気体溶解装置
【課題】気液分離や気液接触の効率の低さのため、気体溶解装置が大きかったり、供給エネルギーロスが多かったり、コスト高であった。
【解決手段】本発明は、気泡径とその上昇速度の関係により、簡易な構造の気液分離材を設け、僅かなスペースで気液分離を行なう。また、気液混合体のボイド率を上げる事と気液接触領域の拡大と気液接触時間延長と均等化のための撹拌を行なう。
【解決手段】本発明は、気泡径とその上昇速度の関係により、簡易な構造の気液分離材を設け、僅かなスペースで気液分離を行なう。また、気液混合体のボイド率を上げる事と気液接触領域の拡大と気液接触時間延長と均等化のための撹拌を行なう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気液接触によって液体に気体を効果的に溶解させ、溶存気体を含む液体を製造する気体溶解装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種の産業や水処理設備、環境改善設備にて液体に気体を溶解させる用途が多くある。例えば、オゾンガスの溶解での殺菌、脱色、脱臭、難分解物質の促進酸化での利用や高濃度の微細気泡（マイクロバブル）を発生させた入浴施設や洗浄装置、排水処理装置などの利用が進んでいる。また、河川、湖沼、ダムでの貧酸素による生態系の破壊や環境悪化も進んでおり、それの改善が必要とされている。さらに、漁業でも、湾内の貧酸素化や陸上養殖、蓄養、水耕栽培での酸素供給で、省エネルギー、省スペースで低価格な気体溶解装置が望まれている。
【０００３】
従来の気体溶解装置として特許文献１では、気液混合タンクに、その内部空間を上下で分離する多孔質部材が設けられているもの。その内部空間を液体導入側と液体流出側との２つに仕切る仕切り板が設けられているとともに、この仕切り板において液体導入側の面上に導入される液体を受け入れる筒体が設けられ、さらに前記仕切り板において前記筒体の外周領域に前記２つに仕切った空間相互を連通させて異物流出を可能とする通孔が設けられているもの。その内部に受け入れた液体を運転停止時に通孔側へ流出させるための水抜き部が設けられているものが開示されている。
【０００４】
特許文献２では、気液混合流体のいずれかの前記流体が圧送されて内部に貯留されている液体の液面上に噴射されて気液溶解液を生成する一次側槽と、前記一次側槽内の余剰気体を分離する二次側槽とからなったものが開示されている。
【０００５】
特許文献３では、密閉タンクに重管構造の流路延長手段を設け、上部気体溜りより内側の管に供給された液体がこの内側の管の下部を通ってこの管の外側に配置された管に供給され、液体はこの外側の管の上部を通ってさらにこの管の外側に配置された管に供給される動作が１回以上繰り返され、最外周の管とタンクの内周の間に流入した液体を気体溶解水として排出するように構成したものが開示されている。
【０００６】
特許文献４では、タンク内上部に配置され最上部分が開口し、その開口径よりも深く形成される液泡生成容器部と、その上部に配置され前記タンク内の圧縮気体を巻き込みながら噴射する噴射供給部と、下流側に取り付けられ圧縮気体を溶解した加圧液体の排出口を備えたものが開示されている。
【０００７】
特許文献５では、断面円形の直筒状をした、両側の端部を閉塞した側壁部をもった水平方向に対して１０〜４５度の傾斜角度θで傾斜する姿勢で配置されている筒状体の気体溶解装置で上下方向の略中央付近には気体と液体との界面が位置し、界面より上部の上流側の部分は、気体が貯留される気体貯留部になるとともに、界面より下流側の部分は、液体が貯留される液体貯留部となる。噴射口は、気体貯留部の内壁面か、界面寄りの位置か、あるいは界面より若干下側の液体貯留部の内壁面に形成され、流出口は、液体貯留部の端部付近の内壁面に形成されたものが開示されている。
【０００８】
特許文献６では、気液加圧溶解混合器へ混気ポンプから液体および気体の混合流が導入されて気液溶解が行われる、水平方向に延びる上部通路と、前記上部通路の下方に前記上部通路から間隔を隔てて配置され、気液溶解された加圧液が貯留される、水平方向に延びる下部通路と、前記上部通路の後端から下方に立ち下がるとともに、前記上下部通路を連通する立下り通路とを備えているものが開示されている。
【０００９】
特許文献７では、溢流壁により区画された曝気部と液取出部とを備え、上部が蓋で覆われて実質的に密閉状態になっている水槽と、液取出部の下部から液を取り出して曝気部に圧送するポンプを有する循環路と、循環路の吐出端にガスを吸入して気液混相流を形成するように設けられ、かつスロート端部を水槽内の液中に突入させて気液混相流を液中に噴射するように設けられた液−気エゼクタと、液−気エゼクタから吐出される気液混相流を利用して水槽内上部の液を吸入し、気液混相流と混合するように水没して設けられた液−液エゼクタと、液−液エゼクタの吐出端に連結されて水槽の底部に向って延び、かつ混合流を下向流で通過させる筒状の下向管と、溢流壁を溢流する曝気部上面の気泡を曝気処理液とともに排出するように液取出部内に設けられた流出口とを備えたものが開示されている。
【００１０】
特許文献８では、底部にのみ設けた開口部が水中に開口する箱状の酸素供給室を設けるとともに、該酸素供給室内に酸素を供給する酸素供給経路と、該酸素供給室内の水面に向けて水を噴出する水噴出経路とを設けたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３６８０６７０号広報
【特許文献２】特開２００５−９５８７８号広報
【特許文献３】特許第３７７０１３３号広報
【特許文献４】特許第３９２９４７２号広報
【特許文献５】特開２００８−１４９２９４号広報
【特許文献６】特開２００９−７２６６２号広報
【特許文献７】特許第３５５５５５７号広報
【特許文献８】特開平１１−７０３９２号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
解決しようとする問題点は、気液分離や気液接触の効率の低さのために気体溶解装置が大きかったり、供給エネルギーロスが多かったり、立て置き横置きの制限があったり、コスト高であること。
以下に上記特許文献の課題点をそれぞれ示す。
【００１３】
特許文献１では、気液分離のために多孔質部材を設けると、異物の詰まりが予想される。また、仕切り板の形状から、下部空間へ気泡が流れ込んだり、空気溜まりが発生する可能性がある。さらに、水抜き部より、気泡が出て先の通孔へ流出する可能性もある。
【００１４】
特許文献２では、一体形成の場合は、液面上への噴射が強いと、気泡が流出してしまい、気液との混合範囲をほぼ中間までに留める必要がある、そうすると必然的に溶解能力に限度を生じる。また、溶解部と分離部を連通管で接続したものは、より大きなスペースを必要とする。
【００１５】
特許文献３では、延長手段、気液分離手段がタンクに占める割合が大きく且つ、２重の筒体を組み込むために、密閉タンクが大きくなり、コストアップとなる。
【００１６】
特許文献４では、液泡生成容器部の割合がタンク全容積に対し少なく、気液接触量が少ない。また、気液分離部（下部溶液溜まり部）を大きくしないと気泡が流出する。結果大きいサイズのタンクが必要となる。
【００１７】
特許文献５では、エジェクター（示されていないが）により気液混合体を筒状体の気体溶解装置に導入する場合、気液混合比（ボイド率）を大きくすることは難しい。また、ポンプと気体溶解装置の間にエジェクターを設けると余分な圧力を消費し、消費電力の増大となる。
【００１８】
特許文献６では、水中に微細気泡（マイクロバブル）の気泡核を発生させることにより、空気を水中に溶解・混合させる気液加圧溶解混合器であるために、このノズル部で大きな圧力を消費し、また、微細気泡のため気液接触面積の絶対量が少ない。そのために、所望の溶解水を作るのに高圧のポンプが必要となり、消費電力の増大となる。
【００１９】
特許文献７では、深い槽へ気液混合体が筒状の下向管を流動するには、気泡の浮力によるエアリフトに勝るエネルギーを要す。また、エアリフトを抑えるには気泡径を小さくする必要があり、いずれもエジェクターに圧力を多くかける必要があり、動力が大きくなる。
【００２０】
特許文献８では、槽内への処理水の拡散や遠方への送水では、送水管以外に別途に設けた装置が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この様な問題点を解決するために本発明は気液混合体の泡の特性を利用したもので、図１のグラフの様に、液質、温度、気泡量により多少の違いは発生するが、気泡径がほぼ２ｍｍをピークに、小径になる程上昇速度が減少し、また７ｍｍまで大径になっても上昇速度は減少し、ほぼ０．２ｍ／秒でおさまる。さらに径が大きくなると、上昇速度は増加する性質がある。従って、気液分離のためには、通過しても良い気泡径の上昇速度より少ない値を、気体溶解液の流下速度とすれば分離可能となる。
また、気体溶解率を上げるためには、気液混合体のボイド率を上げる事と気液接触領域の拡大と気液接触時間延長と均等化のための撹拌が重要で、本発明では、上記気液分離方法を取る事で、少ない領域しか占有しないため、容器の大部分で気液接触と循環、撹拌が行われる。
そこで、本発明の請求項１においては、耐圧容器１０１と、外部より加圧された液体と気体または気泡混じりの液体を耐圧容器１０１の頂部より下方に支持された碗状の気液分離材１０４内に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル１０２と、耐圧容器１０１内の気体溶解液を耐圧容器１０１外に排出する排出口１０３と、耐圧容器１０１下部の空間に支持された碗状の気液分離機能を持たせた気液分離材１０４を備え、耐圧容器１０１内面と気液分離材１０４の外面とのすき間の面積と流量による流下速度と気泡の液中での上昇速度の関係図１から選択的に気液分離をすることを特徴として課題を解決している。
【００２２】
請求項１の気体溶解装置では気液分離材より上方はボイド率の大きい気液混合体で満たされており、耐圧容器１０１内で直接、相当液位を計測する事は困難である。（相当液位とは、気液混合体の気泡が消泡した時の液位とする。）
そこで、請求項２においては、請求項１の気体溶解装置において、耐圧容器１０１の外部または内部に、耐圧容器１０１の最上部と最下部のみに連通する流路を持った気液混合体の相当液位を検出する装置１０６を備えたことを特徴として課題を解決している。
【００２３】
請求項１乃至２の気体溶解装置において、気液分離材１０４の外縁部の気液混合体の渦流れの挙動で、稀に予期しない気泡の流出がある。
そこで、請求項３においては、気液分離材１０４の外縁部を上方向にパンチングメタル様の有孔材１０７で延長し、気液分離部方向への気泡の流出流れを低減させる事を特徴として課題を解決している。なお、延長を長くすると、気液混合体の占有率が減少し溶解能力が低下するので、最少の高さとする。
【００２４】
気体溶解装置の殆どは縦型のもので横型のものが少なく、また、気体溶解性能に問題があった。また、装置下等の狭小部に組み込む事が困難であった。
そこで、請求項４においては、筒の軸心が水平に設置され、２区画以上で区画割された耐圧容器２０１と、外部より加圧された液体と気体または気泡混じりの液体を耐圧容器２０１の区画の一方または１か所おきに、周と軸心の間の下方に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル２０２であって、少なくとも１か所以上にエジェクター機能を備えたノズルと、気液接触部２０５の気体溶解液を耐圧容器外に排出する１か所または複数か所を連通させた排出口２０３と、内部を仕切る１枚または複数枚の中心が穿孔され、この孔の片面には液面保持機能を持たせた気液分離板２０４と、気液分離部２０７の液面の面積または液中の最大平面の面積は、流量による流下速度と気泡の液中での上昇速度の関係図１から選択的に気液分離が出来る値とし、この上部からノズル２０２のエジェクター部へ気体を循環させる連通部を備え、気液接触部２０５での気液が水平軸方向で旋回運動する事を特徴として課題を解決している。
【００２５】
請求項４の気体溶解装置において、気液分離部２０７の内部上部には、ボイド率の大きい気液混合体で満たされており、気液分離部２０７で直接、相当液位を計測する事は困難である。
そこで、請求項５においては、請求項４の気体溶解装置において、耐圧容器２０１の外部または内部に、気液分離部２０７の上端部と下端部のみに連通する流路を持った気液混合体の相当液位を検出する装置２０９を備えた事を特徴として課題を解決している。
【００２６】
請求項６においては、請求項４乃至５の気体溶解装置において、気液接触部２０５内部に気液を更に細分化しながら、旋回中心に集まった気体を再度、気液混合体へ移動させるＶ字断面の気液細分片２０８を備えた事を特徴としている。
【００２７】
請求項７においては、上部が解放された１基または複数の容器３０１と、未溶解の液体を容器３０１の下方に支持された碗状の気液分離材１０４内に噴射する１個または複数の穴を持ったノズル３０２と、容器３０１内の気体溶解液を容器３０１外に排出する排出口３０３と、容器３０１下部の空間に支持された碗状の気液分離機能を持たせた気液分離材３０４と、排出口３０３と連通し、高さが容器３０１のほぼ中間まで立ち上がり接続された気液液面調整槽３０６と、気液液面調整槽３０６から溶解液を排出する排出口Ｂ３０７を備えたもので、容器３０１内面と気液分離材３０４の外面のすき間の面積と流量による流下速度と気泡の液中での上昇速度の関係図１から選択的に気液分離をする事を特徴として課題を解決している。
【００２８】
請求項８においては、上部が解放された１基または複数の容器４０１と、それぞれの容器４０１の頂部より未溶解の液体を容器４０１の下方に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル４０２と、容器４０１内からボイド率が高くなって溢れ出た気体溶解液を受ける容器Ｂ４０３と、容器Ｂ４０３で受けた気体溶解液を外部に排出する排出口４０４を備えた事を特徴として課題を解決している。
【００２９】
請求項９においては、請求項７乃至８の気体溶解装置の気体溶解を行う容器の外部を大気圧の下でこれを覆う簡易な構造のカバー５０１を備え、この内部へ溶解目的の高濃度の気体を給気させ、大気圧下で高濃度の溶解液を得たり、臭気や湿度（蒸気）対策のために給排気口を設け、気体溶解装置の設置部の環境を改善する事が可能となる。
【００３０】
上記の課題を解決するための手段において、気液混合体のボイド率を上げる事と気液接触領域の拡大、気液接触時間延長と均等化のための撹拌を主眼としているが、気泡の小径化も重要である。
しかし、微細化のためにはより多くの動力を消費するので、目的に合わせて決定する必要がある。
【発明の効果】
【００３１】
気液分離部のコンパクト化により気液混合部が占める割合を大きくする事が出来、その結果、容器の小型化とコストダウンが可能となる。
また、軸心が水平な物は、従来、設置が難しかった装置の下部や浴槽エプロン下等の狭小部でも設置が可能となる。
さらに、開放容器の場合、簡易な構造のため、安価に、僅かな動力消費で、大流量の対応もでき、気泡を殆ど含まないため浮力の影響を考慮せずに目的領域への供給もパイピングをするだけで可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は気泡の上昇速度のグラフである。出典：大阪大学大学院工学研究科 講義資料第４章
【図２】図２は実施形態１の気体溶解装置の断面図である。
【図３】図３は実施形態２の気体溶解装置の断面図である。
【図４】図４は実施形態３の気体溶解装置の断面図である。
【図５】図５は実施形態４の気体溶解装置の断面図である。
【図６】図６は実施形態４の気体溶解装置のＡ−Ａ矢視図である。
【図７】図７は実施形態４の気体溶解装置の多連式の断面図である。
【図８】図８は実施形態５の気体溶解装置の断面図である。
【図９】図９は実施形態６の気体溶解装置のＡ−Ａ矢視図である。
【図１０】図１０は実施形態７の気体溶解装置の断面図である。
【図１１】図１１は実施形態７の気体溶解装置の多連式容器の平面図である。
【図１２】図１２は実施形態８の気体溶解装置の断面図である。
【図１３】図１３は実施形態８の気体溶解装置の多連式容器の平面図である。
【図１４】図１４は実施形態９の気体溶解装置の断面図である。
【図１５】図１５は実施形態１乃至６での使用例の系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
（実施形態１）
本発明の請求項１に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
耐圧容器１０１と、外部より加圧された液体と気体または気泡混じりの液体を耐圧容器１０１の頂部より下方に支持された碗状の気液分離材１０４内に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル１０２と、耐圧容器１０１内の気体溶解液を耐圧容器１０１外に排出する排出口１０３と、耐圧容器１０１下部の空間に支持された碗状の気液分離機能を持たせた気液分離材１０４から構成されており、ポンプ等で加圧された液体と加圧された気体または加圧された気泡混じりの液体をノズル１０２より気液分離材１０４の碗状内に上記液体を噴射する。そうすると、気液分離材１０４の碗状内を含め、それよりも上部の耐圧容器１０１内は気液混合体で満たされる様になり、その気液混合体のボイド率を３０パーセント前後にする事が出来、内部の循環流、渦流により良好な気体溶解が可能となる。さらに、耐圧容器１０１内面と気液分離材１０４の外面のすき間の面積と流量による流下速度と気泡の液中での上昇速度の関係図１から通過しても良い気泡径の上昇速度より少ない値を気体溶解液の流下速度として、選択的に気液分離が出来る様にしている。
【００３４】
（実施形態２）
本発明の請求項２に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
請求項１の気体溶解装置において、耐圧容器１０１の内部の気液分離材１０４より上部は気液混合体（ボイド率は３０パーセント前後）で満たされている。そのため、内部で直接液位を計測すると不安定となる。そこで、耐圧容器１０１の外部または内部に、耐圧容器１０１の最上部と最下部のみに連通する流路を持った気液混合体の相当液位を検出する装置１０６を備え適正な気体量（ボイド率）を維持させ、気体溶解能力の安定化を図る事が出来る。
【００３５】
（実施形態３）
本発明の請求項３に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
請求項１乃至２の気体溶解装置において、気液分離材１０４の外縁部の気液混合体の渦流れの挙動で、稀に予期しない気泡の流出がある。
そこで、気液分離材１０４の外縁部を上方向にパンチングメタル様の有孔材１０７で延長し、気液分離部方向への気泡の流出流れを低減させる事を特徴として課題を解決している。なお、延長を長くすると、気液混合体の占有率が減少し溶解能力が低下するので、最少高さとする事が望ましい。
【００３６】
（実施形態４）
本発明の請求項４に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
筒の軸心が水平に設置され、２区画以上で区画割された耐圧容器２０１と、外部より加圧された液体と気体または気泡混じりの液体を耐圧容器２０１の区画の一方または１か所おきに、周と軸心の間の下方に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル２０２であって、少なくとも１か所以上にエジェクター機能を備えたノズルと、気液接触部２０５の気体溶解液を耐圧容器外に排出する１か所または複数か所を連通させた排出口２０３と、内部を仕切る１枚または複数枚の中心が穿孔され、この孔の片面には液面保持機能を持たせた気液分離板２０４と、気液分離部２０７の液面の面積または液中の最大平面の面積は、流量による流下速度と気泡の液中での上昇速度の関係図１から選択的に気液分離が出来る値とし、この上部からノズル２０２のエジェクター部へ気体を循環させる連通部を備え、気液接触部２０５での気液が水平軸方向で旋回運動する事により、良好な気体溶解が出来る様にしている。
【００３７】
（実施形態５）
本発明の請求項５に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
請求項４の気体溶解装置において、気液分離部２０７の内部上部には、ボイド率の大きい気液混合体が流れ込み満たされており、気液分離部２０７で直接、実液位を計測すると不安定となる。そこで、耐圧容器２０１の外部または内部に、気液分離部２０７の上端部と下端部のみに連通する流路を持った気液混合体の相当液位を検出する装置２０９を備え適正な気体量（ボイド率）を維持させ、気体溶解能力の安定化を図る事が出来る。
【００３８】
（実施形態６）
本発明の請求項６に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
請求項４乃至５の気体溶解装置において、気液接触部２０５内部に気液を更に細分化しながら、旋回中心に集まった気体を再度、気液混合体へ移動させるＶ字断面の気液細分片２０８を備え、気液混合体の気泡の細分化をし、溶解効率を高める様にしている。
【００３９】
（実施形態７）
本発明の請求項７に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
上部が解放された１基または複数の容器３０１と、未溶解の液体を容器３０１の下方に支持された碗状の気液分離材１０４内に噴射する１個または複数の穴を持ったノズル３０２と、容器３０１内の気体溶解液を容器３０１外に排出する排出口３０３と、容器３０１下部の空間に支持された碗状の気液分離機能を持たせた気液分離材３０４と、排出口３０３と連通し、高さが容器３０１のほぼ中間まで立ち上がり接続されボイド率を適切に維持し溶解効率の安定化をさせる気液液面調整槽３０６と、気液液面調整槽３０６から溶解液を排出する排出口Ｂ３０７を備えたもので、容器３０１内面と気液分離材３０４の外面のすき間の面積と流量による流下速度と気泡の液中での上昇速度の関係図１から選択的に気液分離をする事で、良好な気体溶解が出来る様にしている。
【００４０】
（実施形態８）
本発明の請求項８に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
上部が解放された１基または複数の容器４０１と、それぞれの容器４０１の頂部より未溶解の液体を容器４０１の下方に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル４０２と、容器４０１内からボイド率が高くなって溢れ出た気体溶解液を受ける容器Ｂ４０３と、容器Ｂ４０３で受けた気体溶解液を外部に排出する排出口４０４を備え、簡易で良好な気体溶解が出来る様にしている。
【００４１】
（実施形態９）
本発明の請求項９に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
請求項７乃至８の気体溶解装置の気体溶解を行う容器の外部を大気圧の下でこれを覆う簡易な構造のカバー５０１を備え、この内部へ溶解目的の高濃度の気体を給気させ、大気圧下で高濃度の溶解液を得たり、臭気や湿度（蒸気）対策のために給排気口を設け、気体溶解装置の設置部の環境を改善する事が可能となる。
【実施例】
【００４２】
一例として、市販されている、白濁度が優れている浴槽用微細気泡発生装置に組み込まれている気体溶解装置と比較実験を行った。結果は次の通りとなった。システムは図１５のポンプの代わりに水道圧を利用した。また、ＤＯ計は笠原理化工業製ＤＯ−５Ｚで測定した。
市販品の仕様は、気体溶解装置内径１０８ｍｍ高さ２０５ｍｍ容器内容量約１．６４リットル（特許第３９２９４７２号）に対して、本発明の請求項１に記載の気体溶解装置は、気体溶解装置内径８３ｍｍ高さ１７０ｍｍ容器内容量約１．００リットルである。
水温２０．５℃でＤＯ値７．８３ｍｇ／Ｌの水道水をそれぞれの気体溶解装置に供給し、０．１ＭＰａ（２気圧）の圧力で５．５Ｌ／分の流量（ノズル流速約３ｍ／秒）を溶解部にかけ、ＤＯ値を測定した。両方とも、僅かに微細気泡化され測定値は少なくなっていると考えられるが、市販品は１１．１８ｍｇ／Ｌに対し本発明品は１１．５１ｍｇ／Ｌと殆ど差がでなかった。さらに供給圧力を上げ０．２ＭＰａ（３気圧）の圧力で８．０Ｌ／分の流量（ノズル流速約４ｍ／秒）としたが、多量の気泡発生でＤＯ測定ができず、微細気泡での透視度を比較したが差がなく、それぞれ約１０ｍｍと必要十分な溶解量となった。
また、本発明品の実験における、ノズルの損失水頭は、８．０Ｌ／分の場合で０．９ｍと僅かで済み、装置の省エネ化も出来る。
さらに、上記仕様でもわかる様に、本発明品は、容器の容量を約４０パーセント縮小させる事が出来、製造コストを下げる事が出来る。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係る気体溶解装置は、化学工場等での気液反応や、魚介類養殖や水耕栽培での酸素供給や、オゾンガス、微細気泡を使った殺菌、脱色、脱臭、難分解物質の促進酸化や、上下水処理、入浴施設や洗浄装置などでの利用、また近年、河川、湖沼、ダムでの貧酸素による生態系の破壊や環境悪化も進んでおり、それの改善にも利用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１０１ 耐圧容器
１０２ ノズル
１０３ 排出口
１０４ 気液分離材
１０５ 気液混合体
１０６ 気液混合体の相当液位を検出する装置
１０７ 有孔材
１０８ 排水管
１０９ 支持材
２０１ 耐圧容器
２０２ ノズル
２０３ 排出口
２０４ 気液分離板
２０５ 気液接触部
２０６ エジェクター
２０７ 気液分離部
２０８ 気液細分片
２０９ 気液混合体の相当液位を検出する装置
３０１ 容器
３０２ ノズル
３０３ 排出口
３０４ 気液分離材
３０５ 高さ調節部
３０６ 気液液面調整槽
３０７ 排出口Ｂ
４０１ 容器
４０２ ノズル
４０３ 容器Ｂ
４０４ 排出口
５０１ カバー
５０２ 給気口
５０３ 排気口
７００ 微細気泡発生器
７０２ ポンプ
７０４ 気体溶解装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気液接触によって液体に気体を効果的に溶解させ、溶存気体を含む液体を製造する気体溶解装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種の産業や水処理設備、環境改善設備にて液体に気体を溶解させる用途が多くある。例えば、オゾンガスの溶解での殺菌、脱色、脱臭、難分解物質の促進酸化での利用や高濃度の微細気泡（マイクロバブル）を発生させた入浴施設や洗浄装置、排水処理装置などの利用が進んでいる。また、河川、湖沼、ダムでの貧酸素による生態系の破壊や環境悪化も進んでおり、それの改善が必要とされている。さらに、漁業でも、湾内の貧酸素化や陸上養殖、蓄養、水耕栽培での酸素供給で、省エネルギー、省スペースで低価格な気体溶解装置が望まれている。
【０００３】
従来の気体溶解装置として特許文献１では、気液混合タンクに、その内部空間を上下で分離する多孔質部材が設けられているもの。その内部空間を液体導入側と液体流出側との２つに仕切る仕切り板が設けられているとともに、この仕切り板において液体導入側の面上に導入される液体を受け入れる筒体が設けられ、さらに前記仕切り板において前記筒体の外周領域に前記２つに仕切った空間相互を連通させて異物流出を可能とする通孔が設けられているもの。その内部に受け入れた液体を運転停止時に通孔側へ流出させるための水抜き部が設けられているものが開示されている。
【０００４】
特許文献２では、気液混合流体のいずれかの前記流体が圧送されて内部に貯留されている液体の液面上に噴射されて気液溶解液を生成する一次側槽と、前記一次側槽内の余剰気体を分離する二次側槽とからなったものが開示されている。
【０００５】
特許文献３では、密閉タンクに重管構造の流路延長手段を設け、上部気体溜りより内側の管に供給された液体がこの内側の管の下部を通ってこの管の外側に配置された管に供給され、液体はこの外側の管の上部を通ってさらにこの管の外側に配置された管に供給される動作が１回以上繰り返され、最外周の管とタンクの内周の間に流入した液体を気体溶解水として排出するように構成したものが開示されている。
【０００６】
特許文献４では、タンク内上部に配置され最上部分が開口し、その開口径よりも深く形成される液泡生成容器部と、その上部に配置され前記タンク内の圧縮気体を巻き込みながら噴射する噴射供給部と、下流側に取り付けられ圧縮気体を溶解した加圧液体の排出口を備えたものが開示されている。
【０００７】
特許文献５では、断面円形の直筒状をした、両側の端部を閉塞した側壁部をもった水平方向に対して１０〜４５度の傾斜角度θで傾斜する姿勢で配置されている筒状体の気体溶解装置で上下方向の略中央付近には気体と液体との界面が位置し、界面より上部の上流側の部分は、気体が貯留される気体貯留部になるとともに、界面より下流側の部分は、液体が貯留される液体貯留部となる。噴射口は、気体貯留部の内壁面か、界面寄りの位置か、あるいは界面より若干下側の液体貯留部の内壁面に形成され、流出口は、液体貯留部の端部付近の内壁面に形成されたものが開示されている。
【０００８】
特許文献６では、気液加圧溶解混合器へ混気ポンプから液体および気体の混合流が導入されて気液溶解が行われる、水平方向に延びる上部通路と、前記上部通路の下方に前記上部通路から間隔を隔てて配置され、気液溶解された加圧液が貯留される、水平方向に延びる下部通路と、前記上部通路の後端から下方に立ち下がるとともに、前記上下部通路を連通する立下り通路とを備えているものが開示されている。
【０００９】
特許文献７では、溢流壁により区画された曝気部と液取出部とを備え、上部が蓋で覆われて実質的に密閉状態になっている水槽と、液取出部の下部から液を取り出して曝気部に圧送するポンプを有する循環路と、循環路の吐出端にガスを吸入して気液混相流を形成するように設けられ、かつスロート端部を水槽内の液中に突入させて気液混相流を液中に噴射するように設けられた液−気エゼクタと、液−気エゼクタから吐出される気液混相流を利用して水槽内上部の液を吸入し、気液混相流と混合するように水没して設けられた液−液エゼクタと、液−液エゼクタの吐出端に連結されて水槽の底部に向って延び、かつ混合流を下向流で通過させる筒状の下向管と、溢流壁を溢流する曝気部上面の気泡を曝気処理液とともに排出するように液取出部内に設けられた流出口とを備えたものが開示されている。
【００１０】
特許文献８では、底部にのみ設けた開口部が水中に開口する箱状の酸素供給室を設けるとともに、該酸素供給室内に酸素を供給する酸素供給経路と、該酸素供給室内の水面に向けて水を噴出する水噴出経路とを設けたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３６８０６７０号広報
【特許文献２】特開２００５−９５８７８号広報
【特許文献３】特許第３７７０１３３号広報
【特許文献４】特許第３９２９４７２号広報
【特許文献５】特開２００８−１４９２９４号広報
【特許文献６】特開２００９−７２６６２号広報
【特許文献７】特許第３５５５５５７号広報
【特許文献８】特開平１１−７０３９２号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
解決しようとする問題点は、気液分離や気液接触の効率の低さのために気体溶解装置が大きかったり、供給エネルギーロスが多かったり、立て置き横置きの制限があったり、コスト高であること。
以下に上記特許文献の課題点をそれぞれ示す。
【００１３】
特許文献１では、気液分離のために多孔質部材を設けると、異物の詰まりが予想される。また、仕切り板の形状から、下部空間へ気泡が流れ込んだり、空気溜まりが発生する可能性がある。さらに、水抜き部より、気泡が出て先の通孔へ流出する可能性もある。
【００１４】
特許文献２では、一体形成の場合は、液面上への噴射が強いと、気泡が流出してしまい、気液との混合範囲をほぼ中間までに留める必要がある、そうすると必然的に溶解能力に限度を生じる。また、溶解部と分離部を連通管で接続したものは、より大きなスペースを必要とする。
【００１５】
特許文献３では、延長手段、気液分離手段がタンクに占める割合が大きく且つ、２重の筒体を組み込むために、密閉タンクが大きくなり、コストアップとなる。
【００１６】
特許文献４では、液泡生成容器部の割合がタンク全容積に対し少なく、気液接触量が少ない。また、気液分離部（下部溶液溜まり部）を大きくしないと気泡が流出する。結果大きいサイズのタンクが必要となる。
【００１７】
特許文献５では、エジェクター（示されていないが）により気液混合体を筒状体の気体溶解装置に導入する場合、気液混合比（ボイド率）を大きくすることは難しい。また、ポンプと気体溶解装置の間にエジェクターを設けると余分な圧力を消費し、消費電力の増大となる。
【００１８】
特許文献６では、水中に微細気泡（マイクロバブル）の気泡核を発生させることにより、空気を水中に溶解・混合させる気液加圧溶解混合器であるために、このノズル部で大きな圧力を消費し、また、微細気泡のため気液接触面積の絶対量が少ない。そのために、所望の溶解水を作るのに高圧のポンプが必要となり、消費電力の増大となる。
【００１９】
特許文献７では、深い槽へ気液混合体が筒状の下向管を流動するには、気泡の浮力によるエアリフトに勝るエネルギーを要す。また、エアリフトを抑えるには気泡径を小さくする必要があり、いずれもエジェクターに圧力を多くかける必要があり、動力が大きくなる。
【００２０】
特許文献８では、槽内への処理水の拡散や遠方への送水では、送水管以外に別途に設けた装置が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この様な問題点を解決するために本発明は気液混合体の泡の特性を利用したもので、図１のグラフの様に、液質、温度、気泡量により多少の違いは発生するが、気泡径がほぼ２ｍｍをピークに、小径になる程上昇速度が減少し、また７ｍｍまで大径になっても上昇速度は減少し、ほぼ０．２ｍ／秒でおさまる。さらに径が大きくなると、上昇速度は増加する性質がある。従って、気液分離のためには、通過しても良い気泡径の上昇速度より少ない値を、気体溶解液の流下速度とすれば分離可能となる。
また、気体溶解率を上げるためには、気液混合体のボイド率を上げる事と気液接触領域の拡大と気液接触時間延長と均等化のための撹拌が重要で、本発明では、上記気液分離方法を取る事で、少ない領域しか占有しないため、容器の大部分で気液接触と循環、撹拌が行われる。
そこで、本発明の請求項１においては、耐圧容器１０１と、外部より加圧された液体と気体または気泡混じりの液体を耐圧容器１０１の頂部より下方に支持された碗状の気液分離材１０４内に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル１０２と、耐圧容器１０１内の気体溶解液を耐圧容器１０１外に排出する排出口１０３と、耐圧容器１０１下部の空間に支持された碗状の気液分離機能を持たせた気液分離材１０４を備え、耐圧容器１０１内面と気液分離材１０４の外面とのすき間の面積と流量による流下速度と気泡の液中での上昇速度の関係図１から選択的に気液分離をすることを特徴として課題を解決している。
【００２２】
請求項１の気体溶解装置では気液分離材より上方はボイド率の大きい気液混合体で満たされており、耐圧容器１０１内で直接、相当液位を計測する事は困難である。（相当液位とは、気液混合体の気泡が消泡した時の液位とする。）
そこで、請求項２においては、請求項１の気体溶解装置において、耐圧容器１０１の外部または内部に、耐圧容器１０１の最上部と最下部のみに連通する流路を持った気液混合体の相当液位を検出する装置１０６を備えたことを特徴として課題を解決している。
【００２３】
請求項１乃至２の気体溶解装置において、気液分離材１０４の外縁部の気液混合体の渦流れの挙動で、稀に予期しない気泡の流出がある。
そこで、請求項３においては、気液分離材１０４の外縁部を上方向にパンチングメタル様の有孔材１０７で延長し、気液分離部方向への気泡の流出流れを低減させる事を特徴として課題を解決している。なお、延長を長くすると、気液混合体の占有率が減少し溶解能力が低下するので、最少の高さとする。
【００２４】
気体溶解装置の殆どは縦型のもので横型のものが少なく、また、気体溶解性能に問題があった。また、装置下等の狭小部に組み込む事が困難であった。
そこで、請求項４においては、筒の軸心が水平に設置され、２区画以上で区画割された耐圧容器２０１と、外部より加圧された液体と気体または気泡混じりの液体を耐圧容器２０１の区画の一方または１か所おきに、周と軸心の間の下方に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル２０２であって、少なくとも１か所以上にエジェクター機能を備えたノズルと、気液接触部２０５の気体溶解液を耐圧容器外に排出する１か所または複数か所を連通させた排出口２０３と、内部を仕切る１枚または複数枚の中心が穿孔され、この孔の片面には液面保持機能を持たせた気液分離板２０４と、気液分離部２０７の液面の面積または液中の最大平面の面積は、流量による流下速度と気泡の液中での上昇速度の関係図１から選択的に気液分離が出来る値とし、この上部からノズル２０２のエジェクター部へ気体を循環させる連通部を備え、気液接触部２０５での気液が水平軸方向で旋回運動する事を特徴として課題を解決している。
【００２５】
請求項４の気体溶解装置において、気液分離部２０７の内部上部には、ボイド率の大きい気液混合体で満たされており、気液分離部２０７で直接、相当液位を計測する事は困難である。
そこで、請求項５においては、請求項４の気体溶解装置において、耐圧容器２０１の外部または内部に、気液分離部２０７の上端部と下端部のみに連通する流路を持った気液混合体の相当液位を検出する装置２０９を備えた事を特徴として課題を解決している。
【００２６】
請求項６においては、請求項４乃至５の気体溶解装置において、気液接触部２０５内部に気液を更に細分化しながら、旋回中心に集まった気体を再度、気液混合体へ移動させるＶ字断面の気液細分片２０８を備えた事を特徴としている。
【００２７】
請求項７においては、上部が解放された１基または複数の容器３０１と、未溶解の液体を容器３０１の下方に支持された碗状の気液分離材１０４内に噴射する１個または複数の穴を持ったノズル３０２と、容器３０１内の気体溶解液を容器３０１外に排出する排出口３０３と、容器３０１下部の空間に支持された碗状の気液分離機能を持たせた気液分離材３０４と、排出口３０３と連通し、高さが容器３０１のほぼ中間まで立ち上がり接続された気液液面調整槽３０６と、気液液面調整槽３０６から溶解液を排出する排出口Ｂ３０７を備えたもので、容器３０１内面と気液分離材３０４の外面のすき間の面積と流量による流下速度と気泡の液中での上昇速度の関係図１から選択的に気液分離をする事を特徴として課題を解決している。
【００２８】
請求項８においては、上部が解放された１基または複数の容器４０１と、それぞれの容器４０１の頂部より未溶解の液体を容器４０１の下方に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル４０２と、容器４０１内からボイド率が高くなって溢れ出た気体溶解液を受ける容器Ｂ４０３と、容器Ｂ４０３で受けた気体溶解液を外部に排出する排出口４０４を備えた事を特徴として課題を解決している。
【００２９】
請求項９においては、請求項７乃至８の気体溶解装置の気体溶解を行う容器の外部を大気圧の下でこれを覆う簡易な構造のカバー５０１を備え、この内部へ溶解目的の高濃度の気体を給気させ、大気圧下で高濃度の溶解液を得たり、臭気や湿度（蒸気）対策のために給排気口を設け、気体溶解装置の設置部の環境を改善する事が可能となる。
【００３０】
上記の課題を解決するための手段において、気液混合体のボイド率を上げる事と気液接触領域の拡大、気液接触時間延長と均等化のための撹拌を主眼としているが、気泡の小径化も重要である。
しかし、微細化のためにはより多くの動力を消費するので、目的に合わせて決定する必要がある。
【発明の効果】
【００３１】
気液分離部のコンパクト化により気液混合部が占める割合を大きくする事が出来、その結果、容器の小型化とコストダウンが可能となる。
また、軸心が水平な物は、従来、設置が難しかった装置の下部や浴槽エプロン下等の狭小部でも設置が可能となる。
さらに、開放容器の場合、簡易な構造のため、安価に、僅かな動力消費で、大流量の対応もでき、気泡を殆ど含まないため浮力の影響を考慮せずに目的領域への供給もパイピングをするだけで可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は気泡の上昇速度のグラフである。出典：大阪大学大学院工学研究科 講義資料第４章
【図２】図２は実施形態１の気体溶解装置の断面図である。
【図３】図３は実施形態２の気体溶解装置の断面図である。
【図４】図４は実施形態３の気体溶解装置の断面図である。
【図５】図５は実施形態４の気体溶解装置の断面図である。
【図６】図６は実施形態４の気体溶解装置のＡ−Ａ矢視図である。
【図７】図７は実施形態４の気体溶解装置の多連式の断面図である。
【図８】図８は実施形態５の気体溶解装置の断面図である。
【図９】図９は実施形態６の気体溶解装置のＡ−Ａ矢視図である。
【図１０】図１０は実施形態７の気体溶解装置の断面図である。
【図１１】図１１は実施形態７の気体溶解装置の多連式容器の平面図である。
【図１２】図１２は実施形態８の気体溶解装置の断面図である。
【図１３】図１３は実施形態８の気体溶解装置の多連式容器の平面図である。
【図１４】図１４は実施形態９の気体溶解装置の断面図である。
【図１５】図１５は実施形態１乃至６での使用例の系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
（実施形態１）
本発明の請求項１に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
耐圧容器１０１と、外部より加圧された液体と気体または気泡混じりの液体を耐圧容器１０１の頂部より下方に支持された碗状の気液分離材１０４内に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル１０２と、耐圧容器１０１内の気体溶解液を耐圧容器１０１外に排出する排出口１０３と、耐圧容器１０１下部の空間に支持された碗状の気液分離機能を持たせた気液分離材１０４から構成されており、ポンプ等で加圧された液体と加圧された気体または加圧された気泡混じりの液体をノズル１０２より気液分離材１０４の碗状内に上記液体を噴射する。そうすると、気液分離材１０４の碗状内を含め、それよりも上部の耐圧容器１０１内は気液混合体で満たされる様になり、その気液混合体のボイド率を３０パーセント前後にする事が出来、内部の循環流、渦流により良好な気体溶解が可能となる。さらに、耐圧容器１０１内面と気液分離材１０４の外面のすき間の面積と流量による流下速度と気泡の液中での上昇速度の関係図１から通過しても良い気泡径の上昇速度より少ない値を気体溶解液の流下速度として、選択的に気液分離が出来る様にしている。
【００３４】
（実施形態２）
本発明の請求項２に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
請求項１の気体溶解装置において、耐圧容器１０１の内部の気液分離材１０４より上部は気液混合体（ボイド率は３０パーセント前後）で満たされている。そのため、内部で直接液位を計測すると不安定となる。そこで、耐圧容器１０１の外部または内部に、耐圧容器１０１の最上部と最下部のみに連通する流路を持った気液混合体の相当液位を検出する装置１０６を備え適正な気体量（ボイド率）を維持させ、気体溶解能力の安定化を図る事が出来る。
【００３５】
（実施形態３）
本発明の請求項３に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
請求項１乃至２の気体溶解装置において、気液分離材１０４の外縁部の気液混合体の渦流れの挙動で、稀に予期しない気泡の流出がある。
そこで、気液分離材１０４の外縁部を上方向にパンチングメタル様の有孔材１０７で延長し、気液分離部方向への気泡の流出流れを低減させる事を特徴として課題を解決している。なお、延長を長くすると、気液混合体の占有率が減少し溶解能力が低下するので、最少高さとする事が望ましい。
【００３６】
（実施形態４）
本発明の請求項４に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
筒の軸心が水平に設置され、２区画以上で区画割された耐圧容器２０１と、外部より加圧された液体と気体または気泡混じりの液体を耐圧容器２０１の区画の一方または１か所おきに、周と軸心の間の下方に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル２０２であって、少なくとも１か所以上にエジェクター機能を備えたノズルと、気液接触部２０５の気体溶解液を耐圧容器外に排出する１か所または複数か所を連通させた排出口２０３と、内部を仕切る１枚または複数枚の中心が穿孔され、この孔の片面には液面保持機能を持たせた気液分離板２０４と、気液分離部２０７の液面の面積または液中の最大平面の面積は、流量による流下速度と気泡の液中での上昇速度の関係図１から選択的に気液分離が出来る値とし、この上部からノズル２０２のエジェクター部へ気体を循環させる連通部を備え、気液接触部２０５での気液が水平軸方向で旋回運動する事により、良好な気体溶解が出来る様にしている。
【００３７】
（実施形態５）
本発明の請求項５に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
請求項４の気体溶解装置において、気液分離部２０７の内部上部には、ボイド率の大きい気液混合体が流れ込み満たされており、気液分離部２０７で直接、実液位を計測すると不安定となる。そこで、耐圧容器２０１の外部または内部に、気液分離部２０７の上端部と下端部のみに連通する流路を持った気液混合体の相当液位を検出する装置２０９を備え適正な気体量（ボイド率）を維持させ、気体溶解能力の安定化を図る事が出来る。
【００３８】
（実施形態６）
本発明の請求項６に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
請求項４乃至５の気体溶解装置において、気液接触部２０５内部に気液を更に細分化しながら、旋回中心に集まった気体を再度、気液混合体へ移動させるＶ字断面の気液細分片２０８を備え、気液混合体の気泡の細分化をし、溶解効率を高める様にしている。
【００３９】
（実施形態７）
本発明の請求項７に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
上部が解放された１基または複数の容器３０１と、未溶解の液体を容器３０１の下方に支持された碗状の気液分離材１０４内に噴射する１個または複数の穴を持ったノズル３０２と、容器３０１内の気体溶解液を容器３０１外に排出する排出口３０３と、容器３０１下部の空間に支持された碗状の気液分離機能を持たせた気液分離材３０４と、排出口３０３と連通し、高さが容器３０１のほぼ中間まで立ち上がり接続されボイド率を適切に維持し溶解効率の安定化をさせる気液液面調整槽３０６と、気液液面調整槽３０６から溶解液を排出する排出口Ｂ３０７を備えたもので、容器３０１内面と気液分離材３０４の外面のすき間の面積と流量による流下速度と気泡の液中での上昇速度の関係図１から選択的に気液分離をする事で、良好な気体溶解が出来る様にしている。
【００４０】
（実施形態８）
本発明の請求項８に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
上部が解放された１基または複数の容器４０１と、それぞれの容器４０１の頂部より未溶解の液体を容器４０１の下方に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル４０２と、容器４０１内からボイド率が高くなって溢れ出た気体溶解液を受ける容器Ｂ４０３と、容器Ｂ４０３で受けた気体溶解液を外部に排出する排出口４０４を備え、簡易で良好な気体溶解が出来る様にしている。
【００４１】
（実施形態９）
本発明の請求項９に記載の気体溶解装置の実施形態の一例である。
請求項７乃至８の気体溶解装置の気体溶解を行う容器の外部を大気圧の下でこれを覆う簡易な構造のカバー５０１を備え、この内部へ溶解目的の高濃度の気体を給気させ、大気圧下で高濃度の溶解液を得たり、臭気や湿度（蒸気）対策のために給排気口を設け、気体溶解装置の設置部の環境を改善する事が可能となる。
【実施例】
【００４２】
一例として、市販されている、白濁度が優れている浴槽用微細気泡発生装置に組み込まれている気体溶解装置と比較実験を行った。結果は次の通りとなった。システムは図１５のポンプの代わりに水道圧を利用した。また、ＤＯ計は笠原理化工業製ＤＯ−５Ｚで測定した。
市販品の仕様は、気体溶解装置内径１０８ｍｍ高さ２０５ｍｍ容器内容量約１．６４リットル（特許第３９２９４７２号）に対して、本発明の請求項１に記載の気体溶解装置は、気体溶解装置内径８３ｍｍ高さ１７０ｍｍ容器内容量約１．００リットルである。
水温２０．５℃でＤＯ値７．８３ｍｇ／Ｌの水道水をそれぞれの気体溶解装置に供給し、０．１ＭＰａ（２気圧）の圧力で５．５Ｌ／分の流量（ノズル流速約３ｍ／秒）を溶解部にかけ、ＤＯ値を測定した。両方とも、僅かに微細気泡化され測定値は少なくなっていると考えられるが、市販品は１１．１８ｍｇ／Ｌに対し本発明品は１１．５１ｍｇ／Ｌと殆ど差がでなかった。さらに供給圧力を上げ０．２ＭＰａ（３気圧）の圧力で８．０Ｌ／分の流量（ノズル流速約４ｍ／秒）としたが、多量の気泡発生でＤＯ測定ができず、微細気泡での透視度を比較したが差がなく、それぞれ約１０ｍｍと必要十分な溶解量となった。
また、本発明品の実験における、ノズルの損失水頭は、８．０Ｌ／分の場合で０．９ｍと僅かで済み、装置の省エネ化も出来る。
さらに、上記仕様でもわかる様に、本発明品は、容器の容量を約４０パーセント縮小させる事が出来、製造コストを下げる事が出来る。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係る気体溶解装置は、化学工場等での気液反応や、魚介類養殖や水耕栽培での酸素供給や、オゾンガス、微細気泡を使った殺菌、脱色、脱臭、難分解物質の促進酸化や、上下水処理、入浴施設や洗浄装置などでの利用、また近年、河川、湖沼、ダムでの貧酸素による生態系の破壊や環境悪化も進んでおり、それの改善にも利用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１０１ 耐圧容器
１０２ ノズル
１０３ 排出口
１０４ 気液分離材
１０５ 気液混合体
１０６ 気液混合体の相当液位を検出する装置
１０７ 有孔材
１０８ 排水管
１０９ 支持材
２０１ 耐圧容器
２０２ ノズル
２０３ 排出口
２０４ 気液分離板
２０５ 気液接触部
２０６ エジェクター
２０７ 気液分離部
２０８ 気液細分片
２０９ 気液混合体の相当液位を検出する装置
３０１ 容器
３０２ ノズル
３０３ 排出口
３０４ 気液分離材
３０５ 高さ調節部
３０６ 気液液面調整槽
３０７ 排出口Ｂ
４０１ 容器
４０２ ノズル
４０３ 容器Ｂ
４０４ 排出口
５０１ カバー
５０２ 給気口
５０３ 排気口
７００ 微細気泡発生器
７０２ ポンプ
７０４ 気体溶解装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐圧容器１０１と、外部より加圧された液体と気体または気泡混じりの液体を耐圧容器１０１の頂部より下方に支持された碗状の気液分離材１０４内に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル１０２と、耐圧容器１０１内の気体溶解液を耐圧容器１０１外に排出する排出口１０３と、耐圧容器１０１下部の空間に支持された碗状の気液分離機能を持たせた気液分離材１０４を備え、耐圧容器１０１内面と気液分離材１０４の外面のすき間の面積と流量による流下速度と気泡の液中での上昇速度の関係図１から選択的に気液分離をすることを特徴とする気体溶解装置。
【請求項２】
請求項１の気体溶解装置において、耐圧容器１０１の外部または内部に、耐圧容器１０１の最上部と最下部のみに連通する流路を持った気液混合体の相当液位を検出する装置１０６を備えた気体溶解装置。
【請求項３】
請求項１乃至２の気体溶解装置において、気液分離材１０４の外縁部を上方向にパンチングメタル様の有孔材１０７で延長した気体溶解装置。
【請求項４】
筒の軸心が水平に設置され、２区画以上で区画割された耐圧容器２０１と、外部より加圧された液体と気体または気泡混じりの液体を耐圧容器２０１の区画の一方または１か所おきに、周と軸心の間の下方に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル２０２であって、少なくとも１か所以上にエジェクター機能を備えたノズルと、気液接触部２０５の気体溶解液を耐圧容器外に排出する１か所または複数か所を連通させた排出口２０３と、内部を仕切る１枚または複数枚の中心が穿孔され、この孔の片面には液面保持機能を持たせた気液分離板２０４と、気液分離部２０７の液面の面積または液中の最大平面の面積は、流量による流下速度と気泡の液中での上昇速度の関係図１から選択的に気液分離が出来る値とし、この上部からノズル２０２のエジェクター部へ気体を循環させる連通部を備え、気液接触部２０５での気液が水平軸方向で旋回運動する事を特徴とする気体溶解装置。
【請求項５】
請求項４の気体溶解装置において、耐圧容器２０１の外部または内部に、気液分離部２０７の上端部と下端部のみに連通する流路を持った気液混合体の相当液位を検出する装置２０９を備えた気体溶解装置。
【請求項６】
請求項４乃至５の気体溶解装置において、気液接触部２０５内部に気液を更に細分化しながら、旋回中心に集まった気体を再度、気液混合体へ移動させるＶ字断面の気液細分片２０８を備えた気体溶解装置。
【請求項７】
上部が解放された１基または複数の容器３０１と、それぞれの容器３０１の頂部より未溶解の液体を容器３０１の下方に支持された碗状の気液分離材１０４内に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル３０２と、容器３０１内の気体溶解液を容器３０１外に排出する排出口３０３と、容器３０１下部の空間に支持された碗状の気液分離機能を持たせた気液分離材３０４と、排出口３０３と連通し、高さが容器３０１のほぼ中間まで立ち上がり接続された気液液面調整槽３０６と、気液液面調整槽３０６から溶解液を排出する排出口Ｂ３０７を備えたもので、容器３０１内面と気液分離材３０４の外面のすき間の面積と流量による流下速度と気泡の液中での上昇速度の関係図１から選択的に気液分離をすることを特徴とする気体溶解装置。
【請求項８】
上部が解放された１基または複数の容器４０１と、それぞれの容器４０１の頂部より未溶解の液体を容器４０１の下方に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル４０２と、容器４０１内からボイド率が高くなって溢れ出た気体溶解液を受ける容器Ｂ４０３と、容器Ｂ４０３で受けた気体溶解液を外部に排出する排出口４０４を備えた気体溶解装置。
【請求項９】
請求項７乃至８の気体溶解装置において、気体溶解を行う容器の外部を大気圧の下でこれを覆う給気または給排気口の付いたカバー５０１を備えた気体溶解装置。
【請求項１】
耐圧容器１０１と、外部より加圧された液体と気体または気泡混じりの液体を耐圧容器１０１の頂部より下方に支持された碗状の気液分離材１０４内に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル１０２と、耐圧容器１０１内の気体溶解液を耐圧容器１０１外に排出する排出口１０３と、耐圧容器１０１下部の空間に支持された碗状の気液分離機能を持たせた気液分離材１０４を備え、耐圧容器１０１内面と気液分離材１０４の外面のすき間の面積と流量による流下速度と気泡の液中での上昇速度の関係図１から選択的に気液分離をすることを特徴とする気体溶解装置。
【請求項２】
請求項１の気体溶解装置において、耐圧容器１０１の外部または内部に、耐圧容器１０１の最上部と最下部のみに連通する流路を持った気液混合体の相当液位を検出する装置１０６を備えた気体溶解装置。
【請求項３】
請求項１乃至２の気体溶解装置において、気液分離材１０４の外縁部を上方向にパンチングメタル様の有孔材１０７で延長した気体溶解装置。
【請求項４】
筒の軸心が水平に設置され、２区画以上で区画割された耐圧容器２０１と、外部より加圧された液体と気体または気泡混じりの液体を耐圧容器２０１の区画の一方または１か所おきに、周と軸心の間の下方に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル２０２であって、少なくとも１か所以上にエジェクター機能を備えたノズルと、気液接触部２０５の気体溶解液を耐圧容器外に排出する１か所または複数か所を連通させた排出口２０３と、内部を仕切る１枚または複数枚の中心が穿孔され、この孔の片面には液面保持機能を持たせた気液分離板２０４と、気液分離部２０７の液面の面積または液中の最大平面の面積は、流量による流下速度と気泡の液中での上昇速度の関係図１から選択的に気液分離が出来る値とし、この上部からノズル２０２のエジェクター部へ気体を循環させる連通部を備え、気液接触部２０５での気液が水平軸方向で旋回運動する事を特徴とする気体溶解装置。
【請求項５】
請求項４の気体溶解装置において、耐圧容器２０１の外部または内部に、気液分離部２０７の上端部と下端部のみに連通する流路を持った気液混合体の相当液位を検出する装置２０９を備えた気体溶解装置。
【請求項６】
請求項４乃至５の気体溶解装置において、気液接触部２０５内部に気液を更に細分化しながら、旋回中心に集まった気体を再度、気液混合体へ移動させるＶ字断面の気液細分片２０８を備えた気体溶解装置。
【請求項７】
上部が解放された１基または複数の容器３０１と、それぞれの容器３０１の頂部より未溶解の液体を容器３０１の下方に支持された碗状の気液分離材１０４内に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル３０２と、容器３０１内の気体溶解液を容器３０１外に排出する排出口３０３と、容器３０１下部の空間に支持された碗状の気液分離機能を持たせた気液分離材３０４と、排出口３０３と連通し、高さが容器３０１のほぼ中間まで立ち上がり接続された気液液面調整槽３０６と、気液液面調整槽３０６から溶解液を排出する排出口Ｂ３０７を備えたもので、容器３０１内面と気液分離材３０４の外面のすき間の面積と流量による流下速度と気泡の液中での上昇速度の関係図１から選択的に気液分離をすることを特徴とする気体溶解装置。
【請求項８】
上部が解放された１基または複数の容器４０１と、それぞれの容器４０１の頂部より未溶解の液体を容器４０１の下方に向け噴射する１個または複数の穴を持ったノズル４０２と、容器４０１内からボイド率が高くなって溢れ出た気体溶解液を受ける容器Ｂ４０３と、容器Ｂ４０３で受けた気体溶解液を外部に排出する排出口４０４を備えた気体溶解装置。
【請求項９】
請求項７乃至８の気体溶解装置において、気体溶解を行う容器の外部を大気圧の下でこれを覆う給気または給排気口の付いたカバー５０１を備えた気体溶解装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−２６９２９９（Ｐ２０１０−２６９２９９Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４１６５０（Ｐ２００９−１４１６５０）
【出願日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【特許番号】特許第４５７３１４１号（Ｐ４５７３１４１）
【特許公報発行日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【出願人】（５０８０１９０１２）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【特許番号】特許第４５７３１４１号（Ｐ４５７３１４１）
【特許公報発行日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【出願人】（５０８０１９０１２）
【Ｆターム（参考）】
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