WO2014006865A1 - 気体溶解装置 - Google Patents

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WO2014006865A1
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gas
tank
liquid
partition wall
liquid separation
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PCT/JP2013/004052
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前田　康成
伊藤　良泰
仁史 北村
恭子 堤
尚紀 柴田
朋弘 穐田
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パナソニック株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a gas dissolving apparatus for dissolving a gas such as air in a solvent such as water.
  • the present applicant has proposed a gas dissolving device that can be reduced in size, can suppress generation of turbulent flow in a gas-liquid separation tank, and can suppress outflow of large bubbles (Patent Document 1).
  • the gas dissolving apparatus described in Patent Document 1 is a gas-liquid mixing tank and a large bubble outflow preventer with respect to the flow of the liquid from the upstream side to the downstream side by the two partition walls of the first partition wall and the second partition wall.
  • the dissolution tank is divided in the order of the tank and the gas-liquid separation tank.
  • the fluid flowing into the dissolving tank is mixed with the gas in the gas-liquid mixing tank to generate a liquid in which the gas is dissolved, and this liquid sequentially flows through the large bubble outflow prevention tank and the gas-liquid separation tank.
  • a gas release valve is provided in a portion corresponding to the upper end portion of the gas-liquid separation tank in the dissolution tank, and remains undissolved in the fluid, and remains undissolved in the upper portion of the dissolution tank.
  • a part of the gas can be extracted outside the dissolution tank.
  • Water and air are supplied to the gas-liquid mixing tank, and the exchange of air is promoted by positively exhausting undissolved air through the gas release valve. By replacing this air, the oxygen concentration in the dissolution tank can be kept high, and as a result, more oxygen can be dissolved in water. It is possible to produce oxygen-dissolved water having a sufficiently high oxygen concentration corresponding to the required efficacy.
  • liquid may enter the gas discharge valve together with undissolved gas stored in the upper part of the dissolution tank. In this case, the liquid is moved downward from the gas discharge valve. It is necessary to discharge and make it easy to escape gas. However, when the liquid is discharged from the vent through which the undissolved gas is introduced into the gas release valve, the replacement of the undissolved gas and the liquid may not be smoothly performed by the liquid film formed by the surface tension. .
  • the present invention has been made in view of the circumstances as described above, and a part of undissolved gas stored in the upper part of the dissolution tank or the like can be smoothly exhausted to the outside of the dissolution tank by the gas release valve. It is an object to provide a gas dissolving device.
  • a gas dissolving apparatus includes a dissolving tank provided with an outflow portion in which a liquid in which a gas is dissolved can flow out, and a first partition wall provided inside the dissolving tank. And the second partition wall, and the inside of the dissolution tank is separated from the upstream side to the downstream side with respect to the liquid flow by the first partition wall and the second partition wall. It is divided in the order of the tanks, and the liquid flowing into the dissolution tank is mixed with gas in the gas-liquid mixing tank, so that a liquid is generated. This liquid flows through the intermediate tank and the gas-liquid separation tank in order and dissolves. It flows out from the outflow part of the tank to the outside of the dissolution tank.
  • the gas dissolving apparatus of the present invention has a gas introduction part at the bottom, a gas release valve provided at the top of the gas-liquid separation tank, and a gas that is formed at the gas introduction part and accumulates at the top of the gas-liquid separation tank.
  • the vent is disposed at a position higher than the drainage port with respect to the height direction of the dissolving tank, and the second partition wall and the outflow portion are arranged in the horizontal direction in the gas-liquid separation tank. It is characterized by being provided to flow through.
  • the second partition wall and the outflow portion are provided so that the liquid flows in the horizontal direction along the outer surface of the intermediate tank.
  • the upper part of the second partition wall is notched to form a notch, and the outflow part is provided at the bottom of the gas-liquid separation tank at a position away from the notch. It is preferable.
  • the second partition wall is provided so that the intermediate tank surrounds the periphery of the gas-liquid mixing tank partitioned by the first partition wall.
  • the first partition wall and the second partition wall have a substantially cylindrical shape.
  • a part of the undissolved gas stored in the upper part of the dissolution tank or the like can be smoothly exhausted to the outside of the dissolution tank by the gas release valve.
  • FIG. 3 is a partially cutaway perspective view of a dissolution tank in the gas dissolving apparatus shown in FIG. 2. It is the schematic diagram shown about the bubble movement suppression by a vertical rib.
  • FIG. 3 is a DD partial cross-sectional view of a dissolution tank in the gas dissolving apparatus shown in FIG. 2.
  • FIG. 1 is a front view showing an embodiment of the gas dissolving apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the gas dissolving apparatus shown in FIG.
  • FIGS. 3A, 3B, and 3C are respectively a cross-sectional view taken along lines AA, BB, and CC of the dissolving tank in the gas dissolving apparatus shown in FIG.
  • FIG. 4 is a partially cutaway perspective view of a dissolution tank in the gas dissolving apparatus shown in FIG.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing bubble movement suppression by vertical ribs.
  • FIG. 6 is a DD partial cross-sectional view of the dissolution tank in the gas dissolving apparatus shown in FIG.
  • the gas dissolving device 1 includes a dissolving tank 4 provided with an outflow part 8 in which a liquid in which a gas is dissolved can flow out, and a first provided inside the dissolving tank 4.
  • the first partition wall 12 and the second partition wall 13 are provided.
  • the inside of the dissolution tank 4 includes a gas-liquid mixing tank 14, an intermediate tank 15, and a gas-liquid separation tank from the upstream side to the downstream side with respect to the flow of the liquid in which the gas is dissolved by the first partition wall 12 and the second partition wall 13. It is divided in order of 16.
  • the fluid flowing into the dissolving tank 4 is mixed with the gas in the gas-liquid mixing tank 14, thereby generating a liquid in which the gas is dissolved, and this liquid includes the intermediate tank 15 and the gas-liquid separation tank. 16 sequentially flows out from the outflow portion 8 of the dissolution tank 4 to the outside of the dissolution tank 4.
  • the gas dissolving device 1 has a gas introduction part 51 at the bottom, includes a gas release valve 20 provided at the top of the gas-liquid separation tank 16, and is formed in the gas introduction part 51.
  • a vent 53 and a drain 54 are provided.
  • the vent 53 introduces a part of the gas accumulated in the upper part of the gas-liquid separation tank 16 into the gas release valve 20, and the drainage port 54 removes the liquid that has entered the gas release valve 20 into the gas-liquid separation tank. 16 to discharge.
  • the vent 53 is disposed at a position higher than the drain 54 in the height direction of the dissolution tank 4.
  • the second partition wall 13 and the outflow portion 8 are provided so that the liquid flows in the gas-liquid separation tank 16 in the horizontal direction. Yes.
  • the pump 3 is fixed on the mount 2, and the dissolving tank 4 is vertically installed on the pump 3. ing.
  • the pump 3 supplies a solvent such as water to the dissolution tank 4 under pressure, and includes a solvent suction part 5 on the front surface.
  • the suction part 5 can be connected to a suction pipe (not shown).
  • the pump 3 is provided with the discharge part 6 which protrudes upwards in an upper end part.
  • the dissolution tank 4 includes an inflow portion 7 at the bottom, and the inflow portion 7 is connected to the discharge portion 6 of the pump 3. Therefore, the solvent fed by the pump 3 flows into the dissolution tank 4 from the bottom of the dissolution tank 4.
  • the dissolution tank 4 includes an outflow portion 8 at the bottom at a position different from the inflow portion 7.
  • the outflow part 8 is a part from which the liquid generated in the dissolution tank 4 flows out of the dissolution tank 4, and is disposed on the front side of the dissolution tank 4.
  • the outflow part 8 can be connected to an outflow pipe (not shown) for supplying the liquid to the supply destination.
  • a gas suction pipe 9 extending in the height direction is connected to the suction portion 5 of the pump 3.
  • a gas suction pipe 11 having a gas suction port 10 formed at the tip thereof is connected to the gas suction pipe 9. Due to the negative pressure generated by the operation of the pump 3, a gas such as air that is the object of dissolution in the dissolution tank 4 and becomes a solute is sucked from the gas suction port 10 of the gas suction unit 11, and is supplied to the pump 3 through the gas suction pipe 9. It is sent to the suction part 5.
  • the gas sent to the suction part 5 is mixed as bubbles in a solvent such as water, and a gas-liquid mixed fluid is generated. This gas-liquid mixed fluid is supplied into the dissolution tank 4 through the discharge part 6 and the inflow part 7 as a fluid.
  • two partition walls that is, a first partition wall 12 and a second partition wall 13 are provided inside the dissolution tank 4, and the interior of the dissolution tank 4 is the first partition wall 12.
  • the gas-liquid mixing tank 14, the intermediate tank 15, and the gas-liquid separation tank 16 are partitioned by the second partition wall 13.
  • the gas-liquid mixing tank 14 is located on the most upstream side with respect to the flow of the liquid generated in the dissolution tank 4.
  • the intermediate tank 15 is disposed adjacent to the outside of the gas-liquid mixing tank 14.
  • the gas-liquid separation tank 16 is located on the most downstream side with respect to the liquid flow, and is adjacent to the outside of the intermediate tank 15.
  • the first partition wall 12 and the second partition wall 13 have a substantially cylindrical shape as shown in FIGS. 3 (a), 3 (b), and 3 (c).
  • the first partition wall 12 partitions the gas-liquid mixing tank 14 and the intermediate tank 15 and extends downward from the upper surface of the dissolution tank 4 as shown in FIG. A lower end of the first partition wall 12 does not reach the bottom surface of the dissolution tank 4, and a gap is formed between the bottom surface of the dissolution tank 4.
  • the gas-liquid mixing tank 14 and the intermediate tank 15 communicate with each other with this gap as a liquid flow path.
  • the second partition wall 13 divides the intermediate tank 15 and the gas-liquid separation tank 16 and extends upward from the bottom surface of the dissolution tank 4.
  • the 2nd partition wall 13 is provided so that the intermediate tank 15 may surround the circumference
  • a part of the second partition wall 13 is notched in a substantially arc shape in cross section, and a notch portion 17 is formed. Yes.
  • the intermediate tank 15 and the gas-liquid separation tank 16 communicate with each other through the notch 17.
  • the notch 17 is disposed on the opposite side of the outflow part 8, and the outflow part 8 is located away from the notch 17.
  • the outflow part 8 is provided at the bottom of the gas-liquid separation tank 16 and communicates with the gas-liquid separation tank 16.
  • the gas mixed through the gas suction pipe 9 shown in FIG. 1 and the gas previously stored in the gas-liquid mixing tank 14 are vigorously mixed with a solvent such as water, and the gas-liquid mixed fluid is stirred.
  • the gas is dissolved in the solvent under pressure, and a liquid in which the gas is dissolved is generated.
  • the generated liquid flows out to the intermediate tank 15 through a gap between the lower end of the first partition wall 12 and the bottom surface of the dissolution tank 4.
  • the liquid flowing out into the intermediate tank 15 overflows from the notch 17 of the second partition wall 13 and flows out into the gas-liquid separation tank 16.
  • the gas-liquid separation tank 16 separates gas that cannot be dissolved in the liquid from the liquid as bubbles. Since the liquid flow is lifted to the vicinity of the liquid surface, which is the gas-liquid interface, the bubbles move upward by buoyancy. On the other hand, the liquid that has flowed out into the gas-liquid separation tank 16 flows in a direction that does not prevent such bubbles from rising. As shown in FIGS.
  • the liquid flows in the gas-liquid separation tank 16 in the horizontal direction.
  • the horizontal flow of the liquid is along the outer surface of the intermediate tank 15, and the liquid flowing in the horizontal direction in the gas-liquid separation tank 16 flows out of the dissolution tank 4 from the outflow portion 8. Since the outflow part 8 is provided in the bottom part of the gas-liquid separation tank 16, the outflow of the big bubble which exists in the liquid level vicinity is suppressed.
  • the second partition wall 13 and the outflow portion 8 are provided in the gas-liquid separation tank 16 so that the liquid flows in the horizontal direction along the outer surface of the intermediate tank 15. 4 can be further reduced in size, and in particular, the size in the height direction can be reduced. This is effective for shortening the size of the dissolution tank 4 in the height direction.
  • the outflow part 8 is provided in the position away from the notch part 17 of the intermediate tank 15, the distance for gas-liquid separation can be taken long and the rising time of a bubble can be lengthened. Since the liquid flows in the gas-liquid separation tank 16 in the horizontal direction, the undissolved gas can be separated from the liquid while flowing, and the gas-liquid separation can be performed efficiently. For this reason, it is possible to suppress the undissolved gas from flowing out of the dissolution tank 4 from the outflow portion 8.
  • the second partition wall 13 is provided so that the intermediate tank 15 surrounds the gas-liquid mixing tank 14 from the outside, thereby suppressing noise that is likely to occur during liquid generation. Can do. Furthermore, since the first partition wall 12 and the second partition wall 13 have a cylindrical shape, the flow of the liquid is homogenized, which is effective for further downsizing of the dissolution tank 4.
  • the gas-liquid separation tank 16 is preferably provided with vertical ribs 18 extending downward from the upper surface of the gas-liquid separation tank 16.
  • the vertical ribs 18 are formed in small pieces, and three are provided at intervals in the direction in which the liquid flows.
  • the bubbles 19 moving upward in the liquid in the gas-liquid separation tank 16 are restricted by the vertical ribs 18 from moving in the horizontal direction in which the liquid flows.
  • the bubbles 19 can only rise in the longitudinal direction of the longitudinal ribs 18, and the plurality of bubbles 19 that rise in this way gradually merge.
  • the vertical ribs 18 also promote the coalescence of the bubbles 19. For this reason, undissolved gas is efficiently separated from the liquid, and large bubbles can be prevented from flowing out from the gas-liquid separation tank 16 to the outflow portion 8.
  • the combined bubbles 19 break when reaching the liquid level, and the undissolved gas accumulates in the upper part of the gas-liquid separation tank 16.
  • FIGS. 2 In order to discharge the undissolved gas accumulated in the upper part of the gas-liquid separation tank 16 from the dissolution tank 4 in this way, in the gas dissolving apparatus 1, the upper part of the gas-liquid separation tank 16 of the dissolution tank 4 is shown in FIGS. As shown in FIG. 2, a gas release valve 20 is provided.
  • the gas release valve 20 has a float 50 that floats and sinks following the liquid level of the liquid in the gas-liquid separation tank 16 and is movable in the vertical direction. As the float 50 moves up and down with changes in the liquid level, the gas release valve 20 releases and stops the gas stored in the upper part of the gas-liquid separation tank 16.
  • the gas release valve 20 has a cylindrical gas introduction part 51 at the bottom thereof.
  • a peripheral wall 52 is provided on the inner side of the gas introduction part 51.
  • the peripheral wall 52 has a vent 53 for introducing gas into the inner side, and a drain port 54 for discharging the liquid that has entered the gas into the gas-liquid separation tank 16. Is formed. Both the vent 53 and the drain 54 pass through the peripheral wall 52 in the inner and outer directions.
  • the inside of the peripheral wall 52 is hollow and communicates with a float chamber 55 provided with a float 50 therein.
  • the gas release valve 20 discharges a part of the undissolved gas introduced into the inside of the peripheral wall 52 of the gas introduction part 51 through the vent 53 to the outside of the dissolution tank 4 through the float chamber 55.
  • the vent 53 and the drain 54 are arranged at different heights with respect to the height direction of the dissolution tank 4. That is, in the peripheral wall 52, the vent 53 is arranged at a position higher than the drainage port 54.
  • the hydraulic head pressure can be applied to the liquid that has entered the inside of the peripheral wall 52. .
  • the liquid that has entered the inside of the peripheral wall 52 is located below the vent 53 in the gas inlet 51 and flows out from the drain 54 having a high head pressure into the gas-liquid separation tank 16.
  • a gas circulation pipe 21 is provided as shown in FIGS. 2, 3 (a), (b), and (c) in order to reuse the gas accumulated in the upper part of the gas-liquid separation tank 16. It is also preferred that
  • FIG. 7 is a partially cutaway perspective view showing the periphery of the gas circulation pipe in the dissolution tank.
  • the gas circulation pipe 21 is provided inside the intermediate tank 15 in the vertical direction, and the lower end is connected to the inflow portion 7 of the dissolution tank 4.
  • the upper end portion of the gas circulation pipe 21 is curved in a substantially arc shape along the second partition wall 13 and is disposed horizontally.
  • the gas circulation pipe 21 is formed of an elastic body such as rubber.
  • the upper end portion of the gas circulation pipe 21 is disposed between the upper surface of the dissolution tank 4 and the upper portion of the second partition wall 13 and also functions as a packing.
  • the dissolution tank 4 is provided with the gas circulation pipe 21 that supplies the gas accumulated in the upper part of the gas-liquid separation tank 16 to the gas-liquid mixed fluid flowing into the dissolution tank 4. It can be reused, and gas dissolution efficiency is improved.
  • the gas circulation pipe 21 is not limited to the inside of the intermediate tank 15 but can be provided inside the gas-liquid separation tank 16. Even if it is provided inside the gas-liquid separation tank 16, the gas circulation pipe 21 functions in the same manner as when it is provided inside the intermediate tank 15.
  • an inclined surface portion 22 having a downward slope is formed on the upper part of the dissolution tank 4 as shown in FIG.
  • the gas accumulated in the upper portion of the gas-liquid separation tank 16 is collected near the central portion of the dissolution tank 4 by the inclined surface portion 22, and the gas is smoothly sucked from the upper end of the gas circulation pipe 21. Can be supplied efficiently.
  • the dissolution tank 4 as described above is divided into two parts at the center in the vertical direction, and is formed from two parts, an upper part 23 on the upper side and a lower part 24 on the lower side. can do.
  • FIG. 8 and 9 are exploded oblique views of the dissolution tank in the gas dissolution apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 9 shows the dissolution tank from different directions.
  • the first partition wall 12 is integrally formed, and the first partition wall 12 extends downward from the upper surface of the upper part 23.
  • the second partition wall 13 is integrally formed, and the second partition wall 13 extends upward from the bottom surface of the lower part 24.
  • the lower part 24 is integrally provided with the inflow portion 7 and the outflow portion 8 at the bottom.
  • flange parts 25 and 26 are provided to protrude outward.
  • the dissolution tank 4 is assembled by overlapping the flange parts 25 and 26 and fastening the upper part 23 and the lower part 24 with appropriate fasteners such as bolts and nuts at predetermined portions of the overlapping flange parts 25 and 26, become one.
  • the first partition wall 12 is inserted inside the second partition wall 13, and the gas-liquid mixing tank 14, the intermediate tank 15, and the gas-liquid separation tank 16 are formed. Further, the upper end portion of the gas circulation pipe 21 formed of the elastic body shown in FIG. 3C is located between the upper surface of the upper part 23 and the upper portion of the second partition wall 13 as shown in FIG. It is caught. By sandwiching the gas circulation pipe 21, the gas circulation pipe 21 functions as a packing, and the space between the upper surface of the upper part 23 and the upper part of the second partition wall 13 becomes watertight. For this reason, it can suppress that a liquid flows out into the gas-liquid separation tank 16 from the intermediate tank 15 in parts other than the notch part 17 of the 2nd partition wall 13. FIG.
  • Such watertightness between the upper surface of the upper part 23 and the upper part of the second partition wall 13 is realized by the gas circulation pipe 21 that supplies the gas accumulated in the upper part of the gas-liquid separation tank 16 to the dissolution tank 4. Therefore, the dissolution tank 4 has a reduced number of parts.
  • the present invention is not limited to the above embodiment. Various aspects are possible about details, such as a structure and structure of a pump and a mount frame, and a structure and structure of a gas discharge valve.
  • the gas dissolving apparatus of the present invention is a gas dissolving apparatus that dissolves a gas such as air in a solvent such as water.
  • the gas dissolution apparatus of the present invention can smoothly exhaust a part of undissolved gas stored in the upper part of the dissolution tank to the outside of the dissolution tank by the gas release valve.

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Abstract

　気体溶解装置は、底部に気体導入部を有し、気液分離槽の上部に設けられた気体放出弁と、気体導入部に形成され、気液分離槽の上部に溜まる気体の一部を気体放出弁の内部に導入する通気口と、気体導入部に形成され、気体放出弁の内部に進入した液体を気液分離槽に排出する排液口とを備え、通気口は、溶解タンクの高さ方向に関し排液口よりも高い位置に配置され、第２仕切り壁および流出部は、気液分離槽を液体が水平方向に流れるように設けられている。

Description

気体溶解装置
　本発明は、水などの溶媒に空気などの気体を溶解させる気体溶解装置に関する。
　本出願人は、小型化可能であり、気液分離槽での乱流の発生を抑え、大きな気泡の流出を抑制することのできる気体溶解装置を提案している（特許文献１）。
　特許文献１に記載した気体溶解装置は、第１仕切り壁および第２仕切り壁の２つの仕切り壁によって内部が、液体の流れに関しその上流側から下流側にかけて、気液混合槽、大泡流出防止槽、気液分離槽の順に区画された溶解タンクを備えている。この気体溶解装置では、溶解タンク内に流入する流体が気液混合槽において気体と混合され、気体が溶解した液体が生成され、この液体は、大泡流出防止槽、気液分離槽を順次流れる。
　そして、気体溶解装置では、溶解タンクにおいて、気液分離槽の上端部に対応する部分に気体放出弁が設けられ、流体に溶解し切れずに残り、溶解タンク内の上部などに貯留する未溶解の気体の一部を溶解タンクの外部に抜き出すことができるようにしている。水と空気を気液混合槽に供給し、気体放出弁により未溶解の空気を積極的に排気することによって空気の入れ換えを促進させる。この空気の入れ換えによって、溶解タンク内の酸素濃度を高く保持することができ、その結果、より多くの酸素を水に溶解させることができる。要求される効能などに対応した、酸素の溶解濃度が十分に高い酸素溶解水の生成が可能となる。
日本国公開特許公報第２０１０－２２７７８２号
　このような気体溶解装置では、溶解タンク内の上部などに貯留する未溶解の気体といっしょに液体が気体放出弁内に進入してしまう場合があり、この場合、液体を気体放出弁から下方に排出して気体を抜けやすくする必要がある。しかしながら、未溶解の気体が気体放出弁内に導入される通気口から液体を排出すると、表面張力により形成される液体の膜によって未溶解の気体と液体の入れ替えがスムーズに行われなくなる場合がある。
　本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、溶解タンクの上部などに貯留する未溶解の気体の一部を気体放出弁により溶解タンクの外部にスムーズに排気することができる気体溶解装置を提供することを課題としている。
　上記の課題を解決するために、本発明の気体溶解装置は、気体が溶解した液体が流出可能とされた流出部が設けられた溶解タンクと、溶解タンクの内部に設けられた第１仕切り壁および第２仕切り壁とを有し、溶解タンクの内部が、第１仕切り壁および第２仕切り壁によって、液体の流れに関しその上流側から下流側にかけて、気液混合槽、中間槽、気液分離槽の順に区画されており、溶解タンク内に流入する流体が気液混合槽において気体と混合されることにより、液体が生成され、この液体は、中間槽、気液分離槽を順次流れ、溶解タンクの流出部から溶解タンクの外部に流出することを特徴としている。
　また、本発明の気体溶解装置は、底部に気体導入部を有し、気液分離槽の上部に設けられた気体放出弁と、気体導入部に形成され、気液分離槽の上部に溜まる気体の一部を気体放出弁の内部に導入する通気口と、気体導入部に形成され、気体放出弁の内部に進入した液体を気液分離槽に排出する排液口とを備えていることを特徴としている。
　また、本発明の気体溶解装置は、通気口は、溶解タンクの高さ方向に関し排液口よりも高い位置に配置され、第２仕切り壁および流出部は、気液分離槽を液体が水平方向に流れるように設けられていることを特徴としている。
　この気体溶解装置においては、第２仕切り壁および流出部は、液体が中間槽の外面に沿って水平方向に流れるように設けられていることが好ましい。
　この気体溶解装置においては、第２仕切り壁では、その上部が一部切り欠かれて切欠部が形成され、流出部は、切欠部から離れた位置の気液分離槽の底部に設けられていることが好ましい。
　この気体溶解装置においては、第２仕切り壁は、第１仕切り壁によって区画される気液混合槽の周囲をその外側から中間槽が包囲するように設けられていることが好ましい。
　この気体溶解装置においては、第１仕切り壁および第２仕切り壁は、略円筒状の形状を有していることが好ましい。
　本発明の気体溶解装置によれば、溶解タンクの上部などに貯留する未溶解の気体の一部を気体放出弁により溶解タンクの外部にスムーズに排気することができる。
本発明の気体溶解装置の一実施形態を示した正面図である。 図１に示した気体溶解装置の縦断面図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、図２に示した気体溶解装置における溶解タンクのＡ－Ａ断面図、Ｂ－Ｂ断面図、Ｃ－Ｃ断面図である。 図２に示した気体溶解装置における溶解タンクの一部切欠斜視図である。 縦リブによる気泡の移動抑制について示した模式図である。 図２に示した気体溶解装置における溶解タンクのＤ－Ｄ部分断面図である。 溶解タンクにおける気体循環配管の周辺を示した一部切欠斜視図である。 図１に示した気体溶解装置における溶解タンクの分解斜視図である。 図１に示した気体溶解装置における溶解タンクの分解斜視図である。
　図１は、本発明の気体溶解装置の一実施形態を示した正面図である。図２は、図１に示した気体溶解装置の縦断面図である。図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、図２に示した気体溶解装置における溶解タンクのＡ－Ａ断面図、Ｂ－Ｂ断面図、Ｃ－Ｃ断面図である。
　図４は、図２に示した気体溶解装置における溶解タンクの一部切欠斜視図である。図５は、縦リブによる気泡の移動抑制について示した模式図である。図６は、図２に示した気体溶解装置における溶解タンクのＤ－Ｄ部分断面図である。
　図１および図２に示したように、気体溶解装置１は、気体が溶解した液体が流出可能とされた流出部８が設けられた溶解タンク４と、溶解タンク４の内部に設けられた第１仕切り壁１２および第２仕切り壁１３とを有している。溶解タンク４の内部は、第１仕切り壁１２および第２仕切り壁１３によって、気体が溶解した液体の流れに関しその上流側から下流側にかけて、気液混合槽１４、中間槽１５、気液分離槽１６の順に区画されている。気体溶解装置１では、溶解タンク４内に流入する流体が気液混合槽１４において気体と混合されることにより、気体が溶解した液体が生成され、この液体は、中間槽１５、気液分離槽１６を順次流れ、溶解タンク４の流出部８から溶解タンク４の外部に流出する。
　図６に示したように、気体溶解装置１は、底部に気体導入部５１を有し、気液分離槽１６の上部に設けられた気体放出弁２０を備え、かつ気体導入部５１に形成された通気口５３および排液口５４を備えている。通気口５３は、気液分離槽１６の上部に溜まる気体の一部を気体放出弁２０の内部に導入し、排液口５４は、気体放出弁２０の内部に進入した液体を気液分離槽１６に排出する。通気口５３は、溶解タンク４の高さ方向に関し排液口５４よりも高い位置に配置されている。
　また、図３（ｂ）および図４に示したように、気体溶解装置１では、第２仕切り壁１３および流出部８は、気液分離槽１６を液体が水平方向に流れるように設けられている。
　このような気体溶解装置１では、具体的には、図１および図２に示したように、架台２の上にポンプ３が固定され、ポンプ３の上に溶解タンク４が縦置きに取り付けられている。ポンプ３は、水などの溶媒を加圧下に溶解タンク４に送給するものであり、正面に溶媒の吸込部５を備えている。吸込部５は、吸込配管（図示なし）の接続が可能とされている。また、ポンプ３は、上端部に上方に突出する吐出部６を備えている。
　溶解タンク４は、図１に示したように、底部に流入部７を備え、流入部７は、ポンプ３の吐出部６に接続されている。したがって、ポンプ３により送給される溶媒は、溶解タンク４の底部から溶解タンク４内に流入する。また、溶解タンク４は、流入部７と異なる位置の底部に流出部８を備えている。流出部８は、溶解タンク４内で生成される液体が溶解タンク４から流出する部位であり、溶解タンク４の正面側に配置されている。流出部８は、液体を供給先へ供給する流出配管（図示なし）の接続が可能とされている。
　また、気体溶解装置１では、その高さ方向に延びる気体吸引配管９がポンプ３の吸込部５に接続されている。気体吸引配管９は、先端に、気体吸引口１０が形成された気体吸込部１１が接続されている。ポンプ３の作動により生じる負圧によって、溶解タンク４での溶解対象であり、溶質となる空気などの気体が、気体吸込部１１の気体吸引口１０から吸引され、気体吸引配管９を通じてポンプ３の吸込部５に送り込まれる。吸込部５に送り込まれた気体は、水などの溶媒中に気泡として混合され、気液混合流体が生成される。この気液混合流体が、流体として吐出部６および流入部７を通じて溶解タンク４内に供給される。
　図２に示したように、溶解タンク４の内部には、２つの仕切り壁、すなわち、第１仕切り壁１２および第２仕切り壁１３が設けられ、溶解タンク４の内部は、第１仕切り壁１２および第２仕切り壁１３によって、気液混合槽１４、中間槽１５および気液分離槽１６に区画されている。気液混合槽１４は、溶解タンク４内で生成される液体の流れに関し最も上流側に位置している。中間槽１５は、気液混合槽１４の外側に隣接して配置されている。気液分離槽１６は、液体の流れに関し最も下流側に位置し、中間槽１５の外側に隣接している。
　第１仕切り壁１２および第２仕切り壁１３は、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示したように、ともに略円筒状の形状を有している。第１仕切り壁１２は、気液混合槽１４と中間槽１５を区画するものであり、図２に示したように、溶解タンク４の上面から下方に延びている。第１仕切り壁１２の下端は、溶解タンク４の底面までは達してなく、溶解タンク４の底面との間に隙間が形成されている。この隙間を液体の流路として気液混合槽１４と中間槽１５は互いに連通している。
　第２仕切り壁１３は、中間槽１５と気液分離槽１６を区画するものであり、溶解タンク４の底面から上方に延びている。第２仕切り壁１３は、気液混合槽１４の周囲をその外側から中間槽１５が包囲するように設けられている。また、第２仕切り壁１３の上部では、図３（ａ）（ｃ）および図４にも示したように、その一部が、断面略円弧状に切り欠かれ、切欠部１７が形成されている。切欠部１７を介して中間槽１５と気液分離槽１６は連通している。切欠部１７は、流出部８と反対側に配置されており、流出部８は、切欠部１７から離れたところに位置している。また、流出部８は、気液分離槽１６の底部に設けられ、気液分離槽１６に連通している。
　このような溶解タンク４では、図２に示したように、ポンプ３の作動によって気液混合流体が溶解タンク４に供給されると、気液混合流体は、図１に示した流入部７を通じて気液混合槽１４に、溶解タンク４の底部から上方に向かって噴出する。気液混合流体は、溶解タンク４の上面や第１仕切り壁１２に衝突し、跳ね返り、次第に気液混合槽１４の底部に溜まっていく。また、溶解タンク４の上面や第１仕切り壁１２に衝突し、跳ね返る気液混合流体は、溶解タンク４の底部から上方に向かって噴出する気液混合流体に衝突し、しかも、気液混合槽１４に貯留する気液混合流体の液面に衝突して気液混合流体を撹拌する。このとき、図１に示した気体吸引配管９を通じて混合された気体および気液混合槽１４にあらかじめ貯留していた気体が、水などの溶媒と激しく混合され、また、気液混合流体は撹拌され、気体が溶媒中に加圧下で溶解し、気体が溶解した液体が生成される。これは、撹拌による剪断によって気液混合流体に気泡として混合される気体が細分化され、溶媒と接触する表面積が大きくなり、また、液面付近における気体の溶解濃度が撹拌による均一化によって低減され、気体の溶媒への溶解速度が上昇することによる。
　生成した液体は、第１仕切り壁１２の下端と溶解タンク４の底面との間の隙間を通って中間槽１５に流出する。中間槽１５に流出した液体は、図３（ａ）（ｃ）および図４に示したように、第２仕切り壁１３の切欠部１７から越流して気液分離槽１６に流出する。気液分離槽１６は、液体に溶解し切れない気体を気泡として液体から分離する。液体の流れが気液界面である液面付近にまで持ち上げられるので、気泡は、浮力によって上方へ移動する。一方、気液分離槽１６に流出した液体は、そのような気泡の上昇を妨げない方向に流れる。図３（ｂ）および図４に示したように、液体は、気液分離槽１６を水平方向に流れる。この液体の水平方向の流れは、中間槽１５の外面に沿ったものとなり、気液分離槽１６を水平方向に流れる液体は、流出部８から溶解タンク４の外部に流出する。流出部８は、気液分離槽１６の底部に設けられているので、液面付近に存在する大きな気泡の流出が抑制される。
　このように、溶解タンク４では、第２仕切り壁１３および流出部８が、気液分離槽１６を液体が中間槽１５の外面に沿って水平方向に流れるように設けられているので、溶解タンク４のより一層の小型化が可能であり、特に高さ方向のサイズを小さくすることができる。溶解タンク４の高さ方向のサイズの短縮化に有効となる。しかも、流出部８が中間槽１５の切欠部１７から離れた位置に設けられているので、気液分離のための距離を長くとることができ、気泡の上昇時間を長くすることができる。液体が気液分離槽１６を水平方向に流れることで、流れている間に未溶解の気体を液体から分離することができ、気液分離を効率よく行うことができる。このため、未溶解の気体が流出部８から溶解タンク４の外部に流出するのを抑制することができる。
　また、溶解タンク４では、第２仕切り壁１３が、気液混合槽１４の周囲をその外側から中間槽１５が包囲するように設けられているので、液体生成時に発生しやすい騒音を抑制することができる。さらに、第１仕切り壁１２および第２仕切り壁１３は円筒状の形状を有しているので、液体の流れが均質化され、溶解タンク４のより一層の小型化に有効ともなる。
　なお、図３（ａ）（ｃ）および図４に示したように、気液分離槽１６では、気液分離槽１６の上面より下方に延びる縦リブ１８が設けられるのが好ましい。縦リブ１８は、小片状に形成され、液体が流れる方向に間隔をあけて３つ設けられている。
　図５に示したように、気液分離槽１６において液体内を上方に移動する気泡１９は、縦リブ１８によって、液体が流れる水平方向への移動が規制される。気泡１９は、縦リブ１８の長さ方向に上昇することができるのみであり、このように上昇する複数の気泡１９は次第に合体する。縦リブ１８は、気泡１９の合体を促進させるものでもある。このため、未溶解の気体が液体から効率よく分離され、大きな気泡が気液分離槽１６から流出部８へと流出するのを抑制することができる。合体した気泡１９は、液面に達すると割れ、未溶解の気体は、気液分離槽１６の上部に溜まる。
　このように気液分離槽１６の上部に溜まる未溶解の気体を溶解タンク４から排出するために、気体溶解装置１では、溶解タンク４の気液分離槽１６の上部に、図２および図４に示したように、気体放出弁２０が設けられている。
　図６に示したように、気体放出弁２０は、気液分離槽１６における液体の液面の高さに追随して浮沈し、上下方向に移動可能なフロート５０を有している。液体の液面の高さの変化にともないフロート５０が上下動することによって、気体放出弁２０は、気液分離槽１６の上部に貯留する気体の放出と停止を行う。
　気体放出弁２０は、その底部に円筒状の気体導入部５１を有している。気体導入部５１の内側には周壁５２が設けられ、周壁５２には、その内側に気体を導入する通気口５３と、内側に進入した液体を気液分離槽１６に排出する排液口５４とが形成されている。通気口５３および排液口５４はともに、周壁５２をその内外方向に貫通している。周壁５２の内側は、中空であり、フロート５０を内部に備えたフロート室５５に連通している。気体放出弁２０は、通気口５３を通じて気体導入部５１の周壁５２の内側に導入された未溶解の気体の一部をフロート室５５を経て溶解タンク４の外部に放出する。
　このような気体放出弁２０では、通気口５３と排液口５４が、溶解タンク４の高さ方向に関し異なる高さに配置されている。すなわち、周壁５２において、通気口５３は、排液口５４よりも高い位置に配置されている。このように、気体放出弁２０の気体導入部５１では、通気口５３と排液口５４の位置に高低差を設けているので、周壁５２の内側に進入した液体に水頭圧を加えることができる。周壁５２の内側に進入した液体は、気体導入部５１において通気口５３よりも下側に位置し、水頭圧が高い排液口５４から気液分離槽１６に流出する。このとき、排液口５４から流出する液体と入れ替わって、気液分離槽１６の上部に溜まった気体の一部が、気体放出弁２０の気体導入部５１において通気口５３を通じて周壁５２の内側に導入され、フロート室５５に進入し、溶解タンク４の外部に排気される。このような気体放出弁２０の気体導入部５１における液体と未溶解の気体との入れ替えはスムーズに行われ、気液分離槽１６の上部に貯留する未溶解の気体の一部は、気体放出弁２０により溶解タンク４の外部にスムーズに排気される。
　なお、溶解タンク４では、気液分離槽１６の上部に溜まる気体を再利用するために、図２および図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示したように、気体循環配管２１が設けられることも好ましい。
　図７は、溶解タンクにおける気体循環配管の周辺を示した一部切欠斜視図である。
　図７に示したように、気体循環配管２１は中間槽１５の内部を上下方向に設けられ、下端は、溶解タンク４の流入部７に接続されている。気体循環配管２１の上端部は、図３（ｃ）に示したように、第２仕切り壁１３に沿って略円弧状に湾曲し、水平に配置されている。気体循環配管２１は、ゴムなどの弾性体から形成されている。図２に示したように、気体循環配管２１の上端部は、溶解タンク４の上面と第２仕切り壁１３の上部との間に配置され、パッキンとしても機能する。
　気体が溶解した液体の生成時には、気体循環配管２１の上端付近と下端付近の間に圧力差が生じる。気体循環配管２１の上端付近の圧力は下端付近の圧力よりも高い。また、図７に示した流入部７では、気液混合流体の流速が速いため、減圧されている。したがって、気液分離槽１６の上部に溜まる未溶解の気体は、気体循環配管２１の上端から吸引され、下端から流入部７に供給される。流入部７に送り込まれた気体は、再度気液混合流体に混合され、気液混合槽１４において溶媒中に溶解する。このように、溶解タンク４では、気液分離槽１６の上部に溜まる気体を溶解タンク４内に流入する気液混合流体に供給する気体循環配管２１が設けられているので、未溶解の気体の再利用が可能であり、気体の溶解効率が向上する。
　また、気体循環配管２１は、中間槽１５の内部に限らず、気液分離槽１６の内部に設けることも可能である。気液分離槽１６の内部に設けても、気体循環配管２１は、中間槽１５の内部に設ける場合と同様に機能する。
　また、溶解タンク４の上部には、図１に示したように、下り勾配の傾斜面部２２が形成されるのも好ましい。傾斜面部２２によって、気液分離槽１６の上部に溜まる気体は、溶解タンク４の中央部寄りに集められ、気体循環配管２１の上端からの気体の吸引はスムーズに行われ、気体を流入部７に効率よく供給することができる。
　上記のとおりの溶解タンク４は、図１および図２に示したように、縦方向の中央部において２つに分割され、上側の上部品２３と下側の下部品２４の２つの部品から形成することができる。
　図８、図９は、それぞれ、図１に示した気体溶解装置における溶解タンクの分解斜図８、図９では、溶解タンクを異なる方向から図示している。
　図８および図９に示したように、上部品２３では、第１仕切り壁１２が一体に形成され、第１仕切り壁１２は、上部品２３の上面から下方に延びている。下部品２４では、第２仕切り壁１３が一体に形成され、第２仕切り壁１３は、下部品２４の底面から上方に延びている。下部品２４には、底部に流入部７および流出部８が一体に設けられている。上部品２３の下端縁部および下部品２４の上端縁部には、外側方に突出して延びるフランジ部２５、２６が設けられている。溶解タンク４は、フランジ部２５、２６を重ね合わせ、重なり合うフランジ部２５、２６の所定の部位においてボルト、ナットなどの適宜な固着具により上部品２３と下部品２４を締結することによって組み立てられ、一体となる。この組み立て時に、第１仕切り壁１２が第２仕切り壁１３の内側に挿入され、気液混合槽１４、中間槽１５および気液分離槽１６が形成される。また、図３（ｃ）に示した弾性体から形成された気体循環配管２１の上端部が、図２に示したように、上部品２３の上面と第２仕切り壁１３の上部との間に挟み込まれる。この気体循環配管２１の挟み込みによって、気体循環配管２１がパッキンとして機能し、上部品２３の上面と第２仕切り壁１３の上部との間が水密となる。このため、液体が、第２仕切り壁１３の切欠部１７以外の部分において中間槽１５から気液分離槽１６へ流出するのを抑制することができる。このような上部品２３の上面と第２仕切り壁１３の上部との間の水密性が、気液分離槽１６の上部に溜まる気体を溶解タンク４に供給する気体循環配管２１により実現されているので、溶解タンク４は、部品点数が減少したものとなっている。
　本発明は、以上の実施形態によって限定されるものではない。ポンプおよび架台の構成や構造、気体放出弁の構成や構造などの細部については様々な態様が可能である。
　１　気体溶解装置
　４　溶解タンク
　８　流出部
１２　第１仕切り壁
１３　第２仕切り壁
１４　気液混合槽
１５　中間槽
１６　気液分離槽
１７　切欠部
２０　気体放出弁
５１　気体導入部
５３　通気口
５４　排液口
　本発明の気体溶解装置は、水などの溶媒に空気などの気体を溶解させる気体溶解装置である。本発明の気体溶解装置は、溶解タンクの上部などに貯留する未溶解の気体の一部を気体放出弁により溶解タンクの外部にスムーズに排気することができる。
 

Claims (5)

  1. 　気体が溶解した液体が流出可能とされた流出部が設けられた溶解タンクと、
    　この溶解タンクの内部に設けられた第１仕切り壁および第２仕切り壁と
    を有し、
    　前記溶解タンクの内部が、前記第１仕切り壁および前記第２仕切り壁によって、前記液体の流れに関しその上流側から下流側にかけて、気液混合槽、中間槽、気液分離槽の順に区画されており、
    　前記溶解タンク内に流入する流体が前記気液混合槽において気体と混合されることにより、前記液体が生成され、この液体は、前記中間槽、前記気液分離槽を順次流れ、前記溶解タンクの前記流出部から前記溶解タンクの外部に流出する気体溶解装置であって、
    　この気体溶解装置は、
    　底部に気体導入部を有し、前記気液分離槽の上部に設けられた気体放出弁と、
    　前記気体導入部に形成され、前記気液分離槽の上部に溜まる気体の一部を前記気体放出弁の内部に導入する通気口と、
    　前記気体導入部に形成され、前記気体放出弁の内部に進入した前記液体を前記気液分離槽に排出する排液口と
    を備え、
    　前記通気口は、前記溶解タンクの高さ方向に関し前記排液口よりも高い位置に配置され、
    　前記第２仕切り壁および前記流出部は、前記気液分離槽を前記液体が水平方向に流れるように設けられている
    ことを特徴とする気体溶解装置。
  2. 　前記第２仕切り壁および前記流出部は、前記液体が前記中間槽の外面に沿って水平方向に流れるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の気体溶解装置。
  3. 　前記第２仕切り壁では、その上部が一部切り欠かれて切欠部が形成され、前記流出部は、前記切欠部から離れた位置の前記気液分離槽の底部に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の気体溶解装置。
  4. 　前記第２仕切り壁は、前記第１仕切り壁によって区画される前記気液混合槽の周囲をその外側から前記中間槽が包囲するように設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の気体溶解装置。
  5. 　前記第１仕切り壁および前記第２仕切り壁は、略円筒状の形状を有していることを特徴とする請求項４に記載の気体溶解装置。
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