 各図を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図 1 は、気液混合装置を設置可能な気体混合液生成装置の概略構成図である。図 2は、 気液混合装置の正面図である。図 3は、図 2に示す気液混合装置の左側面図である 。図 4は、図 3に示す気液混合装置の X— X断面図である。図 5は、一部を省略した 気液混合装置の平面図である。図 6は、溶解促進槽の縦断面図である。図 7は、比 較実験を行うための気体混合液生成装置の概略構成図である。

[0028] (気液混合装置の設置例）

図 1を参照しながら、気液混合装置を設置した気体混合液生成装置の概略構造に ついて説明する。気体混合液生成装置 201は、貯留タンク 202と、気体の生成又は 採取等を行い、さらに、必要に応じて圧搾等を行った後に供給するための気体供給 構造 203と、貯留タンク 202から取り出した被処理液を貯留タンク 202に戻すための 循環構造 204と、循環構造 204の途中に設けた気液混合装置 205及び溶解促進槽 206と、貯留タンク 202に付設した温度保持構造 207と、力も概ね構成してある。以 下の説明は、説明の都合上、貯留タンク 202、温度保持構造 207、気体供給構造 20 3、気液混合装置 (気液混合構造) 205、溶解促進槽 206を行った後、最後に循環構 造 204について行う。なお、以下の説明における気体混合液は、これをオゾン水とす る。オゾン水は、原水（被処理液）である水に、気体であるオゾンを混合して生成する 。必要に応じて添加物を添加することを妨げないが、実施形態では、原水に添加物 は添加していない。水以外の被処理液を用いる場合、及び/又は、オゾン以外の気 体 (たとえば、酸素、水素、窒素、大気、その他の混合気体）を用いる場合は、その被 処理液及び/又は気体の種類や性質等に合わせた設計変更を適宜行うことができ (貯留タンク周辺の構造）

図 1に示すように、貯留タンク 202には取水バルブ 202vを介して被処理液としての 原水を注入可能に構成してある。貯留タンク 202は取水した原水、及び、後述する循 環構造 204を介して循環させた被処理液又は気体混合液 (オゾン水）を貯留するた めのものである。貯留タンク 202に貯留された被処理液 (気体混合液）は、温度保持 構造 207によって、たとえば、 5〜； 15°Cの範囲に保持されるようになっている。上記範 囲に温度設定したのは、オゾン溶解を効率よく行い、かつ、溶解させたオゾンを容易 に脱気させないために適当であるからである。温度保持構造 207は、被処理液や気 体力 これを必要としないのであれば、省略することも可能である。また、設置する場 合の温度範囲は、被処理液や気体 (気体群）の種類や性質、さらに、添加物の有無 等を総合的に考慮して設定するとよい。温度保持構造 207は、貯留タンク 202から被 処理液を取り出すためのポンプ 211と、取り出した被処理液を冷却するための冷却 機 212と、力、ら概ね構成して り、貯留タンク 202とポンプ 211、ポンプ 211と冷去機 2 12、冷却機 212と貯留タンク 202の間は被処理液を通過させる配管 213によって連 結してある。上記構成によって、貯留タンク 202に貯留された被処理液 (原水及び/ 又はオゾン水）は、ポンプ 211の働きによって貯留タンク 202から取り出され、冷却機 212に送られる。冷却機 212は送られてきた被処理液を所定範囲の温度に冷却して 貯留タンク 202に戻す。ポンプ 211は、図外にある温度計によって計測された貯留タ ンク 202内の被処理液の温度が所定範囲を超え冷却の必要があるときにのみ作動 するようになつている。貯留タンク 202を設けた理由は、被処理液を一旦貯留すること によって上記冷却を可能にするとともに、被処理液を安定状態に置き、これによつて 、被処理液に対するオゾン溶解を熟成類似の作用によって促進させるためである。な お、たとえば、寒冷地等において被処理液が凍結する恐れがある場合は、上記冷却 機の代わりに、又は、上記冷却機とともにヒーター装置を用いて被処理液を加温する ように構成することあでさる。

[0030] (気体供給構造）

本実施形態における気体供給構造 203は、オゾンを生成供給するための装置であ る。必要なオゾン量を供給可能なものであれば、気体供給構造 203が作用するォゾ ン発生原理等に何ら制限はない。気体供給構造 203によって生成されたオゾンは、 気体供給管 217の途中に設けた電磁バルブ 218と逆止弁 219を介して気液混合装 置 205に供給されるようになっている。被処理液に混合する気体が、たとえば、大気 であれば、圧搾空気装置（コンプレッサー）等が、このオゾン供給構造の主要構成要 素となる。複数種類の気体を混合する場合には、各気体を生成又は採取等する装置 を用いる。

[0031] (気液混合装置）

図 1乃至 5を参照しながら気液混合装置 205の詳細について説明する。気液混合 装置 205は、ベンチユリ管 231と、オゾンを供給するための気体供給パイプ 239と、 磁気回路 243と、により概ね構成してある。ベンチユリ管 231と気体供給パイプ 239と は、透磁性のある合成樹脂材により一体構成してある。ベンチユリ管 231は、上流側（ 図 2の向力、つて右側）から送られた被処理液を下流側（図 2の向力、つて左側）へ通過 させるためのパイプ状の外観を有している。ベンチユリ管 231を長手方向に貫く中空 部は、上流側から下流側に向かって上流側大経路 232、絞り傾斜路 233、小径路 23 4、開放傾斜路 235及び下流側大経路 236の順に連通している（図 4参照）。上流側 大経路 232は、軸線方向に対して 50度前後の急角度をもって絞り方向に傾斜する 絞り傾斜路 233を介して小径路 234に繋げられ、その後、開放傾斜路 235によって 同じく軸線方向に対して 30度前後の緩やかな角度を持って開放される。開放傾斜路 235は、上流側大経路 232と同じ外径の下流側大経路 236に繋がっている。他方、 小径路 234には、そこに気体供給パイプ 239の開口端を臨ませてある。気体供給パ イブ 239の供給端には気体供給構造 203と連通する気体供給管 217が接続してあ る。小径路 234の中、又は、その下流側近傍は、被処理液の圧力変化によって真空 又は真空に近い状態になるため、開口端に及んだオゾンは吸引され乱流化した被処 理液内に散気される。なお、符号 240は、ベンチユリ管 231と気体供給パイプ 239と

[0032] ベンチユリ管 231には、磁気回路 243をネジ（図示を省略）固定してある。磁気回路 243は、ベンチユリ管 231を挟んで対向する一方の磁石片 245及び他方の磁石片 2 46と、一方の磁石片 245と他方の磁石片 246とを連結するとともに、ベンチユリ管 23 1への磁石片取り付けの機能を有する断面 U字状（図 3参照）の連結部材 248と、に より構成してある。磁石片 245と磁石片 246とは、小径路 234 (図 3では破線で示す。 図 5を併せて参照）及び/又はその近傍（特に、下流側）をその磁力線 (磁界）が最も 多く通過するように配するとよい。ただ、実際には、小径路 234のみに磁力線を集中 させることは技術的困難を伴うことから、小径路 234及び小径路 234の近傍の双方に 磁力線を通過させることになろう。被処理液 (水）とオゾン (気体）の双方に磁力を作 用させることによって、被処理液に対して最も効率よくオゾンを溶解させることができる と考えられる力、らである。磁石片 245及び磁石片 246は、 7, 000ガウス前後の磁力 を持つネオジユウム磁石によって構成してある。磁力は強いほうがオゾン溶解効果が 高いと思われるが、少なくとも 3, 000ガウス以上のものが望まれる。ここで、 7, 000ガ ウスの磁石を採用したのは、その調達容易性と経済性にある。 7, 000ガウス以上の 磁力を持つ磁石（天然磁石、電磁石等）の採用を妨げる趣旨ではない。連結部材 24 8は、磁束漏れを抑制して磁力作用が被処理液等にできるだけ集中するように、磁力 透磁率 ）の大きい部材（たとえば、鉄）によって構成してある。なお、磁気回路 243 とともに、又は、これに代えてベンチユリ管 231の外側に 1又は 2以上の磁石 231mを 設けてもよい。磁気回路 243と同様に被処理液及び気体に磁力を作用させるためで ある。被処理液 (気体）に磁力を作用させるためである。磁石 231mの磁力は、上記 同様に少なくとも 3, 000ガウス以上が好ましい。

[0033] (気液混合装置の作用効果）

以上の構成により、上流側大経路 232を通過した被処理液は、絞り傾斜路 233を 通過するときに圧縮されて水圧が急激に高まり、同時に通過速度も急激に上昇する 。高圧 '高速のピークは、小径路 234に達したときである。小径路 234を通過した被 処理液は、開放傾斜路 235の中で急激に減圧'減速し、後続する被処理液との衝突 の衝撃等を受け乱流化する。その後、被処理液は下流側大経路 236を抜け、気液 混合装置 205の外へ出る。小径路 234を通過した直後の減圧によって気体供給パイ プ 239終端のエッジ部を起点としてその周辺にキヤビテーシヨンが発生して被処理液 の中に気体 (オゾン）が散気される。散気されたオゾンは、被処理液の乱流に巻き込 まれ大小様々な大きさの気泡となり攪拌作用を受ける。小径路 234及び少なくともそ の下流を流れる被処理液 (オゾン）には、上記攪拌作用とともに磁気回路 243の働き による磁力作用を受ける。すなわち、被処理液の水圧を圧力頂点（ピーク）に至るま で増圧させ当該圧力頂点に至った直後に減圧させるとともに当該圧力頂点に至った (及び/又は頂点に至った直後の）被処理液にオゾンを供給する、ことを磁界の中で 行うことになる。攪拌作用と磁界の磁力作用が相乗効果を生み、その結果、被処理 液にオゾンが溶解し高溶解度を持った高濃度オゾン水（気体混合液）が生成される。 上記した作用効果は、被処理水としての水に気体としてのオゾンを溶解させることを 前提としているが、オゾン以外の気体、たとえば、酸素、水素、窒素、各種混合気体 等を溶解させる場合も上記と同じ作用効果が生じる。

(溶解促進槽）

図 1及び 6を参照しながら、溶解促進槽 206について説明する。溶解促進槽 206は 、天板 253と底板 254とによって上下端を密閉した円筒状の外壁 255によって、その 外観を構成してある。天板 253の下面には、その下面から垂下する円筒状の内壁 25 6を設けてある。内壁 256に囲まれた空間が、被処理液を貯留するための貯留室 25 8となる。内壁 256の外径は外壁 255の外径よりも小さく設定してあり、これによつて、 内壁 256と外壁 255との間に所定幅の壁間通路 259が形成される。他方、内壁 256 の下端は、底板 254まで届かず、底板 254との間に所定幅の間隙を形成する。この 間隙は、下端連通路 257として機能する。すなわち、内壁 256が囲む貯留室 258は 、下端連通路 257を介して壁間通路 259と連通している。他方、内壁 256の天板 25 3の近傍には複数の連通孔 256h, 256h, · ·を貫通させてあり、貯留室 258と壁間 通路 259とは各連通孔 256hを介しても連通して!/、る。底板 254の上面略中央には、 細長の揚液管 261を起立させてある。揚液管 261の中空部下端は、底板 254を貫通 する入液孔 254hと連通し、中空部上端は、揚液管 261上端に形成した多数の小孔 261h, · ·を介して貯留室 258と連通している。揚液管 261の上端は、内壁 256が有 する連通孔 256hの位置よりも僅か下に位置させてある。外壁 255の高さ方向上から 略 4分の 1付近には、排液孔 255hを貫通させてある。つまり、壁間通路 259は、排液 孔 255hを介して外部と連通して!/、る。

[0035] 天板 253の略中央には、揚液孔 253hを貫通させてある。揚液孔 253hは、天板 25 3の外部に配した気液分離装置 265の内部に連通している。気液分離装置 265は、 揚液孔 253hを介して貯留室 258から押し上げられる被処理液と、この被処理液から 脱気するオゾンとを分離排出するための脱気構造として機能する。気液分離装置 26 5によって分離されたオゾンは、気体分解装置 267によって分解して無害化した後に 装置外部に放出するようになっている。本実施形態における被処理液に対するォゾ ン溶解度はきわめて高ぐしたがって、脱気するオゾンは極めて少ないが、より安全性 を高めるために気体分解装置 267等を設けてある。たとえば、酸素や窒素のように無 害の気体を放出するのであれば、気体分解装置 267を省略してもよい。揚液管 261 によって貯留室 258内に送り込まれた被処理液は、後続する被処理液に押されて下 降する。下端に達した被処理液は下端連通路 257を折り返して壁間通路 259内を上 昇し、排液孔 255hを介して外部に排水される。また、一部の被処理液は気液分離装 置 265内に押し上げられる。この間、熟成類似の作用によってオゾンが被処理液に 溶解して高溶解度のオゾン水を生成する。他方、溶解し切れなかったり、一旦は溶解 したが脱気したオゾンがある場合に、そのオゾンは気液分離装置 265内に上昇しそ こで分離される。したがって、被処理液から溶解しきれないオゾンは、そのほとんどを 排除すること力できる。この結果、溶解促進槽 206を通過した被処理液のオゾン溶解 度は、飛躍的に高くなつている。

[0036] (循環構造）

図 1を参照しながら、循環構造について説明する。循環構造 204は、気液混合装置 205を通過した被処理液 (既に原水からオゾン水になっている）を循環させて再度、 気液混合装置 205を通過させる機能を有している。再度、気液混合装置 205を通過 させるのは、既にオゾンを溶解させた被処理液に再度オゾンを注入することによって 、オゾンの溶解度と濃度をさらに高めるためである。循環構造 204は、ポンプ 271を 駆動源とし、貯留タンク 202と溶解促進槽 206を主要な構成要素とする。すなわち、 ポンプ 271は、貯留タンク 202から配管 270を介して取り出した被処理液を逆止弁 2 72及び配管 273を介して気液混合装置 205に圧送する。圧送によって気液混合装 置 205を通過した被処理液は、配管 274及び溶解促進槽 206を抜け配管 275を介 して貯留タンク 202に戻される。循環構造 204は、上記した工程を必要に応じて繰り 返して実施可能に構成してある。循環させる回数は、生成しょうとするオゾン水のォゾ ン溶解度やオゾン濃度等を得るために自由に設定することができる。なお、符号 276 は、配管 275の途中に設けたバルブを示している。バルブ 276は、その開閉によって 気液混合装置 205の小径路 234 (図 3参照）を通過させる被処理液の水圧を制御す ることを主目的として設けてある。

(実験例）

図 1及び 7を参照しながら、実験例について説明する。ここで、示す実験例は、使用 方法と本発明に係る磁石の使用方法の違いによって、オゾンの溶解度や濃度に著し い差が生じることを主として示すためのものである。本実験例では、本件発明に係る 装置として図 1に示す気体混合液生成装置 (以下、「本件装置」という）を使用し、比 較対象となる装置として図 8に示す気体混合液生成装置 (以下、「比較装置」という） を使用した。比較装置には、本件装置の構造と基本的に同じ構造を備えさせてある 1S 磁気回路 243の取付位置のみを異ならせてある。このため、図 7では磁気回路を 除き図 1で使用する符号と同じ符号を使用し、図 7に示す磁気回路には気液混合装 置 205の上流側にあるものに符号 243aを、下流側にあるものに符号 243bを、それ ぞれ付してある。整理すると、図 1に示す本件装置は、磁気回路 243と一体となった 気液混合装置 205を備え、図 8に示す比較装置は、気液混合装置 205の上流側配 管に磁気回路 243aを、同じく下流側配管に磁気回路 243bを、それぞれ同時に又は 選択的に取り付け取り外しできるように構成してある。被処理液は井戸水、気体はォ ゾンであり、気体混合液であるオゾン水を生成した。なお、気液混合装置 205として、 米国マジェーインジェクター社（MAZZEI INJECTOR CORPORATION)製の モデル 384を、磁気回路には 7000ガウスのものを、それぞれ使用した。

[0038] (濃度比較実験）

表 1及び表 2を参照しながら、濃度比較実験について説明する。表 1は、オゾン水の オゾン濃度と濃度上昇時間との関係を示している。表 2は、表 1に示すオゾン水のォ ゾン濃度が生成装置の運転停止後にゼロになるまでに要する時間を示している。ゼ 口になるまでの時間が長ければ長いほどオゾン溶解度が高いことを示す。表 1及び 2 において、記号「口」は本件装置を用いて生成したオゾン水（以下、「本件オゾン水」 と!/、う）を、記号「 X」は比較装置から磁気回路のみを取り外した気液混合装置を用い て生成したオゾン水（以下、「磁気なしオゾン水」という）を、記号「△」は比較装置にお いて気液混合装置 205と磁気回路 243aとにより生成したオゾン水（以下、「上流側磁 気オゾン水」という）を、記号「〇」は比較装置において気液混合装置 205と磁気回路 243bとにより生成したオゾン水（以下、「下流側磁気オゾン水」という）を、そして、記 号「◊」は比較装置において気液混合装置 205と磁気回路 243a及び磁気回路 243 bの双方とにより生成したオゾン水（以下、「両側磁気オゾン水」という）を、それぞれ示 している。被処理液の温度は 5°C、周囲湿度は 36〜43%、周囲温度は 17°Cであつ た。

[0039] [表 1]

[0040] [表 2]

表 1が示すように、生成装置運転開始後の生成時間 35分で本件オゾン水はオゾン 濃度 20ppmに到達した力 同条件下において、磁気なしオゾン水はオゾン濃度 8pp m前後、下流側磁気オゾン水はオゾン濃度 l lppm前後、上流側磁気オゾン水はォ ゾン濃度 12ppm前後、両側磁気オゾン水はオゾン濃度 13ppm前後までしか上昇し なかった。このこと力、ら、まず、磁気回路を設けることにより設けない場合に比べてォ ゾン濃度を高められること、次に、同じ磁気回路を設けるとしても気液混合装置と一 体化させた場合と気液混合装置以外の箇所に設けた場合とでは前者の方が後者よ りも少なくとも 7ppm高いオゾン水を生成可能であること、が分かった。つまり、オゾン 濃度について本件オゾン水は、両側磁気オゾン水に比べて略 54% ( (20— 13) /1 3 X 100)高い、という結果を得た。

[0042] 表 2が示すように、オゾン濃度 20ppmに達した本件オゾン水のオゾン濃度がゼロに なるまでに 32時間以上要したのに対し、比較対象となるオゾン水のうち最も長くかか つた両側磁気オゾン水のオゾン濃度は 13ppmからゼロになるまでの時間は略 3. 5時 間しか要しなかった。したがって、本件オゾン水は両側磁気オゾン水に比べて 10倍 近い時間オゾンを含有していたことになる。換言すると、両側磁気オゾン水に比べて 本件オゾン水は、同じ時間をかけて同量のオゾンを注入し溶解させたオゾンを 10倍 近レ、時間保持して!/、たことになる。本件オゾン水のオゾン溶解度の高さを端的に示し ている。

[0043] (オゾン気泡の粒径測定実験）

表 3及び表 4を参照しながら、本件オゾン水が含有するオゾン気泡の粒径測定実験 について説明する。表 3及び表 4は、本件オゾン水に含まれるオゾン気泡の粒径分布 を示す (左側縦軸参照）。本測定実験では、オゾン濃度とオゾン濃度保持時間との関 係から 4種類の本件オゾン水を測定対象とした。まず、オゾン濃度を 3ppmと 14ppm の 2種類とし、次に、各濃度それぞれ当該濃度に達した直後のオゾン水（以下、各々 「3ppm直後オゾン水」「14ppm直後オゾン水」という）と、当該濃度に達した後その濃 度を 15分間維持させたオゾン水（以下、各々「3ppm維持オゾン水」「14ppm維持ォ ゾン水」という）と、に分けた。つまり、「3ppm直後オゾン水」「3ppm維持オゾン水」「1 4ppm直後オゾン水」「14ppm維持オゾン水」の 4種類が、本測定実験に係る測定対 象である。ここで、本測定実験に使用した本件オゾン水の原水には、水道水を 0. 05 m (50nm)の微粒子絶対濾過の逆浸透膜で濾過して得た純水を用いた。本実験 で純水を得るために使用した装置は、セナー株式会社製超純水装置 (型名： Model •UHP)である。水道水には 50nm以上の不純物（たとえば、鉄分やマグネシウム）が 含まれているため、濾過してない原水から生成したオゾン水を測定対象としても、そこ に含まれる不純物を測定してしまい測定誤差が生じかねないので、濾過によって予 め不純物を取り除いておくことによってオゾンの気泡粒径の正しい測定ができるよう にするためである。水道水以外の原水、たとえば、井戸水や河川水についても同じこ とがいえる。オゾン気泡の粒径測定に使用した測定器は、動的光散乱式粒径分布測 定装置 (株式会社堀場製作所 (HORIBA, Ltd)：型式 LB500) )である。原水から不 純物を濾過せずともオゾン気泡の粒径を正しく測定できる手段があれば、その手段を 用いて測定可能であることはレ、うまでもなレ、。

[表 3]

. ( )03 0. 010 0. 100 1. 000 6. ( )00

粒子径 （i m) [表 4] α.

0.003 0.010 0.100 1.000 6.000

粒子径 （

[0046] まず、表 3に基づいて、 3ppm直後オゾン水と 3ppm維持オゾン水について考察す る。表 3右端のグラフが 3ppm直後オゾン水を示し、同じく左端のグラフが 3ppm維持 オゾン水を示している。 3ppm直後オゾン水は、 1. 3_ium(1300nm)~6. 0〃πι(60 OOnm)の粒径を持ったオゾン気泡を含有していることが分かった。他方、 3ppm維持 オゾン水は、 0. 0034應（3. 40應）〜0. 0050^ 111(5. 00應）の粒径を持ったォ ゾン気泡を含有してレ、ることが分力、つた。

[0047] 次に、表 4に基づいて 14ppm直後オゾン水と 14ppm維持オゾン水について考察 する。表 4右端のグラフが 14ppm直後オゾン水を示し、同じく左端のグラフが 14ppm '維持オゾン水を示してレ、る。 14ppm直後オゾン水 (ま、 2· 3_i m(2300nm)~6. Ομ m(6000nm)の粒径を持ったオゾン気泡を含有していることが分かった。他方、 14p pm維持オゾン水は、 0. 0034應（3. 40腹）〜 0. 0058^ 111(5. 80腹）の粒径を 持ったオゾン気泡を含有していることが分力、つた。

[0048] 上記実験から明らかになった第 1の点は、同じ濃度を持ったオゾン水であっても、当 該濃度に達した直後のオゾン水（直後オゾン水）と当該濃度を所定時間維持したォゾ ン水（維持オゾン水）とでは含有されるオゾン気泡の粒径（以下、「気泡粒径」とレ、う） が異なるということである。 3ppmオゾン水の場合、直後オゾン水の気泡粒径最小値 は、維持オゾン水の気泡粒径最大値の、 260倍（1300/5. 0)の大きさを持っている 。同様に 14ppmオゾン水の場合は、約 400倍（2300/5. 8)の大きさを持っている。 つまり、当該濃度を所定時間維持すること、すなわち、被処理液であるオゾン水を循 環させることによって気泡粒径を小さくすることができるということである。気泡粒径 50 未満のオゾン気泡であれば安定して水溶液中に浮遊させることができる。本願発明 に係るオゾン水生成方法によれば、オゾン気泡の粒径 Rが、 50nm未満（0<R< 50 nm)のオゾン気泡を含有するオゾン水、すなわち、溶解度の高いオゾン水を得られる ことが分力、つた。これが、実験から明らかになった第 2の点である。なお、本実験によ れば、オゾン気泡の粒径 Rの実測最低値は 3. 4nmであり、それ以下の値は計測さ れていない。計測されないのは測定装置の測定能力の限界に起因すると思われる。 他方、オゾン気泡の粒径 Rは、濃度達成直後に比べ濃度維持後の方が小さくなつて いることから、粒径小型化の延長線上には限りなくゼロに近い粒径 Rを持ったオゾン 気泡が存在しうることが容易に想像できる。

[0049] (pH測定実験）

なお、上記 4種類のオゾン水、すなわち、「3ppm直後オゾン水」「3ppm維持オゾン 水」「14ppm直後オゾン水」及び「14ppm維持オゾン水」について pH測定実験を行 つた。その結果は、表 5及び 6に線グラフで示してある（右側縦軸参照）。いずれのォ ゾン水についても、オゾン溶解の前後において ρΗ7· 3前後を示した。すなわち、ォ ゾン溶解は原水の pHにほとんど変化を与えな!/、ことがわかった。井戸水や水道水は 概ね中性 (ρΗ6. 5〜7. 5)を示すことから、気液混合方式によって生成した本件ォゾ ン水は、 pHを調整するための添加物を添加しなくても中性を示すことがわ力 た。も つとも、原水がアルカリ性である場合は、オゾン溶解がオゾン水の pHを変化させない ことからアルカリ性のオゾン水が生成される場合もあり得よう。

[0050] 上記実験結果を総括する。上記実験対象となった本件オゾン水は、何ら添加物を 加えることなく原水にオゾンを混合させるという気液混合によって生成されたものであ る。さらに、オゾン溶解度が高いため常圧下においても容易にオゾンが脱気しない。 したがって、無添加とオゾン脱気がない点で、たとえば、家畜や人体に散布しても安 全である。また、オゾン濃度を極めて高くすることができるので、本件オゾン水を使用 すれば、効率のより洗浄 ·殺菌効果等を得ることができる。さらに、ウェハー洗浄に代 表される半導体洗浄や、衣類洗浄、ワクチン不活化等にも応用できる。

[0051] 上記実験は、オゾン水についてのものであり、循環構造 21を介して被処理水を循 環させ繰り返しオゾン供給を行った結果であるが、循環構造 21を用いずに気液混合 装置 205を 1回だけ通過（ワンパス）させて生成したオゾン水も高溶解度であることが 推測できる。また、被処理液を水とし気体を酸素とすることにより、養殖池の溶存酸素 濃度を高めたり、水質の悪い河川や池等の浄化を行ったりすることが可能になる。さ らに、上記酸素の代わりに水素を用いた気体混合液 (水）を人畜が飲むことによって 、体内の活性酸素の除去効果が期待できる。

[0052] (孔径実験）

表 5を参照しながら、小径部の内径（孔径）と気液混合効率との関係について実験 した。孔径実験では、孔径の異なる 4種類の気液混合構造を用意し、それぞれに流 れる被処理水の流速を一定にした上でオゾン濃度の時系列変化を計測した。 4種類 の気液混合構造は、それぞれ同径のものを 2本並列にして使用した。つまり、用意し た気液混合構造は、 4種類合計 8本である。 2本並列としたのは、後述するように孔径 を小さくしたため被処理水の通過流量を少なくせざるを得なくなったことから、気液混 合構造を 2本並列に接続することによって過少分を 2本の総通過流量で補うためであ る。なお、 4種類の孔径は、 4. 2ミリメートル (適宜「孔径 4. 2」という）、 3· 2ミリメートル (適宜「孔径 3. 2」という）、 2. 5ミリメートル (適宜「孔径 2. 5」という）及び 1. 5ミリメート ノレ (適宜「孔径 1. 5」という）であり、被処理水の温度は、 10°C前後となるように調製し た。実験対象となる気体はオゾンであり、被処理水は水である。計測結果を表 5に示 す。使用した磁石の磁力は、約 3000ガウスであった。

[0053] [表 5]

00:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 24:00 26:00 28:00 30:00 32:00 34:00 36:00 オゾン水生成時間 (分） 表 5が示すように、孔径 4. 2よりも孔径 3. 2のほう力 S、孔径 3. 2よりも孔径 2. 5のほう 1S さらに、孔径 2. 5よりも孔径 1. 5のほうが、それぞれ高いオゾン濃度を得られるこ とが判った。つまり、孔径を小さくすれば小さくするほどオゾン濃度を高めることができ る。オゾン濃度は温度条件等により異なるものである力 ここで、必要とするオゾン濃 度を、たとえば、 10mg/L (ppm)とすると、そのオゾン濃度を満たすことのできる孔 径は孔径 4. 2を除く 3つの孔径、すなわち、孔径 3. 2、孔径 2. 5及び孔径 1. 5の三 者であることがわかった。孔径 4. 2によるオゾン濃度は、オゾン水生成時間 22分ごろ に 7. 5mg/L前後に到達するも、その後の濃度向上が見られない。したがって、孔 径 4. 3では必要とするオゾン濃度である 10mg/Lを満たすことがなかった。一方、 孔径 3. 2によるオゾン濃度は、オゾン水生成時間 16分ごろに 10mg/Lを超え、その 後も緩やかに上昇する。孔径 2. 5及び孔径 1. 5によるオゾン濃度は、生成開始後そ れぞれ 12分及び 5分後に 10mg/Lを突破してその後も上昇を続けた。以上のことを 総合すると、短時間のうちに高濃度のオゾン水を得るために孔径を、概ね 3ミリメート ル以下に設定することが好ましいことが判った。さらに、孔径 2. 5と孔径 1. 5との結果 力も類推するところ、孔径 2ミリメートノレ以下とすれば、さらに、高濃度（たとえば、本実 験で示す 15mg/L)のオゾン水を得られることが判った。したがって、高濃度オゾン 水を得るための孔径は、好ましくは 3ミリメートル以下、さらに、好ましくは 2ミリメートル 以下であることが判った。この傾向は、オゾンに限らず、酸素、水素、窒素、その他の 混合気体などでも同じである。

[0055] 孔径を小さくすることが高濃度オゾン水を生成するために有効であることの理由に ついて考察する。前掲した「気液混合装置の作用効果」の欄で述べたように、小径路 234 (図 4参照）を通過した直後の減圧によって気体供給パイプ 239終端のエッジ部 を起点としてその周辺にキヤビテーシヨンが発生して被処理液の中に気体（オゾン） が散気されと考えられるが、孔径が大きすぎると上記エッジ部周辺に発生するキヤビ テーシヨンが、エッジ部から遠い部位において発生しないと考えられる。孔径が充分 に小さければ小径路のほぼ全域にキヤビテーシヨンが発生して、その結果、濃度が 高められるものと推測できる。

[0056] (溶存酸素実験）

表 6乃至 8を参照しながら、溶存酸素実験の結果について説明する。上記した孔径 2. 5の気液混合構造を 2本並列に接続したものを用いて生成したオゾン水（オゾン + 水）及び酸素水（酸素 +水）のそれぞれの溶存酸素量 (mg/L)を計測した。計測に は、飯島電子工業株式会社製の DO (溶存酸素量、 JIS K— 0102)メータ「B— 100 S」を使用した。同メータの有効測定範囲は 0. 0-30. Omg/Lであるから、 30. 0m g/Lを超えた数値については参考値となる。表 6は、同表に表記した濃度のオゾン 水の溶存酸素量を示し、表 7は、酸素のみを溶解させたときの溶存酸素量を示す。計 量方法は、 rjIS K0101 24. 4」である。さらに、表 8は、大気圧（1気圧）下におけ る水中の溶存酸素飽和量 (mg/Uを示す。水温は恒温槽を用いて正確に 20°Cに 調整した。

[0057] [表 6]

[0058] [表 7] 項 目 原水 酸素水

溶存酸素量

8. 5 43

(mg/L)

[0059] [表 8]

[0060] まず、表 6と表 8とを比較する。溶存酸素量 8. 5mg/Lの原水（水道水）を基礎とし て計測を行った。酸素ガス（酸素濃度 90%、流量 4L/分）と、酸素ガスの一部をォゾ ン化（20g/h出力のォゾナイザーを使用）した混合ガスを溶解させてオゾン水を生 成した。このオゾン水の溶存オゾン濃度が lOppmに到達したとき、溶存酸素濃度を 計測したら 35mg/Lであった。このときの原水の溶存酸素量は 8. 5mg/L (20°Cの ときの溶存酸素飽和量とほぼ一致)であった力 オゾン (O )を含む上記混合ガスを

3

溶解させることによって、参考値ではあるが溶存酸素飽和量（20°C)のほぼ 4倍であ る 35mg/Lまで溶存酸素量を増加させる（すなわち、過飽和溶存状態を形成する） こと力 Sできた。同様にして、酸素及びオゾン混合ガスの溶存オゾン濃度を 16ppmまで 高めたときには、溶存酸素量は 46mg/Lであって、溶存酸素濃度計の計測レンジを 超えた参考値ではある力 溶存酸素飽和量（20°C)のほぼ 5. 2倍まで増加した。す なわち、酸素の過飽和溶存状態が形成された。なお、上記オゾン水及び酸素水のそ れぞれを 20°Cの恒温槽内において大気開放状態で 1時間放置したが、後において も放置前後の濃度変化はほとんど見られな力、つた。この点、表 2に示すオゾン水の濃 度変化と異なる。すなわち、オゾン水についてはオゾンが水に対して難溶解性である ため生成後のオゾン濃度が漸減する一方、酸素水については酸素が水に対して溶 解性であるため生成後の酸素濃度がほとんど変化しないと考えられる。

[0061] 表 7と表 8とを比較する。溶存酸素量 8. 5mg/Lの原水（水道水）に酸素を溶解さ せた結果、参考値ではあるが、 43mg/Lという値を得た。この値は、溶存酸素飽和 量（20°C)のほぼ 4. 9倍である。

[0062] 次に、上記した表 7に示す原水と酸素水（ナノピコバブル）が含む酸素気泡の粒径 を観察した。使用した計測器は、動的光散乱式粒径分布測定装置 (株式会社堀場 製作所 (HORIBA, Ltd)：型式 LB550) )を使用した。表 9は原水（22. 6°C)が含む 酸素気泡の粒径分布を、表 10は酸素水（22. 7°C)が含む酸素気泡の粒径分布を、 それぞれ示す。

[0063] [表 9]

粒子径 （nm)

[0064] [表 10]

粒子径 （nm)

[0065] 表 9が示す酸素気泡（原水）の粒径はほぼ 200nm以上であるのに対し、表 10が示 す酸素気泡（酸素水）の粒径は 4. Onm前後を中心としたベルカーブを示しそのほと んどが lOnm以下である。計測できた最も小さい粒径は、 2. Onmであった。このこと から、本件発明に係る気液混合構造を用いることによって、少なくともナノメートル単 位の酸素気泡を生成可能であることが判った。この事実と、前掲したオゾン水が含む 酸素気泡の粒径のナノメートル単位であったことから推測して、オゾンや酸素以外の 気体 (たとえば、水素、窒素、その他の混合気体）等の気泡粒径も少なくともナノメー トル単位、さらには、ピコメートル単位、さらには、オングストローム単位の気泡も生成 可能であると推測できる。

[0066] (気液混合装置の変形例）

図 9乃至 17を参照する。図 8は、気液混合装置の斜視図である。図 9は、気液混合 装置の分解斜視図である。図 10はベンチユリ管の斜視図である。図 11は、ベンチュ リ管の正面図である。図 12は、図 8に示す気液混合装置の A— A断面図である。図 1 3は、図 8に示す気液混合装置の B— B断面図である。図 14は、磁気回路を 2個備え る気液混合装置の側面図である。図 15は、図 14に示す気液混合装置の正面図であ る。図 16は、複数の大径路 (小径路）を有する気液混合装置 (請求項 2)の縦断面図 である。図 17は、図 16に示す気液混合装置の横断面図である。

[0067] (気液混合装置の第 1変形例）

図 8乃至 13を参照しながら、気液混合装置の第 1変形例について説明する。第 1変 形例に係る気液混合装置 300は、先に述べた気液混合装置 205と基本的に同じ構 成を有している。すなわち、気液混合装置 300は、ベンチユリ管 301とベンチユリ管 3 01から起立する気体供給パイプ 303と、 2対の磁気回路 305, 305と、力も概ね構成 してある。図 12に示す符号 301aはベンチユリ管 301の大径部を、図 13に示す符号 3 01bは同じく小径部を、それぞれ示す。ベンチユリ管 301と気体供給パイプ 303とは、 透磁性 (磁力線が貫通可能な性質）のある合成樹脂材により一体に構成してある。各 磁気回路 305は、図 12及び 13に示すように、 2個の磁石片 305a, 305bと磁力透磁 率の大きい部材によって構成した連結ヨーク（連結部材） 306, 306によって構成して ある。ベンチユリ管 301を挟んで対向する 2対の磁石片 305a, 305aと磁石片 305b, 305bとは、互いに異なる磁極が対向するように配置してある。たとえば、磁石片 305 aのベンチユリ管 301側に N極が位置するのであれば、対向する磁石片 305bに S極 力 立置することになる。このような配置であれば、 N極から出た磁力線 (磁束）がベン チユリ管 301を抜けて S極に到達するように、かつ、隣接する磁極の一方の N極から 出て他方の S極に終わる磁力線（図 12の磁石片 305aの N極と他方の磁石片 305a の S極）がベンチユリ管 301抜けるようになる。すなわち、ベンチユリ管 301 (の小径部 等）を通過する磁力線の数を増やすことができる。

[0068] (気液混合装置の第 2変形例）

図 14及び 15を参照しながら、気液混合装置の第 2変形例について説明する。第 2 変形例に係る気液混合装置 400は、上述した気液混合装置 300の磁気回路のみを 、さらに変形したものである。気液混合装置 400に係る磁気回路 405, 405は、図 13 及び 14に示すとおりである。磁気回路 405は、磁石片 405a, 405a, 405b, 405b力、 らなる 2対の磁石対と、連結ヨーク 406, 406と、により構成してある。各磁石片は、板 状の磁石であって、磁極の配置は、前掲した第 1変形例に係る磁石対と同じである。 連結ヨーク 406, 406同士 (ま、磁力透磁率の高レヽネジ咅材 406a, 406aiこよって連 結してある。

[0069] (気液混合装置の第 3変形例）

図 16及び 17を参照しながら、第 3変形例に係る気液混合装置について説明する。 第 3変形例に係る気液混合装置 500は、筒体 501と大径路 503群と小径路 505群と 、各大径路 503 (各小径路 505)に対応して設けた各磁石 (磁気回路） 507と、各大 径路 503に液体を分岐供給するための液供給構造 508と、各小径路 505近傍の各 大径路 503に気体を分岐供給するための気体供給路 509と、各大径路 503から排 出される液体を集合受給可能な液受給構造 511と、から概ね構成してある。

筒体 501は、全体を透磁性のある合成樹脂によって構成してあり、円筒状の筒体本 体 501aと、筒体本体 501aの両端から先細りに突き出す入力部 501b及び出力部 50 lcとから概ね構成してある。筒体本体 501aは、長さ方向に分かれる 2つのユニットか ら構成してあり、両者は、ネジ固定によって一体化するようになっている。ユニット化し たのは、大径路 505 (小径路 505)等を筒体本体 501a内部に形成しやすくするため である。液体は入力部 501bから入り出力部 501cから出るように、つまり、筒体 501の 長さ方向に通過するように構成してある。各大径路 503は、筒体本体 501aの長さ方 向に貫通し、各々は、すべて同じ形状に形成してあり、かつ、筒体本体 501aの周方 向に放射状に等間隔で配してある。第 3変形例における大径路 503は 4個としたが、 その数は処理する液体の量等に合わせて適宜増減することができる。各小径路 505 は、各大径路 503の途中に形成してあり、大径路 503と小径路 505との関係は、前 掲した気液混合装置 205, 300, 400及び 500が有する大径路（大径部）と小径路（ 小径部）との関係と異ならない。液供給構造 508は、入力部 501bを貫通する入力路 508aと、入力路 508aの終端 508bを起点として放射状に広がる放射路 508c, · ·と、 から構成してあり、各放射路 508cは、各大径路 503の一端に連通させてある。した 力つて、入力路 508aから各大径路 503の入力側一端までの距離はほぼ均一になつ ている。各大径路 503に対する液体供給をバランスよく行わせるためである。一方、 液受給構造 51 1は、出力部 501cを貫通する出力路 51 laと、出力路 51 laの上流側 基端 51 lbを起点として放射状に広がる放射路 511c, · ·と、力 構成してあり、各放 射路 51 1cは、各大径路 503の他端に連通させてある。したがって、出力路 51 laから 各大径路 503の出力側一端までの距離はほぼ均一になっている。各大径路 503か ら出力された液体をバランスよく受給して何れかの大径路 503に過度の負担を掛け ないようにするためである。なお、小径路 505の内径は、前掲した孔径実験の結果が 示すとおり、好ましくは 3ミリメートル以下、さらに好ましくは 2ミリメートル以下とするとよ い。孔径を小さくすればするほど処理量が減少する力 その一方で気体溶存度を高 めること力 Sできるし、処理量は大径路 503 (小径路 505)の数を増やすことによって補 えばよい。

[0071] 気体供給路 509は、外部から気体供給を受けるために筒体本体 501aの入力部 50 lb寄りに取り付けた逆止弁 509aと、逆止弁 509aに筒体本体 501a内で連通して筒 体本体 501aの中心に向かって入り込む第 1管部 509bと、第 1管部 509b終端からほ ぼ直角に屈曲して出力部 501c方向に延びる第 2管部 509c (図 16に破線で表示）と 、各小径部 505近傍まで延びた第 2管部 509cの終端を起点として放射方向に広が る複数 (小径路 505と同数）の第 3管部 509d, · ·から構成してある。各第 3管部 509d の終端は、小径路 505下流側近傍の大径路 503に連通させてある。逆止弁 509aか ら各大径路 503までの距離はほぼ同じに形成してあり、これによつて、逆止弁 509a 力も供給した気体が各大径路 503に均一供給されるようにしてある。

[0072] 各小径路 505の近傍には、各小径路を通過する液体を、当該液体が含む当該気 体の気泡と共に貫通可能な磁力線を発生する磁気回路 (磁石） 507を配してある。

[0073] (第 3変形例特有の作用効果）

気液混合装置 500によれば、先に説明した気液混合装置 205, 300, 400及び 50 0と同じ機能を複数同時に実現することができる。すなわち、液供給構造 508を介し て外部から供給される液体と、気体供給路 509を介して外部から供給される気体とを 効率よく混合することができるとともに、量的にも混合効率をよくすることができる。具 体的には、次に示すように作用する。すなわち、大径路から小径路内に進入する液 体（たとえば、水道水、井戸水、河川水や海水を濾過した水、純水、超純水、その他 水以外の液体や混合液）には、ベルヌィの法則により圧力差 (負圧）が生じ、その圧 力差が気体供給路から供給される気体 (たとえば、オゾン、酸素、窒素、水素、大気、 その他の混合気体）を液体内に引き込む。引き込まれた気体は気泡として液体内に 含まれる。このとき、液体と気泡とが小径路内において乱気流的に攪拌される。この 攪拌状態にある気体と気泡に磁気回路 515から出た磁力線を貫通させることによつ て、磁力線貫通がない場合に比べ効率よく気液が混合される。上記した気液混合作 用力 複数の大径路 503 (小径路 505)内で同時に行われるため混合効率を量的な 面でよくすることができる。各大径路 (各小径路）を通過した気液混合液は液受給構 造によって集合させられ一括取り出し可能な状態になる。

なお、気液混合装置 500は、複数の大径路 503 (小径路 505)等を筒体 501内部 に形成することによって全体をユニット化してある力 これは、装置全体をコンパクト化 するためである。複数の気液混合装置を束ねて、全体をバインダーによってバインド したり、全体を合成樹脂で被覆することによってユニット化を測ることもできる。もっとも 、気液混合装置 205, 300, 400に代表される気液混合装置を複数個用意しておき 、これらを、気液混合装置 500と同じ原理で個別のまま並列使用することもできる。並 列使用する場合は、各気液混合装置に供給する気体や被処理水間にバランスが取 れるように配慮すべきである。

Claims

請求の範囲

[1] 大径部の途中に小径部を有する透磁性ベンチユリ管と、

当該小径部内を通過する又は通過した液体に気体を供給するための気体供給パ イブと、

当該ベンチユリ管外部に設けた磁石と、を含めて構成してあり、

当該磁石が、少なくとも当該小径部及び当該小径部近傍を貫通可能な磁力線を発 生可能に構成してある

ことを特徴とする気液混合装置。

[2] 液体の通過方向を長さ方向とする透磁性の筒体と、

当該筒体を長さ方向に貫通する複数の大径路と、

当該大径路各々の途中に形成した小径路と、

当該小径路内を通過する液体に気体を供給するための気体供給路と、 少なくとも当該小径路各々内を通過する液体を、当該液体が含む当該気体の気泡 とともに貫通可能な磁力線を発生する磁石と、

当該大径路各々に対して液体を分岐供給可能な液供給構造と、

当該大径路各々力 排出される液体を集合受給可能な液受給構造と、 当該大径路各々が有する気体供給路に対して気体を分岐供給可能な気体供給構 造と、を含めて構成してある

ことを特徴とする気液混合装置。

[3] 前記気体供給パイプ及び磁石が、当該気体供給パイプ内を通過する気体を磁力 線が横断可能に構成してある

ことを特徴とする請求項 1記載の気液混合装置。

[4] 前記磁石が、一方の磁石片と他方の磁石片とを含む磁気回路によって構成してあ り、

当該一方の磁石片と当該他方の磁石片とを、当該一方の磁石から発生した磁力線 が前記小径部を横断して当該他方の磁石片に到達可能に配してある

ことを特徴とする請求項 1乃至 3いずれか記載の気液混合装置。

[5] 前記磁石の磁力が、 3000〜20000ガウスに設定してある ことを特徴とする請求項 1乃至 4いずれか記載の気液混合装置。

[6] 前記一方の磁石片と前記他方の磁石片との間の距離が、前記大径部の直径 Dより も短く設定してある

ことを特徴とする請求項 3乃至 5いずれか記載の気液混合装置。

[7] 前記磁気回路と略同一構造を持つ他の磁気回路を少なくとも 1個、前記磁気回路 に対して前記小径部周方向に所定間隔を介して配してある

ことを特徴とする請求項 3乃至 6いずれか記載の気液混合装置。

[8] 前記小径部の内径が、 3ミリメートル以下である

ことを特徴とする請求項 1記載の気液混合装置。

[9] 前記大径路及び前記小径路の各々をほぼ同一形状に形成してあり、かつ、当該小 径路各々の外径が、 3ミリメートル以下である

ことを特徴とする請求項 2記載の気液混合装置。